JP2008302528A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】逆流防止弁の摩耗量を推定し、逆流防止弁の使用限度を予測可能にする。
【解決手段】射出開始時には、スクリュ位置(逆流防止弁と当接し樹脂通路を閉鎖するチェックシートの位置)に対して逆流防止弁は、ストロークＳ₀だけ前進した位置にある。スクリュが前進すると逆流防止弁は後退し、スクリュがＸ₀移動したとき閉鎖したとする。逆流防止弁がΔＳ（Ｓ₁＝Ｓ₀＋ΔＳ）だけ摩耗したとき、スクリュがＸ₁移動したとき閉鎖したとする。逆量防止弁のストロークと閉鎖までのスクリュ移動距離は比例するから、Ｓ₀／Ｘ₀＝Ｓ₁／Ｘ₁＝ａである。これによりΔＳ＝ａＸ₁−Ｓ₀となり摩耗量ΔＳは、逆流防止弁閉鎖位置Ｘ₁を検出し、この位置Ｘ₁と既知のストロークＳ₀に基づいて求められる。閉鎖位置はスクリュに加わる回転力のピーク値で検出する。摩耗量が求められると摩耗の許容値より使用限度が予測できる。
【選択図】図２

Description

本発明は射出成形機に関し、特に、逆流防止弁の摩耗量または閉鎖ストロークの検出、表示、予測を行う射出成形機に関する。

インラインスクリュ式の射出成形機には、スクリュ先端にスクリュ前進時の樹脂の逆流を防止するために逆流防止弁機構を有する。
計量工程によって溶融された樹脂は、加熱シリンダ内のスクリュ前方に蓄積される。射出保圧工程が開始され、スクリュが前進し、この溶融された樹脂を金型内に射出し充填する。この射出開始から逆流防止弁が樹脂通路を閉鎖するまでの間には逆流防止弁前方から後方に向かって樹脂が逆流する。この逆流量は、金型に充填される樹脂量に影響を与えることから、成形品の品質に影響を与える。

長い期間、射出成形機を使用し続けると、逆流防止弁は、樹脂による腐食やスクリュ回転時の摩擦により摩耗する。そのため、逆流量が変化し、成形品の品質に影響を与える。
そこで、逆流防止弁の摩耗やこの樹脂の逆流量を検出する各種方法が知られている。
例えば、保圧中のスクリュ前進距離に基づいて（特許文献１参照）、又は、保圧中のスクリュ前進速度に基づいて（特許文献２参照）、逆流量を検出して、所定値を超えると警報を発生させ、成形不良を未然に防止したり、逆流防止弁の摩耗等を検出する方法が知られている。

又、スクリュを前進させたときに樹脂の逆流が生じると、逆流樹脂の樹脂圧力（射出圧力）に応じた力でスクリュのフライトを押す。この押す力は、スクリュ軸線方向の力（後方に押す力）とスクリュ回転方向の力（計量時とは逆方向に回転させる力）に分力される。従って、樹脂の逆流により、スクリュには射出圧力に応じたスクリュ回転力が作用する。そこで、このスクリュ回転力が所定値を超えると、逆流防止弁に摩耗、欠損等の異常が発生したとして検知する方法も知られている（特許文献３参照）。

特開昭６２−３９１６号公報 特開平１−２８１９１２号公報 特開平１−１６８４２１号公報

上述した従来の技術は、逆流防止弁の摩耗を検出する方法として、樹脂の逆流量等を検出し、該逆流量が所定値以上になったとき、アラームを出力するものである。しかし、逆流防止弁の摩耗は、徐々に進行するものであり、アラームが発生した段階では、すでに不良成形品を多量に成形した後といった場合が発生し好ましくない。摩耗の進行度合いを把握し、アラームが発生する前に逆流防止弁の使用限度等を察知し必要な対策をとれるようにすることが望ましい。

そこで、本発明の目的は、成形中に逆流防止弁の摩耗量または閉鎖ストロークを推定し、さらには、その後の摩耗量を予測し、逆流防止弁の使用限度を予測可能にした射出成形機を提供することにある。

本願請求項１に係る発明は、逆流防止弁を備えるスクリュと、該スクリュ前進中のスクリュ位置を検出する手段と、逆流防止弁が閉鎖した時点におけるスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出する逆流防止弁閉鎖位置検出手段と、スクリュ前進開始位置から前記逆流防止弁閉鎖位置までのスクリュ移動距離を逆流防止弁の閉鎖ストロークとして算出する手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、逆流防止弁を備えるスクリュと、該スクリュ前進中のスクリュ位置を検出する手段と、逆流防止弁が閉鎖した時点におけるスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出する逆流防止弁閉鎖位置検出手段と、スクリュ前進開始位置から前記逆流防止弁閉鎖位置までのスクリュ移動距離を表示する手段とを備えたことを特徴とするものである。又、請求項３に係わる発明は、逆流防止弁を備えるスクリュと、該スクリュ前進中のスクリュ位置を検出する手段と、逆流防止弁が閉鎖した時点におけるスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出する逆流防止弁閉鎖位置検出手段と、前記逆流防止弁閉鎖位置を表示する手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項４に係わる発明は、逆流防止弁を備えるスクリュと、該スクリュ前進中のスクリュ位置を検出する手段と、逆流防止弁が閉鎖した時点におけるスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出する逆流防止弁閉鎖位置検出手段と、スクリュに逆流防止弁を取り付けた時の逆流防止弁の設定ストロークと該逆流防止弁を取り付けた時のスクリュ前進開始位置から前記逆流防止弁閉鎖位置までのスクリュ移動距離と成形時のスクリュ前進開始位置から前記逆流防止弁閉鎖位置までのスクリュ移動距離とに基いて逆流防止弁の閉鎖ストロークを算出する手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１または請求項４に係わる発明において、スクリュに逆流防止弁を取り付けた時の逆流防止弁の設定ストロークと設定摩耗量、前記逆流防止弁の閉鎖ストロークに基づいて、逆流防止弁、スクリュヘッド、チェックシートの端面の少なくとも１つの摩耗量を算出する手段とを備え、逆流防止弁の摩耗を推定できるようにした射出成形機である。

