JP2016043646A - 射出成形機の射出動作表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリュ動作中に加熱筒の材料投入口におけるスクリュフライトの位置を表示することを可能とする射出成形機の射出動作表示装置を提案すること。
【解決手段】射出動作表示装置１００は、スクリュのフライトピッチを含むスクリュ形状情報を記憶するスクリュ形状情報記憶部１１０と、加熱筒の材料投入口形状情報を記憶する材料投入口形状情報記憶部１２０と、スクリュ軸方向位置、スクリュ回転方向位置、スクリュ形状情報、材料投入口形状情報とに基づいて加熱筒３の材料投入口６におけるスクリュフライトの位置を算出するフライト位置算出部１３０、前記フライト位置算出部１３０が算出したスクリュフライトの位置に基づいて、スクリュフライトの線と材料投入口の形状とを表示装置１２に表示する表示部１４０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は射出動作表示装置に関し、特に射出成形機の射出動作を表示する射出動作表示装置に関する。

射出成形機の加熱筒は、射出ユニットのフロントプレートに取り付けられ、前記加熱筒内に回転、前後進可能なスクリュが配置されている。前記スクリュには螺旋形状のフライトがあり、その形状は位置によって異なる。また、機種、スクリュ径、目的によってもフライト形状が異なる。成形材料は加熱筒の材料投入口から投入されて前記スクリュの溝内に入る。

実成形においては、さまざまな成形材料が使用されるため、前記成形材料のサイズや形が前記フライト形状や材料投入口形状に合わないと、計量が不安定になったり成形材料が材料投入口に詰まったりしてしまう場合がある。しかしながら、前記加熱筒内はオペレータが観察することが出来ずブラックボックス化しているため、成形条件調整などを行う場合は、加熱筒内のスクリュ挙動や樹脂溶融挙動などを想像しながら調整を行うしかなかった。

また、成形材料に粉砕材を使用する場合、前記粉砕材のサイズを最大何ミリ程度にすれば良いか悩む場合がある。前記粉砕材のサイズが大きいほど短時間で粉砕が完了するが、大きすぎると材料投入口に合わずに詰まりを起こしたり計量が不安定になる場合がある。

射出成形機の状態を確認するための技術として、強化ガラス等を加熱筒に挿入して加熱筒の内部を可視化するということが考えられる。また、特許文献１に開示されるように、オペレータが把握しにくい射出成形機の動作を確認できるように、射出成形機を模式化した図形を用いて簡単なアニメーションで表示装置に表示するという技術があった。

特開昭６１−１９７２１４号公報

しかしながら、強化ガラスは非常に高価である上に強化ガラス自体の許容圧力が低いために高圧が発生する成形には向かないという問題がある。また、特許文献１に記載の技術は、模式化された図形を用いたものであり、射出成形機の動作概要こそ把握できるものの、実際の形状とはかけ離れているイメージであったため、例えば成形材料の投入挙動や可塑化挙動などの詳細な状況を把握できず、成形調整の参考にすることは困難であった。

そこで、本発明の目的は、スクリュ動作中に加熱筒の材料投入口におけるスクリュフライトの位置を表示することを可能とする射出成形機の射出動作表示装置を提案することである。

本願の請求項１に係る発明は、加熱筒と、スクリュと、該スクリュの軸方向位置を検出するスクリュ軸方向位置検出器と、前記スクリュの回転方向位置を検出するスクリュ回転方向位置検出器とを備える射出成形機の射出動作表示装置において、少なくとも前記スクリュのフライトピッチを含むスクリュ形状情報を記憶するスクリュ形状情報記憶部と、前記加熱筒の材料投入口形状情報を記憶する材料投入口形状情報記憶部と、前記スクリュ軸方向位置検出器で検出したスクリュ軸方向位置と、前記スクリュ回転方向位置検出器で検出したスクリュ回転方向位置と、前記スクリュ形状情報記憶部から読み出したスクリュ形状情報と、前記材料投入口形状情報記憶部から読み出した前記加熱筒の材料投入口形状情報とに基づいて前記加熱筒の材料投入口におけるスクリュフライトの位置を求めるフライト位置算出部と、該フライト位置算出部で求めた前記加熱筒の材料投入口におけるスクリュフライトの位置を表示する表示部と、を備えることを特徴とする射出成形機の射出動作表示装置である。

