JP2001079886A

JP2001079886A - 射出成形機の射出装置

Info

Publication number: JP2001079886A
Application number: JP25665099A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kuroda; 英夫黒田; Tetsuo Uechi; 哲男上地; Kiyoshi Kinoshita; 木下　　清; Shigeo Miwa; 滋夫三輪
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂圧力の検出を高精度で行なうことができ
て樹脂成形品の品質にばらつきが生じるのを防止するこ
とでき、しかも、樹脂圧力検出手段に損耗等の不具合を
生じることがなく樹脂圧力検出手段の寿命を長くするこ
とができて経済性に優れた射出成形機の射出装置を提供
する。【解決手段】溶融樹脂１４を射出するノズル６の外周
面又はノズル６に連結されたアダプタ１３の外周面（平
面部１３ａ）に、周方向の歪みを検出する１個以上の歪
みゲージ１５を貼付け、射出成形時に歪みゲージ１５か
ら得られる検出信号に基づいて射出成形制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合成樹脂（プラス
チック）等の射出成形機に用いられる射出装置に関し、
さらに詳しくは、溶融樹脂射出用のノズル部に樹脂圧力
が作用した時に生じるノズル部の歪みを検出してこの検
出信号に基づいて射出成形制御する射出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、この種の従来の射出装置を備
えた射出成形機の全体構成を模式的に示す断面図であ
る。この従来の射出装置は、図１６に示すように、樹脂
原料１を収容するホッパ２と、このホッパ２から樹脂原
料１が供給されるシリンダ３と、このシリンダ３内に供
給された樹脂原料１を前方（図１６において左方向）に
向けて送り出しながら可塑化するための可塑化スクリュ
４と、シリンダ３内の樹脂原料１を加熱するためのヒー
タ３１と、シリンダ３の前端部（溶融樹脂射出部）に配
設されたノズル１０６と、可塑化スクリュ４をその軸線
を中心に回転可能に軸支する軸受け箱７と、可塑化スク
リュ４をその軸線を中心に回転駆動する電動機８と、軸
受け箱７に組付けられたボールねじ機構部Ｓと、このボ
ールねじ機構部Ｓを駆動して軸受け箱７を前後方向に移
動するための電動機９と、ボールねじ機構部Ｓにて軸受
け箱７が前方に移動される際の可塑化スクリュ４の押圧
力（可塑化スクリュ４を押す力）を検出（計測）するロ
ードセル１１５と、このロードセル１１５から得られる
検出信号（計測信号）に基づいて射出成形制御を行なう
制御装置１２０とをそれぞれ有している。

【０００３】さらに詳述すると、上述のホッパ２は、シ
リンダ３内に供給すべき樹脂原料１を収容するものであ
り、シリンダ３は、その内部に可塑化スクリュ４を回転
可能にかつ前後方向（軸方向、図１６の左右方向）に摺
動可能に保持するものである。そして、シリンダ３の先
端部（前端部）には、ヒータ３１にて溶融されかつ可塑
化スクリュ４にて可塑化された樹脂材料（溶融可塑化さ
れた溶融樹脂）１４を図外の金型へ射出するためのノズ
ル１０６が設けられている。

【０００４】また、上述の可塑化スクリュ４は、基端部
（図１６において右側の端部）が軸受け箱７によって回
転自在に軸支されると共に、電動機８に連結されてい
る。かくして、この電動機８により可塑化スクリュ４が
回転駆動されると、この可塑化スクリュ４の螺子作用に
より、ホッパ２からシリンダ３内に供給された樹脂原料
１が可塑化されながら前方（図１６の左方向）へ送り出
されるように構成されている。さらに、可塑化スクリュ
４の先端側には、図１６に示す如く逆止弁５が組み込ま
れており、この逆止弁５の作用により射出時に溶融樹脂
１４がスクリュ３の後方側へ逆流しない構造となされて
いる。

【０００５】また、上述のヒータ３１は、シリンダ３の
外周を取り巻くように配設されており、ホッパ２からシ
リンダ３内に供給された樹脂原料１がヒータ３１により
溶融温度に加熱されるように構成されている。

【０００６】また、上述の電動機８は、可塑化スクリュ
４の基端部に連結されており、可塑化工程時にはこの電
動機８が作動されて可塑化スクリュ４が図１６において
矢印ａ方向に回転駆動されるようになっている。

【０００７】一方、上述の電動機９は、シリンダ３の後
部に取付けられ、この電動機９が駆動されるのに伴い電
動機９の回転駆動力がボールねじ機構Ｓを介して軸受け
箱７に直線駆動力として伝達されるように構成されてい
る。なお、ボールねじ機構Ｓは、電動機９に連結されか
つ外周面にねじ溝が形成されたボールねじ軸１０と、こ
のボールねじ軸１０のねじ部の外周に嵌着されかつ軸受
け箱７に一体に結合されたボールねじナット１２と、ボ
ールねじ軸１０及びボールねじナット１２の間に転動可
能に配置された複数個のボール１１にて構成されてい
る。かくして、電動機９によりボールねじ軸１０がその
軸線を中心に回転駆動されると、その回転駆動力がボー
ルねじ軸１０、ボール１１、ボールねじナット１２に順
次に伝達されると共に、軸受け箱７を介して可塑化スク
リュ４に前後方向の直線駆動力として伝達され、これに
伴って可塑化スクリュ４が軸受け箱７と一緒に前後方向
に直線移動されるようになっている。

