JP2023057264A - 射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂材料や添加剤の種類、樹脂材料の供給状態、成形サイクル等に影響されず、安定した計量時間の射出成形法を提供することを目的とする。【解決手段】射出シリンダ１０は、後方Ｂから前方Ｆに向かって、輸送ゾーンＦＺ、圧縮ゾーンＣＺ、溶融ゾーンＭＺ、貯蔵ソーンＫＺ、ノズルゾーンＮＺにゾーン分類し、それぞれに温度調整手段と温度計測手段を備え、第１温度パターンを温度補正手段５０に初期設定し、計量工程中の計量時間を監視し、計量時間が予め設定した監視時間ＣＴ３を超えると、第１温度パターンの温度補正を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、計量工程でスクリュの回転動作により、所定量の計量樹脂を射出シリンダ内に貯蔵し、射出工程で前記スクリュの前進動作により、前記計量樹脂を金型キャビティ内に射出充填する射出成形方法に関するものである。

射出成形は、次に示す工程で形成される。先ず、射出シリンダ内に樹脂材料を供給し、螺旋状のフライトを有するスクリュの回転運動によるせん断発熱と、射出シリンダに設けたヒータ等の熱量によって、可塑化し溶融樹脂となってスクリュ先端側に回転輸送され、射出シリンダ内に計量樹脂として貯蔵される。計量樹脂の貯蔵に伴いスクリュは後退動作し、所定の後退位置でスクリュの回転運動を停止してスクリュ位置が保持される（計量工程という）。このスクリュの後退動作に抵抗力を負荷して、貯蔵される成形材料の溶融混錬性を調整する（背圧制御という）。次いで、スクリュを前進動作させて、計量樹脂を金型キャビティ内に射出充填する射出工程と、溶融状態の計量樹脂の冷却固化収縮を補う保圧工程と、溶融状態の計量樹脂を金型キャビティ内で冷却固化させる冷却工程を経て、型開して金型キャビティから射出成形品として取り出す。この一連の成形動作を必要な成形品の個数を得るまで繰り返す。

ここで、射出成形の品質は、成形動作の起点である計量工程で貯蔵される計量樹脂の溶融混錬を示す樹脂温度の安定性に大きく依存し、その後の射出工程や保圧工程で補正することは困難である。計量工程のスクリュの回転数や計量背圧制御は、せん断発熱として樹脂温度に関係し、近年の射出装置の電動化に伴い、樹脂温度を高精度に調整することが可能となってきた。これに加え、射出シリンダの温度調整は、樹脂温度の安定性に関係する。そのため、射出シリンダの温度調整を正確に行うことで、射出成形の品質の安定化を試みる提案が多くなされている。

例えば、特許文献１に示すような、加熱筒（射出シリンダ）に熱電対を挿入し、計量工程の加熱筒の温度変化を計測し、可塑化状態を推測して、スクリュの回転数や背圧等の可塑化要因の状態を変化させるとしている。さらに、ノズルに熱電対を挿入し、射出工程のノズル通過時のせん断発熱等を加味した１ショット分の樹脂温度の変化を計測し、加熱筒の加熱温度、スクリュの回転数、背圧等を制御するとしている。これにより、金型キャビティに射出充填する樹脂温度を正確に把握して良好な成形状態を常に保つことが可能になるとされている。

また、特許文献２に示すような、加熱筒への樹脂材料の供給口付近の温度状態を検出し、検出した温度状態に基づいて、樹脂状態に影響を与える制御要素を可変制御するとしている。制御要素としては、樹脂材料の供給量、加熱筒の加熱温度、樹脂材料の予熱温度、スクリュ回転数または背圧である。

また、特許文献３に示すような、射出室または射出室と金型を連結する樹脂流路に温度センサを配置し、樹脂温度の変化を計測し、射出サイクルの時間軸に関連付けて、温度変化に最も影響を及ぼした加熱ゾーンを特定して、この加熱ゾーンの温度制御を行うとしている。これにより、溶融樹脂の温度を適正な値に維持することができるとされている。なお、射出室とは、計量樹脂が貯蔵される加熱筒の先端部の限られた範囲を示す。

特開平６－５５６００号公報 特開平４－９４９１５号公報 特開２０００－１７６９８３号公報

ここで、特許文献１に示すように、計量工程のスクリュの回転動作による摩擦発熱（せん断発熱）により加熱筒が温度上昇し、この温度上昇を熱量に換算して、予め試算した流入熱量と比較して可塑化状態を推測するとしている。また、射出工程でノズルから排出される樹脂温度を計測することで、可塑化状態の推測の精度が高まるとしている。しかしながら、射出成形で用いる樹脂材料は、例えば、タルクやガラス繊維等の添加剤が許容範囲内で添加されており、変動幅を持った添加剤が含まれる樹脂材料に対しての流入熱量を正確に試算する手段は存在しない。また、加熱筒に供給される樹脂材料の温度や供給量の変動に関して、全く考慮されていない。つまり、特許文献１では、正確な可塑化状態の推測は困難であり、射出成形の品質の安定化を得ることは極めて難しい。

