(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱筒の後部を加熱する後加熱部を含む複数の加熱部により加熱される加熱筒の後部に設けた材料供給部から当該加熱筒の内部に供給される成形材料をスクリュの回転により可塑化／計量する際における当該成形材料を監視するための射出成形機の材料監視装置であって、前記加熱筒の後部に配設することにより前記成形材料が前記加熱筒の内部で変形又は剪断される際に発生する音響放出波を感知して電気信号に変換する音響放出波感知センサと、前記電気信号から前記成形材料の変形又は剪断に係わる定量的な音響放出データを検出する音響放出検出部と、この音響放出データの利用に基づく所定の材料対応処理を行う材料対応処理機能部とを備えてなることを特徴とする射出成形機の材料監視装置。
【請求項２】
前記加熱筒の後部は、前記後加熱部を含む前記材料供給部の近傍であって、前記加熱筒の外部位置又は内部位置であることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の材料監視装置。
【請求項３】
前記音響放出波は、弾性波であることを特徴とする請求項１又は２記載の射出成形機の材料監視装置。
【請求項４】
前記音響放出波感知センサは、少なくとも前記弾性波を感知する圧電セラミックス素子を用いることを特徴とする請求項３記載の射出成形機の材料監視装置。
【請求項５】
前記材料対応処理機能部には、少なくとも、前記音響放出データに基づく表示を行うデータ表示処理機能部、又は前記成形材料の可塑化に係わる成形条件の補正を行う補正処理機能部のいずれか一方又は双方を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の射出成形機の材料監視装置。
【請求項６】
前記成形条件には、少なくとも前記後加熱部に対する温度設定値を含むことを特徴とする請求項５記載の射出成形機の材料監視装置。
【請求項７】
前記音響放出検出部には、予め設定した検出レベル以上となる前記電気信号における音響放出波成分の数をリングダウン方式によりカウントして前記音響放出データを求めるデータ検出処理部を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の射出成形機の材料監視装置。
【請求項８】
前記材料対応処理機能部は、前記音響放出データに対する閾値を設定して前記成形材料に対する良否判断を行う良否判断機能を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の射出成形機の材料監視装置。
【請求項９】
前記材料対応処理機能部は、前記良否判断機能により材料不良と判断された際に当該材料不良に係わる所定の処理を行う材料不良処理機能部を備えることを特徴とする請求項８記載の射出成形機の材料監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱筒の内部に供給される成形材料の良否状態を監視する際に用いて好適な射出成形機の材料監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に射出成形機の射出装置は、加熱部により加熱される加熱筒の後部に設けた材料供給部から当該加熱筒の内部に成形材料（ペレット）を供給するとともに、供給された成形材料を当該加熱筒の内部に挿通させたスクリュを回転させることにより可塑化／計量する機能を備えている。
【０００３】
ところで、加熱筒内における樹脂（成形材料）の溶融状態は、成形品の良否に密接に関係する重要な要素となるため、通常、樹脂に対する加熱温度が適正な温度（温度分布）になるように、加熱筒に対して軸方向に配した複数の加熱部により加熱制御するとともに、良好な計量が行われるように、スクリュの回転速度制御及びスクリュに対する背圧制御を行っている。また、樹脂の溶融状態を所定の樹脂状態検出手段により、直接的又は間接的に検出し、適正な溶融状態を維持することにより成形不良が発生しないように必要な管理を行っている。
【０００４】
