JP2008284705A - 圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】システムが簡易であって、連続的に圧力検出信号を得ることでき、さらに電子部品の故障のリスクを低減して信頼性を高く維持する。
【解決手段】射出スクリューに印加される圧力を検出するロードセル６と、ロードセル６とは別体として設けられ、ロードセルの検出出力を増幅する増幅器２４、該増幅器のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２５、該Ａ／Ｄ変換器２５からの出力信号を圧力検出信号として送出する送信部２６を備えた変換ユニットとを配設し、ロードセル６が常時圧力を検出し、変換ユニット２３がロードセル６の検出出力に基づいて連続的に圧力検出信号を制御装置３０へ送出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に電動式射出成形装置において、加圧成形の際に射出スクリューに印加される圧力を検出するための圧力検出装置に関する。

電動式射出成形装置として、サーボモータの回転を、ねじ軸にナット部材を取り付けてなるボールねじ機構等を介して直線運動に変換して、加熱筒内の射出スクリューをその軸方向に駆動して加圧成形を行うものがある（例えば特許文献１参照）。この電動式射出成形装置では、射出スクリューに印加される圧力をボールねじ機構と射出スクリューとの間に設けたロードセルで検出し、その圧力の検出値と予め設定した圧力指令値との偏差を算出し、圧力検出値を圧力指令値に一致させるための制御信号をサーボモータに付与することにより検出圧力値に対するフィードバックを行うことによって、射出工程時の射出圧力等の制御を行っている。

また、射出スクリューに印加される圧力の検出装置としては、特許文献２に示すように、ロードセルと、該ロードセルと一体に取り付けられるとともに、ロードセルの出力を増幅する増幅器、該増幅器のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、該Ａ／Ｄ変換器からの出力信号をシリアルデータ信号として送出するシリアル通信手段及びこれらの制御を行う演算制御部とを備えた箱体とからなるロードセルユニットが配置されたものが開示されている。この圧力検出装置においては、該ロードセルユニットと伝送ケーブルで接続されたコントロール装置が配置され、該コントロール装置がロードセルユニットへの電源供給と制御信号の送出を行うようになっている。そして、この制御信号によって演算制御部が増幅器、Ａ／Ｄ変換器及びシリアル通信手段を制御して、ロードセルの出力を制御装置側へ送出する。即ち該圧力検出装置では、ロードセルユニットとコントロール装置とが双方向に通信を行う構成とされている。
特許第３１６６６３２号公報 特許第３８１０９９３号公報

ところで、従来の電動式射出成形装置の圧力検出装置においてスクリューに印加される圧力を検出する際には、まずコントロール装置からロードセルユニットにスタート信号を送出し、このスタート信号によってロードセルユニットからコントロール装置に圧力検出信号が送出される構成とされているため、圧力検出信号を得るためには双方向から情報のやり取りを行う一往復の通信が必要となりシステムが複雑化してしまっていた。また、ロードセルユニットとコントロール装置とは、これらを接続する一つの伝送ケーブルを介して双方向に通信を行うため、いずれか一方から信号を送出している場合には他方からは信号を送出することができなくなり、連続した圧力検出信号をサーボモータの制御に反映することができないとい欠点があった。このため、サーボモータの制御精度が低下し、成形品の品質にバラツキが生じてしまうという課題があった。

さらに、従来の圧力検出装置においては、上記のように、増幅器、Ａ／Ｄ変換器、シリアル通信手段、演算制御部等の電子部品が、ロードセルと一体に取り付けられた箱体内に配置されているため、ロードセルが受ける圧力による衝撃やこの衝撃によって発生する熱がこれらの電子部品に直接伝わってしまい、これにより電子部品が故障するおそれもあり信頼性に欠けていた。

この発明はこのような事情に鑑みて、システムが簡易であってハンドリングが容易であるとともに、連続的に圧力検出信号を得ることによってサーボモータの制御精度を向上させることができ、さらに電子部品の故障のリスクを低減して信頼性を高く維持することが可能な、電動式射出成形装置における圧力検出装置を提供する。

前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る圧力検出装置は、電動式射出成形装置の射出スクリューに印加される圧力を検出し制御装置へ送出する圧力検出装置において、前記射出スクリューに作用する圧力を検出するロードセルと、前記ロードセルとは別体として設けられるとともに、前記ロードセルの検出出力を増幅する増幅器と、該増幅器のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力信号を圧力検出信号として送出する送信部とを備えた変換ユニットとが配設され、前記ロードセルが常時圧力を検出するとともに、前記変換ユニットは前記ロードセルの検出出力に基づいて連続的に前記圧力検出信号を前記制御装置へ送出することを特徴としている。

