JP2006007466A - 射出成形機のシリンダ内における樹脂の熱分解を検出する方法、および射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱分解が生じるまでの時間や温度が異なる様々な樹脂材料を使用する場合にも、樹脂が熱分解して発生したガスによってシリンダ内の圧力が過剰に高くなることを防ぐ。
【解決手段】 射出成形機は、スクリュ３が軸方向に移動可能に配置された、加熱手段を備えたシリンダ２と、シリンダ２内の圧力を検出する圧力検出手段を構成する圧力センサーおよび圧力算出装置６と、射出成形機が動作停止中であるか否かを検出する動作検出装置７と、圧力算出装置６および動作検出装置７に接続されたコントローラ８とを有している。コントローラ８は、動作検出装置７によって射出成形機が動作停止中であることが検出されている間に、圧力検出手段５，６によって検出されたシリンダ２内の圧力が所定の値を超えた場合に、射出成形機にスクリュ３のサックバック動作等の安全動作を実行させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、射出成形機のシリンダ内における樹脂の熱分解を検出する方法、および射出成形機に関するものである。

従来から、たとえば特許文献１や特許文献２に開示されているように、射出成形機のシリンダ内の樹脂の温度を管理する技術が知られている。これらの特許文献には、射出成形機のスクリュ回転動作やその他の成形動作が予め設定された一定時間の間に確認されない場合に、シリンダの設定温度を成形時の温度よりも低い温度に切り換える技術が開示されている。この技術によれば、成形動作が中断されている間にシリンダ内の樹脂が加熱されて熱分解を生じることを防止することができる。また、シリンダ内の樹脂が加熱されて熱分解を生じると、シリンダ内にガスが発生してシリンダ内の圧力が上昇し、やがては射出成形機のノズルから樹脂が突然噴出したり、射出成形機が損傷したりする可能性があるが、上記のようにシリンダ内の樹脂が加熱されて熱分解を生じることを防止することで、そのような事態を防ぐことが可能である。

さらに、特許文献３には、射出成形機の運転が自動運転中でないときに、一定の時間（第１の設定時間）の間に射出成形機の操作がされなかった場合にはシリンダヒータの温度を成形温度より低い保温温度に切り換え、かつ、その低い保温温度に切り換えた時点からさらに一定の時間（第２の設定時間）の間に射出成形機の操作がされなかった場合にはヒータ電源装置からシリンダヒータへの電力供給を停止する制御装置を備えた射出成形機が開示されている。特許文献３には、さらに、第１および第２の設定時間と保温温度の情報とが、使用される樹脂の種類ごとに制御装置に保持されていることが記載されている。
特開平８−１３２５０１号公報 特開平１０−１５６９０８号公報 特開２００２−７９５６２号公報

しかしながら、一定の加熱条件の下でも、樹脂が熱分解を生じるまでの時間は樹脂毎に異なり、さらには同じ樹脂でも厳密には樹脂の製造ロットや添加物の種類等によって異なる。したがって、上記の従来技術のように予め決められた設定時間は、樹脂が熱分解を生じるまでの実際の時間を正確に反映していない。そのため、設定時間が実際よりも短めに設定されている場合には、樹脂が熱分解を起こしていないのにシリンダの設定温度が成形時の温度よりも低い温度に切り換えられてしまい、樹脂を十分に加熱した状態で保持することができない。一方、設定時間が実際よりも長めに設定されている場合には、樹脂が熱分解されて生じたガスによってシリンダ内の圧力が高くなるおそれがある。

さらに、特許文献３のように制御装置が設定時間や設定温度を樹脂の種類ごとに保持している構成であっても、次々に新しく提供される新規の樹脂材料に対応することは事実上不可能である。仮に、制御装置が保持する設定時間や設定温度が、新規の樹脂材料に対応して更新されたとしても、上述したように樹脂が熱分解を生じるまでの時間は同じ樹脂でも樹脂の製造ロットや添加物の種類によって異なるため、その設定時間や設定温度が、樹脂が熱分解を生じるまでの実際の時間を正確に反映していないこともある。

そのため、射出成形機のシリンダ内における樹脂の熱分解の検出を特許文献１〜３に開示されたような技術を用いて行うことは、射出成形機を良好に作動させる上で必ずしも満足できるものではない。

