JP5755522B2

JP5755522B2 - 電動射出成形機およびその電力貯蔵装置

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Publication number: JP5755522B2
Application number: JP2011151838A
Authority: JP
Inventors: 忠義松尾
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: JP2013018152A

Description

本発明は、停電発生時あるいは供給電圧異常時に、電動射出成形機のサーボアンプに電力を供給して適切な状態で停止するようにして、金型を保護するようになっている電動射出成形機に関するものである。

射出成形機は、従来周知のように、一対の金型、これらの金型を型締する型締装置、樹脂を溶融して金型内に射出する射出装置等から構成され、射出装置は、射出シリンダ、この射出シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるスクリュ等から構成されている。電動射出成形機においては、このような型締装置、スクリュ等は、それぞれに独立して設けられているサーボモータによって駆動されるようになっている。電動射出成形機には電源装置が設けられており、この電源装置は、工場の受電設備から供給される所定の三相交流電圧を直流電圧に整流する。この整流された直流電圧が、各サーボモータを駆動するサーボアンプに供給されるようになっている。

電動式射出成形機に取り付けられる金型には色々な種類のものがある。例えば適切な抜き勾配が形成されて脱型し易い形状になっている成形品の場合には、金型を比較的シンプルな２枚プレートから構成することができる。しかしながら成形品の形状によってはキャビティから成形品を取り出すことができない、いわゆるアンダーカット部が形成されてしまうものもある。このような場合には、金型内に駆動可能な中子が設けられる。型締装置の型締動作と連動させて中子を駆動すると、中子と金型の他の部材とからキャビティが形成される。このキャビティに溶融樹脂を射出して冷却固化後、型開動作に連動させて中子を駆動すると成形品から中子が待避する。そうすると成形品を取り出すことができる。金型を、いわゆる３枚プレートから構成することもできる。従来周知のように３枚プレートからなる金型は、型開時に適切な順序で各プレートを開くと、成形品の取り出し時に成形品からスプルを分離することができ、効率よく成形品を得ることができる。このように中子を備えた金型、３枚プレートからなる金型等は、金型内に駆動部材が設けられている。これらの駆動部材は型締装置の型開閉動作、あるいはエジェクタ装置の突出動作と連動させて駆動するようになっている。しかしながら停電、工場供給電圧の低下、あるいは工場供給電圧における規定値を超える周波数変動等の異常発生時には、型締装置やエジェクタ装置がどのような状態になるか保障できず、型開閉動作や突出動作と駆動部材とが互いに連動できるとは限らない。そうすると高価な金型が破損してしまうこともある。従って金型の破損を防止する対策が求められている。

特開２００６−５１７５４号公報特開２００２−１１８９６７号公報特開２００４−２１６８２９号公報特開２００９−２４１２８７号公報

特許文献１には、所定の型開防止装置を備えた電動トグル型締装置が記載されている。特許文献１に記載の型開防止装置は、クロスヘッドに設けられており、該クロスヘッドを駆動するボールネジをブロックすることができる。従って型締状態において型開防止装置を駆動すると型締状態が維持されることになり、この状態で停電が発生しても金型は開かない。これによって中子等の駆動部品を備えた金型が取り付けられていても、意図しないタイミングで型開されないので、金型の破損を防止することができる。

特許文献２には、所定の電源電圧保持装置を備えた電動射出成形機が記載されている。電源電圧保持装置は、電動射出成形機の電源装置の直流電圧側に設けられており、各サーボモータを駆動するサーボアンプと並列に接続されている。この電源電圧保持装置は、所定のモータと、このモータに交流電圧を供給するインバータと、モータの回転による運動エネルギを電力に変換して直流電圧に回生する回生コンバータとから構成されている。通常の運転時においてはインバータから供給される交流電圧によってモータを高速に回転する。すなわち運動エネルギとして貯蔵する。そして工場供給電圧の低下等の異常が発生して、電源装置が供給している直流電圧の低下を検出したら、回生コンバータによってモータの回転による運動エネルギーを電力に変換して直流電圧に回生する。これによって各サーボアンプに安定した直流電圧を供給することができる。工場の供給電圧が正常に復帰したら電源電圧保持装置を停止する。このようにして一時的な工場供給電圧の異常が発生しても、型開閉動作、突出動作等が停止することはなく、駆動部材を備えた金型が破損することを防止できる。

特許文献３には、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータを３個備えた電動射出成形機が記載されている。コンバータのそれぞれには独立した直流電圧回路が設けられ、それぞれの回路は、サーボモータを駆動する駆動用の直流電圧、サーボモータを制御する制御用の直流電圧、そして制御装置を駆動する制御装置用の直流電圧を供給するようになっている。特許文献３に記載の電動射出成形機において、これらの直流電圧回路には、それぞれエネルギー蓄積用のコンデンサが設けられ、正負の電圧線間に接続されている。従って交流電圧が停電した場合であっても、エネルギー蓄積用のコンデンサから供給される直流電圧によって所定の時間だけサーボモータを駆動することができる。これによって例えば型締力が発生しているときに停電が検出された場合には、型締装置を型開方向に駆動することができ金型を保護することができる。

