JP2021164276A - バックアップ電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】バックアップ電源回路を提供する。【解決手段】電源回路から負荷への電力の供給を停止した場合に、負荷に対して電力を供給するバックアップ電源回路において、負荷に供給すべき電力を蓄電する複数の蓄電素子と、負荷への電力の供給元を複数の蓄電素子のうちから選択的に切り替える切替部と、供給元として選択した蓄電素子の使用状況を検知する検知部と、検知部の検知結果に応じて、切替部による切替えを制御する制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、バックアップ電源回路に関する。

工作機械は、例えば、負荷に対して電力を供給する主電源回路と、主電源回路からの電力供給を停止した場合に、電力の供給するバックアップ電源回路とを備える。工作機械がクロックやＳＲＡＭなどを備える場合、これらの負荷は、主電源回路が電力供給を停止した場合であっても、バックアップ電源回路からの電力により動作するよう構成してある。

特開２０１７−５３７５４号公報

特許文献１は、バックアップ電源回路として一次電池を備える数値制御装置を開示している。特許文献１の数値制御装置は、一次電池の残量を検出し、残量を段階的に報知する。ユーザは、数値制御装置からの報知に基づき、必要に応じて一次電池を交換する。このような数値制御装置では、一次電池の寿命に応じて、交換作業やメンテナンス作業が発生する。

本発明の目的は、交換作業やメンテナンス作業の頻度を抑えることができるバックアップ電源回路を提供することにある。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路は、電源回路から負荷への電力の供給を停止した場合に、前記負荷に対して電力を供給するバックアップ電源回路において、前記負荷に供給すべき電力を蓄電する複数の蓄電素子と、前記負荷への電力の供給元を前記複数の蓄電素子のうちから選択的に切り替える切替部と、前記供給元として選択した蓄電素子の使用状況を検知する検知部と、前記検知部の検知結果に応じて、前記切替部による切替えを制御する制御部とを備える。

上記一態様によれば、蓄電素子の使用状況が切替条件を満たす場合、制御部は、切替部による切り替えを制御する。この結果、負荷への電力供給元は、前記蓄電素子から他の蓄電素子に切り替わる。一次電池の寿命に応じて交換作業やメンテナンス作業が発生する従来技術と比較して、交換作業やメンテナンス作業の頻度は低くなる。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路において、前記検知部は、前記蓄電素子の使用時間を検知し、前記制御部は、前記検知部により検知した使用時間の累計に応じて、前記供給元を他の蓄電素子に切り替えるべく前記切替部を制御する。

上記一態様によれば、蓄電素子の使用時間の累計が切替条件として設定してある使用時間を超過した場合、負荷への電力供給元は、前記蓄電素子から他の蓄電素子に切り替わる。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路において、前記検知部は、前記蓄電素子の使用頻度を検知し、前記制御部は、前記検知部により検知した使用頻度に応じて、前記供給元を他の蓄電素子に切り替えるべく前記切替部を制御する。

上記一態様によれば、蓄電素子の使用頻度が切替条件として設定してある使用頻度を超過した場合、負荷への電力供給元は、前記蓄電素子から他の蓄電素子に切り替わる。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路において、前記検知部は、前記蓄電素子の劣化状態を検知し、前記制御部は、前記検知部により検知した前記蓄電素子の劣化状態に応じて、前記供給元を他の蓄電素子に切り替えるべく前記切替部を制御する。

上記一態様によれば、蓄電素子の劣化状態が切替条件として設定してある劣化条件よりも低下した場合、負荷への電力供給元は、前記蓄電素子から他の蓄電素子に切り替わる。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路において、前記検知部は、前記蓄電素子の充放電回数を検知し、前記制御部は、前記検知部により検知した充放電回数に応じて、前記供給元を他の蓄電素子に切り替えるべく前記切替部を制御する。

上記一態様によれば、蓄電素子の充放電回数が切替条件として設定してある充放電回数を超過した場合、負荷への電力供給元は、前記蓄電素子から他の蓄電素子に切り替わる。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路において、前記制御部は、一の蓄電素子と他の蓄電素子とを可逆的に選択すべく前記切替部を制御する。

上記一態様によれば、制御部が切替部を制御することにより、一の蓄電素子から他の蓄電素子への切替えと、他の蓄電素子から一の蓄電素子への切替えとが可能である。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路において、前記制御部は、一の蓄電素子から他の蓄電素子へ不可逆的に選択すべく前記切替部を制御する。

上記一態様によれば、制御部が切替部を制御することにより、一の蓄電素子から他の蓄電素子への切替えのみが可能である。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路において、前記切替部に対して前記複数の蓄電素子を並列に接続してある。

上記一態様によれば、並列に接続した複数の蓄電素子の少なくとも１つから電力を供給できればバックアップ電源回路として機能するので、バックアップ電源回路としての信頼性が向上する。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路において、前記蓄電素子は、電気二重層コンデンサである。

上記一態様によれば、一次電池と比較して寿命が長い電気二重層コンデンサを用いることによって、交換作業やメンテナンス作業の頻度は低くなる。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路において、前記負荷は、リアルタイムクロックである。

