JP4490746B2

JP4490746B2 - 射出成形機

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Publication number: JP4490746B2
Application number: JP2004191880A
Authority: JP
Inventors: 浩之中家
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: JP2006007723A

Description

本発明は、溶融樹脂を金型内に射出・充填して成形品を得る射出成形機に係り、特に、インラインスクリュー式の射出成形機のスクリューあるいはプリプラ式射出成形機の射出プランジャーにかかる樹脂圧力を検出するための技術に関する。

図７は、従来のインラインスクリュー式の射出成形機の射出系メカニズムの構成図である。図７において、５１は第１の保持プレート（ヘッドストック）、５２は、その基端部を第１の保持プレート５１に固定された加熱シリンダ、５３は、加熱シリンダ５２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、５４は、第１の保持プレート５１と所定間隔をおいて対向する第２の保持プレート、５５は、第１の保持プレート５１と第２の保持プレート５４との間に架け渡された複数本のガイドシャフト、５６は、ガイドシャフト５５に挿通・案内されて前後進可能な前後進プレート、５７は、前後進プレート５６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５３の基端部が連結部材を介して固定された回転体、５８は、回転体５７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、５９は、第２の保持プレート５４に軸受けを介して回転可能に保持されたボールネジ軸６０と、ボールネジ軸６０に螺合されたナット体６１とをもつボールネジ機構（回転→直線運動変換機構）、６２は、ボールネジ軸６０の端部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、６３は、前後進プレート５６とナット体６１との間に挟持されるように配設され、前後進プレート５６とナット体６１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７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５８、回転体５７を介して、スクリュー５３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６２を介してボールネジ軸６０が回転することにより、ナット体６１が所定方向に直線移動し、これにより、ロードセル６３を介して前後進プレート５６が直線移動することで、前後進プレート５６と共に、回転体５７、スクリュー５３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５３を所定方向に回転させて、スクリュー５３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５３の前方側へと送り込み、これにより、スクリュー５３の先端側に溶融樹脂が溜まるにしたがって、スクリュー５３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５３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、ボールネジ軸
６０を所定方向に回転させてナット体６１を前進させ、これにより、前後進プレート５６と共にスクリュー５３を前進させることで、スクリュー５３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５３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、公知のように、スクリュー５３の先端側の樹脂の圧力をロードセル６３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、射出成形機の図示せぬコントローラは、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７に示した構成では、スクリュー５３、回転体５７、軸受けのスラスト軸受け機能部、前後進プレート５６を介して、ロードセル６３に対して樹脂圧力による荷重が加えられ、ロードセル６３は加えられた荷重に応じた電気信号を、図示せぬコントローラに出力するようになっている。

そして、射出成形機に用いられる従来のロードセルは、荷重を受けると微小に弾性変形する（たわみ変形）する変形部を１つだけ設けて、すなわち、図７に示した例では、ロードセル６３に、スクリュー５３の軸方向と直交する環状板部からなる変形部６３ａを形成して、この変形部６３ａに図示せぬ歪みゲージを貼着した構成をとっており、この変形部６３ａに設けた歪みゲージによって、計量時の樹脂圧力および射出時の樹脂圧力を検出するようになっていた。

ところで、射出（一次射出および保圧）時に、スクリューなどの射出部材に、樹脂圧力によってかかる最大荷重は、計量密度を安定させるために行う計量時の背圧制御中に、スクリューなどの射出部材にかかる荷重よりも、１０倍程度以上も大きいことがあり得る。このため、最大の樹脂圧力による荷重に耐え得る定格荷重をもつロードセルを選択する必要がある。つまり、ロードセル６３の変形部６３ａが耐え得る許容荷重が、最大樹脂圧力による荷重に十分に耐え得るロードセルを選択する必要がある。ところが、ロードセルの有効測定範囲は、ロードセルの定格荷重の約１／１０以上であるため、背圧制御のための樹脂圧力の検出精度が悪く、計量密度の安定化を阻害する要因となっていた。

