JP2007021836A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】 射出成形機において、ロードセルは金属の弾性歪みを変位量として扱うセンサであるため、熱の影響を受けると膨張あるいは収縮して、圧力検出の信頼性を低下させるという問題がある。ロードセルを、圧力検出精度に優れたものにする。
【解決手段】 圧力センサとしてロードセルを備えた射出成形機において、ロードセルの取り付け部周辺の温度を制御する温度制御手段、または、ロードセルの温度を制御する温度制御手段を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インラインスクリュー式やプリプラ式の射出成形機に係り、特に、圧力センサとしてのロードセルの検出精度の向上を図る技術に関するものである。

射出成形機においては、射出圧力や圧縮力などを検出するための圧力センサとして、ロードセルが用いられている。このロードセルは、一般的に、厚みのある内環状部と、厚みのある外環状部と、内環状部と外環状部とを連結する厚みの薄い環状板部からなる変形部と、変形部に設けられた歪みゲージとを、有するものとして構成されており、内環状部と外環状部と変形部とは、金属円板を切削加工することにより一体に形成されている。そして、変形部の弾性変形の度合いを歪みゲージで検出することにより、圧力（荷重）を検出するようになっている。

上記したように、ロードセルは金属の弾性歪みを変位量として扱うセンサであるため、ロードセルが熱の影響を受けると膨張あるいは収縮して、この熱変形により圧力検出の信頼性（圧力検出精度）を低下させるという問題があった。

これに対処するため、ロードセルに複数の温度センサを配置して、温度センサの温度差に基づき温度補償する温度補償回路を設けた射出成形機が、特開２００４−３２５０９４号公報において提案されているが、温度補償できる範囲は自ずと限界がある上、そもそもロードセルに所期の性能を発現させるには、所定の温度範囲で動作させるのが望ましく、このようにすると最も圧力検出精度に優れたものとなる。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ロードセルを所定の温度範囲で動作させることで、圧力検出精度に優れたものとすることにある。

本発明は上記した目的を達成するため、圧力センサとしてロードセルを備えた射出成形機において、ロードセルの取り付け部周辺の温度を制御する温度制御手段、または、ロードセルの温度を制御する温度制御手段を設けた、構成をとる。

本発明によれば、ロードセルの取り付け部周辺の温度、または、ロードセル自体の温度を制御する温度制御手段を設けているので、ロードセルの温度を、所定の許容範囲内の温度に維持することが可能となり、これにより、ロードセルが熱の影響を受けて圧力検出の信頼性を低下させる虞がなくなり、圧力検出精度に優れたものとなる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜図２は、本発明の第１実施形態による射出成形機に係り、図１は、本第１実施形態の射出成形機の射出系メカニズムおよび制御系の要部を示す説明図である。

図１において、１はヘッドストック、２は、その基端部をヘッドストック１に固定された加熱シリンダ、３は、加熱シリンダ２内に回転並びに前後進可能であるように配設されたスクリュー、４は、ヘッドストック１と所定間隔をおいて対向する保持プレート、５は、ヘッドストック１と保持プレート４との間に架け渡された複数本のガイドシャフト、６は、ガイドシャフト５に挿通・案内されて前後進可能な前後進体、７は、前後進体６に軸受けを介して回転可能に保持されると共に、スクリュー３の基端部が連結部材を介して固定された回転体、８は、回転体７に固定されると共に、図示せぬ計量用サーボモータの回転が伝達される被動プーリ、９は、保持プレート４に軸受けを介して回転可能に保持された回転体２０に固定され、回転体２０と一体回転するナット体１０と、ナット体１０に螺合されたボールネジ軸１１とをもつボールネジ機構（回転→直線運動変換機構）、１２は、回転体２０に固定されると共に、図示せぬ射出用サーボモータの回転が伝達される被動プーリ、１３は、前後進体６とボールネジ軸１１との間に挟持されるように配設され、前後進体６とボールネジ軸１１の円板部に、取り付けボルトによりそれぞれ固定された圧力検出手段（荷重検出手段）としての環状のロードセル（荷重変換器）である。

図１に示す構成において、図示せぬ計量用サーボモータの回転により、被動プーリ８、回転体７を介して、スクリュー３が回転する。また、図示せぬ射出用サーボモータの回転により、被動プーリ１２、回転体２０を介してナット体１０が回転することにより、ボールネジ軸１１が所定方向に直線移動し、これにより、ロードセル１３を介して前後進体６が直線移動することで、前後進体６と共に、回転体７、スクリュー３などが直線移動する。