上記一態様によれば、バックアップ電源回路を搭載する装置がシャットダウンした場合であっても、リアルタイムクロックは時刻の計時を継続できる。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路において、前記負荷は、冷却装置を含む。

上記一態様によれば、バックアップ電源回路を搭載する装置がシャットダウンした場合であっても、装置内部を冷却できる。

本発明の一態様に係るバックアップ電源回路は、前記蓄電素子の周辺温度が平衡状態に達するまでの間、前記冷却装置を駆動する駆動部を備える。

上記一態様によれば、蓄電素子の周辺温度を下げることができるので、温度の影響を受けやすい蓄電素子の寿命を延ばすことができる。

本発明にあっては、交換作業やメンテナンス作業の頻度を抑えることができる。

バックアップ電源回路を含む制御系の構成を示す回路図である。 実施の形態１におけるスイッチの制御手順を説明するフローチャートである。 実施の形態２におけるスイッチの制御手順を説明するフローチャートである。 蓄電素子の劣化状態を検知する検知回路の一例を示す回路図である。 実施の形態３におけるスイッチの制御手順を説明するフローチャートである。 実施の形態４におけるスイッチの制御手順を説明するフローチャートである。 実施の形態５におけるバックアップ電源回路を含む制御系の構成を示す回路図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１はバックアップ電源回路を含む制御系の構成を示す回路図である。本実施の形態では、一例として、工作機械が備えるバックアップ電源回路１０について説明する。バックアップ電源回路１０は、主電源に対する予備的な電源を備えた電源回路である。工作機械が起動している間、主電源（例えば商用電源）は、工作機械が備える各種の負荷に対して電力を供給すると共に、比較的低電圧で作動する電子回路などの負荷に対しては制御電源を通じて電力を供給する。ここで、制御電源は、主電源からの交流電圧を整流し、かつ降圧した電圧を、電子回路などの負荷に供給する降圧回路を含む。一方、工作機械のシャットダウンによって主電源が電力供給を停止した場合、バックアップ電源回路１０は、所定の負荷に対して電力を供給する。

本実施の形態におけるバックアップ電源回路１０は、負荷に供給すべき電力を蓄電する蓄電素子Ｃ１，Ｃ２、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２を選択的に切り替えるスイッチＳＷ１，ＳＷ２、及び蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用状況に応じてスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御するＰＬＤ（Programmable Logic Device）１１を備える。

バックアップ電源回路１０は、工作機械がシャットダウンし、主電源が電力供給を停止した場合、ＲＴＣ（Real Time Clock）２０に対して電力を供給する。なお、バックアップ電源回路１０の電力供給先は、ＲＴＣ２０に限らず、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）など、工作機械が備える任意の電子回路であってもよい。

蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は、例えば電気二重層コンデンサである。蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は、工作機械が起動している間、主電源が供給する電力を蓄電する。蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は、それぞれ整流素子Ｄ１，Ｄ２を介して負荷（以下、ＲＴＣ２０とする）に接続する。蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は、工作機械がシャットダウンし、主電源からＲＴＣ２０への電力供給を停止した場合、主電源に代わりＲＴＣ２０へ電力を供給する。

蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は、主電源から電力供給がない場合であっても、予め設計した期間はＲＴＣ２０の稼働を維持できるような蓄電容量を有することが好ましい。例えば、工場の大型連休による工作機械の非稼働期間を１ヶ月と想定した場合、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は、主電源から電力供給がない場合であっても、想定した非稼働期間である１ヶ月間はＲＴＣ２０を稼働できることが好ましい。

なお、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は、電気二重層コンデンサに限らず、他の二次電池であってもよい。蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の種類及び蓄電容量は、互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。バックアップ電源回路１０が備える蓄電素子の数は３つ以上であってもよい。更に、バックアップ電源回路１０は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２に対して並列に接続した別の蓄電素子を備えてもよい。

スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、例えばＦＥＴ（Field-Effect Transistor）である。スイッチＳＷ１，ＳＷ２を構成するＦＥＴのゲートはＰＬＤ１１に接続し、ソースは抵抗素子Ｒ１を介して制御電源に接続し、ドレインはそれぞれ整流素子Ｄ３，Ｄ４を介して蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の正極に接続する。

スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ＰＬＤ１１からの制御により、蓄電素子Ｃ１又は蓄電素子Ｃ２を蓄電する状態、蓄電素子Ｃ１からＲＴＣ２０に対して電力を供給する状態、及び蓄電素子Ｃ２からＲＴＣ２０に対して電力を供給する状態に切り替わる。スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えるタイミングについては後に詳述する。

本実施の形態におけるバックアップ電源回路１０は、２つの蓄電素子Ｃ１，Ｃ２を切り替えるために、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２を備える構成としたが、３つ以上の蓄電素子を備える場合、各蓄電素子に対応してスイッチを設けてもよい。また、図１におけるスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor FET）を示しているが、スイッチＳＷ１，ＳＷ２に用いるＦＥＴはＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴに限らず、適宜のＦＥＴであってもよい。

