JP6379686B2 - 射出成形機の計量制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機の計量制御方法に関する。

インラインスクリュ式の射出成形機の射出装置においては、射出装置の材料供給部から供給される樹脂ペレット等の樹脂材料を、スクリュを回転させて、加熱バレルの内周面とスクリュの外周面との間に形成される樹脂流路において連続的に可塑化（溶融）させ、加熱バレルの先端内部の貯留部と呼称される空間に、１回の射出充填工程に必要な量の可塑化状態の樹脂を貯留させる計量工程が行われる。そして、計量工程の完了後、スクリュを前進させて、貯留部の樹脂を加熱バレル先端の射出ノズルを介して、金型のキャビティ内に射出充填させる射出工程が行われる。

図１を参照しながら、インラインスクリュ式の射出成形機の計量工程及び射出工程を簡単に説明する。図１は、一般的な計量制御方法に係る、計量工程から射出工程への切り替え時における射出装置の概略断面図である。図１（ａ）は計量工程中、図１（ｂ）は計量工程が完了した、射出待機状態、図１（ｃ）は、射出工程開始直後を示す。

加熱バレル１０内のスクリュ２１の先端部には、円錐形状で且つ長手方向に複数の凹部２２ａを有するスクリュヘッド２２が固定されている。そして、スクリュヘッド２２のスクリュ２１の先端部側の小径部２２ｂには、リング状の逆止弁２４（チェックリング等とも呼称される。）が、スクリュ２１の長手方向に所定量移動可能に配置されている。その移動量は、貯留部１１側が、スクリュヘッド２２の大径部２２ｃ（前進限）で、スクリュ２１の先端部側が、リアシート２３（後退限）で制限される距離Ｓ（エス）である。

図１（ａ）に示すように、計量工程の間、材料供給部１３から加熱バレル１０内に供給されたペレット状の樹脂は、その外周面に螺旋状のフライト２１ａが形成されたスクリュ２１の回転により、加熱バレル１０の内周面とスクリュ２１の外周面との間に形成される樹脂流路１４において貯留部１１側（前方）へ流動される。その間、加熱バレル１０の外周面に配置された、図示しない加熱手段の熱エネルギーと、スクリュ２１の回転により樹脂に直接付与されるせん断エネルギー（熱エネルギー）と、により溶融状態となる（可塑化）。この樹脂流動によって発生する樹脂圧力Ｐ２により、逆止弁２４は貯留部１１側へと押圧され、貯留部１１側（前進限）へ移動され、逆止弁２４とスクリュ２１のリアシート２３との間が距離Ｓだけ開放される。更に、この状態において、開放された樹脂流路１４と、スクリュヘッド２２の長手方向の凹部２２ａが連通され、スクリュ２１のリアシート２３側の樹脂がスクリュヘッド２２前方の貯留部１１に連続して貯留される。

また、計量工程の間、貯留部１１に貯留される樹脂量の増加に伴い、スクリュ２１は、
その回転動作は維持されつつ、材料供給部１３側（後方）へ移動する。このスクリュ後退動作は、貯留部１１に貯留される樹脂に所定の圧力Ｐ１を付与させるために、後退動作に伴う抵抗力（背圧＝Ｐ１）をスクリュ２１に付与させた状態で行われる。すなわち、計量工程における、逆止弁２４より前方の貯留部１１の樹脂の樹脂圧力Ｐ１と、逆止弁２４より後方の樹脂流路１４の樹脂の樹脂圧力Ｐ２との関係はＰ１＜Ｐ２であり、この関係において、樹脂の貯留部１１への樹脂流動が維持される。

予め設定された樹脂量が貯留部１１に貯留された後、材料供給部１３への材料供給及びスクリュ２１の回転動作を停止させる（計量工程完了）。この状態を図１（ｂ）に示す。この状態（計量工程完了直後）において、前進限にある逆止弁２４と、スクリュ２１のリアシート２３との間は、距離Ｓだけ開放されている。そして、射出待機状態を経て、図１（ｃ）に示すように、加熱バレル１０先端の射出ノズル１２以降の図示しない金型側の樹脂流路が開放されている状態において、スクリュ２１を所定速度・所定圧力で前進させる（射出工程）。逆止弁２４の長手方向の移動ストローク（距離Ｓ）は、射出装置のサイズ等によって異なるが、通常２〜３ｍｍであり、長くても５〜６ｍｍ程度である。そのため、スクリュ２１の前進開始直後に、スクリュ２１のリアシート２３が、距離Ｓだけ前進して、逆止弁２４の後端に当接するような形で密着（後退限）し、逆止弁２４とスクリュ２１のリアシート２３との間が閉鎖される。貯留部１１の樹脂の樹脂圧力Ｐ１は、この逆止弁２４の閉鎖とスクリュ２１の前進動作とにより急激に増大し、Ｐ１とＰ２との関係は逆転しＰ１＞Ｐ２となる。