そこで本発明は、熱分解が生じるまでの時間や温度が異なる様々な樹脂材料を使用する場合にも、樹脂が熱分解して発生したガスによってシリンダ内の圧力が過剰に高くなることを防ぐことを可能にする、射出成形機のシリンダ内における樹脂の熱分解を検出する方法、および射出成形機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の射出成形機の加熱手段を備えたシリンダ内における樹脂の熱分解を検出する方法は、射出成形機のシリンダ内における樹脂の熱分解を検出する方法であって、スクリュが軸方向に移動可能に配置された前記シリンダ内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記射出成形機が動作停止中であるか否かを検出する動作検出手段とに接続された制御手段が、前記動作検出手段によって前記射出成形機が動作停止中であることが検出されている間に、前記圧力検出手段によって検出された前記シリンダ内の圧力が所定の値を超えた場合に、射出成形機に安全動作を実行させることを特徴とする。

射出成形機の動作停止中に、シリンダ内に樹脂が存在している状態でシリンダが加熱され続けると、シリンダ内の樹脂はやがて熱分解を起こしてガスを発生する。シリンダの先端に設けられたノズル内に樹脂が残留してノズルが詰まっているような場合には、シリンダ内に樹脂の熱分解によるガスが発生すると、そのガスがシリンダ内に溜まってシリンダ内（より正確には、シリンダ内のスクリュの先端とノズルとの間の空間）の圧力が高くなり、その圧力はスクリュを軸方向に後退させるように作用する。そのため、射出成形機が動作停止中である間にシリンダ内の圧力が所定の値を超えた場合には、シリンダ内の樹脂が熱分解を起こしてガスを発生させていると認められる。したがって、本発明によれば、制御手段が、動作検出手段によって射出成形機が動作停止中であることが検出されている間に、圧力検出手段によって検出されたシリンダ内の圧力が所定の値を超えた場合に、射出成形機に安全動作を実行させることにより、樹脂が熱分解して発生したガスによってシリンダ内の圧力が過剰に高くなることを防ぐことができる。なお、本発明によれば、予め決められた設定時間や設定温度に従って動作を開始する従来技術とは異なり、シリンダ内の圧力が実際に計測され、その結果に基づいて安全動作が開始されるので、熱分解が生じるまでの時間や温度が異なる様々な樹脂材料を使用する場合にも、適用可能である。

前記安全動作は前記スクリュを強制的にサックバックさせる動作である構成としてもよい。スクリュを強制的にサックバックさせることにより、シリンダ内のスクリュの先端とノズルとの間の空間を増大させ、シリンダ内の圧力を低下させることができる。

また、本発明の射出成形機は、スクリュが軸方向に移動可能に配置された、加熱手段を備えたシリンダを有する射出成形機であって、前記シリンダ内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記射出成形機が動作停止中であるか否かを検出する動作検出手段と、前記圧力検出手段と前記動作検出手段とに接続された制御手段とを有し、前記制御手段は、前記動作検出手段によって前記射出成形機が動作停止中であることが検出されている間に、前記圧力検出手段によって検出された前記シリンダ内の圧力が所定の値を超えた場合に、射出成形機に安全動作を実行させるように構成されていることを特徴とする。

上記本発明の射出成形機によれば、制御手段が、動作検出手段によって射出成形機が動作停止中であることが検出されている間に、圧力検出手段によって検出されたシリンダ内の圧力が所定の値を超えた場合に、射出成形機に安全動作を実行させるように構成されているので、熱分解が生じるまでの時間や温度が異なる様々な樹脂材料を使用する場合にも、樹脂が熱分解して発生したガスによってシリンダ内の圧力が過剰に高くなることを防ぐことができる。