従来、このような樹脂状態検出手段としては、特許文献１で開示される可塑化の管理方法，特許文献２で開示される製品良否判別方法に用いる樹脂状態検出手段，及び特許文献３で開示される射出成形機の制御方法で用いる樹脂状態検出手段が知られており、特許文献１には、計量動作における基準となるスクリュ回転力を求め、該基準スクリュ回転力に対して許容範囲を設定記憶しておき、計量実行中に逐次スクリュ回転力を検出して許容範囲内にあるか否かを判定し、許容範囲を外れた場合に異常検出信号を出力することにより、射出シリンダ（加熱筒）の加熱不足等に基づく可塑化異常を検出できるようにした可塑化の管理方法が開示され、また、特許文献２には、射出開始直前の樹脂圧力を検出し、この検出樹脂圧力と予め設定された許容圧力範囲とを比較し、検出樹脂圧力が許容範囲内にあれば、良品信号を出力する一方、検出樹脂圧力が許容範囲を外れていれば不良信号を出力し、樹脂の溶融状態を示す一つの要素となる樹脂圧力により製品の良否判別を行うことができるようにした製品良否判別方法（樹脂状態検出手段）が開示され、さらに、特許文献３には、計量工程の終了後に、サックバック処理を行うとともに、監視のための樹脂圧力を検出するに際し、計量工程の終了後、サックバック処理の開始を遅延させるとともに、予め設定した所定のインターバル時間の経過後に樹脂圧力を検出し、この後、サックバック処理を開始させることにより、成形品の良否に対して相関性の高い樹脂圧力を得れるようにした制御方法（樹脂状態検出手段）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３２４３０号公報
【特許文献２】特開平９−１０９２１９号公報
【特許文献３】特開２０１０−５９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来における樹脂状態検出手段は、次のような解決すべき課題が存在した。
【０００７】
第一に、樹脂の溶融状態を示すパラメータとして、特許文献１はスクリュ回転力を利用し、特許文献２及び３は樹脂圧力を利用しているが、これらのパラメータは、いずれも樹脂全体の状態を間接的に検出するものであるため、これらの検出結果が異常を示したとしてもその原因を明確に特定できない。したがって、溶融状態全体の結果物となる成形品の良否判定には利用できるとしても、それ以上の利用、例えば、原因を特定して異常を速やかに解決するなどの対応策には利用しにくいなど、検出により得られる情報には限界があるとともに、利用性（利用の多様性）の観点からも難がある。
【０００８】
第二に、成形材料の溶融温度や樹脂形態（バージン，粉砕等）は可塑化品質（溶融状態）に直接影響を与えるが、従来の樹脂状態検出手段は、加熱筒内における樹脂全体の状態を検出、即ち、様々な要因が組合わさった結果物としての状態を検出するとともに、計量進行中の状態（溶融状態）を検出するため、検出した結果を計量動作に反映させるとしても、少なからず時間的な遅れを伴うことになり、成形不良をできるだけ未然に回避する観点からは限界がある。
【０００９】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形機の材料監視装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る射出成形機Ｍの材料監視装置１は、上述した課題を解決するため、加熱筒２の後部２ｅを加熱する後加熱部３ｅを含む複数の加熱部３ａ…により加熱される加熱筒２の後部２ｅに設けた材料供給部４から当該加熱筒２の内部に供給される成形材料Ｒをスクリュ５の回転により可塑化／計量する際における当該成形材料Ｒを監視するための装置であって、加熱筒２の後部２ｅに配設することにより成形材料Ｒが加熱筒２の内部で変形又は剪断される際に発生する音響放出波Ｗｅを感知して電気信号Ｓｅに変換する音響放出波感知センサ６と、電気信号Ｓｅから成形材料Ｒの変形又は剪断に係わる定量的な音響放出データＤｅを検出する音響放出検出部７と、この音響放出データＤｅの利用に基づく所定の材料対応処理を行う材料対応処理機能部８とを備えてなることを特徴とする。
【００１１】
この場合、発明の好適な態様により、加熱筒２の後部２ｅには、後加熱部３ｅを含む材料供給部４の近傍であって、加熱筒２の外部位置Ｘｏ，Ｘｍ又は内部位置Ｘｉを適用できる。また、音響放出波Ｗｅには、弾性波Ｗｅｄを適用できるとともに、音響放出波感知センサ６には、少なくとも弾性波Ｗｅｄを感知する圧電セラミックス素子６ｓを用いることができる。さらに、材料対応処理機能部８には、少なくとも、音響放出データＤｅに基づく表示を行うデータ表示処理機能部８ｄ、又は成形材料Ｒの可塑化に係わる成形条件の補正を行う補正処理機能部８ｃのいずれか一方又は双方を含ませることができる。なお、この成形条件には、少なくとも後加熱部３ｅに対する温度設定値Ｔｓｅを含ませることができる。一方、音響放出検出部７には、予め設定した検出レベルＶｓ以上となる電気信号Ｓｅにおける音響放出波成分Ｗｅｐ…の数をリングダウン方式によりカウントして音響放出データＤｅを求めるデータ検出処理部７ｓを設けることができる。さらに、材料対応処理機能部８には、音響放出データＤｅに対する閾値Ｄｓを設定して成形材料Ｒに対する良否判断を行う良否判断機能を設けることができるとともに、良否判断機能により材料不良と判断された際に当該材料不良に係わる所定の処理を行う材料不良処理機能部８ｘを設けることができる。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成を有する本発明に係る射出成形機Ｍの材料監視装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１３】
