(57)【要約】【課題】スクリューなどの前後進駆動される被駆動部材に加えられる圧力の検出誤差を、可及的に低減させること。【解決手段】ロードセルユニットにおける応力検出素子の保持体に一体に取り付けられた箱体内に、応力検出素子の出力を増幅する増幅器と、増幅器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器からの出力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と、ロードセルユニット内の各部を制御して、検出およびＡ／Ｄ変換の制御や外部との通信の制御を行う演算制御手段とを配設し、成形機内に設けられたコントロール装置から、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い、演算制御手段は、コントロール装置からスタート信号を受けるとロードセルユニット内の各部を制御して、応力検出素子の検出出力に基づくシリアルデータ信号をコントロール装置へ送出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源によって前後進駆動される被駆動部材に、該被駆動部材に加えられる圧力を検出するためのロードセルユニットを取り付けた成形機において、
前記駆動源はサーボモータであり、該サーボモータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構を介して前記サーボモータによって前記被駆動部材を前後進駆動し、
前記ロードセルユニットにおける応力検出素子の保持体に一体に取り付けられた箱体内に、前記応力検出素子の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シリアルデータ信号として送出するシリアル通信手段と、前記ロードセルユニット内の前記増幅器および前記Ａ／Ｄ変換器および前記シリアル通信手段を制御して、検出およびＡ／Ｄ変換の制御や外部との通信の制御を行う演算制御手段とを配設し、
成形機内に設けられて、前記ロードセルユニットの前記シリアル通信手段とシリアル通信を行うシリアル通信手段をもつコントロール装置から、前記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い、
前記演算制御手段は、前記コントロール装置からのスタート信号を受けると、前記ロードセルユニット内の前記増幅器および前記Ａ／Ｄ変換器および前記シリアル通信手段を制御して、前記応力検出素子の検出出力に基づく前記シリアルデータ信号を前記コントロール装置へ送出させることを特徴とする成形機。
【請求項２】
請求項１に記載の成形機において、
前記被駆動部材はインラインスクリュー式射出成形機のスクリューであり、該スクリューに加えられる圧力を前記ロードセルユニットにより検出することを特徴とする成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機やダイカストマシンなどの成形機に係り、特に、駆動源によって前後進駆動される被駆動部材、例えば射出成形機のスクリューなどに加えられる圧力を検出するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機などの駆動源として電動サーボモータを用いた電動式のマシンが近時普及している。ところで、インラインスクリュー式の射出成形機においては、スクリューに負荷される圧力を検出することが、射出行程時の射出圧力制御や計量行程時の背圧制御のために、必須である。そのため、電動式のインラインスクリュー式射出成形機では、スクリューの基端側を保持したスクリュー保持体と、回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構の直線移動体との間に、圧力（負荷）検出用のロードセルユニットを挾持して、このロードセルユニットによってスクリューにかかる圧力を検出する構成をとるのが、一般的である。上記のロードセルユニットは、応力検出素子としてのストレインゲージと、このストレインゲージをその内周面などに貼着した筒状の検出素子保持体と、この検出素子保持体と一体に配設され、ストレインゲージの出力を増幅する増幅器とで、構成されている。
【０００３】
図４は、従来のロードセルユニットと、このロードセルユニットの出力が供給される射出成形機のコントロール装置とを示す図である。図４において、５１は上述した位置に配設されたロードセルユニット、５２は圧力（負荷）を検出するストレインゲージ、５３はストレインゲージの出力を増幅する増幅器、５４は射出成形機の下部の主筐体内に配設されたコントロール装置、５５はロードセルユニット５１とコントロール装置５４との間を接続するケーブル、５６はロードセルユニット５１からの出力を増幅する増幅器、５７は増幅器５６から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、５８はコントロール装置全体の統括制御を司り、Ａ／Ｄ変換器５７の出力を図示せぬＲＡＭに格納させるＣＰＵである。
【０００４】