これに対して、特許文献２に示すように、加熱筒に供給される樹脂材料の温度変化を検知して、樹脂状態に影響を与える制御要素を可変制御するとしており、計量樹脂の可塑化溶融の状態の安定化が期待される。しかしながら、樹脂材料の供給口より先方側の加熱筒に関しては、何も考慮されていない。前述したように樹脂材料には添加剤を含み、例えば、融点の非常に高いガラス繊維やカーボン繊維のような添加剤の種類によっては、あるいは、融点の異なる２種類の樹脂材料を混合したものなど、樹脂材料の可塑化溶融の状態に大きく影響を与えるものが多い。従って、特許文献２では、可塑化状態の的確な把握と計量樹脂の溶融状態の安定化は困難であり、射出成形の品質の安定化を確実にするものではない。

また、特許文献３に示すように、射出室に貯蔵される計量樹脂の温度は、射出工程の終了から次ショットの射出工程の開始までの経過時間（成形サイクル）によって変化し、最終的には射出室の設定温度に限りなく近づく。計量工程の計量時間が変化して成形サイクルが変わった場合は、計量樹脂の温度も相応に変化する。また、スクリュと干渉するため、射出室内に温度センサを設けることは現実的でなく、射出室壁に温度センサを設けると、樹脂温度の計測精度が低下し、正確な樹脂温度の計測ができない。さらに、射出室と金型を接続する流路内に温度センサを設けると、射出工程の樹脂流動により温度センサがせん断発熱を受け、そうなると、正確な樹脂温度の計測は期待できない。つまり、射出工程の射出室の樹脂温度の変化から、計量工程の加熱筒の各ゾーンを通過する樹脂材料の可塑化状態を推測することは、不安定要素を含んでおり現実的ではない。

そこで本発明は、樹脂材料や添加剤の種類、樹脂材料の供給状態、成形サイクル等に影響されず、安定した計量時間の射出成形法を提供することを目的とする。

本発明の射出成形方法は、
計量工程でスクリュの回転動作により、所定量の計量樹脂を射出シリンダ内に貯蔵し、射出工程で前記スクリュの前進動作により、前記計量樹脂を金型キャビティ内に射出充填する射出成形方法において、
前記射出シリンダは、後方から前方に向かって、輸送ゾーンと、圧縮ゾーンと、溶融ゾーンと、貯蔵ソーンと、ノズルゾーンと、にゾーン分類し、前記ゾーン分類のそれぞれに温度調整手段と温度計測手段を備え、前記ゾーン分類に応じた第１温度パターンを温度補正手段に初期設定し、
前記温度補正手段は、前記第１温度パターンに基づいて、前記温度計測手段の計測温度に基づき前記温度調整手段を操作して、前記射出シリンダの加熱制御を行い、前記計量工程中の計量時間を監視し、前記計量時間が予め設定した監視時間を超えると、前記第１温度パターンの温度補正を行う、ことを特徴とする。

本発明の射出成形方法において、
前記温度補正は、前記計量時間が前記監視時間を超えた時の限界ショット数を算出し、前記限界ショット数に達した時の前記温度計測手段で計測した前記圧縮ゾーンの上限温度を求め、前記第１温度パターンの基準温度と前記上限温度の差を第１温度変化量とし、前記上限温度を前記圧縮ゾーンの新たな設定温度とし、前記輸送ゾーンの設定温度に前記第１温度変化量を加算した温度を前記輸送ゾーンの新たな設定温度とし、第２温度パターンとして前記温度補正手段に再設定する、ことが好ましい。

また、本発明の射出成形方法において、
前記温度補正は、前記計量時間が前記監視時間を超えた時の限界ショット数を算出し、前記限界ショット数に達した時の前記温度計測手段で計測した前記圧縮ゾーンの上限温度を求め、前記上限温度を前記圧縮ゾーンおよび前記輸送ゾーンの新たな設定温度とし、第３温度パターンとして前記温度補正手段に再設定する、ことが好ましい。

さらに、本発明の射出成形方法において、
前記温度補正は、前記計量時間が前記監視時間を超えた時の限界ショット数を算出し、前記限界ショット数に達した時の前記温度計測手段で計測した前記圧縮ゾーンの上限温度と、前記限界ショット数に達した時の前記温度計測手段で計測した前記輸送ゾーンの下限温度を求め、前記上限温度を前記圧縮ゾーンおよび前記輸送ゾーンの新たな設定温度として暫定温度パターンを求め、さらに、前記第１温度パターンの前記輸送ゾーンの設定温度と前記下限温度の差を第２温度変化量とし、前記暫定温度パターンの前記輸送ゾーンの設定温度に前記第２温度変化量を加算した温度を前記輸送ゾーンの新たな設定温度とし、第４温度パターンとして前記温度補正手段に再設定する、ことが好ましい。

また、本発明の射出成形方法において、
前記温度補正手段は、前記第４温度パターンに基づいて前記射出シリンダの加熱制御を行い、前記計量時間が前記監視時間の範囲内に収束しないと判断されると警報を発信する、ことが好ましい。

