(57)【要約】【課題】射出成型機のスクリュ射出力検出装置の提供。【解決手段】後ろ固定板に配置された射出力センサが、ボールナットに対して力測定を行う。該ボールナットは射出力センサに螺子止めされ、射出力センサが後ろ固定板に螺子止めされ、これによりスクリュの力が直接スクリュナットに伝わり、該力と樹脂の発生する力と射出伝動装置間の摩擦提供の総合値がボールナットが射出力センサに加える力とされる。射出力センサの測定により射出力に対してリアルタイム補償を行ない、全回路制御を行ない、高精密射出制御を達成すると共に、全クローズ回路制御の射出力測定により、正確な保圧制御、正確な背圧計量を行う。【選択図】　　　　図６
2004130773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成型機のスクリュ射出力検出装置において、この射出力検出装置が射出装置に設置され、該射出装置が、
貫通孔を中央部分に具えた少なくとも一つの前固定板と、
後ろ固定板とされ、該前固定板と平行に設置され、中央部分に射出力検出装置とボールナットが設置される貫通孔を具え、該射出力検出装置が該ボールナットと連結され、射出力検出装置が該後ろ固定板に直接固定された、上記後ろ固定板と、
該前固定板と該後ろ固定板の間にあって、相互に平行となるよう設置された少なくとも二つのスライドロッドと、
少なくとも一つの可動圧力板とされ、該二つのスライドロッドに沿ってスライドし、且つ計量駆動装置を介してスクリュと連接され、該スクリュの前端にネジ山が設けられ、後端が前固定板の中央の貫通孔を貫通し、並びに回転可能に可動圧力板の一側に連接され、また射出駆動装置を介してボールスクリュに連接され、該ボールスクリュの前端が回転可能に可動圧力板のもう一側に連接され、後端がボールナットを貫通する、上記少なくとも一つの可動圧力板と、
を具え、該射出駆動装置がボールスクリュを駆動し、並びに射出力検出装置と接合されたボールナットが軸方向の相対運動を発生し、軸方向推力を提供し、樹脂の射出と計量の動作を行うことを特徴とする、射出成型機のスクリュ射出力検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の射出成型機のスクリュ射出力検出装置において、射出力検出装置が後ろ固定板に設置され、且つ後ろ固定板の直接射出圧力、保圧圧力、及び背圧計量圧力を受ける位置に位置することを特徴とする、射出成型機のスクリュ射出力検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の射出成型機のスクリュ射出力検出装置において、射出力検出装置がボールナットと接合され、並びにボールスクリュと相対回転運動を行うことを特徴とする、射出成型機のスクリュ射出力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一種の射出成型機のスクリュ射出力検出装置に係り、特に特殊な配置を具え、直接射出成型機の射出、保圧、計量過程で発生する全ての軸方向の力を検出する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製品の精度要求が高まるにつれ、射出成型機の射出速度、射出精度及び射出力の制御要求も高まる。全電気式射出成型機に採用されているサーボモータは速度及び位置上、フィードバック制御を行ない、却って射出力に対する測定は行えない。よく目にする解決方式は、射出力センサを使用して射出力測定を行う、というものであるが、射出力センサの配置及び剛性を考慮すると、マシンパーツの螺子止め過程で往々にして閉じた力線を形成できず、真に正確に射出力センサによる測定が行えない。ゆえに射出過程で、摩擦力の発生する遅滞現象により、射出力と摩擦力を同時に射出力センサにより測定できず、力の伝送のひずみが形成され、射出力に対するリアルタイム補償が行えない。ゆえに高速精密射出に必要な正確な射出力の測定、保圧切り換え及び背圧制御に対して相当に不利である。
【０００３】
