| 【発明の名称】 |
成形機及びその監視方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】竹内 滋
【氏名】石田 浩修
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| 【要約】 |
【課題】可塑化部材の各所に加わる負荷を監視することができるようにする。
【構成】シリンダ部材と、該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材と、該可塑化部材を回転させる駆動部と、前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に配設され、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みを検出する歪み検出部とを有する。シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に歪み検出部が配設され、該歪み検出部によって、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みが検出されるので、操作者は、可塑化部材の状態に基づいてシリンダ部材の状態を監視することができる。したがって、可塑化部材の各所に加わる負荷を監視することができるので、十分に円滑に計量を行うことができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 (a)シリンダ部材と、 (b)該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材と、 (c)該可塑化部材を回転させる駆動部と、 (d)前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に配設され、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みを検出する歪み検出部とを有することを特徴とする成形機。 【請求項2】 (a)前記歪み検出部によって検出された歪みに基づいて、前記シリンダ部材の軸方向における応力分布を算出する応力分布算出処理手段と、 (b)前記応力分布を表示部に表示する表示処理手段とを有する請求項1に記載の成形機。 【請求項3】 前記歪み検出部は、圧縮部から計量部にかけて少なくとも2箇所に配設される請求項1に記載の成形機。 【請求項4】 前記歪み検出部は、供給部、圧縮部及び計量部の各ゾーンに、少なくとも2箇所ずつ配設される請求項1に記載の成形機。 【請求項5】 2箇所に配設された歪み検出部によって検出された歪みに基づいて、シリンダ部材の捩りを算出する捩り算出処理手段を有する請求項1に記載の成形機。 【請求項6】 シリンダ部材、該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材、及び該可塑化部材を回転させる駆動部を有する成形機の監視方法において、 (a)前記駆動部を駆動して可塑化部材を回転させ、 (b)前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に配設された歪み検出部によって、前記可塑化部材の回転に伴ってシリンダ部材に発生する歪みを検出することを特徴とする成形機の監視方法。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】 【0001】 本発明は、成形機及びその監視方法に関するものである。 【背景技術】 【0002】 従来、成形機、例えば、射出成形機は、金型装置、型締装置及び射出装置を有し、前記金型装置は固定金型及び可動金型を備える。そして、前記型締装置によって前記可動金型を進退させることにより、金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われ、型締めに伴って、前記固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。また、前記射出装置は、加熱シリンダ、該加熱シリンダの前端に取り付けられた射出ノズル、前記加熱シリンダ内において回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材としてのスクリュー、該スクリューを回転させたり、前進させたりするために、計量用モータ、射出用モータ等を備える。そして、計量工程において、前記スクリューを回転させると、加熱シリンダ内におけるスクリューより前方に樹脂を溜めることができ、射出工程において、前記スクリューを前進させると、溜められた樹脂を前記射出ノズルから射出し、前記キャビティ空間に充填することができる。続いて、金型装置を冷却することによって、キャビティ空間内の樹脂は冷却されて固化し、成形品になる。 【0003】 ところで、計量工程において、スクリューに大きな負荷が加わると、円滑に計量を行うことができなくなるだけでなく、スクリューが破損することがある。 