本願の請求項２に係る発明は、前記加熱筒上部に材料供給装置を備え、前記材料供給装置内の材料供給スクリュ形状の情報を表示する、ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の射出動作表示装置である。

本発明により、スクリュ動作中に、加熱筒の材料投入口におけるスクリュフライトの位置を表示することで可視化の代わりに加熱筒内部の状況を把握できるようにした。加熱筒内部の状況を表すより正確な表示を見ることが可能となったため、オペレータは成形条件調整時に加熱筒内部の前記成形材料の投入挙動や可塑化挙動などをより正確にイメージできるようになる。

本発明の実施の形態における射出成形機の射出機構の概要図である。 本発明の実施の形態における射出動作表示装置の機能ブロック図である。 本発明の射出動作表示装置による第１の表示例である。 本発明の射出動作表示装置による第２の表示例である。 本発明の射出動作表示装置による第３の表示例である。 本発明の射出動作表示装置による第４の表示例である。 本発明の射出動作表示装置による第５の表示例である。 本発明の射出動作表示装置による第６の表示例である。 本発明の射出動作表示装置による第７の表示例である。

以下、本発明の一実施形態について図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における射出動作表示装置が適用される射出成形機の射出機構の一部を側面から見た概要図である。射出成形機１は、射出機構を構成するフロントプレート２、フロントプレート２に取り付けられた加熱筒３、加熱筒３内に回転、前後進可能に設けられたスクリュ４、シリンダ内に樹脂のペレット９を供給するホッパ５、ペレット９を加熱筒３内に供給するための加熱筒３の材料投入口６、加熱筒３を加熱する加熱ヒータ７、加熱筒３の温度を検出する温度センサ８を備えている。

また、射出成形機１は、スクリュの軸方向位置を検出するスクリュ軸方向位置検出器１０（図示せず）とスクリュの回転方向位置を検出するスクリュ回転方向位置検出器１１（図示せず）とを備える。スクリュ軸方向位置検出器１０は、スクリュを軸方向に駆動する電動機の回転位置を検出するエンコーダで構成してもよく、スクリュと共に移動する部材の軸方向位置を検出するリニアスケールなどで構成してもよい。スクリュ回転方向位置検出器１１は、スクリュを軸方向に駆動する電動機の回転位置を検出するエンコーダで構成してもよく、スクリュと共に回転する部材の回転方向位置を検出するエンコーダなどで構成してもよい。

図２は、本発明の一実施の形態における、射出成形機１の材料投入口６近辺のスクリュフライトの位置などの詳細が把握できる画像を生成して表示する射出動作表示装置１００の機能ブロック図である。射出動作表示装置１００は、スクリュ形状情報記憶部１１０、材料投入口形状情報記憶部１２０、フライト位置算出部１３０、および表示部１４０を備えている。

スクリュ形状情報記憶部１１０は、少なくともスクリュ４のフライトピッチを含むスクリュ形状情報を記憶している。スクリュ形状情報記憶部１１０は不揮発性メモリで構成するのが望ましい。また、スクリュ形状情報記憶部１１０には複数種類のスクリュに対応するスクリュ形状情報をあらかじめ記憶しておき、射出成形機１に取り付けられているスクリュ４の種類に応じて自動的に、またはオペレータがスクリュ形状情報を選択して読み出せるようにするのが望ましい。スクリュ形状情報は、スクリュのフライトピッチの他に、スクリュを特定の軸方向位置かつ特定の回転方向位置に位置決めした時のスクリュフライトの開始点の軸方向位置と回転方向位置に関する情報などを含んでもよい。

材料投入口形状情報記憶部１２０は、材料投入口６の形状に係る情報である材料投入口形状情報を記憶する。材料投入口形状情報記憶部１２０は不揮発性メモリで構成するのが望ましい。また、材料投入口形状情報記憶部１２０には複数種類の材料投入口形状情報をあらかじめ記憶しておき、射出成形機１に取り付けられている材料投入口６の形状に応じて自動的に、またはオペレータが材料投入口形状情報を選択して読み出せるようにするのが望ましい。材料投入口形状情報は、例えば、材料投入口形状が長方形であれば、加熱筒先端から材料投入口の長方形の中心までの距離に関する情報と材料投入口の長方形の長辺の長さと短辺の長さに関する情報などを含むことができ、例えば、材料投入口形状が円形であれば、加熱筒先端から材料投入口の円の中心までの距離に関する情報と材料投入口の円の半径に関する情報などを含むことができる。

