JP6472143B2 - 可塑化装置の材料供給方法および可塑化装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のフィード装置からそれぞれ異なる材料を供給し可塑化を行う可塑化装置の材料供給方法および可塑化装置に関するものである。

複数のフィード装置から例えば繊維材料と樹脂材料といったそれぞれ異なる材料を供給し可塑化を行う場合、予めコンパウンドされた繊維材料と樹脂材料を含むペレット等の複合成形材を可塑化装置に供給する方法と、繊維材料と樹脂材料とをそれぞれ別々に可塑化装置に供給する方法がある。前者の方式は、常に繊維材料と樹脂材料の比率を一定にできる長所や供給装置の構造を簡単にできる長所がある。しかしながら予めコンパウンドされた繊維材料と樹脂材料を含むペレット等の複合成形材は、材料コストが高価であるので成形品の生産コストが高くなってしまうという短所がある。

一方例えば繊維材料と樹脂材料といった異なる材料をそれぞれ別々に可塑化装置に供給する方法は、それぞれの材料コストが廉価となるので、成形品の生産コストが抑えられるという大きな長所がある。そのため供給装置の構造はやや複雑化するにもかかわらず特許文献１や特許文献２に記載されたものなど異なる材料をそれぞれ別々に可塑化装置に供給する方法が知られている。

特開２０１３−２２６６７２号公報（請求項１、００３９、図１） 特開２０１３−２３０５８２号公報（請求項１、００１８、図１）

しかしながら特に特許文献１のように異なる供給装置からそれぞれ材料を供給する方法は、供給装置からの材料の供給量と可塑化装置の材料の送り量を一致させることが難しいという問題があった。また複数の供給装置からそれぞれ材料を供給する方法は、材料の供給比率を常時略一定にすることが難しいという問題があった。特には繊維材料と樹脂材料のように嵩比重が異なる材料の場合、それぞれの供給比率を略一定にすることが難しい。例えば特許文献１の（００１８）には、供給量を調節することが記載されているが、実際には適量を供給できることが開示されたものとは言えなかった。

そこで本発明の本発明は複数の材料をそれぞれ適切な量づつ加熱筒に供給することが可能な可塑化装置の材料供給方法および可塑化装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の可塑化装置の材料供給方法は、複数のフィード装置からそれぞれ異なる材料を供給し可塑化を行う可塑化装置の材料供給方法において、重量を計測する重量測定部が設けられるともに材料の供給量を制御可能であって回転数を制御可能なモータを備えた複数のフィード装置と、前記フィード装置から供給された材料の量または可塑化装置のスクリュを回転させる計量モータのトルクを計測するセンサとが備えられ、自動運転中はモータが連続駆動される前記フィード装置の供給量を前記フィード装置の重量測定部により計測された計測値と前記センサの計測値に基づいてクローズドループ制御する。

本発明の請求項２に記載の可塑化装置は、複数のフィード装置からそれぞれ異なる材料を供給し可塑化を行う可塑化装置において、重量を計測する重量測定部が設けられるともに複数のフィード装置の回転数を制御可能なモータによって回転駆動されるフィードスクリュと、
前記フィードスクリュから可塑化装置に供給された材料の量または可塑化装置のスクリュを回転させる計量モータのトルクを計測するセンサと、自動運転中はモータが連続駆動される前記フィードスクリュから送られる材料の供給量を前記フィード装置の重量測定部により計測された計測値と前記センサの計測値に基づいてクローズドループ制御する制御装置とが備えられたことを特徴とする。

本発明の可塑化装置の材料供給方法は、複数のフィード装置からそれぞれ異なる材料を供給し可塑化を行う可塑化装置の材料供給方法において、重量を計測する重量測定部が設けられるともに材料の供給量を制御可能であって回転数を制御可能なモータを備えた複数のフィード装置と、前記フィード装置から供給された材料の量または可塑化装置のスクリュを回転させる計量モータのトルクを計測するセンサとが備えられ、自動運転中はモータが連続駆動される前記フィード装置の供給量を前記フィード装置の重量測定部により計測された計測値と前記センサの計測値に基づいてクローズドループ制御するので、それぞれの材料を適切な量づつ加熱筒に供給することができる。

本実施形態の可塑化装置の断面図である。 本実施形態の可塑化装置の制御を表すブロック図である。 本実施形態の可塑化装置の制御を表すフローチャート図である。 本実施形態の可塑化装置の作動を表す図である。