本発明によれば、樹脂材料や添加剤の種類、樹脂材料の供給状態、成形サイクル等に影響されず、安定した計量時間の射出成形法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る射出成形に用いる射出装置の概念図である。 本発明の実施形態に係る射出成形方法を示すフロー図である。 生産ショット中の計量時間とＣＺ計測温度の変化を示す図である。 本発明の第１実施形態および第２実施形態を示す図である。 本発明の第３実施形態を示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが、各請求項に係る発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、本実施形態においては、各構成要素の尺度や寸法が誇張されて示されている場合や、一部の構成要素が省略されている場合がある。

［射出装置］
先ず、本発明の実施形態に係る射出成形に用いる射出装置について、図１を用いて説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態に係る射出装置として、横型射出成形機をベースとしたが、これに限定されるものではない。図１に示す射出装置１００は、円筒状の射出シリンダ１０と、射出シリンダ１０内に配置されるスクリュ２０と、射出駆動部３０と、射出制御部４０と、温度補正手段５０、とを備える。射出制御部４０は、射出駆動部３０を操作して、スクリュ２０の回転動作と前後進動作を制御する。また、図示しない駆動装置等により、射出装置１００と射出成形金型８０の接続と離間が操作され、射出成形を行う際は接続状態である。ここで、スクリュ２０の動作に関して、射出成形金型８０に近い方向を前方Ｆ、前方Ｆへの動作を前進動作、射出成形金型８０から離れる方向を後方Ｂ、後方Ｂへの動作を後退動作と定義する。

射出シリンダ１０は、後方Ｂ側に材料ホッパ１２を備え、図示しない材料供給装置等により材料ホッパ１２から射出シリンダ１０内へ樹脂材料が供給される。また、前方Ｆ側にノズル１３を備え、射出成形金型８０の樹脂流路８３と接続される。樹脂流路８３は、固定金型８１と可動金型８２が型締されて形成される金型キャビティ８４に連通する。また、樹脂流路８３は、所定の温度に加熱保持されるとともに、射出成形の動作に応じて流路を開閉する手段を備えるとする。なお、樹脂流路８３に流路を開閉する手段を備えてない場合は、射出装置１００のノズル１３に開閉手段を設けることが好ましい。これによって、樹脂流路８３とノズル１３が離間した際に、樹脂材料の漏出を抑制することができる。また、射出成形金型８０の型開閉動作等の他の成形工程と計量工程を同時に操作することができ、射出成形のサイクル短縮にも大きく寄与する。これらの利点を望まなければ、流路の開閉手段を省略しても良い。

スクリュ２０は、後方Ｂから前方Ｆに向かって螺旋状のフライト２２を備える。スクリュ２０の回転方向に対して、材料ホッパ１２から供給した樹脂材料を前方Ｆへ回転輸送できるように、フライト２２の螺旋状の向きと角度を設定する。なお、図１に示すように、フライト２２は一定の間隔で一定の角度で１条の配置としたが、これに限定されることなく、例えば、間隔や角度を可変してもよく、複数条の配列としても良い。あるいは、スクリュ２０の一部の範囲のみフライト２２を複数条の配列としても良い。

また、スクリュ２０は、後方Ｂから前方Ｆに向かって直径が段階的に大きくなる円錐状とする。つまり、スクリュ２０と射出シリンダ１０との隙間の容積が、後方Ｂから前方Ｆに向かって段階的に小さくなるように、例えば、輸送ゾーン、圧縮ゾーン、溶融ゾーンというように設定する。これにより、材料ホッパ１２から供給された樹脂材料（固体物）は、スクリュ２０とフライト２２の回転動作により前方輸送され（輸送ゾーン）、容積の縮小により圧縮作用とせん断発熱が樹脂材料に作用し（圧縮ゾーン）、ヒータ１２からの熱量付与の相乗効果により、段階的に溶融し（可塑化という）、スクリュ２０の前方Ｆに向かって溶融樹脂が生成される（溶融ゾーン）。生成された溶融樹脂は、スクリュ２０の先端部に配置される逆流防止装置２３内の流路とスクリュヘッド２４を通過して、射出シリンダ１０の前方Ｆ側に貯蔵される（計量樹脂という）。計量樹脂の増加に伴い、スクリュ２０は後方Ｂ側に後退し、所定の後退位置でスクリュ２０の回転動作を停止し、その停止位置を保持する（計量工程という）。このスクリュ２０の後退動作に制限をかけて（計量背圧という）、計量樹脂の溶融混錬性を調整する（背圧制御という）。射出工程はスクリュ２０を前進させて、ノズル１３内の滞留樹脂も含めて、計量樹脂を射出成形金型８０に向けて射出充填する。この射出工程では、逆流防止装置２３内の流路は閉鎖されている。

