JP2023160454A - ホットプレス装置の制御方法およびホットプレス装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 成形品または成形条件に対応して熱板の過昇温時の対策が可能なホットプレス装置の制御方法およびホットプレス装置を提供する。【解決手段】温度制御される熱板11を複数枚備えたホットプレス装置12において、熱板11または熱板11へ熱媒を給排する流路の温度を検出する温度センサ20,25,28,34と、成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bを設定する設定装置41と、前記温度センサ20,25,28,34による直接的または間接的な検出値が前記過昇温防止温度以上になった際に前記熱板11の温度制御を中止または中断する制御装置15を設ける。【選択図】図1
Description
本発明は、温度制御される熱板を複数枚備えたホットプレス装置の制御方法およびホットプレス装置に関するものである。
従来、熱媒によって温度制御される熱板を複数枚備えたホットプレス装置としては、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1は、熱媒によって温度制御される熱板と、熱板上に載置した被加工物を圧締する圧締装置とを備えたホットプレスの温度制御方法であって、各熱板へ分配・供給される入口マニホールド内における熱媒と、各熱板から排出・収集される出口マニホールド内における熱媒と、熱板とのうちの任意の二の温度を検出し、前記二の温度を温度設定パターンの工程に応じて切換え選択し、選択した温度値が温度設定パターンに一致するようにフィードバック制御するものである。
しかしながら前記特許文献1のホットプレス熱媒供給装置の温度制御に際しては、温度を測定するセンサ等に異常があると正確な温度制御ができないことは無論のことであるが、そのような場合の対処方法については何ら記載されていないものであった。
そこで本発明では、温度制御される熱板を複数枚備えたホットプレス装置の制御方法およびホットプレス装置において、成形品または成形条件に対応して熱板の過昇温時の対策が可能なホットプレス装置の制御方法およびホットプレス装置を提供することを目的とする。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本発明の請求項1に記載のホットプレス装置の制御方法は、温度制御される熱板を複数枚備えたホットプレス装置の制御方法において、成形品または成形条件に対応して熱板の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度が設定される。
本発明のホットプレス装置の制御方法は、温度制御される熱板を複数枚備えたホットプレス装置の制御方法において、成形品または成形条件に対応して熱板の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度が設定されるので、それぞれの成形品に対応した熱板の過昇温時の対応が可能となる。また本発明のホットプレス装置も同様の効果を奏する。
以下、具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。また、図面が煩雑にならないように、ハッチングが省略されている部分がある。
<ホットプレス装置>
本実施形態の温度制御される熱板11を複数枚備えたホットプレス装置12について、図1ないし図4を参照しながら説明する。ホットプレス装置12は、プレス装置13と熱媒供給装置14を備えている。本発明においてホットプレス装置12とは、プレス装置13と熱媒供給装置14、またはそれらを作動させる制御装置15等を含むシステム全体を指す。プレス装置13は、上固定盤16と下可動盤17の間に複数の被加熱部である熱板11が複数枚配置されている。熱板11の枚数の最低限度は2枚であり、一例として2枚~20枚の範囲で熱板が垂直方向に配置される。下可動盤17の下側には油圧機構40により作動される加圧シリンダ18のラム18aが固定され、ラム18aを昇降させることにより下可動盤17に固定された熱板11が昇降可能となっている。そして前記下可動盤17に固定された熱板11の更なる上昇に伴って中間の各熱板11も上固定盤16に固定された熱板11に向けて上昇可能となっている。プレス装置13は、チャンバ19内に収納され、チャンバ19内を真空状態(減圧状態)としてプレス成形可能となっているが、チャンバを備えないものでもよい。また高温対応のプレス装置13では、成形品Wの酸化防止などの目的で窒素ガス等の不活性ガスの供給装置を備えたものでもよい。
