(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダバレル内に装填されたスクリュウのヘッド部に装着されて樹脂流路を開閉するチェックリングの挙動を計測する方法において、前記チェックリングの内周面にマグネットを埋め込むとともに、前記マグネットの外周面側に強磁性材料のヨークを配置し、射出及び可塑化計量中のチェックリングの位置変化をスクリュウヘッド部の中心部に内挿した磁歪プローブに生じる磁歪を検出してスクリュウヘッドに対するチェックリングの相対位置を検出することを特徴とする射出成形機のチェックリング挙動計測方法。
【請求項２】
シリンダバレル内に装填されたスクリュウのヘッド部に装着されて樹脂流路を開閉するチェックリングの挙動を計測する装置であって、前記チェックリングの内周面にマグネットを設けるとともに、前記マグネットの外周面側に強磁性材料のヨークを配設し、少なくともスクリュウヘッド部の中心部に磁歪プローブを内挿し、射出及び可塑化計量中におけるチェックリングのスクリュウヘッドに対する相対位置変化に伴う前記磁歪プローブの磁歪を検出する検出手段を備えたことを特徴とする射出成形機のチェックリング挙動計測装置。
【請求項３】
前記ヨークは、前記チェックリングの内周面側に凹部を設けた椀形とされ、この椀形ヨークの前記凹部に前記マグネットを配設し、前記マグネットの周囲にある前記椀形ヨークで磁力線をチェックリング中心に作用させてなることを特徴とする請求項２に記載の射出成形機のチェックリング挙動計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチェックリングの挙動計測方法および装置に係り、特に射出成形機のスクリュウ先端に装着されるチェックリングの射出及び可塑化計量時の挙動を非接触状態で計測するのに好適な挙動計測方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機では溶融樹脂を定量ずつ計量しながら金型キャビティに充填させるように供給している。射出機では加熱シリンダ内にスクリュウを装填し、スクリュウを回転しながら前後に移動できるようにしておき、基端側から充填される樹脂をスクリュウの回転により押し出しながら、スクリュウヘッド側を後退移動させてシリンダ室内に定量の樹脂を貯溜し、次のスクリュウヘッドの前進移動により樹脂を押し出して、吐出口から樹脂をキャビティに向けて射出する。このような射出機のスクリュウヘッド部分におけるスクリュウ部との連結部側基端には、逆流防止用チェックリングが装着されるネックが形成されている。このネックは小径とされ、その外周面に円筒体のチェックリングが前後移動可能に遊嵌されている。チェックリングが相対的に前進している場合には後方のスクリュウ部からネック部への樹脂流入通路を開放し、逆に相対的に後退している場合にはネックの後端部にてスクリュウ部からの樹脂流路を閉塞するように作用させている。
【０００３】
このようなチェックリングは、射出成形機の性能や成形品の品質を左右する重要な部品である。したがって、チェックリングの動作原理を十分に解明する必要があるが、実際にはチェックリングの挙動を明確に把握することができないため、その設計は試行錯誤を余儀なくされている。チェックリングの設計には、一般的に高応答の逆流防止能力が求められ、軽量で短いものとする、樹脂通路を絞る、などの対策を施している。
最近の研究では、チェックリング前後の圧力差からその挙動を推測する方法、可視化シリンダを用いてチェックリング挙動の観察をする方法などにより、射出条件の違いとチェックリング閉鎖挙動の関係解明に成果を挙げている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のチェックリングの挙動計測方法で、前者の方法では正確なチェックリング位置を測定することができず、後者の方法ではガラス製のチェックリングを用いるために通常の射出条件で閉鎖挙動を計測することが困難であった。
本発明は、上記従来の問題点に着目し、通常のシリンダとスクリュウを用いた状態で、射出中や可塑化中のチェックリング挙動を測定することができる計測方法および装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る射出成形機のチェックリングの挙動計測方法は、シリンダバレル内に装填されたスクリュウのヘッド部に装着されて樹脂流路を開閉するチェックリングの挙動を計測する方法において、前記チェックリングの内周面にマグネットを埋め込むとともに、前記マグネットの外周面側に強磁性材料のヨークを配置し、射出及び可塑化計量中のチェックリングの位置変化をスクリュウヘッド部の中心部に内挿した磁歪プローブに生じる磁歪を検出してスクリュウヘッドに対するチェックリングの相対位置を検出することを特徴としている。
【０００６】
