JP5714838B2 - 射出成形機用の消費電力算出装置及び消費電力算出方法 - Google Patents

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    • B29C45/76Measuring, controlling or regulating
    • B29C45/7666Measuring, controlling or regulating of power or energy, e.g. integral function of force

Description

本発明は、射出成形機用の消費電力算出装置及び消費電力算出方法に関する。
射出成形機における射出成形は、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、金型のスプルにノズルを押しつけるノズルタッチ工程と、シリンダ内のスクリュを前進させて、スクリュ前方に溜まった溶融材料を金型キャビティ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、スクリュを回転させて、樹脂を溶融しながらシリンダの前方にため込む可塑化/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によって押し出す成形品突出し工程とからなる。
電動式射出成形機において使用される電力は、樹脂を溶融するために加熱シリンダの周囲に設けられるヒータ用電力と、各種電動モータの消費電力とを含む。電動式射出成形機に組み込まれるモータには、射出用のモータ、スクリュ回転用のモータ、型開閉用のモータ、エジェクタ用のモータ等、様々な電動モータがある。
従来から、作動中の消費電力を検出して当該消費電力に係わる表示を行う射出成形機の制御装置において、作動中の消費電力を検出する検出手段と、検出した消費電力から任意に指定した指定検出時間の電力量を求める電力量演算手段を備え、得られた電力量から所定の変換情報(二酸化炭素排出量情報、電気料金情報等)を求め、変換情報を電力量と一緒に表示する射出成形機の制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−83432号公報
しかしながら、実際の成形条件は多様に変更可能であるので、多様な成形条件毎に電力量を実際に測定することは、大きな手間であり、効率的でない。
そこで、本発明は、成形条件に応じて射出成形機の消費電力を予測することができる射出成形機用の消費電力算出装置及び消費電力算出方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、射出成形機用の消費電力算出装置であって、
成形条件を入力する入力手段と、
該入力手段に入力された成形条件で前記射出成形機を作動させた場合の消費電力を算出するための近似式を記憶する記憶手段と、
前記入力手段に入力された成形条件に基づいて、前記記憶手段に記憶された近似式から前記射出成形機の1サイクルに含まれる各成形工程のうちの所定の成形工程の消費電力を算出する消費電力算出手段とを備えることを特徴とする、消費電力算出装置が提供される。
また、本発明のその他の一局面によれば、射出成形機用の消費電力算出方法であって、
成形条件を入力する入力ステップと、
前記入力ステップで入力された成形条件で前記射出成形機を作動させた場合の消費電力を算出するための近似式を、記憶手段から読み出すステップと、
前記入力ステップで入力された成形条件に基づいて、前記読み出した近似式から前記射出成形機の1サイクルに含まれる各成形工程のうちの所定の成形工程の消費電力を算出する消費電力算出ステップとを備えることを特徴とする、消費電力算出方法が提供される。
本発明によれば、成形条件に応じて射出成形機の消費電力を予測することができる射出成形機用の消費電力算出装置及び消費電力算出方法が得られる。
本発明の一実施例の消費電力算出装置が適用される射出成形機1の一例の要部構成を示す図である。 コントローラ26の消費電力算出機能に関連する主要機能部を示す機能ブロック図である。 コントローラ26により実現される消費電力算出方法の主要処理の一例の流れを示すフローチャートである。 コントローラ26の最適成形条件算出機能に関連する主要機能部を示す機能ブロック図である。 コントローラ26により実現される最適成形条件算出方法の主要処理の一例の流れを示すフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
図1は、本発明の一実施例の消費電力算出装置が適用される射出成形機1の一例の要部構成を示す図である。
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。
可塑化/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、例えばトグルリンク(図示せず)を駆動して型開閉を実現する。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)を移動させることで成形品突出しを実現する。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、複数の各工程に応じた電流(トルク)指令をサーボモータ11,24,42,44に送る。例えば、コントローラ26は、サーボモータ24の回転数を制御して可塑化/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の回転数を制御して成形品突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。また、ユーザインターフェース35は、後述の消費電力算出のために、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入力する入力部を備える。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における射出成形の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(図示せず)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の前方にため込む可塑化/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出し工程とからなる。
本実施例では、コントローラ26は、射出成形機1の動作により発生する消費電力を予測的に算出する消費電力算出機能を備える。
図2は、コントローラ26の消費電力算出機能に関連する主要機能部を示す機能ブロック図である。
コントローラ26は、消費電力算出部261と、近似式記憶部262とを備える。消費電力算出部261は、コントローラ26のCPUが、入力された成形条件を入力パラメータとして、近似式記憶部262に格納された近似式を演算することで実現される。近似式記憶部262は、コントローラ26のROMにより実現されてもよい。
消費電力算出部261は、ユーザインターフェース35を介して入力された成形条件を入力パラメータとして、近似式記憶部262に格納された近似式を演算することで、射出成形機1の動作により発生する消費電力を予測的に算出する。
ここで、近似式記憶部262に格納される近似式の一例について説明する。
先ず、成形条件のパラメータ(入力パラメータ)は、例えば以下の通りである。
T:サイクル時間
M−OC:型開閉時間
ME:計量時間
CA:型締時間
CA:型締力
M−OC:型開閉ストローク
M−OC:型開閉速度
:充填量
:射出速度
ME:計量時のスクリュ20の回転速度
HP:保持圧力
HP:保圧時間
型開閉工程の消費電力WM−OCは、次の近似式を用いて算出される。
M−OC=a1・SM−OC+a2・VM−OC+a0
ここで、a1,a2,a0は、所定の係数であり、重回帰分析によって適合されてもよい。従って、1サイクルにおける型開閉工程のサーボモータ42のモータ消費電力Wは、次の通りで算出される。
=WM−OC×TM−OC/T
射出工程の消費電力Wは、次の近似式を用いて算出される。
