特開 2023-20064 射出成形機および射出成形機の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023020064

(43)【公開日】2023-02-09

(54)【発明の名称】射出成形機および射出成形機の制御方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/84 20060101AFI20230202BHJP

【ＦＩ】

B29C45/84

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021125225

(22)【出願日】2021-07-30

(71)【出願人】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大谷 愛

(72)【発明者】

【氏名】下中 保知

(72)【発明者】

【氏名】竹堂 公貴

(72)【発明者】

【氏名】大川内 亮

(72)【発明者】

【氏名】江上 卓也

(72)【発明者】

【氏名】酒井 崇幸

(72)【発明者】

【氏名】樋口 和也

【テーマコード（参考）】

4F206

【Ｆターム（参考）】

4F206AM04

4F206AP05

4F206AP15

4F206AR06

4F206JA07

4F206JL02

4F206JL07

4F206JP13

4F206JP14

4F206JP15

4F206JP17

4F206JP22

4F206JP30

4F206JQ88

4F206JT31

(57)【要約】

【課題】パワー素子ユニットの寿命劣化を抑制する射出成形機を提供する。
【解決手段】モータに電力を伝達するパワー素子ユニットを備える射出成形機の制御方法は、（ａ）成形条件に対応するパワー素子ユニットへの電流指令値に基づいてパワー素子ユニット内の半導体素子の接合温度の変化を判定するステップ（Ｓ１７）；および（ｂ）接合温度の変化が判定基準値よりも大きい場合は、接合温度の変化を抑制する処理を実行するステップ（Ｓ１９）を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、
前記モータに電力を伝達するパワー素子ユニットと、
前記パワー素子ユニットを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、成形条件に対応する前記パワー素子ユニットへの電流指令値に基づいて前記パワー素子ユニット内の半導体素子の接合温度の変化を判定し、前記接合温度の変化が判定基準値よりも大きい場合は、前記接合温度の変化を抑制する処理を実行するように構成される、射出成形機。

【請求項2】

前記制御装置は、前記電流指令値の増加度合いが第１しきい値より大きく、前記パワー素子ユニットの定格電流または前記モータの定格トルクに対する負荷率が第２しきい値よりも小さい場合に、前記接合温度の変化を抑制する処理を実行するように構成される、請求項１に記載の射出成形機。

【請求項3】

前記パワー素子ユニットは、前記モータを駆動するインバータまたは前記インバータに電源電圧を供給するコンバータであり、
前記制御装置は、前記接合温度の変化を抑制する処理として、前記インバータまたは前記コンバータに無効電流を流すように前記パワー素子ユニットを制御する、請求項１または２に記載の射出成形機。

【請求項4】

前記射出成形機は、
前記パワー素子ユニットを加熱する加熱部をさらに備え、
前記制御装置は、前記接合温度の変化を抑制する処理として、前記パワー素子ユニットを加熱するように前記加熱部を制御する、請求項１または２に記載の射出成形機。

【請求項5】

前記射出成形機は、
前記パワー素子ユニットを冷却する冷却部をさらに備え、
前記制御装置は、前記接合温度の変化を抑制する処理として、前記パワー素子ユニットの冷却度合いが弱まるように前記冷却部を制御する、請求項１または２に記載の射出成形機。

【請求項6】

前記制御装置は、前記成形条件に対応する前記パワー素子ユニットへの電流指令値に基づいて前記パワー素子ユニットを制御して第１回目の成形処理を実行し、
前記制御装置は、前記第１回目の成形処理において、前記電流指令値に基づいて前記接合温度の変化が判定基準値よりも大きいと判定された期間に対して、第２回目以降の成形処理では、前記第１回目の成形処理時よりも前記接合温度の変化幅が少なくなるように、前記接合温度の変化を抑制する処理を実行するように構成される、請求項１に記載の射出成形機。