請求項６に係る発明は、前記逆流防止弁閉鎖位置検出手段が、スクリュに作用する回転力を検出する回転力検出手段を備え、前記スクリュを前進移動させる際に検出される前記スクリュに作用する回転力のピークとなった時点のスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出するものとしている。さらに、請求項７に係る発明は、算出された摩耗量または閉鎖ストロークの変化量より摩耗速度を算出する手段と、該算出された摩耗速度より摩耗量の許容値を越える時点を予測する手段を備えるようにしたものである。又、請求項８に係る発明は、摩耗速度を算出する手段を、求めた摩耗量の変化量が生じた間の成形ショット数、成形機の稼動時間、計量時間、スクリュ回転数のいずれか１つで摩耗量の変化量を除して求めるものとした。そして、請求項９に係る発明は、成形条件に対応して、摩耗速度を記憶する記憶手段を備えるようにした。

逆流防止弁の摩耗量、及び使用限度を示す摩耗量の許容値を超える時点を予測できるようにしたから、大量の成形不良が発生する前に逆流防止弁を交換することができる。

まず、本発明において、逆流防止弁の摩耗量の推定原理について説明する。
図１は、従来から用いられている逆流防止弁機構の一例である。スクリュ１の先端には、スクリュヘッド２とスクリュ１の本体部分間の縮径された部分にスクリュ軸方向（Ｘ軸方向）に移動可能に逆流防止弁３が配置され、この縮径された部分のスクリュ１の本体側には、この逆流防止弁３と当接密着し、樹脂通路を閉鎖するチェックシート４を備える。

計量工程においては、スクリュ１が回転し、スクリュ１の後方から供給される樹脂ペレットはスクリュ１の回転によって発生するせん断熱と、スクリュ１が挿入されている図示していない加熱シリンダの外側に設けられたヒータからの熱により溶融される。溶融された樹脂は逆流防止弁３の後方の樹脂圧力を上昇させ、逆流防止弁３を前方に押す力を発生させ、該逆流防止弁を前方に移動させる。逆流防止弁３が前方に押されると後方の溝部６の樹脂が逆流防止弁３と縮径された部分の樹脂通路を通り逆流防止弁３の前方に流れ込みスクリュヘッド２の前方の加熱シリンダ内の圧力を上昇させる。このスクリュヘッド２前方の樹脂圧力が所定の圧力（背圧）を超えると、スクリュ１は後方に押されて逆流防止弁３の前方の圧力が減圧される。さらにスクリュ１が回転することで逆流防止弁３の後方の圧力が逆流防止弁３の前方の圧力よりも高くなるので、継続して溶融された樹脂が逆流防止弁３の前方に送り込まれる。所定の量（計量位置）までスクリュ１が後退するとスクリュ回転が停止され、計量工程が終了する。

次に射出工程に入り、樹脂を金型に充填するためにスクリュ１が前進（図１中右から左方向へ）すると、スクリュヘッド２の前方にたまった樹脂圧力が上昇するので、逆流防止弁３が後退しチェックシート４と密着して樹脂通路を閉鎖し、溶融樹脂がスクリュ後退方向に逆流することを防止する。
射出開始から逆流防止弁３が樹脂通路を閉鎖するまでの間には逆流防止弁３の前方から後方に向かって樹脂の逆流が生じる。逆流防止弁３が摩耗すると、この逆流量も増大する。逆流した樹脂は、樹脂圧力（射出圧力）に応じた力でスクリュ１のフライト５を押し、この押す力は、スクリュ軸線方向の力（後方に押す力）とスクリュ回転方向の力（計量時とは逆方向に回転させる力）に分力され、スクリュ１に回転力を与えることになる。

又、逆流防止弁３がチェックシート４と密着して樹脂通路を閉鎖すると、樹脂の逆流はほとんどなくなる。射出時には、スクリュ１の前進に応じて射出圧力（樹脂圧力）が上昇しているから、スクリュ１に作用する回転力は、逆流防止弁３が閉鎖するまでは、増大し、閉鎖すると減少することになり、逆流防止弁３の閉鎖時点でスクリュ回転力がピークとなる。このピーク時点を検出することによって、逆流防止弁３の閉鎖時点を判別することができる。

図１において、スクリュ１が移動して樹脂を射出する射出方向をＸ軸方向とし、逆流防止弁３のチェックシート４と当接する面のＸ軸位置をＸ＝Ｆ_R（ｔ）、又、チェックシート４の逆流防止弁３が当接する面のＸ軸位置をＸ＝Ｆ_S（ｔ）と表す。又、逆流防止弁３の移動ストロークをＳとする。
図２は、スクリュ位置と逆流防止弁の位置の関係を示す図である。スクリュ１をＸ軸方向に移動させて射出動作を行わせたときの逆流防止弁３の位置Ｘ＝Ｆ_R（ｔ）、チェックシート４の位置(スクリュ位置)Ｘ＝Ｆ_S（ｔ）を表す説明図である。
スクリュ前進開始（射出開始）時ｔを「０」、又スクリュ前進開始（射出開始）時のチェックシート４の位置Ｘ（＝Ｆ_S（０））を「０」とする。
スクリュ前進開始時には、逆流防止弁３は、スクリュヘッド２側に移動しているため、該逆流防止弁３が移動して閉鎖するまでの移動ストロークＳ₀は、次の式で表される。

