(57)【要約】【課題】省電力化が可能で、ノイズの発生が無く、且つ高い精度で被加熱領域の温度を制御することができる、射出成形機の温度制御装置を提供する。【解決手段】ヒーター１１１に直列にインダクタンス１１２を接続し、４個のパワートランジスタ１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄとともにＨ型ブリッジを構成する。このＨ型ブリッジのパワートランジスタのオン／オフを、設定温度及び検出温度に基づいて生成したＰＷＭ変調された制御信号で制御する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定器に設定された目標温度と温度センサが検出した検出温度との差に基づいて射出成形機の被加熱領域を加熱するためのヒーターを制御する射出成形機の温度制御装置において、
前記ヒーターに直列接続されるインダクタンスと、
前記ヒーター及び前記インダクタンスからなる直列接続体に交流電流を供給するＨ型ブリッジ回路と、
前記目標温度と前記検出温度との差に基づき制御信号を生成する温度制御部と、
前記制御信号をＰＷＭ変調してＰＷＭ変調された制御信号とするＰＷＭ変調部とを有し、
前記ＰＷＭ変調された制御信号を用いて前記Ｈ型ブリッジ回路を制御するようにしたことを特徴とする射出成形機の温度制御装置。
【請求項２】
前記Ｈ型ブリッジ回路が、前記直列接続体とともにＨ型ブリッジを構成する４個のパワートランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の温度制御装置。
【請求項３】
前記射出成形機が電動射出成形機である場合において、前記４個のパワートランジスタのうちの少なくとも１個が、電動射出成形機が備えるパワートランジスタモジュールに含まれる回生抵抗駆動用パワートランジスタであることを特徴とする請求項２に記載の射出成形機の温度制御装置。
【請求項４】
前記射出成形機が電動射出成形機である場合において、前記Ｈ型ブリッジ回路が、サーボモータ駆動用インバータの直流電源から供給される直流電流を前記交流電流に変換するようにしたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の射出成形機の温度制御装置。
【請求項５】
前記ヒーターに流れる電流を検出する電流検出器を更に有し、前記温度制御部が、該電流検出器が検出した電流値と前記制御信号が示す電流値とを比較して、当該制御信号を補正するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載された射出成形機の温度制御装置。
【請求項６】
設定器に設定された目標温度と温度センサが検出した検出温度との差に基づいてヒーターの通電を制御して、前記ヒータによって加熱される射出成形機の被加熱領域の温度を制御する射出成形機の温度制御方法において、
予め、前記ヒータにインダクタンスを直列接続して直列接続体を形成するとともに、当該直列接続体に交流電流を供給するＨ型ブリッジ回路を接続しておき、
前記目標温度と前記検出温度との差に基づき制御信号を生成し、
前記制御信号をＰＷＭ変調してＰＷＭ変調された制御信号を生成し、
前記ＰＷＭ変調された制御信号を用いて前記Ｈ型ブリッジ回路を制御することにより前記被加熱領域の温度を制御するようにしたことを特徴とする射出成形機の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機の温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の射出成形機として、電動射出成形機の一構成例を図３に示す。
【０００３】
図示の電動射出成形機１０は、射出装置２０及び型締装置５０等から構成される。
【０００４】
射出装置２０は、加熱シリンダ２１を備え、加熱シリンダ２１には、ホッパ２２が配設される。また、加熱シリンダ２１内には、スクリュー２３が進退自在かつ回転自在に配設される。スクリュー２３の後端は、支持部材２４によって回転自在に支持される。支持部材２４には、サーボモータ等の計量モータ２５が駆動部として取り付けられ、計量モータ２５の回転は、計量モータ２５の出力軸２６に取り付けられたタイミングベルト２７を介して、スクリュー２３に伝達される。
【０００５】
射出装置２０は更に、スクリュー２３と平行にねじ軸２８を回転自在に備える。ねじ軸２８の後端は、サーボモータ等の射出モータ２９の出力軸３０に取り付けられたタイミングベルト３１を介して、射出モータ２９に連結されている。従って、射出モータ２９によってねじ軸２８が回転する。ねじ軸２８の前端は支持部材２４に固定されたナット３２と螺合させられる。従って、駆動部たる射出モータ２９を駆動し、タイミングベルと３１を介してねじ軸２８を回転させると、支持部材２４は前後進可能となり、その結果、スクリュー２３を前後進させることができる。
【０００６】
