JPH0919954A - 樹脂速度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐熱性が悪い光電センサも用いることの可能
な樹脂速度測定装置を提供する。 【構成】 型内の樹脂流路に沿って間隔をおいて複数個
設置されたセンサ２ａ〜２ｆによって溶融樹脂先端を検
知し、各センサ間の樹脂先端通過時間を測定することに
より樹脂速度を測定する樹脂速度測定装置において、セ
ンサ２ａ〜２ｆは光電センサであり、センサ設置場所の
樹脂通過面１ｄと光電センサ２ａ〜２ｆとの間に透明断
熱部材３ａ〜３ｆを配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂の成形装
置に使用する樹脂速度測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、熱可塑性樹脂の成形装置（たとえ
ば射出成形機）において、樹脂の挙動に対してフィード
バックをかけて制御することが注目されている。その理
由は、従来の制御はスクリュウなど成形装置本体の挙動
を樹脂の挙動と仮定して制御しており、成形品の高精度
化、複雑化に伴い成形装置本体の挙動と樹脂の挙動とが
一致しないがために成形品ができなかったり成形品の品
質が安定しないなどの問題が発生している。そこで樹脂
そのものの挙動を捉えて制御することの有効性に注目
し、型内圧力フィードバックやノズル通過樹脂温度測定
によるシリンダ温度の最適化などが行なわれてきてい
る。

【０００３】たとえば特開平３−１４６３２３号公報
で、射出された溶融樹脂の保圧工程において、金型内の
樹脂の圧力を複数の圧力センサで検出し、可変ゲートを
調節して圧力分布が所定の許容値以内となるように制御
する装置が提案されている。また、特開平４−６２０２
２号公報には射出成形される合成樹脂の充填・保圧工程
中にセンサを用いて計測することによって得られる樹脂
温度、金型温度、樹脂圧力等の成形加工パラメータによ
って成形品の品質を判定する方法が記載されている。こ
れらには樹脂の挙動を把握しこれらを測定するために圧
力センサ・温度センサ等各種のセンサが使用されてい
る。

【０００４】また、樹脂速度について、成形品の品質に
影響することは知られており、射出成形機のスクリュウ
の速度を樹脂の速度としてスクリュウの速度を制御する
方法が行われている。しかし、射出成形機が異なると射
出成形機における樹脂の速度の設定値は同一金型に対し
ても異なるのが一般的である。たとえ同じ種類の射出成
形機であったとしても設定値に対して樹脂が同じ挙動を
示すとは限らない。また、同一の射出成形機であって
も、スクリュウやシリンダーの磨耗により樹脂がバック
フローを起こすため、スクリュウの速度を一定にしてお
いても金型内での樹脂先端の速度は一定とならない。さ
らに、溶融樹脂は粘弾性体であるため金型のキャビティ
ー内に到達した樹脂先端はスクリュウの速度変化に対
し、時間的な遅れを持って速度が変化する。そこで射出
成形機の機種や状態に左右されず、標準化した樹脂速度
の測定を確立する必要がある。また、レンズ成形等では
成形品内部の応力が成形品の品質を決める要因となるが
成形品内部応力は射出・充填工程中から発生しており、
純粋に射出圧力だけでなく射出圧力によって変化する樹
脂速度を正確に測定することにより、成形品内部応力を
正確に把握することが可能となる。また、上記したよう
に、内部応力を測定するために圧力センサで検出するこ
とはあるが成形品表面が固化すると正確に測定できな
い。さらに、粘弾性流体である樹脂は圧力センサで検知
される樹脂先端位置と実際の樹脂先端位置とでは差が生
じる。

【０００５】かつて可視化金型を利用して樹脂速度測定
を試みることがあったが、可視化のための金型構造や材
料に制約があり量産金型に組み込んで測定するには耐久
性が低いなどの問題があった。そこで本発明者は、特願
平６−３１０５０４号の明細書及び図面において、光電
センサを使い樹脂速度を測定する樹脂速度測定装置を提
案した。それは、金型内の樹脂流路に沿って所定の間隔
で光電センサを配置し、光電センサにより溶融樹脂先端
を検知して光電センサ間の樹脂先端通過時間を測定する
というものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者が提案した樹
脂速度測定装置は、測定のための光電センサとして光フ
ァイバーセンサを用いるが、溶融樹脂と接する部分の耐
熱温度は３００℃程度が必要となる。従って、耐熱性の
ある光電センサを用いなければならないという問題点が
あった。