また、本発明に係る射出成形機のチェックリングの挙動計測装置は、シリンダバレル内に装填されたスクリュウのヘッド部に装着されて樹脂流路を開閉するチェックリングの挙動を計測する装置であって、前記チェックリングの内周面にマグネットを設けるとともに、前記マグネットの外周面側に強磁性材料のヨークを配設し、少なくともスクリュウヘッド部の中心部に磁歪プローブを内挿し、射出及び可塑化計量中におけるチェックリングのスクリュウヘッドに対する相対位置変化に伴う前記磁歪プローブの磁歪を検出する検出手段を備えた構成としたものである。この場合において、前記ヨークは、前記チェックリングの内周面側に凹部を設けた椀形とされ、この椀形ヨークの前記凹部に前記マグネットを配設し、前記マグネットの周囲にある前記椀形ヨークで磁力線をチェックリング中心に作用させてなる構成にできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る射出成形機のチェックリング挙動計測方法および装置の具体的実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は実施形態に係るチェックリング挙動計測装置を取り付けた射出機のスクリュウヘッド部分の要部断面側面図である。この図に示しているように、射出成形装置に用いられるスクリュウ１０は、後方側で回転により樹脂の送り出しをなすスクリュウ本体１２を有し、当該スクリュウ本体１２の先端にはスクリュウヘッド部１４を取り付けて構成され、加熱シリンダ１６に前後移動可能に装填されている。スクリュウヘッド部１４の構造は、スクリュウ本体１２との連結部に形成されたｂ小径ネック部１８と、最先端位置に形成されたコーン部２２から構成されている。ネック部１８には小さいストローク範囲で前後移動可能とされているチェックリング２４を装着し、射出時にネック部１８とスクリュウ本体１２との連接部分側に移動することでこの部分に形成されている樹脂導入通路を遮蔽させて樹脂が逆流しないようにしている。また、樹脂の導入に際してスクリュウ１０を後退移動させることでチェックリング２４が相対的に前方に移動され、前記樹脂通路を開放するように構成されている。スクリュウ本体１２から流入する樹脂はネック部１８とチェックリング２４の間の隙間を流通して前方に流れるようになっている。
【０００８】
このようなチェックリング２４の具体的構造を図2に示している。チェックリング２４は円筒体として構成され、前端面の180度対向する２個所に係合爪２６を設けるとともに、コーン部２２側には係合凹部２８を形成しておき（図1参照）、チェックリング２４の回り止めを図りつつ前後移動ができるように装着している。もちろん、係合爪２６を設けない構造のチェックリングを備えたものもあり、本発明は爪無し構造にも適用することができる。
【０００９】
また、チェックリング２４が装着されるネック部１８の前方に形成されているコーン部２２の基部は外周面を切削して六角断面に形成されると共に、その一部に前記係合凹部２８を形成し、この係合凹部２８によって大きな断面積の樹脂通路を形成している。ヘッド前端部のコーン部２２は先端に向けて順次径が小さくなるようにして樹脂充填空間に円滑に樹脂が流入するように調整している。
【００１０】
このような構成のスクリュウ１０を備えた射出機において、チェックリング２４は射出動作に伴って前後に移動する。この位置変位を明確に把握するために、まず、チェックリング２４の内周面に円形孔３０を円周方向の等角度位置に複数形成している。実施形態では図2（４）にて理解できるように、90度間隔に4個所に穿孔している。このような円形孔３０には、図3に示しているマグネットセンサ３２を取り付けるものである。マグネットセンサ３２は、前記円形孔３０の形状に相当し、埋め込み可能な形状とされたヨーク３４を有している。ヨーク３４は強磁性材料からなり、内面側をお椀形にくり貫き形成しておき、中心部にマグネット３６を配置するとともに、その外縁溝を接着剤３８で埋めて一体的に固定した構成となっている。これにより、磁路が図3に矢印で示したように、マグネット埋め込み面からヨーク３４周辺に回り込み、磁力線が外部（シリンダ側）に出ないように調整した経路に形成している。そして、磁力線がヨーク３４の湾曲している内面から出て、中央のマグネット３６の先端面に達するような経路を形成させ、もって、前記磁力線がチェックリング２４に装着した状態でスクリュウヘッド部１４の中心部分に到達するように設定される。
【００１１】
このようなマグネット付きチェックリング２４の位置を検出するために、スクリュウヘッド部１４の中心部には、後方のスクリュウ本体１２に至る貫通孔４０が形成されている。そして、この貫通孔４０に磁歪プローブ４２を装着している。磁歪プローブ４２は磁性材料からなる極細線を丸棒状の非磁性材料（例えばＳＵＳなど）により封印した構造とされ、また前記磁歪線に電流パルスを印加する手段を備えて構成されている。前記磁歪線はセンシング領域を形成しているので、この磁歪線を少なくともチェックリング２４の可動範囲をカバーする領域に配置している。実質的には、図１および図4に示しているように、磁歪線４２Ａはスクリュウ本体１２の後端面から差し込まれ、スクリュウ後部側にプローブヘッド４４が位置するように取り付けられている。スクリュウ後部の外周面にはスリップリング４６を介して信号を抽出できるようになっている。アンプ４８はスクリュウ本体１２に取り付けた円盤５０に配置し、スクリュウ１０とともに回転するようになっている。
【００１２】
