JPH07214613A - 射出成形機における樹脂温度の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 計量工程中にスクリュヘッドの側方を通過す
る溶融樹脂温度の直接測定による温度変化から、リアル
タイムで温度差をなくし目標温度になるようにする。 【構成】 計量工程中にスクリュヘッドの側方を通過す
る溶融樹脂の温度を測定し、測定された樹脂温度と目標
の樹脂温度との温度差を得て、前記温度差が零になるよ
うに加熱シリンダ側の温度、スクリュ回転数、スクリュ
後退反力の目標値を補正するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形機の計量工程
で溶融された樹脂温度が目標温度となるように加熱側の
温度制御を行うようにした射出成形機における樹脂温度
の制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９ないし図１２は従来技術を説明する
図面であって、図９は計量工程開始時のスクリュ位置を
示す説明図、図１０は計量工程完了後のスクリュ位置を
示す説明図、図１１は加熱シリンダの温度制御状態を示
す断面図、図１２はノズル部に配設された温度計によっ
て測定された樹脂温度の変化を示す説明図である。

【０００３】図９において、１はノズル、２は加熱シリ
ンダ、３はスクリュヘッド、４はチェックリング、５は
チェックシート、６はスクリュ、７はヒータ、８は溶融
樹脂、１０は金型であって、１０ａは固定金型、１０ｂ
は可動金型、１３は金型キャビティ、１２は熱電対、２
０はスクリュヘッド前部を示す。

【０００４】すなわち、図９に示すスクリュ６の前進限
位置から図示しないホッパから投入された可塑性樹脂材
料は、モータなどの駆動装置により回転させられるスク
リュ６自体は射出シリンダ（図示なし）に作用する油圧
力に抗して図９に示すスクリュ６の前進限位置から図１
０に示すスクリュ６の後退限位置まで後退（図中右方
向）する。

【０００５】前記可塑性樹脂材料は、加熱シリンダ２中
を前方へ移送されつつヒータ７からの加熱およびスクリ
ュ６の回転による剪断熱を受けて溶融し、スクリュ６の
前方に貯留されて所定量、すなわち前記スクリュ６の後
退距離によって決定される量だけ計量される。

【０００６】この計量が完了すると、射出シリンダに作
動油が圧入されてスクリュ６は後退限から前進を開始
し、スクリュ６の前方に蓄積された溶融樹脂を、ノズル
１を介して金型キャビティ１３に射出充填する。

【０００７】溶融樹脂８の金型キャビティ１３部への射
出充填に際しては、スクリュヘッド前部２０に貯留され
た溶融樹脂の温度分布の発生が製品の成形後の品質に大
きな影響を与えるため、この溶融樹脂８の温度分布をな
くしいかに均一に貯留するかが、すなわち寸法精度の高
い良品を得る重要な項目となる。

【０００８】一般的に、スクリュヘッド前部２０に貯留
された溶融樹脂温度は、射出開始の温度の方が射出終了
時の温度より高くなる。これは、計量開始時にはスクリ
ュ６が図９に示す前進限位置にあるためホッパ（図示な
し）から投入された樹脂ペレットが長い供給ゾーンで十
分に予熱されるものの、計量終了近傍になるとスクリュ
６の後退動作に伴って樹脂ペレットの供給ゾーンの長さ
が短くなり、予熱がされないために生じるものと思われ
る。

【０００９】さらに、スクリュヘッド前部２０に貯留さ
れる溶融樹脂温度の温度分布が発生すると、溶融樹脂温
度と樹脂密度には図５に示すような関係があるため、若
干の樹脂温度の相違によって金型キャビティ１３に射出
充填された成形品１１の重量も大きくバラつくことにな
る。

【００１０】従来ではこうしたスクリュヘッド前部２０
に貯留される溶融樹脂８の温度が均一になるように図９
に示すような加熱シリンダ２の温度を熱電対１２で測定
しながら制御が行われていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来、樹脂
ペレットをホッパから供給して溶融樹脂８をスクリュヘ
ッド前部２０へ貯留する過程で、この樹脂ペレットの溶
融のために付与される熱源としては、前述した加熱シリ
ンダ２の外周部に配設したヒータ７からの熱量と、樹脂
ペレットがスクリュ６の溝部を流動する際にスクリュ６
の回転によって加熱シリンダ２の内壁面とスクリュ６間
に発生する剪断発熱による熱量がある。

