JP7452410B2 - Shrinkage rate estimation device, shrinkage rate estimation method, program, recording medium, and extrusion molded product manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、押出成形品の収縮率を推定する収縮率推定技術に関する。 The present invention relates to a shrinkage rate estimation technique for estimating the shrinkage rate of an extruded product.
特開2020-44695号公報(特許文献1)には、ゴム押出機の回転しているスクリュに生じるトルクを検出して、この検出したトルクデータに基づいて、ゴム材料の粘度を推定する技術が記載されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-44695 (Patent Document 1) discloses a technology that detects the torque generated in a rotating screw of a rubber extruder and estimates the viscosity of a rubber material based on the detected torque data. Are listed.
例えば、代表的な押出成形品であるケーブルは、絶縁性を確保するために導線を樹脂で被覆した構造を有しており、導線を被覆する樹脂は、例えば、押出成形技術によって形成される。その後、押出成形技術によって形成された樹脂に対して、アニール処理が行われるが、アニール処理後にケーブルが収縮することが知られている。例えば、ケーブルの長手方向に樹脂が収縮すると、ケーブルの外径が太くなる外径変動が生じたり、ケーブルの端部から導線(心線)が露出する不具合が生じるおそれがある。このことから、ケーブルの収縮率を小さくすることが望まれている。 For example, a cable, which is a typical extrusion molded product, has a structure in which a conducting wire is coated with a resin to ensure insulation, and the resin covering the conducting wire is formed by, for example, extrusion molding technology. Thereafter, the resin formed by extrusion molding is subjected to an annealing process, but it is known that the cable shrinks after the annealing process. For example, if the resin contracts in the longitudinal direction of the cable, there is a risk that the outer diameter of the cable will change to become thicker, or that the conductor (core wire) may be exposed from the end of the cable. For this reason, it is desired to reduce the shrinkage rate of the cable.
この点に関し、現状では、押出機から押し出される樹脂を構成材料として含む押出成形品の収縮率(アニール処理後の寸法)を押出時に把握できていない。このことから、アニール処理後に不良が発生して、製造歩留まりの低下やリードタイムの増加を招いている。したがって、押出成形品の生産性を向上する観点から、押出時に収縮率を推定することができる技術が望まれている。 Regarding this point, at present, the shrinkage rate (dimensions after annealing treatment) of an extrusion molded product containing resin as a constituent material extruded from an extruder cannot be ascertained at the time of extrusion. For this reason, defects occur after the annealing process, resulting in a decrease in manufacturing yield and an increase in lead time. Therefore, from the viewpoint of improving the productivity of extrusion molded products, a technology that can estimate the shrinkage rate during extrusion is desired.
一実施の形態における収縮率推定装置は、押出機に備わるモータのトルク電流と押出機の押出条件に基づいて、押出成形品の収縮率を推定する収縮率推定部を備える。 A shrinkage rate estimating device in one embodiment includes a shrinkage rate estimator that estimates the shrinkage rate of an extruded product based on the torque current of a motor included in the extruder and the extrusion conditions of the extruder.
一実施の形態における収縮率推定方法は、押出機に備わるモータのトルク電流と押出機の押出条件に基づいて、押出成形品の収縮率を推定する収縮率推定工程を備える。 A shrinkage rate estimation method in one embodiment includes a shrinkage rate estimation step of estimating the shrinkage rate of an extruded product based on the torque current of a motor provided in the extruder and the extrusion conditions of the extruder.
この収縮率推定方法は、プログラムを用いて、押出成形品の収縮率を推定する処理をコンピュータに実行させることにより実現できる。例えば、このプログラムは、押出機に備わるモータのトルク電流と押出機の押出条件に基づいて、押出成形品の収縮率を推定する収縮率推定処理を備える。一実施の形態におけるプログラムは、例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することができる。 This shrinkage rate estimation method can be realized by using a program to cause a computer to execute a process of estimating the shrinkage rate of an extrusion molded product. For example, this program includes a shrinkage rate estimation process that estimates the shrinkage rate of the extruded product based on the torque current of a motor provided in the extruder and the extrusion conditions of the extruder. The program in one embodiment can be recorded on, for example, a computer-readable recording medium.
一実施の形態における押出成形品の製造方法は、押出機に備わるモータのトルク電流と押出機の押出条件に基づいて押出成形品の収縮率をリアルタイムに監視する収縮率監視工程を備える。また、一実施の形態における押出成形品の製造方法は、押出機に備わるモータのトルク電流と押出機の押出条件に基づいて押出成形品の収縮率をリアルタイムに推定する収縮率推定工程と、推定された収縮率に基づいて押出条件を調整する押出条件調整工程と、調整された押出条件で樹脂を押出成形する成形工程とを備える。 A method for manufacturing an extrusion molded product in one embodiment includes a shrinkage rate monitoring step of monitoring the shrinkage rate of the extrusion molded product in real time based on the torque current of a motor provided in the extruder and the extrusion conditions of the extruder. Further, the method for manufacturing an extrusion molded product in one embodiment includes a shrinkage rate estimation step of estimating the shrinkage rate of the extrusion molded product in real time based on the torque current of a motor provided in the extruder and the extrusion conditions of the extruder; The method includes an extrusion condition adjustment step of adjusting extrusion conditions based on the adjusted shrinkage rate, and a molding step of extrusion molding the resin under the adjusted extrusion conditions.
一実施の形態によれば、押出時に押出成形品の収縮率を推定できる。また、これにより、押出成形品の生産性を向上することができる。 According to one embodiment, the shrinkage rate of the extrudate can be estimated during extrusion. Moreover, thereby, the productivity of extrusion molded products can be improved.
実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are designated by the same reference numerals in principle, and repeated explanation thereof will be omitted. Note that even in a plan view, hatching may be added to make the drawing easier to understand.
<ケーブルの製造方法>
本実施の形態では、導線を樹脂で被覆するケーブルの製造方法の中で、押出成形技術を使用して導線の外周を樹脂で被覆する工程について説明する。
<Cable manufacturing method>
In this embodiment, a process of coating the outer periphery of a conducting wire with resin using extrusion molding technology will be described in a method of manufacturing a cable in which a conducting wire is coated with resin.
図1は、導線の外周を樹脂で被覆する押出成形工程を説明する模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an extrusion molding process for coating the outer periphery of a conducting wire with resin.
図1において、被覆材料の原料となる原料ペレット10を押出機11に投入して混練すると、クロスヘッド12を介してダイ13から溶融した樹脂が押し出される。押し出された樹脂は、走行ラインに沿って移動する導線14の表面に被覆される。そして、導線14の表面に被覆された樹脂は、ダイ13から押し出された直後から空冷された後、水槽15で水冷される。このようにして、ダイ13から押し出された樹脂は、空冷および水冷による冷却過程で固化する。ここで、導線14は、銅の撚線などから構成される。また、原料ペレット(プラスチック材料)10は、熱可塑性ポリウレタン樹脂などから構成される。
In FIG. 1, when
その後、押出成形技術によって形成された樹脂を構成材料として含む押出成形品に対して、アニール処理が行われるが、アニール処理後に押出成形品が収縮することが知られている。押出成形品の収縮は、押出成形品の品質に悪影響を及ぼすことから、押出成形品の収縮率を小さくすることが望ましい。 Thereafter, an annealing treatment is performed on an extrusion molded product containing resin as a constituent material formed by extrusion molding technology, but it is known that the extrusion molded product shrinks after the annealing treatment. Since shrinkage of an extruded product has a negative effect on the quality of the extruded product, it is desirable to reduce the shrinkage rate of the extruded product.
この点に関し、例えば、押出成形品の押出成形時にリアルタイムで押出成形品の収縮率(アニール処理後の寸法)を把握することができれば、製造歩留まりの向上やリードタイムの低減を実現できると考えられる。すなわち、押出成形品の生産性を向上する観点から、リアルタイムに収縮率を推定できる技術が望まれている。 In this regard, for example, if it is possible to understand the shrinkage rate (dimensions after annealing treatment) of an extruded product in real time during extrusion molding, it is thought that it will be possible to improve manufacturing yield and reduce lead time. . That is, from the viewpoint of improving the productivity of extrusion molded products, a technology that can estimate the shrinkage rate in real time is desired.
<実施の形態における基本思想>
本実施の形態における基本思想は、押出成形品の収縮率をリアルタイムに推定するために、収縮率自体を直接推定するのではなく、収縮率と相関関係のある物理量に着目して、この物理量を推定することによって収縮率を間接的に推定する思想である。特に、収縮率と相関関係のある物理量としてリアルタイムに把握することができる物理量を見出すことができれば、この物理量に基づいて、リアルタイムに収縮率を推定できると考えられる。
<Basic idea of embodiment>
The basic idea of this embodiment is that in order to estimate the shrinkage rate of an extruded product in real time, instead of directly estimating the shrinkage rate itself, we focus on a physical quantity that has a correlation with the shrinkage rate and calculate this physical quantity. The idea is to indirectly estimate the shrinkage rate by estimating it. In particular, if a physical quantity that can be grasped in real time as a physical quantity that has a correlation with the shrinkage rate can be found, it is considered that the shrinkage rate can be estimated in real time based on this physical quantity.
この基本思想は、例えば、以下に示す利点を有する。 This basic idea has the following advantages, for example.
例えば、収縮率自体を高精度に推定するには、押出条件と樹脂の材料特性の両方を考慮する必要がある。しかしながら、収縮率自体を定式化する収縮率推定技術では、押出条件と樹脂の材料特性の両方を考慮して収縮率自体を定式化することが難しいだけでなく、「結晶化度」という測定が必要なパラメータも含まれる。この結果、収縮率自体を定式化する技術では、押出成形品の製造工程においてリアルタイムに導入することが困難である。 For example, in order to estimate the shrinkage rate itself with high accuracy, it is necessary to consider both the extrusion conditions and the material properties of the resin. However, with the shrinkage rate estimation technology that formulates the shrinkage rate itself, it is not only difficult to formulate the shrinkage rate itself considering both extrusion conditions and resin material properties, but also the measurement of "crystallinity" is difficult. Also includes necessary parameters. As a result, it is difficult to implement the technology that formulates the shrinkage rate itself in real time in the manufacturing process of extrusion molded products.