【０００８】また、ボールねじナット１２と軸受け箱７
との間には、ロードセル（荷重検知素子）１１５がこれ
らの間に挟み込まれた状態で配置されており、このロー
ドセル１１５によって可塑化スクリュ４を押す力が検出
（計測）されるように構成されている。そして、この力
の大きさに対応してロードセル１１５から得られる検出
信号に基づいて、シリンダ３の先端部分における溶融樹
脂１４の圧力が演算され、その演算結果が射出成形制御
に利用されるようになっている。すなわち、既述の電動
機８，９及びロードセル１１５は、図１６に示すように
電気信号線１２１，１２２，１２３をそれぞれ介して制
御装置１２０に接続されており、電動機８，９及びロー
ドセル１１５から制御装置１２０に入力される信号に基
づいて電動機８，９が制御されて、これにより射出成形
制御が行なわれる。

【０００９】このように構成された従来の射出装置で
は、樹脂原料１が、ホッパ２からシリンダ３内の可塑化
スクリュ４の外周に供給され、ヒータ３１による加熱と
可塑化スクリュ４の回転とにより溶融・可塑化され、可
塑化スクリュ４の前方に送られてシリンダ３内のノズル
１０６の後部箇所に溶融樹脂１４として貯えられる。そ
の可塑化工程においては、可塑化スクリュ４の前方から
送り出された樹脂により溶融樹脂１４に圧力が発生する
ので、その圧力が所定の値になるように可塑化スクリュ
４を適当な速度で後退（図１６において右方向へ移動）
させる。この際の可塑化スクリュ４の後退動作は、電動
機９を図１６において矢印ｃで示す方向の回転駆動によ
り、ボールねじ機構部Ｓ、ロードセル１１５、軸受け箱
７を順次に経て、可塑化スクリュ４へ後退力を伝達する
ことにより行なわれる。

【００１０】なお、可塑化スクリュ４の後退動作の制御
は、制御装置１２０により、溶融樹脂１４に作用する圧
力が所定の値となるように行われる。具体的には、既述
の溶融樹脂１４の実際の可塑化圧力が、可塑化スクリュ
４、軸受け箱７を経てロードセル１１５で検出された荷
重から算出され、この算出値に応じた制御信号が制御装
置１２０から電動機９に供給され、これにより溶融樹脂
１４の圧力が所要値になるように可塑化スクリュ４の後
退速度の調整が行われる。

【００１１】次に、溶融樹脂１４は、可塑化スクリュ４
の前進動作により、ノズル１０６を経て図外の金型内に
射出され、冷却・固化されて製品となる。その射出工程
においては、射出する溶融樹脂１４の圧力が所定の値に
なるように可塑化スクリュ４の前進速度が制御装置１２
０により制御される。その可塑化スクリュ４の前進動作
は、電動機９を図１６において矢印ｂで示す方向に回転
駆動させることに伴い、ボールねじ機構部Ｓ、ロードセ
ル１１５、軸受け箱７を順次に経て可塑化スクリュ４へ
前進力を伝達することにより行なわれる。また、この際
の溶融樹脂１４の実際の射出圧力は、既述の場合と同様
に、可塑化スクリュ４、軸受け箱７を経てロードセル１
１５で検出された荷重から算出され、この算出値に基づ
いて可塑化スクリュ４の前進速度が制御されて溶融樹脂
１４の圧力が所定の値に設定される。

【００１２】なお、射出工程は、金型内に溶融樹脂１４
を充填する射出高圧工程と、その後に金型内で樹脂冷却
収縮分を補給する射出保圧工程とに分かれるが、射出保
圧工程で樹脂圧力を下げる必要がある場合は、電動機９
を図１６において矢印ｃで示す方向に回転させて、可塑
化スクリュを後退させることにより行なわれる。

【００１３】この従来例においては、可塑化スクリュ４
の前方箇所における溶融樹脂１４の圧力の検出が、可塑
化スクリュ４、軸受け箱７等の中間部品を介してロード
セル１１５によって行なわれるようになっているため、
それらの中間部品における摺動抵抗が誤差要因となり、
圧力検出の精度が悪いという欠点がある。

【００１４】そこで、このような問題点を解決するため
に、図１７及び図１８に示すような射出装置が従来より
提案されている。なお、図１７及び図１８においては、
図１６と同様の部分には同一の符号が付されている。こ
の従来の射出装置は、前述の図１６の射出装置において
ボールねじ機構部Ｓのロードセル１１５を省略し、この
ロードセル１１５に代えて、図１８に示す如き樹脂圧力
センサ２１５をシリンダ３の先端部のノズル２０６に設
けるようにしたものである。なお、図１８において、２
３１はノズル２０６の外周囲を取り囲むように配設され
た溶融樹脂保温用のヒータである。

