(57)【要約】【課題】装置を複雑、高価にすることなく、突飛的な回生エネルギーが発生してもサーボアンプやコンバータを損傷することを回避できる、回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置を提供する。【解決手段】電動射出成形機の駆動制御装置において、電動モータへの駆動電力を供給するサーボ電源と、前記サーボ電源と並列に接続され前記電動モータの減速駆動時に生ずる回生エネルギーを電源側へ回生する電源回生手段及び抵抗回生手段とを備え、さらに前記サーボ電源の電圧を検出するセンサを設け、同センサからの検出電圧が予め設定した第１の電圧（Ｖ１）に達したとき前記電源回生手段を作動せしめ、前記検出電圧が予め設定した第１の電圧（Ｖ１）より高い第２の電圧（Ｖ２）に達したとき前記抵抗回生手段を作動せしめる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ダイプレートに対し移動ダイプレートを進退自在に対向配置して金型の開閉及び型締を行う型締装置、同型締装置の一側に設けられた加熱バレル内に進退且つ回転自在に挿通されたスクリュを駆動して前記金型内に溶融樹脂を射出・充填する射出装置及び、前記型締装置ならびに射出装置の各動作を遂行する電動モータを備えた電動射出成形機の駆動制御装置において、前記電動モータへの駆動電力を供給するサーボ電源と、同サーボ電源と並列に接続され前記電動モータの減速駆動時に生ずる回生エネルギーを電源側へ回生する電源回生手段と、前記サーボ電源と並列に接続され前記電動モータの減速駆動時に生ずる回生エネルギーを抵抗器にて熱エネルギーとして消費する抵抗回生手段とを有する回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記電動モータが前記射出装置の射出機構を駆動する射出駆動モータであることを特徴とする回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１において、前記電動モータが前記型締装置の金型開閉機構を駆動する型開閉駆動モータであることを特徴とする回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３において、前記電動モータがリニアモータで構成されたことを特徴とする回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１において、前記電源回生手段及び前記抵抗回生手段は、前記電動モータ用サーボ電源とそれぞれ並列に接続されると共に、前記電動モータの減速駆動時における前記サーボ電源の電圧を検出するセンサを設け、さらに同センサからの検出電圧が予め設定した第１の電圧（Ｖ１）に達したとき前記電源回生手段を作動せしめ、前記検出電圧が予め設定した第１の電圧（Ｖ１）より高い第２の電圧（Ｖ２）に達したとき前記抵抗回生手段を作動せしめるスイッチング制御手段を有することを特徴とする回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置。
【請求項６】
請求項５において、前記スイッチング制御手段は、前記検出電圧が予め設定した前記第２の電圧（Ｖ２）より高い第３の電圧（Ｖｅｍ）に達したとき前記サーボ電源への前記電動モータからの回生エネルギーを遮断する遮断指令を発するように構成したことを特徴とする回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電動射出成形機の駆動制御に係り、特に回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動射出成形機における射出駆動軸のように加減速が頻繁に要求される駆動軸では、その減速時に電動モータに対するサーボアンプ側で駆動軸を止めるよう制御指令が与えられるが、その際駆動軸を含む可動部分は機械的な慣性を有しているので前記電動モータは一時的に発電機として作用する。このときに発生するエネルギーが回生エネルギーである。
【０００３】
本発明者の知見によれば、従来の電動射出成形機における回生エネルギーに対しては、抵抗回生方式かまたは電源回生方式のいずれかによって行われていた。
【０００４】
