JP7060644B2 - 射出成形機の電気回路 - Google Patents

Description

本発明は、モータを備えた射出成形機の電気回路に関する。

例えば、特許文献１～４には、サーボモータを備える射出成形機の電気回路が開示されている。射出成形機は、サーボモータを駆動制御する電気回路を備える。
特許文献１では、コンデンサにより構成されたエネルギー保持回路と停電検出回路を設け、停電時に成形機を保護する停電処理動作を行い、成形機の動作を安全かつ正常に終了させる射出成形機の電気回路が開示されている。

また、特許文献２には、インバータの平滑コンデンサと充電器を併用し、充放電を行うことにより、省エネや停電対策を行う射出成形機の電気回路が開示されている。
さらに、特許文献３には、蓄電部としてコンデンサを用い、モータの減速に伴う回生電流を利用してモータの加速制御に必要な電力を平準化する射出成形機の電気回路が開示されている。

また、特許文献４には、整流器や駆動装置に平滑コンデンサを備え、停電検出時に制御指令値を低下させて圧力や速度を低下させることで停電時の運転継続機能を確保する射出成形機の電気回路が開示されている。

特開２００４－２１６８２９号公報 特開２００１－２３２６７２号公報 特開２０００－１４１４４０号公報 特開２０１５－１００９９６号公報

しかしながら、商用交流電源の電源事情が悪い国や地域では、電力供給が不安定などの理由で、商用交流電源が一瞬停止する瞬時停電が発生する。瞬時停電が発生すると、射出成形機の運転が停止してしまう。従来の射出成形機の電気回路においては、瞬時停電時に射出成形機の運転の停止を抑制できるものの、構造が複雑で高価であったり、停電検出や制御指令の低下などの特別な検出や制御が必要であったりするという課題がある。そのため、簡単な構成でかつ特別な制御を行うことなく、瞬時停電時にも射出成形機の運転を継続できる電気回路が要望されている。

本発明の目的は、瞬時停電時に射出成形機の運転を継続できる頻度を高めることができる射出成形機の電気回路を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する射出成形機の電気回路は、モータを駆動制御するモータドライバを有する射出成形機の電気回路であって、商用交流電源から入力した所定電圧の交流を前記モータの制御に用いられる電圧及び周波数に変換する変換回路を有するモータドライバと、商用交流電源から入力した所定電圧の交流を前記所定電圧よりも低い制御供給電圧の直流に変換して出力する直流電源回路とを備え、前記変換回路は、整流器と平滑コンデンサとスイッチング回路とを備え、前記モータドライバと前記直流電源回路は、前記平滑コンデンサから前記直流電源回路へ向かう電流を許容する逆流防止回路を含むバイパス回路を介して接続されている。

この構成によれば、商用交流電源が一瞬停止する瞬時停電時には、平滑コンデンサに蓄電された電荷による電流がモータドライバから逆流防止回路を含むバイパス回路を介して直流電源回路に供給される。この結果、直流電源回路は、瞬時停電の間においても、所定電圧の直流を供給できる。この結果、商用交流電源の瞬時停電の復電後もモータの駆動が継続される。よって、簡単な回路構成でかつ特別な制御を行うことなく、瞬時停電時の復電後にモータの駆動が継続され、射出成形機の運転を継続できる頻度を高めることができる。

上記射出成形機の電気回路は、前記直流電源回路と共通の前記商用交流電源から供給される交流によりヒータを発熱させるヒータ回路を更に備え、前記直流電源回路は、前記商用交流電源からの交流を整流に変換する第１整流回路と、ＰＷＭ制御により整流を交流に変換するスイッチング回路と、交流の周波数を変換する絶縁トランスと、変換された周波数の交流を整流に変換する第２整流回路と、整流を供給電圧の直流に平滑化する平滑回路とを備えてもよい。

この構成によれば、直流電源回路の整流回路は、瞬時停電時に平滑コンデンサから直流電源回路に供給される電流の一部が、直流電源回路を介してヒータ回路に流れることを阻止する。よって、瞬時停電が発生してもモータの駆動を継続でき、射出成形機の運転を継続できる頻度を一層高めることができる。

上記射出成形機の電気回路は、前記モータドライバに対して、前記平滑コンデンサと並列に第２の平滑コンデンサが外付けされてもよい。
この構成によれば、商用交流電源の瞬時停電時に、平滑コンデンサ複数個分の電荷が蓄電されるので、射出成形機の運転を継続できる頻度を一層高めることができる。

上記射出成形機の電気回路は、前記モータドライバは、複数のモータを制御し、前記変換回路は、少なくとも前記平滑コンデンサ及び前記スイッチング回路を、複数の前記モータごとに備え、複数の前記平滑コンデンサが前記バイパス回路を介して前記直流電源回路に接続されている。

この構成によれば、商用交流電源の瞬時停電時に、複数の平滑コンデンサに蓄電された電荷による電流が直流電源回路に供給されるので、射出成形機の運転を継続できる頻度が一層高くなる。

上記射出成形機の電気回路において、前記直流電源回路は、Ｍ個（但しＭは２以上の自然数）設けられ、前記変換回路は、Ｎ個（但しＮは２以上の自然数）設けられ、前記Ｎ個の前記平滑コンデンサが前記バイパス回路を介して前記Ｍ個の前記直流電源回路に接続されており、前記Ｎ個は前記Ｍ個よりも多くてもよい。

この構成によれば、商用交流電源の瞬時停電時に、Ｎ個の平滑コンデンサに蓄電された電荷による電流が、Ｎ個よりも少ないＭ個の直流電源回路に供給されるので、射出成形機の運転を継続できる頻度が一層高くなる。

本発明によれば、簡単な回路構成で、瞬時停電時に射出成形機の運転を継続できる頻度を高めることができる射出成形機の電気回路を提供できる。

第１実施形態における射出成形機を示す模式図。 射出成形機の電気回路を示すブロック図。 射出成形機の電気回路を示す回路図。 比較例における瞬時停電時の電圧変化を示すグラフ。 実施例における瞬時停電時の電圧変化を示すグラフ。 第２実施形態における射出成形機の電気回路を示す回路図。 第３実施形態における射出成形機の電気回路を示す回路図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態における射出成形機及びその電気回路について、図面を参照して説明する。