本実施形態の可塑化装置１１について図１を参照して説明する。本実施形態の可塑化装置１１は、炭素繊維材料を含む複合樹脂材料を成形するための射出成形機（射出圧縮成形機を含む）の射出装置である。可塑化装置１１の加熱筒１２は、可塑化される溶融樹脂材料の圧力に耐えるため所定肉厚の円筒部材であり、各ゾーンにはヒータ１２ａと図示しない熱電対がそれぞれ配設され、制御装置から各ゾーン毎に温度制御が可能となっている。そして加熱筒１２の軸方向の中心に設けられた内孔１３には可塑化および射出用のスクリュ１４が回転可能かつ前後進可能に配設されている。スクリュ１４は所定間隔にフライト部１４ａが設けられ、計量時には炭素繊維材料を含む樹脂材料を混練して可塑化しながら加熱筒１２の内孔１３の前方に送って貯留し、射出時は前記貯留した材料を図示しない金型内のキャビティへ射出する役割を有する。加熱筒１２のシリンダヘッド部１５にはノズル１６が固着されている。また加熱筒１２の後部寄りには材料の投入口１７が設けられている。そして加熱筒１２の投入口１７の周囲には、ハウジング部１８（前プレート）が固着されている。なおスクリュ１４についてはこれに限定されるものではないが、フィードゾーンの溝容積に対するメタリングゾーンの溝容積の比である圧縮比は、３：１以下であって１：１以上、より好ましくは１．５：１以下であって１：１以上が好ましい。また繊維材料Ｍ２の分散を良好にするためにフライト部１４ａのみが形成される以外にスクリュ軸に凹凸を設けたミキシングゾーンを形成することも好ましい。

射出成形機である可塑化装置１１の駆動部等については公知であるので図示しての説明は省略するが、スクリュ１４を回転させるための計量用サーボモータ１９、スクリュ１４を前後進させるための射出用サーボモータ、射出時や計量時にスクリュ１４の軸方向にかかる力を検出するロードセル、射出装置全体を前後進させるとともにノズル１６を金型のノズルタッチ面に押圧するノズルタッチ機構などが設けられている。計量用サーボモータ１９は、スクリュ回転時のトルクをセンサにより検出して制御装置２７へ送信可能であり、検出されたトルクにより加熱筒１２内の材料の量を推定し、フィード装置２０，２１による材料の供給量を制御するものでもよい。

加熱筒１２の投入口１７にはハウジング部１８の投入口２２が接続され、ハウジング部１８の上面には、投入口２２に接続される材料供給筒２３が上方に向けて設けられている。これら投入口１７，２２および材料供給筒２３は、可塑化装置１１の材料供給部２９を構成する。本実施形態では、材料供給筒２３にはフィード装置２０，２１から供給された材料の供給量を計測するセンサが設けられている。本実施形態では材料供給筒２３の主要な胴部はガラス管から構成される。なお材料供給筒２３内の上部に複数の材料の混合を良好にする目的で水平方向に棒、邪魔板、回転板などの材料混合用の部材を設けるようにしてもよい。また本実施形態では材料供給筒２３は、垂直方向に設けられているが、斜め方向に設けられたものでもよく、材料Ｍ１，Ｍ２ごとに別個に材料供給筒２３が設けられ、材料Ｍ１，Ｍ２が加熱筒内でスクリュ等により混合されるものでもよい。ただしその場合にはそれぞれの材料供給筒２３ごとに材料Ｍ１，Ｍ２の供給量を検出するセンサが必要となる。

材料供給筒２３には、管の上下方向に対して４個の光電管からなるセンサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが設けられている。最上位に取付けられたセンサ２４ａは材料供給量の上限異常を検出するために設けられている。上から２番目に取付けられたセンサ２４ｂは材料Ｍ１，Ｍ２を検出すると、フィード装置２０，２１からの材料Ｍ１，Ｍ２の供給量を減少させるために設けられている。また上から３番目に取付けられたセンサ２４ｃは材料Ｍ１，Ｍ２が無いことを検出すると材料Ｍ１，Ｍ２の供給量を増加させるために設けられている。上から４番目（最下位）に取付けられたセンサ２４ｄは、供給量の下限異常を検出するために設けられている。それぞれのセンサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは可塑化装置１１の制御装置２７に接続されている。

なお材料供給部２９である材料供給筒２３に供給された材料Ｍ１，Ｍ２の供給量を計測するセンサについては種類や数は限定されない。本実施形態のように材料供給部２９の位置における材料Ｍ１，Ｍ２の有無を検出するセンサを複数個設けてもよく、材料の絶対量を測定するセンサを設けてもよい。具体的には光電管以外の材料供給部の位置における材料の有無を検出する各種レベルセンサや、供給された材料Ｍ１，Ｍ２の高さを検出する超音波センサなどでもよい。またＣＣＤカメラによる材料供給量の判別（測定）も本発明のセンサに含まれる。またセンサの取付け位置についても限定されない。センサは加熱筒１２やハウジング部１８側に設けてもよく、材料供給筒２３の上方に設けてもよい。

