WO2021074964A1 - 成形機 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a molding machine, for example, a molding machine having a cylinder and a screw built in the cylinder.
- the molding machine has a cylinder and a screw built in the cylinder, and the raw material introduced into the cylinder is kneaded, transported, melted, etc. by the screw rotating in the cylinder.
- a molding machine for example, there is an extruder.
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-129870 describes a technique related to an extruder.
- the molding machine has a cylinder, a screw built in the cylinder, and a state detection device.
- the state detection device includes a sensor for detecting the state of the screw.
- the state detection device is attached to the screw outside the cylinder.
- the molding machine has a cylinder, a screw built in the cylinder, a shaft connected to the screw outside the cylinder, and a state detection device. ..
- the state detection device includes a sensor for detecting the state of the screw.
- the state detection device is attached to one or both of the screw and the shaft outside the cylinder.
- the state of the screw of the molding machine can be accurately detected.
- FIG. 1 is a side view of the molding machine (molding apparatus) 1 according to the present embodiment
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a screw 3 of the molding machine 1
- FIG. 3 is a plan view of a main part of the molding machine 1.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the molding machine 1.
- FIG. 2 the mounting position of the telemeter 11 is shown by a dotted line.
- FIG. 3 shows a plan view (top view) of the region RG1 shown in FIG. 1 as viewed from above.
- the cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3 corresponds to FIG.
- Molding machine 1 is a molding machine that performs resin molding.
- the molding machine 1 is an extruder will be described as an example, but as another embodiment, the molding machine 1 includes an injection molding machine, a magnesium molding machine, a granulator, a film making machine, and a hollow. A molding machine or the like can also be applied.
- the molding machine 1 shown in FIGS. 1 to 4 has a cylinder (barrel) 2, a screw 3 built in the cylinder 2 for kneading, transporting, and melting the raw material resin, and a screw 3 in the cylinder 2. It has a rotation drive mechanism 4 for the purpose and a die (mold) 5 attached to the downstream end of the cylinder 2.
- the molding machine 1 is arranged on the support base 6.
- the temperature of the cylinder 2 is controlled by a temperature adjusting means (temperature adjusting mechanism) (not shown) such as a heater.
- An opening (not shown) is formed on the upper surface of the cylinder 2 so that a raw material (resin or the like) can be introduced into the cylinder 2.
- the rotation drive mechanism 4 includes a motor 4a and a speed reducer 4b connected to the motor 4a.
- the speed reducer 4b is interposed between the motor 4a and the screw 3, and the rotational motion of the motor 4a is transmitted to the screw 3 via the speed reducer 4b, whereby the screw 3 is rotated.
- the tip end of the output shaft (output shaft) 7 of the speed reducer 4b and the rear end of the screw 3 are connected (fixed) by a joint (connecting portion, connecting means) 8, and the output shaft 7 As the screw rotates, the screw 3 also rotates together.
- the joint 8 is a member (connecting member) that connects the output shaft 7 and the screw 3.
- the speed reducer 4b has a function of converting (decelerating) the rotation speed of the motor 4a into a rotation speed suitable for the screw 3.
- the output shaft 7 of the speed reducer 4b rotates at a rotation speed lower than the rotation speed of the motor, and the screw 3 connected to the output shaft 7 is the output shaft. It rotates at the same rotation speed as 7.
- the desired filler is supplied into the cylinder 2 from the filler supply device.
- the screw 3 is rotatably inserted (rotatably) and built in.
- the molding machine 1 in this case can be regarded as a twin-screw extruder.
- the two screws 3 are arranged so as to mesh with each other and rotate.
- a twin-screw extruder in this case, two screws
- a single-screw extruder in this case, two screws
- An extruder having one screw) or three or more screws can also be applied.
- Each screw 3 is built in the cylinder 2, but a part of each screw 3 is located outside the cylinder 2. Specifically, a part of each screw 3 projects from the rear end (upstream side end) of the cylinder 2.
- the output shaft 7 of the speed reducer 4b is connected to the screw 3 of the portion protruding from the rear end (upstream side end) of the cylinder 2 via the joint 8.
- the screw 3 and the output shaft 7 are connected via a joint 8 so that the central axis (rotation center axis) of the screw 3 and the center axis (rotation center axis) of the output shaft 7 coincide with each other.
- the "downstream side” means the downstream side of the resin flow in the cylinder 2
- the "upstream side” means the inside of the cylinder 2. It means the upstream side of the resin flow. Therefore, in the cylinder 2, the side closer to the tip of the cylinder 2 is the downstream side, and the side far from the tip of the cylinder 2 is the upstream side. Therefore, the rear end of the cylinder 2 is the upstream end of the cylinder 2.
- the tip of the cylinder 2 corresponds to the end of the cylinder 2 on the side where the molten resin (resin kneaded product) is extruded, and the die 5 is attached to the tip of the cylinder 2.
- the die 5 can function to form the molten resin extruded from the cylinder 2 into a predetermined cross-sectional shape and discharge it.
- the die 5 is a die (die) for extrusion molding.
- the molding machine 1 of the present embodiment further has a telemeter 11 as a state detection device.
- the telemeter 11 as a state detection device is provided to detect the state of the screw 3. Therefore, the telemeter 11 includes a sensor 23, which will be described later, for detecting the state of the screw 3.
- the telemeter 11 can also be regarded as a measuring device. In the molding machine 1 of the present embodiment, it is possible to supply power to the telemeter 11 in a wireless manner and to transmit data (signal transmission) in a wireless manner from the telemeter 11.
- the telemeter 11 is attached to the screw 3 and can function to detect the state of the screw 3.
- the telemeter 11 is attached to the screw 3 not inside the cylinder 2 but outside the cylinder 2. That is, the telemeter 11 is attached to the screw 3 at a portion located outside the cylinder 2. Specifically, a part of each screw 3 protrudes from the rear end (upstream end) of the cylinder 2, and a telemeter is attached to the screw 3 protruding from the rear end (upstream end) of the cylinder 2. 11 is attached. Therefore, a telemeter 11 is attached to the screw 3 between the rear end (upstream side end) of the cylinder 2 and the joint 8.
- the screw 3 has a screw shaft 3a and a plurality of screw pieces 3b attached to the screw shaft 3a (see FIG. 2).
- the screw piece 3b is attached to a portion of the screw shaft 3a located inside the cylinder 2.
- the flight of the screw 3 is formed on the screw piece 3b.
- a flight is formed on the surface of the screw 3 (the surface formed by the screw piece 3b).
- the screw shaft 3a has a cylindrical shape.
- the diameter of the screw shaft 3a of the portion to which the screw piece 3b is attached is smaller than the diameter of the screw shaft 3a of the portion to which the screw piece 3b is not attached.
- the screw piece 3b is not attached to the screw shaft 3a of the portion located outside the cylinder 2, and therefore to the screw shaft 3a of the portion protruding from the rear end (upstream side end portion) of the cylinder 2. Therefore, the screw 3 of the portion protruding from the rear end (upstream side end portion) of the cylinder 2 is composed of the screw shaft 3a, and the flight is not formed.
- the telemeter 11 is attached to the screw 3 outside the cylinder 2. Specifically, the telemeter 11 is attached to the screw shaft 3a of the screw 3 outside the cylinder 2.
- the telemeter 11 since the telemeter 11 is attached to the screw 3 outside the cylinder 2, the telemeter 11 can be attached to the screw 3 without the cylinder 2 getting in the way.
- the molding machine 1 has a base portion 12 for supplying power (power supply) to the telemeter 11 and receiving data (signal) sent from the telemeter 11. have.
- the base portion 12 is arranged at a position facing the telemeter 11 attached to the screw 3. Specifically, the base portion 12 is arranged below the telemeter 11 attached to the screw 3. When the screw 3 rotates, the telemeter 11 rotates together with the screw 3. Therefore, the base portion 12 and the telemeter 11 are not in contact with each other so that the rotation of the telemeter 11 is not hindered, and a gap exists between the base portion 12 and the telemeter 11.
- the base portion 12 and the telemeter 11 are not connected by wiring (that is, are not connected by wire), and wireless communication is possible. Therefore, the distance between the base unit 12 and the telemeter 11 is set to an interval that enables wireless power transmission from the base unit 12 to the telemeter 11 and wireless data transmission from the telemeter 11 to the base unit 12. Has been done.
- the molding machine 1 is a twin-screw extruder having two screws 3, or if the molding machine 1 is an extruder having three or more screws 3, a telemeter 11 is attached to each screw 3. Is preferable.
- the base portion 12 may be provided so as to face the plurality of telemeters 11.
- the form of the base portion 12 differs depending on the communication method.
- the base portion 12 can be divided or the base portion 12 can be arranged far away by using an antenna.
- FIG. 5 is a block diagram (circuit block diagram) showing the configurations of the telemeter 11 and the base portion 12.
- the portion surrounded by the dotted line is included in the telemeter 11
- the portion surrounded by the alternate long and short dash line is included in the base portion 12.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of the molding machine 1, and a part of FIG. 4 is enlarged and shown. That is, FIG. 6 shows a cross-sectional view of the telemeter 11 and the screw 3 at the position where the telemeter 11 is attached to the screw 3.
- FIG. 6 shows a cross-sectional view of the telemeter 11 and the screw 3 at the position where the telemeter 11 is attached to the screw 3.
- FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing a part of FIG. 6 in an enlarged manner, and the region RG2 surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 6 is shown in an enlarged manner.
- the enlarged view of the region RG3 of FIG. 6 corresponds to the case where the upper and lower sides of FIG. 7 are inverted and the reference numeral 26a indicating the housing 26a is changed to the reference numeral 26b indicating the housing 26b.
- FIG. 6 is a cross-sectional view, hatching is omitted in order to make the drawing easier to see.
- FIG. 8 is a plan view of a main part of the telemeter 11, showing a planar positional relationship between the sensor 23, the elastic sheet 41, the metal plate 42, the nut plate 43, and the bolt 44.
- the metal plate 42 is not shown in FIG. 8, the outer peripheral position of the metal plate 42 substantially coincides with the outer peripheral position of the elastic sheet 41.
- the telemeter 11 includes a power receiving coil 21, an AC / DC converter 22, a sensor 23, a processor (control unit, a semiconductor chip for control) 24, a data transmitting coil 25, and the like.
- the base unit 12 includes an oscillator 31, a transmission coil 32, a data reception coil 33, an AD converter (analog-digital converter) 34, and a processor (control unit, control semiconductor chip) 35. Includes.
- Power is supplied to the telemeter 11 from the power supply (external power supply) 36 provided outside the base unit 12 via the base unit 12. Specifically, the electric power supplied from the power supply 36 to the base portion 12 is sent to the power transmission coil 32 via the oscillator 31, and an alternating current flows through the power transmission coil 32.
- the power transmission coil 32 of the base portion 12 functions as a primary coil
- the power receiving coil 21 of the telemeter 11 functions as a secondary coil. Current flows. That is, power is supplied wirelessly from the power transmission coil 32 of the base portion 12 to the power reception coil 21 of the telemeter 11. Therefore, the base unit 12 includes a power supply unit for the telemeter 11 (here, an oscillator 31, a power transmission coil 32, and the like).
- the alternating current power (alternating current) sent to the power receiving coil 21 is converted into direct current power (direct current) by the AC / DC converter 22 and supplied to the sensor 23 and the processor 24.
- the sensor 23 detects the state of the screw 3.
- the state of screw 3 includes torsional strain, bending strain, thermal strain, torque, bending, degree of deformation, mode of deformation, vibration, degree of vibration, vibration mode, or fatigue due to their accumulation, degree of fatigue, and the like. included.
- the state detection device here, the telemeter 11
- the telemeter 11 may be equipped with various sensors and may estimate the state in a complex manner using the sensor data.
- the sensor 23 is a sensor that detects the deformation (shape change, strain) of the screw 3, and since it is, for example, a strain gauge, the deformation (shape change, strain) of the screw 3 is detected. , It can be detected as a resistance change of the resistor constituting the sensor (strain gauge).
