JP6426511B2 - 射出成形機の負荷検出装置 - Google Patents

Description

本発明は射出成形機において使用される負荷検出装置に関する。

一般に、射出成形機や、その射出成形機に組み込まれている金型には、射出圧力、型締力、突出力、ノズルタッチ力等の負荷を実測する様々なセンサが取り付けられている。そして、型閉じ、型締め、射出、保圧、計量、冷却、型開き、突出し等から成る一連の工程を繰り返し実行する成形サイクル中に、これらのセンサから検出された負荷の実測値を画面に表示したり、成形安定性の評価に使用したり、所定の射出圧力、型締力、突出力、ノズルタッチ力を発生させるために、これらのセンサの検出値をフィードバック制御することが行われている。

射出圧力、型締力、突出力、ノズルタッチ力等、射出成形機における圧力や力を検出するためのセンサとして、歪ゲージや、歪ゲージのブリッジ回路の電圧を圧力に換算するロードセルが用いられている。具体的には、ロードセル本体に貼り付けられたブリッジ回路を構成する歪ゲージの抵抗変化による当該ブリッジ回路の電位差から、作用している圧力荷重が測定される。

ロードセルの構成として、複数位置に歪ゲージを設けてブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の出力を用いて、歪ゲージに作用する複数の作用力のうちから所定の作用力を測定するようにして、歪ゲージの温度を検出する温度センサを備えて、ブリッジ回路の出力を補償することも従来から行われている。

特許文献１には、複数の圧力検出器を備えておき、圧力検出器の温度と出力値との相関関係を記憶しておき、温度検出部により検出された温度と相関関係を用いて、圧力検出器の出力値を補正して補正圧力値を算出する技術が開示されている。
特許文献２には、射出成形機の型締装置の構成部材の歪量を検知する歪センサ部を有し、歪センサで検知した歪量を型締力に換算することにより型締力を検知して、型締力をフィードバックする技術が開示されている。

特許文献３には、射出成形機において歪みが検出される部分に歪みセンサーを有し、ノズルタッチ力と歪みセンサーの検出値によって、ノズルタッチ力をフィードバック制御する技術が開示されている。
特許文献４には、射出成形機の金型に付設した圧力センサにより金型の内圧を検出するに際し、突出し終了後の所定期間に、その所定期間における圧力センサの出力に基づく圧力検出値を補正値として記憶して、その補正値を用いて圧力検出値を補正する技術が開示されている。

特開２００８−５５７１４号公報 特開平９−１８７８５３号公報 特開平２−４５１１３号公報 特開平７−７６０３４号公報

歪ゲージや、その歪ゲージを用いたロードセルは、周囲の温度によって出力値が変化するという、温度ドリフトと呼ばれる現象が発生することが知られている。このように温度ドリフトが発生すると、圧力値を正確に検出できないことがある。これを解消するために、特許文献１に開示されている技術においては、周囲温度を測定する温度センサを設け、実測された温度に基づいて出力値を補正することが行われている。また、特許文献４に開示されている技術においては、突出し終了後に金型内圧が零になる期間があることに着目し、この検出期間における検出値を補正値として記憶して、その後の検出における温度ドリフトの補正値として利用することが行われている。

しかしながら、特許文献１に開示されている技術は、出力値の補正のために、別途温度センサを設ける必要があり、コストアップにつながるおそれがある。また、特許文献４に開示されている技術は、温度センサを設ける必要はないが、成形サイクル中に圧力が零になる期間が必要である。したがって、圧力センサに常時負荷が加わる場所に使用されているセンサの温度ドリフト補正には適用できないという問題があった。

