JP2008049676A - 成形機及びその監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可塑化部材の各所に加わる負荷を監視することができるようにする。
【解決手段】シリンダ部材と、該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材と、該可塑化部材を回転させる駆動部と、前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に配設され、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みを検出する歪み検出部とを有する。シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に歪み検出部が配設され、該歪み検出部によって、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みが検出されるので、操作者は、可塑化部材の状態に基づいてシリンダ部材の状態を監視することができる。したがって、可塑化部材の各所に加わる負荷を監視することができるので、十分に円滑に計量を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、成形機及びその監視方法に関するものである。

従来、成形機、例えば、射出成形機は、金型装置、型締装置及び射出装置を有し、前記金型装置は固定金型及び可動金型を備える。そして、前記型締装置によって前記可動金型を進退させることにより、金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われ、型締めに伴って、前記固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。また、前記射出装置は、加熱シリンダ、該加熱シリンダの前端に取り付けられた射出ノズル、前記加熱シリンダ内において回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材としてのスクリュー、該スクリューを回転させたり、前進させたりするために、計量用モータ、射出用モータ等を備える。そして、計量工程において、前記スクリューを回転させると、加熱シリンダ内におけるスクリューより前方に樹脂を溜めることができ、射出工程において、前記スクリューを前進させると、溜められた樹脂を前記射出ノズルから射出し、前記キャビティ空間に充填することができる。続いて、金型装置を冷却することによって、キャビティ空間内の樹脂は冷却されて固化し、成形品になる。

ところで、計量工程において、スクリューに大きな負荷が加わると、円滑に計量を行うことができなくなるだけでなく、スクリューが破損することがある。

そこで、計量用モータにトルク検出計を配設し、計量用モータによって発生させられるトルクを監視し、トルクが閾値より大きくなったときに、異常が発生したと判断し、射出成形機を停止させることが考えられる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１０９２２２号公報

しかしながら、前記従来の射出成形機においては、計量用モータによって発生させられるトルクを監視するようになっているので、スクリューの全体に加わる負荷を監視することができるが、スクリューの各所に加わる負荷を監視することができず、十分に円滑に計量を行うことができない。

本発明は、前記従来の射出成形機の問題点を解決して、可塑化部材の各所に加わる負荷を監視することができる成形機及びその監視方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の成形機においては、シリンダ部材と、該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材と、該可塑化部材を回転させる駆動部と、前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に配設され、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みを検出する歪み検出部とを有する。

本発明によれば、成形機においては、シリンダ部材と、該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材と、該可塑化部材を回転させる駆動部と、前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に配設され、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みを検出する歪み検出部とを有する。

この場合、前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に歪み検出部が配設され、該歪み検出部によって、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みが検出されるので、操作者は、可塑化部材の状態に基づいてシリンダ部材の状態を監視することができる。したがって、可塑化部材の各所に加わる負荷を監視することができるので、十分に円滑に計量を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、成形機としての射出成形機について説明する。

図１は本発明の実施の形態における射出成形機の要部を示す図、図２は本発明の実施の形態における加熱シリンダの内周面に発生する応力を表す図、図３は本発明の実施の形態における加熱シリンダの外周面に発生する歪みを表す図、図４は本発明の実施の形態における加熱シリンダの剪断応力の応力分布の例を示す図、図５は本発明の実施の形態における歪みセンサの取付け例を示す第１の図、図６は本発明の実施の形態における歪みセンサの取付け例を示す第２の図である。なお、図４において、横軸に位置を、縦軸にシリンダ部材としての加熱シリンダ１１の内周面に発生する周方向の剪断応力ｆｃを採ってある。

図において、１０は射出装置、１１は加熱シリンダ、１２は該加熱シリンダ１１内において回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材としての、かつ、射出部材としてのスクリュー、１３は前記加熱シリンダ１１の前端に取り付けられた射出ノズル、１４は該射出ノズル１３に形成されたノズル口、１５は、前記加熱シリンダ１１の後端の近傍の所定の箇所に形成され、成形材料としての図示されない樹脂を供給するための供給口、１６は、前記樹脂を収容し、前記供給口１５を介して加熱シリンダ１１内に供給する成形材料供給装置としてのホッパである。

前記加熱シリンダ１１の後端に、冷却装置としての水冷シリンダ６６が配設され、該水冷シリンダ６６によって加熱シリンダ１１が片持ち梁式に支持され、水冷シリンダ６６にホッパ１６が取り付けられる。前記水冷シリンダ６６には、図示されない温調器から冷却媒体としての冷却水が供給され、該冷却水によって供給口１５の周囲が冷却される。また、前記スクリュー１２の後端に、計量用の駆動部としての図示されない計量用モータ、射出用の駆動部としての図示されない射出用モータ等が配設される。

