JP4166746B2 - 射出成形機の樹脂特性測定方法及び射出制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機における溶融樹脂の樹脂特性を測定する射出成形機の樹脂特性測定方法及び射出工程の制御を行う際の射出成形機の射出制御方法に関する。

一般に、射出成形機における成形条件の設定は、オペレータのノウハウや経験等に大きく依存する側面があるとともに、各種物理量が相互に影響し合うため、多くの試打ちや設定作業時間が必要となる。このため、射出成形ＣＡＥ（射出成形コンピュータ支援技術）により仮想成形（シミュレーション）を行い、この仮想成形に基づいて成形条件等を設定することも行われている。

ところで、射出成形ＣＡＥにおいては、金型に射出充填する溶融樹脂の流動状況（樹脂特性）を正確に把握することが良好な仮想成形を実現する鍵となる。通常、射出成形ＣＡＥでは、溶融樹脂の樹脂特性として、圧力Ｐ，比容積Ｖ及び樹脂温度Ｔを含むＰＶＴ特性を用いるとともに、金型における溶融樹脂の流動状況を予測する際には、射出ノズルから金型に流入する溶融樹脂の流量、即ち、スクリュの移動量に基づく射出量と時間の変化から得る射出率を用いている。

従来、このようなＰＶＴ特性を測定する手段としては専用測定器が知られている。しかし、射出成形機の場合、熱履歴や強い剪断応力に起因する分子量の分布変化等が発生するため、専用測定器で測定したＰＶＴ特性は、実際の射出成形機におけるＰＶＴ特性とは一致しない場合が多く、結局、専用測定器を用いても射出成形機にとっての望ましいＰＶＴ特性を得れないとともに、射出成形ＣＡＥに必要な射出ノズルから金型に流入する溶融樹脂の流出量や流量を得ることもできず、的確で正確な射出成形ＣＡＥは実現できない。

このため、実際の射出成形機によりＰＶＴ特性を測定し、測定したＰＶＴ特性を利用して射出成形機における射出制御を行うようにした射出成形機の射出制御方法も、特開平３−２５４９２２号公報で知られている。同公報で開示される射出制御方法は、成形品の目標重量，射出される溶融樹脂の温度，射出直前の樹脂圧力及び射出中の保圧について与えられた各値と、検出された射出前スクリュ位置の値とを演算装置へ入力し、射出後保圧中のスクリュ位置を、所定の計算式と、当該樹脂に基づき予め計測ずみのＰＶＴ関係式とに基づいて計算し、該計算により得られるストロークを該スクリュが移動した時点において金型キャビティへの溶融樹脂供給を中断するようにしたものであり、当該ＰＶＴ関係式は、当該樹脂に基づき予め射出成形機のシリンダ内部から成形金型のキャビティ部に至るまでの間の溶融樹脂流路中の適宜個所に閉止手段を設けた射出成形機を用いて計測する。
特開平３−２５４９２２号

しかし、上述した従来の射出成形機の射出制御方法は、次のような問題点があった。

第一に、樹脂特性としてはＰＶＴ特性に留まり、射出ノズルから射出される溶融樹脂の流量（流出量）等を考慮していないため、射出成形ＣＡＥにとって望ましい形での利用に供することができない。結局、射出成形ＣＡＥを利用した解析等を正確かつ高い信頼性により行うには不十分となる。

