JPH09272144A - 射出成形機におけるロードセルのオフセット調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロードセルのオフセット調整（０点調整）を
ソフトウェアで行うことにより、オフセット調整を容易
・確実に行えるようにすること。 【解決手段】 加熱シリンダ内のスクリューに加わる圧
力を検出するためのロードセルを具備すると共に、電動
サーボモータの回転をネジ機構を用いた回転→直線運動
変換メカニズムによって直線運動に変換してスクリュー
に伝達する構成をとる射出成形機において、スクリュー
に樹脂からの圧力が付加されていないと見做せる状態に
おいて、電動サーボモータを正逆回転させて、電動サー
ボモータを回転させているにもかかわらずロードセルに
よる検出値が変化しない回転位置を見出すようになし、
この検出値が変化しない回転位置におけるロードセルに
よる検出値を、０点として自動的に更新・保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形機におけ
るロードセルのオフセット調整方法に係り、さらに詳し
くは、電動サーボモータの回転をネジ機構を用いた回転
→直線運動変換メカニズムによって直線運動に変換して
スクリューに伝達する構成をとる射出成形機において、
スクリューに加わる圧力を検出するためのロードセルの
オフセット調整（０点調整）をソフトウェア的に行うよ
うにしたロードセルのオフセット調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インラインスクリュー式の射出成形機に
おいて、樹脂圧の測定手法としては、樹脂圧を直接測定
する手法と、スクリューに加わる圧力をロードセルによ
って測定する手法とがある。しかし、前者の樹脂圧を直
接測定する手法では、用いる樹脂圧センサが高価で壊れ
やすいという問題があり、かつ、樹脂圧センサの取り付
け作業が煩雑で、また、溶融樹脂の挙動にも悪影響を与
える懸念がある。

【０００３】このため、インラインスクリュー式の射出
成形機においては、スクリューの後端側にロードセルを
配設し、このロードセルにかかる力を、スクリュー先端
にかかる樹脂圧に対応する圧力値として計測する手法を
とるのが、一般的である。

【０００４】上記のロードセルによる検出圧力値は、射
出行程（１次射出行程およびこれに引き続く保圧行程）
における圧力制御のための監視値として用いられる。し
たがって、ロードセルの検出値がズレると成形条件その
ものが変わってしまうため、マシン（射出成形機）の出
荷時やロードセルの交換時に、ロードセルのオフセット
調整（０点修正）を行い、ロードセルへのボルト締め付
けトルクのバラツキや、ロードセル取り付け面の平行度
のバラツキを吸収するようにしている。そして、上記の
ロードセルのオフセット調整は、ロードセルアンプの０
点調整ボリューム（可変抵抗器）をマニュアル調整する
ことによる、ハード的な手法によってなされていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うに、マシンの組み立て時やロードセルの交換時にロー
ドセルのオフセット調整を行っても、経年変化などによ
ってロードセルの検出値（０点の検出出力）にはズレが
発生する。すなわち、例えば、負荷が繰り返しかかるこ
とによって、取り付けボルトとロードセルとの接触状態
が変化（なじむことによりボルト締め付けトルクが変
化）することや、ロードセルで用いられる歪ゲージを貼
着した接着剤が経年変化すること等によって、ロードセ
ルの検出出力にはズレが発生する。

【０００６】このため、定期点検時などに、ロードセル
アンプの０点調整ボリュームを調整して、ロードセルの
オフセット調整（０点調整）を行っていたが、マニュア
ル調整であるため作業性が悪いという指摘があった。ま
た、マシンの組み立て時やロードセルの交換時における
オフセット調整も、同様に作業性が悪いという指摘があ
った。

【０００７】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、ロードセルのオフセット調整
（０点調整）をソフトウェアで行うことにより、オフセ
ット調整を容易・確実に行えるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、加熱シリンダ内のスクリューに加わる圧
力を検出するためのロードセルを具備すると共に、電動
サーボモータの回転をネジ機構を用いた回転→直線運動
変換メカニズムによって直線運動に変換してスクリュー
に伝達する構成をとる射出成形機において、スクリュー
に樹脂からの圧力が付加されていないと見做せる状態に
おいて、電動サーボモータを正逆回転させて、電動サー
ボモータを回転させているにもかかわらずロードセルに
よる検出値が変化しない回転位置を見出すようになし、
この検出値が変化しない回転位置におけるロードセルに
よる検出値を、０点として自動的に更新・保持するよう
にされる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本発明の実施の１形態例（以下、本例と
称す）に係るインラインスクリュー式の射出成形機の要
部構成を示す図である。