射出成型機の射出力回路制御中、正確且つリアルタイムにスクリュの受ける力を知ることは非常に重要である。射出力センサにより測定した受力が、比較計算されることで実際の力と設定の力の差の値が補償され、射出制御、保圧制御及び背圧計量の制御が行われる。
【０００４】
図１は周知の技術の第１実施例（特許文献１）の構造を示す。可動圧力板２３’に取り付けられた射出力センサ３９’を利用し、そのうち、射出力センサ３９’が連結シャフト４７’のカラー４７１’がスラスト軸受４５に施す軸方向力の変化を検出し、並びにこの軸方向力変化の発生するひずみ電圧値を増幅器（図示せず）を介して制御システム（図示せず）に入力し、該制御システムに軸方向力誤差値に基づき射出サーボモータ（図示せず）の出力を修正させ、これにより正確にプラスチック材料射出力を制御し、クローズループの射出力制御を達成する。
【０００５】
図２、３は周知の該第１実施例の射出ユニット断面図であり、この装置の力の伝導経路は射出及び保圧時に図２のようであり、ボールスクリュ３４’とボールナット（図示せず。本図中、一般にはボールスクリュー３４’の上方に位置する）間の相互運動により軸方向の推力を発生し、スラスト軸受３７’、軸受ハウジング３７１’、圧迫シート３９１’、射出力センサ３９’及び連結ブロック４８’を介して可動圧力板２３’に伝え、可動圧力板２３’を押動し並びにスラスト軸受４５’、カラー４７１’、連結シャフト４７’及び半環状リング１７１’を介してスクリュシャフト１７’に伝動し、射出を行う。
【０００６】
背圧計量時には、力の伝導経路は図３のようであり、図中、Ａ’線に示されるように、一部の力はスクリュシャフト１７’より半環状リング１７１’、連結シャフト４７’、スラスト軸受４５’を介して射出力センサ３９’に伝えられ、大部分の力は連結シャフト４７’で分散し軸受押し板４６’或いはスラスト軸受４５’を介して連結ブロック４８’（図中、Ｂ’線に表示）、及び圧力板２３’（図中Ｃ’線）に伝えられ、さらに、圧迫シート３９１’、軸受ハウジング３７１’、スラスト軸受３７’を介してボールスクリュ３４’に伝えられる。
【０００７】
射出、保圧（図２）或いは背圧計量（図３）のいずれの時も、力の伝導は正確に完全に射出力センサ３９’を通過せず、このため測定される射出力、保圧圧力及び背圧計量圧力がいずれも実際のスクリュシャフト１７’の受ける圧力とは異なるものとなり、且つ射出或いは計量を行う時、可動圧力板２３’とスライドロッド２２’の発生する摩擦力は、可動圧力板２３’の移動速度、潤滑程度及び環境因子により変化し、この不確定因子の射出力に対する影響はおろそかにできず、精密な射出を達成しようとすれば、この摩擦力を補償克服する必要がある。しかし、この特許文献１の構造中、射出力センサ３９’が測定する射出力と摩擦力の値はいずれもひずみ、射出力のフィードバック補償に必要な信号の不足をもたらし、高速精密射出成型の必要とする射出力、保圧圧力及び背圧計量圧力の制御を達成するのが難しい。
【０００８】
図４は周知の技術の第２実施例（特許文献２）である。そのうち、射出力センサ３３”とボールナット３１”はボルト３４”を利用して固定された後、さらにボルト３２”を利用して射出力センサ３３”が後ろ固定板３”に固定される。ボールスクリュ２８”が軸方向回転する時、後ろ固定板３”に固定されたボールナット３１”が反対の軸方向運動を発生する。ボールスクリュ２８”が回転して左に進む時、ボールナット３１”は必ず反対方向の右方向の力を受ける。これによりボールナット３１”と射出力センサ３３”左側内環が面接触し、ゆえに力が射出射出力センサ３３”に伝えられ、射出力センサ３３”左側外環がボルト３２”で固定され、ゆえに図４の周知の技術の第２実施例の圧力セルの受力分布図に示されるように、射出力センサ３３”がボールナット３１”の推力Ｘとボルト３２”の引張り力Ｘ’を受ける。第２実施例から分かるように、その射出力センサの所在位置はその受力が平均せず、このため軸方向の力の真の値を表示できない。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第５，４２１，７１２明細書