第二に、溶融樹脂の流動状況を把握する観点からも十分とは言えないため、実際の射出工程における細部の設定や制御、例えば、多段設定した射出速度又は射出圧力の各段に切換える際の切換点の設定や切換制御、更には充填工程から保圧工程に切換える際の切換点の設定や切換制御などを安定かつ高い精度で行うことができない。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形機の樹脂特性測定方法及び射出制御方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る射出成形機の樹脂特性測定方法は、上述した課題を解決するため、射出成形機Ｍにおける溶融樹脂Ｒの樹脂特性を測定するに際し、射出ノズル２を閉鎖状態にし、かつ加熱筒３内におけるスクリュ４の前方に溶融樹脂Ｒを充填状態にするとともに、スクリュ４からの溶融樹脂Ｒに対する圧力Ｐを順次変化させることにより、圧力Ｐの変化に対応するスクリュ位置Ｓ及び樹脂温度Ｔを検出し、検出した任意の圧力Ｐに対するスクリュ位置Ｓ及び樹脂温度Ｔから、圧力Ｐの変化に対する溶融樹脂Ｒの圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性を、圧力Ｐ及び樹脂温度Ｔに対する関数に変換して求めることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）は、Ｃ（Ｐ，Ｔ）＝ΔＶ／ΣＶ＝ａ・Ｐ^bの関数に変換することができる。なお、ΔＶは圧縮量、ΣＶは圧縮前の樹脂量、ａはｃ₁・Ｔ＋ｄ₁（ｃ₁，ｄ₁は樹脂の種類に対応した係数）、ｂはｃ₂・Ｔ＋ｄ₂（ｃ₂，ｄ₂は樹脂の種類に対応した係数）である。また、射出ノズル２を開放状態にし、かつスクリュ４を前進させた際に加熱筒３内から射出ノズル２を通して流出する任意の時刻ｔ₀，ｔ₁間における溶融樹脂Ｒの流出量Ｆは、圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）を用いて算出、即ち、Ｆ＝〔（πｒ²Ｓ₀＋Ａ）／（１−Ｃ（Ｐ₀，Ｔ₀））〕−〔（πｒ²Ｓ₁＋Ａ）／（１−Ｃ（Ｐ₁，Ｔ₁））〕により求めることができる。なお、ｒはスクリュ半径、Ａはスクリュ位置０における射出ノズル２及び加熱筒３内の樹脂量、Ｓ₀は時刻ｔ₀におけるスクリュ位置、Ｐ₀は時刻ｔ₀における圧力、Ｔ₀は時刻ｔ₀における温度、Ｓ₁は時刻ｔ₁におけるスクリュ位置、Ｐ₁は時刻ｔ₁における圧力、Ｔ₁は時刻ｔ₁における温度である。さらに、射出ノズル２から流出する溶融樹脂Ｒの単位時間当たりの流量Ｑを、Ｑ＝Ｆ／（ｔ₁−ｔ₀）により求めることができる。

一方、本発明に係る射出成形機の射出制御方法は、上述した課題を解決するため、射出成形機Ｍの射出工程の制御を行うに際し、射出ノズル２を閉鎖状態にし、かつ加熱筒３内におけるスクリュ４の前方に溶融樹脂Ｒを充填状態にするとともに、スクリュ４からの溶融樹脂Ｒに対する圧力Ｐを順次変化させることにより、圧力Ｐの変化に対応するスクリュ位置Ｓ及び樹脂温度Ｔを検出し、検出した任意の圧力Ｐに対するスクリュ位置Ｓ及び樹脂温度Ｔから、圧力Ｐの変化に対する溶融樹脂Ｒの圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性を、圧力Ｐ及び樹脂温度Ｔに対する関数に変換して求め、さらに、射出ノズル２を開放状態にし、かつスクリュ４を前進させた際に加熱筒３内から射出ノズル２を通して流出する任意の時刻ｔ₀，ｔ₁間における溶融樹脂Ｒの流出量Ｆ及び／又は流量Ｑを圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性を用いて求め、この流出量Ｆ及び／又は流量Ｑを用いて射出工程における切換点の設定及び切換制御を行うことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、切換点としては、多段設定した射出速度又は射出圧力の各段への切換点に適用することができるとともに、充填工程から保圧工程への切換点に適用することができる。また、圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）は、上述したＣ（Ｐ，Ｔ）＝ΔＶ／ΣＶ＝ａ・Ｐ^bの関数に変換することができる。さらに、流出量Ｆは、上述したＦ＝〔（πｒ²Ｓ₀＋Ａ）／（１−Ｃ（Ｐ₀，Ｔ₀））〕−〔（πｒ²Ｓ₁＋Ａ）／（１−Ｃ（Ｐ₁，Ｔ₁））〕により求めることができるとともに、射出ノズルから流出する溶融樹脂の単位時間当たりの流量Ｑは、上述したＱ＝Ｆ／（ｔ₁−ｔ₀）により求めることができる。

このような手法による本発明に係る射出成形機の樹脂特性測定方法及び射出制御方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 実際の射出成形機Ｍから溶融樹脂Ｒの圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性を得るため、射出ノズル２から射出される溶融樹脂Ｒの正確な流量Ｑ及び流出量Ｆを算出することができ、射出成形ＣＡＥを用いる解析等を高い精度で行うことができるとともに、その信頼性を高めることができる。

（２） 溶融樹脂Ｒの流動状況を的確かつ容易に把握できるため、実際の射出工程における細部の設定や制御、具体的には、多段設定した射出速度又は射出圧力の各段に切換える際の切換点の設定や切換制御、更には充填工程から保圧工程に切換える際の切換点の設定や切換制御などを安定かつ高い精度で行うことができる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る射出成形機の樹脂特性測定方法及び射出制御方法の実施に利用できる測定装置１の構成について、図３を参照して説明する。