【０００７】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、耐熱性が悪い光電センサも用いること
の可能な樹脂速度測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的のために本発明
は、金型内の樹脂流路に沿って所定の間隔で複数個設置
されたセンサによって溶融樹脂先端を検知し、センサ間
の樹脂先端通過時間を測定することにより樹脂速度を測
定する樹脂速度測定装置において、前記センサが光電セ
ンサであり、前記センサ設置場所の樹脂通過面と前記セ
ンサとの間に透明断熱部材を配置し、透明断熱部材の樹
脂接触面の表面粗さをセンサ設置場所近傍の樹脂通過面
の表面粗さと同程度にしたことを特徴とした。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明をより
具体的に説明するが、本発明はこれに限るものではな
い。図１は、本発明の第１実施例による反射型光ファイ
バーセンサを用いた樹脂速度測定装置を示す概略側面図
である。

【００１０】金型１ａ・１ｂは樹脂の流動性を測定する
ために製作されたものであり、流路断面積は一定になっ
ている。この流路には、所定の間隔に複数の反射型光フ
ァイバーセンサ２（２ａ〜２ｆ）が埋め込まれており、
樹脂通過面１ｄと、反射型光ファイバーセンサ２のそれ
ぞれとの間に円柱状の透明断熱部材である石英円柱レン
ズ３（３ａ〜３ｆ）を設けている。この透明断熱部材の
材質は石英ガラスに限らず、耐熱エポキシ樹脂、耐熱ガ
ラス等が使用可能である。反射型光ファイバーセンサ２
の感度は流路形状、樹脂の種類及び透明断熱部材３の寸
法によって調整し、溶融樹脂先端検知信号出力タイミン
グはセンサと反対面１ｃからの反射信号を常時検出し、
樹脂が流入してセンサからの出力信号が落ちたときとす
る場合と反対面１ｃからの反射信号に対して感度を落と
しておき、樹脂が流入しセンサ上に来たとき、樹脂先端
表面で反射して出力信号が出る場合のどちらでも可能で
ある。この流路に溶融樹脂が流入すると個々のセンサか
ら距離によって時間差Ｔｎを持って検知信号が出力され
る。この出力信号は樹脂速度測定装置１０に入力され、
樹脂速度測定装置１０では、各光ファイバーセンサの距
離Ｓｎと、時間差Ｔｎから型内を移動する溶融樹脂の速
度を測定する。図２は光ファイバーセンサ２で検出され
た検知信号出力タイミングのグラフである。次式はセン
サ間の平均速度Ｖｎを求める式で、センサ間の距離Ｓｎ
を時間差Ｔｎで除算することによって求まる。

【００１１】

【数１】Ｖｎ＝Ｓｎ／Ｔｎ ・・・（１） このようにして測定された樹脂速度を用いて、成形機の
射出速度設定値と樹脂速度との関連性及び成形品に対す
る樹脂速度の関係を明らかにすることができ、高品質な
成形品を作ることができた。

【００１２】図３は、図１に示した透明断熱部材３を金
型１内に固定する方法の一例を示す概略断面図である。
金型１内の樹脂流路に沿って透明断熱部材３を挿入する
ための穴が加工してあり、この穴は金型１が熱膨張する
ことによって透明断熱部材３と、金型１との隙間がなく
なるように設計してある。また、透明断熱部材３を金型
１の穴に組込後、透明断熱部材３の表面を例えば鏡面に
研磨する等の研削を行うことにより、センサ２を設置し
た場所近傍の金型の表面粗さと透明断熱部材３の表面粗
さとを同程度にした。このようにすることによって成形
品に透明断熱部材３の跡が残らないようにすることが可
能となる。また、センサ２はブッシュ２０及び押さえネ
ジ２１によって固定されている。

【００１３】図４は加工の容易さなどから図３に比べて
透明断熱部材用ホルダー４をさらに有する構造である。
図４の場合は、透明断熱部材３を透明断熱部材用ホルダ
ー４に組込んだ後、透明断熱部材３及び透明断熱部材用
ホルダー４の表面に対して上記の研削を行う。また、こ
のように挿入する透明断熱部材３の形状は必ずしも円柱
状である必要はなく、テーパー形状でもよい。

【００１４】図５は、本発明の第２実施例である透過型
光ファイバーセンサ５及び透明断熱部材３を有する樹脂
速度測定装置の平面図である。金型６には所定の寸法で
等間隔に透過型光ファイバーセンサ投光部５ａ〜５ｆと
受光部５ａ’〜５ｆ’が交互に複数セット流路に埋め込
まれ隣同士の光による誤動作を防止している。更にセン
サの動作を５００ＨｚでＯＮ−ＯＦＦさせ、それを隣同
士で半周期ずらすことにより相互干渉しないようにして
いる。金型内に流入した樹脂の先端１２をセンサ５ｄ・
５ｄ’が検知し、各検知信号の発生時間及び距離からセ
ンサ間の平均速度が計算される。樹脂は流路を常に満た
しながら流れていくとは限らないため、このように透過
型光ファイバーセンサを使用することによって溶融樹脂
先端の位置を知ることができる。尚、第２実施例におい
ても第１実施例と同様に透過型光ファイバーセンサ投光
部５と樹脂通過面及び受光部５’と樹脂通過面との間に
透明断熱部材３が配置されている。