まず、本実施形態に係る電動油圧式の射出成形機の概略構成について、図１を参照して説明する。電動油圧式の射出成形機１０は、サーボモータ３６により油圧ポンプ３４を駆動して供給される作動油により駆動される。

図１に示すように、射出成形機１０は、射出装置１１と型締装置１２とを備える。射出装置１１は、前端に射出ノズル２１ｎを、後部にホッパ２１ｈをそれぞれ有する加熱筒２１と、加熱筒２１の内部に挿入されたスクリュー２２と、加熱筒２１の後端に配設され、スクリュー２２を駆動するスクリュー駆動部２３とを備える。スクリュー駆動部２３は、片ロッドタイプの射出ラム２４ａを内蔵する射出シリンダ（油圧シリンダ）２４を備える。射出シリンダ２４の前方に突出するラムロッド２４ｂはスクリュー２２の後端に結合される。また、射出ラム２４ａの後端には、射出シリンダ２４に取付けられた計量モータ（オイルモータ）２５のシャフトがスプライン結合される。射出装置１１は、その下部に、射出装置１１を進退移動させて金型１５に対するノズルタッチ又はその解除を行う移動シリンダ２６を備える。また、加熱筒２１の外周面には、複数のヒータ２７が巻回状態で取着されている。射出装置１１は、射出ノズル２１ｎを金型１５にノズルタッチし、金型１５のキャビティ内に溶融（可塑化）した樹脂（図示略）を射出充填する。

一方、型締装置１２には、型締シリンダ（油圧シリンダ）２８の駆動ラム２８ａにより可動型１５ｍを変位させる直圧方式の油圧式型締装置を用いる。型締装置１２は、位置が固定された固定盤２９と、固定盤２９と型締シリンダ２８間に架設された複数のタイバー３０にスライド自在に装填された可動盤３１とを有する。この可動盤３１には型締シリンダ２８から前方に突出したラムロッド２８ｂの先端が固定される。また、固定盤２９には固定型１５ｃが取付けられ、可動盤３１には可動型１５ｍが取付けられる。この固定型１５ｃと可動型１５ｍは金型１５を構成する。これにより、型締シリンダ２８は金型１５に対する型開閉及び型締を行う。なお、型締装置１２は、金型１５を開いた際に、可動型１５ｍに付着した成形品（図示略）の突き出しを行うエジェクタシリンダ３２を備える。

他方、射出成形機１０は、油圧回路３３を備える。油圧回路３３は、油圧駆動源となる油圧ポンプ３４及び切換バルブ回路３５を備える。射出成形機１０は、油圧ポンプ３４を回転駆動するモータの一例としてのサーボモータ３６及びサーボモータ３６の回転数を検出するロータリエンコーダ３７を備える。油圧ポンプ３４は、例えば、吐出容量可変な斜板型ピストンポンプである。なお、油圧ポンプ３４は、吐出容量可変な他の方式の油圧ポンプでもよいし、吐出容量が一定の油圧ポンプでもよい。

油圧ポンプ３４の吸入口は、オイルタンク３８に接続され、油圧ポンプ３４の吐出口は、切換バルブ回路３５の一次側に接続されている。さらに切換バルブ回路３５の二次側は、射出成形機１０における射出シリンダ２４、計量モータ２５、型締シリンダ２８、エジェクタシリンダ３２、移動シリンダ２６及び他の油圧式のアクチュエータに接続されている。切換バルブ回路３５は、射出シリンダ２４、計量モータ２５、型締シリンダ２８、エジェクタシリンダ３２、移動シリンダ２６及び油圧式の他のアクチュエータに対する作動油の供給、停止、排出に係わる切換機能を有する電磁切換バルブ（図示略）を備える。

サーボモータ３６の回転数が可変制御され、油圧ポンプ３４の吐出流量及び吐出圧力が制御されることで、上述した射出シリンダ２４、計量モータ２５、型締シリンダ２８、エジェクタシリンダ３２及び移動シリンダ２６等が駆動制御される。これにより、射出成形機１０の成形サイクルにおける各工程が制御される。この射出成形機１０は、サーボモータ３６及びヒータ２７等を制御する制御系回路を含む図２に示す電気回路４０を備える。

図２に示すように、電気回路４０は、商用交流電源１７から供給される所定電圧の交流を入力し、サーボモータ３６を駆動制御するモータドライバの一例としてのサーボドライバ５０と、商用交流電源１７から供給される所定電圧の交流を、供給電圧の一例である制御電源電圧Ｖ０の直流に変換する直流電源回路６０とを備える。また、電気回路４０は、商用交流電源１７からの電力でヒータ２７を加熱制御するヒータ回路７０を備える。さらに、電気回路４０は、直流電源回路６０と電気的に接続された複数の電源回路４４，４５，４６，４７と、メインコントローラ４１とを備える。また、サーボドライバ５０は、サーボコントローラ５１を備える。直流電源回路６０が出力する制御電源電圧Ｖ０の直流は、各電源回路４４，４５，４６，４７を介して、メインコントローラ４１、センサ４２、電動式のアクチュエータ４３、切換バルブ回路３５及びサーボコントローラ５１に、それぞれ供給先で必要な所定電圧に降圧等されて出力される。

メインコントローラ４１は、センサ４２と電気的に接続され、センサ４２から入力する検出結果に基づきサーボコントローラ５１、電動式のアクチュエータ４３及び切換バルブ回路３５の駆動回路に、個別に制御信号を出力する。サーボコントローラ５１はメインコントローラ４１から入力した制御信号に基づきサーボドライバ５０を構成する図３に示す変換回路５２を介して、サーボモータ３６に供給される３相の電圧及び周波数を制御する。これにより、サーボドライバ５０は、サーボモータ３６の駆動・停止、駆動中の回転速度を制御する。また、ヒータ回路７０は、メインコントローラ４１から入力する温度制御信号に基づき複数のヒータ２７に供給する電流を個別にオン・オフする温度制御回路により構成される。

