(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の樹脂を連続可塑化したときの時間当りの処理能力である理想可塑化能力Ｑstdが既知である標準射出成形機を用いて、ある樹脂を射出成形し、この成形品の重量から１ショットの質量ＷMを計測し、そのときの可塑化時間ＴMを計測し、下記の式（１）に１ショットの質量ＷM、可塑化時間ＴM及び理想可塑化能力Ｑstdを与えることで、可塑化仕事率φMを計算し、同様の計算を別の種類の樹脂でも実施することで、樹脂の種類Ｍと可塑化仕事率φMの相関マップを作成するステップと、
前記標準射出成形機とは別の射出成形機を対象として、この別の射出成形機で使用する樹脂の種類と前記相関マップとから可塑化仕事率φNを選択するステップと、
別の射出成形機で使用する金型のキャビティ体積及び使用する樹脂の密度から、１ショットの質量ＷNを推定するステップと、
前記可塑化仕事率φN、１ショットの質量ＷN及び別の射出成形機の理想可塑化能力ＱNを、下記の式（２）に与えることで、可塑化時間を推定するステップとを、
試運転に先立って実施することを特徴とする射出成形機における試運転の可塑化時間の推定方法。
【数１】
0003798236.tif 000004
【請求項２】
試運転に先立って基礎データを取得することができる射出成形機であって、
この射出成形機は、特定の樹脂を連続可塑化したときの時間当りの処理能力である理想可塑化能力Ｑstdが既知である標準射出成形機を用いて、ある樹脂を射出成形し、この成形品の重量から１ショットの質量ＷMを計測し、そのときの可塑化時間ＴMを計測し、下記の式（１）に１ショットの質量ＷM、可塑化時間ＴM及び理想可塑化能力Ｑstdを与えることで、可塑化仕事率φMを計算し、同様の計算を別の種類の樹脂でも実施することで作成した樹脂の種類Ｍと可塑化仕事率φMの相関マップを記憶する記憶部と、
前記標準射出成形機とは別の射出成形機で用いようとする樹脂の種類、金型のキャビティ体積及び別の射出成形機の理想可塑化能力を入力する入力部と、
この別の射出成形機で使用する樹脂の種類と前記相関マップとから可塑化仕事率φNを選択し、金型のキャビティ体積及び使用する樹脂の密度から、１ショットの質量ＷNを推定し、前記可塑化仕事率φN、１ショットの質量ＷN及び別の射出成形機の理想可塑化能力ＱNを、下記の式（２）に与えることで、可塑化時間を推定する演算部と、
この演算部で推定した可塑化時間を表示する表示部とを備え、
試運転に先立って可塑化時間を推定する機構を有することを特徴とする射出成形機。
【数２】
0003798236.tif 000005
【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において推定が難しいと言われたきた、可塑化時間の推定方法及びこれらの方法を実施することのできる射出成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の代表的なスクリュー式射出装置の断面図であり、このスクリュー式射出装置１００は、加熱筒１０１に前後進及び回転可能に収納したスクリュー１０２と、このスクリュー１０２の先端部に取付けた逆流防止弁１０３と、スクリュー１０２を前後進させる射出シリンダ１０４と、この射出シリンダ１０４のピストンロッド１０５を介してスクリュー１０２を回転させる回転手段１０６とからなり、次に述べる可塑化・計量工程と並行して実施する冷却工程と待機工程と射出工程を実施する。
【０００３】
可塑化・計量工程：スクリュー１０２を回転しつつホッパ１０７の成形材料を加熱筒１０１に供給し、スクリュー１０２の回転によってノズル１０８に向って強制的に移送する。この移送の際に、成形材料は無理なく圧縮変形され溶融するように加熱筒１０１（正しくは外筒のバンドヒータ）により加熱される。スクリュー１０２の溝内で溶融した材料は、スクリュー回転に伴う材料の移動の際に、剪断作用を受けてわずかの発熱と、混練が行われる。
【０００４】
冷却工程は、キャビティへ充填した溶融樹脂を凝固させるために、一定の時間を置いて冷却させる工程をいい、この冷却工程は、上記可塑化・計量工程に並行して実施する。