そこで、本願出願人は、計量時の樹脂圧力の検出が精度良く行え、しかも、最大樹脂圧力による荷重がかかっても、これに耐え得る構造をもつ圧力検出手段を実現するために、圧力検出手段として、低荷重検出用の圧力検出手段と高荷重検出用の圧力検出手段の２つの圧力検出手段を一体化した構造の圧力検出手段を設けて、低荷重検出用の圧力検出手段の変形部は、所定量以上の荷重がかかるとそれ以上の変形が阻止されて、破損が防止できるようにした構成を、特願２００４−６４２３６号（特許文献１（出願日；平成１６年３月８日）において提案した。

また、射出成形機において、前スライダとスクリューカップリングとの間に高荷重検出用の圧力検出手段を配置し、前スライダと後スライダとの間に低荷重検出用の圧力検出手段を配置して、計量工程は低荷重検出用の圧力検出手段による検出データを用い、射出工程は高荷重検出用の圧力検出手段による検出データを用いるようにした、構成も知られている（特許文献２）。
特願２００４−６４２３６号特開２００２−９６３６５号公報

前記特許文献１で提案した技術では、低荷重検出用の圧力検出手段と高荷重検出用の圧力検出手段とを一体化した構造としているため、取り付けの手間がさほど掛からないという利点がある反面、低荷重検出用の圧力検出手段と高荷重検出用の圧力検出手段のいずれか一方が故障した場合には、一体化した低荷重検出用の圧力検出手段と高荷重検出用の圧力検出手段の双方を一緒に取り替える必要が生じる。

前記特許文献２に示された技術は、低荷重検出用の圧力検出手段と高荷重検出用の圧力検出手段とが、別個の場所に独立して配置されているので、低荷重検出用の圧力検出手段と高荷重検出用の圧力検出手段のいずれか一方が故障した場合には、故障した方の圧力検出手段のみを取り替えればよいものの、高荷重の繰り返しストレスによって比較的に故障を生じ易い高荷重検出用の圧力検出手段は、射出系メカニズムの各部品が多重に重なった射出系メカニズムの中央部に配置されているため、取り替えに非常に手間がかかるものとなっている。また、特許文献２に示された技術では、計量工程（低圧制御工程）は低荷重検出用の圧力検出手段による検出データを用い、射出工程（高圧制御工程）は高荷重検出用の圧力検出手段による検出データを用いるようにして、工程別に圧力検出手段を使い分けるようにしているので、２つの圧力検出手段のうちで検出の分解能のよいものを、常に、低圧の圧力制御に用いることができない。

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、低荷重検出用の圧力検出手段と高荷重検出用の圧力検出手段とをもち、計量時の樹脂圧力の検出が精度良く行え、また、最大樹脂圧力による荷重がかかっても、低荷重検出用の圧力検出手段がこれに耐え得る構造をもつことを前提とした構成において、高荷重の繰り返しストレスによって比較的に故障を生じ易い高荷重検出用の圧力検出手段の取り替えを容易にすることにある。また、本発明の目的とするところは、２つの圧力検出手段のうちで検出の分解能のよいものを、常に、低圧の圧力制御に用いることで、低圧の射出圧力制御を行う場合には、背圧制御の場合と同様に、分解能の高い検出圧力値を用いた精緻な圧力フィードバック制御を行えるようにすることにある。

本発明は上記した目的を達成するため、金型内に溶融樹脂を射出・充填するスクリューまたは射出プランジャーよりなる射出部材と、この射出部材にかかる樹脂圧力を検出するための圧力検出手段とを、有する射出成形機において、
射出部材を前後進駆動するボールネジ機構（回転→直線運動変換機構）を備え、
圧力検出手段として、低荷重検出用の第１の圧力検出手段と高荷重検出用の第２の圧力検出手段とを有し、
第１の圧力検出手段は、射出部材と前記ボールネジ機構との間における、前記射出部材にかかる樹脂圧力が検出可能である部位に配置し、第２の圧力検出手段は、前記ボールネジ機構から見て前記第１の圧力検出手段の配置側と反対側、例えば、射出系メカニズムの端部近傍における、射出部材にかかる樹脂圧力が検出可能である部位に配置して、
第１の圧力検出手段の歪みゲージを設けた変形部は、所定量以上の荷重がかかるとそれ以上の変形が阻止されるようにした、構成とされる。