- sensors included in the state detection device include displacement sensors, speed sensors, accelerometers, temperature sensors, gyro sensors, humidity sensors, chromaticity / optical sensors, microphones and the like.
- the processor 24 controls the sensor 23 and sends a signal (data signal) according to the state (deformation, shape change) of the screw 3 detected by the sensor 23 to the data transmission coil 25.
- the data transmission coil 25 of the telemeter 11 functions as a primary coil
- the data reception coil 33 of the base portion 12 functions as a secondary coil, so that the data transmission coil 25 of the telemeter 11 moves to the data reception coil 33 of the base portion 12.
- Signals (data signals) are sent wirelessly. That is, data is transmitted wirelessly from the data transmission coil 25 of the telemeter 11 to the data reception coil 33 of the base unit 12.
- the signal (data signal) sent to the data receiving coil 33 is converted by the AD converter 34, subjected to necessary processing by the processor 35, and sent to the external personal computer (external PC) 37 of the base unit 12.
- the personal computer 37 performs necessary processing and recording of data. Therefore, the base unit 12 includes a communication unit (here, a data receiving coil 33, an AD converter 34, a processor 35, etc.) with the telemeter 11.
- the molding machine 1 can be managed and the manufacturing process using the molding machine 1 can be managed. For example, the state of the screw 3 can be confirmed, the replacement time of the screw 3 can be determined, or the continuous operation time of the molding machine 1 can be set or changed.
- wireless power supply wireless power supply
- environmental power generation power generation by vibration, light, heat, electromagnetic waves, etc.
- the telemeter 11 includes a housing (resin housing) 26 that defines the overall shape of the telemeter 11, a power receiving coil 21, an AC / DC converter 22, a sensor 23, a processor 24, and data. It has a transmission coil 25.
- the housing 26 is preferably made of a non-conductor (insulator), and a resin (resin material) can be preferably used.
- a resin resin material
- the housing 26 is made of a metal material, there is a concern that the housing 26 may adversely affect the transmission and reception of electric power and signals (data) between the telemeter 11 and the base portion 12. Therefore, it is desirable to form the housing 26 with a material that does not interfere with the transmission and reception of electric power and signals (data) between the telemeter 11 and the base portion 12. Therefore, by forming the housing 26 from a material other than metal, preferably a non-conductor (for example, resin), the housing 26 can transmit and receive electric power and signals (data) between the telemeter 11 and the base portion 12.
- the non-conductor constituting the housing 26 can be suppressed or prevented from having an adverse effect.
- a resin resin material
- the housing 26 can be easily manufactured and handled.
- ceramic or the like can be used in addition to the resin.
- the power receiving coil 21, the AC / DC converter 22, the processor 24, and the data transmitting coil 25 are built in the housing 26.
- each of the power receiving coil 21, the AC / DC converter 22, the processor 24, and the data transmitting coil 25 is embedded in the housing 26, but as another form, it is recessed in the housing 26. Can also be provided and placed in the recess.
- the power receiving coil 21, the AC / DC converter 22, the sensor 23, the processor 24, and the data transmitting coil 25 are electrically connected to each other through wiring or the like provided in the housing 26, if necessary.
- the sensor 23 is arranged in a recess 27 provided on the inner surface side of the housing 26.
- the inner surface of the housing 26 corresponds to the surface facing the surface of the screw 3, and the outer surface of the housing 26 corresponds to the surface opposite to the inner surface of the housing 26.
- the sensor 23 is in contact with the surface (outer surface, outer circumference) of the screw 3.
- the sensor 23 is a sensor that detects deformation (shape change, strain) of the screw 3, and is, for example, a strain gauge. Therefore, the sensor 23 includes a resistor, and when the screw 3 is deformed, the resistance of the resistor included in the sensor 23 changes. As a result, the deformation of the screw 3 can be detected as a resistance change of the resistor included in the sensor 23. Therefore, the sensor 23 is preferably brought into close contact with the surface of the screw 3, whereby the deformation of the screw 3 can be accurately detected by the sensor 23. Therefore, the sensor 23 is preferably pressed against the surface of the screw 3, and in the present embodiment, a structure capable of this is adopted.
- the sensor (strain gauge) 23 is attached to the elastic sheet (elastic body sheet) 41.
- the sensor 23 is attached to the lower surface of the elastic sheet 41, and the wiring 46 connected to the sensor 23 is also arranged on the lower surface of the elastic sheet 41. Therefore, the sensor 23 is in contact with the elastic sheet 41, and specifically, is in contact with the lower surface of the elastic sheet 41.
- the lower surface of the elastic sheet 41 corresponds to the surface of both sides of the elastic sheet 41 that faces the surface of the screw 3.
- the upper surface of the elastic sheet 41 is a surface opposite to the lower surface of the elastic sheet 41, and therefore corresponds to a surface of the elastic sheet 41 opposite to the side in contact with the sensor 23. Therefore, the sensor 23 is located between the elastic sheet 41 and the screw 3. The sensor 23 is pressed against the screw 3 by the elastic sheet 41.
- the elastic sheet 41 is made of an elastic body, for example, silicone rubber.
- the plane dimension (flat area) of the elastic sheet 41 is larger than the plane dimension (flat area) of the sensor 23, and the sensor 23 is included in the elastic sheet 41 in a plan view.
- the planar shape of the elastic sheet 41 can be selected from various shapes, and can be, for example, a rectangular shape.
- a metal plate (metal plate) 42 is arranged on the elastic sheet 41, that is, on the upper surface of the elastic sheet 41.
- the plane shape and plane dimensions (flat area) of the metal plate 42 are substantially the same as the plane shape and plane dimensions (flat area) of the elastic sheet 41.
- the metal plate 42 is in contact with the upper surface of the elastic sheet 41. Therefore, the elastic sheet 41 is interposed between the metal plate 42 and the sensor 23, and the metal plate 42 is not in contact with the sensor 23.
- the metal plate 42 is a plate-shaped (plate-shaped) member, but is not flat but curved. That is, the lower surface of the metal plate 42 (the surface on the side in contact with the elastic sheet 41) is a curved surface.
- the lower surface of the metal plate 42 preferably has a curved surface corresponding to the surface of the screw 3 at the portion where the telemeter 11 is attached. Specifically, the lower surface of the metal plate 42 and the surface of the screw 3 are in a state where the metal plate 42 is pressed against the surface of the screw 3 via the elastic sheet 41 and the sensor 23 by the bolts (screws, screw members) 44. It is preferable that the metal plate 42 is curved so as to be substantially parallel. Therefore, the radius of curvature of the lower surface of the metal plate 42 is preferably about the same as the radius of curvature of the surface of the screw 3 where the telemeter 11 is attached.
- the lower surface of the metal plate 42 corresponds to the surface of both sides of the metal plate 42 that comes into contact with the elastic sheet 41.
- the upper surface of the metal plate 42 is the surface opposite to the lower surface of the metal plate 42, and therefore corresponds to the surface of the metal plate 42 opposite to the side in contact with the elastic sheet 41.
- the metal plate 42 is pressed against the elastic sheet 41 by bolts 44.
- the nut plate 43 is arranged on the metal plate 42, that is, on the upper surface of the metal plate 42.
- the nut plate 43 is made of a metal material and is a plate-shaped (plate-shaped) member.
- the nut plate 43 is formed with a screw hole 43a penetrating the nut plate 43, and a screw thread is formed on the side surface (inner wall surface) of the screw hole 43a.
- a bolt 44 is inserted into the screw hole 43a of the nut plate 43.
- the nut plate 43 can function as a nut for the bolt 44.
- the bolt 44 can also be regarded as a screw (screw member).
- the bolt 44 has a screw portion 44a having a thread formed on a side surface thereof, and a head portion 44b connected to the screw portion 44a and having a plane dimension larger than that of the screw portion 44a.
- the shape (structure) of the bolt (screw) 44 can be variously changed.
- a screw member having no portion corresponding to the head 44b can be used instead of the bolt 44.
- the nut plate 43 has a larger planar dimension (flat area) than a normal nut, and preferably, the flat area of the nut plate 43 is 6 times or more the flat area of the screw hole 43a of the nut plate 43. Further, in the case of FIG.
- the plane dimension (flat area) of the nut plate 43 is slightly smaller than the plane dimension (flat area) of the metal plate 42, but the present invention is not limited to this.
- the lower surface of the nut plate 43 corresponds to the surface of both sides of the nut plate 43 that faces the metal plate 42.
- the upper surface of the nut plate 43 is a surface opposite to the lower surface of the nut plate 43.
- the upper surface of the nut plate 43 comes into contact with the housing 26.
- a force that pushes up the housing 26 upward is applied to the contact portion of the housing 26.
- the upper surface of the nut plate 43 is pressed against the bottom surface of the recess 27b of the housing 26, and the nut plate 43 pushes the bottom surface of the recess 27b of the housing 26 upward (in the direction away from the screw 3).
- the nut plate 43 having a larger plane dimension (flat area) than the normal nut since the nut plate 43 having a larger plane dimension (flat area) than the normal nut is used, it is assumed that the nut plate 43 exerts a force to push up the bottom surface of the recess 27b of the housing 26. However, the force does not work locally in a small area, but is distributed throughout the nut plate 43. Therefore, on the bottom surface of the recess 27b of the housing 26, the housing 26 is less likely to be damaged, and it is possible to suppress or prevent the housing 26 from being damaged. As a result, the thickness of the housing 26 can be reduced.
- the screw portion 44a of the bolt 44 is inserted into the screw hole 43a of the nut plate 43, and the plane dimension (flat area) of the head 44b of the bolt 44 is larger than the plane dimension (flat area) of the screw hole 43a. .. Since the bolt 44 is inserted into the screw hole 43a of the nut plate 43 from the upper surface side of the nut plate 43, the head 44b of the bolt 44 protrudes from the upper surface of the nut plate 43. Further, the length of the threaded portion 44a of the bolt 44 is larger than the thickness of the nut plate 43, and a part of the threaded portion 44a of the bolt 44 projects from the lower surface of the nut plate 43.
- the amount of protrusion (protruding length) of the screw portion 44a from the lower surface of the nut plate 43 can be controlled by adjusting the tightening condition of the bolt 44. That is, when the tightening condition of the bolt 44 is loosened, the amount of protrusion of the screw portion 44a from the lower surface of the nut plate 43 becomes smaller, and when the tightening condition of the bolt 44 is tightened, the amount of protrusion of the screw portion 44a from the lower surface of the nut plate 43 becomes smaller. Becomes larger.
- the bolt 44 can act to push the metal plate 42 toward the screw 3. That is, the metal plate 42 is pressed against the elastic sheet 41 by the bolt 44.
- the force with which the tip of the screw portion 44a of the bolt 44 pushes the metal plate 42 can be controlled by adjusting the tightening condition of the bolt 44.
- the bolt 44 By tightening the bolt 44, the amount of protrusion of the screw portion 44a from the lower surface of the nut plate 43 can be increased, and the force with which the tip of the screw portion 44a of the bolt 44 pushes the metal plate 42 can be increased.
- the bolt 44 is tightened, the upper surface of the nut plate 43 comes into contact with the housing 26 (the bottom surface of the recess 27b) and acts to push the contact portion of the housing 26.
- the metal plate 42 can act to push the elastic sheet 41 in the direction toward the screw 3.
- the elastic sheet 41 is pushed by the metal plate 42, the elastic sheet 41 is pressed against the surface of the screw 3, so that the sensor 23 existing between the lower surface of the elastic sheet 41 and the surface of the screw 3 is also pressed against the surface of the screw 3. It is pressed, and the adhesion between the sensor 23 and the surface of the screw 3 is improved. That is, the metal plate 42 is pressed against the elastic sheet 41 by the bolt 44, and the sensor 23 is pressed against the screw 3 by the elastic sheet 41, so that the adhesion between the sensor 23 and the surface of the screw 3 can be improved.