次に、図３を参照して、電気回路４０の主要な構成について詳細に説明する。なお、図３では、メインコントローラ４１、サーボコントローラ５１の一部、センサ４２、電動式のアクチュエータ４３、切換バルブ回路３５及び複数の電源回路４４～４７は、図示を省略している。図３では、サーボコントローラ５１は、その一部である回生制御回路５７のみ示している。

電気回路４０は、前述のとおり、サーボドライバ５０、直流電源回路６０及びヒータ回路７０を備える。商用交流電源１７の所定電圧は、例えば３００～５００Ｖの範囲内の所定値である。本例では、一例として所定電圧は４４０Ｖである。

サーボドライバ５０は、サーボコントローラ５１により制御される変換回路５２を備える。変換回路５２は、商用交流電源１７から入力した所定電圧の交流をサーボモータ３６の制御に用いられる電圧及び周波数に変換する。変換回路５２は、３相交流を供給する商用交流電源１７と接続された整流器の一例としてのコンバータ部５３、回生回路５４、平滑コンデンサ５５及びスイッチング回路の一例としてのインバータ部５６を備え、この順で接続されている。変換回路５２は、高電位側電源ライン（以下、「Ｐライン」という。）Ｌｐと、低電位側電源ライン（以下、「Ｎライン」という。）Ｌｎとを有する。

コンバータ部５３は、ブリッジ接続された６つのダイオードＤ１を有し、商用交流電源１７から入力される所定電圧の交流を所定電圧の直流に整流する。６つのダイオードＤ１は、ＰラインＬｐとＮラインＬｎとの間に、同じ向きに直列に接続された２つずつの組が３組並列に接続されており、直列に接続された２つずつのダイオードＤ１の間に商用交流電源１７からの３相交流の各相Ｒ，Ｔ，Ｓの三線がそれぞれ接続されている。このため、ＰラインＬｐが所定の高電位に印加され、ＮラインＬｎが所定の低電位に印加される。

平滑コンデンサ５５は、コンバータ部５３により交流が整流された脈流を平滑化する。
インバータ部５６は、トランジスタＱ１とダイオードＤ２とが逆並列に接続されたアームを６つ備え、ＰラインＬｐとＮラインＬｎ間に６つのアームのうち２つずつが直列に接続された組が３組並列に接続されている。サーボモータ３６には、インバータ部５６における２つずつ直列に接続された３組のトランジスタＱ１の間にサーボモータ３６の３相Ｕ，Ｖ，Ｗの端子がそれぞれ接続されている。インバータ部５６は、サーボコントローラ５１により制御される。すなわち、サーボコントローラ５１は、６つのトランジスタＱ１のオン・オフを、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により切り換えることで、サーボモータ３６に供給する電圧及び周波数を制御する。これによりサーボモータ３６の駆動・停止及び回転速度が制御される。

メインコントローラ４１（図２参照）は、各種のセンサ４２の検出結果に基づき油圧回路３３（図１参照）における作動油が必要なときにサーボモータ３６を駆動し、各種のセンサ４２の検知結果に基づき油圧回路３３における作動油が不要なときにサーボモータ３６の駆動を停止させる。サーボモータ３６は減速過程で発電し回生電流を発生する。サーボモータ３６が発電した電力は、平滑コンデンサ５５に蓄電される。

回生回路５４は、ＰラインＬｐとＮラインＬｎとの間に接続された、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ３及びトランジスタＱ２を備える。抵抗Ｒ１、ダイオードＤ３は並列に接続され、抵抗Ｒ１の低電圧側の端子がトランジスタＱ２のコレクタ端子に接続され、そのエミッタ端子がＮラインＬｎに接続されている。回生制御回路５７は、ＰラインＬｐ上のＰ端子とＮラインＬｎ上のＮ端子との間の電圧を入力する。回生制御回路５７は、入力するＰＮ間の電圧値が閾値以下のときにトランジスタＱ２をオフし、閾値を超えるとトランジスタＱ２をオンする。トランジスタＱ２がオフのときは、サーボモータ３６の回生電流が平滑コンデンサ５５に蓄電される。トランジスタＱ２がオンのときは、サーボモータ３６の回生電流は抵抗Ｒ１で熱として消費される。

一方、直流電源回路６０は、第１整流回路の一例である整流回路６１、平滑用のコンデンサ６２、スイッチング回路６３、絶縁トランス６４、第２整流回路の一例である整流回路６５及び平滑回路６６を備える。絶縁トランス６４は、例えば、高周波絶縁トランスである。

整流回路６１は、ブリッジ接続された４つのダイオードＤ４を有し、商用交流電源１７から入力される２相間の所定電圧の交流を所定電圧の直流に整流する。４つのダイオードＤ４は、高電位側電源ラインＬａと低電位側電源ラインＬｂとの間に、同じ向きに直列で接続された２つずつの組が２組並列に接続されており、直列に接続された２つずつのダイオードＤ４の間に商用交流電源１７からの３相交流のうち２相の二線がそれぞれ接続されている。このため、高電位側電源ラインＬａが所定の高電位に印加され、低電位側電源ラインＬｂが所定の低電位に印加される。

平滑用のコンデンサ６２は、整流回路６１により交流が整流された脈流を平滑化する。
スイッチング回路６３は、トランジスタＱ３とダイオードＤ５とが逆並列に接続されたアームを４つ備え、高電位側電源ラインＬａと低電位側電源ラインＬｂ間に、４つのアームのうち２つずつが直列に接続された組が２組並列に接続されている。２つずつが直列に接続された組ごとの２つのトランジスタＱ３の間のそれぞれには、絶縁トランス６４の一次側コイルの２つの端子がそれぞれ接続されている。４つのトランジスタＱ３のベース端子は電圧制御回路６９にそれぞれ接続されている。電圧制御回路６９は、ＰＷＭ制御により４つのトランジスタＱ３のオン・オフを切り換える制御を行うことにより、絶縁トランス６４の一次側コイルに出力される電圧及び周波数を制御する。