特許文献４は本出願人によって提案されている文献であり、本発明と直接的な関係はないが、電力供給装置を備えた電動射出成形機が記載されている。この電力供給装置は、電動射出成形機の電源装置の直流電圧側に設けられており、各サーボモータを駆動するサーボアンプと並列に接続されている。この電力供給装置は、コイルとコンデンサと２個のスイッチと２個のダイオードとからなる電力貯蔵回路を備えており、直流電圧から電力の供給を受けて、回路内に昇圧した状態で電力を貯蔵することができる。そして短時間に大電力が必要な射出工程において、回路内に貯蔵した電力を直流電圧側に供給する。そうすると電動射出成形機への供給電力を平滑化することができ、工場の受電設備の負担を低減することができる。

特許文献１に記載の電動射出成形機、あるいは特許文献２に記載の電動射出成形機によっても、停電、工場供給電圧の低下、あるいは工場供給電圧における規定値を超える周波数変動等の異常に対応することができ金型を保護することはできる。しかしながら問題も見受けられる。例えば特許文献１に記載の電動射出成形機の場合、型開防止装置が駆動されている状態であれば停電が発生しても型開しないので問題はないが、他の場合、例えば型開閉の動作中に停電が発生すると型盤装置が慣性によって動いて金型を破損してしまうことがある。また型開防止に関しては考慮されているが突出動作に関しては考慮されていない。従って中子等の駆動部分を備え、突出動作と連係してこれを駆動する必要のある金型の場合には、駆動部分が動作しているにも拘わらず停電等によって突出動作が停止することがあり金型が破損してしまう。特許文献２に記載の電動射出成形機の場合、電源電圧保持装置によって電力をモータの回転による運動エネルギとして貯蔵することができ、工場の供給電圧の低下等の異常時に直流電圧に変換して回生することができる。従って所定の時間だけ直流電圧を維持して運転を継続することができ、一時的に工場の供給電圧の低下に対応することはできる。しかしながら工場の供給電圧が短時間で正常に回復する保障はなく、所定の時間内に電圧が正常に戻らない場合には直流電圧の供給が停止してしまう。そうすると電動射出成形機は停止することになり、このときの型開閉状態は不定になって金型を確実に保護することはできない。つまり特許文献２に記載の電源電圧保持装置は、電動射出成形機を安全な状態にして停止させることを目的としていないので、工場の供給電圧が短時間で復旧しない場合、金型の破損が発生する可能性がある。特許文献３に記載の電動射出成形機の場合には、エネルギー蓄積用のコンデンサに電力が貯蔵されるので、停電時にも所定の時間はサーボモータを駆動できるようになっており、ある程度金型を保護することはできる。しかしながらエネルギー蓄積用のコンデンサによっては、安定した直流電圧が得られる保証はなく、サーボモータが確実に駆動できるとは限らない。エネルギー蓄積用のコンデンサを検討すると、これらは正負の電圧線間に接続されているだけであり、実質的にはコンバータからのリップル電圧を平滑化する従来の平滑用コンデンサと同様の構成である。そうすると電荷が放出されるに従って直流電圧が低下することになる。つまりサーボモータを確実に駆動できる保障がない。また直流電圧回路が３系統に別れていて互いに独立しているので、駆動用の直流電圧と制御用の直流電圧と制御装置用の直流電圧のうち１系統でも電圧が低下してしまうとサーボモータが駆動できないという問題もある。そうするとサーボモータを駆動できない状態になる可能性がそれだけ大きくなってしまう。つまり特許文献３に記載の電動射出成形機によっては、停電時に確実に金型を保護できる保障がない。特許文献４に記載の電力供給装置を検討すると、この電力供給装置は射出工程において、工場から供給される電圧に代わって電力を供給するように構成されている。しかしながら型開閉工程、突出工程中に停電が発生しても電力を供給しないので、他の文献に記載の電動射出成形機のように金型を保護することはできない。

本発明は、上記したような従来の問題点あるいは課題を解決した、電動射出成形機を提供することを目的とし、具体的には、停電時あるいは供給電圧異常時に、電動射出成形機のサーボアンプに安定した電圧の電力を供給して適切な状態で停止するようにして、金型を保護することができる電動射出成形機を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、所定の電力貯蔵装置を備え、所定の運転方法を実施する電動射出成形機として構成する。電動射出成形機を構成している、スクリュ、型締装置、成形品突出装置等の各部材はサーボモータによって駆動され、サーボモータはサーボアンプによって駆動される。電動射出成形機には、交流電源からの交流電圧を整流して直流回路に直流電圧を供給する交流直流変換器が設けられており、この直流電圧によって各サーボアンプに電力が供給されている。電力貯蔵装置は直流回路に接続し、直流電圧を電力として貯蔵すると共に貯蔵した電力を直流回路に供給するように構成する。このとき供給する直流電圧は、電圧が所定の変動範囲に維持されるようにする。このような電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機において、交流電圧が正常なときは電力貯蔵装置に所定の電力を貯蔵するようにする。そして金型を型閉じする型閉工程中、金型を型開きする型開工程中、または成形品を突き出す突出工程中において、交流電圧の異常を検出すると、電力貯蔵装置から直流電圧を供給してこれらの工程を完了させ、その後電動射出成形機を停止するように構成する。