これに対し、基本思想によれば、収縮率自体を定式化する必要はなく、収縮率と相関関係のある物理量を定式化できれば、定式化された物理量から収縮率を間接的に推定することができる。このとき、物理量の定式化において、押出条件と樹脂の材料特性の両方を考慮することが容易であるとともに、「結晶化度」という測定が必要なパラメータを含まずに定式化できれば、収縮率を高精度に推定できるとともに、押出成形品の製造工程においてリアルタイムに導入することも可能となる。つまり、収縮率と相関関係のある物理量として、リアルタイムに把握することができるとともに、押出条件と材料特性を考慮した定式化が実現できる物理量が見出されれば、収縮率を高精度に推定できるとともに、押出成形品の製造工程においてリアルタイムに導入することも可能となる。 On the other hand, according to the basic idea, there is no need to formulate the shrinkage rate itself; if a physical quantity that has a correlation with the shrinkage rate can be formulated, it is possible to indirectly estimate the shrinkage rate from the formulated physical quantity. can. At this time, when formulating the physical quantities, it is easy to consider both the extrusion conditions and the material properties of the resin, and if the formulation can be formulated without including the parameter that requires measurement of "crystallinity", it is possible to calculate the shrinkage rate. Not only can it be estimated with high accuracy, but it can also be introduced in real time in the manufacturing process of extrusion molded products. In other words, if a physical quantity that can be grasped in real time and that can be formulated in consideration of extrusion conditions and material properties as a physical quantity that has a correlation with the shrinkage rate can be found, the shrinkage rate can be estimated with high accuracy. It also becomes possible to introduce it in real time in the manufacturing process of extrusion molded products.
そこで、本発明者は、このような物理量を見出すために鋭意検討した結果、「トルク電流」という物理量に着目したので、以下では、「トルク電流」について説明する。 Therefore, as a result of intensive studies to find such a physical quantity, the inventor of the present invention focused on a physical quantity called "torque current", and therefore, the "torque current" will be explained below.
<「トルク電流」>
押出成形工程では、押出機が使用される。押出機では、被覆材料の原料となる原料ペレットを回転するスクリュで混練する。そして、混練された溶融樹脂をダイの出口から押し出すことによって、導線の外周を樹脂で被覆する。ここで、スクリュは、押出機に備わるモータによって回転される。このとき、スクリュを回転させるモータに流れる負荷電流が「トルク電流」である。本発明者は、この「トルク電流」が押出成形品の収縮率と相関関係のある物理量であることを新規に見出している。特に、「トルク電流」は、樹脂を混練するスクリュを回転させるモータに流れる電流であり、押出機においては、この「トルク電流」を常時監視することにより、スクリュの回転異常を検出できるように構成されている。このことから、「トルク電流」は、押出成形工程においてリアルタイムに把握できる物理量である。したがって、「トルク電流」が押出成形品の収縮率と相関関係があれば、「トルク電流」からリアルタイムに押出成形品の収縮率を推定することが可能となる。
<“Torque current”>
An extruder is used in the extrusion molding process. In the extruder, raw material pellets, which are the raw material for the coating material, are kneaded with a rotating screw. Then, by extruding the kneaded molten resin from the exit of the die, the outer periphery of the conductive wire is coated with the resin. Here, the screw is rotated by a motor provided in the extruder. At this time, the load current flowing through the motor that rotates the screw is the "torque current." The present inventor has newly discovered that this "torque current" is a physical quantity that is correlated with the shrinkage rate of the extruded product. In particular, "torque current" is the current that flows through the motor that rotates the screw that kneads the resin, and extruders are configured so that abnormal rotation of the screw can be detected by constantly monitoring this "torque current." has been done. From this, "torque current" is a physical quantity that can be grasped in real time during the extrusion molding process. Therefore, if the "torque current" has a correlation with the shrinkage rate of the extruded product, it becomes possible to estimate the shrinkage rate of the extruded product in real time from the "torque current".
ここで、「トルク電流」と押出成形品の収縮率との間に相関関係があることは明らかではない。そこで、以下では、まず、「トルク電流」と押出成形品の収縮率との間に相関関係が存在することを定性的に説明する。 Here, it is not clear that there is a correlation between the "torque current" and the shrinkage rate of the extruded product. Therefore, below, first, it will be qualitatively explained that there is a correlation between the "torque current" and the shrinkage rate of the extruded product.
<相関関係の定性的理解>
<<「引落応力」の説明>>
「トルク電流」と押出成形品の収縮率との間に相関関係が存在することを説明するためには、「引落応力」が重要な役割を有する。このため、「引落応力」について説明する。
<Qualitative understanding of correlation>
<<Explanation of "drawing stress">>
In order to explain that there is a correlation between the "torque current" and the shrinkage rate of the extruded product, "drawdown stress" plays an important role. For this reason, "drawing stress" will be explained.
図2は、ダイから押し出された樹脂で導線を被覆する様子を示す模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing how a conducting wire is covered with resin extruded from a die.
図2において、ダイ13の出口から押し出された溶融樹脂20は、一定の線速で移動する導線14の表面に被覆される。そして、導線14の表面に被覆された溶融樹脂20は、水槽15で冷却されて結晶化する。このとき、図2に示すように、ダイ13の出口から押し出された溶融樹脂20は、走行ラインに沿って移動する導線14に引っ張られる。この結果、ダイ13の出口から押し出されてから導線14に被覆されるまでに溶融樹脂20に斜め方向に加わる応力が「引落応力σ」である。
In FIG. 2,
本発明者は、この「引落応力」が押出成形品の収縮率と相関関係を有していると推測している。この点に関し、本発明者が「引落応力」と収縮率との間に相関関係があると推測するに至った理由について説明する。本発明者が「引落応力」と収縮率との間に相関関係があると推測したのは、以下に示す収縮メカニズムを把握した結果である。 The present inventor presumes that this "drawdown stress" has a correlation with the shrinkage rate of the extruded product. In this regard, the reason why the inventor of the present invention has come to estimate that there is a correlation between the "drop stress" and the shrinkage rate will be explained. The inventor of the present invention presumed that there is a correlation between "drawing stress" and shrinkage rate as a result of understanding the shrinkage mechanism described below.
そこで、本発明者が把握した収縮メカニズムについて説明する。 Therefore, the contraction mechanism understood by the present inventor will be explained.
押出成形技術では、ダイから押し出された溶融樹脂を延伸させて所望の寸法の製品(押出成形品)を製造することが行われる。このとき、押し出された溶融樹脂に加わる「引落応力」により、溶融樹脂の構成材料である高分子の高分子鎖が伸長し、高分子鎖が伸長した状態で溶融樹脂が水冷される。その後、アニール処理によって再び高温状態に曝されたとき、樹脂に加わっている「引落応力」が解消される結果、樹脂に収縮が発生する。以上のようなメカニズムによって樹脂に収縮が発生する。したがって、このメカニズムによると、「引落応力」が樹脂を構成材料として含む押出成形品の収縮の一因となっていることがわかる。このことを考慮して、本発明者は、「引落応力」と収縮率との間に相関関係があると推測するに至ったのである。 In extrusion molding technology, a molten resin extruded from a die is stretched to produce a product (extrusion molded product) with desired dimensions. At this time, the "drawing stress" applied to the extruded molten resin causes the polymer chains of the polymer that is the constituent material of the molten resin to elongate, and the molten resin is water-cooled in a state where the polymer chains are elongated. Thereafter, when the resin is exposed to a high temperature again through annealing treatment, the "draw-down stress" applied to the resin is eliminated, causing the resin to shrink. Shrinkage occurs in the resin due to the mechanism described above. Therefore, according to this mechanism, it can be seen that "drawdown stress" is a cause of shrinkage of extruded products containing resin as a constituent material. Taking this into consideration, the present inventor has come to conjecture that there is a correlation between "drawdown stress" and shrinkage rate.
<<「引落応力」と粘度との関係>>
次に、「引落応力」は、粘度と相関関係があることを説明する。上述したメカニズムによると、押し出された溶融樹脂に加わる「引落応力」により、溶融樹脂の構成材料である高分子の高分子鎖が伸長する。したがって、「引落応力」は、樹脂の材料特性に影響を受けると考えることができる。特に、「引落応力」は、樹脂の流動性に大きく影響を受けると考えられることから、「引落応力」は、樹脂の流動性を表す粘度と相関関係があると推測される。例えば、定性的に粘度が大きくなると「引落応力」も大きくなると理解されることから、「引落応力」と粘度との間に相関関係が存在すると推測することは妥当である。
<<Relationship between "drawing stress" and viscosity>>
Next, it will be explained that "drawing stress" has a correlation with viscosity. According to the above-mentioned mechanism, the "drawdown stress" applied to the extruded molten resin causes the polymer chains of the polymer that is the constituent material of the molten resin to elongate. Therefore, it can be considered that the "drop stress" is influenced by the material properties of the resin. In particular, since it is thought that the "down stress" is greatly influenced by the fluidity of the resin, it is assumed that the "down stress" has a correlation with the viscosity, which represents the fluidity of the resin. For example, since it is qualitatively understood that as the viscosity increases, the "drawing stress" also increases, it is reasonable to assume that there is a correlation between the "drawing stress" and the viscosity.
<<粘度と「トルク電流」との関係>>
続いて、粘度は、「トルク電流」と相関関係があることを説明する。例えば、樹脂の混練は、スクリュをモータで回転させることにより行われる。このとき、樹脂の粘度が大きいと、この樹脂を混練するためにスクリュを回転させるエネルギーは大きくなる。このことは、スクリュを回転させるモータに大きな負荷がかかることを意味し、これによって、モータを回転させるための「トルク電流」は大きくなる。一方、樹脂の粘度が小さいと、この樹脂を混練するためにモータにかかる負荷は小さくなる。このことは、「トルク電流」が小さくなることを意味する。したがって、粘度と「トルク電流」との間に相関関係が存在することは妥当であると考えることができる。
<<Relationship between viscosity and "torque current">>
Next, it will be explained that viscosity has a correlation with "torque current". For example, the resin is kneaded by rotating a screw with a motor. At this time, if the viscosity of the resin is high, the energy required to rotate the screw to knead the resin will be high. This means that a large load is placed on the motor that rotates the screw, which increases the "torque current" required to rotate the motor. On the other hand, if the viscosity of the resin is low, the load placed on the motor for kneading the resin will be low. This means that the "torque current" becomes smaller. Therefore, it can be considered reasonable that a correlation exists between viscosity and "torque current."
以下では、粘度と「トルク電流」との間に相関関係があることを示す実験結果について説明する。まず、粘度を算出する。具体的には、粘度は、後述する(数式I)で表すことができることから、この(数式I)に基づいて粘度を算出することができる。例えば、実験に使用した樹脂および押出機の押出条件に基づき、(数式I)に含まれる「粘度定数η0」は、9.11×1011(Pa・sn)であり、「温度係数α」は、8.42×102(1/℃)であり、「粘度指数n」は、0.225である。 Below, experimental results showing that there is a correlation between viscosity and "torque current" will be explained. First, calculate the viscosity. Specifically, since the viscosity can be expressed by (Formula I) described later, the viscosity can be calculated based on this (Formula I). For example, based on the resin used in the experiment and the extrusion conditions of the extruder, the "viscosity constant η 0 " included in (Formula I) is 9.11×10 11 (Pa·s n ), and the "temperature coefficient α ” is 8.42×10 2 (1/° C.), and “viscosity index n” is 0.225.