ＰＬＤ１１は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２による切替えを制御する制御回路である。ＰＬＤ１１は、前述のＲＴＣ２０、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の他、不揮発性メモリ１２、ＣＰＵ３０（Central Processing Unit）などを接続する。ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０及びＣＰＵ３０から取得した情報、並びに不揮発性メモリ１２から読み出した情報に基づき、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用状況を検知し、検知結果に応じた切替信号（制御電圧）をスイッチＳＷ１，ＳＷ２へ出力することにより、スイッチＳＷ１，ＳＷ２による切替えを制御する。

本実施の形態におけるバックアップ電源回路１０は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２による切替えを制御する制御回路として、ＰＬＤ１１を備える構成としたが、マイコン、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを含む適宜の制御回路を備える構成であってもよい。また、本実施の形態におけるバックアップ電源回路１０は、ＰＬＤ１１及び不揮発性メモリ１２を個別に備える構成としたが、ＰＬＤ１１及び不揮発性メモリ１２を一体に備える構成としてもよい。

ＣＰＵ３０は、工作機械の全体を制御する制御回路であり、ＮＣ（Numerical Control）制御、各種ユニット間の通信制御などを実行する。また、ＣＰＵ３０は、工作機械をシャットダウンする際、シャットダウンが完了する直前のタイミングにてシャットダウン情報をＰＬＤ１１へ出力する。ＰＬＤ１１は、ＣＰＵ３０から取得したシャットダウン情報を不揮発性メモリ１２へ転送する。不揮発性メモリ１２は、ＰＬＤ１１経由で取得したシャットダウン情報を自身の記憶領域に記憶する。不揮発性メモリ１２が記憶するシャットダウン情報は、工作機械がシャットダウンしたことを表す情報である。

本実施の形態における工作機械は、工作機械全体を制御する制御回路としてＣＰＵ３０を備える構成としたが、マイコン、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなどを含む適宜の制御回路を備える構成であってもよい。また、本実施の形態における工作機械は、工作機械全体を制御する制御回路（ＣＰＵ３０）と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２による切替えを制御する制御回路（ＰＬＤ１１）とを個別に備える構成としたが、これらの制御回路を一体に備える構成であってもよい。更に、工作機械は、ＰＬＤ１１、ＣＰＵ３０、及び不揮発性メモリ１２を一体に備える構成であってもよい。

ＲＴＣ２０は、整流素子Ｄ５を介して制御電源に接続すると共に、整流素子Ｄ１，Ｄ２を介して蓄電素子Ｃ１，Ｃ２に接続する。ＲＴＣ２０は、工作機械が起動している間は、主電源が制御電源を介して供給する電力により作動し、工作機械がシャットダウンしている間は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２が供給する電力により作動する。すなわち、ＲＴＣ２０は、主電源または蓄電素子Ｃ１，Ｃ２からの供給電力により、現在時刻を計時し、現在時刻を示す時刻情報をＰＬＤ１１へ出力する。

ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０から取得した時刻情報を不揮発性メモリ１２へ転送する。工作機械において現在時刻の情報を保持するために、ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０から時刻情報を取得する都度、不揮発性メモリ１２へ転送してもよい。また、ＰＬＤ１１は、所定のイベントが発生した場合、そのタイミングでＲＴＣ２０から取得した時刻情報を、イベントの発生時刻の情報として不揮発性メモリ１２へ転送してもよい。

不揮発性メモリ１２は、各種の情報を記憶する記憶領域を有する。不揮発性メモリ１２が記憶する情報は、ＲＴＣ２０が出力する時刻情報や工作機械において発生したイベントに関する情報を含む。不揮発性メモリ１２は、ＲＴＣ２０が時刻情報を出力する都度、ＰＬＤ１１経由でＲＴＣ２０からの時刻情報を取得し、取得した時刻情報を現在時刻の情報として所定の記憶領域に記憶してもよい。また、不揮発性メモリ１２は、工作機械において発生したイベントの情報と、イベントの発生時刻を示すＲＴＣ２０の時刻情報とをＰＬＤ１１経由で取得し、両者を関連付けて記憶領域内に記憶してもよい。例えば、工作機械においてシャットダウンが発生した場合、不揮発性メモリ１２は、シャットダウン情報とシャットダウン時刻を示すＲＴＣ２０の時刻情報とをＰＬＤ１１経由で取得し、両者を関連付けて自身の記憶領域にシャットダウンの履歴として記憶してもよい。

不揮発性メモリ１２が記憶する情報は、計時情報を含んでもよい。計時はＰＬＤ１１が実行すればよい。ＰＬＤ１１は、時間を計時するタイマを備えていてもよく、ＲＴＣ２０が出力する時刻情報を参照して時間を計時してもよい。ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２からＲＴＣ２０への電力供給を開始してから電力供給を停止するまでの時間（すなわち、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用時間）を計時してもよい。なお、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２からＲＴＣ２０への電力供給は、工作機械がシャットダウンしている間に実行するので、ＰＬＤ１１は、不揮発性メモリ１２が記憶しているシャットダウン時刻の情報と、次の起動時にＲＴＣ２０が出力する現在時刻の情報とを用いて、工作機械がシャットダウンしていた期間を算出することにより、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用時間を計時すればよい。