図４に示す構成において、ストレインゲージ５２の検出出力は増幅器５３で増幅され、ケーブル５５を通じて増幅器５６に送られ、Ａ／Ｄ変換器５７においてデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号に変換された信号は、必要に応じて適宜に変換処理されて、検出圧力データ（実測圧力データ）として射出制御や計量制御に用いられるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図４に示した従来技術においては、ロードセルユニット５１とコントロール装置５４とはケーブル５５で接続されていて、電気信号の基準点であるＧＮＤレベルは、両者５１、５４で同一レベルであるように一見思われるが、実際には、ケーブル５５のインピーダンスやノイズ等によって、図２のＡ点とＢ点のＧＮＤではミリＶレベルの電位差が生じ、また、ノイズによる影響の場合には、この電位差が変動する。このため、コントロール装置５４へ送られた圧力信号に誤差が生じ、計量動作中のスクリュー先端側の樹脂圧の制御では微小圧力を検出するため、上記の検出誤差は樹脂密度のバラツキにつながり、精密成形品の製造などにおいては成形品の品質向上の阻害要因となる。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、スクリューなどの前後進駆動される被駆動部材に加えられる圧力の検出誤差を、可及的に低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した目的を達成するため、駆動源によって前後進駆動される被駆動部材に、該被駆動部材に加えられる圧力を検出するためのロードセルユニットを取り付けた成形機において、
前記駆動源はサーボモータであり、該サーボモータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構を介して前記サーボモータによって前記被駆動部材を前後進駆動し、
前記ロードセルユニットにおける応力検出素子の保持体に一体に取り付けられた箱体内に、前記応力検出素子の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シリアルデータ信号として送出するシリアル通信手段と、前記ロードセルユニット内の前記増幅器および前記Ａ／Ｄ変換器および前記シリアル通信手段を制御して、検出およびＡ／Ｄ変換の制御や外部との通信の制御を行う演算制御手段とを配設し、
成形機内に設けられて、前記ロードセルユニットの前記シリアル通信手段とシリアル通信を行うシリアル通信手段をもつコントロール装置から、前記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い、
前記演算制御手段は、前記コントロール装置からのスタート信号を受けると、前記ロードセルユニット内の前記増幅器および前記Ａ／Ｄ変換器および前記シリアル通信手段を制御して、前記応力検出素子の検出出力に基づく前記シリアルデータ信号を前記コントロール装置へ送出させるように、構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スクリューなどの前後進駆動される被駆動部材に加えられる圧力の検出誤差を可及的に低減させることができ、以って、成形品品質の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るインラインスクリュー式射出成形機における射出系メカニズムの要部構成を示す図であり、図２は、図１中のロードセルユニットの側面図である。
【００１０】
図１において、１は保持ブロック、２は、この保持ブロック１に回転可能に保持された回転体、３は回転体２と一体となって回転するプーリ、４は、プーリ３をタイミングベルト５を介して回転駆動する射出用サーボモータ、６は回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構、７は回転体２と一体となって回転するボールネジ機構６のネジ軸、８は、ネジ軸７の回転よってネジ軸７上を直線移動するボールネジ機構６のナット体、９は複数本のガイドバー１０に案内されて前後進可能な移動ブロック、１１は、移動ブロック９に回転可能に保持され、図示せぬ計量用サーボモータによって回転駆動されるスクリュー保持体、１２は、その基端部をスクリュー保持体１２に固定され、その主体部が図示せぬ加熱シリンダ内に配設されたスクリューである。
【００１１】
また、図１、図２において、１３はスクリュー１２に加わる圧力を検出するためのロードセルユニットである。１４は、ストレインゲージ（応力検出素子）をその内周面または外周面に貼着したロードセルユニット１３の応力検出素子保持筒体で、該応力検出素子保持筒体１４が、前記ボールネジ機構６のナット体８の端面と前記スクリュー保持体１１の端面との間に挾み込まれるように保持されており、ナット体８の軸方向運動が、応力検出素子保持筒体１４を介してスクリュー保持体１１（すなわち、スクリュー１２）へ伝達されるようになっている。１５は、応力検出素子保持筒体１４の外周面の下部側に一体に取り付けられた箱体で、該箱体１５内に後記する増幅器、Ａ／Ｄ変換器、演算制御部、シリアル通信手段が内蔵されるようになっており、箱体１５の接続部１５ａに接続された図示せぬケーブルが、射出成形機の下部の主筐体内に配設されたコントロール装置の入力部に接続されるようになっている。
【００１２】
図１に示す構成において、計量行程時には、図示せぬ計量用サーボモータの回転により、スクリュー保持体１１と共にスクリュー１２が所定方向に回転駆動され、図示せぬ原料投入口から図示せぬ加熱シリンダ内に投入された樹脂ペレットが、スクリューの送り作用によってスクリュー先端側へ移送され始める。このとき、加熱シリンダによる加熱およびスクリュー回転による剪断加熱作用により、樹脂は混練・可塑化されつつ移送され、スクリュー先端側へ溶融樹脂が送り込まれる。そして、スクリュー１２の先端側へ溶融樹脂が蓄えられるに伴って、スクリュー１２は射出用モータ４によって背圧を制御されつつ後退し、スクリュー１２の先端側へ１ショット分の溶融樹脂が蓄えられた時点で、計量用サーボモータの回転が停止されて、計量行程が終了する。また、射出行程時には、射出用モータ４の回転により、タイミングベルト５、プーリ３、回転体２、ボールネジ機構６、応力検出素子保持筒体１４、スクリュー保持体１１を介して、スクリュー１２が急速前進駆動され、スクリュー先端側へ蓄えられた溶融樹脂が、図示せぬ金型内に射出・充填され（射出行程の１次射出）、この後、射出用モータ４の駆動力によって金型内の樹脂に対し保圧力が付与されることになる（射出行程の保圧）。