さらにまた、第１の圧力検出手段による検出値をデジタル値に変換する第１の変換器と、第２の圧力検出手段による検出値をデジタル値に変換する第２の変換器と、１の変換器の出力および第２の変換器の出力をそれぞれ取り込んで検出圧力値に換算すると共に、予め定められた所定の圧力値までは第１の変換器の出力に基づく検出圧力値を測定値として用い、予め定められた所定の圧力値をオーバーすると第２の変換器の出力に基づく検出圧力値を測定値として用いる、圧力検出処理手段とを、具備し、
第１の圧力検出手段の出力に基づく検出圧力値の分解能は、第２の圧力検出手段の出力に基づく検出圧力値の分解能よりも、精度が高くなるように設定され、
計量工程の背圧制御時には、第１の変換器の出力を用いた圧力制御を行い、
射出工程時の圧力制御時には、予め定められた所定の圧力値までは第１の変換器の出力を用いた圧力制御を行い、予め定められた所定の圧力値をオーバーすると第２の変換器の出力を用いた圧力制御を行う、ように構成される。

本発明によれば、低荷重検出用の第１の圧力検出手段と高荷重検出用の第２の圧力検出手段とをもつ構成となっているため、スクリューまたは射出プランジャーよりなる射出部材にかかる荷重が低荷重である場合には、第１の圧力検出手段により樹脂圧力の検出を行い、射出部材にかかる荷重が高荷重である場合には、第２の圧力検出手段により樹脂圧力の検出を行うことができるので、低荷重である場合も高荷重である場合にも、何れも検出精度のよい樹脂圧力の検出を行うことができる。したがって、計量工程の背圧制御のように、射出部材にかかる荷重が、射出（一次射出および保圧）時の最大樹脂圧力による荷重よりも、約１／１０以下程度の値である場合においても、第１の圧力検出手段によって精度の良い樹脂圧力の検出を行うことができるので、精度が良く信頼性の高い背圧制御を実行することが可能となり、以って、計量密度の安定化に大いに寄与することができる。また、第１の圧力検出手段の変形部は、所定量以上の荷重がかかると、それ以上の変形が阻止されるので、第１の圧力検出手段の変形部がその許容値を超える変形を起こすことがなく、したがって、第１の圧力検出手段が破損・劣化することを確実に防止できる。さらに、第２の圧力検出手段を射出系メカニズムの端部近傍に配置しているので、高荷重の繰り返しストレスによって比較的に故障を生じ易い第２の圧力検出手段を、手間を掛けずに容易に交換することが可能となる。

また、射出工程時の圧力制御時には、予め定められた所定の圧力値までは第１の変換器の出力を用いた圧力制御を行い、予め定められた所定の圧力値をオーバーすると第２の変換器の出力を用いた圧力制御を行うようにしているので、２つの圧力検出手段のうちで検出の分解能のよい第１の圧力検出手段を、常に、低圧の圧力制御に用いることで、低圧の射出圧力制御を行う場合には、背圧制御の場合と同様に、分解能の高い検出圧力値を用いた精緻な圧力フィードバック制御を行える。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るインラインスクリュー式の射出成形機の射出系メカニズムの構成図である。図１において、１は第１の保持プレート（ヘッドストック）、２は、その基端部を第１の保持プレート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、第１の保持プレート１と所定間隔をおいて対向する第２の保持プレート、５は、第１の保持プレート１と第２の保持プレート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プレート、７は、前後進プレート６に軸受け８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、９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、１０は、第２の保持プレート４に軸受け１３を介して回転可能に保持されたボールネジ軸１１と、ボールネジ軸１１に螺合されたナット体１２とをもつボールネジ機構（回転→直線運動変換機構）、１４は、ボールネジ軸１１の端部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、１５は、前後進プレート６とナット体１２との間に挟持されるように配設され、前後進プレート６とナット体１２に、取り付けボルトによりそれぞれ固定された低荷重検出用の第１の圧力検出手段としての略環状の第１のロードセル（荷重変換器）、１６は、第２の保持プレート４に取り付けられた軸受け保持部材１７に、取り付けボルトにより固定された高荷重検出用の第２の圧力検出手段としての略環状の第２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９、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１４を介してボールネジ軸１１が回転することにより、ナット体１２が所定方向に直線移動し、これにより、第１のロードセル１５を介して前後進プレート６が直線移動することで、前後進プレート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、ボールネジ軸１１を所定方向に回転させてナット体１２を前進させ、これにより、前後進プレート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。

