JP4459342B2 - 厚物熱成形装置および厚物熱成形方法 - Google Patents
厚物熱成形装置および厚物熱成形方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚物熱成形装置および厚物熱成形方法に関し、特に、成形サイクルの待機時間での加熱サイクルにて厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御するリアルタイム制御を実行する厚物熱成形装置および厚物熱成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の厚物熱成形装置は、厚物部材にて形成された厚物樹脂シートを成形する場合、この厚物樹脂シートをロール状にして順次供給する方式を採用せず、厚物樹脂シートを所定長さに切断したカットシートを利用している。そして、かかる厚物部材のカットシートを成形する熱成形装置は、概略、加熱装置と成形装置とから構成され、これらは個別に独立して配置されている。ここで、所定の搬送機構は各装置間にてカットシートを搬送可能になっており、この搬送機構により各装置間においてカットシートを順次搬送し、所定の厚物部材の成形品を製造していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の厚物熱成形装置において、加熱装置は、厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度まで加熱するにあたり、この加熱装置が有するヒータの発熱量をヒータ制御部にて制御している。ここで、厚物部材の性質および態様上、ヒータでの加熱に要する加熱時間を長くする必要がある。すなわち、加熱サイクルの時間を長くする必要があり、例えば、１ｍｍ以上の厚物のカットシートの加熱サイクルは、１５秒〜３０秒となる場合がある。
【０００４】
従って、この加熱サイクル中に、カットシートの表面温度を所定間隔で計測して、この表面温度をヒータ制御部にフィードバックすることが可能になっており、ヒータ制御部は、この表面温度と設定された目標温度とを比較しつつ、ヒータへの電力供給を制御することによって、厚物樹脂シートの表面温度が所定の目標温度になるように発熱量を制御している。このように、厚物部材のカットシートを成形する厚物熱成形装置の加熱装置は、所定の加熱サイクルにおける厚物樹脂シートの加熱中に、ヒータ制御部にてヒータの発熱量を適宜制御して、厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度にするリアルタイム制御を採用している。
【０００５】
一方、薄物部材にて形成された薄物樹脂シートを成形する場合、薄物樹脂シートをロール状にして順次所定長さの樹脂シートを巻き出して供給する方式が採用されている。かかる場合、ロール状樹脂シートが順次搬送されるライン上に、所定の加熱装置および成形装置が配設され、所定長さの薄物樹脂シートが加熱装置に供給されると、この薄物樹脂シートを加熱軟化させて成形装置に搬入し、所定の成形品を製造している。このような薄物部材の熱成形装置の加熱装置においても、薄物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度まで加熱するにあたり、この加熱装置が有するヒータの発熱量をヒータ制御部にて制御している。
【０００６】
ここで、薄物部材の性質および態様上、ヒータでの加熱に要する加熱時間を短くする必要がある。すなわち、加熱サイクルの時間を短くする必要がある。例えば、１ｍｍ未満の薄物部材の加熱サイクルは、おおよそ３秒程度となる。かかる場合、この加熱サイクル中に、薄物樹脂シートの表面温度を所定間隔で計測して、この表面温度をヒータ制御部にフィードバックし、薄物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御することは困難である。
【０００７】
従って、このような薄物部材で形成されたロール状樹脂シートの加熱装置は、上述した厚物部材のカットシートの加熱装置で採用した、リアルタイム制御を適用することができない。そこで、所定の加熱サイクルの終了時に、薄物樹脂シートの表面温度を計測し、この表面温度をヒータ制御部にフィードバックしている。そして、ヒータ制御部は、この表面温度に基づいて、次回加熱サイクルでのヒータの発熱量を制御している。
【０００８】
すなわち、薄物部材のロール状樹脂シートを成形する熱成形装置の加熱装置は、所定の加熱サイクル毎に、前回の加熱サイクル終了時の表面温度を参照して、ヒータ制御部にてヒータの発熱量を適宜制御し、薄物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度にする後追い制御を採用している。このように厚物部材を取り扱う厚物熱成形装置と、薄物部材を取り扱う熱成形装置とは樹脂シートの表面温度を制御する手法が異なることになる。かかる状況を背景にした場合、厚物部材の厚物樹脂シートをロール状に形成して加熱装置および成形装置に順次搬入する構成を採用すると、ロール状樹脂シートの加熱方式が採用され、厚物部材であるにも関わらず、リアルタイム制御を採用して、厚物樹脂シートの表面温度を制御することができないという課題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、厚物部材の厚物樹脂シートをロール状にして、順次加熱装置および成形装置に搬入する構成を採用し、かかる構成において、加熱装置にて厚物樹脂シートの表面温度のリアルタイム制御を実現可能な厚物熱成形装置および厚物熱成形方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、厚物ロール状樹脂シートから厚物樹脂シートを所定の成形サイクルに基づいて順次搬送する搬送手段と、上記搬送手段の搬送中の厚物樹脂シートに対して上記成形サイクルに基づいて成形型を作用させて成形品を成形する成形機構と、上記厚物樹脂シートの搬送経路において上記成形機構の上流側に隣接して配置されており、供給された電力に基づいて発熱する急速応答可能な高速追従型ヒータ手段と、当該厚物樹脂シートの表面温度を計測する温度計測手段と、上記高速追従型ヒータ手段へ供給する電力を制御する電力供給制御手段とを有し、上記成形サイクルに基づく上記成形機構での成形動作の待機時間に次の成形サイクルで上記成形機構に搬入する所定部位の厚物樹脂シートを上記高速追従型ヒータ手段にて加熱軟化させるに際して、上記所定部位が上記搬送手段にて上記高速追従型ヒータ手段の加熱位置に搬送されると、加熱初期時に供給する電力を上記所定の目標温度を実現可能な所定の供給電力より高めに供給する急加熱制御を実行し、その後で該急加熱制御による厚物樹脂シートの畜熱作用にて同厚物樹脂シートの内部を加熱しつつ、上記温度計測手段にて厚物樹脂シートの表面温度を計測しつつ、同計測結果に基づいて、上記電力供給制御手段の制御にて上記高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し、上記待機時間にて上記表面温度をリアルタイムに所定の目標温度に制御する構成としてある。
【００１１】
上記のように構成した請求項１にかかる発明においては、厚物樹脂シートの熱成形時に同厚物樹脂シートを加熱軟化させるにあたり、上記成形サイクル中に厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御しつつ、同厚物樹脂シートに対して成形を実施することが可能な厚物熱成形装置を提供する。
ここで、本発明において搬送手段は、所定の厚物樹脂シートにて形成され厚物ロール状樹脂シートから所定の成形サイクルに基づいて厚物樹脂シートを順次搬送する構成を採用している。すなわち、従来においては、厚物樹脂シートを加熱するに際し、厚物樹脂シートを所定長さに切断したカットシートに対して成形サイクル中にシート表面温度の制御を行なっていたが、本発明においては、カットシートではなく、厚物ロール状樹脂シートから搬送手段にて順次搬送される厚物樹脂シートに対して成形サイクル中にシート表面温度の制御を可能にした。
【００１２】
かかる成形サイクル中での厚物樹脂シートのシート表面温度の制御はリアルタイム制御と呼ばれ、このリアルタイム制御を実現するにあたり、急速応答可能な高速追従型ヒータ手段は、搬送される厚物樹脂シートを加熱軟化させるに際して、供給された電力に基づいて加熱する。この高速追従型ヒータ手段は、厚物樹脂シートの搬送経路において成形機構の上流側に隣接して配置されている。該成形機構は、上記搬送手段の搬送中の厚物樹脂シートに対して上記成形サイクルに基づいて成形型を作用させて成形品を成形するものである。このように成形機構と高速追従型ヒータ手段とが隣接しているため、所定の成形サイクル内に次の成形サイクルで成形機構に搬入される所定部位の厚物樹脂シートを十分に加熱しなければならない。そして、この加熱時に、温度計測手段が当該樹脂シートの表面温度を計測しつつ、電力供給制御手段は、この温度計測手段における計測結果に基づいて、高速追従型ヒータ手段へ供給する電力供給を制御し、同厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御する。すなわち、厚物の樹脂シートをロール状にして、順次所定長さの厚物樹脂シートを加熱軟化させる厚物熱成形装置においても、成形サイクルにて高速追従型ヒータ手段のリアルタイム制御を実現することが可能になる。