整流回路６５は、ブリッジ接続された４つのダイオードＤ６を有し、絶縁トランス６４の二次側コイルから入力される所定電圧及び所定周波数の電流を直流に整流する。４つのダイオードＤ６は、高電位側電源ラインＬｃと低電位側電源ラインＬｄとの間に、同じ向きに直列で接続された２つずつの組が２組並列に接続されており、直列に接続された２つずつのダイオードＤ６の間に絶縁トランス６４の二次側コイルの２つの端子がそれぞれ接続されている。このため、高電位側電源ラインＬｃが所定の高電位に印加され、低電位側電源ラインＬｄが所定の低電位に印加される。

平滑回路６６は、高電位側電源ラインＬｃに直列に接続されたコイル６７と、高電位側電源ラインＬｃと低電位側電源ラインＬｄとの間に接続された平滑用のコンデンサ６８とを備える。このため、高電位側電源ラインＬｃは高電位の＋Ｖボルトに印加され、低電位側電源ラインＬｄは低電位の－Ｖボルト（例えば０Ｖ）に印加される。よって、直流電源回路６０は、高電位側電源ラインＬｃ上の端子Ｔ１と低電位側電源ラインＬｄ上の端子Ｔ２との間の電圧を、制御電源電圧Ｖ０として出力する。

電圧制御回路６９は、２つの端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧を入力し、その入力電圧が制御電源電圧Ｖ０に対して許容範囲を超える値であるときに、４つのトランジスタＱ３のオン・オフをＰＷＭ制御により切り換える。これにより電圧制御回路６９は、絶縁トランス６４の一次側コイルに出力される電圧及び周波数を制御し、端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧が目標の制御電源電圧Ｖ０になるよう調整する。

ここで、平滑コンデンサ５５の容量をＣ１、平滑用のコンデンサ６２の容量をＣ２、平滑用のコンデンサ６８の容量をＣ３とする。容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の大小関係は、Ｃ１＞Ｃ２＞Ｃ３である。サーボドライバ５０内の平滑コンデンサ５５は、モータ制御に使用されるため大容量が必要である。これに対して直流電源回路６０内の平滑用のコンデンサ６２，６８は、平滑コンデンサ５５に比べ小容量で足りる。

本実施形態では、サーボドライバ５０と直流電源回路６０との間は、逆流防止回路８１を含むバイパス回路８０を介して電気的に接続されている。逆流防止回路８１は、サーボドライバ５０を構成する平滑コンデンサ５５に蓄電された電圧に基づく電流が、直流電源回路６０に供給する方向に流れることを許容し、かつその反対の方向に流れる電流を阻止する。詳しくは、バイパス回路８０は、サーボドライバ５０側のＰラインＬｐと直流電源回路６０側の高電位側電源ラインＬａとを接続する第１バイパスラインＬ１と、サーボドライバ５０側のＮラインＬｎと直流電源回路６０側の低電位側電源ラインＬｂとを接続する第２バイパスラインＬ２とを備える。そして、逆流防止回路８１は、第１バイパスラインＬ１上に設けられ、サーボドライバ５０から直流電源回路６０へ向かう方向への電流を許容するとともにその逆方向の電流を阻止する第１ダイオード８２を備える。

次に、本実施形態における射出成形機１０の電気回路４０の作用について説明する。
商用交流電源１７の瞬時停電が発生すると、サーボドライバ５０、直流電源回路６０及びヒータ回路７０への所定電圧の交流の供給が停電時間Ｔｐｃの間に亘り一瞬停止する。瞬時停電開始後、所定時間の間は、平滑コンデンサ５５に蓄電された電荷によりＰラインＬｐの電位が高電位に保たれる。一方、瞬時停電時は、平滑コンデンサ５５と平滑用のコンデンサ６２との容量の違いから、直流電源回路６０の高電位側電源ラインＬａの高電位の方がＰラインＬｐの高電位よりも先に降下する。その結果、平滑コンデンサ５５に蓄電された電荷により、ＰラインＬｐからバイパス回路８０を介して直流電源回路６０の高電位側電源ラインＬｃへ電流が流れ、平滑用のコンデンサ６２が蓄電される。これにより直流電源回路６０では高電位側電源ラインＬａの電位が高電位に保たれる時間が延長される。その結果、直流電源回路６０が瞬時停電開始後に制御電源電圧Ｖ０を出力し続けられる時間が延長される。

また、バイパス回路８０を介して直流電源回路６０の高電位側電源ラインＬａへ流れた電流は、整流回路６１のダイオードＤ４により商用交流電源１７側へ流れることが阻止されるので、電流がヒータ回路７０へ流れて消費されることが回避される。このため、バイパス回路８０からの電流は、直流電源回路６０の高電位側電源ラインＬａを高電位に保つために効率よく使用される。この点からも、直流電源回路６０が瞬時停電開始から制御電源電圧Ｖ０を出力し続けられる時間を延長できる。

なお、商用交流電源１７の瞬時停電がなく射出成形機１０が正常運転しているときは、逆流防止回路８１により、直流電源回路６０からサーボドライバ５０へバイパス回路８０を介して電流が流れることがない。このため、直流電源回路６０は、安定した制御電源電圧Ｖ０の直流を出力できる。

ところで、商用交流電源１７の電源事情の悪い国や地域で発生する瞬時停電の停電時間Ｔｐｃは、数１０ミリ秒～１００ミリ秒未満の範囲である場合がほとんどである。直流電源回路６０における平滑用のコンデンサ６２の容量は瞬時停電時の停電時間Ｔｐｃに対して十分ではない。しかし、サーボドライバ５０の変換回路５２が有する大容量の平滑コンデンサ５５に蓄電された電荷による電流が、バイパス回路８０を介して直流電源回路６０に流れるため、直流電源回路６０の高電位側電源ラインＬａの電位が高電位に保たれる。そのため、瞬時停電の間、高電位側電源ラインＬａが必要な高電位に保持される。