請求項１に記載の発明は、交流電源からの交流電圧を整流して直流回路に直流電圧を供給する交流直流変換器を備え、スクリュ、型締装置、成形品突出装置等の各部材を駆動するサーボモータのサーボアンプが前記直流回路からの直流電圧によって駆動されるようになっている電動射出成形機であって、前記直流回路には、直流電圧を電力として貯蔵すると共に貯蔵した電力を前記直流回路に供給する電力貯蔵装置と、直流電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータとが接続され、前記交流電源には、交流電圧を監視する監視装置が設けられ、前記監視装置において監視される交流電圧が正常のときは、前記電力貯蔵装置に所定の電力が貯蔵され、型締装置または成形品突出装置が駆動中に、前記監視装置において交流電圧の異常が検出されると、前記サーボアンプを制御する制御用電圧は前記ＤＣ／ＤＣコンバータから供給され、電圧が所定の変動範囲に維持されるように前記電力貯蔵装置から前記直流回路に直流電圧が供給されて前記型締装置または前記成形品突出装置の駆動が完了するようになっており、その後電動射出成形機が停止されるようになっており、その後電動射出成形機が停止されるように構成される。
請求項２に記載の発明は、交流電源からの交流電圧を整流して直流回路に直流電圧を供給する交流直流変換器を備え、スクリュ、型締装置、成形品突出装置等の各部材を駆動するサーボモータのサーボアンプが前記直流回路からの直流電圧によって駆動されるようになっている電動射出成形機であって、前記直流回路には、直流電圧を電力として貯蔵すると共に貯蔵した電力を前記直流回路に供給する電力貯蔵装置と、直流電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータとが接続され、前記交流電源には、交流電圧を監視する監視装置が設けられ、前記監視装置において監視される交流電圧が正常のときは、前記電力貯蔵装置に所定の電力が貯蔵され、金型を型閉じする型閉工程中、金型を型開きする型開工程中、または成形品を突き出す突出工程中に、前記監視装置において交流電圧の異常が検出されると、前記サーボアンプを制御する制御用電圧は前記ＤＣ／ＤＣコンバータから供給され、電圧が所定の変動範囲に維持されるように前記電力貯蔵装置から前記直流回路に直流電圧が供給されて前記型閉工程、前記型開工程または前記突出工程が完了するようになっており、その後電動射出成形機が停止されるように構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電動射出成形機において、前記交流電圧の異常には、停電、電圧振幅の低下、あるいは規定値を越える周波数変動が含まれるように構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の電動射出成形機において、前記電力貯蔵装置は、コンデンサとコイルと所定のスイッチとを備え、前記直流回路からの直流電圧は前記コイルを経由して前記コンデンサに電力として貯蔵され、前記スイッチが駆動されると、前記コンデンサに貯蔵された電力が前記コイルを経由して前記直流回路に供給されるように構成される。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電動射出成形機において、前記コンデンサに電力を貯蔵するとき前記直流回路からの直流電圧よりも高電圧の状態で貯蔵し、前記コンデンサから前記直流回路に直流電圧を供給するとき前記コンデンサ内に貯蔵された電力を降圧して供給するように構成される。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の電動射出成形機において、前記コンデンサに電力を貯蔵するとき前記直流回路からの直流電圧よりも低電圧の状態で貯蔵し、前記コンデンサから前記直流回路に直流電圧を供給するとき前記コンデンサ内に貯蔵された電力を昇圧して供給するように構成される。

以上のように、本発明は、交流電源からの交流電圧を整流して直流回路に直流電圧を供給する交流直流変換器を備え、スクリュ、型締装置、成形品突出装置等の各部材を駆動するサーボモータのサーボアンプが前記直流回路からの直流電圧によって駆動されるようになっている電動射出成形機として構成される。そして直流回路には、直流電圧を電力として貯蔵すると共に貯蔵した電力を直流回路に供給する電力貯蔵装置と、直流電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータとが接続され、交流電源には、交流電圧を監視する監視装置が設けられ、監視装置において監視される交流電圧が正常のときは、電力貯蔵装置に所定の電力が貯蔵され、型締装置または成形品突出装置が駆動中に、監視装置において交流電圧の異常が検出されると、サーボアンプを制御する制御用電圧は前記ＤＣ／ＤＣコンバータから供給され、電圧が所定の変動範囲に維持されるように電力貯蔵装置から直流回路に直流電圧が供給されて型締装置または成形品突出装置の駆動が完了するようになっており、その後電動射出成形機が停止されるように構成されている。そうすると停電時であっても安定した直流電圧が供給されてサーボモータは確実に動作できることになる。そして型締装置または成形品突出装置が停止した状態で電動射出成形機が停止すると共に、これら装置には、部材が能動的に動き出してしまうような機械的エネルギ、あるいはポテンシャルエネルギは残留しないことになる。従ってサーボモータを無負荷にしても装置が動き出すことはなく安定している。これによって金型の動作と無関係に型開閉したり突出動作をしないので、金型の破損を防止することができる。このような運転をするときサーボアンプの制御用電圧は、直流電圧が供給されている限り確実に供給されるので、サーボモータを駆動できることが保障される。