また、電力供給制御手段にて高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し厚物樹脂シートを加熱軟化させるに際して、加熱初期時に供給する電力を所定の目標温度を実現可能な所定の供給電力より高めに供給する急加熱制御を実行している。そして、この急加熱制御実行後、表面温度の制御に移行して、この急加熱制御による厚物樹脂シートの畜熱作用にて同厚物樹脂シートの内部を加熱する。これにより、厚物樹脂シートの内部温度を適切にすることが可能になる。
【００１３】
ここで、上記電力供給制御手段が厚物樹脂シートの表面温度を制御するにあたり、高速追従型ヒータへの電力供給を制御する態様として、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の厚物熱成形装置において、上記温度計測手段は、所定間隔で表面温度を計測し、上記電力供給制御手段は、所定間隔にて表面温度が増加すると、所定の割合で高速追従型ヒータ手段に供給する電力を減少させて上記厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御する構成としてある。
【００１４】
上記のように構成した請求項２にかかる発明において、電力供給制御手段は、温度計測手段が所定間隔で計測した計測結果に基づいて、一定の割合によって上記高速追従型ヒータへ供給する電力供給を制御し、同樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御する。すなわち、通常、成形サイクルの初期時に高速追従型ヒータ手段は、所定の初期発熱量によって、厚物樹脂シートを急加熱する。そして、急加熱した厚物樹脂シートのシート表面温度を徐々に目標温度に近づけるため、高速追従型ヒータ手段の発熱量を徐々に下げる必要がある。従って、本発明においては、計測結果が目標温度よりも小さくても、高速追従型ヒータ手段に対する電力供給を一定の割合で減少させて徐々にシート表面温度を所定の目標温度に移行させる。これにより、簡易な制御構成にてリアルタイム制御を実現することが可能になる。
【００１５】
また、電力供給制御手段が厚物樹脂シートのシート表面温度を制御するにあたり、高速追従型ヒータ手段への電力供給を制御する他の態様として、請求項３にかかる発明は、請求項１に記載の厚物熱成形装置において、上記温度計測手段は、所定間隔で表面温度を計測し、上記電力供給制御手段は、所定間隔での表面温度の増加率を検出し、この検出した増加率に対応して高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し、上記厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御する構成としてある。
【００１６】
上記のように構成した請求項３にかかる発明において、電力供給制御手段は、温度計測手段が所定間隔で計測した計測結果に基づいて、この所定間隔でのシート表面温度の増加率を検出し、この増加率に対応して、高速追従型ヒータ手段へ供給する電力供給を制御し、同厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御する。例えば、所定間隔で計測した計測結果の増加率に基づいて、増加率が大きければ電力供給の変動率を小さくし、増加率が小さければ、この変動率を大きくする。これにより、所定間隔での計測で大きくシート表面温度が変化すれば、高速追従型ヒータ手段への電力供給の変動率を小さくし、徐々に目標温度に接近するように制御することが可能になるし、所定間隔での計測で小さくシート表面温度が変化すれば、高速追従型ヒータ手段への電力供給の変動率を大きくし、急速に目標温度に接近させることが可能になる。これにより、精緻なリアルタイム制御を実現することが可能になる。
【００１７】
さらに、電力供給制御手段が厚物樹脂シートのシート表面温度を制御するにあたり、高速追従型ヒータ手段への電力供給を制御する他の態様として、請求項４にかかる発明は、請求項３に記載の厚物熱成形装置において、上記電力供給制御手段は、表面温度と目標温度との偏差を検出し、上記増加率およびこの偏差に対応して、上記高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し、上記厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御する構成としてある。
【００１８】
上記のように構成した請求項４にかかる発明において、電力供給制御手段は、温度計測手段が所定間隔で計測した計測結果に基づいて、この所定間隔でのシート表面温度の増加率、および、シート表面温度と所定の目標温度との偏差を検出し、この増加率、および、偏差に応じて、上記高速追従型ヒータ手段へ供給する電力供給を制御し、同厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御する。例えば、所定間隔で計測した計測結果の増加率が大きくても、目標温度との偏差が大きければ、電力供給の変動率を大きくするし、増加率が大きくても、目標温度との偏差が小さければ、電力供給の変動率を小さくする。これにより、より精緻なリアルタイム制御を実現することが可能になる。
【００２１】
このように、所定の成形サイクルに基づいてロール状の厚物樹脂シートから順次厚物樹脂シートを搬送し、この厚物樹脂シートを上述したリアルタイム制御にて加熱軟化させる手法は必ずしも実体のある厚物熱成形装置に限られる必要はなく、その方法としても機能することは容易に理解できる。
【００２２】
このため、請求項５にかかる発明は、厚物ロール状樹脂シートから厚物樹脂シートを所定の成形サイクルに基づいて順次搬送する搬送工程と、上記搬送手段の搬送中の厚物樹脂シートに対して上記成形サイクルに基づいて成形機構により成形型を作用させて成形品を成形する成形工程と、上記成形サイクルに基づく上記成形工程での成形動作の待機時間に次の成形サイクルで上記成形機構に搬入する所定部位の厚物樹脂シートを所定の加熱工程にて加熱軟化するにあたり、供給された電力に基づいて発熱する高速追従型ヒータにて加熱軟化させるに際して、加熱初期時に供給する電力を上記所定の目標温度を実現可能な所定の供給電力より高めに供給する急加熱制御を実行し、その後で該急加熱制御による厚物樹脂シートの畜熱作用にて同厚物樹脂シートの内部を加熱しつつ、加熱工程に搬入された厚物樹脂シートの表面温度を計測しつつ、同計測結果に基づいて上記高速追従型ヒータに供給する電力を制御し、上記表面温度を所定の目標温度に制御する構成としてある。
すなわち、必ずしも実体のある厚物熱成形装置に限らず、その方法としても有効であることに相違はない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、厚物樹脂シートをロール状に構成して所定の成形サイクルに基づいて順次搬送しつつ、この成形サイクルの待機時間の加熱サイクルにおいて、厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御するリアルタイム制御を実現可能な厚物熱成形装置を提供することができる。また、厚物樹脂シートの畜熱効果にて、厚物樹脂シートの内部を加熱軟化させることが可能になる。
さらに、請求項２にかかる発明によれば、高速追従型ヒータの簡易なリアルタイム制御を提示することが可能になる。
さらに、請求項３にかかる発明によれば、高速追従型ヒータの精緻なリアルタイム制御が可能になる。
さらに、請求項４にかかる発明によれば、高速追従型ヒータのより精緻なリアルタイム制御が可能になる。
【００２７】
さらに、請求項５にかかる発明によれば、厚物樹脂シートをロール状に構成して所定の成形サイクルに基づいて順次搬送しつつ、この成形サイクルの待機時間の加熱サイクルにおいて、厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御するリアルタイム制御を実現可能な厚物熱成形方法を提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明にかかる厚物熱成形装置の概略構成を示した概略構成図である。
