樹脂可塑化装置及び樹脂可塑化装置の運転方法
【課題】原料樹脂の発熱の発生を解消できる樹脂可塑化装置を提供する。
【解決手段】シリンダ１と、シリンダ１の内部に設けられ、シリンダ１の基端側から供給された原料樹脂を混合しつつ該シリンダ１の先端側に搬送するスクリュー２と、シリンダ１の外周部に設けられ、原料樹脂を可塑化するヒータ４と、シリンダ１の外周部と内周部との間に設けられ、シリンダ１を径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサ５と、ヒータ４の供給熱量及びシリンダの熱流束量に基づいて原料樹脂の搬送に際して発生する発熱量を演算する演算部２２とを備える。
【解決手段】シリンダ１と、シリンダ１の内部に設けられ、シリンダ１の基端側から供給された原料樹脂を混合しつつ該シリンダ１の先端側に搬送するスクリュー２と、シリンダ１の外周部に設けられ、原料樹脂を可塑化するヒータ４と、シリンダ１の外周部と内周部との間に設けられ、シリンダ１を径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサ５と、ヒータ４の供給熱量及びシリンダの熱流束量に基づいて原料樹脂の搬送に際して発生する発熱量を演算する演算部２２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダと、前記シリンダの内部に設けられ、前記シリンダの基端側から供給された原料樹脂を混合しつつ該シリンダの先端側に搬送するスクリューと、前記シリンダの外周部に設けられ、原料樹脂を可塑化するヒータと、前記シリンダの外周部と内周部との間に設けられ、前記シリンダを径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサとを備えた樹脂可塑化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記樹脂可塑化装置としては、例えば、インラインスクリュー式の射出成形機がある。この成形機では、まず、原料樹脂がシリンダの基端側の供給部に供給される。この原料樹脂は、シリンダの内部に設けられたスクリューで混合されつつ該シリンダの先端側に搬送される。その際には、シリンダの外周部に設けたヒータによって原料樹脂が溶融される。溶融した原料樹脂がシリンダの先端側の計量部に貯まるに伴い、スクリューが後退する。スクリューが所定量後退し、注入すべき原料樹脂が計量部に蓄えられると、スクリューを前進させる。これにより、原料樹脂は計量部の先端に設けられたノズルを通って金型に射出される。
【０００３】
スクリューにて原料樹脂を混合しつつ搬送する際に、原料樹脂が圧縮され、せん断熱や圧縮熱等が生じることがある。この発熱はシリンダの内周部から径方向外方側に移動する。すなわち、原料樹脂が発熱すると外向きの熱流束が生じる。従来の樹脂可塑化装置では、シリンダを径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサを設け、外向きの熱流束を検出すると、原料樹脂の発熱が発生したと判別して、操作者がスクリューの回転速度を減少させるものがあった。これにより、原料樹脂からの発熱が解消され、原料樹脂の局所的温度上昇を防止すると共に、ガスの発生や成形品の焼け等が防止できるとされていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６０９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒータが発熱すると内向きの熱流束が生じ、生じた熱はシリンダの外周部から径方向内方側に移動する。熱流束センサにて検出される熱流束量は、原料樹脂の発熱により生じる外向きの熱流束量から、ヒータの発熱により生じる内向きの熱流束量を引いた量に相当する。しかし、従来の樹脂可塑化装置では、外向きの熱流束を検出するに過ぎなかった。このため、原料樹脂の発熱により生じる外向きの熱流束量がヒータの発熱により生じる内向きの熱流束量よりも少ない場合には、原料樹脂の発熱が発生しているにも拘らず熱流束センサにて外向きの熱流束を検出できない。よって、原料樹脂が発熱してガスが生じたり成形品に焼けが生じる等の不都合が生じていた。
【０００６】