この結果、直流電源回路６０は、瞬時停電時に復電するまでの期間に、必要な制御電源電圧Ｖ０を出力できる。そのため、メインコントローラ４１が実行中の制御を強制的に停止することがなく、射出成形機１０の強制停止が回避される。この結果、瞬時停電時に射出成形機１０の運転を継続できる頻度が高まる。例えば、瞬時停電時に射出成形機１０が強制停止した場合、射出成形機１０の運転を再開するために電源を入れ直すなどの復旧作業に時間を要し、射出成形機１０の生産性が低減する。特に、作業者が射出成形機１０の強制停止に気付かなければ、射出成形機１０が停止したまま放置されるので、生産性が大幅に低下する。本実施形態の射出成形機１０は、瞬時停電時に射出成形機１０の運転を継続できるので、瞬時停電に起因する生産性の低下を極力抑制できる。

本実施形態の電気回路４０の評価試験を行った。射出成形機１０の成形サイクルのうち負荷の大きな工程の１つである型開工程において、１００ミリ秒前後の瞬時停電を強制的に発生させることで、射出成形機１０の瞬時停電時の効果を評価した。射出成形機１０の自動運転中の型開工程の途中に元電源スイッチを瞬間的にＯＦＦしてすぐＯＮに戻す操作を行うことで、模擬的に瞬時停電を発生させた。なお、実際の瞬時停電時の停電時間Ｔｐｃは、ほとんど場合、１００ミリ秒未満である。

図４は、バイパス回路８０を備えない比較例の電気回路の評価結果を示すグラフである。また、図５は、バイパス回路８０を備える実施例の電気回路４０の評価結果を示すグラフである。図４、図５は、電気回路４０における４つの測定箇所で測定した電圧を示す。すなわち、測定した電圧は、交流入力電圧Ｖａｃ、サーボ電源電圧Ｖｐｎ、モータ電圧Ｖｍ及び制御電源電圧Ｖｄｃである。交流入力電圧Ｖａｃは、商用交流電源１７から入力する電圧である。サーボ電源電圧Ｖｐｎは、ＰラインＬｐとＮラインＬｎ間の電圧である。モータ電圧Ｖｍは、サーボモータ３６に供給される電圧である。制御電源電圧Ｖｄｃは、直流電源回路６０の出力電圧である。

図４は、比較例において瞬時停電時の停電時間Ｔｐｃが１１４ミリ秒であるときの各電圧Ｖａｃ，Ｖｐｎ，Ｖｍ，Ｖｄｃの測定結果を示す。瞬時停電中は、商用交流電源１７からの電力供給が停止するため、交流入力電圧Ｖａｃは０ボルトになる。

サーボ電源電圧Ｖｐｎは、瞬時停電開始から徐々に低下する。これは平滑コンデンサ５５に蓄電されていた電荷が徐々に低減することによる。サーボ電源電圧Ｖｐｎは、瞬時停電から復電した後に必要な高電位に復帰した。しかし、モータ電圧Ｖｍは、瞬時停電開始から減少するとともに不安定になり、瞬時停電から復電した後も、必要なモータ電圧を供給することができなかった。

制御電源電圧Ｖｄｃは、瞬時停電開始から所定時間の間は、平滑用のコンデンサ６２に蓄電されていた電荷により必要な制御電源電圧Ｖ０に保たれるが、その後、降下して０ボルトに至る。この制御電源電圧Ｖｄｃの降下は、メインコントローラ４１の駆動電圧の降下に繋がる。このため、メインコントローラ４１は、供給される駆動電圧の低下を検出すると、実行中の制御を強制的に停止する。その結果、サーボモータ３６及び電動式のアクチュエータ４３が強制的に停止される。すなわち、射出成形機１０が非常停止する。

一方、図５は、実施例において瞬時停電時の停電時間Ｔｐｃが１６０ミリ秒であるときの各電圧Ｖａｃ，Ｖｐｎ，Ｖｍ，Ｖｄｃの測定結果を示す。瞬時停電中は、商用交流電源１７からの電力供給が停止するため、交流入力電圧Ｖａｃは０ボルトになる。瞬時停電から復電すると、交流入力電圧Ｖａｃは所定電圧（例えば４４０Ｖ）に戻る。

サーボ電源電圧Ｖｐｎは、瞬時停電開始から徐々に低下する。これは平滑コンデンサ５５に蓄電されていた電荷が高電位の保持に使用されるが、蓄電された電荷が徐々に低減することによる。サーボ電源電圧Ｖｐｎは、瞬時停電から復電した後に必要な高電位に復帰した。

モータ電圧Ｖｍは、瞬時停電開始から減少するとともに不安定になるものの、瞬時停電から復電した後は、必要なモータ電圧を供給できた。
制御電源電圧Ｖｄｃは、瞬時停電開始から所定時間の間は、平滑用のコンデンサ６２に蓄電されていた電荷、及び平滑コンデンサ５５に蓄電された電荷によりバイパス回路８０を介して直流電源回路６０へ流れる電流により、必要な高電位に保持される。その結果、バイパス回路８０を介して直流電源回路６０へ流れた電流の分だけ、制御電源電圧Ｖｄｃが目標の制御電源電圧Ｖ０に保たれる時間が延長される。その後、瞬時停電から復電した後も、制御電源電圧Ｖｄｃは、必要な制御電源電圧Ｖ０に保持される。このため、メインコントローラ４１は、実行中の制御を継続することができ、サーボモータ３６及び電動式のアクチュエータ４３の駆動が継続される。つまり、射出成形機１０は停止することなく運転を継続する。

評価試験の結果、瞬時停電から復電したときに、モータ電圧Ｖｍと制御電源電圧Ｖｄｃとのうち一方でも復帰できなければ、射出成形機１０は運転を継続できない。図５に示す実施例では、瞬時停電から復電したときに、モータ電圧Ｖｍと制御電源電圧Ｖｄｃが共に復帰できたので、射出成形機１０は運転を継続できる。