フライト位置算出部１３０は、スクリュ軸方向位置検出器１０で検出したスクリュ軸方向位置と、スクリュ回転方向位置検出器１１で検出したスクリュ回転方向位置と、スクリュ形状情報記憶部１１０から読み出したスクリュ形状情報と、材料投入口形状情報記憶部１２０から読み出した材料投入口形状情報とに基づいて加熱筒３の材料投入口６におけるスクリュフライトの位置を算出して求める。

表示部１４０は、フライト位置算出部１３０が算出した材料投入口６を通るスクリュ４のスクリュフライトの位置に基づいて、スクリュフライトの線と材料投入口６の形状とを表示装置１２に表示することにより、材料投入口６におけるスクリュフライトの位置が確認できるようにする。表示部１４０は、フライト位置算出部１３０が算出したスクリュフライトの位置と、スクリュ形状情報記憶部１１０から読み出したスクリュ形状情報、材料投入口形状情報記憶部１２０から読み出した材料投入口形状情報とに基づいて、スクリュフライトの線と材料投入口６の形状の画像を描画するように構成してもよいし、図示しない記憶装置に、あらかじめ射出成形装置のスクリュや材料投入口などの各部分に対応する図形データを記憶しておき、フライト位置算出部１３０が算出したスクリュフライトの位置と、スクリュ形状情報記憶部１１０から読み出したスクリュ形状情報、材料投入口形状情報記憶部１２０から読み出した材料投入口形状情報とに基づいて、前記図形データを選択して描画することで、スクリュフライトの線と材料投入口６の形状の画像を生成するように構成してもよい。

以下に、フライト位置算出部１３０が、加熱筒の材料投入口におけるスクリュフライトの位置を算出する手順を説明する。
スクリュフライトは螺旋形状なので、スクリュ軸方向位置が０ｍｍの位置（スクリュ軸方向位置の原点とする）でスクリュ４を回転させると、材料投入口６を上から見た時に材料投入口６の中心をスクリュフライトが通過する（以下、単に、材料投入口６の中心をスクリュフライトが通過すると表現する）ようにすることができる。
ここで、スクリュ軸方向位置が０ｍｍの位置で材料投入口６の中心をスクリュフライトが通過する時のスクリュ回転方向位置を０度（スクリュ回転方向位置の原点とする）と定める。また、スクリュ４が加熱筒３内をフロントプレート２側に後退する方向をスクリュ軸方向における正方向とし、スクリュ４を後端側（フロントプレート２側）から見た時にスクリュ４が時計回りに回転する方向をスクリュ回転方向における正方向とする。

スクリュ４のフライトピッチをＬとすると、スクリュ４を回転させずに軸方向に移動させるとスクリュフライトはフライトピッチＬ毎に繰り返すので、スクリュ回転方向位置を０度としたままスクリュを回転させずにスクリュ軸方向位置をＬ，２Ｌ，３Ｌ，…のいずれかの位置に位置決めした時にも材料投入口６の中心をスクリュフライトが通過する。この材料投入口６の中心をスクリュフライトが通過する状態をスクリュフライトの角度が０度であると定める。スクリュ４の軸方向位置がどのような軸方向位置にあってもその軸方向位置を維持したままスクリュ４を回転させることによって材料投入口の中心をスクリュフライトが通過するようにすることができ、また、スクリュ４の回転方向位置がどのような回転方向位置にあってもその回転方向位置を維持したままスクリュ４を軸方向に移動させることによって材料投入口の中心をスクリュフライトが通過するようにすることができる。

このようにスクリュ４の軸方向位置やスクリュ４の回転方向位置によらず、材料投入口６の中心をスクリュフライトが通過している場合はスクリュフライトの角度は０度である。
上述したように、スクリュ４を回転させずに軸方向に移動させるとスクリュフライトはフライトピッチＬごとに繰り返すので、スクリュ４を回転させずに軸方向にフライトピッチＬだけ移動させることと、スクリュを軸方向に移動させずに１回転させることとはスクリュフライトの角度に関して等価である。