Ｓ₀＝Ｆ_R（０）−Ｆ_S（０）
スクリュ前進によって、チェックシート４の位置Ｘ＝Ｆ_S（ｔ）は、図２（ａ）に示すように増大する。一方、スクリュ前進により逆流防止弁前方の樹脂圧が上昇し、逆流防止弁後方の樹脂圧よりも高くなることで逆流防止弁３は押され、スクリュ１に対して相対的にスクリュ１の前進方向とは逆方向に駆動されることになる。逆流防止弁３の位置Ｘ＝Ｆ_R（ｔ）は、ｔ＝０では、移動ストロークＳ₀だけ、チェックシート４の位置Ｘ＝Ｆ_S（０）より前進した位置にあり、スクリュ１と共に前進し、かつ、前述したようにスクリュに対しては相対的に後退させられるので、逆流防止弁３の位置Ｘ＝Ｆ_R（ｔ）とチェックシート４の位置Ｘ＝Ｆ_S（ｔ）の相対位置は徐々に小さくなり、両者は一致し、逆流防止弁３は閉鎖する。
このときの時間をｔ₁とすると、
Ｆ_R（ｔ₁）＝Ｆ_S（ｔ₁）
このとき、射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離をＸ₀とすると、
Ｘ₀＝Ｆ_S（ｔ₁）−Ｆ_S（０）
となる。

逆流防止弁３がΔＳだけ摩耗し、ストロークが増えた場合、逆流防止弁３の動作を表す式は、
Ｆ'_R（ｔ）＝Ｆ_R（ｔ）＋ΔＳ
となり、逆流防止弁３が閉鎖するまでに、スクリュ１は多く前進する必要がある。
射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₀と逆流防止弁３のストロークＳ₀の間に次の関係がある。なお、ａは係数である。
Ｓ₀＝ａＸ₀
逆流防止弁３がΔＳだけ摩耗したとき射出開始から逆流防止弁閉鎖までの逆流防止弁３の移動ストロークＳ₁は
Ｓ₁＝Ｓ₀＋ΔＳ
また、このときの射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離（チェックシート４の移動距離）Ｘ₁を、
Ｘ₁＝Ｘ₀＋ΔＸ
とすると、
（Ｓ₀／Ｘ₀）＝（Ｓ₁／Ｘ₁）＝ａ …（１）
整理すると、
ΔＳ＝Ｓ₁−Ｓ₀＝ａＸ₁−Ｓ₀ …（２）
又は、
ΔＳ＝Ｓ₁−Ｓ₀＝ａＸ₁−ａＸ₀＝ａ（Ｘ₁−Ｘ₀）＝ａΔＸ₁ …（３）
（１）式により、射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₀と逆流防止弁３のストロークＳ₀によって係数ａが求められ、（２）式により、逆流防止弁３のストロークＳ₀が分かっていれば、該ストロークの分かっている逆流防止弁３のその後の摩耗量ΔＳは、この既知のストロークＳ₀と、係数ａと、射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₁によって、求められる。

また、（３）式より、射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₁の増加ΔＸ₁に係数ａをかけて逆流防止弁３の摩耗量ΔＳを求めてもよい。

上記の例では、Ｓ₀とＳ₁から摩耗量ΔＳを求めたが、摩耗量ではなく、逆流防止弁のストローク自体（Ｓ₁）で、評価を行ってもよい。

また、射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離と逆流防止弁３のストロークが等しいとみなして差し支えない場合もある。そのような場合には、射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₁を逆流防止弁３のストロークＳ₁とすることができる。これは、上記の例で係数ａ＝１の場合に相当する。

上記では、射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₀と逆流防止弁３のストロークＳ₀との比率が一定であるとみなして係数ａが求めたが、射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₀と逆流防止弁３のストロークＳ₀との差分が一定であるとみなして摩耗量を求めてもよい。すなわち、
Ｓ₀−Ｘ₀＝Ｓ₁−Ｘ₁＝ｂ …（４）
Ｓ₁＝Ｘ₁＋ｂ …（５）
ΔＳ＝Ｓ₁−Ｓ₀＝Ｘ₁−Ｓ₀＋ｂ …（６）
として、摩耗量を求めてもよい。
また、係数ａと差分ｂの両方を用いて、
ΔＳ＝Ｓ₂−Ｓ₀＝ａＸ₂−Ｓ₀＋ｂ …（７）
として、摩耗量を求めてもよい。
（７）式を用いる場合は、摩耗前後のストローク（Ｓ₀、Ｓ₁）と摩耗前の射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₁がわかっている逆流防止弁３を用い、該逆流防止弁３の射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₂とを求めることによって係数ａと差分ｂを求めればよい。

逆流防止弁閉鎖位置の検出手段としては、前述したように、スクリュ回転力を検出し、スクリュ回転力がピークとなった時点のスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出できる。スクリュ回転力を検出するには、スクリュ回転を駆動するモータ駆動手段にかかる負荷を検出することによって、又は、スクリュに歪センサを設けてスクリュに作用する回転力を検出するようにしてもよい。さらには、逆流防止弁３の閉鎖に伴って生じる射出圧の波形の変曲点など、射出成形機に係わる各種物理量から逆流防止弁閉鎖位置を求めてもよい。

