(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって駆動される電動射出成形機であって、
前記電動射出成形機は、第１の直流電圧線と、第２の直流電圧線と、交流直流変換器と、直流電圧変換回路と、インバータとを備え、外部から供給される三相交流電圧が前記交流直流変換器によって第１の直流電圧に変換されて前記第１の直流電圧線に供給され、該第１の直流電圧が前記直流電圧変換回路によって昇圧されて第２の直流電圧として前記第２の直流電圧線に供給され、前記インバータに前記第２の直流電圧が供給されて前記モータが駆動するようになっており、
前記第２の直流電圧線には平滑化コンデンサが設けられ、
前記第１の直流電圧線には、蓄電池とコンデンサとが並列に接続されていることを特徴とする電動射出成形機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動射出成形機において、前記直流電圧変換回路は必要に応じて前記第２の直流電圧を降圧して前記第１の直流電圧に戻すようになっていることを特徴とする電動射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各装置がモータにより駆動されるようになっている電動射出成形機に関するものであり、より詳しくは、インバータに供給する直流電圧を蓄電すると共に必要に応じて供給して電力を平滑化する電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機は、従来周知のように、金型を型締めする型締装置、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、射出装置は加熱シリンダ、この加熱シリンダ内に軸方向と回転方向とに駆動されるスクリュ等から構成されている。電動射出成形機は、これらの装置が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コンバータが設けられ、工場から供給される三相交流電圧が直流電圧に変換される。それぞれのモータにはインバータが設けられ、この直流電圧がインバータによって任意の周波数で任意の電圧の三相交流電圧に変換されてモータに供給され、モータが駆動されるようになっている。成形品を成形する成形サイクルは、樹脂を溶融して計量する計量工程、金型を型締めする型締工程、樹脂を射出する射出工程等からなるが、例えば、計量工程においてスクリュを回転方向に駆動するモータ、つまり可塑化軸は長時間電力を消費するが瞬間的な電力の大きさは比較的小さい。これに対して射出工程においてスクリュを軸方向に駆動するモータ、つまり射出軸は駆動時間は短時間であるが、大電力が消費される。つまり成形サイクルにおいては消費される電力が大きく変動する。従って、電動射出成形機のコンバータ等の電源装置は消費される最大電力に見合うように十分な容量が要求される。また消費電力の変動が大きいので工場の受電設備に対する負荷が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４１２８７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８１５２号公報
【０００４】
特許文献１には、直流電圧を所定の電力量だけ貯蔵できる電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機が記載されている。この電力貯蔵装置は、電動射出成形機の電源装置の直流電圧線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。この電力貯蔵装置は、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。そうすると成形サイクルにおいて消費電力を平滑化することができる。従ってコンバータ等の電源装置の容量は少なくて済み、工場の受電設備の負担を軽減することができる。
【０００５】