型締装置５０は、可動側の金型５１が取り付けられた可動プラテン５２と、固定側の金型５３が取り付けられた固定プラテン５４を含む。可動プラテン５２と固定プラテン５４は、タイバー５５によって連結される。可動プラテン５２はタイバー５５に沿って摺動可能である。また、型締装置５０は、一端が可動プラテン５２と連結し、他端がトグルサポート５６と連結するトグル機構５７を含む。トグルサポート５６の中央においては、ボールねじ軸５９が回転自在に支持されている。
【０００７】
ボールねじ軸５９には、トグル機構５７に設けられたクロスヘッド６０に形成されたナット６１が螺合されている。また、ボールねじ軸５９の後端にはプールー６２が配設され、サーボモータ等の型締モータ６３の出力軸６４とプーリー６２との間には、タイミングベルト６５が張設されている。
【０００８】
従って、型締装置５０において、駆動部たる型締モータ６３を駆動すると、型締モータ６３の回転が、タイミングベルト６５を介して、駆動伝達部たるボールねじ軸５９に伝達される。そして、ボールねじ軸５９及びナット６１によって、回転運動が直線運動に変換され、トグル機構５７が作動する。トグル機構５７が作動すると、可動プラテン５２はタイバー５５に沿って摺動し、型閉じ、型締め及び型開きが行われる。
【０００９】
このように、図３の電動射出成形機１０では、計量モータ２５、射出モータ２９、型締モータ６３等の電動機（モータ）がアクチュエータとして採用され、成形時には、計量、射出、型締等の各動作が連続して行われる。
【００１０】
上述したような射出成形機においては、原料樹脂を溶融させるために、また、樹脂の溶融状態を維持するために、複数のヒーターが用いられる。具体的には、図４に示すように、射出成形機の加熱シリンダ４１及びノズル部４２には、複数の（ここでは、４個の）ヒーター４３が取り付けられる。そして、これらのヒーター４３は、各々が加熱する領域（被加熱領域）の温度が所望の温度となるように、それぞれ温度制御装置（図示せず）によってフィードバック制御される。
【００１１】
従来の射出成形機に用いられる温度制御装置は、目標温度の設定を行う設定器と、被加熱領域の温度を検出する温度センサーと、設定器から設定された目標温度（設定温度ともいう）と温度センサからの検出温度との差（温度偏差）に基づいてヒーターへの通電を行うか否かを決定する制御部と、制御部の制御によりオン／オフして各ヒーターへの通電をそれぞれ制御するコンタクタあるいはソリッドステートリレー等のスイッチング素子とを有している。
【００１２】
従来の温度制御装置の制御部は、被加熱領域の温度が所定の温度に保たれるように、設定器からの設定温度と温度センサーからの検出温度との差に基づいて、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ，  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）演算等の演算を行い、ヒーターへの通電を行う時間（所定の周期（例えば１秒）における通電時間の割合）を決定する。そして、制御部は、その決定に従い、スイッチング素子のオン／オフを制御する。
【００１３】
スイッチング素子のオン／オフにより、ヒーターには、図５に示すような波形を有する電流が流れる（交流駆動の場合）。スイッチング素子がオンすると、ヒーターに電流が流れて発熱し、被加熱領域の温度を上昇させる。一方、スイッチング素子がオフすると、ヒーターには電流が流れず、発熱もないので、被加熱領域の温度は放熱によって低下する。
【００１４】
以上のようにして、従来の温度制御装置は、加熱シリンダ及びノズル部の温度を一定に保つように、ヒーターへの通電時間を制御している。
【００１５】
しかしながら、従来の温度制御装置は、オン／オフ制御を行っているため、オン期間中又はオフ期間中の被加熱領域の温度変化に追従することができない。つまり、従来の温度制御装置には、被加熱領域の温度が大きく変化してもそれを抑制するようヒーターを制御することができない期間が存在する。
【００１６】
また、従来の温度制御装置は、スイッチング素子として、応答速度の遅いコンタクタやソリッドステートリレーなどを用いているため、被加熱領域の温度変化に追従するよう、より短い周期でオン／オフさせることができない。
【００１７】
以上のことから、従来の温度制御装置は、各被加熱領域の温度を精度よく一定に保つことが困難である。つまり、従来の温度制御装置は、加熱シリンダ及びノズル部全体を、均一にかつ高精度で温度制御することができないという問題点がある。そして、複数の被加熱領域にばらつきが生じると、加熱シリンダ内の樹脂の溶融状態が安定せず、成形品の品質に影響する。
【００１８】
上記のような問題点を持たない温度制御装置として、ヒーターへの通電を制御するために、コンタクタ等のスイッチング素子に代えて電力増幅器を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。この温度制御装置では、電力増幅器を制御することにより、ヒーターに流れる電流を制御する。また、この温度制御装置では、省電力化を実現するために、電力増幅器をＰＷＭ制御するようにしている。
【００１９】
【特許文献１】
