JP7358991B2 - 電動射出成形機の制御装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の提案は、成形のサイクルを単位にしてそれぞれのサーボモータにおける負荷状況の履歴が表示される。ところが、生産現場においては、成形品Xを所定期間にわたって生産し、次いで成形品Yを所定期間にわたって生産する、というように、時間の経過にともなって成形品の種類が変わる。成形品の種類が変わると、サーボモータの負荷率も変わる。したがって、成形品のサイクルを単位にした負荷率の管理では、成形品の移り変わりを含んだ、例えば、成形機のそれぞれの電動モータにおける累積の負荷管理ができない。具体的には、一つの成形機においては、成形品あるいは成形する金型が変わっても、成形プロセスの駆動源である電動モータは変わらない。しかし、一過的情報である成形品毎あるいは成形サイクル毎の負荷率では電動モータの保全や寿命の評価はできない。
本実施の形態における射出成形機1は、成形部10と、成形部10の動作を制御する制御部50とを備えている。射出成形機1は電動射出成形機であり、モータM1,M2,M3およびM4を有し、これらモータM1~M4の駆動力により射出成形機1の動作要素を駆動して樹脂を所定圧力で金型に充填し、金型内で樹脂を硬化させて成形品を製造する。射出成形機1の制御部50は、成形部10が備えるモータM1~M4のそれぞれに対し、所定の時間的単位、例えば所定の金型における生産成形通算時間単位、または一つあるいは複数の金型が所定の順序で使用される特定の時間単位、例えば、日単位、週単位、月単位、年単位の、少なくともいずれか一つにおける負荷率を算出し、その表示部57に負荷率を表示する。負荷率は、記憶部56に記憶されるのに加えて表示部57に表示される。本実施形態におけるモータM1~M4は、サーボモータからなるものとする。
成形部10は、型締ユニット20と、可塑化ユニット30と、を備える。
型締ユニット20は、固定金型23が取り付けられる固定型盤21と、可動金型27が取り付けられる可動型盤25とを備えている。型締ユニット20は、射出成形に先立って、可動型盤25を移動させて可動金型27を固定金型23に当接させる。そしてさらに、固定金型23と可動金型27の間の圧力を高めて型締めを行った後に、固定金型23と可動金型27の間に形成される図示を省略するキャビティに、可塑化ユニット30から溶融樹脂を射出して成形品を得る。型締ユニット20は、溶融樹脂が硬化した後の成形品をキャビティから突き出すためのエジェクタピン29を備えている。
なお、射出成形機1において、可動型盤25が設けられる側を前、固定型盤21が設けられる側を後と定義する。この前後の関係は相対的なものとする。
可塑化ユニット30は、スクリュ33が回転されると、原料ホッパ35から供給された例えばペレット状の熱可塑性樹脂が加熱シリンダ31の前方側へ搬送される。この搬送過程において、この樹脂ペレットは徐々に加熱、溶融して、スクリュ33の前方に貯留される。貯留により発生する樹脂の圧力を受けてスクリュ33は後退しながら所定量の溶融樹脂をスクリュ33の前方に計量する。その後、吐出ノズル32から、計量された溶融樹脂が型締ユニット20の固定金型23と可動金型27の間に形成されるキャビティへ所定量だけ射出される。
モータM1~M4により駆動されるスクリュ33、可動金型27およびエジェクタピン29は射出成形機1の動作要素である。また、モータM1~M4をそれぞれ単独で指摘するときには、射出モータM1、可塑化モータM2、型締モータM3、エジェクタモータM4と称する。
次に、制御部50について説明する。
制御部50は、コンピュータにより構成され、射出成形機1の動作状態を監視するとともにサーボアンプSA1~SA4を介してモータM1~M4を制御する。
制御部50は、図1に示すように、演算部51と、第1出力部52と、第2出力部53と、第1入力部54と、第2入力部55と、記憶部56と、表示部57と、を有する。
演算部51は、記憶部56から読み出されたプログラムに基づき、各種動作を実行する。演算部51は、第1入力部54を介して、モータM1~M4の消費電力に関する情報を測定器S1~S4から取得し、第2入力部55を介してサーボアンプSA1~SA4からの位置フィードバック信号を取得する。また、演算部51は、第1出力部52を介してサーボアンプSA1~SA4を制御するとともに、モータM1~M4の負荷率を金型の識別情報と関連付けて算出する。また、演算部51は、第2出力部53を介して表示部57に残りショット数等の種々の情報を表示する。演算部51は、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)から構成される。出力部および入力部をそれぞれ二つに区分したのは作図および説明の便宜のためであり、現実にはそれぞれが一体をなしていてもよい。
