JP4756559B2 - 電動射出成形機の電力供給装置および電動射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、スクリュ、型開閉装置、成形品突出装置等の電動射出成形機の構成部材を駆動するサーボモータに電力を供給する、電動射出成形機の電力供給装置および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、プランジャ等から構成されている。電動式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。一般的に、射出成形の工程は、樹脂を溶融してシリンダ内の先端部に溶融樹脂を蓄積する計量工程、金型を型締する型締工程、型締された金型に溶融樹脂を射出する射出工程、射出後に溶融樹脂圧力を保持する保圧工程、金型を開く型開工程、エジェクタピンを突きだして成形品を金型から取り出す突出工程、等からなる。このうち、射出工程は、他の工程に比して短時間の工程であるにも拘わらず、高出力を要する。従って、射出工程時においてスクリュを軸方向に駆動するサーボモータは、大型で高出力のものが採用されている。近年、転写性に優れ、複雑で微細な形状の成形品や薄肉の成形品であっても、転写性良く成形できる、いわゆる超高速射出成形のニーズが高まっている。このような超高速射出成形が実施できる射出成形機においては、射出工程はさらに高出力を要し、より大型のサーボモータが必要になる。

サーボモータは、従来周知のように、インバータ回路からなるサーボアンプによって生成される３相交流電圧によって駆動される。インバータ回路には直流電圧が供給され、直流電圧は、工場の受電設備から供給される３相交流電圧から、従来周知のコンバータによって整流されて得られる。高出力でサーボモータを駆動する場合には、サーボアンプに供給される直流電流は大電流となる。従って、高出力で駆動することが要求される射出工程に備えて、供給される３相交流電源も大きな電流供給能力が必要になり、工場の受電設備には、比較的大きな電力容量が要求されることになる。また、電力料金は契約する最大電力によって料金体系が異なるので、電力容量の大きい受電設備を設置すると電気料金が嵩むことになる。省エネルギやコスト削減の必要から、受電設備に要求される電力容量を小さくでき、必要な電気料金を下げることができる技術が求められている。

発明協会公開技報公技番号９７―６５２３号

非特許文献１には、射出成形機に適用される交流直流変換器であって、コンバータ電圧を制御するループと、電流を正弦波に維持する制御ループとを備え、３相交流電源から得られる３相交流電流を、電圧が安定して品質の高い直流電流に変換できる、ＰＷＭコンバータが記載されている。この従来例の交流直流変換器においては、３相交流電源から供給される３相交流電流を、正弦波に整形するように制御するので、力率の低下をもたらす高調波を抑制でき、安定した電圧の直流電流が得られるという利点がある。また、力率が１に近い値に保持されるので、無効電力が小さく、電力は無駄に消費されない。さらには、射出成形機の駆動部に蓄えられた運動エネルギが、電気エネルギに回生されて電源側に電力として戻されるので、エネルギ効率が高い。

この従来例の交流直流変換器を射出成形機に適用すれば、無駄な電力を消費しないで済むので、受電設備に要求される電力容量をある程度小さくできるし、必要な電気料金も下げることができる。しかしながら、改良すべき点も見受けられる。すなわち、従来例の交流直流変換器は、力率を１に近い値に保持して無効電力を低減することはできるが、高出力が要求される射出工程において必要な最大電力を低減するものではないし、各工程において必要な電力を平滑化するものでもない。一般的に、受電設備の電力容量は、工場に設置される生産機械、工作機械等で消費される電力の時間平均、すなわち平均電力で決定されることが多いが、このように電力容量が決定されてしまうと、射出工程時には大電力が消費されるので、工場内の電圧が低下する、いわゆる電圧ドロップが発生したり、ブレーカがトリップしてしまう可能性がある。特に複数台の射出成形機が工場に設置されている場合に、同時に射出工程が実施されると、電圧ドロップ等が発生する頻度はさらに高まる。従って、例えば射出工程に必要な最大電力の１／２程度を確保する等、余裕を見て電力容量を決定する必要があり、受電設備の設備費用もかかる。

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、電動射出成形機の電力供給装置、およびそのような電力供給装置が備えられた電動射出成形機を提供することを目的とし、具体的には射出工程等の高出力が要求される工程において、外部から供給される最大電力を低減できるとともに、各工程において必要な電力を平滑化でき、さらには工場の受電設備に要求される電力容量も少なくて済み、設備費を削減できると共に、必要な電気料金も下げることができる、電動射出成形機の電力供給装置および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、射出成形機のサーボアンプに直流電圧を供給する電力供給装置は、交流直流変換器と電力貯蔵装置とからなり、電力貯蔵装置は、交流直流変換器の直流回路側に接続されて、電力を貯蔵して、所定の出力要求を受けると、交流直流変換器から供給されている直流電圧よりも高電圧にして、サーボアンプに電力供給するように構成される。また、そのような電力供給装置が備えられた射出成形機として構成される。