ここで、射出成形に用いる樹脂材料として、例えば、自動車内装部品においては、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂やポリエチレン（ＰＥ）樹脂等の熱可塑性樹脂に、黒や赤や青等の着色剤を添加して部品の色調を調整することが一般的である。また、熱可塑性樹脂に対して柔軟性を与える可塑剤、結晶性樹脂に対して結晶化度を制御する核剤や透明化剤、燃焼を抑制する難燃剤、静電気の帯電を抑制する帯電防止剤、流動性や離型性を改善する滑剤、紫外線による劣化を抑制する対候剤や紫外線劣化防止剤、ガラス繊維や炭素繊維等の強化剤等の各種の添加剤が適宜選択さる。また、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂やポリエチレン（ＰＥ）樹脂等の汎用樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂やポリカーボネイト（ＰＣ）樹脂等のエンジニアリング樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等の超エンジニアリング樹脂等の熱可塑性樹脂が適宜選択される。熱可塑性樹脂と添加剤を合わせて樹脂材料という。なお、熱可塑性樹脂の代わりに、例えば、フェノール（ＰＦ）樹脂やメラニン（ＭＦ）樹脂等の熱硬化性樹脂を用いても良い。

［温度調整手段と温度計測手段と温度補正手段］
次に、本発明の実施形態に係る射出装置の温度調整手段と温度計測手段について、引き続き図１を用いて説明する。

射出シリンダ１０を、後方Ｂから前方Ｆに向かって、輸送ゾーンＦＺ、圧縮ゾーンＣＺ、溶融ゾーンＭＺ、貯蔵ゾーンＫＺ、ノズルゾーンＮＺにゾーン分類する。輸送ゾーンＦＺと圧縮ゾーンＣＺと溶融ゾーンＭＺは、スクリュ２０の各ゾーンと対応している。また、貯蔵ゾーンＫＺは計量樹脂を貯蔵する範囲、ノズルゾーンＮＺはノズル１３の位置である。ゾーン分類のそれぞれに、例えばヒータ等の温度調整手段（ＦＨＨ、ＣＨＨ、ＭＨＨ、ＫＨＨ、ＮＨＨ）を設け、温度補正手段５０に接続されて、個々に温度調整される。また、ゾーン部類のそれぞれに、例えば熱電対等の温度計測手段（ＦＨ、ＣＨ、ＭＨ、ＫＨ、ＮＨ）を設け、温度補正手段５０に接続されて、個々に温度計測される。温度補正手段５０は、射出シリンダ１０の温度パターンの各設定温度に対して、温度計測手段（ＦＨ、ＣＨ、ＭＨ、ＫＨ、ＮＨ）で計測した各々の計測温度が一致するように、温度調整手段（ＦＨＨ、ＣＨＨ、ＭＨＨ、ＫＨＨ、ＮＨＨ）の各々の温度制御を行う。

また、温度補正手段５０は射出制御部４０と接続され、計量工程の計量時間のデータ転送を受け、射出シリンダ１０の温度補正の必要性を判断する。温度補正手段５０で射出シリンダ１０に設定した温度パターンの温度補正が必要と判断されると、温度計測手段（ＦＨ、ＣＨ、ＭＨ、ＫＨ、ＮＨ）の計測温度に基づいて温度補正を行う。詳しくは後述の射出成形方法で説明する。また、温度補正手段５０から射出制御部４０へ、温度計測手段（ＦＨ、ＣＨ、ＭＨ、ＫＨ、ＮＨ）の計測温度がデータ転送され、例えば、射出成形の開始時のスクリュ２０の回転動作や前後進動作の開始を許可する冷間起動防止等の安全処置に利用される。

なお、図１に示す温度調整手段や温度計測手段は、射出シリンダ１０の各ゾーンに対して１回路としたが、これに限定されることなく、例えば、各ゾーンに対して２回路以上としても良く、あるいは、特定のゾーンのみ回路数を増やしても良い。特に、射出シリンダ１０に供給された樹脂材料の可塑化溶融に影響が大きいとされる、輸送ゾーンＦＺあるいは圧縮ゾーンＣＺの回路数を増やすことが好ましい。また、保温カバー等で温度調整手段と合わせて射出シリンダ１０の全面や一部分を包囲しても良く、射出シリンダ１０を局所的に冷却させる空冷ファン等の冷却手段を設けても良い。

［射出成形方法］
次に、本発明の実施形態に係る射出成形方法について、図２から図５を用いて説明する。図２は射出成形方法のフロー図を示し、図３は射出シリンダ１０の温度パターンに対しての計量時間と温度計測手段の計測温度の変化について示す。また、図４は温度補正の第１実施形態と第２実施形態について示し、図５は温度補正の第３実施形態について示す。

先ず、図２に示すように、使用する樹脂材料や添加剤の種類、製品重量、量産ショット数、スクリュ回転数や背圧等の計量条件、計量時間を含む目標とする成形サイクル、過去の量産実績等から、射出シリンダ１０の温度パターンを選択し、第１温度パターンとして温度補正手段５０に初期設定する。温度補正手段５０は、第１温度パターンに基づいて、温度計測手段（ＦＨ、ＣＨ、ＭＨ、ＫＨ、ＮＨ）の計測温度に基づき、温度調整手段（ＦＨＨ、ＣＨＨ、ＭＨＨ、ＫＨＨ、ＮＨＨ）を操作して射出シリンダ１０の加熱制御を行う。