その結果、逆止弁２４は、貯留部１１側の樹脂から増大する樹脂圧力Ｐ１を受け、スクリュ２１のリアシート２３側に押圧され、リアシート２３と密着状態を高める。このようにして、射出工程の間、逆止弁２４とリアシート２３との密着状態（樹脂流路１４の閉鎖状態）が維持され、貯留部１１の樹脂が逆止弁２４を介してスクリュ２１側の樹脂流路１４に逆流することが防止される。

このように、駆動用の動力装置や、特殊な制御等を必要とせず、計量工程においては、貯留部側への樹脂流動（樹脂圧力）による樹脂流路及び貯留部間の開放動作が、射出工程においては、スクリュの前進動作による同間の閉鎖動作が行われ、これらにより、樹脂流路及び貯留部間の開閉動作の切り替えと、貯留部から樹脂流路側への射出工程中の樹脂の逆流防止が可能な逆止弁は、構造が簡単な上、射出工程時における逆流防止能力も比較的高く、インラインスクリュ式の射出成形機において一般的な構成となっている。しかしながら、近年、計量工程における計量精度の更なる向上が要求され、樹脂流路の開放状態から閉鎖状態へと切り替わる間に、貯留部の樹脂が、逆止弁を介してスクリュの樹脂流路側に逆流することに起因するとされる、計量樹脂量のバラつきが問題となっている。この樹脂の逆流量分だけ、想定した計量樹脂量に対して、実際の射出樹脂量が少なくなるが、この逆流量が成形サイクル毎に略一定であれば、計量工程において、想定した樹脂量に逆流量を加えたものを計量樹脂量とすれば良い。しかしながら、問題は、前述した樹脂の逆流量が、成形サイクル毎に必ずしも一定ではない点であるとされている。

特許文献１には、計量工程の完了後の、逆止弁の後退移動のバラつきによる計量樹脂量のバラつきを改善するために、計量完了後、スクリュの回転動作を停止させた状態で射出スクリュ（スクリュ）をサックバック（後退）させ、そのサックバック（後退）位置で射出スクリュの逆回転を所定量行った後、射出スクリュを前進させて射出工程に移行する射出方法が開示されている。

計量完了後のスクリュの後退動作は、その前端を押圧されるリングバルブ（逆止弁）を開放状態のままスクリュとともに後退移動させるものだとしている（特許文献１段落０００８）。更には、同文献内に記載はないが、本来の計量完了位置において、逆止弁を完全な閉鎖状態にするためのスクリュ前進距離を確保するための動作と推測される。続く、後退位置における逆回転動作は、計量工程における正回転とは逆方向にスクリュを回転させることにより、逆止弁より後方の樹脂流路の樹脂の樹脂圧力Ｐ２を減少させ、逆止弁より前方の貯留部の樹脂の樹脂圧力Ｐ１との関係をＰ１＞Ｐ２とさせ、逆止弁の後退（閉鎖）動作を促進させるものである。そして、後退位置からの射出工程の開始により、後退位置から本来の計量完了位置まで、スクリュを前進させる間、逆止弁を完全な閉鎖状態となし、本来の計量完了位置からは、逆止弁が完全な閉鎖状態下において、射出工程が行われ、樹脂の逆流を防止できるとしている。

特許文献２には、射出工程時の樹脂流路の閉鎖時間のバラつきによる射出樹脂量のバラつきを改善するために、計量工程完了時と射出工程開始時の間において、設定された距離だけスクリュを後退させ、再び計量完了位置に戻すことにより、逆流防止リング（逆止弁）をシールリング（リアシート）に当接させる手段を有する射出成形機が開示されている。

特許文献２のスクリュの後退動作も、特許文献１の計量完了後の後退動作と同様に、本来の計量完了位置から、逆止弁が完全な閉鎖状態下において、射出工程が行われるようにするために、スクリュ前進距離を確保するために行われるものである。すなわち、特許文献１及び特許文献２は、射出工程開始時の逆止弁の位置が、完全な閉鎖位置（前進限）に移動（後退）させた後に射出工程を開始することにより、射出工程開始時の逆止弁の閉鎖（後退）動作の間に発生するとされている樹脂の逆流を防止するものである。

