JP4870129B2

JP4870129B2 - 電動射出成形機の電力供給装置および電動射出成形機

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Publication number: JP4870129B2
Application number: JP2008224770A
Authority: JP
Inventors: 裕治上垣内; 清史越智
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: JP2010058317A

Description

本発明は、電動射出成形機のサーボモータを駆動するサーボアンプに供給されている直流電圧を補助して、予め貯蔵した電力を前記サーボアンプに一時的に供給する電力貯蔵装置、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。一般に、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、射出シリンダ内でスクリュを軸方向に駆動して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所定圧に保持する保圧工程、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っている。このうち、射出工程は、スクリュを高速に駆動する必要があるので、駆動装置には大型で高出力のサーボモータが採用されている。電動射出成形機は油圧式に比べて消費される平均電力が小さいので省エネルギの点で有利である。しかしながら、全体の工程から比べると短時間ではあるが、射出工程においては高出力のサーボモータを必要とし大電力が必要になる。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、さらに高出力のサーボモータが必要になり、短時間に非常に大きい電力が要されるようになっている。

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、この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ている。射出工程においてサーボモータに大電力が供給されると、直流電圧は一時的に電圧降下してしまうが、電圧降下の度合いが大きいとサーボモータのトルクが不足して十分に性能を引き出すことができない。電圧降下を最小限にとどめるようにするためには、３相交流電源には大きな電流供給能力が必要になり、工場の受電設備は大きな電力容量が要求されることになる。しかしながら、電気料金は契約する最大電力が大きくなると高額になるので、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。

特開２０００−２４６７７９号公報

特許文献１には、サーボアンプに供給される直流電圧の正負端子間に所定のコンデンサが設けられている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。コンデンサには所定の電荷が貯蔵され、すなわち電力が貯蔵され、大電力が消費されるときにコンデンサから供給される。従って、短時間に大電力が消費される射出工程においても直流電圧の電圧降下は比較的小さく、サーボモータのトルク不足は免れる。

特許文献１に記載の電力供給装置によっても、大電力が消費されるとき、コンデンサに貯蔵された電力がサーボアンプに供給されるので、直流電圧の電圧降下は比較的小さいし、３相交流電源の供給電流の変動も比較的小さい。従って、受電設備に要求される電力容量も少なくて済む。しかしながら、改良すべき点も見受けられる。例えば、特許文献１に記載の電力供給装置においては、直流電圧の正負端子間に接続されたコンデンサに電力が貯蔵されるようになっているので、コンデンサに貯蔵された電力を十分に利用できない。すなわち、コンデンサが設けられている位置は直流電圧の正負端子間であるので、コンデンサの電圧は直流電圧と常に等しい状態が維持されてしまうし、コンデンサは電力を供給すると電圧が低下してしまうので、コンデンサに十分な電力が貯蔵されていても、直流電圧よりわずかでも電圧が低下してしまうとコンデンサからは電力が供給されなくなってしまう。コンデンサから電力が供給されるのは供給直後の極短時間だけであって、貯蔵されている電力の大部分は利用することができない。従って、大電力を必要とする射出工程において、コンデンサから安定して電力が供給されるようにするには、格別に巨大な静電容量を有するコンデンサが必要になってしまい現実的ではない。このようなコンデンサに十分な電力を貯蔵するには時間も要する。さらには、電力貯蔵を制御できない問題点もある。すなわち、電圧が低下してしまったコンデンサは、直流電圧から電力を奪って貯蔵してしまうので、サーボモータが電力を必要としていても、コンデンサに電力が供給されてしまうと直流電圧が降下して、サーボモータのトルクが不足してしまう。特許文献１に記載の電力供給装置によっては、３相交流電源の供給電流の変動は十分には抑制されないし、受電設備に要求される電力容量も十分に小さく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、電動射出成形機の電力供給装置を提供することを目的とし、具体的には、電力消費の小さいタイミングを選択して電力を短時間で貯蔵でき、射出工程等の高出力が要求される工程において、貯蔵された電力を十分な電圧で効率よく供給して３相交流電源の最大電力を低減できる、電動射出成形機の電力供給装置を提供することを目的としている。また、電力消費を平滑化でき、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を提供することも目的としている。