また他の発明によると、金型を型閉じする型閉工程中、金型を型開きする型開工程中、または成形品を突き出す突出工程中に、監視装置において交流電圧の異常が検出されると、サーボアンプを制御する制御用電圧は前記ＤＣ／ＤＣコンバータから供給され、電圧が所定の変動範囲に維持されるように電力貯蔵装置から直流回路に直流電圧が供給されて型閉工程、型開工程または突出工程が完了するようになっており、その後電動射出成形機を停止されるように構成されている。従ってこの発明によっても型締装置または突出装置は安定した状態で停止することになり、金型を保護することができる。また他の発明によると、このような電動射出成形機において、電力貯蔵装置は、コンデンサとコイルと所定のスイッチとを備え、直流回路からの直流電圧はコイルを経由してコンデンサに電力として貯蔵され、スイッチが駆動されると、コンデンサに貯蔵された電力がコイルを経由して直流回路に供給されるように構成されている。従って比較的シンプルな回路から電力貯蔵装置を構成することができ、安定した直流電圧を供給することができる。そして他の発明によると、このコンデンサに電力を貯蔵するとき直流回路からの直流電圧よりも高電圧の状態で貯蔵し、コンデンサから直流回路に直流電圧を供給するときコンデンサ内に貯蔵された電力を降圧して供給する。また他の発明によるとコンデンサに電力を貯蔵するとき直流回路からの直流電圧よりも低電圧の状態で貯蔵し、コンデンサから直流回路に直流電圧を供給するときコンデンサ内に貯蔵された電力を昇圧して供給する。このように電力を昇圧／降圧して供給するので、直流電圧の変動を所望の範囲に制御するとき、容易に制御できることになる。

本実施の形態に係る電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機において、電力貯蔵装置と各サーボアンプの接続状態を模式的に示す平面図である。本実施の形態に係る電力貯蔵装置の電力貯蔵回路を示す回路図である。本実施の形態に係る電力貯蔵回路の作用を模式的に示す図であり、その（ア）、（イ）は電力貯蔵回路に電力を貯蔵する場合の回路の動作状態を、その（ウ）、（エ）は貯蔵された電力を正端子と負端子から供給する場合の回路の動作状態を、それぞれ説明する動作説明図である。本実施の形態に係る電動射出成形機において、交流電圧の異常を検出した場合の運転方法を示すフローチャートである。本実施の形態に係る電動射出成形機において、交流電圧の異常を検出した場合の運転方法を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態に係る電力貯蔵装置の電力貯蔵回路を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る電動射出成形機１も、従来周知の電動射出成形機と同様に、３相交流電源ＰＷから供給される３相交流電圧を整流してサーボアンプに直流電圧が供給されるようになっている。従って本実施の形態に係る電動射出成形機１も、図１に示されているように交流直流変換器２が設けられ、交流直流変換器２は３相交流電源ＰＷに接続されていると共に直流回路Ｐ、Ｎに接続されている。交流直流変換器２は、詳しくは説明しないが３相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータであり、従来周知のダイオード整流回路、ＰＷＭコンバータ等から構成されている。図１には示されていないが交流直流変換器２の内部には、直流回路の正負の電圧線Ｐ、Ｎ間に平滑化コンデンサが接続され、直流電圧が平滑化されるようになっている。

電動射出成形機１の各装置を駆動するサーボモータ、すなわちスクリュを軸方向に駆動するサーボモータＳＭ１、回転方向に駆動するサーボモータＳＭ２、型開閉装置を駆動するサーボモータＳＭ３、エジェクタピンを駆動するサーボモータＳＭ４、…は、それぞれ対応するサーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…によって駆動されるようになっている。これらのサーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…は、それぞれの正の端子が直流回路Ｐ、Ｎの正の電圧線Ｐに接続されている。従って交流直流変換器２から、これらのサーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…に直流電圧が供給されるようになっている。

本実施の形態に係る電動射出成形機１には、直流電圧を電力として貯蔵できると共に貯蔵した電力を直流電圧として直流回路Ｐ、Ｎ側に供給することができる装置、すなわち電力貯蔵装置３が設けられている。これによって停電等の３相交流電圧異常時にも、一時的に電力を供給してサーボモータＳＭ１、…を駆動できるようになっている。電力貯蔵装置３は正の電圧線Ｐに接続されている。電力貯蔵装置３については後で詳しく説明する。

本実施の形態に係る電動射出成形機１においても各装置を制御する制御装置５が設けられているが、この制御装置５を駆動する電力は停電時であっても安定して供給されるように、その供給手段は二重化されている。具体的には、３相交流電源ＰＷからの交流電圧と電力貯蔵装置３からの直流電圧の、いずれからも電力の供給を受けられるようになっている。つまり３相交流電源ＰＷには制御電源用ＡＣ／ＤＣコンバータ６が、電力貯蔵装置３の正の電圧線Ｐには制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ７がそれぞれ設けられ、所定の電圧の直流電圧に変換されている。そしてこれらのコンバータ６、７からの電圧線は切換スイッチＳＷに入力されている。この切換スイッチＳＷは、半導体スイッチ、機械式スイッチ等のいずれのスイッチから構成されていてもよく、制御装置５からの信号によって作動するようになっている。この切換スイッチＳＷによって制御装置５の駆動用電力の供給先が、制御電源用ＡＣ／ＤＣコンバータ６から、あるいは電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ７から適宜選択される。

本実施の形態においては、交流直流変換器２の交流回路側に交流電圧監視装置９が設けられている。この装置は信号線によって制御装置５に接続されており、３相交流電圧を監視して、停電、電圧低下、規定値を超える周波数変動等の交流電圧異常を検出したら制御装置５に異常が通知されるようになっている。なお、規定値を越える周波数変動とは、周波数が所定の割合、例えば５％を越えて変動するような周波数が不安定な状態をいう。