本実施形態の温度制御される熱板11を複数枚備えたホットプレス装置12について、図1ないし図4を参照しながら説明する。ホットプレス装置12は、プレス装置13と熱媒供給装置14を備えている。本発明においてホットプレス装置12とは、プレス装置13と熱媒供給装置14、またはそれらを作動させる制御装置15等を含むシステム全体を指す。プレス装置13は、上固定盤16と下可動盤17の間に複数の被加熱部である熱板11が複数枚配置されている。熱板11の枚数の最低限度は2枚であり、一例として2枚~20枚の範囲で熱板が垂直方向に配置される。下可動盤17の下側には油圧機構40により作動される加圧シリンダ18のラム18aが固定され、ラム18aを昇降させることにより下可動盤17に固定された熱板11が昇降可能となっている。そして前記下可動盤17に固定された熱板11の更なる上昇に伴って中間の各熱板11も上固定盤16に固定された熱板11に向けて上昇可能となっている。プレス装置13は、チャンバ19内に収納され、チャンバ19内を真空状態(減圧状態)としてプレス成形可能となっているが、チャンバを備えないものでもよい。また高温対応のプレス装置13では、成形品Wの酸化防止などの目的で窒素ガス等の不活性ガスの供給装置を備えたものでもよい。
熱板11は上下面が平坦な平面からなる均等板厚の板体であって、熱媒油等の熱媒を流通させる熱媒通路が内部に形成されている。そして各熱板11の本体の金属部分には熱板11の温度を検出する温度センサ20(サーモ―カップル)が備えられ、前記温度センサ20は制御装置15に接続されている。図1においては省略して1枚の熱板11のみに温度センサ20が記載されているが、全ての熱板11に温度センサ20が取付けられている。通常は熱板11の各部の温度を均一にするために1枚の熱板11に複数の温度センサ20が取り付けられている。温度センサ20は、熱板11を9ゾーンに分割して9箇所に取り付けてもよいし、熱媒油の入口側、中央部、熱媒油の排出口側に取り付けてもよい。また熱板11の温度センサ20は、熱板11自体の温度を測定するもの以外に、熱媒油の媒体流路内に設けられ熱媒油の温度を測定するものでもよい。
プレス装置13は、各熱板11へ熱媒油等の熱媒を分配して供給する供給側マニホールド21と、各熱板11から排出される熱媒油等の熱媒を集める排出側マニホールド22が設けられている。供給側マニホールド21と各熱板11との間にはそれぞれ熱板11に熱媒油を供給する管路23(流路)が接続されている。また管路23はそれぞれ開閉弁または流量調整弁を備えたものでもよい。また供給側マニホールド21には熱媒供給装置14からプレス装置13に接続される管路24(供給側管路)が接続されている。また供給側マニホールド21の内部には熱媒油の温度を検出する温度センサ25(サーモ―カップル)が取付けられ、前記温度センサ25は制御装置15に接続されている。なおホットプレス装置12に使用される温度センサの種類は限定されずサーモカップル以外の温度センサでもよく、検出信号もアナログ信号を出力するものでもデジタル信号を出力するものでもよい。
また排出側マニホールド22と各熱板11との間にはそれぞれ管路26が接続されている。また排出側マニホールド22にはプレス装置13から熱媒供給装置14に接続される管路27(排出側管路)が接続されている。また排出側マニホールド22の内部には熱媒の温度を検出する温度センサ28(サーモカップル)が取付けられ、前記温度センサ28は制御装置15に接続されている。本発明において管路24、供給側マニホールド21、管路23、管路26、排出側マニホールド22、管路27は、熱板11へ熱媒を給排する流路に相当する。本発明においてプレス装置13側の温度検出については、排出側マニホールド22の温度センサ28を無くすか使用せずに、供給側マニホールド21の温度センサ25と熱板11の温度センサ20を用いて熱板11の温度制御を行ってもよい。または少なくとも2点の温度センサを使用してプレス装置13の温度検出を行うものでもよい。
次に熱媒供給装置14の概略について説明する。熱媒供給装置14は熱媒油を加熱するボイラ29(または電気ヒータによる加熱装置)と、冷却水により熱媒油を冷却するクーラ30を備えている。また熱媒供給装置14は、熱媒油の温度を制御するために熱媒油を前記ボイラ29に送るかクーラ30に送るか切換える切換弁31が備えられている。また熱媒供給装置14のボイラ29とクーラ30が合流した管路32にはポンプ33が備えられている。そして前記管路32には熱媒油の温度を検出するための温度センサ34(サーモカップル)が備えられている。そして熱媒供給装置14に設けられた制御装置35により、前記温度センサ34の温度を検出して切換弁31を制御してボイラ29とクーラ30を通過する熱媒油の比率を制御することにより、プレス装置13へ送る熱媒油の温度制御が可能となっている。なお熱媒供給装置14の構造は前記に限定されず、実際は更に複雑な配管、弁、熱媒油の膨張タンクなどを備えるがここでは説明を省略する。
次にホットプレス装置12の熱板11の温度制御などを行う制御装置15について説明する。制御装置15は、入出力部36、記憶部37、演算部38とそれらを接続するバスライン39等を備えている。入出力部36は、プレス装置13の熱板11の温度センサ20、供給側マニホールド21の温度センサ25、排出側マニホールド22の温度センサ28、熱媒供給装置14の温度センサ34と接続されている。そして制御装置15には熱板11の温度センサ20により検出される検出温度20a(熱板11または熱媒油の温度)の他、供給側マニホールド21の温度センサ25により検出される検出温度25a(熱媒油の温度)、排出側マニホールド22の温度センサ28により検出される検出温度28a(熱媒油の温度)等が入力される。