本発明の圧力検出装置においては、ロードセルが射出スクリューに印加される圧力を検出し、その検出出力が変換ユニットによって増幅及びデジタル変換され、送信部によって圧力検出信号として制御装置へ送出されるため、信号は変換ユニットから制御装置への一方向にのみ送信されることとなる。従って、圧力検出信号を得るために従来のように一往復の通信が必要とならないためシステムを簡易なものとすることができる。

さらに信号が変換ユニットから制御装置へと一方向にのみ送信されることに加えて、ロードセルは常時射出スクリューに印加される圧力を検出しているため、その検出出力は連続的なものとなり、該検出出力に基づく圧力検出信号を途切れることなく連続的に制御装置へ送出することができる。従って、この連続した圧力検出信号をフィードバック制御に反映することができるため、圧力検出値と予め定められた圧力指令値との偏差を連続的に把握することが可能となり、サーボモータの制御精度を向上させることができる。

さらにまた、当該圧力検出装置においては、衝撃や熱に弱い電子部品である増幅器、Ａ／Ｄ変換器、送信部を備えた変換ユニットは、ロードセルとは別体として設けられているため、ロードセルが受ける圧力による衝撃やこれによって発生する熱が電気部品に直接的に伝わることがないため、故障のリスクを低減させることができるとともにその寿命を延ばすことが可能となる。

また、本発明に係る圧力検出装置においては、前記変換ユニットに、前記ロードセルと、前記増幅器と、前記Ａ／Ｄ変換器と、前記送信部とへ電力供給を行う電源部が備えられたことを特徴としている。

変換ユニットに備えられた電源部が、ロードセル及び変換ユニットの各部に一括して電源供給を行う構成とされている。従来は、電源供給は信号を伝送するのと同一のケーブルを介して制御装置側からロードセル側に対して行われていたが、変換ユニット側に電源部を配置することにより、ケーブルを介して伝送されるものは、変換ユニット側から制御装置側に送出される圧力検出信号のみになるため、システムをさらに簡易化することができるとともに、ケーブルを介して電力を伝播することによる信号へのノイズの影響を考慮する必要がないため、信頼性の高い信号伝送が可能となる。

本発明に係る圧力検出装置によれば、信号は変換ユニットから制御装置への一方向にのみ送信されるためシステムが簡易となりハンドリングが容易となるとともに、ロードセルによって常時射出スクリューに印加される圧力を検出し、その検出信号に基づく圧力検出信号を連続的に得ることができるためサーボモータの制御精度を向上させることができ、成形品の品質のバラツキを防ぐことが可能となる。さらに電子部品を備えた変換ユニットは、ロードセルとは別体として配設されているため、衝撃や熱による故障のリスクを低減して信頼性を高く維持することが可能となる。

以下、本発明に係る圧力検出装置の一実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る圧力検出装置が用いられる電動式射出成形装置の概略構成図、図２は本実施形態に係る圧力検出装置を示すブロック図である。

図１において、１は電動式射出成形装置でありその外部には後述する変換ユニット２３及び制御装置３０が設けられている。電動式射出成形装置１は、支持盤２に取り付けられて先端に射出ノズル３を有する加熱筒４と、この加熱筒４内にその軸方向に移動自在に挿入された射出スクリュー５と、この射出スクリュー５の後端側（図１において右側）をロードセル６を介して支持する支持台７をと備えている。支持盤２及びこれに対向するように後端側に配置された支持盤８には、一対のねじ軸１２ａが回転自在に支持されており、各ねじ軸１２ａが支持台７の両端部に固定されたボールナット１２ｂに噛合している。これらねじ軸１２ａとボールナット１２ｂとでサーボモータ１１の回転を直線運動に変換するボールねじ機構１２を構成している。

そして、各ねじ軸１２ａの後端にはプーリ１３がそれぞれ取り付けられ、これらのプーリ１３とサーボモータ１１の回転軸に取り付けられたプーリ１４との間にタイミングベルト１５が張設されており、これによりサーボモータ１１の回転がプーリ１３に伝達される構成となっている。

