JP6366647B2 - 蓄電装置を備えた電動射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置を備えた電動射出成形機に関するものであり、より詳しくは、コンバータがサーボアンプに供給している直流電力を、電力消費が少ない工程において蓄電し大電力が必要な工程において供給するようにして、成形サイクル全体において電力を平滑化するようになっている蓄電装置を備えた電動射出成形機に関するものである。

電動射出成形機は、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、等の各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。このように工場からの電力供給によって駆動されるようになっているので、停電が発生すると電動射出成形機は停止せざるを得ないが、一応、次に説明するように停電時に所定時間成形サイクルを継続できる電動射出成形機も提案されてはいる。ところで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、射出工程は短時間に大量の電力を消費するのに対し、他の工程は比較的電力消費は少ない。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、従来の電動射出成形機においてはコンバータ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ている。また消費電力の変動が大きいので工場の受電設備に対して大きな負荷をかけている。

特許第５４９７６２４号公報 特開２０１３−１８１５２号公報

特許文献１には、停電時にも成形サイクルを継続することができる電動射出成形機が記載されている。この文献に記載の電動射出成形機は、電力を貯蔵する蓄電装置を備えている。工場からの三相交流電圧が正常に供給されているときは、コンバータによって変換された直流電力を蓄電装置に貯蔵する。停電が発生すると、蓄電装置から直流電圧線に直流電力を供給する。これによって停電時にも電動射出成形機の運転を継続することができる。ところで特許文献１に記載の電動射出成形機は、蓄電装置の蓄電残量を測定し、１回分の成形サイクルに必要な消費電力量をもとに、蓄電装置によって運転が可能な時間を計算する。そしてこの時間内においては電動射出成形機の運転を継続させ、停電が解消すればその後も運転を継続する。しかしながら時間内に停電が解消しなければ電動射出成形機を停止させるようになっている。

特許文献２には、直流電流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、電圧を昇圧してコンデンサに蓄電することができる。電力貯蔵装置に貯蔵された電力によって、停電時にも各モータを所定時間だけ駆動でき、これによって各装置を安全な状態にして停止できるようになっている。ところで、特許文献２に記載の電動射出成形機は、工場からの電力供給が正常なときには、電力消費を平滑化する作用も奏する。すなわち、成形サイクルのうち電力消費が比較的少ない工程においては電力貯蔵装置に電力を貯蔵し、短時間に大電力が必要な射出工程において、電力貯蔵装置から貯蔵した電力が供給されるようになっている。従って、成形サイクルにおいて供給する電力を平滑化することができ、コンバータ等の電源装置の容量は小さくすることができ、工場の受電設備の負担を軽減することができる。

特許文献１に記載の電動射出成形機は、停電時にも蓄電装置に蓄電された電力によって成形サイクルを継続することができ、優れてはいる。また特許文献２に記載の電動射出成形機は、停電時には各装置を安全な状態にして停止することができるし、さらには特許文献２に記載の電動射出成形機は成形サイクルにおける供給電力が平滑化されるので、コンバータの容量を小さくできるし工場の受電設備に対する負担も軽減でき優れてはいる。しかしながら、これらの文献に記載の電動射出成形機については改善すべき点も見受けられる。まず、特許文献１に記載の電動射出成形機に関しては、電力供給が正常な時において供給する電力を平滑化する点は考慮されていない。つまり停電が発生していない正常時の運転においては、蓄電装置は電力を貯蔵するだけであり、射出工程のように消費電力が大きい工程において蓄電装置から電力を供給するような点は考慮されていない。また特許文献１に記載の電動射出成形機は、停電時に蓄電装置からの電力供給で運転継続ができるが、ユーザに対する情報の提供について解決すべき問題がある。すなわちこの電動射出成形機は停電時に蓄電装置によって運転が可能となる時間は計算されるようになっているが、この情報をユーザに提供するような点は考慮されていないからである。停電が発生しても、ユーザは運転が可能な時間を知ることができない。ユーザは、電動射出成形機が停止してはじめて運転可能な時間が経過したことを知ることになる。さらには蓄電装置からの電力供給によって運転が可能となる時間を計算してはいるが、その計算方法について不明な点も問題であると言える。つまり具体的にどのように計算するのかは示されていない。蓄電装置における蓄電状態に関する情報と、成形サイクルに必要な消費電力量とをもとにして計算するとされているが、蓄電状態に関する情報がどのようなデータであるのかの記載がない。仮に蓄電状態に関する情報が、蓄電装置に蓄電されている電力量のことを意味するのであれば、この蓄電されている電力量を１成形サイクルに必要な電力量によって除すようにすれば運転可能な時間は計算できそうである。しかしながら、一般的な回路においては回路の色々な部分において電力ロスが発生することを考慮すると、さらには蓄電池自身が放電時に電力をロスすることを考慮すると、蓄電装置に蓄電されている電力量がロス無く全て成形サイクルを実施するために消費されるとは考えられない。そうすると、計算によって得られた運転が可能な時間の精度は高くないと考えられる。電力量によって計算する以上、電力ロスの影響を受けてしまうからである。