そして、スクリュ４を回転させずに軸方向にフライトピッチＬの１／２だけ移動させることと、スクリュ４を軸方向に移動させずに１８０度回転させることとはスクリュフライトの角度に関して等価なので、スクリュ回転方向位置を０度としたままスクリュ４を回転させずにスクリュ軸方向位置を（１／２）Ｌ，（３／２）Ｌ，（５／２）Ｌ，…のいずれかの位置に位置決めした時のスクリュフライトの角度は、スクリュ軸方向位置が０ｍｍの位置でスクリュ４を軸方向に移動させずにスクリュ回転方向位置を１８０度のスクリュ回転方向位置に回転した時のスクリュフライトの角度と同じである。この時のスクリュフライトの角度は１８０度である。

同様に、スクリュ回転方向位置を０度としたままスクリュ４を回転させずにスクリュ軸方向位置を（１／４）Ｌ，（５／４）Ｌ，（９／４）Ｌ，…のいずれかの位置に位置決めした時のスクリュフライトの角度は、スクリュ軸方向位置が０ｍｍの位置でスクリュ４を軸方向に移動させずにスクリュ回転方向位置を９０度のスクリュ回転方向位置に回転した時のスクリュフライトの角度と同じである。この時のスクリュフライトの角度は９０度である。

また、スクリュ回転方向位置を０度としたままスクリュ４を回転させずにスクリュ軸方向位置を（３／４）Ｌ，（７／４）Ｌ，（１１／４）Ｌ，…のいずれかの位置に位置決めした時のスクリュフライトの角度は、スクリュ軸方向位置が０ｍｍの位置でスクリュ４を軸方向に移動させずにスクリュ回転方向位置を２７０度のスクリュ回転方向位置に回転した時のスクリュフライトの角度と同じである。この時のスクリュフライトの角度は２７０度である。

以上のことから、スクリュ回転方向位置を０度としたままスクリュ４を回転させずにスクリュ軸方向位置をＸの位置に位置決めした時のスクリュフライトの角度は以下のような数１式により求めることができる。

ここで求めたのはスクリュ回転方向位置を０度とした時のスクリュ軸方向位置とスクリュフライトの角度との関係なので、ここで求めたスクリュフライトの角度にスクリュ回転方向位置を加算するとスクリュ４が任意のスクリュ軸方向位置と任意のスクリュ回転方向位置にある時のスクリュフライトの角度を求めることができる。スクリュ軸方向位置がＸ、スクリュ回転方向位置がθ（度）の時のスクリュフライトの角度は以下の数２式で求めることができる。

そして、上記のようにして求めたスクリュフライトの角度から材料投入口６におけるスクリュフライトの位置を求める。
例えば、求めたスクリュフライトの角度が０度であれば、材料投入口６の中心をスクリュフライトが通過するので、材料投入口６の大きさとフライトピッチＬとの関係から、材料投入口６を通るスクリュフライトの線（例えば、材料投入口の中心を通る斜めの線）を求めることができる。求めたスクリュフライトの角度が０度以外の角度であっても、材料投入口６の中心をスクリュフライトが通過する状態を基準にして材料投入口６を通るスクリュフライトの線を求めることができる。

以上のように、フライト位置算出部１３０は、スクリュ軸方向位置検出器１０で検出したスクリュ軸方向位置と、スクリュ回転方向位置検出器１１で検出したスクリュ回転方向位置と、スクリュ形状情報記憶部１１０から読み出したスクリュ形状情報とからスクリュフライトの角度を求め、求めたスクリュフライトの角度と材料投入口形状情報記憶部１２０から読み出した加熱筒３の材料投入口形状情報とに基づいて、加熱筒３の材料投入口６におけるスクリュフライトの位置を求めることができる。

以下に、フライト位置算出部１３０が求めたフライトの位置に基づいて、射出成形機１の加熱筒３の材料投入口６を通るスクリュフライトを表示装置１２へと表示する例を示す。
図３は、図１のホッパ５を外し材料投入口６の上面から見た表示である。このように表示することで、滞留樹脂や樹脂への供給熱量のイメージを持ち易くなる。また、スクリュ４の仕様による供給、圧縮、溶融ゾーンがどの辺りなのかも確認出来る。

