JP4199285B1 - 射出成形機及び逆流防止弁閉鎖判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】格別な部品を追加することなく、計量ストロークの大小に関わりなく、より正確に逆流防止弁の閉鎖時点を検出する。
【解決手段】スクリュー前進時において、スクリューにかかる回転力と樹脂圧力を検出し、この２つの相関係数を求める。逆流防止弁が開いているときは、逆流する樹脂により樹脂圧力に比例し、スクリュー回転力も増加する。この場合、スクリュー回転力と樹脂圧力の相関係数は基準値より大きい。逆流防止弁が閉鎖すると樹脂圧力がスクリューのフライトにかからなくなることから、スクリュー回転力は低下し、相関係数は基準値より小さくなる。この基準値より相関係数が小さくなることにより逆流防止弁の閉鎖を判別することができる。相関係数の値によって逆流防止弁の閉鎖を判別するから、スクリュー前進開始時から閉鎖している場合も、スクリュー前進が完了しても閉鎖しない場合も検出できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、スクリュー先端に逆流防止弁を備えた射出成形機に関し、特に、該逆流防止弁の閉鎖時点を検出する技術に関する。

スクリュー先端に逆流防止弁を備えた射出成形機では、計量が完了した時点では逆流防止弁が開いている。この状態で射出を行なった場合、スクリュー前進によって逆流防止弁前方の樹脂圧力が上昇することで逆流防止弁が後方に移動し、樹脂の流路を閉鎖する。この逆流防止弁が閉鎖するタイミングは、射出開始時点における逆流防止弁前方の樹脂圧力の大小や逆流防止弁後方の樹脂圧力の大小などによって変動する。射出開始から逆流防止弁閉鎖までの間には逆流防止弁前方から後方に向かって樹脂の逆流が生じるため、逆流防止弁の閉鎖タイミングの変動によって、成形サイクル毎の射出体積に変動を生じ成形品の品質に影響を与える。

このような逆流防止弁の閉鎖タイミングの変動に対処するため、逆流防止弁の閉鎖タイミングを毎成形サイクルにおいて安定させることを目的とした技術が従来から知られている。
また、逆流防止弁の閉鎖タイミングの変動に対処するための別な技術として、実際に逆流防止弁が閉鎖したタイミングを監視する技術も知られている。例えば、逆流防止弁の位置よりも後方（樹脂の流れの上流側）のシリンダ内に圧力センサを配設し、スクリュー前進中の圧力変化を検出し逆流防止弁の閉鎖を検出するという方法が知られている（特許文献１、２参照）。又、同様に逆流防止弁の位置よりも後方のシリンダ内に圧力センサを配設し、該圧力センサで検出される圧力を積分して該積分値と基準値を比較し、積分値が基準値より大きいときは、警告を出力して成形品の良否判別を行うようにした発明も知られている（特許文献３）。

さらに、スクリューを前進させたとき逆流する樹脂によってスクリューのフライトが受ける樹脂圧力によりスクリューに回転力が加わることを利用して、射出中にスクリューを回転自在の状態にし、スクリューの回転が停止したことを検出して逆流防止弁の閉鎖を検知する方法も知られている（特許文献４参照）。

特開平４−５３７２０号公報 特開平４−２０１２２５号公報 特開平３−１１４７２１号公報 特開２００４−２１６８０８号公報

上述した特許文献１、２に記載された発明は、圧力センサで検出する樹脂圧力の変化によって逆流防止弁の閉鎖を検出するものである。射出開始時点では逆流防止弁が開いていて、射出中に逆流防止弁が閉じたとき、検出樹脂圧力が上昇から下降に変化することから、この圧力変化により逆流防止弁の閉鎖を検出するものである。しかし、射出開始時点で既に逆流防止弁が閉じていた場合や、射出中に逆流防止弁が閉じなかった場合には、検出樹脂圧力には変化が生じないことから、射出開始時点で既に逆流防止弁が閉じていたことや、射出中に逆流防止弁が閉じなかったことを区別して検知するものではないという問題がある。
特許文献３に記載された発明は、検出樹脂圧力の積分値を求めて該積分値で逆流防止弁の閉鎖を検出するものであることから、逆流防止弁が射出開始から閉鎖し正常に作動しているか、射出の途中で閉鎖したか、射出・保圧工程中、逆流防止弁は閉鎖せず、正常には作動していないかを判別することができる。しかし、この特許文献３及び特許文献１、２に記載の発明は、共に逆流防止弁よりも後方のシリンダ内の樹脂圧力を検出するため、樹脂圧力センサをシリンダに設ける必要がある。しかも、その樹脂圧力センサの設置位置は、スクリューがフルストローク後退したときの逆流防止弁の位置よりも後方とするものである。そのため、樹脂圧力センサ・増幅器等の部品を追加する必要がある。さらに、樹脂圧力センサの設置位置が、スクリューがフルストローク後退したときの逆流防止弁の位置よりも後方となることから、計量ストロークが小さい場合は、スクリューが計量ストロークまで後退したときの逆流防止弁の位置が樹脂圧力センサの設置位置から離れることとなる。このような場合、樹脂圧力センサで検出した樹脂圧力が、逆流防止弁のすぐ後ろの部分の樹脂圧力とは一致しなくなる可能性があるため、逆流防止弁の状態が正確には検出できなくなる可能性がある。