【００１３】
上記した計量行程時の背圧制御のため、あるいは射出行程時の射出圧力制御のために、前記ロードセルユニット１３により、スクリュー１２に加えられる圧力が検出されて、この検出信号がコントロール装置へ送出される。
【００１４】
図３は、ロードセルユニット１３とコントロール装置を示すブロック図である。同図において、１６は応力検出素子保持筒体１４の周面に貼着されたストレインゲージ、１７はストレインゲージ１６の検出出力を増幅する増幅器、１８は増幅器１７の出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１９はロードセルユニット１３をコントロールする演算制御部、２０はＡ／Ｄ変換器１８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（シリアルＩ／Ｏ）であり、増幅器１７、Ａ／Ｄ変換器１８、演算制御部１９、シリアル通信手段２０は、前記箱体１５内に配設されている。なお、演算制御部１９は、ロードセルユニット１３内の各部を制御して、検出およびＡ／Ｄ変換の制御や、外部との通信の制御などを行い、また、必要に応じてロードセルユニット１３が取り付けられる装着部に合わせた単位変換処理などを行う。
【００１５】
また、２１は、射出成形機の下部の主筐体内に配設されたコントロール装置で、このコントロール装置２１のロードセル用接続部２１ａと、ロードセルユニット１３の前記接続部１５ａとは、伝送ケーブル３０によって相互に接続されている。なお、図３においては簡略化して示してあるが、伝送ケーブル３０により、ロードセルユニット１３からコントロール装置２１へのシリアルデータによる検出信号の送出や、コントロール装置２１からロードセルユニット１３への電源供給やスタート／ストップ等の制御信号の送出などが行われるようになっている。
【００１６】
また、コントロール装置２１内において、２２は、シリアル通信手段２０とシリアル通信を行うシリアル通信手段（シリアルＩ／Ｏ）、２３はコントロール装置２１全体の統括制御を司るＣＰＵ、２４は、各種データが読み書きされワークエリアとしても機能するＲＡＭ、２５は主プログラムなどが格納されたＲＯＭ、２６は、各種アクチュエータや表示デバイスへの出力制御や、キーボード装置などからの入力制御を行うシリアルＩ／Ｏインターフェース、２７はシリアルＩ／Ｏインターフェース２４と接続されたドライバ部、２８は各種アクチュエータや機器などと接続されるコネクタ部である。
【００１７】
図３に示す構成において、コントロール装置２１側からのスタート信号の送出を受けると、演算制御部１９は、ロードセルユニット１３内の各部を制御して、ストレインゲージ１６の検出出力を増幅器１７で増幅させた後、Ａ／Ｄ変換器１８によってデジタル信号に変換させ、さらに、このデジタル信号をシリアル通信手段２０によりシリアルデータに変換して、このシリアルデータ信号による検出信号が、伝送ケーブル３０を通じて、ロードセルユニット１３からコントロール装置２１のシリアル通信手段２２に送出される。コントロール装置２１では、入力されてきたシリアルデータ信号による圧力検出信号を、必要に応じて適宜に変換処理して、ＲＡＭ２４の所定エリアに格納し、これを検出圧力データ（実測圧力データ）として、射出制御や計量制御の際に利用する。
【００１８】
このように本実施形態では、ロードセルユニット１３からコントロール装置２０へ出力する圧力検出信号をデジタル化したシリアルデータとして送出するようにしているので、従来のように、伝送ケーブルのインピーダンスやノイズの影響等によって、圧力検出に誤差を生じる虞がなくなり、圧力検出精度が向上し、以って、樹脂密度のバラツキが可及的に低減されて、成形品品質が向上する。さらに、シリアル通信制御するようにしているので、信号線も削減でき、対ノイズ性能も向上する。
【００１９】
なお、上述した実施形態ではスクリューに加わる圧力検出を例にとったが、成形機において他の前後進駆動される部材に加えられる圧力検出（例えば、型締め力の検出）にも、本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るインラインスクリュー式射出成形機における射出系メカニズムの要部構成を示す説明図である。
【図２】図１中のロードセルユニットの側面図である。
【図３】本発明の一実施形態における、ロードセルユニットとコントロール装置を示すブロック図である。
【図４】従来技術によるロードセルユニットとコントロール装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  保持ブロック
２  回転体
３  プーリ
４  射出用サーボモータ
５  タイミングベルト
６  ボールネジ機構
７  ネジ軸
８  ナット体
９  移動ブロック
１０  ガイドバー
１１  スクリュー保持体
１２  スクリュー
１３  ロードセルユニット
１４  応力検出素子保持筒体
１５  箱体
１６  ストレインゲージ
１７  増幅器
１８  Ａ／Ｄ変換器
１９  演算制御部
２０  シリアル通信手段
２１  コントロール装置
２２  シリアル通信手段
２３  ＣＰＵ
２４  ＲＡＭ
２５  ＲＯＭ
２６  シリアルＩ／Ｏインターフェース
２７  ドライバ部
２８  コネクタ部
３０  伝送ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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