そして材料供給筒２３の上部には可塑化装置１１の材料供給装置２８を構成する複数のフィード装置２０，２１が設けられている。なおフィード装置の数は材料Ｍの種類数に応じて設けられるので図示のように２基に限定されない。本実施形態ではフィード装置２０，２１は、重量測定が可能な重量フィーダである。材料供給装置２８は材料供給筒２３またはハウジング部１８に別途設けられた部材にフィード装置２０，２１の支持台部３０，３１が設けられている。そして支持台部３０，３１の上部にはフィード装置２０，２１の重量測定部であるロードセル３２，３３が設けられている。そして前記ロードセル３２，３３の上部にフィード装置２０，２１の搬送筒部３４，３５が取付けられている。従って前記ロードセル３２，３３により後述するホッパ３６，３７を含むフィード装置２０，２１の重量がそれぞれ測定可能となっている。

そしてフィード装置２０，２１の搬送筒部３４，３５の一端の下側に設けられた排出口３８，３９がそれぞれ材料供給筒２３の上部に位置するように向かい合って設けられている。そしてそれぞれのフィード装置２０，２１から供給された材料Ｍ１，Ｍ２が材料供給筒２３内に落下するようになっている。また搬送筒部３４，３５の他端の上側には供給口４０，４１が設けられている。そして搬送筒部３４，３５の内部にはフィードスクリュ２５，２６がそれぞれ回転可能に軸支されている。本実施形態ではフィードスクリュ２５，２６は、これに限定されるものではないが一例としてピッチ比（フライト間隔／スクリュ直径）が０．５〜３．０程度のスクリュである。またフィードスクリュ２５，２６は材料Ｍ１，Ｍ２に応じてピッチ比や形状を変更するようにしてもよい。またフィード装置は、フィードスクリュを設けたものに限定されず、一例としてベルトにより材料Ｍ１，Ｍ２を送るベルト式フィーダでもよい。ベルト式フィーダの場合、ベルトを循環移動させるモータの回転数を制御して材料Ｍ１，Ｍ２の送り量をコントロールする。

また搬送筒部３４，３５の一端にはフィードスクリュ２５，２６を回転させるため回転数を制御可能なモータ４２、４３が取付けられている。モータ４２、４３とフィードスクリュ２５，２６はそれぞれ減速機を介して連結されているが、ベルトとプーリ等の他の減速手段を用いたものでもよく、モータ４２，４３の駆動軸がフィードスクリュ２５，２６に直接連結されたものでもよい。またモータ４２，４３は制御装置２７に接続され、制御装置２７の指令により回転数が制御可能となっている。なおここではモータ４２，４３はサーボモータが用いられ、サーボモータのロータリエンコーダ４４，４５から前記制御装置２７へ回転数が送信可能となっている。しかしモータ４２，４３は、前記のように回転数を制御可能なモータであればサーボモータ以外のステッピングモータ、インバータにより制御されるモータ、オイルモータ等でもよい。本実施形態では、フィード装置２０，２１のフィードスクリュ２５，２６と搬送筒部３４，３５は、水平方向に設けられているが、その角度は水平方向に限定されず、一例として排出口３８，３９が供給口４０，４１よりも上方に位置するように排出側に向けて上向きの傾斜を有するものでもよい。

搬送筒部３４，３５の供給口４０，４１には、ホッパ３６，３７がそれぞれ取付けられている。本実施形態ではホッパ３６，３７と供給口４０，４１の間にはシャッタは設けられていないが、加熱筒内を真空化する目的や他の目的のためにシャッタを取付けてもよい。そしてホッパ３６，３７内へは、図示しない材料供給機構からそれぞれ材料Ｍ１，Ｍ２が供給されるようになっている。なお作業者が人力によりホッパ３６，３７に材料Ｍ１，Ｍ２を供給するものでもよい。

次に射出成形機の型締装置について簡単に説明する。可塑化装置１１のノズル１６の前方側（図１において左側）には図示しない型締装置が設けられている。型締装置についてはその構造は限定されず、どのような型締装置であってもよい。金型を僅かに開いた状態から射出開始してから金型間の溶融材料を圧縮、または射出開始後に金型間を開いてその後に金型間の溶融材料を圧縮などする射出圧縮成形を行う型締装置では、射出速度を低下させることができ、繊維材料の切断を減少させることができるので、そのような射出圧縮成形金型と制御機能を備えた型締装置であってもよい。

次に可塑化装置１１（材料供給装置２８を含む射出成形機）の制御装置２７について図２を参照して説明する。本実施形態では図１，図２のように制御装置２７は機能的または概念的に一つの制御装置として記載しているが、個数は１個に限定されない。市販の重量フィーダを用いる場合には、重量フィーダ自体にも制御装置を備えている場合も想定される。またモータ４２、４３の回転制御を行うサーボモータを用いる場合は、サーボアンプ（制御装置）が別途に設けられる場合も想定される。