【0004】 そこで、計量用モータにトルク検出計を配設し、計量用モータによって発生させられるトルクを監視し、トルクが閾値より大きくなったときに、異常が発生したと判断し、射出成形機を停止させることが考えられる(例えば、特許文献1参照。)。 【特許文献1】特開平9−109222号公報 【発明の開示】 【発明が解決しようとする課題】 【0005】 しかしながら、前記従来の射出成形機においては、計量用モータによって発生させられるトルクを監視するようになっているので、スクリューの全体に加わる負荷を監視することができるが、スクリューの各所に加わる負荷を監視することができず、十分に円滑に計量を行うことができない。 【0006】 本発明は、前記従来の射出成形機の問題点を解決して、可塑化部材の各所に加わる負荷を監視することができる成形機及びその監視方法を提供することを目的とする。 【課題を解決するための手段】 【0007】 そのために、本発明の成形機においては、シリンダ部材と、該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材と、該可塑化部材を回転させる駆動部と、前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に配設され、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みを検出する歪み検出部とを有する。 【発明の効果】 【0008】 本発明によれば、成形機においては、シリンダ部材と、該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材と、該可塑化部材を回転させる駆動部と、前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に配設され、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みを検出する歪み検出部とを有する。 【0009】 この場合、前記シリンダ部材の軸方向における複数の箇所に歪み検出部が配設され、該歪み検出部によって、前記可塑化部材の回転に伴って前記シリンダ部材に発生する歪みが検出されるので、操作者は、可塑化部材の状態に基づいてシリンダ部材の状態を監視することができる。したがって、可塑化部材の各所に加わる負荷を監視することができるので、十分に円滑に計量を行うことができる。 【発明を実施するための最良の形態】 【0010】 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、成形機としての射出成形機について説明する。 【0011】 図1は本発明の実施の形態における射出成形機の要部を示す図、図2は本発明の実施の形態における加熱シリンダの内周面に発生する応力を表す図、図3は本発明の実施の形態における加熱シリンダの外周面に発生する歪みを表す図、図4は本発明の実施の形態における加熱シリンダの剪断応力の応力分布の例を示す図、図5は本発明の実施の形態における歪みセンサの取付け例を示す第1の図、図6は本発明の実施の形態における歪みセンサの取付け例を示す第2の図である。なお、図4において、横軸に位置を、縦軸にシリンダ部材としての加熱シリンダ11の内周面に発生する周方向の剪断応力fcを採ってある。 【0012】 図において、10は射出装置、11は加熱シリンダ、12は該加熱シリンダ11内において回転自在に、かつ、進退自在に配設された可塑化部材としての、かつ、射出部材としてのスクリュー、13は前記加熱シリンダ11の前端に取り付けられた射出ノズル、14は該射出ノズル13に形成されたノズル口、15は、前記加熱シリンダ11の後端の近傍の所定の箇所に形成され、成形材料としての図示されない樹脂を供給するための供給口、16は、前記樹脂を収容し、前記供給口15を介して加熱シリンダ11内に供給する成形材料供給装置としてのホッパである。 【0013】 前記加熱シリンダ11の後端に、冷却装置としての水冷シリンダ66が配設され、該水冷シリンダ66によって加熱シリンダ11が片持ち梁式に支持され、水冷シリンダ66にホッパ16が取り付けられる。前記水冷シリンダ66には、図示されない温調器から冷却媒体としての冷却水が供給され、該冷却水によって供給口15の周囲が冷却される。また、前記スクリュー12の後端に、計量用の駆動部としての図示されない計量用モータ、射出用の駆動部としての図示されない射出用モータ等が配設される。 【0014】 前記スクリュー12は、フライト部21、及び該フライト部21の前端に取り付けられたヘッド部としてのスクリューヘッド22を備える。そして、前記フライト部21は、スクリュー12の本体、すなわち、スクリュー本体の外周面に螺旋状に形成されたフライト23、及び該フライト23に沿って形成される螺旋状の溝24を備える。 【0015】 また、スクリュー12には、後方から前方にかけて順に、ホッパ16から落下した樹脂が供給される供給部P1、供給された樹脂を圧縮しながら溶融させる圧縮部P2、及び溶融させられた樹脂を一定量ずつ計量する計量部P3が形成される。前記溝24の底、すなわち、スクリュー本体の外径は、供給部P1において比較的小さくされ、圧縮部P2において後方から前方にかけて徐々に大きくされ、計量部P3において比較的大きくされる。