さらに、前記圧力検出手段は、前記スクリュに軸方向に作用する力を検出するセンサーと、該センサーからの出力に基づいて、所定の相関関係に従って前記シリンダ内の圧力を求める圧力算出装置とを含んでいる構成としてもよい。スクリュに軸方向に作用する力を検出するセンサーは、例えば油圧駆動型の射出成形機であれば油圧センサーであり、電動駆動型の射出成形機であればロードセルであり、通常の射出成形機に備えられているものであるので、スクリュに軸方向に作用する力、引いてはシリンダ内の圧力を検出するための特別のセンサーを設ける必要がない。そのため、本発明に係る射出成形機は、従来からの構成を特に複雑かつ高価にすることなく構成することが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、熱分解が生じるまでの時間や温度が異なる様々な樹脂材料を使用する場合にも、樹脂が熱分解して発生したガスによってシリンダ内の圧力が過剰に高くなることを防ぐことができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る射出成形機を示す概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る射出成形機の射出装置は、内部を搬送される樹脂を加熱する加熱ヒータ（不図示）を備え、先端にノズル１が設けられたシリンダ２と、シリンダ２内に回転可能に挿入され、スクリュ３を回転駆動させる駆動部（不図示）によって回転駆動させられてシリンダ２内に供給された樹脂を搬送するスクリュ３と、スクリュ３をその軸方向に移動させることで、シリンダ２内の溶融樹脂を不図示の金型内に射出させる油圧シリンダ４と、スクリュ３に軸方向に作用する力を表す油圧シリンダ４に作用する圧力を検出する圧力センサー５とを有している。なお、本実施形態におけるノズル１は、シリンダ２の内部空間を大気中に連通させる開口が形成されている、いわゆるオープンタイプのノズルである。

この射出成形機は、さらに、圧力センサー５からの出力に基づいて、ある所定の相関関係に従ってシリンダ２内の圧力を求めるように構成されている圧力算出装置６と、射出成形機が動作中であるか否かを検出するように構成されている動作検出装置７と、射出成形機の各種制御を司るコントローラ８とを有している。動作検出装置７は、スクリュ３が駆動部（不図示）によって回転駆動させられていたり、スクリュ３が油圧シリンダ４によって軸方向に移動させられたりしている場合にはそれらの動作を検出し、射出成形機が動作中であると判断するように構成されている。逆に、動作検出装置７は、それらの動作が検出されていないときには射出成形機が動作停止中であると判断する。

上記のような構成の射出成形機では、射出成形機の動作停止中に、シリンダ２内に樹脂が存在している状態で、加熱ヒータ（不図示）によってシリンダ２が加熱され続けると、シリンダ２内の樹脂はやがて熱分解を起こしてガスを発生する。ノズル１は上記のようにオープンタイプのものであるので、ノズル１が大気中に連通していれば、シリンダ２内で発生したガスはノズル１を通って大気中に放出されるので、シリンダ２内がガスによって高圧になることはない。

しかしながら、射出動作の後にはノズル１内に樹脂が残留することがあり、その場合にはノズル１内に残留した樹脂は固化してノズル１に栓をした状態になる場合がある。この場合には、シリンダ２内に樹脂の熱分解によるガスが発生すると、そのガスがシリンダ２内に溜まってシリンダ２内（より正確には、シリンダ２内のスクリュ３の先端とノズル１との間の空間）の圧力が高くなる。その圧力はスクリュ３を後退方向（図示矢印Ａ方向）に押すように作用し、これに伴って油圧シリンダ４のピストン４ａを同方向に押し戻し、油圧シリンダ４内の圧力が上昇する。油圧シリンダ４内の圧力は圧力センサー５によって検出され、圧力センサー５から圧力算出装置６へ出力される。圧力算出装置６は、圧力センサー５からの出力に基づいて、ある所定の相関関係に従ってシリンダ３内の圧力を求め、その圧力値信号をコントロ−ラ８に出力する。

一方、動作検出装置７は、射出成形機が動作中であるか否か、具体的には、スクリュ３が駆動部（不図示）によって回転駆動させられていたり、あるいはスクリュ３が油圧シリンダ４によって軸方向に移動させられたりしているかどうかを検出する。動作検出装置７は、これらの動作が検出されていないときには射出成形機が動作停止中であると判断し、その旨を示す信号（動作停止中信号）をコントロ−ラ８に継続的に出力する。