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供給する直流電圧を補助して、予め貯蔵した電力を前記サーボアンプに一時的に供給するとき、両端に１個ずつダイオードを介したコイルを直流電圧の正端子と負端子との間に設けて、コイルに電圧を印加してコイルに電流を流して電磁エネルギとして電力を蓄え、印加した電圧を解除してコイルに蓄えられた電力を正端子と負端子間に直流電圧として供給するように構成する。また、電動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を、交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器と、電力を貯蔵して前記貯蔵された電力を一時的に前記サーボアンプに供給する電力貯蔵装置とから構成し、電力貯蔵装置は、コイルを含む所定の電力貯蔵回路と電力貯蔵回路を制御する制御回路とから構成して、電力貯蔵回路には電力が貯蔵されると共に、貯蔵された電力が直流電圧の正端子と負端子から供給されるように構成する。

すなわち請求項１に記載の発明は、電動射出成形機のサーボモータを駆動するサーボアンプに直流電圧を供給する電力供給装置であって、該電力供給装置は、交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器と、電力を貯蔵して前記貯蔵された電力を一時的に前記サーボアンプに供給する電力貯蔵装置とからなり、前記電力貯蔵装置は、電力貯蔵回路と制御回路とからなり、前記電力貯蔵回路は、第１の回路と、第２の回路とを備え、前記第１の回路は、前記直流電圧の正端子と、第１のダイオードと、コイルと、第２のダイオードと、前記直流電圧の負端子とが、順に直列に接続された回路からなり、前記第１、２のダイオードは前記負端子から前記正端子へ向かう方向を順方向とするように接続され、前記第２の回路は、前記コイルと、前記コイルの前記負端子側から前記正端子側の向きに電圧を印加する所定の直流電圧源と、少なくとも１個のスイッチとが、順に直列に接続されて前記第１、２のダイオードを迂回する回路からなり、前記スイッチは、前記制御回路の制御信号により駆動されるように構成される。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力供給装置において、前記第２の回路は、前記所定の直流電圧源と、第１のスイッチと、前記コイルと、第２のスイッチと、前記負端子とが、順に直列に接続された回路からなり、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが、前記制御回路の制御信号により駆動されるように構成され、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、前記所定の直流電圧源は、３相交流電源の所定の１相の出力端子と、前記出力端子にアノードが接続された第３のダイオードと、一端が接地され他端が前記第３のダイオードのカソードに接続されているコンデンサとからなる回路からなり、前記カソードとアース間から直流電圧が得られるように構成され、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の電力供給装置において、前記第２の回路は、前記正端子と、第１のスイッチと、前記コイルと、第２のスイッチと、前記負端子とが、順に直列に接続された回路からなり、前記所定の直流電圧源は、前記正端子と前記負端子とから構成され、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが、前記制御回路の制御信号により駆動されるように構成される。さらには、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を備え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、サーボアンプに直流電圧を供給する電力供給装置は、交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器と、電力を貯蔵して貯蔵された電力を一時的に前記サーボアンプに供給する電力貯蔵装置とからなる。この電力貯蔵装置は、電力貯蔵回路と制御回路とからなり、電力貯蔵回路は、第１の回路と、第２の回路とを備えている。そして第１の回路は、直流電圧の正端子と、第１のダイオードと、コイルと、第２のダイオードと、直流電圧の負端子とが、順に直列に接続された回路からなり、第１、２のダイオードは負端子から正端子へ向かう方向を順方向とするように接続されており、第２の回路は、コイルと、コイルの負端子側から正端子側の向きに電圧を印加する所定の直流電圧源と、少なくとも１個のスイッチとが、順に直列に接続されて第１、２のダイオードを迂回する回路から構成され、スイッチは、前記制御回路の制御信号により駆動されるようになっている。従って、スイッチをＯＮすると、コイルの両端に直流電圧源が印加され、コイルの負端子側から正端子側に電流を流して磁気エネルギとして電力を蓄えることができる。スイッチをＯＦＦすると蓄えられた電力を正端子と負端子とに供給することができる。そうすると、電力消費の少ないタイミングを選択して電力を貯蔵でき、射出工程等の短時間に高出力が要求される工程において、貯蔵された電力を供給して３相交流電源の最大電力を低減できる。従って、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。さらには、電力はコイルに貯蔵されるので、電力の貯蔵は短時間で完了することができ、電力が供給されるときも貯蔵された電力は効率よくコイルから取り出されて正負端子間に供給することができる。また本発明の回路の構成はシンプルであり、電力供給装置を安価に提供することができ、電気部品が少ないので故障もし難いという効果も得られる。また、請求項２に記載の発明によると、電力貯蔵回路の前記の第２の回路は、所定の直流電圧源と、第１のスイッチと、コイルと、第２のスイッチと、負端子とが、順に直列に接続された回路からなるので、第１、２のスイッチを適切に操作すると、コイルに電磁エネルギの形態で電力を貯蔵できるだけでなく、電力貯蔵回路をアイドル状態にして貯蔵された電力を保持することもできる。請求項３に記載の発明によると、請求項２に記載の電力供給装置において、直流電圧源は、３相交流電源の所定の１相の出力端子と、出力端子にアノードが接続された第３のダイオードと、一端が接地され他端が第３のダイオードのカソードに接続されているコンデンサとからなる回路からなるので、シンプルな構成にも拘わらず交流電流を整流して平滑化することができ、安価に直流電圧源を提供することができる。そして、請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の電力供給装置において、第２の回路は、正端子と、第１のスイッチと、コイルと、第２のスイッチと、負端子とが、順に直列に接続された回路からなり、直流電圧源は、正端子と負端子とから構成されるので、電力貯蔵回路はさらにシンプルになり、電力供給装置を安価に提供することができる。

