JPH0780899A - 射出成形機の溶融状態判定方法および制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 射出成形機のシリンダ内の樹脂の溶融状態を
把握でき、ひいては不均一溶融樹脂の発生しない射出成
形機の制御方法を提供する。 【構成】 射出成形機１のシリンダ２から発生する音波
を検出し、検出した音波情報が、シリンダ１の前部に収
容された樹脂が溶融状態で発生する音波情報になるよう
にスクリュー３の背圧と回転数とを制御する。また、シ
リンダ２から発生する音波を検出し、検出した音波情報
が、シリンダ２内の樹脂が溶融状態で発生する音波情報
になったことを検知することにより溶融状態と判定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂を射出成
形する際の、射出成形機シリンダ内の樹脂の溶融状態を
検出する方法および溶融化を図るための射出成形機の制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形は、シリンダ内に熱可塑性樹脂
を投入し、シリンダ内に回転自在に装着されたスクリュ
ーを回転させると共にスクリューに背圧をかけながら、
シリンダ内を加温することにより前記樹脂を剪断しつつ
溶融させてシリンダの前部に収容しつつ、シリンダ前部
に収容された樹脂の圧力によりスクリューを前進位置か
ら後退位置に後退させ、樹脂を十分溶融化した後、スク
リューを前進位置に移動させることにより、シリンダ前
部に収容された溶融樹脂をシリンダの前端に取り付けら
れたノズルを介して成形用金型内に射出し、成形する方
法である。

【０００３】射出成形する前のスクリューによる可塑化
工程において、溶融樹脂の粘度を均一にすることは、射
出成形後の成形品のヒケ・ソリを防止する上で重要であ
り、一般に、射出成形機においては、均一に可塑化した
溶融樹脂を得るために、叙上のように、スクリューに背
圧をかけ、スクリューの回転による剪断力をスクリュー
位置の変動に応じて調整している。

【０００４】具体的には、可塑化の前半部分において
は、剪断作用が有効に作用するスクリュー長が長く、剪
断作用が長時間与えられるために、低い回転数すなわち
低剪断作用で混練される。スクリュー先端部の前方に収
容される溶融樹脂の量が増加するにつれて、収容された
樹脂の圧力によりスクリューが後退し、樹脂に剪断作用
を及ぼすことのできる有効なスクリュー長が短くなる。
このため、溶融樹脂を均一な粘度にするために、スクリ
ューの回転数を上げ、短時間で大きな剪断作用を与える
ように混練制御されることが多い。

【０００５】しかし、溶融樹脂粘度が均一になっている
かどうかを評価する確実な手法はなく、最近、射出成形
機内での溶融樹脂粘度の測定手法が発表されつつあるも
のの、射出成形した後の成形品のチェックで評価してい
るのが実情である。また、均一粘度であるかどうかの問
題に関して、特に問題になるのは、不均一溶融状態が作
り出される場合が生じることである。すなわち、ペレッ
ト状で供給された樹脂が、シリンダからの加熱およびス
クリューによる剪断作用が不十分で、未溶融ないし半溶
融状態で残存する場合がある。かかる不均一溶融樹脂が
金型内に射出されれば、成形品の品質に影響を与え、表
面性状を悪くし、クラックの起点となって強度低下を招
くことになる。

【０００６】近年、射出成形機のシリンダ内の樹脂の溶
融状態を可視化する手法が提案され（昭和６３年度精密
工学会秋期大会学術講演会講演論文集、第６５３〜６５
４頁）、樹脂がシリンダのどの辺りで完全に溶融するか
が明らかにされつつあるが、この手法は研究段階であ
り、実際の射出成形機では、不均一溶融樹脂の存在をオ
ンラインで検知する方法がないため、試行錯誤によりシ
リンダ温度およびスクリュー回転数、スクリューへの背
圧等を調整し、未溶融樹脂が残存しないように操業され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】叙上のように、不均一
溶融樹脂が存在するか否かは、実際に射出成形した成形
品により評価する場合が多く、射出成形機の調整も試行
錯誤によるため、どうしても経験に頼るところが大きか
った。また、未溶融状態から溶融状態への変化は連続的
であるのに対し、制御するシリンダ温度およびスクリュ
ー回転数は段階的であるため、その調整が困難であっ
た。このため、シリンダ温度およびスクリュー回転数を
高めに設定していたが、このような設定は、溶融樹脂に
対して良い影響を与えず、材料を劣化させ、特にシリン
ダ前部に収容され、滞留する溶融樹脂の劣化は激しく、
成形品の表面に悪い影響を与えていた。