本実施の形態に係る電力貯蔵装置３について詳しく説明する。電力貯蔵装置３は、図２に示されているように、電力貯蔵回路１１と、これを制御する制御回路１２とから構成されている。電力貯蔵回路１１は直流回路Ｐ、Ｎに接続されており、直流回路Ｐ、Ｎの正の電圧線に接続されている正端子Ｐと、負の電圧線すなわち接地された電圧線に接続されている負端子Ｎとを備えている。電力貯蔵回路１１はこれらの正端子Ｐと負端子Ｎと、１個のコンデンサＣと、１個のコイルＬと、第１と第２のスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２とから構成されている。第１のスイッチ回路ＳＷ１は第１のトランジスタＴｒ１と第１のダイオードＤ１とから、第２のスイッチ回路ＳＷ２は第２のトランジスタＴｒ２と第２のダイオードＤ２とからなる。コンデンサＣには例えば電気二重層キャパシタが採用され、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２には例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、すなわちＩＧＢＴが採用されている。より詳しく電力貯蔵回路１１を説明すると、負端子Ｎと、正端子Ｐと、正端子Ｐに接続されているコイルＬは、第１、２のループ回路ＬＰ１、ＬＰ２で共有されている。すなわち、第１のループ回路ＬＰ１は、負端子Ｎと、正端子Ｐと、コイルＬと、第１のスイッチ回路ＳＷ１とコンデンサＣが直列に接続された回路であり、第２のループ回路ＬＰ２は、負端子Ｎと、正端子Ｐと、コイルＬと、第２のスイッチ回路ＳＷ２が直列に接続された回路になっている。スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２はいずれも、１個のダイオードと１個のトランジスタが並列に接続された回路であり、一方の方向には自由に電流を流すが、反対の方向にはトランジスタがＯＮしたとき、すなわちスイッチングしたときのみ電流を流す、電流の流れを制御する回路になっている。具体的には、第１のスイッチ回路ＳＷ１は、第１のダイオードＤ１が正端子Ｐから負端子Ｎの方向に電流を流すように接続され、第１のトランジスタＴｒ１は、ＯＮすると逆方向に電流を流すように、第１のダイオードＤ１と並列に接続されている。そして、第２のスイッチ回路ＳＷ２は、第２のダイオードＤ２が負端子Ｎから正端子Ｐの方向に電流を流すように接続され、第２のトランジスタＴｒ２は、ＯＮすると逆方向に電流を流すように、第２のダイオードＤ２と並列に接続されている。

図３により本実施の形態に係る電力貯蔵回路１１の作用を説明する。電力貯蔵回路１１は、初期状態においては、第１のダイオードＤ１が、正端子ＰからコンデンサＣの向きに自由に電流を流す向きに設けられているので、コンデンサＣの正（＋）電極側の電位は、正端子Ｐの電位と等しい。従って、貯蔵電圧Ｖ２は、正負端子Ｐ、Ｎの端子間電圧Ｖ１と等しくなっている。この状態から電力を貯蔵する場合について説明する。図３の（ア）に示されているように、第２のトランジスタＴｒ２をスイッチング、すなわちＯＮする。そうすると、電流は矢印ＹＡのように流れる。電流が流れて所定の時間が経過するとコイルＬに磁気エネルギが蓄積される。第２のトランジスタＴｒ２をＯＦＦする。そうすると、図３の（イ）に示されているように、コイルＬに蓄積された磁気エネルギによって瞬間的に矢印ＹＢの方向の高電圧の起電力がコイルＬに生じる。生じた起電力によって第１のダイオードＤ１を経由して矢印ＹＣのように電流が流れて、コンデンサＣに電力が貯蔵される。すなわち、コイルＬの作用によって直流電圧が昇圧されてコンデンサＣに蓄電される。以下、第２のトランジスタＴｒ２のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すと、コンデンサＣに電力が貯蔵されて、貯蔵電圧Ｖ２は端子間電圧Ｖ１よりも高電圧になる。

電力貯蔵回路１１において、貯蔵した電力を直流電圧として外部に出力する場合について説明する。前節の動作によってコンデンサＣに電力が貯蔵されると、貯蔵電圧Ｖ２と端子間電圧Ｖ１とには、
Ｖ２＞Ｖ１
の関係が成立することになる。この状態で第１のトランジスタＴｒ１をＯＮすると、図３の（ウ）に示されているように、矢印ＹＤの方向に電流が流れる。電流が流れると、コイルＬに磁気エネルギーが蓄積されるとともに、コイルＬには矢印ＹＥの方向に起電力が生じる。すなわち、貯蔵電圧Ｖ２と端子電圧Ｖ１との電位差をコイルＬの起電力が分担している。次に、第１のトランジスタＴｒ１をＯＦＦする。そうすると、図３の（エ）に示されているように、コイルＬに蓄積された磁気エネルギーによって、コイルＬの電流を維持するように、矢印ＹＦの方向の高電圧の起電力がコイルＬに生じ、コイルＬに生じた起電力によって、第２のダイオードＤ２を経由して矢印ＹＧのように電流が流れる。このように、第１のトランジスタＴｒ１のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すと、端子間電圧Ｖ１から外部に所定の直流電圧を出力することができる。すなわち、電力供給を行うことができる。なお、電力貯蔵回路１１から直流回路Ｐ、Ｎに電力供給を行うときには、直流電圧の変動が５％以内に維持されるようにトランジスタＴｒ１のＯＮ／ＯＦＦを制御するようにする。つまり実質的に、高電圧の貯蔵電圧Ｖ２を端子間電圧Ｖ１に降圧して供給することになる。正負端子Ｐ、Ｎに接続されている交流直流変換器２には、前記したように平滑用コンデンサが設けられている。この平滑用コンデンサによっても端子間電圧Ｖ１の変動が抑制されることになる。