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相交流電圧を整流して、サーボアンプに直流電圧を供給するようになっている。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にはサーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…の正の端子が接続されている。一方、電力供給装置１もサーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…も負の端子は、負の電圧線Ｎに接続されている。したがって、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、…に直流電圧が供給されることになる。このようなサーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…は、スクリュを軸方向に駆動し、また回転方向に駆動するサーボモータＳＭ１、型開閉装置を駆動するサーボモータＳＭ２、エジェクタピンを駆動するサーボモータＳＭ３、…をそれぞれ駆動するようになっている。

このような電力供給装置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、電力を磁気エネルギとして貯蔵したり、出力要求を受けると貯蔵した電力を正の電圧線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コンバータ等から構成されている。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個の平滑化コンデンサＣ１とからなっている。すなわち、一方向に極性が揃えられて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Ｒ、Ｓ、Ｔ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ことになる。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間に接続された平滑化コンデンサＣ１によって平滑化される。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個の平滑化コンデンサＣ１’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電力を回収して、回生電力として３相交流電源側に戻すこともできる。

本実施の形態に係る電力貯蔵装置３は、図２に示されているように、電力貯蔵回路４と、制御回路５とからなっている。電力貯蔵回路４は、後で説明するように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て、貯蔵した電力を正端子Ｐと負端子Ｎに直流電圧として供給する回路であり、制御回路５は電力貯蔵回路４を制御する回路である。実際には、電力貯蔵回路４にはフォトカプラ等を介して制御回路５が接続され、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。

本実施の第１の形態に係る電力貯蔵回路４は、電力を貯蔵するコイルＬを含み正端子Ｐと負端子Ｎ間に直流電圧を供給する基本回路７と、該コイルＬに電力を供給する回路とからなっている。基本回路７は、正端子Ｐと、第１のダイオードＤ１と、コイルＬと、第２のダイオードＤ２と、負端子Ｎとからなり、この順で直列に接続されている。第１、２のダイオードＤ１、Ｄ２は、負端子Ｎから正端子Ｐ側に向かう方向を順方向とするように接続されている。すなわち、第１のダイオードＤ１はアノードがコイルＬにカソードが正端子Ｐに接続され、第２のダイオードＤ２はアノードが負端子ＮにカソードがコイルＬに接続されている。