図２のブロック図によれば、制御装置２７には、センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄからの信号を入力する入力部４６、ロードセル３２，３３からの信号を入力する入力部４７、ロータリエンコーダ４４，４５からの信号を入力する入力部４８を備えている。またモータ４２，４３への駆動電力の出力等を行う出力部４９を備えている。更にセンサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄからの信号を基にして目標供給重量（指令値）を生成する目標供給重量生成部５０を備えている。またロードセル３２，３３から所定のタイミングごとに送られる信号により増減量の演算を行う重量差分演算部５１を備えている。更には前記重量差分演算部５１と目標供給重量生成部５０に接続され、次の目標供給重量（指令値）を補正する目標供給重量補正部５２を備えている。また目標供給重量補正部５２に接続され、補正された目標供給重量からフィードスクリュの２５，２６の回転数（指令値）を生成するスクリュ回転数指令値生成部５３を備えている。そしてスクリュ回転数指令値生成部５３には、スクリュの回転数を制御するスクリュ回転数制御部５４が接続され、スクリュ回転数制御部５４にてモータ４２，４３の回転数のクローズドループ制御を行う。なお図２のブロック図は一例であって、制御装置２７はブロック図のものに限定されるものではない。

次に可塑化装置１１の材料供給方法について説明する。本発明では、可塑化装置１１の作動（自動運転）の間、各フィード装置２０，２１は連続運転される。これは各フィード装置２０，２１を一旦停止させ、再作動させる際には、両方のフィード装置からの供給量が変化してしまうからである。そしてまた連続運転される各フィード装置２０，２１からの供給量の制御（変更制御）は、材料Ｍ１，Ｍ２が供給される加熱筒１２側のセンサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの計測値を制御装置２７に送り制御装置２７で生成された目標供給量に基づき行われる。本発明において目標供給量の制御は、供給される材料の重量制御、フィードスクリュの回転数制御、および両者を併用した制御のいずれかの実施形態が考えられる。

まずは図３のフローチャート図および図４の可塑化装置の作動を表す図を参照して、フィード装置２０，２１を用いた材料Ｍ１，Ｍ２の目標供給量を重量制御する例について説明する。成形開始前の最初の目標供給重量の決定は、成形品重量（ｇ）を成形サイクル（秒）で除算して単位時間当たりの材料供給重量（目標供給重量Ｆ）を演算する。ここでは一例として１秒当たりの目標供給重量Ｆを演算する。次に材料Ｍ１（ここでは樹脂材料）と、材料Ｍ２（ここでは繊維材料）の比率（重量％）からそれぞれのフィード装置２０，２１ごとの１秒あたりの材料Ｍ１と材料Ｍ２の目標供給重量Ｆａ，Ｆｂ（ベースとなる指令値）が決定される。なおこの際に成形に伴ってガスや水分の発生等により重量変化が予測される場合は、単位時間当たりの目標供給重量Ｆａ，Ｆｂの演算結果に対して所定の係数を用いて補正演算を行ってもよい。また時間当たりの目標供給重量Ｆａ，Ｆｂについては、１サイクルまたは複数サイクルの時間を用いて演算・決定してもよいし、成形サイクルとは関係なく所定時間（例えば１０秒）ごとの材料Ｍ１とＭ２の目標供給重量Ｆａ，Ｆｂを演算・決定してもよい。

次に成形立ち上げからの手順に沿って説明すると、フィード装置２０，２１のホッパ３６，３７に材料Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ供給されると、手動運転によりフィードスクリュ２５，２６を駆動させ、可塑化装置１１に材料Ｍ１，Ｍ２を供給し、自動運転前の調整運転を行う。この際は、センサ２４ｄにおいて材料が検出されなくても可塑化装置１１の作動を可能とし、フィードスクリュ２５，２６の連続運転も行なっても行わなくてもよい。そして材料供給筒２３内の材料Ｍ１，Ｍ２がセンサ２４ｂ、２４ｃの間の高さになり調整運転が完了した時点から自動運転をスタートさせる（ｓ１）。そして自動運転の開始と同時、または僅かに前後してそれまでフィードスクリュ２５，２６の連続運転がされていなかった場合にはフィードスクリュ２５，２６の連続駆動による制御が開始される。