（１）  加熱筒２の後部２ｅに配設することにより成形材料Ｒが加熱筒２の内部で変形又は剪断される際に発生する音響放出波Ｗｅを感知して電気信号Ｓｅに変換する音響放出波感知センサ６を備えるため、音響放出波感知センサ６により感知する音響放出波Ｗｅには、主に、成形材料Ｒが加熱筒２の内部に落下した直後にスクリュ５により変形又は剪断される際に発生する音響放出波Ｗｅが含まれる。即ち、得られる音響放出波Ｗｅは成形材料Ｒの可塑化品質（溶融温度や樹脂形態）、いわば機械的物性（変形性又は剪断性）に基づくものであるため、音響放出波Ｗｅが非正常的な検出結果となった場合には、溶融状態が不良になる可能性が高くなり、その主原因として成形材料Ｒを特定できる。したがって、その原因究明と対応策を速やかに講じることができる。
【００１４】
（２）  可塑化処理の手前で成形材料Ｒの可塑化品質を検出できるため、この検出結果を、この後に行われる可塑化処理の温度制御などに直ちに反映させることができる。したがって、理論的には可塑化不良を未然に回避し、この可塑化不良に基づく成形不良をゼロにできるため、理想的な可塑化処理が実現可能となる。
【００１５】
（３）  好適な態様により、加熱筒２の後部２ｅとして、材料供給部４の近傍における加熱筒２の外部位置Ｘｏ，Ｘｍ又は内部位置Ｘｉを適用すれば、音響放出波感知センサ６を加熱筒２の比較的低温部位における材料供給部４に近接した位置に配設できるため、当該音響放出波感知センサ６を高温から保護できるとともに、成形材料Ｒの可塑化品質を効率的に感知できる。
【００１６】
（４）  好適な態様により、音響放出波Ｗｅに、弾性波Ｗｅｄを適用すれば、成形材料Ｒにおける破砕性等の機械的物性をより精密に検出できるため、音波等の他の波長帯域に比べて的確かつ確実な検出を行うことができる。
【００１７】
（５）  好適な態様により、音響放出波感知センサ６に、少なくとも弾性波Ｗｅｄを感知する圧電セラミックス素子６ｓを用いれば、検出対象の弾性波Ｗｅｄをより正確かつ効率的に検出できる。
【００１８】
（６）  好適な態様により、材料対応処理機能部８に、少なくとも、音響放出データＤｅに基づく表示を行うデータ表示処理機能部８ｄ、又は成形材料Ｒの可塑化に係わる成形条件の設定変更を行う補正処理機能部８ｃのいずれか一方又は双方を含ませれば、オペレータは、データ表示処理機能部８ｄにより、成形材料Ｒの不良状態などを視覚的に知ることができるとともに、補正処理機能部８ｃにより、成形条件を成形材料Ｒにマッチングした大きさに速やかに補正（変更）できる。
【００１９】
（７）  好適な態様により、成形条件に、少なくとも加熱筒２の後部２ｅを加熱する後加熱部３ｅに対する温度設定値Ｔｓｅを含ませれば、音響放出データＤｅに基づいて樹脂の溶融に最も影響する加熱温度、特に、加熱筒２の後部２ｅにおける加熱温度Ｔｄｅを直ちに補正できるなど、効果的な対応策を速やかに講じることができる。
【００２０】
（８）  好適な態様により、音響放出検出部７に、予め設定した検出レベルＶｓ以上となる電気信号Ｓｅにおける音響放出波成分Ｗｅｐ…の数をリングダウン方式によりカウントして音響放出データＤｅを求めるデータ検出処理部７ｓを設ければ、音響放出データＤｅを比較的容易にかつ確実に検出できる。
【００２１】
（９）  好適な態様により、材料対応処理機能部８に、音響放出データＤｅに対する閾値Ｄｓを設定して成形材料Ｒに対する良否判断を行う良否判断機能を設ければ、可塑化処理される手前の段階において成形材料Ｒの良否を知ることができるため、例えば、異物混入や材料間違え等の成形材料Ｒに係わる明らかな材料不良等を容易に発見できる。
【００２２】
（１０）  好適な態様により、材料対応処理機能部８の良否判断機能により材料不良と判断された際に当該材料不良に係わる所定の処理を行う材料不良処理機能部８ｘを設ければ、例えば、射出成形機Ｍの停止やアラーム音等による異常の報知により、必要となる措置を速やかに講じることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好適実施形態に係る材料監視装置の全体の構成（系統）を示す機能ブロック図、
【図２】同材料監視装置を備える射出成形機における射出装置の構造図、
【図３】同材料監視装置に用いる音響放出波感知センサの周波数対音響放出波検出レベル特性図、