ここで、押出機から外部に押し出されて引き延ばされる樹脂の粘度の場合は、(数式I)に含まれる(dγ/dt)は、「歪み速度」が使用される。これに対し、押出機の内部で混練されている樹脂の粘度の場合は、(数式I)に含まれる(dγ/dt)は、「せん断速度」が使用される。 Here, in the case of the viscosity of the resin extruded from the extruder to the outside and stretched, "strain rate" is used for (dγ/dt) included in (Formula I). On the other hand, in the case of the viscosity of the resin being kneaded inside the extruder, the "shear rate" is used for (dγ/dt) included in (Formula I).
そして、「せん断速度」は、押出機の内部では一定であると仮定して定数とみなすと、(数式I)に基づいて、樹脂の温度Tから粘度ηを算出することができる。 If the "shear rate" is assumed to be constant inside the extruder and regarded as a constant, then the viscosity η can be calculated from the temperature T of the resin based on (Formula I).
そこで、押出機から押し出される樹脂の温度を測定する。具体的には、押出機の先端部に開けた穴に熱電対を挿入して樹脂の温度を測定した。図3は、樹脂の温度を測定した測定結果(実験データ)を示すグラフである。 Therefore, the temperature of the resin extruded from the extruder is measured. Specifically, a thermocouple was inserted into a hole made at the tip of the extruder to measure the temperature of the resin. FIG. 3 is a graph showing the measurement results (experimental data) of the temperature of the resin.
続いて、(数式I)に図3に示す実験データを代入することにより粘度を算出する。図4は、実験データに基づき算出された粘度の時間依存性(黒で表示)と、押出機から出力されるトルク電流の時間依存性(グレーで表示)とを合わせて示すグラフである。 Next, the viscosity is calculated by substituting the experimental data shown in FIG. 3 into (Equation I). FIG. 4 is a graph showing both the time dependence of viscosity calculated based on experimental data (shown in black) and the time dependence of torque current output from the extruder (shown in gray).
図4に示すように、丸印で囲んだピーク位置に着目すると、粘度計算値とトルク電流値との間に相関関係があることが読み取れる。以上の実験結果からも、粘度と「トルク電流」との間に相関関係が存在することは妥当であると考えられる。 As shown in FIG. 4, when paying attention to the peak positions surrounded by circles, it can be seen that there is a correlation between the calculated viscosity value and the torque current value. From the above experimental results, it is considered reasonable that there is a correlation between viscosity and "torque current."
以上のことをまとめると、図5に示すようになる。図5は、「トルク電流」と押出成形品の収縮率との間に相関関係が存在することの妥当性を説明する図である。図5において、上述した定性的な説明より、まず、「引落応力」と収縮率との間には、相関関係(第1相関関係)があることが推測される。そして、「引落応力」と粘度との間にも相関関係(第2相関関係)が存在することが推測されるとともに、粘度と「トルク電流」との間にも相関関係(第3相関関係)が存在することが推測される。したがって、これらの第1相関関係と第2相関関係と第3相関関係とを総合的に考慮すると、「トルク電流」と押出成形品の収縮率との間には、相関関係が存在することが推測される。すなわち、第1相関関係、第2相関関係および第3相関関係を考慮すると、「トルク電流」と収縮率とは、粘度および「引落応力」を通じて、互いに相関関係を有していると推測することができる。このようにして、「トルク電流」と押出成形品の収縮率との間には相関関係が存在することが定性的に理解される。 The above can be summarized as shown in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating the validity of the existence of a correlation between the "torque current" and the shrinkage rate of the extruded product. In FIG. 5, from the above qualitative explanation, it is first inferred that there is a correlation (first correlation) between the "drawdown stress" and the shrinkage rate. It is assumed that there is a correlation (second correlation) between "drawing stress" and viscosity, and there is also a correlation (third correlation) between viscosity and "torque current". It is assumed that there is. Therefore, when these first correlation, second correlation, and third correlation are comprehensively considered, it is found that there is a correlation between the "torque current" and the shrinkage rate of the extruded product. Guessed. That is, considering the first correlation, the second correlation, and the third correlation, it can be inferred that the "torque current" and the shrinkage rate are correlated with each other through the viscosity and the "drawing stress". Can be done. In this way, it is qualitatively understood that there is a correlation between the "torque current" and the shrinkage rate of the extruded product.
<相関関係の定式化>
さらに、本発明者は、「トルク電流」と押出成形品の収縮率と相関関係についての定性的理解から一歩進んで相関関係の定式化を試みているので、この点について説明する。
<Formulation of correlation>
Furthermore, since the present inventor has gone one step beyond a qualitative understanding of the correlation between "torque current" and the shrinkage rate of an extruded product, and is attempting to formulate the correlation, this point will be explained.
図6は、「トルク電流」と収縮率との相関関係の定式化を行う手順を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a procedure for formulating the correlation between "torque current" and contraction rate.
図6に示すように、まず、第1段階として、粘度と「トルク電流」との相関関係の定式化を行う。そして、第2段階として、「引落応力」と「トルク電流」との相関関係の定式化を行った後、第3段階として、収縮率と「トルク電流」との相関関係の定式化を行う。 As shown in FIG. 6, as a first step, the correlation between viscosity and "torque current" is formulated. Then, as a second step, the correlation between the "drawing stress" and the "torque current" is formulated, and then, as a third step, the correlation between the shrinkage rate and the "torque current" is formulated.
以下では、図6に示す手順にしたがって、最終的に、収縮率と「トルク電流」との相関関係を定式化できることについて説明する。 In the following, it will be explained that the correlation between the contraction rate and the "torque current" can be finally formulated according to the procedure shown in FIG.
<<第1段階:粘度と「トルク電流」との相関関係の定式化>>
一般的に、粘度は、以下に示す数式(I)で表される。
<<First stage: Formulation of the correlation between viscosity and "torque current">>
Generally, viscosity is expressed by the following formula (I).
ここで、
t:時間
η:粘度
η0:粘度定数
α:温度係数
T:樹脂の温度
dγ/dt:歪み速度
n:粘度指数
here,
t: Time η: Viscosity η 0 : Viscosity constant α: Temperature coefficient T: Resin temperature dγ/dt: Strain rate n: Viscosity index
<<<歪み速度の説明>>>
ここで、(数式I)に含まれる「歪み速度」について説明する。
<<<Explanation of strain rate>>>
Here, the "strain rate" included in (Formula I) will be explained.
図7は、「歪み速度」を説明する模式図である。 FIG. 7 is a schematic diagram illustrating "strain rate".
図7において、ダイ13の出口の断面積が「Sd」で示されている。このダイ13の出口から溶融樹脂20が押し出される。このとき、ダイ13の出口から押し出される溶融樹脂20の平均流速が「vd」である。ダイ13の出口から平均流速「vd」で押し出された溶融樹脂20は、線速「vf」が加わることによって引き延ばされる。ここで、図7に示される「Sf」は、溶融樹脂20で被覆された導線からなる成形物の断面積である。また、図7に示される「L」は、ダイ13の出口から水槽15までの距離である。
In FIG. 7, the cross-sectional area of the exit of the die 13 is indicated by "S d ".
このような構成において、「歪み速度」は、以下に示す(数式II)で表される。 In such a configuration, the "strain rate" is expressed by (Equation II) shown below.
ここで、
dγ/dt:歪み速度
vd:ダイの出口での溶融樹脂の平均流速
vf:線速
L:ダイの出口から水槽までの距離
here,
dγ/dt: Strain rate v d : Average flow velocity of molten resin at the exit of the die v f : Linear velocity L: Distance from the exit of the die to the water tank
すなわち、「歪み速度」は、平均流速「vd」と線速「vf」との差分をダイ13の出口から水槽15までの距離「L」で割った物理量として定義される。このように定義される「歪み速度」は、例えば、平均流速「vd」と線速「vf」とが等しければゼロとなる。つまり、平均流速「vd」と線速「vf」とが等しいということは、定性的に溶融樹脂20に歪みが加わらないと考えることができることから、溶融樹脂20の歪みに関する物理量である「歪み速度」がゼロとなることは理解できる。また、平均流速「vd」と線速「vf」との差分が大きくなればなるほど溶融樹脂に加わる歪みは大きくなると考えることができることから、「歪み速度」が(数式II)で表されることは妥当である。
That is, the "strain velocity" is defined as a physical quantity obtained by dividing the difference between the average flow velocity "v d " and the linear velocity "v f " by the distance "L" from the outlet of the die 13 to the
<<<線形性の仮定>>>
次に、上述した(数式I)で表される粘度と「トルク電流」との相関関係の定式化を行うにあたって、粘度と「トルク電流」との線形性を仮定する。この仮定は、例えば、粘度が大きくなれば、「トルク電流」も増加するという定性的理解に合致することから妥当といえる。この仮定に基づくと、粘度は、以下に示す(数式III)で表される。
<<<Assumption of linearity>>>
Next, in formulating the correlation between the viscosity and the "torque current" expressed by the above-mentioned (Equation I), linearity between the viscosity and the "torque current" is assumed. This assumption can be said to be valid because it matches the qualitative understanding that, for example, as the viscosity increases, the "torque current" also increases. Based on this assumption, the viscosity is expressed by (Formula III) shown below.
ここで、
t:時間
η:粘度
a:定数
τ:トルク電流
b:定数
here,
t: Time η: Viscosity a: Constant τ: Torque current b: Constant
本発明者の検討によると、「トルク電流」を変化させたとき、ダイの出口での溶融樹脂の平均流速(vd)、線速(vf)、ダイの出口から水槽までの距離(L)、樹脂の温度(T)、温度係数(α)、粘度指数(n)は、ほぼ一定である一方、樹脂の粘度定数(η0)が主に変化することを新規な知見として見出している。 According to the inventor's study, when the "torque current" is changed, the average flow velocity (v d ), linear velocity (v f ) of the molten resin at the exit of the die, and the distance from the exit of the die to the water tank (L ), the temperature (T), temperature coefficient (α), and viscosity index (n) of the resin are almost constant, while the viscosity constant (η 0 ) of the resin mainly changes, as a new finding. .
この知見に基づくと、粘度と「トルク電流」との(数式III)で表される線形性は、粘度定数(η0)を以下に示す(数式IV)で表すこととほぼ等価となる。 Based on this knowledge, the linearity between viscosity and "torque current" expressed by (Formula III) is approximately equivalent to expressing the viscosity constant (η 0 ) by (Formula IV) shown below.
ここで、
t:時間
η0:粘度定数
a0:定数
τ:トルク電流
b0:定数
here,
t: Time η 0 : Viscosity constant a 0 : Constant τ : Torque current b 0 : Constant
以上のようにして、粘度と「トルク電流」との相関関係を定式化できる。 As described above, the correlation between viscosity and "torque current" can be formulated.
<<第2段階:「引落応力」と「トルク電流」との相関関係の定式化>>
続いて、「引落応力」と「トルク電流」との相関関係の定式化について説明する。
<<Second stage: Formulation of the correlation between "pulling stress" and "torque current">>
Next, the formulation of the correlation between "drop stress" and "torque current" will be explained.