【特許文献２】
米国特許第５，９５５，１１７明細書
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ゆえにいかに一種類或いは数種類の設計を設計し、周知の技術中の欠点を改変するかが、本発明の討論する技術内容である。
【００１１】
本発明の第１の目的は、一種の射出成型機のスクリュ力検出装置であり、それは、前固定板、後ろ固定板、ボールスクリュ、ボールナット、少なくとも二つのスライドロッド、可動圧力板、射出力センサ、駆動装置及び計量駆動装置とスクリュを具えている。該射出力センサは直接後ろ固定板に配置され、複数のボルトとボールナットで直接固定されている。この配置により射出力の力線は完全に射出射出力センサを通過し、伝動過程中の力線の分散が形成する誤差が防止される。また本発明の射出力センサは直接ボールナットに配置されてボールナットの力を測定し、射出力とマシンパーツの摩擦力を即時完全に測定できる。
【００１２】
本発明の第２の目的は、一種の射出成型機のスクリュ力検出装置を提供することにあり、それは、射出力の比較計算制御と背圧計量制御により、高精密射出目的を達成するものとする。
【００１３】
本発明の第３の目的は、一種の射出成型機のスクリュ力検出装置を提供することにあり、それは、新規の射出力センサ配置方式と測定方法により、射出力センサが確実に、リアルタイムに且つ正確に射出成型機の射出、保圧、計量過程中の射出軸方向力の変化を測定できるものとされる。
【００１４】
これにより、本発明は新規な高応答高正確性の射出力検出装置を提供し、機械構造の発生する遅滞及び力線分散状況を解決し、高精密射出の目的を達成する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、射出成型機のスクリュ射出力検出装置において、この射出力検出装置が射出装置に設置され、該射出装置が、
貫通孔を中央部分に具えた少なくとも一つの前固定板と、
後ろ固定板とされ、該前固定板と平行に設置され、中央部分に射出力検出装置とボールナットが設置される貫通孔を具え、該射出力検出装置が該ボールナットと連結され、射出力検出装置が該後ろ固定板に直接固定された、上記後ろ固定板と、
該前固定板と該後ろ固定板の間にあって、相互に平行となるよう設置された少なくとも二つのスライドロッドと、
少なくとも一つの可動圧力板とされ、該二つのスライドロッドに沿ってスライドし、且つ計量駆動装置を介してスクリュと連接され、該スクリュの前端にネジ山が設けられ、後端が前固定板の中央の貫通孔を貫通し、並びに回転可能に可動圧力板の一側に連接され、また射出駆動装置を介してボールスクリュに連接され、該ボールスクリュの前端が回転可能に可動圧力板のもう一側に連接され、後端がボールナットを貫通する、上記少なくとも一つの可動圧力板と、
を具え、該射出駆動装置がボールスクリュを駆動し、並びに射出力検出装置と接合されたボールナットが軸方向の相対運動を発生し、軸方向推力を提供し、樹脂の射出と計量の動作を行うことを特徴とする、射出成型機のスクリュ射出力検出装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の射出成型機のスクリュ射出力検出装置において、射出力検出装置が後ろ固定板に設置され、且つ後ろ固定板の直接射出圧力、保圧圧力、及び背圧計量圧力を受ける位置に位置することを特徴とする、射出成型機のスクリュ射出力検出装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の射出成型機のスクリュ射出力検出装置において、射出力検出装置がボールナットと接合され、並びにボールスクリュと相対回転運動を行うことを特徴とする、射出成型機のスクリュ射出力検出装置としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は射出力センサを利用して射出、保圧、背圧計量を行う射出成型機のスクリュ力検出装置とされる。