不揮発性メモリ１２が記憶する情報は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２を切替える切替条件に関する情報を含んでもよい。実施の形態１において、不揮発性メモリ１２は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用時間に基づく切替条件を自身の記憶領域に記憶する。切替条件は、例えば、蓄電素子Ｃ１の寿命を想定した使用時間とすることができる。ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の使用時間を計時し、計時した蓄電素子Ｃ１の使用時間の累計が切替条件の使用時間（例えば１０年）を超過した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２に切り替える。この場合、蓄電素子Ｃ１を寿命まで使用することを想定しているので、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の使用開始後に再度蓄電素子Ｃ１に切り替えることは行わない。すなわち、ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２へ不可逆的に切り替えればよい。

切替条件は、蓄電素子Ｃ１の寿命を想定した使用時間よりも短い使用時間であってもよい。ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の使用時間を計時し、計時した蓄電素子Ｃ１の使用時間の累計が切替条件の使用時間（例えば１ヶ月）を超過した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２に切り替える。切替条件が比較的短い使用時間である場合、蓄電素子Ｃ１は、寿命に達していない限り再使用可能である。このため、蓄電素子Ｃ２への切替後、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の使用時間を計時し、計時した使用時間の累計が切替条件の使用時間（例えば１ヶ月）を超過した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ２から蓄電素子Ｃ１に切り替える。すなわち、ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１と蓄電素子Ｃ２との間で可逆的に切り替えればよい。

不揮発性メモリ１２が記憶する情報は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン又はオフの状態を示すスイッチ情報を含んでもよい。上述したように、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用状況に応じて、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオン又はオフに切り替える。ＰＬＤ１１は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオン又はオフに切り替えた場合、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン又はオフの状態を示すスイッチ情報を不揮発性メモリ１２へ出力する。不揮発性メモリ１２は、ＰＬＤ１１が出力するスイッチ情報を自身の記憶領域に記憶する。

実施の形態１において、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用時間に基づき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替制御を実行する。代替的に、切替条件は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用頻度、劣化状態、又は充放電回数について定めた条件であってもよい。後述する実施の形態２〜実施の形態４では、ＰＬＤ１１が、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用頻度、劣化状態、充放電回数に基づき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替制御を実行する構成について説明する。

以下、バックアップ電源回路１０の動作について詳述する。
図２は実施の形態１におけるスイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御手順を説明するフローチャートである。ＰＬＤ１１は、工作機械が起動する都度、以下の処理を実行する。ＰＬＤ１１は、不揮発性メモリ１２が記憶するスイッチ情報を確認し（ステップＳ１０１）、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２が共にオフであるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２が共にオフである場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ＰＬＤ１１は、スイッチＳＷ１をオンする切替信号（制御電圧）を出力する（ステップＳ１０３）。このとき、ＰＬＤ１１は、スイッチＳＷ１がオンかつスイッチＳＷ２がオフである旨のスイッチ情報を不揮発性メモリ１２へ出力する。不揮発性メモリ１２は、ＰＬＤ１１が出力するスイッチ情報を自身の記憶領域に記憶する。

工作機械が起動した場合、主電源は、工作機械が備える各種の負荷に電力を供給すると共に、ＲＴＣ２０を含む電子回路に対しては制御電源を介して電力を供給する。スイッチＳＷ１がオンである場合、蓄電素子Ｃ１は、制御電源を介した主電源からの電力を蓄電する。その後、工作機械がシャットダウンする際、ＰＬＤ１１は、ＣＰＵ３０からのシャットダウン情報とＲＴＣ２０からの時刻情報とを、不揮発性メモリ１２へ転送する。不揮発性メモリ１２は、工作機械がシャットダウンしたことを示すシャットダウン情報と、現在時刻（シャットダウン時刻）を示す時刻情報と自身の記憶領域に記憶する。工作機械がシャットダウンした場合、主電源から負荷への電力供給が停止する。その一方で、蓄電素子Ｃ１はＲＴＣ２０へ電力を供給する。すなわち、工作機械がシャットダウンしている場合であっても、ＲＴＣ２０は稼働しており、現在時刻を常に計時することが可能である。

ＰＬＤ１１は、ステップＳ１０２において、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の一方がオフでないと判断した場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、スイッチＳＷ１がオンであるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。スイッチＳＷ１がオンである場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ＰＬＤ１１は、不揮発性メモリ１２が記憶する切替条件を確認し（ステップＳ１０５）、蓄電素子Ｃ１の使用時間が切替条件の使用時間を超過しているか否かを判断する（ステップＳ１０６）。

ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の使用時間が切替条件の使用時間を超過していると判断した場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ１をオフし、スイッチＳＷ２をオンする切替信号（制御電圧）を出力する（ステップＳ１０７）。ＰＬＤ１１は、スイッチＳＷ１からスイッチＳＷ２への切り替えを行った場合、切替後のスイッチ情報を不揮発性メモリ１２へ出力する。不揮発性メモリ１２は、ＰＬＤ１１が出力するスイッチ情報に基づき、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンである旨のスイッチ情報を自身の記憶領域に記憶する。

ＰＬＤ１１は、スイッチＳＷ１からスイッチＳＷ２への切替処理を行った後、またはステップＳ１０６で蓄電素子Ｃ１の使用時間が切替条件の使用時間を超過していないと判断した場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、本フローチャートによる処理を終了する。