「引落応力」と粘度との相関関係は、以下の(数式V)で表される。 The correlation between "drawing stress" and viscosity is expressed by the following (Equation V).
ここで、
t:時間
σ:引落応力
η:粘度
dγ/dt:歪み速度
η0:粘度定数
α:温度係数
T:樹脂の温度
n:粘度指数
here,
t: time σ: drawing stress η: viscosity dγ/dt: strain rate η 0 : viscosity constant α: temperature coefficient T: resin temperature n: viscosity index
例えば、「引落応力σ」を定式化した(数式V)には、「粘度η」が含まれており、「引落応力σ」∝「粘度η」の関係を表している。このように、「引落応力」を定式化した(数式V)は、樹脂の粘度という材料特性と温度と歪み速度を含む押出条件とが考慮されており、定性的に粘度が大きくなると「引落応力」も大きくなると考えられることから、(数式V)による定式化は定性的理解に合致しているといえる。 For example, (Equation V) that formulates "drawing stress σ" includes "viscosity η" and expresses the relationship of "drawing stress σ" ∝ "viscosity η". In this way, the formulation of "drawdown stress" (Equation V) takes into account the material properties of resin viscosity and the extrusion conditions including temperature and strain rate. Qualitatively, as the viscosity increases, "drawdown stress" '' is also considered to be large, so it can be said that the formulation by (Formula V) is consistent with qualitative understanding.
「引落応力」を定式化した(数式V)は、以下に示す有用性を有する。 The formula (Formula V) that formulates "dropping stress" has the following usefulness.
(1)(数式V)は、樹脂の粘度という材料特性と、樹脂の温度および歪み速度という押出条件の両方を考慮した関係式となっている。これにより、材料特性だけを考慮した定式化や押出条件だけを考慮した定式化と比較して、高精度に「引落応力」を推定することができる。そして、このことは、「引落応力」と押出成形品の「収縮率」とが高い相関関係にあれば、材料特性と押出条件の両方を考慮して高精度に「収縮率」を推定できることを意味する。このことから、(数式V)による定式化の意義は大きい。 (1) (Equation V) is a relational expression that takes into consideration both the material property of the resin viscosity and the extrusion conditions of the resin temperature and strain rate. This makes it possible to estimate the "drop stress" with high accuracy compared to formulations that only consider material properties or formulations that only consider extrusion conditions. This means that if there is a high correlation between the "drawdown stress" and the "shrinkage rate" of an extruded product, it is possible to estimate the "shrinkage rate" with high accuracy by considering both material properties and extrusion conditions. means. From this, the formulation by (Equation V) has great significance.
(2)次に、「引落応力」を定式化した(数式V)には、「結晶化度」が含まれていない。なぜなら、図2に示すように、ダイ13から押し出される樹脂(例えば、樹脂の温度は、180℃~200℃)は、溶融樹脂20であり、この溶融樹脂20は、水槽15で冷却されて結晶化する。したがって、水槽15に到達する前段階では、樹脂は溶融状態にあり「結晶化度」を考慮する必要はない。すなわち、「引落応力」は、パラメータとして「結晶化度」が含まれない点で大きな意義を有する。すなわち、「引落応力」に着目して、この「引落応力」を定式化した(数式V)には、「結晶化度」という測定が必要なパラメータが含まれないことから、押出成形品の製造工程においてリアルタイムに容易に導入することが可能となる点で大きな意義を有しているといえる。
(2) Next, "crystallinity" is not included in the formula (Formula V) in which "pulling stress" is formulated. This is because, as shown in FIG. 2, the resin extruded from the die 13 (for example, the temperature of the resin is 180°C to 200°C) is a
次に、「引落応力」を表す(数式V)に含まれる粘度定数(η0)に対して、(数式IV)の関係を代入すると、以下に示す(数式VI)が得られる。 Next, by substituting the relationship in (Formula IV) to the viscosity constant (η 0 ) included in (Formula V) representing "drawing stress", (Formula VI) shown below is obtained.
ここで、
t:時間
σ:引落応力
a0:定数
τ:トルク電流
b0:定数
α:温度係数
T:樹脂の温度
dγ/dt:歪み速度
n:粘度指数
here,
t: time σ: drawing stress a0 : constant τ: torque current b0 : constant α: temperature coefficient T: temperature of resin dγ/dt: strain rate n: viscosity index
以上のようにして、「引落応力」と「トルク電流」との相関関係を定式化できる。 In the manner described above, the correlation between "pulling stress" and "torque current" can be formulated.
<<第3段階:収縮率と「トルク電流」との相関関係の定式化>>
次に、収縮率と「トルク電流」との相関関係の定式化について説明する。
<<Third stage: Formulating the correlation between contraction rate and "torque current">>
Next, the formulation of the correlation between contraction rate and "torque current" will be explained.
上述したように、収縮率は、「引落応力」と相関関係があると推定される。そこで、本発明者は、収縮率と「引落応力」との相関関係に線形性を仮定することを提案する。例えば、収縮メカニズムによると、「引落応力」によって、溶融樹脂の構成材料である高分子の高分子鎖が伸長する。この伸長の度合いは、「引落応力」が大きくなると大きくなると考えられる。そして、アニール処理によって樹脂が高温状態に曝されたとき、樹脂に加わっている「引落応力」が解消される結果、樹脂に収縮が発生することを考慮すると、伸長の度合いが大きくなるほど収縮率が大きくなると理解される。つまり、「引落応力」が大きいほど樹脂を構成材料として含む押出成形品の収縮率が大きくなると考えられることから、「引落応力」と押出成形品の収縮率の間に線形性を仮定することは理にかなっているといえる。 As mentioned above, it is estimated that the shrinkage rate has a correlation with the "pulling stress". Therefore, the present inventor proposes to assume linearity in the correlation between shrinkage rate and "drawdown stress." For example, according to the contraction mechanism, "drawdown stress" causes the polymer chains of the polymer that is the constituent material of the molten resin to elongate. It is thought that the degree of this elongation increases as the "pulling stress" increases. Considering that when the resin is exposed to high temperatures through annealing treatment, the "draw-down stress" applied to the resin is resolved, causing the resin to shrink.As the degree of elongation increases, the shrinkage rate increases. It will be understood as it gets bigger. In other words, it is thought that the larger the "drawdown stress" is, the higher the shrinkage rate of an extrusion molded product containing resin as a constituent material, so it is not possible to assume linearity between the "drawdown stress" and the shrinkage rate of an extrusion molded product. It seems logical.
そこで、この線形性を仮定すると、「引落応力」と収縮率との相関関係は、以下に示す(数式VII)で表されることになる。 Therefore, assuming this linearity, the correlation between the "drawdown stress" and the shrinkage rate will be expressed by (Equation VII) shown below.
ここで、
t:時間
ε:収縮率
A:定数
σ:引落応力
C:定数
here,
t: Time ε: Shrinkage rate A: Constant σ: Drop stress C: Constant
そして、(数式VI)で表される「引落応力」を(数式VII)に代入すると、以下に示す(数式VIII)が得られる。 Then, by substituting the "drawing stress" expressed by (Formula VI) into (Formula VII), (Formula VIII) shown below is obtained.
ここで、
t:時間
ε:収縮率
A0=Aa0:定数
τ:引落応力
B0=Ab0:定数
α:温度係数
T:樹脂の温度
dγ/dt:歪み速度
n:粘度定数
C:定数
here,
t: Time ε: Shrinkage rate A 0 = Aa 0 : Constant τ: Drop stress B 0 = Ab 0 : Constant α: Temperature coefficient T: Temperature of resin dγ/dt: Strain rate n: Viscosity constant C: Constant
以上のようにして、収縮率と「トルク電流」との相関関係を定式化できる。このように定式化された(数式VIII)によれば、定数A0、定数B0、定数C、温度係数αおよび粘度定数nがわかっていれば、樹脂の温度(T)と歪み速度(dγ/dt)からなる押出条件と「トルク電流」に基づいて、押出成形品の収縮率(ε)を推定することができる。 As described above, the correlation between contraction rate and "torque current" can be formulated. According to (Formula VIII) formulated in this way, if the constant A 0 , constant B 0 , constant C, temperature coefficient α, and viscosity constant n are known, the resin temperature (T) and strain rate (dγ /dt) and the "torque current", it is possible to estimate the shrinkage rate (ε) of the extruded product.
<相関関係の検証結果>
以下では、押出成形品の収縮率と「トルク電流」とが相関関係を有するという本発明者の洞察が正しいことを裏付ける検証結果について説明する。つまり、収縮率と「トルク電流」との間には、高い相関関係が存在することを裏付ける検証結果について説明する。
<Correlation verification results>
Below, verification results that support the correctness of the inventor's insight that there is a correlation between the shrinkage rate of an extruded product and the "torque current" will be explained. In other words, verification results that support the existence of a high correlation between contraction rate and "torque current" will be explained.
収縮率と「トルク電流」との相関関係を検証するため、例えば、図1に示す構成を有する押出成形システムを使用して押出実験を実施する。具体的に、押出実験では、熱可塑性ポリウレタン樹脂を使用し、押出条件として樹脂の温度と歪み速度を採用する。 In order to verify the correlation between shrinkage rate and "torque current," an extrusion experiment is performed using, for example, an extrusion molding system having the configuration shown in FIG. 1. Specifically, in the extrusion experiment, a thermoplastic polyurethane resin is used, and the temperature and strain rate of the resin are adopted as the extrusion conditions.
具体的に、スクリュ外径が40mmのフルフライトスクリュを備える押出機にクロスヘッドを取り付けるとともに、穴径が2.25mmのダイを使用して、外径が1.5mmの押出成形物(ケーブル)からなるひも状サンプルを線速20m/minで製作した。このとき、クロスヘッドとダイの温度(樹脂の温度に相当)を185℃、190℃、195℃に変化させて、押出時の「トルク電流」をデータロガーで1秒ごとに記録した。これにより、樹脂の温度を変化させることにより粘度を変化させたひも状サンプルのデータを得ることができる。このようにして得られたひも状サンプルを使用して収縮率を実測した。 Specifically, a crosshead was attached to an extruder equipped with a full-flight screw with an outer diameter of 40 mm, and a die with a hole diameter of 2.25 mm was used to produce an extruded product (cable) with an outer diameter of 1.5 mm. A string-like sample consisting of the following was produced at a linear speed of 20 m/min. At this time, the temperature of the crosshead and die (corresponding to the temperature of the resin) was changed to 185°C, 190°C, and 195°C, and the "torque current" during extrusion was recorded every second with a data logger. This makes it possible to obtain data on string-like samples whose viscosity is changed by changing the temperature of the resin. The shrinkage rate was actually measured using the string-like sample thus obtained.
