JP5868778B2 - 射出成形機及び電源回生装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源に電力を回生する回生部を備える射出成形機及び電源回生装置に関する。

電源に電力を回生する回生部を備える射出成形機に関する先行技術文献として、例えば特許文献１が知られている。

特開２００４−１５４９６１号公報

しかしながら、従来技術では、電源と電源回生部との間に負荷が構成される場合、電源の停電時に、そのような負荷を動作させることが難しかった。本発明は、電源と電源回生部との間に接続される負荷を電源の停電時でも動作させることができる、射出成形機及び電源回生装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
電源に電力を回生する電源回生部と、
前記電源と前記電源回生部との間に接続される負荷とを備え、
前記電源回生部は、前記負荷を前記電源の停電時に動作させる動作電力を供給する、射出成形機を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明は、
電源に電力を回生する電源回生部と、
前記電源と前記電源回生部との間に接続される負荷と、
前記負荷を前記電源回生部を介して動作させる動作電力を蓄えられる蓄電部とを備える、射出成形機を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明は、
射出成形機に電力を供給する電源に電力を回生する回生部を備える電源回生装置であって、
前記回生部は、前記電源と前記回生部との間に接続される負荷を前記電源の停電時に動作させる動作電力を供給する、電源回生装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明は、
射出成形機に電力を供給する電源に電力を回生する回生部と、
前記電源と前記回生部との間に接続される負荷を前記回生部を介して動作させる動作電力を蓄えられる蓄電部とを備える、電源回生装置を提供するものである。

本発明によれば、電源と電源回生部との間に接続される負荷を電源の停電時でも動作させることができる。

一実施形態の射出成形機の概略的な構成図である。 一実施形態の複数の負荷を示した構成図である。

図１は、本発明の一実施形態である射出成形機１の概略的な構成図である。

射出成形機１は、本例では電動式射出成形機であり、射出用のサーボモータ１１を備える。射出用のサーボモータ１１の回転はボールネジ１２に伝えられる。ボールネジ１２の回転により前後進するナット１３はプレッシャプレート１４に固定されている。プレッシャプレート１４は、ベースフレーム（図示せず）に固定されたガイドバー１５、１６に沿って移動可能である。プレッシャプレート１４の前後進運動は、ベアリング１７、ロードセル１８、射出軸１９を介してスクリュ２０に伝えられる。スクリュ２０は、加熱シリンダ２１内に回転可能に、しかも軸方向に移動可能に配置されている。加熱シリンダ２１におけるスクリュ２０の後部には、樹脂供給用のホッパ２２が設けられている。射出軸１９には、ベルトやプーリ等の連結部材２３を介してスクリュ回転用のサーボモータ２４の回転運動が伝達される。すなわち、スクリュ回転用のサーボモータ２４により射出軸１９が回転駆動されることにより、スクリュ２０が回転する。

計量工程においては、加熱シリンダ２１の中をスクリュ２０が回転しながら後退することにより、スクリュ２０の前部、すなわち加熱シリンダ２１のノズル２１−１側に溶融樹脂が貯えられる。射出工程においては、スクリュ２０の前方に貯えられた溶融樹脂を金型内に充填し、加圧することにより成形が行われる。この時、樹脂を押す力がロードセル１８により反力として検出される。つまり、スクリュ前部における樹脂圧力が検出される。検出された圧力は、ロードセル増幅器２５により増幅され、制御手段として機能するコントローラ２６（制御装置）に入力される。また、保圧工程では、金型内に充填した樹脂が所定の圧力に保たれる。

プレッシャプレート１４には、スクリュ２０の移動量を検出するための位置検出器２７が取り付けられている。位置検出器２７の検出信号は増幅器２８により増幅されてコントローラ２６に入力される。この検出信号は、スクリュ２０の移動速度を検出するためにも使用されてもよい。

サーボモータ１１、２４にはそれぞれ、回転数を検出するためのエンコーダ３１、３２が備えられている。エンコーダ３１、３２で検出された回転数はそれぞれコントローラ２６に入力される。