ＰＬＤ１１は、ステップＳ１０４において、スイッチＳＷ１がオンでないと判断した場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、スイッチＳＷ２がオンであるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。スイッチＳＷ２がオンでない場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、ＰＬＤ１１は、処理をステップＳ１０１へ戻す。

スイッチＳＷ２がオンである場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、ＰＬＤ１１は、不揮発性メモリ１２が記憶する切替条件を確認し（ステップＳ１０９）、蓄電素子Ｃ２の使用時間が切替条件の使用時間を超過しているか否かを判断する（ステップＳ１１０）。

ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の使用時間が切替条件の使用時間を超過していると判断した場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ１をオンし、スイッチＳＷ２をオフする切替信号（制御電圧）を出力する（ステップＳ１１１）。ＰＬＤ１１は、スイッチＳＷ２からスイッチＳＷ１への切り替えを行った場合、切替後のスイッチ情報を不揮発性メモリ１２へ出力する。不揮発性メモリ１２は、ＰＬＤ１１が出力するスイッチ情報に基づき、スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフである旨のスイッチ情報を自身の記憶領域に記憶する。

ＰＬＤ１１は、スイッチＳＷ２からスイッチＳＷ１への切替処理を行った後、またはステップＳ１１０で蓄電素子Ｃ２の使用時間が切替条件の使用時間を超過していないと判断した場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、本フローチャートによる処理を終了する。

図２のフローチャートは、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とを可逆的に切り替える場合にＰＬＤ１１が実行する処理手順を示しているが、ＰＬＤ１１がスイッチＳＷ１からスイッチＳＷ２への切替えを不可逆的に実行する場合、ステップＳ１０８以降の処理を省略すればよい。

以下、バックアップ電源回路１０を用いた運用例について説明する。
工作機械において、４０℃の非通電環境でバックアップ電源回路１０からＲＴＣ２０に給電し、６０℃の通電環境でバックアップ電源回路１０に充電する運用を１０年間行うことを想定する。１０年間は、２４×３６５×１０＝８７６００時間である。このうち、６０℃の通電環境を７０％とした場合、６１３２０時間であり、４０℃の非通電環境を３０％とした場合、２６２８０時間である。

ここで、６０℃の通電環境を８５℃に換算にすると、２^(85-60)/10＝５．６６であるので、６０℃の６１３２０時間は、８５℃の１０８３４時間に相当する。同様に、４０℃の非通電環境を８５℃に換算すると、２^(85-40)/10＝２２．６３であるので、４０℃の２６２８０時間は、８５℃の１１６１時間に相当する。すなわち、８５℃の換算時間は、合計で１１９９５時間である。

蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の耐電圧を５．５Ｖ、制御電源による印加電圧を３．０Ｖと仮定する。コンデンサメーカによる電圧の容量劣化に対する考え方から、印加電圧考慮指数は、（５，５Ｖ／３．０Ｖ）³ ≒６．１６となる。信頼性試験継続時間は、およそ８５℃換算時間／印加電圧考慮指数であるので、上記の運用では、信頼性試験継続時間は、１１９９５／６．１６≒１９４７時間である。この場合、蓄電容量の減少度合いは、コンデンサメーカが開示している寿命推定グラフより、１５％程度と見積もることができる。

バックアップ電源回路１０によって、この影響を半減できた場合、１５％／２＝７．５％の影響しか受けないと推定できる。この場合、運用開始後に１０年が経過した時点で、バックアップ電源回路１０からのみＲＴＣ２０に給電した場合であっても、ＲＴＣ２０は２８．７日程度継続して動作可能となる。

以上のように、実施の形態１におけるバックアップ電源回路１０は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用時間に応じて、ＲＴＣ２０への電力供給元を切替えるので、交換作業やメンテナンス作業の頻度を抑えることができる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、切替条件を蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用頻度とした場合の構成について説明する。
なお、バックアップ電源回路１０を含む全体の構成は、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略することとする。

実施の形態２における不揮発性メモリ１２は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の切替条件として、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用頻度の情報を記憶する。切替条件は、例えば、蓄電素子Ｃ１の寿命を想定した使用頻度とすることができる。ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の使用頻度をカウントし、カウントした蓄電素子Ｃ１の使用頻度が切替条件の使用頻度（例えば１０００００回）を超過した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２に切り替える。この場合、蓄電素子Ｃ１を寿命まで使用することを想定しているので、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の使用開始後に再度蓄電素子Ｃ１に切り替えることは行わない。すなわち、ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２へ不可逆的に切り替えればよい。

切替条件は、蓄電素子Ｃ１の寿命を想定した使用頻度よりも少ない使用頻度であってもよい。ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の使用頻度をカウントし、カウントした蓄電素子Ｃ１の使用頻度が切替条件の使用頻度（例えば３０回）を超過した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２に切り替える。切替条件が比較的少ない使用頻度である場合、蓄電素子Ｃ１は、寿命に達していない限り再使用可能である。このため、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の使用頻度をカウントし、カウントした使用頻度が切替条件の使用頻度（例えば３０回）を超過した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ２から蓄電素子Ｃ１に切り替える。すなわち、ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１と蓄電素子Ｃ２との間で可逆的に切り替えればよい。