特許文献２に記載の電動射出成形機に関しては、電力貯蔵装置において電力を貯蔵する対象がコンデンサである点について考慮が必要と言える。コンデンサは蓄電池に比して貯蔵できる電力は少ないので、停電時において成形サイクルを継続することができるだけの電力量を貯蔵することはできない。またコンデンサに電力を貯蔵する場合、高電圧に昇圧しなければならないという点も注意が必要である。例えばサーボアンプに供給する直流電圧は１５０Ｖ、３００Ｖ等のように高電圧であるが、電力貯蔵装置のコンデンサにはそれよりも更に高い電圧に昇圧して蓄電する必要がある。高電圧は取り扱いが大変であるし、絶縁に対する十分な対策も必要になる。つまりコンデンサに電力を貯蔵する場合には色々考慮すべき点が多い。特許文献２に記載の電動射出成形機においては、電力貯蔵装置が適切な容量と単位時間あたり十分な蓄電／放電する能力とを備えているかどうか評価する手段がないという問題もある。電力貯蔵装置の容量が小さくても、そして蓄電／放電能力が高くなくても、ある程度は消費電力の変動を抑制することはできる。しかしながら、電力貯蔵装置の容量が十分に大きく、そして単位時間あたりに蓄電／供給できる電力量が十分に高ければ、成形サイクルにおいて消費電力を実質的に一定にできるはずである。一応コンデンサは単位時間あたりに蓄電／供給できる蓄電／放電能力は十分に大きい。そうすると蓄電量つまり容量が十分であるか否かが問題になるが、特許文献２に記載の電動射出成形機においては、電力貯蔵装置の容量が適切か否かを評価する手段がないという問題がある。

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、大電力を貯蔵できる蓄電装置を備え、工場からの電力供給が正常なときには供給する電力を平滑化することができ、停電時には蓄電装置に蓄電された電力によって成形サイクルを継続できるようになっている電動射出成形機であって、蓄電装置が供給電力を平滑化するのに適切な容量と適切な蓄電／放電能力とを有しているか否かを評価することができると共に、停電時に運転が継続できる成形サイクルの回数を精度良く予想でき、このような情報をユーザに提供するようになっている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、蓄電池からなる蓄電装置が設けられている電動射出成形機として構成される。そして蓄電装置は成形サイクルにおいて消費電力が小さいときに直流電流が蓄電されると共に消費電力が大きいときに直流電流が供給されるようにする。この蓄電装置に対して流入／流出する電流である蓄電池電流を検出し、蓄電装置の電荷量の変化である蓄電収支を蓄電池電流の時間積分により計算する。成形サイクル毎に蓄電収支を監視し、所定の回数の成形サイクルにおいて蓄電収支が連続してマイナスになったら警報を出力するように構成する。

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流を直流電流に変換する交流直流変換器と、直流電流の供給を受けてモータを駆動する複数個のインバータとの間に、蓄電池からなる蓄電装置が設けられている電動射出成形機であって、前記蓄電装置は成形サイクルにおいて消費電力が小さいときに直流電流が蓄電されると共に消費電力が大きいときに直流電流が供給されるようになっており、前記電動射出成形機は、前記蓄電装置に対して流入／流出する電流である蓄電池電流が検出され、蓄電装置の電荷量の変化である蓄電収支が前記蓄電池電流の時間積分により計算され、成形サイクル毎に前記蓄電収支が監視され、所定の回数の成形サイクルにおいて前記蓄電収支のマイナスが連続して検出されたら警報が出力され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、前記電動射出成形機に設けられているモニタには、成形サイクル毎に変化する前記蓄電収支がグラフ表示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３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電動射出成形機において、前記電動射出成形機は外部からの三相交流電圧の供給が停止する停電時には前記蓄電装置から供給される直流電流により運転されるようになっており、外部からの三相交流電圧が正常に供給されているときは、前記蓄電池の下流側の直流電圧線において電流を時間積算して１回の成形サイクル当たりに必要な電荷量である成形サイクル電荷量が計算され、前記蓄電装置に蓄電されている電荷量を前記成形サイクル電荷量で除して、停電時において前記蓄電装置からの電力供給により運転可能な成形サイクルの回数である停電時運転可能成形サイクル回数が計算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４に記載の発明は、請求項３に記載の電動射出成形機において、前記電動射出成形機に設けられているモニタには、前記停電時運転可能成形サイクル回数が表示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。