同図において、厚物熱成形装置１０は、概略、成形品を成形する前の厚物ロール状樹脂シート１１から厚物樹脂シートＳを巻き出しロールを使用して所定の成形サイクルに基づいて巻き出すシート繰り出し装置１２と、シート繰り出し装置１２より巻き出された厚物樹脂シートＳに対して所定の熱処理を施し厚物樹脂シートＳを可塑化させる加熱装置１３と、可塑化された厚物樹脂シートＳに所定の成形サイクルにより成形型を作用させ成形品が成形された成形シートを生成する成形装置１４と、この成形シートの成形品に対して、所定の穴開けやミシン目などを形成する中間トリミング処理を実施するとともに、中間トリミング処理された成形シートから成形品の外周を切断することにより成形シートをトリミングするトリミング装置１５と、トリミングされた成形品を製品として回収する製品回収エリア１６と、成形品がトリミングされた後の成形シートを巻き戻して回収する巻き戻しロール１７とを備えている。
【００２９】
図２は、厚物熱成形装置１０の成形装置１４より前の構成についての概略構成を示した概略構成図である。
同図において、ロール状に巻かれた厚物ロール状樹脂シート１１はシート繰り出し装置１２にて加熱装置１３方向に巻き出され、加熱装置１３に搬入される。そして、この加熱装置１３は厚物樹脂シートＳを加熱して軟化させる。かかる場合、シート繰り出し装置１２が厚物ロール状樹脂シート１１から厚物樹脂シートＳを繰り出すと、この繰り出された厚物樹脂シートＳは、加熱装置１３にて所定の位置に位置決めされつつ加熱される。
そして、この加熱軟化された厚物樹脂シートＳは、成形装置１４に搬送されて各種製品に成形される。
【００３０】
ここで、加熱装置１３は、上ヒータ１３ａと下ヒータ１３ｂとを備え、この上ヒータ１３ａおよび下ヒータ１３ｂの厚物樹脂シートＳと対面する平面状には、厚物樹脂シートＳから所定距離だけ離間して面状に対面し、厚物樹脂シートＳを加熱して軟化させるヒータブロック１３ｃが備えられており、このヒータブロック１３ｃには、１０２４個の急速応答可能な高速追従型ヒータ１３ｄがマトリックス配置されている。ここで、厚物熱成形装置１０の加熱装置１３の温度制御を実行する制御系の概略構成を図３に示す。
【００３１】
同図において、ヒータブロック１３ｃには、厚物樹脂シートＳにおける輻射熱（シート表面温度）を計測する温度センサ１３ｅが配置されており、この温度センサ１３ｅは、Ａ／Ｄ変換ユニット３０を介在させつつ温度制御ユニット３１に接続されている。なお、同図には、温度センサ１３ｅを模式的に一つだけ記載されているが、実際は、各高速追従型ヒータ１３ｄの間にマトリックス配置されている。温度制御ユニット３１は、作業者により設定された各種設定値を画面表示することの可能な表示装置３２や厚物熱成形装置１０における機械動作を行うサーボユニット３３などに接続されたモーションコントローラ３４に接続されている。
【００３２】
ここで、表示装置３２は、モーションコントローラ３４が温度制御ユニット３１から取得したシート表面温度などの各種実測値を送信すると、同各種実測値を画面表示する。また、モーションコントローラ３４は、各種設定値や各種実測値をサーボユニット３３の制御に用いており、また、モーションコントローラ３４は、サーボユニット３３における動作状況を表示装置３２に画面表示させている。さらに、各高速追従型ヒータ１３ｄには、ＳＳＲ盤２０が接続され、このＳＳＲ盤２０は、各高速追従型ヒータ１３ｄへの電力供給をオン・オフしている。
【００３３】
このＳＳＲ盤２０には、図４に示すように、８個の高速追従型ヒータ１３ｄにそれぞれ接続される子機ＳＳＲ２１と、この子機ＳＳＲ２１と同様に８個の高速追従型ヒータ１３ｄに接続されるとともに、７個の子機ＳＳＲ２１と温度制御ユニット３１との間に介在される１６個の親機ＳＳＲ２０とが備えられる。
かかる構成により、温度制御ユニット３１から所定の電力比率が通信バスＡを介して各親機ＳＳＲ２０に送信されると、各親機ＳＳＲ２０は、自らに接続された高速追従型ヒータ１３ｄへの電力供給を電力比率に基づいてオン・オフ制御するとともに、接続された各子機ＳＳＲ２１に対して電力比率に基づいたオン・オフ制御信号を送信し、各子機ＳＳＲ２１にて高速追従型ヒータ１３ｄへの電力供給を同様にオン・オフ制御させている。
【００３４】
具体的には、通信バスＡは、シリアルデータ通信用の規格化されたバスであり、図５に示すように、データライン（ＤＴ）とクロックライン（ＣＬＫ）とを備えている。ここで、温度制御ユニット３１は、クロックラインＣＬＫを介してクロック信号を送信し、データラインＤＴを介してこのクロック信号で同期がとられたデータをデータラインＤＴに出力する。そして、各親機ＳＳＲ２０にはスレーブアドレスが割り当てられており、温度制御ユニット３１は、図６に示すように、このアドレスデータと電力効率を含む指令データとをデータラインに出力することで通信相手を特定しつつ、指令データを相手方となる親機ＳＳＲ２０ごとに受け渡している。
【００３５】
図７は、各高速追従型ヒータ１３ｄの構成を平面図により示している。
同図に示すように、各高速追従型ヒータ１３ｄには、略八角形状の絶縁板１３ｄ１が備えられており、この絶縁板１３ｄ１の上面には、ヒータエレメント１３ｄ２が配置されている。このヒータエレメント１３ｄ２として、図８に示すように、幅方向に山折りして略帯状に形成された複数の発熱板１３ｄ３が絶縁板１３ｄ１上にて互いに離間させつつ略平行に配列されており、谷折りされた連結板１３ｄ４の各傾斜面が隣接する発熱板１３ｄ３の互いに対向する傾斜面にそれぞれ組み付けられ、各発熱板１３ｄ３の端部を互い違いに連結している。
【００３６】
このヒータエレメント１３ｄ２は、絶縁板１３ｄ１から略垂直上方に突設された略円柱体の支持台１３ｄ５により、隣接する発熱板１３ｄ３の互いに対向する傾斜面の下端付近で支持されている。また、ヒータエレメント１３ｄ２の両端には、子機ＳＳＲ２１および親機ＳＳＲ２０に接続された電源端子１３ｄ６が備えられており、各ＳＳＲ２０，２１によるオン・オフ制御により、このヒータエレメント１３ｄ２における発熱量が制御され、高速追従型ヒータ１３ｄのヒータ温度を制御する。このオン・オフ制御によってヒータ温度を制御する場合、所定時間内でのオン回数を点火率とし、この点火率を制御することになる。
【００３７】
本実施形態においては、厚物樹脂シートＳを加熱するにあたり、最初に所定の初期点火率で加熱を開始して、厚物樹脂シートＳの加熱状況を検出しつつ、徐々にヒータ温度を低下させて、シート表面温度を目標温度に近づけるように点火率を制御する。従って、高速追従型ヒータ１３ｄのヒータ温度は初期点火率による加熱後は、徐々に点火率を低下させて制御することになる。すなわち、初期点火率を高めに設定し、厚物樹脂シートの表面を急加熱する。この急加熱による熱は厚物樹脂シートに畜熱され、この畜熱によって厚物樹脂シート内部を加熱可能にしている。
【００３８】
ここで、各高速追従型ヒータ１３ｄは、それぞれに略八角形状であるため、ヒータブロック１３ｃにマトリックス配置されると、図９に示すように、角部に略矩形形状の間隙が生じる。このため、上述した温度センサ１３ｅは、各間隙にそれぞれ配置される。そして、各温度センサ１３ｅは、厚物樹脂シートＳの輻射熱をそれぞれに計測してＡ／Ｄ変換ユニット３０に出力することにより、温度制御ユニット３１に対してヒータブロック１３ｅの各部位におけるシート表面温度の取得を可能にしている。
【００３９】
かかる構成において、成形装置１４の成形サイクルの待機時間に、加熱装置１３に搬入された厚物樹脂シートＳに対して、表面温度が所定の目標温度になるように、上ヒータ１３ａおよび下ヒータ１３ｂに配設された高速追従型ヒータ１３ｄの発熱量が制御される。この制御は温度調整ユニット３１にて実行され、この成形サイクル中の待機時間に厚物樹脂シートＳのシート表面温度が所定の目標温度になるように制御する（リアルタイム制御）。このリアルタイム制御の概要を図１０に示す。
同図において、成形装置１４は、概略、所定の成形型を搬送された厚物樹脂シートＳに作用させ成形品を生成する成形サイクル１４ａと、成形する厚物樹脂シートＳが搬送され所定の位置に位置決めされる搬送サイクル１４ｂとのサイクルに基づいて動作する。
【００４０】
そして、加熱装置１３も、この成形サイクル１４ａと、搬送サイクル１４ｂに対応して、加熱サイクル１３ｆと、搬送サイクル１３ｇとのサイクルに基づいて動作する。そして、上述したリアルタイム制御は、この成形装置１４での成形サイクル１４ａの待機時間に加熱装置１３に搬入された厚物樹脂シートＳに対して、加熱サイクル１３ｆにおいて、各高速追従型ヒータ１３ｄに供給する電力を制御することによって、この厚物樹脂シートＳのシート表面温度を所定の目標温度に制御することを言い、かかるリアルタイム制御によって、成形装置１４に搬入される厚物樹脂シートＳは、成形サイクル１４ａの開始時には適温である所定の目標温度に加熱されていることになる。
【００４１】
ここで、温度制御ユニット３１が温度センサ１３ｅの計測したシート表面温度をＡ／Ｄ変換ユニット３０を介して入力し、各高速追従型ヒータ１３ｄに所定の点火率を供給して実行するリアルタイム制御処理の処理内容を図１１のフローチャートに示す。