そして、計量工程時には、図示せぬ計量用サーボモータによりスクリュー３を所定方向に回転させて、スクリュー３の後部側に供給される原料樹脂（樹脂ペレット）を、混練・可塑化しつつスクリュー３の前方側へと送り込み、これにより、スクリュー３の先端側に溶融樹脂が溜まるにしたがって、スクリュー３が、溶融樹脂に与える背圧を制御するために圧力制御されつつ（これは、図示せぬ射出用サーボモータによる圧力フィードバック制御に基づく）、後退し、スクリュー３の先端側に１ショット分の溶融樹脂が蓄えられた時点で、計量用サーボモータの回転は停止されるようになっている。

また、射出工程の一次射出時には、図示せぬ射出用サーボモータにより、ナット体１０を所定方向に回転させてボールネジ軸１１を前進させ、これにより、前後進体６と共にスクリュー３を前進させることで、スクリュー３の先端側に蓄えられた溶融樹脂を金型内に射出・充填するようになっており、一次射出に引続く射出工程の保圧時には、図示せぬ射出用サーボモータにより、スクリュー３に印加する圧力を所定のものに制御して、金型内の樹脂に保圧力を付与するようになっている。

ここで、上記の射出時や計量時には、スクリュー３の先端側の樹脂の圧力をロードセル１３で検出することで、一次射出制御・保圧制御や、計量制御を実現するようになっており、射出成形機のシステムコントローラ２１は、樹脂圧力を検出することで、圧力フィードバック制御や、速度フィードバック制御時の圧力監視を行うようになっている。なお、図１に示した構成では、スクリュー３、回転体７、軸受けのスラスト軸受け機能部、前後進体６を介して、ロードセル１３に対して樹脂圧力による荷重が加えられ、ロードセル１３は加えられた荷重に応じた電気信号を、Ａ／Ｄ変換器３３を介してシステムコントローラに出力するようになっている。

図２は、ロードセル１３近傍の構成を示す説明図である。図２に示すように、全体が略環状のロードセル１３は、厚みのある（スクリュー３の軸方向に沿う方向の寸法が、所定量以上の寸法をもつようにされた）内環状部１４と、厚みのある外環状部１５と、厚みの薄い環状板部からなる変形部１６と、変形部１６に設けられた（貼着された）歪みゲージ１７とを、有するものとして構成されており、内環状部１４、変形部１６、外環状部１５は、金属円板を切削加工することによって一体に形成されている。内環状部１４と外環状部１５との間に位置する変形部１６は、荷重を受けると弾性変形するように作製されており、この変形部１６に設けた歪みゲージ１７により荷重が検出されるようになっている。つまり、図２に示すように、内環状部１４は取り付けボルト１８によりボールネジ軸１１に密着・固定され、外環状部１５は取り付けボルト１９により前後進体６に密着・固定されており、ロードセル１３は、前後進体６とボールネジ軸１１が一体となって前後進するように両者６、１１を連結すると共に、ロードセル１３は、スクリュー３にかかる樹脂圧力による荷重を、前後進体６を介して受けるようになっている。すなわち、ロードセル１３には、スクリュー３、回転体７、軸受けのスラスト軸受け機能部、前後進体６を介して、樹脂圧力による荷重が加えられるようになっており、ロードセル１３（歪みゲージ１７）は、加えられた荷重に応じた電気信号（検出信号Ｓ２）を、Ａ／Ｄ変換器３３を介してシステムコントローラ２１に出力するようになっている。

図１に示すシステムコントローラ２１は、マシン（射出成形機）全体の制御を司るもので、運転工程全体の制御や、各種データの演算・格納処理、あるいは、表示制御処理等々の各種処理を実行する。このシステムコントローラ２１は、実際には各種Ｉ／Ｏインターフェイス，ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＣＰＵ等を具備したもので構成され、予め作成された各種プログラムにより各種処理を実行するも、本第１実施形態においては、このシステムコントローラ２１に関しては、本発明の特徴的な事柄にかかわる構成についてのみ説明を行う。システムコントローラ２１中において、２２は温度検出処理部、２３は温度制御部、２４は温度監視部、２５は圧力検出処理部、２６は圧力制御部である。