本実施形態では、上記した計量時や射出時には、スクリュー３の先端側の樹脂の圧力を第１のロードセル（第１の圧力検出手段）１５または第２のロードセル（第２の圧力検出手段）１６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、射出成形機の後述するシステムコントローラは、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。

図２は、第１のロードセル（第１の圧力検出手段）１５の構成を示す要部断面図である。図２に示すように、全体が略環状の第１のロードセル１５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２１と、厚みのある外環状部２２と、厚みの薄い環状板部からなる変形部２３と、変形部２３に設けられた歪みゲージ２４とを、有するものとして構成されており、内環状部２１、変形部２３、外環状部２２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２１と外環状部２２との間に位置する変形部２３は、低荷重で弾性変形するように作製されており、この変形部２３に設けた歪みゲージ２４により荷重がされるようになっている。本実施形態では、第１のロードセル１５を低荷重検出用の圧力検出手段として位置付けており、この第１のロードセル１５により、ここでは例えば、０ｔｏｎから３ｔｏｎまでの荷重を検出する機能を担わせている。

図２に示すように、内環状部２１は取り付けボルト２５によりナット体１２に密着・固定され、外環状部２２は取り付けボルト２６により前後進プレート６に密着・固定されており、第１のロードセル１５は、前後進プレート６とナット体１２が一体となって前後進するように両者５、１２を連結すると共に、第１のロードセル体１５は、スクリュー３にかかる樹脂圧力による荷重を、前後進プレート６を介して受けるようになっている。すなわち、第１のロードセル１５には、スクリュー３、回転体７、軸受け８のスラスト軸受け機能部、前後進プレート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、第１のロードセル１５（歪みゲージ２４）は、加えられた荷重に応じた電気信号を、後述するコントローラに出力するようになっている。

また、本実施形態では、第１のロードセル１５に荷重がかかっていない際には、図２に示すように、内環状部２１の前後進プレート６側の端面と、前後進プレート６の第１のロードセル１５側の端面との間には、微小な（例えば、０．１ｍｍ程度の）隙間Ｓが形成されるようになっていて、第１のロードセル１５の変形部２３が所定量以上の荷重（ここでは３ｔｏｎ）を受けて変形したときには、内環状部２１の端面が前後進プレート６の端面に当接して、変形部２３がそれ以上変形することを阻止されるように、構成してある。つまり、第１のロードセル１５の変形部２３は、所定量以上の荷重がかかると、それ以上の変形が阻止されるようにしてあり、これにより、過剰な荷重がかかることによる第１のロードセル１５の破損・劣化が確実に防止できるように、第１のロードセル１５には安全機構を付与した構成としてある。

図３は、第２のロードセル（第２の圧力検出手段）１６の構成を示す要部断面図である。図３に示すように、全体が略環状の第２のロードセル１６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３１と、厚みのある外環状部３２と、厚みの薄い環状板部からなる変形部３３と、変形部３３に設けられた歪みゲージ３４とを、有するものとして構成されており、内環状部３１、変形部３３、外環状部３２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３１と外環状部３２との間に位置する変形部３３は、射出成形機が出し得る最大樹脂圧力（最大射出圧力）による荷重にも、耐え得る機械的強度が与えられており、この変形部３３に設けた歪みゲージ３４により荷重がされるようになっている。本実施形態では、第２のロードセル１６を高荷重検出用の圧力検出手段として位置付けており、この第２のロードセル１６により、ここでは例えば、３ｔｏｎ以上から２０ｔｏｎまでの荷重を検出する機能を担わせている（第２のロードセル１６は０ｔｏｎからの荷重を検出する機能をもつものであるが、回路系の制御によって、第２のロードセル１６は３ｔｏｎ以上から２０ｔｏｎまでの荷重を検出するように用いられる）。