【０００５】
待機工程：計量完了から次の射出まで待機させる。
射出工程：射出シリンダ１０４の作用で、スクリュー１０２を一気に前進させ、スクリュー１０２前側に計量蓄積された溶融材料をノズル１０８から図示せぬ金型内へ射出する。スクリュー１０２が前進するときには逆流防止弁１０３を閉じて、溶融材料がスクリュー１０２側へ逆流しないようにする。
【０００６】
以上に述べたのは成形条件が定まっている「定常運転」の工程である。ここでの成形条件は、温度条件（加熱筒温度、金型温度など）、圧力条件（射出圧力、スクリュー背圧、型締め力など）、時間条件（射出時間、保圧時間、冷却時間、可塑化時間など）、速度条件（射出速度、型締め速度、型開き速度、スクリュー回転速度）及び位置条件（スクリューの射出開始位置、デコンプ位置、射出終了位置など）の５条件であり、これらの多数の条件を数値で射出成形機の制御装置に入力することで始めて定常運転が可能となる。
【０００７】
使用する樹脂の性質、金型内キャビティの形状及び体積、スプルやランナの形状及び体積を目安に経験的に前記成形条件の幾つかは定めることができる。しかし、成形条件（数値）を推定し、「試運転」で確認するという手続は不可欠である。
【０００８】
ところで、位置条件に分類したスクリューの射出開始位置並びに射出終了位置は、樹脂の射出量に直接関係する重要な条件である。この条件の設定を誤り、射出量が必要量に達しないときには充填不足から成形不良となり、逆に射出量が必要量より過大であれば金型を破損する虞れがある。
そこで、従来の試運転では、射出量が少なめになるようスクリューの射出開始位置並びに射出終了位置の初期値を経験的に定めて試運転し、金型に異常がなければ、射出量を少し増加して、再度試運転を行い、金型内圧が一定以上に高まるまで、試運転を繰り返す。金型の破損は免れるが、試運転の回数が嵩み、試運転時間が延び且つ試運転に要する多量の樹脂が無駄になる。樹脂の種類が変われば比重並びに粘度が変化するため、材料の種類が変更になる度に、上記手順で試運転を行う必要がある。
【０００９】
すなわち、射出量に係る成形条件は、従来は、経験と勘により初期値を定め、試運転により初期値を変更することで求めていた。そして、樹脂の種類が変わる度に同じ手順の試運転を実施していた。
【００１０】
又、可塑化・計量工程における可塑化時間も重量な成形条件の一つであり、可塑化時間が短過ぎると未溶解の樹脂を射出することになり好ましくなく、時間を長めに設定して材料を十分に溶融化させる傾向にある。一方、可塑化・計量工程と冷却工程とを同時並行に実施するため、可塑化・計量工程が冷却工程より長いときには、冷却工程が終っても可塑化・計量工程が終るのを待たなければならず、生産性が悪くなる。
【００１１】
そこで、試運転で適切な可塑化時間を見つける必要があり、従来は、長めに可塑化時間の初期値を設定し、射出状態や成形品の品質に問題がなければ、可塑化時間を徐々に短縮し、射出状態や成形品の品質をクリアーし得る限界を探すべく試運転を繰り返していた。射出や成形品には問題はないが、試運転の回数が嵩み、試運転時間が延び且つ試運転に要する多量の樹脂が無駄になる。樹脂の種類が変われば体積収縮率や粘度が変化するため、材料の種類が変更になる度に、上記手順で試運転を行う必要がある。
【００１２】
すなわち、可塑化時間は、従来は、経験と勘により初期値を定め、試運転により初期値を変更することで求めていた。そして、樹脂の種類が変わる度に同じ手順の試運転を実施していた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した通り、各種の成形条件の中で、可塑化時間の設定は特に推定が困難であり、その結果として、多数回の試運転を繰り返す必要があり、試運転時間が延び、試運転費用が嵩むこととなった。
射出成形機の運転者にとって、可塑化時間の設定が従来より容易に行えることは、試運転時間の短縮及び試運転費用の削減とともに、迅速に通常運転に移行できることから、極めて重要である。すなわち、生産計画や生産に係る見積が容易となり、時間の短縮と生産コストの低減の双方が達成できるからである。