第１温度パターンの実施例を図３（ａ）に示す。射出シリンダ１０の全てのゾーンの設定温度を基準温度ＴＫとするのが一般的であるが、図３（ａ）においては、輸送ゾーンＦＺのみ基準温度ＴＫより低めの予熱温度ＴＦとした。これは、材料ホッパ１２から供給された樹脂材料（固体物）へ予熱を与えながら、溶融させずに圧縮ゾーンＣＺへ樹脂材料を輸送させるという輸送ゾーンＦＺの役割に基づく。この輸送ゾーンＦＺで樹脂材料が溶融すると、圧縮ゾーンＣＺへの輸送能力が低下することがあるので好ましくない。また、ノズル１３と射出成形金型８０を離間した際に、ノズル１３から溶融樹脂が漏出する恐れがある場合は、ノズルゾーンＮＺの設定温度を基準温度ＴＫより低めに設定することもある。このように、射出シリンダ１０の第１温度パターンは、状況に応じて最適な温度設定を選択する。なお、基準温度ＴＫとは、金型キャビティ８４内に射出充填する計量樹脂の目標温度であり、この目標温度によって射出充填された計量樹脂の冷却固化収縮量等の射出成形の品質に関わる要素が設定される。

射出シリンダ１０が第１温度パターンに加熱制御され、材料ホッパ１２から樹脂材料を供給して射出成形の計量工程が開始される。計量工程において、それぞれのゾーン（ＦＺ、ＣＺ、ＭＺ、ＫＺ、ＮＺ）の温度変化を温度計測手段（ＦＨ、ＣＨ、ＭＨ、ＫＨ、ＮＨ）で計測し、温度補正手段５０に保存される。なお、樹脂材料の可塑化溶融に大きく影響を与えるとされている、圧縮ゾーンＣＺと輸送ゾーンＦＺの温度変化を優先的に計測するとしても良い。ここでは、圧縮ゾーンＣＺと輸送ゾーンＦＺの温度計測に焦点を絞って詳細に説明する。

また、計量工程において、計量時間も同時に計測し温度補正手段５０に保存される。射出成形の生産ショット数と計量時間の関係を図３（ｂ）に示す。第１温度パターンが適正であれば、破線で示す計量時間ＣＴ１のように、目標計量時間ＣＴの付近で安定する。第１温度パターンが適切でない場合は、実線で示す計量時間ＣＴ２のように、生産ショット数の増加とともに計量時間が長くなる現象が現れる。これは、圧縮ゾーンＣＺでの樹脂材料の可塑化溶融の程度が徐々に低下していることによる。例えば、融点が非常に高いガラス繊維等の強化添加剤を含んだ樹脂材料や、ポリエチレン樹脂のように比熱が大きく溶融する際に多くの熱量を必要とする樹脂材料では、輸送ゾーンＦＺでの予熱不足や、圧縮ゾーンＣＺでの熱量不足の蓄積によるものと考えられている。また、射出シリンダ１０に供給される樹脂材料が冷たい場合は、輸送ゾーンＦＺあるいは圧縮ゾーンＣＺの熱量が奪われて、熱量不足が助長されると考えられている。

ここで、成形サイクルに影響を及ぼす限界の計量時間を監視時間ＣＴ３とし、監視時間ＣＴ３を超える時点の生産ショット数を限界ショット数Ｎ１とする。また、生産ショット数の増加とともに計量時間が長くなる第１温度パターンでは、図３（ｃ）に示すように、圧縮ゾーンＣＺの温度計測手段ＣＨで計測した圧縮ゾーン温度ＴＣＺも温度上昇する。これは、計量時間の延長により、スクリュ２０の回転運動に伴うせん断発熱を受けて、樹脂材料が可塑化溶融して圧縮ゾーンＣＺを通過する時間が長くなったことによるものである。つまり、圧縮ゾーンＣＺで樹脂材料が詰まって回転時間が長くなっていることを示す（空回りという）。この空回りにより、せん断発熱が過大に発生し、射出シリンダ１０の圧縮ゾーンＣＺが局所的に加熱された結果である。また、第１温度パターンよりも高い温度状態にあるので、温度調整手段ＣＨＨは制御不能状態となって、可塑化溶融の状態も制御不能の状態である。その結果、溶融混錬の状態が全く制御されていない計量樹脂が生成される。限界ショット数Ｎ１に達した時の圧縮ゾーン温度ＴＣＺを上限温度ＴＣＨとする。また、上限温度ＴＣＨと基準温度ＴＫの差を温度変化量Ｔ１とする。