図３は、本発明の一実施形態の射出成形機の要部ブロック図である。
スクリュ１が挿入された加熱シリンダ７の先端には、ノズル９が装着され、加熱シリンダ７の後端部には樹脂ペレットを加熱シリンダ７内に供給するホッパ１５が取り付けられている。スクリュ１は、その先端に逆流防止弁３、チェックシート４等からなる逆流防止弁機構を備えている。該スクリュ１は、回転駆動手段としてのスクリュ回転用サーボモータ１０と、ベルト、プーリ等で構成される伝動機構１２により回転駆動されるようになっている。さらに該スクリュ１は、スクリュ１を軸方向に駆動する駆動手段としての射出用サーボモータ１１、伝動機構１３及びボールネジ／ナット等の回転運動を直線運動に変換する変換機構１４によって軸方向に駆動され、射出及び背圧制御がなされるように構成されている。スクリュ回転用サーボモータ１０、射出用サーボモータ１１にはその回転位置速度を検出する位置・速度検出器１６，１７が取り付けられており、この位置・速度検出器によって、スクリュ１の回転速度、スクリュ１の位置（スクリュ軸方向の位置）、移動速度（射出速度）を検出できるようにしている。又、スクリュ１に加わる溶融樹脂からのスクリュ軸方向の圧力を樹脂圧力として検出するロードセル等の圧力センサ１８が設けられている。

この射出成形機を制御する制御装置２０は、数値制御用のマイクロプロセッサであるＣＮＣＣＰＵ２２、プログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサであるＰＭＣＣＰＵ２１、サーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボＣＰＵ２５とがバス３６で接続されている。

ＰＭＣＣＰＵ２１には射出成形機のシーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶したＲＯＭ２６および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ２７が接続され、ＣＮＣＣＰＵ２２には、射出成形機を全体的に制御する自動運転プログラム等を記憶したＲＯＭ２８および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ２９が接続されている。

また、サーボＣＰＵ２５には、位置ループ、速度ループ、電流ループの処理を行うサーボ制御専用の制御プログラムを格納したＲＯＭ３１やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ３２が接続されている。さらに、サーボＣＰＵ２５には、該ＣＰＵ２５からの指令に基づいて、スクリュ回転用サーボモータ１０を駆動するサーボアンプ３４や、スクリュ１を軸方向に駆動し射出等を行う射出用サーボモータ１１を駆動するサーボアンプ３５が接続され、各サーボモータ１０、１１には位置・速度検出器１６、１７がそれぞれ取り付けられており、これらから位置・速度検出器１６、１７からの出力がサーボＣＰＵ２５に帰還されるようになっている。サーボＣＰＵ２５は、ＣＮＣＣＰＵ２２から指令される各軸（スクリュ回転用サーボモータ１０又は射出用サーボモータ１１）への移動指令と位置・速度検出器１６、１７からフィードバックされる検出位置、速度に基づいて位置、速度のフィードバック制御を行うと共に、電流のフィードバック制御をも実行して、各サーボアンプ３４，３５を介して、各サーボモータ１０，１１を駆動制御する。又、位置・速度検出器１７からの位置フィードバック信号により、スクリュ１の前進位置（軸方向位置）を求める現在位置レジスタが設けられており、該現在位置レジスタにより、スクリュ位置を検出できるようにされている。

又、サーボＣＰＵ２５には、圧力センサ１８での検出信号をＡ／Ｄ変換器３３でデジタル信号に変換した樹脂圧力（スクリュ１にかかる樹脂圧力）が入力されている。また、樹脂の逆流によって生じるスクリュ１を回転させる回転力を検出するためにスクリュ回転用サーボモータ１０の駆動制御処理には、周知の外乱推定オブザーバが組み込まれ、該外乱推定オブザーバによってスクリュ１に加わる回転方向の力（回転力）を検出するようにしている。

なお、型締機構やエジェクタ機構を駆動するサーボモータやサーボアンプ等も設けられているものであるが、これらのものは本願発明と直接関係していないことから、図３では省略している。

液晶やＣＲＴで構成される表示装置付き入力装置３０は表示回路２４を介してバス３６に接続されている。さらに、不揮発性メモリで構成される成形データ保存用ＲＡＭ２３もバス３６に接続され、この成形データ保存用ＲＡＭ２３には射出成形作業に関する成形条件と各種設定値、パラメータ等を記憶する。

以上の構成により、ＰＭＣＣＰＵ２１が射出成形機全体のシーケンス動作を制御し、ＣＮＣＣＰＵ２２がＲＯＭ２８の運転プログラムや成形データ保存用ＲＡＭ２３に格納された成形条件等に基づいて各軸のサーボモータに対して移動指令の分配を行い、サーボＣＰＵ２５は各軸（スクリュ回転用サーボモータ１０や射出用サーボモータ１１等の各駆動軸のサーボモータ）に対して分配された移動指令と位置・速度検出器で検出された位置および速度のフィードバック信号等に基づいて、従来と同様に位置ループ制御、速度ループ制御さらには電流ループ制御等のサーボ制御を行い、いわゆるディジタルサーボ処理を実行する。

上述した構成は従来の電動式射出成形機の制御装置と変わりはなく、従来の制御装置と異なる点は、逆流防止弁の摩耗量を求め、又、逆流防止弁の使用限度を予測する機能が付加されている点で相違するものである。

図４、図５は、本発明の第１の実施形態におけるＣＮＣＣＰＵ２２が実行する逆流防止弁３の摩耗量の算出及び使用限度の予測処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。又、図８、図９は本発明の第２の実施形態、図１０、図１１は本発明の第３の実施形態の、逆流防止弁３の摩耗量の算出及び使用限度の予測処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。第１の実施形態は、（２）式に基づいて摩耗量ΔＳ、さらにはストロークＳを求めるようにしたものであり、第２の実施形態は、（４）式に基づいて摩耗量ΔＳ、さらにはストロークＳを求めるようにしたものであり、第３の実施形態は、（７）式に基づいて摩耗量ΔＳ、さらにはストロークＳを求めるようにしたものである。
これらの第１〜第３の実施形態の処理において相違する点は、第１の実施形態の処理におけるステップａ２、ａ４、ａ５、ａ１２、ａ１７が、第２の実施形態において、ステップ、ａ２’、ａ４’、ａ５’、ａ１２’、ａ１７’、第３の実施形態において、ステップａ１”、ａ２”、ａ４”、ａ５”、ａ１２”、ａ１７”で相違するのみで、他は同じ処理である。
まず、成形データ保存用ＲＡＭ２３には、図７に示すように、射出成形機で成形品に対する成形条件を記憶する記憶部としてテーブルが設けられており、該テーブルの成形条件ｉ毎に逆流防止弁の使用限度を示す摩耗の許容値ΔＳ_D（ｉ）または移動ストロークの許容値Ｓ_D（ｉ）が設定記憶されている。又、このテーブルには、後述するように、各成形条件毎に逆流防止弁３の摩耗速度Ｒ（ｉ）、摩耗量を求める係数ａ（ｉ）が設定記憶されるように構成されている。