特開平８−７２１１５号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の射出成形機の温度制御装置には、高い精度で、加熱シリンダ全体を均一に温度制御することができないという問題点がある。
【００２１】
また、上述した公報に記載の温度制御装置には、ＰＷＭ制御によって電力増幅器にスイッチング動作を行わせると、ヒーターに流れる電流が矩形波となり、かつ電流量（振幅）を制御できなくなるという問題点がある。また、ヒーターに流れる電流が矩形波になると、ノイズの発生源となってしまうという問題点もある。
【００２２】
そこで、本発明は、省電力化が可能で、ノイズの発生が無く、且つ高い精度で被加熱領域の温度を制御することができる、射出成形機の温度制御装置を提供することを目的とする。
【００２３】
また、電動射出成形機には、使用されていない回生制御用パワートランジスタがあり、構成に無駄が生じている。
【００２４】
そこで、本発明は、使用されていない回生制御用パワートランジスタを有効利用して安価な射出成形機の温度制御装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、設定器に設定された目標温度と温度センサが検出した検出温度との差に基づいて射出成形機の被加熱領域を加熱するためのヒーターを制御する射出成形機の温度制御装置において、前記ヒーターに直列接続されるインダクタンスと、前記ヒーター及び前記インダクタンスからなる直列接続体に交流電流を供給するＨブリッジ回路と、前記目標温度と前記検出温度との差に基づき制御信号を生成する温度制御部と、前記制御信号をＰＷＭ変調してＰＷＭ変調された制御信号とするＰＷＭ変調部とを有し、前記ＰＷＭ変調された制御信号を用いて前記Ｈブリッジ回路を制御するようにしたことを特徴とする射出成形機の温度制御装置が得られる。
【００２６】
この温度制御装置の前記Ｈブリッジ回路には、前記直列接続体とともにＨ型ブリッジを構成する４個のパワートランジスタが含まれている。
【００２７】
また、本発明によれば、設定器に設定された目標温度と温度センサが検出した検出温度との差に基づいてヒーターの通電を制御して、前記ヒータによって加熱される射出成形機の被加熱領域の温度を制御する射出成形機の温度制御方法において、予め、前記ヒータにインダクタンスを直列接続して直列接続体を形成するとともに、当該直列接続体に交流電流を供給するＨ型ブリッジ回路を接続しておき、前記目標温度と前記検出温度との差に基づき制御信号を生成し、前記制御信号をＰＷＭ変調してＰＷＭ変調された制御信号を生成し、前記ＰＷＭ変調された制御信号を用いて前記Ｈ型ブリッジ回路を制御することにより前記被加熱領域の温度を制御するようにしたことを特徴とする射出成形機の温度制御方法が得られる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の射出成形機の温度制御装置について詳細に説明する。
【００２９】
図１に本発明の一実施の形態に係る射出成形機の温度制御装置を示す。
【００３０】
図示の温度制御装置は、ヒーター１１１に直列接続されたインダクタンス１１２と、このヒーター１１１とインダクタンス１１２とからなる直列接続体と組み合わされてＨ型ブリッジを構成する４個のパワートランジスタ１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ及び１１３ｄと、各パワートランジスタのコレクタとエミッタとの間に接続されたダイオード１１４と、４個のパワートランジスタ１１３ａ〜１１３ｄのうち対角に位置する２個のパワートランジスタ１１３ｂ及び１１３ｃのベースに接続されたＮＯＴ回路１１５と、ヒーター１１１によって加熱される被加熱領域の目標温度（設定温度）を設定するための設定器１１６と、被加熱領域の温度を検出する熱電対等の温度センサー１１７と、設定器１１６からの設定温度と温度センサー１１７からの検出温度との差に基づいて制御信号を生成する温度制御部１１８と、制御信号をＰＷＭ変調してＰＷＭ変調された制御信号を生成するＰＷＭ変調部１１９とを備えている。
【００３１】
Ｈ型ブリッジは、三相交流電源１２０からの三相交流を整流し平滑化するダイオードブリッジ１２１と電解コンデンサ１２２とからなる直流電源１２３に接続されている。射出成形機が電動の場合、サーボモータ（図示せず）を駆動制御するインバータ（図示せず）へ直流電流を供給するための直流電源を有しているので、それをＨ型ブリッジへ直流電流を供給するための直流電源として利用することができる。
【００３２】
また、射出成形機が電動の場合は、上記インバータを含むパワートランジスタモジュールを複数（通常４個）有しており、各モジュール内には、回生抵抗用パワートランジスタが設けられている。これら回生抵抗用パワートランジスタのうち、実際に回生抵抗が接続されるのは１〜２個であるため、電動射出成形機には、少なくとも２個の回生抵抗用パワートランジスタが使用されずに存在する。そこで、Ｈ型ブリッジを構成する４個のパワートランジスタのうち、上又は下のアームに位置する少なくとも１個のパワートランジスタ１１３ａ及び１１３ｂ又は１１３ｃ及び１１３ｄとして、使用されていない回生抵抗用パワートランジスタを用いることができる。これにより、温度制御装置を安価に構成することができる。
