(57)【要約】【課題】比較的容量が小さく小型で安価な電力貯蔵装置を備え、停電時において装置を駆動して安全に停止できる電動射出成形機を提供する。【解決手段】電動射出成形機において各インバータ（１２、１３、…）に直流電圧を供給する給電系統を２系統以上設ける。すなわち給電系統は外部（２）から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器（６、７）と、この直流電圧を送電する直流電圧線（９、１０）とからなるが、この交流直流変圧器（６、７）と直流電圧線（９、１０）とを１系統とし、これを２系統以上設ける。これらの系統のうち１系統の直流電圧線（１０）には直流電圧を貯蔵したり供給する電力貯蔵装置（１８）を設ける。また、この１系統には制御用電圧変換器（２１）を設け、制御用直流電圧を得るようにする。【選択図】 図１
2017217834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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直流電圧に変換され、直流電圧線を介して前記直流電圧がインバータに供給されてモータが駆動されるようになっている電動射出成形機において、
前記交流直流変換器と前記直流電圧線とからなる給電系統が２系統以上設けられ、各系統に接続されているインバータに前記直流電圧が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。
【請求項２】
請求項１に記載の電動射出成形機において、１系統の前記直流電圧線に直流電圧を貯蔵したり供給する電力貯蔵装置が設けられていることを特徴とする電動射出成形機。
【請求項３】
請求項２に記載の電動射出成形機において、前記１系統の前記直流電圧線には制御用電圧変換器が設けられ、該制御用電圧変換器によって変換された制御用直流電圧が前記電動射出成形機を制御する制御装置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。
【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、モータ駆動用のインバータに直流電圧を供給する給電システムに特徴を有する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な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】
前記したように特許文献１に記載の電動射出成形機は、電力貯蔵装置を備えているので成形サイクルにおいて消費される電力を平滑化することができ、工場の受電設備に対する負担が少なくて済む。また特許文献２に記載の電動射出成形機は、工場の電力供給が正常な時において消費される電力が平滑化されるだけでなく、停電時には蓄えられた電力を利用して所定時間駆動することができ、各装置を安全な状態にして停止することができる。これらの電動射出成形機は優れていると言える。しかしながら問題も見受けられる。これらの電動射出成形機は、電力貯蔵装置を設ける必要があるが、電力貯蔵装置は大電力を貯蔵できる比較的大型のものを用意する必要がある。電力貯蔵装置は直流電圧線に設けられているが、この直流電圧線は電動射出成形機に設けられている全てのインバータに電力を供給する電圧線になっているので、直流電圧線を介して流れる電流は全体として大きく、電力貯蔵装置に要求される容量も必然的に大きくなるからである。例えば電力貯蔵装置をコンデンサではなく蓄電池から構成して電力を貯蔵できるようにすれば貯蔵できる電力は大きくはなる。しかしながら全てのインバータに電力を供給する直流電圧線に設ける以上、電力貯蔵装置に要求される容量は大きくなり、大型の電力貯蔵装置が必要になるという問題がある。
【０００７】
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、これによって工場からの電力供給が正常なときには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、そして停電時において電動射出成形機を正常に駆動して安全に停止できるようになっている電動射出成形機において、比較的容量が小さく小型で安価な電力貯蔵装置でも実施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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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各インバータに直流電圧を供給する給電系統を２系統以上設ける。すなわち給電系統は外部から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器と、この直流電圧を送電する直流電圧線とからなるが、この交流直流変圧器と直流電圧線とを１系統とし、これを２系統以上設ける。これらの系統のうち１系統の直流電圧線には直流電圧を貯蔵したり供給する電力貯蔵装置を設ける。また、この１系統には制御用電圧変換器を設け、制御用直流電圧を得るようにする。