実施の形態１において説明したように、バックアップ電源回路１０は、工作機械がシャットダウンしている間、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２からＲＴＣ２０に対して電力を供給する。すなわち、バックアップ電源回路１０は、工作機械がシャットダウンした場合、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２を使用する。ＰＬＤ１１は、工作機械がシャットダウンした回数（ＣＰＵ３０からシャットダウン情報を取得した回数）をカウントすることにより、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用頻度をカウントできる。ＰＬＤ１１は、カウントした蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用頻度の情報を不揮発性メモリ１２に出力し、不揮発性メモリ１２において使用頻度の情報を保持する。

図３は実施の形態２におけるスイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御手順を説明するフローチャートである。実施の形態１と同一ステップは同一番号を付し、説明を省略する。実施の形態１と異なるのはステップＳ２０６、Ｓ２１０のみであるので、その部分の説明をする。

実施の形態２は使用時間の代わりに使用頻度を用いる。ステップＳ２０６において、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の使用頻度が切替条件の使用頻度を超過しているか否かを判断する。

ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の使用頻度が切替条件の使用頻度を超過していると判断した場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ１をオフし、スイッチＳＷ２をオンする切替信号（制御電圧）を出力する（ステップＳ１０７）。

ＰＬＤ１１は、ステップＳ２０６で蓄電素子Ｃ１の使用頻度が切替条件の使用頻度を超過していないと判断した場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、本フローチャートによる処理を終了する。

ＰＬＤ１１は、スイッチＳＷ２のみオンである場合（Ｓ１０４：ＮＯ、Ｓ１０８：ＹＥＳ）、不揮発性メモリ１２が記憶する切替条件を確認し（ステップＳ１０９）、蓄電素子Ｃ２の使用頻度が切替条件の使用頻度を超過しているか否かを判断する（ステップＳ２１０）。

ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の使用頻度が切替条件の使用頻度を超過していると判断した場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ１をオンし、スイッチＳＷ２をオフする切替信号（制御電圧）を出力する（ステップＳ１１１）。

ＰＬＤ１１は、ステップＳ２１０で蓄電素子Ｃ２の使用頻度が切替条件の使用頻度を超過していないと判断した場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、本フローチャートによる処理を終了する。

以上のように、実施の形態２におけるバックアップ電源回路１０は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の使用頻度に応じて、ＲＴＣ２０への電力供給元を切替えるので、交換作業やメンテナンス作業の頻度を抑えることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、切替条件を蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の劣化状態とした場合の構成について説明する。
なお、バックアップ電源回路１０を含む全体の構成は、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略することとする。

実施の形態３における不揮発性メモリ１２は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の切替条件として、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の劣化状態の情報を記憶する。切替条件は、例えば、蓄電素子Ｃ１の寿命を想定した劣化状態とすることができる。ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の劣化状態を検知し、検知した蓄電素子Ｃ１の劣化状態が切替条件の劣化状態より低下した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２に切り替える。この場合、蓄電素子Ｃ１を寿命まで使用することを想定しているので、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の使用開始後に再度蓄電素子Ｃ１に切り替えることは行わない。すなわち、ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２へ不可逆的に切り替えればよい。

切替条件は、蓄電素子Ｃ１の寿命まで余裕がある劣化状態であってもよい。ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の劣化状態を検知し、検知した蓄電素子Ｃ１の劣化状態が切替条件の劣化状態より低下した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２に切り替える。切替条件が蓄電素子Ｃ１の寿命まで余裕がある劣化状態である場合、蓄電素子Ｃ１は、寿命に達していない限り再使用可能である。このため、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の劣化状態を検知し、検知した劣化状態が切替条件の劣化状態よりも低下した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ２から蓄電素子Ｃ１に切り替える。すなわち、ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１と蓄電素子Ｃ２との間で可逆的に切り替えればよい。

バックアップ電源回路１０のＰＬＤ１１は、例えば、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２が放電する際の電圧の低下速度から、劣化状態を検知できる。すなわち、ＰＬＤ１１は、時刻Ｔ１における蓄電素子Ｃ１（Ｃ２）の放電電圧Ｖ１と、時刻Ｔ２における蓄電素子Ｃ１（Ｃ２）の放電電圧Ｖ２とを取得し、｜Ｖ２−Ｖ１｜／｜Ｔ２−Ｔ１｜を算出することにより、放電特性における電圧の低下速度を算出する。この低下速度は、蓄電素子Ｃ１（Ｃ２）の劣化が進むにつれて大きくなるので、ＰＬＤ１１は、放電特性における放電電圧の低下速度に基づき、蓄電素子Ｃ１（Ｃ２）の劣化状態を検知することができる。図４は蓄電素子Ｃ１の劣化状態を検知する検知回路の一例を示す回路図である。検知回路を構成するコンパレータＣＯＭ１は、蓄電素子Ｃ１の放電電圧が基準電圧Ｖ１以上である場合にロー信号を出力し、Ｖ１未満である場合にハイ信号をＰＬＤ１１へ出力する。同様に、コンパレータＣＯＭ２は、蓄電素子Ｃ１の放電電圧が基準電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）以上である場合にロー信号を出力し、Ｖ２未満である場合にハイ信号をＰＬＤ１１へ出力する。ＰＬＤ１１は、コンパレータＣＯＭ１の出力がハイとなった時刻Ｔ１と、コンパレータＣＯＭ２の出力がハイとなった時間Ｔ２の差分を算出し、その差分が規定時間未満となった場合、蓄電素子Ｃ１の劣化を検知したと判断する。なお、図４では、蓄電素子Ｃ１の劣化状態を検知する検知回路の一例を示したが、蓄電素子Ｃ２の劣化状態を検知する検知回路についても全く同様である。ＰＬＤ１１は、検知した蓄電素子Ｃ１（Ｃ２）の劣化状態の情報を不揮発性メモリ１２に出力し、不揮発性メモリ１２において劣化状態の情報を保持する。