すなわち、請求項１に記載の発明は、スクリュ、型開閉装置、成形品突出装置等の電動射出成形機の構成部材を駆動するサーボモータのサーボアンプに電力を供給する電力供給装置であって、該電力供給装置は交流直流変換器と電力貯蔵装置とからなり、前記交流直流変換器は、交流電源に接続されていると共に直流回路を介して前記サーボアンプに接続され、前記交流電源から供給される交流電圧を変換して前記直流回路に直流電圧を供給するように構成され、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ていると共に前記直流回路に並列に接続され、前記直流回路から給電された電力を前記コイルを経由させて前記コンデンサに貯蔵することができ、前記スイッチを駆動すると、前記コンデンサに貯蔵された電力は前記コイルを経由して前記直流回路に供給され、このとき前記交流直流変換器から供給される直流電圧よりも高い電圧で供給されることを特徴とする電動射出成形機の電力供給装置として構成される。そして、請求項２に記載の発明は、スクリュ、型開閉装置、成形品突出装置等の電動射出成形機の構成部材を駆動するサーボモータのサーボアンプに電力を供給する電力供給装置であって、該電力供給装置は交流直流変換器と電力貯蔵装置とからなり、前記交流直流変換器は、交流電源に接続されていると共に直流回路を介して前記サーボアンプに接続され、前記交流電源から供給される交流電圧を変換して前記直流回路に直流電圧を供給するように構成され、前記電力貯蔵装置は電力貯蔵回路を備えていると共に前記直流回路に並列に接続されており、前記電力貯蔵回路は、少なくとも第１、２のループ回路からなり、前記第１のループ回路は、直列に接続された、少なくとも、正端子と、負端子と、コイルと、第１のスイッチ回路と、コンデンサとから構成され、前記第２のループ回路は、直列に接続された、少なくとも、前記正端子と、前記負端子と、前記コイルと、第２のスイッチ回路とから構成され、前記第１のスイッチ回路は、並列に接続された第１のダイオードと第１のトランジスタからなると共に、前記第１のダイオードは前記正端子から前記負端子の方向に電流を流すように、前記第１のトランジスタは駆動されると逆方向に電流を流すように接続され、前記第２のスイッチ回路は、並列に接続された第２のダイオードと第２のトランジスタからなると共に、前記第２のダイオードは前記負端子から前記正端子の方向に電流を流すように、前記第２のトランジスタは駆動されると逆方向に電流を流すように接続され、前記第２のトランジスタを駆動すると、前記直流回路から給電される電力は前記コンデンサに貯蔵することができ、前記第１のトランジスタを駆動すると、前記コンデンサに貯蔵された電力は、前記交流直流変換器が供給する直流電圧よりも高い直流電圧で前記直流回路に供給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２に記載の電力供給装置において、前記電力貯蔵装置には、前記コイルを流れる電流を検出する電流検出回路が設けられ、該電流は所定の制限値内になるように制御されるように構成され、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力供給装置において、前記電力貯蔵装置には、前記直流回路の直流電圧を検出する電圧検出回路が設けられ、前記直流電圧は所定の電圧になるように制御されるように構成され、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の電力供給装置において、前記電力貯蔵装置には、前記コンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧検出回路が設けられ、前記コンデンサに電力が貯蔵されるとき、前記コンデンサ電圧は所定の電圧になるように制御されるように構成される。そして、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの項に記載の電力供給装置が備えられた、電動射出成形機として構成される。

以上のように、本発明によると、射出成形機の電力供給装置は、交流直流変換器と電力貯蔵装置とからなり、電力貯蔵装置は交流直流変換器の直流回路に接続され、直流回路から給電された電力を貯蔵し、所定の出力要求を受けると、交流直流変換器の直流回路に直流電流を供給し、交流直流変換器が生成する直流電圧よりも高い直流電圧をサーボアンプに供給するように構成されている。従って、交流直流変換器が従来周知のダイオード整流回路によって構成されている場合には、直流電圧は交流電圧の波高値よりも高くなり、交流直流変換器からは直流電流が供給されなくなる。すなわち、交流直流変換器の交流側からは電力が供給されない。また、交流直流変換器が従来周知のＰＷＭコンバータ等の整流回路によって構成されている場合、すなわち、トランジスタのスイッチ動作を利用して直流回路電圧を昇圧して直流回路電圧を交流電圧波高値よりも高くする機能を有する場合には、貯蔵回路からの直流電流供給時には、交流直流変換器のトランジスタのスイッチ動作を停止させることにより、ダイオード整流回路と同様に、交流直流変換器の交流側からは電力が供給されない。従って、射出工程等の大きい電力を必要とする工程において、交流直流変換器の代わりに高電圧の直流電力を電力貯蔵装置から供給することができる。これにより、交流直流変換器に要求される電力容量を小さくすることができると共に、射出成形機に外部から供給する電力の最大電力も低下させることができる。さらには、比較的電力を必要としない他の工程の時に電力貯蔵装置に電力を貯蔵することができるので、成形工程全体で電力は平滑化されて、工場の受電設備に要求される電力容量を小さくすることができる。また、最大電力を低下することができるので、電気料金も節約できる。

請求項２に記載の発明によると、電力貯蔵装置を構成する電力貯蔵回路は、コンデンサ、コイル、ダイオード、トランジスタ等から構成されており、コンデンサに蓄積された電荷を、トランジスタおよびダイオードのスイッチング動作を利用することによって、コイルに流れる電流として取り出し、または充電することができるため、コンデンサの充放電特性をコイル電流の制御によって決定できる。すなわち、電力貯蔵用コンデンサの内部抵抗に影響されない貯蔵電力の利用が可能なため、安価なコンデンサを利用できるという本発明に特有な効果も得られる。そして、請求項３に記載の発明によると、電力貯蔵回路を構成するコイルに流れる電流は制限されるので、過大な電流がコイルを流れて断線することはなく、また、過大な充放電電流によって電力貯蔵用コンデンサおよび交流直流回路のコンデンサの故障や損傷を与えることもない。さらには、請求項４に記載の発明によると、電力貯蔵装置からサーボアンプに供給される直流電圧は所定の電圧に制御されるので、サーボアンプに供給する電流の電圧を安定させることができ、請求項５に記載の発明によると、電力貯蔵装置に貯蔵する電力は適切な電圧になるように制御されるので、電力貯蔵回路に異常な電圧がかかることはない。