同図において、最初に、成形サイクル１４ａが開始されたか否かを判定する（ステップＳ１００）。成形サイクル１４ａが開始されていれば、ヒータ温度を所定の初期値にまで上昇させるため、初期点火率αを供給する（ステップＳ１０５）。次に、所定時間Ｔ経過後に温度センサ１３ｅからシート表面温度を計測するため、この所定時間Ｔが経過しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。所定時間Ｔが経過すると、Ａ／Ｄ変換ユニット３０を介して温度センサ１３ｅよりシート表面温度を取得する（ステップＳ１１５）。そして、このシート表面温度と所定の目標温度とを比較する（ステップＳ１２０ａ，Ｓ１２０ｂ）。
【００４２】
シート表面温度が目標温度より小さい場合は、上述したようにヒータ温度を低下させるため、初期点火率αより所定の微小点火率Δαを減算したものを高速追従型ヒータ１３ｄに供給する点火率αとし、この点火率αを高速追従型ヒータ１３ｄに供給する（ステップＳ１２５）。一方、シート表面温度と目標温度が一致する場合は、ヒータ温度を保温温度にする点火率を高速追従型ヒータ１３ｄに供給し、シート表面温度を目標温度にクランプ可能にする（ステップＳ１３０）。そして、このような所定時間Ｔ間隔での高速追従型ヒータ１３ｄの制御によるシート表面温度の制御を成形サイクル１４ａが終了するまで実行する（ステップＳ１３５）。
【００４３】
次に、このリアルタイム制御処理が実施された場合のシート表面温度と、ヒータ温度との経時変化を図１２のタイムチャートに示す。このように、成形サイクル１４ａを所定時間Ｔで分割し、この所定時間Ｔごとに温度センサ１３ｅによって厚物樹脂シートＳのシート表面温度を計測しつつ、高速追従型ヒータ１３ｄのヒータ温度を制御するため、シート表面温度が成形サイクル内にて徐々に目標温度に向かって増加し、成形サイクル１４ａの終了時においては、所定の目標温度に到達することが分かる。
【００４４】
所定の成形サイクルにおいて加熱装置１４に搬入された厚物樹脂シートＳについて、加熱装置１３にてリアルタイム制御する手法は上述したように一定の割合で点火率を減少させる手法に限定されるものではなく、シート表面温度の増加率に対応させて点火率を制御するものであってもよい。
【００４５】
図１３は、かかる場合に温度制御ユニット３１が実行する高速追従型ヒータ１３ｄのリアルタイム制御の処理内容を示したフローチャートである。
同図において、最初に、成形サイクル１４ａが開始されたか否かを判定する（ステップＳ２００）。成形サイクル１４ａが開始されていれば、ヒータ温度を所定の初期値にまで上昇させるため、初期点火率αを供給する（ステップＳ２０５）。次に、所定時間Ｔ経過後に温度センサ１３ｅからシート表面温度を計測するため、この所定時間Ｔが経過しているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。所定時間Ｔが経過すると、Ａ／Ｄ変換ユニット３０を介して温度センサ１３ｅよりシート表面温度を取得する（ステップＳ２１５）。そして、このシート表面温度と所定の目標温度とを比較する（ステップＳ２２０ａ，Ｓ２２０ｂ）。
【００４６】
シート表面温度が目標温度より小さい場合は、所定間隔Ｔのシート表面温度の増加率を算出する（ステップＳ２２５）。次に、図１４に示す増加率および供給する点火率の変動率の対応を示す所定のテーブルから算出した増加率に対応する変動率Δαを決定する（ステップＳ２３０）。そして、このΔαにより上述したようにヒータ温度を低下させるため、初期点火率αより所定の点火率Δαを減算したものを高速追従型ヒータ１３ｄに供給する点火率αとし、この点火率αを高速追従型ヒータ１３ｄに供給する（ステップＳ２３５）。
一方、シート表面温度と目標温度が一致する場合は、ヒータ温度を保温温度にする点火率を高速追従型ヒータ１３ｄに供給し、シート表面温度を目標温度にクランプ可能にする（ステップＳ２４０）。そして、このような所定時間Ｔ間隔での高速追従型ヒータ１３ｄの制御によるシート表面温度の制御を成形サイクル１４ａが終了するまで実行する（ステップＳ２４５）。
【００４７】
このリアルタイム制御処理が実施された場合のシート表面温度と、ヒータ温度との経時変化を図１５のタイムチャートに示す。このように、成形サイクル１４ａを所定時間Ｔで分割し、この所定時間Ｔごとに温度センサ１３ｅによって厚物樹脂シートＳのシート表面温度を計測しつつ、このシート表面温度の増加率に対応して高速追従型ヒータ１３ｄのヒータ温度を制御するため、上述した手法に比較して、より精緻にシート表面温度を制御することが可能になる。本実施形態においては、シート表面温度の増加率に基づいて、供給する電力の変動率を決定しているが、かかる場合に、シート表面温度と目標温度との偏差をも考慮してヒータ温度を制御すると、より精緻なシート表面温度の制御を実現することが可能になる。
【００４８】
このように、厚物ロール状樹脂シート１１から成形装置１４での所定の成形サイクルに基づいて厚物樹脂シートＳをシート繰り出し装置１２にて加熱装置１３に繰り出し、この加熱装置１３で成形装置１４に搬入する前工程としての成形サイクル１４ａの待機時間に該当する加熱サイクル１３ｆ時に、厚物樹脂シートＳを加熱軟化させるにあたり、温度センサ１３ｅにて厚物樹脂シートＳのシート表面温度を計測しつつ、この計測結果に基づいて、高速追従型ヒータ１３ｄに供給する電力の点火率をリアルタイム制御することによって、厚物樹脂シートＳのシート表面温度を所定の目標温度に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる厚物熱成形装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態にかかる厚物熱成形装置の要部の構成を示す構成図である。
【図３】厚物熱成形装置の制御系の概略構成を示す概略構成図である。
【図４】ＳＳＲ盤の構成を示すブロック図である。
【図５】通信バスの概略構成を示すブロック図である。
【図６】温度制御ユニットから各親機ＳＳＲに送信されるデータの構成を示す模式図である。
【図７】高速追従型ヒータの構成を示す平面図である。
【図８】発熱板の取付状況を示す側面図である。
【図９】温度センサの配置状況を示す平面図である。
【図１０】リアルタイム制御の概要を示したタイミングチャートである。
【図１１】リアルタイミング制御処理の処理内容を示したフローチャートである。
【図１２】リアルタイミング制御処理を実行した場合のシート表面温度とヒータ温度との関係を示したタイミングチャートである。
【図１３】リアルタイミング制御処理の他の処理内容を示したフローチャートである。
【図１４】シート表面温度の増加率とヒータ温度の変動率との対応を示した図である。
【図１５】他のリアルタイミング制御処理を実行した場合のシート表面温度とヒータ温度との関係を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０…厚物熱成形装置
１１…厚物ロール状樹脂シート
１２…シート繰り出し装置
１３…加熱装置
１４…成形装置
１５…トリミング装置
１６…製品回収エリア
１７…巻き戻しロール
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚物熱成形装置および厚物熱成形方法に関し、特に、成形サイクルの待機時間での加熱サイクルにて厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御するリアルタイム制御を実行する厚物熱成形装置および厚物熱成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の厚物熱成形装置は、厚物部材にて形成された厚物樹脂シートを成形する場合、この厚物樹脂シートをロール状にして順次供給する方式を採用せず、厚物樹脂シートを所定長さに切断したカットシートを利用している。そして、かかる厚物部材のカットシートを成形する熱成形装置は、概略、加熱装置と成形装置とから構成され、これらは個別に独立して配置されている。ここで、所定の搬送機構は各装置間にてカットシートを搬送可能になっており、この搬送機構により各装置間においてカットシートを順次搬送し、所定の厚物部材の成形品を製造していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の厚物熱成形装置において、加熱装置は、厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度まで加熱するにあたり、この加熱装置が有するヒータの発熱量をヒータ制御部にて制御している。ここで、厚物部材の性質および態様上、ヒータでの加熱に要する加熱時間を長くする必要がある。すなわち、加熱サイクルの時間を長くする必要があり、例えば、１ｍｍ以上の厚物のカットシートの加熱サイクルは、１５秒〜３０秒となる場合がある。
【０００４】
従って、この加熱サイクル中に、カットシートの表面温度を所定間隔で計測して、この表面温度をヒータ制御部にフィードバックすることが可能になっており、ヒータ制御部は、この表面温度と設定された目標温度とを比較しつつ、ヒータへの電力供給を制御することによって、厚物樹脂シートの表面温度が所定の目標温度になるように発熱量を制御している。このように、厚物部材のカットシートを成形する厚物熱成形装置の加熱装置は、所定の加熱サイクルにおける厚物樹脂シートの加熱中に、ヒータ制御部にてヒータの発熱量を適宜制御して、厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度にするリアルタイム制御を採用している。