図２の説明に戻る。温度補正手段５０において、計量工程の計量時間が監視時間ＣＴ３を超えたことを確認すると、第１温度パターンの温度補正を開始する。温度補正は、ステップ１からステップ３の３段階に分けて行う。先ず、温度補正ステップ１は、計量時間が監視時間CT３を超えた時の限界ショット数Ｎ１を算出し、限界ショット数Ｎ１に達した時の温度計測手段ＣＨで計測した圧縮ゾーンＣＺの上限温度ＴＣＨを求め、第１温度パターンの基準温度ＴＫと上限温度ＴＣＨの差を第１温度変化量Ｔ１とする。そして、上限温度ＴＣＨを圧縮ゾーンＣＺの新たな設定温度ＣＨ２とする（ＣＨ２＝ＴＣＨ）。さらに、第１温度パターンの輸送ゾーンＦＺの設定温度ＦＨ１（ＦＨ１＝ＴＦ）に、第１温度変化量Ｔ１を加算した温度を輸送ゾーンＦＺの新たな設定温度ＦＨ２とする（ＦＨ２＝ＦＨ１＋Ｔ１）。この設定温度（ＣＨ２、ＴＦ２）を第２温度パターンとして温度補正手段５０に再設定する。再設定後の第２温度パターンを図４（ａ）に示す。

温度補正手段５０は、第２温度パターンに基づいて、温度計測手段（ＦＨ、ＣＨ、ＭＨ、ＫＨ、ＮＨ）の計測温度に基づき、温度調整手段（ＦＨＨ、ＣＨＨ、ＭＨＨ、ＫＨＨ、ＮＨＨ）を操作して射出シリンダ１０の加熱制御を行い、射出成形を継続する。なお、温度補正のために射出成形の運転を中断すると、これまでの射出シリンダ１０の温度変化の状態が変わってしまうことがあるので、再設定した第２温度パターンによる射出シリンダ１０の加熱制御が安定するまで捨て打ち等で射出成形を継続させることが好ましい。第２温度パターンに射出シリンダ１０が加熱制御され、計量時間が監視時間ＣＴ３の範囲内に収まると（計量時間≦監視時間ＣＴ３）、射出シリンダ１０の温度補正を完了とし、この状態で射出成形を継続する。ここで、計量時間が監視時間の範囲内に収束しない場合は（計量時間＞監視時間ＣＴ３）、温度補正ステップ２に進む。

次に、温度補正ステップ２は、計量時間が監視時間ＣＴ３を超えた時の限界ショット数Ｎ１を算出し、限界ショット数Ｎ１に達した時の温度計測手段ＣＨで計測した圧縮ゾーンＣＺの上限温度ＴＣＨを求める。この上限温度ＴＣＨを、圧縮ゾーンＣＺおよび輸送ゾーンＦＺの新たな設定温度（ＣＨ３＝ＴＣＨ、ＦＨ３＝ＴＣＨ）とし、第３温度パターンとして温度補正手段５０に再設定する。ここで、第２温度パターンは、輸送ゾーンＦＺおよび圧縮ゾーンＣＺの設定温度（ＦＨ２、ＣＨ２）を高温側に補正し、温度調整手段（ＦＨＨ、ＣＨＨ）からの熱量を増大させて、材料ホッパ１２から供給された樹脂材料の可塑化溶融の手助けを行うものである。例えば、計量樹脂の量が多く設定され、樹脂材料を大量の供給するような場合では、第２温度パターンにおいても熱量の不足が考えられる。そこで、第３温度パターンは、温度調整手段（ＦＨＨ、ＣＨＨ）からの熱量をさらに増大させる設定温度（ＦＨ３、ＣＨ３）とすることで、樹脂材料の可塑化溶融に必要な熱量の不足は完全に解消される。その結果、圧縮ゾーンＣＺでも樹脂材料の通過が容易となり、計量時間の短縮が大いに期待される。再設定後の第３温度パターンを図４（ｂ）に示す。

温度補正手段５０は、第３温度パターンに基づいて、温度計測手段（ＦＨ、ＣＨ、ＭＨ、ＫＨ、ＮＨ）の計測温度に基づき、温度調整手段（ＦＨＨ、ＣＨＨ、ＭＨＨ、ＫＨＨ、ＮＨＨ）を操作して射出シリンダ１０の加熱制御を行い、第２温度パターンと同様に射出成形を継続する。第３温度パターンに射出シリンダ１０が加熱制御され、計量時間が監視時間ＣＴ３の範囲内に収まると（計量時間≦監視時間ＣＴ３）、射出シリンダ１０の温度補正を完了とし、この状態で射出成形を継続する。ここで、計量時間が監視時間の範囲内に収束しない場合は（計量時間＞監視時間ＣＴ３）、温度補正ステップ３に進む。

ここで、輸送ゾーンＦＺの温度変化を図５（ａ）に示す。圧縮ゾーンＣＺの圧縮ゾーン温度ＴＣＺの温度上昇の影響を受けて、破線で示す輸送ゾーン温度ＴＦＺ１のように、第１温度パターンの予熱温度ＴＦから少し温度上昇する程度が一般的である。これに対して、実線で示す輸送ゾーン温度ＴＦＺ２のように、生産ショット数の増加とともに、逆に温度低下することがある。これは、例えば、ポリエチレン樹脂のように比熱の大きい樹脂材料を用いた場合に、輸送ゾーンＦＺの温度調整手段ＦＨＨの熱量が大量に奪われて温度低下を起こしたと考えられる。また、予熱処理を施していない樹脂材料を大量に供給するケースで、特に外気温が下がる冬期に冷たくなった樹脂材料が供給されて、輸送ゾーンＦＺが過度に冷やされることで起こることが確認されている。このような状態では、輸送ゾーンＦＺでの樹脂材料への予熱効果を最大限に発揮できる温度パターンが期待される。