特許文献４に記載された発明は、特許文献１〜３に記載された発明のように、逆流防止弁よりも後方にシリンダ内の樹脂圧力を検出する圧力センサを設ける必要はないが、逆流防止弁が閉鎖していても、該逆流防止弁から漏れて逆流する樹脂による圧力を受けスクリューは回転力を受ける。さらには、スクリューの前進によってスクリューのフライト間の溝に蓄積されている樹脂も移動し、この溝に蓄積された樹脂の粘性等によっても、フライトはスクリュー回転力を受ける。これらのスクリュー回転力は、樹脂の粘性や樹脂圧力（射出圧力）によって変動するが、これらの力によって逆流防止弁が閉鎖していてもスクリューが回転する可能性があり、正確に逆流防止弁の閉鎖時点を検出することが難しいという問題がある。

そこで、本発明の目的は、格別な部品を追加することなく、しかも計量ストロークの大小に関わりなく、より正確に逆流防止弁の閉鎖時点を検出できる射出成形機及び逆流防止弁閉鎖判別方法を提供することにある。

本願請求項１〜８に係る発明は、逆流防止弁を備えるスクリューと、該スクリューをスクリュー軸方向に駆動する軸方向駆動手段と、前記スクリューを回転させる回転駆動手段と、前記スクリューに作用する回転力を検出する回転力検出手段と、樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出手段とを備えた射出成形機であって、前記スクリューが前進する際に、前記回転力検出手段で検出した回転力と前記樹脂圧力検出手段で検出した樹脂圧力との相関係数を求める相関係数算出手段と、前記スクリュー前進中において前記求めた相関係数が基準値より小さくなった時点で、前記逆流防止弁が閉鎖したと判別する判別手段とを備え、スクリューに作用する回転力と樹脂圧力との相関係数によって、逆流防止弁に関して、スクリュー前進開始時からの閉鎖、前進途中での閉鎖、さらにはスクリュー前進動作が完了しても閉鎖しなかったことをも含めて判別できるようにしたものである。

又、スクリューの軸方向の位置を検出するスクリュー位置検出手段を有し、前記判別手段が逆流防止弁閉鎖を判別した時、その時のスクリューの位置、又はスクリュー前進開始からの経過時間を検出し記憶する手段をも備え、成形品の良否判別や成形条件の調整等に利用できるようにしている。さらに、判別手段が、スクリュー前進中の全区間にわたって前記求めた相関係数が基準値以上であると判別したときは、前記逆流防止弁が前記スクリュー前進工程中に閉鎖しなかったことを示す信号を出力する手段を備えるようにした。 この逆流防止弁の閉鎖の判別は、射出保圧工程におけるスクリュー前進時、又は、計量工程完了から射出工程開始までの間に行われるスクリュー前進に適用されるものである。 又、前記回転力検出手段としては、前記回転駆動手段の駆動力から検出するものや、スクリューに作用する回転力による前記スクリューのひずみを検出するもので構成する。

請求項９に係る発明は、射出成形機の逆流防止弁閉鎖判別方法に係る発明であり、逆流防止弁を備えるスクリューと、該スクリューをスクリュー軸方向に駆動する軸方向駆動手段と、前記スクリューを回転させる回転駆動手段と、前記スクリューに作用する回転力を検出する回転力検出手段と、樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出手段とを備えた射出成形機において、前記スクリューが前進する際に、前記回転力検出手段で検出した回転力と前記射出圧力検出手段で検出した射出圧力との相関係数を求め、該相関係数の波形を表示装置に表示すると共に、前記スクリュー前進中において前記表示した相関係数が基準値より小さくなった時点で、前記逆流防止弁が閉鎖したと判別するようにした。

本発明は、格別な部品を追加することなく、しかも計量ストロークの大小に関わりなく、逆流防止弁の閉鎖状態を検出でき、逆流防止弁がスクリュー前進開始時点で既に閉鎖していたときも、逆流防止弁がスクリュー前進の途中で閉鎖したときも、逆流防止弁がスクリュー前進中には閉鎖しなかったときも、この閉鎖状態を区別して検出する。

まず、本発明の逆流防止弁閉鎖時点検出原理について説明する。図１は、従来から用いられている逆流防止弁機構の一例である。スクリュー１はシリンダ７内に挿入され、該スクリュー１の先端には、スクリューヘッド２とスクリュー１の本体部分間の縮径された部分にスクリュー軸方向に移動可能に逆流防止弁３が配置され、この縮径された部分のスクリュー１の本体側には、この逆流防止弁３と当接密着し、樹脂通路を閉鎖するチェックシート４を備える。

計量工程においては、スクリュー１の後方から供給される樹脂ペレット８はスクリュー１が回転することで発生するせん断熱とスクリュー１が挿入されているシリンダ７の外側に設けられたヒータからの熱により溶融される。溶融された樹脂は逆流防止弁３の後方の樹脂圧力を上昇させ、逆流防止弁３を前方に押す力を発生させる。逆流防止弁３が前方に押されると後方の樹脂が逆流防止弁３と縮径された部分の間隙を通り逆流防止弁３の前方に流れ込みスクリューヘッド２前方のシリンダ７内の圧力を上昇させる。

逆流防止弁３の前方の樹脂圧力が所定の圧力（背圧）を超えるとスクリュー１が後方に押されて逆流防止弁３の前方の圧力が減圧される。更にスクリュー１が回転することで逆流防止弁３の後方の圧力が逆流防止弁３の前方の圧力よりも高くなるので継続して溶融された樹脂が逆流防止弁３の前方に送り込まれ、所定の量（計量位置）までスクリュー１が後退するとスクリュー回転を停止させる。

