(57)【要約】【課題】射出成形機において計量異常を確実に検出することができる計量方法を提供する。【解決手段】  スクリュ（３）を回転して樹脂を可塑化する計量工程において、所定の監視を実施する。射出成形機の射出装置（１）は、加熱シリンダ（２）と、回転方向と軸方向とに駆動可能なスクリュ（３）とからなるが、計量工程においては、スクリュ（３）は回転数制御で回転し所定の背圧を印加する。計量工程の開始から完了までの計量時間（２１）において時間毎のスクリュ位置の変化を監視し、予め設定した時間毎のスクリュ位置の変化である基準スクリュ位置変化（２３）と比較して、所定の偏差（２５）が発生したら異常が発生したと判断する。また計量時間（２１）において時間毎のスクリュ（３）の駆動トルクの変化を監視し、予め設定した時間毎の駆動トルクの変化である基準駆動トルク変化（２４）と比較して、所定の偏差（２７）が発生したら異常が発生したと判断する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュとからなる射出装置を備えた射出成形機において前記スクリュを回転して樹脂を可塑化する計量工程における計量方法であって、
計量工程は、目標回転数に制御する回転数制御で前記スクリュを回転すると共に前記スクリュに所定の背圧を印加して実施するようにし、計量工程の開始から完了までの計量時間において時間毎のスクリュ位置の変化を監視し、予め設定した時間毎のスクリュ位置の変化である基準スクリュ位置変化と比較して、所定の偏差が発生したら異常が発生したと判断することを特徴とする、射出成形機における計量方法。
【請求項２】
請求項１に記載の計量方法において、前記基準スクリュ位置変化は、良品が得られたときの成形サイクルの計量工程の前記計量時間における時間毎のスクリュ位置の変化であることを特徴とする、射出成形機における計量方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の計量方法において、前記計量時間において時間毎の前記スクリュの駆動トルクの変化を監視し、予め設定した時間毎の駆動トルクの変化である基準駆動トルク変化と比較して、所定の偏差が発生したら異常が発生したと判断することを特徴とする、射出成形機における計量方法。
【請求項４】
請求項３に記載の計量方法において、前記基準駆動トルク変化は、良品が得られたときの成形サイクルの計量工程の前記計量時間における前記スクリュの駆動トルクの変化であることを特徴とする、射出成形機における計量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱シリンダと該加熱シリンダ内に設けられ回転方向と軸方向とに駆動されるスクリュとからなる射出装置を備えた射出成形機において、スクリュを回転して樹脂を計量する計量方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来周知のように射出成形機は、一対の金型、これらの金型を型締する型締装置、樹脂材料を溶融して金型内に射出する射出装置等から構成されている。そして射出装置は加熱シリンダとこの加熱シリンダ内で回転方向と軸方向に駆動可能に設けられているスクリュとから構成されている。成形品を成形する成形サイクルにおいて、計量工程は射出に必要な溶融樹脂を計量する工程であり、次のように実施する。すなわち、加熱シリンダを加熱してスクリュに所定の背圧を印加した状態でスクリュを回転させ、加熱シリンダの後方のホッパから材料の樹脂ペレットを供給する。そうすると樹脂ペレットはスクリュによって前方に送られる過程で加熱シリンダの熱とスクリュの摩擦熱によって溶融する。溶融した樹脂がスクリュの前方に蓄積され、背圧に抗してスクリュが後退する。これによって所定量の溶融樹脂が計量される。ところで計量工程においてはスクリュが空下がりして計量される溶融樹脂の密度が低下することもあるし、樹脂ペレットが適切に供給されずにスクリュが空転することもある。そうすると計量される樹脂量が不安定になる。そこで計量工程において適切な量の樹脂を計量する方法や、計量工程における異常の発生を検出する方法が色々な特許文献において提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２６０１９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８７９８号公報
【０００４】