【０００５】
一方、薄物部材にて形成された薄物樹脂シートを成形する場合、薄物樹脂シートをロール状にして順次所定長さの樹脂シートを巻き出して供給する方式が採用されている。かかる場合、ロール状樹脂シートが順次搬送されるライン上に、所定の加熱装置および成形装置が配設され、所定長さの薄物樹脂シートが加熱装置に供給されると、この薄物樹脂シートを加熱軟化させて成形装置に搬入し、所定の成形品を製造している。このような薄物部材の熱成形装置の加熱装置においても、薄物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度まで加熱するにあたり、この加熱装置が有するヒータの発熱量をヒータ制御部にて制御している。
【０００６】
ここで、薄物部材の性質および態様上、ヒータでの加熱に要する加熱時間を短くする必要がある。すなわち、加熱サイクルの時間を短くする必要がある。例えば、１ｍｍ未満の薄物部材の加熱サイクルは、おおよそ３秒程度となる。かかる場合、この加熱サイクル中に、薄物樹脂シートの表面温度を所定間隔で計測して、この表面温度をヒータ制御部にフィードバックし、薄物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御することは困難である。
【０００７】
従って、このような薄物部材で形成されたロール状樹脂シートの加熱装置は、上述した厚物部材のカットシートの加熱装置で採用した、リアルタイム制御を適用することができない。そこで、所定の加熱サイクルの終了時に、薄物樹脂シートの表面温度を計測し、この表面温度をヒータ制御部にフィードバックしている。そして、ヒータ制御部は、この表面温度に基づいて、次回加熱サイクルでのヒータの発熱量を制御している。
【０００８】
すなわち、薄物部材のロール状樹脂シートを成形する熱成形装置の加熱装置は、所定の加熱サイクル毎に、前回の加熱サイクル終了時の表面温度を参照して、ヒータ制御部にてヒータの発熱量を適宜制御し、薄物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度にする後追い制御を採用している。このように厚物部材を取り扱う厚物熱成形装置と、薄物部材を取り扱う熱成形装置とは樹脂シートの表面温度を制御する手法が異なることになる。かかる状況を背景にした場合、厚物部材の厚物樹脂シートをロール状に形成して加熱装置および成形装置に順次搬入する構成を採用すると、ロール状樹脂シートの加熱方式が採用され、厚物部材であるにも関わらず、リアルタイム制御を採用して、厚物樹脂シートの表面温度を制御することができないという課題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、厚物部材の厚物樹脂シートをロール状にして、順次加熱装置および成形装置に搬入する構成を採用し、かかる構成において、加熱装置にて厚物樹脂シートの表面温度のリアルタイム制御を実現可能な厚物熱成形装置および厚物熱成形方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、厚物ロール状樹脂シートから厚物樹脂シートを所定の成形サイクルに基づいて順次搬送する搬送手段と、上記搬送手段の搬送中の厚物樹脂シートに対して上記成形サイクルに基づいて成形型を作用させて成形品を成形する成形機構と、上記厚物樹脂シートの搬送経路において上記成形機構の上流側に隣接して配置されており、供給された電力に基づいて発熱する急速応答可能な高速追従型ヒータ手段と、当該厚物樹脂シートの表面温度を計測する温度計測手段と、上記高速追従型ヒータ手段へ供給する電力を制御する電力供給制御手段とを有し、上記成形サイクルに基づく上記成形機構での成形動作の待機時間に次の成形サイクルで上記成形機構に搬入する所定部位の厚物樹脂シートを上記高速追従型ヒータ手段にて加熱軟化させるに際して、上記所定部位が上記搬送手段にて上記高速追従型ヒータ手段の加熱位置に搬送されると、加熱初期時に供給する電力を上記所定の目標温度を実現可能な所定の供給電力より高めに供給する急加熱制御を実行し、その後で該急加熱制御による厚物樹脂シートの畜熱作用にて同厚物樹脂シートの内部を加熱しつつ、上記温度計測手段にて厚物樹脂シートの表面温度を計測しつつ、同計測結果に基づいて、上記電力供給制御手段の制御にて上記高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し、上記待機時間にて上記表面温度をリアルタイムに所定の目標温度に制御する構成としてある。
【００１１】
上記のように構成した請求項１にかかる発明においては、厚物樹脂シートの熱成形時に同厚物樹脂シートを加熱軟化させるにあたり、上記成形サイクル中に厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御しつつ、同厚物樹脂シートに対して成形を実施することが可能な厚物熱成形装置を提供する。
ここで、本発明において搬送手段は、所定の厚物樹脂シートにて形成され厚物ロール状樹脂シートから所定の成形サイクルに基づいて厚物樹脂シートを順次搬送する構成を採用している。すなわち、従来においては、厚物樹脂シートを加熱するに際し、厚物樹脂シートを所定長さに切断したカットシートに対して成形サイクル中にシート表面温度の制御を行なっていたが、本発明においては、カットシートではなく、厚物ロール状樹脂シートから搬送手段にて順次搬送される厚物樹脂シートに対して成形サイクル中にシート表面温度の制御を可能にした。
【００１２】
かかる成形サイクル中での厚物樹脂シートのシート表面温度の制御はリアルタイム制御と呼ばれ、このリアルタイム制御を実現するにあたり、急速応答可能な高速追従型ヒータ手段は、搬送される厚物樹脂シートを加熱軟化させるに際して、供給された電力に基づいて加熱する。この高速追従型ヒータ手段は、厚物樹脂シートの搬送経路において成形機構の上流側に隣接して配置されている。該成形機構は、上記搬送手段の搬送中の厚物樹脂シートに対して上記成形サイクルに基づいて成形型を作用させて成形品を成形するものである。このように成形機構と高速追従型ヒータ手段とが隣接しているため、所定の成形サイクル内に次の成形サイクルで成形機構に搬入される所定部位の厚物樹脂シートを十分に加熱しなければならない。そして、この加熱時に、温度計測手段が当該樹脂シートの表面温度を計測しつつ、電力供給制御手段は、この温度計測手段における計測結果に基づいて、高速追従型ヒータ手段へ供給する電力供給を制御し、同厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御する。すなわち、厚物の樹脂シートをロール状にして、順次所定長さの厚物樹脂シートを加熱軟化させる厚物熱成形装置においても、成形サイクルにて高速追従型ヒータ手段のリアルタイム制御を実現することが可能になる。
また、電力供給制御手段にて高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し厚物樹脂シートを加熱軟化させるに際して、加熱初期時に供給する電力を所定の目標温度を実現可能な所定の供給電力より高めに供給する急加熱制御を実行している。そして、この急加熱制御実行後、表面温度の制御に移行して、この急加熱制御による厚物樹脂シートの畜熱作用にて同厚物樹脂シートの内部を加熱する。これにより、厚物樹脂シートの内部温度を適切にすることが可能になる。
【００１３】
ここで、上記電力供給制御手段が厚物樹脂シートの表面温度を制御するにあたり、高速追従型ヒータへの電力供給を制御する態様として、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の厚物熱成形装置において、上記温度計測手段は、所定間隔で表面温度を計測し、上記電力供給制御手段は、所定間隔にて表面温度が増加すると、所定の割合で高速追従型ヒータ手段に供給する電力を減少させて上記厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御する構成としてある。
【００１４】
上記のように構成した請求項２にかかる発明において、電力供給制御手段は、温度計測手段が所定間隔で計測した計測結果に基づいて、一定の割合によって上記高速追従型ヒータへ供給する電力供給を制御し、同樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御する。すなわち、通常、成形サイクルの初期時に高速追従型ヒータ手段は、所定の初期発熱量によって、厚物樹脂シートを急加熱する。そして、急加熱した厚物樹脂シートのシート表面温度を徐々に目標温度に近づけるため、高速追従型ヒータ手段の発熱量を徐々に下げる必要がある。従って、本発明においては、計測結果が目標温度よりも小さくても、高速追従型ヒータ手段に対する電力供給を一定の割合で減少させて徐々にシート表面温度を所定の目標温度に移行させる。これにより、簡易な制御構成にてリアルタイム制御を実現することが可能になる。