以上のように本発明は、外部から供給される三相交流電流を直流電流に変換する交流直流変換器と、直流電流の供給を受けてモータを駆動する複数個のインバータとの間に、蓄電池からなる蓄電装置が設けられている電動射出成形機を対象としている。そして蓄電装置は成形サイクルにおいて消費電力が小さいときに直流電流が蓄電されると共に消費電力が大きいときに直流電流が供給されるようになっている。つまり成形サイクルにおいて大きく変動する消費電力に対して供給する電力の変動を抑制して平滑化す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、蓄電装置に対して流入／流出する電流である蓄電池電流が検出され、蓄電装置の電荷量の変化である蓄電収支が蓄電池電流の時間積分により計算されている。そもそも蓄電池の蓄電量は電流と時間の積、つまり電荷量で評価されるので、本発明が蓄電収支を計算し、これによって蓄電装置の電荷量の変化を評価しているのは合理的である。そして本発明によると、成形サイクル毎に蓄電収支が監視され、所定の回数の成形サイクルにおいて蓄電収支が連続してマイナスとして検出されたら警報が出力されるように構成されている。つまり蓄電収支は、成形サイクルの所定のタイミングで成形サイクル毎に監視されるようになっており、蓄電装置に対して適切に電荷量が流入／流出しているか否かが確認されている。交流直流変換器からの直流電流が十分に供給されていれば、毎回の成形サイクルにおいて蓄電装置の蓄電収支はほぼゼロになるはずであるが、蓄電装置を構成している蓄電池の単位時間あたりの蓄電／放電の能力が小さいとき、蓄電収支がマイナスになる。本発明はこの蓄電収支の低下を検出して警報が出力されるので、蓄電装置の能力不足を検出することができる。つまり蓄電装置が消費電力を平滑化するのに適切な容量と適切な蓄電／放電能力とを有しているか否かを評価することができる。他の発明によると、電動射出成形機に設けられているモニタには、成形サイクル毎に変化する蓄電収支がグラフ表示されるようになっているので、電動射出成形機のユーザは、蓄電装置の容量と蓄電／放電能力とに関してこれらが十分であるか否かを容易に評価することができる。

また他の発明によると、電動射出成形機は外部からの三相交流電圧の供給が停止する停電時には蓄電装置から供給される直流電流により運転されるようになっており、外部からの三相交流電圧が正常に供給されているときは、蓄電池の下流側の直流電圧線において電流を時間積算して１回の成形サイクル当たりに必要な電荷量である成形サイクル電荷量が計算され、蓄電装置に蓄電されている電荷量を成形サイクル電荷量で除して、停電時において蓄電装置からの電力供給により運転可能な成形サイクルの回数である停電時運転可能成形サイクル回数が計算されるように構成されている。つまり、停電時運転可能成形サイクル回数を計算するとき、蓄電装置に蓄電されている電荷量を、１回の成形サイクルに対して必要な電荷量である成形サイクル電荷量で除すようにしているので、すべて電荷量で計算するようになっている。電力量により計算すると、回路における電力ロスや電圧の変化を考慮しなければならないが、実質的にほとんどロスがない電荷量によって計算するので、停電時運転可能成形サイクル回数は精度良く計算することができる。つまり精度良く、停電時運転可能成形サイクル回数を予測することができる。そしてこの発明によって予測される停電時運転可能成形サイクル回数が１回に満たないとき、通常の運転時においても蓄電装置の電荷量が一時的にゼロになることを意味しているので、蓄電装置の容量が消費電力を平滑化するのに十分でないと判断することもできる。他の発明によると、電動射出成形機に設けられているモニタには、停電時運転可能成形サイクル回数が表示されるようになっている。電動射出成形機のユーザは、停電時において運転可能な成形サイクル回数を容易に知ることができるので、適切な対応を採ることが可能になる。

