(57)【要約】【課題】電源からの電流供給停止後に、平滑コンデンサの放電を短時間で完了できるサーボモータドライバを提供する。【解決手段】制御装置１２１は、三相交流電源１１１から整流器１１３へ供給される三相交流電流を遮断するコンタクタ１１２をオフさせると同時に、モータ１１８からの回生エネルギーを消費するための回生抵抗器１１９に接続されたトランジスタ１２０をオンさせる。この結果、回生抵抗器１１９が電解コンデンサ１１４に電気的に並列接続され、電解コンデンサう１１４に蓄積されているエネルギーが、回生抵抗器１１９によって消費される。【選択図】          図１
2004249534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流回路と平滑コンデンサとを含むコンバータと、
該コンバータから出力される直流を交流に変換してモータを駆動する複数の第１のトランジスタと、
前記コンバータの正電極と、前記前記コンバータの負電極に接続された第２のトランジスタとの間に接続され、前記モータからの回生エネルギーを消費する回生抵抗器と、
前記複数の第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタを制御する制御装置とを備えた射出成形機において、
前記制御装置が前記第２のトランジスタをオンさせ、これによって、前記回生抵抗器を前記平滑コンデンサの放電に利用することを特徴とする射出成形機。
【請求項２】
請求項１に記載の射出成形機において、前記コンバータと交流電源との間に接続されるコンタクタを有し、
前記コンタクタをオフさせると同時に前記第２のトランジスタをオンさせることを特徴とする射出成形機。
【請求項３】
請求項１に記載の射出成形機において、前記コンバータと交流電源との間に接続されるコンタクタを有し、
前記コンタクタをオフさせた後、第１の所定の時間経過後に前記第２のトランジスタをオンさせることを特徴とする射出成形機。
【請求項４】
請求項２または３に記載の射出成形機において、
前記第２のトランジスタをオンさせた後、第２の所定の時間経過後、若しくは、前記コンバータの電圧検出値が所定の値まで低下すると前記第２のトランジスタをオフさせることを特徴とする射出成形機。
【請求項５】
整流回路と平滑コンデンサとを含むコンバータと、
該コンバータから出力される直流を交流に変換してモータを駆動する複数の第１のトランジスタと、
前記コンバータの正電極と、前記コンバータの負電極に接続された第２のトランジスタとの間に接続され、前記モータからの回生エネルギーを消費する回生抵抗器と、
前記複数の第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタを制御する制御装置とを備えた射出成形機の制御方法において、
前記制御装置からの指令により前記第２のトランジスタをオンさせ、これによって、前記回生抵抗器を前記平滑コンデンサの放電に利用することを特徴とする射出成形機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機及びその制御方法に関し、特に、射出成形機の駆動モータの回転を駆動制御するサーボモータドライバのコンバータに含まれる平滑コンデンサの放電技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に、従来の電動射出成形機の一構成例を示す。
【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出来る。
【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】
上述したような電動射出成形機等で使用されるサーボモータ（三相交流モータ）の駆動には、通常、コンバータとインバータとを備えたサーボモータドライバが用いられる。
【００１１】
従来のサーボモータドライバは、図４に示すように、三相交流電源４１に接続されるコンタクタ４２と、コンタクタ４２に接続され、コンタクタ４２を介して三相交流電源４１から供給される三相交流を整流し、直流を出力する整流器４３と、整流器４３の出力側に接続され、整流器４３から出力される直流を平滑化する電解コンデンサ４４と、電解コンデンサ４４に並列に接続される放電抵抗器４５と、電解コンデンサ４４により平滑化された直流を交流に変換するインバータ４６と、このインバータ４６によって駆動されるモータ４７（図３の計量モータ２５、射出モータ２９、或いは型締モータ６３等）からの回生エネルギーを消費する回生抵抗器４８とを備えている。なお、整流器４３と電解コンデンサ４４とがコンバータを構成する。
【００１２】