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、電動射出成形機の電力供給装置も、従来周知の電力供給装置と同様に、３相交流電流を整流して、サーボアンプに直流電圧を供給する。従って、本実施の形態に係る、電力供給装置１も、図１の（ア）に示されているように、３相交流電源ＰＷに接続されていると共に、直流回路側の正の電圧線ＰがサーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…に接続されている。電力供給装置１もサーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…も負の電圧線Ｎに接続されているので、正の電圧線Ｐを介して電力供給装置１からサーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…に直流電圧を供給できるようになっている。従って、サーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…は、スクリュを軸方向に駆動する射出軸、スクリュを回転方向に駆動する可塑化軸、型開閉軸、エジェクタピンを駆動する突出軸に対応して設けられているサーボモータＳＭ１、ＳＭ２、…を駆動することができる。本実施の形態に係る電力供給装置１は、３相交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器２と、電力貯蔵装置３とからなり、電力貯蔵装置３は後で説明するように、交流直流変換器２から供給される電力を貯蔵したり、出力要求を受けると貯蔵した電力を所定の電圧に制御して正の電圧線Ｐに供給するようになっている。

交流直流変換器２は、３相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータであり、ダイオード整流回路、ＰＷＭコンバータ等からなる。ダイオード整流回路は、従来周知であり、図１の（イ）に示されているように、６個のダイオード１１、１２、…と１個のコンデンサ１７とからなる。極性を一方向に揃えられて２個ずつ直列に並べられたダイオードが、並列に３列設けられて正の直流電圧線と負の直流電圧線に接続され、各列の直列に並べられた２個のダイオードの中間に、３相交流電源の各相の電線が結線されている。従って、３相交流電圧はダイオード１１、１２、…によって整流されて、正端子Ｐと負端子Ｎから直流電圧が外部に供給されるようになっている。そして、整流に伴って生じる直流電圧の脈流は、正端子Ｐと負端子Ｎ間に接続されたコンデンサ１７によって平滑化されている。ＰＷＭコンバータも従来周知であり、図１の（ウ）に示されているように、６個のトランジスタ２１、２２、…と６個のダイオード３１、３２、…と１個のコンデンサ３７とからなり、上記ダイオード整流回路を変形した回路になっている。ＰＷＭコンバータは、ダイオード整流回路の各ダイオードに対応するそれぞれのダイオード３１、３２、…に、並列にトランジスタ２１、２２、…が接続されて、トランジスタ２１、２２、…を作動すると、ダイオード３１、３２、…とは逆方向に電流を流せるようになっている。ＰＷＭコンバータは、ダイオード整流回路と同様に、３相交流電流を直流電流に整流できるが、周知のインバータ回路と実質的に同じように構成されているので、図には示されていない制御回路からトランジスタ２１、２２、…を制御すると、従来周知のように直流電流側から回収された回生電力を３相交流電源側に戻すこともできる。

本実施の第１の形態に係る電力貯蔵装置３は、図２の（ア）に示されているように、電力貯蔵回路４と、制御回路５とからなる。電力貯蔵回路４は、直流電圧の正端子Ｐと負端子Ｎとを介して交流直流変換器２から供給される電力を貯蔵すると共に、貯蔵した電力を正端子Ｐと負端子Ｎから直流電圧として出力する回路であり、制御回路５は電力貯蔵回路４を制御する回路になっている。電力貯蔵回路４と制御回路５は、実際にはフォトカプラ等を介して接続されて、電力貯蔵回路４側の電流が流入して制御回路５内の電子素子が破壊されないように、電気的に絶縁されているが、説明を簡単にするために、電力貯蔵回路４と制御回路５は直接接続された状態で示されている。

電力貯蔵回路４は、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ＳＷ_１、ＳＷ_２とからなり、第１のスイッチ回路ＳＷ_１は第１のトランジスタＴ_ｒ１と第１のダイオードＤ_１とから、第２のスイッチ回路ＳＷ_２は第２のトランジスタＴ_ｒ２と第２のダイオードＤ_２とからなる。コイルＬを流れるコイル電流は電流検出器ＣＴで計測されるようになっている。このようなコンデンサ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Ｔ_ｒ１、Ｔ_ｒ２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。図２の（ア）に示されている電力貯蔵回路４は、第１の実施の形態に係る電力貯蔵回路であり、等価な回路が図２の（イ）に示されている。電力貯蔵回路４を、より簡単な図２の（イ）によって説明する。電力貯蔵回路４において、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ＬＰ_１、ＬＰ_２で接続されている。すなわち、第１のループ回路ＬＰ_１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ＳＷ_１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ＬＰ_２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ＳＷ_２が直列に接続された回路になっている。スイッチ回路ＳＷ_１、ＳＷ_２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である。具体的には、第１のスイッチ回路ＳＷ_１は、第１のダイオードＤ_１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Ｔ_ｒ１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Ｄ_１と並列に接続されている。そして、第２のスイッチ回路ＳＷ_２は、第２のダイオードＤ_２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Ｔ_ｒ２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Ｄ_２と並列に接続されている。

このような電力貯蔵回路４の、正負端子Ｐ、Ｎ間の電圧、すなわち端子間電圧Ｖ_ＦＢ１は、電圧検出器ＶＴ_１で検出されて信号線Ｓ_Ａを介して制御回路５に入力されるようになっており、コンデンサＣに貯蔵された電力の電圧、すなわち貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２も、電圧検出器ＶＴ_２で検出されて信号線Ｓ_Ｂを介して制御回路５に入力されるようになっている。また、制御回路５には電流検出器ＣＴからの信号線Ｓ_Ｃも接続されているので、コイルＬを流れるコイル電流Ｉ_ＦＢも制御回路５に入力される。制御回路５から第１のトランジスタＴ_ｒ１には信号線Ｓ_Ｔ１が、第２のトランジスタＴ_ｒ２には信号線Ｓ_Ｔ２が接続されているので、制御回路５が出力する制御信号でトランジスタＴ_ｒ１、Ｔ_ｒ２をＯＮ／ＯＦＦすることができる。制御回路５の処理については後で詳しく説明する。