比較例の評価試験では、停電時間Ｔｐｃが、１１４ミリ秒、１２４ミリ秒、１４８ミリ秒のときに射出成形機１０は停止した。これに対して実施例の評価試験では、停電時間Ｔｐｃが、１２８ミリ秒、１３２ミリ秒、１３６ミリ秒、１４６ミリ秒、１６０ミリ秒のときのいずれも、射出成形機１０は瞬時停電後も運転を継続した。実施例の評価試験では、最長で停電時間Ｔｐｃが１７５ミリ秒まで、射出成形機１０の運転が継続されることを確認できた。よって、実施例の射出成形機１０によれば、１５０ミリ秒程度までの瞬時停電に有効である。これは、瞬時停電時の停電時間Ｔｐｃが１００ミリ秒未満である国や地域において、射出成形機１０の瞬時停電時の強制停止の防止に有効であることを意味する。

以上詳述したように、この実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）射出成形機１０の電気回路４０は、商用交流電源１７から入力した所定電圧の交流をサーボモータ３６の制御に用いられる電圧及び周波数に変換する変換回路５２を有するサーボドライバ５０と、商用交流電源１７から入力した所定電圧の交流を所定電圧よりも低い供給電圧の直流に変換して出力する直流電源回路６０とを備える。変換回路５２は、コンバータ部５３と平滑コンデンサ５５とスイッチング回路の一例としてのインバータ部５６とを備える。サーボドライバ５０と直流電源回路６０は、平滑コンデンサ５５から直流電源回路６０へ向かう電流を許容する逆流防止回路８１を含むバイパス回路８０を介して接続されている。よって、商用交流電源１７の瞬時停電時には、平滑コンデンサ５５に蓄電された電荷による電流がサーボドライバ５０から逆流防止回路８１を介して直流電源回路６０に供給される。このため、直流電源回路６０は、瞬時停電の間、所定電圧の直流を供給できる。この結果、商用交流電源１７の瞬時停電の復電後もサーボモータ３６の駆動が継続される。よって、無停電電源装置等の複雑かつ高価な装置を設けることなく、簡単な回路構成でかつ特別な制御を行うことなく、瞬時停電時の復電後にサーボモータ３６の駆動が継続され、射出成形機１０の運転を継続できる頻度を高めることができる。

（２）電気回路４０は、直流電源回路６０と共通の商用交流電源１７から供給される交流によりヒータ２７を発熱させるヒータ回路７０を更に備える。直流電源回路６０は、商用交流電源１７からの交流を整流に変換する第１整流回路６１と、ＰＷＭ制御により整流を交流に変換するスイッチング回路６３と、交流の周波数を変換する絶縁トランス６４と、変換された周波数の交流を整流に変換する第２整流回路６５と、整流を供給電圧の直流に平滑化する平滑回路６６とを備える。よって、瞬時停電時に平滑コンデンサ５５から直流電源回路６０に供給される電流が、整流回路６１を構成するダイオードＤ４の逆流防止機能により、直流電源回路６０を介してヒータ回路７０に流れることを阻止できる。このため、瞬時停電時に平滑コンデンサ５５から直流電源回路６０に供給される電流が、高電位側電源ラインＬａを必要な高電位に保持できる時間の延長に効果的に利用できる。よって、瞬時停電の復電後もサーボモータ３６の駆動を継続できるので、射出成形機１０の運転を継続できる頻度を一層高めることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図６を参照して説明する。第２実施形態では、平滑コンデンサ５５と並列に外付けされた第２の平滑コンデンサを設けた点が、前記第１実施形態と異なる。前記第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、特に異なる構成についてのみ説明する。なお、図６は、図３と共通の回路部については同じ符号を付し、回路を１つのブロックで示している。

図６に示すように、サーボドライバ５０は、平滑コンデンサ５５と並列に接続可能な端子を有する外付けユニット５８を備える。外付けユニット５８には、外付けである第２の平滑コンデンサ５９が、サーボドライバ５０内の平滑コンデンサ５５と並列に接続されている。すなわち、ＰラインＬｐとＮラインＬｎとの間に、２つの平滑コンデンサ５５，５９は並列に接続されている。これにより、瞬時停電時には、２つの平滑コンデンサ５５，５９に蓄電された２つ分の電荷による電流がバイパス回路８０を介して直流電源回路６０に供給される。このため、瞬時停電時に、第１実施形態の電気回路４０よりも、サーボドライバ５０におけるＰラインＬｐの電位を高電位に保持できる時間、及び直流電源回路６０における高電位側電源ラインＬａの電位を高電位に保持できる時間を、さらに延長できる。そのため、瞬時停電から復電した後、モータ電圧Ｖｍ及び制御電源電圧Ｖｄｃを目標電圧に復帰できる。その結果、瞬時停電時に、射出成形機１０の運転を継続できる。

第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
（３）サーボドライバ５０には、平滑コンデンサ５５と並列に第２の平滑コンデンサ５９が外付けされている。よって、商用交流電源１７の瞬時停電時に、射出成形機１０の運転を継続できる頻度を一層高めることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図７を参照して説明する。前記第１実施形態及び前記第２実施形態の射出成形機１０は、サーボモータ３６が油圧ポンプ３４を駆動する電動油圧式であったが、本実施形態の射出成形機１０は電動式である。電動式の射出成形機１０は、前記第１実施形態における、射出シリンダ２４、計量モータ２５、型締シリンダ２８、エジェクタシリンダ３２及び移動シリンダ２６に替え、それぞれ射出モータ、計量モータ、型締モータ、エジェクタモータ及びノズルタッチ用の移動モータを備える。これら５個のモータのうち少なくともＮ個（Ｎは２以上の自然数）のモータが、サーボモータ３６よりなる。本実施形態では、例えば４個のサーボモータ３６を備える。４個のサーボモータ３６は、射出モータ、計量モータ、型締モータ及びエジェクタモータである。

