JP5401078B2 - 射出成形機、及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、スクリューに加えられた荷重を正確に算出し、精密で効率のよい成形作業を可能とした射出成形機、及びその制御方法に関する。

シリンダ内にスクリューを具えた射出成形機は、シリンダ内でスクリューを回転させて樹脂を溶融混練させるとともに、スクリューを前進させて樹脂を金型内に射出して、製品を成形している。通常射出成形機は、ロードセルなどの荷重計測器を備え、スクリューに加えられた荷重をロードセルで計測し、樹脂の射出圧力や、射出後の保持圧力などを算出して、成形動作を制御している。

したがって荷重計測器は、例えばスクリューとスクリューを前後動させる駆動機構の間に設置され、スクリューに加えられる荷重を計測していた。また射出成形機のメーカでは、荷重計測器であるロードセルをロードセルのメーカから購入し、射出成形機にロードセルを取り付けるとともに、ロードセルを射出成形機の制御装置に接続させ、ロードセルが計測した荷重値を制御装置に入力させるようにしていた。

一方ロードセルは構造上計測値に若干の誤差を含み、実際にロードセルに加えられた荷重が正確な荷重値として出力されるものではなかった。したがって従来は、計測値の誤差が最も少ないロードセルを選択して射出成形機に取り付け、より実際に近い荷重値、つまり圧力値が得られるようにするとともに射出成形機毎に各種調整を施し最適な成形作業が実施されるようにしていた。
特開２００２−６７１１８号公報

しかしながら従来は、射出成形機ごとに、言うなれば特性が異なるロードセルが組み込まれていたこととなる。そのことから、個々の射出成形機では、それぞれに組み込まれたロードセルに対応した制御を行うことにより支障なく正常に成形動作が行われるが、射出成形機を複数台設置して同一の製品を成形させた場合には、各射出成形機に組み込まれているロードセルの特性が異なることから、実際には同一の荷重がかけられていてもロードセルはそれぞれ異なる荷重値を示すことがある。

したがって同一の樹脂を用いて同一条件で同一の製品を、複数の射出成形機で成形した場合に、射出成形機ごとにロードセルから出力されるスクリューの荷重値が異なることがある。そのため、各射出成形機で成形条件を一致させることができず、同一の条件で各射出成形機を作動させることが困難であった。

本発明は上記課題を解決し、同一条件下では、同一の計測結果（荷重値）が得られ、成形条件のばらつきを少なくした射出成形機、及びその制御方法を提供することを目的とする。

射出成形機に取り付けられるロードセルの荷重換算値を、複数の異なる値の基準荷重の値と、各基準荷重でロードセルが出力した荷重値の値とから予め求め、求められた荷重換算値を射出成形機の制御装置に組み込む。そして、組み込まれた荷重換算値に基づき、ロードセルが計測した荷重値を正規の荷重値に換算し、換算された正規の荷重値を用いて、制御装置で射出成形機における成形作業の制御を行わせることとした。

ロードセルの荷重換算値が制御装置に組み込まれることから、制御装置では、ロードセルが計測した荷重値を修正し、計測範囲全体におよぶ正規の荷重値を算出するための全範囲換算値を算出することができる。この全範囲換算値に基づいて、ロードセルが出力した荷重値を補正することから、スクリューに加えられた正確な荷重値が得られるとともに、射出成形機毎のスクリューにかかる荷重値のばらつきを小さくさせることができる。これにより、複数の射出成形機で同一の製品を成形させた場合において、各射出成形機の成形条件等を統一でき、設定にばらつきがなく成形作業を効率良く実施できる。

本発明にかかる射出成形機、及びその制御方法の一実施形態について、図を参照して説明する。射出成形機１０の全体を図５に示す。

射出成形機１０は、ベース５０と、ベース５０上に設けられた射出装置１２及び型締装置１４等から構成されている。また射出成形機１０のほぼ中央部分には、表示手段１６と入力手段１８が設けられている。

ベース５０は、ほぼ直方体で、上面に第１レール５２が設けられている。第１レール５２は、ベース５０の長手方向に沿って設けられ、第１レール５２上に射出装置１２が移動自在に載置されている。射出装置１２の左側部分には、型締装置１４が対向して設けられている。型締装置１４は型締機構を備え、型締機構に組み付けられた金型（いずれも図示せず。）を開閉させる。型締装置１４は、サーボモータ駆動方式が好ましいが、油圧駆動方式であってもよい。尚射出成形機１０は、射出装置１２及び型締装置１４の外側にカバーを有し、図５にはカバーで覆われた状態でそれぞれが示されている。

射出装置１２を、図１、及び図２に示す。以下、射出装置１２から見て型締装置１４側を前方とし、それを基準に前後左右を定め、重力の方向を下方とし、その逆を上方として射出装置１２を説明する。