また、本実施形態における圧力検出装置１０は図２に示すようにロードセル６と変換ユニット２３とから構成される。ロードセル６は例えば４つの歪ゲージ２１を備えており、該歪ゲージ２１は、図２に概略的に示すように、公知のホイートストーンブリッジ回路２０を構成するように結線されており、このホイートストーンブリッジ回路２０の各辺にそれぞれ一つの歪ゲージ２１が配置されている。また、該ホイートストーンブリッジ回路２１における対向する二つの端子２０ａ、２０ｂには、後述の電源部２７から一定の入力電圧が入力されており、ロードセル６に加えられる圧力による歪ゲージ２１の抵抗値の変化に応じて残りの端子２０ｃ、２０ｄ間の出力電圧が変化するように構成されている。この出力電圧がロードセル６の検出出力として変換ユニット２３に送出される。

変換ユニット２３は、その内部に増幅器２４、Ａ／Ｄ変換器２５、送信部２６及び電源部２７を備えており、該変換ユニット２３はロードセル６とは別体として設置されている。増幅器２４は、変換ユニット２３から送出されたロードセル６の検出出力を増幅し、Ａ／Ｄ変換器２５は増幅器２４が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。また、送信部２６は、本実施形態においてはＡ／Ｄ変換器２５の出力をシリアルデータ信号として制御装置３０に送出するシリアルＩ／Ｏであって、該シリアルデータ信号がロードセル６の検出出力に基づく圧力検出信号として制御装置３０に入力される。また、電源部２７は、ロードセル６のホイートストーンブリッジ回路２１の端子２０ａ、２０ｂに入力電圧として電力供給を行うとともに、該電源部２７と同じく変換ユニット２３内に備えられた増幅器２４、Ａ／Ｄ変換器２５、送信部２６に対しても電力供給を行う構成とされている。

そして、制御装置３０は、変換ユニット２３の送信部２６から送出された圧力検出信号に基づく圧力検出値と予め設定された圧力指令値との偏差を算出するとともに、サーボモータ１１に対して、圧力検出値を圧力指令値に一致させるための圧力フィードバック制御を行う。

上記の電動式射出成形装置１が稼動する際には、サーボモータ１１が回転し、その回転がタイミングベルト１５及び各プーリ１３、１４を介して各ねじ軸１２ａに伝えられ、このねじ軸１２ａの回転によって、これらに取り付けられたボールナット１２ｂを介して支持台７がねじ軸１２ａの方向に直線運動をする。そして射出スクリュー５の後端側（図１において右側）と支持台７の先端側（図１において左側）との間に挟み込まれるように保持されているロードセル６を介して、射出スクリュー５がその軸方向に前進または後退移動し成形動作を行う構成となっている。

この電動式射出成形装置１の稼動の際には、変換ユニット２３内に設けられた電源部２７によって、ロードセル６のホイートストーンブリッジ回路２０の端子２０ａ、２０ｂには常に入力電圧が供給されている。また、端子２０ｃ、２０ｄに生じる電位差が出力電圧とされており、射出スクリュー５に圧力が印加されていない際には、ホイートストーンブリッジは平衡状態であるため、端子２０ｃ、２０ｄ間に電位差は生じない。一方、射出スクリュー５に圧力が印加された際には、該射出スクリュー５と支持台７との間に挟みこまれているロードセル６にもその圧力が及び、その圧力の大きさに応じて歪ゲージ２１の抵抗値が変化して端子２０ｃ、２０ｄ間に電位差が生じる。この電位差がホイートストーンブリッジ２０の出力電圧となり、ロードセル６の検出出力として変換ユニット２３に送出される。従って、射出スクリュー５に印加される圧力の変化はロードセル６による検出出力として連続的に変換ユニット２３に送出される。

このロードセル６による検出出力の値は、歪ゲージ２１の抵抗値の微小な変化に基づくものであるため非常に小さなものとなっている。従って、検出出力が変換ユニット２３に入力されると、まず増幅器２４によりその出力が増幅される。次ぎに、この増幅された検出出力はＡ／Ｄ変換器２５によってアナログ出力信号がデジタル信号に変換され、さらにこのデジタル信号が送信部２６によってシリアルデータ信号に変換されて、圧力検出信号として制御装置３０へ送出される。このようにデジタル化やシリアルデータ化を経て圧力検出信号を送出しているためノイズ等の影響を受けることが少なく、信頼性の高い信号伝送をすることができる。また、ロードセル６による圧力の検出出力は連続的に変換ユニット２３に入力されるため、変換ユニット２３が制御装置３０へ送出する圧力検出信号も連続的なものとなる。そして、この連続した圧力検出信号に基づき、制御装置３０が圧力フィードバック制御を行うことによって最適な制御信号がサーボモータ１１に付与され、精度の高い成形加工を行うことができる。