【００１５】このような射出装置の場合、溶融樹脂１４
の圧力検出は、樹脂圧力センサ２１５によって行なわれ
る。従って、溶融樹脂１４の圧力検出のための圧力検出
経路には前述の従来例のような中間部品が介在しないの
で、樹脂圧力センサ２１５により正確に検出（計測）で
きる。しかし、この場合には、樹脂圧力センサ２１５の
圧力検出部（センサ先端に配設された圧力検出用のダイ
アフラム）が樹脂流路に露出して配置されているため、
流動樹脂によってその表面が損耗しやすく、寿命が短い
という欠点がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の射
出装置では、既述の如く種々の問題点がある。すなわ
ち、図１６に示す従来の射出装置では、可塑化スクリュ
４の前方箇所における溶融樹脂１４の圧力検出を可塑化
スクリュ４、軸受け箱７等の中間部品を介してロードセ
ル１１５によって行なうようにしているため、それら中
間部品における摺動抵抗により圧力検出の精度が悪く、
これに起因して射出成形品の品質にばらつきを生じると
いう不具合がある。一方、図１７及び図１８に示す他の
従来の射出装置では、ノズル２０６に設けた樹脂圧力セ
ンサ２１５の先端部（圧力検出部）が流動樹脂により損
耗し易く、寿命が短いため、樹脂圧力センサ２１５の故
障によるロスが大きいという不具合がある。

【００１７】本発明は、このような実状に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、樹脂圧力の検出を高精度
で行なうことができて樹脂成形品の品質にばらつきが生
じるのを防止することでき、しかも、樹脂圧力検出手段
に損耗等の不具合を生じることがなく樹脂圧力検出手段
の寿命を長くすることができて経済性に優れた射出成形
機の射出装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、溶融樹脂を射出するノズルの外周面
又は前記ノズルに連結されたアダプタの外周面に、周方
向の歪みを検出する１個以上の歪みゲージを貼付け、射
出成形時に前記歪みゲージから得られる検出信号に基づ
いて射出成形制御を行なうようにしている。このような
構成によれば、射出成形機のノズル部において、ノズル
又はノズルと連結するアダプタの外周面に貼付けられた
歪みゲージにより射出成形時にノズル部の周方向の歪み
を計測することにより、ノズル部内の樹脂圧力に対応し
たノズル部の歪みが検出される。そして、検出された歪
み量を樹脂圧力に換算することにより、樹脂圧力の大き
さが算出される。この場合、ノズル又はアダプタの外周
面の周方向の歪みを検出するのは、周方向の歪みが、ノ
ズルの軸方向や半径方法に比べて最も大きいので、歪み
を検出し易いからである。そして、歪みゲージにて検出
された歪みは、樹脂圧力の代用として、射出成形制御に
利用可能となる。

【００１９】また、本発明では、前記ノズル又はアダプ
タを多角形筒に成形し、その多角形の外周面の辺に相当
する平面部に前記歪みゲージを貼付けるようにしてい
る。このようにすると、歪みゲージが真っ直ぐの状態で
貼付けられることとなるので、円筒のような曲面に貼付
けた場合に比べて、歪みゲージの長寿命化が図られ、し
かも歪みゲージの貼付強度を充分に確保し得てその貼付
け部の構造上の信頼性が高められる。

【００２０】また、本発明では、射出成形機の最高射出
圧力が前記ノズル内の溶融樹脂に作用したときに、前記
歪みゲージに発生する歪み量が３００〜１１００×１０
^-6μとなるように、前記ノズル又はアダプタの形状及び
寸法を設定するようにしている。このようにすると、歪
みゲージの耐久性が充分に確保されると共に、歪み検出
の感度が良好に保たれる。

【００２１】また、本発明では、ノズル部の樹脂圧力と
歪みとの関係を予め較正しておき、前記歪みゲージによ
る実測値を樹脂圧力に換算した値に基づいて前記射出成
形制御を行なうようにしている。このようにすると、可
塑化工程における可塑化圧力及び射出工程における射出
圧力が制御可能となる。

【００２２】前記歪みゲージの温度条件を種々に変更し
て、前記ノズル部の樹脂圧力と歪みとの関係を事前にデ
ータ収集し、射出成形時に前記歪みゲージの周囲温度に
対応して、前記樹脂圧力と歪みとの関係を較正するよう
にしている。このようにすると、射出成形温度が種々に
異なっても常に正確な樹脂圧力が検出される。

【００２３】また、本発明では、射出成形サイクル毎
に、前記ノズル部の樹脂圧力が０になる特定工程時に検
出した前記ノズル部の歪み量を原点として、この原点か
らの歪み実測値を樹脂圧力に換算するようにしている。
このようにすると、歪みゲージの温度ドリフトや経時ド
リフトを除いた正確な樹脂圧力が検出される。

【００２４】また、本発明では、前記歪みゲージの貼付
け部の周辺箇所又は前記歪みゲージの金属べ一スに熱電
対を取付け、この熱電対にて前記歪みゲージの周囲温度
を検出するようにしている。このようにすると、歪みゲ
ージ部の温度を検出することにより、実際温度に合った
歪みと樹脂圧力との換算が行なわれる。

【００２５】また、本発明では、前記歪みゲージの貼付
け部の周辺箇所又は前記歪みゲージの金属べ一スに取付
けた熱電対と、前記歪みゲージの貼付け部の周辺箇所に
設けたヒータとにより、前記歪みゲージの周囲温度を制
御するようにしている。このようにすると、歪みゲージ
の周囲温度のばらつきが低減され、ひいては歪み検出の
精度が良好に保たれる。