サーボモータ４２は、型開閉用のサーボモータであり、サーボモータ４４は、成形品突出し（エジェクタ）用のサーボモータである。サーボモータ４２は、例えば、型締め装置を駆動し、可動プラテンを開閉することができる。可動プラテンの開閉によって、金型を閉じる型閉工程、金型を開く型開工程、金型を締め付ける型締め工程が行われる。また、サーボモータ４４は、例えばボールネジ機構を介してエジェクタロッド（図示せず）を移動させることができる。エジェクタロッドの移動によって、成形品を金型から押し出す成形品突き出し工程が行われる。サーボモータ４２、４４にはそれぞれ、回転数を検出するためのエンコーダ４３、４５が備えられている。エンコーダ４３、４５で検出された回転数はそれぞれコントローラ２６に入力される。

コントローラ２６は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、例えば、ＣＰＵ、制御プログラム等を格納するＲＯＭ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイス等を有する。

コントローラ２６は、射出成形機１の成形動作が行われる成形工程において、複数の各工程に応じた電流（トルク）指令をインバータ回路（モータ駆動回路）に送る。インバータ回路は、その指令に従って、射出成形機１の成形動作のために各工程で使用されるサーボモータ１１，２４，４２，４４を駆動する駆動部である。例えば、コントローラ２６は、サーボモータ２４の回転数をインバータ回路５２により制御して計量工程を実現する。また、コントローラ２６は、サーボモータ１１の回転数をインバータ回路５１により制御して射出工程及び保圧工程を実現する。同様に、コントローラ２６は、サーボモータ４２の回転数をインバータ回路５３により制御して型開工程及び型閉工程を実現する。コントローラ２６は、サーボモータ４４の回転数をインバータ回路５４により制御して成形品突き出し工程を実現する。

ユーザインターフェース３５は、型開閉工程、射出工程等の各成形工程のそれぞれに対して、成形条件を設定可能な入力設定部を備える。その他、ユーザインターフェース３５は、ユーザからの各種指示を入力する入力部を備えると共に、ユーザに対して各種情報を出力する出力部（例えば表示部）を備える。

射出成形機１における成形工程の１サイクルは、典型的には、金型を閉じる型閉工程と、金型を締め付ける型締め工程と、金型のスプル（図示せず）にノズル２１−１を押しつけるノズルタッチ工程と、加熱シリンダ２１内のスクリュ２０を前進させて、スクリュ２０前方に溜まった溶融材料を金型キャビティ（図示せず）内に射出する射出工程と、その後、気泡、ヒケの発生を抑制するために保持圧力をしばらくかける保圧工程と、金型キャビティ内に充填された溶融材料が冷却されて固まるまでの間の時間に次のサイクルのために、スクリュ２０を回転させて、樹脂を溶融しながら加熱シリンダ２１の前方にため込む計量工程と、固化された成形品を金型から取り出すために、金型を開く型開工程と、成形品を金型に設けられた突出しピン（図示せず）によって押し出す成形品突き出し工程とを含んでいる。

射出成形機１は、電源１００から供給される交流電力に基づいて、コンバータ回路８０及びインバータ回路５１，５２，５３，５４を介して、サーボモータ１１，２４，４２，４４に電力を供給する。そして、射出成形機１は、サーボモータ１１，２４，４２，４４によって発生した回生電力を、インバータ回路５１，５２，５３，５４及びコンバータ回路８０を介して、電源１００に回生する機能を有する。このような回生機能によって、射出成形機１の省エネルギー化を図ることができる。

電源１００は、例えば、工場設備などの、射出成形機１の外部に設けられた交流電源である。電源１００は、例えば、所定の電圧（例えば、２００Ｖ又は４００Ｖ）の正弦波交流電力を一定の周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）で出力する商用電源である。

インバータ回路５１，５２，５３，５４は、コンバータ回路８０からＤＣリンク６０を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力に基づいて、サーボモータ１１，２４，４２，４４を駆動する駆動部である。インバータ回路５１，５２，５３，５４は、例えば、コンバータ回路８０から出力されＤＣリンク６０を介して供給される直流電流を、三相交流電流に変換する。