図４に示すサーボモータドライバは、更に、図示しない制御装置を備えている。この制御装置は、コンタクタ４２のオン／オフ制御を行うとともに、インバータ４６を制御してモータ４７の回転速度を制御する。
【００１３】
図４のコンバータでは、制御装置からの制御によりコンタクタ４２がオンすると、整流器４３に三相交流電源４１からの三相交流が供給される。整流器４３は、コンタクタ４２を介して三相交流電源４１からの三相交流の供給を受けると、それを整流して直流を出力する。整流器４３から出力される直流は、電解コンデンサ４４により平滑化される。インバータ４６は、制御装置からの制御に基づいて、コンバータからの直流を交流に変換してモータ４７に供給する。その結果、モータ４７が回転駆動される。
【００１４】
制御装置からインバータ４６にモータ４７の減速指示があると、インバータ４６からモータ４７への交流の供給は無くなるが、モーター４７は慣性により回転を続け、モータ４７からインバータ４６側に向かう回生エネルギーが発生する。
回生抵抗器４８は、この回生エネルギーを熱に変換して消費する。
【００１５】
制御装置からの制御によりコンタクタ４２がオフすると、三相交流電源４１から整流器４３への三相交流の供給が停止する。このとき、電解コンデンサ４４に蓄積されているエネルギーは、放電抵抗器４５により消費される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の射出成形に用いられるサーボモータドライバでは、放電抵抗器として、可能な限り大きい抵抗値を持つ抵抗器が用いられている。これは、放電抵抗器の抵抗値を小さくすると、コンバータから出力された直流がそこを流れやすくなるので、インバータの入力側の電圧を所定電圧に維持するために、非常に大きな熱容量の放電抵抗器が必要となり、コスト、スペース、及び発熱の問題が生じるからである。
【００１７】
このように、従来のサーボモータドライバでは、可能な限り大きな抵抗値の放電抵抗器が用いられるので、電源からコンバータへの電流供給を遮断してから、平滑コンデンサの放電が完了するまでに長時間を要する。一方、平滑コンデンサの端子間電圧が所定の電圧以下でなければ、メンテナンス作業を開始することは非常に危険である。従って、従来のサーボモータドライバには、電源からの電流供給を停止してからメンテナンス作業を開始できるまでに長い待機時間を必要とするという問題点がある。
【００１８】
そこで、本発明は、電源からの電流供給停止後に、平滑コンデンサの放電を短時間で完了することができるサーボモータドライバを備えた射出成形機及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、整流回路と平滑コンデンサとを含むコンバータと、該コンバータから出力される直流を交流に変換してモータを駆動する複数の第１のトランジスタと、前記コンバータの正電極と前記コンバータの負電極に接続された第２のトランジスタとの間に接続され、前記モータからの回生エネルギーを消費する回生抵抗器と、前記複数の第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタを制御する制御装置とを備えた射出成形機において、前記制御装置が前記第２のトランジスタをオンさせ、これによって、前記回生抵抗器を前記平滑コンデンサの放電に利用することを特徴とする射出成形機が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、整流回路と平滑コンデンサとを含むコンバータと、
該コンバータから出力される直流を交流に変換してモータを駆動する複数の第１のトランジスタと、前記コンバータの正電極と前記コンバータの負電極に接続された第２のトランジスタとの間に接続され、前記モータからの回生エネルギーを消費する回生抵抗器と、前記複数の第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタを制御する制御装置とを備えた射出成形機の制御方法において、前記制御装置からの指令により前記第２のトランジスタをオンさせ、これによって、前記回生抵抗器を前記平滑コンデンサの放電に利用することを特徴とする射出成形機の制御方法が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１に、本発明の一実施の形態に係るサーボモータドライバを示す。図示のサーボモータドライバは、例えば、従来の技術の欄において図３を参照して説明したような電動射出成形機に使用されるものであって、三相交流電源１１１に接続されたコンタクタ１１２と、コンタクタ１１２に接続された整流器１１３と、整流器１１３の出力側に接続された電解コンデンサ（平滑コンデンサ）１１４と、電解コンデンサ１１４に並列に接続された放電抵抗器１１５と、整流器１１３及び電解コンデンサ１１４からなるコンバータ１１６に接続されるインバータ１１７と、インバータ１１７により駆動制御されるモータ１１８からの回生エネルギーを消費する回生抵抗器１１９と、回生抵抗器１１９に接続されたトランジスタ１２０と、コンタクタ１１２、インバータ１１７及びトランジスタ１２０を制御する制御装置１２１とを有している。