コイルＬに電力を供給する回路は、一端がアースされた正の直流電圧源Ｐ’と、絶縁ゲートバイポーラトランジスタからなる第１のスイッチＳＷ１と、コイルＬと、絶縁ゲートバイポーラトランジスタからなる第２のスイッチＳＷ２と、アースすなわち負端子Ｎとからなり、これらがこの順で直列に接続されている。コイルＬは基本回路７と共通になっており、第１、２のダイオードＤ１、Ｄ２はこの回路には含まれていない。コイルＬの正端子Ｐ側の第１の端子Ｔ１は第２のスイッチＳＷ２に、負端子Ｎ側の第２の端子Ｔ２は第１のスイッチＳＷ１にそれぞれ接続されている。第１のスイッチＳＷ１は、信号線Ｓ１によって制御回路５に接続されており、ＯＮされると直流電圧源Ｐ’から第２の端子Ｔ２の方向に電流が流れるようになっている。第２のスイッチＳＷ２は、信号線Ｓ２によって制御回路５に接続されており、ＯＮされると第１の端子Ｔ１からアースに電流が流れるようになっている。従って、第１のスイッチＳＷ１をＯＮすると、コイルＬの第２の端子Ｔ２には直流電圧源Ｐ’の正の電圧が印加され、第２のスイッチＳＷ２をＯＮすると、コイルＬの第１の端子Ｔ１は零電位になり負端子Ｎと短絡する。電力貯蔵回路４を単独で考えると、第２の端子Ｔ２の電位は第１の端子Ｔ１の電位よりも低くなることはない。従って、第１、２のスイッチＳＷ１、２に、逆方向の電圧が印加されて、第１、２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２が破壊されることは考えにくい。しかしながら、本実施の形態においては、安全を考慮して、第１、２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２には、それぞれ並列に第３、４のダイオードＤ３、Ｄ４が接続されて、万一第１、２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２に逆方向の電圧が印加されたとしても、第３、４のダイオードＤ３、Ｄ４から電流が流れて第１、２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２が破壊されないように保護されている。

直流電圧源Ｐ’は、３相交流電源の所定の１相の出力端子と、この出力端子に接続された第５のダイオードＤ５と、コンデンサＣ２とからなり、本実施の形態においては、３相交流電源の所定の１相の出力端子はＲ相の出力端子Ｒが採用されている。第５のダイオードＤ５は、アノードが出力端子Ｒに接続され、カソードがコンデンサＣ２を介して接地されていると共に第１のスイッチＳＷ１に接続されている。従って、出力端子Ｒから出力される交流電圧は第５のダイオードＤ５によって整流されると共に、コンデンサＣ２によって平滑化されて、第１のスイッチＳＷ１には正の直流電流、すなわち正の直流電圧が供給されることになる。

図３によって、本実施の形態に係る電力供給装置１の作用を説明する。図３には、正端子Ｐと、負端子Ｎと、電力貯蔵回路４と、交流直流変換器２の平滑化コンデンサＣ１と、１個のサーボアンプＳＡ１とが示されている。なお、電力貯蔵回路４の第３、４のダイオードＤ３、Ｄ４は、図３には示されていない。初期状態においては、サーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…に直流電圧を供給する正の電圧線Ｐと、接地された負の電圧線Ｎとは等電位になっている。最初に、正の電圧線Ｐ、すなわち正端子Ｐに正の電圧を印加する準備作業について説明する。電力供給回路４の第２のスイッチＳＷ２をＯＦＦした状態で、第１のスイッチＳＷ１をＯＮする。そうすると、図３の（ア）に示されているように、直流電圧源Ｐ’と、第１のスイッチＳＷ１と、コイルＬと、第１のダイオードＤ１と、平滑化コンデンサＣ１とからなる回路ＬＰ１に電流が流れる。平滑化コンデンサＣ１に所定の電荷が蓄えられると共に、コイルＬに電磁エネルギが貯蔵される。次いで、第１のスイッチＳＷ１をＯＦＦする。そうするとコイルＬのインダクタンスによってコイルＬを流れる電流が維持されるように起電力が生じるので、負端子Ｎと、第２のダイオードＤ２と、コイルＬと、第１のダイオードＤ１と、平滑化コンデンサＣ１と、からなる回路に電流が流れ、引き続き平滑化コンデンサＣ１に電荷が蓄えられる。第１のスイッチＳＷ１のＯＮ、ＯＦＦを繰り返して、平滑化コンデンサＣ１に充電する。平滑化コンデンサＣ１に十分な電荷が貯蔵されると、正端子Ｐと負端子Ｎとの間に所定の直流電圧が印加されて、サーボアンプＳＡ１、ＳＡ２、…に交流直流変換器２から直流電圧の供給が可能な状態になる。準備作業を完了する。