特許文献２には、特許文献１と類似した電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機が記載されている。この電動射出成形機も、直流電圧線に電力貯蔵装置が設けられ、比較的電力の消費が少ない工程において電力貯蔵装置に電力を貯蔵し、射出工程等の大電力が必要な工程において電力を供給し、消費電力を平滑化できるようになっている。この文献に記載の電動射出成形機は、停電時に安全に電動射出成形機を停止できる点にも特徴がある。つまり停電時には電力貯蔵装置に貯蔵された電力によって各モータを所定時間だけ駆動できるようになっており、これらを制御する制御装置の制御用電力も電力貯蔵装置から供給されるようになっている。詳しく説明すると制御用電力は、正常時には工場から供給される三相交流電圧を専用の制御電源用コンバータにより低圧の直流電圧に変換して得ているが、停電時には、電力貯蔵装置から直流電圧線に供給される直流電圧を制御電源用のＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧して得ている。このようになっているので、特許文献２に記載の電動射出成形機は、停電が発生しても各インバータに必要な直流電圧が供給されると共に制御用電力が確保され、所定時間だけ各装置を駆動することができる。これによって各装置を安全な状態にして停止できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の電動射出成形機は、直流電圧線に電力貯蔵装置を備えているので、電力に余裕があるときには電力を蓄電し、大電力が必要なときには直流電圧線に供給して、成形サイクル全体として消費される電力を平滑化することができ優れている。また特許文献２に記載の電動射出成形機は、電力貯蔵装置を備えているだけでなく制御用電源を直流電圧線から得るようにしているので、停電時であっても制御することができ、電動射出成形機を安全な状態にして停止することができ優れている。しかしながらこれらの電動射出成形機には改善の余地が認められる。具体的には貯蔵できる電力に関する点である。特許文献１、２に記載の電力貯蔵装置は、いずれも電力を貯蔵する対象はコンデンサになっており、一般的にコンデンサは貯蔵できる電力は比較的少ない。電気二重層キャパシタ等の大容量のコンデンサも利用することはできるが、近年の高性能化した電動射出成形機においては射出工程において大量の電力を消費するので、このようなコンデンサであっても必ずしも容量に余裕があるとは言えない。また、停電時に各装置を安全な状態まで駆動するために、十分な電力を貯蔵できるかどうか不安もある。
【０００７】
そこで、例えば特許文献１、２に記載の電力貯蔵装置において、コンデンサに代えて蓄電池に電力を貯蔵するようにすれば、貯蔵できる電力の問題は解決すると思われる。一般的にコンデンサに比して蓄電池は大量の電力を貯蔵できるからである。しかしながら、蓄電池に電力を貯蔵するようにすると別の問題が生じる。蓄電池が早期に劣化してしまう問題である。特許文献１、２に記載の電動射出成形機においては、成形サイクルにおいて消費電力が小さいときに電力貯蔵装置に電力を貯蔵し、消費電力が大きいときに電力貯蔵装置から電力が供給されるようになっている。つまり、電力貯蔵装置においては電力の貯蔵と放出とが頻繁に発生することになる。成形サイクル毎に貯蔵される電力と放出される電力は、蓄電池の容量と比較すると小さい電力であると言えるが、蓄電と放電の頻度が高いので蓄電池は早期に劣化してしまう。そうすると蓄電池を早期に交換せざるを得ない。一般的に蓄電池は高価であるので、頻繁に交換が発生すると電動射出成形機のコストが大きくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記したような問題点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、電力を貯蔵したり必要に応じて放出する電力貯蔵装置を備え、これによって成形サイクルにおける消費電力を平滑化することができる電動射出成形機において、比較的容量が大きいが劣化し難く、従って交換に要するコストを抑制することができる電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、電動射出成形機において、交流直流変圧器と、直流電圧変換回路とを設ける。交流直流変圧器は外部から供給される三相交流電圧を第１の直流電圧に変換するようにする。そして直流電圧変換回路は、第１の直流電圧を第２の直流電圧に昇圧するようにし、この第２の直流電圧をインバータに供給してモータを駆動するようにする。そして本発明においては、第１の直流電圧が流れる直流電圧線に、蓄電池とコンデンサとを並列に接続する。