【請求項7】

以下のステップを含む、モータに電力を伝達するパワー素子ユニットを備える射出成形機の制御方法：
（ａ）成形条件に対応する前記パワー素子ユニットへの電流指令値に基づいて前記パワー素子ユニット内の半導体素子の接合温度の変化を判定するステップ；および
（ｂ）前記接合温度の変化が判定基準値よりも大きい場合は、前記接合温度の変化を抑制する処理を実行するステップ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、射出成形機および射出成形機の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

射出成形機等の工場で用いられる成形機では、部品の故障に起因するマシントラブルが発生することがある。このようなマシントラブルを未然に防ぐため、部品管理が必要である。

【0003】

特開２００６－４９４１１号公報（特許文献１）には、電動型射出成形機などにおいて、電力用半導体素子（以下、パワー半導体素子）の熱による破損を防止するため、パワー半導体素子の接合部温度を推定し、監視する方法および装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－４９４１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特開２００６－４９４１１号公報（特許文献１）では、リアルタイムで接合部温度を推定し、許容温度と比較判定するため、パワー半導体素子の熱による破損を事前に防止することができる。

【0006】

しかしながら、パワー半導体素子を搭載するパワー素子ユニットは、熱膨張係数の異なる複数の材料を用いて構成されている。このため、許容温度以下であっても、温度上昇および温度降下が繰り返されるような場合には、熱膨張応力により、ワイヤボンディングの剥離、接合材料の金属疲労などにより、寿命が短くなるという問題がある。特に、射出成形機などのように、同一成形条件での成形が多数回繰り返されるような場合には、成形条件によっては、著しく部品の寿命が短くなる場合がある。

【0007】

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、パワー素子ユニットの劣化を抑制することができる射出成形機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施形態による射出成形機は、モータと、モータに電力を伝達するパワー素子ユニットと、パワー素子ユニットを制御する制御装置とを備える。制御装置は、成形条件に対応するパワー素子ユニットへの電流指令値に基づいてパワー素子ユニット内の半導体素子の接合温度の変化を判定し、接合温度の変化が判定基準値よりも大きい場合は、接合温度の変化を抑制する処理を実行するように構成される。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る射出成形機によれば、射出成形機に含まれるパワー素子ユニットの劣化を抑制し、パワー素子ユニットの寿命を伸ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】射出成形機１００の外観図である。

【図2】射出成形機１００の概略ブロック図である。

【図3】駆動機構およびサーボアンプの詳細を説明するためのブロック図である。

【図4】制御装置４０が実行するサーボアンプに対する処理を説明するためのフローチャートである。

【図5】パワー半導体素子に流れる電流および接合部温度の変化を説明するための波形図である。

【図6】制御装置４０が実行するコンバータに対する処理を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
＜射出成形機＞
以下では、図１を用いて本実施の形態における射出成形機１００について説明する。図１は、射出成形機１００の外観図である。射出成形機１００は、金型を型締めする型締装置１０と、射出材料を溶融して射出する射出装置２０と、表示装置３０と、制御装置４０とを備える。

【0012】

射出成形機１００は、ＸＹ平面上に載置されている。ＸＹ平面に垂直な方向をＺ軸方向とする。図１におけるＺ軸の正方向を上面側または上方、負方向を下面側または下方と称する場合がある。
＜型締装置＞
型締装置１０は、ベッド１１と、固定盤１２と、型締ハウジング１３と、可動盤１４と、タイバー１５と、型締機構１６と、金型１７，１８と、ボールねじ５１とを備える。ベッド１１は、固定盤１２、型締ハウジング１３、可動盤１４等の型締装置１０が備える構成を支持する。固定盤１２は、ベッド１１に固定されている。型締ハウジング１３は、ベッド１１上をＸ軸方向にスライド可能であるように構成されている。同様に、可動盤１４は、ベッド１１上をＸ軸方向にスライド可能であるように構成されている。

【0013】

タイバー１５は、固定盤１２と型締ハウジング１３との間に配置され、固定盤１２と型締ハウジング１３とを連結する。タイバー１５は、複数のバーを含む。図１に示した射出成形機１００は、４本のバーを含むタイバー１５が備えられている。なお、タイバー１５は、５本以上のバーを含んでもよい。