測定装置１は、射出成形機Ｍと測定ユニット２１を備え、射出成形機Ｍは、一般的なインラインスクリュ式射出成形機における射出装置Ｍｉをそのまま利用する。射出装置Ｍｉは、外周部に加熱ヒータ１１…を付設した加熱筒３を備え、この加熱筒３の前端に射出ノズル２を備えるとともに、加熱筒３の後部にホッパ１２を備える。また、加熱筒３の内部には、スクリュ４が挿通するとともに、加熱筒３の後端には、スクリュ４を駆動する駆動部１３を備える。駆動部１３は、スクリュ４を前進又は後退させる射出シリンダ１４及びスクリュ４を回転させるオイルモータ１５を備える。さらに、射出装置Ｍｉには、スクリュ位置Ｓを検出する位置検出器１６を備えるとともに、射出ノズル２には、内部の溶融樹脂Ｒの圧力を検出する圧力検出器１７及び溶融樹脂Ｒの温度を検出する温度検出器１８を付設する。

一方、測定ユニット２１は、全体を一体化し、外面に加熱ヒータ２３…を付設したユニットブロック２２を備える。ユニットブロック２２は、マニホールド部２４とプランジャユニット部２５を備える。マニホールド部２４は、内部に樹脂路２６を有し、この樹脂路２６の一端は、射出ノズル２の先端に当接することにより、射出ノズル２の内部に連通するノズル接続口２６ｎになるとともに、樹脂路２６の他端は、プランジャユニット部２５のバレル２７の内部に連通する。マニホールド部２４におけるノズル接続口２６ｎの近傍には、樹脂路２６を開閉するシャットオフバルブ２８を配設する。このシャットオフバルブ２８は、開閉駆動用の操作シリンダ２９を備える。また、マニホールド部２４には、樹脂路２６における樹脂圧を検出する圧力検出器３０及び樹脂路２６における樹脂温度を検出する温度検出器３１を備える。さらに、マニホールド部２４には、樹脂路２６から分岐して外部に臨むドレン路３２を有し、このドレン路３２には、このドレン路３２を開閉するドレンバルブ３３を配設する。このドレンバルブ３３は、開閉駆動用の操作シリンダ３４を備える。他方、プランジャユニット部２５は、バレル２７に内蔵するプランジャ３５を備えるとともに、バレル２７の端部に付設してプランジャ３５を前進又は後退させる駆動シリンダ３６を備える。

また、測定装置１には、油圧ポンプ等を内蔵する油圧回路４１と各種制御を司るコントローラ４２を備え、油圧回路４１には、前述した射出シリンダ１４、オイルモータ１５、操作シリンダ２９，３４及び駆動シリンダ３６を接続するとともに、コントローラ４２には、油圧回路４１、更には、前述した位置検出器１６、圧力検出器１７、温度検出器１８、圧力検出器３０及び温度検出器３１を接続する。

次に、測定装置１を用いた本実施形態に係る射出成形機の樹脂特性測定方法を含む射出制御方法について、図３〜図６を参照しつつ図１及び図２に示すフローチャートに従って説明する。

まず、測定装置１を用いて樹脂特性の測定を行う。具体的には、圧力Ｐ及び樹脂温度Ｔを変数とした溶融樹脂Ｒの圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性を求めるとともに、射出ノズル２を通して流出する溶融樹脂Ｒの流出量Ｆ及び単位時間当たりの流量Ｑを求める。測定に際しては、測定対象となる樹脂材料を選定し、測定装置１におけるホッパ１２に収容する（ステップＳ１）。本実施形態では、ポリプロピレンを使用した場合を例示する。

次いで、樹脂特性に対する測定処理を行う（ステップＳ２）。図２は、測定処理の具体的な処理手順を示すフローチャートである。測定に際しては、シャットオフバルブ２８を閉側に制御して射出ノズル２を閉鎖状態にする（ステップＳ２１）。この後、スクリュ４を回転させて樹脂材料に対する可塑化処理を行う（ステップＳ２２）。可塑化処理により加熱筒３内におけるスクリュ４の前方に溶融樹脂Ｒが充填されるため、所定量の溶融樹脂Ｒが計量されたなら可塑化処理を終了する（ステップＳ２３）。これにより、スクリュ４の前方に溶融樹脂Ｒが充填状態となるため、圧抜きにより溶融樹脂Ｒに付加される圧力Ｐを大気圧に解放する（ステップＳ２４）。そして、このときの圧力Ｐを圧力検出器１７により検出するとともに、スクリュ位置Ｓを位置検出器１６により検出する。また、樹脂温度Ｔを温度検出器１８により検出する（ステップＳ２５）。なお、樹脂温度Ｔの目標温度は、予め設定しておく。このときの検出結果は、圧力がＰ₀、スクリュ位置がＳ₀、樹脂温度がＴ₀となる。