射出装置１２は、フレーム２０と、フレーム２０の前方（図の左方。）に設けられたシリンダ２２と、シリンダ２２の内部に設けられたスクリュー２４と、スクリュー２４を中心軸周りに回転させるスクリュー回転機構２６と、スクリュー２４を軸方向に前後進させるスクリュー前後進機構２８と、フレーム２０を第１レール５２上で移動させる推進機構３０などから構成されている。

フレーム２０は、基台３２と基台３２上に取り付けられた上フレーム３４から形成されている。基台３２は、扁平な枠体で、基台３２の左右両側には脚部３６が設けられている。脚部３６は、第１レール５２上に移動自在に載置されており、これにより基台３２がベース５０に対して摺動自在に支持されている。

推進機構３０は、駆動用電動機３８と、ボールねじ機構４０から構成されている。駆動用電動機３８は、基台３２の後壁３９（図の右方。）に取り付けられている。駆動用電動機３８の駆動軸は後壁３９を貫通し、ボールねじ機構４０のねじ部４２に連結されている。ねじ部４２は、基台３２のほぼ中央を貫き、先端側が基台３２の前壁４１に回動自在に支持されている。ボールねじ機構４０のナット部４４は、基台３２の内側で、ベース５０の上面に固定されている。

上フレーム３４は、四角の枠体状で、支持ピン４６と固定ねじ４８により基台３２に固定されている。そして上フレーム３４は、固定ねじ４８の固定を解除すると、支持ピン４６を中心にして基台３２に対して旋回可能に構成されている。

上フレーム３４には、前壁３５にシリンダ２２が取り付けられている。シリンダ２２は、図の左方に延び、その先端には、金型に密接するノズル部５４が設けられている。またシリンダ２２の基端側には、ホッパ５６が設けられている。ホッパ５６は、シリンダ２２内に連通し、原料樹脂であるペレットをシリンダ２２に供給する。更に上フレーム３４には、図２に示すように第２レール５８が左右の側壁３７上に設けられている。第２レール５８は、シリンダ２２と平行に取り付けられ、後述するステー６８が移動自在に載置されている。

スクリュー２４は、シリンダ２２内に摺動かつ回動自在に設けられている。スクリュー２４は、先端側外周に、螺旋状の溝を有している。またスクリュー２４は、基端側が後述する回転機構２６のプーリ６６に連結されている。

回転機構２６は、回転機構本体部６０と、駆動用電動機６２と、伝動ベルト６４と、プーリ６６などから構成されている。回転機構本体部６０は、ステー６８を具え、ステー６８を介して第２レール５８上に移動可能に載置されている。

回転機構本体部６０の上部には、駆動用電動機６２が取り付けられている。回転機構本体部６０の前方には、軸受６１を介してプーリ６６が回動自在に設けられており、伝動ベルト６４を介して駆動用電動機６２の駆動軸に連結されている。プーリ６６には、前述したようにスクリュー２４が同軸に一体に固定されている。回転機構本体部６０の後方には、ロードセル７０を介して前後進機構２８が設けられている。

前後進機構２８は、駆動用電動機７２と、伝動ベルト７４と、プーリ７６と、ボールねじ機構７８などから構成されている。駆動用電動機７２は、上フレーム３４の側方に取り付けられており、その駆動軸が伝動ベルト７４を介してプーリ７６に連結されている。

プーリ７６は、軸受７７により上フレーム３４に回動自在に支持されている。プーリ７６には、ボールねじ機構７８のねじ部８０が一体に連結されている。ねじ部８０は、スクリュー２４と同軸に設けられ、ボールねじ機構７８のナット部８２に螺合している。ナット部８２は円筒状で、ロードセル７０の後面に一体に固定されている。

ロードセル７０は、軸方向に加えられた荷重を計測する荷重計測器で、起歪体と起歪体に取り付けられた歪みセンサ（いずれも図示せず。）などから構成されている。ロードセル７０は、扁平な円筒状で、中心には、ねじ部８０の外径より大きい内径の孔が形成されている。上述したようにロードセル７０の図の左方側面は、回転機構本体部６０と一体に固定され、図の右方側面は、ナット部８２に一体に固定されている。