【０００８】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、射出成形機のシリンダ内の樹脂の溶融状態を把握で
き、ひいては不均一溶融樹脂の発生しない射出成形機の
制御方法を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の溶融状態判定方
法は、シリンダ内に熱可塑性樹脂を投入し、シリンダ内
に回転自在に装着されたスクリューを回転させると共に
シリンダ内を加温することにより前記樹脂を剪断しつつ
溶融する射出成形機の溶融状態判定方法であってシリン
ダから発生する音波を検出し、検出した音波情報が、シ
リンダ内の樹脂が溶融状態で発生する音波情報になった
ことを検知することにより溶融状態と判定する。

【００１０】また、本発明の射出成形機の制御方法は、
シリンダ内に熱可塑性樹脂を投入し、シリンダ内に回転
自在に装着されたスクリューを回転させると共にシリン
ダ内を加温することにより前記樹脂を剪断しつつ溶融さ
せてシリンダの前部に収容しつつ、シリンダ前部に収容
された樹脂の圧力によりスクリューを前進位置から後退
位置に後退させ、その後スクリューを前進位置に移動さ
せることにより溶融樹脂をシリンダから射出する制御方
法において、シリンダから発生する音波を検出し、検出
した音波情報が、シリンダ前部に収容された樹脂が溶融
状態で発生する音波情報になるようにスクリューの背圧
と回転数とを制御する。

【００１１】また、本発明の射出成形機の他の制御方法
は、シリンダから発生する音波をスクリューの後退位置
と該後退位置の前方側の前方位置とで検出し、スクリュ
ーが後退位置に後退した後、前方位置で検出した音波情
報からシリンダ前部内の樹脂が溶融状態で発生する音波
情報になったことを検知し、後退位置で検出した音波情
報が前記前方位置で検知した溶融状態で発生する音波情
報になるようにスクリューの背圧と回転数とを制御す
る。

【００１２】前記判定方法および制御方法において、シ
リンダから検出した音波信号を包絡線検波処理し、該処
理された信号を低域通過フィルターで濾波して整形し、
該整形された信号を音波情報として用いるとよい。

【００１３】

【作用】可塑工程におけるシリンダ内の樹脂の状態の変
化に応じて、シリンダから検出される音波情報（例え
ば、音波の周波数や音圧レベル）が変化するため、樹脂
の状態は検出した音波情報により把握することができ
る。通常、未溶融状態では音波の音圧レベルは小さい
が、溶融化が進につれて、音圧レベルが上昇する。十分
溶融した状態では、音圧レベルは樹脂の材質に対応した
ある値に達して、略一定になる。従って、シリンダから
検出された音波情報について、音圧レベルの変化が略０
であることを検知することにより、あるいは予め最適な
溶融状態で検出された音圧レベルと比較し、該レベルと
の一致を検知することにより、シリンダ内の樹脂が溶融
状態であることを判定することができる。

【００１４】シリンダから検出した音波情報が溶融樹脂
の状態で発生する音波情報となるようにスクリューの背
圧とスクリュー回転数を制御することにより、シリンダ
内の樹脂を速やかに溶融状態に混練することができ、引
いては未溶融状態の樹脂が射出成形されるのを防止する
ことができる。また、スクリューの後退位置の前方側の
前方位置におけるシリンダ内の樹脂は、後退位置に対し
て必ず先に溶融状態になるので、該前方位置においてシ
リンダから発生する音波を検出することにより、混練対
象となっている当該樹脂の溶融状態における音波情報を
把握することができる。従って、該音波情報を基準情報
とし、後退位置においてシリンダから発生する音波を検
出し、該後退位置側の音波情報が前記基準情報に一致す
るようにスクリューの背圧とスクリュー回転数を制御す
れば、樹脂の種類にかかわらず、該樹脂を確実に溶融状
態に混練することができる。

【００１５】検出した音波信号の周波数は数百ｋＨｚに
及ぶため、そのままでは音圧レベルの変動が読み取り難
いため、検出した音波信号を包絡線検波処理し、更に該
処理した信号を低域通過フィルターで濾波して整形し、
該整形された信号を音波情報として使用することによ
り、音波情報の音圧レベルを容易に把握することがで
き、樹脂の溶融状態を容易に検知することができる。