電力貯蔵装置３の電力の貯蔵は、電力貯蔵回路４のコイルＬに電力を貯蔵することであり、コイルＬには電磁エネルギとして電力が貯蔵される。コイルＬへの電磁エネルギの貯蔵について説明する。第２のスイッチＳＷ２をＯＮする。次いで、第１のスイッチＳＷ１をＯＮする。そうすると、図３の（イ）に示されているように、直流電圧源Ｐ’と、第１のスイッチＳＷ１と、コイルＬと、第２のスイッチＳＷ２とからなる回路ＬＰ１に電流が流れて、コイルＬに電磁エネルギが貯蔵される。第１のスイッチＳＷ１をＯＮした直後は、インダクタンスによってコイルＬに誘導起電力が生じるので、コイルＬを流れる電流は少ないが、時間の経過と共に誘導起電力は減少して電流は増加する。第１のスイッチＳＷ１をＯＮした状態を維持してコイルＬに十分な電磁エネルギを貯蔵させることも可能であるが、直流電圧源Ｐ’から供給される電流が比較的大きくなるし、短時間に比較的大きな電力を供給する必要が生じてしまう。本実施の形態においては、電磁エネルギをコイルＬに貯蔵するとき、直流電圧源Ｐ’からコイルＬに断続的に電力を供給して、直流電圧源Ｐ’から供給される電流を平準化して小さくすると共に、供給される電力も平準化して小さくなるように実施される。そして、直流電圧源Ｐ’から電力の供給が中断されている間は、電流貯蔵回路４をいわゆるアイドリング状態にして、コイルＬに貯蔵された電磁エネルギが保持されるように実施される。具体的には以下のように実施する。第１のスイッチＳＷ１をＯＮしてわずかな時間が経過した後に、第１のスイッチＳＷ１をＯＦＦする。そうすると、図３の（ウ）に示されているように、コイルＬのインダクタンスによってコイルＬの電流が維持されるように、負端子Ｎと、第２のダイオードＤ２と、コイルＬと、第２のスイッチＳＷ２とからなる回路ＬＰ３に電流が流れる。すなわちアイドリング状態になる。わずかな時間経過後に、再び第１のスイッチＳＷ１をＯＮする。そうすると、直流電圧源Ｐ’から電力が供給されて、コイルＬを流れる電流が増加する。再び第１のスイッチＳＷ１をＯＦＦしてアイドリング状態にする。アイドリング状態においては、回路ＬＰ３全体にわずかに抵抗があるので、電流はわずかに減衰してコイルＬに貯蔵された電磁エネルギも減衰するが、アイドリング状態の時間を短くすれば、減衰する電磁エネルギは比較的少なくて済む。第１のスイッチＳＷ１のＯＮ、ＯＦＦを繰り返して、コイルＬに十分な電磁エネルギを貯蔵する。