【０００９】
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、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直流電圧に変換され、直流電圧線を介して前記直流電圧がインバータに供給されてモータが駆動されるようになっている電動射出成形機において、前記交流直流変換器と前記直流電圧線とからなる給電系統が２系統以上設けられ、各系統に接続されているインバータに前記直流電圧が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、１系統の前記直流電圧線に直流電圧を貯蔵したり供給する電力貯蔵装置が設けら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３に記載の発明は、請求項２に記載の電動射出成形機において、前記１系統の前記直流電圧線には制御用電圧変換器が設けられ、該制御用電圧変換器によって変換された制御用直流電圧が前記電動射出成形機を制御する制御装置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として構成される。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明は、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直流電圧に変換され、直流電圧線を介して直流電圧がインバータに供給されてモータが駆動されるようになっている電動射出成形機を対象としている。そして本発明によると電動射出成形機は、交流直流変換器と直流電圧線とからなる給電系統が２系統以上設けられ、各系統に接続されているインバータに直流電圧が供給されるようになっている。そうすると直流電圧線から供給される電力は分割され各系統における電流は少なくなる。例えば、成形サイクルにおいて長時間に渡って所定の電力を必要とする可塑化軸のインバータには所定の系統から電力を供給し、他のインバータ、例えば射出軸、型開閉軸、突出軸等の他のインバータには他の系統から電力を供給するようにするようにすればよく、各系統における電流を少なくすることができる。他の発明によると、１系統の直流電圧線に直流電圧を貯蔵したり供給する電力貯蔵装置が設けられている。従って、射出軸、型開閉軸、突出軸等の他のインバータが接続されている１系統の直流電圧線に電力貯蔵装置を設けると、電力消費が少ないときに電力を貯蔵し、電力消費が多いときに電力を供給して消費される電力を全体として平滑化することができる。そして給電系統が複数の系統に分割されているので、前記したようにこの系統の直流電圧線を流れる電流は全体として少なく、電力貯蔵装置に求められる容量は小さくて済む。つまり電力貯蔵装置を小型にすることができる。また他の発明によると、１系統の前記直流電圧線には制御用電圧変換器が設けられ、該制御用電圧変換器によって変換された制御用直流電圧が前記電動射出成形機を制御する制御装置に供給される。そうすると停電時であっても制御用直流電圧は、電力貯蔵装置から供給されるので制御装置を駆動することができる。これによって電力貯蔵装置が接続されている系統に接続されているインバータは電力貯蔵装置から電力が供給される限り駆動することができる。例えば可塑化軸は停電と同時に停止しても装置を傷めることはないが、中子を備えた金型が設けられている場合には、型開閉軸や突出軸等は安全な状態にして停止させないと金型を痛めてしまう可能性がある。従って型開閉軸、突出軸等のインバータを電力貯蔵装置が設けられている給電系統に接続しておけば、停電時にも所定時間駆動できるので安全な状態にして電動射出成形機を停止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動射出成形機の給電系統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成形サイクルにおける消費電力の変化を示すグラフであり、その（ア）は第１と第２の系統における、その（イ）は第１の系統における、その（ウ）は第２の系統における、それぞれの消費電力を示すグラフであり、その（エ）は外部から電動射出成形機に供給される消費電力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