そこで、温度補正ステップ３は、生産ショット数の増加とともに温度低下する輸送ゾーン温度ＴＦＺ２の事例を対象とする。具体的には、計量時間が監視時間ＣＴ３を超えた時の限界ショット数Ｎ１を算出し、限界ショット数Ｎ１に達した時の温度計測手段ＣＨで計測した圧縮ゾーンＣＺの上限温度ＴＣＨを求める。さらに、限界ショット数Ｎ１に達した時の温度計測手段ＦＨで計測した輸送ゾーンＦＺの下限温度ＴＦＬを求める。先ず、上限温度ＴＣＨを、圧縮ゾーンＣＺおよび輸送ゾーンＦＺの新たな設定温度として暫定温度パターンを仮設定する。さらに、第１温度パターンの輸送ゾーンＦＺの設定温度ＦＨ１と下限温度ＴＦＬの差を第２温度変化量Ｔ２とする。仮設定した暫定温度パターンの輸送ゾーンＦＺの設定温度（ＴＣＨ）に第２温度変化量Ｔ２を加算した温度を輸送ゾーンＦＺの新たな設定温度ＦＨ４とする（ＦＨ４＝ＴＣＨ＋Ｔ２）。また、上限温度ＴＣＨを圧縮ゾーンＣＺの新たな設定温度ＣＨ４とし（ＣＨ４＝ＴＣＨ）、第４温度パターンとして温度補正手段５０に再設定する。再設定後の第４温度パターンを図５（ｂ）に示す。

温度補正手段５０は、第４温度パターンに基づいて、温度計測手段（ＦＨ、ＣＨ、ＭＨ、ＫＨ、ＮＨ）の計測温度に基づき、温度調整手段（ＦＨＨ、ＣＨＨ、ＭＨＨ、ＫＨＨ、ＮＨＨ）を操作して射出シリンダ１０の加熱制御を行い、第２温度パターンあるいは第３温度パターンと同様に射出成形を継続する。第４温度パターンに射出シリンダ１０が加熱制御され、計量時間が監視時間ＣＴ３の範囲内に収まると（計量時間≦監視時間ＣＴ３）、射出シリンダ１０の温度補正を完了とし、この状態で射出成形を継続する。ここで、計量時間が監視時間の範囲内に収束しない場合は（計量時間＞監視時間ＣＴ３）、温度補正での改善は困難と判断し、警報を発信して、必要に応じて射出成形を中断し、その他の補正処理を行う。

その他の補正処理として、例えば、目標とする成形サイクルを長めに再設定して、輸送ゾーンＦＺおよび圧縮ゾーンＣＺでの熱量を負荷する時間を長くするとする。あるいは、スクリュ回転数を低速設定として計量時間を長くすることで熱量の負荷時間を長くしても良い。なお、スクリュの回転数を低速設定とすることで、スクリュ回転動作によるせん断発熱の程度が小さくなることが考えられる。その場合は、背圧を高めに設定してせん断発熱の低下を補うとしても良い。なお、これらの補正処理は、計量時間や成形サイクルが長くなる方向の補正であり、その結果、生産性が低下することが考えられる。また、可塑化溶融しやすい樹脂材料に交換することで改善を容易とするが、射出成形品の要求物性等から樹脂材料の種類を変えることは現実的には難しい。その場合は、例えば、樹脂材料のペレットサイズを小さくすることで、可塑化溶融性が大きく改善されることがある。また、樹脂材料の予熱処理時の温度を高めに設定することも効果的である。樹脂材料に関する補正処理は、計量時間や成形サイクルの短縮も期待されることがある。さらに、形状の異なったスクリュ２０に交換する、大容量の射出シリンダ１０を備えた射出装置１００に交換するなどの根本的な補正処理も視野に入れておくことが必要である。

なお、第１温度パターンに対して、第２温度パターンから第４温度パターンは、輸送ゾーンＦＺの設定温度（ＦＨ２～ＦＨ４）が高温側に設定される。この状態で、例えば、射出成形の運転を一時中断すると、輸送ゾーンＦＺ内に残った樹脂材料が溶融することが考えられる。そのため、運転の一時中断の前には、少なくとも輸送ゾーンＦＺ内、好ましくは圧縮ゾーンＣＺを含んで、樹脂材料を排出することが好ましい（パージ作業という）。また、一時中断が長時間に及ぶ場合は、例えば、第４温度パターンから第３温度パターンに、または、第２温度パターンに、好ましくは、第１温度パターンに戻しておくこととする。また、射出成形の再開時は、一時中断する直前の温度パターンに基づく射出シリンダ２０の加熱制御とすることで、高品質な射出成形の安定運転を確保することができる。