そこで本発明は、別途温度センサを設ける必要がなく、簡単な方法で常時負荷が加わる場所で使用されているセンサの温度ドリフト補正を行うことができる射出成形機の負荷検出装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明では、樹脂を金型内に射出するノズルを備えた射出装置と、前記金型内に射出された前記樹脂を型締めする型締装置と、前記型締装置による型締後の成形品を突出しする突出装置と、を備えた射出成形機における負荷を検出する第１のセンサと第２のセンサとを備えた射出成形機の負荷検出装置において、前記第１のセンサに加わる負荷が無負荷の状態で前記第１のセンサの検出値を取得する検出値取得手段と、前記検出値取得手段で取得した検出値に基づいて、前記射出成形機の周囲温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段によって推定された周囲温度に基づいて前記第２のセンサの検出値を補正する検出値補正手段と、を備えたことを特徴とする射出成形機の負荷検出装置が提供される。

請求項１に係る発明では、無負荷の状態が存在する第１のセンサにおいて無負荷の状態での検出値を取得し、その検出値に基づいて、第２のセンサの検出値を補正するようにしたことによって、センサの補正のために別途温度センサ等を設ける必要なく、また、第２のセンサに無負荷の状態が存在しない場合であっても、第１のセンサにおいて無負荷の状態での検出値を取得することで、第２のセンサの検出値を適切に補正することが可能となる。

本願の請求項２に係る発明では、前記第１のセンサは、前記型締装置の型締力を検出する型締力センサ、前記突出装置の突出し力を検出する突出力センサのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の負荷検出装置が提供される。
本願の請求項３に係る発明では、前記第２のセンサは、前記射出装置または前記ノズル内部の樹脂圧力を検出する射出圧力センサ、前記ノズルの前記金型への接触力を検出するノズルタッチ力センサのいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載の射出成形機の負荷検出装置が提供される。

本発明により、別途温度センサを設ける必要がなく、簡単な方法で常時負荷が加わる場所で使用されているセンサの温度ドリフト補正を行うことができる射出成形機の負荷検出装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態における射出成形機の構成を示す図である。 無負荷時の第１のセンサの検出値と周囲温度との関係を示したグラフである。 第２のセンサの検出値の補正値と周囲温度との関係を示したグラフである。 第２のセンサの補正の様子を示したグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の射出成形機の構成を示す図である。
射出成形機は機台上に射出装置と型締装置を備えている。型締装置は、可動プラテン１２と固定プラテン１４とを備え、可動プラテン１２と固定プラテン１４とは、タイバー１５によって連結されており、可動プラテン１２はタイバー１５に沿って、固定プラテン１４に近づく方向と遠ざかる方向に移動可能とされている。また、可動プラテン１２には可動側金型１６が装着されており、固定プラテン１４には固定側金型１８が装着されている。

可動プラテン１２は、型締用モータＭ１の回転によりタイバー１５に沿って移動する。可動側金型１６と固定側金型１８とが接触した後もさらに型締用モータＭ１の回転を継続することによって、型締めを行うことができる。その際に発生する型締力は、型締力センサＳ１によって検出する。
型締動作後、成形された成形品は突出用モータＭ２を回転させることによって、エジェクタ（突出装置）１７を駆動させて成形品の突出しを行う。その際に発生する突出力は、突出力センサＳ２によって検出する。

射出装置は、主として樹脂を貯留するホッパ３２と、射出シリンダ３４と、射出シリンダ３４内に設けられたスクリュ３６と、射出シリンダ３４の先端に設けられたノズル３８と、射出シリンダ３４とノズル３８とを固定側金型１８に近づく方向と遠ざかる方向の移動させるためのボールねじ３９とから構成される。ホッパ３２内に貯留された樹脂は、射出シリンダ３４内に投入される。そして、図示しないヒータによって加熱されながら、スクリュ回転用モータＭ４の回転によりスクリュ３６が回転され、樹脂が溶融しながら射出シリンダ３４の先端部方向に搬送される。このときの射出シリンダ３４の内部の圧力は、射出圧力センサＳ３によって検出される。

また、ノズル前後進用モータＭ５を回転させることによって、ボールねじ３９に沿って、射出シリンダ３４とその先端に設けられたノズル３８とが前後進する。ノズル３８を固定側金型１８方向に前進させることによって、ノズル３８が固定側金型１８に接触する。その際に発生するノズルタッチ力は、ノズルタッチ力センサＳ４によって検出される。
ノズル３８が固定側金型１８に接触して所定のノズルタッチ力が発生した後、射出用モータＭ３の駆動により、射出シリンダ３４内部の溶融された樹脂が固定側金型１８内に射出される。