本発明の実施の形態に係る電動射出成形機の電力供給システムを模式的に示す配線図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電装置を示す回路図である。 その（ア）〜（オ）は色々な条件下において本実施の形態に係る電動射出成形機において成形サイクルを実施したときの、各装置を駆動するために消費される電流と、交流直流変換器から供給される電流と、蓄電装置の蓄電量である電荷量の変化を示すグラフである。 本実施の形態に係る電動射出成形機のモニタに表示されるグラフであり、その（ア）は成形サイクル毎の蓄電装置における蓄電収支を、その（イ）は最新の蓄電装置における蓄電収支を、その（ウ）は成形サイクル毎に変化する蓄電装置の電荷量を、その（エ）は現在の蓄電装置の電荷量を、それぞれ示すグラフである。 第２の実施の形態に係る電動射出成形機の電力供給システムを模式的に示す配線図である。 第２の実施の形態に係る蓄電装置を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明の第１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電力供給システム１が図１に示されている。

第１の実施の形態において、電力供給システム１は、従来の電動射出成形機と同様に、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、直流電圧の供給を受けて射出軸、可塑化軸、型開閉軸、突出軸等のモータＭ、Ｍ、Ｍ、…を駆動するインバータであるサーボアンプ１２、１３、１４、１５等から構成されている。交流直流変換器６は本実施の形態においてはＰＷＭコンバータから構成され、安定した電圧の直流電圧に変換できるようになっている。

本実施の第１の形態に係る電力供給システム１においては、交流直流変換器６とサーボアンプ１２、１３、…とを接続する直流電圧線には蓄電装置７が介装されている。正確に説明すると、この第１の実施の形態においては交流直流変換器６と蓄電装置７は第１の直流電圧線９で接続され、蓄電装置７とサーボアンプは第２の直流電圧線１０で接続されている。つまり、第１、２の直流電圧線９、１０は蓄電装置７を介して接続されている。次に説明するように、第１の直流電圧線９に供給される直流電圧は、蓄電装置７に設けられている蓄電池に蓄電するのに適した比較的低電圧になっており、第２の直流電圧線１０に供給される直流電圧はサーボアンプ１２、１３、…を駆動するのに適した比較的高電圧になっている。

第１の実施の形態に係る蓄電装置７は、図２に示されているように、直流電圧を蓄電すると共に必要に応じて供給する蓄電池２８と、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とから構成されている。蓄電池２８は、第１の直流電圧線９に接続されており、交流直流変換器６からの比較的低電圧の直流電圧が供給されるようになっている。これに対して直流電圧変換回路１７は、第１、２の直流電圧線９、１０に介装され、第１の直流電圧線９の直流電圧を、サーボアンプ１２、１３、…の駆動に適した直流電圧に昇圧して第２の直流電圧線１０に供給するようになっている。直流電圧変換回路１７を詳しく説明すると、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第１の電流センサ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ている。そして制御装置２７は、第２の直流電圧線１０の電圧が一定になるように制御している。このような電力供給システム１において第２の直流電圧線１０に直流電圧を平滑化する平滑化コンデンサ３０が設けられている。

本発明は、蓄電装置７に対して蓄電される電荷量、および蓄電装置７から外部に供給される電荷量を精度良く検出して蓄電装置７の電荷量の変化である蓄電収支を監視している。この実施の形態においては蓄電装置７に対する蓄電収支は蓄電池２８に対する蓄電収支を意味している。蓄電収支は電荷量の変化なので電流の時間積算で得られる。従って蓄電池２８に対する蓄電収支を得るには、蓄電池２８に対して流入したり、蓄電池２８から流出する電流、つまり蓄電池電流を精度良く検出する必要がある。蓄電池電流を得るために本実施の形態においては２個の電流センサが設けられている。１個の電流センサ、つまり第１の電流センサ２６は、前記したようにインダクタ１８の隣に設けられている。他の１個の電流センサつまり第２の電流センサ２９は、本実施の形態においては蓄電池２８より上流側の第１の直流電圧線９に、つまり交流直流変換器６の近傍に設けている。この第２の電流センサ２９において検出される電流も制御装置２７に入力されている。本実施の形態においては、第２の電流センサ２９によって符号Ａの箇所を流れる電流が、第１の電流センサ２６によって符号Ｃの箇所を流れる電流がそれぞれ検出されるので、符号Ｂの箇所を流れる電流、つまり蓄電池電流は、符号Ａ、Ｃの箇所の電流の差分として計算される。このように、蓄電収支を計算するための蓄電池電流は計算によって得るようにしているが、この符号Ｂの箇所に電流センサを設けて直接蓄電池電流を検出するようにしてもよい。