【００１５】
また、電力供給制御手段が厚物樹脂シートのシート表面温度を制御するにあたり、高速追従型ヒータ手段への電力供給を制御する他の態様として、請求項３にかかる発明は、請求項１に記載の厚物熱成形装置において、上記温度計測手段は、所定間隔で表面温度を計測し、上記電力供給制御手段は、所定間隔での表面温度の増加率を検出し、この検出した増加率に対応して高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し、上記厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御する構成としてある。
【００１６】
上記のように構成した請求項３にかかる発明において、電力供給制御手段は、温度計測手段が所定間隔で計測した計測結果に基づいて、この所定間隔でのシート表面温度の増加率を検出し、この増加率に対応して、高速追従型ヒータ手段へ供給する電力供給を制御し、同厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御する。例えば、所定間隔で計測した計測結果の増加率に基づいて、増加率が大きければ電力供給の変動率を小さくし、増加率が小さければ、この変動率を大きくする。これにより、所定間隔での計測で大きくシート表面温度が変化すれば、高速追従型ヒータ手段への電力供給の変動率を小さくし、徐々に目標温度に接近するように制御することが可能になるし、所定間隔での計測で小さくシート表面温度が変化すれば、高速追従型ヒータ手段への電力供給の変動率を大きくし、急速に目標温度に接近させることが可能になる。これにより、精緻なリアルタイム制御を実現することが可能になる。
【００１７】
さらに、電力供給制御手段が厚物樹脂シートのシート表面温度を制御するにあたり、高速追従型ヒータ手段への電力供給を制御する他の態様として、請求項４にかかる発明は、請求項３に記載の厚物熱成形装置において、上記電力供給制御手段は、表面温度と目標温度との偏差を検出し、上記増加率およびこの偏差に対応して、上記高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し、上記厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御する構成としてある。
【００１８】
上記のように構成した請求項４にかかる発明において、電力供給制御手段は、温度計測手段が所定間隔で計測した計測結果に基づいて、この所定間隔でのシート表面温度の増加率、および、シート表面温度と所定の目標温度との偏差を検出し、この増加率、および、偏差に応じて、上記高速追従型ヒータ手段へ供給する電力供給を制御し、同厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御する。例えば、所定間隔で計測した計測結果の増加率が大きくても、目標温度との偏差が大きければ、電力供給の変動率を大きくするし、増加率が大きくても、目標温度との偏差が小さければ、電力供給の変動率を小さくする。これにより、より精緻なリアルタイム制御を実現することが可能になる。
【００２１】
このように、所定の成形サイクルに基づいてロール状の厚物樹脂シートから順次厚物樹脂シートを搬送し、この厚物樹脂シートを上述したリアルタイム制御にて加熱軟化させる手法は必ずしも実体のある厚物熱成形装置に限られる必要はなく、その方法としても機能することは容易に理解できる。
【００２２】
このため、請求項５にかかる発明は、厚物ロール状樹脂シートから厚物樹脂シートを所定の成形サイクルに基づいて順次搬送する搬送工程と、上記搬送手段の搬送中の厚物樹脂シートに対して上記成形サイクルに基づいて成形機構により成形型を作用させて成形品を成形する成形工程と、上記成形サイクルに基づく上記成形工程での成形動作の待機時間に次の成形サイクルで上記成形機構に搬入する所定部位の厚物樹脂シートを所定の加熱工程にて加熱軟化するにあたり、供給された電力に基づいて発熱する高速追従型ヒータにて加熱軟化させるに際して、加熱初期時に供給する電力を上記所定の目標温度を実現可能な所定の供給電力より高めに供給する急加熱制御を実行し、その後で該急加熱制御による厚物樹脂シートの畜熱作用にて同厚物樹脂シートの内部を加熱しつつ、加熱工程に搬入された厚物樹脂シートの表面温度を計測しつつ、同計測結果に基づいて上記高速追従型ヒータに供給する電力を制御し、上記表面温度を所定の目標温度に制御する構成としてある。
すなわち、必ずしも実体のある厚物熱成形装置に限らず、その方法としても有効であることに相違はない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、厚物樹脂シートをロール状に構成して所定の成形サイクルに基づいて順次搬送しつつ、この成形サイクルの待機時間の加熱サイクルにおいて、厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御するリアルタイム制御を実現可能な厚物熱成形装置を提供することができる。また、厚物樹脂シートの畜熱効果にて、厚物樹脂シートの内部を加熱軟化させることが可能になる。
さらに、請求項２にかかる発明によれば、高速追従型ヒータの簡易なリアルタイム制御を提示することが可能になる。
さらに、請求項３にかかる発明によれば、高速追従型ヒータの精緻なリアルタイム制御が可能になる。
さらに、請求項４にかかる発明によれば、高速追従型ヒータのより精緻なリアルタイム制御が可能になる。
【００２７】
さらに、請求項５にかかる発明によれば、厚物樹脂シートをロール状に構成して所定の成形サイクルに基づいて順次搬送しつつ、この成形サイクルの待機時間の加熱サイクルにおいて、厚物樹脂シートのシート表面温度を所定の目標温度に制御するリアルタイム制御を実現可能な厚物熱成形方法を提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明にかかる厚物熱成形装置の概略構成を示した概略構成図である。
同図において、厚物熱成形装置１０は、概略、成形品を成形する前の厚物ロール状樹脂シート１１から厚物樹脂シートＳを巻き出しロールを使用して所定の成形サイクルに基づいて巻き出すシート繰り出し装置１２と、シート繰り出し装置１２より巻き出された厚物樹脂シートＳに対して所定の熱処理を施し厚物樹脂シートＳを可塑化させる加熱装置１３と、可塑化された厚物樹脂シートＳに所定の成形サイクルにより成形型を作用させ成形品が成形された成形シートを生成する成形装置１４と、この成形シートの成形品に対して、所定の穴開けやミシン目などを形成する中間トリミング処理を実施するとともに、中間トリミング処理された成形シートから成形品の外周を切断することにより成形シートをトリミングするトリミング装置１５と、トリミングされた成形品を製品として回収する製品回収エリア１６と、成形品がトリミングされた後の成形シートを巻き戻して回収する巻き戻しロール１７とを備えている。
【００２９】
図２は、厚物熱成形装置１０の成形装置１４より前の構成についての概略構成を示した概略構成図である。
同図において、ロール状に巻かれた厚物ロール状樹脂シート１１はシート繰り出し装置１２にて加熱装置１３方向に巻き出され、加熱装置１３に搬入される。そして、この加熱装置１３は厚物樹脂シートＳを加熱して軟化させる。かかる場合、シート繰り出し装置１２が厚物ロール状樹脂シート１１から厚物樹脂シートＳを繰り出すと、この繰り出された厚物樹脂シートＳは、加熱装置１３にて所定の位置に位置決めされつつ加熱される。
そして、この加熱軟化された厚物樹脂シートＳは、成形装置１４に搬送されて各種製品に成形される。
【００３０】
ここで、加熱装置１３は、上ヒータ１３ａと下ヒータ１３ｂとを備え、この上ヒータ１３ａおよび下ヒータ１３ｂの厚物樹脂シートＳと対面する平面状には、厚物樹脂シートＳから所定距離だけ離間して面状に対面し、厚物樹脂シートＳを加熱して軟化させるヒータブロック１３ｃが備えられており、このヒータブロック１３ｃには、１０２４個の急速応答可能な高速追従型ヒータ１３ｄがマトリックス配置されている。ここで、厚物熱成形装置１０の加熱装置１３の温度制御を実行する制御系の概略構成を図３に示す。
【００３１】
同図において、ヒータブロック１３ｃには、厚物樹脂シートＳにおける輻射熱（シート表面温度）を計測する温度センサ１３ｅが配置されており、この温度センサ１３ｅは、Ａ／Ｄ変換ユニット３０を介在させつつ温度制御ユニット３１に接続されている。なお、同図には、温度センサ１３ｅを模式的に一つだけ記載されているが、実際は、各高速追従型ヒータ１３ｄの間にマトリックス配置されている。温度制御ユニット３１は、作業者により設定された各種設定値を画面表示することの可能な表示装置３２や厚物熱成形装置１０における機械動作を行うサーボユニット３３などに接続されたモーションコントローラ３４に接続されている。