図３に示すように、外環状部３２は取り付けボルト３５により軸受け保持部材１７に密着・固定されており、これにより、第２のロードセル１６は、スクリュー３にかかる樹脂圧力による荷重を、軸受け保持部材１７を介して受けるようになっている。すなわち、第２のロードセル１６には、スクリュー３、回転体７、軸受け８のスラスト軸受け機能部、前後進プレート６、第１のロードセル１５、ナット体１２、ボールネジ軸１１、軸受け１３のスラスト軸受け機能部、軸受け保持部材１７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、第２のロードセル１６（歪みゲージ３４）は、加えられた荷重に応じた電気信号を、後述するコントローラに出力するようになっている。

また、本実施形態では、高荷重範囲の荷重検出を担わせる第２のロードセル１６（第２の圧力検出手段）を、射出系メカニズムの端部近傍に配置してあり、つまり、射出系メカニズムの最外端部の被動プーリ１４の内側近傍に配置してあり、このため、図３で２点鎖線で示すように、被動プーリ１４を取り外すだけで、第２のロードセル１６を簡単・容易に交換できるようにしてある。したがって、高荷重の繰り返しストレスによって比較的に故障を生じ易い第２のロードセル１６は、手間を掛けずに容易に交換することが可能となっている。

上記したように、第１のロードセル１５と第２のロードセル１６を設けて、それぞれに検出を担わせる検出荷重範囲を分散させるようにすると、スクリュー３にかかる荷重が低荷重である場合には、第１のロードセル１５により樹脂圧力の検出を行い、スクリュー３にかかる荷重が高荷重である場合には、第２のロードセル１６により樹脂圧力の検出を行うことができるので、低荷重である場合も高荷重である場合にも、何れも検出精度のよい樹脂圧力の検出を行うことができる。したがって、計量工程の背圧制御のように、スクリュー３にかかる荷重が、射出成形機で発現する最大樹脂圧力による荷重よりも、約１／１０以下程度の値である場合においても、第１のロードセル１５によって精度の良い樹脂圧力の検出を行うことができるので、精度が良く信頼性の高い背圧制御を実行することが可能となる。また、第１のロードセル１５の変形部２３は、所定量以上の荷重がかかるとそれ以上の変形が阻止されるので、変形部２３がその許容値を超える変形を起こすことがなく、したがって、第１のロードセル１５が破損・劣化することが確実に防止できる。また、高荷重範囲の荷重検出を担わせる第２のロードセル１６を、射出系メカニズムの端部近傍に配置してあるので、高荷重の繰り返しストレスによって比較的に故障を生じ易い第２のロードセル１６を、手間を掛けずに容易に交換することができる。なお、第１のロードセル１５を、前後進プレート６とナット体１２との間に配置した所以は、第１のロードセル１５の配置個所をスクリュー３の近くにして検出精度を上げるためと、安全機構の前記した隙間Ｓを容易に形成可能なことと、安全機構により第１のロードセル１５が比較的に故障しにくく取り替えの頻度が極めて少ないことからである。

図４は、本実施形態の射出成形機の制御系の要部構成を示すブロック図である。図４において、２４は第１のロードセル１５の歪みゲージ、３４は第２のロードセル１６の歪みゲージ、４１は第１のＡ／Ｄ変換器、４２は第２のＡ／Ｄ変換器、４３は射出成形機の全体制御を司るシステムコントローラ、４４は液晶ディスプレイなどよりなる表示部である。また、システムコントローラ４３中において、４５は圧力検出処理部、４６は表示処理部、４７は圧力制御部、４８は測定値格納部である。

図４に示す構成において、歪みゲージ２４（第１のロードセル１５）による検出電流値は、第１のＡ／Ｄ変換器４１においてデジタル値に変換されて、圧力検出処理部４５に出力され、歪みゲージ３４（第２のロードセル１６）による検出電流値は、第２のＡ／Ｄ変換器４２においてデジタル値に変換されて、圧力検出処理部４５に出力される。圧力検出処理部４５では、第１のＡ／Ｄ変換器４１の出力および第２のＡ／Ｄ変換器４２の出力を取り込んで、これをそれぞれ検出圧力値に換算処理する。先にも述べたように、歪みゲージ２４（第１のロードセル１５）は、低荷重領域の荷重（ここでは、０ｔｏｎから３ｔｏｎまでの荷重）を検出する機能を担い、歪みゲージ３４（第２のロードセル１６）は、高荷重領域の荷重（ここでは、３ｔｏｎ以上から２０ｔｏｎまでの荷重）を検出する機能を担うようになっており、歪みゲージ３４（第２のロードセル１６）は、実際には、０ｔｏｎから２０ｔｏｎまでの荷重に対応する測定範囲（測定レンジ）をもっている。