- the metal plate 42 is omitted.
- the tip of the screw portion 44a of the bolt 44 directly pushes the elastic sheet 41. Therefore, at the position where the tip of the screw portion 44a of the bolt 44 pushes the elastic sheet 41, a force that presses the elastic sheet 41 against the surface of the screw 3 acts, but at other positions, the elastic sheet 41 presses the screw 3
- the force pressed against the surface of the screw does not work. That is, the force with which the elastic sheet 41 is pressed against the surface of the screw 3 is locally generated not on the entire elastic sheet 41 but on a part of the elastic sheet 41.
- the force that the sensor 23 existing between the lower surface of the elastic sheet 41 and the surface of the screw 3 is pressed against the surface of the screw 3 is also locally generated not on the entire sensor 23 but on a part of the sensor 23. There is a risk that the adhesion between the 23 and the surface of the screw 3 will decrease.
- the tip of the screw portion 44a of the bolt 44 pushes the metal plate 42, and the metal plate 42 pushes the elastic sheet 41. Since the metal plate 42 is in contact with the elastic sheet 41 and pushes the elastic sheet 41 instead of the tip of the screw portion 44a of the bolt 44, the force with which the elastic sheet 41 is pressed against the surface of the screw 3 is approximately the same as that of the elastic sheet 41. It can be generated throughout. Therefore, the force that the sensor 23 existing between the lower surface of the elastic sheet 41 and the surface of the screw 3 is pressed against the surface of the screw 3 is also generated over almost the entire surface of the sensor 23, so that the sensor 23 and the surface of the screw 3 are in close contact with each other. The sex can be improved. By improving the adhesion between the sensor 23 and the surface of the screw 3, the state of the screw 3 can be accurately detected by the sensor 23.
- the metal plate 42 is not curved and is completely flat.
- the force pushing the elastic sheet 41 increases at the central portion of the metal plate 42, but the force with which the metal plate 42 pushes the elastic sheet 41 decreases as the distance from the central portion of the metal plate 42 increases. Therefore, the force with which the elastic sheet 41 is pressed against the surface of the screw 3 becomes non-uniform, and the force with which the sensor 23 existing between the lower surface of the elastic sheet 41 and the surface of the screw 3 is pressed against the surface of the screw 3 is also non-uniform. Therefore, there is a risk that the adhesion between the sensor 23 and the surface of the screw 3 will decrease.
- the metal plate 42 is not completely flat but curved. Therefore, the force with which the metal plate 42 pushes the elastic sheet 41 can be made substantially uniform regardless of the location of the elastic sheet 41. As a result, the force with which the elastic sheet 41 is pressed against the surface of the screw 3 becomes substantially uniform, and the force with which the sensor 23 existing between the lower surface of the elastic sheet 41 and the surface of the screw 3 is pressed against the surface of the screw 3 is also substantially uniform. Therefore, the adhesion between the sensor 23 and the surface of the screw 3 can be improved. By improving the adhesion between the sensor 23 and the surface of the screw 3, the state of the screw 3 can be accurately detected by the sensor 23.
- the elastic sheet 41 is omitted and the sensor 23 is pressed against the screw 3 by the metal plate 42.
- the surface of the screw 3 at the telemeter mounting position is not a flat surface but a curved surface (curved surface) and the metal plate 42 is not an elastic body and is not easily deformed, the lower surface of the metal plate 42 and the screw 3
- the force with which the sensor 23 existing between the sensor 23 and the surface of the screw 3 is pressed against the surface of the screw 3 becomes non-uniform, and the adhesion between the sensor 23 and the surface of the screw 3 may decrease.
- an elastic sheet 41 made of an elastic body pushes the sensor 23 is adopted.
- the surface of the screw 3 at the position where the telemeter 11 is attached is not a flat surface but a curved surface (curved surface), but since the elastic sheet 41 is made of an elastic body and is easily deformed, the metal plate 42 attaches the elastic sheet 41.
- the elastic sheet can be deformed to match the shape of the gap between the surface of the screw 3 and the lower surface of the metal plate 42.
- the force that the sensor 23 existing between the lower surface of the elastic sheet 41 and the surface of the screw 3 is pressed against the surface of the screw 3 can be made substantially uniform, so that the sensor 23 and the surface of the screw 3 are in close contact with each other.
- the sex can be improved.
- the senor 23 is attached to the surface of the screw 3 by using an adhesive. In this case, if the sensor 23 is attached to the screw 3, the sensor 23 cannot be removed from the screw 3 later. Further, even if the adhesive can be removed with a molten material or the like, the sensor 23 needs to be replaced, which significantly impairs usability.
- the senor 23 is pressed against the surface of the screw 3 instead of being attached to the surface of the screw 3 by using an adhesive. Therefore, when the telemeter 11 is removed from the screw 3, the sensor 23 does not remain attached to the surface of the screw 3, and the sensor 23 can be removed together with the telemeter 11.
- the adhesion between the sensor 23 and the surface of the screw 3 is maintained. Can be improved. By improving the adhesion between the sensor 23 and the surface of the screw 3, the state of the screw can be accurately detected by the sensor 23. Further, since the adhesion between the sensor 23 and the surface of the screw 3 can be efficiently improved with a small force, the load applied to the housing 26 (26a, 26b) can be suppressed. Therefore, damage to the housing 26 made of resin can be suppressed or prevented.
- the sensor 23, the elastic sheet 41, the metal plate 42, and the nut plate 43 are arranged in this order from the side closest to the surface of the screw 3. Therefore, the sensor 23, the elastic sheet 41, the metal plate 42, and the nut plate 43 are arranged (accommodated) in the recess 27 provided on the inner surface side of the housing 26.
- the recess 27 is composed of a recess 27a and a recess 27b provided on the bottom surface of the recess 27a and having the same plane size (flat area) as the recess 27a or smaller than the recess 27, and is composed of a sensor 23, an elastic sheet 41, and a metal.
- the plate 42 is arranged (accommodated) in the recess 27a, and the nut plate 43 is arranged (accommodated) in the recess 27b.
- a hole (through hole) 45 penetrating the housing 26 is formed on the bottom surface of the recess 27b, and the head 44b of the bolt 44 is arranged (accommodated) in the hole 45.
- the tightening condition of the bolt 44 can be adjusted from the outer surface side of the housing 26.
- a bolt 44 coated with an adhesive can also be used, whereby it is possible to prevent the bolt 44 from loosening due to vibration of a machine or the like after the bolt 44 is tightened.
- FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of the molding machine 1, and is a cross-sectional view of the telemeter 11 and the screw 3 at a position where the telemeter 11 is attached to the screw 3.
- FIG. 9 is a cross-sectional view, hatching is omitted in order to make the drawing easier to see.
- the telemeter 11 When the telemeter 11 is attached to the screw 3, the telemeter 11 has a ring-shaped (cylindrical) shape surrounding the screw 3.
- the telemeter 11 has a configuration in which the ring-shaped member is divided into a plurality of (here, two). That is, the housing 26 constituting the telemeter 11 is composed of a plurality of housings, and here, it is composed of a pair (two) housings 26a and 26b.
- the telemeter 11 is attached to the screw 3 by sandwiching the screw 3 between the pair of housings 26a and 26b.
- a common hinge pin 51 penetrates a hinge portion provided at one end of the housing 26a and a hinge portion provided at one end of the housing 26b. ..
- one end of the housing 26a and one end of the housing 26b are connected via the hinge pin 51. Therefore, before the housings 26a and 26b are attached to the screw 3, the housings 26a and 26b can rotate about the hinge pin 51 as an axis.
- the other end of the housing 26a and the other end of the housing 26b are connected using bolts (screws, screw members) 52 and nuts 53.
- the telemeter 11 When removing the telemeter 11 from the screw 3, the telemeter 11 is removed from the screw 3 by removing the bolt 52 from the screw holes of the housings 26a and 26b and rotating the housing 26a and the housing 26b around the hinge pin 51. be able to.
- the housing 26a and the housing 26b are rotated around the hinge pin 51, the screw 3 is sandwiched between the housing 26a and the housing 26b, and then the housing 26a, By inserting the bolt 52 into the screw hole of 26b, the housing 26a and the housing 26b are fixed by the bolt 52 and the nut 53. As a result, the housings 26a and 26b are fixed to the screw 3 with the screw 3 sandwiched between the housing 26a and the housing 26b. Further, after the housings 26a and 26b are attached to the screw 3, the pressing bolt 44 can be tightened with a constant (predetermined) torque to press the sensor 23 against the screw 3.
- Each of the power receiving coil 21, the AC / DC converter 22, the processor 24, and the data transmitting coil 25 is arranged (built-in) in either the housing 26a or the housing 26b.
- the AC / DC converter 22 and the data transmission coil 25 are arranged (built-in) in the housing 26a
- the power receiving coil 21 and the processor 24 are arranged (built-in) in the housing 26b. Cases are shown, but not limited to this. Wiring inside the housing 26a is used to electrically connect the parts inside the housing 26a, and inside the housing 26b to electrically connect the parts inside the housing 26b. Wiring is used.
- the terminal at the end of the housing 26a and the terminal at the end of the housing 26b are brought into contact with each other so as to be electrically connected.
- the parts in the housing 26a and the parts in the housing 26b can be electrically connected.
- the telemeter 11 includes one or more sensors 23, and at least one sensor 23 is arranged in at least one of the housing 26a and the housing 26b.
- FIG. 6 as an example, a case where the sensor 23 is arranged in each of the housings 26a and 26a is shown.
- the sensor 23 By arranging the sensor 23 in each of the housings 26a and 26a, it becomes easy to detect the deformation (distortion) of the screw. In this case, it is preferable to arrange the sensor 23 at a position symmetrical with respect to the center (rotation center axis) of the screw 3.
- a bridge circuit (Wheatstone bridge circuit) as a circuit for detecting the deformation (distortion) of the screw 3
- four resistance elements are required.
- the sensor 23 can be arranged in either the housing 26a or the housing 26b.
- the telemeter 11 has two sensors 23, for example, one sensor 23 can be arranged in each of the housing 26a and the housing 26b.
- the telemeter 11 has four sensors 23, for example, two sensors 23 can be arranged in each of the housing 26a and the housing 26b.
- other sensor arrangements and the number of resistance elements for each sensor can be changed.
- the power receiving coil 21 is not arranged in the telemeter 11, a battery is built in the telemeter 11 instead, and the telemeter 11 is operated by using the battery.
- the battery capacity is limited, so that the telemeter cannot be operated continuously for a long time. Therefore, when the molding machine is continuously operated for a long time, the state of the screw of the molding machine cannot be constantly monitored (detected) by the telemeter.
- the rotation speed of the screw of the molding machine is relatively fast, it is necessary to increase the measurement frequency by the telemeter.
- the power consumption is also increased, so that the battery life is shortened and the telemeter is used.
- the operable time is shortened. Also in this respect, when the molding machine is continuously operated for a long time, the state of the screw of the molding machine cannot be constantly monitored (detected) by the telemeter.
- the telemeter 11 has a power receiving coil 21, and the power transmitting coil 32 of the base portion 12 and the power receiving coil 21 of the telemeter 11 are used from the base portion 12 to the telemeter 11. Is powered by a wireless method. Therefore, the power source for operating the telemeter 11 can be arranged outside the telemeter 11 instead of inside the telemeter 11. Therefore, since the telemeter 11 can be constantly supplied with power in a wireless manner, the telemeter 11 can be continuously operated for a long time. Therefore, when the molding machine 1 is continuously operated for a long time, the state of the screw 3 of the molding machine 1 can be constantly monitored (detected) by the telemeter 11. As another form, periodically charging a power storage element such as a battery or a capacitor wirelessly may be a form of power supply in a wireless method.
- a power storage element such as a battery or a capacitor wirelessly may be a form of power supply in a wireless method.