【図４】同材料監視装置における音響放出検出部に用いるリングダウン方式により音響放出データを求める際の説明図、
【図５】同材料監視装置における音響放出波感知センサの感知結果を用いた材料監視装置の原理説明図、
【図６】同材料監視装置の処理手順を示すフローチャート、
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
まず、本実施形態に係る材料監視装置１を備える射出成形機Ｍの構成について、図２を参照して説明する。
【００２６】
射出成形機Ｍは、図２に示す射出装置Ｍｉと図示を省略した型締装置を備える。射出装置Ｍｉは、不図示のノズルタッチ用駆動部により前後方向に移動可能な可動台１１の上面に設置される。１２は可動台１１の前部上面に固定した前支持盤部、１３は可動台１１の後部上面に固定した後支持盤部であり、この前支持盤部１２と後支持盤部１３間には、四本のガイドシャフト１４…を架設するとともに、このガイドシャフト１４…にスライドユニット１５をスライド自在に装填する。
【００２７】
また、前支持盤部１２の前面には加熱筒２の後端を取付けることにより前側を前方に突出させる。この加熱筒２は、前端に射出ノズル２ｎを備えるとともに、後部２ｅの上端にはホッパー４ｈを備える。このホッパー４ｈの下端供給口は、鉛直方向の材料供給路４ｒを介して加熱筒２の内部に連通し、この材料供給路４ｒとホッパー４ｈにより材料供給部４を構成する。さらに、射出ノズル２ｎを含む加熱筒２の外周面には、加熱筒２を加熱するバンドヒータを用いた複数の加熱部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅを軸方向に沿って順次付設する。各加熱部３ａ…は、それぞれ独立して付設されるとともに、各加熱ゾーンの加熱温度を検出する複数の温度センサ２４ａ…がセットで付設され、後述する成形機コントローラ３１により加熱温度に対するフィードバック制御が行われる。
【００２８】
加熱筒２の内部にはスクリュ５を挿通させるとともに、このスクリュ５の後端側は、前支持盤部１２に設けた開口部を通して当該前支持盤部１２の後方に至らせる。また、スライドユニット１５の前面部には被動プーリ１６を回動自在に取付け、スクリュ５の後端は当該被動プーリ１６の中心位置に結合する。さらに、スライドユニット１５の上面部には計量用（スクリュ回転用）のサーボモータ１７を固定する。そして、このサーボモータ１７の回転シャフトに駆動プーリ１８を固定し、この駆動プーリ１８と被動プーリ１６間にタイミングベルト１９を架け渡して回転伝達機構を構成する。このサーボモータ１７には当該サーボモータ１７の回転（回転数）を検出するロータリエンコーダ２０が付設されている。
【００２９】
一方、後支持盤部１３の後面には射出用（スクリュ進退用）のサーボモータ２１を固定する。また、後支持盤部１３の前面にはボールねじ機構２２を構成するスクリュ部２２ｓの後端を回動自在に取付け、サーボモータ２１の回転シャフトを当該スクリュ部２２ｓの後端に結合する。このサーボモータ２１には当該サーボモータ２１の回転（回転数）を検出するロータリエンコーダ２３が付設されている。さらに、ボールねじ機構２２を構成するナット部２２ｎの前端は、スライドユニット１５の後面部に固定し、スクリュ部２２ｓの前端側はナット部２２ｎの後端側から螺合する。
【００３０】
他方、３１は射出成形機Ｍの全体の制御を司る成形機コントローラであり、ＣＰＵ，メモリ等のハードウェアを有するとともに、各種演算処理及びシーケンス制御を含む各種制御処理を実行するため処理プログラム（ソフトウェア）を有するコンピュータ機能を備える。したがって、成形機コントローラ３１の出力側ポートには、上述したサーボモータ１７，２１及び各加熱部２ａ…を接続するとともに、成形機コントローラ３１の入力側ポートには、上述したロータリエンコーダ２０，２３、更には各加熱部２ａ…にセットで付設される温度センサ２４ａ…を接続する。以上が射出装置Ｍｉの基本的な構成となる。
【００３１】
次に、本実施形態に係る材料監視装置１の構成について、図１〜図４を参照して説明する。
【００３２】
材料監視装置１は、圧電セラミックス素子６ｓ（図１参照）を利用して構成した音響放出波感知センサ（ＡＥセンサ）６を備え、このＡＥセンサ６は、加熱筒２の後部２ｅに配設する。ＡＥセンサ６は、成形材料Ｒが加熱筒２の内部で変形又は剪断される際に発生する音響放出（アコースティックエミッション：ＡＥ）波Ｗｅ、特に、少なくとも弾性波Ｗｅｄを含む音響放出波Ｗｅを感知して電気信号Ｓｅに変換する機能を備える。図３に、使用したＡＥセンサ６の周波数対音響放出波検出レベル特性Ｐｆを示す。本実施形態に係る材料監視装置１では、成形材料Ｒにおける可塑化品質（溶融温度や樹脂形態）、即ち、変形性又は剪断性（機械的物性）を、音波等の他の波長帯域に比べて、より精密で、的確かつ確実に検出できる弾性波Ｗｅｄを利用する。したがって、ＡＥセンサ６に、少なくとも弾性波Ｗｅｄを感知する圧電セラミックス素子６ｓを用いれば、検出対象となる弾性波Ｗｅｄをより正確かつ効率的に検出できる利点がある。