図４は、従来の電動射出成形機の抵抗回生方式の要部を示す。同図４において、参照符号５０は三相交流電源であって、同三相交流電源５０に接続された大容量のダイオード回路からなるコンバータ５２により３相交流は直流に変換され、電動射出成形機（図略）の射出用駆動軸６２Ａと結合した電動モータ６２に対し、インバータ６０を介して周波数、振幅が制御されて供給される。ここでインバータ６０は、電動モータ６２用のサーボアンプを構成している。参照符号５４、５６は、それぞれ前記コンバータ５２とインバータ６０の間に並列に設けられた回生用抵抗器及びそのスイッチ素子である。又参照符号５８は平滑コンデンサーである。射出駆動軸６２Ａの減速状態で電動モータ６２により発生する回生エネルギーは、前記サーボアンプへ流れると共に回生用抵抗器５４及びスイッチ素子５６を流れ、熱エネルギーとして消費される。この方式の難点は、回生エネルギーが回生用抵抗器５４で熱となって消費されるため、回生エネルギーが過剰であると回生用抵抗器５４で消費し切れなくなり、同抵抗器５４が焼損することがある。そのため、回生用抵抗器として容量の大きなものを使用する必要があり、そのコストも高価となる。また、回生エネルギーを熱として消費するので、元々前記３相交流電源５０から供給された電気エネルギーをこのように熱として大気に放出することは地球環境保全の観点からも好ましいものではなかった。
【０００５】
図５は、従来の電動射出成形機における電源回生方式の要部を示す。同図５において、参照符号６４、６６、６８、７０、７２及び７２Ａは、それぞれ図４の３相交流電源５０、コンバータ５２、平滑コンデンサー５８、インバータ６０、電動モータ６２及び射出用駆動軸６２Ａに対応している。但し、コンバータ６６は大容量のスイッチングトランジスタとフライホイールダイオードから構成されており、射出駆動軸７２Ａの減速状態で電動モータ７２により発生する回生エネルギーは、電気エネルギーとしてサーボアンプ（インバータ７０）へ流れると共に前記大容量トランジスタを介して３相交流電源側へ回生されるようになっている。この電源回生方式は、近年の半導体技術、パワーエレクトロニクス技術の向上や環境問題、省エネという観点からも注目され、良く使用されている。その具体例の１つとして、特許文献１中の図２に示される回路を挙げることができる。
【０００６】
しかし、この電源回生方式の難点は、回生エネルギーを電源へ戻すので、回生エネルギーが突飛的であると電源回路で吸収し切れなくなり、サーボアンプを破壊する危険があることである。このため通常は、前記サーボアンプの破壊レベルに達する前に、異常と検知して前記電動モータを停止させている。しかし、ハイサイクルで成形品を生産する電動射出成形機にとっては、稼動中に機械を停止することは単にタイムロスであるばかりでなく、成形品の製造単価アップの要因となる。
【０００７】
図６、図７は、図５に示される駆動制御回路においてそれぞれ電源回生が正常に遂行される場合と異常状態に到る様子とを示す。同各図の横軸には経過時間ｔ、縦軸にはサーボ電源電圧Ｖを示す。
【０００８】
図６に示されるように、時刻ｔ１で減速が指令された結果、時刻ｔ２でサーボ電源電圧Ｖが予め設定された電源回生電圧Ｖ１に達するとコンバータ６６は時刻ｔ３までの間電源回生を行い、その回生電気エネルギーが３相交流電源６４側に戻され、サーボ電源電圧Ｖの上昇は抑制されており、異常停止電圧Ｖｅｍに達しない。
【０００９】
これに対し、図７に示す場合では、サーボ電源電圧Ｖが電源回生電圧Ｖ１に達した後も上昇を続け、時刻ｔ３で異常停止電圧Ｖｅｍに達し、以降は機械停止状態となることを示す。このような突飛的サーボ電源電圧Ｖの上昇は例えば減速時の速度変化分が大きく、その回生電気エネルギーがサーボアンプの許容限界値近傍に達する場合である。そして図７の状態を回避せんとすればサーボアンプやコンバータを構成する大容量トランジスタ等の回路素子をさらに一層大容量化しなければならず、サーボアンプ、コンバータのコストアップを招くこととなる。
【００１０】