図５は実施の形態３におけるスイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御手順を説明するフローチャートである。実施の形態１と同一ステップは同一番号を付し、説明を省略する。実施の形態１と異なるのはステップＳ３０６、Ｓ３１０のみであるので、その部分の説明をする。

ＰＬＤ１１は、ステップＳ３０６において、蓄電素子Ｃ１の劣化状態が切替条件の劣化状態より低下しているか否かを判断する。すなわち、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の放電電圧が基準電圧Ｖ１から基準電圧Ｖ２まで低下する時間を計時し、その計時した時間が基準時間未満となった場合、切替条件の劣化状態より低下したと判断すればよい。

ＰＬＤ１１は、ステップＳ３１０において、蓄電素子Ｃ２の劣化状態が切替条件の劣化状態より低下しているか否かを判断する。すなわち、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の放電電圧が基準電圧Ｖ１から基準電圧Ｖ２まで低下する時間を計時し、その計時した時間が基準時間未満となった場合、切替条件の劣化状態より低下したと判断すればよい。

以上のように、実施の形態３におけるバックアップ電源回路１０は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の劣化状態に応じて、ＲＴＣ２０への電力供給元を切替えるので、交換作業やメンテナンス作業の頻度を抑えることができる。

（実施の形態４）
実施の形態４では、切替条件を蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の充放電回数とした場合の構成について説明する。
なお、バックアップ電源回路１０を含む全体の構成は、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略することとする。

実施の形態４における不揮発性メモリ１２は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の切替条件として、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の充放電回数の情報を記憶する。切替条件は、例えば、蓄電素子Ｃ１の寿命を想定した充放電回数とすることができる。ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の充放電回数をカウントし、カウントした蓄電素子Ｃ１の使用頻度が切替条件の充放電回数（例えば１０００００回）を超過した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２に切り替える。この場合、蓄電素子Ｃ１を寿命まで使用することを想定しているので、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の使用開始後に再度蓄電素子Ｃ１に切り替えることは行わない。すなわち、ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２へ不可逆的に切り替えればよい。

切替条件は、蓄電素子Ｃ１の寿命を想定した充放電回数よりも少ない充放電回数であってもよい。ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の充放電回数をカウントし、カウントした蓄電素子Ｃ１の使用頻度が切替条件の充放電回数（例えば３０回）を超過した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１から蓄電素子Ｃ２に切り替える。切替条件が比較的少ない充放電回数である場合、蓄電素子Ｃ１は、寿命に達していない限り再使用可能である。このため、ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の充放電回数をカウントし、カウントした充放電回数が切替条件の使用頻度（例えば３０回）を超過した場合、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ２から蓄電素子Ｃ１に切り替える。すなわち、ＰＬＤ１１は、ＲＴＣ２０への電力供給元を蓄電素子Ｃ１と蓄電素子Ｃ２との間で可逆的に切り替えればよい。

実施の形態１において説明したように、バックアップ電源回路１０は、工作機械が起動している間、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２を充電する。一方、工作機械がシャットダウンしている間、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２は放電し、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２からＲＴＣ２０に対して電力を供給する。ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２を充電する際、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンするので、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンの回数をカウントすることにより、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の充放電回数をカウントできる。ＰＬＤ１１は、カウントした蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の充放電回数の情報を不揮発性メモリ１２に出力し、不揮発性メモリ１２において充放電回数の情報を保持する。

図６は実施の形態４におけるスイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御手順を説明するフローチャートである。実施の形態１と同一ステップは同一番号を付し、説明を省略する。実施の形態１と異なるのはステップＳ４０６、Ｓ４１０のみであるので、その部分の説明をする。

ＰＬＤ１１は、ステップＳ４０６において、蓄電素子Ｃ１の充放電回数が切替条件の充放電回数を超過しているか否かを判断する。

ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ１の充放電回数が切替条件の充放電回数を超過していると判断した場合（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ１をオフし、スイッチＳＷ２をオンする切替信号（制御電圧）を出力する（ステップＳ１０７）。

ＰＬＤ１１は、ステップＳ４１０において、蓄電素子Ｃ２の充放電回数が切替条件の充放電回数を超過しているか否かを判断する。

ＰＬＤ１１は、蓄電素子Ｃ２の充放電回数が切替条件の充放電回数を超過していると判断した場合（Ｓ４１０：ＹＥＳ）、スイッチＳＷ１をオンし、スイッチＳＷ２をオフする切替信号（制御電圧）を出力する（ステップＳ１１１）。