本第１実施形態を含め、本発明の各実施形態ではロードセルに温度センサが付設されており、本第１実施形態のロードセル１３にも、該ロードセルの温度を検出する温度センサ３１が設けられている。この温度センサ３１の検出信号Ｓ１は、Ａ／Ｄ変換器３２を介してシステムコントローラ２１の温度検出処理部２２に出力され、温度検出処理部２２は適宜の演算処理でロードセル１３の温度データを求めて、この温度データを温度制御部２３並びに温度監視部２４に出力する。

本第１実施形態の温度制御部２３は、ロードセル１３の取り付け部周辺（ここでは、前後進体６）の温度を許容範囲内に保つように制御するための指令を、水温調整・流水循環装置３４に与える機能をもつ。本第１実施形態では、前後進体６の内部には温調水を循環させるためのヘリカル状管路３７が形成されており、このヘリカル状管路３７と連通した導入口には、水温調整・流水循環装置３４から延ばされた導入ホース３８が接続され、ヘリカル状管路３７と連通した導出口には、水温調整・流水循環装置３４から延ばされた導出ホース３９が接続されており、前後進体６内のヘリカル状管路３７には、温度コントロールされた温調水が流されるようになっている。水温調整・流水循環装置３４は、ロードセル１３の取り付け部周辺（ここでは、前後進体６）の温度を調整するための水の温度を制御（例えば、公知のＰＩＤ動作によるフィードバック制御で水温をコントロール）する機能をもつと共に、温調水を送り出して、前後進体６内で循環した温調水を回収して、再び送り出す機能をもっており、システムコントローラ２１の温度制御部２３の指令に基づき動作する。

温度監視部２４は、ロードセル１３の温度が許容範囲内に保たれているか否かを判定する機能をもっており、ロードセル１３の温度が許容範囲を外れた場合には、表示装置３５にアームメッセージを表示出力させると共に、警音発生装置３６にアラーム音を出力させるようになっている。

また、ロードセル１３（歪みゲージ１７）の検出信号Ｓ２は、Ａ／Ｄ変換器３３を介してシステムコントローラ２１の圧力検出処理部２５に出力され、圧力検出処理部２５は適宜の演算処理でロードセル１３への荷重データ（すなわち、圧力データ）を求めて、この圧力データを圧力制御部２６に出力する。圧力制御部２６は、樹脂圧力を圧力フィードバック制御するモードである際には、予め設定された圧力設定条件に基づき、図示せぬ射出用サーボモータを圧力フィードバック制御で駆動制御する。

以上のように、本第１実施形態では、ロードセル１３の取り付け部周辺の温度を許容範囲内に保つように制御するので、ロードセル１３の温度を、所定の許容範囲内の温度に維持することが可能となり、これにより、ロードセル１３が熱の影響を受けて圧力検出の信頼性を低下させる虞がなくなり、圧力検出精度に優れたものとなる。また、ロードセル１３の取り付け部周辺の温度を許容範囲内に保つように制御する温度制御系に故障が生じて、ロードセル１３の温度が許容範囲を外れた場合には、その旨を警告するので、直ちに故障に対処することが可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る射出成形機の射出系メカニズムにおけるロードセル周辺の構成、および制御系の要部を示す説明図である。なお、図３において、図１、図２に示した前記第１実施形態と均等なものには同一符号を付し、その説明は重複を避けるため割愛する。

本第２実施形態が前記第１実施形態と相違するのは、ロードセルの取り付け部周辺の温度を制御するのではなく、ロードセル自体の温度を制御するようにした点にある。本第２実施形態のロードセル１３’の内部には、温調水を循環させるためのヘリカル状管路４１が形成されており、このヘリカル状管路４１と連通した導入口には、前記水温調整・流水循環装置３４から延ばされた導入ホース３８が接続され、ヘリカル状管路４１と連通した導出口には、水温調整・流水循環装置３４から延ばされた導出ホース３９が接続されており、ロードセル１３’内のヘリカル状管路４１には、温度コントロールされた温調水が流されるようになっている。

このような構成をとる本第２実施形態においても、前記第１実施形態と同等の効果を奏する。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る射出成形機の型開閉系メカニズムおよび制御系の要部を示す説明図である。本第３実施形態は、前記した第１実施形態の構成に加えて、型開閉系メカニズム中に設けられたロードセルの取り付け部周辺にも、該部位の温度を制御する温度制御手段を設けた構成をとるものであり、図４において、図１、図２に示した前記第１実施形態と均等なものには同一符号を付し、その説明は重複を避けるため割愛する。