前記スクリュー１２は、フライト部２１、及び該フライト部２１の前端に取り付けられたヘッド部としてのスクリューヘッド２２を備える。そして、前記フライト部２１は、スクリュー１２の本体、すなわち、スクリュー本体の外周面に螺旋状に形成されたフライト２３、及び該フライト２３に沿って形成される螺旋状の溝２４を備える。

また、スクリュー１２には、後方から前方にかけて順に、ホッパ１６から落下した樹脂が供給される供給部Ｐ１、供給された樹脂を圧縮しながら溶融させる圧縮部Ｐ２、及び溶融させられた樹脂を一定量ずつ計量する計量部Ｐ３が形成される。前記溝２４の底、すなわち、スクリュー本体の外径は、供給部Ｐ１において比較的小さくされ、圧縮部Ｐ２において後方から前方にかけて徐々に大きくされ、計量部Ｐ３において比較的大きくされる。したがって、加熱シリンダ１１の内周面とスクリュー本体の外周面との間隙は、前記供給部Ｐ１において比較的大きくされ、圧縮部Ｐ２において後方から前方にかけて徐々に小さくされ、計量部Ｐ３において比較的小さくされる。

前記射出装置１０の前方に金型装置５１が配設され、該金型装置５１は、固定金型５２、及び該固定金型５２に対して進退自在に配設された可動金型５３から成り、図示されない型締装置によって可動金型５３を進退させることにより、前記金型装置５１の型閉じ、型締め及び型開きが行われ、型締めに伴って、固定金型５２と可動金型５３との間にキャビティ空間Ｃが形成される。そのために、前記型締装置は、前記固定金型５２を取り付けるための固定プラテン、前記可動金型５３を取り付けるための可動プラテン、該可動プラテンを進退させるとともに、型締力を発生させる型締用の駆動部としての型締用モータ等を備える。なお、射出成形機は、金型装置５１、型締装置及び射出装置１０を有する。

計量工程時に、前記計量用モータを駆動することによって前記スクリュー１２を正方向に回転させると、ホッパ１６内の樹脂が供給口１５を介して供給部Ｐ１に供給され、溝２４内を前進させられる。それに伴って、スクリュー１２が後退させられ、樹脂がスクリューヘッド２２の前方に蓄えられる。なお、前記溝２４内の樹脂は、前記供給部Ｐ１においてペレット状の形状を有し、圧縮部Ｐ２において半溶融状態になり、計量部Ｐ３において完全に溶融させられて液状になる。

次に、射出工程時に、前記射出用モータを駆動することによって前記スクリュー１２を前進させると、スクリューヘッド２２の前方に蓄えられた樹脂は、射出ノズル１３から射出され、前記キャビティ空間Ｃに充填される。このとき、スクリューヘッド２２の前方に蓄えられた樹脂が逆流しないように、スクリューヘッド２２の周囲に図示されない逆止リング及びシールリングから成る逆流防止装置が配設される。

ところで、前記加熱シリンダ１１の外周には、複数のヒータｈ１〜ｈ５が前方から後方にかけて軸方向に隣接させて配設され、射出ノズル１３の外周にはヒータｈ６〜ｈ８が配設され、該ヒータｈ１〜ｈ８を個別に通電することによって、前記加熱シリンダ１１内の樹脂を加熱し、溶融させることができる。

なお、加熱シリンダ１１の軸方向における所定の複数の箇所、本実施の形態においては、ヒータｈ１の中央部分、ヒータｈ２、ｈ３間及びヒータｈ４、ｈ５間に温度検出部としてのヒータ温度センサｓ１〜ｓ３が配設される。

そして、該ヒータ温度センサｓ１〜ｓ３は、加熱シリンダ１１における前端の近傍、中央及び後端の近傍の所定の箇所の温度を検出し、検出された各温度を制御部３１に送る。該制御部３１の図示されない成形温度制御処理手段（成形温度制御処理部）は、成形温度制御処理を行い、検出された温度に基づいて前記ヒータｈ１〜ｈ８を通電し、樹脂の温度が設定温度になるように制御する。そして、前記制御部３１に操作部３２及び表示部３３が接続され、前記操作部３２を操作することによって設定温度を設定することができる。また、前記制御部３１の図示されない表示処理手段（表示処理部）は、表示処理を行い、設定温度、検出された温度等を表示部３３に表示する。