また、ロードセル６から変換ユニット２３の増幅器２４に送出している検出出力の値は、非常に小さくノイズ等の影響を受けやすいが、変換ユニット２３をロードセル６の近くに設置し、ケーブル３１の長さが例えば５０ｃｍ以内のシールドケーブル等を用いて、短く結線することで、デジタル化する前段での圧力検出信号が受けるノイズ等の影響を容易に防止できる。

本発明の圧力検出装置１０においては、ロードセル６が射出スクリュー５に印加される圧力を検出し、その検出出力が変換ユニット２３によって増幅、デジタル変換及びシリアルデータ化された後に圧力検出信号として制御装置３０へ送出されるため、信号は変換ユニット２３側から制御装置３０への一方向にのみ送信されることとなる。従って、圧力検出信号を得るために従来のように一往復の通信をする必要はないため圧力検出装置１０のシステムを簡易なものとすることができる。

さらに信号が変換ユニット２３から制御装置３０へと一方向にのみ送信されることに加えて、ロードセル６は常時射出スクリュー５の圧力を検出しているため、その検出出力は連続的なものとなり、該検出出力に基づく圧力検出信号も途切れることなく連続的に制御装置３０へ送出される。従って、この連続した圧力検出信号をフィードバック制御に反映することができるため、圧力検出値と予め定められた圧力指令値との偏差を連続的に把握することが可能となり、サーボモータ１１の制御精度を向上させることができる。

さらにまた、当該圧力検出装置１０においては、衝撃や熱に弱い電子部品である増幅器２４、Ａ／Ｄ変換器２５、送信部２６、電源部２７を備えた変換ユニット２３は、ロードセル６とは別体として設けられているため、ロードセル６が受ける圧力による衝撃やこれによって発生する熱がこれらの電気部品に直接的に伝わることがないため、故障のリスクを低減させることができるとともにその寿命を延ばすことが可能となる。

また、本実施形態では、変換ユニット２３に備えられた電源部２７が、ロードセル６及び変換ユニット２３の各部に一括して電源供給を行う構成とされている。本実施形態では変換ユニット２３内に電源部２７を配置することにより、変換ユニット２３と制御装置３０とを接続するケーブルを介して伝送されるものは、変換ユニット２３側から制御装置３０側に送出される圧力検出信号のみになるため、システムをさらに簡易化することができる。

以上から、本実施形態に係る圧力検出装置１０によれば、信号は変換ユニット２３から制御装置３０への一方向にのみ送信されるためシステムが簡易となりハンドリングが容易となるとともに、ロードセル６によって常時射出スクリュー５の圧力を検出し、その検出信号に基づく圧力検出信号を連続的に得ることができるためサーボモータ１１の制御精度を向上させることができ、成形品の品質を向上させることが可能となる。さらに変換ユニット２３は、ロードセル６とは別体として配設されているため、衝撃や熱による故障のリスクを低減して信頼性を高く維持することが可能となる。

また、圧力検出信号はデジタル化やシリアルデータ化を経て送出されているため、信頼性の高い信号伝送をすることができる。

本実施形態に係る圧力検出装置が用いられる電動式射出成形装置の概略構成図である。 本実施形態に係る圧力検出装置を示すブロック図である。

符号の説明

１ 電動式射出成形装置
５ 射出スクリュー
６ ロードセル
１０ 圧力検出装置
２３ 変換ユニット
２４ 増幅器
２５ Ａ／Ｄ変換器
２６ 送信部
２７ 電源部

Claims (2)

1. 電動式射出成形装置の射出スクリューに印加される圧力を検出し制御装置へ送出する圧力検出装置において、
   前記射出スクリューに印加される圧力を検出するロードセルと、
   前記ロードセルとは別体として設けられるとともに、前記ロードセルの検出出力を増幅する増幅器と、該増幅器のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器からの出力信号を圧力検出信号として送出する送信部とを備えた変換ユニットとが配設され、
   前記ロードセルが常時圧力を検出するとともに、前記変換ユニットは前記ロードセルの検出出力に基づいて連続的に前記圧力検出信号を前記制御装置へ送出することを特徴とする圧力検出装置。
2. 前記変換ユニットに、前記ロードセルと、前記増幅器と、前記Ａ／Ｄ変換器と、前記送信部とへ電力供給を行う電源部が備えられたことを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。

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