後ろ固定板に配置された射出力センサが、ボールナットに対して力測定を行う。該ボールナットは射出力センサに螺子止めされ、射出力センサが後ろ固定板に螺子止めされ、これによりスクリュの力が直接スクリュナットに伝わり、該力とプラスチック材料の発生する力と射出伝動装置間の摩擦提供の総合値がボールナットが射出力センサに加える力とされる。精密射出には正確にプラスチック材料射出の圧力を正確に制御する必要があり、則ち射出力の制御を極めて正確に行う必要がある。伝動手段間の摩擦抵抗により設定された射出力と実際の射出力に際が形成されるため、スクリュ出力時の補償が必要であり、射出力センサの測定により射出力に対してリアルタイム補償を行ない、全回路制御を行ない、高精密射出制御を達成すると共に、全クローズ回路制御の射出力測定により、正確な保圧制御、正確な背圧計量が行える。
【００１７】
【実施例】
本発明は射出力センサとボールナットが一体に螺子止めされた後、直接射出力センサが後ろ固定板に螺子止めされ、可動圧力板に東風柄された射出サーボモータがボールスクリュを駆動し回転させる時、該後ろ固定板に東風柄されたボールナットと相対軸方向運動を発生し、射出力センサこの軸方向運動の発生する軸方向力を検出し、図６の力検出方法ステップによりモータ出力を修正制御し、射出、保圧、背圧計量過程の射出力制御を行う。該力検出方法はまず、位置／力変換器を初期化する。この初期化は、該射出成型機の射出、計量等の関係操作パラメータの設定と、エンコード装置が射出サーボモータの出力する射出関係の情報をを受け取り、スクリュの位置に対してキャプチャを行うことを含む。
【００１８】
本発明の方法は以下のステップを含む。
ａ．該位置／力変換器が少なくとも一つの射出力関係設定値を出力し、並びに射出力センサが出力する第１測定値と併せて比較器に出力する。該第１測定値は、少なくとも三種類の力値、則ち、（１）射出駆動装置の伝送する軸方向力。該射出駆動装置は、可動圧力板に連結され、射出サーボモータ、主動プーリ、タイミングベルト、従動プーリ、錐形結束リングを具え、ボールスクリュを駆動して回転させ、ボールスクリュと後ろ固定板に固定されたボールナットに反対の軸方向運動を発生させ、この軸方向運動が発生する軸方向推力を可動圧力板、スラスト軸受、一組のボルト、可動圧力板後主動プーリ２１に固定された射出軸受ハウジング、もう一組のボルト、可動圧力板前端に固定された計量軸受ハウジング、スクリュ駆動軸スリーブ、キー、スクリュ駆動軸を介して、スクリュを前進或いは後退させる。（２）樹脂計量の背圧力。可動圧力板と連結された計量駆動装置は、計量サーボモータ、主動プーリ、タイミングベルト、従動プーリ、一組のボルト、可動圧力板の前端に螺子止めされた計量軸受ハウジング、スクリュ駆動軸スリーブ、キー、スクリュ駆動軸を具え、スクリュに軸方向の回転を行わせて、スクリュ内に充填された樹脂をシリンダ前方に送り、並びに可塑化し、回転計量を達成し、この背圧力は回転計量時に発生する。（３）射出駆動装置各部品間の摩擦力。
ｂ．該比較器が該射出力の設定値と該測定値の差を計算し、並びに信号をコントローラーに入力する。
ｃ．該コントローラーが該射出力の設定値と測定値の差により、射出サーボモータの出力を調整する。
ｄ．射出サーボモータの出力の後、射出力センサが第２測定値を測定し、並びにステップａからｃを行ない、補償後の射出力と射出力センサの測定した受力が異なれば、続けて射出力を修正して射出力センサの得る受力が設定された射出力に符合するまでこれを行ない、クローズループ制御を達成する。
【００１９】
そのうち、第１測定値は今回のステップａ、ｂ、ｃ、ｄの前の一回のループ中で射出力センサが測定した射出力であり、第２測定値は今回のステップａ、ｂ、ｃ、ｄのループ中の射出力センサが測定した射出力である。
【００２０】
図７は本発明の射出力センサの正面及び側面図であり、射出力センサ５１は円盤状射出力センサとされ、射出力センサ５１が受力により変形する時、射出力センサ５１内部のひずみ計５６の抵抗が改変し、これによりひずみ計５６の抵抗が組成するＷｈｅａｔｓｔｏｎｅ　ｂｒｉｄｇｅが出力する電圧変化量により受力の大きさが測定される。