さらにまた、電動射出成形機のユーザにとっては、上記いずれの回生方式の場合においても、成形品に応じて射出速度のパターン、特に減速時の速度変化を指定する際、制御装置内のサーボアンプ等が破壊されないようにその速度変化量を設定することに留意しなければならず、結果として、ユーザ側の射出速度パターン設定における自由度を制約することとなっていた。従って、従来の回生制御方式では抵抗回生方式、電源回生方式のいずれにおいても電動射出成形機を使用する上での上述した種々の問題があった。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２４６７７９号公報（第４−５頁、図２）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、装置を複雑、高価にすることなく、突飛的な回生エネルギーが発生してもサーボアンプやコンバータを損傷することを回避でき、さらにまた電動射出成形機のユーザが射出速度パターンを設定する際に減速時の速度変化量を自由に設定可能な回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る駆動制御装置は、固定ダイプレートに対し移動ダイプレートを進退自在に対向配置して金型の開閉及び型締を行う型締装置、同型締装置の一側に設けられた加熱バレル内に進退且つ回転自在に挿通されたスクリュを駆動して前記金型内に溶融樹脂を射出・充填する射出装置及び前記型締装置及び射出装置の各動作を遂行する電動モータとを備えた電動射出成形機の駆動制御装置において、前記電動モータへの駆動電力を供給するサーボ電源と、前記サーボ電源と並列に接続され前記電動モータの減速駆動時に生ずる回生エネルギーを電源側へ回生する電源回生手段と、前記サーボ電源と並列に接続され前記電動モータの減速駆動時に生ずる回生エネルギーを抵抗器にて熱エネルギーとして消費する抵抗回生手段とを備えて構成される。
【００１４】
その場合、前記電動モータが前記射出装置の射出機構を駆動する射出駆動モータとすることができる。
【００１５】
さらに、前記電動モータが前記型締装置の金型開閉機構を駆動する型開閉駆動モータとすることができる。
【００１６】
さらに、前記電動モータがリニアモータで構成されたことができる。
【００１７】
またその場合、前記電源回生手段及び前記抵抗回生手段は、前記電動モータ用のサーボ電源とそれぞれ並列に接続されると共に、前記電動モータの減速駆動時における前記サーボ電源の電圧を検出するセンサを設け、さらに同センサからの検出電圧が予め設定した第１の電圧（Ｖ１）に達したとき前記電源回生手段を作動せしめ、前記検出電圧が予め設定した第１の電圧（Ｖ１）より高い第２の電圧（Ｖ２）に達したとき前記抵抗回生手段を作動せしめるスイッチング制御手段を有するよう構成することができる。
【００１８】
【作用】
電動射出成形機の駆動制御装置において、射出装置、型締装置を駆動する電動モータへの駆動電力を供給するサーボ電源と、前記サーボ電源と並列に接続され前記電動モータの減速駆動時に生ずる回生エネルギーを電源側へ回生する電源回生手段と、前記サーボ電源と並列に接続され前記電動モータの減速駆動時に生ずる回生エネルギーを抵抗器にて熱エネルギーとして消費する抵抗回生手段とを備え、さらに前記電動モータの減速駆動時における前記サーボ電源の電圧を検出するセンサを設け、同センサからの検出電圧が予め設定した第１の電圧（Ｖ１）に達したとき前記電源回生手段を作動せしめ、前記検出電圧が予め設定した第１の電圧（Ｖ１）より高い第２の電圧（Ｖ２）に達したとき前記抵抗回生手段を作動せしめる。これにより前記電動モータの減速駆動時に生ずる回生エネルギーを電気エネルギーとして回生すると共に、過剰分の回生エネルギーを前記抵抗器を介して熱として消費することにより電動モータの減速時における突飛的なサーボ電源電圧の上昇に対しても電動射出成形機の正常な稼動を停止することなくそのハイサイクル動作を遂行することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、添付の図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明を適用した回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置を含む要部構成ブロック図である。同図１において、参照符号１０は三相交流電源、参照符号１２は射出軸２２の駆動用電動モータ２０の駆動制御装置、参照符号１４は電動射出成形機であって、射出装置１４Ａ、型締装置１４Ｂを備えている。参照符号１４Ｃは射出装置１４Ａ内の射出機構を示し、前記射出軸２２によって前記電動モータ２０と結合されている。駆動制御装置１２内の上部には左方側から、三相交流電源１０の各相巻線に接続されたコンバータ２６、抵抗器回路２８及びインバータ３４がブロックとして示されている。前記コンバータ２６は、大容量のパワートランジスタＴｒとフライホイールダイオードＦＤの複数対から構成されており、力行時（非回生時）には三相交流電源１０から与えられる三相交流電力が直流に変換され、ラインＰ、ラインＮ及び平滑コンデンサ３２を介してインバータ３４への直流電源として供給される。
