(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルの先端から溶融樹脂を射出する射出成形機の制御方法において、
予め、ノズルの流路断面積を段階的に変化させながら一定の射出速度で射出成形を繰り返して前記ノズルの流路断面積に夫々対応する射出圧を検出し、前記ノズルの流路断面積と検出した射出圧との関係より、前記流路断面積が大きくなるにつれて前記射出圧が低下し、かつ、前記流路断面積が小さくなるにつれて前記射出圧が増大する原点方向に向かって凸状の前記溶融樹脂の粘度特性を求め、該粘度特性に基づいて前記ノズルの最適流路断面積を求めるようにしたことを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項２】
前記射出圧と前記ノズルの流路断面積との関係を、前記凸状の溶融樹脂特性の近似直線を２本の直線によって形成し、該２本の直線の交点より最適流路断面積を決定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の制御方法。
【請求項３】
前記ノズルとしてニードル弁を備えたノズルを用い、前記ニードル弁の位置を変更することにより、前記ノズルの流路断面積を変更するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機の制御方法に関し、特に、ノズルから溶融樹脂を放出（射出）する際の射出速度の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機による従来の成形動作について簡単に説明する。なお、以下の説明では、射出装置と型締装置とが、共通のコントローラによって制御されているものとする。
【０００３】
まず、射出装置は、加熱シリンダ内に配置されたスクリュを回転させ、ホッパからスクリュの後部に供給された樹脂を溶融させながらその先端部へと送り出す。スクリュの回転によりその先端側へと送られた溶融樹脂は、加熱シリンダの先端部（リザーバ）に溜まる。リザーバーに溜まった溶融樹脂は、その圧力（背圧）によってスクリュを後退させる。スクリュが予め設定された位置まで後退したとき、リザーバに所定量の溶融樹脂が溜まったとして、射出装置は、スクリュの回転を停止する（可塑化・計量工程）。それから、射出成形機は、リザーバ内の溶融樹脂の圧力が所定の圧力となるようにスクリュを後退させる（サックバック）。
【０００４】
次に、射出成形機は、スクリュを前進させ、リザーバ内の溶融樹脂を型締装置に取り付けられた金型のキャビティ内に送り込む（充填工程）。このときスクリュの動作は、その速度に基づいて制御される。
【０００５】
溶融樹脂が金型のキャビティ内に充満すると、スクリュの動作制御は、速度制御から圧力制御に切り替えられる。これは、金型のキャビティ内の樹脂の圧力を予め設定された一定の値に保つためである。これによって、金型のキャビティ内の樹脂は、一定の圧力に保たれた状態で冷却してゆく（保圧工程）。
【０００６】
この後、射出装置は、次のサイクルに備えて上述した可塑化・計量工程に戻る。一方、型締装置は、（必要なら冷却時間をさらに置いたあと、）型開、製品取出し、及び型閉動作（離型工程）を行い、次の射出工程に備える。
【０００７】
以上のようにして、従来は、射出成形機による成形動作が繰り返される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
射出成形においては、良好な製品を成形するために、種々のパラメータの調節が必要である。そして、溶融樹脂を金型のキャビティ内に送り込む充填工程では、スクリュの前進速度が適切に設定されなければならない。スクリュの前進速度は、ノズルの先端から放出される溶融樹脂の速度（射出速度）を決定するからである。
【０００９】
しかしながら、ノズルの先端から放出される溶融樹脂の射出速度の変化は、スクリュの前進速度の変化に比例しない場合が多い。これは、スクリュによって押し進められる溶融樹脂がノズル内の流路を通過する際、圧力損失等が発生することによって、スクリュの前進速度の増加の影響が溶融樹脂の放出速度の増加に直結しないからである。
【００１０】
本願発明は、ノズルから放出される溶融樹脂の速度の制御性を向上させることができる射出成形機の制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
なお、特公平７−１１５３８６号公報には、溶融樹脂通路の開口面積を制御することによって射出速度を制御する技術が開示されている。しかしながら、この公報に記載された技術は、スクリュの位置に応じて射出速度を制御するためのものであって、本願発明の目的、作用効果を何ら開示するものではない。即ち、この公報には、溶融樹脂の粘度特性に応じてノズルの流路断面積を変更することについてまったく開示も示唆もしていない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ノズルの先端から溶融樹脂を射出する射出成形機の制御方法において、予め、ノズルの流路断面積を段階的に変化させながら一定の射出速度で射出成形を繰り返して前記ノズルの流路断面積に夫々対応する射出圧を検出し、前記ノズルの流路断面積と検出した射出圧との関係より、前記流路断面積が大きくなるにつれて前記射出圧が低下し、かつ、前記流路断面積が小さくなるにつれて前記射出圧が増大する原点方向に向かって凸状の前記溶融樹脂の粘度特性を求め、該粘度特性に基づいて前記ノズルの最適流路断面積を求めるようにしたことを特徴とする射出成形機の制御方法が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１に本発明の一実施の形態に係る制御方法が適用される射出装置のノズル関連部分の概略図を示す。
【００１６】
図１の射出装置は、内部にスクリュ（図示せず）を備えた加熱シリンダ１１と、その先端に固定されたノズル１２とを有している。また、加熱シリンダ１１の先端部内には、その先端がノズル１２の内部先端にまで達するニードル弁１３がノズル孔に前後進可能に設けられている。
