JP2006021406A

JP2006021406A - オンライブレンド式成形システムの運転状態監視方法および装置

Info

Publication number: JP2006021406A
Application number: JP2004200821A
Authority: JP
Inventors: Katsuhito Ogura; 勝仁小椋
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】機械操作時に、オペレータがアキュームレータ装置の樹脂貯蔵具合を容易に把握できるようこと。
【解決手段】押出機の単位時間あたりの樹脂供給量と射出成形機の単位時間あたりの樹脂消費量との差分と、射出成形機のサイクルタイムに基づいて射出成形機の１サイクルタイム毎に生じる余剰樹脂容積を算出し、当該１サイクルタイム毎の余剰樹脂容積とアキュームレータ装置の許容容量よりアキュームレータ装置が容量オーバを起こさない範囲内で射出成形可能な最大ショット数を算出し、算出した最大ショット数の表示と、最大ショット数を１ショット毎にダウンカウントして得られる射出成形可能な残りショット数の表示を行う。
【選択図】図２

Description

この発明は、オンライブレンド式成形システムの運転状態監視方法および装置に関し、特に、オンライブレンド式成形システムを好適に運転するための運転状態監視方法および装置に関するものである。

プラステック製品の製品材料としては、一般に、原油などを原材料とし、モノマーを化学的に重合して樹脂粉体材料（粉状のポリマー）を作り、粉状ポリマーを押出機によって加熱溶融して、いったん、ペレット体様に造粒したものが使用される。プラスチック成形製品は、このような押出機による造粒を経たペレットを原材料として用い、射出成形機によりペレットを加熱再溶融して射出成形する。

ところで、近年、省エネルギーのため、押出機による独立した造粒工程を省略（ペレット化の省略）して、押出機によって加熱溶融された製品原料をそのまま射出成形機の製品材料として使用するプラスチック製品製造技術が開発されている。これは、オンラインブレンド法、あるいはＳＰＭ（ＳｉｍｐｌｅＰｌａｓｔｉｃＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）法などと呼ばれて注目されている。

このようなＳＰＭ成形システムでは、樹脂可塑化を押出機を用いて行う。このような場合、押出機は、連続運転が基本で、可塑化装置とも呼ばれる。このため、射出成形機の計量動作時以外の時は、押出機で可塑化された樹脂の行き場がなくなる。以下、この行き場がなく溶融樹脂を余剰樹脂と云う。

上述したように、押出機の連続運転において、余剰樹脂が生じるため、押出機と射出成形機との間に、アキュームレータ装置と呼ばれる樹脂の一時貯めを設け、余剰樹脂をアキュームレータ装置に貯めることが行われる（例えば、特許文献１、２）。

アキュームレータ装置は、シリンダ／ピストン機構のものを用いられ、シリンダによるアキュームレータ室に余剰樹脂を貯め、排出する。アキュームレータ装置は自動制御されているが、シリンダ内のピストン位置は目視観察するしかなく、機械操作時には、アキュームレータ室の樹脂の貯蔵（貯容）具合をオペレータが知ることは困難であった。

このため、射出成形機サイドの成形条件との関連においては、押出機とアキュームレータ装置側の原料生産能力と、製品の成形サイクルで必要とする材料の量との関係が相違するため、アキュームレータ装置の容量オーバなどが発生してしまうようなこともあった。
特開平４‐２８６６１７号公報特開平７−０５２２１２号公報

この発明が解決しようとする課題は、機械操作時に、オペレータがアキュームレータ装置の樹脂貯蔵具合を容易に把握できるようにし、アキュームレータ装置を容量オーバ状態に陥らせることなくオンライブレンド式成形システムを好適に運転することである。

この発明によるオンライブレンド式成形システムの運転状態監視方法は、樹脂材料の可塑化を押出機によって行い、当該押出機によって可塑化された溶融樹脂を当該押出機より射出成形機に供給し、前記押出機と前記射出成形機とを接続する樹脂流路の途中に、前記押出機より吐出される溶融樹脂の余剰分を貯容するアキュームレータ装置が設けられているオンライブレンド式成形システムの運転状態監視方法において、前記押出機の単位時間あたりの樹脂供給量と前記射出成形機の単位時間あたりの樹脂消費量との差分と、前記射出成形機のサイクルタイムに基づいて、前記射出成形機の１サイクルタイム毎に生じる余剰樹脂容積を算出し、当該１サイクルタイム毎の余剰樹脂容積と前記アキュームレータ装置の許容容量より当該アキュームレータ装置が容量オーバを起こさない範囲内で射出成形可能な最大ショット数を算出し、算出した最大ショット数の表示と、前記最大ショット数を１ショット毎にダウンカウントして得られる射出成形可能な残りショット数の表示の少なくともいずれか一方を行う。