また入出力部36は、熱媒供給装置14の制御装置35やプレス装置13にも熱媒油の開閉弁や流量調整弁がある場合はそれらの弁にも接続され、熱媒油の温度コントロールを行う。更に入出力部36は、プレス装置13の加圧シリンダ18の油圧機構40、設定装置41、図示しない外部の制御装置等とも接続されている。
制御装置15の記憶部37は、揮発メモリ、不揮発メモリ、ハードディスク等を含むものであり、成形条件Sや後述する熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bなどをオペレータによって消去されるまで記憶するか、或いは成形時に一時的に記憶する。本実施形態において成形条件Sとは、ホットプレス装置12において行われる加圧成形の温度、圧力、時間等に関する制御が自動的に行われるように物理的な制御値を予め設定したものを指す。また制御装置15の演算部38は、CPU等かならなり、PID制御等の温度制御を含むホットプレス装置12のシーケンス制御も演算部38で行われる。また本発明の過昇温防止温度Bに関する処理も演算部38で行われる。設定装置41は成形条件Sの設定を行う他、本発明との関係では成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bを設定可能な機能を有している。また設定装置41がタッチパネルである場合、設定装置41は表示装置を兼ねている。但し設定装置41と表示装置は別に設けてもよい。なお本実施形態において上限温度とは、制御装置15においてこの上限温度以上、またはこの上限温度を超えた時点で昇温制御を含む温度制御または加圧成形工程を停止するために用いられる温度であり、熱媒供給装置14の能力の上限を指すものではない。また成形条件Sにおける最高温度C,Dでないことも念のため記載しておく。
次に制御装置15の機能のうち本実施形態の温度制御に関連する部分を図2のブロック図により説明する。ブロック図については制御装置15の演算部38等の機能を模式的に示すものであって、実際の制御装置15の制御盤のハード構成を示すものではない。制御装置15の演算部38には、シーケンス制御部42が設けられ、シーケンス制御部42は、温度指令信号生成部43に接続されている。また温度指令信号生成部43は演算部38に設けられた加算器44と増幅器45を介して熱媒供給装置14の制御装置35と接続されている。また演算部38にはフィードバック信号生成部46が設けられ、フィードバック信号生成部46はプレス装置13の温度センサ20,25,28に接続されるともに前記加算器44にも接続されている。更に制御装置15には過昇温防止温度判断部47が設けられ、過昇温防止温度判断部47は、熱板11の温度センサ20とシーケンス制御部42に接続されている。
なお制御装置15は、ホットプレス装置12に1つの制御装置15が設けられるか、或いはプレス装置13と熱媒供給装置14の双方にそれぞれ独立して設けてもよい。また制御装置15は、プレス装置13および熱媒供給装置14とは別の場所に有線または無線を介して接続されるように設けてもよく、複数のホットプレス装置12の温度制御を行うものでもよい。
<本実施形態の背景>
次に本実施形態のホットプレス装置12の制御方法の背景について説明する。熱板11に設けられる温度センサ20、供給側マニホールド21に設けられる温度センサ25、排出側マニホールド22に設けられる温度センサ28、熱媒供給装置14に設けられる温度センサ34は、いずれも温度センサ(サーモカップル等)自体の故障、接点不良、短絡、温度センサの温度検出部位からの脱落などにより対象の温度検出部位が正確に温度測定できない場合がある。熱板11に設けられる温度センサ20、供給側マニホールド21に設けられる温度センサ25、排出側マニホールド22に設けられる温度センサ28の検出温度28a(実測値)は、上記した特許文献1にも記載されるようにフィードバック信号生成部46により予め定められた按分比率により演算されてフィードバック制御される。ところがいずれかの温度センサ20,25,28が温度測定できないと入力値はゼロまたは実際よりも低温と認識され、演算後の温度も実際の温度以下の温度に演算処理される場合がある。
次に本実施形態のホットプレス装置12の制御方法の背景について説明する。熱板11に設けられる温度センサ20、供給側マニホールド21に設けられる温度センサ25、排出側マニホールド22に設けられる温度センサ28、熱媒供給装置14に設けられる温度センサ34は、いずれも温度センサ(サーモカップル等)自体の故障、接点不良、短絡、温度センサの温度検出部位からの脱落などにより対象の温度検出部位が正確に温度測定できない場合がある。熱板11に設けられる温度センサ20、供給側マニホールド21に設けられる温度センサ25、排出側マニホールド22に設けられる温度センサ28の検出温度28a(実測値)は、上記した特許文献1にも記載されるようにフィードバック信号生成部46により予め定められた按分比率により演算されてフィードバック制御される。ところがいずれかの温度センサ20,25,28が温度測定できないと入力値はゼロまたは実際よりも低温と認識され、演算後の温度も実際の温度以下の温度に演算処理される場合がある。