フィードスクリュ２５，２６の連続駆動時には、それぞれのフィード装置２０，２１ごとの１秒あたりの材料Ｍ１と材料Ｍ２の目標供給重量Ｆａ，Ｆｂの指令値が制御装置２７の目標供給重量生成部５０において生成される（ｓ２）。そしてフィードスクリュ２５，２６の連続駆動とともにフィード装置２０，２１内の材料Ｍ１，Ｍ２は材料供給筒２３に供給されて減少するが、所定時間毎（ここでは１秒毎）にフィード装置２０，２１の重量を重量計測部であるロードセル３２，３３により計測される（ｓ３）。そして重量計測値は、入力部４７を介して制御装置２７に取り込まれ、重量差分演算部５１にて前回計測時の計測値から今回計測時の計測値を減算して増減量が演算される（ｓ４）。そして増減量は目標供給重量補正部５２に送られ、目標供給重量Ｆａ，Ｆｂに対して前記増減量を加味して目標供給重量Ｆａ，Ｆｂ（指令値）の補正を行う（ｓ５）。

そしてスクリュ回転数指令値生成部５３では前記補正された目標供給重量Ｆａ，Ｆｂ（指令値）をフィードスクリュ２５，２６の回転数の指令値に置換する指令値の生成を行う（ｓ６）。そして回転数の指令値はスクリュ回転数制御部５４に送られ、スクリュ回転数制御部５４では、モータ４２，４３への出力とそれに対するロータリエンコーダ４４，４５からの入力のループによりスクリュ回転数のクローズドループ制御を行う（ｓ７）。なおここでは自動運転の立ち上げ時にはフィードスクリュ２５，２６の回転数は徐々に増加させて目標供給重量Ｆａ，Ｆｂに対応する回転数となるように制御するが、目標供給重量とフィードスクリュ２５，２６の回転数を予め関連付けて設定しておき、初期のフィードスクリュ２５，２６の回転数から実使用値に近似するようにしてもよい。

前記制御は、フィード装置２０，２１で同様に行われ、材料供給装置２８から加熱筒１２内に供給される材料Ｍ１，Ｍ２の比率は略一定で供給される。しかし材料供給装置２８から加熱筒１２内に供給される材料Ｍ１，Ｍ２の供給量と、加熱筒１２の成形による材料の減少量との関係は、演算上では等しくなるように設定はしてあるものの実際には、一致しないことも多い。またはホッパ３６，３７への材料Ｍ１，Ｍ２の供給や可塑化装置１１（射出成形機）の成形に問題があっていずれかが停止したりすると可塑化装置１１における材料Ｍ１，Ｍ２の供給量と減少量（消費量）のバランスが崩れてしまう。そのため本実施形態では、材料供給筒２３のセンサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを設けて材料供給量を検出することにより、材料供給量の補正と可塑化装置１１の管理を行っている。即ち材料供給筒２３に最も材料Ｍ１，Ｍ２が多くなる射出直前のタイミングをセンサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの測定のタイミングとして、前記センサの測定タイミングとなると（ｓ８＝Ｙ）、材料供給筒２３の材料Ｍ１，Ｍ２の量をセンサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄにより検出する。そして最も上方のセンサ２４ａが材料Ｍ１，Ｍ２が有ることを感知した場合（ｓ９＝Ｎ）と最も下方のセンサ２４ｄが材料Ｍ１，Ｍ２が無いことを感知した場合（ｓ１０＝Ｎ）は、異常であるとして成形を中止する（ｓ１１）。なお材料供給の停止等、何らかの理由で材料供給が遅延して最下位に取付けられたセンサ２４ｄが材料Ｍ１，Ｍ２が無いことを検知した場合（ｓ１０＝Ｎ）の場合）であっても、可塑化装置１１を停止させてしまうと加熱筒１２の温度コントロール等が一定に保てず次の成形サイクルの立ち上げに影響がある場合は、可塑化装置１１（射出成形機）の成形を継続し、中間時間を延ばすなどして成形サイクルを延長するようにしてもよい。

次に上から２番目のセンサ２４ｂが材料Ｍ１，Ｍ２が有ることを検出する（ｓ１２＝Ｎ）と、フィード装置２０，２１からの材料供給量が多すぎるとして、単位時間当たりの材料供給重量（目標供給重量Ｆ）を減少させる（ｓ１３）。ここでは目標供給重量がＦａからαが減算されてＦａ−α、Ｆｂからβが減算されてＦｂ−βに減少される。そして再び減少方向に変更された目標供給重量Ｆａ−α、Ｆｂ−β（指令値）とフィード装置２０，２１の重量計測に基づく実際の供給量との差分から更に目標供給重量を補正し、フィードスクリュ２５，２６の回転数（モータ４２，４３の回転数）、も更に補正する制御を継続する。また上から３番目のセンサ２４ｃが材料Ｍ１，Ｍ２が無いことを検出する（ｓ１４＝Ｎ）と、フィード装置２０，２１からの材料供給量が少なすぎるとして、単位時間当たりの材料供給量（目標材料供給量）を増加させる（ｓ１５）。ここでは目標供給重量をＦａにαが加算されてＦａ＋α、Ｆｂにβが加算されてＦｂ＋βに増加される。そして再び増加方向に変更された目標供給重量Ｆａ＋α、Ｆｂ＋β（指令値）とフィード装置２０，２１の重量計測に基づく実際の供給量との差分から目標供給重量を更に補正し、フィードスクリュ２５，２６の回転数（モータ４２，４３の回転数）を更に補正する制御を継続する。