この発明によるオンライブレンド式成形システムの運転状態監視装置は、樹脂材料の可塑化を押出機によって行い、当該押出機によって可塑化された溶融樹脂を当該押出機より射出成形機に供給し、前記押出機と前記射出成形機とを接続する樹脂流路の途中に、前記押出機より吐出される溶融樹脂の余剰分を貯容するアキュームレータ装置が設けられているオンライブレンド式成形システムの運転状態監視装置において、前記押出機の単位時間あたりの樹脂供給量と前記射出成形機の単位時間あたりの樹脂消費量との差分と、前記射出成形機のサイクルタイムに基づいて、前記射出成形機の１サイクルタイム毎に生じる余剰樹脂容積を算出する余剰樹脂容積算出手段と、前記余剰樹脂容積算出手段によって算出された１サイクルタイム毎の余剰樹脂容積と前記アキュームレータ装置の許容容量より当該アキュームレータ装置が容量オーバを起こさない範囲内で射出成形可能な最大ショット数を算出する最大ショット数算出手段と、前記最大ショット数算出手段によって算出された最大ショット数の表示を行う表示手段とを有する。

また、この発明によるオンライブレンド式成形システムの運転状態監視装置は、樹脂材料の可塑化を押出機によって行い、当該押出機によって可塑化された溶融樹脂を当該押出機より射出成形機に供給し、前記押出機と前記射出成形機とを接続する樹脂流路の途中に、前記押出機より吐出される溶融樹脂の余剰分を貯容するアキュームレータ装置が設けられているオンライブレンド式成形システムの運転状態監視装置において、前記押出機の単位時間あたりの樹脂供給量と前記射出成形機の単位時間あたりの樹脂消費量との差分と、前記射出成形機のサイクルタイムに基づいて、前記射出成形機の１サイクルタイム毎に生じる余剰樹脂容積を算出する余剰樹脂容積算出手段と、前記余剰樹脂容積算出手段によって算出された１サイクルタイム毎の余剰樹脂容積と前記アキュームレータ装置の許容容量より当該射出成形可能な最大ショット数を算出する最大ショット数算出手段と、前記最大ショット数算出手段によって算出された最大ショット数を１ショット毎にダウンカウントして射出成形可能な残りショット数を算出する残りショット数算出手段と、前記残りショット数算出手段によって算出された残りショット数の表示を行う表示手段とを有する。

この発明によるオンライブレンド式成形システムの運転状態監視方法、装置は、供給過剰の場合には、押出機側の運転条件と射出成形機側の運転条件から、現状の成形条件（運転条件）で、アキュームレータ装置が容量オーバを起こさない範囲内で、何ショット、成形可能であるかの計算を行い、ショット数を表示する。これにより、機械操作時に、オペレータがアキュームレータ装置の樹脂貯蔵具合を的確に把握でき、成形条件の変更や、成形条件の破綻前の変更や停止などの対策が可能となり、より安全な機械運用が可能となる。

この発明による運転状態監視装置が適用されるオンライブレンド式成形システムの一つ実施の形態を、図１を参照して説明する。

この実施形態のオンライブレンド式成形システムは、定量フィーダ１０と、押出機２０と、アキュームレータ装置３０と、射出成形機４０とを有する。

定量フィーダ１０は、樹脂原料投入用のホッパ１１と、電動モータ１２によって回転駆動される送りスクリュ１３を含む樹脂原料フィーダ部１４とを有する。

定量フィーダ１０は、マイクロコンピュータ等による電子制御式の供給側コントローラ５０に設定した材料供給条件（指示値）より単位時間あたりの材料供給量Ｑｍ（ｋｇ／ｈ）を操作可能に設定される。

押出機２０は、定量フィーダ１０より樹脂原料を供給されるホッパ２１と、電動モータ２２、歯車装置２３によって回転駆動される２軸の可塑化スクリュ２４を含む可塑化部２５とを有する。