したがって、加熱シリンダ11の内周面とスクリュー本体の外周面との間隙は、前記供給部P1において比較的大きくされ、圧縮部P2において後方から前方にかけて徐々に小さくされ、計量部P3において比較的小さくされる。 【0016】 前記射出装置10の前方に金型装置51が配設され、該金型装置51は、固定金型52、及び該固定金型52に対して進退自在に配設された可動金型53から成り、図示されない型締装置によって可動金型53を進退させることにより、前記金型装置51の型閉じ、型締め及び型開きが行われ、型締めに伴って、固定金型52と可動金型53との間にキャビティ空間Cが形成される。そのために、前記型締装置は、前記固定金型52を取り付けるための固定プラテン、前記可動金型53を取り付けるための可動プラテン、該可動プラテンを進退させるとともに、型締力を発生させる型締用の駆動部としての型締用モータ等を備える。なお、射出成形機は、金型装置51、型締装置及び射出装置10を有する。 【0017】 計量工程時に、前記計量用モータを駆動することによって前記スクリュー12を正方向に回転させると、ホッパ16内の樹脂が供給口15を介して供給部P1に供給され、溝24内を前進させられる。それに伴って、スクリュー12が後退させられ、樹脂がスクリューヘッド22の前方に蓄えられる。なお、前記溝24内の樹脂は、前記供給部P1においてペレット状の形状を有し、圧縮部P2において半溶融状態になり、計量部P3において完全に溶融させられて液状になる。 【0018】 次に、射出工程時に、前記射出用モータを駆動することによって前記スクリュー12を前進させると、スクリューヘッド22の前方に蓄えられた樹脂は、射出ノズル13から射出され、前記キャビティ空間Cに充填される。このとき、スクリューヘッド22の前方に蓄えられた樹脂が逆流しないように、スクリューヘッド22の周囲に図示されない逆止リング及びシールリングから成る逆流防止装置が配設される。 【0019】 ところで、前記加熱シリンダ11の外周には、複数のヒータh1〜h5が前方から後方にかけて軸方向に隣接させて配設され、射出ノズル13の外周にはヒータh6〜h8が配設され、該ヒータh1〜h8を個別に通電することによって、前記加熱シリンダ11内の樹脂を加熱し、溶融させることができる。 【0020】 なお、加熱シリンダ11の軸方向における所定の複数の箇所、本実施の形態においては、ヒータh1の中央部分、ヒータh2、h3間及びヒータh4、h5間に温度検出部としてのヒータ温度センサs1〜s3が配設される。 【0021】 そして、該ヒータ温度センサs1〜s3は、加熱シリンダ11における前端の近傍、中央及び後端の近傍の所定の箇所の温度を検出し、検出された各温度を制御部31に送る。該制御部31の図示されない成形温度制御処理手段(成形温度制御処理部)は、成形温度制御処理を行い、検出された温度に基づいて前記ヒータh1〜h8を通電し、樹脂の温度が設定温度になるように制御する。そして、前記制御部31に操作部32及び表示部33が接続され、前記操作部32を操作することによって設定温度を設定することができる。また、前記制御部31の図示されない表示処理手段(表示処理部)は、表示処理を行い、設定温度、検出された温度等を表示部33に表示する。 【0022】 ところで、例えば、計量工程時に、スクリュー12が回転させられるのに伴って樹脂に内部応力が発生させられる。その結果、加熱シリンダ11の内周面に、軸方向及び周方向に剪断応力fs、fcが、径方向に垂直応力frが発生し、加熱シリンダ11の外周面に軸方向、周方向及び斜め方向に、それぞれ歪みεs、εc、εrが発生する。なお、前記垂直応力frは、径方向内方から外方に向けて発生させられる。 【0023】 ところで、計量工程において、スクリュー12に大きな負荷が加わると、円滑に計量を行うことができなくなるだけでなく、スクリュー12が破損することがある。 【0024】 そこで、計量用モータにトルク検出計を配設し、計量用モータによって発生させられるトルクを監視し、トルクが閾値より大きくなったときに、異常が発生したと判断し、射出成形機を停止させることが考えられる。 【0025】 ところが、計量用モータによって発生させられるトルクを監視すると、スクリュー12の全体に加わる負荷を監視することができるが、スクリュー12の各所に加わる負荷を監視することができず、十分に円滑に計量を行うことができない。 【0026】 そこで、本実施の形態においては、前記歪みεs、εc、εrを検出し、歪みεs、εc、εrに基づいて剪断応力fs、fc、垂直応力frを推定し、算出するようにしている。 【0027】 ところで、計量工程時に、前記剪断応力fcは、スクリュー12の軸方向において、供給口15からスクリューヘッド22にかけて、図4に示されるように、所定のパターンで分布すると考えられる。 【0028】 例えば、一般的な樹脂を使用し、しかも、スクリュー12を一般的な回転速度で回転させて計量を行うと、前記剪断応力fcは、図4の線L1で示されるようなパターンで分布すると考えられる。