【0014】

可動盤１４は、固定盤１２と型締ハウジング１３との間でＸ軸方向にスライド可能であるように構成される。型締機構１６は、型締ハウジング１３と可動盤１４との間に設けられる。実施の形態１における型締ハウジング１３は、トグル機構を含んで構成される。

【0015】

金型１７，１８は、固定盤１２と可動盤１４との間に設けられる。金型１７，１８は、型締機構１６によって開閉されるように構成されている。ボールねじ５１は、モータ５０の回転運動を直線運動に変換することにより、型締機構１６を開閉させる。なお、型締機構１６は、直圧式の型締機構を含んで構成されてもよい。直圧式の型締機構とは、すなわち型締シリンダを意味する。

【0016】

＜射出装置＞
射出装置２０は、基台２１と、加熱シリンダ２２と、スクリュ２３と、駆動機構２４と、ホッパ２５と、射出ノズル２６と、ノズルタッチ装置２７と、センサ５５とを備える。基台２１は、ベッド１１のＸ軸の正方向側に配置され、駆動機構２４等を支持する。スクリュ２３は、加熱シリンダ２２の内部に配置される。駆動機構２４は、Ｘ軸方向を中心軸としてスクリュ２３を回転させ、スクリュ２３自体をＸ軸方向にスライドするように駆動させる。

【0017】

ホッパ２５は、加熱シリンダ２２のＺ軸の正方向側に設けられる。射出ノズル２６は、加熱シリンダ２２のＸ軸の負方向側の端部に設けられる。ノズルタッチ装置２７は、射出装置２０をＸ軸方向にスライドさせて、射出ノズル２６を金型１８のスプルーブッシュに接触させる。センサ５５は、一例では、射出ノズル２６の近傍に配置される熱電対である。熱電対は、配置された箇所の温度を検出する温度センサである。なお、センサ５５は、熱電対ではない他の温度センサであってもよい。

【0018】

基台２１は、内部に制御装置４０と、コンバータ１５３と、サーボアンプ５３ａ，５３ｂと、冷却用のファン５４とを備える。制御装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ等を搭載した制御基板５２を含む。制御装置４０は、熱電対等を含む各種センサ５５の検出値を取得し、射出成形機１００を統括的に制御する。各種センサの検出値は、たとえば、加熱シリンダ２２の温度情報、または、型締機構１６、金型１７，１８、射出ノズル２６等の各種可動部品の位置情報等を含む。

【0019】

コンバータ１５３は、３相交流電力を直流電力に変換して、サーボアンプ５３ａ，５３ｂに供給する。サーボアンプ５３ａ，５３ｂの各々は、対応するモータに対して三相交流電力を供給するインバータを含む。空冷用のファン５４は、コンバータ１５３およびサーボアンプ５３ａ，５３ｂが過熱しないように送風する。

【0020】

表示装置３０は、射出成形機１００のＹ軸の負方向側に設けられている。表示装置３０は、ディスプレイ３１と入力装置３２とを備える。入力装置３２は、たとえば、複数のボタンを含んで構成される。ある局面では、表示装置３０は、複数のディスプレイおよびスピーカー等を備えてもよい。また、ディスプレイ３１と入力装置３２とは、タッチパネルとして一体的に設けられてもよい。

【0021】

＜射出成形機の概略ブロック図＞
図２は、射出成形機１００の概略ブロック図である。制御装置４０は、記憶部４４と制御基板５２とを備える。記憶部４４は、たとえば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Flash Solid State Drive）等を含んで構成され得る。制御基板５２は、演算部４１と、入力インターフェース４２と、出力インターフェース４３とが搭載されている。演算部４１は、ＣＰＵ４１ａとメモリ４１ｂとを備える。

【0022】

メモリ４１ｂは、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を含み、ＣＰＵ４１ａにより実行されるプログラム等を記憶する。ＣＰＵ４１ａは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭに展開して実行する。

【0023】

なお、演算部４１は、専用のハードウェア回路により構成されてもよい。すなわち、演算部４１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等により実現され得る。また、演算部４１は、プロセッサおよびメモリ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等を適宜組み合わせて実現してもよい。