電動射出成形機には三相交流電圧線４が設けられ、工場電源２からの三相交流電圧を受けるようになっている。従来の電動射出成形機と同様に、この三相交流電圧を直流電圧に変換して各インバータに直流電圧を供給するようになっているが、本実施の形態においては直流電圧は２系統設けられている点に特徴がある。すなわち三相交流電圧線４は分岐し、一方の分岐にはＰＷＭコンバータからなる第１の交流直流変換器６が、そして他方の分岐には同様にＰＷＭコンバータからなる第２の交流直流変換器７がそれぞれ設けられ、第１、２の交流直流変換器６、７にはそれぞれ第１、２の直流電圧線９、１０が設けられている。第１の交流直流変換器６と第１の直流電圧線９とから第１の給電系統が、第２の交流直流変換器７と第２の直流電圧線１０とから第２の給電系統が構成されている。
【００１４】
このように給電系統が２系統に分かれているのは、第１、２の直流電圧線９、１０を流れる電流を分配して１系統当たりの電流を少なくするためであり、電動射出成形機に設けられている複数個のインバータがそれぞれの系統に適切に分配されている。まず、第１の直流電圧線９には、射出装置のスクリュを回転方向に駆動する可塑化軸のサーボモータを駆動するためのインバータ、つまりサーボアンプ１２が設けられている。可塑化軸は成形サイクルにおいて長時間駆動され、所定の電力を消費する。これによって第１の直流電圧線９には実質的に一定の電流が長時間継続して流れることになる。長時間に渡って一定の電力あるいは電流を供給すればいいのでので第１の交流直流変圧器６に対する負荷は一定ですみ、比較的容量が小さいものを採用することができる。また可塑化軸を第１の給電系統に割り当てることによって、第２の給電系統を流れる電流がその分だけ少なくなる。
【００１５】
第２の給電系統の第２の直流電圧線１０には、可塑化軸以外の他の全てのインバータが接続されている。つまりスクリュを軸方向に駆動する射出軸のサーボモータのサーボアンプ１３、型締装置を駆動する型開閉軸のサーボモータのサーボアンプ１４、突出装置を駆動する突出軸のサーボモータのサーボアンプ１５等が接続されている。これらのサーボアンプ１３、１４、１５は、成形サイクルにおいて駆動される時間はいずれも短時間である。しかしながら、例えば射出軸は瞬間的に大電力を消費するので、第２の直流電圧線１０を流れる電流は大きく変動することになる。
【００１６】
本実施の形態においては第２の給電系統には、第２の直流電圧線１０に電力貯蔵装置１８が設けられている。電力貯蔵装置１８は、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のコンデンサから構成してもよいが、本実施の形態においては比較的大容量の電力を貯蔵できる蓄電池から構成されており、電力を貯蔵したり供給したりすることができるようになっている。第２の直流電圧線１０を流れる電流は前記したように大きく変動するが、この電力貯蔵装置１８によって第２の交流直流変換器７から第２の直流電圧線１０に供給される直流電流を平滑化できるようになっている。つまり消費される電力を平滑化している。また電力貯蔵装置１８は、停電時において型開閉軸、突出軸等を駆動するための電力を供給する装置にもなっている。
【００１７】
本実施の形態に係る電動射出成形機にも、各装置を駆動するための制御装置１９が設けられている。この制御装置１９を駆動する制御用直流電圧は、本実施の形態においては第２の給電系統から得るようにしている。具体的には、第２の直流電圧線１０にＤＣ／ＤＣコンバータからなる制御用電圧変換器２１が設けられ、第２の直流電圧線１０を流れる直流電圧が制御用直流電圧に降圧され、これが制御装置１９に供給されている。停電時には電力貯蔵装置１８から直流電圧が供給されるので、制御装置１９も所定時間駆動できることになる。
【００１８】
本実施の形態に係る電動射出成形機は、停電を検出するために三相交流電圧線４に電流センサ２３が設けられ、三相交流電圧が正常に供給されているか否かを交流電圧監視装置２４において監視している。制御装置１９には交流電圧監視装置２４からの信号が入力されている。
【００１９】
本実施の形態に係る電動射出成形機は、工場電源２から三相交流電圧が供給されている正常時には、消費される電力が全体として平滑化されるようになっていると共に第２の直流電圧線１０を流れる電流は平均的に小さくなっている。これを図２によって説明する。図２の（ア）のグラフには、成形サイクル３１の各工程において消費される電力が示されている。つまり型閉工程３２、型締工程３３、射出工程３４、保圧工程３５、可塑化工程３６、型開工程３７、突出工程３８のそれぞれにおいて消費される電力が示されている。第１、２の直流電圧９、１０によって供給される直流電圧は実質的に一定なので、グラフは第１、２の直流電圧９、１０から供給される直流電流の変化を示しているとも言える。本実施の形態においては可塑化軸は第１の直流電圧線１０に設けられているので、第１の直流電圧線１０から供給される電力あるいは直流電流は図２の（イ）のように変化する。可塑化工程３６は成形サイクル３１の中で比較的長時間電力を必要とするが、電力および電流の大きさはほぼ一定である。