【００１６】

【実施例】図１は実施例に係る射出成形機の制御システ
ム全体構成図を示しており、射出成形機１のシリンダ２
の内部にはスクリュー３が回転自在に挿着され、該スク
リュー３は成形機の後部に設けられた油圧シリンダ４に
よりシリンダ２内を前後方向に移動自在とされ、油圧ポ
ンプモータ５により回転駆動される。シリンダ２の後部
には原料供給ホッパー６が取り付けられており、該ホッ
パー６からシリンダ２内に投入された熱可塑性樹脂原料
は、スクリュー３の回転による剪断作用とシリンダ２の
外周部に付設されたヒータ（図示省略）による加温によ
り軟化ないし溶融されて、シリンダ２の前部に収容され
ると共にスクリュー３が樹脂圧により漸次後退する。

【００１７】前記シリンダの外周面には、スクリューの
前進位置と後退位置とにシリンダからの音圧（音波）を
検出するための前方音圧検出器１１および後方音圧検出
器１２が付設されている。音圧検出器としては、例えば
圧電素子を用いればよく、この場合、音圧信号は電圧信
号として出力される。尚、スクリュー３の後退位置は金
型に充填される溶融樹脂量により設定され、前方音圧検
出器１１はスクリューの前進位置に限らず、後退位置よ
り前方の任意の位置に取り付けることができる。

【００１８】前記前方音圧検出器１１により検出された
音圧信号（音波信号）は、音圧信号増幅器１３、包絡線
検波器１４、低域通過フィルター１５および音圧変化判
別器１６を介して信号比較器１７に入力される。前記包
絡線検波器１４は、音圧信号増幅器１３により増幅され
た音圧信号波形の頭の部分を包絡線でつないだ包絡線波
形を出力し、該包絡線波形の高周波成分は低域通過フィ
ルター１５により除去される。図２（Ａ）は包絡線検波
器１４の出力波形の一例を示し、同図（Ｂ）は低域通過
フィルター１５による濾波後の信号波形を示す。前記音
圧変化判別器１６は音圧信号波形の所定時間Δｔにおけ
る変化が略０になるか否かを判別し、略０になったとき
の音圧信号のレベルを信号比較器１７に出力する。すな
わち、音圧信号レベルの変化が略０ということは、前方
位置では樹脂が完全に溶融状態になったことを意味して
おり、その時点における音圧信号レベルは溶融状態を示
す。

【００１９】一方、前記後方音圧検出器１２により検出
された音圧信号は、音圧信号増幅器１３、包絡線検波器
１４および低域通過フィルター１５を介して整形され、
該整形された音圧信号（後方音圧整形信号と呼ぶ。）は
前記信号比較器１７に入力される。信号比較器１７で
は、前記溶融状態における音圧信号レベルを基準値とし
て後方音圧整形信号レベルが比較され、その偏差が信号
利得調整器１８Ａ、１８Ｂに入力される。尚、信号比較
器１７に表示器を接続し、偏差を表示させることによ
り、シリンダ内の溶融状態を外部からモニターすること
ができる。

【００２０】前記信号利得調整器１８Ａ、１８Ｂから出
力された偏差は、比較器１９Ａ、１９Ｂにおいてスクリ
ュー背圧設定器２０およびスクリュー速度設定器２１か
らの設定値と比較され、その偏差がＰＩＤ制御器２２を
介して電導油圧弁制御器２３に入力され、偏差を０とす
るように電導油圧弁２４が操作され、制御された圧油が
油圧シリンダ４、油圧ポンプモータ５に供給され、スク
リュー３の背圧および回転数が上昇し、シリンダ２の前
部に貯えられた樹脂は速やかに最適な溶融状態に混練さ
れ、その後、最適な溶融状態が維持される。

【００２１】次に、具体的実施例を掲げる。径１００ｍ
ｍのスクリューを備えた射出成形機を使用し、スクリュ
ー設定回転数５０ｒｐｍ、シリンダ温度１８０〜２１０
℃の可塑化条件の下でポリプロピレンを溶融し、３００
×３００×３ｍｍのダイレクトゲートによる成形品を射
出成形した。成形条件は、充填量２５０ｇ、射出率４５
０cm³/sec 、射出圧力６００kgf/cm² 金型冷却温度３０
℃である。前記実施例の制御方法を適用して、１００シ
ョットの成形を行ったところ、表面性状の良好な成形品
を得ることができた。このことから、樹脂は均一に溶融
され、不均一溶融樹脂が存在しないことが確かめられ
た。