インバータ回路５１，５２，５３，５４は、サーボモータ１１，２４，４２，４４によって発生した交流の回生電力を直流の回生電力に変換し、変換後の直流の回生電力をＤＣリンク６０の蓄電装置７０及びコンバータ回路８０に供給する。インバータ回路５１，５２，５３，５４は、例えば、サーボモータ１１，２４，４２，４４から供給される三相交流電流を、直流電流に変換する。

インバータ回路５１，５２，５３，５４は、ＤＣリンク６０の直流電源ライン６２に対して、互いに並列に接続されている。インバータ回路５１，５２，５３，５４は、直流電力と三相交流電力との間で双方向に変換する場合、例えば６個のパワートランジスタで構成される三相ブリッジ回路を含むものであるとよい。

ＤＣリンク６０は、コンバータ回路８０の直流出力側とインバータ回路５１，５２，５３，５４の直流入力側との間に設けられた直流電源経路部である。ＤＣリンク６０は、直流電源ライン６１，６２，６３と、平滑回路７６と、蓄電装置７０とを備えている。

直流電源ライン６１，６２，６３は、コンバータ回路８０とインバータ回路５１，５２，５３，５４と蓄電装置７０との間を流れる直流電流の伝達経路である。直流電源ライン６１，６２，６３は、それぞれ、例えば、送電ラインとグランドライン等の基準ラインとの一対の電源ラインから構成される。

平滑回路７６は、直流電源ライン６１，６２，６３の直流電圧を平滑させる回路である。平滑回路７６は、例えば、電解コンデンサを電圧平滑用キャパシタとして有している。ＤＣリンク６０の直流電源ライン６１，６２，６３のＤＣリンク電圧Ｖｄｃは、例えば平滑回路７６の電圧平滑用キャパシタの両端電圧に相当する。ＤＣリンク電圧Ｖｄｃの検出値は、コントローラ２６に入力される。

蓄電装置７０は、サーボモータ１１，２４，４２，４４を正常に回転動作させることが可能な大きさの電力を蓄えられる蓄電部である。蓄電装置７０の蓄電可能容量は、平滑回路７６の蓄電可能容量よりも十分大きく、平滑回路７６に蓄えられる電力では、蓄電装置７０に蓄えられる電力に比べて、サーボモータ１１，２４，４２，４４を長時間正常に回転動作させることができない。蓄電装置７０は、例えば、バッテリ、電気二重層キャパシタなどを有している。電気二重層キャパシタを採用することによって、回生電力を充電可能な容量を確保しつつ、蓄電装置７０が大型化することを抑えることができる。

射出成形機１は、サーボモータ１１，２４，４２，４４によって発生した回生エネルギーを、インバータ回路５１，５２，５３，５４及びＤＣリンク６０を介して、蓄電装置７０に充電する機能を有している。そして、射出成形機１は、蓄電装置７０からの放出エネルギーを、ＤＣリンク６０及びインバータ回路５１，５２，５３，５４を介して、サーボモータ１１，２４，４２，４４に供給する機能を有している。さらに、射出成形機１は、蓄電装置７０からの放出エネルギーを、コンバータ回路８０を介して、負荷１１０に供給する機能を有している。これらの機能によって、電源１００からの給電量を減らすことができるため、射出成形機１の省エネルギー化を図ることができる。

コンバータ回路８０は、電源１００に接続される交流電源経路部１２０とインバータ回路５１，５２，５３，５４に接続されるＤＣリンク６０との間に設けられた電源回生コンバータ（電源回生装置）である。コンバータ回路８０は、電源１００から交流電源経路部１２０を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力をＤＣリンク６０の蓄電装置７０及びインバータ回路５１，５２，５３，５４に供給する。そして、コンバータ回路８０は、インバータ回路５１，５２，５３，５４及びＤＣリンク６０の蓄電装置７０から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を電源１００及び負荷１１０に交流電源経路部１２０を介して供給する。特に、コンバータ回路８０は、負荷１１０を正常に動作させることが可能な大きさの電力を、蓄電装置７０及び／又はインバータ回路５１，５２，５３，５４からの直流電力に基づいて、負荷１１０に供給することができる。