具体的な例としては、供給側マニホールド21の温度センサ25の比率50%、熱板11の温度センサ20の比率10%(熱板2枚)、排出側マニホールド22の温度センサ28の比率30%、成形条件Sにおいて予め設定された指令温度200℃であって、供給側マニホールド21の温度センサ25が故障している場合について説明する。その場合、供給側マニホールド21の温度センサ25は故障により検出温度25aが0℃でしか信号送信されず、熱板11の温度センサ20の検出温度20aがそれぞれ200℃で信号送信され、排出側マニホールド22の温度センサ28の検出温度28aが200℃で信号送信される。前記検出温度25a,20a,28aは、フィードバック信号生成部46で演算され、クローズドループ制御に用いられるフィードバック信号46aが生成されるが、次の演算式により前記フィードバック信号46aは演算される。
供給側マニホールド21の温度センサ25に対応部分(0℃×0.5)+熱板11(2枚)の温度センサ20に対応部分(200℃×0.1+200℃×0.1)+排出側マニホールド22の温度センサ28に対応部分(200℃×0.3)=フィードバック信号46a(100℃)
従って温度指令信号生成部43から送られる温度指令信号43aが200℃に相当する信号であっても加算器44で前記温度指令信号43a(200℃)-フィードバック信号46a(100℃)となり差分の100℃が温度指令信号43aに加算される。その結果、200℃+100℃=300℃に相当する信号がクローズドループ制御により補正されて熱媒供給装置14の制御装置35に送信される温度指令信号45aとなる。(なお実際のPID制御では更に複雑な演算式となるがここでは模式的に説明を行っている。)
従って温度指令信号生成部43から送られる温度指令信号43aが200℃に相当する信号であっても加算器44で前記温度指令信号43a(200℃)-フィードバック信号46a(100℃)となり差分の100℃が温度指令信号43aに加算される。その結果、200℃+100℃=300℃に相当する信号がクローズドループ制御により補正されて熱媒供給装置14の制御装置35に送信される温度指令信号45aとなる。(なお実際のPID制御では更に複雑な演算式となるがここでは模式的に説明を行っている。)
そのようなケースでは、制御装置15の温度指令信号生成部43から送られる温度指令信号43aに対してフィードバック信号46aの温度が低くなるという結果になり、加算器44と増幅器45において、熱媒供給装置14に送られる温度指令信号45aの温度が高くなるような制御が行われてしまう。その結果、前記制御装置35ではボイラ29側からの熱媒油が大量に供給するように制御がなされ、図4のEに示されるように熱板11の温度は成形条件Sにより想定された温度保持工程P2で設定温度(最高温度D)を超えて昇温を続けることになる。
特に供給側マニホールド21の温度センサ25は按分比率が大きく設定されることが多く、その場合には供給側マニホールド21の温度センサ25に異常が発生した場合の影響度は大きくなる。従来のホットプレス装置では、図4に示されるような熱板11の温度制御時の上限温度を規定する装置固有の過昇温防止温度Aを一つの値だけ備えているものもあった。ホットプレス装置がこのような過昇温防止温度Aを備えていれば、例え原因が不明のまま熱板11が過剰に昇温されたとしても過昇温防止温度Aが検出されれば温度センサ等の異常があると判断してホットプレス装置の加圧成形工程Pの制御を中止または中断するなどの措置を取ることができる。
ところが近年ではフッ素樹脂層を含む基板の加圧成形などの分野では360℃ないし420℃の加圧成形温度まで熱板11を昇温可能なホットプレス装置12も出現している。このようなホットプレス装置12では、当然ながら装置固有の過昇温防止温度Aの設定温度は、図4に示されるように、加圧成形温度のうちの最高温度Cよりも高温(一例としてこれに限定されるものではないが10℃ないし50℃高温)に設定される。
しかしながらこれらの高温対応可能なホットプレス装置12であってもフッ素樹脂層を含む基板のような最高温度Cで高温処理の必要な成形品Wばかりを加圧成形するわけではない。図4に示されるように加圧成形時の熱板11の最高温度Dが相対的に低い温度(これに限定される訳ではないが一例として200℃)に設定して成形品Wを成形する場合もある。このような相対的に低い温度で加圧成形される場合において仮にホットプレス装置12の温度センサ20,25,28に上記したような異常があり適切な温度検出ができない場合、ホットプレス装置12装置固有の過昇温防止温度Aが設定されていたとしても、図4のEに示されるように過昇温防止温度Aまで熱板11が昇温されてから加圧成形が中止されることになる。