特開平０９−０２９７９４号公報 特開平０４−０７０３１６号公報

近年、計量工程から射出待機状態を経て射出工程へと切り替わる間の、逆止弁より前方の貯留部の樹脂の樹脂圧力Ｐ１と、逆止弁より後方の樹脂流路における樹脂の樹脂圧力Ｐ２の変化が検証され、この間における樹脂の逆流状況が次第に明らかになってきている。これを、図２を参照しながら説明する。図２は、一般的な計量制御方法に係る、計量工程から射出工程へと切り替わる間の、逆止弁前方の樹脂圧力Ｐ１と後方の樹脂圧力Ｐ２の変化を、時間経過に基づき表示したグラフである。横軸が時間ｔを、縦軸が圧力Ｐを示す。

まず、図示はしていないが、計量工程開始時、スクリュ回転動作により生じさせた樹脂流路１４における樹脂流動の樹脂圧力Ｐ２（Ｐ_Ｆ）により、逆止弁２４が閉鎖位置（後退限）から開放位置（前進限）へと移動し、樹脂流路１４の樹脂が貯留部１１へと流動される。この時、スクリュ２１自体に背圧（＝樹脂圧力Ｐ１／Ｐ_Ｂ）を作用させているが、スクリュ２１が射出前進限位置にあり、貯留部１１の樹脂にスクリュ２１を後退させるような樹脂圧力が発生していないため、逆止弁２４の開放位置（前進限）への移動開始は、樹脂圧力Ｐ１と樹脂圧力Ｐ２の差圧ではなく、樹脂圧力Ｐ２によるものである。貯留部１１に樹脂が流動され、貯留部１１の樹脂にスクリュ２１を後退させるような樹脂圧力が発生した後も、樹脂圧力Ｐ１（Ｐ_Ｂ）＜樹脂圧力Ｐ２（Ｐ_Ｆ）の関係が維持されるため、逆止弁２４の開放状態は継続され、計量工程も継続される。

ここで、逆止弁2４後方の樹脂圧力Ｐ２は、本来その圧力発生限の略全てが、スクリュ回転動作により樹脂に与えられる樹脂流動の運動エネルギーによる圧力Ｐ_Ｆである。それ以外に、逆止弁２４より後方の樹脂流路１４を満たす溶融状態の樹脂に圧力を付与させるエネルギー源は基本的に何もない。そして、逆止弁２４より後方の溶融状態の樹脂は、材料供給部１３側になる程、徐々に未溶融状態の樹脂の割合が増加し、材料供給部１３近傍は略完全にペレット状（固形）の樹脂のみで満たされた大気開放状態である。よって、計量工程が完了し、スクリュ２１の回転動作を停止させる時間ｔ１以降、逆止弁２４より後方の溶融状態の樹脂の樹脂圧力Ｐ２は維持されることなく、時間ｔ２までに、Ｐ_Ｆから急激に大気圧Ｐ_Ａ近傍まで降下する。このＰ２のＰ_Ｆから大気圧Ｐ_Ａ近傍までの圧力降下に要する時間（ｔ２−ｔ１）は１秒程度とされている。

次に、逆止弁２４前方（貯留部１１）の樹脂圧力Ｐ１は、先に説明したように、計量工程中、スクリュの後退抵抗（背圧）によって付与される圧力Ｐ_Ｂである。ここで、計量工程完了後の射出待機状態において、スクリュ２１の計量工程完了の位置及び背圧を維持させたとしても、先に説明した樹脂圧力Ｐ２の圧力降下に伴い、Ｐ１＜Ｐ２の関係が、点Ｘ（以後、移行点）以降においてＰ１＞Ｐ２の関係に移行する。また、図１（ｂ）に示すように、移行点Ｘにおいても、逆止弁２４は開放状態（前進限）である。その結果、移行点Ｘ以降、貯留部１１の樹脂は逆止弁２４より後方の、リアシート２３側の樹脂流路１４に逆流する。