【００１２】このうち、剪断発熱によって生じる熱量に
ついては、計量工程時にスクリュ６の後退過程における
スクリュ６回転数が樹脂温度の経時変化にどのように影
響を与えているかが判明しておらず、目標通りの樹脂温
度を得るに至っていなかった。

【００１３】本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、計量工程中にスクリュヘッドの側方を通過
する溶融樹脂温度を直接測定することにより、リアルタ
イム制御するかあるいは次工程での制御目標温度になる
ようにした射出成形機における樹脂温度の制御方法を提
供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の発明では、計量工程中にスクリュヘ
ッドの側方を通過する溶融樹脂の温度を測定し、測定さ
れた樹脂温度と目標の樹脂温度との温度差を得て、前記
温度差が零になるようにスクリュ回転数やスクリュ後退
反力をリアルタイムでフィードバック制御を行うように
した。また、第２の発明では、計量工程中にスクリュヘ
ッドの側方を通過する溶融樹脂の温度を測定し、測定さ
れた樹脂温度と目標の樹脂温度との温度差を得て、次シ
ョットで温度差が零になるように加熱シリンダの温度、
スクリュ回転数、スクリュ後退反力の目標値に補正する
ようにした。

【００１５】

【作用】計量工程時に生じた樹脂温度変化をなくするた
め、加熱シリンダ、スクリュ回転数およびスクリュ後退
反力をリアルタイムで制御するか、あるいは次工程の目
標値の補正を行うようにしたので、所望の均一樹脂温度
を実現することができる。このため、寸法精度の高い良
品を安定成形できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る射出成形機における樹脂
温度の制御方法の具体的実施例を図面を参照して詳細に
説明する。図１は本発明に係る１実施例の射出成形機の
要部構成を簡略化して示す概要図、図２はスクリュヘッ
ドに温度センサを取付けた時の要部拡大図、図３は射出
シリンダ後部詳細断面図、図４は樹脂温度センサによる
検出を可能にする接触端子部の詳細断面図、図５は射出
開始時と射出終了時のスクリュヘッドの位置を示す断面
図、図６はスクリュヘッド位置における加熱シリンダ温
度の補正用図、図７は溶融樹脂の温度−密度−圧力の関
係図、図８は樹脂温度の不均一による成形品の変形状態
を示す説明図である。

【００１７】図１において、加熱シリンダ２内にはスク
リュ６が回転から進退自在に挿入されており、加熱シリ
ンダ２の先端にはノズル１が取付けられており、また後
端にはスクリュ６を軸方向移動が可能で回転自在に取付
けたピストン１７を挿入した射出シリンダ１９が取付け
てある。

【００１８】射出シリンダ１９の油圧室９はロッド側油
圧室９ａとヘッド側油圧室９ｂから構成されており、こ
の油圧室９には図示省略した油圧ポンプから作動油が供
給され油圧作動バルブ１５で制御される。

【００１９】スクリュヘッド３と加熱シリンダ２間を溶
融樹脂が通過する時の樹脂温度を直接検知する樹脂温度
センサ１６が配設されている。

【００２０】また、射出シリンダ１９の油圧室９には油
圧作動バルブ１５が配設してあり、ロッド側油圧室９ａ
にはロッド側油圧作動バルブ１５ａが、またヘッド側油
圧室９ｂにはヘッド側油圧作動バルブ１５ｂがそれぞれ
配設されている。

【００２１】この射出装置３０には、スクリュヘッド３
に配設された樹脂温度センサ１６からの樹脂温度の測定
値をフィードバックして目標の樹脂温度となるように制
御を行う成形機の制御装置２２が設けられている。

【００２２】前記樹脂温度センサ１６を成形機の制御装
置２２に接続するため、スクリュヘッド３、スクリュ
６、ピストン１７および射出シリンダ１９の後部に至る
回転中の軸芯に沿って透孔２６が穿設されている。