ところで、例えば、計量工程時に、スクリュー１２が回転させられるのに伴って樹脂に内部応力が発生させられる。その結果、加熱シリンダ１１の内周面に、軸方向及び周方向に剪断応力ｆｓ、ｆｃが、径方向に垂直応力ｆｒが発生し、加熱シリンダ１１の外周面に軸方向、周方向及び斜め方向に、それぞれ歪みεｓ、εｃ、εｒが発生する。なお、前記垂直応力ｆｒは、径方向内方から外方に向けて発生させられる。

ところで、計量工程において、スクリュー１２に大きな負荷が加わると、円滑に計量を行うことができなくなるだけでなく、スクリュー１２が破損することがある。

そこで、計量用モータにトルク検出計を配設し、計量用モータによって発生させられるトルクを監視し、トルクが閾値より大きくなったときに、異常が発生したと判断し、射出成形機を停止させることが考えられる。

ところが、計量用モータによって発生させられるトルクを監視すると、スクリュー１２の全体に加わる負荷を監視することができるが、スクリュー１２の各所に加わる負荷を監視することができず、十分に円滑に計量を行うことができない。

そこで、本実施の形態においては、前記歪みεｓ、εｃ、εｒを検出し、歪みεｓ、εｃ、εｒに基づいて剪断応力ｆｓ、ｆｃ、垂直応力ｆｒを推定し、算出するようにしている。

ところで、計量工程時に、前記剪断応力ｆｃは、スクリュー１２の軸方向において、供給口１５からスクリューヘッド２２にかけて、図４に示されるように、所定のパターンで分布すると考えられる。

例えば、一般的な樹脂を使用し、しかも、スクリュー１２を一般的な回転速度で回転させて計量を行うと、前記剪断応力ｆｃは、図４の線Ｌ１で示されるようなパターンで分布すると考えられる。すなわち、剪断応力ｆｃは、供給口１５に供給された樹脂が供給部Ｐ１を移動する間に、次第に大きくなり、樹脂が圧縮部Ｐ２に進入し、半溶融状態になると、更に大きくなり、ピークになった後、溶融が進むに従って、次第に小さくなり、樹脂が計量部Ｐ３に進入し、溶融状態になると、更に小さくなると考えられる。

これに対して、スクリュー１２の回転速度の設定値、樹脂の設定温度等が適正でない場合に、例えば、圧縮部Ｐ２においてペレット状の樹脂が詰まると、前記剪断応力ｆｃは、圧縮部Ｐ２において局部的に大きくなり、仮に、線Ｌ２で示されるように閾値ｆｔｈを超えてしまうと、加熱シリンダ１１とスクリュー１２との間で摩耗が発生したり、かじりが発生したりする恐れがある。

また、粘度の高い樹脂を使用したり、スクリュー１２を高速で回転させて計量を行うと、加熱シリンダ１１内の圧力が高くなるとともに、スクリュー１２に回転を妨げる方向の負荷が加わると考えられ、前記剪断応力ｆｃは、線Ｌ３で示されるようなパターンで分布すると考えられる。すなわち、剪断応力ｆｃは、加熱シリンダ１１の軸方向における全域において大きくなり、仮に、線Ｌ４で示されるように、圧縮部Ｐ２から計量部Ｐ３にかけて、所定の領域で閾値ｆｔｈを超えると、スクリュー１２が破損する恐れがある。

そこで、加熱シリンダ１１の軸方向における複数の箇所、本実施の形態においては、６箇所に、図５及び６に示されるような、歪み検出部としての歪みセンサｑｉ（ｉ＝１、２、…、６）、ｒｉ（ｉ＝１、２、…、６）を配設し、各歪みセンサｑｉ、ｒｉによって、歪みεｓ、εｃ、εｒを検出するようにしている。

そのために、前記各歪みセンサｑｉ、ｒｉは、三方向以上の歪みを検出することができるように、３チャンネルの歪みセンサを構成し、各歪みセンサｑｉにおいては、二つの互いに直交する検出要素ｅ１、ｅ２が、軸方向に対して４５〔°〕の角度を成すように加熱シリンダ１１に取り付けられ、各歪みセンサｒｉは、一つの検出要素ｅ３が、軸方向に対して９０〔°〕の角度を成すように加熱シリンダ１１に取り付けられる。そして、歪みセンサｑｉの検出要素ｅ１、ｅ２にチャンネルを接続して２チャンネルとし、歪みセンサｒｉの検出要素ｅ３にチャンネルを接続して１チャンネルとして、合計３チャンネルの値に基づいて、歪みεｓ、εｃ、εｒを算出する。