一方、検出が終了したなら、射出シリンダ１４を駆動制御してスクリュ４を圧力Ｐ₁により前方へ加圧する（ステップＳ２６，Ｓ２７）。そして、このときの圧力Ｐを圧力検出器１７により検出するとともに、スクリュ位置Ｓを位置検出器１６により検出する。また、樹脂温度Ｔを温度検出器１８により検出する（ステップＳ２８）。このときの検出結果は、圧力がＰ₁、スクリュ位置がＳ₁、樹脂温度がＴ₁となる。検出が終了したなら、圧抜きを行い、溶融樹脂Ｒに付加される圧力Ｐを大気圧に解放する（ステップＳ２９，Ｓ３０）。そして、このときの圧力Ｐを圧力検出器１７により検出するとともに、スクリュ位置Ｓを位置検出器１６により検出する。また、樹脂温度Ｔを温度検出器１８により検出する（ステップＳ３１）。このときの検出結果は、圧力がＰ₂、スクリュ位置がＳ₂、樹脂温度がＴ₂となる。

以上の検出結果が得られたなら、圧縮率の演算を行う（ステップＳ３２）。この場合、圧縮率Ｃ（Ｐ₁，Ｔ₁）は、πｒ²Ｓ＋Ａ（ｒ：スクリュ半径，Ａ：スクリュ位置０における射出ノズル及び加熱筒内の樹脂量）をＵ（Ｓ，Ｔ）とすれば、
Ｃ（Ｐ₁，Ｔ₁）＝〔Ｕ（Ｓ₀（Ｐ₀，Ｔ₀））−Ｕ（Ｓ₁（Ｐ₁，Ｔ₁））〕
／Ｕ（Ｓ₀（Ｐ₀，Ｔ₀））
又は
Ｃ（Ｐ₁，Ｔ₁）＝〔Ｕ（Ｓ₂（Ｐ₂，Ｔ₂））−Ｕ（Ｓ₁（Ｐ₁，Ｔ₁））〕
／Ｕ（Ｓ₂（Ｐ₂，Ｔ₂））
のいずれかの式により算出できる。なお、必要により双方の平均値を求めてもよい。

そして、得られた圧縮率Ｃ（Ｐ₁，Ｔ₁）はコントローラ４２のメモリに登録する（ステップＳ３３）。

全ての処理が終了したなら、スクリュ４に対して圧力Ｐ₁とは異なる他の圧力Ｐｎにより前方へ加圧し、同様に圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）を求めて登録する一連の処理を、目標圧力数になるまで順次圧力Ｐｎを変化させて行う（ステップＳ３４，Ｓ３５，Ｓ２８…Ｓ３４）。このようにして得られた圧力Ｐに対する圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性は、樹脂温度Ｔをパラメータとしてグラフ化することにより、図４に示すようになる。同図において、Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３は、それぞれ樹脂温度Ｔが２００〔℃〕，２２０〔℃〕，２４０〔℃〕の場合の変化特性を示す。

一方、圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性は、圧力Ｐ及び樹脂温度Ｔに対する関数に変換する。この場合、圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）は、
Ｃ（Ｐ，Ｔ）＝ΔＶ／ΣＶ
＝ａ・Ｐ^b
但し、ΔＶ：圧縮量
ΣＶ：圧縮前の樹脂量
ａ：ｃ₁・Ｔ＋ｄ₁
ｂ：ｃ₂・Ｔ＋ｄ₂
の関数で表すことができる。なお、ｃ₁，ｄ₁，ｃ₂，ｄ₂は、樹脂材料の種類に対応した係数であり、ポリプロピレンの場合、
ｃ₁＝ ０．００５０３
ｄ₁＝−０．５９９９２
ｃ₂＝−０．００１４１
ｄ₂＝ ０．９７３８１（以上、単位：百分率）
を適用できる。これらの係数ｃ₁，ｄ₁，ｃ₂，ｄ₂は、樹脂材料の種類毎に予めデータベースとして設定しておく。これにより、圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）＝ａ・Ｐ^bの関数に変換処理する際は、樹脂材料に対応する係数ｃ₁，ｄ₁，ｃ₂，ｄ₂をデータベースから読み出し、これに基づいて変換処理すればよい（ステップＳ３，Ｓ４）。図５は、ポリプロピレンにおける樹脂温度Ｔに対する係数ａ，ｂの値の変化特性を示す。

