(57)【要約】【課題】連続成形を行ってある間でも溶融樹脂の流動性をオンラインで把握できるようにした溶融樹脂の流動性指標測定方法を提供する。【解決手段】スクリューの前方に溶融樹脂を溜める計量工程で、溶融樹脂の流路に形成されている狭隘流路をキャピラリー若しくはオリフィスと擬制し、溶融樹脂の計量樹脂量と計量工程中に前記スクリューに作用する背圧を射出成形機の射出装置で測定し、前記計量樹脂量と背圧に基づいて、計量された溶融樹脂の流動性性状を表す流動性指標を算出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱バレル内で溶融した樹脂を前進するスクリューによりノズルから金型内に射出する射出成形機において、溶融樹脂の流動性指標を測定する方法であって、
前記スクリューの前方に溶融樹脂を溜める計量工程で、溶融樹脂の流路に形成されている狭隘流路をキャピラリー若しくはオリフィスと擬制し、
溶融樹脂の計量樹脂量と計量工程中に前記スクリューに作用する背圧を射出成形機の射出装置で測定し、
前記計量樹脂量と背圧に基づいて、計量された溶融樹脂の流動性性状を表す流動性指標を算出することを特徴とする溶融樹脂の流動性指標測定方法。
【請求項２】
前記狭隘流路は、逆流防止用のチェックリングが前記スクリューの前端の弁座から計量中に離れてできた流路であることを特徴とする請求項１に記載の溶融樹脂の流動性指標測定方法。
【請求項３】
溶融樹脂の流動性指標は、前記狭隘流路をキャピラリーとみなし、キャピラリーレオメーター法に準じて算出される流動性指標であることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融樹脂の流動性指標測定方法。
【請求項４】
溶融樹脂の流動性指標は、前記狭隘流路をオリフィスとみなし、メルトフローレイト法に準じて算出される流動性指標であることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融樹脂の流動性指標測定方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載した流動性指標測定方法を実施する射出成形機であって、
計量工程中に計量樹脂量を測定する手段と、
計量工程中に前記スクリューに作用する背圧を測定する手段と、
前記計量樹脂量と背圧に基づいて前記流動性指標を算出する算出手段と、
前記流動性指標に基づいて溶融樹脂の流動性に異常がないか否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融樹脂の流動性指標測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機では、加熱バレル内に投入された成形材料の樹脂をスクリューを回転させて可塑化する。そして、スクリューを後退させながら、溶融樹脂をスクリューの前方に送って計量を行う。射出工程では、スクリューの前進により、金型内に溶融樹脂が充填される。  
射出成形では、溶融樹脂の扱いが中心になるので、溶融樹脂の流動性を評価し性状を把握しておくことは、高品質の成形品を得るために重要である。通常、溶融樹脂の流動性は、粘度で表される。
【０００３】
かつては、加熱バレル内の溶融樹脂の粘度を測定することが、温度、圧力に較べて困難であることから、行われないことが多かった。しかし近年では、溶融樹脂の粘度を測定するための技術改良が進んでいる。
【０００４】
例えば、特許文献１では、成形工程とは別の工程で、ノズルタッチさせていない状態で溶融樹脂を射出し、その時の射出圧力から溶融樹脂の粘度を算出することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２では、成形中の溶融樹脂の粘度をオンラインで測定できるように、射出工程において、溶融樹脂の圧力と樹脂流路における樹脂流量を求めることで、射出する度毎に樹脂粘度を算出することが記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、射出工程において、ノズル先端部での溶融樹脂の圧力を測定し、この圧力に基づいて溶融樹脂の粘度を算出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１４２２０４号公報
【特許文献２】特開平５−３２９８６４号公報
【特許文献３】特開平１１−１０６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のように、成形工程とは別に、金型からノズルを離した状態で溶融樹脂のパージを行い溶融樹脂の粘度を測定する方法では、信頼できる粘度の値を得るには、複数回のパージを繰り返す必要があり、廃棄される樹脂も大量になる。また、連続成形中には、樹脂の流動性状を把握することができない。
【０００９】