図７に示すように、射出成形機１０の電気回路４０は、複数のサーボモータ３６を制御するサーボドライバ５０とを備える。サーボドライバ５０が有する変換回路５２は、Ｎ個のサーボモータ３６を個別に制御する、第１変換回路５２１、第２変換回路５２２、…、第Ｎ変換回路５２Ｎを備える。変換回路５２における共通のＰラインＬｐとＮラインＬｎとの間に、Ｎ個の変換回路５２１～５２Ｎがそれぞれ並列に接続されている。Ｎ個の変換回路５２１～５２Ｎは、サーボモータ３６ごとに、少なくとも平滑コンデンサ５５及びインバータ部５６を備える。詳しくは、第１変換回路５２１は、コンバータ部５３、回生回路５４、平滑コンデンサ５５及びインバータ部５６を備える。残りの第２変換回路５２２、…、第Ｎ変換回路５２Ｎは、それぞれ平滑コンデンサ５５及びインバータ部５６を備える。変換回路５２において、コンバータ部５３及び回生回路５４は、各変換回路５２１～５２Ｎ間で共通でそれぞれ１つのみ備えられる。なお、変換回路５２は、サーボモータ３６ごとに、コンバータ部５３、平滑コンデンサ５５及びインバータ部５６を備えてもよい。

ＰラインＬｐとＮラインＬｎが、バイパス回路８０を介して直流電源回路６０における高電位側電源ラインＬａと低電位側電源ラインＬｂに接続されている。すなわち、ＰラインＬｐが逆流防止回路８１の第１ダイオード８２を介して高電位側電源ラインＬａに接続され、ＮラインＬｎが低電位側電源ラインＬｂに接続されている。

本実施形態の電気回路４０は、Ｍ個（但しＭは自然数）の直流電源回路６０を備える。図７に示す例では、Ｍ＝１であるが、電気回路４０は、２個以上のＭ個（但しＭは２以上の自然数）の直流電源回路６０を備えてもよい。直流電源回路６０の構成は、前記第１実施形態と同様である。すなわち、直流電源回路６０は、第１整流回路の一例としての整流回路６１、平滑用のコンデンサ６２、スイッチング回路６３、絶縁トランス６４、第２の整流回路の一例としての整流回路６５及び平滑回路６６を備える。

そして、電気回路４０は、サーボモータ３６の個数Ｎと、直流電源回路６０の個数Ｍとの間に、Ｎ＞Ｍの大小関係が成立する。ここで、サーボモータ３６の個数Ｎは、サーボモータ３６ごとに設けられる変換回路５２１～５２Ｎの個数に等しく、これは変換回路５２１～５２Ｎを構成する平滑コンデンサ５５の個数に等しい。つまり、Ｎ個の平滑コンデンサ５５がバイパス回路８０を介してＭ個の直流電源回路６０に接続されている。具体的には、変換回路５２のＰラインＬｐは、Ｍ個の直流電源回路６０のＭ本の高電位側電源ラインＬａと第１ダイオード８２を介して第１バイパスラインＬ１により接続され、変換回路５２のＮラインＬｎは、Ｍ個の直流電源回路６０のＭ本の低電位側電源ラインＬｂと第２バイパスラインＬ２により接続される。そして、平滑コンデンサ５５の個数Ｎが直流電源回路６０の個数Ｍよりも多く、Ｎ＞Ｍの関係が成立する。図７に示すＭ＝１の例では、平滑コンデンサ５５の個数Ｎが例えば４個（Ｎ＝４）とすると、直流電源回路６０の１個当たりの平滑コンデンサ５５の割り当て数が４個となる。

前記第１実施形態では、サーボモータ３６の個数Ｎと直流電源回路６０の個数ＭとがＮ＝Ｍの関係にあり、直流電源回路６０の１個当たりの平滑コンデンサ５５の割り当て個数が１個である。これに対して、本実施形態では、直流電源回路６０を複数（Ｍ≧２）設けた場合、平滑コンデンサ５５と直流電源回路６０との個数が、Ｎ＞Ｍを満たすので、直流電源回路６０の１個当たりの平滑コンデンサ５５の割り当て数が「１」を超える。よって、Ｎ＞Ｍを満たす本実施形態の電気回路４０は、前記第１実施形態の電気回路４０に比べ、瞬時停電時にＰラインＬｐ及び高電位側電源ラインＬａの電位を高電位に保持できる時間を更に延長することができる。その結果、瞬時停電時に射出成形機１０の運転を継続できる頻度が一層高くなる。

第３実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
（４）サーボドライバ５０は、複数のサーボモータ３６を制御する。変換回路５２は、少なくとも平滑コンデンサ５５及びスイッチング回路の一例としてのインバータ部５６を、複数のサーボモータ３６ごとに備える。複数の平滑コンデンサ５５がバイパス回路８０を介して直流電源回路６０に接続されている。よって、商用交流電源１７の瞬時停電時に、複数の平滑コンデンサ５５に蓄電された電荷による電流が直流電源回路６０に供給されるので、瞬時停電時に射出成形機１０を継続して運転できる頻度が一層高くなる。

（５）射出成形機１０はＮ個（但しＮは２以上の自然数）のサーボモータ３６を備える。電気回路４０は、Ｎ個の変換回路５２１～５２Ｎと、Ｍ個（但しＭは２以上の自然数）の直流電源回路６０とを備える。Ｎ個の平滑コンデンサ５５がバイパス回路８０を介してＭ個の直流電源回路６０に接続されている。Ｎ個はＭ個よりも多い（Ｎ＞Ｍ）。このため、商用交流電源１７の瞬時停電時に、Ｎ個の平滑コンデンサ５５に蓄電された電荷による電流が、Ｎ個よりも少ないＭ個の直流電源回路６０に供給される。よって、瞬時停電時に射出成形機１０を継続して運転できる頻度が一層高まる。