特許文献１には、計量工程において適切な樹脂量を計量する方法が記載されている。射出成形機においては、計量工程の開始から完了時までスクリュ位置は単調増加するが、スクリュを駆動するトルクも変化する。この方法では最初に、良品が得られたときの計量工程について、計量工程の開始時のスクリュ位置から完了時のスクリュ位置の範囲で駆動トルクを測定してこれを積分する。得られた積分値を基準値として記憶する。毎回の成形サイクルの計量工程において、計量工程の開始時からスクリュ位置をパラメータとして駆動トルクを積分するようにし、この積分値が基準値に達したら必要な樹脂量が計量したと判断し、計量工程を完了する。すなわちスクリュの回転を停止する。このように計量工程の完了を決定すると、毎回の成形サイクルにおいて、良品が得られたときに計量された樹脂と等しい容量の樹脂を計量することができる。
【０００５】
特許文献２には、射出ノズルを金型から離間させた状態で計量工程を実施するとき、計量異常の発生を検出する方法が記載されている。一般的にスクリュには、スクリュのフライトの形状等によって、スクリュを最大回転数で回転したときの可塑化量が最大可塑化能力として与えられている。可塑化量はスクリュの回転数に比例するので、この最大可塑化能力をもとにスクリュを所定の回転数で回転したときの理論上の可塑化量を計算する。そしてこの理論上の可塑化量からスクリュの後退速度を計算し、標準後退速度とする。毎回の成形サイクルの計量工程において、スクリュの後退速度を検出し、標準後退速度と比較して所定の大きさだけ大きかったらスクリュが空下がりするいわゆるスパイラルバックが発生していると判断し、小さかったら射出ノズルから樹脂が垂れるいわゆるハナタレが発生していると判断するようにする。これによって計量工程における異常を検出することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の計量方法は、計量工程におけるスクリュの駆動トルクの積算値が基準値に達したら必要な樹脂量の計量が完了したと判断するようになっている。そうすると、計量工程が完了したことをスクリュ位置によって判断しなくても、必要な樹脂量が計量できるので優れてはいる。また特許文献２に記載の方法によれば、スクリュの回転数からスクリュの理論上の後退速度である標準後退速度を計算し、実際のスクリュの後退速度をこれと比較して計量異常を検出するようにしているので、精度良く異常を検出できると言える。しかしながら、解決すべき問題も見受けられる。まず、特許文献１に記載の計量方法に関しては、異常の発生を検出できないという問題がある。例えば計量工程において樹脂に異物が混入する等の異常が発生する可能性があるがこれを検出することはできない。異物が混入する等の計量異常が発生するとスクリュの駆動トルクは一時的に高くなったり不安定になることが予想される。またいわゆるスパイラルバック作用によってスクリュが後退すると駆動トルクは一時的に低くなることも予想される。しかしながら特許文献１に記載の方法は、積算値としてのトルクしか監視していないので、途中でトルクが不安定になってもこれを検出できない。また、この方法においては必要な樹脂量を必ずしも正確に計量できるとは限らないし、樹脂が適切な密度になることを保証できないという問題もある。例えば、樹脂は温度が変化するだけで粘度が変化してスクリュの駆動トルクが変化するはずである。このような樹脂の温度によって変化する駆動トルクをもとに計量完了の判断をすると、必要な樹脂量が計量されなかったり、過剰な樹脂量が計量されることもあり得る。スパイラルバック作用によりスクリュが後退するとき計量される樹脂の密度は低下するが、駆動トルクの積算が基準値に達したときに計量を完了するだけでは、適切な密度の樹脂が計量されているかどうか判断できない。特許文献２に記載の方法については、スクリュの後退速度が、スクリュの回転数に比例しているとする前提に若干の問題が見受けられる。スクリュによって可塑化して前方に送られる樹脂は、スクリュのフライトによって押し出される。計量開始時においてはスクリュは前方にあるので樹脂はスクリュ全体のフライトによって前方に押し出される。しかしながら計量完了直前においてはスクリュが後退しているのでスクリュの後方のフライトは樹脂の押し出しには寄与しない。これによって計量完了直前の可塑化能力はわずかに低下する。このように厳密にはスクリュ位置によって可塑化される樹脂量は変化するはずであるが、特許文献２に記載の方法においては、標準後退速度を計算するとき、このようなスクリュ位置による可塑化量の変化の影響を考慮していないので、精度良く計量異常を検出できないケースが考えられる。