この移行点Ｘ以降の樹脂圧力Ｐ１の変化と樹脂の逆流には３つのパターンが考えられる。まず１つが、図２に示すパターンである。これをパターン１とする。このパターン１は、Ｐ１＞Ｐ２の関係に移行した後、Ｐ１及びＰ２の差圧（Ｐ１−Ｐ２）により発生する樹脂の逆流によっても、開放位置（前進限）にある逆止弁２４がほとんど閉鎖位置（後退限）側へ移動せず、逆止弁２４の開放状態（前進限）が維持されるものである。この場合、計量工程完了後の射出待機状態において、スクリュ２１の計量工程完了の位置及び背圧を維持させたとしても、逆止弁２４の開放状態（前進限）が維持されるため、Ｐ１＞Ｐ２の関係が維持される間、貯留部１１から樹脂流路１４への樹脂の逆流は継続され、図２に示すように、樹脂圧力Ｐ１（Ｐ_Ｂ）は大気圧Ｐ_Ａ近傍まで降下する（時間ｔ３）。この結果、Ｐ１＝Ｐ２≒Ｐ_Ａとなり、逆止弁２４が開放状態のまま樹脂の逆流が停止する。移行点Ｘから時間ｔ３までの樹脂の逆流量は、図２に斜線で示す領域Ａの面積で示される。

２つめは、図示はしていないが、Ｐ１＞Ｐ２の関係に移行した後、Ｐ１及びＰ２の差圧（Ｐ１−Ｐ２）により発生する樹脂の逆流によって、開放位置（前進限）にある逆止弁２４が閉鎖位置（後退限）側へ移動するものの、同樹脂の逆流により、Ｐ１及びＰ２の差圧が次第に小さくなるため、閉鎖位置（後退限）までは移動せず、その移動ストロークの途中位置で停止するパターンである。この途中位置において逆止弁２４の開放状態が維持され、その結果、Ｐ１＝Ｐ２≒Ｐ_Ａとなるまで樹脂の逆流が継続される。これをパターン２とする。このパターン２は、樹脂が逆流する逆止弁２４とリアシート２３と間の距離が距離Ｓより短いため、先に説明したパターン１よりも、樹脂が逆流する流路の断面積が狭くなる。しかしながら、流路の断面積が狭くなるため、貯留部１１の樹脂圧力Ｐ１の圧力降下率はパターン１よりも小さくなり、樹脂を逆流させるＰ１及びＰ２の差圧（Ｐ１−Ｐ２）がパターン１よりも大きくなる。その結果、パターン２においては樹脂の逆流速度が速くなるため、樹脂の逆流が停止するタイミングはパターン１と異なるもの、樹脂の逆流量はパターン１と大差ないと考えられる。

３つめも図示はしていないが、Ｐ１＞Ｐ２の関係に移行した後、Ｐ１及びＰ２の差圧（Ｐ１−Ｐ２）により発生する樹脂の逆流によって、開放位置（前進限）にある逆止弁２４が閉鎖位置（後退限）側へ移動し、逆止弁２４の閉鎖状態（後退限）が維持されるパターンである。これをパターン３とする。このパターン３においては、樹脂圧力Ｐ１が大気圧Ｐ_Ａ近傍まで降下する可能性は低く、Ｐ１＞Ｐ２の関係が維持された状態であっても、逆止弁２４が閉鎖状態（後退限）になった時点からの樹脂の逆流はほとんどないと考えられる。言い換えれば、パターン３における樹脂の逆流量は、移行点Ｘから逆止弁２４が閉鎖状態（後退限）になるまでの間の量であり、その逆流量は、パターン１やパターン２よりは少ないと考えられる。

射出工程後、計量工程と平行して、冷却固化工程、型開き工程、製品取出工程、型閉じ・型締工程が行われ、次の射出工程に移行する。一般的には、計量工程の方が先に完了し、図１（ｂ）の状態で図２中の射出待機状態となることが多い。このように、射出待機状態においては、図２の領域Ａに示すように、樹脂圧力Ｐ１及び樹脂圧力Ｐ２が、共に大気圧Ｐ_Ａ近傍まで圧力降下するまで樹脂の逆流が生じるか、場合によっては、樹脂圧力Ｐ１及び樹脂圧力Ｐ２の差圧により逆止弁２４が閉鎖状態（後退限）になるまで樹脂の逆流が生じるため、所望する樹脂量に対して、射出充填される樹脂量が少なくなるという問題がある。

ここで、先に説明した３パターンのように、Ｐ１＞Ｐ２の関係に移行した後、Ｐ１及びＰ２の差圧（Ｐ１−Ｐ２）により発生する樹脂の逆流によって、開放位置（前進限）にある逆止弁２４がどのような挙動を示すかは、Ｐ１及びＰ２の差圧の大きさが、逆止弁２４を移動（後退）させるのに十分であるか否かという点と、逆止弁２４を移動（後退）させる際の逆止弁２４の摺動抵抗である。前者は、使用する樹脂材料の種類や、射出成形機のサイズや逆止弁２４の仕様によるところが大きい。後者は、可塑化状態の樹脂の温度や粘性、あるいは、スクリュヘッド２２の小径部２２ｂと逆止弁２４との間の摺動部に混入したコンタミや、成形時に摺動部に生じたキズや磨耗によるところが多い。