【００２１】
本発明の射出力センサ固定方式は、二組の、それぞれ自立した複数のボルトと二つの取り付け孔５３、５５を利用し、ボールナット３６、後ろ固定板１２が螺子止めされる。本発明の射出力センサ５１の配置方式には以下の長所がある。
１．図８と図９を参照されたい。図８は本発明の力線と装置関係図であり、図９は本発明の好ましい実施例の射出ユニット断面図である。図８に示される力線より分かるように、射出力センサ５１とボールナット３６は相互に連結され、直接射出力センサ５１が後ろ固定板１２に螺子止め配置され、ボールスクリュ３５と後ろ固定板１２の間は実際には未接触とされ、ゆえに軸方向の受力がいずれもボールナット３６を介して完全に射出力センサ５１に加えられ、従来の圧力検出信号のひずみの状況を改善できる。また、則ち、射出、保圧、計量過程中に射出サーボモータ３０或いは計量サーボモータ２０が、射出サーボモータ３０がボールスクリュ３５を駆動する射出力、スクリュ２７の回転により発生する計量の背圧力、及び射出ユニット伝動装置間の摩擦力のいずれを出力する時でも、射出力センサ５１がリアルタイムに且つ正確に射出の軸方向の力の変化を測定する。
２．射出力センサ５１とボールナット３６が連結後に、直接後ろ固定板１２に固定され、機械装置との組合せによる摩擦状況がなく、測量の再現性が良好である。
３．射出力センサ５１の取り付け方式が簡単で、配線、メンテナンス作業に便利である。
【００２２】
図９に示される射出ユニットは、前固定板１１、後ろ固定板１２、前固定板１１と後ろ固定板１２にボルト１５で螺子止めされた少なくとも二つのスライドロッド１４、前固定板１１と後ろ固定板１２の間に取り付けられてスライドロッド１４に沿って前後に移動する可動圧力板１３を具えている。計量サーボモータ２０は可動圧力板１３の側辺に固定され、計量サーボモータ２０の出力する動力は、主動プーリ２１、タイミングベルト２２、従動プーリ２３、キー２４、スクリュ駆動軸２５、半スナップリング２６、プラグ溝カバー２９を介してスクリュ駆動軸２５と連結されたスクリュ２７を回転させ、樹脂がシリンダ２８前端に輸送され（図９参照）、並びに可塑化され、スクリュ２７の回転計量動作が完成する。
【００２３】
射出サーボモータ３０は可動圧力板１３の側辺に固定され、射出サーボモータ３０の出力する動力は、主動プーリ３１、タイミングベルト３２、従動プーリ３３、錐形結束リング３４を介して錐形結束リング３４い連結されたボールスクリュ３５を回転させ、ボールスクリュ３５が後ろ固定板１２に固定されたボールナット３６と相対軸方向運動を発生し、この軸方向運動が発生する軸方向力がスラスト軸受３７、ボルト３９、可動圧力板１３後端に螺子止めされた軸受ハウジング３８、可動圧力板１３、ボルト４０、可動圧力板前端に固定された計量軸受ハウジング４１、スラスト軸受４２、スクリュ駆動軸スリーブ４３、キー４４、スクリュ駆動軸２５を介して伝えられ、スクリュ２７を前進或いは後退させ、射出、保圧、背圧計量の動作が完成する。
【００２４】
図７に示されるように、ボールナット３６と射出力センサ５１がボルト５２で取り付け孔５３に固定され、さらにもう一組のボルト５４、取り付け孔５５で射出射出力センサが後ろ固定板１２に固定される。射出、保圧、背圧計量の動作を行う時、射出力センサ５１のひずみ計５６がボールナット３６の伝送する軸方向力を受け、ひずみ計５６の抵抗を改変させて出力する電圧値を改変させ、射出力センサ増幅器５７が受力信号を送り、図６の力検出方法フローチャートが実行される。位置／力変換器がエンコーダ或いは光学位置ゲージ或いはその他の同じ位置測定機能を有する装置の伝送する位置信号を受け取った後、設定された射出力を送出し、比較器が射出力センサ５１の測定した受力と設定された射出力と受け取り並びに演算した後、比較器が力の信号の差の値をコントローラーに送り、コントローラーがこれにより射出サーボモータ３０の出力を調整する。もし補償後の射出力と射出力センサ５１の測定した受力が異なれば、続けて射出力を修正して、これを射出力センサ５１の測定した受力が設定された射出力と符合するまで行ない、射出力のクローズループ制御を完成する。