具体的には、押出時にひも状サンプルを600秒ごとに採取し、それを約500mmにカットした。そして、カットされたひも状サンプルに対して、130℃で3時間のアニール処理を施した後の長さを測定し、アニール処理後の長さを初期の長さで割ることにより収縮率を測定した。以上のようにして、収縮率と「トルク電流」との関係を示す実測データを得ることができる。 Specifically, string-like samples were taken every 600 seconds during extrusion and cut into approximately 500 mm. Then, the length of the cut string sample was measured after annealing at 130°C for 3 hours, and the shrinkage rate was measured by dividing the length after annealing by the initial length. did. In the manner described above, it is possible to obtain measured data showing the relationship between contraction rate and "torque current."
図8は、実測データをプロットしたグラフである。 FIG. 8 is a graph plotting the measured data.
図8において、横軸は「トルク電流」(A)を示している一方、縦軸は収縮率(%)を示している。図8に示される〇印は樹脂の温度が185℃のデータであり、菱形印は樹脂の温度が190℃のデータであり、×印は樹脂の温度が195℃のデータである。 In FIG. 8, the horizontal axis indicates "torque current" (A), while the vertical axis indicates contraction rate (%). The O marks shown in FIG. 8 are data when the resin temperature is 185°C, the diamond marks are data when the resin temperature is 190°C, and the × marks are data when the resin temperature is 195°C.
図8に示すように、「トルク電流」と収縮率の相関係数(R)は、「0.89」であり、相関係数が1に近いほど相関関係が高くなることを考慮すると、「トルク電流」と収縮率の間には、高い相関関係が存在することがわかる。特に、実測データは、概ね破線で示される線形関係を有していることがわかることから、(数式VIII)による収縮率と「トルク電流」との相関関係の定式化は妥当であることがわかる。 As shown in FIG. 8, the correlation coefficient (R) between "torque current" and contraction rate is "0.89", and considering that the closer the correlation coefficient is to 1, the higher the correlation, " It can be seen that there is a high correlation between "torque current" and contraction rate. In particular, it can be seen that the actually measured data has a generally linear relationship as shown by the broken line, which shows that the formulation of the correlation between the contraction rate and "torque current" by (Equation VIII) is appropriate. .
上述した実験結果から、「トルク電流」と収縮率との間には、高い相関関係が存在することが裏付けられており、「トルク電流」と収縮率との間に高い相関関係が存在するであろうという本発明者の推測が正しいことが確認されたことになる。したがって、(数式VIII)で定式化された「トルク電流」に基づいて、押出成形品の収縮率を推定する技術的思想は、材料特性と押出条件の両方を考慮している点と、押出成形品の製造工程においてリアルタイムに導入することが可能となる点で非常に有用であることがわかる。 The above experimental results support the existence of a high correlation between "torque current" and contraction rate; This means that the inventor's assumption that this would be the case has been confirmed to be correct. Therefore, the technical idea of estimating the shrinkage rate of an extruded product based on the "torque current" formulated by (Equation VIII) is that it takes into account both material properties and extrusion conditions, and It can be seen that this is extremely useful in that it can be introduced in real time in the manufacturing process of products.
なお、例えば、押出成形品として導線を被覆する絶縁樹脂を例に挙げると、絶縁樹脂の収縮率をリアルタイムに推定できるということは、押出機から押し出される絶縁樹脂の長手方向における収縮率を逐次把握できることを意味する。 For example, if we take an insulating resin that covers a conducting wire as an extruded product, being able to estimate the shrinkage rate of the insulating resin in real time means that we can sequentially grasp the shrinkage rate in the longitudinal direction of the insulating resin extruded from an extruder. It means that you can.
<収縮率推定装置の構成>
以下では、上述した技術的思想を具現化する収縮率推定装置について説明する。
<Configuration of shrinkage rate estimation device>
Below, a shrinkage rate estimating device that embodies the above-mentioned technical idea will be described.
<<ハードウェア構成>>
まず、本実施の形態おける収縮率推定装置のハードウェア構成について説明する。
<<Hardware configuration>>
First, the hardware configuration of the shrinkage rate estimating device in this embodiment will be described.
図9は、本実施の形態における収縮率推定装置100のハードウェア構成の一例を示す図である。なお、図9に示す構成は、あくまでも収縮率推定装置100のハードウェア構成の一例を示すものであり、収縮率推定装置100のハードウェア構成は、図9に記載されている構成に限らず、他の構成であってもよい。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the shrinkage
図9において、収縮率推定装置100は、プログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)101を備えている。このCPU101は、バス113を介して、例えば、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103、および、ハードディスク装置112と電気的に接続されており、これらのハードウェアデバイスを制御するように構成されている。
In FIG. 9, the shrinkage
また、CPU101は、バス113を介して入力装置や出力装置とも接続されている。入力装置の一例としては、キーボード105、マウス106、通信ボード107、および、スキャナ111などを挙げることができる。一方、出力装置の一例としては、ディスプレイ104、通信ボード107、および、プリンタ110などを挙げることができる。さらに、CPU101は、例えば、リムーバルディスク装置108やCD/DVD-ROM装置109と接続されていてもよい。
Further, the
収縮率推定装置100は、例えば、ネットワークと接続されていてもよい。例えば、収縮率推定装置100がネットワークを介して他の外部機器と接続されている場合、収縮率推定装置100の一部を構成する通信ボード107は、LAN(ローカルエリアネットワーク)、WAN(ワイドエリアネットワーク)やインターネットに接続されている。
The shrinkage
RAM103は、揮発性メモリの一例であり、ROM102、リムーバルディスク装置108、CD/DVD-ROM装置109、ハードディスク装置112の記録媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらの揮発性メモリや不揮発性メモリによって、収縮率推定装置100の記憶装置が構成される。
The
ハードディスク装置112には、例えば、オペレーティングシステム(OS)201、プログラム群202、および、ファイル群203が記憶されている。プログラム群202に含まれるプログラムは、CPU101がオペレーティングシステム201を利用しながら実行する。また、RAM103には、CPU101に実行させるオペレーティングシステム201のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一次的に格納されるとともに、CPU101による処理に必要な各種データが格納される。
The
ROM102には、BIOS(Basic Input Output System)プログラムが記憶され、ハードディスク装置112には、ブートプログラムが記憶されている。収縮率推定装置100の起動時には、ROM102に記憶されているBIOSプログラムおよびハードディスク装置112に記憶されているブートプログラムが実行され、BIOSプログラムおよびブートプログラムにより、オペレーティングシステム201が起動される。
The
プログラム群202には、収縮率推定装置100の機能を実現するプログラムが記憶されており、このプログラムは、CPU101により読み出されて実行される。また、ファイル群203には、CPU101による処理の結果を示す情報、データ、信号値、変数値やパラメータがファイルの各項目として記憶されている。
The
ファイルは、ハードディスク装置112やメモリなどの記録媒体に記録される。ハードディスク装置112やメモリなどの記録媒体に記録された情報、データ、信号値、変数値やパラメータは、CPU101によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・処理・編集・出力・印刷・表示に代表されるCPU101の動作に使用される。例えば、上述したCPU101の動作の間、情報、データ、信号値、変数値やパラメータは、メインメモリ、レジスタ、キャッシュメモリ、バッファメモリなどに一次的に記憶される。
The file is recorded on a recording medium such as the
収縮率推定装置100の機能は、ROM102に記憶されたファームウェアで実現されていてもよいし、あるいは、ソフトウェアのみ、素子・デバイス・基板・配線に代表されるハードウェアのみ、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実現されていてもよい。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、ハードディスク装置112、リムーバルディスク、CD-ROM、DVD-ROMなどに代表される記録媒体に記録される。プログラムは、CPU101により読み出されて実行される。すなわち、プログラムは、コンピュータを収縮率推定装置100として機能させるものである。
The functions of the shrinkage
このように、収縮率推定装置100は、処理装置であるCPU101、記憶装置であるハードディスク装置112やメモリ、入力装置であるキーボード105、マウス106、通信ボード107、出力装置であるディスプレイ104、プリンタ110、通信ボード107を備えるコンピュータである。そして、収縮率推定装置100の機能は、処理装置、記憶装置、入力装置、および、出力装置を利用して実現される。
In this way, the shrinkage
<<機能ブロック構成>>
次に、収縮率推定装置100の機能ブロック構成について説明する。
<<Functional block configuration>>
Next, the functional block configuration of the shrinkage
図10は、収縮率推定装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 FIG. 10 is a functional block diagram showing the functional configuration of the shrinkage rate estimating device.