上述の構成によって、スクリュウ１０に射出及び可塑化計量を与えると、チェックリング２４は、スクリュウ10の前後移動に伴ってスクリュウヘッド部１４の小径ネック部１８内の可動範囲で前後に移動し、位置を変化させる。このため、スクリュウヘッド部１４に対する相対的な位置が変動し、ヘッド部１４の中心に配置されている磁歪プローブ４２に対してチェックリング２４の位置が軸方向で変化する。磁歪プローブ４２の磁歪線４２Ａには電気的パルスが印加されており、これにより磁歪線４２Ａの周囲には右ネジの法則により円周方向に磁界が発生しているが、チェックリング２４に取り付けたマグネット３６が磁歪線４２Ａのある位置に存在しているため、その部分のみ軸方向の磁界が与えられ、円周方向の磁界の方向が変化して、磁歪線４２Ａにねじれを生じる。このねじれは一種の機械振動であるので、金属である磁歪線４２Ａ上を両端に向かって音速で伝播する。この超音波の伝播時間を計測することによって、マグネット３６ひいてはチェックリング２４の位置を検出することができるのである。
【００１３】
前述したアンプ４８は電源供給回路などに接続されて上述した電流パルスを磁歪線４２Ａに与えるが、出力信号はスリップリング４６を介して検出され演算部５２にて位置検出の演算処理をなすようにしている。検出信号はアナログ信号で検出されるためノイズが乗りやすくなっており、しかも高温環境で使用されとともに、磁歪プローブ４２とマグネット３６との距離が長く、スリップリング４６を使用するために、ノイズレベルが高い。そこで、この実施形態では、検出信号（アナログ）をアナライジングレコーダで収集するに際して、ローパスフィルタを用いるようにしている。実施形態ではサンプリング周波数を１００Ｈｚとしているので４０Ｈｚのローパスフィルタを介してデータを収集するようにしている。
【００１４】
また、収集データは高速フーリエ変換することにより以下のようにしてノイズの低減を行なった。すなわち、まず、フーリエ変換で、サンプリング数値（時間系列）を周波数系列に変換する。次いで、周波数系列でノイズ周波数成分を除去する。そして、フーリエ逆変換で周波数系列から時間系列に逆変換するのである。
【００１５】
図5にアナライジングレコーダで収集されたデータをフーリエ変換して得られた周波数スペクトラムを示す。また、図6（１）〜（４）には、周波数２，３，５，７Ｈｚのローパスフィルタを介して得られた結果を示す。この結果によれば、ノイズを効果的に除去した計測データが得られ、十分な計測精度を得ることができる。
【００１６】
上記実施形態によれば、スクリュウ１０の中心部に磁歪プローブ４２を挿入し、スクリュウ１０とともに移動、回転させるように取り付けつつ、スクリュウヘッド部１４に装着したチェックリング２４の内周面にマグネット３６を取り付けることにより、マグネット３６が上記磁歪プローブ４２の外周を軸方向に沿って移動することを利用して位置を検出するようにしている。このため、射出作業中や可塑化中のチェックリング２４の挙動を測定することができる。マグネット３６はお椀形に形成されたヨークの中央部においてスクリュウヘッド部１４の中心を向くように配置しておき、マグネット周囲を接着剤で埋め込むようにすることで磁力線がヘッド中心の磁歪プローブ４２に到達するように磁路を形成させている。これにより、マグネット３６の磁力を確実にプローブに作用させることができる。
また、アナログ信号として検出される信号からノイズを効果的に除去する処理を行なうように構成しているため、位置の検出精度を向上させることができる利点がある。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にによれば、チェックリングの内周面にマグネットを埋め込み、少なくともスクリュウヘッド部の中心部に磁歪プローブを内挿し、射出及び可塑化計量中におけるチェックリングのスクリュウヘッドに対する相対位置変化に伴う前記磁歪プローブの磁歪を検出する検出手段を備え、スクリュウヘッドに対するチェックリングの相対位置を非接触で精度よく検出することができるので、通常のシリンダとスクリュウを用いた状態で、射出中や可塑化中のチェックリング挙動を測定することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る計測装置を備えた射出機スクリュウヘッド部分の要部断面側面図である。
【図２】チェックリングの平面図、正面図、側面図、および断面図である。
【図３】マグネットセンサの断面図である。
【図４】信号検出部の構成を示すスクリュウ後部の断面図である。
【図５】検出データをフーリエ変換して得られた周波数スペクトラムである。
【図６】検出信号の周波数２，３，５，７Ｈｚのローパスフィルタを介して得られた結果を示す図である。
【符号の説明】
１０      スクリュウ
１２      スクリュウ本体
１４      スクリュウヘッド部
１６      加熱シリンダ
１８      小径ネック部
２２      コーン部
２４      チェックリング
２６      係合爪
２８      係合凹部
３０      円形孔
３２      マグネットセンサ
３４      ヨーク
３６      マグネット
３８      接着剤
４０      貫通孔
４２      磁歪プローブ
４２Ａ    磁歪線
４４      プローブヘッド
４６      スリップリング
４８      アンプ
５０      円盤
５２      演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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