すなわち、剪断応力fcは、供給口15に供給された樹脂が供給部P1を移動する間に、次第に大きくなり、樹脂が圧縮部P2に進入し、半溶融状態になると、更に大きくなり、ピークになった後、溶融が進むに従って、次第に小さくなり、樹脂が計量部P3に進入し、溶融状態になると、更に小さくなると考えられる。 【0029】 これに対して、スクリュー12の回転速度の設定値、樹脂の設定温度等が適正でない場合に、例えば、圧縮部P2においてペレット状の樹脂が詰まると、前記剪断応力fcは、圧縮部P2において局部的に大きくなり、仮に、線L2で示されるように閾値fthを超えてしまうと、加熱シリンダ11とスクリュー12との間で摩耗が発生したり、かじりが発生したりする恐れがある。 【0030】 また、粘度の高い樹脂を使用したり、スクリュー12を高速で回転させて計量を行うと、加熱シリンダ11内の圧力が高くなるとともに、スクリュー12に回転を妨げる方向の負荷が加わると考えられ、前記剪断応力fcは、線L3で示されるようなパターンで分布すると考えられる。すなわち、剪断応力fcは、加熱シリンダ11の軸方向における全域において大きくなり、仮に、線L4で示されるように、圧縮部P2から計量部P3にかけて、所定の領域で閾値fthを超えると、スクリュー12が破損する恐れがある。 【0031】 そこで、加熱シリンダ11の軸方向における複数の箇所、本実施の形態においては、6箇所に、図5及び6に示されるような、歪み検出部としての歪みセンサqi(i=1、2、…、6)、ri(i=1、2、…、6)を配設し、各歪みセンサqi、riによって、歪みεs、εc、εrを検出するようにしている。 【0032】 そのために、前記各歪みセンサqi、riは、三方向以上の歪みを検出することができるように、3チャンネルの歪みセンサを構成し、各歪みセンサqiにおいては、二つの互いに直交する検出要素e1、e2が、軸方向に対して45〔°〕の角度を成すように加熱シリンダ11に取り付けられ、各歪みセンサriは、一つの検出要素e3が、軸方向に対して90〔°〕の角度を成すように加熱シリンダ11に取り付けられる。そして、歪みセンサqiの検出要素e1、e2にチャンネルを接続して2チャンネルとし、歪みセンサriの検出要素e3にチャンネルを接続して1チャンネルとして、合計3チャンネルの値に基づいて、歪みεs、εc、εrを算出する。 【0033】 前記各歪みセンサqi、riは、前記圧縮部P2から計量部P3にかけて少なくとも2箇所に配設したり、前記供給部P1、圧縮部P2及び計量部P3の各ゾーンに、少なくとも2箇所ずつ配設したりするのが好ましい。なお、本実施の形態においては、前記加熱シリンダ11の円周方向における1箇所に各歪みセンサqi、riを配設するようにしている。これに対して、検出される歪みεs、εc、εrの値(物理量)を大きくすることができるように、2ゲージ法、4ゲージ法等を使用したり、歪みセンサqi、riの貼り方を工夫したりすることもできる。 【0034】 また、加熱シリンダ11の円周方向における2箇所に各歪みセンサqi、riを配設してもよい。この場合、円周方向にわたって加熱シリンダ11に加わる負荷の分布を監視することができる。 【0035】 なお、本実施の形態においては、スクリュー12に加わる負荷が加熱シリンダ11の歪みとなって現れるように、加熱シリンダ11は強度が許される範囲において肉薄のものとするのが好ましい。 【0036】 前記制御部31の図示されない監視処理手段(監視処理部)は、監視処理を行い、各歪みセンサqiから送られた歪みを読み込み、該各歪みに基づいて、スクリュー12及び加熱シリンダ11の状態、すなわち、可塑化状態を監視する。そのために、前記監視処理手段の応力算出処理手段(応力算出処理部)は、応力算出処理を行い、各歪みセンサqi、riが配設された各検出位置ai(i=1、2、…、6)において検出された歪みεs、εc、εrを読み込む。そして、歪みセンサqi、riの3つの検出要素が貼り付けられた三つの角度に基づいて、所定のアルゴリズムで、歪みεs、εc、εrから3方向成分の変形量を算出し、前記各検出位置aiにおける剪断応力fs、fc及び垂直応力frを求める。 【0037】 続いて、前記監視処理手段の応力分布算出処理手段(応力分布算出処理部)は、応力分布算出処理を行い、前記各剪断応力fs、fc、垂直応力frに基づいて、例えば、図4に示されるような剪断応力fcの応力分布(パターン)を算出する。そして、前記表示処理手段は、前記応力分布を表示部33に表示する。 【0038】 このように、本実施の形態においては、前記各剪断応力fs、fc、垂直応力frの応力分布が表示部33に表示されるので、操作者は、応力分布に基づいてスクリュー12の可塑化状態を監視することができる。 【0039】 また、例えば、スクリュー12の回転速度の設定値、樹脂の設定温度等が適正でない場合に、図4の線L2で示されるように、前記剪断応力fcが、局部的に大きくなり、閾値fthを超えた場合に、前記監視処理手段の運転停止処理手段(運転停止処理部)は、運転停止処理を行い、射出成形機の運転を停止させることができる。したがって、加熱シリンダ11とスクリュー12との間で摩耗が発生したり、かじりが発生したりするのを防止することができる。