記憶部56は、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等により構成され、各種プログラムおよびデータを格納する。記憶部56は、物理的に一体をなしていてもよい、物理的に複数の記憶要素に分かれていてもよい。物理的に一体をなしている場合に、記憶されるデータの種別に応じて、記憶領域が区分できる。物理的に複数の記憶要素に分かれている場合には、記憶されるデータの種別に応じて、記憶される要素を特定できる。
次に、図2を参照して、モータM1~M4の動作タイミングを説明する。
図2は、一つの成形品を形成する1サイクルの動作を示す。図2に示すように、1サイクルにおいては、型締工程、射出工程、可塑化/計量工程、型開工程、エジェクタ工程および待機工程がこの順に実行される。なお、図2は単に各モータのON/OFFを示したものであり(上側線がON/下側線がOFF)、モータの回転方向(正転/逆転)は示してはいない。
このように、モータM1~M4は、基本的には順番に駆動されるが、同時に駆動されることもある。モータM1~M4は、それぞれが駆動されている期間において、特許文献2に記載されるように、負荷率が変動する。
次に、図3を参照して、射出成形機1を用いて複数日に跨って成形品の生産をする例を説明する。この生産例は、異なる成形品を生産するために、固定金型23と可動金型27からなる一対の金型の交換を伴う。なお、図3においては、上述した型締工程、射出工程、可塑化/計量工程、型開工程、突出し工程および待機工程をまとめて1サイクルと表記している。また、固定金型23と可動金型27の対は、金型の識別情報である♯1,♯2,♯3,…♯nで表記されている。
金型♯1:X月Y日の終日およびX月Y+1日の午前
金型♯2:X月Y+1日の午後
金型♯3:X月Y+2日の午前
金型♯4:X月Y+2日の午後およびX月Y+3日の午前
金型♯5:X月Y+3日の午後
例えば、1日の平均負荷率LFは、モータM1~M4のそれぞれにおいて算出される。算出は、以下の式(1)に基づいて行われる。稼働運転時間は、簡単のために例えば、1日の自動運転(半自動運転および全自動運転のそれぞれ)の開始から終了までの時間をカウントするとともに記憶部56に記憶し、これの合計時間とする。この場合、式(1)の分子となる実積算消費電力PRの計測は、対応する自動運転開始から終了までの期間となる。
PR(実積算消費電力):1日に実際に消費した電力の合計
PC(定格積算電力):モータ定格出力力値に稼働運転時間を積算して求められた電力
(ii):寿命にかかわる負荷率評価ロジックを簡単化して、演算部51における演算時間の低減、仕様(処理速度)の抑制に貢献できる。
表示する各平均負荷率は、以下のような一派的な手法に限らず、二乗平均など任意の平均負荷率の計算方法により求めてもよい。
(1)負荷率の一般的な基本定義
負荷率(%)=モータ消費電力(W)/モータ定格出力(W)
これは(W)=(J/s)なので毎秒の負荷率を求めていることになる。
(2)負荷率の1成形サイクルへの拡張
1成形サイクル負荷率(%)=実積算消費電力(WC)/(モータ定格出力(W)×1成形サイクル時間(s))
WC:1サイクル間の消費電力の積算値
(3)負荷率の日への拡張
日負荷率(%)=積算モータ消費電力(WD)/(モータ定格出力(W)×60×60×24)
WD:1日間の消費電力の積算値
(4)週平均、月平均、年平均への拡張
平均負荷率は、ユーザが評価した1週間(7日間)の開始日から終了日の期間の各日の積算モータ消費電力を加算した値を分子とし、同様に対応する各日の稼働運転時間を定格モータに積算した値を分母として、平均負荷率LFとする。また、月平均負荷率、年平均負荷率も同様な手法により求めることができる。
次に、生産実績に基づく生産計画の立案の一例を説明する。
ここで説明する生産計画の前提条件は以下の通りであり、XX年1月の生産実績に基づいてXX年2月の生産計画を立案する。
・射出成形機1:仕様が同じ2台の成形機1Aおよび成形機1Bを用いて生産
・金型:仕様が異なる2台の金型♯1と金型♯2を用いて生産
成形機1Aまたは成形機1Bで金型♯1と金型♯2を成形した場合の、モータM1~M4の金型ごとの平均負荷率(第1負荷率)が図4に対比して示されている。なお、第1負荷率は、信頼性を高めるために、少なくとも成形サイクルタイムの2サイクル分以上の所定の時間的単位、具体的には成形サイクルタイムの2倍以上の自然数倍の所定の時間による平均負荷率が好ましい。
図4に示すように、金型♯1については、射出用のモータM1の負荷率が100%と高く、金型♯2については、可塑化用のモータM1の負荷率が100%と高いことが注目される。生産計画は、図4に示される第1負荷率を考慮して立案される。
次に、XX年1月の実績としてのモータM1~M4の週平均、月平均の平均負荷率(第2負荷率)が図5および図6に示されている。図5が成形機1Aの実績を示し、図6が成形機1Bの実績を示す。成形機1Aでは金型♯1のみを用いて成形し、成形機1Bでは金型♯2のみを用いて成形した。
XX年1月の平均負荷率の実績に基づいて、以下のようにXX年2月の生産計画を立案することができる。
