(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱筒の前端部が金型と接続された状態でスクリュの回転により金型のキャビティ内に溶融樹脂を充填していき、スクリュの背圧が予め設定された値となったときにスクリュを前進させて加熱筒内の溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填させる工程に移行させる
ことを特徴とする射出成形機の射出制御方法。
【請求項２】
加熱筒の前端部が金型と接続された状態でスクリュの回転により金型のキャビティ内に溶融樹脂を充填していき、スクリュの後退速度が予め設定された値以上になったときにスクリュを前進させて加熱筒内の溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填させる工程へ移行させる
ことを特徴とする射出成形機の射出制御方法。
【請求項３】
加熱筒の前端部が金型と接続された状態でスクリュの回転により金型のキャビティ内に溶融樹脂を充填していき、スクリュの背圧が予め設定された値となったときにスクリュを前進させて加熱筒内の溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填させる工程に移行させるようにサーボモータを制御する制御装置を備えた
ことを特徴とする射出成形機。
【請求項４】
加熱筒の前端部が金型と接続された状態でスクリュの回転により金型のキャビティ内に溶融樹脂を充填していき、スクリュの後退速度が予め設定された値以上になったときにスクリュを前進させて加熱筒内の溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填させる工程へ移行させるようにサーボモータを制御する制御装置を備えた
ことを特徴とする射出成形機。
【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の射出制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は電動式の射出成形機の要部の概略構造を示す断面図である。インラインスクリュ式射出成形機の運転は次のように行われる。回転用サーボモータ（１１）を作動させスクリュ（４）を回転させると、原料樹脂（３）は原料供給ホッパ（１６）より加熱筒（１３）内に引き込まれる。引き込まれた原料樹脂（３）は加熱筒（１３）の外周に巻着されているヒータ（１４）によって加熱され、スクリュ（４）の回転による剪断とによって溶融混練され、可塑化されながら加熱筒（１３）前端部、すなわちノズル（１７）方向に送られて行く。このとき、スクリュ（４）は、反力を受けて図の右方向に後退する。
【０００３】
金型（１）に接したノズル（１７）部は前回の射出により形成されたキャビティ内の成形品により塞がれているため、スクリュ（４）の回転により前方に送られた溶融樹脂はスクリュ前方に貯溜していくことになる。そして、この前方に貯溜した溶融樹脂の増加により発生する樹脂圧のためにスクリュ（４）は次第に後退する。
【０００４】
一般的にはスクリュ（４）の後退量（ストローク）を検出することにより、加熱筒（１３）の前端側に溜まった溶融樹脂の量を計量する。溶融樹脂の計量により溶融樹脂量が成形に適した量であることがわかると、スクリュ（４）の回転を停止し、少し後退させて加熱筒（１３）内の圧力を一旦下げる。これは、前回の射出により形成された成形品を取り出すために型開きする際に、加熱筒（１３）内の溶融樹脂がノズル（１７）より漏れ出すのを防止するためである。
【０００５】
冷却が完了して型開きして成形品を取り出した後、型を閉じ、加熱筒内に貯溜した溶融樹脂を射出する。金型のキャビティ容積（成形品体積に相当）が、加熱筒に蓄えることのできる容積に近い場合は安定した成形はできなかった。現実的には、加熱筒に蓄え得る最大値（理論射出能力）の８０％以上の成形品は射出成型することは非常に困難であった。
【０００６】
このような場合はスクリュを大径化し容積を大きくすることにより対応することもできるが、装置のコスト等の点で問題がある。更に、スクリュを大径化すると射出圧力が低下するという弊害が生じる。
【０００７】
更に射出容量が増加しても、投影面積の大きな成形品の場合は、型締め力が不足する事態となり、型締め装置の強力化が必要となるため、コストが更に上昇してしまう。
【０００８】
又、高速で充填されるために空気の巻き込みが生じ、型内空気や樹脂から発生するガスの排出も不確実となりやすく、ヤケやボイド，シルバーの発生が生じやすい。
【０００９】
従来の射出制御方法では所定量の溶融樹脂が加熱筒内に計量してから実際に射出するまでに、上記したような加熱筒内の減圧や金型の開閉等で時間を要する。そのため樹脂の流動性が低下しやすいという問題もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、射出成形するにあたり、加熱筒に蓄えられる溶融樹脂の容量以上の大きさの射出成形品を成形することができ、しかも加熱筒内での溶融樹脂のヤケや、成形品のシルバー等をなくすことのできる方法が求められている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の射出成形機の射出制御方法は、加熱筒の前端部が金型と接続された状態でスクリュの回転により金型のキャビティ内に溶融樹脂を充填していき、スクリュの背圧が予め設定された値となったときにスクリュを前進させて加熱筒内の溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出充填させる工程へ移行させることを特徴とする。