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、モータによって駆動される電動射出成形機であって、前記電動射出成形機は、第１の直流電圧線と、第２の直流電圧線と、交流直流変換器と、直流電圧変換回路と、インバータとを備え、外部から供給される三相交流電圧が前記交流直流変換器によって第１の直流電圧に変換されて前記第１の直流電圧線に供給され、該第１の直流電圧が前記直流電圧変換回路によって昇圧されて第２の直流電圧として前記第２の直流電圧線に供給され、前記インバータに前記第２の直流電圧が供給されて前記モータが駆動するようになっており、前記第２の直流電圧線には平滑化コンデンサが設けられ、前記第１の直流電圧線には、蓄電池とコンデンサとが並列に接続されていることを特徴とする電動射出成形機として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動射出成形機において、前記直流電圧変換回路は必要に応じて前記第２の直流電圧を降圧して前記第１の直流電圧に戻すようになっていることを特徴とする電動射出成形機として構成される。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明は、モータによって駆動される電動射出成形機であって、電動射出成形機は、第１の直流電圧線と、第２の直流電圧線と、交流直流変換器と、直流電圧変換回路と、インバータとを備え、外部から供給される三相交流電圧が交流直流変換器によって第１の直流電圧に変換されて第１の直流電圧線に供給され、該第１の直流電圧が直流電圧変換回路によって昇圧されて第２の直流電圧として第２の直流電圧線に供給され、インバータに第２の直流電圧が供給されて前記モータが駆動するようになっており、第２の直流電圧線には平滑化コンデンサが設けられ、第１の直流電圧線には、蓄電池とコンデンサとが並列に接続されている。そうすると蓄電池とコンデンサは電力を貯蔵し、必要に応じて第１の直流電圧として供給できる。従って成形サイクルにおける消費電力を平滑化することができるし、停電時にもある程度装置を駆動することもできる。ところで成形サイクル毎に蓄電池において蓄電と放電とが頻繁に発生すると、蓄電池が早期に劣化する問題があるが、本発明においては蓄電池にコンデンサが並列に接続されている。従って、比較的少ない電力が短時間に必要になったら電力はコンデンサから優先的に放電され、その後短時間でコンデンサに充電されることになるので、蓄電池からの放電と蓄電池への蓄電はわずかしか発生しない。従って蓄電池の劣化を防止することができる。停電時の駆動のように比較的長時間電力が必要な場合には、蓄電池からの電力が供給されるようになっているので、本発明に係る電動射出成形機は停電時においても安全な状態に装置を駆動して停止させることが可能になる。他の発明によると直流電圧変換回路は必要に応じて第２の直流電圧を降圧して第１の直流電圧に戻すようになっているので、インバータから第２の直流電圧として回生電力が戻ってきたら、これを第１の直流電圧に戻して蓄電池やコンデンサに貯蔵することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動射出成形機の給電システムを模式的に示す配線図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電動射出成形機の給電システムの電力貯蔵装置を示す回路図である。
【図３】蓄電池とコンデンサのそれぞれについて周波数によって変化する内部抵抗を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明の実施の形態に係る電動射出成形機は、従来周知の電動射出成形機と同様に、金型を型締めする型締装置、加熱シリンダとスクリュとからなり樹脂を溶融して射出する射出装置、成形品を突き出す突出装置、等から構成され、これらの各装置はサーボモータ等のモータによって駆動されるようになっている。これらのモータを駆動するための給電システム１が図１に示されている。
【００１４】