第１の直流電圧線１０に供給している第１の交流直流変圧器６からの電力あるいは電流は、このグラフに示されている電力あるいは電流とほぼ同様に変化するので、第１の交流直流変圧器６の負荷は比較的一定で安定していることが分かる。これに対して第２の直流電圧線１０には射出軸、型開閉軸、突出軸が設けられているので、第２の直流電圧線１０から供給される電力あるいは直流電流は図２の（ウ）に示されているように変化する。例えば射出軸３４は短時間に大電力を必要とする一方で、可塑化工程が実施されている間は消費電力がゼロになる。つまり電力あるいは直流電流は大きく変動する。ところで既に説明したように第２の直流電圧線１０には電力貯蔵装置１８が設けられている。これによって第２の交流直流変換器７から第２の直流電圧線１０に供給される電力あるいは直流電流が平滑化されることになる。グラフ４１は、第２の直流電圧線１０において変動する消費電力あるいは直流電圧を時間平均したものになっているが、電力貯蔵装置１８を適切に制御すると、第２の交流直流変換器７から供給する電力あるいは直流電流は概ねグラフ４１に示されているように平滑化することができる。本実施の形態に係る電動射出成形機は、給電系統が２系統に分けられているので、給電系統が１系統のみの従来の電動射出成形機に比して、グラフ４１によって示されている時間平均の電力あるいは直流電流は小さい。従って電力貯蔵装置１８に対して要求される容量は比較的小さくて済む。電動射出成形機においてモータの駆動に関して消費される合計の電力は、第１、２の交流直流変圧器６、７によって供給される電力の合計になるので、図２の（エ）のグラフ４２のように変動することになる。つまり全体として電動射出成形機の消費電力は平滑化され、最大電力を抑制することができる。
【００２０】
本実施の形態に係る電動射出成形機は停電時に各装置を安全な状態にして停止することができるようになっているが、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。そうすると三相交流電圧の供給が停止したので第１、２の交流直流変換器６、７から第１、２の直流電圧線９、１０への直流電圧の供給は停止する。第１、２の直流電圧線９、１０には平滑化コンデンサが設けられているので、停電直後においても直流電圧は所定の電圧は維持されているが、電力が消費されると短時間で電圧が低下してしまう。しかしながら本実施の形態においては、第２の直流電圧線１０については直流電圧を維持するように運転する。具体的には次のようにする。停電が発生すると電流センサ２３の信号から交流電圧監視装置２４が停電を検出し、制御装置１９に通知する。制御装置１９は電力貯蔵装置１８を制御して直流電圧を維持するように第２の直流電圧線１０に電力を供給させる。制御用直流電圧は第２の直流電圧線１０に接続されている制御用電圧変換器２１によって得るので、停電時であっても制御装置１９は制御できる。スクリュはどの位置で停止しても射出装置を傷めることはないので、制御装置１９は可塑化軸を速やかに停止させる。射出軸も同様に停止させる。これに対して、型締装置や突出装置は、中子入りの金型等のように金型の種類によっては安全な位置にして停止しなければ金型を破損してしまうことがある。従って、制御装置１９は、成形サイクルの現在の工程を判断し、必要があれば型開閉軸と突出軸を制御して安全な位置になるように駆動する。型開閉軸と突出軸のサーボアンプ１４、１５は第２の給電系統に接続されていて直流電圧が電力貯蔵装置１８から安定的に供給されるので、安全に駆動できる。制御装置９は、型開閉軸と突出軸が安全な位置になったらこれらを停止し、電動射出成形機の全装置を停止させる。
【００２１】
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第１の給電系統には電力貯蔵装置１８が設けられていないが、第１の給電系統にも電力貯蔵装置１８を設けるようにしてもよい。そうすると第１の交流直流変換器６から第１の直流電圧線９に供給する電力あるいは直流電流をさらに平滑化することができる。また、本実施の形態において給電系統は２系統から構成されているが、３系統以上から構成してもよい。さらには他の変形も可能であり、第１、２の交流直流変換器は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。
【符号の説明】
【００２２】
１      給電システム              ２      工場電源
４      三相交流電圧線            ６      第１の交流直流変換器
７      第２の交流直流変換器      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
１８      電力貯蔵装置            １９      制御装置
２１      制御用電圧変換器        ２３      電流センサ
２４      交流電圧監視装置
【図１】
2017217834.tif 000003
【図２】
2017217834.tif 000004