【００２３】この透孔２６は図３に示すように後方でＬ
字状に曲げてあり、成形機の制御装置２２に接続された
導線２７を介してスクリュ６の回動状態下でも樹脂温度
センサ１６によって、常時温度測定可能なように射出シ
リンダ１９の後方に環状路２１を設け、この環状路２１
に沿って接触端子２８が配設してある。一方、導線２７
の端部にはブラシ２９が配設され、スクリュ６の回転時
にこのブラシ２９も接触端子２８に摺擦しながら同時回
転し、スクリュ６の回転中でも信号伝達が可能となって
いる。

【００２４】符号２４はホッパ、２４ａは樹脂ペレッ
ト、スクリュヘッド前部２０、２２は成形機の制御装置
をそれぞれ示す。

【００２５】次に本発明の射出成形機における樹脂温度
の制御方法について説明する。

【００２６】計量工程開始時にスクリュ６は、図５に点
線で示すａ点にあり、ヘッド側油圧室９ｂにはヘッド側
油圧作動バルブ１５ｂにより軽い背圧がかけられた状態
でスクリュ６を回転させると、ホッパ２４からペレット
２４ａはスクリュ６の右端側に供給され、このペレット
２４ａはスクリュ６により左方へ送られる間に溶融樹脂
となってスクリュヘッド前部２０に貯留される。

【００２７】貯留の過程で樹脂温度センサ１６によって
得られた測定温度が目標の樹脂温度より低い時は、ヘッ
ド側油圧室９ｂの圧力を上げることによりスクリュ６の
後退反力を大きくして後退速度を下げ、加熱シリンダ２
の外周のヒータ７による加熱や剪断発熱を受ける時間を
長くして、樹脂ペレット２４ａが溶融する際に必要な熱
量を適宜補給し、リアルタイムにて目標の樹脂温度にな
るように制御するのである。また、急速に、溶融樹脂温
度を目標温度にしたい時は、スクリュ６の後退反力を大
きくした状態下でスクリュ６の回転速度を上げることに
よって剪断発熱量を増加させるようにしてもよい。

【００２８】逆に、貯留過程で樹脂温度センサ１６によ
って得られた測定温度が目標の樹脂温度より高い時は、
スクリュ６の後退反力を小さくして後退速度を上げて短
時間のうちに図５に示すスクリュヘッド３の前進限位置
（ａ点）から、後退限位置（ｂ点）までスクリュ６を低
速度にて回動しながら後退し、計量工程を早く完了する
ように制御するのである。

【００２９】こうして樹脂温度センサ１６で測定した溶
融樹脂温度を目標の樹脂温度になるように制御するが、
スクリュヘッド前部２０に貯留されるに従ってスクリュ
６は後退し、例えば図示しないリミットスイッチがこれ
を検出するとスクリュ６の回転は停止して溶融樹脂の計
量は終了する（図５）。

【００３０】計量工程が完了すると、スクリュ６の回動
を停止したまま前進させる、いわゆる射出工程を開始す
ると計量工程によってスクリュヘッド前部２０に貯留さ
れた溶融樹脂８は、ノズル１を介して金型キャビティ１
３内に射出充填される。

【００３１】この時、もしショット毎に溶融樹脂温度が
バラついた状態で金型キャビティ１３に射出充填される
と、図７に示すように樹脂温度の変化によって樹脂密度
が大きく変化することになるので得られた成形品１１の
重量も一定にならずバラつくことになる。

【００３２】さらに、１ショット内で射出充填される溶
融樹脂温度のバラつきは、図８に実線で示すように成形
品１１の変形となって表われる。例えば、図８は長方形
の薄肉製品を成形した時に収縮によって変形した状態を
表わしている。この図８に示す収縮変形は従来から問題
を提起されているように、計量工程時にスクリュヘッド
前部２０に貯留された溶融樹脂８に温度分布（射出工程
開始時に充填された樹脂温度が、射出工程完了時に充填
された樹脂温度より高くなる）が生じる結果、先に充填
された温度の高い樹脂（Ａ部）は、冷却温度降下が高く
なり収縮も大きくなる。