また材料Ｍ１，Ｍ２の量がセンサ２４ｂより少なくて材料無しであり（ｓ１２＝Ｙ）、センサ２４ｃ以上であって材料有り（ｓ１４＝Ｙ）であって、材料供給筒２３内の材料Ｍ１，Ｍ２に大きな増減が無い場合は、次に自動運転終了かを判断し（ｓ１６）、継続する場合（ｓ１６＝Ｎ）は、そのままの目標供給重量Ｆａ，Ｆｂの指令値によりフィード装置２０，２１の作動を行う。なお加熱筒１２の材料供給部２９側の材料供給量の計測は１成形サイクル毎に行っているが１成形サイクルの別の時点でもよい。また前記材料供給量の計測のタイミングは、複数の成形サイクル毎でもよく、フィード装置２０，２１のロードセル３２，３３の重量計測のスキャンサイクルの所定回数ごとまたは全部の回数に合わせて同じタイミングで行ってもよい。そして自動運転が終了するまでは（ｓ１６＝Ｙ）、前記の制御ループが繰り返される。

次に自動運転の複数の成形サイクル間における可塑化装置１１へ連続的に供給される材料Ｍ１，Ｍ２の供給量とフィード装置２０，２１の制御の関係について図４の作動を表す図により説明する。図４は、射出成形機（可塑化装置１１）の成形サイクルを左から順に表したものであるが、ここでは発明を判りやすく示すため一般的な型閉から始まる成形サイクルではなく、射出開始から次の射出直前までを１成形サイクルとして記載している。図４の下欄に記載されるように可塑化装置１１の材料供給部２９である材料供給筒２３内の材料レベルは、１成形サイクル内で増減する。即ち射出工程には加熱筒１２内でのスクリュ１４の前進とともに材料供給筒２３の材料Ｍ１，Ｍ２は加熱筒１２内のスクリュ１４のフィードゾーンの後部の溝内に供給されて減少する。保圧工程の間にはスクリュ１４はほぼ停止に近い状態なので材料供給部２９の材料レベルは僅かに回復する場合もある。しかし次の計量工程にはスクリュ１４の回転とともにスクリュ１４のフィードゾーンからコンプレッションゾーンおよびメタリングゾーンを経てスクリュ１４前方に樹脂材料Ｍ１と繊維材料Ｍ２が可塑化されつつ送られ、材料供給筒２３内の材料レベルは低下する。しかし計量工程が終了した後の停止時（冷却工程や型締側の型開工程、成形品取出工程、中間時間、型閉工程、増圧工程などが該当）にはスクリュ１４は回転していないので、材料供給筒２３内の材料レベルは上昇する。

一例として図４の左側から右側に向けて図示される成形サイクル１ないし成形サイクル６では、射出工程や計量工程の間もフィード装置２０，２１からの材料供給筒２３内へ材料Ｍ１，Ｍ２を送るための目標供給重量の指令値をＦａ，Ｆｂとしてフィードスクリュ２５，２６は連続駆動されているが、そのフィード装置２０，２１からの供給量よりも加熱筒１２内への材料Ｍ１，Ｍ２の送り量のほうが僅かに多くなってしまっている。そのため各成形サイクル終了時ごとに材料供給筒２３内の材料レベルは下降してしまっている。そして成形サイクル６の終了時（射出直前）において下から２番目のセンサ２４ｃが材料Ｍ１，Ｍ２が無いことを検知する（Ｓ１４＝Ｎ）と、次にフィード装置２０，２１の目標供給重量の指令値をＦａ，ＦｂからＦａ＋α，Ｆｂ＋βに切換えられる（ｓ１５）。なおこの際のα及びβの数値は、設定によって変更可能であり限定されない。