そこで、逆流防止弁３が新品である場合には、この逆流防止弁３の移動ストロークＳ₀を測定し、これを記憶すると共に、摩耗量ΔＳを「０」にセットする。又、すでに使用した逆流防止弁３をスクリュ１に取り付けて使用するときには、その逆流防止弁３の未使用時におけるストロークＳ₀と、その後の使用によって生じた摩耗量ΔＳをセットすることで、逆流防止弁をスクリュに取り付けたときの逆流防止弁のストロークを設定する。なお、第３の実施形態では、すでに求められている逆流防止弁の移動ストロークＳ₀、摩耗量ΔＳ、該移動ストロークと摩耗量のときでの射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₁、及び現在の摩耗量ΔＳ₁を設定する（ステップａ１）。
また、摩耗量ではなく逆流防止弁３のストローク自体で評価する場合には、取付ける逆流防止弁３の移動ストロークＳをセットする。
次に、現在選択されている成形条件ｉに対して係数ａ（ｉ）及びまたは係数ｂ（ｉ）が設定記憶されているか判断し（ステップａ２）、記憶されていなければ、射出成形を行って、射出開始から逆流防止弁閉鎖時点までのスクリュ移動距離Ｘ₁を求める。
また、射出開始から逆流防止弁閉鎖時点までのスクリュ移動距離を逆流防止弁のストロークとして算出する場合には、ａ（ｉ）＝１として、ステップａ６に移る。

この射出開始から逆流防止弁閉鎖時点までのスクリュ移動距離Ｘ₁を求める処理を図６に示す。この図６は、ＣＮＣＣＰＵ２２が、射出保圧工程中に所定サンプリング周期毎に実行する逆流防止弁閉鎖時点の検出処理であり、成形動作中の射出保圧工程では、まず、射出開始時のスクリュ位置Ｘ_Sが読み込まれ記憶された後、射出が開始され、この射出開始と共にこの図６が実行される。まず、サーボＣＰＵ２５の処理に組み込まれている外乱推定オブザーバによって求められるスクリュ回転力Ｑ、現在位置記憶レジスタに記憶されているスクリュ位置Ｘを求め（ステップｂ１）、該求めたスクリュ回転力ＱがレジスタＲ（Ｑ）に記憶するスクリュ回転力よりも大きいか判断する（ステップｂ２）。なお、このレジスタＲ（Ｑ）には射出開始時に「０」が初期設定されている。最初は、求めたスクリュ回転力Ｑの方が大きいから、このスクリュ回転力ＱをレジスタＲ（Ｑ）に格納すると共に、まとめたスクリュ位置ＸをレジスタＲ（Ｘ）に格納する（ステップｂ３）。以下、ステップｂ１〜ｂ３の処理をサンプリング周期毎実行する。

射出開始時には、射出圧力は増大することから、逆流防止弁３が閉鎖するまでは、スクリュ回転力Ｑは増大する。そのため、逆流防止弁３が閉鎖するまでは、ステップｂ２からステップｂ３に移行し、レジスタＲ（Ｑ）、Ｒ（Ｘ）は順次書き換えられることになる。逆流防止弁３が閉鎖すると、スクリュ回転力Ｑは低下することから、ステップｂ２で、求めたスクリュ回転力Ｑの方がレジスタＲ（Ｑ）に記憶する回転力よりも小さくなることから、レジスタＲ（Ｑ）、Ｒ（Ｘ）の記憶更新は行われず、このままサンプリング周期の処理を終了する。その結果、レジスタＲ（Ｘ）には、スクリュ回転力Ｑがピークとなった時点、すなわち逆流防止弁３が閉鎖した時点のスクリュ位置Ｘが記憶されていることになる。

成形が終了すると、上述したようにして求められた逆流防止弁３が閉鎖した時点のスクリュ位置Ｘと射出開始時のスクリュ位置Ｘ_Sとの差により、射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離Ｘ₁（＝Ｘ_S−Ｘ）を求め、（１）式に対応する次の（８）式、（９）式の演算を行って係数ａ及びまたはｂを求める（ステップａ３）。