【００３３】
また、ＡＥセンサ６を配設する加熱筒２の後部２ｅとしては、後加熱部３ｅを付設した加熱筒２の後部２ｅをはじめ、材料供給部４の近傍における加熱筒２の外部位置Ｘｏ，Ｘｍ又は内部位置Ｘｉを適用できる。例示の場合、図２の抽出拡大図において、実線で示すように、加熱筒２の外部上面であって、ホッパー４ｈの近傍における前方を外部位置Ｘｏとして選定した。他方、図２の抽出拡大図において、仮想線で示すように、加熱筒２における後部２ｅの底部外面から取付穴２ｅｈを空け、この取付穴２ｅｈの中を外部位置Ｘｍとして選定してもよいし、加熱筒２の内部に形成される空間２ｅｓであって、材料供給路４ｒの近傍における後方を内部位置Ｘｉとして選定してもよい。なお、この空間２ｅｓは、加熱筒２におけるスクリュ５を挿通させる空間ではない。したがって、加熱筒２の内部位置Ｘｉには、スクリュ５を挿通させる内周面の位置と、図２に示す空間２ｅｓのように、加熱筒２の外周面と内周面の間に形成される空間２ｅｓが含まれる。このように、加熱筒２の後部２ｅとして、材料供給部４の近傍における加熱筒２の外部位置Ｘｏ，Ｘｍ又は内部位置Ｘｉを適用すれば、ＡＥセンサ６を加熱筒２の比較的低温部位における材料供給部４に近接した位置に配設できるため、当該ＡＥセンサ６を高温から保護できるとともに、成形材料Ｒの可塑化品質を効率的に感知できる。
【００３４】
一方、材料監視装置１は、このＡＥセンサ６の出力となる電気信号Ｓｅから成形材料Ｒの少なくとも可塑化品質に係わる定量的な音響放出データＤｅを検出する音響放出検出部７を備えるとともに、この音響放出データＤｅの利用に基づく所定の材料対応処理を行う材料対応処理機能部８を備える。図１は、材料監視装置１全体の構成（系統）を示す機能ブロック図である。図１中、仮想線により囲んだ部分が成形機コントローラ３１の機能部分となる。
【００３５】
音響放出検出部７は、図１に示すように、アンプ部３２，ノイズフィルタ部３３，データ検出処理部７ｓを順次接続して構成する。したがって、ＡＥセンサ６の出力である電気信号Ｓｅは、アンプ部３２の入力部に付与されるとともに、データ検出処理部７ｓの出力部からは音響放出データＤｅが得られる。このデータ検出処理部７ｓは、図４に示すように、予め設定した検出レベルＶｓ以上となる電気信号Ｓｅにおける音響放出波成分Ｗｅｐ…の数をリングダウン方式によりカウントして音響放出データＤｅを求める機能を備える。このようなデータ検出処理部７ｓを設ければ、音響放出データＤｅを比較的容易にかつ確実に検出できる利点がある。
【００３６】
また、材料対応処理機能部８は、図１に示すように、状態判断部８ｊ，制御部（コントローラ本体）３６，設定部３６ｓ及び表示部３６ｄを備えて構成し、この材料対応処理機能部８には、音響放出データＤｅに基づく表示を行うデータ表示処理機能部８ｄと、成形材料Ｒの可塑化に係わる成形条件の設定変更を行う補正処理機能部８ｃが含まれる。このように、材料対応処理機能部８に、少なくとも、データ表示処理機能部８ｄ又は補正処理機能部８ｃのいずれか一方又は双方を含ませれば、オペレータは、データ表示処理機能部８ｄにより、成形材料Ｒの不良状態などを視覚的に知ることができるとともに、補正処理機能部８ｃにより、成形条件を成形材料Ｒにマッチングした大きさに速やかに補正（変更）できる。この成形条件には、少なくとも加熱筒２の後部２ｅを加熱する後加熱部３ｅに対する温度設定値Ｔｓｅが含まれる。このように、成形条件に、後加熱部３ｅに対する温度設定値Ｔｓｅを含ませれば、音響放出データＤｅに基づいて樹脂の溶融に最も影響する加熱温度、特に、加熱筒２の後部２ｅにおける加熱温度Ｔｄｅを直ちに補正できるなど、効果的な対応策を速やかに講じることができる。
【００３７】
したがって、前述したデータ検出処理部７ｓの出力部から得る音響放出データＤｅは、状態判断部８ｊに付与され、この状態判断部８ｊにより成形材料Ｒの状態が判断されるとともに、この判断結果は制御部３６に付与される。この状態判断部８ｊには、音響放出データＤｅに対する閾値Ｄｓを設定して成形材料Ｒに対する良否判断を行う良否判断機能を備える。これにより、可塑化処理される手前の段階において成形材料Ｒの良否を知ることができるため、例えば、異物混入や材料間違え等の成形材料Ｒに係わる明らかな材料不良等を容易に発見できる。なお、この閾値Ｄｓには後述する第一レベルと第二レベルが含まれる。一方、材料対応処理機能部８（制御部３６）には、状態判断部８ｊにおける良否判断機能により材料不良と判断された際に当該材料不良に係わる所定の処理を行う材料不良処理機能部８ｘを備える。この材料不良処理機能部８ｘにより、例えば、射出成形機Ｍの停止やアラーム音等による異常の報知を行うことができる。これにより、材料不良が発生した場合であっても必要となる措置を速やかに講じることができる。