前者は、仕様上、ある程度予想が可能であり、成形サイクル毎の、領域Ａに示す樹脂の逆流量をバラつかせる要因となる可能性は低い。しかしながら、後者は、同じ樹脂材料で同じ成形条件で行う成形であっても、成形サイクル毎の領域Ａに示す樹脂の逆流量をバラつかせる要因となる。そのため、図２の領域Ａに示す射出待機状態における樹脂の逆流量は、成形サイクル毎に一定ではなくバラつくため、予め、逆流量に相当する量だけ多く計量する対策を困難なものにしている。

一方、特許文献１及び特許文献２で防止しようとしている樹脂の逆流は、射出工程開始時の逆止弁の閉鎖（後退）動作の間に発生するとされている逆流量である。例えば、逆止弁２４の移動ストロークを１０ｍｍ、射出工程におけるスクリュ２１の前進速度（射出速度）を３０ｍｍ／ｓとした場合、パターン１のように、射出待機状態において、逆止弁２４がほぼ完全に開放状態（前進限）においては、射出工程開始からスクリュ２１が前進して逆止弁２４の後端に当接するまで、すなわち、逆止弁２４が閉鎖状態（後退限）になるのに要する時間（時間ｔ５−ｔ４）は略０．３秒と短い。大物薄肉成形、ハイサイクル成形、射出発泡成形においては、１００ｍｍ／ｓ以上の高速射出条件を必要とされるケースが多く、この場合においては、０．１秒以下とさらに短くなる。パターン２のように、逆止弁２４が移動ストロークの途中位置にある状態においては、逆止弁２４が閉鎖状態（後退限）になるのに要する時間（時間ｔ５−ｔ４）は更に短くなる。パターン３においては、射出工程開始時には、既に逆止弁２４が閉鎖状態（後退限）のため、樹脂の逆流そのものが発生しない。

実際には、先に説明したように、この時間ｔ４に至る前に、樹脂圧力Ｐ１及び樹脂圧力Ｐ２は共に大気圧Ｐ_Ａ近傍まで圧力降下しており、この時間ｔ４から時間ｔ５までの間、逆止弁２４の前後には、樹脂の逆流を生じさせるような差圧はほとんど発生していない状態である。また、この間、射出工程開始からスクリュ２１が前進して逆止弁２４の後端に当接するまで（逆止弁２４が閉鎖状態になるまで）に要する時間は、先に説明したとおりである。そのため、射出工程開始時の逆止弁の閉鎖（後退）動作の間に発生するとされている逆流量は、図２中の領域Ｂで示すものとなる。一方、移行点Ｘから時間ｔ３までの樹脂の逆流量、すなわち、図２中の領域Ａで示される射出待機状態における樹脂の逆流量は、上記のパターン３を除き、逆止弁２４の開放状態（時間）が領域Ｂよりも明らかに長く、その間、逆止弁２４の前後に樹脂の逆流を生じさせるような差圧が生じているため、領域Ｂで示される逆流量よりも明らかに多い。これらを鑑みると、計量樹脂量への影響が大きいのは、図２中の領域Ｂで示される、射出工程開始時の逆止弁の閉鎖（後退）動作の間に発生するとされている逆流量よりも、図２の領域Ａに示される、射出待機状態における樹脂の逆流量であることは明らかである。

特許文献１及び特許文献２で防止しようとしている樹脂の逆流は領域Ｂで示されるものであって、領域Ａで示される、射出待機状態における樹脂の逆流を防止することについては何ら記載も示唆もない。そのため、特許文献１の射出方法や特許文献２の射出成形機では、射出樹脂量のバラつきを十分に改善することは困難であると言わざるを得ない。