本発明の目的は、原料樹脂の発熱量を正確に把握して、原料樹脂の発熱の発生を解消できる樹脂可塑化装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の樹脂可塑化装置の第１特徴構成は、シリンダと、前記シリンダの内部に設けられ、前記シリンダの基端側から供給された原料樹脂を混合しつつ該シリンダの先端側に搬送するスクリューと、前記シリンダの外周部に設けられ、原料樹脂を可塑化するヒータと、前記シリンダの外周部と内周部との間に設けられ、前記シリンダを径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサと、前記ヒータの供給熱量及び前記シリンダの熱流束量に基づいて原料樹脂の搬送に際して発生する発熱量を演算する演算部とを備えた点にある。
【０００８】
本構成の樹脂可塑化装置であれば、原料樹脂を加熱すべくヒータによって供給した熱の総量を知ることができる。一方、シリンダの外周部と内周部との間に設けた熱流束センサによって、シリンダの壁部を流通する熱の流通方向と熱流量とを知ることができる。当該熱の流通方向および量は、ヒータからの発熱量に左右される。よって、これら二つの検出値を知ることで、現実に原料樹脂から発生している熱量の総量を把握することができる。
健全な樹脂注入を行うためには、原料樹脂の温度管理が非常に重要である。原料樹脂の温度に影響する因子としては、ヒータからの発熱量に加えて、例えば、原料樹脂の投入量・スクリューの回転速度等がある。当該装置を用いて樹脂を射出成形する過程においては、これら要因の変動によって原料樹脂からのせん断発熱量が変動する。この変動は当然に熱流速の変化として現れる。ただし、せん断発熱量の変化の程度は、例えば、原料樹脂の投入量の変動に基づく場合と、スクリューの回転速度の変動に基づく場合とでは、傾向が異なる。つまり、本構成の装置の如く、せん断発熱量を把握することができれば、熱流束の変動が何に基づくものかを的確に把握することができる。よって、その後の装置の運転条件の微調節等を行い易くなり、健全な樹脂注入作業が可能となる。
【０００９】
本発明の第２特徴構成は、前記スクリューが原料樹脂の投入量に応じて回転速度を微調節する機能を備え、前記スクリューの回転量に基づいて可塑化時間を測定する可塑化時間測定手段を備えた点にある。
【００１０】
樹脂の射出成形に際して、原料樹脂が可塑化したか否は非常に重要な要素である。つまり、可塑化時間を把握することで、原料樹脂への熱供給量を調節したり、スクリューの回転速度を決定することができる。本構成の如く、可塑化時間測定手段を備えることで、原料樹脂の射出条件をより的確に設定することができ、健全な射出製品を得ることができる。
【００１１】
本発明の第３特徴構成は、前記シリンダは、原料樹脂が供給される供給部と、溶融した原料樹脂を計量する計量部と、前記供給部と前記計量部との間に位置する可塑化部とを有し、前記熱流束センサが前記可塑化部及び前記供給部に備えられている点にある。
【００１２】
原料樹脂から発生するせん断発熱は原料樹脂の物性に影響される。例えば、硬い原料樹脂は、互いに当接したときに局部のせん断が発生し易く、少しの押圧によっても容易に発熱する。一方、柔らかい原料樹脂は弾性変形し易いため、ある程度の変形が生じただけではせん断発熱が生じない。
このように、原料樹脂毎に、せん断発熱するために必要な変形程度が異なるため、何れの原料材料を用いた場合でも、的確にせん断発熱を検出することが必要である。つまり、硬い原料樹脂の場合、原料樹脂を投入した直後の供給部においてせん断発熱が生じ易く、一方、柔らかい原料樹脂の場合には、原料樹脂を投入し、ある程度の押圧力が付与される可塑化部での発熱が顕著である。よって、本装置では、熱流束センサを供給部及び可塑化部に備えることとし、せん断発熱の検出を確実なものにしている。
【００１３】
本発明の運転方法の第１特徴手段は、前記演算部の演算により原料樹脂の発熱量が検出されたときには、発熱の発生が解消されるまで前記スクリューの回転速度を減少させる点にある。
【００１４】
本手段によれば、演算部の演算により原料樹脂の発熱量が検出されたときには、発熱の発生が解消されるまでスクリューの回転速度を減少させることにより、原料樹脂からのせん断発熱を抑制することができる。
【００１５】
本発明の運転方法の第２特徴手段は、前記スクリューの回転速度を発熱の発生が解消された回転速度に設定した後、前記ヒータからの供給熱量を前記可塑化時間の漸減が見られなくなるまで増大させる点にある。
【００１６】
本手段によれば、スクリューの回転速度を発熱の発生が解消された回転速度に設定した後、ヒータからの供給熱量を可塑化時間の漸減が見られなくなるまで増大させることにより、可塑化時間を短縮して成形サイクルを短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】樹脂可塑化装置を示す全体図である。