次に射出工程に入り、樹脂を充填するためにスクリュー１が前進（図１中右から左方向へ）すると、スクリューヘッド２の前方にたまった樹脂圧力が上昇するので、逆流防止弁３が後退しチェックシート４と密着して樹脂通路を閉鎖し、この充填圧により溶融樹脂がスクリュー後退方向に逆流することを防止する。
スクリュー１を前進させたときに樹脂が逆流すると、逆流防止弁の前方から後方へ逆流した樹脂が、樹脂圧力（射出圧力）に応じた力でスクリュー１のフライト５を押す。この押す力Ｆは、スクリュー軸線方向の力（後方に押す力）Ｆｘとスクリュー回転方向の力（計量時とは逆方向に回転させる力）Ｆθに分力される。従って、逆流防止弁３が閉鎖するまでの間、スクリュー１には射出圧力に応じたスクリュー回転力（以下、圧力依存のスクリュー回転力）Ｆθが作用する。この圧力依存のスクリュー回転力Ｆθは、逆流防止弁が閉鎖するまでは射出圧力の上昇と共に増加し、逆流防止弁が閉鎖すると圧力の上昇とは関係なく減少していく。

ただし、スクリュー前進中に樹脂圧力（射出圧力）が上昇から減少に転じた場合は、逆流防止弁が閉鎖していなくても、スクリュー回転力Ｆθは上昇から減少に転じる。よって、単にスクリュー回転力Ｆθの上昇／減少から逆流防止弁の閉鎖時点を正確に判別することは難しい。

そこで、本発明は、スクリュー回転力と樹脂圧力（射出圧力）との相関係数を求め、この相関係数の大きさによって逆流防止弁の閉鎖時点を判別するようにする。該相関係数が基準値以上の場合は、逆流防止弁が開いていると判別し、相関係数が基準値より小さい場合は、逆流防止弁が閉鎖していると判別する。
図２〜図４は、射出保圧工程におけるスクリュー回転力と樹脂圧力と相関係数と基準値の関係を表す説明図である。
図２は、射出〜保圧の全区間において、スクリュー回転力と樹脂圧力との相関係数が基準値より大きかった場合で、逆流防止弁は開いたまま閉鎖しなかった場合の説明図である。図２（ａ）に示すように、スクリューが前進しスクリューの前方の樹脂圧力が上昇するにつれて、スクリュー回転力Ｆθも上昇する。その結果、図２（ｂ）に示すように、後述するスクリュー回転力と樹脂圧力との相関係数が、射出〜保圧の全区間において基準値以上となり、逆流防止弁は閉鎖しなかったものとして検出できる。

又、図３は、逆流防止弁が射出保圧工程のスクリュー前進途中で閉鎖したときの説明図である。図３（ａ）に示すように、スクリューが前進しスクリューの前方の樹脂圧力が上昇するが、このスクリューの前進途中で逆流防止弁が閉鎖すると、樹脂圧力の上昇とは逆にスクリュー回転力Ｆθは下降する。その結果、スクリュー回転力と樹脂圧力との相関係数は図３（ｂ）に示すように、基準値より小さくなり、これによって逆流防止弁の閉鎖を検出できる。

さらに、逆流防止弁が射出開始時点より閉鎖している場合は、図４（ａ）に示すように、スクリューが前進し、樹脂圧力が上昇しても、逆流防止弁が閉鎖していることから、スクリュー回転力は上昇せず、相関係数は大きくならない。その結果、スクリュー回転力と樹脂圧力との相関係数は図４（ｂ）に示すように、射出〜保圧の全区間において、スクリュー回転力と樹脂圧力との相関係数が基準値より小さくなり、逆流防止弁は最初から閉鎖していたと判別することができる。

図５は、本発明の一実施形態の要部ブロック図である。
スクリュー１が挿入されたシリンダ７の先端には、ノズル９が装着され、シリンダ７の後端部には樹脂ペレットをシリンダ７内に供給するホッパ１５が取り付けられている。スクリュー１は、その先端に逆流防止弁３、チェックシート４等からなる逆流防止弁機構を備えている。該スクリューは、回転駆動手段としてのスクリュー回転用のサーボモータ１０と、ベルト、プーリ等で構成される伝動機構１２により回転駆動されるようになっている。さらに該スクリュー１は、スクリューを軸方向に駆動する駆動手段としての射出用サーボモータ１１、伝動機構１３及びボールネジ／ナット等の回転運動を直線運動に変換する変換機構１４によって軸方向に駆動され、射出及び背圧制御がなされるように構成されている。スクリュー回転用のサーボモータ１０、射出用サーボモータ１１にはその回転位置速度を検出する位置・速度検出器１６，１７が取り付けられており、この位置・速度検出器によって、スクリュー１の回転速度、スクリュー１の位置（スクリュー軸方向の位置）、移動速度（射出速度）を検出できるようにしている。又、スクリュー１に加わる溶融樹脂からのスクリュー軸方向の圧力を検出するロードセル等の圧力センサ１８が設けられている。

この射出成形機を制御する制御装置２０は、数値制御用のマイクロプロセッサであるＣＮＣＣＰＵ２２、プログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサであるＰＭＣＣＰＵ２１、サーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボＣＰＵ２５とがバス３６で接続されている。

ＰＭＣＣＰＵ２１には射出成形機のシーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶したＲＯＭ２６および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ２７が接続され、ＣＮＣＣＰＵ２２には、射出成形機を全体的に制御する自動運転プログラム等を記憶したＲＯＭ２８および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ２９が接続されている。