図４は、材料投入口６とスクリュ４全体を表示した例である。２つの位置関係がより鮮明になり、スクリュストロークや材料噛み込みのイメージを持ち易くなる。
図５は、材料投入口６部分だけを表示した例である。材料投入口６に基準寸法としてスケールを表示すると、粉砕材サイズや形状の検討により有用となる。
図６は、ノズル方向から見た材料投入口６の表示である。この方向から表示すると材料の投下状況を把握しやすくなる。
図７は、図５における有効材料投入領域を斜線で強調して表示させた例である。斜線表示によって材料の投下状況を把握しやすくなる。有効材料投入領域はあらかじめ射出成形機１の記憶装置に記憶させておく。

図８、図９は、図１の加熱筒３上部に材料供給装置を搭載した場合のアニメーション表示である。成形材料の投入挙動や溶融挙動を把握し易くなり成形条件調整に有用である。このような表示を行うためには、材料供給用スクリュに関するスクリュ形状情報を記憶する材料供給用スクリュ形状記憶部と、材料供給用スクリュの軸方向位置、回転方向位置をそれぞれ検出する検出部を設けると共に、材料供給用スクリュと加熱筒３のスクリュ４との位置関係をあらかじめ射出成形機１の記憶装置に記憶しておく。そして、フライト位置算出部１３０に材料供給用スクリュのスクリュフライト位置をも算出させるようにすることで、図８，９に示すような画像を生成して表示することができる。

なお、スクリュ軸方向位置とスクリュ回転方向位置からスクリュフライトの角度を求めるには、上記の他に、スクリュ４のフライトピッチやスクリュ４を特定の軸方向位置かつ特定の回転方向位置に位置決めした時のスクリュフライトの開始点の軸方向位置と回転方向位置などの値からスクリュフライトの螺旋形状を表す数式を求め、スクリュフライトの螺旋形状を表す数式にスクリュ軸方向位置とスクリュ回転方向位置を代入するようにしてもよい。

また、材料投入口６におけるスクリュフライトの位置は、スクリュ軸方向位置検出器１０で検出したスクリュ軸方向位置の変化やスクリュ回転方向位置検出器１１で検出したスクリュ回転方向位置の変化に応じて変化するので、射出動作中や計量動作中の材料投入口６におけるスクリュフライトの位置の変化を動画として表示することも可能である。このように表示することにより、成形材料の投入挙動や溶融挙動を把握しやすくなり成形条件調整に有用である。

１ 射出成形機
２ フロントプレート
３ 加熱筒
４ スクリュ
５ ホッパ
６ 材料投入口
７ 加熱ヒータ
８ 温度センサ
９ ペレット
１０ スクリュ軸方向位置検出器
１１ スクリュ回転方向位置検出器
１２ 表示装置
１００ 射出動作表示装置
１１０ スクリュ形状情報記憶部
１２０ 材料投入口形状情報記憶部
１３０ フライト位置算出部
１４０ 表示部

Claims (2)

1. 加熱筒と、スクリュと、該スクリュの軸方向位置を検出するスクリュ軸方向位置検出器と、前記スクリュの回転方向位置を検出するスクリュ回転方向位置検出器とを備える射出成形機の射出動作表示装置において、
   少なくとも前記スクリュのフライトピッチを含むスクリュ形状情報を記憶するスクリュ形状情報記憶部と、
   前記加熱筒の材料投入口形状情報を記憶する材料投入口形状情報記憶部と、
   前記スクリュ軸方向位置検出器で検出したスクリュ軸方向位置と、前記スクリュ回転方向位置検出器で検出したスクリュ回転方向位置と、前記スクリュ形状情報記憶部から読み出したスクリュ形状情報と、前記材料投入口形状情報記憶部から読み出した前記加熱筒の材料投入口形状情報とに基づいて前記加熱筒の材料投入口におけるスクリュフライトの位置を求めるフライト位置算出部と、
   該フライト位置算出部で求めた前記加熱筒の材料投入口におけるスクリュフライトの位置を表示する表示部と、
   を備えることを特徴とする射出成形機の射出動作表示装置。
2. 前記加熱筒上部に材料供給装置を備え、前記材料供給装置内の材料供給スクリュ形状の情報を表示する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の射出動作表示装置。