JP5199639B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、インラインスクリュ式の射出成形機に係り、特に、スクリュに設けた逆流防止弁の交換時期を自動的に判定するようにした技術に関する。

インラインスクリュ式の射出成形機のスクリュには、射出（１次射出および保圧）時に溶融樹脂がスクリュヘッドの前方側から後方側にバックフロー（逆流）するのを防止するために、公知の逆流防止弁（チェックバルブ）が設けられているのが、一般的である。

図５は、スクリュに設けられた逆流防止弁の例を示している。図５において、５１は加熱シリンダ、５２は、加熱シリンダ５１内に回転並びに前後進可能に配設されたスクリュで、該スクリュ５２は、外周にネジ部を形成したスクリュ本体５３と、スクリュ本体５３の前端側に螺合・締結されたスクリュヘッド５４とからなっている。５５は、スクリュヘッド５４におけるスクリュ本体５３からの突出部位の後半分側に遊挿されて、加熱シリンダ５１の内周面に接した状態で軸方向に所定量だけ移動可能かつ回転可能とされたチェックリング、５６は、スクリュ本体５３の前端面とスクリュヘッド５４との間に挟持されたチェックシート（弁座）である。スクリュヘッド５４におけるチェックリング５５の遊挿部分には溝５４ａが形成されていて、これにより、スクリュヘッド５４とチェックリング５５との間に樹脂通路を形づくっている。

図５に示す構成において、計量工程時には、スクリュ５２は、図示せぬ計量用サーボモータの駆動力で所定方向に回転駆動され、スクリュ５２の後部側に供給された原料樹脂は、混練・可塑化されつつスクリュ５２のネジ送り作用によって前方に移送される。この樹脂の前方移送による圧力で、図５の（ａ）に示すように、チェックリング５５はチャックシート５６から離間した状態となり、溶融樹脂は、チェックリング５５とチェックシート５６との間の隙間、スクリュヘッド５４とチェックリング５５との間の樹脂通路を通って、スクリュヘッド５４の前方側に送り込まれ、これによって、スクリュ５２は後退する。このとき、圧力フィードバック制御で駆動制御される図示せぬ射出用サーボモータの駆動力により、スクリュ５２には所定の後退抵抗（背圧）が与えられ、これにより、スクリュヘッド５４の前方側に貯えられる溶融樹脂には所定の圧力が付与される。

一方、射出工程の１次射出工程では、スクリュ５２は、速度フィードバック制御で駆動制御される図示せぬ射出用サーボモータの駆動力により前進駆動され、スクリュヘッド５４の前方側に貯えられた溶融樹脂は金型内に射出・充填される。そして、この射出・充填によるスクリュヘッド５４の前方側の溶融樹脂からの反力によって、チェックリング５５は後退方向の圧力を受け、図５の（ｂ）に示すように、チェックリング５５はチェックシート５６に密着した状態となって、溶融樹脂がスクリュヘッド５４の後ろ側へとバックフローするのが防止される。１次射出工程に引き続く射出工程の保圧工程においては、スクリュ５２には、圧力フィードバック制御で駆動制御される図示せぬ射出用サーボモータの駆動力により所定の圧力（所定の保圧力に相当する圧力）が付加されて、これにより、金型内の樹脂が固化・収縮するのに伴って、樹脂が金型内に収縮量に応じて補充される。この保圧工程においても、チェックリング５５は後退方向の圧力を受けており、チェックリング５５がチェックシート５６に密着した状態を維持されるようになっている。

ところで、上記した逆流防止弁は経時使用により摩耗を生じ、摩耗が進行するとバックフローをひき起こす。このバックフローはその程度が小さいと、成形品の外観には反映されないことが多く、作業者がバックフローが生じていることに気が付きにくいのが現状であり、ショートショットとなるほどバックフロー量が多くなって、始めて作業者が気が付くということも稀ではない。

上記したように、逆流防止弁にバックフローが生じているにもかかわらず、成形品の外観からだけではバックフローが生じていることに気が付きにくいことが間々あり、この場合には、バックフローが生じている状態で成形運転を継続するので、成形品の密度などの品質が劣化する。このような事態を回避するためには、バックフローが生じる程度に逆流防止弁の摩耗が進行すると、この時点で直ちに、消耗品であるスクリュヘッド５４、チェックリング５５、チェックシート５６（３点パーツ）を交換する必要がある。しかしながら、成形品の外観のみからでは、逆流防止弁にバックフローが生じているかどうかを判定することが難しく、３点パーツの交換時期がつかめないという問題がある。逆流防止弁の摩耗の度合いを知るために、加熱シリンダ５１の先端のノズルを取り外し、チェックリング５５などの逆流防止弁のパーツの寸法を測定することも考えられるが、この作業はきわめて面倒で時間のかかる作業となる。さらに、パーツにある一定量の摩耗があっても、成形に用いる樹脂の種別によっては、バックフローが生じる場合とバックフローが殆ど生じない場合とがあり得、例えば、アクリル樹脂などの粘度の高い樹脂ではバックフローが実質上生じないものの、粘度の低い樹脂ではバックフローが生じてしまうという現象がある。したがって、パーツの寸法を測定して３点パーツの交換時期を推定するという手法を採った場合には、アクリル樹脂などの粘度の高い樹脂をもちいた生産のみを行う射出成形機では、バックフローがなく未だ使用に耐える３点パーツの交換を行ってしまうケースもあり得、こうした場合には不経済であるという問題もある。