図３により電力貯蔵回路４の作用を説明する。電力貯蔵回路４は、初期状態においては、第１のダイオードＤ_１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Ｖ_ＦＢ２は、端子間電圧Ｖ_ＦＢ１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Ｔ_ｒ２をスイッチング、すなわちＯＮする。そうすると、電流は矢印Ｙ_Ａ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Ｔ_ｒ２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Ｙ_Ｂ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Ｄ_１を経由して矢印Ｙ_Ｃ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Ｔ_ｒ２のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すと、コンデンサＣに十分に電力が貯蔵されて、貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２は端子間電圧Ｖ_ＦＢ１よりも高電圧になる。

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、貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２と端子間電圧Ｖ_ＦＢ１とには、
Ｖ_ＦＢ２＞Ｖ_ＦＢ１
の関係が成立しているため、第１のトランジスタＴ_ｒ１をＯＮすると、図３の（ウ）に示されているように、矢印Ｙ_Ｄ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Ｙ_Ｅの方向に起電力が生じる。すなわち、貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２と端子電圧Ｖ_ＦＢ１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Ｔ_ｒ１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Ｙ_Ｆ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Ｄ_２を経由して矢印Ｙ_Ｇのように電流が流れる。従って、端子間電圧Ｖ_ＦＢ１は、正負端子Ｐ、Ｎに接続されているサーボシステムの電力消費量以上の電力を、電力貯蔵回路４から供給することによって、交流直流変換器２から供給される直流電圧よりも高く維持される。以下、第１のトランジスタＴ_ｒ１のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すと、端子間電圧Ｖ_ＦＢ１から外部に所定の直流電流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。正負端子Ｐ、Ｎに接続されている交流直流変換器２には、平滑用コンデンサ１７または３７が装備されており、端子間電圧Ｖ_ＦＢ１は、平滑用コンデンサ１７、３７の電荷が一定となるように、正負端子Ｐ、Ｎ間の電圧を検出して適切に第１のトランジスタＴ_ｒ１をＯＮ／ＯＦＦすると、安定した所定の電圧に維持することができる。

制御回路５について説明する。制御回路５は、電力貯蔵回路４を制御する回路である。図４に演算内容を説明するブロック線図が示されているように、制御回路５の演算は、２個の第１、２の機能ブロックＦＢ_１、ＦＢ_２から構成されている。第１の機能ブロックＦＢ_１は、コンデンサＣに貯蔵された電力を所定の電圧または所定の電流に制御して電力貯蔵装置３の外部に出力する機能ブロックであり、第２の機能ブロックＦＢ_２は、コンデンサＣに外部から供給される電力を貯蔵する機能ブロックである。

最初に第１の機能ブロックＦＢ_１の演算について説明する。端子間電圧Ｖ_ＦＢ１の設定値、すなわち出力電圧設定値Ｖ_ＳＥＴ１が外部から与えられる。第１の加え合わせ点ＫＡ_Ｖ１において、出力電圧設定値Ｖ_ＳＥＴ１と、測定された端子間電圧Ｖ_ＦＢ１が入力されて、電圧の偏差量Ｅ_Ｖ１が計算される。電圧の偏差量Ｅ_Ｖ１は電圧制御器Ｋ_Ｖ１で演算増幅される。そうすると、コイルＬに流すべき、仮の設定電流Ｉ_ＳＥＴ１’が求められる。仮の設定電流Ｉ_ＳＥＴ１’は、外部から与えられたコイル電流の制限値Ｉ_ＬＩＭ１を超えないようにリミッタＬ_ｉｍ１で制限されて、電流設定値Ｉ_ＳＥＴ１が得られる。第２の加え合わせ点ＫＡ_Ｃ１において、電流設定値Ｉ_ＳＥＴ１と、測定されたコイル電流Ｉ_ＦＢが入力されて、電流の偏差量Ｅ_Ｃ１が計算される。なお、電流設定値Ｉ_ＳＥＴ１およびコイル電流Ｉ_ＦＢの極性は、コイルＬからＰ端子に流れ出す方向を正としている。電流の偏差量Ｅ_Ｃ１は電流制御器Ｋ_Ｃ１で演算増幅され電流制御器Ｋ_Ｃ１の出力が大きい程、第１のトランジスタＴ_ｒ１のＯＮ時間比率が大きくなるように、パルス幅変調器ＰＷＭ_１においてＯＮ時間またはＯＦＦ時間のパルス幅が演算されて、論理積素子ＡＮＤ_１に入力される。そして、論理積素子ＡＮＤ_１において、後で説明する信号線Ｓ_１の信号と論理積が採られて、出力信号が信号線Ｓ_Ｔ１から出力される。これらの演算によって、第１のトランジスタＴ_ｒ１をＯＮ／ＯＦＦして、端子Ｐ、Ｎ間の電圧を設定された出力電圧設定値Ｖ_ＳＥＴ１の電圧にして、コンデンサＣに貯蔵された電力を端子Ｐ、Ｎ間から出力することができる。また、このときコイル電流Ｉ_ＦＢも制御することができる。