【００１０】図１において、１は加熱シリンダ、２は加
熱シリンダ１内に回転並びに前後進可能であるように配
設されたスクリュー、３は射出駆動源としてのサーボモ
ータ、３ａはサーボモータ３の出力プーリ、４は出力プ
ーリ３ａの回転を回転→直線運動変換メカニズム５のプ
ーリ５ａに伝達するタイミングベルト、５は回転運動を
直線運動に変換してスクリュー２に伝達するためのボー
ルネジ機構よりなる回転→直線運動変換メカニズム、６
はサーボモータ３の回転を検出するエンコーダ、７はス
クリュー２の先端にかかる樹脂圧を検出するためのロー
ドセル、８および９はＡ／Ｄ変換器である。

【００１１】１０はマイコン等の機能で具現化されるオ
フセット処理部で、ロードセル出力補正演算部１０ａ
と、オフセット量格納部１０ｂと、オフセット値確定判
定部１０ｃとを具備する。１１は同じくマイコン等の機
能で具現化される射出条件設定格納部、１２は射出フィ
ードバック制御部、１３はＤ／Ａ変換器、１４はサーボ
アンプ、１５はマイコン等の機能で具現化される自動オ
フセット動作制御部である。

【００１２】オフセット処理部１０には、ロードセル７
の出力がＡ／Ｄ変換器９を介して入力され、ロードセル
出力補正演算部１０ａでは、オフセット量格納部１０ｂ
に格納されたデータ値を参照して、ロードセル７の出力
を補正演算し、圧力（樹脂圧）データを算出する。オフ
セット量格納部１０ｂには、後で詳述する自動オフセッ
ト動作制御部１５による自動オフセット処理動作におい
て、スクリュー２に樹脂からの圧力が付加されていない
と見做せる状態で、電動サーボモータ３を正逆回転させ
て、電動サーボモータ３を回転させているにもかかわら
ずロードセル７による出力値（検出値）が変化しない回
転位置における、ロードセル７の出力値Ｎが書替え可能
な形で格納されており、ロードセル出力補正演算部１０
ａは、この値Ｎを０点（すなわち、圧力が０として）ロ
ードセル７の出力を補正演算する。オフセット値確定判
定部１０ｃは、後で詳述する自動オフセット処理動作に
おいて、電動サーボモータ３を回転させているにもかか
わらずロードセル７による出力値（検出値）が変化しな
い回転位置であることを判別し、この際のロードセル７
の出力値Ｎを、オフセット量格納部１０ｂに格納する。

【００１３】射出条件設定格納部１１には、１次射出行
程およびこれに引き続く保圧行程の制御条件が書替え可
能に格納されており、本例においては例えば、１次射出
制御条件としては、射出開始位置からのスクリュースト
ロークに応じた射出速度（多段設定される射出速度）
と、１次圧（すなわち、１次射出の上限監視圧力値）が
設定・記憶され、保圧制御条件としては、保圧切り替え
点からの時間に応じた保圧圧力（多段設定される保圧圧
力）が設定・記憶される。

【００１４】射出フィードバック制御部１２は、射出条
件設定格納部１１に格納された設定データと、エンコー
ダ６の出力をＡ／Ｄ変換器８等を介して適宜変換処理し
て得られる速度データと、ロードセル７の出力をＡ／Ｄ
変換器９およびオフセット処理部１０を介して得られる
圧力データとに基づき、制御信号を生成してこれをＤ／
Ａ変換器１３を介してサーボアンプ１４に出力し、サー
ボモータ３を駆動制御する。これにより、１次射出行程
においては、射出フィードバック制御部１２は、射出速
度設定データに実測速度データが一致するように、サー
ボアンプ１４を介してサーボモータ３を駆動制御し、ま
た、保圧行程においては、保圧圧力設定データに実測圧
力データが一致するように、サーボアンプ１４を介して
サーボモータ３を駆動制御する。