コンバータ回路８０は、例えば、モータの力行／回生時に、交流電力と直流電力との間を双方向に変換する、６個のパワートランジスタで構成される三相ブリッジ回路（力行及び電源回生部）を含む回路であるとよい。コンバータ回路８０は、モータが力行するときには、主に三相ブリッジ回路を構成するパワートランジスタに並列に接続されたダイオードによって、交流電源経路部１２０に流れる交流電流を直流電流に整流する。

また、コンバータ回路８０は、力行経路と回生経路を並列に有するものでもよい。例えば、力行経路には、交流電源経路部１２０から供給される交流電力を直流電力に変換するダイオードブリッジ回路が挿入され、回生経路には、ＤＣリンク６０から供給される直流電力を交流電力に変換するブリッジ回路が挿入される。

交流電源経路部１２０は、電源１００とコンバータ回路８０との間を接続する電力ライン部であって、電源１００とコンバータ回路８０との間の交流電力が伝達する。交流電源経路部１２０は、交流電源ライン１２１，１２３を有している。交流電源ライン１２１，１２３は、例えば、Ｒ，Ｓ，Ｔの三相の電流経路から構成されている。

コンバータ回路８０は、蓄電装置７０及び／又はインバータ回路５１，５２，５３，５４からの直流電力を交流電力に変換することによって、負荷１１０を電源１００の停電時に動作させる交流の動作電力を負荷１１０に対して供給する。このような動作電力が電源１００の停電時に負荷１１０に対して供給されることにより、電源１００に停電が発生しても、負荷１１０を継続的に正常動作させることができる。

特に、コントローラ２６は、電源１００の停電発生が検出されたとき、コンバータ回路８０から供給される電力が電源１００に回生されないように、交流電源経路部１２０をスイッチ６５によって遮断すると好適である。スイッチ６５は、電源１１０の停電が負荷１１０の動作中に検出されたとき、交流電源経路部１２０を遮断する遮断部である。スイッチ６５によって交流電源経路部１２０が遮断されることにより、コンバータ回路８０から供給される電力が電源１００に供給されないため、負荷１１０をコンバータ回路８０を介して動作させる動作電力を、負荷１１０に対して効率良く供給できる。

コントローラ２６を少なくとも含む負荷１１０は、スイッチ６５によって交流電源経路部１２０が遮断された状態でコンバータ回路８０から給電可能なように、スイッチ６５に対してコンバータ回路８０側で交流電源経路部１２０に接続されているとよい。スイッチ６５は、電源１００と負荷１１０との間の交流電源経路部１２０を遮断する。

スイッチ６５は、交流電源経路部１２０の遮断／導通を選択的に切り替える部材である。交流電源経路部１２０がスイッチ６５のオフにより遮断されることによって、電源１００とコンバータ回路８０との間の送電を止めることができる。スイッチ６５の具体例として、サイリスタ、接触器、トランジスタ等の半導体スイッチング素子、リレーなどが挙げられる。

コントローラ２６は、例えば、交流電源経路部１２０の実効又はピーク電圧が所定値以下まで低下した状態を、電源１００の停電状態として検出するとよい。コントローラ２６は、スイッチ６５に対して電源１００側の交流電源ライン１２３の電圧を検出する電圧検出部７２によって、電源１００の停電を検出してもよいし、スイッチ６５に対してコンバータ回路８０側の交流電源ライン１２１の電圧を検出する電圧検出部７３によって、電源１００の停電を検出してもよい。