前記各歪みセンサｑｉ、ｒｉは、前記圧縮部Ｐ２から計量部Ｐ３にかけて少なくとも２箇所に配設したり、前記供給部Ｐ１、圧縮部Ｐ２及び計量部Ｐ３の各ゾーンに、少なくとも２箇所ずつ配設したりするのが好ましい。なお、本実施の形態においては、前記加熱シリンダ１１の円周方向における１箇所に各歪みセンサｑｉ、ｒｉを配設するようにしている。これに対して、検出される歪みεｓ、εｃ、εｒの値（物理量）を大きくすることができるように、２ゲージ法、４ゲージ法等を使用したり、歪みセンサｑｉ、ｒｉの貼り方を工夫したりすることもできる。

また、加熱シリンダ１１の円周方向における２箇所に各歪みセンサｑｉ、ｒｉを配設してもよい。この場合、円周方向にわたって加熱シリンダ１１に加わる負荷の分布を監視することができる。

なお、本実施の形態においては、スクリュー１２に加わる負荷が加熱シリンダ１１の歪みとなって現れるように、加熱シリンダ１１は強度が許される範囲において肉薄のものとするのが好ましい。

前記制御部３１の図示されない監視処理手段（監視処理部）は、監視処理を行い、各歪みセンサｑｉから送られた歪みを読み込み、該各歪みに基づいて、スクリュー１２及び加熱シリンダ１１の状態、すなわち、可塑化状態を監視する。そのために、前記監視処理手段の応力算出処理手段（応力算出処理部）は、応力算出処理を行い、各歪みセンサｑｉ、ｒｉが配設された各検出位置ａｉ（ｉ＝１、２、…、６）において検出された歪みεｓ、εｃ、εｒを読み込む。そして、歪みセンサｑｉ、ｒｉの３つの検出要素が貼り付けられた三つの角度に基づいて、所定のアルゴリズムで、歪みεｓ、εｃ、εｒから３方向成分の変形量を算出し、前記各検出位置ａｉにおける剪断応力ｆｓ、ｆｃ及び垂直応力ｆｒを求める。

続いて、前記監視処理手段の応力分布算出処理手段（応力分布算出処理部）は、応力分布算出処理を行い、前記各剪断応力ｆｓ、ｆｃ、垂直応力ｆｒに基づいて、例えば、図４に示されるような剪断応力ｆｃの応力分布（パターン）を算出する。そして、前記表示処理手段は、前記応力分布を表示部３３に表示する。

このように、本実施の形態においては、前記各剪断応力ｆｓ、ｆｃ、垂直応力ｆｒの応力分布が表示部３３に表示されるので、操作者は、応力分布に基づいてスクリュー１２の可塑化状態を監視することができる。

また、例えば、スクリュー１２の回転速度の設定値、樹脂の設定温度等が適正でない場合に、図４の線Ｌ２で示されるように、前記剪断応力ｆｃが、局部的に大きくなり、閾値ｆｔｈを超えた場合に、前記監視処理手段の運転停止処理手段（運転停止処理部）は、運転停止処理を行い、射出成形機の運転を停止させることができる。したがって、加熱シリンダ１１とスクリュー１２との間で摩耗が発生したり、かじりが発生したりするのを防止することができる。また、例えば、図４の線Ｌ４で示されるように、前記剪断応力ｆｃが、加熱シリンダ１１の軸方向における全域において大きくなり、閾値ｆｔｈを超えた場合に、前記運転停止処理手段は、射出成形機の運転を停止させることができる。したがって、スクリュー１２が破損するのを防止することができる。

また、スクリュー１２の各所に加わる負荷を監視することができるので、十分に円滑に計量を行うことができる。

本実施の形態においては、スクリュー１２が回転するのに伴って加熱シリンダ１１に発生する捩りを算出し、監視することができる。そのために、前記監視処理手段の捩り算出処理手段（捩り算出処理部）は、捩り算出処理を行い、前記各歪みセンサｑｉ、ｒｉのうちの２箇所の歪みセンサによって検出された歪みに基づいて、加熱シリンダ１１の局部的な捩りを算出する。