また、例えば、図4の線L4で示されるように、前記剪断応力fcが、加熱シリンダ11の軸方向における全域において大きくなり、閾値fthを超えた場合に、前記運転停止処理手段は、射出成形機の運転を停止させることができる。したがって、スクリュー12が破損するのを防止することができる。 【0040】 また、スクリュー12の各所に加わる負荷を監視することができるので、十分に円滑に計量を行うことができる。 【0041】 本実施の形態においては、スクリュー12が回転するのに伴って加熱シリンダ11に発生する捩りを算出し、監視することができる。そのために、前記監視処理手段の捩り算出処理手段(捩り算出処理部)は、捩り算出処理を行い、前記各歪みセンサqi、riのうちの2箇所の歪みセンサによって検出された歪みに基づいて、加熱シリンダ11の局部的な捩りを算出する。 【0042】 なお、例えば、前記剪断応力fcが閾値fthを超えたときに、射出成形機の運転を停止させるために、前記制御部31の図示されない異常判定処理手段(異常判定処理部)は、異常判定処理を行い、前記各歪みεs、εc、εrを読み込み、剪断応力fcを算出し、該剪断応力fcが閾値fthを超えたかどうかを判断し、剪断応力fcが閾値fthを超えた場合に、加熱シリンダ11、スクリュー12等に異常が発生したと判断し、制御部31の図示されない報知処理手段(報知処理部)は、報知処理を行い、加熱シリンダ11、スクリュー12等に異常が発生した旨をアラーム等によって操作者に報知する。 【0043】 なお、前記異常判定処理手段は、前記応力分布によって加熱シリンダ11、スクリュー12等に異常が発生したかどうかを判断することができる。その場合、前記異常判定処理手段は、図4の線L1で示されるような、正常なときの応力分布と、図4の線L2〜L4に示されるような、異常が発生したときの応力分布とを比較し、比較結果に基づいて加熱シリンダ11、スクリュー12等に異常が発生したかどうかを判断する。 【0044】 ところで、図5に示される歪みセンサqiは、各検出要素e1、e2が加熱シリンダ11の軸方向に対して所定の角度になるように加熱シリンダ11に取り付けられるようになっている。ところが、前記各検出要素e1、e2を正確な角度で取り付けることは困難であり、図6に示される歪みセンサriの検出要素e1についても、軸方向に対して直角の方向に正確に取り付けることは困難である。そこで、歪みセンサqi、riを少なくとも3チャンネルとし、加熱シリンダ11の内周面に発生する剪断応力fc及び垂直応力frを検出するようにしている。 【0045】 本実施の形態においては、図5に示される歪みセンサqiを2チャンネルとし、図6に示される歪みセンサriを1チャンネルとして、合計3チャンネルの歪みセンサを使用するようになっているが、図6に示される歪みセンサriに、さらに、図示されない軸方向の検出要素を貼り付け、歪みセンサriを2チャンネルとすることができる。この場合、歪みセンサqiは二つの検出要素e1、e2で構成されることになるが、二つの検出要素の出力は1チャンネルとして使用される。 【0046】 なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。 【図面の簡単な説明】 【0047】 【図1】本発明の実施の形態における射出成形機の要部を示す図である。 【図2】本発明の実施の形態における加熱シリンダの内周面に発生する応力を表す図である。 【図3】本発明の実施の形態における加熱シリンダの外周面に発生する歪みを表す図である。 【図4】本発明の実施の形態における加熱シリンダの剪断応力の応力分布の例を示す図である。 【図5】本発明の実施の形態における歪みセンサの取付け例を示す第1の図である。 【図6】本発明の実施の形態における歪みセンサの取付け例を示す第2の図である。 【符号の説明】 【0048】 10 射出装置 11 加熱シリンダ 12 スクリュー 31 制御部 51 金型装置 P1 供給部 P2 圧縮部 P3 計量部 q1、r1 歪みセンサ εs、εc、εr 歪み
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| 【出願人】 |
【識別番号】000002107 【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成18年8月28日(2006.8.28) |
| 【代理人】 |
【識別番号】100096426 【弁理士】 【氏名又は名称】川合 誠
【識別番号】100089635 【弁理士】 【氏名又は名称】清水 守
【識別番号】100116207 【弁理士】 【氏名又は名称】青木 俊明
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| 【公開番号】 |
特開2008−49676(P2008−49676A) |
| 【公開日】 |
平成20年3月6日(2008.3.6) |
| 【出願番号】 |
特願2006−231009(P2006−231009) |
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