【００２３】
コンタクタ１１２は、制御装置１２１によってオン／オフ制御され、三相交流電源１１１からの三相交流を整流器１１３へ供給し、またその供給を遮断する。
【００２４】
整流器１１３は、例えば、ダイオードブリッジであって、コンタクタ１１２を介して三相交流電源１１１から供給される三相交流を整流し、直流を出力する。
【００２５】
電解コンデンサ１１４は、整流器１１３から出力される直流を平滑化する。また、インバータ１１７を介して供給されるモータ１１８からの回生エネルギーを蓄積する。
【００２６】
放電抵抗器１１５は、電解コンデンサ１１４の放電を実現する。
【００２７】
インバータ１１７は、第１のトランジスタである複数のトランジスタ（パワートランジスタ）１２２によって構成され、制御装置１２１からの制御の下、コンバータ１１６から供給される平滑化された直流を交流に変換してモータ１１８へ供給し、モータ１１８の回転を駆動制御する。
【００２８】
回生抵抗器１１８は、コンバータ１１６の正電極と、負電極に接続された第２のトランジスタであるトランジスタ１２０との間に接続されており、トランジスタ１２０がオンしたとき、電気的に電解コンデンサ１１４に並列接続された状態となり、回生エネルギーを消費する。
【００２９】
トランジスタ１２０は、制御装置１２１の制御に基づいてオン／オフし、回生抵抗器１１９を電解コンデンサ１１４に電気的に並列接続された状態にし、また電気的に切り離された状態にする。
【００３０】
制御装置１２１は、設定器２０１、ゲートドライブ回路２０２及びコンタクタ駆動回路２０３を有し、設定器２０１に設定されたパラメータに基づき、コンタクタ１１２のオン／オフ制御、インバータ１１７を構成する複数のトランジスタ１２２のオン／オフ制御、及びトランジスタ１２０のオン／オフ制御を行う。また、制御装置１２１は、射出装置全体の制御も担う。
【００３１】
次に、図１のサーボモータドライバの動作について説明する。
【００３２】
制御装置１２１のコンタクタ駆動回路２０３が、コンタクタ１１２をオンさせると、三相交流電源１１１からの三相交流が整流器１１３に供給される。整流器１１３は、三相交流電源１１１からの三相交流がコンタクタ１１２を介して供給されると、それを整流して直流を出力する。整流器１１３から出力される直流は、電解コンデンサ１１４により平滑化され、インバータ１１７へと供給される。
【００３３】
制御装置１２１のゲートドライブ回路２０２は、インバータ１１７を構成する複数のトランジスタ１２２のオン／オフを制御して、モータ１１８の回転駆動を制御する。このとき、ゲートドライブ回路２０２は、また、モータ１１８を減速或いは停止させるとき、即ち、回生エネルギーが発生する場合に、トランジスタ１２０をオンさせて、回生エネルギーを回生抵抗器１１９に消費させる。モータ１１８を加速する場合には、ゲートドライブ回路２０２は、トランジスタ１２０をオフさせて、回生抵抗器１１９をインバータ１１７及び電解コンデンサ１１４から電気的に切り離す。
【００３４】
すなわち、モータ１１８を減速或いは停止させるため、コンタクタ駆動回路２０３がコンタクタ１１２をオフさせると同時に、ゲートドライブ回路２０２は、トランジスタ１２０をオンさせる。その結果、コンタクタ１１２がオフしたとき、電解コンデンサ１１４には、放電抵抗器１１５のみならず回生抵抗器１１９が電気的に並列接続され、回生抵抗器１１９によっても電解コンデンサ１１４に蓄えられた電荷が放電される。
【００３５】
回生抵抗器１１９としては、できるだけ小さな抵抗値を持つものが用いられる。これは、回生エネルギーは、できるだけ素早く消滅させ（消費し）なければならないからである。
【００３６】
トランジスタ１２０は、電解コンデンサの端子電圧が、人体に危険と判断される電圧以下になるまでオンさせておき、その後はオフさせるようにしてよい。この場合、トランジスタ１９をオンさせた後、予め設定した所定時間が経過したらオフさせるようにしてもよいし、電解コンデンサの端子間電圧を検出して、検出電圧が予め設定された所定電圧以下になるとオフさせるようにしてもよい。
【００３７】