【0024】

演算部４１は、入力インターフェース４２を介して、熱電対等の各種センサ５５から検出値を受信する。演算部４１は、出力インターフェース４３を介して、駆動機構２４、表示装置３０およびＩＯ基板４５へ制御命令を送信する。演算部４１は、各種センサの検出値を用いて、サーボアンプ５３を制御し、駆動機構２４を駆動させる。演算部４１は、各種センサの検出値に基づいて射出成形機１００の状態を表示装置３０に表示させる。

【0025】

図３は、駆動機構およびサーボアンプの詳細を説明するためのブロック図である。駆動機構２４は、モータ１０２ａ，１０２ｂを含む。モータ１０２ａ，１０２ｂは、たとえば、型締装置１０の型締機構１６を開閉させるボールねじ５１を回転させるモータ５０、射出装置２０のスクリュ２３を回転させるサーボモータなどが該当しうる。

【0026】

射出成形機１００は、サーボアンプ５３ａ，５３ｂに電源電圧を供給するコンバータ１５３を含む。コンバータ１５３は、商用３相電源２００から、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各電力線を経由して３相電力を受け、Ｐ相、Ｎ相の電力線間に直流電力を供給する。コンバータ１５３は、パワー半導体素子１５４とリアクトル１５５等を含んで構成される。

【0027】

サーボアンプ５３ａは、モータ１０２ａがＡＣサーボモータの場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルに駆動電流を供給する。サーボアンプ５３ａは、パワー半導体素子１０１ａと、パワー半導体素子１０１ａの導通／非導通を制御する制御部１００ａとを含む。

【0028】

サーボアンプ５３ｂは、モータ１０２ｂがＡＣサーボモータの場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルに駆動電流を供給する。サーボアンプ５３ｂは、パワー半導体素子１０１ｂと、パワー半導体素子１０１ｂの導通／非導通を制御する制御部１００ｂとを含む。

【0029】

パワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂ，１５４の各々は、たとえば、ＩＧＢＰ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などである。パワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂは、モータ１０２ａ，１０２ｂの駆動電流をそれぞれ制御するインバータを構成する。なお、パワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂの各々は、ダイオードを含んでも良い。パワー半導体素子１５４およびリアクトル１５５の各々は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相に対応して複数設けられ、３相交流を直流に変換するＡＣ－ＤＣコンバータを構成する。

【0030】

制御部１００ａ，１００ｂは、たとえば、ＣＰＵを含んで構成される。ＣＰＵは、プログラムを実行することにより、モータの回転位置を制御するように構成される。

【0031】

パワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂを搭載するサーボアンプ５３ａ，５３ｂおよびパワー半導体素子１５４を搭載するコンバータ１５３は、熱膨張係数の異なる複数の材料を用いて構成されている。このため、温度上昇および温度降下が繰り返されるような場合には、熱膨張応力により、ワイヤボンディングの剥離、接合材料の金属疲労などにより、寿命が短くなるという問題がある。

【0032】

そこで、制御装置４０は、ユーザから取得した成形条件（または予め設定されている成形条件、自動で作成された成形条件など）をチェックして、パワー素子ユニットの劣化を抑制するように、パワー素子ユニットの温度が急変しないように接合温度の変化を抑制する制御を実行する。

【0033】

制御装置４０は、接合温度の変化を抑制する制御として、たとえばパワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂの駆動波形を補正する。駆動電流がゼロから大きい状態に変化すると、接合温度の上昇幅が大きい。また、駆動電流が大きい状態からゼロに変化すると、接合温度の下降幅が大きい。そのような場合には、制御装置４０は、駆動電流がゼロである期間に、モータの回転に影響を及ぼさない無効電流をパワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂに流すようにする。すると、駆動電流がゼロの期間でも、無効電流によってパワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂが発熱するために、接合温度の変動幅が抑制される。

【0034】

なお、パワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂ，１５４自体に発熱させても良いが、ヒータ１０３を設けて、パワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂ，１５４のケースを加熱して接合部温度の低下を抑制しても良い。