図４のグラフには、アイドリング状態を挟んで、直流電圧源Ｐ’から断続的に電力を供給してコイルＬに電磁エネルギを貯蔵するときの、第１のスイッチＳＷ１を流れる電流Ｉ_ＳＷ１と、コイルＬを流れるコイル電流Ｉ_Ｌと、直流電圧源Ｐ’の第５のダイオードＤ５を流れる電流Ｉ_Ｄ５とが示されている。第２のスイッチＳＷ２をＯＮした状態で、最初に第１のスイッチＳＷ１をＯＮすると、符号４１、符号４２に示されているように第１のスイッチＳＷ１を流れる電流Ｉ_ＳＷ１とコイル電流Ｉ_Ｌは直線的に増加する。次いで第１のスイッチＳＷ１をＯＦＦしてアイドリング状態にすると、コイル電流Ｉ_Ｌは、符号４３に示されているようにわずかに減衰する。次いで第１のスイッチＳＷ１をＯＮして、符号４４に示されているように、コイル電流Ｉ_Ｌを増加させ、再び第１のスイッチＳＷ１をＯＦＦしてアイドリング状態にする。第２のスイッチＳＷ２をＯＮした状態で第１のスイッチＳＷ１のＯＮ、ＯＦＦを繰り返すと、コイル電流Ｉ_Ｌは次第に増加して、符号４６で示されているように最大電流Ｉ_ＭＡＸ１に達する。このとき第１のスイッチＳＷ１を流れる電流Ｉ_ＳＷ１も符号４７に示されているように最大電流Ｉ_ＭＡＸ１に達する。コイル電流Ｉ_Ｌが最大になると、符号４８に示されているようにアイドル状態のときに減衰する電流が大きくなってしまう。従って、無駄な電力が消費されないように、コイルＬへの電磁エネルギの貯蔵は、電力をサーボアンプＳＡ１に供給する射出工程の直前に実施されるようにする。既に説明されているように、直流電圧源Ｐ’の直流電流は、第５のダイオードＤ５によって整流され、コンデンサＣ２によって平滑化されて得られるようになっている。従って、第５のダイオードＤ５を流れる電流Ｉ_Ｄ５は、符号５１、５２に示されているように、第１のスイッチＳＷ１を流れる電流Ｉ_ＳＷ１よりも小さく、流れている時間幅は広い。第５のダイオードＤ５を流れる電流Ｉ_Ｄ５の最大電流Ｉ_ＭＡＸ２は、符号５３に示されているように、コイルＬに流れる最大電流Ｉ_ＭＡＸ１よりも小さく、３相交流電源から供給される電流は小さくて済む。

射出成形の各工程の中で電力消費が最大の射出工程において、電力貯蔵装置３からサーボアンプＳＡ１に直流電力を供給する。電力貯蔵装置３の電力の供給、すなわち電力貯蔵回路４の電力の供給について説明する。コイルＬに電磁エネルギが十分に貯蔵された状態で、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２を共にＯＦＦする。そうすると、コイルＬには、コイルＬを流れる電流が維持されるように起電力が発生して、正端子Ｐと負端子Ｎ間に直流電圧が印加される。そうすると、図３の（エ）に示されているように、負端子Ｎと、第２のダイオードＤ２と、コイルＬと、第１のダイオードＤ１と、サーボアンプＳＡ１とからなる回路ＬＰ４に電流が流れてサーボアンプＳＡ１に電力が供給される。電力貯蔵回路４から供給される電力が、サーボアンプＳＡ１が消費する電力よりも過剰な場合、負端子Ｎと、第２のダイオードＤ２と、コイルＬと、第１のダイオードＤ１と、平滑用コンデンサＣ１とからなる回路ＬＰ４’にも電流が流れて、平滑用コンデンサＣ１に電荷が貯蔵される。平滑用コンデンサＣ１の電圧、すなわち、正端子Ｐと負端子Ｎ間の直流電圧は一時的に昇圧する。このような電圧の昇圧を検出したら、第２のスイッチＳＷ２をＯＮして、アイドリング状態にして、コイルＬに貯蔵された電磁エネルギの供給を一時的に中断する。平滑用コンデンサＣ１が放電されて所定の電圧に戻ったら、再び第２のスイッチＳＷ２をＯＦＦして、電力貯蔵回路４から電力を供給する。