図４において、５１は固定側金型５２を搭載した固定ダイプレート、５３はテールストック、５４は、固定ダイプレート５１とテールストック５３にその両端をそれぞれ固定された複数本のタイバー、５５は、タイバー５４に挿通され、タイバー５４に沿って前後進可能な第１可動ダイプレート、５６は可動側金型５７を搭載した第２可動ダイプレート、５８は、第１可動ダイプレート５５と第２可動ダイプレート５６との間に挟持され、両者５５、５６にその所定の部位をボルトで密着・固定されたロードセル（図２に示したロードセルと同様の構成をとるロードセル）、５９はテールストック５３に搭載された型開閉用サーボモータである。また、６０は、その回転部（例えばナット体）をテールストック５３に回転可能に保持されたボールネジ機構で、型開閉用サーボモータ５９の回転は、ボールネジ機構６０の回転部に伝達され、これにより、回転部に螺合したボールネジ機構６０の直動部（例えばボールネジ軸）が直線移動するようになっている。６１は、テールストック５３と第１可動ダイプレート５５との間に設けられた（テールストック５３と第１可動ダイプレート５５とを連結した）トグルリンク機構で、このトグルリンク機構６０の力の入力端であるクロスヘッド６０ａが、型開閉用サーボモータ５９の回転を直線運動に変換するボールネジ機構６０の直動部により図示左右方向に駆動されることによって、トグルリンク機構６０は折り畳み駆動または伸張駆動されるようになっている。

図４に示す型開閉系メカニズムにおいては、トグルリンク機構６１が伸張駆動されると、固定ダイプレート５１に対して、第１可動ダイプレート５５とロードセル５８と第２可動ダイプレート５６と可動側金型５７とが一体となって前進駆動されて、型閉じが行われる。本第３実施形態の射出成形機では、金型内に溶融樹脂が射出・充填された後、第１可動ダイプレート５５とロードセル５８と第２可動ダイプレート５６と可動側金型５７とが、さらに前進駆動されて、これにより金型内の樹脂に圧縮力を付加する圧縮成形を行うようになっており、圧縮工程後、型締めが行われる。型開閉系メカニズム中のロードセル５８は、上記の圧縮力を検出するために設けられており、ロードセル５８は、加えられた荷重に応じた電気信号（検出信号Ｓ４）を、Ａ／Ｄ変換器８３を介してシステムコントローラ２１に出力するようになっている。なお、トグルリンク機構６１が折り畳み駆動されると、固定ダイプレート５１に対して、第１可動ダイプレート５５とロードセル５８と第２可動ダイプレート５６と可動側金型５７とが一体となって後退駆動されて、型開きが行われる。

また、図４に示すシステムコントローラ２１中において、７１は温度検出処理部、７２は温度制御部、７３は温度監視部、７４は圧力検出処理部、７５は圧力制御部である。

温度検出処理部７１は、ロードセル５８に付設された温度センサ８１による検出信号Ｓ１を、Ａ／Ｄ変換器８２を介して受け取り、これにより、温度検出処理部７１は適宜の演算処理でロードセル５８の温度データを求めて、この温度データを温度制御部７２並びに温度監視部７３に出力する。

温度制御部７２は、ロードセル５８の取り付け部周辺（ここでは、第２可動ダイプレート５６）の温度を許容範囲内に保つように制御するための指令を、水温調整・流水循環装置８４に与える機能をもつ。本第３実施形態では、第２可動ダイプレート５６の内部には、図示していないが温調水を循環させるためのヘリカル状管路が形成されており、このヘリカル状管路と連通した導入口には、水温調整・流水循環装置８４から延ばされた導入ホース８５が接続され、ヘリカル状管路と連通した導出口には、水温調整・流水循環装置８４から延ばされた導出ホース８６が接続されており、第２可動ダイプレート５６内のヘリカル状管路には、温度コントロールされた温調水が流されるようになっている。水温調整・流水循環装置８４は、ロードセル５８の取り付け部周辺（ここでは、第２可動ダイプレート５６）の温度を調整するための水の温度を制御（例えば、公知のＰＩＤ動作によるフィードバック制御で水温をコントロール）する機能をもつと共に、温調水を送り出して、第２可動ダイプレート５６内で循環した温調水を回収して、再び送り出す機能をもっており、システムコントローラ２１の温度制御部７２の指令に基づき動作する。