押出機２０は、供給側コントローラ５０に設定した押出機運転条件により、定量フィーダ１０と同期運転される。

アキュームレータ装置３０は、シリンダ／ピストン機構のもので、シリンダ部３１と、ピストン３２と、ピストン駆動用流体圧シリンダ装置３３とを有し、シリンダ部３１内にアキュームレータ室３４を画定している。なお、ピストン３２の駆動は、ピストン駆動用流体圧シリンダ装置３３に代えて、サーボモータやリニアモータ等の電動モータによって行うこともできる。

アキュームレータ室３４は、樹脂流路２７によって押出機２０の吐出口２６と連通接続され、吐出口２６より可塑化した溶融樹脂を受け入れ、供給側コントローラ５０によって従来のものと同等に自動制御される。

射出成形機４０は、流体圧シリンダ装置（射出駆動部）４１によって駆動される射出プランジャ４２を含む樹脂計量室（射出バレル）４３と、射出側逆止弁４４を含むノズル４５とを有する。なお、射出成形機４０は、射出プランジャ４２がサーボモータやリニアモータ等の電動モータによって駆動される電動式のものであってもよい。

樹脂計量室４３は、途中に供給側逆止弁３５を有す樹脂流路３６によってアキュームレータ室３４と連通接続され、アキュームレータ室３４より可塑化した溶融樹脂を供給され、射出プランジャ４２の後退移動によって１ショット分の溶融樹脂の計量を行い、射出プランジャ４２の前進移動によってノズル４５より成形金型（図示省略）へ溶融樹脂を射出する。

射出成形機４０は、マイクロコンピュータ等による電子制御式の射出成形側コントローラ６０に設定した射出成形条件（運転条件）により、計量ストロークＭｓ、サイクルタイムＴｓ等を設定、制御される。

上述の構成によるオンライブレンド式成形システムでは、定量フィーダ１０より押出機２０に供給された樹脂原料は、押出機２０によって可塑化され、溶融樹脂として、樹脂流路２７、アキュームレータ室３４を通って射出成形機４０の樹脂計量室４３に導かれる。このとき、射出側逆止弁４４は閉じ、供給側逆止弁３５は開いている。

樹脂計量室４３に供給された溶融樹脂の樹脂圧によって射出プランジャ４２が押し下げられ（後退移動）、樹脂計量が進む。射出プランジャ４２の後退ストロークにより決まる必要量の溶融樹脂の計量がされると、流体圧シリンダ装置４１によって射出プランジャ４２が前進駆動され、樹脂計量室４３内の溶融樹脂がノズル４５より図示しない成形金型内に射出される。このとき、射出側逆止弁４４は開いており、供給側逆止弁３５は閉じている。これにより、射出圧力が押出機２０側に加わることが防止される。

この射出工程の間も、押出機２０は、連続運転によって樹脂の可塑化を連続して行っているため、アキュームレータ室３４内に押出機２０よりの溶融樹脂が貯まっていき、これに応じてアキュームレータ装置３０のピストン３２が押し上げられていく。

射出工程が完了し、再び計量動作が開始されると、供給側逆止弁３５が開き、射出側逆止弁４４が閉じ、アキュームレータ装置３０のピストン３２がピストン駆動用流体圧シリンダ装置３３によって押され、保圧、冷却動作中にアキュームレータ室３４に貯められた溶融樹脂が射出成形機４０の樹脂計量室４３に押し込まれる。さらに、押出機２０から吐出された溶融樹脂も樹脂計量室４３に供給され、樹脂計量が完了する。このようにしてサイクルは完了する。

この実施形態のオンライブレンド式成形システムは、運転状態監視処理装置７０を有する。運転状態監視処理装置７０は、コンピュータ方式のものであり、キーボート等による入力手段７１と、ＣＲＴやＬＣＤ等による表示器７２を接続されている。また、運転状態監視処理装置７０は、ＬＡＮ１００によって、供給側コントローラ５０と射出成形側コントローラ６０の双方に、各々、双方向にデータ通信可能に接続されている。

運転状態監視処理装置７０は、ソウトウェア処理により、余剰樹脂容積算出部７５と、最大ショット数算出部７６と、残りショット数算出部７７を具現化する。

余剰樹脂容積算出部７５は、押出機２０の単位時間あたりの樹脂供給量Ｑｅ（ｋｇ／ｈ）と射出成形機４０の単位時間あたりの樹脂消費量Ｑｓ（ｋｇ／ｈ）との差分と、射出成形機４０のサイクルタイムＴｃに基づいて、射出成形機４０の１サイクルタイム毎に生じる余剰樹脂容積Ｖｏを算出する。