そこで、本発明の目的は可塑化時間の設定が容易に行える推定方法並びにこれらの方法を実施することのできる射出成形機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の射出成形機における試運転の可塑化時間の推定方法は、
特定の樹脂を連続可塑化したときの時間当りの処理能力である理想可塑化能力Ｑstdが既知である標準射出成形機を用いて、ある樹脂を射出成形し、この成形品の重量から１ショットの質量ＷMを計測し、そのときの可塑化時間ＴMを計測し、下記の式（１）に１ショットの質量ＷM、可塑化時間ＴM及び理想可塑化能力Ｑstdを与えることで、可塑化仕事率φMを計算し、同様の計算を別の種類の樹脂でも実施することで、樹脂の種類Ｍと可塑化仕事率φMの相関マップを作成するステップと、
前記標準射出成形機とは別の射出成形機を対象として、この別の射出成形機で使用する樹脂の種類と前記相関マップとから可塑化仕事率φNを選択するステップと、
別の射出成形機で使用する金型のキャビティ体積及び使用する樹脂の密度から、１ショットの質量ＷNを推定するステップと、
前記可塑化仕事率φN、１ショットの質量ＷN及び別の射出成形機の理想可塑化能力ＱNを、下記の式（２）に与えることで、可塑化時間を推定するステップとを、試運転に先立って実施することを特徴とする。
【００１５】
【数３】
0003798236.tif 000002
【００１６】
金型及び／又は樹脂が変更になるときに、可塑化仕事率φNを選択するステップと１ショットの質量ＷNを推定するステップと式（２）とから、可塑化時間をを推定する。
この推定した可塑化時間は、樹脂の種類に対応した可塑化仕事率をファクターとするため、推定精度が極めて高くなる。
そこで、本発明で推定した可塑化時間を用いれば、新たな金型／樹脂に対する信頼できるシミュレーションが可能となり、試運転の回数及び時間を従来より大幅に削減することができる。加えて、試運転を行うこと無く、生産サイクルの見積を効果的に行うことができる。
【００１７】
請求項２は、試運転に先立って基礎データを取得することができる射出成形機であって、この射出成形機は、特定の樹脂を連続可塑化したときの時間当りの処理能力である理想可塑化能力Ｑstdが既知である標準射出成形機を用いて、ある樹脂を射出成形し、この成形品の重量から１ショットの質量ＷMを計測し、そのときの可塑化時間ＴMを計測し、下記の式（１）に１ショットの質量ＷM、可塑化時間ＴM及び理想可塑化能力Ｑstdを与えることで、可塑化仕事率φMを計算し、同様の計算を別の種類の樹脂でも実施することで作成した樹脂の種類Ｍと可塑化仕事率φMの相関マップを記憶する記憶部と、
前記標準射出成形機とは別の射出成形機で用いようとする樹脂の種類、金型のキャビティ体積及び別の射出成形機の理想可塑化能力を入力する入力部と、
この別の射出成形機で使用する樹脂の種類と前記相関マップとから可塑化仕事率φNを選択し、金型のキャビティ体積及び使用する樹脂の密度から、１ショットの質量ＷNを推定し、前記可塑化仕事率φN、１ショットの質量ＷN及び別の射出成形機の理想可塑化能力ＱNを、下記の式（２）に与えることで、可塑化時間を推定する演算部と、
この演算部で推定した可塑化時間を表示する表示部とを備え、
試運転に先立って可塑化時間を推定する機構を有することを特徴とする。
【００１８】
【数４】
0003798236.tif 000003
【００１９】
この射出成形機では、入力部を用いて樹脂の種類、金型のキャビティ体積及び射出成形機の理想可塑化能力を入力するだけで、可塑化時間を予測させることができる。
作業員は、予測した可塑化時間を基礎として試運転を実施し、可塑化時間の確からしさを調べ、可塑化時間を微調整する。この結果、少ない試運転回数で好ましい可塑化時間を決めることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る射出成形機の正面図であり、本発明方法を実施する標準射出成形機１０は基台１１に、ノズル１２、加熱筒１３、スクリュー駆動部１４、ホッパ１５などからなる射出装置１６及び金型１８を取付けた型締装置を載せるとともに、この型締装置を安全カバー１７で囲い、基台１１に油圧ユニットなどを内蔵し、基台１１の正面又は安全カバー１７の横若しくは基台１１の上方位置に入出力装置２０を配置したものである。すなわち、入出力装置２０は作業者の作業姿勢等を考えて、任意の位置に設定することができる。