【００２５】
本発明の射出力センサ５１の配置位置は従来の技術と異なり、本発明はこのような配置により、射出力センサ５１の受力方式が非常に平均する。これについて以下に説明する。図９に示されるように、射出力センサ５１とボールナット３６がボルト５４を利用して固定された後、さらにボルト５２を利用して射出力センサ５１が後ろ固定板１２に固定される。射出力センサ５１の受力を分析すると、ボールスクリュ３５が回転する時、後ろ固定板１２に固定されたボールナット３６が軸方向運動を発生し、ボールスクリュ３５の回転が左向き前進であると、ボールナット３６は必ず右向きの反作用力を受け、これによりボールナット３６と射出力センサ５１の左側内環が面接触し、射出力センサ５１の右側外環がボルト５２の螺子止めに用いられ、ゆえに軸方向力が左から右に射出力センサ５１に伝わり、ゆえに射出力センサ５１がボールナット３６と後ろ固定板１２の双方向の推力を受ける。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は新規な高応答高正確性の射出力検出装置を提供し、機械構造の発生する遅滞及び力線分散状況を解決し、高精密射出の目的を達成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術の第１実施例図である。
【図２】従来の技術の第１実施例の射出ユニット断面図である。
【図３】従来の技術の第１実施例の射出ユニット断面図である。
【図４】従来の技術の第２実施例図である。
【図５】従来の技術の第２実施例の射出力センサ受力分析図である。
【図６】本発明の力検出方法フローチャートである。
【図７】本発明の射出力センサの正面図及び側面図である。
【図８】本発明の力線と装置関係図である。
【図９】本発明の実施例の射出ユニット断面図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’　力線
ａ、ｂ、ｃ、ｄ　ステップ
Ｘ　推力
Ｘ’　引張り力
１７’　スクリュ
１７１’　半環状リング
２２’　ガイドロッド
２３’　可動圧力板
３４’ボールスクリュ
３７’　スラスト軸受
３７１’　軸受ハウジング
３９’　射出力センサ
３９１’　圧迫シート
４５’　スラスト軸受
４６’　軸受押し板
４７’　連結シャフト
４７１’　カラー
４８’　連結ブロック
２８”　ボールスクリュ
３”　後ろ固定板
３１”　ボールナット
３２”　ボルト
３３”　射出力センサ
３４”　ボルト
１１　前固定板
１２　後ろ固定板
１３　可動圧力板
１４　ガイドロッド
１５　ボルト
２０　計量サーボモータ
２１　主動プーリ
２２　タイミングベルト
２３　従動プーリ
２４　キー
２５　スクリュ駆動軸
２６　半スナップリング
２７　スクリュ
２８　シリンダ
２９　プラグ溝カバー
３０　射出サーボモータ
３１　主動プーリ
３２　タイミングベルト
３３　従動プーリ
３４　錐形結束リング
３５　ボールスクリュ
３６　ボールナット
３７　スラスト軸受
３８　軸受ハウジング
３９　ボルト
４０　ボルト
４１　計量軸受ハウジング
４２　スラスト軸受
４３　スクリュ駆動軸スリーブ
４４　キー
５１　射出力センサ
５２　ボルト
５３　取り付け孔
５４　ボルト
５５　取り付け孔
５６　ひずみ計
５７　射出力センサ増幅器
【図１】
2004130773.tif 000003
【図２】
2004130773.tif 000004
【図３】
2004130773.tif 000005
【図４】
2004130773.tif 000006
【図５】
2004130773.tif 000007
【図６】
2004130773.tif 000008
【図７】
2004130773.tif 000009
【図８】
2004130773.tif 000010
【図９】
2004130773.tif 000011