【0035】

また、パワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂ，１５４を冷却するためのファン５４が設けられている場合には、駆動電流がゼロの期間にファン５４を停止して、放熱量を低下させることによって、接合部温度の低下を抑制しても良い。なお、ファン５４は、パワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂ，１５４の冷却を独立して個々に行なえるように複数設けることが好ましい。

【0036】

図４は、制御装置４０が実行するサーボアンプに対する処理を説明するためのフローチャートである。図５は、パワー半導体素子に流れる電流および接合部温度の変化を説明するための波形図である。

【0037】

図４のフローチャートの処理は、射出成形機の制御のメインルーチンから、１回の成形を実行開始する毎に呼び出されて実行される。まず、ステップＳ１１において、制御装置４０は、成形条件の変更があるか否かを確認する。成形条件の変更があった場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、制御装置４０は、ユーザから取得した成形条件（または予め設定されている成形条件、自動で作成された成形条件など）を実行した場合にパワー半導体素子の接合部温度に急変が生じるか否かを判断するために、第１回目の成形時にステップＳ１２において電流指令が変化する各ポイントでの電流指令値または電流値を保存するとともに、ステップＳ１３において成形の１サイクル内のモータの最大負荷率を保存する。

【0038】

成形条件の変更がなかった場合（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１４以降において、パワー半導体素子の接合部温度の変化を抑制する処理を実行する。

【0039】

まず、ステップＳ１４において、制御装置４０は、寿命延長機能がＯＮ状態に設定されているか否かを判断する。寿命延長機能は、初期状態ではＯＦＦに設定されている。したがって、通常は成形条件が変更された後に２回目の実行時には、寿命延長機能はＯＮではないので（Ｓ１４でＮＯ）、ステップＳ１５の処理が実行される。

【0040】

ステップＳ１５では、成形の１サイクル内でのモータの最大負荷率が６０％以上であるか否かを判断する。なお、判定基準値を６０％としたのは一例であり、判定基準値は適宜変更できる。

【0041】

ここで、負荷率は、モータの定格トルクを基準として算出しても良く、モータを駆動するインバータの定格電流を基準として算出しても良い。たとえば、負荷率とはモータの定格トルクを１００％として、発生トルク（負荷トルク）の割合を示したものである。負荷トルクは、電流値から計算できるので、１回目の成形時にＳ１２およびＳ１３において得られたデータに基づいて、ステップＳ１５の判断を行なうことができる。インバータの定格電流を基準とする場合には、インバータの定格電流を１００％としてインバータ電流が占める割合が負荷率である。なお、後に説明するコンバータに適用する場合には、コンバータの定格電流を１００％としてコンバータ電流が占める割合を負荷率とすれば良い。

【0042】

負荷率が判定基準値以上である場合には、接合部温度の変化を抑制する処理を実行すると過負荷となり、パワー半導体素子の温度が上昇しすぎてしまい、逆に寿命に悪影響を及ぼすおそれがある。また、負荷率が１００％を超える場合は、成形条件を見直して対応することが求められて、一般に休止時間（負荷率を下げるための無駄時間）を追加する必要がある。このため、成形サイクル時間が長くなるという問題も生じる。このため、制御装置４０は、負荷率が判定基準値よりも低い場合に（Ｓ１５でＮＯ）寿命延長機能をＯＮに設定し、ステップＳ１７の処理を実行する。ここでは、判定基準値を６０％としたが、判定基準値は６０％以外でも良い。パワー半導体素子の放熱状態によって判定基準値は適宜変化させても良い。

【0043】

ステップＳ１７では、電流指令値の減少率が判断される。これにより、接合部温度が急降下するか否かが判断される。１サイクル中に変化する電流指令値のｎ番目の電流指令値をＩ（ｎ）で表わすと、制御装置４０は、Ｉ（ｎ－１）－Ｉ（ｎ）が瞬時最大電流または定格電流の２０％以上に該当するか否かを判断する。ここでは、電流の減少率の判定基準値を２０％としたが、判定基準値は２０％以外でも良い。パワー半導体素子の放熱状態によって判定基準値は適宜変化させても良い。