図５のグラフには、射出工程から次の射出工程までの１サイクルが３秒を要する射出成形サイクルにおける、コイル電流Ｉ_Ｌの変化が示されている。射出工程の０．５秒前に、符号５５で示されているように、コイルＬへの電磁エネルギの貯蔵が開始される。コイル電流Ｉ_Ｌが、複数回のアイドリング状態を経て階段状に増加して、符号５６で示されているように最大電流に達した後に、電力貯蔵回路４はアイドリング状態にされる。符号５７において射出工程が開始されて、電力貯蔵回路４に貯蔵された電力がサーボアンプＳＡ１に供給され、符号５８に示されているように０．０３秒後に射出工程が完了する。グラフに示されている射出工程の開始時のコイル電流Ｉ_Ｌは７００Ａであり、射出工程の完了時のコイル電流Ｉ_Ｌは１００Ａである。射出工程の完了後は、第２のスイッチＳＷ２をＯＮしてアイドリング状態にして、コイルＬに貯蔵された余剰の電磁エネルギが消費される。コイル電流Ｉ_Ｌは徐々に減衰して符号５９で示されているように零になる。

図６の（ア）には、第２の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ａが示されている。第１の実施の形態に係る電力貯蔵回路４と同様の作用を奏する構成要素、すなわち電気部品には同じ参照番号を付して詳しくは説明しない。第２の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ａにおいては、直流電圧源Ｐ’は正端子Ｐと負端子Ｎとからなり、正端子Ｐから正の直流電圧が供給されるように構成されている。第２の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ａにおいても、第１、２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２を第１の実施の形態に係る電力貯蔵回路４と同様に操作すれば、コイルＬに電磁エネルギを貯蔵したり、アイドリング状態にしたり、電力貯蔵回路４ａに貯蔵された電力を正端子Ｐと負端子Ｎから供給することができる。さらに、第２の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ａにおいては、第１、２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２について異なる操作をしても同様に実施できる。例えば、第１のスイッチＳＷ１をＯＮしたまま、第２のスイッチＳＷ２をＯＮしても、コイルＬに電磁エネルギを貯蔵できるし、第１のスイッチＳＷ１をＯＮした状態で第２のスイッチＳＷ２をＯＦＦしても、第１のスイッチＳＷ１と、コイルＬと、第１のダイオードＤ１とからなる回路に電流が流れてアイドル状態にすることができる。そして、このような状態で第１のスイッチＳＷ１をＯＦＦすると、電力貯蔵回路４ａに貯蔵された電力を正端子Ｐと負端子Ｎ間から直流電圧として供給することができる。

図６の（イ）には、第３の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ｂが示されている。第１の実施の形態に係る電力貯蔵回路４と同様の作用を奏する構成要素、すなわち電気部品には同じ参照番号を付して詳しくは説明しない。第３の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ｂにおいては、コイルＬに電力を供給する回路は、直流電圧源Ｐ’と、第３のスイッチＳＷ３と、コイルＬとからなる。第３の実施の形態に係る電力貯蔵回路４ｂにおいては第３のスイッチＳＷ３をＯＮすると、コイルＬに第１の端子Ｔ２から第２の端子Ｔ１の方向に電流が流れてコイルＬに電磁エネルギを貯蔵することができ、第３のスイッチＳＷ３をＯＦＦすると、電力を正端子Ｐと負端子Ｎから供給することができる。第３の実施の形態に係る電力貯蔵回路４においては、回路をアイドリング状態にすることはできないが、操作するスイッチは１個だけなので制御は容易である。

本発明の電力供給装置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、電力貯蔵回路４、４ａ、４ｂ、…には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタからなるスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３が設けられているように説明され、これらのスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は電流は一方向にしか流さないが、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は高速スイッチングが可能なスイッチであれば良く、トライアックやサイダック等の双方向に電流を流すことのできるサイリスタ等から構成されていても良い。また、第１の実施の形態に係る電力貯蔵回路において、第１、２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２を保護するために、第３、４のダイオードＤ３、Ｄ４が設けられているように説明されているが、第３、４のダイオードＤ３、Ｄ４が設けられていなくても、同様に実施できる。また、第１の実施の形態に係る電力貯蔵回路において、直流電圧源Ｐ’は、他の独立した電圧源から構成されていても同様に実施できることは明らかである。さらには、電力貯蔵回路から正端子Ｐと負端子Ｎに直流電圧を供給するときに、交流直流変換器２から供給される直流電圧と等しい電圧で供給するように説明されているが、交流直流変換器２から供給される直流電圧よりも高電圧で供給するように実施してもよい。