他方、特許文献２、３のように、射出工程で溶融樹脂の粘度を求める場合、溶融樹脂を金型内に射出しないかぎり、樹脂の粘度を求めることができない。樹脂材料は、ペレットの形態で樹脂メーカーから提供されるが、製造ロット間で物性にばらつきがあり、同じ製品とされている樹脂であっても、溶融したときの流動性状に変動がある。何らかの要因で、樹脂の流動性状に異常があったとしても、計量工程では把握することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであって、連続成形を行ってある間でも溶融樹脂の流動性をオンラインで把握できるようにした溶融樹脂の流動性指標測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る溶融樹脂の流動性指標測定方法は、加熱バレル内で溶融した樹脂を前進するスクリューによりノズルから金型内に射出する射出成形機において、溶融樹脂の流動性指標を測定する方法であって、前記スクリューの前方に溶融樹脂を溜める計量工程で、溶融樹脂の流路に形成されている狭隘流路をキャピラリー若しくはオリフィスと擬制し、溶融樹脂の計量樹脂量と計量工程中に前記スクリューに作用する背圧を射出成形機の射出装置で測定し、前記計量樹脂量と背圧に基づいて、計量された溶融樹脂の流動性性状を表す流動性指標を算出することを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による溶融樹脂の流動性指標測定方法を実施する射出成形機の射出装置の断面図である。
【図２】加熱バレルの縦断面を示す図である。
【図３】スクリューの先端部に設けられた逆流防止用のチェックリングを示す断面図である。
【図４】キャピラリーレオメーター法で用いられるシリンダの模式図である。
【図５】射出装置の制御系に組み込まれている、溶融樹脂の流動性指標測定部のブロック構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による溶融樹脂の流動性指標測定方法の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。  
図１は、本実施形態による溶融樹脂の流動性指標測定方法を実施する射出成形機の射出装置の断面図である。  
図１において、参照番号１０は、ベース５０の上に設けられた射出装置を示す。射出装置１０は、ベース５０の上にレール５２に沿って移動可能に設置されている。射出装置１０の前方に示されているのは、型締装置の固定ダイプレート１４である。射出装置１０は、フレーム２０によって水平に支持された加熱バレル２２と、加熱バレル２２の内部に設けられたスクリュー２４を備えている。加熱バレル２２の先端には、金型に接続されるノズル２１が設けられている。加熱バレル２２の基端側には、成形材料の樹脂ペレットを投入するためのホッパ２３が設けられている。
【００１４】
スクリュー２４は、加熱バレル２２内に摺動かつ回転可能に収容されている。スクリュー２４の基端部は、回転駆動機構のプーリ２５に連結されている。回転駆動機構は、スクリュー回転モータ２６の回転を伝動ベルト２７を介してプーリ２５に伝動するようになっている。プーリ２５を支持する軸受２８の後方には、ロードセル３０が設けられている。このロードセル３０は、スクリュー２４に軸方向にかかる荷重を計測する荷重計測器である。
【００１５】
スクリュー２４は、次のような前後進機構３２によって、加熱バレル２２内を軸方向に前進および後退するようになっている。前後進機構３２は、図示しない前後進用モータからベルト伝動されるプーリ３３と、ナット部３５と、ボールねじ３６と、ボールねじ３６を支持する軸受３７などから構成されている。
【００１６】
なお、図１において、ベース５０の上には、射出装置１０の全体を前進、後退させる推進機構３８が設けられている。この推進機構３８は、推進用モータ３９と、ボールねじ４０とナット４１からなるボールねじ機構を備えている。
【００１７】
次に、図２は、加熱バレル２２の縦断面を示し、図３は、スクリュー２４の先端部に設けられた逆流防止用のチェックリング６０を示す図である。  
図２、図３において、スクリュー２４の先端には、スクリューチップ６１が取り付けられている。スクリューチップ６１は、小径軸６２を介してスクリュー２４の前端に固定されている。スクリューチップ６１は、円錐形状を有しており、その外周面と加熱バレル２２の内周面との間に溶融樹脂が流れる第１流路６４が形成されている。小径軸６２には、チェックリング６０が軸方向に移動可能に装着されている。
【００１８】
チェックリング６０は、スクリューチップ６１の後端面６３とスクリュー２４の前端面にある弁座６５の間に配置されている。チェックリング６０の内周面と小径軸６２の外周面との間には、溶融樹脂が流れ第１流路６４と連通している第２流路６６が形成されている。図３では、計量工程でのチェックリング６０の位置が示されている。スクリュー２４は、回転しながら溶融樹脂を前方に送り込むが、このときスクリュー２４が後退しながら溶融樹脂の計量が行われる。
【００１９】