次いで、射出ノズル２を開放状態にし、かつスクリュ４を前進させた際に加熱筒３内から射出ノズル２を通して流出する任意の時刻ｔ₀，ｔ₁間における溶融樹脂Ｒの流出量Ｆを算出する（ステップＳ５）。流出量Ｆは、圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）（＝ａ・Ｐ^b）を用いることにより、
Ｆ＝〔（Ｕ（Ｓ₀）／（１−Ｃ（Ｐ₀，Ｔ₀））〕
−〔（Ｕ（Ｓ₁）／（１−Ｃ（Ｐ₁，Ｔ₁））〕
＝〔（πｒ²Ｓ₀＋Ａ）／（１−Ｃ（Ｐ₀，Ｔ₀））〕
−〔（πｒ²Ｓ₁＋Ａ）／（１−Ｃ（Ｐ₁，Ｔ₁））〕 …（１）
但し、ｒ：スクリュ半径
Ａ：スクリュ位置０における射出ノズル及び加熱筒内の樹脂量
Ｓ₀：時刻ｔ₀におけるスクリュ位置
Ｐ₀：時刻ｔ₀における圧力
Ｔ₀：時刻ｔ₀における温度
Ｓ₁：時刻ｔ₁におけるスクリュ位置
Ｐ₁：時刻ｔ₁における圧力
Ｔ₁：時刻ｔ₁における温度
により求めることができる。

また、射出成形ＣＡＥの利用に供するため、射出ノズル２から流出する溶融樹脂Ｒの単位時間当たりの流量Ｑを、
Ｑ＝Ｆ／（ｔ₁−ｔ₀）
により求める（ステップＳ６）。

なお、流出量Ｆが（１）式により算出できる理由は次のとおりである。

まず、圧縮のない体積Ｖ₀の溶融樹脂Ｒが、圧力Ｐ₀によりΔＶ₀だけ圧縮したとすれば、圧縮率がＣ（Ｐ₀）の場合、この圧縮量ΔＶ₀は、
ΔＶ₀＝Ｖ₀Ｃ（Ｐ₀） …（２）
となる。一方、圧縮した溶融樹脂Ｒの体積Ｗ₀は、スクリュ位置Ｓ₀により未充填量Ｕ（Ｓ₀）であるから、Ｄをスクリュ径とした場合、（３）〜（５）式が成立する。
圧力Ｐ₀のときの溶融樹脂Ｒの体積Ｗ₀は、
Ｗ₀＝Ｖ₀−ΔＶ₀＝Ｖ₀（１−Ｃ（Ｐ₀）） …（３）
未充填量Ｕ（Ｓ₀）は、
Ｕ（Ｓ₀）＝Ｗ₀＝Ｖ₀（１−Ｃ（Ｐ₀））＝（Ｓ₀Ｄ²π）／４ …（４）
圧縮のない体積Ｖ₀は、
Ｖ₀＝Ｕ（Ｓ₀）／（１−Ｃ（Ｐ₀））
＝（Ｓ₀Ｄ²π）／４（１−Ｃ（Ｐ₀）） …（５）

次に、数値解析上の単位時間Δｔ後には、圧縮のない体積Ｖ₀の溶融樹脂Ｒが、圧力Ｐ₁によりΔＶ₁だけ圧縮されるため、圧縮率Ｃ（Ｐ₁）を用いた圧力Ｐ₁における溶融樹脂Ｒの体積Ｗ₁は、
Ｗ₁＝Ｖ₀（１−Ｃ（Ｐ₀）） …（６）
となる。

しかし、射出ノズル２から溶融樹脂Ｒが体積Ｎ₁だけ流出するため、Δｔ間の流出量Ｎ₁は、体積Ｗ₁から体積Ｎ₁を引いた未充填量Ｕ（Ｓ₁）、即ち、
Ｎ₁＝Ｗ₁−Ｕ（Ｓ₁）
＝Ｖ₀（１−Ｃ（Ｐ₁））−Ｕ（Ｓ₁）
＝〔Ｕ（Ｓ₀）（１−Ｃ（Ｐ₁））／（１−Ｃ（Ｐ₀））〕−Ｕ（Ｓ₁） …（７）
となる。