ａ（ｉ）＝（Ｓ₀＋ΔＳ）／Ｘ₁ …（８）
ｂ（ｉ）＝Ｓ₀＋ΔＳ−Ｘ₁ …（９）
（７）式を用いる場合には、
ａ（ｉ）＝（ΔＳ−ΔＳ₁）／（Ｘ₂−Ｘ₁） …（１０）
ｂ（ｉ）＝Ｓ₀−（ΔＳ₁Ｘ₂＋ΔＳＸ₁）／（Ｘ₂−Ｘ₁） …（１１）
また、摩耗量ではなく逆流防止弁３のストローク自体で評価する場合には、次の式の演算を行って係数ａ及びまたはｂを求める。
ａ（ｉ）＝Ｓ／Ｘ₁ …（１２）
ｂ（ｉ）＝Ｓ−Ｘ₁ …（１３）
（７）式を用いる場合には、
ａ（ｉ）＝（Ｓ−Ｓ₁）／（Ｘ₂−Ｘ₁） …（１４）
ｂ（ｉ）＝（Ｓ₁Ｘ₂−ＳＸ₁）／（Ｘ₂−Ｘ₁） …（１５）
こうして求めた係数を図７に示すように、成形条件ｉに対応させて記憶する（ステップａ５）。そして、ステップａ６に移行し次の成形を開始する。
一方、ステップａ２で係数ａ（ｉ）及びまたは係数ｂ（ｉ）が設定記憶されていると判断されたときは、ステップａ１６に移行し、摩耗量の許容量ΔＳ_D（ｉ）または移動ストロークの許容値Ｓ_D（ｉ）までの残り（使用成形ショット数、稼動時間、計量時間、総回転数）を算出し、表示装置付き入力装置３０の表示画面に表示してステップａ６に移行する。図７に示すように成形条件を記憶するテーブルにすでに係数ａ（ｉ）及びまたは係数ｂ（ｉ）が設定されていることは、すでに摩耗の許容量ΔＳ_D（ｉ）または移動ストロークの許容値Ｓ_D（ｉ）、摩耗速度Ｒ（ｉ）が設定記憶されているので、このデータと、ステップａ１で設定した摩耗量ΔＳまたは移動ストロークＳにより、残り使用可能量を求め表示する。この実施形態では、この残り使用量として、ショット数Ｍ_S、稼動時間Ｍ₀、計量時間Ｍ_M、スクリュの総回転数Ｍ_Rを求めて表示するようにしている。この内のいずれか１つでもよい。

残りショット数Ｍ_Sは、摩耗の許容量（逆流防止弁の使用限度を示す許容量）ΔＳ_D（ｉ）から摩耗量ΔＳを減じて、ショット単位の摩耗速度Ｒ_S（ｉ）で割って求める。他の残り使用可能量を表す稼動時間Ｍ_O、計量時間Ｍ_M、スクリュ１の総回転数Ｍ_Rも同様に、摩耗の許容量ΔＳ_D（ｉ）から摩耗量ΔＳを減じた値を、稼動時間単位の摩耗速度Ｒ₀（ｉ）、計量時間単位の摩耗速度Ｒ_M（ｉ）、回転数単位の摩耗速度Ｒ_R（ｉ）でそれぞれ割って求めて表示する。この内のいずれか１つでもよい。
また、摩耗量ではなく逆流防止弁３のストローク自体で評価する場合には、摩耗の許容値ΔＳ_D（ｉ）から摩耗量ΔＳを減する代わりに、移動ストロークの許容値Ｓ_D（ｉ）から移動ストロークＳを減する。

Ｍ_S＝（ΔＳ_D（ｉ）−ΔＳ）／Ｒ_S（ｉ）
Ｍ₀＝（ΔＳ_D（ｉ）−ΔＳ）／Ｒ₀（ｉ）
Ｍ_M＝（ΔＳ_D（ｉ）−ΔＳ）／Ｒ_M（ｉ）
Ｍ_R＝（ΔＳ_D（ｉ）−ΔＳ）／Ｒ_R（ｉ）
または、
Ｍ_S＝（Ｓ_D（ｉ）−Ｓ）／Ｒ_S（ｉ）
Ｍ₀＝（Ｓ_D（ｉ）−Ｓ）／Ｒ₀（ｉ）
Ｍ_M＝（Ｓ_D（ｉ）−Ｓ）／Ｒ_M（ｉ）
Ｍ_R＝（Ｓ_D（ｉ）−Ｓ）／Ｒ_R（ｉ）
ステップａ６では、成形動作を実行し、カウンタを更新する（ステップａ７）。ショット数Ｎ_Sのカウンタには、「１」を加算し、稼動時間Ｎ₀のカウンタには、ステップａ６での成形動作中に計測した成形動作に要したサイクルタイムを加算し、計量時間Ｎ_Mのカウンタには、成形動作中に計測した計量時間を、総回転数Ｎ_Rのカウンタには成形動作中に計測したスクリュ１の回転数を加算する（ステップａ７）。

なお、稼動時間Ｎ₀は、ステップａ６の成形動作を開始してから、該成形動作を終了するまでの成形サイクル時間をタイマ等で計時して求める。計量時間Ｎ_Mは、成形動作中の計量開始から計量終了までの時間をタイマ等で計量する。さらに、総回転数Ｎ_Rは、スクリュ回転用サーボモータ１０に取り付けられた位置・速度検出器１６から位置フィードバック信号を積算して求めても、又は該位置・速度検出器１６からの１回転信号(１回転毎に１パルス出力される信号)を積算して求めるようにしてもよい。

次に、摩耗速度がテーブルに設定記憶され既知か判断し、既知でない場合はステップａ１０に進み、既知である場合には、ステップａ１６で求めた残り使用可能量を示すショット数Ｍ_S、稼動時間Ｍ₀、計量時間Ｍ_M、スクリュ１の総回転数Ｍ_Rから、ステップａ７で求めた。ショット数Ｎ_S、稼動時間Ｎ₀、計量時間Ｎ_M、総回転数Ｎ_Rの値をそれぞれ減じて許容値までの残り量を求め表示し、ステップａ１０に移行する。

残りショット数＝Ｍ_S−Ｎ_S
残り稼動時間＝Ｍ₀−Ｎ₀
残り計量時間＝Ｍ_M−Ｎ_M
残り総回転数＝Ｍ_R−Ｎ_R
ステップａ１０では、設定されている成形品の予定生産数に達したか判断し達していれば、ステップａ１７に進み、予定生産数に達してなければ、ステップａ１１に進み、ショット数Ｎ_Sが、予め設定されている摩耗量更新のためのショット数Ｎ以上に達したか判断し、達していなければ、ステップａ６に移行して成形動作を実行する。カウンタに記憶するショット数Ｎ_Sが設定値Ｎに達するまでは、ステップａ６からステップａ１１の処理を繰り返し実行する。