実施形態は、上記に限定されず、以下の態様に変更してもよい。
・変換回路５２は、整流器（コンバータ部５３）と平滑コンデンサ５５とスイッチング回路（インバータ部５６）とを備えれば足り、例えば回生回路５４を備えなくてもよい。

・前記第２実施形態において、外付けされた第２の平滑コンデンサ５９は、複数個でもよい。
・第３実施形態における電動式の射出成形機１０において、第２実施形態と同様にサーボドライバ５０に対して外付けで第２の平滑コンデンサ５９を、平滑コンデンサ５５と並列に接続してもよい。

・前記第３実施形態において、モータごとに設けられた複数の変換回路のそれぞれが有する複数（Ｎ個）の平滑コンデンサ５５のうち一部の平滑コンデンサの容量を、他の平滑コンデンサの容量よりも大きくすることで、瞬時停電時における制御電源電圧Ｖ０の保持時間を延ばしてもよい。

・前記第３実施形態において、直流電源回路６０を複数設けた場合、変換回路５２を構成する平滑コンデンサ５５の個数Ｎと直流電源回路６０の個数Ｍとの組合せは、Ｎ＞Ｍが成立する範囲で適宜変更してもよい。例えば、Ｎ個とＭ個の組合せが、３個と２個の組合せ、４個と２個の組合せ、４個と３個の組合せ、５個と２個の組合せなどでもよい。

・前記第３実施形態において、射出モータ、計量モータ、型締モータ、エジェクタモータ及び移動モータのうち一部のモータに対応する一方の変換回路５２と、他のモータに対応する他方の変換回路５２とが、それぞれ個別にＰライン及びＮラインを有する構成でもよい。この場合、直流電源回路６０を２個設け、一方の変換回路５２と一方の直流電源回路６０とを第１のバイパス回路８０を介して接続し、他方の変換回路５２と他方の直流電源回路６０とを第２のバイパス回路８０を介して接続してもよい。

・前記第３実施形態では、Ｎ＞Ｍとしたが、Ｍ＞Ｎであってもよい。
・サーボモータ３６は、どの種類のモータを用いてもよく、例えばＡＣモータやＤＣモータであってもよい。要するに、モータを駆動するモータドライバが、整流器、平滑コンデンサ及びスイッチング回路を有すれば足りる。

１０…射出成形機、１１…射出装置、１２…型締装置、１５…金型、２１…加熱筒、１７…商用交流電源、２５…計量モータ、２７…ヒータ、３３…油圧回路、３４…油圧ポンプ、３５…切換バルブ回路、３６…モータの一例としてのサーボモータ、４０…電気回路、４１…メインコントローラ、５０…モータドライバの一例としてのサーボドライバ、５２…変換回路、５２１…第１変換回路、５２２…第２変換回路、５２Ｎ…第Ｎ変換回路、５３…整流器の一例として整流回路、５４…回生回路、５５…平滑コンデンサ、５４…回生回路、５６…スイッチング回路の一例としてのインバータ部、５７…回生制御回路、５９…第２の平滑コンデンサ、６０…直流電源回路、６１…第１整流回路の一例としての整流回路、６２…平滑コンデンサ、６３…スイッチング回路、６４…絶縁トランス、６５…第２整流回路の一例としての整流回路、６６…平滑回路、６９…電圧制御回路、７０…ヒータ回路、８０…バイパス回路、８１…逆流防止回路、Ｌｐ…Ｐライン（高電位側電源ライン）、Ｌｎ…Ｎライン（低電位側電源ライン）、Ｌａ…高電位側電源ライン、Ｌｂ…低電位側電源ライン、Ｌｃ…高電位側電源ライン、Ｌｄ…低電位側電源ライン、Ｖａｃ…交流入力電圧、Ｖｐｎ…サーボ電源電圧、Ｖｍ…モータ電圧、Ｖｄｃ…制御電源電圧、Ｖ０…供給電圧の一例である制御電源電圧。

Claims (5)

1. モータを駆動制御するモータドライバを有する射出成形機の電気回路であって、
   商用交流電源から入力した所定電圧の交流を前記モータの制御に用いられる電圧及び周波数に変換する変換回路を有するモータドライバと、
   商用交流電源から入力した所定電圧の交流を前記所定電圧よりも低い供給電圧の直流に変換して出力する直流電源回路と
   を備え、
   前記変換回路は、整流器と平滑コンデンサとスイッチング回路とを備え、
   前記モータドライバと前記直流電源回路は、前記平滑コンデンサから前記直流電源回路へ向かう電流を許容する逆流防止回路を含むバイパス回路を介して接続されていることを特徴とする射出成形機の電気回路。
2. 前記直流電源回路と共通の前記商用交流電源から供給される交流によりヒータを発熱させるヒータ回路を更に備え、
   前記直流電源回路は、前記商用交流電源からの交流を整流に変換する第１整流回路と、ＰＷＭ制御により整流を交流に変換するスイッチング回路と、交流の周波数を変換する絶縁トランスと、変換された周波数の交流を整流に変換する第２整流回路と、整流を供給電圧の直流に平滑化する平滑回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の電気回路。
3. 前記モータドライバに対して、前記平滑コンデンサと並列に第２の平滑コンデンサが外付けされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の射出成形機の電気回路。
4. 前記モータドライバは、複数のモータを制御し、
   前記変換回路は、少なくとも前記平滑コンデンサ及び前記スイッチング回路を、複数の前記モータごとに備え、
   複数の前記平滑コンデンサが前記バイパス回路を介して前記直流電源回路に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の射出成形機の電気回路。
5. 前記直流電源回路は、Ｍ個（但しＭは２以上の自然数）設けられ、
   前記変換回路は、Ｎ個（但しＮは２以上の自然数）設けられ、
   前記Ｎ個の前記平滑コンデンサが前記バイパス回路を介して前記Ｍ個の前記直流電源回路に接続されており、
   前記Ｎ個は前記Ｍ個よりも多いことを特徴とする請求項４に記載の射出成形機の電気回路。

Images