また、特許文献１は、計量後、スクリュをサックバック（スクリュ後退動作）させ、その位置でスクリュを逆回転させ、樹脂圧力Ｐ２を降下させることにより相対的にＰ１を上昇させて、Ｐ１＞Ｐ２の関係における差圧の増大を図り、逆止弁の積極的な閉鎖動作を誘導させるものである。しかしながら、先に説明したように、樹脂圧力Ｐ２は、スクリュ回転停止後、略一秒で大気圧近傍まで圧力降下するため、このスクリュの逆回転は逆止弁の閉鎖動作に寄与することはない。先に説明したパターン３にように、このように生じさせたＰ１＞Ｐ２の差圧が、開放位置（前進限）にある逆止弁を、完全に閉鎖位置（後退限）に移動させることが可能かどうかは、使用する樹脂材料の種類や、射出成形機のサイズや逆止弁２４の仕様によるため、実施には制約が多い。更に、Ｐ１＞Ｐ２の樹脂圧力の差異を増大させることは、パターン１やパターン２のように、逆止弁が完全に閉鎖状態にならない場合、樹脂の逆流量の増大を招き、計量樹脂量のバラつきを更に増大させる可能性がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたもので、具体的には、計量工程完了後の射出待機状態における貯留部からの樹脂の逆流を防止することができる、射出成形機の計量制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る、射出成形機の計量制御方法は、計量工程において、スクリュが計量完了位置に到達し、スクリュの回転動作を停止させた後の、逆止弁より後方の樹脂の圧力Ｐ２の圧力降下に対して、スクリュの回転停止の後に、スクリュを後退させて、逆止弁より前方の容積を拡張させることにより、逆止弁よりの樹脂の圧力Ｐ１を圧力Ｐ２と略同じ圧力まで降下させる、スクリュ後退動作を有し、
前記スクリュの外径がＤ、補正係数がαであるとき、前記スクリュ後退動作における前記スクリュの後退距離ΔＬを、式ΔＬ＝αＤとし、前記補正係数αが０．０２５から０．２５の範囲である。

また、本発明に係る、射出成形機の計量制御方法は、スクリュ後退動作において、圧力Ｐ１の圧力降下率を圧力Ｐ２の圧力降下率と連動させても良い。

更に、本発明に係る、射出成形機の計量制御方法は、スクリュ後退動作を１秒以内に完了させることが好ましい。

本発明に係る、射出成形機の計量制御方法は、計量工程において、スクリュが計量完了位置に到達し、スクリュの回転動作を停止させた後の、逆止弁より後方の樹脂の圧力Ｐ２の圧力降下に対して、スクリュの回転停止の後に、スクリュを後退させて、逆止弁より前方の容積を拡張させることにより、逆止弁より前方の樹脂の圧力Ｐ１を圧力Ｐ２と略同じ圧力まで降下させる、スクリュ後退動作を有し、前記スクリュの外径がＤ、補正係数がαであるとき、スクリュ後退動作におけるスクリュの後退距離ΔＬを、式ΔＬ＝αＤとし、補正係数αが０．０２５から０．２５の範囲としたため、計量工程完了後の射出待機状態における貯留部からの樹脂の逆流を防止することができる。

一般的な計量制御方法に係る、計量工程から射出工程へと切り替わる間の射出装置の概略断面図である。 一般的な計量制御方法に係る、計量工程から射出工程へと切り替わる間の、逆止弁前方の樹脂圧力Ｐ１と後方の樹脂圧力Ｐ２の変化を、時間経過に基づき表示したグラフである。 本発明の計量制御方法に係る、実施例１の、計量工程から射出工程へと切り替わる間の、逆止弁前方の樹脂圧力Ｐ１と後方の樹脂圧力Ｐ２の変化を、時間経過に基づき表示したグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図３を参照しながら、本発明の実施例１に係る、射出成形機の計量制御方法を説明する。図３は、実施例１の、計量工程から射出工程へと切り替わる間の、逆止弁前方の樹脂圧力Ｐ１と後方の樹脂圧力Ｐ２の変化を、時間経過に基づき表示したグラフである。また、本発明は、射出成形機の計量制御方法であって、使用する射出成形機に特段の構成はないため、必要に応じて、図１及び図２も参照するものとする。

本発明の実施例１に係る、射出成形機の計量制御方法が、一般的な計量制御方法と異なる点は、スクリュ２１の回転停止後に、スクリュ２１を後退させて、逆止弁より前方の樹脂の樹脂圧力Ｐ１を樹脂圧力Ｐ２と略同じ圧力まで降下させる、スクリュ後退動作を有する点である。この点以外は、一般的な計量制御方法と基本的に同じであるため、その詳細な説明は省略、又は、図１及び図２を参照して説明し、相違点についてのみ詳細に説明する。よって、図３において、図２と同じ構成については同じ符号を使用し、図２と異なる構成については、相当する符号に”’（アポストロフィ）”を付して区別するものとする。