ショット数Ｎ_Sが設定値Ｎに達すると、上記（２）式に対応する次の（５）式の演算を行って、摩耗量ΔＳｔまたは、移動ストロークＳｔを求める（ステップａ１２）。

ΔＳ_t＝ａ（ｉ）Ｘ₁−Ｓ₀
ΔＳ_t＝ｂ（ｉ）＋Ｘ₁−Ｓ₀
Ｓ_t＝ａ（ｉ）Ｘ₁
Ｓ_t＝ｂ（ｉ）＋Ｘ₁
こうして求めた摩耗量から前回の摩耗量更新時に求められている摩耗量を減じ、当該摩耗量更新区間(成形動作をＮ回実行する区間)中の摩耗量を求め、これを当該区間中のショット数、時間、回転数等で割って、ショット数、稼動時間、計量時間、回転数に対する摩耗速度Ｒ_S（ｉ）、Ｒ_O（ｉ）、Ｒ_M（ｉ）、Ｒ_R（ｉ）を求める（ステップａ１３）。
また、摩耗量ではなく逆流防止弁３のストローク自体で評価する場合には、摩耗量から前回の摩耗量更新時に求められている摩耗量を減する代わりに、もとめた移動ストロークから摩耗量更新時に求められている移動ストロークを減する。

Ｒ_S（ｉ）＝（ΔＳ_t−ΔＳ）／Ｎ_S
Ｒ₀（ｉ）＝（ΔＳ_t−ΔＳ）／Ｎ₀
Ｒ_M（ｉ）＝（ΔＳ_t−ΔＳ）／Ｎ_M
Ｒ_R（ｉ）＝（ΔＳ_t−ΔＳ）／Ｎ_R
または、
Ｒ_S（ｉ）＝（Ｓ_t−Ｓ）／Ｎ_S
Ｒ₀（ｉ）＝（Ｓ_t−Ｓ）／Ｎ₀
Ｒ_M（ｉ）＝（Ｓ_t−Ｓ）／Ｎ_M
Ｒ_R（ｉ）＝（Ｓ_t−Ｓ）／Ｎ_R
次に、ステップａ１２で求めた摩耗量ΔＳｔまたは移動ストロークＳｔを当該算出時までの摩耗量ΔＳまたは移動ストロークＳとして格納する。又この格納した摩耗量ΔＳまたは移動ストロークＳを表示装置付き入力装置３０の表示画面に表示する。この表示の場合、摩耗量の許容値ΔＳ_D（ｉ）に対する摩耗量の割合(ΔＳ／ΔＳ_D（ｉ）)を表示して、摩耗の度合い等を表示する。また、移動ストロークで評価する場合には、移動ストロークの許容値Ｓ_D（ｉ）に対する移動ストロークの割合(Ｓ／Ｓ_D（ｉ）)を表示して、摩耗の度合い等を表示する（ステップａ１４）。次に、カウンタに記憶するショット数Ｎ_S、稼動時間Ｎ₀、計量時間Ｎ_M、総回転数Ｎ_Rを「０」とし（ステップａ１５）、ステップａ１６戻る。以下前述したステップａ１６以下の処理を実行する。

そして、成形品の数が、予定生産数に達すると、ステップａ１０からステップａ１７に移行し、前述したステップａ１２〜ａ１５までの処理と同じ処理（ステップａ１７〜ａ２０）を行う。すなわち、逆流防止弁３の現在の摩耗量ΔＳ_tを求め（ステップａ１７）、摩耗速度を更新し（ステップａ１８）、摩耗量ΔＳ_tを記憶、表示し（ステップａ１９）、カウンタをリセットする（ステップａ２０）。その後、次の生産計画が入力されているか判断し（ステップａ２１）、入力されていれば、ステップａ２に戻り、入力されている指令の成形条件に基づいて、係数ａ及びまたはｂが既知かの判断を行って、前述した処理を実行する。又、次の生産計画が入力されてなければ、この処理を終了する。

本実施形態では、上述したように成形条件と共に、成形条件に対応する摩耗速度Ｒ（ｉ）、摩耗の許容値ΔＳ_D（ｉ）、射出開始から逆流防止弁閉鎖までのスクリュ移動距離より逆流防止弁３の摩耗量を算出するための係数ａ（ｉ）及びまたは係数ｂ（ｉ）を記憶するので、複数の樹脂・金型で生産を行う場合でも、図１２に示すように、生産計画終了時の摩耗量の予測や、摩耗量が許容値を越えると予測される時点を求めることができる。

又、逆流防止弁３の摩耗量の許容値を超える時点まで近づいてきたら、予め交換部品を準備すること等で、成形不良の発生を少なくすることができると共に、効率的な生産を行うことができる。
さらに、摩耗の許容値の小さいものから順番に生産することで、逆流防止弁を長持ちさせるなど、生産計画の策定にも寄与する。摩耗の許容値ΔＳ_D（ｉ）または移動ストロークの許容値Ｓ_D（ｉ）については、適当な初期値を入れておき、成形を行って実際の許容値がわかったら、その値を入れなおすことができる。なお、同じ成形条件で樹脂が異なる場合は、別の成形条件として記憶することが望ましい。

又、摩耗量や摩耗量の許容値までの残りショット数、許容値に対する摩耗度合いなどの表示としては、過去所定ショット数についてショットごとに数字の表示あるいはプロットして、棒グラフ・円グラフで表示してもよいものである。また、摩耗量の代わりに移動ストロークでもよい。