図４の例ではフィード装置２０，２１の目標供給重量の指令値がＦａ＋α，Ｆｂ＋βに増速された後の成形サイクル７以降については、射出工程や計量工程では材料供給筒２３内の材料レベルは一時的に減少するが、前後の成形サイクル（例えば成形サイクル７と成形サイクル８）で比較すると僅かに増加する。そして図４では図示されていないが、フィード装置２０，２１の単位時間当たりの材料目標供給量をＦａ＋α，Ｆｂ＋βに切換えてからｎサイクル目には材料供給筒２３内の材料レベルが増加して、上から２番目のセンサ２４ｂが材料Ｍ１，Ｍ２が有ることを検知する（Ｎ１１＝Ｎ）と、フィード装置２０，２１の目標供給重量は再びＦａ＋αからαが減算されてＦａとなり、Ｆｂ＋βからβが減算されてＦｂに切換えられる。またセンサ２４ｃが材料Ｍ１，Ｍ２が無いことが一定時間を隔てて複数回（例えば２回）計測した際は、Ｆａ＋α＋α、Ｆｂ＋β＋βに増速し、またセンサ２４ｂが材料Ｍ１，Ｍ２が有ることが一定時間を隔てて複数回（例えば２回）計測した際は、Ｆａ−α−α、Ｆｂ−β−βに減速するようにすることも想定される。なお図２においては、材料供給筒２３内の材料レベルの増減を誇張して記載しているが、実際のところはもっと僅かな増減となる場合が殆どである。

なお上記の実施形態ではフィード装置２０，２１の単位時間当たりの目標供給重量の指令値Ｆａ，Ｆｂは当初に演算により求めた基準値に対して加算または減算する方式を採用しているが、当初に定めた複数の指令値（２値〜１０値）で複数段階に制御してもよい。また材料供給筒２３の材料Ｍ１，Ｍ２の絶対量を超音波センサ等で測定する場合等では、材料Ｍ１，Ｍ２の量（測定値）に応じて無段階でフィード装置２０，２１の単位時間当たりの目標供給重量Ｆをクローズドループ制御するようにしてもよい。

更にまた供給量の制御に用いるセンサを可塑化装置の計量モータのトルクとしたり、ＣＣＤカメラにより可塑化装置１１のスクリュ１４のフライトの状態を把握して行うことにより、スクリュのフライト間の溝内に材料Ｍ１，Ｍ２を充満させずに材料供給量を制限して射出成形を行う飢餓供給の場合にも対応することができる。これらのいずれの方式を採用するにしても、従来方式とは異なり、フィード装置のフィードスクリュは自動運転中、連続駆動されるので、双方のフィード装置から供給される材料Ｍ１，Ｍ２の物性が異なっている場合であっても回転停止や回転開始時にそれぞれの供給量（供給比）が異なってしまうという問題は生じない。

本実施形態は、上記のようにフィード装置２０，２１のフィードスクリュ２５，２６の回転数の制御をロードセル３２，３３の検出値を用いて行うクローズドループ（小ループ）と、フィード装置２０，２１から加熱筒１２へ送られる材料供給目標値の制御を材料供給部２９に設けたセンサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの検出値を用いて行うクローズドループ（大ループ）を併用するので正確な供給制御が実現でき、特にはフィードスクリュ２５，２６を連続駆動することにより、異なる複数種の材料Ｍ１，Ｍ２を供給する場合であっても正確な材料供給比を保つことができる。

また本発明は上記の重量制御の実施形態とは異なり、容積制御により制御を行うものや、重量制御と容積制御を併用した制御を行う実施形態のものでもよい。即ち容積制御を行う場合は、制御装置から連続運転されるフィード装置のフィードスクリュの回転数を制御する。連続運転される各フィード装置２０，２１のスクリュ２５，２６の回転数は、材料供給部２９に供給される材料Ｍ１，Ｍ２の供給量をセンサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄにより検出しその計測値を制御装置に送り制御装置からモータ４２，４３を制御することにより制御される。この際、樹脂材料Ｍ１を供給するフィード装置２０のフィードスクリュ２５の回転数と繊維材料Ｍ２を供給するフィード装置２１のフィードスクリュ２６の回転数をそれぞれ所定の比（割合）に定め、その割合を保ったまま制御することが望ましい。
ただし材料１，Ｍ２の種類によっては、加熱筒１２への供給量の増減に対してフィードスクリュ２５，２６の回転数を正比例で増減させると供給量の比率が変化してしまう場合は、補正値を用いて回転数を決定するようにする。

容積制御の場合の図３のフローチャートについては、目標材料供給重量指令（ｓ２）の部分が目標回転数指令に置き替えられる。またフィード装置重量計測（ｓ３）の部分がフィードスクリュ回転数計測に置き替えられ、重量差分演算（ｓ４）の部分が回転数差分演算に置き換えられる。更に目標供給重量−α、−β（ｓ１３）の部分が目標回転数−α、−βに置き換えられ、目標供給重量＋α、＋β（ｓ１５）の部分が、目標回転数＋α、＋βに置き換えられる。

更に図４においては、図４の上側に記載された目標供給重量指令Ｆａ，Ｆｂ、およびＦａ＋α，Ｆｂ＋βの部分がスクリュ目標回転数指令Ｒａ，Ｒｂ（指令値）、およびＲａ＋α，Ｒｂ＋β（指令値）に置き換えられる点が異なるが他は同じである。そして例えば成形サイクル６終了時において例えばセンサ２４ｃが材料Ｍ１，Ｍ２が無いことを検出すると、スクリュ目標回転数指令Ｒａ，Ｒｂが、Ｒａ＋α（指令値）,Ｒｂ＋α（指令値）に増速される。スクリュ回転速度を制御する場合についても、樹脂材料Ｍ１を供給するフィード装置２０のフィードスクリュ２５の回転数は、無段階に制御を行うなど他の方式で制御を行うようにしてもよい。