電動射出成形機１には、駆動部品を有する金型も取り付けられる。例えば中子を備えた金型、３枚プレートからなる金型等が取り付けられる。これらの金型は、型締装置の型開閉動作、あるいは成形品突出装置の突出動作に連動して駆動部品を駆動する必要があり、停電等が発生して型締装置や成形品突出装置が停止した場合、駆動部材だけが単独で動作すると金型が破損してしまう。本実施の形態に係る電動射出成形機１は電力貯蔵回路１１を備えているので、停電等の異常が発生しても型締装置や成形品突出装置を適切な状態になるまで駆動するようになっている。金型においても異常時に所定時間だけ電力が供給されるように考慮されていれば、確実に金型の破損を防止することができる。本実施の形態に係る電動射出成形機１の運転方法を説明する。

３相交流電圧が正常な場合の運転方法を説明する。この場合、交流電圧監視装置９において３相交流電圧が検出される。切換スイッチＳＷは標準状態になっており、制御電源用ＡＣ／ＤＣコンバータ６側に切り換えられている。３相交流電源ＰＷからの３相交流電圧は制御電源用ＡＣ／ＤＣコンバータ６において所定の直流電圧に変換され、制御装置５はこの直流電圧によって駆動される。３相交流電圧は交流直流変換器２において直流電圧に変換され、直流回路Ｐ、Ｎに供給される。それぞれのサーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…において交流電圧を生成して、所定のサーボモータＳＭ１、ＳＭ２、…を駆動する。すなわち射出工程においては射出軸を、計量（可塑化）工程においては可塑化軸を、型開工程や型閉工程においては型開閉軸を、突出工程においては突出軸を、それぞれ駆動する。これによって成形サイクルの各工程を実施する。

本実施の形態に係る電動射出成形機１においては、このように３相交流電圧が正常なときに電力貯蔵装置３に電力を貯蔵する。制御装置５から電力貯蔵装置３に指令を出す。電力貯蔵装置３の制御回路１２は、電力貯蔵回路１１の第２のトランジスタＴｒ２のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。既に説明したように直流回路Ｐ、Ｎからの直流電圧の供給を受けてコンデンサＣに所定の電力が貯蔵される。貯蔵電圧Ｖ２が所定の電圧に達したら、第２のトランジスタＴｒ２の駆動を停止する。

停電発生時、あるいは３相交流電圧の電圧低下、規定値を超える周波数変動等の異常時の運転方法を説明する。図４に示されているように、これらの事象が発生すると、交流電圧監視装置９において異常が検出され、制御装置５に通知される（ステップＳ１）。制御装置５は切換スイッチＳＷを切り換える。そうすると直流回路Ｐ、Ｎ側からの直流電圧が制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ７において所定の電圧に変換されて制御装置５に駆動用電力として供給される（ステップＳ２）。３相交流電圧の供給に異常が発生しても、交流直流変換器２には平滑化コンデンサが設けられているので、短時間であれば電力の供給を受けることができる。制御装置５は、電動射出成形機１において現在実施している工程の種類を判断する（ステップＳ３）。詳しく説明すると、図１において「工程管理」ブロックと「工程判断＆完了確認」ブロックとによって模式的に示されているように、制御装置５内においては、各工程を管理している工程管理処理と、この工程管理処理からの情報を得て工程判断や工程完了確認をする工程判断＆完了確認処理とが実行されている。工程管理処理からは、工程判断＆完了確認処理に対して、電動射出成形機１において現在実施されている工程に関する情報が送られ、該工程が完了したタイミングでその完了通知が送られる。従って、工程判断＆完了確認処理において、現在実施している工程の種類を判断することができるようになっている。このようにして判断した現在の工程が、型締装置を駆動する型閉工程、型開工程、あるいは成形品突出装置を駆動する突出工程を実施している場合には、金型と連動しないで型締装置や成形品突出装置が駆動してしまうと金型を破損する可能性がある。これらの工程を実施していると判断したら制御装置５は電力貯蔵装置３に電力供給の指令を出力する。電力貯蔵装置３の制御回路１２は、電力貯蔵回路１１の第１のトランジスタＴｒ１のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。そうすると電力貯蔵装置３に貯蔵された電力が直流電圧として直流回路Ｐ、Ｎに供給される（ステップＳ４）。制御装置５は、現在実施中の工程を完了させる。すなわち型閉工程が実施中であれば型閉工程を完了させ、型開工程が実施中であれば型開工程を完了させる。具体的には、工程判断＆完了確認処理において、現在の工程が完了した旨の完了通知を受け取るまで処理を継続し、完了通知を受けたら次のステップに移行する（ステップＳ５）。工程の完了を確認後、制御装置５は電力貯蔵装置３に電力供給の停止の指令を出力する。電力貯蔵装置３は直流電圧の供給を停止する（ステップＳ６）。電動射出成形機１の全装置を停止する（ステップＳ７）。ステップＳ３において、現在実施中の工程が他の工程であると判断した場合、すなわち射出工程、保圧工程あるいは計量（可塑化）工程を実施中の場合、金型を破損する恐れはない。この場合ステップＳ７に移行して電動射出成形機１の全装置を停止する。図５には、成形サイクルの各工程において停電が発生した場合の、電力貯蔵装置３の電力供給の実施の有無が示されている。停電が発生したタイミングは矢印で示されており、射出工程、保圧工程、計量（可塑化）工程において停電が発生した場合には電力貯蔵装置３から電力は供給されない。しかしながら型閉工程、型開工程、突出工程において停電が発生した場合には、これらの工程が完了するまで電力貯蔵装置３から電力が供給される。