しかし一例として最適温度200℃で加圧成形される成形品Wが400℃の過昇温防止温度Aまで昇温された場合、成形品Wの劣化や熱板11や図示しないプレスプレートへの劣化した成形品Wの材料の付着などが起きる可能性が高い。本発明のホットプレス装置12は、前記問題に対応するものであり、成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bを、最高温度Dよりも所定温度高い温度で過昇温防止温度Aとは別に設定可能となっている。このように成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bを任意の温度に設定しておけばホットプレス装置12のいずれかの温度センサ20,25,28に異常があったとしても、図4のFに示されるように前記過昇温防止温度B以上には昇温されず、その成形品Wが耐熱温度以上または過昇温状態となることを防止することができる。
<ホットプレス装置の制御方法と過昇温防止制御>
次にホットプレス装置12の制御方法と、熱板11の過昇温防止制御について図3のフローチャート図を用いて説明する。ホットプレス装置12では、成形品Wが変更されるとまず、オペレータが設定装置41を操作して記憶部37から成形品Wに応じた成形条件Sを選択し、シーケンス制御部42に呼び出す(s1)。或いは成形品Wがホットプレス装置12で初回に加圧成形するものである場合はオペレータが設定装置41から成形条件Sの設定を手入力により行う。次にオペレータは成形条件Sにおける最高温度D(熱板温度)が装置固有の過昇温防止温度Aと比較して一定以上乖離している場合は、成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bの設定が必要と判断し(s2=Y)、次に設定装置41から過昇温防止温度Bの設定を行う(s3)。
次にホットプレス装置12の制御方法と、熱板11の過昇温防止制御について図3のフローチャート図を用いて説明する。ホットプレス装置12では、成形品Wが変更されるとまず、オペレータが設定装置41を操作して記憶部37から成形品Wに応じた成形条件Sを選択し、シーケンス制御部42に呼び出す(s1)。或いは成形品Wがホットプレス装置12で初回に加圧成形するものである場合はオペレータが設定装置41から成形条件Sの設定を手入力により行う。次にオペレータは成形条件Sにおける最高温度D(熱板温度)が装置固有の過昇温防止温度Aと比較して一定以上乖離している場合は、成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bの設定が必要と判断し(s2=Y)、次に設定装置41から過昇温防止温度Bの設定を行う(s3)。
過昇温防止温度Bの設定が行われると、加圧成形時に図2に示される過昇温防止温度判断部47において設定した過昇温の判断が可能となる。一例としては装置固有の過昇温防止温度Aと成形条件Sにおける最高温度Dとの温度差が50℃以下の場合は、新たに過昇温防止温度Bを設定しないでもよい(s2=N)が、装置固有の過昇温防止温度Aと最高温度Dの温度差が100℃以上の場合は、熱板11の温度制御時の上限温度を規定する装置固有の過昇温防止温度A以外に、成形品または成形条件に対応して熱板の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bを新たに設定することが望ましい。その中間の温度差の場合はオペレータが成形品Wの性質により適宜判断を行う。この際に前記装置固有の過昇温防止温度Aは、完全に書き換えられるわけではなく、過昇温防止温度Bの設定を解除するまで一時的に使用されなくなる。なお一例としてこれに限定されるものではないが、前記過昇温防止温度Bの設定値は、加圧成形時の最高温度Dに対して30℃ないし80℃高い温度に設定することが好ましい。
なお過昇温防止温度Bを設定は、オペレータが設定を行うのではなく、制御装置15の演算部38において自動的に行われるようにしてもよい。具体的には、成形条件Sにおける加圧時の最高温度Dが過昇温防止温度Aに対して所定温度以下の場合(最高温度Dと過昇温防止温度Aの間に所定値以上の温度差がある場合)に過昇温防止温度Bの設定を行うものであって、その場合には前記最高温度Dに対して所定値を加算した温度に過昇温防止温度Bの設定が自動的に行われる。
そして前記の過昇温防止温度Bの設定を行うかどうかが確認されると次にプレス装置13の各熱板11の上に成形品Wが載置され、プレス装置13がチャンバ19を備える場合は、チャンバ19内の減圧が行われる。そしてチャンバ19の減圧が完了すると加圧成形工程Pを開始する。加圧成形工程Pでは、制御装置15から油圧機構40に信号が送られ、図示しないポンプが作動されて加圧シリンダ18のラム18aの上昇とともに下熱板11等が上昇される。そして次に各熱板11が順に上昇して熱板11の間で成形品Wの加圧成形が行われる(s4)。
加圧成形工程Pにおける熱板11の温度制御については図4のグラフに示される通りであり、加圧成形工程Pは、昇温工程P1、温度保持工程P2、降温工程P3からなる。なお加圧成形工程Pは更に複数段階の工程を備えたものであってもよく、図4に記載されるような単純なものに限定はされない。通常は温度保持工程P2の温度が最高温度Dとなる。加圧成形工程Pの各工程P1,P2,P3では、熱媒供給装置14から供給側マニホールド21を介して各熱板11に同じ熱媒油が供給される。この際に供給側マニホールド21の温度センサ25の検出温度25a、各熱板11の温度センサ20の検出温度20a、排出側マニホールド22の温度センサ28の検出温度28aが検出され制御装置15に送られる(s5)。