【００２２】上記実施例では、音圧検出器をシリンダに
２箇所取り付けたが、後退位置にのみ付設するようにし
てもよい。この場合、前記信号比較器１７に予め実測し
た当該樹脂の溶融状態における音圧レベルを設定してお
けばよく、また後方音圧検出器１２により検出した音圧
信号が溶融状態になるまで、音圧信号レベルの所定時間
Δｔ当たりの変化量を信号利得調整器１８Ｂに入力し、
前記実施例と同様にしてスクリューの背圧および回転数
を制御すればよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の溶融状態判
定方法にによれば、射出成形機シリンダ内の樹脂の溶融
状態をモニタリングすることが可能になり、シリンダ温
度も従来より低温に抑えることができ、溶融樹脂の熱劣
化を防止し、最適な溶融状態を保つことができる。ま
た、この溶融状態判定方法を射出成形機の制御に利用す
ることにより、樹脂が最適な溶融状態になるように、ス
クリュー回転数、スクリュー背圧を最適に制御すること
ができ、機械的動力の低減や、不均一溶融樹脂の射出成
形に起因したヒケ・ソリの発生を防止することができ
る。この際、シリンダから検出した音波信号を包絡線検
波処理、低域通過フィルターによる濾波処理することに
より、音波情報が把握しやすくなり、信号の処理が容易
になる。また、スクリューの後退位置と前方位置の２か
所から音波情報を検出することにより、前方位置の音波
情報から樹脂の材質、種類にかかわず、その溶融状態の
音波情報を容易に得ることができ、該情報と後退位置か
らの音波情報とにより、樹脂が溶融状態になるように、
スクリュー回転数、スクリュー背圧を最適に制御するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る射出成形機制御システムの全体構
成図である。

【図２】包絡線検波後（Ａ）および低域通過フィルター
濾波後（Ｂ）の音圧信号波形図である。

【符号の説明】 １ 射出成形機 ２ シリンダ ３ スクリュー ４ 油圧シリンダ ５ 油圧ポンプモータ １１ 前方音圧検出器 １２ 後方音圧検出器 １４ 包絡線検波器 １５ 低域通過フィルター １７ 信号比較器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内に熱可塑性樹脂を投入し、シ
   リンダ内に回転自在に装着されたスクリューを回転させ
   ると共にシリンダ内を加温することにより前記樹脂を剪
   断しつつ溶融する射出成形機の溶融状態判定方法であっ
   て、 シリンダから発生する音波を検出し、検出した音波情報
   が、シリンダ内の樹脂が溶融状態で発生する音波情報に
   なったことを検知することにより溶融状態と判定する射
   出成形機の溶融状態判定方法。
2. 【請求項２】 シリンダから検出した音波信号を包絡線
   検波処理し、該処理された信号を低域通過フィルターで
   濾波して整形し、該整形された信号を音波情報として用
   いる請求項１に記載の射出成形機の溶融状態判定方法。
3. 【請求項３】 シリンダ内に熱可塑性樹脂を投入し、シ
   リンダ内に回転自在に装着されたスクリューを回転させ
   ると共にシリンダ内を加温することにより前記樹脂を剪
   断しつつ溶融させてシリンダの前部に収容しつつ、シリ
   ンダ前部に収容された樹脂の圧力によりスクリューを前
   進位置から後退位置に後退させ、その後スクリューを前
   進位置に移動させることにより溶融樹脂をシリンダから
   射出する射出成形機の制御方法において、 シリンダから発生する音波を検出し、検出した音波情報
   が、シリンダ前部に収容された樹脂が溶融状態で発生す
   る音波情報になるようにスクリューの背圧と回転数とを
   制御する射出成形機の制御方法。
4. 【請求項４】 シリンダ内に熱可塑性樹脂を投入し、シ
   リンダ内に回転自在に装着されたスクリューを回転させ
   ると共にシリンダ内を加温することにより前記樹脂を剪
   断しつつ溶融させてシリンダの前部に収容しつつ、シリ
   ンダ前部に収容された樹脂の圧力によりスクリューを前
   進位置から後退位置に後退させ、その後スクリューを前
   進位置に移動させることにより溶融樹脂をシリンダから
   射出する射出成形機の制御方法において、 シリンダから発生する音波をスクリューの後退位置と該
   後退位置の前方側の前方位置とで検出し、スクリューが
   後退位置に後退した後、前方位置で検出した音波情報か
   らシリンダ前部内の樹脂が溶融状態で発生する音波情報
   になったことを検知し、後退位置で検出した音波情報が
   前記前方位置で検知した溶融状態で発生する音波情報に
   なるようにスクリューの背圧と回転数とを制御する射出
   成形機の制御方法。
5. 【請求項５】 シリンダから検出した音波信号を包絡線
   検波処理し、該処理された信号を低域通過フィルターで
   濾波して整形し、該整形された信号を音波情報として用
   いる請求項３又は４に記載した射出成形機の制御方法。