次に、第２の機能ブロックＦＢ_２の演算について説明する。貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２の設定値、すなわち貯蔵電圧設定値Ｖ_ＳＥＴ２が外部から与えられる。第３の加え合わせ点ＫＡ_Ｖ２において、貯蔵電圧設定値Ｖ_ＳＥＴ２と、測定された貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２が入力されて、電圧の偏差量Ｅ_Ｖ２が計算される。電圧の偏差量Ｅ_Ｖ２は電圧制御器Ｋ_Ｖ２で演算増幅される。そうすると、コイルＬに流すべき、仮の設定電流Ｉ_ＳＥＴ２’が求められる。仮の設定電流Ｉ_ＳＥＴ２’は、外部から与えられたコイル電流の制限値Ｉ_ＬＩＭ２を超えないようにリミッタＬ_ｉｍ２で制限されて、電流設定値Ｉ_ＳＥＴ２が得られる。第４の加え合わせ点ＫＡ_Ｃ２において、電流設定値Ｉ_ＳＥＴ２と、測定されたコイル電流Ｉ_ＦＢが入力されて、電流の偏差量Ｅ_Ｃ２が計算される。なお、電流設定値Ｉ_ＳＥＴ２およびコイル電流Ｉ_ＦＢの極性は、Ｐ端子からコイルＬに流れ込む方向を正とする。電流の偏差量Ｅ_Ｃ２は電流制御器Ｋ_Ｃ２で演算増幅されて、電流制御器Ｋ_Ｃ２の出力が大きい程、第２のトランジスタＴ_ｒ２のＯＮ時間比率が大きくなるようにパルス幅変調器ＰＷＭ_２においてＯＮ時間またはＯＦＦ時間のパルス幅が演算されて、論理積素子ＡＮＤ_２に入力される。そして、論理積素子ＡＮＤ_２において、以下に説明する信号線Ｓ_２の信号と論理積が採られて、出力信号が信号線Ｓ_Ｔ２から出力される。これらの演算によって、コイル電流Ｉ_ＦＢを制御しながら、貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２の電圧の電力が、外部から与えられた所蔵電圧設定値Ｖ_ＳＥＴ２に一致するように制御され、コンデンサＣに、
Ｃ・Ｖ_ＳＥＴ２ ^２／２
の電力を貯蔵することができる。

制御回路５には外部から信号線Ｓ_ＣＭＤを経由して切換信号Ｃ_ＭＮＤも与えられる。信号線Ｓ_ＣＭＤは、一方の分岐が信号線Ｓ_２に接続されて既に説明した論理積素子ＡＮＤ_２に接続され、他方の分岐がインバータ素子ＩＮＶを介して信号線Ｓ_１に接続されて、既に説明した論理積素子ＡＮＤ_１に接続されている。切換信号Ｃ_ＭＮＤは、ＯＮ／ＯＦＦの２値、すなわち論理信号のＨ／Ｌが与えられ、インバータ素子ＩＮＶの作用によって、信号線Ｓ_１と信号線Ｓ_２に与えられる信号は互いに反転する。従って、論理積素子ＡＮＤ_１、ＡＮＤ_２の作用によって、信号線Ｓ_Ｔ１と信号線Ｓ_Ｔ２には、同時にＯＮ信号が出力されることはない。このようにして、トランジスタＴ_ｒ１、Ｔ_ｒ２が同時にＯＮされることを防いでいる。本実施例においては、信号線Ｓ_Ｔ１の信号がＨの場合に第１のトランジスタＴ_ｒ１がＯＮ、Ｌの場合に第１のトランジスタＴ_ｒ１がＯＦＦ、また、信号線Ｓ_Ｔ２の信号がＨの場合に第２のトランジスタＴ_ｒ２がＯＮ、Ｌの場合に第２のトランジスタＴ_ｒ２がＯＦＦとなるように構成されている。切換信号Ｃ_ＭＮＤをＨにすると、第２のトランジスタＴ_ｒ２をＯＮすることができるので電力貯蔵回路４に電力を貯蔵でき、Ｌにすると第１のトランジスタＴ_ｒ１をＯＮすることができるので貯蔵された電力を外部に出力することができる。

本実施の形態に係る電力供給装置１が備えられた射出成形機の、成形における各工程の電力の消費および供給について説明する。従来周知のように、射出装置のスクリュを軸方向に駆動すると、溶融樹脂を型締された金型内に射出することができ、射出後に引き続きスクリュに所定の力を与えると、溶融樹脂の圧力を保持することができる。図５の（ア）には、射出工程と保圧工程において消費される電力、すなわち射出動力Ｐ_Ｉの消費電力がグラフで示されている。符号４１で示されているように射出は非常に大きな電力を要するが、その時間は非常に短いので消費される電力量はそれほど大きくはない。一方、保圧は、符号４２で示されているように、比較的時間は長いが必要とされる電力はわずかである。可塑化、すなわち溶融樹脂の計量は、保圧工程を終了した後に従来周知のように射出装置の射出シリンダ内でスクリュを回転して行う。図５の（イ）には、可塑化動力Ｐ_Ｒの消費電力が符号４３で示されているように、比較的時間も要し、所定の電力が消費される。金型内に射出された樹脂が冷却固化すると型締装置を型開する。型締装置で消費される電力、すなわち型開閉動力Ｐ_Ｍは、図５の（ウ）に示されている。型開工程で消費される電力は符号４４で示されているが、消費される電力は所定の電力で済み、時間を要さない。型開後に成形品を突き出す突出において消費される電力、突出動力Ｐ_Ｅは、図５の（エ）に符号４６として示されているように小さく、要する時間も短い。金型を型閉する型閉も、符号４５に示されているように、所定の電力で済み、比較的短時間である。