また、サーボＣＰＵ２５には、位置ループ、速度ループ、電流ループの処理を行うサーボ制御専用の制御プログラムを格納したＲＯＭ３１やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ３２が接続されている。更に、サーボＣＰＵ２５には、該ＣＰＵ２５からの指令に基いて、スクリュー回転用のサーボモータ１０を駆動するサーボアンプ３４や、スクリューを軸方向に駆動し射出等を行う射出用サーボモータ１１を駆動するサーボアンプ３５が接続され、各サーボモータ１０，１１には位置・速度検出器１６，１７がそれぞれ取り付けられており、これらから位置・速度検出器１６，１７からの出力がサーボＣＰＵ２５に帰還されるようになっている。サーボＣＰＵ２５は、ＣＮＣＣＰＵ２２から指令される各軸（スクリュー回転用のサーボモータ１０又は射出用サーボモータ１１）への移動指令と位置・速度検出器１６，１７からフィードバックされる検出位置、速度に基づいて位置、速度のフィードバック制御を行うと共に、電流のフィードバック制御をも実行して、各サーボアンプ３４，３５を介して、各サーボモータ１０，１１を駆動制御する。又、位置・速度検出器１７からの位置フィードバック信号により、スクリュー１の前進位置（軸方向位置）を求める現在位置レジスタが設けられており、該現在位置レジスタにより、スクリュー位置を検出できるようにされている。

又、サーボＣＰＵ２５には、圧力センサ１８での検出信号をＡ／Ｄ変換器３３でデジタル信号に変換した樹脂圧力（スクリューにかかる樹脂圧力）が入力されている。また、樹脂の逆流によって生じるスクリュー１を回転させる回転力を検出するためにスクリュー回転用のサーボモータ１０の駆動制御処理には、周知の外乱推定オブザーバが組み込まれ、該外乱推定オブザーバによってスクリュー１に加わる回転方向の力（回転力）を検出するようにしている。

なお、型締機構やエジェクタ機構を駆動するサーボモータやサーボアンプ等も設けられているものであるが、これらのものは本願発明と直接関係していないことから、図５では省略している。

液晶やＣＲＴで構成される表示装置付き入力装置３０は表示回路２４を介してバス３６に接続されている。さらに、不揮発性メモリで構成される成形データ保存用ＲＡＭ２３もバス３６に接続され、この成形データ保存用ＲＡＭ２３には射出成形作業に関する成形条件と各種設定値、パラメータ、マクロ変数等を記憶する。

以上の構成により、ＰＭＣＣＰＵ２１が射出成形機全体のシーケンス動作を制御し、ＣＮＣＣＰＵ２２がＲＯＭ２８の運転プログラムや成形データ保存用ＲＡＭ２３に格納された成形条件等に基いて各軸のサーボモータに対して移動指令の分配を行い、サーボＣＰＵ２５は各軸（スクリュー回転用のサーボモータ１０や射出用サーボモータ１１等の各駆動軸のサーボモータ）に対して分配された移動指令と位置・速度検出器で検出された位置および速度のフィードバック信号等に基いて、従来と同様に位置ループ制御、速度ループ制御さらには電流ループ制御等のサーボ制御を行い、いわゆるデジタルサーボ処理を実行する。

上述した構成は従来の電動式射出成形機の制御装置と変わりはなく、従来の制御装置と異なる点は、スクリュー前進時のスクリュー回転力と樹脂圧力との相関係数を求めて、逆流防止弁の閉鎖時点を判別する機能が付加されている点で相違するものである。

図６はこの制御装置２０が実施する射出保圧工程時において、所定サンプリング周期毎に実施する逆流防止弁の閉鎖時点検出のための、樹脂圧力（射出圧力）Ｐ、スクリュー回転力Ｑ、スクリュー位置Ｌ等のデータ収集処理のアルゴリズムを示すフローチャートであり、図７は、こうして収集されたサンプリング周期毎のデータを時系列データとして記憶するメモリ（ＲＡＭ２９）に設けられたテーブルＴの説明図である。又、図８は、こうして収集されたデータに基づいて相関係数を求め逆流防止弁の閉鎖時点を判別する処理の第１の形態のアルゴリズムを示すフローチャートである。

スクリュー１を前進させる射出が開始されると、ＣＮＣＣＰＵ２２は、図６に示すデータ収集処理を所定サンプリング周期毎実行する。まず、圧力センサ１８で検出されＡ／Ｄ変換器３３を介して入力される樹脂圧力（射出圧力）ＰをサーボＣＰＵ２５を介して読み取る。又、サーボＣＰＵ２５の処理に組み込まれている外乱推定オブザーバによって求められるスクリューに加わる回転力Ｑを読み取る。さらに、位置・速度検出器１７からのフィードバック信号を積算し射出用サーボモータ１１の位置を記憶する現在位置レジスタの値で示されるスクリュー位置（スクリューの前進位置）Ｌを求める（ステップａ１）。

次に、求めた樹脂圧力（射出圧力）Ｐ、スクリュー回転力Ｑ、スクリュー位置ＬをＲＡＭ２９に設けられたテーブルＴにサンプリング時を示す指標ｉに対応して時系列データとして図７に示すように記憶する（ステップａ２）。この処理を射出開始から保圧終了までサンプリング周期毎実行し、逆流防止弁の閉鎖時点を判別するためのデータを収集する。

射出保圧工程が終了し、テーブルＴにデータが時系列的に収集されると、ＣＮＣＣＰＵ２２は、逆流防止弁の閉鎖時点を判別する処理を開始する。図８は、この実施形態における逆流防止弁の閉鎖時点を判別する処理の第１の形態のアルゴリズムを示すフローチャートである。

この第１の形態、及び後述する第２の形態では、当該サンプリング時のデータと該サンプリング時より前の設定数ｎ個のサンプリングの各データ、及び当該サンプリング時より後の設定数ｎ個のサンプリングの各データの、合計（２ｎ＋１）のデータに基づいて、スクリュー回転力Ｑと樹脂圧力Ｐとの相関係数Ｒを求めるようにしている。そのために、この相関係数Ｒを求めるデータ数を決めるｎは予め決められており、設定されている。サンプリング時ｉに対する相関係数Ｒｉは次の（１）式で表される。