給電システム１は従来の電動射出成形機の給電システムと同様に、工場電源２からの三相交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器６を備え、各インバータ、例えば射出軸、可塑化軸、型開閉軸、突出軸等の各モータＭ、Ｍ、…を駆動するサーボアンプ１２、１３、１４、１５に直流電圧が供給されるようになっている。しかしながら、本実施の形態に係る給電システム１は、直流電圧を電力として貯蔵したり必要に応じて供給する電力貯蔵装置７が設けられている点、およびこの電力貯蔵装置７の構成に特徴がある。電力貯蔵装置７については次に詳しく説明するが、電力貯蔵装置７を設けることができるように、直流電圧を送る直流電圧線は第１、２の直流電圧線９、１０に分かれている。詳しく説明すると、本実施の形態に係る給電システム１は、三相交流電圧線４によって工場電源２からの三相交流電圧を受けるようになっており、交流直流変換器６がこれを第１の直流電圧に変換して第１の直流電圧線９に供給している。電力貯蔵装置７は、この第１の直流電圧線９と第２の直流電圧線１０に接続されており、第１の直流電圧を第２の直流電圧に昇圧して第２の直流電圧線１０に供給している。射出軸、可塑化軸、型開閉軸、突出軸等のサーボアンプ１２、１３、１４、１５は、第２の直流電圧線１０に接続され、第２の直流電圧が供給されるようになっている。
【００１５】
電力貯蔵装置７は、図２に示されているように、直流電圧を昇圧したり降圧するいわゆるチョッパ回路、つまり直流電圧変換回路１７を備え、この直流電圧変換回路１７が第１、２の直流電圧線９、１０に介装されている。直流電圧変換回路１７は、昇降圧できる従来のチョッパ回路と同様に、１個のインダクタ１８と、ＩＧＢＴからなる第１、２のトランジスタ２０、２１と、第１、２のダイオード２３、２４とからなる。まずインダクタ１８は、第１の直流電圧線９の正の電圧線Ｐ１に設けられ、このインダクタ１８から延びる電圧線は二股に分岐して、一方の分岐には第１のトランジスタ２０が介装されて負の電圧線Ｎに接続され、他の分岐には第１のダイオード２３が介装されて第２の直流電圧線１０の正の電圧線Ｐ２に接続されている。第１のトランジスタ２０は駆動されると正の電圧線Ｐ１から負の電圧線Ｎの方向に電流が流れるように設けられ、第１のダイオード２３は第１の直流電圧線９の正の電圧線Ｐ１から第２の電圧線１０の正の電圧線Ｐ２の方向に電流が流れるように設けられている。従って、第１のトランジスタ２０をＯＮ／ＯＦＦすると、ＯＮのときに正の電圧線Ｐ１から負の電圧線Ｎに電流が流れてインダクタ１８に磁気エネルギが蓄えられ、ＯＦＦのときにインダクタ１８に起電力が生じて第１の直流電圧線９を流れる第１の直流電圧が昇圧されて第２の直流電圧線１０に供給されることになる。第１のトランジスタ２０と、第１のダイオード２３には、それぞれ第２のダイオード２４と第２のトランジスタ２１とが並列に接続されている。第２のダイオード２４は負の電圧線Ｎから正の電圧線Ｐ１に電流が流れるように設けられ、第２のトランジスタ２１は駆動されると第２の電圧線１０の正の電圧線Ｐ２から第１の直流電圧線９の正の電圧線Ｐ１の方向に電流が流れるように設けられている。従って、第２のトランジスタ２１をＯＮ／ＯＦＦすると、ＯＮのときに第２の直流電圧線１０から第１の直流電圧線９に電流が流れてインダクタ１８に磁気エネルギが蓄えられ、ＯＦＦのときにインダクタ１８に生じる起電力によって負の電圧線Ｎから正の電圧線Ｐ１に電流が流れる。このようにして第２の直流電圧線１０の第２の直流電圧を降圧して第１の直流電圧線９の第１の直流電圧に戻すことができる。このような直流電圧変換回路１７は制御装置２７によって制御されるが、制御装置２７にはインダクタ１８の隣に設けられている電流センサ２６からの電流と、第１、２の直流電圧線９、１０の電圧とが入力され、第１、２の直流電圧を適切な電圧になるように制御している。
【００１６】
本実施の形態に係る電力貯蔵装置７は、第２の直流電圧線１０には従来周知のように第２の直流電圧を平滑化する平滑化コンデンサ２７が設けられているが、第１の直流電圧線９には、特性の異なる２個の蓄電デバイスが並列に設けられている点に特徴がある。具体的には、化学的に電力を貯蔵する蓄電池２８と、静電気として電力を貯蔵するコンデンサ２９である。このコンデンサ２９は、次に説明するように蓄電池２８を劣化から保護するようになっているので、保護用コンデンサ２９ということができる。
【００１７】