- the telemeter 11 has a power receiving coil 21, and the power transmitting coil 32 of the base portion 12 and the power receiving coil 21 of the telemeter 11 are used from the base portion 12 to the telemeter 11. Is wirelessly powered (powered). Therefore, since it is not necessary to connect the external power supply and the telemeter 11 by wiring (external wiring), the wiring is not involved when the screw 3 rotates. Therefore, the state of the rotating screw 3 can be accurately monitored (detected) by the telemeter 11.
- the telemeter 11 is attached to the screw 3 between the rear end portion of the cylinder 2 and the joint 8. That is, it is preferable that the telemeter 11 is attached to the screw 3 outside the cylinder 2 and at a position as close as possible to the rear end portion of the cylinder 2.
- the place where the telemeter 11 is attached can be brought closer to the screw 3 of the portion located in the cylinder 2, so that the state of the screw 3 detected by the telemeter 11 is located in the cylinder 2. It accurately reflects the state of the screw 3 of the part. Therefore, the state of the screw 3 in the cylinder 2 can be known from the data detected by the telemeter 11.
- the telemeter 11 can be attached to and detached from the screw 3. That is, the telemeter 11 is removable from the screw 3. Therefore, it is also possible to attach the telemeter 11 to the screw 3 after using the molding machine for a while without attaching the telemeter 11 to the screw 3. That is, the telemeter 11 can be retrofitted.
- the resin (thermoplastic resin) supplied into the cylinder 2 from the raw material input port (not shown) is melted while being sent forward by the rotation of the screw 3 in the cylinder 2 (that is, molten resin). Will be).
- the filler is supplied into the cylinder 2 from the filler supply device (not shown)
- the resin (molten resin) and the filler are kneaded in the cylinder 2 of the molding machine 1 by the rotation of the screw 3, so that the cylinder
- the molten resin in 2 is in a state of containing a filler.
- the molten resin sent forward in the cylinder 2 by the rotation of the screw 3 is pushed out from the die 5 attached to the tip of the cylinder 2.
- the molten resin extruded from the die 5 is cooled to become a resin molded product.
- the molding machine 1 is not an injection machine but an injection molding machine
- the molten resin is injected into the mold from the tip of the cylinder 2 and the molten resin is solidified in the mold to form a resin molded product.
- FIG. 1 In the molding machine 1, the screw 3 in the cylinder 2 is rotated, and the resin is kneaded by the screw 3. Therefore, a mechanical load and a thermal load are applied to the screw 3. Therefore, when the molding machine 1 is used, the screw 3 is distorted, and the screw 3 may be deformed. Therefore, by attaching the telemeter 11 to the screw 3 and monitoring (detecting) the state of the screw 3, if an abnormality occurs in the screw 3 (deformation of the screw 3 beyond the reference value, etc.), it can be promptly detected. Can be detected. This facilitates the management of the molding machine 1 and the management of the manufacturing process using the molding machine 1. (Embodiment 2) FIG.
- FIG. 10 is a plan view of a main part of the molding machine 1 according to the second embodiment, and corresponds to the above-mentioned FIG. 3 of the first embodiment.
- the molding machine 1 in the second embodiment is referred to as a molding machine 1a with reference numeral 1a.
- the molding machine 1a of the second embodiment differs from the molding machine 1 of the first embodiment in the mounting position of the telemeter 11. That is, in the second embodiment, the telemeter 11 is attached not to the screw 3 itself but to a shaft (here, an output shaft 7) connected to the screw 3 outside the cylinder 2. Other than that, the second embodiment is almost the same as the first embodiment, and thus the repeated description thereof will be omitted here.
- the shaft (here, the output shaft 7) connected to the screw 3 outside the cylinder 2 tends to be deformed according to the deformation when the screw 3 is deformed. Therefore, in the second embodiment, the telemeter 11 is attached to the shaft (here, the output shaft 7) connected to the screw 3, and the state (deformation, deformation) of the shaft (output shaft 7) is caused by the sensor 23 of the telemeter 11. (Shape change) can be detected, and the state (deformation, shape change) of the screw 3 can be indirectly detected based on the data. Therefore, not only when the telemeter 11 is attached to the screw 3 itself as in the first embodiment, but also as in the second embodiment, the telemeter is attached to the shaft (here, the output shaft 7) connected to the screw 3. It is also effective when 11 is attached.
- the telemeter 11 when the telemeter 11 is attached to the screw 3 itself as in the first embodiment, the state (deformation, shape change) of the screw 3 can be directly detected, and the state of the screw 3 can be further improved. You can know exactly. Therefore, the case of the first embodiment is more advantageous than the case of the second embodiment in that the state of the screw 3 can be detected more accurately.
- the telemeter 11 when it is difficult to secure a space for attaching the telemeter 11 to the screw 3, the telemeter 11 can be attached to the shaft (here, the output shaft 7) connected to the screw 3 as in the second embodiment. it can.
- FIG. 11 is a plan view of a main part of the molding machine 1 according to the third embodiment, and corresponds to the above-mentioned FIG. 3 of the first embodiment.
- the molding machine 1 in the third embodiment is referred to as a molding machine 1b with reference numeral 1b.
- the molding machine 1b of the third embodiment is different from the molding machine 1 of the first embodiment, whereas the telemeter 11 and the joint 8 are separately provided in the first embodiment. Therefore, in the third embodiment, the telemeter 11 and the joint 8 are shared.
- the joint 8 can have the function of the telemeter 11.
- the telemeter 11 may be provided with a function as a joint 8, and the screw 3 and the output shaft 7 may be connected by the telemeter 11.