ただし、射出開始から、サンプリングデータが設定数ｎに達するまでは、当該サンプリング時より前にｎ個のサンプリングデータがないことから、最初のサンプリング時（ｉ＝０）から当該サンプリング時ｉに設定値ｎを加算した（ｎ＋ｉ）のサンプリング時のデータ（０〜ｎ＋ｉのデータ）を用い、次の（２）式によって相関係数Ｒｉを求める。

又、射出保圧終了近傍では、当該サンプリング時の後に設定数ｎ個のデータがなくなることから、最後のサンプリング時Ｎよりｎ個前のサンプリング時（Ｎ−ｎ）からは、当該サンプリング時ｉよりｎ個前の（ｉ−ｎ）〜最後のサンプリング時Ｎまでのデータにより、次の（３）式により、相関係数Ｒｉを求める。

この第１の形態では、逆流防止弁の閉鎖時点を判別する処理を開始したＣＮＣＣＰＵ２２は、まず、サンプリング時を示す指標ｉを「０」とすると共にテーブルＴに記憶された指標ｉの最終値である総サンプリングデータ数Ｎを読み取り記憶する（ステップｂ１）。指標ｉで示されるサンプリング時０〜（ｎ＋ｉ）のスクリュー回転力Ｑ、樹脂圧力（射出圧力）Ｐを読み出し（ステップｂ２）、（２）式の演算を行って相関係数Ｒｉを求め、サンプリング時ｉのサンプリングデータと共にこの求めた相関係数ＲｉをテーブルＴに記憶する（ステップｂ３）。
最初はｉ＝０であるから、０〜ｎのサンプリング時のデータのスクリュー回転力Ｑ０〜Ｑｎと、スクリュー回転力Ｐ０〜Ｐｎのそれぞれ（ｎ＋１）個のデータによって相関係数Ｒｉが求められ記憶される。

次に、指標ｉを１インクリメントし（ステップｂ４）、該指標ｉの値が設定値ｎを超えていないか判断し（ステップｂ５）、超えていないときにはステップｂ２に戻り前述したステップｂ２〜ｂ５の処理を繰り返し実行し、（２）式に基づいて相関係数Ｒｉを求め、対応するサンプリングデータと共に記憶する。

指標ｉの値が設定値ｎを超えたときには、指標ｉで示されるサンプリング時より前にｎ個のサンプリングデータがあることを意味することから、（ｉ−ｎ）〜（ｉ＋ｎ）の各サンプリングデータ（スクリュー回転力Ｑ、樹脂圧力Ｐ）を読み出し（ステップｂ６）、（１）式に基づいて相関係数Ｒｉを求め、サンプリング時ｉのサンプリングデータと共にこの求めた相関係数ＲｉをテーブルＴに記憶する（ステップｂ７）。次に、指標ｉを１インクリメントし（ステップｂ８）、該指標ｉの値が（Ｎ−ｎ）を超えていないか判断し（ステップｂ９）、超えていないときにはステップｂ６に戻り前述したステップｂ６〜ｂ９の処理を繰り返し実行し、（１）式に基づいて相関係数Ｒｉを求め、対応するサンプリングデータと共に記憶する。
以下、サンプリング時（ｉ−ｎ）〜（ｉ＋ｎ）の（２ｎ＋１）個のデータを読み出し（１）式の演算を行って相関係数Ｒｉを求めて記憶することになる。

指標ｉの値が（Ｎ−ｎ）を超えて、当該指標ｉのサンプリング時以降のサンプリング時データが設定値ｎ以下となったときには、サンプリング時（ｉ−ｎ）〜Ｎのサンプリングデータ（スクリュー回転力Ｑ、樹脂圧力Ｐ）を読み出し（ステップｂ１０）、（３）式に基づいて相関係数Ｒｉを求め、サンプリング時ｉのサンプリングデータと共にこの求めた相関係数ＲｉをテーブルＴに記憶する（ステップｂ１１）。そして、指標ｉを１インクリメントし（ステップｂ１２）、該指標ｉの値がサンプリングデータの総数Ｎを超えていないか判断し（ステップｂ１３）、超えていないときにはステップｂ１０に戻り前述したステップｂ１０〜ｂ１３の処理を繰り返し実行し、（３）式に基づいて相関係数Ｒｉを求め、対応するサンプリングデータと共に記憶する。

そして、指標ｉの値がサンプリングデータの総数Ｎを超えると、テーブルＴに時系列で記憶されている相関係数Ｒｉを先頭より順次基準値と比較し、基準値より小さい相関係数Ｒｉが検出されると、その相関係数Ｒｉが記憶されていた指標ｉのサンプリングデータ（スクリュー回転力Ｑ、樹脂圧力Ｐ、スクリュー位置Ｌ、さらにはサンプリング時を示す指標ｉ）を成形データ保存用ＲＡＭ２３に設けられた管理データテーブルに当該ショット（射出成形サイクル）の管理データとして記憶する（ステップｂ１６）。さらに、逆流防止弁の閉鎖時点として、この相関係数Ｒｉが基準値より小さくなったサンプリング時ｉのサンプリングデータであるスクリュー位置Ｌｉ、又はサンプリング時を示す指標ｉにサンプリング周期を乗じて求めた射出開始からの経過時間のいずれか一方もしくは両方を表示装置付き入力装置３０の表示画面に表示し（ステップｂ１７）、この逆流防止弁の閉鎖時点の検出処理を終了する。