特許文献２に記載の方法は、射出ノズルが金型から離間している場合の計量工程の監視に限定しているので、射出ノズルを金型にタッチした状態で計量する計量工程には適用できないという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記したような問題点を解決した、射出成形機における計量方法を提供することを目的とし、計量工程の全体に渡って監視して計量工程中に発生する異常を確実に検出することができ、従って適切な計量工程を実施して適切な密度の樹脂を適量計量することができる射出成形機における計量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】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、射出成形機においてスクリュを回転して樹脂を可塑化する計量工程において、所定の監視を実施する計量方法として構成する。射出成形機の射出装置は、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュとからなるが、計量工程においては、目標回転数になるように制御する回転数制御でスクリュを回転し、スクリュに所定の背圧を印加して実施する。計量工程の開始から完了までの計量時間において時間毎のスクリュ位置の変化を監視し、予め設定した時間毎のスクリュ位置の変化である基準スクリュ位置変化と比較して、所定の偏差が発生したら異常が発生したと判断する。また計量時間において時間毎のスクリュの駆動トルクの変化を監視し、予め設定した時間毎の駆動トルクの変化である基準駆動トルク変化と比較して、所定の偏差が発生したら異常が発生したと判断するようにする。
【０００９】
かくして、請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュとからなる射出装置を備えた射出成形機において前記スクリュを回転して樹脂を可塑化する計量工程における計量方法であって、計量工程は、目標回転数に制御する回転数制御で前記スクリュを回転すると共に前記スクリュに所定の背圧を印加して実施するようにし、計量工程の開始から完了までの計量時間において時間毎のスクリュ位置の変化を監視し、予め設定した時間毎のスクリュ位置の変化である基準スクリュ位置変化と比較して、所定の偏差が発生したら異常が発生したと判断することを特徴とする、射出成形機における計量方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の計量方法において、前記基準スクリュ位置変化は、良品が得られたときの成形サイクルの計量工程の前記計量時間における時間毎のスクリュ位置の変化であることを特徴とする、射出成形機における計量方法として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の計量方法において、前記計量時間において時間毎の前記スクリュの駆動トルクの変化を監視し、予め設定した時間毎の駆動トルクの変化である基準駆動トルク変化と比較して、所定の偏差が発生したら異常が発生したと判断することを特徴とする、射出成形機における計量方法として構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の計量方法において、前記基準駆動トルク変化は、良品が得られたときの成形サイクルの計量工程の前記計量時間における前記スクリュの駆動トルクの変化であることを特徴とする、射出成形機における計量方法として構成される。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明は、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュとからなる射出装置を備えた射出成形機においてスクリュを回転して樹脂を可塑化する計量工程における計量方法として構成される。そして計量工程は、目標回転数に制御する回転数制御でスクリュを回転すると共にスクリュに所定の背圧を印加して実施するようにする。この点においては従来の計量方法と同様である。しかしながら本発明においては、計量工程の開始から完了までの計量時間において時間毎のスクリュ位置の変化を監視し、予め設定した時間毎のスクリュ位置の変化である基準スクリュ位置変化と比較して、所定の偏差が発生したら異常が発生したと判断するように構成されている。従ってスクリュの空回り、いわゆるスパイラルバック作用等によりスクリュの後退速度が正常時より大きくなったり、あるいは材料である樹脂ペレットの供給が滞って可塑化量が低下し、スクリュの後退速度が正常時より小さくなると、直ちに異常を検出することができる。このような異常を検出できるので、本発明による計量方法は、適切な樹脂量を計量できると共に、樹脂は適切な密度で計量されることが保証される。