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、逆流防止弁にバックフローが生じて、逆流防止弁の交換時期に至ったことを、的確にかつ自動的に判定でき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、加熱シリンダ内に回転並びに前後進可能に配設されたスクリュを有し、該スクリュに逆流防止弁を備えたインラインスクリュ式の射出成形機において、保圧工程における実測射出速度データを監視し、この実測射出速度データが概略一定速度である時間が所定時間を超えると、逆流防止弁にバックフローが生じていると判定して、この旨を表示画面に表示するコントローラを備える。

逆流防止弁にバックフローが生じていない正常動作時には、保圧工程の実測射出速度は漸次低減して０（零）に収斂する。これに対し、逆流防止弁にバックフローが生じていると、保圧工程において金型内の樹脂が固化した後は金型内に樹脂を送り込めなくなっているにもかかわらず、逆流防止弁から樹脂がバックフローすることで、このバックフローした分だけスクリュは微速の概略一定速度で前進を続けることになる。本発明は、バックフローによりこのような現象が生じるという見識に基づき、コントローラによって、保圧工程における実測射出速度データを監視して、この実測射出速度データが概略一定速度である時間が所定時間を超えると、バックフローが生じていると判定するようにしているので、逆流防止弁にバックフローが生じて、逆流防止弁の交換時期に至ったことを、的確にかつ自動的に判定することができ、この旨を作業者に知らしめることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）によるインラインスクリュ式の射出成形機に係り、本実施形態の射出成形機（マシン）は、スクリュに図５に示し前記したような逆流防止弁が備えらたマシンである。

図１は、本実施形態の射出成形機（マシン）の制御系の構成を簡略化して示すブロック図である。図１において、１は、マシン（射出成形機）全体の制御を司るシステムコントローラ、２は、作業者が各種の入力操作を行うための入力装置、３は、作業者に各種の表示モードの画像を表示するための表示装置、４は、マシンの各部に配設された多数のセンサ（位置センサ、速度センサ、圧力センサ、回転量検出センサ、温度センサなど）よりなるセンサ群、５は、マシンの各部に配置されたモータ（計量用サーボモータ、射出用サーボモータ等々のモータ）やヒータなどのアクチュエータを駆動制御するための多数のドライバ（モータドライバ、ヒータドライバなど）からなるドライバ群である。

また、システムコントローラ１内において、６は運転条件設定格納部、７は測定値格納部、８は運転プロセス制御部、９はバックフロー判定部、１０は表示処理部である。

運転条件設定格納部６には、あらかじめ入力された成形サイクルの各工程（型閉じ（型締め）、射出、計量、型開き、エジェクト前進、エジェクト後退の各工程）の運転制御条件が書き換え可能に格納されている。

測定値格納部７には、センサ群４などによりマシンの各部の計測情報（位置情報、速度情報、圧力情報、回転角情報、回転速度（単位時間当たりの回転数）情報、温度情報など）がリアルタイムで取り込まれて格納される。この測定値格納部７に取り込まれて格納される計測情報には、射出工程（１次射出工程および保圧工程）における実測射出速度データ、実測射出圧力データが含まれている。なお、実測射出速度データは、図示せぬ射出用サーボモータに付設されたエンコーダの計測情報と、時間情報とに基づいて求められて、測定値格納部７に格納され、実測圧力データは、スクリュ５２の後方側に取り付けられた図示せぬロートセルによって測定されて、測定値格納部７に格納される。

運転プロセス制御部８は、あらかじめ用意された各工程の運転制御プログラムと、運転条件設定格納部６に格納された各工程の運転条件の設定値とに基づき、測定値格納部７中の計測情報や各部からの状態確認情報や自身の計時情報を参照しつつ、ドライバ群５を駆動制御して、各工程の運転を実行させる。

バックフロー判定部９は、保圧工程における実測射出速度データを監視し、この保圧工程の実測射出速度データが、概略一定速度である時間が所定時間を超えたかどうかを判定し、所定時間を超えていると逆流防止弁にバックフローが生じていると判定して、この旨を示す情報を表示制御部１０に出力する。

表示処理部１０は、あらかじめ用意された各種の表示処理プログラムと、表示用固定データに基づき、必要に応じて、運転条件設定格納部６や測定値格納部７の内容を参照して、各種の表示モードの画像を生成し、これを表示装置３に表示させる。また、表示処理部１０は、バックフロー判定部９から逆流防止弁にバックフローが生じていることを示す情報が入力されると、逆流防止弁にバックフローが発生していることを示すメッセージを、表示装置３にウィンドウ表示させる。