【００３８】
さらに、設定部３６ｓ及び表示部３６ｄは、タッチパネルを付設した液晶ディスプレイにより構成し、制御部３６に接続する。また、前述した温度センサ２４ａ…も制御部３６に接続するとともに、各加熱部（バンドヒータ）３ａ…はヒータドライバ３７ａ…を介して制御部３６にそれぞれ接続する。一方、計量用のサーボモータ１７はモータドライバ（サーボ回路）３８を介して制御部３６に接続するとともに、ロータリエンコーダ２０はモータドライバ３８及び制御部３６に接続する。したがって、制御部３６（成形機コントローラ３１）には、少なくとも本実施形態に係る材料監視装置１を機能させるための処理プログラムを格納する。
【００３９】
次に、本実施形態に係る材料監視装置１の原理について、図１〜図５を参照して説明する。
【００４０】
通常、計量工程では、成形材料Ｒ（ペレット）がスクリュ５のフライト部と材料供給路４ｒの下端エッジ部により加熱筒２の内部に食い込むため、成形材料Ｒが剪断される。成形材料Ｒの剪断時、即ち、固体が破壊及び変形する際には音響放出波Ｗｅを発生し、特に、弾性波Ｗｅｄの放出を伴う。弾性波Ｗｅｄは、剪断時の初期に発生する非可聴周波数領域の成分、特に、数百ｋＨｚ領域の成分であり、一般的には、剪断の進行により可聴周波数領域のクラッシュ音が発生することになる。このように、弾性波Ｗｅｄは、固体が破壊及び変形する際に発生するため、成形材料Ｒが溶解した後は発生しない。
【００４１】
したがって、上述したＡＥセンサ６は、通常（従来）、加熱筒２の中間位置２ｍ又は前部位置２ｆに配設し、これらの位置２ｍ，２ｆにおける弾性波Ｗｅｄを検出すれば、溶融状態の良否を判別できる。例えば、本来、溶融状態であるべき位置であって、かつ弾性波Ｗｅｄを検出しない位置にも拘わらず、弾性波Ｗｅｄを検出したとすれば、完全な溶融状態になっていないことを意味し、溶融状態の良否を判別できる。しかし、この場合、溶融状態に至る履歴は不明であるため、例えば、過剪断によって樹脂焼け等の不良が発生したとしても、その不良（異常）までは検出できない。
【００４２】
これに対して、本実施形態に係る材料監視装置１では、ＡＥセンサ６を、加熱筒２の後部２ｅに配設し、溶融前の成形材料Ｒから発生する弾性波Ｗｅｄを定量的に検出できるようにしたものであり、成形材料Ｒ自身の良否状態を判別できる。このように、本実施形態に係る材料監視装置１は、材料供給部４又はこの近傍において、いわば、材料検査を行うようにしたものである。したがって、このとき得られる情報は、後段で行われる実質的な計量工程における制御動作に反映させることによりフィードフォワード制御に類する制御を行うことができる。
【００４３】
さらに、ＡＥセンサ６を加熱筒２の後部２ｅに配設することにより、成形材料Ｒが溶融するまでの過程の状態を確実に知ることができるため、溶融状態の良否判定のみならず、過剪断による樹脂焼け等の不良をも検出可能になり、可塑化不良に起因して発生する成形不良を未然に回避できるとともに、成形品の高品質化及び品質安定化にも寄与できる。
【００４４】
図５は、加熱筒２の後部２ｅにＡＥセンサ６を配設し、熱影響による弾性波Ｗｅｄの状態を実験的に収集したものであり、いずれも計量工程時における弾性波Ｗｅｄ（電気信号Ｓｅ）を示している。図５中（ａ）及び（ｂ）は加熱部（バンドヒータ）３ａ〜３ｅを全てＯＮにした正常状態における計量工程時のＡＥセンサ６の出力（電気信号Ｓｅ）を示す。同図（ａ）は１ショット目、同図（ｂ）は１０ショット目を示す。いずれも電気信号Ｓｅの振幅は比較的小さく安定している。したがって、適度な大きさの検出レベルＶｓを設定すれば、異常（非正常）と判断されることはない。なお、成形材料Ｒには、ＰＣＴＡ樹脂を用いた。
【００４５】
一方、同図（ｂ）における１０ショット目の後に、後部２ｅを加熱する後加熱部（バンドヒータ）３ｅをＯＦＦにした場合のＡＥセンサ６の出力（電気信号Ｓｅ）を同図（ｃ）〜（ｅ）に示す。この場合、同図（ｃ）に示すように、後加熱部３ｅをＯＦＦにした直後の１１ショット目から電気信号Ｓｅの振幅が大きくなり、符号Ｋで示す計量工程の初期では検出レベルＶｓを越えてしまう。同図（ｄ）における２０ショット目では、さらにその傾向が大きくなり、同図（ｅ）における２５ショット目では、成形品において明確な外観不良を発生する。
【００４６】