=b1・S+b2・V+b0
ここで、b1,b2,b0は、所定の係数であり、重回帰分析によって適合されてもよい。従って、1サイクルにおける射出工程のサーボモータ11のモータ消費電力Wは、次の通りで算出される。
=W×(S/V)/T
計量工程のモータ消費電力WMEは、次の近似式を用いて算出される。
ME=c1・VME+c2
ここで、c1,c2は、所定の係数であり、最小二乗法によって適合されてもよい。従って、1サイクルにおける計量工程のサーボモータ24のモータ消費電力Wは、次の通りで算出される。
=WME×TME/T
型締工程の消費電力WCAは、次の近似式を用いて算出される。
CA=d1・FCA+d2・TCA+d3
ここで、d1,d2,d3は、所定の係数であり、重回帰分析によって適合されてもよい。従って、1サイクルにおける型締工程のモータ消費電力Wは、次の通りで算出される。
=WCA×TCA/T
保圧工程の消費電力Wは、次の近似式を用いて算出される。
HP=e1・PHP+e2・THP+e3
ここで、e1,e2,e3は、所定の係数であり、重回帰分析によって適合されてもよい。従って、1サイクルにおける保圧工程のサーボモータ11のモータ消費電力Wは、次の通りで算出される。
=WHP×THP/T
計量工程のヒータ電力WH−MEは、次の近似式を用いて算出される。
H−ME=f1・VME +f2・VME+f3
ここで、f1,f2,f3は、所定の係数であり、最小二乗法によって適合されてもよい。従って、1サイクルにおける計量工程のヒータ電力消費電力Wは、次の通りで算出される。
=WH−ME×TME/T
消費電力算出部261は、成形条件のパラメータを上述の各近似式に代入して、1サイクルにおける総消費電力WTotalを次の通り算出する。
Total=W+W+W+W+W+W+W+W
ここで、Wは、1サイクルにおけるモータの待機電力を表し、測定値が使用されてよい。Wは、1サイクルにおける計量工程のヒータ待機電力を表し、ヒータの待機電力W(測定値)を用いて、W=W×TME/Tで算出されてもよい。
図3は、コントローラ26により実現される消費電力算出方法の主要処理の一例の流れを示すフローチャートである。
ステップ300では、ユーザがユーザインターフェース35を介して入力した成形条件のパラメータ(サイクル時間、型開閉時間、計量時間等)を入力する。
ステップ302では、近似式記憶部262に格納される近似式を読み出す。
ステップ304では、消費電力算出部261により、上記ステップ300で入力された成形条件を入力パラメータとして、上記ステップ302で読み出した近似式を演算することで、各成形工程の消費電力W、W、W、W、W等を予測的に算出し、総消費電力WTotalを算出する。
ステップ306では、上記ステップ304で算出した消費電力の算出結果をユーザインターフェース35を介して出力する。この際、各成形工程の消費電力W、W、W、W、W等の算出結果を個別に表示すると共に、総消費電力WTotalの算出結果を表示してもよい。これにより、ユーザは、入力した成形条件で成形を行った場合の消費電力を把握することができる。従って、ユーザは、この算出結果を見て、例えば成形条件を再度見直して再度入力してもよい。この場合、ユーザは、新たな成形条件でどのような消費電力になるかを把握することができる。このようにして、ユーザは、事前に、消費電力を考慮しつつ成形条件を調整することができる。
本実施例では、コントローラ26は、更に、消費電力を考慮した最適な成形条件を算出する最適成形条件算出機能を備えてもよい。
図4は、コントローラ26の最適成形条件算出機能に関連する主要機能部を示す機能ブロック図である。
コントローラ26は、最適成形条件算出部263と、近似式記憶部262とを備える。最適成形条件算出部263は、コントローラ26のCPUが、入力された制約条件の下で、近似式記憶部262に格納された近似式により演算される消費電力が所定条件を満たすような最適な成形条件を算出することで実現される。近似式記憶部262は、コントローラ26のROMにより実現されてもよい。
図5は、コントローラ26により実現される最適成形条件算出方法の主要処理の一例の流れを示すフローチャートである。
ステップ500では、ユーザがユーザインターフェース35を介して入力した制約条件を入力する。制約条件は、例えば成形条件のパラメータ(サイクル時間、型開閉時間、計量時間等)に対して変更可能な範囲(上限値及び/又は下限値)であってもよい。例えば、サイクル時間については、T1〜T2までの範囲、型開閉時間については、T3〜T4での範囲という具合に、成形条件に対して許容可能な範囲であってよい。これらの変更可能な範囲は、良品条件と対応してもよい。即ち、成形条件の変更可能な範囲は、良品条件を満たす範囲内で設定されてよい。また、制約条件は、各成形工程の消費電力の目標値又は総消費電力の目標値を含んでよい。
ステップ502では、近似式記憶部262に格納される近似式を読み出す。
ステップ504では、最適成形条件算出部263により、上記ステップ500で入力された制約条件の下で、上記ステップ502で読み出した近似式により演算される消費電力が最小値となるような最適な成形条件を探索する。尚、上記ステップ500で、制約条件に消費電力の目標値が含まれる場合は、最適成形条件算出部263により、上記ステップ500で入力された制約条件の下で、上記ステップ502で読み出した近似式により演算される消費電力が目標値以下となるような最適な成形条件を探索する。この場合、最適な成形条件は、最適な成形条件の範囲で探索されてもよい。
ステップ506では、上記ステップ504で算出した最適成形条件の算出結果をユーザインターフェース35を介して出力する。この際、当該最適成形条件における各成形工程の消費電力W、W、W、W、W等の算出結果を個別に表示すると共に、総消費電力WTotalの算出結果を表示してもよい。これにより、ユーザは、最適成形条件を把握できると共に、当該最適成形条件で成形を行った場合の消費電力を把握することができる。
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及び置換を加えることができる。
例えば、上述の実施例では、射出成形機1のコントローラ26によって消費電力算出機能、最適成形条件算出機能及び計算結果出力機能が実現されているが、消費電力算出機能及び/又は最適成形条件算出機能及び/又は計算結果出力機能は、外部コンピューター(例えばパーソナルコンピューター)によって実現されてもよい。この場合、外部コンピューターは、複数種類の射出成形機に対応した消費電力算出機能及び/又は最適成形条件算出機能を備えてもよい。
また、上述の実施例において、成形品突出し工程のサーボモータ44の消費電力を同様の近似式で算出して加味するといったように、他の成形工程の消費電力を同様の近似式で算出して加味することも可能である。
また、上述の実施例では、成形工程毎に消費電力を算出しているが、モータ毎(サーボモータ11,24,42,44等)又はヒータ毎に消費電力を近似式で算出することも可能である。また、上述の実施例では、成形工程毎に消費電力を算出して1サイクルの総消費電力を予測しているが、ある特定の1つの成形工程又はある特定の複数の成形工程の組み合わせについての消費電力又は総消費電力を予測することも可能である。また、同様に、ある特定の1つのモータ又はある特定の複数のモータの組み合わせについての消費電力又は総消費電力を予測することも可能である。また、同様に、ある特定の1つのヒータ又はある特定の複数のヒータの組み合わせについての消費電力又は総消費電力を予測することも可能である。
また、ユニット毎(成形工程毎、モータ毎、ヒータ毎)に算出した消費電力のうち最も消費電力が大きかったユニットの消費電力を、成形条件を変更する(良品幅の範囲内で)ことにすると、効率良く消費電力の低減を図ることができる。
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
22 ホッパ
23 連結部材
24 サーボモータ
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
261 消費電力算出部
262 近似式記憶部
263 最適成形条件算出部