【0044】

ステップＳ１７で電流の減少率が判定基準値未満であった場合には、ステップＳ１８において電流指令値の増加率が判断される。これにより、接合部温度が急上昇するか否かが判断される。１サイクル中に変化する電流指令値のｎ番目の電流指令値をＩ（ｎ）で表わすと、制御装置４０は、Ｉ（ｎ＋１）－Ｉ（ｎ）が瞬時最大電流または定格電流の２０％以上に該当するか否かを判断する。ここでは、電流の増加率の判定基準値を２０％としたが、判定基準値は２０％以外でも良い。パワー半導体素子の放熱状態によって判定基準値は適宜変化させても良い。

【0045】

電流指令値の減少率が判定基準値以上であった場合（Ｓ１７でＹＥＳ）または電流指令値の増加率が判定基準値以上であった場合（Ｓ１８でＹＥＳ）には、制御装置４０は、ステップＳ１８においてモータ回転速度が１（ｒｐｍ）以上であるか否かを判断する。モータ回転速度が一定値よりも低いときに無効電流を追加すると相バランスが崩れ、一部の相のパワー半導体素子に偏って発熱が生じる可能性があるからである。なお、ここでは、モータ回転速度の判定基準値を１（ｒｐｍ）としたが、判定基準値は１（ｒｐｍ）以外でも良い。

【0046】

モータ回転速度が判定基準値以上であった場合（Ｓ１９でＹＥＳ）、ステップＳ２０において、制御装置４０は、ｎ番目の電流指令値Ｉ（ｎ）に無効電流を加算する。無効電流の加算は、制御装置４０がモータのベクトル制御を行なっている場合には、ｄ軸電流を加算すれば良い。無効電流を加算しても、モータの動作には影響を与えないので、ユーザから取得した成形条件（または予め設定されている成形条件、自動で作成された成形条件など）に影響を与えずに、パワー半導体素子を発熱させることが可能となる。なお、加算する無効電流の最大値は、減少率が判定基準値を超える場合には、Ｉ（ｎ－１）－Ｉ（ｎ）とし、増加率が判定基準値を超える場合には、Ｉ（ｎ＋１）－Ｉ（ｎ）とすることが好ましい。

【0047】

ステップＳ１８で電流の増加率が判定基準値未満であった場合、および、ステップＳ１９でモータの回転速度が判定基準値未満であった場合には、無効電流を加算する効果が得られないか、または、発熱するパワー半導体素子が偏るおそれがあるので、制御装置４０は、ステップＳ２０の処理をせずに、メインルーチンに処理を戻す。ここで、Ｓ１７～Ｓ２０の処理は、電流指令値Ｉ（１）から成形サイクルの最後の電流指令値まで、順次ｎを１から増加させて実行され、成形サイクル中の各電流指令値に無効電流を加算するか否かが決定される。

【0048】

なお、ステップＳ１５において、負荷率が判定基準値以上であった場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、ステップＳ２１において、制御装置４０は、寿命延長機能をＯＦＦに設定し、ステップＳ１７～Ｓ２０の処理を実行せずに処理をメインルーチンに戻す。

【0049】

次に、ステップＳ１４において、制御装置４０は、寿命延長機能がＯＮ状態に設定されていた場合、第２回目の成形で寿命延長機能が実行可能と判定された以降の成形である。この場合であっても、無効電流を加算した結果、１サイクル内の最大負荷率が判定基準値（たとえば９５％）以上となった場合（Ｓ２２でＹＥＳ）には、パワー半導体素子の温度が上限値を超えるおそれがあるので、ステップＳ２３において、一旦ＯＮに設定された寿命延長機能がＯＦＦに設定される。

【0050】

なお、ステップＳ１２およびＳ１３の処理は、成形の１回目に実測によって電流値および負荷率を得ても良いが、成形を実行する前に、成形条件から制御装置４０が電流値および負荷率を計算し、その後ステップＳ１４以降の処理を実行するようにしても良い。