そして、この流出量Ｎ₁を圧縮のない溶融樹脂Ｒの体積となる非圧縮ノズル流出量Ｆ₁に換算すれば、
Ｆ₁＝Ｎ₁／（１−Ｃ（Ｐ₁））
＝〔Ｕ（Ｓ₀）／（１−Ｃ（Ｐ₀））〕
−Ｕ（Ｓ₁）／（１−Ｃ（Ｐ₁）） …（８）
となり、この（８）式は（１）式と同じになる。

図６は、このようにして得られる流出量Ｆ（非圧縮ノズル流出量Ｆ₁）の正確性を検証する実験結果（スクリュ位置・速度、射出圧（圧力）、プランジャ位置・速度、マニホールド圧力）と計算値（非圧縮ノズル射出率、マニホールド圧縮ノズル射出率）を示す。この場合、計算値は、Δｔ毎のスクリュ位置Ｓと実測した射出圧（圧力）Ｐから（１）式（（８）式）を用いてΔｔ間の非圧縮ノズル流出量を求めるとともに、それを非圧縮ノズル射出率に変換したものである。さらに、その積算値に対して実測値のマニホールド圧力による圧縮があるとしてマニホールド圧縮ノズル射出率を計算した。図６中、Ｕａはスクリュ速度、Ｕｂはプランジャ速度、Ｕｃはスクリュ位置、Ｕｄはマニホールド圧力、Ｕｅはマニホールド圧縮ノズル射出率、Ｕｆは非圧縮ノズル射出率、Ｕｇは射出圧、Ｕｈはプランジャ位置を示す。

なお、実験は、図３の測定装置１を使用して行なった。この場合、測定装置１のシャットオフバルブ２８は開側に制御して射出ノズル２を開放状態にする。これにより、樹脂路２６は、射出ノズル２及び加熱筒３の内部に連通した状態となる。また、プランジャ３５は最前進位置にセットする。

そして、スクリュ４を回転させることにより可塑化処理（計量工程）を行い、このときの背圧で樹脂路２６の内部に溶融樹脂Ｒを充満させる。次いで、スクリュ４を前進させる射出工程を行い、このときのスクリュ位置、スクリュ速度、射出圧（圧力）、プランジャ位置、プランジャ速度、マニホールド圧力（樹脂路２６内の樹脂圧）を検出する。以上の検出が終了したなら、ドレンバルブ３３を制御してドレン路３２を開き、プランジャ３５を前進させてバレル２７内の溶融樹脂Ｒをドレン路３２から外部に排出する。この後、可塑化処理から同様の処理（検出）を繰り返して行う。

この実験結果から明らかなように、溶融樹脂Ｒの圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）＝ａ・Ｐ^bを用いて算出した流出量Ｆに基づく非圧縮ノズル射出率Ｕｆと、マニホールド圧力により圧縮補正した結果であるマニホールド圧縮ノズル射出率Ｕｅは、ほぼ一致した変化を示すことが分かる。したがって、任意の樹脂材料において、圧力Ｐに対する圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性、即ち、Ｃ（Ｐ，Ｔ）＝ａ・Ｐ^bが得られれば、金型における溶融樹脂Ｒの流動状況を容易かつ的確に把握できる。

なお、図６において、スクリュ速度Ｕａとプランジャ速度Ｕｂを比較した場合、スクリュ４の前進により、射出圧はほぼ同時に上昇するが、プランジャ３５はやや遅れて後退する。その後、スクリュ速度は、２００〔ｍｍ／ｓ〕まで上昇するが、プランジャ３５は、１８０〔ｍｍ／ｓ〕（飛び出し現象）まで上昇した後、一旦下降し、この後、０．１６〔ｓ〕で３００〔ｍｍ／ｓ〕（オーバシュート現象）に到達する。この現象は、溶融樹脂Ｒの圧縮性に基づく固有の現象と考えられる。したがって、射出ノズル２から流出する流量がスクリュ速度に追従しない原因は、溶融樹脂Ｒの圧縮性に基づくものであり、本実施形態に係る樹脂特性測定方法を利用して正確な射出率を実測値から算出すれば、射出成形ＣＡＥによる解析等の精度及び信頼性を格段に向上させることができる。

他方、本実施形態に係る樹脂特性測定方法により算出した流出量Ｆ（流量Ｑ）を利用すれば、射出成形ＣＡＥを用いることにより、射出工程における切換点の設定及び切換制御を行うことができる（ステップＳ７）。即ち、射出工程において多段設定した射出速度又は射出圧力の各段への切換点の設定及び切換制御に利用できるととともに、充填工程から保圧工程への切換点の設定及び切換制御に利用できる。