本実施の形態に係る電力貯蔵装置３は、成形における各工程のうち最も大きな電力を必要とする射出工程において、交流直流変換器２に代わって瞬間的に大きな電力をサーボアンプに供給する。そして、その他の比較的電力を必要としない工程の間電力を貯蔵する。電力貯蔵装置３から外部に出力される電力と、外部から供給される電力は、図５の（オ）に入出力電力Ｐ_ＢＮＫとして符号４７と符号４８で示されている。正の電力は電力貯蔵装置３から外部に出力する電力を、負の電力は外部から電力貯蔵装置３に供給される電力を表している。符号４７で示されている部分は符号４１で示されているグラフと同じ形状になっており、符号４８で示されている部分は、マイナスの小さい電力になっている。出力される電力量と貯蔵される電力量は等しいので、符号４７で示されているグラフと時間軸とで囲まれた面積は、符号４８で示されているグラフと時間軸とで囲まれた面積に等しい。外部の３相交流電源ＰＷから供給される電力、すなわち入力電力Ｐ_ＩＮは、各工程で必要になる電力Ｐ_Ｉ、Ｐ_Ｒ、Ｐ_Ｍ、Ｐ_Ｅを合計したものから、電力貯蔵装置３における入出力電力Ｐ_ＢＮＫを減じたものになる。入力電力Ｐ_ＩＮのグラフが、図５の（カ）に示されている。符号４１’に示されているように射出工程に必要な電力はカットされているが、射出工程以外の時間帯で必要になる電力は、符号４９に示されているようにそれほど大きくはない。

本実施の形態に係る電力供給装置１が備えられた射出成形機において、成形サイクルで必要な平均電力Ｐ_ＡＶＥは、下記式で与えられる。
Ｐ_ＡＶＥ＝（Ｐ_Ｉ２×Ｔ_Ｉ２＋Ｐ_Ｒ×Ｔ_Ｒ＋Ｐ_Ｍ１×Ｔ_Ｍ１＋Ｐ_Ｍ２×Ｔ_Ｍ２＋Ｐ_Ｅ×Ｔ_Ｅ＋Ｐ_ＣＨ×Ｔ_ＣＨ）／Ｔ_ＣＹＣ
ここで、Ｔ_ＣＹＣ＝Ｔ_Ｉ１＋Ｔ_Ｉ２＋Ｔ_Ｒ＋Ｔ_Ｍ１＋Ｔ_Ｍ２＋Ｔ_Ｅ＋Ｔ_Ｓ
ただし、Ｔ_ＣＹＣ：成形サイクル時間、Ｔ_Ｉ１：射出時間、Ｔ_Ｉ２：保圧時間、Ｔ_Ｒ：計量時間、Ｔ_Ｍ１：型開時間、Ｔ_Ｍ２：型閉時間、Ｔ_Ｅ：突出時間、Ｔ_Ｓ：休止時間、Ｔ_ＣＨ：充電時間（電力を貯蔵している時間）、Ｐ_Ｉ２：保圧電力、Ｐ_Ｒ：可塑化電力（計量電力）、Ｐ_Ｍ１：型開電力、Ｐ_Ｍ２：型閉電力、Ｐ_Ｅ突出電力、Ｐ_ＣＨ：充電電力。
本実施の形態に係る電力供給装置１を備えた射出成形機においては、成形工程における最大電力を低減することができると共に、成形サイクルで消費される電力を平滑化できるので、工場の受電設備の電力容量を決定するときには、平均電力Ｐ_ＡＶＥを考慮すれば足り、最大電力を考慮する必要まではない。従って、工場の受電設備の電力容量は小さくて済む。なお、本実施の形態に係る電力供給装置１は、射出工程に対してのみ電力を供給するように説明したが、他の電力の高い工程に対しても電力を供給することができる。

図６には、電力貯蔵回路４に対して電力が入力／出力されるときの、入出力電力Ｐ_ＢＮＫと、コイルＬを流れるコイル電流Ｉ_ＦＢと、コンデンサＣの貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２の変化がグラフで示されている。図６の（ア）には、電力貯蔵回路４が外部に出力する電力Ｐ_{ＢＮＫ＿Ｄ}が符号５１のグラフで、外部から供給されて貯蔵される電力Ｐ_{ＢＮＫ＿Ｃ}が符号５２のグラフで示されている。既に説明したように電力貯蔵回路４から外部に直流電流を出力する場合には、第１のトランジスタＴ_ｒ１をＯＮ／ＯＦＦして行う。ＯＮ／ＯＦＦを高周期で行うか、またはコイルＬのインダクタンスを大きく設計すると、いわゆる電流連続モードになり、図６の（イ）の符号５３で示されているように、コイル電流Ｉ_ＦＢは連続的に流れる。電力貯蔵回路４に電力を貯蔵する場合には、第２のトランジスタＴ_ｒ２をＯＮ／ＯＦＦして行うが、ＯＮ／ＯＦＦを高周期で行うと、電力の出力時と同様に、符号５４で示されているようにコイル電流Ｉ_ＦＢは連続的に流れる。符号５３で示されている電流の平均電流をＩ_{ＡＶＥ＿Ｄ}、符号５４で示されている電流の平均電流をＩ_{ＡＶＥ＿Ｃ}とすると、電力貯蔵回路４が外部に出力する電力Ｐ_{ＢＮＫ＿Ｄ}と、外部から供給されて貯蔵される電力Ｐ_{ＢＮＫ＿Ｃ}は、下記式で与えられる。
Ｐ_{ＢＮＫ＿Ｄ}＝Ｉ_{ＡＶＥ＿Ｄ}×Ｖ_ＰＮ ［Ｗ］
Ｐ_{ＢＮＫ＿Ｃ}＝Ｉ_{ＡＶＥ＿Ｃ}×Ｖ_ＰＮ ［Ｗ］
ただし、Ｖ_ＰＮは、正負端子Ｐ、Ｎ間の電圧である。
コンデンサＣの貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２は、電力貯蔵回路４から外部に電力を出力すると符号５５のグラフで示されているように低下して、電力を貯蔵すると符号５７のグラフで示されているように上昇する。