以上のように、実施の形態４におけるバックアップ電源回路１０は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の充放電回数に応じて、ＲＴＣ２０への電力供給元を切替えるので、交換作業やメンテナンス作業の頻度を抑えることができる。

（実施の形態５）
実施の形態５では、工作機械のシャットダウン後に蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の近傍を冷却する構成について説明する。

図７は実施の形態５におけるバックアップ電源回路１０を含む制御系の構成を示す回路図である。バックアップ電源回路１０は、ファン駆動回路４０、冷却ファン４１、及び温度センサ４２を更に備える。

ファン駆動回路４０は、冷却ファン４１を駆動するための駆動回路である。工作機械が起動している間、主電源は、制御電源を通じてファン駆動回路４０、冷却ファン４１、温度センサ４２に電力を供給する。一方、工作機械がシャットダウンしている間、バックアップ電源回路１０（蓄電素子Ｃ１，Ｃ２）は、ファン駆動回路４０、冷却ファン４１、温度センサ４２に電力を供給する。

冷却ファン４１は、ファンの回転によって生じる空気流により、工作機械の内部を冷却する。本実施の形態における冷却ファン４１は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の周辺温度を冷却できるような位置に配置することが好ましい。温度センサ４２は、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の周辺温度を計測し、計測結果をファン駆動回路４０へ出力する。

ファン駆動回路４０は、温度センサ４２の計測結果に基づき、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の周辺温度が平衡状態に達したと判断した場合、冷却ファン４１の駆動を停止する。

以上のように、実施の形態５では、工作機械がシャットダウンした場合であっても、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の周辺温度が平衡状態に達するまで、冷却ファン４１を駆動するので、蓄電素子Ｃ１，Ｃ２の寿命を延ばすことができる。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、本実施の形態では、工作機械が備えるバックアップ電源回路１０について説明したが、バックアップ電源回路１０を備える装置は、工作機械に限らず、数値制御装置など任意の装置であってもよい。

１０ バックアップ電源回路
１１ ＰＬＤ
１２ 不揮発性メモリ
２０ ＲＴＣ
３０ ＣＰＵ
Ｃ１，Ｃ２ 蓄電素子
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ

Claims (12)

1. 電源回路から負荷への電力の供給を停止した場合に、前記負荷に対して電力を供給するバックアップ電源回路において、
   前記負荷に供給すべき電力を蓄電する複数の蓄電素子と、
   前記負荷への電力の供給元を前記複数の蓄電素子のうちから選択的に切り替える切替部と、
   前記供給元として選択した蓄電素子の使用状況を検知する検知部と、
   前記検知部の検知結果に応じて、前記切替部による切替えを制御する制御部と
   を備えるバックアップ電源回路。
2. 前記検知部は、前記蓄電素子の使用時間を検知し、
   前記制御部は、前記検知部により検知した使用時間の累計に応じて、前記供給元を他の蓄電素子に切り替えるべく前記切替部を制御する
   請求項１に記載のバックアップ電源回路。
3. 前記検知部は、前記蓄電素子の使用頻度を検知し、
   前記制御部は、前記検知部により検知した使用頻度に応じて、前記供給元を他の蓄電素子に切り替えるべく前記切替部を制御する
   請求項１に記載のバックアップ電源回路。
4. 前記検知部は、前記蓄電素子の劣化状態を検知し、
   前記制御部は、前記検知部により検知した前記蓄電素子の劣化状態に応じて、前記供給元を他の蓄電素子に切り替えるべく前記切替部を制御する
   請求項１に記載のバックアップ電源回路。
5. 前記検知部は、前記蓄電素子の充放電回数を検知し、
   前記制御部は、前記検知部により検知した充放電回数に応じて、前記供給元を他の蓄電素子に切り替えるべく前記切替部を制御する
   請求項１に記載のバックアップ電源回路。
6. 前記制御部は、一の蓄電素子と他の蓄電素子とを可逆的に選択すべく前記切替部を制御する
   請求項１から請求項５の何れか１つに記載のバックアップ電源回路。
7. 前記制御部は、一の蓄電素子から他の蓄電素子へ不可逆的に選択すべく前記切替部を制御する
   請求項１から請求項５の何れか１つに記載のバックアップ電源回路。
8. 前記切替部に対して前記複数の蓄電素子を並列に接続してある
   請求項１から請求項７の何れか１つに記載のバックアップ電源回路。
9. 前記蓄電素子は、電気二重層コンデンサである
   請求項１から請求項８の何れか１つに記載のバックアップ電源回路。
10. 前記負荷は、リアルタイムクロックである
    請求項１から請求項９の何れか１つに記載のバックアップ電源回路。
11. 前記負荷は、冷却装置を含む
    請求項１から請求項１０の何れか１つに記載のバックアップ電源回路。
12. 前記蓄電素子の周辺温度が平衡状態に達するまでの間、前記冷却装置を駆動する駆動部を備える
    請求項１１に記載のバックアップ電源回路。

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