例えば、図７に、一例となる多数の製品Ｚｏ…を有する多数個取り用の解析モデルＺを示すとともに、図８に、この解析モデルＺに対する射出ノズル２からの流量Ｑ（算出値）、射出圧Ｕｍ、スクリュ位置Ｕｎを示す。これにより、図８に示すように、特に、流量Ｑの変化を考慮して保圧Ｕｏの設定を行うことができるとともに、充填工程から保圧工程への切換点Ｘｃを設定することができる（ステップＳ８）。なお、Ｕｐは、成形機設定値による解析条件を示す。したがって、実成形時には、充填工程において順次算出する流量Ｑ（積算）を監視し、設定した切換点に達したなら保圧工程に切換制御すればよい。これにより、精度の高い射出制御を行うことができる。さらに、流出量Ｆ及び流量Ｑ、或いはこれらの積算値の変化をスクリュ位置に対して表示するようにすれば、溶融樹脂Ｒの流動状況を情報として的確に把握できる。

このように、本実施形態に係る射出成形機Ｍの樹脂特性測定方法及び射出制御方法によれば、実際の射出成形機Ｍから溶融樹脂Ｒの圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性を得るため、射出ノズル２から射出される溶融樹脂Ｒの正確な流量Ｑ及び流出量Ｆを算出することができ、射出成形ＣＡＥを用いる解析等を高い精度で行うことができるとともに、その信頼性を高めることができる。また、溶融樹脂Ｒの流動状況を的確かつ容易に把握できるため、実際の射出工程における細部の設定や制御、具体的には、多段設定した射出速度又は射出圧力の各段に切換える際の切換点の設定や切換制御、更には充填工程から保圧工程に切換える際の切換点の設定や切換制御などを安定かつ高い精度で行うことができる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，手法，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、圧縮率（Ｃ（Ｐ，Ｔ））の変化特性を変換する関数として、Ｃ（Ｐ，Ｔ）＝ａ・Ｐ^bを示したが、必ずしもこの関数に限定されるものではなく、必要により変形することができる。

本発明の最良の実施形態に係る射出成形機の射出制御方法を説明するためのフローチャート、 同射出制御方法に用いる樹脂特性測定方法の処理手順を説明するためのフローチャート、 同射出制御方法及び同樹脂特性測定方法の実施に利用できる測定装置の断面構成図、 同樹脂特性測定方法に用いる圧力に対する圧縮率の変化特性図、 同樹脂特性測定方法に用いる樹脂温度に対する係数の値を示す特性図、 同樹脂特性測定方法の効果を説明するための時間に対する各種物理量の実験結果と計算値の変化特性図、 同射出制御方法を用いた射出成形ＣＡＥの解析モデルの形状図、 同射出制御方法を用いて切換点を設定する方法を説明するための時間に対する各種物理量の変化特性図、

符号の説明

Ｍ 射出成形機
Ｒ 溶融樹脂
２ 射出ノズル
３ 加熱筒
４ スクリュ

Claims (11)