本実施の形態に係る電力貯蔵装置３は、停電発生時あるいは３相交流電圧の異常時以外でも電力を供給することができる。これによって３相交流電源ＰＷからの電力供給を平滑化することができる。成形サイクルにおいては、射出工程において最大の電力を短時間に消費するが、他の工程で消費される電力は比較的小さい。そこで射出工程時における最大電力を電力貯蔵装置３によって供給するようにすれば、３相交流電源ＰＷからの電力供給を平滑化でき、交流直流変換器２も能力の小さなものから構成することができる。射出工程において電力貯蔵装置３から大量の電力を供給しても、その後に実施する工程は保圧工程、計量（可塑化）工程であり、これらは比較的時間が長く、そして停電等が発生しても電力を供給する必要がない。電力貯蔵装置３には、これらの工程において十分な電力を貯蔵することができる。

本実施の形態に係る電動射出成形機１は、上記実施の形態に限定されることなく色々な形で実施できる。例えば上記実施の形態においては電力貯蔵回路１１は、直流回路からの直流電圧を電力としてコンデンサに貯蔵するときに電圧を昇圧して貯蔵し、供給するときは電圧を降圧して供給するように説明したが、異なる方式で電力を貯蔵・供給することもできる。図６には、異なる方式で電力を貯蔵・供給する第２の実施の形態に係る電力貯蔵回路１１’が示されている。第２の実施の形態に係る電力貯蔵回路１１’も、前実施の形態に係る電力貯蔵回路１１と同様に、正負端子Ｐ、Ｎ、コンデンサＣ’、コイルＬ’、第１、２のスイッチＳＷ１’、ＳＷ２’から構成されている。電力貯蔵回路１１’にも２個の回路が形成され、一方の回路は、第１のスイッチ回路ＳＷ１’と正負端子Ｐ、Ｎと第２のスイッチ回路ＳＷ２’が直列に接続された回路になっており、他方の回路はコンデンサＣ’とコイルＬ’と正負端子Ｐ、Ｎと第２のスイッチ回路ＳＷ２’が直列に接続された回路になっている。つまり正負端子Ｐ、Ｎと第２のスイッチ回路ＳＷ２’は共通している。そして第１のスイッチ回路ＳＷ１’は、並列に接続された第１のトランジスタＴｒ１’と第１のダイオードＤ１’とから構成され、第１のダイオードＤ１’は負端子Ｎから正端子Ｐに電流を流す向きに、第１のトランジスタＴｒ１’はＯＮされると逆方向に電流を流す向きに設けられている。また第２のスイッチ回路ＳＷ２’も、並列に接続された第２のトランジスタＴｒ２’と第２のダイオードＤ２’とから構成され、第２のダイオードＤ２’は負端子Ｎから正端子Ｐに電流を流す向きに、第２のトランジスタＴｒ２’はＯＮされると逆方向に電流を流す向きに設けられている。第２の実施の形態に係る電力貯蔵回路１１’において電力を貯蔵する場合、第２のトランジスタＴｒ２’をＯＮ／ＯＦＦする。第２のトランジスタＴｒ２’がＯＮのとき、電流は正端子Ｐ、第２のトランジスタＴｒ２’、コイルＬ’、コンデンサＣ’、負端子Ｎを流れ、ＯＦＦのとき電流がコイルＬ’、コンデンサＣ’、第１のダイオードＤ１’を流れる。これによってコンデンサＣ’に電力を貯蔵できる。このときコンデンサＣ’の貯蔵電圧は正負端子Ｐ、Ｎの端子間電圧より低い。電力貯蔵回路１１’から直流電圧を供給するとき、第１のトランジスタＴｒ１’をＯＮ／ＯＦＦする。第１のトランジスタＴｒ１’がＯＮのとき、電流がコンデンサＣ’、コイルＬ’、第１のトランジスタＴｒ１’を流れ、ＯＦＦのとき、電流がコンデンサＣ’、コイルＬ’、第２のダイオードＤ２’、正負端子Ｐ、Ｎを流れる。これによって直流電圧を供給できる。このとき、コンデンサＣ’からの貯蔵電圧はコイルＬ’によって昇圧されて直流電圧に供給されることになる。このようにして第２の実施の形態に係る電力貯蔵回路１１’によっても前実施の形態に係る電力貯蔵回路１１と同様に安定した電圧の直流電圧を供給できる。