【００２１】
この入出力装置２０は、予め入力済のデータ情報を記憶する記憶部２１、その都度データを入力する入力部２２、記憶部２１の蓄積データと入力部２２で入力した情報と定めた演算式とにより演算を行う演算部２３と、演算結果その他の情報を表示する表示部２４を備える。各要素２１〜２４の詳細な作用は後述する。
【００２２】
なお、標準成形機１０は、大小の各種モデルから需要が多いモデルであるとか、生産能力が平均的であるなどの理由で選択する。
そして、本発明での「標準射出成形機とは別の射出成形機」は、標準成形機１０と構成は類似しているもののサイズが異なるものや生産能力に差があるものを指す。構成類似であるから、別の射出成形機は図１を準用することとして、図面は省略する。
【００２３】
前記標準成形機１０及び図示せぬ別の射出成形機で実施する本発明方法を以下に説明する。
図２は本発明に係る可塑化仕事率計算フロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ２１：樹脂Ａ，Ｂ，Ｃ・・・を準備する。
ＳＴ２２：標準射出成形機を準備する。
ＳＴ２３：可塑化時間を仮設定する。
【００２４】
ＳＴ２４：樹脂Ａで試運転を実施する。
ＳＴ２５：得られた成形品を計量することで、１ショットの質量ＷAを計測する。この質量ＷAには樹脂Ａの密度、キャビティの体積、スプル及びランナの体積の全ての要素が含まれていることは言うまでもない。
ＳＴ２６：可塑化が良好であるか否かを判定する。樹脂の溶融が不十分であれば成形不良になるとともに、射出圧が過大となる。この様なことから良好か否かを判定する。
ＳＴ２７：ＳＴ２６で不良のときには、可塑化時間を調整し、新たな可塑化時間でＳＴ２４からＳＴ２５までを再トライさせる。
【００２５】
ＳＴ２８：ＳＴ２６で良好なら、可塑化時間ＴAを記録する。
ＳＴ２９：（１ショットの質量ＷA）／（可塑化時間ＴA×理想可塑化能力Ｑstd）の計算で、可塑化仕事率φAを求める。理想可塑化能力Ｑstdは、特定の材料（ポリスチレン）を連続可塑化したときの時間当りの処理量である。Ｑstdは標準射出成形機での値である。
ＳＴ３０：可塑化仕事率φAを記録する。
【００２６】
次に樹脂Ｂについて、ＳＴ２３〜ＳＴ３０を実行することで可塑化仕事率φBを記録し、同様に、樹脂Ｃ・・・についても可塑化仕事率φC・・・を記録する。
必要に応じて、Ａ，Ｂ，Ｃ・・・をＭ、φA，φB，φC・・・をφMと一般化して呼称する。
【００２７】
図３は本発明の樹脂と可塑化仕事率の相関マップのイメージ図であり、制御装置（入出力装置）の記憶部に、左欄に樹脂Ｍ（Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）、右欄に対応するφM（数値）を対応させたマップを記憶させる。このマップは便宜的に作成したイメージ図であるから、記憶部に記憶させる形態、形式は自由である。
【００２８】
図４は本発明に係る可塑化時間の推定フロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ４１：別の射出成形機のスクリュー径Ｄ、樹脂の種類Ｎ、図面から求めたキャビティ体積（スプル等を含む）Ｖ、理想可塑化処理能力ＱNを入力する。理想可塑化処理能力ＱNは、特定の材料（ポリスチレン）を連続可塑化したときの時間当りの処理量である。勿論、ＱNは別の射出成形機特有の値である。
ＳＴ４２：図３のマップから樹脂Ｎに対応する可塑化仕事率φNを選択する。Ｎ，NはＡ，Ｂ，Ｃ・・・の何れかである。
【００２９】
ＳＴ４３：キャビティ体積Ｖと樹脂Ｎの密度と樹脂Ｎの収縮性とから１ショットの質量ＷNを推定する。更に、この推定に若干の余裕を含めることは好ましいことである。
ＳＴ４４：（１ショットの質量ＷN）／（可塑化仕事率φN×理想可塑化処理能力ＱN）を計算することで、可塑化時間を求める。