図３に示すように、計量工程が完了し、スクリュ２１の回転動作を停止させる時間ｔ１以降、逆止弁２４より後方の溶融状態の樹脂の樹脂圧力Ｐ２は維持されることなく、時間ｔ２までに、Ｐ_Ｆから急激に大気圧Ｐ_Ａ近傍まで降下する。ここで、本発明の実施例１に係る、射出成形機の計量制御方法においては、スクリュ２１の回転動作を停止させた後、スクリュ２１を距離ΔＬ後退させる（スクリュ後退動作）。

このスクリュ後退動作は、逆止弁２４より前方の貯留部１１の樹脂圧力Ｐ１を、貯留部１１の容積を拡張させることにより降下させるものである。このスクリュ後退動作により、時間ｔ２にわずかに遅れた時間ｔ３’までに、樹脂圧力Ｐ１を、逆止弁２４より後方のリアシート側の樹脂圧力Ｐ２と略同じ大気圧Ｐ_Ａまで圧力降下させれば、Ｐ１＜Ｐ２の関係が、移行点Ｘ’においてＰ１＞Ｐ２の関係に移行し、計量工程完了後の射出待機状態における貯留部から逆流する樹脂量は、図３に斜線で示す領域Ａ’の面積で示される。

この領域Ａ’が、図２の領域Ａに対して十分に小さいことは明白であり、一般的な計量制御方法に対して、計量工程完了後の射出待機状態における貯留部から逆流する樹脂量を大幅に減少させることができる。すなわち、射出待機状態における貯留部から逆流する樹脂量自体が少ないため、この領域Ａ’で示される樹脂の逆流量が、先に説明したパターン１からパターン３のいずれかのパターンでバラついた場合でも、そのバラつき量を、先の領域Ａで示される樹脂の逆流量のバラつき量に対して大幅に減少させることができる。尚、時間ｔ３’以降から射出工程開始の時間ｔ４までの射出待機状態においては、樹脂圧力Ｐ１及びＰ２の圧力差が略ゼロであるため、逆止弁２４が開放状態（前進限）であっても、閉鎖位置（後退限）側への移動ストロークの途中位置であっても、逆流する樹脂量は略ゼロであることは言うまでもない。

本実施例１では、説明を容易にするため、時間ｔ３’を時間ｔ２からわずかに遅れた時間としたが、スクリュ２１の距離ΔＬまでの後退速度を適切に設定することにより、樹脂圧力Ｐ１の圧力降下率を樹脂圧力Ｐ２の圧力降下率と連動させたり、スクリュ２１の距離ΔＬまでの後退動作を一秒以内に完了させたりすることにより、時間ｔ３’を時間ｔ２に略一致させる、すなわち、樹脂圧力Ｐ１を樹脂圧力Ｐ２と略同じタイミングで大気圧Ｐ_Ａ近傍まで圧力降下させることにより、移行点Ｘ’を発生させず、領域Ａ’を実質的にゼロにすることが可能である。尚、１秒以内とは、先に説明したように、樹脂圧力Ｐ２が大気圧Ｐ_Ａ近傍まで圧力降下するのに要するとされている時間を基準としたものである。

このようにして、計量工程から射出待機状態を経て射出工程へと切り替わる間の、貯留部から樹脂の逆流量を、図３の領域Ａ’及び領域Ｂで示す樹脂量とすることができる。先に説明したように、領域Ａ’で示す逆流量は、スクリュ２１の距離ΔＬまでの後退速度を適切に設定することにより更に減少させることができ、領域Ｂで示す逆流量はごくわずかであるため、本発明に係る、射出成形機の計量制御方法により、近年、計量工程に要求される高い計量精度を十分に満たすことができる。

また、計量工程完了後（スクリュ回転動作停止時）から、移行点Ｘ’までの間、樹脂圧力Ｐ１及び樹脂圧力Ｐ２の関係はＰ１＜Ｐ２であるため、樹脂流路１４から貯留部１１への樹脂流動は完全には停止せず、移行点Ｘ’に到達するまで樹脂が貯留部１１へオーバーフローする。そのため、スクリュ２１の距離ΔＬまでの後退速度を適切に設定することにより、領域Ａ’を減少させるだけでなく、移行点Ｘ’を境とする、前半の樹脂の貯留部１１へのオーバーフロー量と、後半の貯留部１１からの逆流量（領域Ａ’）とを相殺させて、射出待機状態における樹脂の逆流量を実質的に領域Ｂに示す量のみに留めることも可能である。