- the telemeter 11 also serving as the joint 8 (in other words, the joint 8 also serving as the telemeter 11) connects the end of the screw 3 to the end of the output shaft 7. It will be attached to both 3 and the output shaft 7.
- the third embodiment since the telemeter 11 and the joint 8 are shared, it is not necessary to secure a space for attaching the joint and a space for attaching the telemeter separately. Therefore, when it is difficult to secure a space for mounting the telemeter separately from the joint, the third embodiment is effective.
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Abstract
成形機は、シリンダと、シリンダに内蔵されたスクリュと、状態検知デバイスと、を有している。状態検知デバイスは、スクリュの状態を検知するためのセンサを含んでいる。状態検知デバイスは、シリンダの外部において、スクリュに取り付けられている。
Description
本発明は、成形機に関し、例えば、シリンダとシリンダに内蔵されたスクリュとを有する成形機に関する。
成形機は、シリンダとシリンダに内蔵されたスクリュとを有しており、シリンダ内に導入された原料に対して、シリンダ内で回転するスクリュにより混練、輸送、溶融などを行う。成形機としては、例えば押出機がある。
例えば特開2001-129870号公報(特許文献1)には、押出機に関する技術が記載されている。
成形機において、スクリュが破損した場合には、スクリュの交換に手間がかかる。スクリュの交換が完了するまでは、成形機を用いた樹脂製品の製造を中断しなければならない。このため、成形機の管理や、成形機を用いた製造工程の管理を行いやすくするために、成形機の使用中において、スクリュの状態を的確に検知できるようにすることが望まれる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、成形機は、シリンダと、前記シリンダに内蔵されたスクリュと、状態検知デバイスと、を有している。前記状態検知デバイスは、前記スクリュの状態を検知するためのセンサを含んでいる。前記状態検知デバイスは、前記シリンダの外部において、前記スクリュに取り付けられている。
また、一実施の形態によれば、成形機は、シリンダと、前記シリンダに内蔵されたスクリュと、前記シリンダの外部において前記スクリュに連結されたシャフトと、状態検知デバイスと、を有している。前記状態検知デバイスは、前記スクリュの状態を検知するためのセンサを含んでいる。前記状態検知デバイスは、前記シリンダの外部において、前記スクリュおよび前記シャフトのいずれか一方または両方に取り付けられている。
一実施の形態によれば、成形機のスクリュの状態を的確に検知することができる。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態における成形機(成形装置)1の側面図であり、図2は、成形機1のスクリュ3の断面図であり、図3は、成形機1の要部平面図(部分拡大平面図)であり、図4は、成形機1の断面図である。図2では、テレメータ11の取り付け位置を点線で示してある。図3には、図1に示される領域RG1を上方から見た平面図(上面図)が示されている。図3のA-A線の位置での断面図が、図4に対応している。
図1は、本実施の形態における成形機(成形装置)1の側面図であり、図2は、成形機1のスクリュ3の断面図であり、図3は、成形機1の要部平面図(部分拡大平面図)であり、図4は、成形機1の断面図である。図2では、テレメータ11の取り付け位置を点線で示してある。図3には、図1に示される領域RG1を上方から見た平面図(上面図)が示されている。図3のA-A線の位置での断面図が、図4に対応している。
成形機1は、樹脂成形を行う成形機である。本実施の形態では、成形機1が押出機である場合を例に挙げて説明するが、他の形態として、成形機1として射出成形機、マグネシウム成形機、造粒機、フィルム製造機、中空成形機等を適用することもできる。
まず、図1~図4を参照して、成形機1の構成について説明する。図1~図4に示される成形機1は、シリンダ(バレル)2と、シリンダ2に内蔵され、原料樹脂を混練、輸送、溶融するためのスクリュ3と、シリンダ2内のスクリュ3を回転させるための回転駆動機構4と、シリンダ2の下流側先端に取り付けられたダイ(金型)5と、を有している。成形機1は、支持台6上に配置されている。シリンダ2は、ヒータなどの図示しない温度調整手段(温度調節機構)によって、温度制御される。シリンダ2の上面には、シリンダ2内への原料(樹脂など)の導入を可能とする開口部(図示せず)が形成されている。
回転駆動機構4は、モータ4aと、モータ4aに接続された減速機4bと、を含んでいる。減速機4bは、モータ4aとスクリュ3との間に介在しており、モータ4aの回転運動は、減速機4bを介してスクリュ3に伝達され、それによって、スクリュ3が回転される。具体的には、減速機4bの出力軸(出力用シャフト)7の先端部とスクリュ3の後端部とが継手(連結部、連結手段)8によって連結(固定)されており、出力軸7が回転することにより、スクリュ3も一緒に回転するようになっている。継手8は、出力軸7とスクリュ3とを連結する部材(連結部材)である。減速機4bは、モータ4aの回転速度を、スクリュ3に適した回転速度に変換(減速)する機能を有している。モータ4aの回転運動が減速機4bに伝達されると、減速機4bの出力軸7が、モータの回転速度よりも低い回転速度で回転し、出力軸7に連結されたスクリュ3は、出力軸7と同じ回転速度で回転する。
更に、フィラー供給装置(図示せず)も用いる場合は、そのフィラー供給装置からシリンダ2内に所望のフィラーを供給する。
シリンダ2の内部には、スクリュ3が回転可能(回転自在)に挿入されて内蔵されている。図1~図4の場合は、2本のスクリュ3がシリンダ2内に配置されており、この場合の成形機1は、二軸押出機とみなすことができる。シリンダ2内において、2本のスクリュ3は、互いに噛み合うように配置されて回転する。
本実施の形態では、成形機1として二軸押出機(この場合はスクリュは2本)を適用した場合について説明するが、他の形態として、成形機1として、単軸押出機(この場合はスクリュは1本)、または、3本以上のスクリュを有する押出機を適用することもできる。
各スクリュ3は、シリンダ2に内蔵されているが、各スクリュ3の一部は、シリンダ2の外部に位置している。具体的には、シリンダ2の後端(上流側端部)から、各スクリュ3の一部が突出している。シリンダ2の外部において、具体的には、シリンダ2の後端(上流側端部)から突出する部分のスクリュ3に、継手8を介して減速機4bの出力軸7が連結されている。スクリュ3の中心軸(回転中心軸)と出力軸7の中心軸(回転中心軸)とが一致するように、スクリュ3と出力軸7とが継手8を介して連結されている。
なお、シリンダ2に関して「下流側」および「上流側」と称する場合、「下流側」とは、シリンダ2内の樹脂の流れの下流側を意味し、「上流側」とは、シリンダ2内の樹脂の流れの上流側を意味する。このため、シリンダ2において、シリンダ2の先端に近い側が下流側であり、シリンダ2の先端から遠い側が上流側である。このため、シリンダ2の後端が、シリンダ2の上流側端部である。シリンダ2の先端は、シリンダ2において、溶融樹脂(樹脂の混練物)が押し出される側の端部に対応しており、シリンダ2の先端にダイ5が取り付けられている。
ダイ5は、シリンダ2から押し出されてくる溶融樹脂を、所定の断面形状に成形して吐出するように機能することができる。この場合、ダイ5は、押出成形用のダイ(金型)である。
本実施の形態の成形機1は、更に、状態検知デバイスとしてテレメータ11を有している。状態検知デバイスとしてのテレメータ11は、スクリュ3の状態を検知するために設けられている。このため、テレメータ11は、スクリュ3の状態を検知するための後述するセンサ23を含んでいる。テレメータ11は、計測用デバイスとみなすこともできる。本実施の形態の成形機1においては、テレメータ11へのワイヤレス方式での給電と、テレメータ11からのワイヤレス方式でのデータ送信(信号送信)とが可能である。
テレメータ11は、スクリュ3に取り付けられており、そのスクリュ3の状態を検知するように機能することができる。但し、テレメータ11は、シリンダ2内ではなく、シリンダ2の外部において、スクリュ3に取り付けられている。すなわち、テレメータ11は、シリンダ2外に位置する部分のスクリュ3に取り付けられている。具体的には、各スクリュ3の一部は、シリンダ2の後端(上流側端部)から突出しており、シリンダ2の後端(上流側端部)から突出する部分のスクリュ3に、テレメータ11が取り付けられている。このため、シリンダ2の後端(上流側端部)と継手8との間において、スクリュ3にテレメータ11が取り付けられている。成形機1がスクリュ3を複数有する場合は、複数のスクリュ3のそれぞれに、テレメータ11を取り付けることが好ましい。
スクリュ3は、スクリュ軸3aと、スクリュ軸3aに取り付けられた複数のスクリュピース3bとを有している(図2参照)。スクリュピース3bは、スクリュ軸3aにおいて、シリンダ2内に位置する部分に取り付けられている。スクリュ3のフライトは、スクリュピース3bに形成されている。これにより、シリンダ2内においては、スクリュ3の表面(スクリュピース3bにより形成される表面)にフライトが形成される。スクリュ軸3aが回転すると、スクリュ軸3aに取り付けられたスクリュピース3bもスクリュ軸3aと一緒に回転する。スクリュ軸3aは、円筒形状を有している。スクリュピース3bが取り付けられる部分のスクリュ軸3aの直径は、スクリュピース3bが取り付けられていない部分のスクリュ軸3aの直径よりも小さい。シリンダ2外に位置する部分のスクリュ軸3aには、従って、シリンダ2の後端(上流側端部)から突出する部分のスクリュ軸3aには、スクリュピース3bは取り付けられていない。このため、シリンダ2の後端(上流側端部)から突出する部分のスクリュ3は、スクリュ軸3aにより構成されており、フライトは形成されていない。テレメータ11は、シリンダ2の外部において、スクリュ3に取り付けられているが、具体的には、シリンダ2の外部において、スクリュ3のスクリュ軸3aに取り付けられている。
シリンダ2内には、スクリュ3にテレメータ11を取り付けるためのスペース(空間)を確保することは困難である。しかしながら、本実施の形態においては、シリンダ2の外部においてスクリュ3にテレメータ11を取り付けているため、シリンダ2が邪魔になることなく、スクリュ3にテレメータ11を取り付けることができる。
スクリュ3にテレメータ11を取り付けたことに対応して、成形機1は、テレメータ11への給電(電源供給)と、テレメータ11から送られたデータ(信号)の受信とを行うためのベース部12を有している。
ベース部12は、スクリュ3に取り付けられたテレメータ11と対向する位置に配置されている。具体的には、スクリュ3に取り付けられたテレメータ11の下方に、ベース部12が配置されている。テレメータ11は、スクリュ3が回転すると、スクリュ3と一緒に回転する。このため、テレメータ11の回転が阻害されないように、ベース部12とテレメータ11とは、互いに接触してはおらず、ベース部12とテレメータ11との間には、隙間が存在している。ベース部12とテレメータ11との間は、配線で接続されておらず(すなわち有線接続されておらず)、ワイヤレス通信が可能である。このため、ベース部12とテレメータ11との間隔は、ベース部12からテレメータ11へのワイヤレス方式での送電や、テレメータ11からベース部12へのワイヤレス方式でのデータ送信が可能となる間隔に設定されている。
成形機1が2本のスクリュ3を有する二軸押出機の場合、あるいは、成形機1が3本以上のスクリュ3を有する押出機の場合は、各スクリュ3に対してそれぞれテレメータ11を取り付けることが好ましい。その場合は、テレメータ11は複数あるため、それら複数のテレメータ11に対向するように、ベース部12を設ければよい。但し、通信の方法によっては、ベース部12の形態は異なり、例えば、ベース部12を分割したり、アンテナを用いることでベース部12を遠方に配置することも可能である。
次に、テレメータ11およびベース部12の構成について、図5~図7を参照して説明する。図5は、テレメータ11およびベース部12の構成を示すブロック図(回路ブロック図)である。図5において、点線で囲まれた部分が、テレメータ11に含まれており、二点鎖線で囲まれた部分が、ベース部12に含まれている。図6は、成形機1の要部断面図であり、図4の一部が拡大して示してある。すなわち、図6には、スクリュ3にテレメータ11を取り付けた位置における、テレメータ11およびスクリュ3の断面図が示されている。図7は、図6の一部を拡大して示す部分拡大断面図であり、図6の二点鎖線で囲まれた領域RG2が拡大して示されている。図6の領域RG3の拡大図は、図7の上下を反転させ、かつ、筐体26aを示す符号26aを、筐体26bを示す符号26bに変更したものに対応している。なお、図6は、断面図であるが、図面を見やすくするために、ハッチングは省略してある。図8は、テレメータ11の要部平面図であり、センサ23、弾性シート41、金属プレート42、ナットプレート43およびボルト44の平面的な位置関係が示されている。図8には、金属プレート42は示されていないが、金属プレート42の外周位置は、弾性シート41の外周位置とほぼ一致している。