【００３２】
ここで、表示装置３２は、モーションコントローラ３４が温度制御ユニット３１から取得したシート表面温度などの各種実測値を送信すると、同各種実測値を画面表示する。また、モーションコントローラ３４は、各種設定値や各種実測値をサーボユニット３３の制御に用いており、また、モーションコントローラ３４は、サーボユニット３３における動作状況を表示装置３２に画面表示させている。さらに、各高速追従型ヒータ１３ｄには、ＳＳＲ盤２０が接続され、このＳＳＲ盤２０は、各高速追従型ヒータ１３ｄへの電力供給をオン・オフしている。
【００３３】
このＳＳＲ盤２０には、図４に示すように、８個の高速追従型ヒータ１３ｄにそれぞれ接続される子機ＳＳＲ２１と、この子機ＳＳＲ２１と同様に８個の高速追従型ヒータ１３ｄに接続されるとともに、７個の子機ＳＳＲ２１と温度制御ユニット３１との間に介在される１６個の親機ＳＳＲ２０とが備えられる。
かかる構成により、温度制御ユニット３１から所定の電力比率が通信バスＡを介して各親機ＳＳＲ２０に送信されると、各親機ＳＳＲ２０は、自らに接続された高速追従型ヒータ１３ｄへの電力供給を電力比率に基づいてオン・オフ制御するとともに、接続された各子機ＳＳＲ２１に対して電力比率に基づいたオン・オフ制御信号を送信し、各子機ＳＳＲ２１にて高速追従型ヒータ１３ｄへの電力供給を同様にオン・オフ制御させている。
【００３４】
具体的には、通信バスＡは、シリアルデータ通信用の規格化されたバスであり、図５に示すように、データライン（ＤＴ）とクロックライン（ＣＬＫ）とを備えている。ここで、温度制御ユニット３１は、クロックラインＣＬＫを介してクロック信号を送信し、データラインＤＴを介してこのクロック信号で同期がとられたデータをデータラインＤＴに出力する。そして、各親機ＳＳＲ２０にはスレーブアドレスが割り当てられており、温度制御ユニット３１は、図６に示すように、このアドレスデータと電力効率を含む指令データとをデータラインに出力することで通信相手を特定しつつ、指令データを相手方となる親機ＳＳＲ２０ごとに受け渡している。
【００３５】
図７は、各高速追従型ヒータ１３ｄの構成を平面図により示している。
同図に示すように、各高速追従型ヒータ１３ｄには、略八角形状の絶縁板１３ｄ１が備えられており、この絶縁板１３ｄ１の上面には、ヒータエレメント１３ｄ２が配置されている。このヒータエレメント１３ｄ２として、図８に示すように、幅方向に山折りして略帯状に形成された複数の発熱板１３ｄ３が絶縁板１３ｄ１上にて互いに離間させつつ略平行に配列されており、谷折りされた連結板１３ｄ４の各傾斜面が隣接する発熱板１３ｄ３の互いに対向する傾斜面にそれぞれ組み付けられ、各発熱板１３ｄ３の端部を互い違いに連結している。
【００３６】
このヒータエレメント１３ｄ２は、絶縁板１３ｄ１から略垂直上方に突設された略円柱体の支持台１３ｄ５により、隣接する発熱板１３ｄ３の互いに対向する傾斜面の下端付近で支持されている。また、ヒータエレメント１３ｄ２の両端には、子機ＳＳＲ２１および親機ＳＳＲ２０に接続された電源端子１３ｄ６が備えられており、各ＳＳＲ２０，２１によるオン・オフ制御により、このヒータエレメント１３ｄ２における発熱量が制御され、高速追従型ヒータ１３ｄのヒータ温度を制御する。このオン・オフ制御によってヒータ温度を制御する場合、所定時間内でのオン回数を点火率とし、この点火率を制御することになる。
【００３７】
本実施形態においては、厚物樹脂シートＳを加熱するにあたり、最初に所定の初期点火率で加熱を開始して、厚物樹脂シートＳの加熱状況を検出しつつ、徐々にヒータ温度を低下させて、シート表面温度を目標温度に近づけるように点火率を制御する。従って、高速追従型ヒータ１３ｄのヒータ温度は初期点火率による加熱後は、徐々に点火率を低下させて制御することになる。すなわち、初期点火率を高めに設定し、厚物樹脂シートの表面を急加熱する。この急加熱による熱は厚物樹脂シートに畜熱され、この畜熱によって厚物樹脂シート内部を加熱可能にしている。
【００３８】
ここで、各高速追従型ヒータ１３ｄは、それぞれに略八角形状であるため、ヒータブロック１３ｃにマトリックス配置されると、図９に示すように、角部に略矩形形状の間隙が生じる。このため、上述した温度センサ１３ｅは、各間隙にそれぞれ配置される。そして、各温度センサ１３ｅは、厚物樹脂シートＳの輻射熱をそれぞれに計測してＡ／Ｄ変換ユニット３０に出力することにより、温度制御ユニット３１に対してヒータブロック１３ｅの各部位におけるシート表面温度の取得を可能にしている。
【００３９】
かかる構成において、成形装置１４の成形サイクルの待機時間に、加熱装置１３に搬入された厚物樹脂シートＳに対して、表面温度が所定の目標温度になるように、上ヒータ１３ａおよび下ヒータ１３ｂに配設された高速追従型ヒータ１３ｄの発熱量が制御される。この制御は温度調整ユニット３１にて実行され、この成形サイクル中の待機時間に厚物樹脂シートＳのシート表面温度が所定の目標温度になるように制御する（リアルタイム制御）。このリアルタイム制御の概要を図１０に示す。
同図において、成形装置１４は、概略、所定の成形型を搬送された厚物樹脂シートＳに作用させ成形品を生成する成形サイクル１４ａと、成形する厚物樹脂シートＳが搬送され所定の位置に位置決めされる搬送サイクル１４ｂとのサイクルに基づいて動作する。
【００４０】
そして、加熱装置１３も、この成形サイクル１４ａと、搬送サイクル１４ｂに対応して、加熱サイクル１３ｆと、搬送サイクル１３ｇとのサイクルに基づいて動作する。そして、上述したリアルタイム制御は、この成形装置１４での成形サイクル１４ａの待機時間に加熱装置１３に搬入された厚物樹脂シートＳに対して、加熱サイクル１３ｆにおいて、各高速追従型ヒータ１３ｄに供給する電力を制御することによって、この厚物樹脂シートＳのシート表面温度を所定の目標温度に制御することを言い、かかるリアルタイム制御によって、成形装置１４に搬入される厚物樹脂シートＳは、成形サイクル１４ａの開始時には適温である所定の目標温度に加熱されていることになる。
【００４１】
ここで、温度制御ユニット３１が温度センサ１３ｅの計測したシート表面温度をＡ／Ｄ変換ユニット３０を介して入力し、各高速追従型ヒータ１３ｄに所定の点火率を供給して実行するリアルタイム制御処理の処理内容を図１１のフローチャートに示す。
同図において、最初に、成形サイクル１４ａが開始されたか否かを判定する（ステップＳ１００）。成形サイクル１４ａが開始されていれば、ヒータ温度を所定の初期値にまで上昇させるため、初期点火率αを供給する（ステップＳ１０５）。次に、所定時間Ｔ経過後に温度センサ１３ｅからシート表面温度を計測するため、この所定時間Ｔが経過しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。所定時間Ｔが経過すると、Ａ／Ｄ変換ユニット３０を介して温度センサ１３ｅよりシート表面温度を取得する（ステップＳ１１５）。そして、このシート表面温度と所定の目標温度とを比較する（ステップＳ１２０ａ，Ｓ１２０ｂ）。
【００４２】
シート表面温度が目標温度より小さい場合は、上述したようにヒータ温度を低下させるため、初期点火率αより所定の微小点火率Δαを減算したものを高速追従型ヒータ１３ｄに供給する点火率αとし、この点火率αを高速追従型ヒータ１３ｄに供給する（ステップＳ１２５）。一方、シート表面温度と目標温度が一致する場合は、ヒータ温度を保温温度にする点火率を高速追従型ヒータ１３ｄに供給し、シート表面温度を目標温度にクランプ可能にする（ステップＳ１３０）。そして、このような所定時間Ｔ間隔での高速追従型ヒータ１３ｄの制御によるシート表面温度の制御を成形サイクル１４ａが終了するまで実行する（ステップＳ１３５）。
【００４３】
次に、このリアルタイム制御処理が実施された場合のシート表面温度と、ヒータ温度との経時変化を図１２のタイムチャートに示す。このように、成形サイクル１４ａを所定時間Ｔで分割し、この所定時間Ｔごとに温度センサ１３ｅによって厚物樹脂シートＳのシート表面温度を計測しつつ、高速追従型ヒータ１３ｄのヒータ温度を制御するため、シート表面温度が成形サイクル内にて徐々に目標温度に向かって増加し、成形サイクル１４ａの終了時においては、所定の目標温度に到達することが分かる。
【００４４】
所定の成形サイクルにおいて加熱装置１４に搬入された厚物樹脂シートＳについて、加熱装置１３にてリアルタイム制御する手法は上述したように一定の割合で点火率を減少させる手法に限定されるものではなく、シート表面温度の増加率に対応させて点火率を制御するものであってもよい。
【００４５】
図１３は、かかる場合に温度制御ユニット３１が実行する高速追従型ヒータ１３ｄのリアルタイム制御の処理内容を示したフローチャートである。