【００３３】また、後から充填された温度の低い樹脂
（Ｂ部）は、Ａ部のものに比べて冷却温度降下が小さく
なり、このため収縮が小さくなる結果、成形品１１の全
体形状が図８に実線で示すようなゆがめられた形とな
る。

【００３４】本発明においては、樹脂温度制御に着目し
たのは、樹脂粘度の大小も樹脂温度変化と相関関係があ
り、ひいては射出工程の樹脂の流動性にも影響を与える
ためである。

【００３５】特に、溶融樹脂の射出充填時を、リアルタ
イムの圧力制御で行う場合粘度差により、金型キャビテ
ィ１３への溶融樹脂８の充填量をバラつかせる原因とな
り、寸法精度の高い良品を安定成形することが困難とな
るのである。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したことからも明らかなよう
に、本発明の第１の発明では、計量工程中にスクリュヘ
ッドの側方を通過する溶融樹脂の温度を測定し、測定さ
れた樹脂温度と目標の樹脂温度との温度差を得て、前記
温度差が零になるように加熱シリンダ側の温度またはス
クリュ回転数やスクリュ後退反力をリアルタイムでフィ
ードバック制御を行うようにし、さらに、第２の発明で
は、計量工程中にスクリュヘッドの側方を通過する溶融
樹脂の温度を測定し、測定された樹脂温度と目標の樹脂
温度との温度差を得て、次ショットで温度差が零になる
ように加熱シリンダの温度、スクリュ回転数、スクリュ
後退反力の目標値を補正することにより、所望する寸法
精度の高い成形品の安定成形が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る１実施例の射出成形機の要部構成
を簡略化して示す概要図である。

【図２】スクリュヘッドに温度センサを取付けた時の要
部拡大図である。

【図３】射出シリンダ後部詳細断面図である。

【図４】樹脂温度センサによる検出を可能にする接触端
子部の詳細断面図である。

【図５】射出開始時と射出終了時のスクリュヘッドの位
置を示す断面図である。

【図６】スクリュヘッド位置における加熱シリンダ温度
の補正用図である。

【図７】溶融樹脂の温度−密度−圧力の関係図である。

【図８】樹脂温度の不均一による成形品の変形状態を示
す説明図である。

【図９】計量工程開始時のスクリュ位置を示す説明図で
ある。

【図１０】計量工程完了後のスクリュ位置を示す説明図
である。

【図１１】加熱シリンダの温度制御状態を示す断面図で
ある。

【図１２】ノズル部に配設された温度計によって測定さ
れた樹脂温度の変化を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ノズル ２ 加熱シリンダ ３ スクリュヘッド ３ａ 小径部 ４ チェックリング ５ チェックシート ６ スクリュ ７ ヒータ ８ 溶融樹脂 ９ 油圧室 ９ａ ロッド側油圧室 ９ｂ ヘッド側油圧室 １０ 金型 １０ａ 固定金型 １０ｂ 可動金型 １１ 成形品 １２ 熱電対 １３ 金型キャビティ １５ 油圧作動バルブ １５ａ ロッド側油圧作動バルブ １５ｂ ヘッド側油圧作動バルブ １６ 樹脂温度センサ １７ ピストン １９ 射出シリンダ ２０ スクリュヘッド前部 ２１ 環状路 ２２ 成形機の制御装置 ２６ 透孔 ２７ 導線 ２８ 接触端子 ２９ ブラシ ３０ 射出装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計量工程中にスクリュヘッドの側方を通
   過する溶融樹脂の温度を測定し、測定された樹脂温度と
   目標の樹脂温度との温度差を得て、前記温度差が零にな
   るようにスクリュ回転数やスクリュ後退反力を変えなが
   らリアルタイムでフィードバック制御を行うようにした
   ことを特徴とする射出成形機における樹脂温度の制御方
   法。
2. 【請求項２】 計量工程中にスクリュヘッドの側方を通
   過する溶融樹脂の温度を測定し、測定された樹脂温度と
   目標の樹脂温度との温度差を得て、次ショットで温度差
   が零になるように加熱シリンダの温度、スクリュ回転
   数、スクリュ後退反力の目標値を補正するようにしたこ
   とを特徴とする射出成形機における樹脂温度の制御方
   法。