なお、上述した実施形態では、射出保圧工程中に逆流防止弁の閉鎖時点を検出するようにした例を述べたが、逆流防止弁を閉じるために計量完了後、射出開始前にスクリュを前進させ工程を追加して成形動作を行う成形技術（例えば特開昭５２−１５１３５２号公報、特開昭５３−３９３５８号公報参照）を用いるときには、この計量完了後、射出開始前に行われるスクリュ前進工程において、逆流防止弁の閉鎖時点を、スクリュ回転力のピーク時点で検出して、本発明を適用するようにしてもよいものである。
又、上述の実施形態では、逆流防止弁の端面が摩耗することで、逆流防止弁のストロークが増えた場合について述べたが、逆流防止弁の端面は摩耗せずに、スクリュヘッド又はチェックシートの逆流防止弁と接触する面が摩耗した場合においても、本発明は適用できるものである。

又、上述した実施形態では、外乱推定オブザーバによってスクリュ回転力を検出するようにしたが、スクリュを回転駆動するモータの駆動電流により回転力を検出しても、又、スクリュ回転駆動手段として油圧モータを用いる場合は、その油圧より回転力を検出するようにしてもよい。さらには、スクリュに歪みセンサを取り付けて回転力を検出してもよい。

従来の逆流防止弁機構の一例の概要図である。 スクリュ前進時のスクリュ位置と逆流防止弁の位置の関係を表す説明図である。 本発明の一実施形態の射出成形機の要部ブロック図である。 本発明の第１の実施形態における逆流防止弁の摩耗量の算出及び使用限度の予測処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 図４の続きのフローチャートである。 各実施形態における射出保圧工程中に所定サンプリング周期毎に実行される逆流防止弁閉鎖時点の検出処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 同第１の実施形態における成形条件に対応して記憶する逆流防止弁の摩耗データを記憶する記憶部の説明図である。 本発明の第２の実施形態における逆流防止弁の摩耗量の算出及び使用限度の予測処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 図８の続きのフローチャートである。 本発明の第３の実施形態における逆流防止弁の摩耗量の算出及び使用限度の予測処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 図１０の続きのフローチャートである。 生産計画と逆流防止弁の摩耗量の予測の説明図である。

符号の説明

１ スクリュ
２ スクリュヘッド
３ 逆流防止弁
４ チェックシート
５ フライト
６ 溝部
７ 加熱シリンダ
９ ノズル
１０ スクリュ回転用サーボモータ
１１ 射出用サーボモータ
１６、１７ 位置・速度検出器
１８ 圧力センサ
２０ 制御装置

Claims (9)

1. 逆流防止弁を備えるスクリュと、
   該スクリュ前進中のスクリュ位置を検出する手段と、
   逆流防止弁が閉鎖した時点におけるスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出する逆流防止弁閉鎖位置検出手段と、
   スクリュ前進開始位置から前記逆流防止弁閉鎖位置までのスクリュ移動距離を逆流防止弁の閉鎖ストロークとして算出する手段と、
   を備えたことを特徴とする射出成形機。
2. 逆流防止弁を備えるスクリュと、
   該スクリュ前進中のスクリュ位置を検出する手段と、
   逆流防止弁が閉鎖した時点におけるスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出する逆流防止弁閉鎖位置検出手段と、
   スクリュ前進開始位置から前記逆流防止弁閉鎖位置までのスクリュ移動距離を表示する手段と、
   を備えたことを特徴とする射出成形機。
3. 逆流防止弁を備えるスクリュと、
   該スクリュ前進中のスクリュ位置を検出する手段と、
   逆流防止弁が閉鎖した時点におけるスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出する逆流防止弁閉鎖位置検出手段と、
   前記逆流防止弁閉鎖位置を表示する手段と、
   を備えたことを特徴とする射出成形機。
4. 逆流防止弁を備えるスクリュと、
   該スクリュ前進中のスクリュ位置を検出する手段と、
   逆流防止弁が閉鎖した時点におけるスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出する逆流防止弁閉鎖位置検出手段と、
   スクリュに逆流防止弁を取り付けた時の逆流防止弁の設定ストロークと該逆流防止弁を取り付けた時のスクリュ前進開始位置から前記逆流防止弁閉鎖位置までのスクリュ移動距離と成形時のスクリュ前進開始位置から前記逆流防止弁閉鎖位置までのスクリュ移動距離とに基いて逆流防止弁の閉鎖ストロークを算出する手段と、
   を備えたことを特徴とする射出成形機。
5. スクリュに逆流防止弁を取り付けた時の逆流防止弁の設定ストロークと設定摩耗量、前記逆流防止弁の閉鎖ストロークに基づいて、逆流防止弁、スクリュヘッド、
   チェックシートの端面の少なくとも１つの摩耗量を算出する手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の射出成形機。
6. 前記逆流防止弁閉鎖位置検出手段は、スクリュに作用する回転力を検出する回転力検出手段を備え、前記スクリュを前進移動させる際に検出される前記スクリュに作用する回転力のピークとなった時点のスクリュ位置を逆流防止弁閉鎖位置として検出する請求項１乃至５の内いずれか１項に記載の射出成形機。
7. 前記算出された摩耗量の変化量もしくは前記算出された閉鎖ストロークの変化量より摩耗速度を算出する手段と、該算出された摩耗速度より摩耗量の許容値を越える時点を予測する手段を備える請求項１乃至５の内いずれか１項に記載の射出成形機。
8. 前記摩耗速度を算出する手段は、前記求めた摩耗量の変化量もしくは閉鎖ストロークの変化量が生じた間の成形ショット数、成形機の稼動時間、計量時間、スクリュ回転数のいずれか１つで摩耗量の変化量を除して求める請求項７に記載の射出成形機。
9. 成形条件に対応して、前記摩耗速度を記憶する記憶手段を備えた請求項７又は請求項８に記載の射出成形機。

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