各モータには、それぞれのモータを駆動するためのアンプが接続されており、図１に示されているように、サーボアンプ３０ａが型締用モータＭ１、突出用モータＭ２を制御しており、サーボアンプ３０ｂがスクリュ回転用モータＭ４を制御し、サーボアンプ３０ｃが、射出用モータＭ３、ノズル前後進用モータＭ５を制御している。
サーボＣＰＵ２０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ＲＯＭ２２やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ２１が接続されている。

各モータの動作状況等はサーボＣＰＵ２０に入力される。また、型締力センサＳ１と突出力センサＳ２との検出値は、Ａ／Ｄ変換器２３ａを通じてサーボＣＰＵ２０に入力され、射出圧力センサＳ３とノズルタッチ力センサＳ４との検出値は、Ａ／Ｄ変換器２３ｂを通じてサーボＣＰＵ２０に入力される。

ＰＭＣＣＰＵ２４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ＲＡＭ２５が接続されている。ＣＮＣＣＰＵ２７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ＲＯＭ２９および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ２８が接続されている。

液晶表示装置などで構成される表示装置を有するＬＣＤ／ＭＤＩ（表示装置付き入力装置）４２は、ＬＣＤ表示回路４１を介してバス２６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ＲＡＭ４０もバス２６に接続されている。この成形データ保存用ＲＡＭ４０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、マクロ変数等が記憶されている。

以上の構成により、ＰＭＣＣＰＵ２４が射出成形機全体のシーケンス動作を制御し、ＣＮＣＣＰＵ２７がＲＯＭ２９の運転プログラムや成形データ保存用ＲＡＭ４０に格納された成形条件等に基づいて各モータに対して移動指令の分配を行ない、サーボＣＰＵ２０は、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のサーボ制御を行い、いわゆるデジタルサーボ処理を実行する。

次に、本実施形態の動作について説明する。まず、射出成形機に取り付けられている複数のセンサのうち、成形サイクル中に概ね無負荷となることがあるセンサを抽出する。射出成形機において、型締力は可動側金型１６と固定側金型１８が閉鎖している際に発生するが、両金型が開いている状態では発生しない。そのため、型締力センサＳ１については、両金型が開いている状態の時に概ね無負荷となる状態となる。また、エジェクタ１７を駆動させて成形品の突出しを行う際に発生する突出力を検出する突出力センサＳ２についても、突出しを行っていない期間は概ね無負荷となる状態となる。

このため、型締力センサＳ１、突出力センサＳ２は第１のセンサとして使用可能である。図２は、これらの第１のセンサにおける、無負荷時の第１のセンサの検出値と周囲温度との間の関係を示したグラフである。検出値と周囲温度との関係は、実測によってあらかじめ求めておくこともできるし、第１のセンサの歪ゲージの金属抵抗体の線膨張係数や歪みゲージの被測定体の線膨張係数から求めることもできる。いずれにせよ、無負荷時の第１のセンサの検出値と周囲温度との間には相関があり、無負荷時の第１のセンサの検出値を求めることによって、周囲温度を推定することが可能である。

ここで、射出成形機に取り付けられている複数のセンサのうち、射出圧力センサＳ３及びノズルタッチ力センサＳ４については、常に負荷がかかっているため、概ね無負荷となる状態が存在しない。これらのセンサを第２のセンサとすると、これらの第２のセンサについては各成形サイクルごとに、無負荷状態を作り出すことができない。図３は、第２のセンサの検出値の補正値と周囲温度との関係を示したグラフである。これらの関係についても、あらかじめ実測によって求めておくこともできるし、第２のセンサの歪ゲージの金属抵抗体の線膨張係数や歪ゲージの被測定体の線膨張係数から求めることもできる。