ＳＴ４５：これで、別の射出成形機のための可塑化時間の推定が完了したことになる。
【００３０】
金型が共通で、樹脂の種類のみが変更になるときには、図３のマップを用いることにより、ＳＴ４４における可塑化仕事率φNを調整すると共に、分母の１ショットの質量ＷNを樹脂の密度や性質に対応したものに調整する。従って、樹脂の種類によく対応した可塑化時間を推定することができる。
又、樹脂が変わらず、金型が変更になるときには、１ショットの質量ＷNをキャビティ体積に対応して調整すればよい。
従って、図４のフローを実施すれば、金型／樹脂の双方若しくは一方が変更になっても、よく対応した可塑化時間を推定することができる。
【００３１】
試運転に先立って、本発明により可塑化時間を推定し、この可塑化時間で試運転を実施すれば、試運転はごく少ない回数で終えることができる。
例えば、従来の勘と経験に基づく可塑化時間の推定から始めた試運転の回数が８〜１０回であったとすると、本発明によれば２〜４回に留めることができる。従来の試運転の前段及び中段を本発明のシミュレーションに置き換えることができたからである。
【００３２】
加えて、可塑化時間は冷却時間との兼合で、正確に推定できるか否かは重要である。すなわち、冷却工程と可塑化・計量工程を同時並行して行うため、冷却時間より可塑化時間が長いときには待ちが発生し、生産サイクルが延びるともに生産性が著しくて低下する。本発明によれば、正確に可塑化時間を予測することができるから、いわゆるサイクル設計が可能となる。
【００３３】
次に、図１で概略説明した入出力装置２０に備えた記憶部２１、入力部２２、演算部２３及び表示部２４の作用を説明する。  
【００３４】
○作用例：
記憶部２１には、前記図２の要領で作成し、図３で例示したマップを記憶させる。
入力部２２では図４のＳＴ４１の内容を入力する。だたし、そのうちでスクリュー径Ｄは予め記憶させておけば、ここで入力する必要はない。
演算部２３では、図４のＳＴ４２〜ＳＴ４４を実行する。
表示部２４に、推定若しくは予測した可塑化時間を明示する。
【００３５】
この結果、作業員は、予測した可塑化時間を基礎として試運転を実施し、可塑化時間の確からしさを調べ、可塑化時間を微調整する。この結果、少ない試運転回数で好ましい可塑化時間を決めることができる。
【００３６】
尚、請求項及び実施の形態で述べたステップは、本発明の目的が達成できる限りにおいて、順を変更することや、複数のステップを同時並行処理することは差支えない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の方法で推定した可塑化時間を用いれば、新たな金型／樹脂に対する信頼できるシミュレーションが可能となり、試運転の回数及び時間を従来より大幅に削減することができる。加えて、試運転を行うこと無く、生産サイクルの見積を効果的に行うことができる。
【００３８】
請求項２の射出成形機によれば、入力部を用いて樹脂の種類、金型のキャビティ体積及び射出成形機の理想可塑化能力を入力するだけで、可塑化時間を予測させることができる。
作業員は、予測した可塑化時間を基礎として試運転を実施し、可塑化時間の確からしさを調べ、可塑化時間を微調整する。この結果、少ない試運転回数で好ましい可塑化時間を決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る射出成形機の正面図
【図２】  本発明に係る可塑化仕事率計算フロー図
【図３】  本発明の樹脂と可塑化仕事率の相関マップのイメージ図
【図４】  本発明に係る可塑化時間の推定フロー図
【図５】  従来の代表的なスクリュー式射出装置の断面図
【符号の説明】
１０…標準射出成形機、１８…金型、２０…入出力装置、２１…記憶部、２２…入力部、２３…演算部、２４…表示部。
【図１】
0003798236.tif 000006
【図２】
0003798236.tif 000007
【図３】
0003798236.tif 000008
【図４】
0003798236.tif 000009
【図５】
0003798236.tif 000010