第１のトランジスタＴ_ｒ１や、第２のトランジスタＴ_ｒ２のＯＮ／ＯＦＦを比較的低周期で行うか、またはコイルＬのインダクタンスを小さく設計すると、コイル電流Ｉ_ＦＢは断続的に流れる、いわゆる電流不連続モードになる。図６の（エ）に、電流不連続モードで電力の出力および貯蔵を行ったときのグラフが、それぞれ符号５８と符号５９で示されている。電力の出力時のコイル電流のピーク値をＩ_Ｐ＿Ｄ、貯蔵時のコイル電流のピーク値をＩ_Ｐ＿Ｃとすると、電力貯蔵回路４が外部に出力する電力Ｐ_{ＢＮＫ＿Ｄ}と、外部から供給されて貯蔵される電力Ｐ_{ＢＮＫ＿Ｃ}は、下記式で与えられる。
Ｐ_{ＢＮＫ＿Ｄ}＝Ｌ_Ｉ×Ｉ_Ｐ＿Ｄ ^２×ｎ／２ ［Ｗ］
Ｐ_{ＢＮＫ＿Ｃ}＝Ｌ_Ｉ×Ｉ_Ｐ＿Ｃ ^２×ｎ／２ ［Ｗ］
ただし、Ｌ_ＩはコイルＬのインダクタンス、ｎは１秒あたりのスイッチング回数である。

図７の（ア）〜（ウ）には、第２、３、４の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ａ、４ｂ、４ｃが示されている。第２、３、４の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ａ、４ｂ、４ｃは、第１の実施の形態に係る電力貯蔵回路４の構成要素、すわなち電気部品の配置が一部変更されているだけで、電気部品は共通している。従って、同じ電気部品には同じ参照番号を付けて詳しく説明はしない。第２の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ａは、第１の実施の形態に係る電力貯蔵回路４の、コンデンサＣと第１のスイッチ回路ＳＷ_１の配置が入れ替えられた回路である。第３の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ｂは、第１の実施の形態に係る電力貯蔵回路４の正端子Ｐに接続されていたコイルＬが、Ｎ端子に接続された回路である。第４の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ｃは、第３の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ｂの、コンデンサＣと第１のスイッチ回路ＳＷ_１の配置が入れ替えられた回路である。当業者であれば容易に理解できるので説明を省略するが、第２〜４の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ａ、４ｂ、４ｃも、実質的に第１の実施の形態に係る電力貯蔵装置４と同等の作用効果を奏し、電力を貯蔵できると共に電力を外部に供給できる。

図８の（ア）には第５の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ｄを備えた電力貯蔵装置３’が示されており、同図の（イ）には、電力貯蔵回路４ｄと等価な回路が示されている。第１の実施の形態に係る電力貯蔵装置３と作用効果が類似する構成部品、すなわち電気部品については、同じ参照番号にダッシュ「’」を付して詳しくは説明しない。第５の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ｄも、外部から供給された電力を貯蔵して、貯蔵された電力を交流直流変換器２から供給される電流よりも高電圧にして外部に供給する点は、第１〜４の実施の形態に係る電力貯蔵回路４、４ａ、…と同様であるが、いくつかの点において若干異なっている。まず、コンデンサＣ’に貯蔵される電力の電圧、すなわち貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２は、端子間電圧Ｖ_ＦＢ１を超えることは無い。従って、電力貯蔵回路４ｄにおいては、コンデンサＣ’に過大な耐圧性能が求められることは無い。また、貯蔵された電力を外部に供給する場合も、第１〜４の実施の形態に係る電力貯蔵回路４、４ａ、…とは異なっている。第１のトランジスタＴ_ｒ１’をＯＮすると、コンデンサＣ’に貯蔵された電力は、コイルＬ’と第１のトランジスタＴ_ｒ１’を流れて、コイルＬ’に磁気エネルギが蓄積される。このときは、正負端子Ｐ、ＮにはコンデンサＣ’の電力は供給されない。第１のトランジスタＴ_ｒ１’をＯＦＦすると、貯蔵電圧Ｖ_ＦＢ２にコイルＬ’に生じた起電力が加えられた電圧が、正負端子Ｐ、Ｎ間に与えられる。第１のトランジスタＴ_ｒ１’のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すと、端子Ｐ、Ｎに所定の電力を供給できる。

本発明の電力供給装置は、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、電力貯蔵回路４、４ａ、４ｂ、…には、コンデンサは回路に１個のみ設けられているように説明したが、１個のコンデンサの代わりに、複数個のコンデンサが直列または並列に接続されていても良い。また、電力貯蔵回路４、４ａ、４ｂ、…の任意の場所に抵抗が設けられていても実施できることは明らかである。