Claims (6)

  1. 射出成形機用の消費電力算出装置であって、
    成形条件を入力する入力手段と、
    該入力手段に入力された成形条件で前記射出成形機を作動させた場合の消費電力を算出するための近似式を記憶する記憶手段と、
    前記入力手段に入力された成形条件に基づいて、前記記憶手段に記憶された近似式から前記射出成形機の1サイクルに含まれる各成形工程のうちの所定の成形工程の消費電力を算出する消費電力算出手段とを備えることを特徴とする、消費電力算出装置。
  2. 前記記憶手段に記憶された近似式に基づいて、所定の制約条件の下で消費電力が所定値又は最小となるような成形条件を算出する最適成形条件算出手段を更に備える、請求項1に記載の消費電力算出装置。
  3. 前記消費電力算出手段により算出された消費電力を出力する出力手段を更に備える、請求項1に記載の消費電力算出装置。
  4. 射出成形機に組み込まれ、又は、射出成形機から独立した外部のコンピュータに組み込まれる、請求項1に記載の消費電力算出装置。
  5. 前記消費電力算出手段は、1サイクルに含まれる各成形工程の消費電力を算出し、算出した各成形工程の消費電力に基づいて、1サイクルあたりの総消費電力を算出する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の消費電力算出装置。
  6. 射出成形機用の消費電力算出方法であって、
    成形条件を入力する入力ステップと、
    前記入力ステップで入力された成形条件で前記射出成形機を作動させた場合の消費電力を算出するための近似式を、記憶手段から読み出すステップと、
    前記入力ステップで入力された成形条件に基づいて、前記読み出した近似式から前記射出成形機の1サイクルに含まれる各成形工程のうちの所定の成形工程の消費電力を算出する消費電力算出ステップとを備えることを特徴とする、消費電力算出方法。
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