図２に、電解コンデンサ１１４の放電を放電抵抗器１１５のみを用いて行う場合と、回生抵抗器１１９のみを用いて行う場合の、電解コンデンサ１１４の端子間電圧の時間変化を示す。ここでは、電解コンデンサ１１４の電気容量がＣ、放電抵抗器１１５の抵抗値がＲ、回生抵抗器１１９の抵抗値がＲｄｂ（＜Ｒ）であって、放電抵抗器１１５を用いて電解コンデンサ１１４の放電を行う場合の時定数τは、τ＝ＣＲ、回生抵抗器１１９を用いて電解コンデンサ１１４の放電を行う場合の時定数τは、τ＝ＣＲｄｂ、であるとする。
【００３８】
図２から明らかなように、回生抵抗器１１９を用いた場合のほうが、放電抵抗器１１５を用いた場合に比べ、時定数τが小さい為（Ｒｄｂ＜Ｒ）、電解コンデンサ１１４の放電に要する時間を大幅に短縮することができる。従って、本実施の形態に係るサーボモータドライバでは、コンタクタ１１２をオフさせて、三相交流電源１１１から整流器１１３への三相交流の供給を遮断してから、電解コンデンサ１１４の放電を完了するまで（端子間電圧が所定の電圧以下になるまで）に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３９】
なお、上記説明においては、コンタクタ１１２をオフさせると同時にトランジスタ１２０をオンさせているが、トランジスタ１２０をオンさせるタイミングは、必ずしもコンタクタ１１２をオフさせるタイミングと同時でなくともよく、予め定められた遅延時間経過後にオンさせるようにしてもよい。あるいは、制御電源をオフすると同時に、若しくは制御電源をオフしてから予め定められた遅延時間経過後に、トランジスタ１２０をオンさせるようにしてもよい。さらに、オペレータが必要と判断したときに、設定器２０１から手動操作によってトランジスタ１２０をオンさせるようにしてもよい。
【００４０】
また、本実施の形態に係るサーボモータドライバは放電抵抗器１１５を備えているが、回生抵抗器１１９にその役目を兼ねさせるようにしてもよい。即ち、放電抵抗器１１５を用いずに、サーボドライバを構成するようにしてもよい。交流電源１１１がコンバータ１１６に接続されている状態（即ち、コンタクタ１１２がオンの状態）では、放電抵抗器１１５は、エネルギーを熱として放出しているだけである。したがって、放電抵抗器１１５を削除することにより、コンタクタ１１２がオンの状態のときの消費電力を減少させることが可能となり、成形機のランニングコストを削減することができる。
【００４１】
また、通常、射出成形機においてサーボモータ１１８は、射出モータ２９、計量モータ２５、型締モータ６３の他に金型内にて成形された成形品を突き出すエジェクトモータの４つに対応したインバータ１１７およびトランジスタ１２０が配設されている。トランジスタ１２０の容量はモータの容量に対応しており、最も容量が大きいサーボモータ１１８に取り付けられたトランジスタ１２０が、最も大きい電流を流すことができ、短時間で放電することができる。一般的には、最も容量が大きいモータは射出モータであるので、本願発明を射出モータ２９に適用すると、最も効率を向上させることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、コンバータへの電源供給を遮断したときに、回生抵抗器を放電抵抗器として利用するようにしたことで、短時間でコンバータに含まれる平滑コンデンサの放電を完了することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るサーボモータドライバの構成を示す図である。
【図２】図１のサーボモータドライバに用いられる電解コンデンサを、同じく図１のサーボモータドライバに用いられる放電抵抗器と回生抵抗器とをそれぞれ用いて放電させた場合における、電解コンデンサの端子間電圧の時間変化を示すグラフである。
【図３】従来の射出成形機の一構成例を示す側面図である。
【図４】従来のサーボモータドライバの構成を示す図である。
【符号の説明】
１１１      三相交流電源
１１２      コンタクタ
１１３      整流器
１１４      電解コンデンサ
１１５      放電抵抗器
１１６      コンバータ
１１７      インバータ
１１８      モータ
１１９      回生抵抗器
１２０      トランジスタ
１２１      制御装置
１２２      トランジスタ
２０１    設定器
２０２    ゲートドライブ回路
２０３    コンタクタ駆動回路
４１      三相交流電源
４２      コンタクタ
４３      整流器
４４      電解コンデンサ
４５      放電抵抗器
４６      インバータ
４７      モータ
４８      回生抵抗器
【図１】
2004249534.tif 000003
【図２】
2004249534.tif 000004
【図３】
2004249534.tif 000005
【図４】
2004249534.tif 000006