【００２６】また、本発明では、樹脂原料を溶融・可塑
化させながら前記ノズルに移送する可塑化スクリュの可
塑化圧力の設定値と、前記ノズル部の歪み量から換算し
た実際の樹脂圧力とにより、可塑化圧力を制御し、ま
た、射出高圧工程及び射出保圧工程における樹脂圧力の
各設定値と、前記ノズル部の歪み量から換算した実際の
樹脂圧力とにより、射出高圧工程及び射出保圧工程にお
ける樹脂圧力を制御するようにしている。このようにす
ると、誤差の少ない実際の樹脂圧力値を使用することと
なるので、可塑化圧力、射出高圧及び射出保圧の制御精
度が向上される。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図１〜図１５を参照して説明する。なお、図１〜図１５
において、図１６〜図１８と同様の部分には同一の符号
を付して重複する説明を省略する。

【００２８】図１は、本発明の第１実施形態に係る射出
成形機の射出装置を示すものであって、本実施形態の射
出装置は、ホッパ２、シリンダ３、可塑化スクリュ４、
ヒータ３１、ノズル６、軸受け箱７、電動機８，９、ボ
ールねじ機構部Ｓ、及び制御装置２０をそれぞれ備えて
いる。この射出装置にあっては、ホッパ２から供給され
る樹脂原料１がシリンダ３内で可塑化されて、シリンダ
３の先端部のノズル６から射出されるまでの動作は、図
１６に示した従来の射出装置の場合と全く同様である。

【００２９】本実施形態の射出装置が既述の従来の射出
装置と異なる点につき述べると、次の通りである。すな
わち、本実施形態の射出装置にあっては、図１６の従来
の射出装置に用いられているロードセル１１５の代わり
に、図１〜図４に示す如く歪みゲージ１５がノズル６に
取付けられている。この歪みゲージ１５は、図２及び図
３に明示するように、ノズル６の外周面（円筒面）に接
着又は溶接により貼付けられ、射出成型時にノズル６に
発生する歪みの大きさを歪みゲージ１５にて検出し得る
ように構成されている。

【００３０】また、ノズル６には図２に明示するように
ヒータ３２が取付けられ、図３に示す如くノズル６に係
着された熱電対１８による温度検出により、前記ヒータ
３２が温度制御されるように構成されている。すなわ
ち、歪みゲージ１５の貼付け部の周辺箇所に取付けられ
た熱電対１８と、この歪みゲージ１５の貼付け部の周辺
箇所に設けられたヒータ３２とにより、歪みゲージ１５
の周囲温度が制御されるようになっている。

【００３１】なお、図３において、１５ａは歪みゲージ
１５のリード線、１８ａは熱電対１８のリード線であ
り、これらのリード線１５ａ，１８ａからの出力信号は
図１に示す制御装置２０にそれぞれ入力されるように構
成されている。かくして、歪みゲージ１５及び熱電対１
８からの検出信号が前記制御装置２０に供給されるよう
になっている。

【００３２】一方、歪みゲージ１５は、図４に示すよう
にノズル６の円周方向の歪みを検出する向きに貼付けら
れており、歪みゲージ１５からはノズル６の円周方向の
歪みに相当する検出信号が出力されるように設定されて
いる。このようにノズル６の円周方向の歪みを歪みゲー
ジ１５にて検出するようにしている理由は、ノズル６の
円周方向に発生する歪みが、円周方向とは別の２軸であ
る軸方向や半径方向に発生する歪み比べてずっと大きい
ので、この円周方向の歪みを検出する方が歪み検出を容
易かつ精度良く行なうことができるからである。なお、
熱電対１８は、図３に示すように、ノズル６に設けられ
た穴に螺着されてその中に一部が挿入配置されている。

【００３３】歪みゲージ１５のリード線１５ａは電気信
号線２３を介して制御装置２０に接続されると共に、こ
の制御装置２０と電動機８，９とがそれぞれ電気信号線
２１，２２を介して互いに接続されている。かくして、
歪みゲージ１５からの検出信号（計測信号）が電気信号
線２３を通して制御装置２０に供給され、その検出信号
に応じて制御装置２０から出力される制御信号が電気信
号線２１，２２を通して電動機８，９に入力されるよう
に構成されている。

【００３４】本実施形態の射出装置は、次のように作動
される。すなわち、電動機８を図１において矢印ａ方向
に回転させる可塑化工程においては、溶融樹脂１４の圧
力が所定の圧力となるように、電動機９が矢印ｃ方向に
回転されて可塑化スクリュ４が図１において右方向に適
当な速度で後退される。他方、電動機９を図１において
矢印ｂ方向に回転させて可塑化スクリュ４を前進させる
射出工程では、溶融樹脂１４の圧力が所定の圧力となる
ように、電動機９の回転速度が調節される。なお、射出
保圧工程では、可塑化スクリュ４の移動速度は遅く、溶
融樹脂１４の圧力を所定の圧力に下げる場合は、電動機
９が矢印ｃ方向に回転され、これに伴い可塑化スクリュ
４が後退される。