これらの関係を用いて、まず図２の関係を用いて、第１のセンサの無負荷時の検出値から、その成形サイクルにおける周囲の温度を推定し、次に図３の関係を用いて、推定された周囲温度に基づいて、その成形サイクルにおける第２のセンサのセンサ検出値の補正値を求める。これにより、図４に示されているように、第２のセンサの検出値を、周囲温度の推定値に基づいて補正することが可能となる。
ここで、射出成形機内部の温度は概ね同様の温度となることから、第１のセンサの検出値に基づいて推定された射出成形機の周囲温度の値を、そのまま第２のセンサの補正値を求める際に使用することができるが、第１のセンサの設置箇所と第２のセンサの設置箇所によって、温度に差が出る場合などには、両者の関係をあらかじめ求めておいて、第１のセンサの検出値に基づいて推定された周囲温度を補正した上で、その温度補正値に基づいて、第２のセンサ検出値の補正値を求めるようにすることも可能である。

なお、本実施形態においては、無負荷時の第１センサの検出値から周囲温度を求めた後で、さらに周囲温度からこの第２のセンサの検出値を補正するようにしたが、第１のセンサと第２のセンサの歪ゲージの負荷に対する出力特性が同じである場合には、周囲温度を推定し、さらに推定した周囲温度からセンサの検出値を補正する処理を省略して、無負荷時の第１のセンサの検出値を直接、第２のセンサの補正値としてもよい。

また、上述した無負荷時の第１センサの検出値の取得と、第２のセンサの検出値の補正は、毎成形サイクル行ってもよいし、所定成形サイクル毎に行ってもよい。あるいは、無負荷時の第１のセンサの検出値の取得を所定成形サイクルにわたって行った後、取得した検出値を平均化した上で第２のセンサの検出値を補正することもできる。

さらに、本実施形態においては、第１のセンサとして型締力センサＳ１、突出力センサＳ２を用い、第２のセンサとして射出圧力センサＳ３、ノズルタッチ力センサＳ４を用いた例で説明したが、第１のセンサとしては、成形サイクル中に概ね無負荷に近い状態が生じるセンサであれば、その他のセンサを用いることもでき、第２のセンサとしても、成形サイクル中に無負荷状態が発生しないセンサとして、他のセンサを用いることも可能である。

１２ 可動プラテン
１４ 固定プラテン
１５ タイバー
１６ 可動側金型
１７ エジェクタ
１８ 固定側金型
Ｍ１ 型締用モータ
Ｍ２ 突出用モータ
Ｍ３ 射出用モータ
Ｍ４ スクリュ回転用モータ
Ｍ５ ノズル前後進用モータ
Ｓ１ 型締力センサ
Ｓ２ 突出力センサ
Ｓ３ 射出圧力センサ
Ｓ４ ノズルタッチ力センサ

Claims (3)

1. 樹脂を金型内に射出するノズルを備えた射出装置と、前記金型内に射出された前記樹脂を型締めする型締装置と、前記型締装置による型締後の成形品を突出しする突出装置と、
   を備えた射出成形機における負荷を検出する第１のセンサと第２のセンサとを備えた射出成形機の負荷検出装置において、
   前記第１のセンサに加わる負荷が無負荷の状態で前記第１のセンサの検出値を取得する検出値取得手段と、
   前記検出値取得手段で取得した検出値に基づいて、前記射出成形機の周囲温度を推定する温度推定手段と、
   前記温度推定手段によって推定された周囲温度に基づいて前記第２のセンサの検出値を補正する検出値補正手段と、を備えた
   ことを特徴とする射出成形機の負荷検出装置。
2. 前記第１のセンサは、前記型締装置の型締力を検出する型締力センサ、前記突出装置の突出し力を検出する突出力センサのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の負荷検出装置。
3. 前記第２のセンサは、前記射出装置または前記ノズル内部の樹脂圧力を検出する射出圧力センサ、前記ノズルの前記金型への接触力を検出するノズルタッチ力センサのいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載の射出成形機の負荷検出装置。