同図において、最初に、成形サイクル１４ａが開始されたか否かを判定する（ステップＳ２００）。成形サイクル１４ａが開始されていれば、ヒータ温度を所定の初期値にまで上昇させるため、初期点火率αを供給する（ステップＳ２０５）。次に、所定時間Ｔ経過後に温度センサ１３ｅからシート表面温度を計測するため、この所定時間Ｔが経過しているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。所定時間Ｔが経過すると、Ａ／Ｄ変換ユニット３０を介して温度センサ１３ｅよりシート表面温度を取得する（ステップＳ２１５）。そして、このシート表面温度と所定の目標温度とを比較する（ステップＳ２２０ａ，Ｓ２２０ｂ）。
【００４６】
シート表面温度が目標温度より小さい場合は、所定間隔Ｔのシート表面温度の増加率を算出する（ステップＳ２２５）。次に、図１４に示す増加率および供給する点火率の変動率の対応を示す所定のテーブルから算出した増加率に対応する変動率Δαを決定する（ステップＳ２３０）。そして、このΔαにより上述したようにヒータ温度を低下させるため、初期点火率αより所定の点火率Δαを減算したものを高速追従型ヒータ１３ｄに供給する点火率αとし、この点火率αを高速追従型ヒータ１３ｄに供給する（ステップＳ２３５）。
一方、シート表面温度と目標温度が一致する場合は、ヒータ温度を保温温度にする点火率を高速追従型ヒータ１３ｄに供給し、シート表面温度を目標温度にクランプ可能にする（ステップＳ２４０）。そして、このような所定時間Ｔ間隔での高速追従型ヒータ１３ｄの制御によるシート表面温度の制御を成形サイクル１４ａが終了するまで実行する（ステップＳ２４５）。
【００４７】
このリアルタイム制御処理が実施された場合のシート表面温度と、ヒータ温度との経時変化を図１５のタイムチャートに示す。このように、成形サイクル１４ａを所定時間Ｔで分割し、この所定時間Ｔごとに温度センサ１３ｅによって厚物樹脂シートＳのシート表面温度を計測しつつ、このシート表面温度の増加率に対応して高速追従型ヒータ１３ｄのヒータ温度を制御するため、上述した手法に比較して、より精緻にシート表面温度を制御することが可能になる。本実施形態においては、シート表面温度の増加率に基づいて、供給する電力の変動率を決定しているが、かかる場合に、シート表面温度と目標温度との偏差をも考慮してヒータ温度を制御すると、より精緻なシート表面温度の制御を実現することが可能になる。
【００４８】
このように、厚物ロール状樹脂シート１１から成形装置１４での所定の成形サイクルに基づいて厚物樹脂シートＳをシート繰り出し装置１２にて加熱装置１３に繰り出し、この加熱装置１３で成形装置１４に搬入する前工程としての成形サイクル１４ａの待機時間に該当する加熱サイクル１３ｆ時に、厚物樹脂シートＳを加熱軟化させるにあたり、温度センサ１３ｅにて厚物樹脂シートＳのシート表面温度を計測しつつ、この計測結果に基づいて、高速追従型ヒータ１３ｄに供給する電力の点火率をリアルタイム制御することによって、厚物樹脂シートＳのシート表面温度を所定の目標温度に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる厚物熱成形装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態にかかる厚物熱成形装置の要部の構成を示す構成図である。
【図３】厚物熱成形装置の制御系の概略構成を示す概略構成図である。
【図４】ＳＳＲ盤の構成を示すブロック図である。
【図５】通信バスの概略構成を示すブロック図である。
【図６】温度制御ユニットから各親機ＳＳＲに送信されるデータの構成を示す模式図である。
【図７】高速追従型ヒータの構成を示す平面図である。
【図８】発熱板の取付状況を示す側面図である。
【図９】温度センサの配置状況を示す平面図である。
【図１０】リアルタイム制御の概要を示したタイミングチャートである。
【図１１】リアルタイミング制御処理の処理内容を示したフローチャートである。
【図１２】リアルタイミング制御処理を実行した場合のシート表面温度とヒータ温度との関係を示したタイミングチャートである。
【図１３】リアルタイミング制御処理の他の処理内容を示したフローチャートである。
【図１４】シート表面温度の増加率とヒータ温度の変動率との対応を示した図である。
【図１５】他のリアルタイミング制御処理を実行した場合のシート表面温度とヒータ温度との関係を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０…厚物熱成形装置
１１…厚物ロール状樹脂シート
１２…シート繰り出し装置
１３…加熱装置
１４…成形装置
１５…トリミング装置
１６…製品回収エリア
１７…巻き戻しロール
Claims (6)
- 厚物ロール状樹脂シートから厚物樹脂シートを所定の成形サイクルに基づいて順次搬送する搬送手段と、
上記搬送手段の搬送中の厚物樹脂シートに対して上記成形サイクルに基づいて成形型を作用させて成形品を成形する成形機構と、
上記厚物樹脂シートの搬送経路において上記成形機構の上流側に隣接して配置されており、供給された電力に基づいて発熱する急速応答可能な高速追従型ヒータ手段と、
当該厚物樹脂シートの表面温度を計測する温度計測手段と、
上記高速追従型ヒータ手段へ供給する電力を制御する電力供給制御手段とを有し、
上記成形サイクルに基づく上記成形機構での成形動作の待機時間に次の成形サイクルで上記成形機構に搬入する所定部位の厚物樹脂シートを上記高速追従型ヒータ手段にて加熱軟化させるに際して、上記所定部位が上記搬送手段にて上記高速追従型ヒータ手段の加熱位置に搬送されると、加熱初期時に供給する電力を上記所定の目標温度を実現可能な所定の供給電力より高めに供給する急加熱制御を実行し、その後で該急加熱制御による厚物樹脂シートの畜熱作用にて同厚物樹脂シートの内部を加熱しつつ、上記温度計測手段にて厚物樹脂シートの表面温度を計測しつつ、同計測結果に基づいて、上記電力供給制御手段の制御にて上記高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し、上記待機時間にて上記表面温度をリアルタイムに所定の目標温度に制御することを特徴とする厚物熱成形装置。 - 上記請求項１に記載の厚物熱成形装置において、上記温度計測手段は、所定間隔で表面温度を計測し、上記電力供給制御手段は、所定間隔にて表面温度が増加すると、所定の割合で高速追従型ヒータ手段に供給する電力を減少させて上記厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御することを特徴とする厚物熱成形装置。
- 上記請求項１に記載の厚物熱成形装置において、上記温度計測手段は、所定間隔で表面温度を計測し、上記電力供給制御手段は、所定間隔での表面温度の増加率を検出し、この検出した増加率に対応して高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し、上記厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御することを特徴とする厚物熱成形装置。
- 上記請求項３に記載の厚物熱成形装置において、上記電力供給制御手段は、表面温度と目標温度との偏差を検出し、上記増加率およびこの偏差に対応して、上記高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御し、上記厚物樹脂シートの表面温度を所定の目標温度に制御することを特徴とする厚物熱成形装置。
- 上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の厚物熱成形装置において、上記電力供給制御手段は、上記高速追従型ヒータ手段に供給する電力を制御して上記厚物樹脂シートを加熱軟化させるに際し、加熱初期時に供給する電力を上記所定の目標温度を実現可能な所定の供給電力より高めに供給する急加熱制御を実行して、この急加熱制御実行後、上記表面温度の制御に移行して、この急加熱制御による厚物樹脂シートの畜熱作用にて同厚物樹脂シートの内部を加熱することを特徴とする厚物熱成形装置。
- 厚物ロール状樹脂シートから厚物樹脂シートを所定の成形サイクルに基づいて順次搬送する搬送工程と、上記搬送手段の搬送中の厚物樹脂シートに対して上記成形サイクルに基づいて成形機構により成形型を作用させて成形品を成形する成形工程と、上記成形サイクルに基づく上記成形工程での成形動作の待機時間に次の成形サイクルで上記成形機構に搬入する所定部位の厚物樹脂シートを所定の加熱工程にて加熱軟化するにあたり、供給された電力に基づいて発熱する高速追従型ヒータにて加熱軟化させるに際して、上記所定部位が上記搬送手段にて上記高速追従型ヒータ手段の加熱位置に搬送されると、加熱初期時に供給する電力を上記所定の目標温度を実現可能な所定の供給電力より高めに供給する急加熱制御を実行し、その後で該急加熱制御による厚物樹脂シートの畜熱作用にて同厚物樹脂シートの内部を加熱しつつ、加熱工程に搬入された厚物樹脂シートの表面温度を計測しつつ、同計測結果に基づいて上記高速追従型ヒータに供給する電力を制御し、上記表面温度を所定の目標温度に制御することを特徴とする厚物熱成形方法。
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