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示す図であり、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示す平面図、その（イ）は、ダイオード整流回路を示す回路図、その（ウ）はＰＷＭコンバータを示す回路図である。本実施の形態に係る電力貯蔵装置の電力貯蔵回路と制御回路を示す回路図である。本実施の第１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）は平滑用コンデンサに電荷を貯蔵する準備段階における回路の動作状態を、その（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）は電力貯蔵回路をアイドリング状態にする場合の回路の動作状態を、その（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力貯蔵回路において、電力を貯蔵するときの各電気部品を流れる電流を示すグラフであり、その（ア）は第１のスイッチを流れる電流を、その（イ）はコイルを流れるコイル電流を、その（ウ）は第５のダイオードを流れる電流を、それぞれ示すグラフである。本実施の形態に係る電力貯蔵回路において、射出工程から次の射出工程までの１サイクルにおける、コイル電流の変化を示すグラフである。本発明の他の実施の形態に係る電力貯蔵回路を示す回路図であり、その（ア）（イ）は、第２、３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。

符号の説明

１電力供給装置２交流直流変換器
３電力貯蔵装置
４、４ａ、４ｂ電力貯蔵回路
５制御回路７基本回路
Ｐ正端子Ｎ負端子
Ｌコイル
Ｄ１、Ｄ２ダイオード
Ｐ’ 直流電圧源
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３スイッチ
Ｃ１平滑化コンデンサ
ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３、ＳＡ４サーボアンプ

Claims

電動射出成形機のサーボモータを駆動するサーボアンプに直流電圧を供給する電力供給装置であって、該電力供給装置は、交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器と、電力を貯蔵して前記貯蔵された電力を一時的に前記サーボアンプに供給する電力貯蔵装置とからなり、
前記電力貯蔵装置は、電力貯蔵回路と制御回路とからなり、
前記電力貯蔵回路は、第１の回路と、第２の回路とを備え、
前記第１の回路は、前記直流電圧の正端子と、第１のダイオードと、コイルと、第２のダイオードと、前記直流電圧の負端子とが、順に直列に接続された回路からなり、前記第１、２のダイオードは前記負端子から前記正端子へ向かう方向を順方向とするように接続され、
前記第２の回路は、前記コイルと、前記コイルの前記負端子側から前記正端子側の向きに電圧を印加する所定の直流電圧源と、少なくとも１個のスイッチとが、順に直列に接続されて前記第１、２のダイオードを迂回する回路からなり、
前記スイッチは、前記制御回路の制御信号により駆動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供給装置。
請求項１に記載の電力供給装置において、前記第２の回路は、前記所定の直流電圧源と、第１のスイッチと、前記コイルと、第２のスイッチと、前記負端子とが、順に直列に接続された回路からなり、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが、前記制御回路の制御信号により駆動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供給装置。
請求項２に記載の電力供給装置において、前記所定の直流電圧源は、３相交流電源の所定の１相の出力端子と、前記出力端子にアノードが接続された第３のダイオードと、一端が接地され他端が前記第３のダイオードのカソードに接続されているコンデンサとからなる回路からなり、前記カソードとアース間から直流電圧が得ら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供給装置。
請求項１に記載の電力供給装置において、前記第２の回路は、前記正端子と、第１のスイッチと、前記コイルと、第２のスイッチと、前記負端子とが、順に直列に接続された回路からなり、前記所定の直流電圧源は、前記正端子と前記負端子とから構成され、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチが、前記制御回路の制御信号により駆動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供給装置。
請求項１〜４のいずれかの項に記載の電力供給装置を備えた電動射出成形機。