【００１５】サーボモータ３の回転は、出力プーリ３
ａ，ベルト４を介して回転→直線運動変換メカニズム５
のプーリ５ａに伝達され、回転→直線運動変換メカニズ
ム５によって回転運動が直線運動に変換されてスクリュ
ー２に伝達される。そして、これによって、１次射出行
程においては、スクリュー２が設定された射出速度に倣
うようにフィードバック制御により前進駆動されて、公
知の計量行程でスクリュー２の先端側に貯えられた溶融
樹脂が金型内に射出・充填される。また、保圧行程にお
いては、設定された保圧圧力に倣う圧力がスクリュー２
を介して金型内の樹脂に付与されるように、フィードバ
ック制御によりスクリュー２の前進圧力がコントロール
される。

【００１６】次に、本例によるロードセル７の自動オフ
セット処理動作を説明する。例えば、定期点検時期に至
った際に、オペレータがマシンに付設された表示装置の
所定画面と対話式に自動オフセット処理動作の開始を指
示すると、自動オフセット動作制御部１５がこれを認知
して、自動オフセット処理動作を開始する。

【００１７】本例においては、加熱シリンダ１内に樹脂
が詰まった状態でも自動オフセット処理動作が可能とさ
れており、つまり、時間のかかる樹脂抜きを行わなくて
も自動オフセット処理動作を行うことが可能とされてお
り、このため、自動オフセット動作制御部１５は、スク
リュー２の先端側に高圧の樹脂が貯えられている際に
は、電動サーボモータ３によってスクリュー２を所定ス
トロークだけ強制後退させて（所謂、サックバック動作
を行わせて）、スクリュー２に対して樹脂からの圧力が
かかっていない状態を、先ずマシンに設定する。

【００１８】そして、スクリュー２に樹脂からの圧力が
付加されていないと見做せる状態において、自動オフセ
ット動作制御部１５は、電動サーボモータ３を正逆回転
させて、電動サーボモータ３を回転させているにもかか
わらずロードセル７による出力値が変化しない回転位置
を見出すように、電動サーボモータ３を制御する。オフ
セット処理部１０のオフセット値確定判定部１０ｃは、
必要に応じ自動オフセット動作制御部１５からの情報を
参照しつつ、電動サーボモータ３を回転させているにも
かかわらずロードセル７による出力値が変化しない回転
位置にあることを判別して、この出力値が変化しない回
転位置におけるロードセル出力値Ｎを、オフセット量格
納部１０ｂに、０点に相当するデータとして自動的に更
新・保持させる。

【００１９】ここで、電動サーボモータ３を回転させて
いるにもかかわらずロードセル出力値が変化しない回転
位置についてを、図２を用いて説明する。本例では先に
も述べたように、電動サーボモータ３の回転を、ボール
ネジ機構を用いた回転→直線運動変換メカニズム５によ
って直線運動に変換して、スクリュー２に伝達するよう
にしている。ボールネジ機構などのネジ機構による回転
→直線運動変換メカニズムでは、ナット体部とネジ軸部
とがネジ結合されていて、ネジ軸部のネジ山とナット体
部のネジ山との間には、所定量のガタ量（クリアラン
ス）が存在する。

【００２０】図２は、ネジ軸部のネジ山とナット体部の
ネジ山との係合関係を模式的に示す図であり、同図にお
いて、２１はネジ軸部のネジ山、２２はナット体部のネ
ジ山、Ｌはネジ山２１とネジ山２２との間のガタ量であ
る。なお、ボールネジ機構では、ボールがナット体部の
ネジ山２２に相当するが、ここでは図示の都合上、等価
的にネジ山２２として示してある。