図３では、点線矢印で計量時の溶融樹脂の流れが示されている。計量時には、スクリュー２４の後退に伴って、チェックリング６０は、相対的にスクリューチップ６１側に移動して弁座６５から離間する。溶融樹脂は、狭隘流路６８から第２流路６６に流れ込み、さらに第１流路６４を通ってスクリューチップ６１の前方に溜められることになる。  
なお、射出時には、チェックリング６０の後端面が弁座６５に押し付けられて狭隘流路６８が閉塞されるので、溶融樹脂の逆流は防止される。
【００２０】
本実施形態による溶融樹脂の流動性指標測定方法では、計量工程でチェックリング６０にできる狭隘通路６８や第２流路６６を利用して、溶融樹脂の流動性指標を算出するが、その前に、一般的な流体の粘度試験法であるキャピラリーレオメーター法について、図３を参照して説明する。  
図４は、キャピラリーレオメーター法で用いられるシリンダの模式図である。  
図４において、７０は、シリンダを示し、７１は、シリンダ７０に嵌合しているピストンを示している。シリンダ７０の先端部には、キャピラリー（毛細管）７２が設けられている。
【００２１】
キャピラリーレオメーター法は、一定速度のピストン７１でシリンダ７０内の溶融樹脂をキャピラリー７２から押し出し、その際の荷重をロードセル７３で検出し、以下のような（１）〜（４）式により流体の粘度を算出する。
【００２２】
ここで、Ｑ：溶融樹脂の流量（mm3/s） 
Ａ：ピストン断面積（mm2） 
ν：ピストンの速度（mm/s） 
γ：見掛けのせん断速度（s-1） 
Ｄ：キャピラリー内径（mm）
τ：見掛けのせん断応力（Ｐａ）
ｐ：ピストン荷重（Ｐａ）
Ｌ：キャピラリー長さ（mm）
η：溶融粘度（Ｐａ・sec）
とすると、
Ｑ＝Ａν              …（１）
γ＝32Ｑ／πＤ3       …（２）
τ＝ｐＤ／４Ｌ        …（３）
η＝τ/γ           …（４）
という関係が成り立つ。
【００２３】
ところで、図４において、粘度を測定する流体が溶融樹脂であるとして、図４で溶融樹脂がピストン７１で押し出される状況と、図３の計量工程で溶融樹脂がスクリュー２４の後退により計量されるときの状況を対比してみると、両者は似ていることがわかる。
【００２４】
キャピラリーレオメーター法では、ピストン７１による加圧によって、絞られた流路であるキャピラリー７２を通って溶融樹脂が押し出され、計量工程では、スクリュー２４で圧力をかけて溶融樹脂が狭隘流路６８を通って押し出される。このように、樹脂を狭い流路から圧力をかけて押し出す点では共通している。  
両者では、ピストン７１とスクリュー２４、またキャピラリー７２と狭隘流路６８とでは、具体的な形状が異なるだけで、溶融樹脂の流動性を測定する上での本質的な機能は同じである。本実施形態では、狭隘流路６８をキャビラリー７２とみなして扱う。
【００２５】
計量工程におけるスクリュー２４の先端部では、図３において、図４のシリンダ７０のキャピラリー７２の内径Ｄには、狭隘流路６８の幅Ｄ’を対応させる。キャピラリー７２の長さＬには、狭隘流路６８の半径方向の長さＬ’、この場合、チェックリング６０の厚さを対応させる。
【００２６】
溶融樹脂の流量については、単位時間当たりの計量樹脂量が対応するが、この実施形態では、スクリュー２４の後退速度を検出し、スクリュー２４の単位時間あたりの後退距離とスクリュー２４の外径、加熱バレル２２の内径等に基づき、スクリュー２４と加熱バレル２２の間の容積を計算して算出する。  
スクリュー２４にかかる背圧は、ロードセル３０によって検出することができる。  
計量工程では、背圧が一定になるように、スクリュー２４の後退速度が制御される。厳密にいえば、後退速度は一定ではないが、行程全体での平均速度あるいは数点測定した速度の平均をもって、後退速度の値とする。
【００２７】
このような対応関係では、（２）式、（３）式は修正が必要となるが、あらかじめ適当に係数を修正しておくとよい。これによって、キャピラリーレオメーター法に厳密に従った絶対値としての粘度の値ではないが、それに準じた溶融樹脂の流動性の相対評価する指標としては実用上十分である。
【００２８】
次に、図５は、射出装置１０の制御系に組み込まれている、溶融樹脂の流動性指標測定部のブロック構成図である。  
図５において、参照番号８０は、射出装置１０の制御装置を示す。この制御装置８０は、射出装置１０のスクリュー２４の回転数やスクリュー２４の前進、後退の速度制御、また、射出圧力の制御や溶融樹脂の温度制御など、射出装置１０に動作全般を制御する。８２は、上述した溶融樹脂の流動性指標を計量工程中に算出する流動性指標算出部である。この流動性指標算出部８２には、スクリュー２４の後退速度から計量樹脂量を測定する流量測定部８３と、スクリュー２４の受ける背圧を検出するロードセル３０が接続されている。記憶部８４には、流動性指標の算出に必要なデータが記憶されており、また、使用する樹脂の性状を示すデータ、例えば、良否判断の基準となる流動性指標の値が記憶されている。
【００２９】
判定部８５は、流動性指標算出部８２から流動性指標のデータを読み取り、記憶部８４からは流動性指標の基準データを読み取り、両者を比較することで、計量した溶融樹脂の流動性に異常がないかどうかを判定する。判定結果は、表示部８６のモニタ等に表示される。