本実施の形態においては、このように蓄電池２８に対する蓄電収支が計算されている。蓄電収支は蓄電池電流を時間積算して得ているので精度は高い。従って、比較的短期間において、例えば１回の成形サイクルにおいて蓄電池２８の電荷量の変化を精度良く評価することはできる。しかしながら長期間にわたって電荷量の変化を評価しようとすると、蓄電池電流を検出するときや、時間積分によるわずかな誤差が累積して精度が落ちてしまう。また、蓄電収支のみを監視して蓄電池２８に蓄電された電荷量を得ても、その精度は高くはない。そこで、本実施の形態においては、定期的に蓄電池２８の端子間の電圧が測定され、これによってその時点において蓄電池２８の電荷量つまり外部に供給可能な電荷量が検出されている。端子間電圧から検出される蓄電池２８の電荷量はそれほど精度が高くないので、これによって成形サイクルにおける電荷量の変化を精度良く評価することはできないが、誤差の累積という問題はない。そこで本実施の形態においては、蓄電池２８に蓄電されている電荷量を計算するときは、初回については蓄電池２８の端子間電圧から検出するようにし、その後は蓄電収支によって逐次電荷量を計算するようにする。ただし誤差の累積を考慮して定期的に蓄電池２８の端子間電圧から検出して電荷量を補正するようにしている。

本実施の形態に係る電動射出成形機は、蓄電装置７が十分な容量を備えているか、蓄電／放電能力が適切であるかどうか、等を監視するようになっている。蓄電装置７すなわち蓄電池２８は一般的に十分な容量の電荷量を蓄電でき、蓄電／放電能力も十分にあるが、経年劣化等により容量が低下したり、蓄電／放電能力とくに蓄電能力が低下する。本実施の形態に係る電動射出成形機は、このような容量の低下、蓄電／放電能力の低下を監視することができる。最初に、図３の各グラフによって、色々な条件において成形サイクルを実施したときの、蓄電池２８の蓄電収支、交流直流変換器６から供給される電流の変化等を説明する。これらの図３の各グラフには、１回の成形サイクルにおいて第１の電流センサ２６において検出される電流Ｓと、第２の電流センサ２９において検出される電流Ｃと、蓄電池２８の蓄電量つまり電荷量Ｄの変化が示されている。電流Ｓは電動射出成形機の各装置において消費される電流であり、電流Ｃは交流直流変換器６から供給される電流になっている。なお、電動射出成形機において消費される電流として、第２の直流電圧線１０における電流ではなく電流Ｓを採用しているのは、蓄電池２８の蓄電収支を計算するのに都合がいいからである。電流Ｃと電流Ｓの差分が蓄電池２８に対する流入／流出電流つまり蓄電池電流であるので、これを時間積分すると蓄電収支が得られるからである。ところで、本実施の形態に係る電動射出成形機は、電動射出成形機に設けられているモニタに、図３に示されているグラフが表示されるようになっている。つまり、ユーザに対して蓄電池２８に対する蓄電収支等の情報を提供している。従ってユーザは、蓄電池２８が十分な容量を備えているか、蓄電／放電能力が十分であるか否かを監視することができる。

図３の（ア）には、蓄電池２８が十分な容量があると共に蓄電／放電能力も大きく、そして交流直流変換器６からの電流Ｃも必要な大きさで供給されているときにおける運転の例が示されている。まず、成形サイクルの最初の工程である型締工程においては、消費電力が小さいので電流Ｓは符号Ｓ１に示されているように比較的小さい。成形サイクルの開始において蓄電池２８は十分に充電されているので、電荷量Ｄは符号Ｄ１で示されているように変化しない。蓄電池電流はゼロなので、交流直流変換器６から供給される電流Ｃは符号Ｃ１に示されているように符号Ｓ１の電流Ｓと実質的に同じになる。型締工程の次に射出工程を実施する。射出工程においては消費電力が大きいので、電流Ｓは符号Ｓ２に示されているように大きい。電流Ｃは所定の大きさになり、不足分が蓄電池２８から供給される。すなわち蓄電池電流として流出し、蓄電池２８の電荷量Ｄは符号Ｄ２に示されているように低下する。引き続き保圧工程を実施する。保圧工程では消費電力は小さく、電流Ｓは符号Ｓ３に示されているように小さい。電流Ｃと電流Ｓの差分が蓄電池電流として蓄電池２８に流入し、電荷量Ｄは符号Ｄ３に示されているように回復する。型開工程、突出工程、および可塑化工程を実施すると、電流Ｓは符号Ｓ４、Ｓ５で示されているように変化する。電流Ｓは電流Ｃに比して小さいので蓄電池２８の電荷量Ｄは符号Ｄ４、Ｄ５で示されているように回復する。符号Ｄ５において蓄電池２８の電荷量Ｄは実質的に完全に回復するので、それ以降は電荷量Ｄは一定になり蓄電池電流はゼロになる。すなわち電荷量Ｄが完全に回復したら、交流直流変換器６からの電流Ｃは符号Ｃ２に示されているように低下する。