コントローラ２６は、交流電源経路部１２０に流れる交流電流を電流検出部７４によって検出してもよい。コントローラ２６は、電源１００の停電が検出された場合、電流検出部７４に検出された交流電流の実効値が零になるようにコンバータ回路８０を制御してから、スイッチ６５を遮断してもよい。これにより、スイッチ６５に流れる実効電流を零にできるため、スイッチ６５がサイリスタでも遮断できる。

また、コントローラ２６は、交流電源経路部１２０がスイッチ６５によって遮断されている状態で電圧検出部７２によって検出された電圧に基づいて、電源１００の停電からの復帰を検出してもよい。コントローラ２６は、例えば、電圧検出部７２によって検出された交流電源経路部１２０の交流電源ライン１２３の実効又はピーク電圧が所定値以上のとき、電源１００が停電状態から復帰したと検出する。コントローラ２６は、電源１００の停電からの復帰を検出した場合、電圧検出部７２によって検出された電圧と電圧検出部７３によって検出された電圧の位相が一致するようにコンバータ回路８０を動作させてから、スイッチ６５をオンする。これにより、交流電源経路部１２０の位相がずれることを防止できる。

図２は、負荷１１０に含まれる具体例を示した図である。負荷１１０は、コントローラ２６と、周辺装置１１１と、射出装置移動用モータ１１２と、ヒータ１１３とを有している。周辺装置１１１の具体例として、取出し機、樹脂供給装置、フープ送り装置などが挙げられる。射出装置移動用モータ１１２は、その駆動回路としてインバータが不要なモータである。ヒータ１１３は、図１に示したスクリュ２０を収容する加熱シリンダ２１の温度を所定値に上昇させるための加熱装置である。

スイッチ７５は、交流電源経路部１２０の交流電源ライン１２１の遮断／導通を選択的に切り替える部材である。交流電源ライン１２１がスイッチ７５のオフにより遮断されることによって、電源１００及び負荷１１０とコンバータ回路８０との間の送電を止めることができる。スイッチ７５の具体例として、サイリスタ、接触器、トランジスタ等の半導体スイッチング素子、リレーなどが挙げられる。

コントローラ２６は、スイッチ６５をオフからオンに切り替えてから所定の時間経過時に（例えば、コントローラ２６の起動が完了した時）、スイッチ７５をオフからオンに切り替えるとよい。スイッチ７５がオフしていることにより、スイッチ６５がオンしても、電源１００から供給される電力がコンバータ回路８０に供給されることを防止できる。その結果、コンバータ回路８０の異常な制御を防止できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、置換、組み合わせを加えることができる。

例えば、図２において、電源１００の停電時にコンバータ回路８０から電力供給が受けられる負荷を選択できるように、コンバータ回路８０からの電力が電源１００に供給されることを遮断する遮断部は、交流電源経路部１２０を遮断可能なスイッチ６５を複数の負荷間に一又は二以上有してもよい。

例えば、第１の負荷が交流電源ライン１２１に第１の接続点で接続され、第２の負荷が交流電源ライン１２１に第１の接続点よりも電源１００側の第２の接続点で接続される場合、交流電源ライン１２１を遮断可能なスイッチを第１の接続点と第２の接続点との間に挿入配置する。これにより、電源１００の停電時にコンバータ回路８０から電力供給を受けられる負荷として、第１の負荷を選択することが可能であり、第２の負荷は、電源１００の停電時にコンバータ回路８０から電力供給を受けられないようにすることが可能である。

具体的には、交流電源ライン１２１を遮断可能なスイッチを接続点ｂ１とｂ２との間に挿入することによって、電源１００の停電時にコンバータ回路８０から電力供給が受けられる負荷をコントローラ２６のみにすることができる。また、例えば、交流電源ライン１２１を遮断可能なスイッチを、接続点ｂ１とｂ２との間及び接続点ｂ２とｂ３との間に挿入してもよい。これにより、電源１００の停電時にコンバータ回路８０から電力供給が受けられる負荷をコントローラ２６及び周辺装置１１１にすることができる。