他の変形も可能であり、電力貯蔵装置３は、コンデンサに電力を貯蔵するように構成される必要はない。例えば蓄電池に電力を貯蔵するようになっていてもよく、あるいは特許文献２に記載の装置のように、モータ等を回転させて運動エネルギとして貯蔵するようにしてもよい。あるいは、特開２０１０−０５８３１７号公報に記載の装置のように構成されていてもよく、この装置においては内部に設けられているコイルに電流を流して電磁エネルギとして電力を貯蔵し、所定のスイッチを駆動すると電力が直流電圧に変換されて外部に供給できるようになっている。要するに電力貯蔵装置３は、貯蔵した電力または運動エネルギを、直流電圧として供給することができ、直流電圧が電圧の変動が所定の範囲に維持されるように構成されていればよい。電力貯蔵装置３以外に関しても変形が可能である。例えば本実施の形態においては、制御装置５の駆動電力は、３相交流電源からの３相交流電圧と直流回路からの直流電圧との双方から供給されるように説明したが、例えば所定の電力バックアップ装置を設けるようにすれば、３相交流電源のみから供給されるように構成することもできる。

１電動射出成形機２交流直流変換器
３電力貯蔵装置５制御装置
６制御電源用ＡＣ／ＤＣコンバータ
７制御電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ
９交流電圧監視装置１１電力貯蔵回路
１２制御回路
Ｐ正端子Ｎ負端子
ＰＷ３相交流電源Ｌコイル
Ｄ１、Ｄ２ダイオードＣコンデンサ
ＳＷ１、ＳＷ２第１、２のスイッチ
ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３、ＳＡ４サーボアンプ
ＳＭ１、ＳＭ２、ＳＭ３、ＳＭ４サーボモータ

Claims

交流電源からの交流電圧を整流して直流回路に直流電圧を供給する交流直流変換器を備え、スクリュ、型締装置、成形品突出装置等の各部材を駆動するサーボモータのサーボアンプが前記直流回路からの直流電圧によって駆動されるようになっている電動射出成形機であって、
前記直流回路には、直流電圧を電力として貯蔵すると共に貯蔵した電力を前記直流回路に供給する電力貯蔵装置と、直流電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータとが接続され、
前記交流電源には、交流電圧を監視する監視装置が設けられ、
前記監視装置において監視される交流電圧が正常のときは、前記電力貯蔵装置に所定の電力が貯蔵され、
型締装置または成形品突出装置が駆動中に、前記監視装置において交流電圧の異常が検出されると、前記サーボアンプを制御する制御用電圧は前記ＤＣ／ＤＣコンバータから供給され、電圧が所定の変動範囲に維持されるように前記電力貯蔵装置から前記直流回路に直流電圧が供給されて前記型締装置または前記成形品突出装置の駆動が完了するようになっており、その後電動射出成形機が停止されることを特徴とする電動射出成形機。
交流電源からの交流電圧を整流して直流回路に直流電圧を供給する交流直流変換器を備え、スクリュ、型締装置、成形品突出装置等の各部材を駆動するサーボモータのサーボアンプが前記直流回路からの直流電圧によって駆動されるようになっている電動射出成形機であって、
前記直流回路には、直流電圧を電力として貯蔵すると共に貯蔵した電力を前記直流回路に供給する電力貯蔵装置と、直流電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータとが接続され、
前記交流電源には、交流電圧を監視する監視装置が設けられ、
前記監視装置において監視される交流電圧が正常のときは、前記電力貯蔵装置に所定の電力が貯蔵され、
金型を型閉じする型閉工程中、金型を型開きする型開工程中、または成形品を突き出す突出工程中に、前記監視装置において交流電圧の異常が検出されると、前記サーボアンプを制御する制御用電圧は前記ＤＣ／ＤＣコンバータから供給され、電圧が所定の変動範囲に維持されるように前記電力貯蔵装置から前記直流回路に直流電圧が供給されて前記型閉工程、前記型開工程または前記突出工程が完了するようになっており、その後電動射出成形機が停止されることを特徴とする電動射出成形機。
請求項１または２に記載の電動射出成形機において、前記交流電圧の異常には、停電、電圧振幅の低下、あるいは規定値を越える周波数変動が含まれることを特徴とする電動射出成形機。
請求項１〜３のいずれかの項に記載の電動射出成形機において、前記電力貯蔵装置は、コンデンサとコイルと所定のスイッチとを備え、前記直流回路からの直流電圧は前記コイルを経由して前記コンデンサに電力として貯蔵され、前記スイッチが駆動されると、前記コンデンサに貯蔵された電力が前記コイルを経由して前記直流回路に供給されるようになっていることを特徴とする電動射出成形機の電力貯蔵装置。
請求項４に記載の電動射出成形機において、前記コンデンサに電力を貯蔵するとき前記直流回路からの直流電圧よりも高電圧の状態で貯蔵し、前記コンデンサから前記直流回路に直流電圧を供給するとき前記コンデンサ内に貯蔵された電力を降圧して供給することを特徴とする電動射出成形機の電力貯蔵装置。
請求項４に記載の電動射出成形機において、前記コンデンサに電力を貯蔵するとき前記直流回路からの直流電圧よりも低電圧の状態で貯蔵し、前記コンデンサから前記直流回路に直流電圧を供給するとき前記コンデンサ内に貯蔵された電力を昇圧して供給することを特徴とする電動射出成形機の電力貯蔵装置。