【００２１】
また、インバータ３４はコンバータ２６と同様に大容量のパワートランジスタＴｒとフライホイールダイオードＦＤの複数対から構成されゲート信号ｇ３によりＰＷＭ（パルス幅変調）されてその各相の周波数が変化され、前記電動モータ２０の各相巻線に供給される。即ち、電動モータ２０に対しサーボアンプとして機能するようになっている。前記ラインＰ、ラインＮはこのサーボアンプの電源電圧ラインである。
【００２２】
前記抵抗器回路２８はコンバータ２６と並列にラインＰ、ラインＮ間に配置され、抵抗器Ｒ及びそれと直列に設けた大容量のパワートランジスタＴｒから構成される。さらに、ラインＰ、ラインＮ間にはサーボアンプの電源電圧（以下、サーボ電源電圧という）Ｖを検出するセンサ３０が設けられ、同センサ３０からはその検出信号ＤＴＳが与えられる。
【００２３】
参照符号１８はインバータ３４の各パワートランジスタＴｒのゲートＧへのゲート信号ｇ３を生成するゲート信号生成部、参照符号２４はコンバータ２６の各パワートランジスタＴｒのゲートＧへのゲート信号ｇ１を生成するゲート信号生成部である。前記検出信号ＤＴＳはゲート信号生成部２４へ与えられている。
【００２４】
参照符号２４Ａ、２４Ｂ及び２４Ｃはそれぞれ比較器を示し、予め設定されたサーボ電源電圧Ｖ１、Ｖ２及びＶｅｍと前記検出信号ＤＴＳとが比較される。
【００２５】
ここで、前記設定されたサーボ電源電圧Ｖ１は前記検出信号ＤＴＳと比較されＤＴＳの値が設定値Ｖ１より大きい場合は、電動モータ２０が減速状態にあり且つその回生エネルギーがコンバータ２６を経て三相交流電源１０の側に回生されていることを示す。その際ゲート信号ｇ１の各々はコンバータ２６が回生動作をするようなタイミングで生成される。
【００２６】
また、前記Ｖ１より大きい値として設定されたサーボ電源電圧Ｖ２は、同様に前記検出信号ＤＴＳと比較される。その場合、検出信号ＤＴＳの値が設定値Ｖ２より大きい場合は、抵抗器回路２８のトランジスタＴｒに対しゲート信号ｇ２が与えられ、抵抗器Ｒ及びトランジスタＴｒを通って過剰な回生エネルギーが熱として消費される。
【００２７】
さらに、前記Ｖ２より大きい値として設定された停止指令電圧Ｖｅｍは、同様に前記検出信号ＤＴＳと比較される。その際、検出信号ＤＴＳの値が設定値Ｖｅｍより大きい場合は、ゲート信号ｇ３を生成してその各ゲートＧを介してトランジスタＴｒを遮断状態にする。あるいはまた、各トランジスタＴｒのコレクタ、エミッタとラインＰ、Ｎとの間に別途スイッチを設け同スイッチを遮断することにより各トランジスタＴｒにＶｅｍ以上の電圧がかからないようにすることもできる。
【００２８】
参照符号１６は駆動制御装置１２の主要制御部であって、中央演算処理装置ＣＰＵのほか、図３に１例を示した各成形品に対応する射出速度パターンを格納するデータメモリ１６Ｂ、型開閉・型締制御用の電動モータを駆動制御するための速度パターンを格納するデータメモリ１６Ｃ、その他図示しないが計量工程における計量モータ駆動制御用のデータメモリや前記設定電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖｅｍ用のメモリを有する。
【００２９】
なお、図１において前記ゲート信号生成部１８、２４は前記主要制御部１６とは別ブロックとして示したが、主要制御部１６の一部として構成されることもできる。また、電動モータ２０は射出装置１４Ａの射出軸２２を駆動するものとして示したが型締装置１４Ｂにも金型を駆動する電動モータが配置されている。
【００３０】
さらに、電動モータ２０は回転駆動モータのほかリニアモータであってもよい。
【００３１】