一方、求めた相関係数Ｒｉが全て基準値以上であるときには、射出保圧工程中に逆流防止弁は閉鎖しなかったものとして、表示装置付き入力装置３０の表示画面に逆流防止弁が閉鎖しなかったことを示す信号を出力して（ステップｂ１５）、この逆流防止弁の閉鎖時点の検出処理を終了する。この逆流防止弁が閉鎖しなかったことを示す信号は、アラーム信号として、又は、不良品成形を示す信号として利用し、表示装置付き入力装置３０の表示画面に逆流防止弁閉鎖なし等の表示を行う。

この第１の形態では、ステップｂ１４〜ｂ１７の処理を設けて、相関係数と基準値を比較して逆流防止弁の閉鎖時点を検出するようにしたが、相関係数ＲｉはテーブルＴにサンプリングｉ時毎に時系列的に記憶されているものであるから、この相関係数Ｒｉを表示装置付き入力装置３０の表示画面に時系列的に表示すると共に基準値をも表示し、この表示画面から相関係数が基準値より小さくなった時点を逆流防止弁の閉鎖時点として判別するようにしてもよいものである。この場合、図２〜図４の（ｂ）に示すように、相関係数と基準値が表示画面に表示されて、逆流防止弁の閉鎖時点を判別することができるものである。

又、上述した第１の形態では、相関係数Ｒｉを各サンプリングデータ毎に求めたが、逆流防止弁の閉鎖を判別するだけであれば、相関係数Ｒｉを求める毎に逆流防止弁の閉鎖の判別を行い、相関係数Ｒｉが基準値より小さくなり逆流防止弁の閉鎖が判別されたサンプリング時以降は、相関係数Ｒｉの算出も逆流防止弁の閉鎖判別処理も実行しないようにしてもよい。

図９は、この逆流防止弁の閉鎖が判別された後は、以降のサンプリング時毎の判別処理は省略する本発明の第２の形態の逆流防止弁の閉鎖判別処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

この図９に示す第２の形態と図８に示した第１の形態との差異は、相関係数Ｒｉを求めた後に求めた相関係数と基準値を比較するステップを追加した点である。
図９に示すステップｃ１〜ｃ３及びステップｃ５、ｃ６は、図８のステップｂ１〜ｂ５の処理と同じであり、図９のステップｃ７、ｃ８及びステップｃ１０、ｃ１１は、図８のステップｂ６〜ｂ９の処理と同じで、図９のステップｃ１２、ｃ１３及びステップｃ１５、ｃ１６は、図８のステップｂ１０〜ｂ１３の処理と同じである。又、図８のステップｂ１４はなく、図８のステップｂ１６、ｂ１７は、図９のステップｃ１８、ｃ１９とほぼ同じである。

この第２の形態においては、指標ｉを「０」にセットし、サンプリング総数Ｎを記憶した（ステップｃ１）後、第１の形態と同様に、指標ｉが設定値ｎを超えるまでは（ステップｃ２〜ｃ６）、（２）式により相関係数Ｒｉを求め、求めた相関係数Ｒｉが基準値以上であるか判別し（ステップｃ４）、基準値より小さいならば、逆流防止弁が閉鎖したものとしてステップｃ１８に移行し、当該サンプリングｉのデータ（サンプリング時を示す指標ｉ、スクリュー回転力Ｑｉ、樹脂圧力Ｐｉ、スクリュー位置Ｌｉ）を管理データテーブルに当該ショット（射出成形サイクル）の管理データとして記憶する（ステップｃ１８）。さらに、逆流防止弁の閉鎖時点として、当該サンプリング時ｉのサンプリングデータであるスクリュー位置Ｌｉ、又はサンプリング時を示す指標ｉにサンプリング周期を乗じて求めた射出開始からの経過時間のいずれか一方又は両方を表示装置付き入力装置３０の表示画面に表示し（ステップｃ１９）、この逆流防止弁の閉鎖時点の検出処理を終了する。

ステップｃ４で、相関係数Ｒｉが基準値より小さくならず、指標ｉが設定値ｎを超えたときには、サンプリング時（ｉ−ｎ）〜（ｉ＋ｎ）の（２ｎ＋１）個のデータを読み出し、（１）式の演算を行って相関係数Ｒｉを求めて記憶し（ステップｃ７、ｃ８）、該相関係数Ｒｉが基準値以上となったか判別する（ステップｃ９）。相関係数Ｒｉが基準値より小さくなったときには、ステップｃ１８に移行し、前述したように、当該サンプリングｉのデータ（サンプリング時を示す指標ｉ、スクリュー回転力Ｑｉ、樹脂圧力Ｐｉ、スクリュー位置Ｌｉ）を管理データテーブルに当該ショット（射出成形サイクル）の管理データとして記憶し、逆流防止弁の閉鎖時点として、当該サンプリング時ｉのスクリュー位置Ｌｉ、射出開始からの経過時間を表示し（ステップｃ１８、ｃ１９）、この逆流防止弁の閉鎖時点の検出処理を終了する。

ステップｃ９で、相関係数Ｒｉが基準値より小さくならず、指標ｉが（Ｎ−ｎ）の値を超えたときには、サンプリング時（ｉ−ｎ）〜Ｎのサンプリングデータ（スクリュー回転力Ｑ、樹脂圧力Ｐ）に基づいて、（３）式により相関係数Ｒｉを求め記憶する（ステップｃ１２、ｃ１３）と共に、該相関係数Ｒｉが基準値以上となったか判別する（ステップｃ１４）。該相関係数Ｒｉが基準値より小さい場合には、ステップｃ１８に移行し、前述したように、当該サンプリング時のデータ（サンプリング時を示す指標ｉ、スクリュー回転力Ｑｉ、樹脂圧力Ｐｉ、スクリュー位置Ｌｉ）を管理データテーブルに当該ショット（射出成形サイクル）の管理データとして記憶し、逆流防止弁の閉鎖時点として、当該サンプリング時ｉのスクリュー位置Ｌｉ、射出開始からの経過時間を表示し（ステップｃ１８、ｃ１９）、この逆流防止弁の閉鎖時点の検出処理を終了する。