【００１２】
これによれば低速射出として、スクリュに適当な背圧を加えて回転させることにより充填させ、充填が適度に進んだ段階でスクリュを前進させ金型キャビティ内への充填，加圧を完了させ、保圧を加えることができる。
【００１３】
適切な背圧を加えた状態でのスクリュ回転により金型キャビティへ溶融樹脂をある程度充填させるので、加熱筒の容積がキャビティの容積よりも小さくてもキャビティ内に溶融樹脂を満たすことができる。したがって、スクリュ径を必要以上に大きくすることもなく、設備費用も増大することもない。
【００１４】
そして、溶融樹脂が加熱筒内に滞留している時間は短く、長時間の加熱による熱履歴の影響も少ない。更にスクリュの位置がほとんど変化しないで可塑化できるので、スクリュ回転量の違い，加熱筒に接触する加熱時間の違いによる可塑化・混練むらも発生しにくい。
【００１５】
キャビティには強い圧力がかからずに充填されていくため、型締め力は過度に強くする必要はない。又、低速で充填されるために空気の巻き込みや剪断による内部応力も少なくでき、型内空気や樹脂から発生するガスの排出も確実となり、ヤケやボイド，シルバーの発生も大幅に減少すると共に、成形品の収縮による歪みも緩和される。
【００１６】
更に、スクリュの回転停止と同時にスクリュ前進による射出圧を加え充填し、その後保圧へ進むようにしているので、溶融樹脂の流動性・圧力の伝達がよく、転写性の向上が図られる。
【００１７】
請求項２記載の射出成形機の射出制御方法は、加熱筒の前端部が金型と接続された状態でスクリュの回転により金型のキャビティ内に溶融樹脂を充填していき、スクリュの後退速度が予め設定された値以上になったときにスクリュを前進させて加熱筒内の溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出充填させる工程へ移行させることを特徴とする。
【００１８】
スクリュの回転による低速充填からスクリュの前進による射出充填に切り替えるタイミングをスクリュの後退速度で制御する。その他は、基本的に上記請求項１の射出制御方法と同様の作用により、同様の効果が得られる。
【００２０】
請求項３および４は前記方法を実施するための射出成形機である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。
［実施例１］
本発明の射出制御方法は電動式の射出成形機でも、油圧式の射出成形機でも適用することができる。図１は電動式の射出成形機の要部の概略構造を示す断面図であり、射出機構部（ａ）と金型機構部（ｂ）とに大別することができる。
【００２２】
射出機構部（ａ）は、スクリュ（４）を回転及び前進・後退させるための駆動機構部（１０）、スクリュ（４）を回転させる回転用サーボモータ（１１）、スクリュ（４）を前進・後退させる射出用サーボモータ（１２）、原料樹脂混練及び射出用のスクリュ（４）、スクリュ（４）が進退・回転可能収納されている加熱筒（１３）、加熱筒（１３）に巻設されたヒータ（１４）、スクリュ（４）と駆動機構部（１０）との間に配設され、スクリュ（４）に掛かる圧力を検出している射出用ロードセル（１５）、原料供給ホッパ（１６）並びに例えばロータリエンコーダのようなもので構成されている射出位置検出器とで構成されている。（１７）は加熱筒（１３）前端部のノズル部である。金型機構部（ｂ）は２つの金型（１ａ），（１ｂ）を有し、金型（１ａ），（１ｂ）間にはキャビティ（２）が形成される。
【００２３】
（８）は制御装置で、本射出成形機（Ａ）全体の制御を司るものであり、その中の１つの機能として、射出用ロードセル（１５）やロータリエンコーダからの信号その他各種センサからの信号を得て回転用サーボモータ（１１）や射出用サーボモータ（１２）の制御を行うようになっている。（９）はモニタ用のティスプレイであり、制御に必要な画面がオペレータの選択によって次々に表示するようになっている。
【００２４】
図２は運転開始からの時間に伴う背圧の変化を示した図である。運転開始直後の初期段階では、キャビティ（２）内には樹脂が充填されていないので、加熱筒（１３）内の溶融樹脂は大きな抵抗を受けることなくキャビティ（２）内に充填されていく。そのためスクリュ（４）に掛かる樹脂の圧力は小さい。そして、ある程度キャビティへの溶融樹脂の充填が進むとスクリュ（４）の背圧が上昇し始める。
【００２５】
スクリュ（４）の背圧は射出用ロードセル（１５）により検出される。適度に充填された際の背圧をあらかじめ設定しておき、背圧が所定の設定圧に達したことを検出した時に回転用サーボモータ（１１）を停止し、射出用サーボモータ（１２）を作動させることによりスクリュ（４）を前進させて加熱筒（１３）のノズル（１７）先端から溶融樹脂をキャビティ（２）に射出して充填を完了させる。そして、その状態で成形品がある程度固化するまで保圧を加えるのは従来と同様である。
【００２６】
キャビティ（２）へスクリュ（４）の回転により溶融樹脂を充填し、適当な量となったことを検出して、スクリュ（４）前進による射出充填へ移行するように制御するので、加熱筒（１３）の容量がキャビティ（２）の容積よりも小さくてもキャビティ（２）内を溶融樹脂で満たすことができ、適切な時点で射出圧（高圧）を加えることができる。