本発明の電力供給装置は、射出成形機だけでなく、生産機械や産業機械等の、他の機械にも適用可能である。

本実施の形態に係る電力供給装置と、電力供給装置を構成する一部の装置である交流直流変換器の回路を説明する図であり、その（ア）は電力供給装置と射出成形機の各サーボアンプの接続状態を模式的に説明する図であり、その（イ）は、ダイオード整流回路を説明する回路図、その（ウ）はＰＷＭコンバータを説明する回路図である。 本実施の形態に係る電力貯蔵装置の回路を説明する回路図であり、その（ア）は電力貯蔵装置の回路図、その（イ）は電力貯蔵回路の回路図である。 本実施の形態に係る電力貯蔵回路の作用を模式的に説明する図であり、その（ア）と（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）と（エ）は、電力貯蔵回路から外部に電力を出力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力貯蔵装置の制御回路の演算を説明する、ブロック図である。 本実施の形態に係る電力貯蔵装置が備えられた射出成形機の、成形サイクルにおける各工程で消費される電力を説明するグラフであり、その（ア）〜（エ）は各工程で消費される電力を、その（オ）は電力貯蔵装置に対して入出力される電力を、その（カ）は外部から射出成形機に供給される電力を示すグラフである。 本実施の形態に係る電力貯蔵回路に対して電力が入出力されるときの、電力や電流等の変化を示すグラフであり、その（ア）は電力貯蔵回路の入出力電力を、その（イ）は電流連続モードで回路を動作させたときのコイル電流を、その（ウ）はコンデンサの貯蔵電圧を、その（エ）は電流不連続モードで回路を動作させたときのコイル電流を、それぞれ示すグラフである。 本発明の他の実施の形態に係る電力貯蔵回路を説明する回路図であり、その（ア）〜（ウ）は、第２〜４の実施の形態に係る電力貯蔵回路についての回路図である。 本発明の他の実施の形態に係る電力貯蔵装置を説明する回路図であり、その（ア）は電力貯蔵装置の回路についての、その（イ）は電力貯蔵回路についての回路図である。

符号の説明

１ 電力供給装置 ２ 交流直流変換器
３、３’ 電力貯蔵装置
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 電力貯蔵回路
５ 制御回路
Ｃ コンデンサ Ｌ コイル
Ｐ 正端子 Ｐ 負端子
ＳＷ_１、ＳＷ_２ スイッチ回路
Ｄ_１、Ｄ_２ ダイオード
Ｔ_ｒ１、Ｔ_ｒ２ トランジスタ

Claims (6)

1. スクリュ、型開閉装置、成形品突出装置等の電動射出成形機の構成部材を駆動するサーボモータのサーボアンプに電力を供給する電力供給装置であって、該電力供給装置は交流直流変換器と電力貯蔵装置とからなり、
   前記交流直流変換器は、交流電源に接続されていると共に直流回路を介して前記サーボアンプに接続され、前記交流電源から供給される交流電圧を変換して前記直流回路に直流電圧を供給するように構成され、
   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ていると共に前記直流回路に並列に接続され、前記直流回路から給電された電力を前記コイルを経由させて前記コンデンサに貯蔵することができ、前記スイッチを駆動すると、前記コンデンサに貯蔵された電力は前記コイルを経由して前記直流回路に供給され、このとき前記交流直流変換器から供給される直流電圧よりも高い電圧で供給されることを特徴とする電動射出成形機の電力供給装置。
2. スクリュ、型開閉装置、成形品突出装置等の電動射出成形機の構成部材を駆動するサーボモータのサーボアンプに電力を供給する電力供給装置であって、該電力供給装置は交流直流変換器と電力貯蔵装置とからなり、
   前記交流直流変換器は、交流電源に接続されていると共に直流回路を介して前記サーボアンプに接続され、前記交流電源から供給される交流電圧を変換して前記直流回路に直流電圧を供給するように構成され、
   前記電力貯蔵装置は電力貯蔵回路を備えていると共に前記直流回路に並列に接続されており、
   前記電力貯蔵回路は、少なくとも第１、２のループ回路からなり、
   前記第１のループ回路は、直列に接続された、少なくとも、正端子と、負端子と、コイルと、第１のスイッチ回路と、コンデンサとから構成され、
   前記第２のループ回路は、直列に接続された、少なくとも、前記正端子と、前記負端子と、前記コイルと、第２のスイッチ回路とから構成され、
   前記第１のスイッチ回路は、並列に接続された第１のダイオードと第１のトランジスタからなると共に、前記第１のダイオードは前記正端子から前記負端子の方向に電流を流すように、前記第１のトランジスタは駆動されると逆方向に電流を流すように接続され、
   前記第２のスイッチ回路は、並列に接続された第２のダイオードと第２のトランジスタからなると共に、前記第２のダイオードは前記負端子から前記正端子の方向に電流を流すように、前記第２のトランジスタは駆動されると逆方向に電流を流すように接続され、
   前記第２のトランジスタを駆動すると、前記直流回路から給電される電力は前記コンデンサに貯蔵することができ、前記第１のトランジスタを駆動すると、前記コンデンサに貯蔵された電力は、前記交流直流変換器が供給する直流電圧よりも高い直流電圧で前記直流回路に供給されることを特徴とする電動射出成形機の電力供給装置。
3. 請求項２に記載の電力供給装置において、前記電力貯蔵装置には、前記コイルを流れる電流を検出する電流検出回路が設けられ、該電流は所定の制限値内になるように制御されていることを特徴とする電動射出成形機の電力供給装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の電力供給装置において、前記電力貯蔵装置には、前記直流回路の直流電圧を検出する電圧検出回路が設けられ、前記直流電圧は所定の電圧になるように制御されていることを特徴とする電動射出成形機の電力供給装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの項に記載の電力供給装置において、前記電力貯蔵装置には、前記コンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧検出回路が設けられ、前記コンデンサに電力が貯蔵されるとき、前記コンデンサ電圧は所定の電圧になるように制御されていることを特徴とする電動射出成形機の電力供給装置。
6. 請求項１〜５のいずれかの項に記載の電力供給装置が備えられた、電動射出成形機。

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