このように、成形材料Ｒから発生する弾性波Ｗｅｄに対する熱影響は顕著である。したがって、例えば、外気温の急激な変動や成形材料Ｒの保管状態等により、前述した剪断時における成形材料Ｒの状態（温度状態等）が、通常時と異なるような場合、弾性波Ｗｅｄの大きさにより判別可能である。また、弾性波Ｗｅｄが大きい場合、直ちに、後加熱部３ｅによる加熱温度を高めるようなフィードフォワードに類する制御を行えば、未然に溶融状態の不良、更には成形不良を回避することができる。
【００４７】
次に、射出成形機Ｍにおける射出装置Ｍｉの動作を含む本実施形態に係る材料監視装置１の動作（機能）について、図１〜図５を参照しつつ図６に示すフローチャートに従って説明する。
【００４８】
まず、ホッパー４ｈの中には成形材料（ペレット）Ｒが収容される。これにより、成形材料Ｒは材料供給路４ｒを落下して加熱筒２の内部に供給される。今、射出成形機Ｍは稼動中であり、計量工程が行われているものとする（ステップＳ１）。計量工程では、サーボモータ１７が回転することによりスクリュ５が回転し、この結果、加熱筒２の内部に供給された成形材料Ｒは、スクリュ５により加熱筒２の前方へ移送される。この際、材料供給路４ｒの下端にある成形材料Ｒは、スクリュ５のフライト部と材料供給路４ｒの下端エッジ部により食い込み、加熱筒２の前方に移送されるとともに、加熱筒２は、各加熱部３ａ…により、通常、２００〜３００〔℃〕前後の高温に加熱されるため、成形材料Ｒは前方へ移送されるに従って可塑化・溶融される。
【００４９】
一方、計量工程で発生する弾性波Ｗｅｄ（音響放出波Ｗｅ）は、ＡＥセンサ６により感知され、電気信号Ｓｅに変換される（ステップＳ２）。そして、電気信号Ｓｅは音響放出検出部７に付与され、この音響放出検出部７により電気信号Ｓｅに対する信号処理が行われる（ステップＳ３）。即ち、アンプ３２により電気信号Ｓｅに対する増幅が行われるとともに、増幅された電気信号Ｓｅに対してノイズフィルタ３３による弾性波Ｗｅｄ以外の不要周波数成分（ノイズ）が除去される。この後、ノイズフィルタ３３の出力はデータ検出処理部７ｓに付与され、このデータ検出処理部７ｓにおいて定量的な音響放出データＤｅが求められる。即ち、図４に示すように、増幅され、かつノイズの除去された電気信号Ｓｅから、予め設定した検出レベルＶｓ以上となる音響放出波成分Ｗｅｐ…の数をリングダウン方式によりカウントして音響放出データＤｅを求める（ステップＳ４）。この場合、カウントは、例えば、計量工程の開始から予め設定した一定時間内において行われる。このように、音響放出検出部７に、リングダウン方式によりカウントして音響放出データＤｅを求めるデータ検出処理部７ｓを設ければ、音響放出データＤｅを比較的容易かつ確実に検出できる利点がある。
【００５０】
そして、求めた音響放出データＤｅは状態判断部８ｊに付与され、この状態判断部８ｊにより音響放出データＤｅに対する状態判断処理が行われる（ステップＳ５）。本実施形態は、二段階による判断処理を例示する。最初に、第一の閾値Ｄｓとなる第一レベルによる判断処理を行う（ステップＳ６）。第一レベルは良否判別のためのレベルであり、第一レベル未満であれば、良状態と判断してそのままの状態を継続する（ステップＳ６，Ｓ２…）。これに対して、第一レベル以上の場合は不良状態と判断し、この後は、材料対応処理機能部８により、この音響放出データＤｅの利用に基づく所定の処理を行う。
【００５１】
音響放出データＤｅの第一の利用形態として、データ表示処理機能部８ｄによるデータ表示処理を行う（ステップＳ６，Ｓ７）。これにより、音響放出データＤｅが表示部３６ｄにより表示される。したがって、オペレータは、音響放出状態が不良状態にあることを視覚的に知ることができる。
【００５２】
一方、音響放出データＤｅに対しては、第二の閾値Ｄｓとなる第二レベルによる判断処理を行う（ステップＳ８）。第二レベルは、許容範囲判別のためのレベルであり、第二レベル未満であれば、補正可能範囲として、成形条件を速やかに変更（補正）する処理、即ち、補正処理機能部８ｃにより音響放出状態の検出結果に基づいて成形条件を変更する処理を行う。この場合、制御部３６は、まず、音響放出データＤｅの大きさに基づいて設定変更量の選択を行う（ステップＳ９）。なお、設定変更量の選択は、例えば、音響放出データＤｅの大きさに対応した設定変更量を、予め実験等により求めてデータテーブル化し、補正時に、音響放出データＤｅの大きさに対応した設定変更量を選択すればよい。そして、選択された設定変更量により成形条件に対する設定変更処理を行う（ステップＳ１０）。例えば、音響放出データＤｅが大きくなった場合には、可塑化しにくい成形材料Ｒであると判断し、加熱筒２の後部２ｅに付設した後加熱部３ｅの温度設定値Ｔｓｅが高くなるように変更（補正）する処理を行う。以上の処理が第二の利用形態となる。以降は、射出成形機Ｍが稼動を停止しない限り、同様の処理が継続して行われる（ステップＳ１１，Ｓ１，Ｓ２…）。