また、複数の負荷間に挿入されるスイッチ６５として、交流電源ライン１２１を遮断可能なスイッチが、全ての負荷間及び負荷と電源との間に配置されてもよい。これによって、電源１００の停電時にコンバータ回路８０から出力される電力を、コンバータ回路８０の近い側から順番に、どの負荷まで供給させるのかを選択することができる。

また、複数の負荷間に挿入されるスイッチ６５として、負荷が交流電源ライン１２１に接続される接続点と当該負荷との間の交流電源ラインを遮断可能なスイッチが、当該交流電源ラインに配置されてもよい（この場合、電源１００と接続点ｂ４との間の交流電源ラインを遮断可能なスイッチも必要である）。これによって、電源１００から又は電源１００の停電時にコンバータ回路８０から出力される電力を、どの負荷に供給させるのかを選択することができる。例えば、ヒータ１１３と接続点ｂ４との間にスイッチが挿入された場合、電源１００から又は電源１００の停電時にコンバータ回路８０から出力される電力を、ヒータ１１３に供給させるか否かを選択できる。また、周辺装置１１１と接続点ｂ２との間にスイッチが挿入された場合、電源１００から又は電源１００の停電時にコンバータ回路８０から出力される電力を、周辺装置１１１に供給させるか否かを選択できる。

１ 射出成形機
１１ サーボモータ
１２ ボールネジ
１３ ナット
１４ プレッシャプレート
１５，１６ ガイドバー
１７ ベアリング
１８ ロードセル
１９ 射出軸
２０ スクリュ
２１ 加熱シリンダ
２１−１ ノズル
２２ ホッパ
２３ 連結部材
２４ サーボモータ
２５ ロードセル増幅器
２６ コントローラ
２７ 位置検出器
２８ 増幅器
３１，３２ エンコーダ
３５ ユーザインターフェース
４２ サーボモータ
４４ サーボモータ
４３，４５ エンコーダ
５１，５２，５３，５４ インバータ回路
６０ ＤＣリンク
６１，６２，６３ 直流電源ライン
６５ スイッチ
７０ 蓄電装置
７１，７２，７３ 電圧検出部
７４ 電流検出部
７５ スイッチ
７６ 平滑回路
８０ コンバータ回路
１００ 電源
１１０ 負荷
１２０ 交流電源経路部

Claims (11)

1. 電源に電力を回生する電源回生部と、
   前記電源と前記電源回生部との間に接続される負荷とを備え、
   前記電源回生部は、前記負荷を前記電源の停電時に動作させる動作電力を供給する、射出成形機。
2. 前記動作電力を蓄えられる蓄電部を備える、請求項１に記載の射出成形機。
3. 電源に電力を回生する電源回生部と、
   前記電源と前記電源回生部との間に接続される負荷と、
   前記負荷を前記電源回生部を介して動作させる動作電力を蓄えられる蓄電部とを備える、射出成形機。
4. 前記動作電力は、前記負荷を前記電源の停電時に動作させる電力である、請求項３に記載の射出成形機。
5. モータと、
   前記モータを駆動する駆動部とを備え、
   前記動作電力は、前記モータから前記駆動部を介して回生される電力である、請求項１から４のいずれか一項に記載の射出成形機。
6. 前記動作電力が前記電源に供給されることを遮断する遮断部を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の射出成形機。
7. 前記遮断部は、前記電源と前記負荷との間の電源経路を遮断する、請求項６に記載の射出成形機。
8. 前記負荷を複数備え、
   前記遮断部は、前記負荷間の電源経路を遮断する、請求項６又は７に記載の射出成形機。
9. 前記負荷は、成形動作を制御する制御装置を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の射出成形機。
10. 射出成形機に電力を供給する電源に電力を回生する回生部を備える電源回生装置であって、
    前記回生部は、前記電源と前記回生部との間に接続される負荷を前記電源の停電時に動作させる動作電力を供給する、電源回生装置。
11. 射出成形機に電力を供給する電源に電力を回生する回生部と、
    前記電源と前記回生部との間に接続される負荷を前記回生部を介して動作させる動作電力を蓄えられる蓄電部とを備える、電源回生装置。

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