図３の（ア）に示されている例では、蓄電池２８の電荷量Ｄについては、成形サイクルにおいては完全に回復しているので、成形サイクルを通じて蓄電収支はゼロである。また、成形サイクルにおいて、交流直流変換器６からの電流Ｃは、概ね一定になっている。つまり大きく変化している消費電流つまり電流Ｓに比して、供給電流つまり電流Ｃは概ね平滑化されている。平滑化できているので蓄電装置７の容量は十分であると言える。ただし、電流Ｃは若干変化している時間帯もある。

図３の（イ）には、交流直流変換器６から供給している電流Ｃが小さいときの運転例が示されている。電動射出成形機において消費される電流Ｓは図３の（ア）と同じになるので説明を省略する。電流Ｃは小さいので、蓄電池２８から蓄電池電流が供給される。従って電荷量Ｄは型締工程においてわずかに低下し、射出工程において符号Ｄ２に示されているように大きく低下する。保圧工程、型開工程、突出工程、および可塑化工程を実施すると電荷量Ｄは回復するが、電流Ｃが小さいので回復は遅い。そして符号Ｄ６で示されているように、成形サイクル完了時において電荷量Ｄは完全には回復しない。つまり成形サイクルを通じて蓄電収支はマイナスになる。成形サイクルを複数回継続すると、やがて蓄電池２８の蓄電量つまり電荷量Ｄは減少してしまう。

蓄電池２８が劣化すると蓄電／放電能力のうち特に蓄電能力が大きく低下するが、図３の（ウ）には、このような場合における運転例が示されている。電動射出成形機において消費される電流Ｓは図３の（ア）と同じになるので説明を省略する。型締工程においては符号Ｓ１で示されているように電流Ｓは小さく、蓄電池２８から蓄電池電流は供給されないので、電荷量Ｄは符号Ｄ１に示されているように一定になる。射出工程において、電流Ｓは符号Ｓ２に示されているように大きいので、蓄電池２８から蓄電池電流が供給されて蓄電池２８の電荷量Ｄは符号Ｄ２のように低下する。保圧工程、型開工程、突出工程、可塑化工程において電荷量Ｄは徐々に回復するが、蓄電能力が小さく蓄電に時間を要するので、成形サイクルの終了時であっても符号Ｄ６で示されているように電荷量Ｄは十分に回復しない。つまり蓄電収支はマイナスになる。保圧工程から可塑化工程にかけて、電流Ｃは符号Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４で示されているように変動する。つまり蓄電池２８の蓄電／放電能力が小さいときは、蓄電収支はマイナスになり、交流直流変換器６から供給する電流Ｃの平滑化は十分に達成されない。

蓄電池２８は劣化等により容量が小さくなるが、図３の（エ）には、蓄電池２８の容量が小さい場合の運転例が示されている。ただしこの例では、蓄電／放電能力は十分に大きいと仮定している。電動射出成形機において消費される電流Ｓは図３の（ア）と同じになる。蓄電池２８は容量が小さいので、射出工程において符号Ｄ７に示されているように電荷量Ｄがゼロになってしまう。つまり成形サイクル内において蓄電池２８が供給可能な電荷量が一時的にゼロになり蓄電池電流もゼロになる。従って必要な電流Ｓを得るために、交流直流変換器６からの電流Ｃは一時的に符号Ｃ５で示されているように高くなる。つまり交流直流変換器６から供給する電流Ｃの平滑化は十分に達成できなくなる。一応、保圧工程から可塑化工程にかけては蓄電池２８の電荷量Ｄは回復するので、蓄電収支は成形サイクルを通してゼロになる。ところでこの例では、蓄電／放電能力は十分に大きいと仮定したので、このように蓄電収支はゼロになっているが、蓄電池２８が劣化すると一般的に蓄電／放電能力も低下する。その場合には蓄電収支は成形サイクルを通してマイナスになる。