次に、スクリュ後退動作におけるスクリュ後退量ΔＬの設定について説明する。逆止弁２４より前方の貯留部１１の樹脂は、粘性と弾性の両方の特性を有する粘弾性体であって、このような粘弾性体の体積弾性率やヤング率を正確に求めることは難しい。しかしながら、出願人が検証を行った結果、スクリュ後退量ΔＬを式ΔＬ＝αＤとし、補正係数αが０．０２５から０．２５の範囲で、適切なΔＬが求められることを見出した。Ｄはスクリュ２１のリアシート２３側（メータリングゾーン）外径である。

具体的には、まず、試験成形において、ΔＬ＝０．１Ｄ、すなわち、α＝０．１で、スクリュ後退量をスクリュ２１のリアシート２３側の外径Ｄの１／１０と仮設定して、本発明に係る計量制御方法にて射出成形を行う（スクリュ後退量仮設定工程）。この試験成形において得られた想定計量樹脂量と成形品重量との比較やバラつきのデータ取りを行う。次に、一回の設定変更におけるαの修正値を０．０２５として、例えば、ΔＬ＝０．１２５Ｄ（又は、ΔＬ＝０．０７５Ｄ）として試験成形を行い、同様にデータ取りを行い、αの増減方向や程度を確認する。これを、０．０２５≦α≦０．２５の範囲で修正しながら、想定計量樹脂量と成形品重量との相違や、バラつきが最も少ないΔＬを求める。

先に説明したように、出願人は、スクリュ後退量ΔＬを、スクリュのリアシート側の外径Ｄから求めるための補正係数αの範囲、すなわち、下限値０．０２５及び上限値０．２５を検証によって求めた。出願人が検証を行った結果、スクリュ後退量ΔＬ＜０．０２５Ｄの場合は、樹脂圧力Ｐ１の圧力降下が不十分であるため、Ｐ１＞Ｐ２の圧力差が維持され、射出待機状態における、貯留部１１から樹脂流路１４側への樹脂の逆流を十分に防止することができず、計量樹脂量が減少する方向のバラつきを解決することはできなかった。

また、スクリュ後退量ΔＬ＞０．２５の場合は、樹脂圧力Ｐ１の圧力降下が過剰となり、樹脂圧力Ｐ１は大気圧Ｐ_Ａよりも低い負圧まで圧力降下した。そのため、射出待機状態の大部分において、Ｐ１＜Ｐ２の圧力差が維持され、逆止弁２４より後方の樹脂が貯留部１１側へ流動するオーバーフロー現象が生じ、逆に、計量樹脂量は増加する方向にバラついた。樹脂種類や成形条件に基づいて上記のようなΔＬのデータが蓄積されれば、より高い計量精度を得るために、あるいは、試験成形時間の短縮のために、一回の設定変更におけるαの修正値を０．０２５に依らず、任意に選択しても良い。

本実施例１は、本発明に係る、射出成形機の計量制御方法をわかりやすく説明するための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく色々な形で実施できることは言うまでもない。

１０ 加熱バレル
１１ 貯留部
１２ 射出ノズル
１３ 材料供給部
１４ 樹脂流路
２１ スクリュ
２１ａ フライト
２２ スクリュヘッド
２２ａ 凹部
２２ｂ 小径部
２２ｃ 大径部
２３ リアシート
２４ 逆止弁

Claims (3)

1. 計量工程において、スクリュが計量完了位置に到達し、前記スクリュの回転動作を停止させた後の、逆止弁より後方の樹脂の圧力Ｐ２の圧力降下に対して、前記スクリュの回転停止の後に、前記スクリュを後退させて、前記逆止弁より前方の容積を拡張させることにより、前記逆止弁より前方の樹脂の圧力Ｐ１を前記圧力Ｐ２と略同じ圧力まで降下させる、スクリュ後退動作を有し、
   前記スクリュの外径がＤ、補正係数がαであるとき、前記スクリュ後退動作における前記スクリュの後退距離ΔＬを、式ΔＬ＝αＤとし、前記補正係数αが０．０２５から０．２５の範囲である、射出成形機の計量制御方法。
2. 前記スクリュ後退動作において、前記圧力Ｐ１の圧力降下率を前記圧力Ｐ２の圧力降下率と連動させる、請求項１に記載の射出成形機の計量制御方法。
3. 前記スクリュ後退動作を１秒以内に完了させる、請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の電動射出成形機の計量制御方法。

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