1. 射出成形機における溶融樹脂の樹脂特性を測定する射出成形機の樹脂特性測定方法において、射出ノズルを閉鎖状態にし、かつ加熱筒内におけるスクリュの前方に溶融樹脂を充填状態にするとともに、スクリュからの溶融樹脂に対する圧力を順次変化させることにより、圧力の変化に対応するスクリュ位置及び樹脂温度を検出し、検出した任意の圧力Ｐに対するスクリュ位置及び樹脂温度Ｔから、圧力Ｐの変化に対する溶融樹脂の圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性を、圧力Ｐ及び樹脂温度Ｔに対する関数に変換して求めることを特徴とする射出成形機の樹脂特性測定方法。
2. 前記圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）は、
   Ｃ（Ｐ，Ｔ）＝ΔＶ／ΣＶ＝ａ・Ｐ^b
   但し、ΔＶ：圧縮量
   ΣＶ：圧縮前の樹脂量
   ａ：ｃ₁・Ｔ＋ｄ₁（ｃ₁，ｄ₁は樹脂の種類に対応した係数）
   ｂ：ｃ₂・Ｔ＋ｄ₂（ｃ₂，ｄ₂は樹脂の種類に対応した係数）
   の関数に変換することを特徴とする請求項１記載の射出成形機の樹脂特性測定方法。
3. 前記射出ノズルを開放状態にし、かつスクリュを前進させた際に前記加熱筒内から前記射出ノズルを通して流出する任意の時刻間における前記溶融樹脂の流出量Ｆを、前記圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）を用いて求めることを特徴とする請求項２記載の射出成形機の樹脂特性測定方法。
4. 前記流出量Ｆは、
   Ｆ＝〔（πｒ²Ｓ₀＋Ａ）／（１−Ｃ（Ｐ₀，Ｔ₀））〕
   −〔（πｒ²Ｓ₁＋Ａ）／（１−Ｃ（Ｐ₁，Ｔ₁））〕
   但し、ｒ：スクリュ半径
   Ａ：スクリュ位置０における射出ノズル及び加熱筒内の樹脂量
   Ｓ₀：時刻ｔ₀におけるスクリュ位置
   Ｐ₀：時刻ｔ₀における圧力
   Ｔ₀：時刻ｔ₀における温度
   Ｓ₁：時刻ｔ₁におけるスクリュ位置
   Ｐ₁：時刻ｔ₁における圧力
   Ｔ₁：時刻ｔ₁における温度
   により求めることを特徴とする請求項３記載の射出成形機の樹脂特性測定方法。
5. 前記射出ノズルから流出する溶融樹脂の単位時間当たりの流量Ｑを、
   Ｑ＝Ｆ／（ｔ₁−ｔ₀）
   により求めることを特徴とする請求項４記載の射出成形機の樹脂特性測定方法。
6. 射出成形機の射出工程の制御を行う際における射出成形機の射出制御方法において、射出ノズルを閉鎖状態にし、かつ加熱筒内におけるスクリュの前方に溶融樹脂を充填状態にするとともに、スクリュからの溶融樹脂に対する圧力を順次変化させることにより、圧力の変化に対応するスクリュ位置及び樹脂温度を検出し、検出した任意の圧力Ｐに対するスクリュ位置及び樹脂温度Ｔから、圧力Ｐの変化に対する溶融樹脂の圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）の変化特性を、圧力Ｐ及び樹脂温度Ｔに対する関数に変換して求め、さらに、前記射出ノズルを開放状態にし、かつ前記スクリュを前進させた際に前記加熱筒内から前記射出ノズルを通して流出する任意の時刻間における溶融樹脂の流出量Ｆ及び／又は流量Ｑを前記圧縮率の変化特性を用いて求め、この流出量Ｆ及び／又は流量Ｑを用いて前記射出工程における切換点の設定及び切換制御を行うことを特徴とする射出成形機の射出制御方法。
7. 前記切換点は、多段設定した射出速度又は射出圧力の各段への切換点であることを特徴とする請求項６記載の射出成形機の射出制御方法。
8. 前記切換点は、充填工程から保圧工程への切換点であることを特徴とする請求項６記載の射出成形機の射出制御方法。
9. 前記圧縮率Ｃ（Ｐ，Ｔ）は、
   Ｃ（Ｐ，Ｔ）＝ΔＶ／ΣＶ＝ａ・Ｐ^b
   但し、ΔＶ：圧縮量
   ΣＶ：圧縮前の樹脂量
   ａ：ｃ₁・Ｔ＋ｄ₁（ｃ₁，ｄ₁は樹脂の種類に対応した係数）
   ｂ：ｃ₂・Ｔ＋ｄ₂（ｃ₂，ｄ₂は樹脂の種類に対応した係数）
   の関数であることを特徴とする請求項６記載の射出成形機の射出制御方法。
10. 前記流出量Ｆは、
    Ｆ＝〔（πｒ²Ｓ₀＋Ａ）／（１−Ｃ（Ｐ₀，Ｔ₀））〕
    −〔（πｒ²Ｓ₁＋Ａ）／｛１−Ｃ（Ｐ₁，Ｔ₁）｝〕
    但し、ｒ：スクリュ半径
    Ａ：スクリュ位置０における射出ノズル及び加熱筒内の樹脂量
    Ｓ₀：時刻ｔ₀におけるスクリュ位置
    Ｐ₀：時刻ｔ₀における圧力
    Ｔ₀：時刻ｔ₀における温度
    Ｓ₁：時刻ｔ₁におけるスクリュ位置
    Ｐ₁：時刻ｔ₁における圧力
    Ｔ₁：時刻ｔ₁における温度
    により求めることを特徴とする請求項９記載の射出成形機の射出制御方法。
11. 前記射出ノズルから流出する溶融樹脂の単位時間当たりの流量Ｑは、
    Ｑ＝Ｆ／（ｔ₁−ｔ₀）
    により求めることを特徴とする請求項１０記載の射出成形機の射出制御方法。

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