図５は、第１のロードセルの歪みゲージ２４、第２のロードセルの歪みゲージ３４が測定する荷重（負荷）範囲、検出電流値、それに対応する検出圧力値などを示している。なお、図５では、０ｔｏｎでも測定精度が確保できるように、各荷重検出部の出力に対してオフセット調整を施した状態を示してある。測定範囲が０ｔｏｎから３ｔｏｎまでの歪みゲージ２４（低荷重検出用の第１のロードセル１５）における、荷重０ｔｏｎでの検出電流値は４ｍＡで、このときの第１のＡ／Ｄ変換器４１の出力は「４９０」、荷重３ｔｏｎでの検出電流値は２０ｍＡで、このときの第１のＡ／Ｄ変換器４１の出力は「４０９０」であるのに対し、測定範囲が０ｔｏｎ以上から２０ｔｏｎまでの歪みゲージ３４（高荷重検出用の第２のロードセル１６）における、荷重０ｔｏｎでの検出電流値は４ｍＡで、このときの第２のＡ／Ｄ変換器４２の出力は「４９０」、荷重２０ｔｏｎでの検出電流値は２０ｍＡで、このときの第２のＡ／Ｄ変換器４２の出力は「４０９０」である。したがって、歪みゲージ２４（第１のロードセル１５）と歪みゲージ３４（第２のロードセル１６）の測定範囲の比率は、３：２０となるので、歪みゲージ２４（第１のロードセル１５）と歪みゲージ３４（第２のロードセル１６）の分解能の比率は、その逆の関係となり、おおよそ分解能は、歪みゲージ２４（第１のロードセル１５）の方が一桁程度精度が良いものとなる。なお、ここでは、荷重３ｔｏｎに対応する検出圧力値は４５５ｋｇ／ｃｍ^２（４４．６２Ｍｐａ）で、荷重２０ｔｏｎに対応する検出圧力値は３０３９ｋｇ／ｃｍ^２（２９８．０２Ｍｐａ）である。

圧力検出処理部４５は、第１のＡ／Ｄ変換器４１の出力および第２のＡ／Ｄ変換器４２の出力をそれぞれ取り込み、荷重が０ｔｏｎから３ｔｏｎまでは、第１のＡ／Ｄ変換器４１の出力値に基づいて換算した検出圧力値を測定値として採用し、荷重が３ｔｏｎ以上から２０ｔｏｎまでは、第２のＡ／Ｄ変換器４２の出力値に基づいて換算した検出圧力値を測定値として採用する。すなわち、圧力検出処理部４５は、検出圧力値が０ｋｇ／ｃｍ^２（０Ｍｐａ）から４５５ｋｇ／ｃｍ^２までは、第１のＡ／Ｄ変換器４１の出力に基づく分解能の高い検出圧力値を、表示処理部４６、圧力制御部４７、測定値格納部４８にそれぞれ出力し、検出圧力値が４５５ｋｇ／ｃｍ^２以上から３０３９ｋｇ／ｃｍ^２までは、第２のＡ／Ｄ変換器４２の出力に基づく、上記した４５５ｋｇ／ｃｍ^２までよりも分解能の低い（この分解能は従来と同等のものである）検出圧力値を、表示処理部４６、圧力制御部４７、測定値格納部４８にそれぞれ出力する。

表示部４４上に樹脂圧力の実測値を表示するモードであるときには、表示処理部４６は、圧力検出処理部４５からの出力に基づき、表示部４４上にグラフィック表示させる圧力グラフのプロット精度を、０ｋｇ／ｃｍ^２から４５５ｋｇ／ｃｍ^２までは、４５５ｋｇ／ｃｍ^２以上から３０３９ｋｇ／ｃｍ^２までよりも、一桁精度を上げたものとして表示させる。また、表示処理部４６は、グラフィック表示された圧力グラフ上の点をオペレータがペンツールなどでタッチした際の表示する、その点を数値表示する際の圧力値の精度を、０ｋｇ／ｃｍ^２から４５５ｋｇ／ｃｍ^２までは、４５５ｋｇ／ｃｍ^２以上から３０３９ｋｇ／ｃｍ^２までよりも、一桁細かく表示させるように制御する。図５中には、表示部４４上にグラフィック表示させる圧力グラフのプロット精度の様子を模式的に示してある。よって、樹脂圧力が比較的に低圧力にある範囲では、従来よりも圧力検出値の表示精度を、約一桁向上させることができる。