【００１７】
図１の射出装置は、また、ニードル弁１３を前後進させるために、ニードル弁駆動用レバー１４、ニードル弁駆動用ロッド１５、ニードル弁駆動用シリンダ１６、サーボ弁１７、油圧源１８、タンク１９、ニードル弁位置検出器２０及び図示しない制御装置（射出成形機の制御装置）を有している。
【００１８】
この射出装置では、制御装置からの制御によりニードル弁駆動用シリンダ１６を駆動し、ニードル弁駆動用ロッド１５及びニードル弁駆動用レバー１４を介してニードル弁１３を前後に移動させることによって、ノズル１２の流路断面積を変更することができる。その際、ニードル弁位置検出器２０が検出するニードル弁駆動用ロッド１５の位置に基づいて制御を行うことにより、ニードル弁１３の位置を高い精度で制御することができる。
【００１９】
なお、このようなニードル弁１３を備えた射出成形機は、例えば、特開平９−２９５３２６号公報に記載されている。
【００２０】
次に、本発明の原理について説明する。
【００２１】
溶融樹脂は、非ニュートン流体としての特性を示し、せん断速度が大きくなると粘度が低下するという特徴がある。図２に、各種ポリマーのせん断速度γと粘度ηとの関係を示す（大柳：ポリマープロセッシング・レオロジー入門、Ｐ．１４３、アグネ承風社（１９９６）より）。また、円管内を流れる溶融樹脂のせん断速度γ（ｓ−１）は、γ＝４Ｑ／πＲ３、で表される。なお、Ｑ：流量（ｃｍ３／ｓ），及び、Ｒ：流路半径（ｃｍ）である。
【００２２】
これらのことから、ノズル先端の流路断面積（流路半径）を小さくすれば、そこを流れる溶融樹脂のせん断速度が増大し、それによって粘度が低下する、ということが理解できる。そして、粘度が低下すれば、射出成形における充填性（流動性）を高めることができる。図３に、ノズル先端の流路断面積の違いによる溶融樹脂の流動性（流動長）の違いを示しておく。
【００２３】
その一方で、流動中の溶融樹脂（ここではニュートン流体として扱う）が円管内で受ける圧力損失ΔＰ（ＭＰａ）は、ΔＰ＝８ＬＱη／πＲ４、で表される。なお、Ｌ：流路長さ（ｃｍ），η：粘度（ＭＰａ・ｓ），Ｑ：流量（ｃｍ３／ｓ），及び、Ｒ：流路半径（ｃｍ）である。
【００２４】
上記式より明らかなように、流路断面積（流路半径）が小さくなると、圧力損失が大きくなる。射出成形機の場合、スクリュ駆動装置のパワーに限界があるので、圧力損失が大きくなるとスクリュの速度が低下し、溶融樹脂の放出速度を増大させることができなくなる。
【００２５】
以上のように、ノズルの流路断面積を小さくすると相反する２つの現象が発生する。そして、これら２つの現象がバランスする点で射出成形における成形性をもっとも高くすることができる。そこで、本実施の形態では、以下のようにして、最適の流路断面積を決定する。
【００２６】
まず、制御装置は、ニードル弁１３の位置を変えることによりノズル１２の流路断面積を段階的に変えながら、射出成形を繰り返し行い、各段階において射出圧検出器（図示せず）からの検出信号を受け取る。なお、ここでの射出成形は、一定の射出速度で行う。
【００２７】
制御装置は、ニードル１３弁の位置と射出圧検出器からの検出信号が示す射出圧との関係（粘度特性）を記憶する。ここで、得られたノズル１２の流路断面積と射出圧との関係は、図４のようになる。
【００２８】
図４に示すように、得られた流路断面積と射出圧との関係を示すグラフは、２本の直線で近似することができる。制御装置は、これら２本の近似線を求め、その交点を求める演算を行う。そして、制御装置は、求めた交点に対応するノズル１２の流路断面積を最適流路断面積とし、以後の射出成形を行う際のノズル１２の流路断面積とする。
【００２９】
以上のように、本実施の形態では、成形性に優れた最適なノズルの流路断面積を求めることができる。そして、溶融樹脂の粘度特性に基づいて求めた最適流路断面積をノズル１２の流路断面積として設定することにより、その後の射出成形動作において、制御性良く溶融樹脂の射出速度を制御することができる。
【００３０】
なお、上記説明では、最適流路断面積を求める動作が独立した動作であるかのように説明したが、この動作は、パージ時に行われる一連の動作の一部として行うようにすることが可能である。
【００３１】
また、本発明は、油圧式に限らず電動式の射出成形機にも適用可能である。
【００３２】
さらに、本発明は、ニードル弁のみならず、他の形式の弁を備えた射出成形機にも適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、溶融樹脂の粘度特性の応じてノズルの流路断面積を変更するようにしたことで、溶融樹脂の射出速度の制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される射出装置のノズル関連部分を示す概略図である。
【図２】各種ポリマーのせん断速度γと粘度ηとの関係を示すグラフである。
【図３】ノズル先端の流路断面積の違いによる溶融樹脂の流動性（流動長）の違いを明らかにするための射出速度と流動長との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例に係る制御方法に従って最適流路断面積を求める方法を説明するためグラフである。
【符号の説明】
１１      加熱シリンダ
１２      ノズル
１３      ニードル弁
１４      ニードル弁駆動用レバー
１５      ニードル弁駆動用ロッド
１６      ニードル弁駆動用シリンダ
１７      サーボ弁
１８      油圧源
１９      タンク
２０      ニードル弁位置検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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