【００２１】電動サーボモータ３が一方向に連続回転し
ている場合には、すなわち、ネジ機構のナット体部が一
方向に連続回転している場合には、図２の（ａ）あるい
は図２の（ｂ）のように、ネジ軸部のネジ山２１にナッ
ト体部のネジ山２２が当接して、ネジ軸部はナット体部
から推力を受けている。したがって、図２の（ａ），
（ｂ）に示した状態では、ネジ軸部と一体に前後進する
スクリュー２も、ナット体部からの推力を受けて、ロー
ドセル７には、電動サーボモータ３の回転力に基づく力
が加わった状態にある。

【００２２】一方、図２の（ｃ）に示したように、ネジ
軸部のネジ山２１とナット体部のネジ山２２とが接触し
ていない状態においては、電動サーボモータ３が回転し
ても（ナット体部が回転しても）、ネジ軸部はナット体
部からの推力を全く受けない。したがって、ネジ山２２
がネジ山２１に接触しないガタ量Ｌの範囲内でナット体
部（電動サーボモータ３）が回転している限り、ロード
セル７には、電動サーボモータ３の回転力に基づく力が
全く加わらず、このときのロードセル出力は、スクリュ
ー２が無負荷状態にあるものと見做すことができる。

【００２３】本例では、このような図２の（ｃ）に示し
た状態時のロードセル出力を取り込み、これを０点に相
当するデータとして、オフセット量格納部１０ｂへ自動
的に更新・保持させるものである。

【００２４】なお、ガタ量Ｌはネジ機構によって異なる
が、本例では、ガタ量Ｌは電動サーボモータ３の約３°
の回転角に相当するものとなっている。

【００２５】図３は、本例による自動オフセット処理動
作の１例を示す図である。図３において、３１はロード
セル出力値（ここでは、圧力に換算したもので示してあ
る）、３２は電動サーボモータ３の回転量であり、＋
（プラス）はスクリュー２を前進させる方向、−（マイ
ナス）はスクリュー２を後退させる方向を表している。
なお、図３の横軸は時間を表している。

【００２６】図３に示すように、先ず、電動サーボモー
タ３を後退方向（スクリュー後退方向）に大きく回転さ
せて、サックバック動作を行い、スクリュー２に対し樹
脂からの圧力がかかっていない状態に移行させた後、電
動サーボモータ３を所定期間停止させる。続いて、電動
サーボモータ３を後退方向に所定角度回転させた後、電
動サーボモータ３を所定期間停止させ、次に、電動サー
ボモータ３を前進方向（スクリュー前進方向）に所定角
度回転させた後、電動サーボモータ３を所定期間停止さ
せる（制御期間Ｔ１）。この制御期間Ｔ１と同様の、後
退回転→停止→前進回転→停止は必要回数だけ繰り返し
て行われ（本例では、次の制御期間Ｔ２だけが繰り返し
て行われ）、これによって、スクリュー２に対し樹脂か
らの圧力がかかっていない状態へ確実に移行させる（つ
まり、制御期間Ｔ１，Ｔ２の各停止期間のロードセル出
力が略一様となるのを確認する）。

【００２７】次に、電動サーボモータ３を回転させてい
るにもかかわらずロードセル出力値が変化しない回転位
置を見出すための制御に移行し、電動サーボモータ３
を、小さい角度で正逆転させる図３のＡ部に示す制御に
入る。図３の下側には、Ａ部の一部の制御の様子が拡大
されて示されている。

【００２８】Ａ部に示す制御に入ると、電動サーボモー
タ３を後退方向に小さく回転させた後、電動サーボモー
タ３を短時間停止させ、次に、電動サーボモータ３を前
進方向に小さく回転させた後、電動サーボモータ３を短
時間停止させる（制御期間Ｔ３）。この制御期間Ｔ３に
おいては、電動サーボモータ３が停止している際の前記
したネジ軸部のネジ山２１とナット体部のネジ山２２と
の位置関係にもよるが、電動サーボモータ３の後退回転
を開始した直後もしくは前進回転を開始した直後の少な
くとも一方には、電動サーボモータ３を回転させている
にもかかわらずロードセル出力値が変化しない範囲Ｓが
存在する。つまり、前記図２の（ｃ）に示したように、
ネジ軸部のネジ山２１に対してナット体部のネジ山２２
が非接触の状態が存在する。