つまり、射出モータM1の負荷率が高かった成形機1Aには、成形運転時の射出モータM1の負荷率が低い金型♯2を適用した生産計画とする。一方、可塑化モータM2の負荷率が高かった成形機1Bには、成形運転時の可塑化モータM2の負荷率が低い金型♯1を適用して生産計画とする。
以上説明したように、成形機1Aおよび成形機1Bにおいては、XX年2月の単月では、射出モータM1と可塑化モータM2の平均負荷率値がそれぞれ100%高い。しかし、年平均(1月と2月の平均)でみると、射出モータM1と可塑化モータM2のそれぞれの平均負荷率が83%、75%と低減できる。これにより、射出モータM1、可塑化モータM2の故障のリスクを低減できる。
表示部57における表示例が図9および図10に示されている。
図9は、成形機1Aおよび成形機1BにおけるXX年1月のモータM1~M4における平均負荷率を表示するのに加えて、次月に使用すべきである金型に関するメッセージを表示する。つまり、成形機1Aについては、負荷率が100%である射出モータM1は故障のリスクがあること、および、負荷率の小さい金型の識別情報を列挙してその使用を促している。また、成形機1Bについては、負荷率が100%である可塑化モータM2は故障のリスクがあること、および、負荷率の小さい金型の識別情報を列挙してその使用を促している。
図11(a)は、月単位で負荷率を監視する例を示すテーブルであり、このテーブルには「3か月平均」および「6か月平均」が表示されている。「3か月平均」とは、当月、図11(a)はXX年1月よりも前の3か月間の平均負荷率をいい、「6か月平均」とは、当月であるXX年1月よりも前の6か月間の平均負荷率をいう。
図11(b)は、週単位で負荷率を監視する例を示すテーブルであり、このテーブルには「3週間平均」および「6週間平均」が表示されている。「3週間平均」とは、当該週、図11(a)はXX年1月第1週よりも前の3週間の平均負荷率をいい、「6週間平均」とは、当該週であるXX年1月第1週よりも前の6週間の平均負荷率をいう。
ところで、本発明を用いて生産計画を作成する場合、各金型の負荷率の実績を予め知っておく必要がある。しかし、一度も組み合わせて成形されたことのない金型と射出成形機との関係では負荷率の実績が存在しない。
この場合、金型と射出成形機の既知の組合せによる負荷率を基に、組合せ実績のない金型と射出成形機の組合せにおける負荷率を演算によって推定してもよい。例えば、射出モータM1の定格容量が100(kW)の一方の射出成形機で成形した場合の負荷率が80%となる金型を、射出モータM1の定格容量が200(kW)の他方の射出成形機で成形した場合の負荷率を、80(%)x(100(kW)/200(kW))=40%とするなどの演算によって推定してもよい。
1A 成形機
1B 成形機
10 成形部
20 型締ユニット
21 固定型盤
23 固定金型
25 可動型盤
27 可動金型
29 エジェクタピン
30 可塑化ユニット
31 加熱シリンダ
32 吐出ノズル
33 スクリュ
35 原料ホッパ
50 制御部
51 演算部
52 第1出力部
53 第2出力部
54 第1入力部
55 第2入力部
56 記憶部
57 表示部
M1 射出モータ
M2 可塑化モータ
M3 型締モータ
M4 エジェクタモータ
S1,S2,S3,S4 測定器
SA1,SA2,SA3,SA4 サーボアンプ
PR 実積算消費電力
LF 平均負荷率
Claims (7)
- 動作要素を駆動する少なくとも一つの電動モータを有する駆動部と、
前記電動モータのそれぞれに対し、所定の時間的単位における負荷率を算出する演算部と、
前記負荷率のそれぞれを記憶する記憶部と、を備え、
前記演算部は、
前記負荷率を、使用された金型毎に演算するとともに、
前記記憶部は、
前記金型のそれぞれの識別情報と関連付けて記憶する、
電動射出成形機の制御装置。
- 前記負荷率が、複数の前記金型のそれぞれにおける通算の第1負荷率、および、複数の前記金型のそれぞれにおける前記時間的単位の第2負荷率の一方または双方である、
請求項1に記載の制御装置。
- 前記第1負荷率および前記第2負荷率の一方または双方を表示する表示部を備える、
請求項2に記載の制御装置。
- 前記表示部は、
複数の前記電動モータのそれぞれについて算出された前記第1負荷率を対比して表示する、
請求項3に記載の制御装置。
- 前記表示部は、
複数の前記電動モータのそれぞれについて算出された前記第2負荷率を対比して表示する、
請求項4に記載の制御装置。
- 前記演算部は、
先行する射出成形における前記第2負荷率に基づいて、後続の前記射出成形において使用すべき前記金型の前記識別情報を選択し、
前記表示部は、
選択された前記金型の前記識別情報を表示する、
請求項3~請求項5のいずれか一項に記載の制御装置。
- 外部と通信する通信手段を備え、
前記通信手段を介して、前記負荷率を外部に出力する、
請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の制御装置。
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