【0051】

図５には、上から、電流指令、ケース温度変化、接合部温度変化、接合部温度の各変化の様子が０～１００％のスケールで記載されている。電流指令値は、時刻ｔ０～ｔ１においてＩ（０）が与えられ、時刻ｔ１～ｔ２においてＩ（１）が与えられ、時刻ｔ２～ｔ３においてＩ（２）が与えられ、時刻ｔ３～ｔ４においてＩ（３）が与えられている。さらに、電流指令値は、時刻ｔ４～ｔ５においてＩ（４）が与えられ、時刻ｔ５～ｔ６においてＩ（５）が与えられ、時刻ｔ６～においてＩ（６）が与えられている。

【0052】

図５に示す成形の１サイクルにおいて、ユーザから取得した電流指令を実行した場合の温度変化は、実線の波形に示されるように最大でｄＴ１であった。

【0053】

これに対して図４で説明した処理を実行することにより電流波形が補正される。すなわち、時刻ｔ３における電流指令値の増加率が判定基準値を超えたため、時刻ｔ２～ｔ３における電流指令値Ｉ（２）＝０に破線で示すように無効電流（ｄ軸電流）が加算される。

【0054】

また、時刻ｔ６における電流指令値の減少率が判定基準値を超えたため、時刻ｔ６以降における電流指令値Ｉ（６）＝０に破線で示すように無効電流（ｄ軸電流）が加算される。その結果、接合部温度の変化幅がｄＴ１からｄＴ２に減少する。したがって、温度上昇および温度降下が繰り返されるような場合の熱膨張応力が緩和されるので、サーボアンプ５３ａ，５３ｂの劣化が抑制される。

【0055】

以上説明した本実施の形態では、寿命を改善する部品の例としてサーボアンプ中のパワー半導体素子について説明したが、サーボアンプに限らず、モータに電力を伝達するパワー半導体素子であれば他のユニット中のパワー半導体素子であっても良い。たとえば、図３に示すコンバータ１５３に対してパワー半導体素子の温度の変化幅を抑制する制御を行なっても良い。

【0056】

図６は、制御装置４０が実行するコンバータに対する処理を説明するためのフローチャートである。サーボアンプのインバータに電流指令値の補正を適用する場合には、適用条件の一つに「モータ回転速度」が存在したが、コンバータには回転速度という概念がないため、適用条件が１つ減る。

【0057】

したがって、図６に示すフローチャートは、図４で説明したフローチャートと比較すると、ステップＳ１９のモータ回転速度の判定が実行されない点が異なる。他のステップＳ１１～Ｓ１８およびＳ２０～Ｓ２３の処理については、図４と同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。

【0058】

なお、図４および図６に示したフローチャートの処理では、パワー素子の寿命延長機能のＯＮ／ＯＦＦは、射出成形機の制御装置が判断して設定することを想定しているが、消費電力が増えるため、ユーザがＯＦＦできるようにしておいても良い。

【0059】

（まとめ）
最後に、再び図面を参照して、本実施の形態について総括する。本実施形態の射出成形機は、図３に示すように、モータ１０２ａ，１０２ｂと、モータ１０２ａ，１０２ｂを駆動するサーボアンプ５３ａ，５３ｂと、サーボアンプ５３ａ，５３ｂを制御する制御装置４０とを備える。制御装置４０は、成形条件に対応するサーボアンプへの電流指令値に基づいてサーボアンプ５３ａ，５３ｂ内のパワー半導体素子１０１ａ，１０１ｂの接合温度の変化を判定し、接合温度の変化が判定基準値よりも大きい場合は、接合温度の変化を抑制する処理を実行するように構成される。

【0060】

このような構成とすることによって、サーボアンプ中の半導体素子の劣化が抑制される。

【0061】

制御装置４０は、図４に示すように、電流指令値の増加度合いが第１しきい値より大きく（Ｓ１７でＹＥＳ）、モータ１０２ａ，１０２ｂの負荷率が第２しきい値よりも小さい（Ｓ１５でＮＯ）場合に、接合温度の変化を抑制する処理（Ｓ１９）を実行するように構成される。