図３の（オ）には、蓄電池２８が容量が十分に大きいと共に蓄電／放電能力も十分に大きく、かつ交流直流変換器６からの電流Ｃの大きさが最適な場合の運転例が示されている。電動射出成形機において消費される電流Ｓを１回分の成形サイクルに対して時間積算すると、１回の成形サイクル当たりに必要な電荷量である成形サイクル電荷量が得られる。このような成形サイクル電荷量を成形サイクルの時間で除すと、最適な電流Ｃが得られる。つまり交流直流変換器６から供給している電流Ｃを成形サイクルにおいて一定にすることができ、実質的に完全に供給電流を平滑化できる。図３の（オ）には、電流Ｃをこのように最適な大きさにしたときの、電流Ｓ、電流Ｃ、電荷量Ｄの変化が示されている。蓄電池２８の電荷量Ｄは、符号Ｄ６で示されているように、成形サイクルの終了時のタイミングで完全に回復している。

本実施の形態に係る電動射出成形機は、上で説明したように成形サイクル毎に蓄電装置７における蓄電収支が計算され、成形サイクル毎の蓄電収支のグラフが付属しているモニタに表示されている。図４の（ア）にはモニタに表示されるグラフの例が示されている。棒状のグラフは、それぞれ１回の成形サイクル当たりの蓄電収支ｔ１、ｔ２、…を示しているが、蓄電収支ｔ５〜ｔ９は４回の成形サイクルにおいて連続でマイナスになっている。所定の成形サイクルの回数について、例えば４回以上、連続して蓄電収支ｔ５、ｔ６、…がマイナスになったら、電動射出成形機は警報を出力する。蓄電収支ｔ５、ｔ６、…が連続する所定の回数の成形サイクルにおいて連続してマイナスになるとき、蓄電装置７つまり蓄電池２８の蓄電／放電能力が低下していたり、交流直流変換器６から供給する電流が不足している可能性がある。ユーザは適宜対応する。図４の（イ）には、モニタに表示される他のグラフの例が示されている。図４の（イ）に示されているグラフは、最新の成形サイクルにおける蓄電収支ｔｔを示している。蓄電収支ｔｔがゼロから大きく逸脱しているときは、問題が発生している可能性がある。特にマイナスになっているときには、蓄電池２８の蓄電／放電能力の低下や、交流直流変換器６からの供給電流の不足が疑われる。

本実施の形態に係る電動射出成形機は、蓄電装置７つまり蓄電池２８に蓄電されている電荷量ｄについてもモニタにグラフ表示されている。図４の（ウ）にはグラフの例が示されているが、成形サイクルにおける所定のタイミングで検出された電荷量ｄ１、ｄ２、…が、複数回の成形サイクルに渡って示されている。なお、このグラフには、蓄電池２８に充電可能な最大の電荷量ＭＤと、成形サイクル電荷量ＳＤも示されている。成形サイクル電荷量ＳＤは、第１の電流センサ２６を流れる電流Ｓを１回分の成形サイクルに対して時間積算したものであり、上で説明したように、電動射出成形機において１回の成形サイクル当たりに必要な電荷量である。電荷量ｄ１、ｄ２、…が成形サイクル電荷量ＳＤを下回れば、蓄電池２８の容量不足であると判断され、警報が出力される。図４の（エ）には、モニタに表示される他のグラフの例が示されているが、この例では、現在の蓄電容量ｄｄが表示されるようになっている。

本実施の形態に係る電動射出成形機は、停電時において交流直流変換器６からの電流の供給が停止しても、蓄電装置７つまり蓄電池２８から蓄電池電流を供給することによって成形サイクルを継続できるようになっている。停電時に運転が継続できる成形サイクルの回数、つまり停電時運転可能成形サイクル回数は、次式によって計算される。
停電時運転可能成形サイクル回数＝電荷量／成形サイクル電荷量 １式
ただし、電荷量は蓄電池２８から供給可能な電荷量とする。
電動射出成形機のモニタには、この停電時運転可能成形サイクル回数も表示されてユーザに情報が提供されるようになっている。なお、停電時運転可能成形サイクル回数が１に満たないときは、蓄電池２８の容量が小さいと判断し、警報が出力される。