【００２７】
そして、スクリュ（４）の回転による充填段階では、溶融樹脂は強い圧力を受けることなく充填されるので型締め力の強力化もほとんど必要なく、スクリュ径の拡大の必要もないため、設備費等を増大させることなく、大きな容積の成形品を射出成形することができる。
【００２８】
又、スクリュ（４）の回転による充填段階では、溶融樹脂は加熱筒（１３）内にとどまることなく連続的にキャビティ（２）に充填されていくため、長時間の加熱による熱履歴の影響もなく、ヤケ等の材料劣化が起こりにくい。そして、この時スクリュ位置の変化が少ない（スクリュ有効長がほぼ一定である）ために可塑化・混練が安定する。
【００２９】
又、ゆっくりと充填されるため空気の巻き込みも少なく、型内残留空気や樹脂から発生するガスの抜けも良くなり、ヤケやボイド、シルバーが発生しにくくなるとともに溶融樹脂の充填密度も若干高くなり、成形品の収縮率が小さくなるため、歪みやソリも緩和される。更に、低速充填後の射出圧を加える時間も距離も短いため、充填完了時のサージ圧も小さくできるので溶融樹脂の内部応力が緩和され、ソリが軽減される。
【００３０】
本発明に用いた射出成形機は、構造自体は自体は通常の射出成形機と変わらないので、設定(プログラム)を変更することにより通常の射出成形に用いることもできる。このことは下記の実施例２においても同様である。
【００３１】
［実施例２］
実施例１では背圧の変化（増加）を検出してスクリュ前進による射出充填に切り替えたが、本実施例ではスクリュ前進による射出充填への切り替えをスクリュの後退速度の変化（増加）により制御している。すなわち、スクリュの後退速度が所定速度以上になったことを検出してスクリュ前進による射出充填に切り替えている。それ以外は実施例１と同様である。
【００３２】
図３は運転開始からの時間に伴うスクリュ後退速度の変化を示した図である。初期の段階では溶融樹脂はキャビティ（２）に大きな抵抗を受けることなく次々と充填されていくので、スクリュ（４）には圧力があまりかからず、スクリュ（４）はほとんど後退しない。したがって、初期段階では後退速度は小さい。しかしキャビティ（２）への溶融樹脂の充填がある程度進むと、充填された溶融樹脂の金型内での流動抵抗が大きくなり背圧とのバランスで、加熱筒（１３）前端部に溶融樹脂が貯溜し始める。
【００３３】
これにより、スクリュには溶融樹脂の圧力がかかり、時間の経過と共に圧力は増加し、スクリュの後退速度も増加する。予め適当な充填量の時のスクリュ後退速度を求めておき、その速度を設定しておく。そして、スクリュ（４）の後退速度が設定値に達したときに、スクリュ前進による射出充填へと移行するよう制御する。
【００３６】
背圧が高い場合には背圧によりスクリュの変位が少なくなるのでスクリュの後退速度や後退位置を検出するよりも、実施例１のように背圧を検出する方式の方が適用が容易である。反対に、背圧が低い場合にはスクリュの変位が大きく背圧の変化が少なくなるので実施例２のようにスクリュの後退速度を検出する方が適用が容易である。
【００３７】
なお、スクリュ前進による射出充填への移行をタイマーで制御し、予め設定した時間の経過後に射出に切り替える方法も考えられるが、キャビティに溶融樹脂がある程度充填されるのに要する時間は一定ではなく、樹脂の材質や原料となる樹脂ベレットの形状や加熱筒の温度等により大きく変化し、不安定である。したがって、タイマーにより充填を射出に切り替えるようにすると、切り替えが早過ぎてキャビティに十分な量の樹脂が充填できず、製品にヒケや欠損部分（樹脂がまわっていない部分）を生じることがある。したがって、タイマーによる切り替えの制御は不適当である。
【００３８】
又、上記の各実施例では図１に示したように駆動機構部(10)としてナット(10a)が固定されており、射出用サーボモータでネジ(10b)を回すことによりスクリュ(4)を押出すような例を示したが、図４に示すように駆動機構部としてネジ(10b)が固定され、ナット(10a)を射出用サーボモータで回転させてスクリュ(4)を押出すナット回転駆動方式の射出成形機に適応しても同様の効果が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明により、射出成形するにあたり、加熱筒に蓄えられる溶融樹脂の容量以上の大きさの射出成形品を成形することができ、しかも加熱筒内での溶融樹脂のヤケやシルバー、成形品の欠陥をなくすことのできる射出成形機とその射出制御方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】射出成形機の要部の概略構造を示す断面図。
【図２】運転開始からの時間に伴う背圧の変化を示した図。
【図３】運転開始からの時間に伴うスクリュ後退速度の変化を示した図。
【図４】ナット回転駆動方式の射出成形機の要部の概要を示した図。
【符号の説明】
（Ａ）  射出成形機
（ａ）射出機構部
（ｂ）金型機構部
（１）  金型
（２）  金型キャビティ
（３）  樹脂
（４）  スクリュ
（８）  制御装置
（１１）  回転用サーボモータ
（１２）  射出用サーボモータ
（１３）  加熱筒
（１４）  ヒータ
（１５）  射出用ロードセル
（１６）  原料供給ホッパ
（１７）    ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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