動作検出装置７からコントローラ８に動作停止中信号が入力されている間に、圧力算出装置６からコントローラ８に入力される圧力値信号が所定の値を超えた場合には、射出成形機の動作停止中にシリンダ２が加熱ヒータ（不図示）によって加熱され、シリンダ２内の樹脂が熱分解を起こしてシリンダ２内にガスが発生し、シリンダ２内の圧力が高くなっているものと判断できる。射出成形機の動作停止中にシリンダ２内の圧力が高くなると、ノズル１内で固化した樹脂がその圧力によって押されてノズル１からピストルの弾のように飛び出したり、熱分解によって粘度が低くなった溶融樹脂がノズル１から噴出したりするおそれがある。そのため、上記の場合にはシリンダ２内の圧力を下げる動作を行う必要がある。

本実施形態のコントローラ８は、動作検出装置７から動作停止中信号が入力されている間に、圧力算出装置６から入力される圧力値信号が所定の値を超えた場合には、シリンダ２内の圧力を下げる動作を主とする安全動作を行う。ここで、「所定の値」とは、機械停止時に通常発生する残圧以上の設定値である。安全動作として、具体的には、油圧シリンダ４を駆動させてスクリュ３を後退方向（図示矢印Ａ方向）に所定量だけ強制的に後退させる動作（サックバック）や、加熱ヒータ（不図示）への電源供給を遮断する動作を行う。スクリュ３が後退方向に移動するとシリンダ２内のスクリュ３の先端とノズル１との間の空間の容積が増大するため、シリンダ２内の圧力を低下させることができる。また、加熱ヒータ（不図示）への電源供給を遮断するとシリンダ２の加熱が停止されるため、シリンダ２は次第に冷却され、シリンダ２内の圧力が低下する。また、コントローラ８は、不図示の鳴動装置を駆動させて、シリンダ２内の圧力が高くなっていることをアラーム音によってオペレータに知らせるように構成されていてもよい。なお、コントローラ８は、これらの安全動作を組み合わせて行うように構成されていてもよい。

このように、本実施形態の構成によれば、射出成形機の動作停止中にシリンダ２内の圧力が所定値よりも高くなった場合に上記の安全動作が行われるので、熱分解が生じるまでの時間や温度が異なる様々な樹脂材料を使用する場合にも、樹脂が熱分解して発生したガスによってシリンダ内の圧力が過剰に高くなることを防ぐことができる。さらに、油圧シリンダ４内の圧力を検出する圧力センサー５は油圧駆動型の射出成形機に一般に備えられているものであるので、シリンダ２内の圧力を検出するために特別なセンサーを設けることなく、上記の安全動作を行うことが可能である。

なお、上記ではオープンタイプのノズル１を用いた場合について説明したが、本実施形態の構成はドルーリング防止のためにシャットオフ式のノズルが装着されている場合にも適用可能できる。

図２は、本発明の他の実施形態に係る射出成形機を示す概略構成図である。

図２に示す射出成形機の射出装置は、内部を搬送される樹脂を加熱する加熱ヒータ（不図示）を備え、先端にノズル１１が設けられたシリンダ１２と、シリンダ１２内に回転可能に挿入され、シリンダ２内に供給された樹脂を搬送するスクリュ３と、スクリュ３をその軸方向に移動させることで、シリンダ２内の溶融樹脂を不図示の金型内に射出させるボールネジ１４ａ、およびそのボールネジ１４ａを駆動させる電動機である射出サーボモータ（不図示）等を有する電動駆動装置１４と、スクリュ１３に軸方向に作用する力によって生じる歪みを圧力として検出するセンサーであるロードセル１５とを有している。なお、本実施形態におけるノズル１１は、シリンダ１２の内部空間を大気中に連通させる開口が形成されている、いわゆるオープンタイプのノズルである。

この射出成形機は、さらに、ロードセル１５からの出力に基づいて、ある所定の相関関係に従ってシリンダ２内の圧力を求めるように構成されている圧力算出装置１６と、射出成形機が動作中であるか否かを検出するように構成されている動作検出装置１７と、射出成形機の各種制御を司るコントローラ１８とを有している。動作検出装置１７は、スクリュ１３が駆動部（不図示）によって回転駆動させられていたり、スクリュ１３が電動駆動装置１４によって軸方向に移動させられたりしている場合にはそれらの動作を検出し、射出成形機が動作中であると判断するように構成されている。逆に、動作検出装置１７は、それらの動作が検出されていないときには射出成形機が動作停止中であると判断する。