図10において、本実施の形態における収縮率推定装置100は、第1既知データ群入力部301と、第2既知データ群入力部302と、第1定数決定部303と、第2定数決定部304と、収縮率推定部305と、判定部306と、適合条件探索部307と、出力部308と、データ記憶部309を有している。
In FIG. 10, the shrinkage
第1既知データ群入力部301は、例えば、第1既知データ群を入力するように構成されている。ここで、「第1既知データ群」とは、樹脂の温度と歪み速度との組み合わせと粘度とを関連付けたデータ群であって、樹脂の温度と歪み速度と粘度がわかっているデータ群として定義される。これらの「第1既知データ群」は、第1既知データ群入力部301に入力された後、データ記憶部309に記憶される。
The first known data
第2既知データ群入力部302は、例えば、第2既知データ群を入力するように構成されている。ここで、「第2既知データ群」とは、トルク電流と押出条件との組み合わせと押出成形品の収縮率とを関連付けたデータ群であって、トルク電流と押出条件と押出成形品の収縮率がわかっているデータ群として定義される。具体的に、本実施の形態では、押出条件は、樹脂の温度と歪み速度の組み合わせから構成されていることから、「第2既知データ群」とは、トルク電流と樹脂の温度と歪み速度の組み合わせと押出成形品の収縮率とを関連付けたデータ群であって、トルク電流と樹脂の温度と歪み速度と押出成形品の収縮率がわかっているデータ群として定義される。これらの「第2既知データ群」は、第2既知データ群入力部302に入力された後、データ記憶部309に記憶される。
The second known data
次に、第1定数決定部303は、データ記憶部309に記憶されている第1既知データ群と(数式I)に基づいて、(数式I)に含まれる「温度係数α」と「粘度指数n」を決定するように構成されている。具体的に、第1定数決定部303は、例えば、図11に示すように、第1既知データ群を教師データとして、入力を樹脂の温度と歪み速度とするとともに出力を粘度とするニューラルネットワークを学習させることにより、温度係数と粘度指数を決定するように構成されている。このとき、歪み速度は、例えば、(数式II)を使用して、ダイの出口での溶融樹脂の平均流速(vd)と線速(vf)とダイの出口から水槽までの距離(L)から求めることができる。なお、第1定数決定部303は、上述した機械学習を使用して温度係数と粘度指数を決定するように構成されているだけでなく、例えば、第1既知データ群に対して最小二乗法に代表される統計解析技術を適用することにより温度係数と粘度指数を決定するように構成されていてもよい。このようにして決定された温度係数と粘度指数は、データ記憶部309に記憶される。
Next, the first
続いて、第2定数決定部304は、データ記憶部309に記憶されている第2既知データ群と、第1定数決定部303で決定された温度係数と粘度指数を代入した(数式VIII)に基づいて、(数式VIII)に含まれる定数A0、定数B0および定数Cを決定するように構成されている。具体的に、第2定数決定部304は、例えば、図12に示すように、第2既知データ群を教師データとして、入力を押出条件(樹脂の温度と歪み速度)と「トルク電流」とするとともに出力を押出成形品の収縮率とするニューラルネットワークを学習させることにより、定数A0、定数B0および定数Cを決定するように構成されている。このとき、歪み速度は、例えば、(数式II)を使用して、ダイの出口での溶融樹脂の平均流速(vd)と線速(vf)とダイの出口から水槽までの距離(L)から求められる。
Next, the second
なお、第2定数決定部304は、上述した機械学習を使用して定数A0、定数B0および定数Cを決定するように構成されているだけでなく、例えば、第2既知データ群に対して最小二乗法に代表される統計解析技術を適用することにより定数A0、定数B0および定数Cを決定するように構成されていてもよい。このようにして決定された定数A0、定数B0および定数Cは、データ記憶部309に記憶される。
Note that the second
上記では、(数式VIII)に含まれる5つの定数のうち、温度係数と粘度指数とを第1既知データ群に基づく第1定数決定部303で決定し、定数A0、定数B0および定数Cを第2既知データ群に基づく第2定数決定部304で決定する構成を説明している。
In the above, among the five constants included in (Formula VIII), the temperature coefficient and the viscosity index are determined by the first
ただし、(数式VIII)に含まれる5つの定数を決定する構成としては、これに限らず、以下に示す構成によっても実現することができる。すなわち、第2既知データ群に基づいて、第2定数決定部304で(数式VIII)に含まれる5つの定数のすべてを決定する構成も考えられる。この場合、第1既知データ群に含まれる粘度自体をレオメータなどで測定する必要がなくなる利点を得ることができる。ここで、この構成によって5つの定数を決定する場合、フィッティング精度を高める観点から、最小二乗法によるフィッティングよりも非線形関数のフィッティングに優れた機械学習を使用することが望ましい。
However, the configuration for determining the five constants included in (Formula VIII) is not limited to this, and can also be realized by the configuration shown below. That is, a configuration may be considered in which the second
次に、収縮率推定部305は、押出機に備わるモータの「トルク電流」と押出機の押出条件に基づいて、押出成形品の収縮率を推定するように構成されている。具体的に、収縮率推定部305は、第1定数決定部303で決定された温度係数と粘度指数と、第2定数決定部で決定された定数A0、定数B0および定数Cとを代入した(数式VIII)に基づいて、温度と歪み速度からなる押出条件と「トルク電流」から押出成形品の収縮率を推定するように構成されている。
Next, the shrinkage
続いて、判定部306は、収縮率推定部305で推定された収縮率が、予め設定されている「しきい値」以下であるか否かを判定するように構成されている。
Subsequently, the determining
適合条件探索部307は、収縮率推定部305で推定された収縮率が予め設定されている「しきい値」以下ではないと判定部306で判定された場合に、(数式VIII)に含まれる押出条件(樹脂の温度と歪み速度)を変更して押出成形品の収縮率を再推定し、再推定した収縮率が「しきい値」以下となる押出条件(適合条件)を探索するように構成されている。
If the determining
出力部308は、例えば、収縮率推定部305で推定された収縮率や、適合条件探索部307で探索された押出条件を出力するように構成されている。
The
以上のようにして、本実施の形態における収縮率推定装置100が構成されている。
As described above, the shrinkage
<収縮率推定装置の動作(収縮率推定方法)>
続いて、本実施の形態における収縮率推定装置100の動作について説明する。
<Operation of shrinkage rate estimation device (shrinkage rate estimation method)>
Next, the operation of the shrinkage
<<基本動作>>
図13および図14は、収縮率推定装置の基本動作を説明するフローチャートである。
<<Basic operation>>
FIGS. 13 and 14 are flowcharts illustrating the basic operation of the shrinkage rate estimating device.
図13において、まず、第1既知データ入力部301に第1既知データ群が入力されると(S101)、入力された第1既知データ群は、データ記憶部309に記憶される。
In FIG. 13, first, when a first known data group is input to the first known data input section 301 (S101), the input first known data group is stored in the
次に、第1定数決定部303は、データ記憶部309に記憶されている第1既知データ群に基づいて、(数式I)に含まれる材料特性(粘度)に関する温度係数と粘度指数を決定する(S102)。
Next, the first
一方、第2既知データ群入力部302に第2既知データ群が入力されると(S103)、入力された第2既知データ群は、データ記憶部309に記憶される。次に、第2定数決定部304は、データ記憶部309に記憶されている第2既知データ群と、第1定数決定部303で決定された温度係数と粘度指数を代入した(数式VIII)に基づいて、(数式VIII)に含まれる定数A0、定数B0および定数Cを決定する(S104)。このようにして、「トルク電流」と収縮率との関係式を取得することができる。
On the other hand, when the second known data group is input to the second known data group input section 302 (S103), the input second known data group is stored in the
図14において、収縮率推定部305は、押出条件(樹脂の温度と歪み速度)と「トルク電流」が入力されると(S201)、第1定数決定部303で決定された温度係数および粘度指数と、第2定数決定部304で決定された定数A0、定数B0および定数Cを代入した(数式VIII)に基づいて、押出成形品の収縮率を推定する(S202)。そして、収縮率推定部305で推定された収縮率は、出力部308から出力される。このようにして、収縮率推定装置100での基本動作が実施される。これにより、収縮率推定装置100によれば、「トルク電流」に基づいて、リアルタイムに収縮率を推定できる。
In FIG. 14, when the extrusion conditions (resin temperature and strain rate) and "torque current" are input (S201), the shrinkage
<<応用動作>>
さらに、収縮率推定装置100では、上述した基本動作に加えて、以下に示す応用動作も実施することができる。図15は、収縮率推定装置の応用動作を説明するフローチャートである。図15において、上述した基本動作を実施することにより、押出成形品の収縮率が推定されると(S301)、その後、判定部306は、収縮率推定部305で推定された収縮率が予め設定された「しきい値」以下であるか否かを判定する(S302)。収縮率推定部305で推定された収縮率が「しきい値」以下である場合、収縮率が「しきい値」以下である旨が出力部308から出力される(S305)。一方、収縮率推定部305で推定された収縮率が「しきい値」以下ではない場合、適合条件探索部307は、(数式VIII)に含まれる押出条件(樹脂の温度と歪み速度)を変更して押出成形品の収縮率を再推定し、再推定した収縮率が「しきい値」以下となる押出条件(適合条件)を探索する(S303)。そして、適合条件探索部307で探索された押出条件が出力部308から出力される(S304)。このようにして、収縮率推定装置100での応用動作が実施される。これにより、収縮率推定装置100によれば、収縮率推定部305で推定された収縮率が所定の条件を満たさない場合であっても、収縮率が所定の条件を満たすための押出条件を提示できる。
<<Application operation>>
Furthermore, in addition to the basic operations described above, the shrinkage
以上のようにして、収縮率推定装置100を動作させることにより、本実施の形態における収縮率推定方法が実現される。
By operating the shrinkage
<変形例>
収縮率推定装置100で基本動作だけでなく応用動作も実施する場合、収縮率推定部305は、(数式VIII)に基づいて収縮率を推定するように構成されている必要がある。なぜなら、(数式VIII)には、収縮率を推定する変数として、「トルク電流」と押出条件(樹脂の温度と歪み速度)を含んでいるため、押出条件を変更して収縮率を推定することが可能となるからである。
<Modified example>
When the shrinkage
ここで、例えば、押出機の押出条件を固定して、この固定された押出条件のもとで押出成形品の収縮率を推定する動作だけを実施することも考えられる。つまり、収縮率推定装置100において基本動作だけを実施することも考えられる。この場合、収縮率推定部305は、(数式VIII)を簡略化した関係式に基づいて、収縮率を推定するように構成できる。なぜなら、押出条件が固定されている場合、(e-αT|dγ/dt|n)の項は定数項となるからである。この関係式は、以下に示す(数式IX)で表される。
Here, for example, it is conceivable to fix the extrusion conditions of the extruder and perform only the operation of estimating the shrinkage rate of the extruded product under the fixed extrusion conditions. In other words, it is conceivable that the shrinkage
ここで、
t:時間
ε:収縮率
A1:定数
τ:トルク電流
B1:定数
here,
t: Time ε: Contraction rate A 1 : Constant τ: Torque current B 1 : Constant
この場合、第1既知データ群および第1定数決定部は不要になる。さらに、第2既知データ群は、押出条件が固定された条件で「トルク電流」が変化するデータ群を取得すればよく、データの取得が容易となる。そして、第2定数決定部304は、例えば、第2既知データ群に対して、最小二乗法を適用することにより、定数A1および定数B1を決定するように構成することができる。このように、本変形例によれば、収縮率推定装置100の構成を簡素化しながらも、「トルク電流」から押出成形品の収縮率を推定できる。
In this case, the first known data group and the first constant determining section become unnecessary. Furthermore, as the second known data group, it is sufficient to obtain a data group in which the "torque current" changes under a fixed extrusion condition, which facilitates data acquisition. The second
<収縮率推定プログラム>
上述した収縮率推定装置100で実施される収縮率推定方法は、収縮率推定処理をコンピュータに実行させる収縮率推定プログラムにより実現することができる。
<Shrinkage rate estimation program>
The shrinkage rate estimation method performed by the shrinkage
例えば、図9に示すコンピュータからなる収縮率推定装置100において、ハードディスク装置112に記憶されているプログラム群202の1つとして、本実施の形態における収縮率推定プログラムを導入することができる。そして、この収縮率推定プログラムを収縮率推定装置100であるコンピュータに実行させることにより、本実施の形態における収縮率推定方法を実現することができる。
For example, in the shrinkage
収縮率推定処理に関するデータを作成するための各処理をコンピュータに実行させる収縮率推定プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して頒布することができる。記録媒体には、例えば、ハードディスクやフレキシブルディスクに代表される磁気記憶媒体、CD-ROMやDVD-ROMに代表される光学記憶媒体、ROMやEEPROMなどの不揮発性メモリに代表されるハードウェアデバイスなどが含まれる。 A shrinkage rate estimation program that causes a computer to execute each process for creating data related to the shrinkage rate estimation process can be recorded on a computer-readable recording medium and distributed. Examples of recording media include magnetic storage media such as hard disks and flexible disks, optical storage media such as CD-ROMs and DVD-ROMs, and hardware devices such as non-volatile memories such as ROMs and EEPROMs. is included.