本実施の形態に係る電動射出成形機は、工場電源２からの三相交流電圧が正常に供給されているときには、成形サイクルを通じて供給される電力が実質的に一定になり、それによって最大電力を抑制するように運転することができる。これを説明する。成形サイクルにおいて、可塑化工程、型開閉工程、突出工程等の、消費される電力が比較的小さいときには、電力貯蔵装置７に電力を貯蔵する。つまり蓄電池２８と保護用コンデンサ２９に電力を貯蔵する。短時間で大電力を必要とする射出工程においては第２の直流電圧線１０においてサーボアンプ１２に大量の電流が供給されるので第２の直流電圧が瞬間的に低下する。第２の直流電圧を維持するために制御装置２７が直流電圧変換回路１７を制御して、第１の直流電圧線９から直流電流を昇圧して第２の直流電圧線１０に電流を供給し、第２の直流電圧を維持する。そうすると第１の直流電圧線９は、瞬間的に電圧が低下する。電圧が低下したら蓄電池２８と保護用コンデンサ２９とから第１の直流電圧線９に電力が供給される。ところで図３に示されているように、蓄電池２８の内部抵抗３１は保護用コンデンサ２９の内部抵抗３２はより常に大きく、特に周波数が大きいときのそれぞれの内部抵抗３１、３２の差は大きい。第１の直流電圧が瞬間的に変動する状態は周波数が大きい状態と言える。そうすると、第１の直流電圧線９に供給される電力のほとんどは内部抵抗３２が小さい保護用コンデンサ２９の方からとなる。瞬間的な電圧変動においては蓄電池２８から供給される電力は比較的少ない。射出工程の完了後は消費される電力は少なくなる。電力を供給した保護用コンデンサ２９には、交流直流変換器６によって変換される第１の直流電圧の直流電流が供給されて蓄電される。また少量の電力を供給した蓄電池２８にも電力が蓄電される。このように蓄電池２８と保護用コンデンサ２９がバッファとなり、成形サイクルにおける消費電力を平滑化することができる。ところで上で説明したように、成形サイクルにおいて蓄電池２８に蓄電されたり蓄電池２８から供給される電力はわずかであるので、蓄電池２８は劣化し難い。つまり内部抵抗３２が小さい保護用コンデンサ２９によって、蓄電池２９の劣化が抑制される。
【００１８】
本実施の形態に係る電動射出成形機は、停電時において各装置を安全な状態に駆動して停止することができる。これを説明する。工場電源２からの三相交流電圧の供給が停止する。すなわち停電する。型締装置や突出装置は、その位置によって金型を破損することがある。従って型開閉軸と突出軸のモータＭ、Ｍを駆動するためにサーボアンプ１４、１５を駆動して安全な状態にする必要がある。そうすると第２の直流電圧１０において電力が消費される。第２の直流電圧を維持するために、制御装置２７により直流電圧変換回路１７を駆動して第１の直流電圧線９から第２の直流電圧線１０に電力を供給する。工場電源２は停電しているので、三相交流電圧の供給はなく、交流直流変換器７から第１の直流電圧線９への直流電圧の供給は停止しているが、蓄電池２８と保護用コンデンサ２９には電力が貯蔵されている。特に蓄電池２８には大電力が貯蔵されているので、十分な電力を第１の直流電圧線９に供給することができる。型締装置と突出装置が安全な位置に達したら、これらを停止する。電動射出成形機を停止する。
【００１９】
本実施の形態に係る電動射出成形機は色々な変形が可能である。例えば本実施の形態においては直流電圧変換回路１７には、第２のトランジスタ２１と第２のダイオード２４とが設けられているが、これらは回生電力を第２の直流電圧線１０から第１の直流電圧線９に戻すためのものであるので、無くても本発明を実施できる。また他の変形も可能であり、交流直流変換器６はＰＷＭコンバータからなるように説明したが、三相ブリッジ整流回路から構成してもよい。また、本実施の形態に係る電動射出成形機は停電時には各装置を安全な状態に駆動して、その後停止するように説明したが、必ずしも停止する必要はない。つまり蓄電池２８は十分な電力を貯蔵できるので、蓄電池２８からの供給電力により停電時であっても停止することなく継続して電動射出成形機を運転することもできる。
【符号の説明】
【００２０】
１      給電システム              ２      工場電源
４      三相交流電圧線            ６      交流直流変換器
７      電力貯蔵装置              ９      第１の直流電圧線
１０      第２の直流電圧線        
１２、１３、１４、１５    サーボアンプ
１７      直流電圧変換回路        ２８      蓄電池
２９      保護用コンデンサ
【図１】
0006370334.tif 000002
【図２】
0006370334.tif 000003
【図３】
0006370334.tif 000004