温度監視部７３は、ロードセル５８の温度が許容範囲内に保たれているか否かを判定する機能をもっており、ロードセル５８の温度が許容範囲を外れた場合には、前記表示装置３５にアームメッセージを表示出力させると共に、前記警音発生装置３６にアラーム音を出力させるようになっている。

また、ロードセル５８の検出信号Ｓ４は、Ａ／Ｄ変換器８３を介してシステムコントローラ２１の圧力検出処理部７４に出力され、圧力検出処理部７４は適宜の演算処理でロードセル５８への荷重データ（すなわち、圧力データ）を求めて、この圧力データを圧力制御部７５に出力する。圧力制御部７５は、圧縮圧力を圧力フィードバック制御するモードである際には、予め設定された圧力設定条件に基づき、型開閉用サーボモータ５９を圧力フィードバック制御で駆動制御する。

このような構成をとる本第３実施形態においても、前記第１、第２実施形態と同等の効果を奏する。

なお、本第３実施形態では、ロードセル５８の取り付け部周辺（ここでは、第２可動ダイプレート５６）の温度を許容範囲内に保つ温度制御手段を設けているが、前記第２実施形態と同様に、ロードセル５８自体の温度を許容範囲内に保つ温度制御手段を設けるようにしてもよい。また、射出系メカズムと型開閉系メカニズムの一方では、ロードセルの取り付け部周辺の温度制御を行い、他方ではロードセル自体の温度制御を行うように、構成してもよい。また、前記した各実施形態では、ロードセルに設けた温度センサの計測データを用いて、水温調整・流水循環装置自体が温調水の温度のコントロールを行うようにしているが、水温調整・流水循環装置が水の温度を監視することで、温調水の温度コントロールを行う構成であってもよく、この場合には、２つの水温調整・流水循環装置を単一化することが可能となる上、システムコントローラ２１は水温調整・流水循環装置に対し、目標水温データや起動・停止指令を与えるだけでよいので、システムコントローラ２１側の負担が軽減できる。

本発明の第１実施形態に係る射出成形機の射出系メカニズムおよび制御系の要部を示す説明図である。 図１のロードセル近傍の構成を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る射出成形機の射出系メカニズムにおけるロードセル周辺の構成、および制御系の要部を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る射出成形機の型開閉系メカニズムおよび制御系の要部を示す説明図である。

符号の説明

１ ヘッドストック
２ 加熱シリンダ
３ スクリュー
４ 保持プレート
５ ガイドシャフト
６ 前後進体
７ 回転体
８ 被動プーリ
９ ボールネジ機構
１０ ナット体
１１ ボールネジ軸
１２ 被動プーリ
１３、１３’、５８ ロードセル
１４ 内環状部
１５ 外環状部
１６ 変形部
１７ 歪みゲージ
１８、１９ 取り付けボルト
２０ 回転体
２１ システムコントローラ
２２、７１ 温度検出処理部
２３、７２ 温度制御部
２４、７３ 温度監視部
２５、７４ 圧力検出処理部
２６、７５ 圧力制御部
３１、８１ 温度センサ
３２、３３、８２、８３ Ａ／Ｄ変換器
３４、８４ 水温調整・流水循環装置
３５ 表示装置
３６ 警音発生装置
３７、４１ ヘリカル状管路
３８、８５ 導入ホース
３９、８６ 導出ホース
５１ 固定ダイプレート
５２ 固定側金型
５３ テールストック
５４ タイバー
５５ 第１可動ダイプレート
５６ 第２可動ダイプレート
５７ 可動側金型
５８ ロードセル
５９ 型開閉用サーボモータ
６０ ボールネジ機構
６１ トグルリンク機構
６０ａ クロスヘッド

Claims (3)

1. 圧力センサとしてロードセルを備えた射出成形機において、
   前記ロードセルの取り付け部周辺の温度を制御する温度制御手段を設けたことを特徴とする射出成形機。
2. 圧力センサとしてロードセルを備えた射出成形機において、
   前記ロードセルの温度を制御する温度制御手段を設けたことを特徴とする射出成形機。
3. 請求項１または２に記載の射出成形機において、
   前記ロードセルの温度が許容範囲を外れた場合に、警報を出力する警報出力手段を設けたことを特徴とする射出成形機。

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