【００５３】
これに対して、第二レベル以上の場合には、補正不能範囲であるとして、材料不良処理機能部８ｘにより材料不良に係わる所定の処理を行う（ステップＳ８，Ｓ１２）。具体的には、射出成形機Ｍの稼動を強制的に停止したりアラーム音等による異常報知を行う。このように、材料対応処理機能部８の良否判断機能により、材料不良と判断された際に当該材料不良に係わる所定の処理を行う材料不良処理機能部８ｘを設ければ、必要となる措置を速やかに講じることができる。
【００５４】
このように、材料対応処理機能部８に、音響放出データＤｅに対する閾値Ｄｓを設定して成形材料Ｒに対する良否判断を行う良否判断機能を設ければ、可塑化処理される手前の段階において、成形材料Ｒに対する良否判別、例えば、異物混入や材料間違え等の成形材料Ｒに係わる明らかな不良を発見できる。
【００５５】
よって、このような本実施形態に係る材料監視装置１によれば、加熱筒２の後部２ｅに配設することにより成形材料Ｒが加熱筒２の内部で変形又は剪断される際に発生する音響放出波Ｗｅを感知して電気信号Ｓｅに変換する音響放出波感知センサ６を備えるため、音響放出波感知センサ６により感知する音響放出波Ｗｅには、主に、成形材料Ｒが加熱筒２の内部に落下した直後にスクリュ５により変形又は剪断される際に発生する音響放出波Ｗｅが含まれる。即ち、得られる音響放出波Ｗｅは成形材料Ｒの可塑化品質（溶融温度や樹脂形態）、いわば機械的物性（変形性又は剪断性）に基づくものであるため、音響放出波Ｗｅが非正常的な検出結果となった場合には、溶融状態が不良になる可能性が高くなり、その主原因として成形材料Ｒを特定できる。したがって、その原因究明と対応策を速やかに講じることができる。また、可塑化処理の手前で成形材料Ｒの可塑化品質を検出できるため、この検出結果を、この後に行われる可塑化処理の温度制御などに直ちに反映させることができる。したがって、理論的には可塑化不良を未然に回避し、この可塑化不良に基づく成形不良をゼロにできるため、理想的な可塑化処理が実現可能となる。
【００５６】
以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、材料供給部４の近傍における加熱筒２の外部位置Ｘｏ，Ｘｍ又は内部位置Ｘｉは、例示の位置に限定されるものではなく、本発明の目的を達成し得る他の位置を適用できる。また、圧電セラミックス素子６ｓを用いたＡＥセンサ６を例示したが、他の検出原理に基づく各種センサを適用できる。さらに、材料対応処理機能部８として、データ表示処理機能部８ｄと補正処理機能部８ｃを例示したが、その他、通信処理機能部や記録（記憶）処理機能部等の、各種処理機能部を適用できる。一方、補正（変更）する成形条件として、加熱筒２の後部２ｅを加熱する後加熱部３ｅに対する温度設定値Ｔｓｅを例示したが、他の加熱ゾーンにおける加熱部３ａ…に対する温度設定値や他の要素、例えば、スクリュ５の回転速度等の成形条件を適用してもよい。特に、補正（変更）は、自動補正（自動変更）する場合を示したが、オペレータがデータ表示処理機能部８ｄにより表示部３６ｄに表示される音響放出データＤｅを確認し、設定部３６ｓから手動により入力してもよい。また、音響放出データＤｅを求める方式としてリングダウン方式を例示したが、弾性波Ｗｅｂ（電気信号Ｓｅ）の面積（エネルギ）から音響放出データＤｅを求めるなど、他の各種方式を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る材料監視装置は、加熱筒の内部に成形材料を供給して可塑化／計量する射出装置を備える各種の射出成形機に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１：材料監視装置，２：加熱筒，２ｅ：加熱筒の後部，３ａ…：加熱部，３ｅ：後加熱部，４：材料供給部，５：スクリュ，６：音響放出波感知センサ，６ｓ：圧電セラミックス素子，７：音響放出検出部，７ｓ：データ検出処理部，８：材料対応処理機能部，８ｄ：データ表示処理機能部，８ｃ：補正処理機能部，８ｘ：材料不良処理機能部，Ｍ：射出成形機，Ｒ：成形材料，Ｗｅ：音響放出波，Ｗｅｄ：弾性波，Ｗｅｐ…：音響放出波成分，Ｓｅ：電気信号，Ｄｅ：音響放出データ，Ｘｏ：外部位置，Ｘｍ：外部位置，Ｘｉ：内部位置，Ｖｓ：検出レベル
【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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