【００３３】
以下、この温度制御装置の動作について説明する。
【００３４】
まず、設定器１１６から被加熱領域の目標温度が設定される。設定器１１６は、設定された目標温度（設定温度）を示す信号を温度制御部１１８の減算器１８１へ出力する。
【００３５】
温度制御部１１８の減算器１８１には、設定器１１６からの設定温度を示す信号以外に、温度センサ１１７からの検出温度を示す信号が入力される。減算器１８１は、設定温度と検出温度との差、即ち設定温度からの検出温度の偏差（温度偏差）を求め、求めた温度偏差を示す信号を制御演算部１８２へ出力する。
【００３６】
制御演算部１８２は、減算器１８１から供給される温度偏差を示す信号に基づいて、ヒーター１１１へ供給すべき電流量を決定する。具体的には、制御演算器１８２は、減算器１８１からの温度偏差と、その時間積分値及び時間微分値を求めて、温度偏差が０となるようにヒーター１１１を制御するための制御信号を生成する（ＰＩＤ演算を行う）。そして、制御演算部１８２は、生成した制御信号をＰＷＭ変調部１１９へ出力する。
【００３７】
ＰＷＭ変調部１１９は、温度制御部１１８からの制御信号をＰＷＭ変調し、ＰＷＭ変調された制御信号をＨ型ブリッジへ出力する。Ｈ型ブリッジは、直流電源１２３から供給される直流電流を交流電流に変換してヒーター１１２に供給する。例えば、ＰＷＭ変調部１１９から出力されるＰＷＭ変調された制御信号が、図２に示すような場合、ヒーター１１１に流れる電流は、同図に破線で示すように変化する。
【００３８】
以上のように、本実施の形態に係る温度制御装置では、ＰＷＭ制御によって、ヒーター１１１に流れる電流値を制御することができる。これにより、省電力化が実現できるとともに、実質的にリミットサイクルの無い温度度制御が可能になる。また、ヒーター１１１に流れる電流が正弦波に近く、高周波成分も存在しないので、ノイズを発生させることがない。こうして、本実施の形態による温度制御装置は、制御性よく、高い精度で被加熱領域の温度制御を行うことができる。そして、この温度制御装置を用いれば、加熱シリンダ全体を高い精度で温度制御することができるので、加熱シリンダで計量溶融される樹脂の状態が安定し、成形品の品質を向上させることができる。
【００３９】
なお、上記実施の形態では、ヒーター１１１が１個の場合について説明したが、通常、射出成形機の加熱シリンダ及びノズル部の加熱には、複数のヒーターが用いられており、本願発明はこれら全てのヒーターに対して適用可能である。
【００４０】
また、上記実施の形態では、温度センサ１１７からの検出温度にのみ基づいてフィードバック制御を行っているが、制御精度をより向上させるために、ヒーターに流れる電流値を検出する電流検出器を設け、温度制御部が、電流検出器からの検出値と、先に生成した制御信号が示す電流値との差を求め、以後、その差を無くすように補正した制御信号を生成するようにしてもよい。このように構成することで、ヒーターの温度の影響を受けない安定した温度制御が可能になる。
【００４１】
【発明の効果】
本願発明によれば、ヒーターにインダクタを接続し、ヒータに流れる電流の方向を変える電流方向切換回路をＰＷＭ変調された制御信号で制御するようにしたことで、省電力化が可能で、かつ高い精度で被加熱領域の温度制御を行うことができる。
【００４２】
また、本発明によれば、電動射出成形機のサーボモータ制御に用いられるパタートランジスタモジュールに含まれる回生抵抗用トランジスタを利用するようにしたことで、安価に温度制御装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る温度制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１の温度制御装置が生成するＰＷＭ変調された制御信号の波形及びそのときヒーターに流れる電流の波形を示す図である。
【図３】従来の射出成形機の概略構成を示す図である。
【図４】射出成形機に用いられるヒーターの配置を説明するための図である。
【図５】従来の温度制御装置によるオン／オフ制御によってヒーターに流れる電流の波形を示す図である。
【符号の説明】
１１１      ヒーター
１１２      インダクタンス
１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄ      パワートランジスタ
１１４      ダイオード
１１５      ＮＯＴ回路
１１６      設定器
１１７      温度センサー
１１８      温度制御部
１１９      ＰＷＭ変調部
１２０      三相交流電源
１２１      ダイオードブリッジ
１２２      電解コンデンサ
１２３      直流電源
４１      加熱シリンダ
４２      ノズル部
４３      ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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