<実施の形態における効果>
本実施の形態における技術的思想によれば、直接的に押出成形品の収縮率を推定するのではなく、収縮率と相関関係があることを新規に見出した「トルク電流」に着目して、この「トルク電流」に基づいて間接的に収縮率を推定している。これにより、材料特性と押出条件の両方を容易に考慮して高精度に収縮率を推定できるだけでなく、「結晶化度」という測定が必要なパラメータを考慮する必要がない一方で、リアルタイムに把握可能な「トルク電流」を使用していることから、押出成形品の製造工程においてリアルタイムに導入可能な収縮率推定技術を提供することができる点で大きな技術的意義を有する。
<Effects of the embodiment>
According to the technical idea of this embodiment, instead of directly estimating the shrinkage rate of an extruded product, we focus on "torque current" which has been newly found to have a correlation with the shrinkage rate. The shrinkage rate is indirectly estimated based on this "torque current." This not only allows for highly accurate estimation of shrinkage by easily taking into account both material properties and extrusion conditions, but also eliminates the need to consider a parameter that requires measurement, such as "crystallinity," which can be understood in real time. Since it uses possible "torque current", it has great technical significance in that it can provide a shrinkage rate estimation technology that can be introduced in real time in the manufacturing process of extrusion molded products.
<押出成形品の製造方法>
例えば、これまでは、押出成形品の製造工程においてリアルタイムに導入可能な収縮率推定技術が存在しなかったことから、作業員の経験に基づいて押出条件を調整することにより収縮率を低減することが行われていた。この点に関し、本実施の形態における技術的思想によれば、作業員の経験に頼ることなく、客観的に正確な収縮率推定技術を押出成形品の製造工程(製造ライン)に導入することができる。この結果、本実施の形態によれば、樹脂材料や押出成形品(例えば、ケーブル)の廃棄量の削減および生産効率の向上を図ることができる。つまり、本実施の形態における技術的思想は、収縮率推定技術を押出成形品の製造ラインにリアルタイムに導入することを可能とする結果、押出成形品の製造歩留まりの向上できるという顕著な効果を得ることができる。そこで、以下では、本実施の形態における技術的思想を利用した押出成形品の製造工程について説明することにする。
<Manufacturing method of extrusion molded product>
For example, until now, there was no shrinkage rate estimation technology that could be introduced in real time in the manufacturing process of extrusion molded products, so it is possible to reduce the shrinkage rate by adjusting extrusion conditions based on the experience of workers. was being carried out. Regarding this point, according to the technical idea of this embodiment, it is possible to introduce objectively accurate shrinkage rate estimation technology into the manufacturing process (manufacturing line) of extruded products without relying on the experience of workers. can. As a result, according to the present embodiment, it is possible to reduce the amount of discarded resin materials and extruded products (for example, cables) and improve production efficiency. In other words, the technical idea of this embodiment is to make it possible to introduce the shrinkage rate estimation technology into the extrusion product production line in real time, thereby achieving the remarkable effect of improving the production yield of extrusion products. be able to. Therefore, below, a manufacturing process of an extrusion molded product using the technical idea of this embodiment will be explained.
<<具体例1>>
例えば、具体例1では、押出機に備わるモータのトルク電流に基づいて押出成形品の収縮率をリアルタイムに監視する収縮率監視工程を含む押出成形品の製造方法を説明する。
<<Specific example 1>>
For example, in Specific Example 1, a method for producing an extruded product will be described which includes a shrinkage rate monitoring step of monitoring the shrinkage rate of the extruded product in real time based on the torque current of a motor provided in an extruder.
図16は、押出成形品の製造工程の一部を説明するフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart illustrating a part of the manufacturing process of the extrusion molded product.
図16において、まず、押出機における押出条件の初期設定を行い(S401)、初期設定した押出条件で樹脂を混練してダイの出口から溶融樹脂を押し出す。このときの樹脂の混練は、押出機に備わるモータでスクリュを回転させることにより行われる。 In FIG. 16, first, the extrusion conditions in the extruder are initialized (S401), the resin is kneaded under the initially set extrusion conditions, and the molten resin is extruded from the exit of the die. The kneading of the resin at this time is performed by rotating a screw using a motor provided in the extruder.
ここで、スクリュの回転異常を把握するために、モータを駆動するための「トルク電流」が常時監視されている。具体例1では、この「トルク電流」に基づいて、押出成形品の収縮率をリアルタイムに推定して、推定した押出成形品の収縮率が予め定められたしきい値の範囲内にあるか否かを監視する(S402)そして、推定した押出成形品の収縮率がしきい値の範囲である場合には、収縮率が「OK」であると判断して(S403)、押出機の稼働を継続しながら押出成形品の収縮率の監視を続ける。一方、推定した押出成形品の収縮率がしきい値の範囲から外れている場合には、収縮率が「NG」であると判断して(S403)、押出機の稼働を停止する(S404)。これにより、不良品の作り込みを防止することができる。 Here, in order to detect abnormal rotation of the screw, the "torque current" for driving the motor is constantly monitored. In specific example 1, the shrinkage rate of the extruded product is estimated in real time based on this "torque current", and it is determined whether the estimated shrinkage rate of the extruded product is within a predetermined threshold range. (S402) Then, if the estimated shrinkage rate of the extruded product is within the threshold range, it is determined that the shrinkage rate is "OK" (S403), and the operation of the extruder is started. Continue to monitor the shrinkage rate of the extrusion. On the other hand, if the estimated shrinkage rate of the extruded product is outside the threshold range, the shrinkage rate is determined to be "NG" (S403), and the operation of the extruder is stopped (S404). . This makes it possible to prevent the production of defective products.
<<具体例2>>
具体例2では、押出機に備わるモータのトルク電流に基づいて押出成形品の収縮率をリアルタイムに推定した結果に基づいて、押出条件を調整し、調整した押出条件で押出成形品を製造する押出成形品の製造方法について説明する。
<<Specific example 2>>
In specific example 2, extrusion conditions are adjusted based on the results of estimating the shrinkage rate of the extruded product in real time based on the torque current of the motor provided in the extruder, and the extrusion molded product is manufactured under the adjusted extrusion conditions. The method for manufacturing the molded product will be explained.
図17は、押出成形品の製造工程の一部を説明するフローチャートである。 FIG. 17 is a flowchart illustrating a part of the manufacturing process of an extrusion molded product.
図17において、まず、押出条件の初期設定をする(S501)。次に、本実施の形態における収縮率推定技術を使用する。具体的には、例えば、「温度係数α」、「粘度指数n」、「定数A0」、「定数B0」および「定数C」からなる5つの定数を決定した(数式VIII)を用意して、この(数式VIII)に対して、リアルタイムに監視している「トルク電流」と初期設定された押出条件とを代入することにより、押出成形品の収縮率を推定する(S502)。このとき、上述した基本動作と応用動作が実施される。 In FIG. 17, first, extrusion conditions are initialized (S501). Next, the shrinkage rate estimation technique in this embodiment is used. Specifically, for example, five constants consisting of "temperature coefficient α", "viscosity index n", "constant A 0 ", "constant B 0 ", and "constant C" are determined (Formula VIII) is prepared. Then, the shrinkage rate of the extruded product is estimated by substituting the "torque current" monitored in real time and the initially set extrusion conditions into this (Equation VIII) (S502). At this time, the above-mentioned basic operation and applied operation are performed.
この結果、推定された収縮率が「しきい値」以下である場合は、初期設定された押出条件が維持される。一方、推定された収縮率がしきい値以下ではない場合、応用動作で提示された適合条件(押出条件)に条件変更する(S503)。 As a result, if the estimated shrinkage rate is below the "threshold", the initially set extrusion conditions are maintained. On the other hand, if the estimated shrinkage rate is not below the threshold, the conditions are changed to the compatible conditions (extrusion conditions) presented in the applied operation (S503).
そして、維持された押出条件あるいは変更された押出条件で樹脂の押出成形が行われる(S504)。その後、樹脂に対してアニール処理が行われて(S505)、所定期間経過後(1日後~2日後)、収縮率の測定が行われる(S506)。このとき、収縮率が所定値以下である場合(OK)(S507)、良品としての押出成形品が製造される。一方、収縮率が所定値以下ではない場合(NG)、このNGデータも考慮して、(数式VIII)に含まれる定数を再決定する(S508)。例えば、上述したNGデータも付け加えてニューラルネットワークを再学習させることにより、(数式VIII)に含まれる定数を再決定する。このようにして、本実施の形態における押出成形品の製造方法が実現される。 Then, extrusion molding of the resin is performed under the maintained extrusion conditions or the changed extrusion conditions (S504). Thereafter, an annealing process is performed on the resin (S505), and after a predetermined period of time (one day to two days later), the shrinkage rate is measured (S506). At this time, if the shrinkage rate is below a predetermined value (OK) (S507), an extrusion molded product is manufactured as a non-defective product. On the other hand, if the shrinkage rate is not less than the predetermined value (NG), the constants included in (Formula VIII) are re-determined, taking into consideration this NG data (S508). For example, the constants included in (Formula VIII) are re-determined by adding the above-mentioned NG data and retraining the neural network. In this way, the method for manufacturing an extrusion molded product according to the present embodiment is realized.
本実施の形態における押出成形品の製造方法によれば、収縮率推定技術を製造ラインに導入してリアルタイムに押出成形品の収縮率を推定していることから、押出成形品の製造歩留まりを向上させることができる。さらに、推定した収縮率では「OK」であっても最終的に実測した収縮率が「NG」であった場合、このNGデータに基づいて、(数式VIII)に含まれる定数を再決定することにより、収縮率の推定精度を向上することができる。 According to the method for manufacturing an extrusion molded product in this embodiment, the shrinkage rate estimation technology is introduced into the production line to estimate the shrinkage rate of the extrusion molded product in real time, thereby improving the manufacturing yield of the extrusion molded product. can be done. Furthermore, if the estimated shrinkage rate is "OK" but the final measured shrinkage rate is "NG", the constants included in (Formula VIII) can be redetermined based on this NG data. Accordingly, the accuracy of estimating the shrinkage rate can be improved.
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 The invention made by the present inventor has been specifically explained based on the embodiments thereof, but the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Needless to say.
例えば、押出機に備わるモータの「トルク電流」は、モータの種類やスクリュの形状によって異なるが、基準となる押出条件(成形条件)における値を決めておけば、その相対値から押出成形品の収縮率の増減を把握することが可能である。このことから、押出機の基準条件さえ把握していれば、どのような種類の押出機にも前記実施の形態における技術的思想を適用することが可能である。ただし、フルフライトスクリュでは、スクリュの構造が単純であることから、前記実施の形態における技術的思想の適用が容易である。 For example, the "torque current" of the motor installed in an extruder differs depending on the type of motor and the shape of the screw, but if you determine the value under the standard extrusion conditions (molding conditions), the relative value can be used to determine the value of the extruded product. It is possible to understand increases and decreases in shrinkage rate. Therefore, as long as the standard conditions of the extruder are understood, the technical idea in the embodiment can be applied to any type of extruder. However, since the full-flight screw has a simple screw structure, it is easy to apply the technical idea in the above embodiment.