また、圧力制御部４７により、樹脂圧力をフィードバック制御するモードである際には、圧力制御部４７は、検出圧力値が０ｋｇ／ｃｍ^２から４５５ｋｇ／ｃｍ^２までの範囲は、第１のＡ／Ｄ変換器４１の出力に基づく分解能の高い検出圧力値を用いて圧力フィードバック制御を行うことができるので、比較的に低圧力の範囲での圧力フィードバック制御の精度を、約一桁向上させることができる。

本実施形態では、計量工程の背圧制御時には、第１のＡ／Ｄ変換器４１の出力を用いた圧力制御を行い、分解能の高い検出圧力値を用いた精緻な圧力フィードバック制御を行うようになっている。また、射出工程時の圧力制御時には、予め定められた所定の圧力値（ここでは、例えば４５５ｋｇ／ｃｍ^２）までは、第１のＡ／Ｄ変換器４１の出力を用いた圧力フィードバック制御を行い、予め定められた所定の圧力値（ここでは、例えば４５５ｋｇ／ｃｍ^２）をオーバーすると、第２のＡ／Ｄ変換器４２の出力を用いた圧力フィードバック制御を行うようになっている。したがって、射出工程時の圧力制御における最大設定圧力が、予め定められた所定の圧力値（ここでは、例えば４５５ｋｇ／ｃｍ^２）未満であるような、低圧の射出圧力制御を行う場合には、背圧制御の場合と同様に、分解能の高い検出圧力値を用いた精緻な圧力フィードバック制御を行えることとなる。

図６は、本実施形態における第１のロードセル１５の変形例を示す図である。図６に示した本例の第１のロードセル１５’の各構成要素は、図２に示した第１のロードセル１５と同様であり、図６中で図２と均等なものには同一符号を付してある。図６に示した本例が図２の構成と相違するのは、第１のロードセル１５’に荷重がかかっていない際には、図６に示すように、外環状部２２のナット体１２側の端面と、ナット体１２の第１のロードセル１５’側の端面との間に、微小な（例えば、０．１ｍｍ程度の）隙間Ｓが形成されるようにして、第１のロードセル１５’の変形部２３が所定量以上の荷重（ここでは３ｔｏｎ）を受けて変形したときには、外環状部２２の端面がナット体１２の端面に当接して、変形部２３がそれ以上変形することを阻止されるように構成した点である。このような構成の第１のロードセル１５’としても、図２に示した第１のロードセル１５と同等の作用効果を奏する。

なお、上述した実施形態では、高荷重検出用の第２の圧力検出手段として略環状の第２のロードセル１６を用いたが、高荷重検出用の第２の圧力検出手段としては、圧縮荷重を受ける略環状の第２のロードセル１６に代替して、スクリュー３の先端側の樹脂の圧力によって引張り荷重を受けるガイドシャフト５に、図１中で２点鎖線で示す引張り荷重検出センサ１８を取り付けて、これを高荷重検出用の第２の圧力検出手段とすることも可能である。このような引張り荷重検出センサ１８からなる第２の圧力検出手段であると、その交換がより容易なものとなる。

なおまた、上述した実施形態においては、インラインスクリュー式の射出成形機への適用例について説明したが、プリプラ式射出成形機の射出プランジャーにかかる樹脂圧力を検出する場合にも、本発明が適用可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係るインラインスクリュー式の射出成形機の要部構成を示す断面図である。図１中の第１のロードセル（第１の圧力検出手段）の構成を示す要部断面図である。図１中の第２のロードセル（第２の圧力検出手段）の構成を示す要部断面図である。本発明の一実施形態に係るインラインスクリュー式の射出成形機における、制御系の要部構成を示すブロック図である。図４中の２つの歪みゲージが測定する荷重（負荷）範囲、検出電流値、それに対応する検出圧力値などを示す説明図である。本発明の一実施形態に係るインラインスクリュー式の射出成形機における、第１のロードセル（第１の圧力検出手段）の変形例の構成を示す要部断面図である。従来のインラインスクリュー式の射出成形機の射出系メカニズムの構成を示す説明図である。