なお、管理データテーブルに記憶された逆流防止弁の閉鎖時点を示すサンプリング時を示す指標ｉ、スクリュー回転力Ｑｉ、樹脂圧力Ｐｉ、スクリュー位置Ｌｉ等のサンプリングデータは、成形品の良否を判別するデータとしてや、成形条件設定の参考データとして用いる。又、この各ショット毎の逆流防止弁の閉鎖時点を示すスクリュー回転力Ｑｉ、樹脂圧力Ｐｉ、スクリュー位置Ｌｉ等のサンプリングデータを表示装置の表示画面に表示して、成形状態のモニタ情報として利用する。

又、ステップｃ１４で、相関係数Ｒｉが基準値より小さくならず、指標ｉがサンプリングの総数Ｎの値を超えたときには（ステップｃ１６）、逆流防止弁は射出保圧工程中、閉鎖しなかったことを意味するので、逆流防止弁が閉鎖しなかったことを示す信号を出力し（ステップｃ１７）、この逆流防止弁の閉鎖時点の検出処理を終了する。この閉鎖なしの信号は、アラーム信号として、又は、不良品成形信号として利用し、表示装置付き入力装置３０の表示画面に逆流防止弁閉鎖なし等の表示を行う。

上述した各実施形態では、ステップｂ１７、ステップｃ１９で、逆流防止弁の閉鎖時点
をスクリュー位置Ｌｉ又は射出開始からの経過時間（＝ｉ×サンプリング周期）で表示する例を示したが、ｉ＝０サンプリング時において、相関係数Ｒ₀が基準値より小さくなった場合は、逆流防止弁は最初から閉鎖していたことを意味するので、「最初から閉鎖」と表示し、又、スクリュー前進中に逆流防止弁が閉鎖した場合には「途中で閉鎖」と表示し、スクリュー前進中に逆流防止弁が閉鎖しなかった場合には、ステップｂ１５、ステップｃ１７の表示処理で「閉鎖しなかった」と文字で表示してもよい。さらには、「最初から閉鎖」「途中で閉鎖」「閉鎖しなかった」の代わりに、「○」「△」「×」などの記号で表示してもよい。

また、スクリュー前進中に逆流防止弁が閉鎖しなかった場合は、ステップｂ１５、ステップｃ１７で、例えば、逆流防止弁閉鎖時点におけるスクリューの位置としてスクリューの最前進位置よりも前の位置のような通常はスクリューが到達しないような位置（例えば、−１ｍｍ）を表示してもよいし、又、逆流防止弁閉鎖時点におけるスクリュー前進開始からの経過時間として非常に大きな数字（例えば、９９９９９９秒）を表示してもよい。

上述した各実施形態では、逆流防止弁の閉鎖を射出保圧工程時に検出するものとしたが、本発明は、射出保圧工程に適用できるだけでなく、逆流防止弁を閉じるために計量完了後、射出開始までの間にスクリューを前進させるスクリュー前進工程に対しても適用できるものである。例えば、特開昭５２−１５１３５２号公報、特開昭５３−３９３５８号公報等で計量完了後、射出開始までの間にスクリューを前進させ逆流防止弁を閉鎖させるようにした発明が知られている。本発明は、このような計量完了後、射出開始までの間に行なわれるスクリュー前進工程にも適用できるものである。

又、本発明は、計量完了後、射出開始までの間のスクリュー前進工程と射出保圧工程の両方の工程に適用することもできる。

両方の工程に適用した場合、計量後スクリュー前進工程における逆流防止弁の状態と射出保圧工程における逆流防止弁の状態の組合せは以下のようになる。なお、計量後スクリュー前進工程を開始する時点では、逆流防止弁は通常開いているので、計量後スクリュー前進工程の開始時点で既に逆流防止弁が閉鎖していたという場合は挙げていない。
場合１．計量後スクリュー前進工程：途中で閉鎖、射出保圧工程：最初から閉鎖
場合２．計量後スクリュー前進工程：途中で閉鎖、射出保圧工程：途中で閉鎖
場合３．計量後スクリュー前進工程：途中で閉鎖、射出保圧工程：閉じなかった
場合４．計量後スクリュー前進工程：閉じなかった、射出保圧工程：最初から閉鎖
場合５．計量後スクリュー前進工程：閉じなかった、射出保圧工程：途中で閉鎖
場合６．計量後スクリュー前進工程：閉じなかった、射出保圧工程：閉じなかった
上記のような逆流防止弁の閉鎖状態から成形条件の設定に参考となる情報を得ることができる。例えば、上記の組合せの内、場合２．や場合３．は、計量後スクリュー前進工程で逆流防止弁を閉鎖したにもかかわらず、引き続く射出保圧工程の開始時点では、逆流防止弁が開いていたことを意味する。これは、計量後スクリュー前進工程と引き続く射出保圧工程の間において、閉鎖していた逆流防止弁が再び開いたということを意味する。そこで、例えば、計量後スクリュー前進工程の後にサックバックを行った場合には、サックバック条件を見直す必要があるということが分かる。

上述した各実施形態では、スクリューを回転させる「回転駆動手段」として、電動サーボモータを用いたが、電動サーボモータ以外に、電動モータや油圧モータなどを用いてもよいものである。又、スクリューをスクリュー軸方向に駆動し、射出や背圧を駆動制御する軸方向駆動手段として、各実施形態では、電動サーボモータを用いた例を示したが、この軸方向駆動手段も、電動モータや油圧シリンダ等の油圧機構を用いてもよいものである。