【００２９】上記の制御期間Ｔ３以降も、小さな後退回
転→短い停止→小さな前進回転→短い停止は繰り返され
るが、回転角度と停止時間とは徐々に小さくなるように
制御され、やがて、微小後退回転→微小停止→微小前進
回転→微小停止を行う制御期間Ｔｎに入ると、この制御
期間Ｔｎの全期間において、電動サーボモータ３を回転
させているにもかかわらずロードセル出力値が変化しな
いようになる。つまり、ナット体部のネジ山２２がネジ
軸部のネジ山２１に触れないように前記図２のガタ量Ｌ
の回転範囲内で、電動サーボモータ３が微小に正逆回転
を行うようになり、このときロードセル７の出力値（検
出値）Ｎは一定のものとなる。

【００３０】したがって、上記のロードセル７の出力値
Ｎは、電動サーボモータ３の回転力に基づく力が全く加
わらず、スクリュー２が無負荷状態にあるものと等価と
なり、この出力値Ｎが前記したように、０点に相当する
データとして自動的に更新・保持される。

【００３１】なお、上述した説明では、ロードセル７の
自動オフセット処理動作を定期点検時に行うことを例に
とったが、本例の自動オフセット処理動作は任意の時期
に行うことが可能で、マシンの組み立て時やロードセル
の交換時に行うことも勿論可能である。あるいは、マシ
ンの運転立ち上げ時に、スクリュー２に対して全く負荷
がかかっていない状態（樹脂が未供給の状態で、スクリ
ュー２が前進限あるいは後退限にはない状態）で測定し
たロードセル７の検出値が、前記オフセット量格納部１
０ｂに記憶されている値に対し、許容範囲を外れてズレ
込んでいる場合に、自動オフセット処理動作を促すアラ
ームメッセージを表示して、自動オフセット処理動作の
開始を促すようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ロードセ
ルのオフセット調整（０点修正）をソフトウェアで行う
ので、オフセット調整が容易・確実に、誰にでも行える
ようになる。したがって、経年変化でロードセルの０点
に対応する検出値（出力値）がズレても、ユーザー側で
簡単にオフセット調整を行え、マシンの樹脂圧検出精度
を、長期にわたって良好なものに維持することができ
る。さらに、時間のかかる樹脂抜きを行わなくても、自
動オフセット処理動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態例に係るインラインスク
リュー式の射出成形機の要部構成を示す説明図である。

【図２】ネジ機構におけるネジ軸部のネジ山とナット体
部のネジ山との係合関係を模式的に示す説明図である。

【図３】本発明の実施の１形態例における、自動オフセ
ット処理動作の１例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 加熱シリンダ ２ スクリュー ３ サーボモータ ３ａ 出力プーリ ４ タイミングベルト ５ 回転→直線運動変換メカニズム ５ａ プーリ ６ エンコーダ ７ ロードセル ８，９ Ａ／Ｄ変換器 １０ オフセット処理部 １０ａ ロードセル出力補正演算部 １０ｂ オフセット量格納部 １０ｃ オフセット値確定判定部 １１ 射出条件設定格納部 １２ 射出フィードバック制御部 １３ Ｄ／Ａ変換器 １４ サーボアンプ １５ 自動オフセット動作制御部 ２１ ネジ軸部のネジ山 ２２ ナット体部のネジ山 Ｌ ガタ量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱シリンダ内のスクリューに加わる圧
   力を検出するためのロードセルを具備すると共に、電動
   サーボモータの回転をネジ機構を用いた回転→直線運動
   変換メカニズムによって直線運動に変換して上記スクリ
   ューに伝達する構成をとる射出成形機において、 上記スクリューに樹脂からの圧力が付加されていないと
   見做せる状態において、上記電動サーボモータを正逆回
   転させて、電動サーボモータを回転させているにもかか
   わらず上記ロードセルによる検出値が変化しない回転位
   置を見出すようになし、この検出値が変化しない回転位
   置における上記ロードセルによる検出値を、０点として
   自動的に更新・保持するようにしたことを特徴とする射
   出成形機におけるロードセルのオフセット調整方法。