押出機２０の単位時間あたりの樹脂吐出量Ｑｅは、定量フィーダ１１０からの単位時間あたりの材料供給量Ｑｍにほぼ等しい。定量フィーダ１０からの材料供給量Ｑｍは、単位時間あたりの材料供給量（ｋｇ／ｈ）で表される。材料供給量Ｑｍは、供給側コントローラ５０に設定した材料供給条件値（指示値）より分かるから、余剰樹脂容積算出部７５は、供給側コントローラ５０より、オンラインあるいはオフラインで、材料供給量Ｑｍを入力し、材料供給量Ｑｍを樹脂吐出量Ｑｅとする。

余剰樹脂容積算出部７５は、射出成形機４０の単位時間あたりの樹脂消費量Ｑｓを、次の手順で算出する。

射出成形機４０の１ショットに要する時間、すなわちサイクルタイムＴｃと、１ショットでの樹脂射出量（樹脂消費重量）Ｗｓ（ｋｇ）から、Ｗ／Ｔｃの演算により、単位時間あたりの樹脂消費量Ｑｓ（ｋｇ／ｈ）を算出する。

１ショットでの樹脂射出量Ｗｓは、使用樹脂の比重γ（ｋｇ／ｍ^３）と、射出成形機４０の計量ストロークＭｓ（ｍ）より算出することができる。使用樹脂の比重γは、入力手段７１による入力操作によってパラメータ設定される。射出成形機４０の計量ストロークＭｓ（ｍ）は、射出成形側コントローラ６０より、オンラインあるいはオフラインで入力することができる。なお、１ショットでの樹脂射出量Ｗは、その他の演算法や実測値によって得ることもできる。

時間あたりの樹脂吐出量Ｑｅと、時間あたりの樹脂消費量Ｑｓとを比較し、Ｑｍ＝Ｑｓであれば問題はないが、Ｑｅ＞Ｑｓであると、（Ｑｍ−Ｑｓ）×Ｔｃ＝Ｗｏ（ｋｇ）で表される過剰供給樹脂が生じる。過剰供給樹脂重量Ｗｏと使用樹脂の比重γとの演算、すなわち、Ｗｏ／γより、射出成形機４０の１サイクルタイム毎に生じる余剰樹脂容積Ｖｏが算出される。

最大ショット数算出部７６は、余剰樹脂容積算出部７５によって算出された１サイクルタイム毎の余剰樹脂容積Ｖｏとアキュームレータ装置３０の許容容量Ｖａより、Ｖａ／Ｖｏの演算により、アキュームレータ装置３０が空状態から容量オーバを起こさない範囲内で射出成形可能な最大ショット数Ｓｍａｘを算出する。なお、Ｖａ／Ｖｏの演算結果が整数でない場合、小数点以下の切り捨てを行い、最大ショット数Ｓｍａｘは常に整数で表される。

残りショット数算出部７７は、ダウンカウンタであり、最大ショット数算出部７６によって算出された最大ショット数Ｓｍａｘを１ショット毎にダウンカウント（Ｓｍａｘ−１）して射出成形可能な残りショット数Ｓｒを算出する。

運転状態監視処理装置７０は、最大ショット数算出部７６によって算出された最大ショット数Ｓｍａｘと、残りショット数算出部７７によって算出された残りショット数Ｓｒを画面表示するための描画出力処理を行う。これにより、図２に示されているように、表示器７２に、最大ショット数Ｓｍａｘと残りショット数Ｓｒとの表示が行われる。

これにより、機械操作時に、オペレータが表示器７２を見るだけで、アキュームレータ装置３０の樹脂貯蔵具合を的確に把握でき、成形条件の変更や、成形条件の破綻前の変更や停止などの対策が可能となり、より安全な機械運用が可能となる。

なお、残りショット数Ｓｒがゼロになった時に、警告音を出したり、供給側コントローラ５０に強制停止指令を出して、定量フィーダ１０、押出機２０を自動停止させることもできる。

この発明による運転状態監視装置が適用されるオンライブレンド式成形システムの一つ実施の形態を示すシステム構成図である。この発明によるオンライブレンド式成形システムの運転状態監視装置の表示器の表示例を示す説明図である。