更にロードセル７０は、処理手段（図示せず。）を具え、歪みセンサの出力値を処理手段で適宜な数値に処理して制御装置９０に送り出すとともに、処理手段にロードセル７０固有の荷重換算値が記憶されており、ロードセル７０を制御装置９０に接続させると、荷重換算値が制御装置９０に送出される。荷重換算値は、ロードセル７０が有する特性を示すもので、例えばロードセル７０の計測範囲内からいくつかの荷重値を基準荷重値として選択し、基準荷重値を実際にロードセル７０に加えたときのロードセル７０が出力した荷重値と、その基準荷重値とから形成されている。荷重換算値は、ロードセルが製造された段階で、ロードセルを製造した会社で計測され、処理手段に入力してロードセルとともに納入されるのが好ましい。尚、荷重換算値は、射出成形機のメーカーやユーザが検査したものでも、あるいは一般の検査機関等で検査したものでもよい。また、処理手段を具えず、歪みセンサが出力した出力値を直接射出成形機１０の制御装置９０に入力させ、制御装置９０で処理するようにしてもよい。かかる場合、ロードセル７０に記憶手段を設けて荷重換算値を記憶させるか、別途記憶媒体を設け、かかる記憶媒体に荷重換算値を記憶させる。

更に、記憶される荷重換算値は、選択された基準荷重値における換算値のみでなく、計測範囲全体における連続した値、あるいは換算式のようなものでもよい。計測範囲全体における連続した値が予め記憶されている場合には、後述する算出部９６は不要となる。

次に、制御装置９０について説明する。

制御装置９０には、射出成形機１０の成形作業全体についての成形方法が入力されており、かかる成形方法に基づいて射出成形機１０を制御し、成形作業を行なわせる。更に制御装置９０は、主に機能として図３に示すようにロードセル７０に関する修正部９２を有している。

修正部９２は、記憶部９４と、算出部９６と、換算部９８を具えている。記憶部９４は、ロードセル７０が射出成形機１２に組み付けられ、荷重換算値が制御装置９０に入力されると、かかる荷重換算値を記憶する。算出部９６は、記憶部９４に記憶されているロードセル７０の荷重換算値に基づいて、ロードセル７０が計測する範囲内における荷重換算値を推定し、全計測範囲における荷重値を換算する全範囲換算値を算出する。算出部９６で算出された全範囲換算値は、記憶部９４に記憶される。

換算部９８は、スクリュー２４から荷重を受けそれによりロードセル７０が計測した荷重値がロードセル７０から入力されると、記憶部９４に記憶されている全範囲換算値に基づいてその荷重値を正規の荷重値に換算する。そして換算した正規の荷重値を、制御装置９０の本体側に送り出す。

すなわち、制御装置９０は、通常の成形方法に基づいて射出成形機１０を制御するとともに、ロードセル７０がスクリュー２４から荷重を受け荷重値を計測すると、それを修正部９２に送り、修正部９２で上述したように、全範囲換算値に基づいて荷重値を修正し正規荷重値を算出する。かかる正規荷重値をロードセル７０が計測した正規の荷重値として制御に用いる。

ここで、ロードセル７０の全範囲換算値を算出する方法について説明する。図４にロードセルメーカが測定したロードセルの荷重換算値の一例を示す。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅの４箇所は、基準荷重値である。図には、負荷した荷重値とロードセルが計測した荷重値とが正確に対応しているときのグラフが、一点鎖線で描かれた斜めの直線で示してある。図に示すようにこれによれば、実際の荷重値に対してロードセル７０が計測して出力した荷重値の誤差は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅの各点においてそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４であることがわかる。

各点における誤差ｄ１〜ｄ４は、ロードセル７０に荷重換算値として記憶されている。ロードセル７０を射出成形機１０に取り付け、ロードセル７０を制御装置９０に接続させると、制御装置９０は、記憶されている誤差ｄ１〜ｄ４をロードセル７０から読み込み、これに基づいて算出部９６で、各計測点における荷重を直線補完し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅの各基準荷重値間での実際の荷重値と示される荷重値との差、すなわち計測範囲全域にわたるロードセル７０の換算値、つまり全範囲換算値を算出する。算出された全範囲換算値は、記憶部９４に記憶される。尚、全範囲換算値の算出は直線補完でなく、２次曲線による補完、あるいはその他の補完方法で行ってもよい。また、誤差ｄ１〜ｄ４ではなく、ロードセル７０に、基準荷重値とその基準荷重値をかけたときに出力される荷重値の双方を記憶させ、かかる値から制御装置９０で、誤差ｄ１〜ｄ４等を計算し、全範囲換算値を算出してもよい。

次に、上記補正値を備えた射出成形機１０による成形作業の一例について説明する。スクリュー２４が回転機構２６により回転されると、ホッパ５６からペレットがシリンダ２２内に導入される。そして加熱装置によりシリンダ２２が加熱され、またスクリュー２４の回転による発熱によりペレットが溶融、混練される。また推進機構３０が作動し、射出装置１２が前進し、金型にシリンダ２２のノズル部５４が密着される。