図２は、図１に示した電動モータ２０の減速駆動中におけるサーボ電源電圧Ｖの変化の様子を示す波形図である。同図２に示されるように、サーボ電源電圧Ｖが時刻ｔ１で減速指令により上昇し時刻ｔ２にて、予め設定された電源回生動作開始電圧Ｖ１に達すると回生エネルギーはコンバータ２６を介して三相交流電源１０の方へ回生される。この回生動作中さらにサーボ電源電圧Ｖが上昇し、時刻ｔ３で、予め設定された抵抗回生動作開始電圧Ｖ２に達すると抵抗回生動作がさらに加わり、サーボ電源電圧Ｖは増加せず時刻ｔ４に到り減速動作が終了する。
【００３２】
この例では、時刻ｔ３以降、サーボ電源電圧Ｖは増加しないので異常停止指令電圧Ｖｅｍまで上昇せず、従って、サーボアンプの焼損や機械の停止といったトラブルに巻き込まれることはなくなる。
【００３３】
図３は、ある１つの成形品に関する射出速度パターンＰＴＲＮ１の波形図である。同図３の横軸には射出軸２２の射出ストロークＳ、縦軸には指令射出速度υを示す。同図３の波形で、ストローク位置Ｓ６とＳ７の間では点Ｑ１からＱ２への如く、ストローク位置Ｓ３とＳ４の間でよりも射出速度が急激に降下しており、射出速度の変化量はυ３−υ０である。
【００３４】
このような射出速度パターンは電動射出成形機のユーザが成形品の形状、使用樹脂等を考慮して種々設定するのであるが、その際、減速に伴う回生エネルギーによって制御装置がダメージを受けるといったことを心配することなく大きな射出速度の降下をも自由に設定できるのである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明による回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置は、駆動軸用の電動モータへの駆動電力を供給するサーボ電源と、同サーボ電源と並列に接続され前記電動モータの減速駆動時に生ずる回生エネルギーを電源側へ回生する電源回生手段と、前記サーボ電源と並列に接続され前記電動モータの減速駆動時に生ずる回生エネルギーを抵抗器にて熱エネルギーとして消費する抵抗回生手段とを有するので減速に伴う突飛的なサーボ電源の上昇があってもサーボアンプの故障を避けることができ、電動射出成形機の稼動を停止することもなく、ハイサイクルで成形品の製造が可能となる。
【００３６】
さらに、前記電源回生手段の作動開始電圧と、同作動開始電圧より高い抵抗回生手段の作動開始電圧とを設定しているので、比較的に速度の変化量が少ない減速領域では回生エネルギーを電気エネルギーとして電源側へ回生可能であり、さらに急激で速度変化量の大きい減速時には電源回生手段と抵抗回生手段の両方を作動せしめて回生エネルギーを処理しているので、電動射出成形機の正常な稼動状態を保持しつつ、減速時の降下速度を大きく設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した回生機能を有する電動射出成形機の駆動制御装置を含む要部構成ブロック図である。
【図２】図１に示した電動モータの減速駆動中におけるサーボ電源電圧Ｖの変化の様子を示す波形図である。
【図３】１つの成形品に関する射出速度パターンの波形図である。
【図４】従来の電動射出成形機における抵抗回生方式の要部を示す図である。
【図５】従来の電動射出成形機における電源回生方式の要部を示す図である。
【図６】図５に示される駆動制御回路において電源回生が正常に遂行される場合の様子を示す図である。
【図７】図５に示される駆動制御回路において電源回生が正常に遂行されず異常状態に到る様子を示す図である。
【符号の説明】
１０  三相交流電源
１２  駆動制御装置
１４  電動射出成形機
１６  主要制御装置
１８  ゲート信号生成部
２０  電動モータ
２２  射出駆動軸
２４  ゲート信号生成部
２６  コンバータ
２８  抵抗器回路
３０  センサ
３２  平滑コンデンサ
３４  インバータ
【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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【図６】
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【図７】
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