【００１５】図６は、本発明の第３実施例による樹脂速
度測定装置を示す概略構成図である。この樹脂速度測定
装置はレンズ成形に利用した金型内の溶融樹脂充填状況
を検知する事ができる。レンズ成形において金型６内に
射出される樹脂の射出速度は、スクリュウの速度を制御
して行うがゲート１１を通過して金型６内に樹脂が流入
する瞬間は速度をジェッティングが起きないように十分
遅くし、金型６内に流入した後は成形品に内部応力を発
生させないくらいの速度で樹脂を流入させている。更に
充填工程の完了時には金型６内に過大な圧力を立たせな
いようにしなければならない。反射型光ファイバーセン
サ７及び８は樹脂先端位置の確認を透明断熱部材３を通
して行うことにより、充填開始及び充填完了のタイミン
グを検知するセンサである。透過型光ファイバーセンサ
９ａ〜９ｃ・９ａ’〜９ｃ’は樹脂充填工程中の樹脂速
度測定装置である。センサ先端に挿入した透明断熱部材
先端形状及び表面粗さをセンサ設置場所近傍の樹脂通過
面と同程度にし、光ファイバーセンサ７、８、９によっ
て樹脂の速度を測定することができるため、上記のよう
に、ゲート１１を通過して金型６内に樹脂が流入する瞬
間は速度をジェッティングが起きないように十分遅く
し、金型６内に流入した後は成形品に内部応力を発生さ
せないくらいの速度で樹脂を流入させている。更に充填
工程の完了時には金型６内に過大な圧力を立たせないよ
うに樹脂の速度を制御する事ができた。

【００１６】第１、２、３実施例では、金型内の樹脂流
路に設置される光電センサの先端部分を、直接溶融樹脂
に触れないように透明断熱部材で保護しているので、特
殊な耐熱使用の光電センサを必要としない。また、透明
断熱部材の樹脂に接する部分の表面粗さをセンサ設置場
所近傍の樹脂接触面の表面粗さと同程度にすることによ
って、樹脂の固化後にセンサ設置部分の跡が目立たな
い。従って、成形品の外観となる部分であってもセンサ
を設置することができるため、設置する場所が限定され
ることがなく、必要に応じて多数の光電センサを設置す
ることができる。また、このように多数の光電センサを
配置することができるので、正確に樹脂の速度を測定す
ることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、耐熱仕様
の特殊な光電センサを必要としないため、市販の安価な
光電センサを用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による樹脂速度測定装置を
示す概略側面図である。

【図２】本発明の第１実施例による樹脂速度測定装置の
検知信号出力タイミングのグラフである。

【図３】本発明の第１実施例による透明断熱部材の金型
内固定方法の一例である。

【図４】本発明の第１実施例による透明断熱部材の金型
内固定方法の一例である。

【図５】本発明の第２実施例による樹脂速度測定装置を
示す概略平面図である。

【図６】本発明の第３実施例による樹脂速度測定装置を
示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ・６・・・・・・・・・・・金型 ２・２ａ〜２ｆ・・・・・・・・・・・反射型光ファイ
バーセンサ ３・３ａ〜３ｆ・・・・・・・・・・・透明断熱部材 ４・・・・・・・・・・・・・・・・・ホルダー ５ａ〜５ｆ・９ａ〜９ｃ・・・・・・・透過型光ファイ
バーセンサ投光部 ５ａ’〜５ｂ’・９ａ’〜９ｃ’・・・透過型光ファイ
バーセンサ受光部 ７・８・・・・・・・・・・・・・・・反射型光ファイ
バーセンサ １０・・・・・・・・・・・・・・・・樹脂速度測定装
置 １１・・・・・・・・・・・・・・・・ゲート １２・・・・・・・・・・・・・・・・溶融樹脂先端 ２０・・・・・・・・・・・・・・・・ブッシュ ２１・・・・・・・・・・・・・・・・押さえネジ Ｓ１〜Ｓ５・・・・・・・・・・・・・センサ間距離 Ｔ１〜Ｔ５・・・・・・・・・・・・・センサ間樹脂通
過時間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】型内の樹脂流路に沿って間隔をおいて複数
   個設置されたセンサによって溶融樹脂先端を検知し、各
   センサ間の樹脂先端通過時間を測定することにより樹脂
   速度を測定する樹脂速度測定装置であって、前記センサ
   は光電センサであり、前記センサ設置場所の樹脂通過面
   と前記光電センサとの間に透明断熱部材を配置したこと
   を特徴とする樹脂速度測定装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の樹脂速度測定装置におい
   て、透明断熱部材の樹脂接触面の表面粗さを、センサ設
   置場所近傍の樹脂通過面の表面粗さと同程度にしたこと
   を特徴とする樹脂速度測定装置。