符号の説明

１第１の保持プレート
２加熱シリンダ
３スクリュー
４第２の保持プレート
５ガイドシャフト
６前後進プレート
７回転体
８軸受け
９被動プーリ
１０ボールネジ機構
１１ボールネジ軸
１２ナット体
１３軸受け
１４被動プーリ
１５第１のロードセル（第１の圧力検出手段）
１６第２のロードセル（第２の圧力検出手段）
１７軸受け保持部材
１８引張り荷重検出センサ（第２の圧力検出手段）
２１内環状部
２２外環状部
２３変形部
２４歪みゲージ
２５、２６取り付けボルト
３１内環状部
３２外環状部
３３変形部
３４歪みゲージ
３５取り付けボルト
４１第１のＡ／Ｄ変換器
４２第２のＡ／Ｄ変換器
４３システムコントローラ
４４表示部
４５圧力検出処理部
４６表示処理部
４７圧力制御部
４８測定値格納部

Claims

金型内に溶融樹脂を射出・充填するスクリューまたは射出プランジャーよりなる射出部材と、この射出部材にかかる樹脂圧力を検出するための圧力検出手段とを、有する射出成形機において、
前記射出部材を前後進駆動するボールネジ機構（回転→直線運動変換機構）を備え、
前記圧力検出手段として、低荷重検出用の第１の圧力検出手段と高荷重検出用の第２の圧力検出手段とを有し、
前記第１の圧力検出手段は、前記射出部材と前記ボールネジ機構との間における、前記射出部材にかかる樹脂圧力が検出可能である部位に配置し、前記第２の圧力検出手段は、前記ボールネジ機構から見て前記第１の圧力検出手段の配置側と反対側における、前記射出部材にかかる樹脂圧力が検出可能である部位に配置して、
前記第１の圧力検出手段の歪みゲージを設けた変形部は、所定量以上の荷重がかかるとそれ以上の変形が阻止されるようにしたことを特徴とする射出成形機。
請求項１に記載の射出成形機において、
前記第２の圧力検出手段は、射出系メカニズムの端部近傍に配置されたことを特徴とする射出成形機。
請求項１または２に記載の前記第１の圧力検出手段および前記第２の圧力検出手段と、
前記第１の圧力検出手段による検出値をデジタル値に変換する第１の変換器と、
前記第２の圧力検出手段による検出値をデジタル値に変換する第２の変換器と、
前記第１の変換器の出力および前記第２の変換器の出力をそれぞれ取り込んで検出圧力値に換算すると共に、予め定められた所定の圧力値までは前記第１の変換器の出力に基づく検出圧力値を測定値として用い、前記予め定められた所定の圧力値をオーバーすると前記第２の変換器の出力に基づく検出圧力値を測定値として用いる、圧力検出処理手段とを、
具備し、
前記第１の圧力検出手段の出力に基づく検出圧力値の分解能は、前記第２の圧力検出手段の出力に基づく検出圧力値の分解能よりも、精度が高くなるように設定されることを特徴とした射出成形機。
請求項３に記載の射出成形機において、
前記圧力検出処理手段からの出力に基づいて樹脂圧力の実測値の表示を行う表示手段を有し、この表示手段に表示される樹脂圧力の実測値のプロット精度を、前記予め定められた所定の圧力値を境にして、切り替えることを特徴とした射出成形機。
請求項３に記載の射出成形機において、
前記圧力検出処理手段からの出力に基づいて樹脂圧力のフィードバック制御を行う圧力制御部を有することを特徴とした射出成形機。
請求項３に記載の射出成形機において、
計量工程の背圧制御時には、前記第１の変換器の出力を用いた圧力制御を行い、
射出工程時の圧力制御時には、前記予め定められた所定の圧力値までは前記第１の変換器の出力を用いた圧力制御を行い、前記予め定められた所定の圧力値をオーバーすると前記第２の変換器の出力を用いた圧力制御を行う、
ことを特徴とした射出成形機。