また上記以外の制御方式として、材料供給筒２３の材料Ｍ１，Ｍ２の量を検出してフィードスクリュ２５，２６の目標回転数は定めるものの重量制御の要素も加味してもよい。即ち重量フィーダのロードセル３２，３３によりフィード装置２０，２１の重量は計測して、スクリュ目標回転数に加算等を行う制御をするようにしてもよい。前記の第１案としては、目標値はスクリュ回転数とするものの、スクリュ回転数のクローズループに重量フィーダにより測定された重量の増減を加味するようにしてもよい。また前記の第２案としては、ホッパ３６，３７内の材料Ｍ１，Ｍ２が減少したことが重量フィーダのロードセル３２，３３により検出されるとホッパ３６，３７内から供給口４０，４１を介して搬送筒部３４，３５内に供給される材料Ｍ１，Ｍ２の嵩密度が低下するので、それに対応してフィードスクリュ２５，２６の回転数を増加させ、ホッパ３６，３７内に新たに材料が供給されて材料Ｍ１，Ｍ２が増加したことが重量フィーダのロードセル３２，３３により検出されると前記部分の材料Ｍ１，Ｍ２の嵩密度が高くなるので、フィードスクリュ２５，２６の回転数を低下させる制御を行ってもよく、更に別の方式でもよい。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。例えば可塑化装置を射出成形機に設ける場合、加熱筒内にプランジャまたはトーピードが設けられた可塑化装置であってもよい。またスクリュを内蔵した加熱筒を備えた可塑化装置とプランジャを内蔵した加熱筒を備えた射出装置を連結したプリプラ（登録商標）式の射出成形機であってもよい。また可塑化装置は、プレス装置に溶融樹脂をダイから供給するスタンピング成形用の供給装置でもよい。更に可塑化装置は、押出機の可塑化装置であってもよい。

また可塑化装置１１に供給される材料Ｍについては、物性または形状の異なる材料Ｍであれば限定されない。例えば少なくとも一つの材料Ｍが繊維材料Ｍ２の場合、その種類は限定されない。また樹脂材料Ｍ１の同士の場合もその組合せは限定されない。例えば樹脂材料Ｍ１とマスターバッチ材料の組合せなどでもよい。更には一つのフィード装置から供給される材料Ｍについても単独の材料Ｍに限定されない。例えば樹脂材料Ｍ１と充填材料や、樹脂材料Ｍ１と着色材料が一つのフィード装置から供給され、他のフィード装置から供給された繊維材料Ｍ２等の材料と材料供給部で混合されるものでもよい。更には複数種の材料Ｍは、同じ物性の材料Ｍであって嵩比重や材料の形状が異なるものでもよい。

１１ 可塑化装置
１２ 加熱筒
１４ スクリュ
２０，２１ フィード装置
２３ 材料供給筒
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、２４ｄ センサ
２５，２６ フィードスクリュ
２７ 制御装置
２８ 材料供給装置
２９ 材料供給部
Ｍ１ 樹脂材料
Ｍ２ 繊維材料

Claims (2)

1. 複数のフィード装置からそれぞれ異なる材料を供給し可塑化を行う可塑化装置の材料供給方法において、
   重量を計測する重量測定部が設けられるともに材料の供給量を制御可能であって回転数を制御可能なモータを備えた複数のフィード装置と、
   前記フィード装置から供給された材料の量または可塑化装置のスクリュを回転させる計量モータのトルクを計測するセンサとが備えられ、
   自動運転中はモータが連続駆動される前記フィード装置の供給量を前記フィード装置の重量測定部により計測された計測値と前記センサの計測値に基づいてクローズドループ制御することを特徴とする可塑化装置の材料供給方法。
2. 複数のフィード装置からそれぞれ異なる材料を供給し可塑化を行う可塑化装置において、
   重量を計測する重量測定部が設けられるともに複数のフィード装置の回転数を制御可能なモータによって回転駆動されるフィードスクリュと、
   前記フィードスクリュから可塑化装置に供給された材料の量または可塑化装置のスクリュを回転させる計量モータのトルクを計測するセンサと、
   自動運転中はモータが連続駆動される前記フィードスクリュから送られる材料の供給量を前記フィード装置の重量測定部により計測された計測値と前記センサの計測値に基づいてクローズドループ制御する制御装置とが備えられたことを特徴とする可塑化装置。
   

Images