図5にも示されるように、テレメータ11は、受電用コイル21と、AC/DCコンバータ22と、センサ23と、プロセッサ(制御部、制御用半導体チップ)24と、データ送信用コイル25と、を含んでいる。また、ベース部12は、発振器31と、送電用コイル32と、データ受信用コイル33と、ADコンバータ(アナログ・デジタル・コンバータ)34と、プロセッサ(制御部、制御用半導体チップ)35と、を含んでいる。
ベース部12の外部に設けられた電源(外部電源)36から、ベース部12を介してテレメータ11に給電される。具体的には、電源36からベース部12に供給された電力は、発振器31を介して送電用コイル32に送られ、送電用コイル32に交流電流が流れる。ベース部12の送電用コイル32が一次コイル、テレメータ11の受電用コイル21が二次コイルとして機能することで、送電用コイル32に交流電流が流れることに対応して、受電用コイル21に交流電流が流れる。すなわち、ベース部12の送電用コイル32からテレメータ11の受電用コイル21に、ワイヤレス方式で給電される。このため、ベース部12は、テレメータ11への電源供給部(ここでは発振器31および送電用コイル32など)を含んでいる。
受電用コイル21に送られた交流電力(交流電流)は、AC/DCコンバータ22で直流電力(直流電流)に変換され、センサ23とプロセッサ24とに供給される。これにより、センサ23とプロセッサ24の動作が可能となる。センサ23は、スクリュ3の状態を検知する。スクリュ3の状態には、ねじり歪、曲げ歪、熱歪、トルク、曲がり、変形の度合い、変形のモード、振動、振動の度合い、振動モード、またはそれらの蓄積による疲労、疲労の度合い、などが含まれる。また、状態検知デバイス(ここではテレメータ11)は、様々なセンサを搭載し、複合的にセンサデータを用いて状態を推定してもよい。本実施の形態では、具体的には、センサ23は、スクリュ3の変形(形状変化、歪)を検知するセンサであり、例えば歪ゲージであるため、スクリュ3の変形(形状変化、歪)を、センサ(歪ゲージ)を構成する抵抗体の抵抗変化として、検知することができる。状態検知デバイス(ここではテレメータ11)が含むセンサの他の例としては、変位センサ、速度センサ、加速度センサ、温度センサ、ジャイロセンサ、湿度センサ、色度・光センサ、マイクロフォンなどが挙げられる。
プロセッサ24は、センサ23を制御し、センサ23で検知したスクリュ3の状態(変形、形状変化)に応じた信号(データ信号)を、データ送信用コイル25に送る。テレメータ11のデータ送信用コイル25が一次コイル、ベース部12のデータ受信用コイル33が二次コイルとして機能することで、テレメータ11のデータ送信用コイル25からベース部12のデータ受信用コイル33へ、ワイヤレス方式で信号(データ信号)が送られる。すなわち、テレメータ11のデータ送信用コイル25からベース部12のデータ受信用コイル33に、ワイヤレス方式でデータ送信される。データ受信用コイル33へ送られた信号(データ信号)は、ADコンバータ34で変換され、プロセッサ35で必要な処理が行われて、ベース部12の外部のパーソナルコンピュータ(外部PC)37へ送られ、パーソナルコンピュータ37でデータの必要な処理や記録が行われる。このため、ベース部12は、テレメータ11との通信部(ここではデータ受信用コイル33、ADコンバータ34およびプロセッサ35など)を含んでいる。ベース部12からパーソナルコンピュータ37に送られたデータに基づいて、成形機1の管理や、成形機1を用いた製造工程の管理を行うことができる。例えば、スクリュ3の状態の確認、スクリュ3の交換時期の決定、あるいは、成形機1の連続運転時間の設定または変更などを、行うことができる。
また、テレメータ11への電源供給方法としては、上述のように無線給電(ワイヤレス給電)があるが、それ以外にも、環境発電(振動、光、熱または電磁波などによる発電)もあり得る。
次に、図6~図8を参照して、テレメータ11の具体的な構造について説明する。
図6に示されるように、テレメータ11は、テレメータ11の全体形状を規定する筐体(樹脂筐体)26と、上述した受電用コイル21、AC/DCコンバータ22、センサ23、プロセッサ24およびデータ送信用コイル25とを有している。
筐体26は、好ましくは、不導体(絶縁体)からなり、樹脂(樹脂材料)を好適に用いることができる。筐体26が金属材料により形成されている場合は、テレメータ11とベース部12との間での電力や信号(データ)の送受信に対して、筐体26が悪影響を及ぼす懸念がある。このため、テレメータ11とベース部12との間での電力や信号(データ)の送受信を阻害しないような材料により、筐体26を形成することが望ましい。従って、金属以外の材料、好ましくは不導体(例えば樹脂)により筐体26を形成することにより、テレメータ11とベース部12との間での電力や信号(データ)の送受信に対して、筐体26が悪影響を及ぼすのを抑制または防止できる。筐体26を構成する不導体としては、例えば樹脂(樹脂材料)が好適であり、樹脂により筐体26を形成した場合は、筐体26の作製や取り扱いが容易になる。筐体26を構成する不導体としては、樹脂以外にも、例えばセラミックなどを用いることも可能である。
受電用コイル21、AC/DCコンバータ22、プロセッサ24およびデータ送信用コイル25は、筐体26に内蔵されている。図6の場合は、受電用コイル21、AC/DCコンバータ22、プロセッサ24およびデータ送信用コイル25のそれぞれは、筐体26内に埋め込まれているが、他の形態として、筐体26に凹部を設けてその凹部に配置することもできる。受電用コイル21、AC/DCコンバータ22、センサ23、プロセッサ24およびデータ送信用コイル25の間は、必要に応じて、筐体26に設けられた配線などを通じて電気的に接続されている。
センサ23は、筐体26の内面側に設けられた凹部27内に配置されている。なお、筐体26の内面とは、スクリュ3の表面に対向する側の面に対応し、筐体26の外面とは、筐体26の内面とは反対側の面に対応している。
センサ23は、スクリュ3の表面(外表面、外周)に接触している。センサ23は、具体的には、スクリュ3の変形(形状変化、歪)を検知するセンサであり、例えば歪ゲージである。このため、センサ23は、抵抗体を含んでおり、スクリュ3が変形するとセンサ23に含まれる抵抗体の抵抗が変化する。これにより、スクリュ3の変形を、センサ23に含まれる抵抗体の抵抗変化として検知することができる。このため、センサ23は、スクリュ3の表面に密着させることが好ましく、それによって、スクリュ3の変形をセンサ23により的確に検知することができるようになる。このため、センサ23は、スクリュ3の表面に押し付けられていることが好ましく、本実施の形態では、それが可能な構造を採用している。
図6~図8を参照して、センサ23をスクリュ3に押し付ける構造について説明する。
センサ(歪ゲージ)23は、弾性シート(弾性体シート)41に貼り付けられている。なお、弾性シート41の下面にセンサ23が貼り付けられており、センサ23に接続された配線46も、弾性シート41の下面上に配置されている。このため、センサ23は、弾性シート41に接触しており、具体的には、弾性シート41の下面に接触している。なお、弾性シート41の下面は、弾性シート41の両面のうち、スクリュ3の表面に対向する側の面に対応している。弾性シート41の上面は、弾性シート41の下面と反対側の面であり、従って、弾性シート41のセンサ23に接する側とは反対側の面に対応している。このため、センサ23は、弾性シート41とスクリュ3との間に位置している。センサ23は、弾性シート41によりスクリュ3に押しつけられている。
弾性シート41は、弾性体からなり、例えばシリコーンゴムからなる。弾性シート41の平面寸法(平面積)は、センサ23の平面寸法(平面積)よりも大きく、平面視において、センサ23は弾性シート41に内包されている。弾性シート41の平面形状は、種々の形状を選択できるが、例えば長方形状とすることができる。
弾性シート41上には、すなわち、弾性シート41の上面上には、金属プレート(金属板)42が配置されている。金属プレート42の平面形状および平面寸法(平面積)は、弾性シート41の平面形状および平面寸法(平面積)とほぼ同じである。金属プレート42は、弾性シート41の上面に接触している。このため、金属プレート42とセンサ23との間には弾性シート41が介在しており、金属プレート42はセンサ23に接触していない。金属プレート42は、板状(プレート状)の部材であるが、平坦ではなく、湾曲している。すなわち、金属プレート42の下面(弾性シート41に接する側の面)は、曲面となっている。金属プレート42の下面は、テレメータ11が取り付けられる部分におけるスクリュ3の表面に対応する曲面となっていることが好ましい。具体的には、ボルト(ネジ、ネジ部材)44により金属プレート42が弾性シート41およびセンサ23を介してスクリュ3の表面に押し付けられた状態で、金属プレート42の下面とスクリュ3の表面とが略平行となるように、金属プレート42が湾曲していることが好ましい。このため、金属プレート42の下面の曲率半径は、テレメータ11が取りつけられる部分のスクリュ3の表面の曲率半径と、同程度であることが好ましい。なお、金属プレート42の下面とは、金属プレート42の両面のうち、弾性シート41に接触する側の面に対応している。金属プレート42の上面は、金属プレート42の下面とは反対側の面であり、従って、金属プレート42の弾性シート41に接する側とは反対側の面に対応している。金属プレート42は、ボルト44により、弾性シート41に押しつけられている。
金属プレート42上には、すなわち、金属プレート42の上面上には、ナットプレート43が配置されている。ナットプレート43は、金属材料からなり、板状(プレート状)の部材である。ナットプレート43には、ナットプレート43を貫通するネジ穴43aが形成されており、ネジ穴43aの側面(内壁面)には、ネジ山が形成されている。ナットプレート43のネジ穴43aには、ボルト44が挿入されている。ナットプレート43は、ボルト44に対するナットとして機能することができる。ボルト44は、ネジ(ネジ部材)とみなすこともできる。
図7の場合は、ボルト44は、側面にネジ山が形成されたネジ部44aと、ネジ部44aに連結されかつネジ部44aよりも平面寸法が大きな頭部44bと、を有している。ボルト(ネジ)44の形状(構造)は、種々変更可能であり、例えば、頭部44bに相当する部分を有さないネジ部材を、ボルト44の代わりに用いることもできる。ナットプレート43は、通常のナットに比べて平面寸法(平面積)が大きく、好ましくは、ナットプレート43の平面積は、ナットプレート43のネジ穴43aの平面積の6倍以上である。また、図7の場合は、ナットプレート43の平面寸法(平面積)は、金属プレート42の平面寸法(平面積)よりも、若干小さいが、これに限定されない。なお、ナットプレート43の下面は、ナットプレート43の両面のうち、金属プレート42に対向する側の面に対応している。ナットプレート43の上面は、ナットプレート43の下面とは反対側の面である。
スクリュ3の表面に対するセンサ23の密着性を高めるために、ボルト44を締めると、ナットプレート43の上面(金属プレート42と対向する側とは反対側の面)は、筐体26に接触し、その筐体26の接触部に対して、筐体26を上方(スクリュ3から離れる方向)へ押し上げる力を作用させる。具体的には、ナットプレート43の上面は、筐体26の凹部27bの底面に押し付けられ、ナットプレート43により筐体26の凹部27bの底面が上方(スクリュ3から離れる方向)へ押し上げられる力が働く。本実施の形態では、通常のナットよりも平面寸法(平面積)が大きなナットプレート43を用いているため、ナットプレート43により筐体26の凹部27bの底面が上方へ押し上げられる力が働いたとしても、その力は小さな面積で局所的に働くのではなく、ナットプレート43全体に分散される。このため、筐体26の凹部27bの底面において、筐体26が破損しにくくなり、筐体26が破損するのを抑制または防止することができる。これにより、筐体26の厚みを小さくすることができる。
ナットプレート43のネジ穴43aには、ボルト44のネジ部44aが挿入されており、ボルト44の頭部44bの平面寸法(平面積)は、ネジ穴43aの平面寸法(平面積)よりも大きい。ボルト44は、ナットプレート43の上面側から、ナットプレート43のネジ穴43aに挿入されているため、ボルト44の頭部44bは、ナットプレート43の上面から突出している。また、ボルト44のネジ部44aの長さは、ナットプレート43の厚さよりも大きく、ボルト44のネジ部44aの一部は、ナットプレート43の下面から突出している。このため、ボルト44のネジ部44aの先端部は、金属プレート42の上面に接触している。ナットプレート43の下面からの、ネジ部44aの突出量(突出した長さ)は、ボルト44の締め具合を調整することで、制御することができる。すなわち、ボルト44の締め具合をゆるめると、ナットプレート43の下面からのネジ部44aの突出量は小さくなり、ボルト44の締め具合をきつくすると、ナットプレート43の下面からのネジ部44aの突出量は大きくなる。
ボルト44のネジ部44aの先端部は、金属プレート42の上面に接触しているため、ボルト44は、金属プレート42をスクリュ3に向かう方向に押すように作用することができる。すなわち、金属プレート42は、ボルト44により弾性シート41に押しつけられている。そして、ボルト44のネジ部44aの先端部が金属プレート42を押す力は、ボルト44の締め具合を調整することで、制御することができる。ボルト44の締め具合をきつくすることにより、ナットプレート43の下面からのネジ部44aの突出量を大きくし、ボルト44のネジ部44aの先端部が金属プレート42を押す力を高めることができる。なお、ボルト44を締めると、ナットプレート43の上面は、筐体26(凹部27bの底面)に接触し、その筐体26の接触部を押すように作用する。