符号の説明

１０定量フィーダ
１１ホッパ
１２電動モータ
１３送りスクリュ
１４樹脂原料フィーダ部
２０押出機
２１ホッパ
２２電動モータ
２３歯車装置
２４可塑化スクリュ
２５可塑化部
２６吐出口
２７樹脂流路
３０アキュームレータ装置
３１シリンダ部
３２ピストン
３３ピストン駆動用流体圧シリンダ装置
３４アキュームレータ室
３５供給側逆止弁
３６樹脂流路
４０射出成形機
４１流体圧シリンダ装置
４２射出プランジャ
４３樹脂計量室
４４射出側逆止弁
４５ノズル
５０供給側コントローラ
６０射出成形側コントローラ
７０運転状態監視処理装置
７１入力手段
７２表示器
７５余剰樹脂容積算出部
７６最大ショット数算出部
７７残りショット数算出部
１００ＬＡＮ

Claims

樹脂材料の可塑化を押出機によって行い、当該押出機によって可塑化された溶融樹脂を当該押出機より射出成形機に供給し、前記押出機と前記射出成形機とを接続する樹脂流路の途中に、前記押出機より吐出される溶融樹脂の余剰分を貯容するアキュームレータ装置が設けられているオンライブレンド式成形システムの運転状態監視方法において、
前記押出機の単位時間あたりの樹脂供給量と前記射出成形機の単位時間あたりの樹脂消費量との差分と、前記射出成形機のサイクルタイムに基づいて、前記射出成形機の１サイクルタイム毎に生じる余剰樹脂容積を算出し、
当該１サイクルタイム毎の余剰樹脂容積と前記アキュームレータ装置の許容容量より当該アキュームレータ装置が容量オーバを起こさない範囲内で射出成形可能な最大ショット数を算出し、算出した最大ショット数の表示と、前記最大ショット数を１ショット毎にダウンカウントして得られる射出成形可能な残りショット数の表示の少なくともいずれか一方を行うオンライブレンド式成形システムの運転状態監視方法。
樹脂材料の可塑化を押出機によって行い、当該押出機によって可塑化された溶融樹脂を当該押出機より射出成形機に供給し、前記押出機と前記射出成形機とを接続する樹脂流路の途中に、前記押出機より吐出される溶融樹脂の余剰分を貯容するアキュームレータ装置が設けられているオンライブレンド式成形システムの運転状態監視装置において、
前記押出機の単位時間あたりの樹脂供給量と前記射出成形機の単位時間あたりの樹脂消費量との差分と、前記射出成形機のサイクルタイムに基づいて、前記射出成形機の１サイクルタイム毎に生じる余剰樹脂容積を算出する余剰樹脂容積算出手段と、
前記余剰樹脂容積算出手段によって算出された１サイクルタイム毎の余剰樹脂容積と前記アキュームレータ装置の許容容量より当該アキュームレータ装置が容量オーバを起こさない範囲内で射出成形可能な最大ショット数を算出する最大ショット数算出手段と、
前記最大ショット数算出手段によって算出された最大ショット数の表示を行う表示手段と、
を有するオンライブレンド式成形システムの運転状態監視装置。
樹脂材料の可塑化を押出機によって行い、当該押出機によって可塑化された溶融樹脂を当該押出機より射出成形機に供給し、前記押出機と前記射出成形機とを接続する樹脂流路の途中に、前記押出機より吐出される溶融樹脂の余剰分を貯容するアキュームレータ装置が設けられているオンライブレンド式成形システムの運転状態監視装置において、
前記押出機の単位時間あたりの樹脂供給量と前記射出成形機の単位時間あたりの樹脂消費量との差分と、前記射出成形機のサイクルタイムに基づいて、前記射出成形機の１サイクルタイム毎に生じる余剰樹脂容積を算出する余剰樹脂容積算出手段と、
前記余剰樹脂容積算出手段によって算出された１サイクルタイム毎の余剰樹脂容積と前記アキュームレータ装置の許容容量より当該アキュームレータ装置が容量オーバを起こさない範囲内で射出成形可能な最大ショット数を算出する最大ショット数算出手段と、
前記最大ショット数算出手段によって算出された最大ショット数を１ショット毎にダウンカウントして射出成形可能な残りショット数を算出する残りショット数算出手段と、
前記残りショット数算出手段によって算出された残りショット数の表示を行う表示手段と、
を有するオンライブレンド式成形システムの運転状態監視装置。