次に演算部38の過昇温防止温度判断部47において、熱板11の温度センサ20から送られてくる検出温度20a(熱板検出温度)が過昇温防止温度A以上であるかをまず判断し(s6)、過昇温防止温度Aと以上か(s6=Y)、或いは過昇温防止温度Aを超えた際には、プレス装置13の温度センサ25、20,28のいずれかに異常があったものとして過昇温防止温度判断部47からシーケンス制御部42にアラーム信号の送信がなされ、シーケンス制御部42からの指令で加圧成形工程Pを中止する(s10)。またその際同時に図4のGに示されるように熱板11の温度は降温制御される。そして加圧シリンダ18を作動させて熱板11を下降させ成形品Wを取り出す。即ち、過昇温防止温度Aによる異常検知と過昇温防止制御は、成形条件Sにおける最高温度Dと過昇温防止温度Aとの乖離幅が小さく、過昇温防止温度Bの設定が行われていないときに用いられる。従って過昇温防止温度Bの設定が行われた場合、過昇温防止温度Aによる異常検知は省略できる。
次に過昇温防止温度A以上か(s6=N)の場合、演算部38の過昇温防止温度判断部47において、熱板11の温度センサ20から送られてくる検出温度20a(熱板検出温度)が過昇温防止温度B以上であるかを判断し(s7)、過昇温防止温度B以上か(s7=Y)、或いは過昇温防止温度Bを超えた際には、プレス装置13の温度センサ25、20,28のいずれかに異常があったものとして過昇温防止温度判断部47からシーケンス制御部42にアラーム信号の送信がなされ、シーケンス制御部42からの指令で加圧成形工程Pを中止する(s10)。そして加圧シリンダ18を作動させて一番上の熱板11を除く各熱板11を下降させ成形品Wを取り出す。即ち、過昇温防止温度Bによる異常検知と過昇温防止制御は、成形品Wの種類や前記成形品Wを加圧成形するための成形条件に応じて、成形品Wが過剰昇温によって問題を引き起こさないために行われる。
なお前記の過昇温防止制御において、過昇温防止温度B以上が検出された時点ですぐに異常のある可能性があると判断してホットプレス装置12の加圧成形工程Pの中止等を行うもの以外に、一定時間に過昇温防止温度B以上の状態が継続されたことや、複数回過昇温防止温度B以上の温度が検出されたことにより前記の加圧成形工程Pの中止等を行うものでもよい。また前記において温度の検出値は、温度センサにより直接検出されたもの以外に、温度センサの検出温度を用いて演算処理された検出値であってもよい。従って本発明の「温度センサによる直接的または間接的な検出値が前記過昇温防止温度以上になった際」とは、被検出温度が過昇温防止温度に到達した時点だけを意味するものではなく、温度センサにより直接検出された温度のみを意味するものでもない。またこの際の過昇温防止制御は、過昇温防止温度Bを検出したことにより加圧成形工程Pを完全に中止するもの以外に、加圧成形工程Pのシーケンス制御を一度中断するものでもよい。
また前記の過昇温防止制御において熱板11の温度センサ20の故障の可能性も想定しているにもかかわらず、熱板11の温度センサ20により熱板11の温度が測定できるのは、上述したように熱板11は少なくとも2枚が存在し、通常は各熱板11にそれぞれ複数の温度センサ20が存在するからである。即ち全ての温度センサ20が同時に異常となることは考えにくく、正常な温度センサ20が存在していることを前提としている。そのため複数の熱板11間で検出温度20aに温度差の無い温度センサ20,20を正常な温度センサ20と判断するか、または他の温度センサ25、28の検出温度25a,28aや、熱媒供給装置14の温度センサ34の検出温度との関係において熱板11の温度センサ20に異常が無いことを確認してもよい。
一方温度センサ20により測定される熱板11の検出温度20aが過昇温防止温度Bよりも低い(s7=N)か、或いは過昇温防止温度B以下の場合は、次に熱板11の温度が正常であるとして熱板11の温度が成形条件Sの設定温度となるようにPID制御(クローズドループ制御による温度制御)が行われる(s8)。具体的には、制御装置15に送られた検出温度25a、検出温度20a、検出温度28aのフィードバック信号は、演算部38のフィードバック信号生成部46において全体で100%となるようにフィードバック信号46aの調整がなされる。そして前記温度指令信号43aと前記フィードバック信号46aは加算器44で加算された後、増幅器45で増幅され、最終的に熱媒供給装置14の制御装置35に送られる温度指令信号45aが生成される。
そしてシーケンス制御部42からの制御により、所定時間T1が経過するか最高温度Dに到達すると昇温工程P1から温度保持工程P2に移行し最高温度Dで加圧成形が行われる。次に所定時間T2が経過すると温度保持工程P2から降温工程P3に移行する。これらの各工程P1.P2.P3においてPID制御(クローズドループ制御による温度制御)が行われる。そして加圧成形終了時間T3が検出されると(s9=Y)、加圧成形工程Pは終了される(s10)。
<他の実施形態>