【００３５】このような構成の射出装置によれば、歪み
ゲージ１５から得られる検出信号（歪み量に関する計測
信号）に基づいて射出成形制御を行なうことができる。
その理由は、以下の通りである。すなわち、可塑化スク
リュ４の前端箇所における溶融樹脂１４の圧力とノズル
６の歪みの大きさとは、比例関係にある。従って、射出
成形時に、歪みゲージ１５にてノズル６の歪みを検出す
ることにより、溶融樹脂１４の圧力を間接的に計測する
ことができる。さらに具体的に述べると、射出成形時に
発生するノズル６の歪みの大きさを歪みゲージ１５にて
検出し、この検出結果に基づいて溶融樹脂１４の圧力を
計算により求めることができ、これにより求めた溶融樹
脂１４の圧力値をパラメータとして電動機８，９の駆動
制御（ひいては射出成形制御）を高精度で行なうことが
できる。

【００３６】なお、本実施形態の射出装置では、後述の
如く、樹脂原料１を溶融・可塑化させながらノズル６に
移送する可塑化スクリュ４の可塑化圧力の設定値と、ノ
ズル６の歪み量から換算した実際の樹脂圧力とにより、
可塑化圧力が制御され、また、射出高圧工程及び射出保
圧工程における樹脂圧力の各設定値と、ノズル部の歪み
量から換算した実際の樹脂圧力とにより、射出高圧工程
及び射出保圧工程における樹脂圧力が制御される。

【００３７】図５は、本発明の第２実施形態に係る射出
成形機の射出装置を示すものであって、この射出装置
は、ホッパ２、シリンダ３、可塑化スクリュ４、ヒータ
３１、ノズル６、アダプタ１３、軸受け箱７、電動機８
と９、ボールねじ機構部部Ｓ、及び制御装置２０をそれ
ぞれ備えている。なお、ホッパ２からシリンダ３に供給
される樹脂原料１がシリンダ３内で可塑化されて、ノズ
ル６から射出されるまでの動作は、既述の第１実施形態
の場合と全く同様である。

【００３８】本実施形態の射出装置が既述の従来の射出
装置と異なる点につき述べると、次の通りである。すな
わち、本実施形態の射出装置にあっては、シリンダ３と
ノズル６との間にアダプタ１３が配設され、このアダプ
タ１３に歪みゲージ１５が取付けられている。さらに詳
述すると、アダプタ１３は、多角筒状の部材から成り、
図７及び図８に示す如き多角形状外周の平面部１３ａ
と、溶融樹脂１４が流動する中空部１３ｂとを有してい
る。そして、アダプタ１３の外周面の１辺に相当する平
面部１３ａに歪みゲージ１５が貼付けられると共に、歪
みゲージ１５の周囲温度を調整するためのヒータ３３
（図６参照）が取付けられている。なお、この歪みゲー
ジ１５の用途・機能及び作用効果は、既述の第１実施形
態の場合と比べて歪みゲージ１５の貼付け場所が異なる
だけで、第１実施形態の場合と全く同じである。

【００３９】本実施形態の射出装置によれば、アダプタ
１３を用いることにより、このアダプタ１３の形状・寸
法を適宜に調整して、溶融樹脂１４の圧力に対するノズ
ル６の歪みの大きさを所望量に設定することができる。
また、歪みゲージ１５を既述の如くアダプタ１３の平面
部１３ａに貼付けて真っ直ぐの状態で設置するようにし
ているので、歪みゲージ１５の寿命（耐用期間）を長く
することができる。すなわち、歪みゲージ１５を円筒面
（湾曲面）に沿って貼付けた場合よりもこれを平面に沿
って貼付けた方が、歪みゲージ１５を曲げずにかつ相手
面とより密着した状態で貼付けることができるので、寿
命を大幅に長くすることができ、かつ歪みゲージ１５の
貼付け部の信頼性を向上させることができる。因みに、
歪みゲージ１５の寿命が増大する例として、歪みゲージ
１５の貼付箇所を円筒面とした場合には歪みゲージ１５
の寿命が３００万回であるものが、歪みゲージ１５の貼
付箇所を平面とした場合には歪みゲージ１５の寿命が１
０００万回以上に増える。

【００４０】なお、歪みゲージ１５の使用個数は、１個
に限らず、２個以上であってもよい。図９は、歪みゲー
ジ１５を２個使用した場合の例を示している。この例に
おいては、図９に示すように、２個の歪みゲージ１５，
１５がアダプタ１３の互いに対向する２つの平坦部１３
ａ，１３ａにそれぞれ貼付けられており、これら２個の
歪みゲージ１５，１５のブリッジ回路を組むことによ
り、歪みの検出感度は歪みゲージ１５を１個設けた場合
の２倍となる。

【００４１】また、図１０は、歪みゲージ１５の金属ベ
ースに熱電対１９を溶接するようにした変形例を示して
いる。この変形例の場合には、アダプタ１３に熱電対取
付用穴の加工を施す必要がなく、従って熱電対１９の設
置を容易にすることができる。また、歪みゲージ１５の
温度を直接検出できるので、使用温度における歪みと樹
脂圧力の較正精度を向上させることができる。