なお、例えば、前記剪断応力ｆｃが閾値ｆｔｈを超えたときに、射出成形機の運転を停止させるために、前記制御部３１の図示されない異常判定処理手段（異常判定処理部）は、異常判定処理を行い、前記各歪みεｓ、εｃ、εｒを読み込み、剪断応力ｆｃを算出し、該剪断応力ｆｃが閾値ｆｔｈを超えたかどうかを判断し、剪断応力ｆｃが閾値ｆｔｈを超えた場合に、加熱シリンダ１１、スクリュー１２等に異常が発生したと判断し、制御部３１の図示されない報知処理手段（報知処理部）は、報知処理を行い、加熱シリンダ１１、スクリュー１２等に異常が発生した旨をアラーム等によって操作者に報知する。

なお、前記異常判定処理手段は、前記応力分布によって加熱シリンダ１１、スクリュー１２等に異常が発生したかどうかを判断することができる。その場合、前記異常判定処理手段は、図４の線Ｌ１で示されるような、正常なときの応力分布と、図４の線Ｌ２〜Ｌ４に示されるような、異常が発生したときの応力分布とを比較し、比較結果に基づいて加熱シリンダ１１、スクリュー１２等に異常が発生したかどうかを判断する。

ところで、図５に示される歪みセンサｑｉは、各検出要素ｅ１、ｅ２が加熱シリンダ１１の軸方向に対して所定の角度になるように加熱シリンダ１１に取り付けられるようになっている。ところが、前記各検出要素ｅ１、ｅ２を正確な角度で取り付けることは困難であり、図６に示される歪みセンサｒｉの検出要素ｅ１についても、軸方向に対して直角の方向に正確に取り付けることは困難である。そこで、歪みセンサｑｉ、ｒｉを少なくとも３チャンネルとし、加熱シリンダ１１の内周面に発生する剪断応力ｆｃ及び垂直応力ｆｒを検出するようにしている。

本実施の形態においては、図５に示される歪みセンサｑｉを２チャンネルとし、図６に示される歪みセンサｒｉを１チャンネルとして、合計３チャンネルの歪みセンサを使用するようになっているが、図６に示される歪みセンサｒｉに、さらに、図示されない軸方向の検出要素を貼り付け、歪みセンサｒｉを２チャンネルとすることができる。この場合、歪みセンサｑｉは二つの検出要素ｅ１、ｅ２で構成されることになるが、二つの検出要素の出力は１チャンネルとして使用される。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における射出成形機の要部を示す図である。 本発明の実施の形態における加熱シリンダの内周面に発生する応力を表す図である。 本発明の実施の形態における加熱シリンダの外周面に発生する歪みを表す図である。 本発明の実施の形態における加熱シリンダの剪断応力の応力分布の例を示す図である。 本発明の実施の形態における歪みセンサの取付け例を示す第１の図である。 本発明の実施の形態における歪みセンサの取付け例を示す第２の図である。

符号の説明

１０ 射出装置
１１ 加熱シリンダ
１２ スクリュー
３１ 制御部
５１ 金型装置
Ｐ１ 供給部
Ｐ２ 圧縮部
Ｐ３ 計量部
ｑ１、ｒ１ 歪みセンサ
εｓ、εｃ、εｒ 歪み

Claims (6)

1. （ａ）シリンダ部材と、
   （ｂ）該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材と、
   （ｃ）該可塑化部材を回転させる駆動部と、
   （ｄ）前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に配設され、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みを検出する歪み検出部とを有することを特徴とする成形機。
2. （ａ）前記歪み検出部によって検出された歪みに基づいて、前記シリンダ部材の軸方向における応力分布を算出する応力分布算出処理手段と、
   （ｂ）前記応力分布を表示部に表示する表示処理手段とを有する請求項１に記載の成形機。
3. 前記歪み検出部は、圧縮部から計量部にかけて少なくとも２箇所に配設される請求項１に記載の成形機。
4. 前記歪み検出部は、供給部、圧縮部及び計量部の各ゾーンに、少なくとも２箇所ずつ配設される請求項１に記載の成形機。
5. ２箇所に配設された歪み検出部によって検出された歪みに基づいて、シリンダ部材の捩りを算出する捩り算出処理手段を有する請求項１に記載の成形機。
6. シリンダ部材、該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材、及び該可塑化部材を回転させる駆動部を有する成形機の監視方法において、
   （ａ）前記駆動部を駆動して可塑化部材を回転させ、
   （ｂ）前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に配設された歪み検出部によって、前記可塑化部材の回転に伴ってシリンダ部材に発生する歪みを検出することを特徴とする成形機の監視方法。
   

Images