そして、スクリュー前後進機構２８が作動し、スクリュー２４が前進されると、溶融された樹脂がシリンダ２２から金型内に射出される。樹脂の射出により、例えばスクリュー２４には図の右方へ反力が生じる。かかる反力は、スクリュー２４の後端からプーリ６６に伝わり、軸受６１を介して回転機構本体部６０に伝わり、ロードセル７０が押圧される。またロードセル７０のスクリュー２４と逆の面には、ナット部８２が設けられ、ナット部８２は、ねじ部８０に螺合していることからロードセル７０が軸方向に圧縮される。

したがってスクリュー２４に樹脂圧がかかると、その反力によりロードセル７０が軸方向に押圧され、歪みセンサでの抵抗値が変化する。歪みセンサでの抵抗値の変化を、電圧変化として読み取り、処理手段で処理してスクリュー２４に加えられた荷重を計測する。このようにしてロードセル７０がスクリュー２４に加えられた荷重を計測すると、その荷重値は制御装置９０に送り出される。

制御装置９０に送られた荷重値は、制御装置９０の修正部９２にて前述したように修正され、正規の荷重値に換算される。そしてこのようにして算出された正規荷重値が修正部９２から制御装置９０に出力され、制御装置９０で圧力値に換算され、射出時の圧力制御や保圧切換等の成形動作の制御に用いられる。

したがって制御装置９０は、ロードセル７０が計測した荷重値を常に正規の荷重値に修正して用いるので、スクリュー２４に加えられた荷重値が正確に得られ、射出成形機１０を正確に制御できる。また、ロードセル７０が計測した荷重値が荷重換算値に基づいて修正、換算されるため、個々のロードセル７０が有する固有の誤差が低減される。これにより、同形式の射出成形機１０におけるスクリュー２４の荷重値を整合させることができ、複数の同形式の射出成形機１０を作動させた場合において共通の条件で作動させることができる。

尚、上記実施例では、射出装置１２を例に説明したが、本発明は、上記構成の射出装置に限定して用いられるものではない。またロードセル７０の構造、射出装置１２における配置等も上記例に限るものではない。

本発明にかかる射出成形機の射出装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明にかかる射出成形機の射出装置の一実施形態を示す平面図である。 制御装置を示すブロック図である。 荷重換算値を示すグラフである。 射出成形機を示す斜視図である。

符号の説明

１０…射出成形機
１２…射出装置
２０…フレーム
２２…シリンダ
２４…スクリュー
２６…スクリュー回転機構
２８…スクリュー前後進機構
３０…推進機構
３４…上フレーム
４６…支持ピン
５２…第１レール
５８…第２レール
６０…回転機構本体部
７０…ロードセル
９０…制御装置
９２…修正部
９４…記憶部
９６…算出部
９８…換算部

Claims (4)

1. シリンダ内部にスクリューを具え、金型内に前記シリンダから樹脂を射出して成形作業を行う射出成形機において、
   前記スクリューの軸方向にかかる荷重を計測するロードセルの荷重換算値を、複数の異なる荷重値からなる基準荷重を前記ロードセルに加えたときに前記ロードセルが出力した荷重値と前記各基準荷重の値とから求めて、前記射出成形機の制御装置に組み入れ、
   前記荷重換算値に基づいて、前記ロードセルが計測した前記スクリューにかかる荷重値に修正を行い、
   前記修正された荷重値を、前記ロードセルが計測した正規の荷重値とし、該正規荷重値を用いて、前記制御装置で前記射出成形機の前記成形作業の制御を行なわせることを特徴とした射出成形機の制御方法。
2. 前記制御装置は、前記荷重換算値に基づき、前記基準荷重値以外の荷重を加えた際に前記ロードセルが出力すると推定される推定荷重値を算出し、該推定荷重値を用いて前記基準荷重値以外の荷重における正規荷重値を求めることを特徴とした請求項１に記載の射出成形機の制御方法。
3. 前記ロードセルの荷重換算値は、該ロードセルを前記射出成形機に組み入れる以前に求めたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形機の制御方法。
4. 金型内に樹脂を射出して成形を行なう射出成形機であり、
   シリンダと、
   前記シリンダの内部に設けられたスクリューと、
   前記スクリューを前記シリンダ内で少なくとも軸方向に駆動させるスクリュー駆動機構と、
   前記スクリューと前記スクリュー駆動機構の間に設置され、前記スクリューの軸方向にかかる荷重を計測するロードセルと、
   前記ロードセルが有するそれぞれ固有の荷重換算値に基づき、該ロードセルの計測範囲全体におよぶ全範囲換算値を算出する算出部と、
   前記算出部が算出した全範囲換算値を記憶する記憶部と、
   前記ロードセルが出力した荷重値を、前記全範囲換算値に基づいて修正し、正規荷重値を得る換算部と、
   前記正規荷重値を、前記ロードセルで計測された荷重値として前記射出成形機の成形作業の制御を行う制御部と、を備えて構成したことを特徴とする射出成形機。

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