【００４２】また、本発明の実施形態においては、予
め、ノズル部の歪みと樹脂圧力の関係を試験で計測して
較正するようにしている。図１１は、その較正データを
収集するのに使用した射出装置の一例を示している。本
例の射出装置においては、図１１に示すように、歪みゲ
ージ１５が貼付けられたノズル６とシリンダ３との間に
試験用アダプタ１６が設けられ、このアダプタ１６に従
来方式の樹脂圧力センサ１７が取付けられている。この
ような射出装置を使用することにより、歪みゲージ１５
の歪み並びに樹脂圧力センサ１７の圧力を同時に計測で
き、それらの関係データの収集が可能である。なお、図
１１のノズル６に代えて、図６の歪みゲージ付きアダプ
タ１３を使用しても、このアダプタ１３に樹脂圧力セン
サ１７を取付けることにより、上述と同様に、歪みゲー
ジ１５の歪み並びに樹脂圧力センサ１７の圧力のデータ
を同時に収集することが可能である。

【００４３】次に、図１２に歪みと鉄系ゲージベース応
力との関係を示す。図１２に示すように、歪み１０００
μ（１μ＝１×１０^-6ｍ）当り２１０ＭＰａの応力が発
生する。歪みが大きいと、歪みの検出は容易になるが、
それだけ発生応力が増えてゲージベースが破損しやすく
なる。歪みゲージの試験例では、樹脂成形の最高温度４
００℃の温度条件において、３００万回の繰返し歪み試
験で、歪み範囲が０〜９００μのものは破損せず、歪み
範囲が０〜１２００μのものは破損している。従って、
歪みは１１００μ程度に抑える必要がある。また、射出
成形機の最高射出樹脂圧力は、一般に２００ＭＰａ程度
であるが、１ＭＰａの分解能が射出成形制御上、必要で
ある。

【００４４】一方、歪みゲージの分解能は１μ程度であ
るが、余裕をみて１．５μとする。従って、歪み１．５
μで樹脂圧力１ＭＰａに対応させ、最高射出樹脂圧力２
００ＭＰａまで検出するとすると、最高樹脂圧力時の歪
みは３００μになる。それ故、最高射出樹脂圧力に対し
て、発生歪みは３００〜１１００μが適切である。そこ
で、そのような発生歪みとなるようにノズル６又はアダ
プタ１３の形状・寸法を設計する。そのようにすれば、
歪みゲージ１５が破損せず、かつ必要な分解能を得るこ
とができる。

【００４５】次に、図１３に、樹脂圧力とノズル部見掛
け歪みとの関係を、温度をパラメータとして模式的に示
す。図１３に示すように、温度の高低に応じて、樹脂圧
力とノズル部見掛け歪みとの相互関係は異なり、また樹
脂圧力０に対するノズル部見掛け歪みもずれてくる。な
お、この温度変化による歪みの変動は、「温度ドリフ
ト」と呼ばれている。従って、事前に、温度水準を変え
て、樹脂圧力とノズル部見掛け歪みとの関係データを収
集し、下記の式（１）により、各温度毎に圧力換算係数
Ｋを求めておく。

【００４６】Ｋ＝ＰＨ／（εＨ−ε０） ……… （１）ただし、ＰＨ：樹脂圧力計測値 εＨ：樹脂圧力がＰＨの時の見掛け歪み量 ε０：樹脂圧力が０の時の見掛け歪み量

【００４７】しかるに、射出成形においては、後述の図
１４で示すように、各射出成形サイクル中に樹脂圧力が
０になる時点があるので、その時点の見掛け歪みε０を
検出し、事前にデータ収集してある各温度の圧力換算係
数Ｋにより、任意の見掛け歪みεＸから下記の式（２）
により、樹脂圧力ＰＸを算出できる。

【００４８】ＰＸ＝Ｋ・（εＸ−ε０） ……… （２）

【００４９】次に、図１４に射出成形サイクルにおける
ノズル部の樹脂圧力変化を示す。図１４に示すように、
射出工程は、金型内へ樹脂を充填する射出高圧工程と、
充填後に樹脂を補給する射出保圧工程の２つに区分され
るが、それらの工程で樹脂圧力ＰＡ，ＰＢがそれぞれ図
示の如く作用する。さらに、射出後の可塑化工程では、
樹脂圧力設定に対応した所定の圧力ＰＣが作用する。し
かし、それらの工程以外の区間ａ，ｂの各工程では、ノ
ズル部の樹脂圧力は０になる。従って、例えば図１４の
各射出成形サイクル開始時点（区間ｂの工程の最初）
に、ノズル部の歪みを計測すれば、それが樹脂圧力
「０」に対応する見掛け歪み量ε０となる（各射出成形
サイクル開始時点以外の予め設定された樹脂圧力が０の
時点で見掛け歪み量ε０を計測するようにしてもよ
い）。なお、この見掛け歪み量ε０を原点とすることを
「ゼロ払い」と呼び、この原点からの歪み量（εＸ−ε
０）を正味の歪み量として用いる。これにより、本方法
によれば、歪みゲージに固有の温度ドリフトや経時ドリ
フト等による影響を除去できる。