第２の実施の形態に係る電動射出成形機について説明する。第２の実施の形態に係る電動射出成形機の電力供給システム１’は図５に示されているが、第１の実施の形態と同様の装置については同じ符号を付して説明を省略する。第２の実施の形態に係る電動射出成形機においては、交流直流変換器６が変換する直流電圧は、直流電圧線４０を介して直接サーボアンプ１２、１３、…に供給されるようになっている。そして蓄電装置７’は、この直流電圧線４０から分岐した分岐線４１に接続されている。この実施の形態に係る蓄電装置７’も、図６に示されているように、直流電圧変換回路１７と蓄電池２８’とから構成されている。つまり第１の実施の形態に係る蓄電装置７と実質的に同様の構成になっている。ただし、直流電圧変換回路１７は、直流電圧線４０の分岐線４１と、蓄電池２８’に接続されている直流電圧線４２との間で直流電圧を変換するようになっている。直流電圧変換回路１７の作用は第１の実施の形態において詳しく説明した。従って当業者であれば容易に理解できるように、この直流電圧変換回路１７において、第１のトランジスタ２０をＯＮ／ＯＦＦすれば、分岐線４１の直流電圧が降圧されて直流電圧線４２に供給される。これによって蓄電池２８’に蓄電されることになる。また第２のトランジスタ２１をＯＮ／ＯＦＦすれば、蓄電池２８’から直流電圧線４２に供給される直流電圧が昇圧されて分岐線４１に供給されることになる。

第２の実施の形態においては、図５に示されているように、第３、４の電流センサ４５、４６が、直流電圧線４０に設けられ、一方は交流直流変換器６のすぐ後に、そして他方は蓄電装置７’の下流にそれぞれ設けられている。これによって、符号Ｘ、Ｙ、Ｚで示されている箇所の電流がすべて検出できることになる。第２の実施の形態においては、蓄電池電流は符号Ｙの箇所における電流とし、この蓄電池電流を時間積算して蓄電装置７’に対する蓄電収支を計算するものとする。また、このようにして計算した蓄電収支を累積し、蓄電装置７’全体に対して蓄電されている電荷量を計算するようにする。このようにして計算によって得られた電荷量は、実際に蓄電池２８’に蓄電されている電荷量より小さくなるはずである。それは、蓄電池２８’に対しては降圧された直流電流が蓄電されるので、必然的に蓄電池２８’には大量の電荷量が蓄電されるからである。この実施の形態においては、蓄電装置７’の電荷量とは、蓄電池２８’の電荷量のことではなく、符号Ｙの箇所で検出された蓄電池電流から計算された電荷量のこととする。第２の実施の形態において、成形サイクル電荷量は、第４の電流センサ４６で検出される電流を成形サイクルにおいて時間積算したものとして得る。そうすると、停電時運転可能成形サイクル回数は、既に説明した１式で計算できる。ただし、この式中における電荷量は、蓄電装置７’の電荷量とする。

１ 給電システム ２ 工場電源
６ 交流直流変換器 ７ 蓄電装置
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 ２６ 第１の電流センサ
２７ 制御装置 ２８ 蓄電池
２９ 第２の電流センサ

Claims (4)

1. 外部から供給される三相交流電流を直流電流に変換する交流直流変換器と、直流電流の供給を受けてモータを駆動する複数個のインバータとの間に、蓄電池からなる蓄電装置が設けられている電動射出成形機であって、
   前記蓄電装置は成形サイクルにおいて消費電力が小さいときに直流電流が蓄電されると共に消費電力が大きいときに直流電流が供給されるようになっており、
   前記電動射出成形機は、前記蓄電装置に対して流入／流出する電流である蓄電池電流が検出され、蓄電装置の電荷量の変化である蓄電収支が前記蓄電池電流の時間積分により計算され、成形サイクル毎に前記蓄電収支が監視され、所定の回数の成形サイクルにおいて前記蓄電収支のマイナスが連続して検出されたら警報が出力されることを特徴とする電動射出成形機。
2. 請求項１に記載の電動射出成形機において、前記電動射出成形機に設けられているモニタには、成形サイクル毎に変化する前記蓄電収支がグラフ表示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。
3. 請求項１または２に記載の電動射出成形機において、前記電動射出成形機は外部からの三相交流電圧の供給が停止する停電時には前記蓄電装置から供給される直流電流により運転されるようになっており、外部からの三相交流電圧が正常に供給されているときは、前記蓄電池の下流側の直流電圧線において電流を時間積算して１回の成形サイクル当たりに必要な電荷量である成形サイクル電荷量が計算され、前記蓄電装置に蓄電されている電荷量を前記成形サイクル電荷量で除して、停電時において前記蓄電装置からの電力供給により運転可能な成形サイクルの回数である停電時運転可能成形サイクル回数が計算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。
4. 請求項３に記載の電動射出成形機において、前記電動射出成形機に設けられているモニタには、前記停電時運転可能成形サイクル回数が表示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。

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