前記実施の形態における技術的思想は、プラスチックやゴムを含む幅広い種類の樹脂に適用可能であり、例えば、熱可塑性ポリウレタン樹脂に限定されるものではない。また、前記実施の形態における技術的思想は、チューブ押出や電線押出あるいはダイ形状に関わらず幅広い押出形態に適用可能である。さらには、前記実施の形態における技術的思想を適用した押出成形品の製造方法で製造される押出成形品(製品)は、シート状、異形、ケーブル(電線)などの形状や種類を問わない。 The technical idea in the embodiments described above is applicable to a wide variety of resins including plastics and rubbers, and is not limited to thermoplastic polyurethane resins, for example. Furthermore, the technical idea in the embodiments described above is applicable to a wide range of extrusion forms regardless of tube extrusion, wire extrusion, or die shape. Furthermore, the extrusion molded product (product) manufactured by the method for manufacturing an extrusion molded product to which the technical concept of the embodiment is applied can be of any shape or type, such as a sheet, irregular shape, or cable (electric wire).
10 原料ペレット
11 押出機
12 クロスヘッド
13 ダイ
14 導線
15 水槽
20 溶融樹脂
100 収縮率推定装置
101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 ディスプレイ
105 キーボード
106 マウス
107 通信ボード
108 リムーバルディスク装置
109 CD/DVD-ROM装置
110 プリンタ
111 スキャナ
112 ハードディスク装置
201 オペレーティングシステム
202 プログラム群
203 ファイル群
301 第1既知データ群入力部
302 第2既知データ群入力部
303 第1定数決定部
304 第2定数決定部
305 収縮率推定部
306 判定部
307 適合条件探索部
308 出力部
309 データ記憶部
10
102 ROM
103 RAM
Claims (15)
前記収縮率推定装置は、前記押出機に備わるモータのトルク電流と前記押出機の押出条件に基づいて、前記押出成形品の前記収縮率を推定する収縮率推定部を備える、収縮率推定装置。 A shrinkage rate estimating device for estimating the shrinkage rate of an extruded product containing resin as a constituent material extruded from an extruder,
The shrinkage rate estimating device includes a shrinkage rate estimator that estimates the shrinkage rate of the extruded product based on a torque current of a motor included in the extruder and extrusion conditions of the extruder.
前記収縮率推定部は、以下に示す数式1に基づいて、前記押出成形品の前記収縮率を推定する、収縮率推定装置。
t:時間
ε(t):収縮率
A0:定数
τ(t):トルク電流
B0:定数
α:温度係数
T:樹脂の温度
dγ/dt:歪み速度
n:粘度指数
C:定数 The shrinkage rate estimating device according to claim 1,
The shrinkage rate estimating unit is a shrinkage rate estimating device that estimates the shrinkage rate of the extrusion molded product based on Equation 1 shown below.
t: Time ε(t): Shrinkage rate A 0 : Constant τ(t): Torque current B 0 : Constant α: Temperature coefficient T: Resin temperature dγ/dt: Strain rate n: Viscosity index C: Constant
前記歪み速度は、以下に示す数式2で表される、収縮率推定装置。
dγ/dt:歪み速度
vd:ダイの出口での溶融樹脂の平均流速
vf:線速
L:ダイの出口から水槽までの距離 The shrinkage rate estimating device according to claim 2,
In the shrinkage rate estimating device, the strain rate is expressed by Equation 2 shown below.
dγ/dt: Strain rate v d : Average flow velocity of molten resin at the exit of the die v f : Linear velocity L: Distance from the exit of the die to the water tank
前記数式1に含まれる前記温度係数と前記粘度指数は、以下に示す数式3に含まれている、収縮率推定装置。
t:時間
η:粘度
η0:粘度定数
α:温度係数
T:樹脂の温度
dγ/dt:歪み速度
n:粘度指数 The shrinkage rate estimating device according to claim 3,
The shrinkage rate estimating device, wherein the temperature coefficient and the viscosity index included in the equation 1 are included in the equation 3 shown below.
t: Time η: Viscosity η 0 : Viscosity constant α: Temperature coefficient T: Resin temperature dγ/dt: Strain rate n: Viscosity index
前記収縮率推定装置は、
前記温度と前記歪み速度との組み合わせと前記粘度とを関連付けた第1既知データ群を入力する第1既知データ群入力部と、
前記第1既知データ群入力部から入力された前記第1既知データ群と前記数式3に基づいて、前記粘度の温度係数と前記粘度指数を決定する第1定数決定部と、
前記トルク電流と前記温度と前記歪み速度との組み合わせと前記押出成形品の前記収縮率とを関連付けた第2既知データ群を入力する第2既知データ群入力部と、
前記第2既知データ群入力部から入力された前記第2既知データ群と、前記第1定数決定部で決定された前記粘度の温度係数と前記粘度指数を代入した前記数式1に基づいて、前記数式1に含まれる定数A0、定数B0および定数Cを決定する第2定数決定部と、
を有し、
前記収縮率推定部は、前記第1定数決定部で決定された前記温度係数と前記粘度指数と、前記第2定数決定部で決定された前記定数A0、前記定数B0および前記定数Cとを代入した前記数式1に基づいて、前記温度と前記歪み速度からなる前記押出条件と前記トルク電流から前記押出成形品の前記収縮率を推定する、収縮率推定装置。 The shrinkage rate estimating device according to claim 4,
The shrinkage rate estimating device includes:
a first known data group input unit that inputs a first known data group that associates the combination of the temperature and the strain rate with the viscosity;
a first constant determining unit that determines the temperature coefficient of the viscosity and the viscosity index based on the first known data group input from the first known data group input unit and the formula 3;
a second known data group input unit that inputs a second known data group that associates the combination of the torque current, the temperature, and the strain rate with the shrinkage rate of the extruded product;
Based on the second known data group input from the second known data group input section and the formula 1 in which the temperature coefficient of the viscosity and the viscosity index determined by the first constant determining section are substituted, a second constant determining unit that determines constant A 0 , constant B 0 and constant C included in Formula 1;
has
The shrinkage rate estimating unit is configured to calculate the temperature coefficient and the viscosity index determined by the first constant determining unit, the constant A 0 , the constant B 0 and the constant C determined by the second constant determining unit. A shrinkage rate estimating device that estimates the shrinkage rate of the extrusion molded product from the extrusion conditions including the temperature and the strain rate and the torque current based on the formula 1 in which .
前記第1定数決定部は、前記第1既知データ群を教師データとして、入力を前記温度と前記歪み速度とするとともに出力を前記粘度とするニューラルネットワークを学習させることにより、前記温度係数と前記粘度指数を決定する、収縮率推定装置。 The shrinkage rate estimating device according to claim 5,
The first constant determination unit determines the temperature coefficient and the viscosity by using the first known data group as training data and training a neural network whose inputs are the temperature and the strain rate and whose output is the viscosity. Shrinkage rate estimator that determines the index.
前記第2定数決定部は、前記第2既知データ群に対して、最小二乗法を適用することにより、前記定数A0、前記定数B0および前記定数Cを決定する、収縮率推定装置。 The shrinkage rate estimating device according to claim 5,
The shrinkage rate estimating device, wherein the second constant determining unit determines the constant A 0 , the constant B 0 , and the constant C by applying a least squares method to the second known data group.
前記第2定数決定部は、前記第2既知データ群を教師データとして、入力を前記押出条件と前記トルク電流とするとともに出力を前記押出成形品の前記収縮率とするニューラルネットワークを学習させることにより、前記定数A0、前記定数B0および前記定数Cを決定する、収縮率推定装置。 The shrinkage rate estimating device according to claim 5,
The second constant determining unit uses the second known data group as training data to train a neural network whose inputs are the extrusion conditions and the torque current, and whose output is the shrinkage rate of the extruded product. , the constant A 0 , the constant B 0 and the constant C.
前記収縮率推定装置は、前記押出機に備わるモータのトルク電流に基づいて、前記押出成形品の前記収縮率を推定する収縮率推定部を備える、収縮率推定装置。 A shrinkage rate estimating device for estimating the shrinkage rate of an extruded product containing resin as a constituent material extruded from an extruder,
The shrinkage rate estimating device includes a shrinkage rate estimator that estimates the shrinkage rate of the extruded product based on a torque current of a motor included in the extruder.
前記収縮率推定部は、以下に示す数式4に基づいて、前記押出成形品の前記収縮率を推定する、収縮率推定装置。
t:時間
ε:収縮率
A1:定数
τ:トルク電流
B1:定数 The shrinkage rate estimating device according to claim 9,
The shrinkage rate estimating unit is a shrinkage rate estimating device that estimates the shrinkage rate of the extrusion molded product based on Equation 4 shown below.
t: Time ε: Contraction rate A 1 : Constant τ: Torque current B 1 : Constant
前記収縮率推定方法は、前記押出機に備わるモータのトルク電流と前記押出機の押出条件に基づいて、前記押出成形品の前記収縮率を推定する収縮率推定工程を備える、収縮率推定方法。 A shrinkage rate estimation method for estimating the shrinkage rate of an extruded product containing resin extruded from an extruder as a constituent material, the method comprising:
The shrinkage rate estimating method includes a shrinkage rate estimating step of estimating the shrinkage rate of the extruded product based on the torque current of a motor provided in the extruder and extrusion conditions of the extruder.
前記プログラムは、前記押出機に備わるモータのトルク電流と前記押出機の押出条件に基づいて、前記押出成形品の前記収縮率を推定する収縮率推定処理を備える、プログラム。 A program that causes a computer to execute a process of estimating the shrinkage rate of an extruded product containing resin extruded from an extruder as a constituent material, the program comprising:
The program includes a shrinkage rate estimation process for estimating the shrinkage rate of the extruded product based on a torque current of a motor provided in the extruder and extrusion conditions of the extruder.
前記押出成形品の製造方法は、前記押出機に備わるモータのトルク電流に基づいて前記押出成形品の収縮率をリアルタイムに監視する収縮率監視工程を備える、押出成形品の製造方法。 A method for producing an extrusion molded product containing a resin extruded from an extruder as a constituent material, the method comprising:
The method for manufacturing an extrusion molded product includes a shrinkage rate monitoring step of monitoring the shrinkage rate of the extrusion molded product in real time based on the torque current of a motor provided in the extruder.
前記押出機に備わるモータのトルク電流と前記押出機の押出条件に基づいて前記押出成形品の収縮率をリアルタイムに推定する収縮率推定工程と、
推定された前記収縮率に基づいて前記押出条件を調整する押出条件調整工程と、
調整された前記押出条件で前記樹脂を押出成形する成形工程と、
を備える、押出成形品の製造方法。 A method for producing an extrusion molded product containing a resin extruded from an extruder as a constituent material, the method comprising:
a shrinkage rate estimation step of estimating the shrinkage rate of the extruded product in real time based on the torque current of a motor provided in the extruder and the extrusion conditions of the extruder;
an extrusion condition adjustment step of adjusting the extrusion conditions based on the estimated shrinkage rate;
a molding step of extruding the resin under the adjusted extrusion conditions;
A method for producing an extruded product, comprising:
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