【００５０】次に、図１５に、本実施形態の射出装置に
適用される制御のフローチャートを示す。本実施形態の
射出装置の制御においては、図１５に示す如く、各成形
サイクルの開始時に歪みのゼロ払いを行ない、樹脂圧力
０に対応する見掛け歪みε０を設定する（ステップ
Ｓ₁）。次いで、歪みゲージ部の温度ＴＳを検出する
（ステップＳ₂）。これらのステップＳ₁，Ｓ₂におけ
る準備作業の後に、射出・可塑化工程（ステップＳ₃）
において、連続して、見掛け歪みεＸを検出し（ステッ
プＳ₄）、現在温度ＴＳにおける圧力換算係数Ｋを前記
式（１）を用いて事前データから算出し（ステップ
Ｓ₅）、樹脂圧力ＰＸを前記式（２）にて計算により求
める（ステップＳ₆）。次に、目標圧力ＰＧと樹脂圧力
ＰＸとの差△Ｐを算出し（ステップＳ₇）、この△Ｐを
低減するように射出用の電動機９（図１及び図５参照）
を駆動制御する（ステップＳ₈）。なお、上述の△Ｐを
低減する制御は、いわゆるフィードバック制御であり、
種々の方法が用いられる。上記射出・可塑化工程（ステ
ップＳ₃）の後、射出成形の１サイクルが完了する（ス
テップＳ₉）。かくして、上述の如き制御フローによれ
ば、ノズル６の歪みゲージ１５により歪みを計測するこ
とにより、射出・可塑化工程におけるノズル部樹脂圧力
を算出し、この算出結果に基づいてフィードバック制御
することができる。

【００５１】このような構成の射出装置によれば、従来
用いられていたロードセル１１５や樹脂圧力センサ２１
５に代えて歪みゲージ１５を用いるようにしたので、歪
みの大きさ（歪み量）を容易に検出することが可能にな
って樹脂圧力の検出を高精度で行なうことができ、しか
も歪みゲージ１５が溶融樹脂にて損耗を生じるようなこ
とがないので、樹脂圧力検出手段としての歪みゲージ１
５の寿命を長くすることができる。また、歪みゲージ１
５をノズル６に直接的に貼付け、或いはアダプタ１３を
介してノズル６に間接的に貼付けるようにしているの
で、従来のようにロードセル１１５とノズル１０６との
間に軸受け箱７等の中間部品が介在されることがなく、
従って中間部品における摺動抵抗により圧力検出の精度
が悪くなるような不具合をなくすことができる。その結
果、射出成形品の品質にばらつきを生じるのを防止で
き、射出成形品の高品質化並びに品質の均一化を図るこ
とができる。

【００５２】以上、本発明の一実施形態について述べた
が、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、
本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可
能である。例えば、アダプタ１３の形状は正六角筒であ
る必要は必ずしもなく、その他の多角筒であってもよ
い。

【００５３】

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、溶融樹脂
を射出するノズルの外周面又は前記ノズルに連結された
アダプタの外周面に、周方向の歪みを検出する１個以上
の歪みゲージを貼付け、射出成形時に前記歪みゲージか
ら得られる検出信号に基づいて射出成形制御を行なうよ
うにしたので、次のような作用効果を奏することができ
る。まず、射出成形機のノズル部に貼付けた歪みゲージ
により射出成形時にノズルの周方向の歪みを検出してそ
の検出した歪み量に基づいてノズル部内の樹脂圧力を算
出することができる。また、ノズルに発生する歪みの大
きさの検出が容易であり、かつ貼付け部品である歪みゲ
ージが破損しない適度な歪み範囲に製作可能である。

【００５４】その結果、軸受け箱部にロードセルを設け
た従来方式では、樹脂圧力の制御をするノズル部とはか
け離れた軸受け箱部で荷重検出をするため、圧力検出の
誤差が大きいという欠点があったが、本発明は、樹脂圧
力と相関関係を有する歪み量（樹脂圧力の代替となる歪
み）をノズル部において検出する方式であるので、従来
のような検出誤差を低減することができて樹脂圧力の制
御精度を向上させることができ、ひいては成形品の品質
にばらつきが生じるのを防止し得て高品質化並びに品質
均一化を図ることができる。

【００５５】また、ノズル部の溶融樹脂流路に樹脂圧力
センサを直接取付けた従来の射出装置では、樹脂圧力セ
ンサの先端（ダイアフラム）が流動樹脂によって損耗し
易いため寿命が短いという欠点があったが、本発明の射
出装置では、樹脂圧力センサの代替部品である歪みゲー
ジは、ノズル内を流動する溶融樹脂と接触することがな
いので、歪みゲージが損耗するおそれは全くなく、従っ
て歪みゲージの寿命を長くもたせることができて経済的
である。

【００５６】かくして、本発明によれば、樹脂圧力の検
出を高精度で行なうことができて樹脂成形品の品質にば
らつきが生じるのを防止することでき、しかも、樹脂圧
力検出手段に損耗等の不具合を生じることがなく樹脂圧
力検出手段の寿命を長くすることができて経済性に優れ
た射出成形機の射出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る射出成形機の射出
装置の全体構成を示す構成図である。