【００３０】
次に、以上のような流動性測定部の動作について、射出成形機の連続成形運転との関係において説明する。  
ここでいう連続成形とは、射出装置が金型とノズルタッチした状態のまま、型閉じ、型締め、計量、射出、保圧、型開き、成形品取出しの各工程からなる成形サイクルが長時間に亘って連続して繰り返して行われることをいう。但し、１サイクル中に冷却完了などでノズル２１が後退することもある。  
各成形サイクルの計量工程では、スクリュー２４の後退速度から計量樹脂量を測定するとともに、そのときスクリュー２４に作用する背圧を検出することで、キャピラリーレオメーター法による粘度測定に準じた流動性指標値を測定することができる。このため、連続成形が行われている間には、計量された溶融樹脂の流動性特性をこの指標を基にしてオンラインで把握することが可能になる。
【００３１】
さらに、連続成形中の溶融樹脂の流動性指標の変化も把握できることになる。すなわち、流動性指標の値が次第に上がっている傾向にあり樹脂が硬くなってきているといった状況を把握できるので、不良品を成形しないように対策を講じられるようになり、安定した良品成形に寄与する。
【００３２】
本実施形態では、図５に示されているように、成形条件変更指令部８７が設けられている。判定部８５で、流動性が基準値から離れてきたような場合には、成形条件変更部８７から制御装置８０に成形条件の変更指令が送られる。この場合、予め設定されたアルゴリズムにしたがって、制御装置８０では、スクリュー２４の回転数を増減させ、背圧や樹脂温度の設定値を変える操作が正常範囲に戻るまで行われる。これによって、連続成形を中断することなく続けることができる。
【００３３】
また、樹脂替えの際には、樹脂替えの完了を検知することも可能である。この実施形態では、記憶部８４には、それまで使っていた古い樹脂、樹脂替え後の新しい樹脂のそれぞれについて、樹脂の種類判別に必要な、流動性指標の基準データが格納されている。判定部８５は、算出された流動性指標と、古い樹脂および新しい樹脂の流動性指標の基準データを比較することにより、樹脂替えが完了したことを検知することが可能になる。
【００３４】
（変形例）
次に、溶融樹脂の流動性指標測定方法について説明する。  
前述の実施形態では、流動性指標として、キャピラリーレオメーター法に準じた流動性指標を算出しているが、その他、狭隘流路６８をオリフィスとみなして、メルトフローレイト法（ＭＦＲ）に準じた流動性指標を計量時に測定することが可能である。  
メルトフローレイト法とは、図４において、一定の荷重をピストン７１にかけ、キャピラリー（オリフィス）７２から押し出される１０分間あたりの流体重量（g/10min）である。
【００３５】
計量工程では、スクリュー２４には背圧が一定にかかるように制御されるので、１０分間あたりの計量樹脂量を算出すればよい。１０分間あたりの計量樹脂量については、上述の実施形態で求めた単位時間当たりの計量樹脂量を１０分間あたりの樹脂量に換算する。
【００３６】
このようなメルトフローレイト法（ＭＦＲ）に準じた流動性指標によれば、厳密な流動性の評価には適さないが、溶融樹脂が硬い、軟らかいかどうかをおおまかに判断する補助的な指標として利用することができる。
【００３７】
以上説明した実施形態は、成形材料として熱可塑性樹脂を用いた射出成形に適用した実施形態である。本発明は、熱硬化性樹脂の射出成形にも適用可能である。熱硬化性樹脂の射出装置では、スクリューの先端にチェックリングは設けられない。この場合は、スクリューの外周のフライトによって仕切られた狭い通路を樹脂が通るので、熱可塑性樹脂と同様に、計量行程において流動性指標を算出することが可能である。
【００３８】
以上、本発明の溶融樹脂の流動性指標測定方法について、好適な実施形態を挙げて説明したが、これらの実施形態は、例示として挙げたもので、発明の範囲の制限を意図するものではない。もちろん、明細書に記載された新規な装置、方法およびシステムは、様々な形態で実施され得るものであり、さらに、本発明の主旨から逸脱しない範囲において、種々の省略、置換、変更が可能である。請求項およびそれらの均等物の範囲は、発明の主旨の範囲内で実施形態あるいはその改良物をカバーすることを意図している。
【符号の説明】
【００３９】
１０…射出装置、１４…固定ダイプレート、２０…フレーム、２２…加熱バレル、２３…ホッパ、２４…スクリュー、２６…スクリュー回転モータ、２７…伝動ベルト、３０…ロードセル、３２…前後進機構、３５…ナット部、３６…ボールねじ、３８…推進機構、３９…推進用モータ、６０…チェックリング、６１…スクリューチップ、６２…小径軸、６３…弁座、６４…第１流路、６６…第２流路 、６８…狭隘流路、７０…シリンダ、７１…ピストン、７２…キャピラリー
【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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