そして異常の検出は計量時間の全体において実施されるので、計量時間のどのタイミングで異常が発生しても検出することができる。そしてこのように計量異常を監視して計量する計量方法は、射出ノズルが金型にタッチした状態で実施しても、離間した状態で実施しても同様に実施でき、優れている。他の発明によると、基準スクリュ位置変化は、良品が得られたときの成形サイクルの計量工程の計量時間における時間毎のスクリュ位置の変化としている。そうすると、基準スクリュ位置変化は容易に決定することができる。他の発明によると、計量時間において時間毎のスクリュの駆動トルクの変化を監視し、予め設定した時間毎の駆動トルクの変化である基準駆動トルク変化と比較して、所定の偏差が発生したら異常が発生したと判断するように構成されている。スパイラルバック作用によりスクリュが後退したり、樹脂ペレットの供給が滞って加熱シリンダ内の樹脂量が少なくなると駆動トルクが低下する。この発明ではこのような異常を速やかに検出することができる。他の発明によると、基準駆動トルク変化は、良品が得られたときの成形サイクルの計量工程の計量時間におけるスクリュの駆動トルクの変化であるとしており、容易に基準駆動トルク変化を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る射出成形機の射出装置を模式的に示す正面断面図である。
【図２】計量工程における各種データの時間毎の変化を示すグラフであり、その（ア）はスクリュの回転数を、その（イ）はスクリュ位置の変化を、その（ウ）はスクリュを駆動する駆動トルクの変化を、それぞれ示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を説明する。本発明の実施の形態に係る計量工程における計量方法、以下本実施の形態に係る計量方法を実施する射出成形機も、従来の射出成形機と同様に構成されている。すなわち、一対の金型、この金型を型締めする型締装置、材料の樹脂を溶融して型締された金型に射出する射出装置１、等から構成されている。図１には射出装置１が模式的に示されているが、射出装置１は加熱シリンダ２、この加熱シリンダ２内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ３、等から構成されている。加熱シリンダ２の先端には金型に樹脂を射出する射出ノズル５が、加熱シリンダ２の後端寄りには加熱シリンダ２内に材料の樹脂ペレットを供給するホッパ６が設けられている。そして射出装置１の後方には、スクリュ３を回転方向と軸方向とに駆動する駆動機構８が設けられている。スクリュ３の先端部には従来周知の逆流防止装置９が設けられ、スクリュ３を回転して溶融樹脂を計量するときには計量の妨げにはならないが、スクリュ３を軸方向に駆動して射出するときには溶融樹脂の逆流を防止するようになっている。駆動機構８は、周知の色々な機構から構成することができるので図１には簡略的に示されているが、スクリュ３を回転方向に駆動するモータ１１と、スクリュ３を軸方向に駆動する駆動装置１２とから構成されている。駆動装置１２は、スクリュ３を所望の駆動力で軸方向に駆動できるようになっており、図には示されていないが、この駆動力を検出するセンサと位置を検出するセンサが設けられている。従って溶融樹脂を計量するときに所望の背圧をかけることができると共に、その背圧を検出することができ、スクリュ３の位置、つまりスクリュ位置を精度良く検出できるようになっている。同様に図には示されていないが、モータ１１には回転数を検出するセンサが設けられている。これによって所望の回転数でスクリュ３を回転制御できるようになっている。またスクリュ３を駆動する駆動トルクはモータ１１に供給される三相交流電力から検出されるようになっている。このようなモータ１１と駆動装置１２は、図示されていない射出成形機のコントローラに接続され、コントローラによって駆動されるようになっている。
【００１３】
本実施の形態に係る計量方法を説明する。本実施の形態に係る計量方法は、成形条件が適切に調整された状態で実施する計量方法であり、計量異常が発生したときに異常を検出する点に特徴がある。従って金型が取り替えられたり、樹脂の種類が変更されたときには、そのたびに成形条件を適切に実施して良品が成形できるように成形条件を調整し、その後実施することになる。本実施の形態に係る計量方法を実施する事前準備として、基準スクリュ位置変化と基準駆動トルク変化とを得る。基準スクリュ位置変化は本明細書における用語である。基準スクリュ位置変化は、計量工程の開始から完了までの計量時間において、時間毎に変化するスクリュ位置の変化であって、良品が得られるような成形サイクルを実施したときの計量工程におけるスクリュ位置の変化のことである。