【図２】図１において矢印Ａで示す部分を拡大して示す
断面図である。

【図３】図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図３のノズルを拡大して示す斜視図である。

【図５】本発明の第２実施形態に係る射出成形機の射出
装置の全体構成を示す構成図である。

【図６】図５において矢印Ｅで示す部分を拡大して示す
断面図である。

【図７】図６におけるＦ−Ｆ線断面図である。

【図８】図７のノズルを拡大して示す斜視図である。

【図９】２個の歪みゲージをノズルの平面部にそれぞれ
貼付けた状態を示す断面図である。

【図１０】熱電対を歪みゲージに溶接するようにした本
発明の変形例を示すものであって、ノズルへの歪みゲー
ジ及び熱電対の取付箇所を示す斜視図である。

【図１１】樹脂圧力センサ付き試験用アダプタを備えた
較正データ収集用のノズル部を示す断面図である。

【図１２】歪みと鉄系ゲージベース応力との関係を示す
グラフである。

【図１３】ノズル部の樹脂圧力と見掛け歪みとの関係を
示すグラフである。

【図１４】射出成形サイクルを示すものであって、射出
成形時における樹脂圧力の圧力変化を示すグラフであ
る。

【図１５】本発明の射出装置を制御するための工程を示
すフローチャートである。

【図１６】図１６はロードセルを樹脂圧力検出手段とし
て備えた従来の射出装置の全体構成を示す構成図であ
る。

【図１７】ノズルに樹脂圧力センサを取付けるようにし
た従来の射出装置の全体構成を示す構成図である。

【図１８】図１７において矢印Ｑで示す部分を拡大して
示す断面図である。

【符号の説明】

１樹脂原料２ホッパ３シリンダ４可塑化スクリュ５逆止弁６ノズル７軸受け箱８，９電動機１０ボールねじ軸１１ボール１２ボールねじナット１３アダプタ１３ａ平面部１４溶融樹脂１５歪みゲージ１６樹脂圧力センサ取付けアダプタ１７樹脂圧力センサ１８，１９熱電対２０制御装置２１，２２，２３電気信号線３２，３３ヒータＳボールねじ機構部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木下清愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者三輪滋夫愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋機器製作所内Ｆターム(参考） 4F206 AP05 AP20 AR03 AR20 JA07 JP11 JP13 JQ51

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融樹脂を射出するノズルの外周面又は
前記ノズルに連結されたアダプタの外周面に、周方向の
歪みを検出する１個以上の歪みゲージを貼付け、射出成
形時に前記歪みゲージから得られる検出信号に基づいて
射出成形制御を行なうようにしたことを特徴とする射出
成形機の射出装置。
【請求項２】前記ノズル又はアダプタを多角形筒に成
形し、その多角形の外周面の辺に相当する平面部に前記
歪みゲージを貼付け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射出装置。
【請求項３】射出成形機の最高射出圧力が前記ノズル
内の溶融樹脂に作用したときに、前記歪みゲージに発生
する歪み量が３００〜１１００×１０^-6μとなるよう
に、前記ノズル又はアダプタの形状及び寸法を設定する
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
出成形機の射出装置。
【請求項４】ノズル部の樹脂圧力と歪みとの関係を予
め較正しておき、前記歪みゲージによる実測値を樹脂圧
力に換算した値に基づいて前記射出成形制御を行なうよ
うにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項
に記載の射出成形機の射出装置。
【請求項５】前記歪みゲージの温度条件を種々に変更
して、前記ノズル部の樹脂圧力と歪みとの関係を事前に
データ収集し、射出成形時に前記歪みゲージの周囲温度
に対応して、前記樹脂圧力と歪みとの関係を較正するよ
うにしたことを特徴とする請求項４に記載の射出成形機
の射出装置。
【請求項６】射出成形サイクル毎に、前記ノズル部の
樹脂圧力が０になる特定工程時に検出した前記ノズル部
の歪み量を原点として、この原点からの歪み実測値を樹
脂圧力に換算するようにしたことを特徴とする請求項４
又は５に記載の射出成形機の射出装置。
【請求項７】前記歪みゲージの貼付け部の周辺箇所又
は前記歪みゲージの金属べ一スに熱電対を取付け、この
熱電対にて前記歪みゲージの周囲温度を検出するように
したことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記
載の射出成形機の射出装置。
【請求項８】前記歪みゲージの貼付け部の周辺箇所又
は前記歪みゲージの金属べ一スに取付けた熱電対と、前
記歪みゲージの貼付け部の周辺箇所に設けたヒータとに
より、前記歪みゲージの周囲温度を制御するようにした
ことを特徴とする請求項７に記載の射出成形機の射出装
置。
【請求項９】樹脂原料を溶融・可塑化させながら前記
ノズルに移送する可塑化スクリュの可塑化圧力の設定値
と、前記ノズル部の歪み量から換算した実際の樹脂圧力
とにより、可塑化圧力を制御し、また、射出高圧工程及
び射出保圧工程における樹脂圧力の各設定値と、前記ノ
ズル部の歪み量から換算した実際の樹脂圧力とにより、
射出高圧工程及び射出保圧工程における樹脂圧力を制御
するようにしたこを特徴とする請求項１乃至８の何れか
１項に記載の射出成形機の射出装置。