なお、本発明において、スクリューを前進させる際は、スクリューの回転を阻止してもよいし、スクリューを所定の回転速度で回転させてもよい。スクリューを所定の回転速度で回転させる場合、その回転方向はどちらでもよい。
スクリューの回転を阻止するには、「回転駆動手段」によってスクリューの回転位置を保持することができる。例えば、電動サーボモータの場合は、電動サーボモータを位置決め状態として回転位置を保持することができ、油圧モータの場合は、油圧モータの油路を閉鎖して回転位置を保持することができる。また、スクリューの回転を阻止するのに、ブレーキや一方向クラッチなどを用いることができる。

又、スクリュー回転力を検出する「回転力検出手段」として、各実施形態では、スクリューを回転駆動させるサーボモータ制御回路中にオブザーバを設けて、該オブザーバでスクリューに係る回転負荷、すなわち回転力を求めるものとしたが、モータの駆動電流より回転力を検出してもよく、油圧モータを用いる場合にはその油圧によってスクリュー回転力を検出するようにしてもよい。さらには、スクリューに歪センサを設けてスクリューに作用する回転力を検出するようにしてもよい。なお、スクリューの回転をブレーキ手段で阻止する場合は、スクリューに設けた歪センサで検出する。

従来から用いられている逆流防止弁機構の一例の説明図である。 射出保圧工程において、逆流防止弁が閉鎖しなかったときのスクリュー回転力、樹脂圧力、及びその相関係数と基準値の関係を表す説明図である。 射出保圧工程において、スクリュー前進中に逆流防止弁が閉鎖したときのスクリュー回転力、樹脂圧力、及びその相関係数と基準値の関係を表す説明図である。 射出保圧工程において、射出開始から逆流防止弁が閉鎖していたときのスクリュー回転力、樹脂圧力、及びその相関係数と基準値の関係を表す説明図である。 本発明の一実施形態の要部ブロック図である。 同実施形態における射出保圧工程時おいて所定サンプリング周期毎に実施する樹脂圧力、スクリュー回転力、スクリュー位置のデータ収集処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 同実施形態におけるサンプリングデータを記憶するテーブルの説明図である。 逆流防止弁の閉鎖時点を判別する処理の第１の形態のアルゴリズムを示すフローチャートである。 逆流防止弁の閉鎖時点を判別する処理の第２の形態のアルゴリズムを示すフローチャートである。

符号の説明

１ スクリュー
２ スクリューヘッド
３ 逆流防止弁
４ チェックシート
５ フライト
６ 溝部
７ シリンダ
８ 樹脂ペレット
９ ノズル
１０ スクリュー回転用のサーボモータ
１１ 射出用サーボモータ
１６、１７ 位置・速度検出器
１８ 圧力センサ
２０ 制御装置

Claims (9)

1. 逆流防止弁を備えるスクリューと、該スクリューをスクリュー軸方向に駆動する軸方向駆動手段と、前記スクリューを回転させる回転駆動手段と、前記スクリューに作用する回転力を検出する回転力検出手段と、樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出手段とを備えた射出成形機において、
   前記スクリューが前進する際に、前記回転力検出手段で検出した回転力と前記樹脂圧力検出手段で検出した樹脂圧力との相関係数を求める相関係数算出手段と、
   前記スクリュー前進中において前記求めた相関係数が基準値より小さくなった時点で、前記逆流防止弁が閉鎖したと判別する判別手段とを備えたことを特徴とする射出成形機。
2. 前記スクリューの軸方向の位置を検出するスクリュー位置検出手段を有し、前記判別手段が逆流防止弁閉鎖を判別した時、前記スクリュー位置検出手段で検出されたスクリュー位置を記憶する手段を備える請求項１に記載の射出成形機。
3. スクリュー前進開始から前記判別手段で逆流防止弁閉鎖が判別されるまでの経過時間を求め記憶する手段を備える請求項１に記載の射出成形機。
4. 前記判別手段が、前記スクリュー前進中の全区間にわたって前記求めた相関係数が基準値以上であると判別したときは、前記逆流防止弁が前記スクリュー前進工程中に閉鎖しなかったことを示す信号を出力する手段を備える請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の射出成形機。
5. 前記スクリュー前進は、射出保圧工程におけるスクリュー前進である請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の射出成形機。
6. 前記スクリュー前進は、計量工程完了から射出工程開始までの間に行われるスクリュー前進である請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の射出成形機。
7. 前記回転力検出手段は、前記回転駆動手段の駆動力から検出することを特徴とする請求項１乃至６の内いずれか１項に記載の射出成形機。
8. 前記回転力検出手段は、前記スクリューに作用する回転力による前記スクリューのひずみを検出することを特徴とする請求項１乃至６の内いずれか１項に記載の射出成形機。
9. 逆流防止弁を備えるスクリューと、該スクリューをスクリュー軸方向に駆動する軸方向駆動手段と、前記スクリューを回転させる回転駆動手段と、前記スクリューに作用する回転力を検出する回転力検出手段と、樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出手段とを備えた射出成形機において、
   前記スクリューが前進する際に、前記回転力検出手段で検出した回転力と前記射出圧力検出手段で検出した射出圧力との相関係数を求め、該相関係数の波形を表示装置に表示すると共に、
   前記スクリュー前進中において前記表示した相関係数が基準値より小さくなった時点で、前記逆流防止弁が閉鎖したと判別するようにしたことを特徴とする射出成形機の逆流防止弁閉鎖判別方法。

Images