［効果］
このように、射出成形の連続運転において、計量時間が監視時間を超えた時点で射出シリンダの温度補正を行うとした。その温度補正は、射出シリンダの計測温度に基づいて、初期設定した温度パターンを再設定するという簡単なものである。これによって、材料ホッパから射出シリンダに供給された樹脂材料への効率的な予熱効果を得ることができ、樹脂材料の可塑化溶融の状態が安定し、均等に溶融混錬された計量樹脂を安定して生成することができるようになる。その結果、樹脂材料、添加剤の種類や添加量、樹脂材料の供給状態、成形サイクル等に影響されず、安定した計量時間と高品質な射出成形法の提供を確実なものとすることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に記載された範囲には限定されない。上記の実施形態には多様な変更または改良を加えることが可能である。

１００ 射出装置
１０ 射出シリンダ
１２ 材料ホッパ
１３ ノズル
２０ スクリュ
２２ フライト
２３ 逆流防止装置
２４ スクリュヘッド
ＦＺ 輸送ゾーン
ＣＺ 圧縮ゾーン
ＭＺ 溶融ゾーン
ＫＺ 貯蔵ゾーン
ＮＺ ノズルゾーン
３０ 射出駆動部
４０ 射出制御部
５０ 温度補正手段
８０ 射出成形金型
８１ 固定金型
８２ 可動金型
８３ 樹脂流路
８４ 金型キャビティ
Ｆ 前方
Ｂ 後方
ＴＫ 基準温度
ＴＦ 予熱温度
ＴＣＺ 圧縮ゾーン温度
ＣＴ 目標計量時間
ＣＴ３ 監視時間
Ｎ１ 限界ショット数
Ｔ１ 第１温度変化量
Ｔ２ 第２温度変化量
ＴＣＨ 上限温度
ＴＦＬ 下限温度
ＣＴ１、ＣＴ２ 計量時間
ＴＦＺ１、ＴＦＺ２ 輸送ゾーン温度
ＦＨＨ、ＣＨＨ、ＭＨＨ、ＫＨＨ、ＮＨＨ 温度調整手段
ＦＨ、ＣＨ、ＭＨ、ＫＨ、ＮＨ 温度計測手段
ＣＨ２～ＣＨ４ 圧縮ゾーン設定温度
ＦＨ１～ＦＨ４ 輸送ゾーン温度設定

Claims (5)

1. 計量工程でスクリュの回転動作により、所定量の計量樹脂を射出シリンダ内に貯蔵し、射出工程で前記スクリュの前進動作により、前記計量樹脂を金型キャビティ内に射出充填する射出成形方法において、
   前記射出シリンダは、後方から前方に向かって、輸送ゾーンと、圧縮ゾーンと、溶融ゾーンと、貯蔵ソーンと、ノズルゾーンと、にゾーン分類し、前記ゾーン分類のそれぞれに温度調整手段と温度計測手段を備え、前記ゾーン分類に応じた第１温度パターンを温度補正手段に初期設定し、
   前記温度補正手段は、前記第１温度パターンに基づいて、前記温度計測手段の計測温度に基づき前記温度調整手段を操作して、前記射出シリンダの加熱制御を行い、前記計量工程中の計量時間を監視し、前記計量時間が予め設定した監視時間を超えると、前記第１温度パターンの温度補正を行う、ことを特徴とする射出成形方法。
2. 前記温度補正は、前記計量時間が前記監視時間を超えた時の限界ショット数を算出し、前記限界ショット数に達した時の前記温度計測手段で計測した前記圧縮ゾーンの上限温度を求め、前記第１温度パターンの基準温度と前記上限温度の差を第１温度変化量とし、前記限界温度を前記圧縮ゾーンの新たな設定温度とし、前記輸送ゾーンの設定温度に前記第１温度変化量を加算した温度を前記輸送ゾーンの新たな設定温度とし、第２温度パターンとして前記温度補正手段に再設定する、請求項１記載の射出成形方法。
3. 前記温度補正は、前記計量時間が前記監視時間を超えた時の限界ショット数を算出し、前記限界ショット数に達した時の前記温度計測手段で計測した前記圧縮ゾーンの上限温度を求め、前記上限温度を前記圧縮ゾーンおよび前記輸送ゾーンの新たな設定温度とし、第３温度パターンとして前記温度補正手段に再設定する、請求項１記載の射出成形方法。
4. 前記温度補正は、前記計量時間が前記監視時間を超えた時の限界ショット数を算出し、前記限界ショット数に達した時の前記温度計測手段で計測した前記圧縮ゾーンの上限温度と、前記限界ショット数に達した時の前記温度計測手段で計測した前記輸送ゾーンの下限温度を求め、前記上限温度を前記圧縮ゾーンおよび前記輸送ゾーンの新たな設定温度として暫定温度パターンを求め、さらに、前記第１温度パターンの前記輸送ゾーンの設定温度と前記下限温度の差を第２温度変化量とし、前記暫定温度パターンの前記輸送ゾーンの設定温度に前記第２温度変化量を加算した温度を前記輸送ゾーンの新たな設定温度とし、第４温度パターンとして前記温度補正手段に再設定する、請求項１記載の射出成形方法。
5. 前記温度補正手段は、前記第４温度パターンに基づいて前記射出シリンダの加熱制御を行い、前記計量時間が前記監視時間の範囲内に収束しないと判断されると警報を発信する、請求項４記載の射出成形方法。

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