図２は、逆流防止弁にバックフローが発生したかどうかを判定する処理のフローチャートである。保圧工程が開始されると、実測射出速度データが取得されて（ステップＳ１）、実測射出速度データが概略一定速度である時間が、所定時間を超えたか否かが判定され（ステップＳ２）、所定時間を超えた場合にはステップＳ３に進み、そうでない場合は保圧工程の終了を待って処理を終了する。ステップＳ３では、表示装置３に、バックフローが発生していることを表示し、保圧工程の終了を待って処理を終了する。

図３は、図２のステップＳ３で、表示装置３の表示画面３１上に表示されたバックフローの発生を知らせるウィンドウ表示部３２を示している。ここでは、ウィンドウ表示部３２には、「バックフローが発生しています。逆流防止弁の交換時期です。」というメッセージが表示され、これによって、作業者は、スクリュヘッド５４、チェックリング５５、チェックシート５６（３点パーツ）を交換する必要があることを知ることができるようになっている。

図４は、オペレータが入力装置２を適宜に操作することによって表示装置３に表示される、射出工程（１次射出工程および保圧工程）の測定データグラフの例を示している。図４において、縦軸は速度と圧力を表し、横軸の右半分は位置を表し、横軸の左半分は時間を表しており、また、グラフ表示領域の右半分が１次射出工程のデータ表示領域であり、グラフ表示領域の左半分が保圧工程のデータ表示領域である。また、図４において、４１は設定速度（設定射出速度）、４２は実測速度（実測射出速度）、４３は設定圧力（設定射出圧力）、４４は実測圧力（実測射出圧力）であり、１次射出領域の設定圧力４３は、速度フィードバック制御される１次射出工程の圧力規制値であり、保圧領域の設定速度４１は、圧力フィードバック制御される保圧工程の速度規制値である。また、４５は保圧切り替え点（１次射出完了点＝保圧開始点）を示しており、図４では、１次射出工程のデータ表示領域に、参考までに保圧工程の実測速度４２と実測圧力４４とが併せて表示されている。

逆流防止弁にバックフローが生じていない正常動作時には、保圧工程の実測速度４２は漸次低減して０（零）に収斂する。これに対し、逆流防止弁にバックフローが生じていると、保圧工程において金型内の樹脂が固化した後は金型内に樹脂を送り込めなくなっているにもかかわらず、逆流防止弁から樹脂がバックフローすることで、このバックフローした分だけスクリュは微速の概略一定速度で前進を続けることになり、これによって、保圧工程の実測速度４２は、概略一定速度である時間を所定時間持続することになる。図４に示した例では、保圧工程の実測速度４２は、概略一定速度である時間を所定時間持続しており、システムコントローラ１のバックフロー判定部９は、保圧工程の実測速度４２が概略一定速度である時間が、例えば１．０秒を超えると、逆流防止弁にバックフローが生じていると判定する。

以上のように本実施形態によれば、システムコントローラ１によって、保圧工程における実測射出速度データを監視して、この実測射出速度データが概略一定速度である時間が所定時間を超えると、逆流防止弁にバックフローが生じていると判定するようにしているので、逆流防止弁にバックフローが生じて、逆流防止弁の交換時期に至ったことを、的確にかつ自動的に判定することができ、この旨を作業者に知らしめることができる。

本発明の一実施形態に係る射出成形機における、制御系の構成を簡略化して示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形機における、逆流防止弁にバックフローが発生してかどうかを判定する処理のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る射出成形機における、表示装置の表示画面上に表示されたバックフローの発生を知らせるウィンドウ表示部の例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形機における、表示装置に表示された射出工程（１次射出工程および保圧工程）の測定データグラフの例を示す説明図である。 インラインスクリュ式の射出成形機のスクリュに設けられた逆流防止弁の例を示す説明図である。

符号の説明

１ システムコントローラ
２ 入力装置
３ 表示装置
４ センサ群
５ ドライバ群
６ 運転条件設定格納部
７ 測定値格納部
８ 運転プロセス制御部
９ バックフロー判定部
１０ 表示処理部
３１ 表示画面
３２ ウィンドウ表示部
４１ 設定速度（設定射出速度）
４２ 実測速度（実測射出速度）
４３ 設定圧力（設定射出圧力）
４４ 実測圧力（実測射出圧力）
４５ 保圧切り替え点
５１ 加熱シリンダ
５２ スクリュ
５３ スクリュ本体
５４ スクリュヘッド
５４ａ 溝
５５ チェックリング
５６ チェックシート（弁座）

Claims (1)

1. 加熱シリンダ内に回転並びに前後進可能に配設されたスクリュを有し、該スクリュに逆流防止弁を備えたインラインスクリュ式の射出成形機において、
   保圧工程における実測射出速度データを監視し、この実測射出速度データが概略一定速度である時間が所定時間を超えると、前記逆流防止弁にバックフローが生じていると判定して、この旨を表示画面に表示するコントローラを備えたことを特徴とする射出成形機。

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