本実施形態の構成においても、コントローラ１８は、動作検出装置１７から動作停止中信号が入力されている間に、圧力算出装置１６から入力される圧力値信号が所定の値を超えた場合には、シリンダ１２内の圧力を下げる動作を主とする安全動作を行う。具体的には、電動駆動装置１４を駆動させてスクリュ１３を後退方向（図示矢印Ａ方向）に所定量だけ強制的に後退させる動作（サックバック）や、加熱ヒータ（不図示）への電源供給を遮断する動作を行う。また、コントローラ１８は、不図示の鳴動装置を駆動させて、シリンダ１２内の圧力が高くなっていることをアラーム音によってオペレータに知らせるように構成されていてもよい。なお、コントローラ１８は、これらの安全動作を組み合わせて行うように構成されていてもよい。

このように、本実施形態の構成によれば、射出成形機の動作停止中にシリンダ１２内の圧力が所定値よりも高くなった場合に上記の安全動作が行われるので、熱分解が生じるまでの時間や温度が異なる様々な樹脂材料を使用する場合にも、樹脂が熱分解して発生したガスによってシリンダ内の圧力が過剰に高くなることを防ぐことができる。さらに、スクリュ１３に軸方向に作用する力を検出するロードセル１５は電動駆動型の射出成形機に一般に備えられているものであるので、シリンダ１２内の圧力を検出するために特別なセンサーを設けることなく、上記の安全動作を行うことが可能である。

本発明の一実施形態に係る射出成形機を示す概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る射出成形機を示す概略構成図である。

符号の説明

１，１１ ノズル
２，１２ シリンダ
３，１３ スクリュ
４ 油圧シリンダ
４ａ ピストン
５ 圧力センサー
６，１６ 圧力算出装置
７，１７ 動作検出装置
８，１８ コントローラ
１４ 電動駆動装置
１４ａ ボールねじ
１５ ロードセル

Claims (4)

1. 射出成形機の加熱手段を備えたシリンダ（２；１２）内における樹脂の熱分解を検出する方法であって、
   スクリュ（３；１３）が軸方向に移動可能に配置された前記シリンダ（２；１２）内の圧力を検出する圧力検出手段（５，６；１５，１６）と、前記射出成形機が動作停止中であるか否かを検出する動作検出手段（７；１７）とに接続された制御手段（８；１８）が、前記動作検出手段（７；１７）によって前記射出成形機が動作停止中であることが検出されている間に、前記圧力検出手段（５，６；１５，１６）によって検出された前記シリンダ（２；１２）内の圧力が所定の値を超えた場合に、射出成形機に安全動作を実行させることを特徴とする、射出成形機のシリンダ内における樹脂の熱分解を検出する方法。
2. 前記安全動作は前記スクリュ（３；１３）を強制的にサックバックさせる動作である、請求項１に記載の方法。
3. スクリュ（３；１３）が軸方向に移動可能に配置された、加熱手段を備えたシリンダ（２；１２）を有する射出成形機であって、
   前記シリンダ（２；１２）内の圧力を検出する圧力検出手段（５，６；１５，１６）と、前記射出成形機が動作停止中であるか否かを検出する動作検出手段（７；１７）と、前記圧力検出手段（５，６；１５，１６）と前記動作検出手段（７；１７）とに接続された制御手段（８；１８）とを有し、
   前記制御手段（８；１８）は、前記動作検出手段（７；１７）によって前記射出成形機が動作停止中であることが検出されている間に、前記圧力検出手段（５，６；１５，１６）によって検出された前記シリンダ（２；１２）内の圧力が所定の値を超えた場合に、射出成形機に安全動作を実行させるように構成されていることを特徴とする射出成形機。
4. 前記圧力検出手段（５，６；１５，１６）は、前記スクリュ（３；１３）に軸方向に作用する力を検出するセンサー（５；１５）と、該センサー（５；１５）からの出力に基づいて、所定の相関関係に従って前記シリンダ（２；１２）内の圧力を求める圧力算出装置（６；１６）とを含んでいる、請求項３に記載の射出成形機。

Images