基準駆動トルク変化も本明細書における用語であり、計量工程の開始から完了までの計量時間において、時間毎に変化するスクリュ３の駆動トルクの変化であって、良品が得られるような成形サイクルを実施したときの計量工程における駆動トルクの変化のことである。例えば、次のようにして基準スクリュ位置変化と基準駆動トルク変化とを得る。まず、計量工程において、その開始から完了までの計量時間２１において、図２の（ア）のグラフ２２に示されているように、スクリュ３を回転数を制御する回転数制御によって回転するようにし、そして良品が成形できるように成形サイクルの各工程における成形条件を調整する。良品が得られるようになった成形サイクルにおいて、計量工程の計量時間２１におけるスクリュ位置の変化を検出すると、図２の（イ）に示されているグラフ２３のようになる。これを基準スクリュ位置変化２３とする。同様に、良品が得られるようになった成形サイクルにおいて、計量工程の計量時間２１におけるスクリュ３の駆動トルクの変化を検出すると、図２の（ウ）に示されているグラフ２４のようになる。これを基準駆動トルク変化２４とする。なお、図２の（イ）のグラフから読み取れるように、基準スクリュ位置変化２３は、計量工程の完了時近傍において開始時よりわずかに傾きが低下している。また、図２の（ウ）のグラフから読み取れるように、基準駆動トルク変化２４は、計量工程の完了時近傍において開始時より若干小さくなっている。これは計量工程の完了に近づくにつれてスクリュ３が後退するからであり、その分だけ可塑化した樹脂を前方に押し出す押出力が低下すると共にスクリュ３の回転に要する駆動トルクが小さくなるからである。
【００１４】
本実施の形態に係る計量方法は、計量時間２１におけるスクリュ位置の変化と、スクリュ３の駆動トルクとを監視する点に特徴がある。具体的には次のように実施する。スクリュ３に必要な背圧を印加し、図２の（ア）に示されているように、所定の回転数でスクリュ３を回転し計量工程を実施する。この計量時間２１においてスクリュ位置の変化を監視し、基準スクリュ位置変化２３と比較する。スクリュ位置の変化が基準スクリュ位置変化２３に対して所定の偏差２５、２５内で変化している限り正常と判断し、これを一度でも超えたら異常と判断する。図２の（イ）には、正常と判断されるスクリュ位置の変化の許容範囲の上限を示すスクリュ位置変化上限２３Ｈと、下限を示すスクリュ位置変化下限２３Ｌとが示されている。これらのスクリュ位置変化上下限２３Ｈ、２３Ｌを逸脱したら異常が発生したと判断することになる。同様に、計量時間２１においてスクリュ３の駆動トルクの変化を監視し、基準駆動トルク変化２４と比較する。駆動トルクの変化が基準駆動トルク変化２４に対して所定の偏差２７、２７内で変化している限り正常と判断し、これを一度でも超えたら異常と判断する。図２の（ウ）には、正常と判断される駆動トルクの変化の許容範囲の上限を示す駆動トルク変化上限２４Ｈと、下限を示す駆動トルク変化下限２４Ｌとが示されている。これらの駆動トルク変化上下限２４Ｈ、２４Ｌを逸脱したら異常が発生したと判断することになる。異常が検出されずに計量工程が完了したら、正常に計量されたと判断する。正常に計量工程が完了したら成形サイクルを継続して成形品を成形する。
【００１５】
本実施の形態に係る計量方法は色々な変形が可能である。例えば上の説明では、計量工程においてスクリュ位置とスクリュ３の駆動トルクの両方を監視するようにしているが、スクリュ位置の監視のみを実施してもよい。いわゆるスパイラルバック作用によるスクリュ３の空下がりや、樹脂ペレットの供給が滞ったことによる計量異常はスクリュ位置の監視のみでも検出できるからである。基準スクリュ位置変化２３、基準駆動トルク変化２４についての決定方法も変形が可能である。例えば、良品が得られた複数回の成形サイクルについて、スクリュ位置の変化と駆動トルクの変化とを検出する。このように検出された複数回のスクリュ位置の変化と駆動トルクの変化のそれぞれを平均して基準スクリュ位置変化２３、基準駆動トルク変化２４を得るようにすることができる。
【符号の説明】
【００１６】
１      射出装置                ２      加熱シリンダ
３      スクリュ                ５      射出ノズル
６      ホッパ                  ９      逆流防止装置
１１      モータ                ２１      計量時間
２３      基準スクリュ位置変化  ２４      基準駆動トルク変化
【図１】
2018176623.tif 000003
【図２】
2018176623.tif 000004