次に別の実施形態について説明する。上記の本実施形態では熱板11の温度を検出して熱板11が過昇温防止温度Bであるかを判断している。しかしながら演算部38のフィードバック信号生成部46から加算器44に送られるフィードバック信号を用いて、成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bを検出してもよい。その場合温度センサ20,25,28の検出温度25a,20a,28aを直接的な検出値であるとするならば、フィードバック信号生成部46で演算され送信されるフィードバック信号46aは間接的な検出値に相当する。そして前記フィードバック信号46aが過昇温防止温度Bに到達した際に熱板11の温度制御を中止または中断する。
次に別の実施形態について説明する。上記の本実施形態では熱板11の温度を検出して熱板11が過昇温防止温度Bであるかを判断している。しかしながら演算部38のフィードバック信号生成部46から加算器44に送られるフィードバック信号を用いて、成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bを検出してもよい。その場合温度センサ20,25,28の検出温度25a,20a,28aを直接的な検出値であるとするならば、フィードバック信号生成部46で演算され送信されるフィードバック信号46aは間接的な検出値に相当する。そして前記フィードバック信号46aが過昇温防止温度Bに到達した際に熱板11の温度制御を中止または中断する。
更に別の実施形態として、熱媒供給装置14の温度センサ34により検出された熱媒油等の熱媒の直接的または間接的な検出温度が過昇温防止温度Bに到達した際に熱板11の温度制御を中止または中断するようにしてもよい。上述したようにプレス装置13のいずれかの温度センサ20,25,28に異常があると、熱媒供給装置14の制御装置35に送られる温度指令値は熱媒油等の熱媒を昇温させる温度指令値となり、その結果、熱媒供給装置14において生成される熱媒油等の熱媒の温度も成形条件Sにより想定される温度よりも異常に昇温されるからである。そして前記異常に昇温された熱媒油等の熱媒が熱板11に供給されると成形品Wに問題を引き起こすからである。従って熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bは、熱板11の温度センサ20の検出温度20aのみならず、熱板11へ熱媒を給排する流路の温度を検出する温度センサ34,25,28等の温度を検出し、その検出値を直接的または間接的に用いて判断を行うものでもよい。
更にまた別の実施形態として、ホットプレス装置12の熱媒供給装置14から供給される熱媒は、熱媒油以外に蒸気や水(熱水を含む)であってもよい。その場合プレス装置13に温度センサを用いるものでは熱媒油を用いた上記の実施形態と同じ制御が行われる。また特には熱媒供給装置14や供給側マニホールド21の温度センサ34,25等を圧力センサにより蒸気圧を検出して温度に換算するものも想定される。その場合、圧力センサは、圧力を温度に換算するためのセンサであるから本発明の温度センサに含まれるものとする。
更にまた別の実施形態として、ホットプレス装置12は、熱板11の加熱は、熱板11に設けた電気ヒータにより行い、熱板11の冷却は熱媒(冷却水)により行うものでもよい。その場合、水温のコントロールをする場合としない場合が想定されるが、温度センサ20は少なくとも熱板11に設けられる。そしてホットプレス装置12は、熱板11に設けられた温度センサ20が故障した場合に、電気ヒータが常時ONの状態となり熱板11が過昇温状態となることを防止するため成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bが設定可能となっている。
なおこの際に1枚の熱板11に複数の温度センサ20が設けられている場合は、それらの温度センサ20間の検出温度20aの比較から温度センサ20の異常、または複数の熱板11にそれぞれ温度センサ20が設けられている場合は、前記温度センサ20間の検出温度20aの比較から温度センサ20の異常を発見できる場合も多い。従って本発明の成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bの設定は、温度センサ20の異常発見のための他の方式との併用も可能である。
更にまた本発明の成形品Wまたは成形条件Sに対応して熱板11の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度Bが設定されるホットプレス装置12は、温度センサ20等の異常以外の問題にも対応が可能である。一例として熱媒供給装置14の異常、制御装置15自体の一部の異常などである。それらの熱媒供給装置14や制御装置15は独自に異常時の停止機能を有するが、熱板11が熱媒供給装置14や制御装置15の異常により過昇温防止温度Bとなった場合による停止機能も複合的に兼ね備えたものでもよい。