ボルト44のネジ部44aの先端部が金属プレート42を押すことにより、金属プレート42は、弾性シート41をスクリュ3に向かう方向に押すように作用することができる。金属プレート42によって弾性シート41が押されることで、弾性シート41がスクリュ3の表面に押し付けられるため、弾性シート41の下面とスクリュ3の表面との間に存在するセンサ23もスクリュ3の表面に押し付けられ、センサ23とスクリュ3の表面との密着性が向上することになる。すなわち、ボルト44により金属プレート42が弾性シート41に押しつけられ、弾性シート41によりセンサ23がスクリュ3に押しつけられることで、センサ23とスクリュ3の表面との密着性を向上させることができる。
本実施の形態とは異なり、金属プレート42を省略した場合を仮定する。この場合、ボルト44のネジ部44aの先端部が弾性シート41を直接的に押すことになる。このため、ボルト44のネジ部44aの先端部が弾性シート41を押す位置では、弾性シート41がスクリュ3の表面に押し付けられる力が作用するが、それ以外の位置では、弾性シート41がスクリュ3の表面に押し付けられる力は作用しなくなる。すなわち、弾性シート41がスクリュ3の表面に押し付けられる力は、弾性シート41全体ではなく弾性シート41の一部で局所的に発生することになる。このため、弾性シート41の下面とスクリュ3の表面との間に存在するセンサ23がスクリュ3の表面に押し付けられる力も、センサ23全体ではなく、センサ23の一部に局所的に生じるため、センサ23とスクリュ3の表面との密着性が低下する虞がある。
それに対して、本実施の形態では、ボルト44のネジ部44aの先端部が金属プレート42を押し、金属プレート42が弾性シート41を押す構造を採用している。ボルト44のネジ部44aの先端部ではなく、金属プレート42が弾性シート41に接触して弾性シート41を押しているため、弾性シート41がスクリュ3の表面に押し付けられる力は、弾性シート41のほぼ全体にわたって発生させることができる。このため、弾性シート41の下面とスクリュ3の表面との間に存在するセンサ23がスクリュ3の表面に押し付けられる力も、センサ23のほぼ全体にわたって生じるため、センサ23とスクリュ3の表面との密着性を向上させることができる。センサ23とスクリュ3の表面との密着性を向上させることで、スクリュ3の状態をセンサ23によって的確に検知することができるようになる。
また、本実施の形態とは異なり、金属プレート42が、湾曲しておらず、完全に平坦な場合を仮定する。この場合、金属プレート42の中央部では、弾性シート41を押す力が大きくなるが、金属プレート42の中央部から離れるにしたがって、金属プレート42が弾性シート41を押す力が小さくなっていく。このため、弾性シート41がスクリュ3の表面に押し付けられる力が不均一になり、弾性シート41の下面とスクリュ3の表面との間に存在するセンサ23がスクリュ3の表面に押し付けられる力も不均一となるため、センサ23とスクリュ3の表面との密着性が低下する虞がある。
それに対して、本実施の形態では、金属プレート42は、完全に平坦ではなく、湾曲している。このため、金属プレート42が弾性シート41を押す力を、弾性シート41の場所によらずほぼ均一にすることができる。これにより、弾性シート41がスクリュ3の表面に押し付けられる力がほぼ均一になり、弾性シート41の下面とスクリュ3の表面との間に存在するセンサ23がスクリュ3の表面に押し付けられる力もほぼ均一となるため、センサ23とスクリュ3の表面との密着性を向上させることができる。センサ23とスクリュ3の表面との密着性を向上させることで、スクリュ3の状態をセンサ23によって的確に検知することができるようになる。
また、本実施の形態とは異なり、弾性シート41を省略して金属プレート42でセンサ23をスクリュ3に押し付けた場合を仮定する。この場合、テレメータ取り付け位置でのスクリュ3の表面が平坦面ではなく曲面(湾曲面)であり、かつ、金属プレート42は弾性体ではないため変形しにくいことから、金属プレート42の下面とスクリュ3の表面との間に存在するセンサ23がスクリュ3の表面に押し付けられる力が不均一となる懸念があり、センサ23とスクリュ3の表面との密着性が低下する虞がある。
それに対して、本実施の形態では、弾性体からなる弾性シート41がセンサ23を押す構造を採用している。テレメータ11を取り付ける位置でのスクリュ3の表面は、平坦面ではなく曲面(湾曲面)であるが、弾性シート41は、弾性体からなるため変形しやすいことから、金属プレート42が弾性シート41をスクリュ3に向かう方向に押すと、弾性シートはスクリュ3の表面と金属プレート42の下面との間の隙間の形状に合うように変形することができる。このため、弾性シート41の下面とスクリュ3の表面との間に存在するセンサ23がスクリュ3の表面に押し付けられる力をほぼ均一とすることができるため、センサ23とスクリュ3の表面との密着性を向上させることができる。センサ23とスクリュ3の表面との密着性を向上させることで、スクリュ3の状態をセンサ23によって的確に検知することができるようになる。
また、本実施の形態とは異なり、接着剤を用いてセンサ23をスクリュ3の表面に貼り付ける場合を仮定する。この場合、センサ23をスクリュ3に貼り付けてしまうと、後でセンサ23をスクリュ3から取り外せなくなってしまう。また、接着剤を溶材などで除去できた場合にも、センサ23の交換が必要になり、著しく使用性を損ねてしまう。
それに対して、本実施の形態では、接着剤を用いてセンサ23をスクリュ3の表面に貼り付けるのではなく、センサ23をスクリュ3の表面に押し付ける構成を採用している。このため、スクリュ3からテレメータ11を取り外した際に、センサ23がスクリュ3の表面に貼り付けられた状態で残存することはなく、テレメータ11と一緒にセンサ23も取り外すことができる。
本実施の形態では、上述したように、金属プレート42が弾性シート41を押し、弾性シート41がセンサ23をスクリュ3の表面に押し付けているため、センサ23とスクリュ3の表面との密着性を向上させることができる。センサ23とスクリュ3の表面との密着性を向上させることで、スクリュの状態をセンサ23によって的確に検知することができる。また、小さな力でセンサ23とスクリュ3の表面との密着性を効率的に向上させることができるため、筐体26(26a,26b)に印加される負荷を抑制することができる。このため、樹脂からなる筐体26の破損を抑制または防止できる。
センサ23、弾性シート41、金属プレート42およびナットプレート43は、スクリュ3の表面に近い方からこの順で配置されている。このため、センサ23、弾性シート41、金属プレート42およびナットプレート43は、筐体26の内面側に設けられた凹部27内に配置(収容)されている。凹部27は、凹部27aと、凹部27aの底面に設けられかつ凹部27aと同じか凹部27よりも平面寸法(平面積)が小さな凹部27bとにより構成されており、センサ23、弾性シート41および金属プレート42は、凹部27aに配置(収容)され、ナットプレート43は、凹部27bに配置(収容)されている。そして、凹部27bの底面には、筐体26を貫通する孔部(貫通孔部)45が形成されており、ボルト44の頭部44bは孔部45内に配置(収容)されている。これにより、筐体26外面側から、ボルト44の締め具合を調整することができる。また、ボルト44として、接着剤を塗布したボルト44を用いることもでき、それにより、ボルト44を締めた後に、機械の振動などでボルト44が緩むのを防止することができる。
次に、図9を参照して、テレメータ11をスクリュ3に取り付ける(固定する)機構の一例について説明する。図9は、成形機1の要部断面図であり、スクリュ3にテレメータ11を取り付けた位置における、テレメータ11およびスクリュ3の断面図である。なお、図9は、断面図であるが、図面を見やすくするために、ハッチングは省略してある。
テレメータ11をスクリュ3に取り付けた状態では、テレメータ11は、スクリュ3を囲むリング状(筒状)の形状を有している。しかしながら、スクリュ3に対するテレメータ11の取り付けおよび取り外しを容易とするために、テレメータ11は、リング状の部材を複数(ここでは2つ)に分割した構成を有している。すなわち、テレメータ11を構成する筐体26は、複数の筐体から構成されており、ここでは、一対(2つ)の筐体26a,26bから構成されている。一対の筐体26a,26bがスクリュ3を挟むことにより、テレメータ11がスクリュ3に取り付けられている。以下、具体的に説明する。
図9の場合、筐体26aの一方の端部に設けられたヒンジ部と、筐体26bの一方の端部に設けられたヒンジ部とを、共通のヒンジピン(ピン)51が貫通している。これにより、筐体26aの一方の端部と、筐体26bの一方の端部とが、ヒンジピン51を介して連結されている。このため、筐体26a,26bをスクリュ3に取り付ける前は、筐体26aと筐体26bとは、ヒンジピン51を軸として回転可能である。筐体26aの他方の端部と、筐体26bの他方の端部とは、ボルト(ネジ、ネジ部材)52およびナット53を用いて連結されている。
スクリュ3からテレメータ11を取り外す場合は、筐体26a,26bのネジ穴からボルト52を抜き、筐体26aと筐体26bとをヒンジピン51を軸として回転させることで、テレメータ11をスクリュ3から取り外すことができる。
また、スクリュ3にテレメータ11を取り付ける場合は、筐体26aと筐体26bとをヒンジピン51を軸として回転させて、スクリュ3を筐体26aと筐体26bとにより挟み込んでから、筐体26a,26bのネジ穴にボルト52を挿入することにより、筐体26aと筐体26bとをボルト52およびナット53により固定する。これにより、筐体26aと筐体26bとによりスクリュ3が挟み込まれた状態で、筐体26a,26bがスクリュ3に固定される。また、筐体26a,26bをスクリュ3に取り付けた後、一定(所定)のトルクで押し付け用のボルト44を締めて、センサ23をスクリュ3に押し付けることができる。
また、本実施の形態では、筐体26aの一方の端部と、筐体26bの一方の端部とを、ヒンジ部およびヒンジピン51を用いて連結した場合について説明した。他の形態として、ヒンジ部およびヒンジピン51の代わりに、ボルト52およびナット53と同様のボルトおよびナットを用いて、スクリュ3を挟む筐体26aと筐体26bとを固定することもできる。
受電用コイル21、AC/DCコンバータ22、プロセッサ24およびデータ送信用コイル25のそれぞれは、筐体26aおよび筐体26bのいずれかに配置(内蔵)されている。図6の場合は、一例として、AC/DCコンバータ22およびデータ送信用コイル25が筐体26aに配置(内蔵)され、受電用コイル21およびプロセッサ24が筐体26bに配置(内蔵)されている場合が示されているが、これに限定されない。筐体26a内の部品同士を電気的に接続するためには、筐体26a内の配線が用いられ、また、筐体26b内の部品同士を電気的に接続するためには、筐体26b内の配線が用いられる。また、スクリュ3に筐体26a,26bを取り付けた状態で、筐体26aの端部の端子と筐体26bの端部の端子とが接触して電気的に接続されるようにしておくことで、筐体26a内の部品と筐体26b内の部品とを電気的に接続することができる。
また、テレメータ11は、センサ23を1つ以上含んでおり、筐体26aおよび筐体26bの少なくとも一方に少なくとも一つのセンサ23が配置される。図6の場合は、一例として、筐体26a,26aのそれぞれにセンサ23が配置された場合が示されている。筐体26a,26aのそれぞれにセンサ23を配置することで、スクリュの変形(歪)を検出しやすくなる。この場合、スクリュ3の中心(回転中心軸)に対して対称となる位置に、センサ23を配置することが好ましい。
スクリュ3の変形(歪)を検出する回路として、ブリッジ回路(ホイートストンブリッジ回路)を形成する場合は、抵抗素子は4つ必要になる。この場合、1つのセンサ23が抵抗素子を1つだけ有するのであれば、合計4つのセンサ23が必要になり、また、1つのセンサ23が2つの抵抗素子を有するのであれば、合計2つのセンサ23が必要になり、また、1つのセンサ23が4つの抵抗素子を有するのであれば、合計1つのセンサ23が必要になる。テレメータ11がセンサ23を1つ有している場合は、筐体26aと筐体26bのいずれか一方にセンサ23を配置することができる。また、テレメータ11がセンサ23を2つ有している場合は、例えば、筐体26aと筐体26bのそれぞれにセンサ23を一つずつ配置することができる。また、テレメータ11がセンサ23を4つ有している場合は、例えば、筐体26aと筐体26bのそれぞれにセンサ23を2つずつ配置することができる。また、それ以外のセンサ配置と、センサ毎の抵抗素子の個数の変更も可能である。
本実施の形態とは異なり、テレメータ11に受電用コイル21を配置せず、その代わりに電池をテレメータ11に内蔵させ、その電池を用いてテレメータ11を動作させる場合を仮定する。その場合は、テレメータに内蔵させる電池の大きさには限界があり、それゆえ電池容量に限界があることから、テレメータを長時間、連続して動作させることができなくなる。このため、成形機を長時間、連続して動作させる場合に、その成形機のスクリュの状態をテレメータで常時モニタ(検知)することができなくなってしまう。また、成形機のスクリュの回転速度は比較的速いため、テレメータによる測定周波数を高める必要があるが、その場合、消費電力も大きくなってしまうことから、電池の寿命が短くなってしまい、テレメータの動作可能時間が短くなってしまう。この点でも、成形機を長時間、連続して動作させる場合に、その成形機のスクリュの状態をテレメータで常時モニタ(検知)することができなくなってしまう。
それに対して、本実施の形態では、テレメータ11が受電用コイル21を有しており、ベース部12の送電用コイル32とテレメータ11の受電用コイル21とを用いて、ベース部12からテレメータ11にワイヤレス方式で給電している。このため、テレメータ11を動作させるための電源は、テレメータ11内ではなく、テレメータ11の外部に配置することができる。このため、テレメータ11にワイヤレス方式で常時給電することができるため、テレメータ11を長時間、連続して動作させることができる。このため、成形機1を長時間、連続して動作させる場合に、その成形機1のスクリュ3の状態をテレメータ11で常時モニタ(検知)することができるようになる。なお、別の形態として、電池またはコンデンサなどの蓄電素子にワイヤレスで定期的に充電することは、ワイヤレス方式での給電の一形態としてあり得る。