【0062】

このような条件で処理を行なうことによって、ユーザから取得した成形条件（または予め設定されている成形条件、自動で作成された成形条件など）に大きな影響を与えることなく、サーボアンプ中の半導体素子の劣化が抑制される。

【0063】

パワー素子ユニットは、モータを駆動するインバータまたはインバータに電源電圧を供給するコンバータであり、制御装置４０は、接合温度の変化を抑制する処理として、図４のステップＳ１９に示すように、モータ１０２ａ，１０２ｂの無効電流を流すようにサーボアンプ５３ａ，５３ｂを制御する。または、図６のステップＳ１９に示すように、コンバータに無効電流を流すようにパワー素子ユニットを制御する。

【0064】

射出成形機は、サーボアンプ５３ａ，５３ｂを加熱する加熱部をさらに備える。加熱部として、たとえば、サーボアンプのケースを外から加熱するヒータ１０３を用いることができる。制御装置４０は、接合温度の変化を抑制する処理として、サーボアンプ５３ａ，５３ｂを加熱するように加熱部を制御する。

【0065】

射出成形機は、サーボアンプ５３ａ，５３ｂを冷却する冷却部をさらに備える。冷却部としては、たとえば、サーボアンプのケースを外から冷却するファン５４を用いることができる。制御装置４０は、接合温度の変化を抑制する処理として、サーボアンプ５３ａ，５３ｂの冷却度合いが弱まるように冷却部を制御する。たとえば、ファン５４を停止するか、または回転速度を下げる。

【0066】

なお、サーボアンプ５３ａ，５３ｂ以外であっても、コンバータ１５３の制御に同様な温度変化を抑制する制御を適用しても良い。

【0067】

以上のいずれかの方法によって、半導体素子の接合部温度の変化幅を小さくすることができる。

【0068】

図５の波形図に一例を示したように、制御装置４０は、ユーザから取得した成形条件（または予め設定されている成形条件、自動で作成された成形条件など）に対応するサーボアンプ５３ａ，５３ｂへの電流指令値に基づいてサーボアンプを制御して第１回目の成形処理を実行し、制御装置は、第１回目の成形処理において、電流指令値に基づいて接合温度の変化が判定基準値よりも大きいと判定された期間に対して、第２回目以降の成形処理では、第１回目の成形処理時よりも接合温度の変化幅が少なくなるように、接合温度の変化を抑制する処理を実行するように構成される。

【0069】

モータの負荷率などは、材料、条件などによって変化するので、１回目の成形によってデータを取得することにより、寿命延長機能を実行して良いか否かを正確に判断することができる。

【0070】

本実施の形態は、他の局面では、モータに電力を伝達するサーボアンプ５３ａ，５３ｂおよびコンバータ１５３などのパワー素子ユニットを備える射出成形機の制御方法に関する。制御方法は、（ａ）成形条件に対応するパワー素子ユニットへの電流指令値に基づいてパワー素子ユニット内の半導体素子の接合温度の変化を判定するステップ（Ｓ１７）；および（ｂ）接合温度の変化が判定基準値よりも大きい場合は、接合温度の変化を抑制する処理を実行するステップ（Ｓ１９）を含む。

【符号の説明】

【0071】

１６ 型締機構、１７，１８ 金型、２０ 射出装置、２１ 基台、２２ 加熱シリンダ、２３ スクリュ、２４ 駆動機構、２５ ホッパ、２６ 射出ノズル、２７ ノズルタッチ装置、３０ 表示装置、３１ ディスプレイ、３２ 入力装置、４０ 制御装置、４１ 演算部、４１ａ ＣＰＵ、４１ｂ メモリ、４２ 入力インターフェース、４３ 出力インターフェース、４４ 記憶部、４５ 基板、５０，１０２ａ，１０２ｂ モータ、５１ ボールねじ、５２ 制御基板、５３，５３ａ，５３ｂ サーボアンプ、５４ ファン、５５ センサ、１００ 射出成形機、１００ａ，１００ｂ 制御部、１０１ａ，１０１ｂ パワー半導体素子、１０３ ヒータ、１５３ コンバータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】