更に本発明は、成形条件Sの設定の際のオペレータの人為的なミス対策としても用いることができる。オペレータが成形品Wの成形条件Sを設定する際に、最高温度Cの設定を間違えて成形品Wに問題を引き起こす温度に設定をしてしまう場合がごく稀にある。このようなケースにおいて別にミスを発見する機能を備える場合も想定されるが、オペレータが更に成形品Wに応じて過昇温防止温度Bを設定すると、成形条件Sの最高温度Cの設定値よりも過昇温防止温度Bの設定値のほうが低い場合はアラームが発せられ、加圧成形を開始できなくなる機能を搭載してもよい。また成形条件Sの最高温度Cの設定値に対して過昇温防止温度Bの設定値が望ましい温度差以上の場合もメッセージを表示するようにしてもよい。
更に本発明のホットプレス装置は、少なくとも一方の熱板の側にダイアフラムを備え、チャンバ内で前記ダイアフラムを膨出させて成形品を加圧する真空積層装置であってもよい。または前記真空積層装置の後工程に設けられる上下に熱板を備えた平坦化プレス装置であってもよい。更には上下に熱板を備えたホットプレス装置が複数設けられ、順次に積層成形を行うものなどでもよい。なお本発明のプレス装置において加圧機構の駆動源は、サーボモータ等の電動モータを用いたものでもよい。
前記の積層成形を行うホットプレス装置やその他のホットプレス装置において、熱板が取り付けられる上盤と熱板が取り付けられる下盤の距離や、可動盤と他の盤の間の距離を測定して成形時に位置制御を行う場合がある。そのような位置制御を行う場合には、熱板の熱膨張が成形品に影響を与える。そのため熱板の熱膨張に応じて位置制御の値に補正をかけるケースがあるが、検出される熱板の温度が実態と相違してしまうと、正確な補正がなされた位置制御が行えない。そのためオペレータが成形品Wに応じて過昇温防止温度Bを設定し、熱板の温度が過昇温防止温度B以上となった際に加圧成形を中止または中断するようにしてもよい。
本発明については一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、実施形態の各記載を組み合わせしたものや当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。
11 熱板
12 ホットプレス装置
13 プレス装置
14 熱媒供給装置
15、35 制御装置
20,25,28,34 温度センサ
21 供給側マニホールド
22 排出側マニホールド
38 演算部
41 設定装置
A,B 過昇温防止温度
C,D 最高温度
P 加圧成形工程
S 成形条件
W 成形品
12 ホットプレス装置
13 プレス装置
14 熱媒供給装置
15、35 制御装置
20,25,28,34 温度センサ
21 供給側マニホールド
22 排出側マニホールド
38 演算部
41 設定装置
A,B 過昇温防止温度
C,D 最高温度
P 加圧成形工程
S 成形条件
W 成形品
Claims (5)
- 温度制御される熱板を複数枚備えたホットプレス装置の制御方法において、
成形品または成形条件に対応して熱板の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度
が設定されるホットプレス装置の制御方法。 - 熱板の温度制御時の上限温度を規定する装置固有の過昇温防止温度以外に、
成形品または成形条件に対応して熱板の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度
が設定される請求項1に記載のホットプレス装置の制御方法。 - 温度制御される熱板を複数枚備えたホットプレス装置において、
熱板の温度制御時の上限温度を規定する装置固有の過昇温防止温度以外に、
成形品または成形条件に対応して熱板の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度
が設定可能なホットプレス装置。 - 温度制御される熱板を複数枚備えたホットプレス装置において、
熱板または熱板へ熱媒を給排する流路の温度を検出する温度センサと、
成形品または成形条件に対応して熱板の温度制御時の上限温度を規定する過昇温防止温度を設定する設定装置と、
前記温度センサによる直接的または間接的な検出値が前記過昇温防止温度以上になった際に前記熱板の温度制御を中止または中断する制御装置と、を備えたホットプレス装置。 - 前記熱板は熱媒供給装置から供給される熱媒により温度制御される請求項3または請求項4に記載のホットプレス装置。
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JP2022070843A JP2023160454A (ja) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | ホットプレス装置の制御方法およびホットプレス装置 |
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- 2022-04-22 JP JP2022070843A patent/JP2023160454A/ja active Pending
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2023
- 2023-03-16 WO PCT/JP2023/010483 patent/WO2023203928A1/ja unknown
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