また、本実施の形態とは異なり、テレメータ11への給電を、ワイヤレスではなく有線で行う場合を仮定する。その場合は、外部電源とテレメータとを配線(外部配線)により接続することになるが、スクリュが回転すると配線を巻き込んでしまうため、配線が邪魔になることなくスクリュを回転させることが難しい。ブラシなどの摺動部品を用いれば、有線で給電することも可能であるが、部品の消耗、安定性、複雑化の観点から、望ましくない。このため、回転するスクリュの状態を検知することが難しくなってしまう。
それに対して、本実施の形態では、テレメータ11が受電用コイル21を有しており、ベース部12の送電用コイル32とテレメータ11の受電用コイル21とを用いて、ベース部12からテレメータ11にワイヤレスで給電(電源供給)している。このため、外部電源とテレメータ11とを配線(外部配線)により接続する必要が無いため、スクリュ3が回転したときに、配線を巻き込んでしまうことはない。このため、回転するスクリュ3の状態を、テレメータ11によって的確にモニタ(検知)することができるようになる。
また、本実施の形態では、テレメータ11は、シリンダ2の後端部と継手8との間において、スクリュ3にテレメータ11が取り付けられていることが好ましい。すなわち、シリンダ2の外部で、かつ、シリンダ2の後端部からできるだけ近い位置において、スクリュ3にテレメータ11が取り付けられていることが好ましい。これにより、スクリュ3において、テレメータ11が取り付けられた箇所を、シリンダ2内に位置する部分のスクリュ3に近づけることができるため、テレメータ11が検知したスクリュ3の状態は、シリンダ2内に位置する部分のスクリュ3の状態を的確に反映したものとなる。このため、テレメータ11により検知したデータにより、シリンダ2内のスクリュ3の状態を知ることができる。
また、本実施の形態では、スクリュ3へのテレメータ11の取り付けと取り外しが可能である。すなわち、テレメータ11は、スクリュ3に対して着脱可能である。このため、スクリュ3にテレメータ11を取り付けていない状態でしばらくの間、成形機を使用した後に、スクリュ3にテレメータ11を取り付けることもできる。すなわち、テレメータ11の後付けが可能である。
次に、図1~図4に示される成形機1の動作の概略について説明する。
成形機1において、原料投入口(図示せず)からシリンダ2内に供給された樹脂(熱可塑性樹脂)は、シリンダ2内でスクリュ3の回転により前方へ送られながら溶融される(すなわち溶融樹脂となる)。フィラー供給装置(図示せず)からシリンダ2内にフィラーが供給される場合は、成形機1のシリンダ2内において、樹脂(溶融樹脂)とフィラーとがスクリュ3の回転により混練されるため、シリンダ2内の溶融樹脂は、フィラーを含有した状態になる。
成形機1において、スクリュ3の回転によりシリンダ2内を前方に送られた溶融樹脂は、シリンダ2の先端に取り付けられたダイ5から押し出される。ダイ5から押し出された溶融樹脂は冷却されて、樹脂成形品となる。
成形機1が押出機ではなく射出成形機である場合は、シリンダ2の先端から金型内に溶融樹脂が注入され、金型内で溶融樹脂が固まることで、樹脂成形品が形成される。
成形機1においては、シリンダ2内のスクリュ3を回転させ、スクリュ3によって樹脂を混練する。このため、スクリュ3には、機械的な負荷や、熱的な負荷が加わることになる。このため、成形機1を使用していると、スクリュ3に歪が生じてしまい、スクリュ3が変形する虞がある。このため、スクリュ3にテレメータ11を取り付け、スクリュ3の状態をモニタ(検知)することにより、スクリュ3に異常(スクリュ3の基準値以上の変形など)が生じた場合には、それを速やかに検知することができる。これにより、成形機1の管理や、成形機1を用いた製造工程の管理が行いやすくなる。
(実施の形態2)
図10は、本実施の形態2における成形機1の要部平面図であり、上記実施の形態1の上記図3に対応するものである。本実施の形態2における成形機1を、符号1aを付して、成形機1aと称することとする。
(実施の形態2)
図10は、本実施の形態2における成形機1の要部平面図であり、上記実施の形態1の上記図3に対応するものである。本実施の形態2における成形機1を、符号1aを付して、成形機1aと称することとする。
本実施の形態2の成形機1aが、上記実施の形態1の成形機1と相違しているのは、テレメータ11の取り付け位置である。すなわち、本実施の形態2では、テレメータ11は、スクリュ3自体ではなく、シリンダ2の外部においてスクリュ3に連結されたシャフト(ここでは出力軸7)に取り付けられている。それ以外については、本実施の形態2も、上記実施の形態1とほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。
シリンダ2の外部においてスクリュ3に連結されたシャフト(ここでは出力軸7)は、スクリュ3が変形すると、その変形に応じて変形する傾向にある。このため、本実施の形態2では、スクリュ3に連結されたシャフト(ここでは出力軸7)にテレメータ11を取り付けて、テレメータ11のセンサ23によって、そのシャフト(出力軸7)の状態(変形、形状変化)を検知し、そのデータに基づいて、スクリュ3の状態(変形、形状変化)を間接的に検知することができる。このため、上記実施の形態1のようにスクリュ3自体にテレメータ11を取り付けた場合だけでなく、本実施の形態2のように、スクリュ3に連結されたシャフト(ここでは出力軸7)にテレメータ11を取り付けた場合も有効である。
但し、上記実施の形態1のようにスクリュ3自体にテレメータ11を取り付けた場合の方が、スクリュ3の状態(変形、形状変化)を直接的に検知することができ、スクリュ3の状態をより正確に知ることができる。このため、本実施の形態2の場合よりも、上記実施の形態1の場合の方が、スクリュ3の状態をより正確に検知できるという点で、有利である。一方、スクリュ3に対してテレメータ11を取り付けるスペースを確保しにくい場合などは、本実施の形態2のように、スクリュ3に連結されたシャフト(ここでは出力軸7)にテレメータ11を取り付けることができる。
(実施の形態3)
図11は、本実施の形態3における成形機1の要部平面図であり、上記実施の形態1の上記図3に対応するものである。本実施の形態3における成形機1を、符号1bを付して、成形機1bと称することとする。
図11は、本実施の形態3における成形機1の要部平面図であり、上記実施の形態1の上記図3に対応するものである。本実施の形態3における成形機1を、符号1bを付して、成形機1bと称することとする。
本実施の形態3の成形機1bが、上記実施の形態1の成形機1と相違しているのは、上記実施の形態1では、テレメータ11と継手8とを別々に設けていたのに対して、本実施の形態3では、テレメータ11と継手8とを共通化したことである。
例えば、継手8に上記テレメータ11を構成する種々の部品を内蔵させることにより、継手8にテレメータ11の機能を持たせることができる。あるいは、テレメータ11に継手8としての機能を持たせて、テレメータ11によってスクリュ3と出力軸7とを連結することもできる。これらの場合、図11に示されるように、継手8を兼ねるテレメータ11(言い換えるとテレメータ11を兼ねる継手8)は、スクリュ3の端部と出力軸7の端部とを連結するように、スクリュ3と出力軸7の両方に取り付けられることになる。
本実施の形態3の場合は、テレメータ11と継手8とを共通化しているため、継手を取り付けるスペースとテレメータを取り付けるスペースとを別々に確保する必要が無い。このため、継手とは別にテレメータを取り付けるためのスペースを確保しにくい場合などは、本実施の形態3が有効である。
一方、上記実施の形態1の場合は、テレメータ11と継手8とを別々に設けているため、テレメータ11と継手8のそれぞれに対して、必要な機能を発揮するのに相応しい構造を採用することができる。このため、良好な性能(機能)を有するテレメータ11と継手8とを準備しやすくなる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
1 成形機
2 シリンダ
3 スクリュ
4 回転駆動機構
4a モータ
4b 減速機
5 ダイ
7 出力軸
8 継手
11 テレメータ
12 ベース部
21 受電用コイル
22 AC/DCコンバータ
23 センサ
24 プロセッサ
25 データ送信用コイル
26,26a,26b 筐体
27,27a,27b 凹部
31 発振器
32 送電用コイル32
33 データ受信用コイル
34 ADコンバータ
35 プロセッサ
36 電源
37 パーソナルコンピュータ
41 弾性シート
42 金属プレート
43 ナットプレート
43a ネジ穴
44 ボルト
44a ネジ部
44b 頭部
45 孔部
46 配線
51 ヒンジピン
52 ボルト
53 ナット
2 シリンダ
3 スクリュ
4 回転駆動機構
4a モータ
4b 減速機
5 ダイ
7 出力軸
8 継手
11 テレメータ
12 ベース部
21 受電用コイル
22 AC/DCコンバータ
23 センサ
24 プロセッサ
25 データ送信用コイル
26,26a,26b 筐体
27,27a,27b 凹部
31 発振器
32 送電用コイル32
33 データ受信用コイル
34 ADコンバータ
35 プロセッサ
36 電源
37 パーソナルコンピュータ
41 弾性シート
42 金属プレート
43 ナットプレート
43a ネジ穴
44 ボルト
44a ネジ部
44b 頭部
45 孔部
46 配線
51 ヒンジピン
52 ボルト
53 ナット
Claims (22)
- シリンダと、
前記シリンダに内蔵されたスクリュと、
状態検知デバイスと、
を有し、
前記状態検知デバイスは、前記スクリュの状態を検知するためのセンサを含み、
前記状態検知デバイスは、前記シリンダの外部において、前記スクリュに取り付けられている、成形機。 - 請求項1記載の成形機において、
前記状態検知デバイスへの電源供給部と、前記状態検知デバイスとの通信部を有する、成形機。 - 請求項2記載の成形機において、
前記状態検知デバイスへのワイヤレス方式での給電と、前記状態検知デバイスからのワイヤレス方式でのデータ送信とが可能である、成形機。 - 請求項1記載の成形機において、
前記状態検知デバイスの筐体は、不導体からなる、成形機。 - 請求項4記載の成形機において、
前記状態検知デバイスの筐体は、樹脂からなる、成形機。 - 請求項1記載の成形機において、
前記センサは、前記スクリュの変形を検知する、成形機。 - 請求項6記載の成形機において、
前記センサは、歪ゲージである、成形機。 - 請求項1記載の成形機において、
前記センサは、前記スクリュに押しつけられている、成形機。 - 請求項8記載の成形機において、
前記状態検知デバイスは、弾性シートを更に含み、
前記センサは、前記弾性シートと前記スクリュとの間に位置し、かつ、前記弾性シートにより前記スクリュに押しつけられている、成形機。 - 請求項9記載の成形機において、
前記状態検知デバイスは、金属プレートを更に含み、
前記金属プレートは、前記弾性シートの前記センサと接する側とは反対側の面上に位置し、かつ、前記弾性シートに押しつけられている、成形機。 - 請求項10記載の成形機において、
前記金属プレートの前記弾性シートに接する側の面は、曲面となっている、成形機。 - 請求項11記載の成形機において、
前記状態検知デバイスは、ネジ部材を更に含み、
前記金属プレートは、前記ネジ部材により前記弾性シートに押しつけられている、成形機。 - 請求項12記載の成形機において、
前記状態検知デバイスは、前記ネジ部材が挿入されたナットを更に含み、
前記ナットは、プレート状であり、かつ、前記状態検知デバイスの筐体に接触している、成形機。 - 請求項1記載の成形機において、
前記スクリュの第1部分は、前記シリンダの上流側端部から突出しており、
前記スクリュの前記第1部分に、前記状態検知デバイスが取り付けられている、成形機。 - 請求項2記載の成形機において、
前記状態検知デバイスの給電方法は、無線給電または環境発電である、成形機。 - 請求項2記載の成形機において、
前記状態検知デバイスと対向する位置に配置されたベース部を更に有し、
前記ベース部は、前記状態検知デバイスに電源供給し、
前記状態検知デバイスから前記ベース部にデータ送信される、成形機。 - 請求項1記載の成形機において、
前記スクリュを2本有し、
前記2本のスクリュのそれぞれに、前記状態検知デバイスが取り付けられている、成形機。 - 請求項1記載の成形機において、
前記状態検知デバイスの筐体は、一対の筐体部からなり、
前記一対の筐体部が前記スクリュを挟むことにより、前記状態検知デバイスが前記スクリュに取り付けられている、成形機。 - シリンダと、
前記シリンダに内蔵されたスクリュと、
前記シリンダの外部において前記スクリュに連結されたシャフトと、
状態検知デバイスと、
を有し、
前記状態検知デバイスは、前記スクリュの状態を検知するためのセンサを含み、
前記状態検知デバイスは、前記シリンダの外部において、前記スクリュおよび前記シャフトのいずれか一方または両方に取り付けられている、成形機。 - 請求項19記載の成形機において、
前記状態検知デバイスへのワイヤレス方式での給電と、前記状態検知デバイスからのワイヤレス方式でのデータ送信とが可能である、成形機。 - 請求項20記載の成形機において、
モータと、
前記モータに接続された減速機と、
を更に有し、
前記シャフトは、前記減速機の出力軸である、成形機。 - シリンダと、
前記シリンダに内蔵された2本のスクリュと、
前記シリンダの外部において、前記2本のスクリュにそれぞれ取り付けられた2つの状態検知デバイスと、
を有し、
前記2つの状態検知デバイスのそれぞれは、取り付けられた前記スクリュの状態を検知するためのセンサを含み、
前記2つの状態検知デバイスへのワイヤレス方式での給電と、前記2つの状態検知デバイスからのワイヤレス方式でのデータ送信とが可能である、成形機。
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