【図２】熱流束の状態を示す図である。
【図３】原料樹脂の可塑化フローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る射出成形機の構成について説明する。
〔射出成形機の全体構成〕
図１に示すように、射出成形機は、溶融させ計量した樹脂を図外の金型に射出する射出成形機本体Ａ、および、その射出成形機本体Ａにペレット状の原料樹脂を供給する原料供給装置Ｂ、射出成形機本体Ａや原料供給装置Ｂの作動を制御する制御機構Ｈ等を備えている。
【００１９】
〔射出成形機本体の構成〕
射出成形機本体Ａは、円筒状の主シリンダ１（シリンダの一例）、その主シリンダ１の内部に設けられた主スクリュー２を備えている。主シリンダ１は、基端側の供給部１ａと、先端側の計量部１ｃと、供給部１ａと計量部１ｃとの間に位置する可塑化部１ｂとを有している。供給部１ａの基端側には、支持部材６が設けられ、その支持部材６には、原料樹脂を主シリンダ１の内部に供給する供給口１ｄが設けられている。計量部１ｃの先端側には、ノズル部材７が設けられ、そのノズル部材７には、溶融された原料樹脂を射出するノズル１ｅ、溶融された原料樹脂の温度を検出する温度センサ３が設けられている。これにより、溶融された原料樹脂の温度を適切な温度に維持できる。
【００２０】
図１、図２に示すように、主シリンダ１の外周部には、原料樹脂を可塑化するバンドヒータ４（ヒータの一例）が、主シリンダ２の長手方向に亘って複数設けられている。バンドヒータ４の近傍には、バンドヒータ４の温度を検出する温度センサ（図示しない）が設けられている。主シリンダ１の外周部と内周部との間には、主シリンダ１を径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサ５が、主シリンダ２の長手方向に亘って複数設けられている。
【００２１】
本実施形態では、熱流束センサ５が、供給部１ａ、可塑化部１ｂ、計量部１ｃの夫々に１つ設けられている。しかし、計量部１ｃに対しては必ずしも熱流束センサ５を設けておく必要はない。例えば、結晶性の原料樹脂であるナイロンのように硬い樹脂では、少しの押圧力によっても容易にせん断が生じるため、供給部において発熱し易い。一方、非結晶性の原料樹脂である塩化ビニルのように柔らかい樹脂の場合には、ある程度の変形が生じて初めてせん断発熱するため可塑化部で発熱し易い。よって、本実施形態のごとく、熱流束センサ５を、少なくとも供給部１ａと可塑化部１ｂとに設けておくことで、原料樹脂の種類や特性に拘わらず原料樹脂の発熱の発生を的確に検出することができる。
さらに、熱流束センサ５を、供給部１ａ、可塑化部１ｂ、計量部１ｃの夫々に複数設けておいてもよい。主スクリュー２は、スクリューフライト２ａを有し、電動モータや油圧モータ等の駆動機構Ｍ１によって回転可能に構成されている。駆動機構Ｍ１は、主スクリュー２の回転速度を調整可能に構成してある。主スクリュー２は、スライド機構（図示しない）によって主シリンダ２の長手方向に前後進可能に構成されている。
【００２２】
〔原料供給装置の構成〕
原料供給装置Ｂは、フィードシリンダ１１、そのフィードシリンダ１１の内部に設けられたフィードスクリュー１２を備えている。フィードシリンダ１１の基端側の上部には、原料樹脂をフィードシリンダ１１の内部に供給する供給口１１ａが設けられている。原料樹脂を貯留するホッパ１３が設けられ、そのホッパ１３の下部が供給口１１ａに接続されている。フィードシリンダ１１の先端には、原料樹脂を落下させる落下孔１１ｂが設けられている。フィードシリンダ１１の落下孔１１ａと支持部材６の供給口１ｄとを接続する筒状部材１４が設けられている。フィードスクリュー１２は、スクリューフライト１２ａを有し、電動モータや油圧モータ等の駆動機構Ｍ２によって回転可能に構成されている。駆動機構Ｍ２は、フィードスクリュー１２の回転速度を調整可能に構成されている。
【００２３】
次に、本発明に係る射出成形機の動作について説明する。
主スクリュー２が回転すると、主スクリュー２の回転に同期してフィードスクリュー１２も回転する。ホッパ１３に貯留された原料樹脂は、供給口１１ａを通ってフィードシリンダ１１に供給される。フィードシリンダ１１に供給された原料樹脂は、フィードスクリュー１２の回転によりフィードシリンダ１１の先端側（紙面の右側）に移送される。フィードシリンダ１１の先端側に移送された原料樹脂は、フィードシリンダ７の落下孔１１ｂから筒状部材１４を通って落下し、供給口１ｄを通って供給部１ａに供給される。
【００２４】
供給部１ａに供給された原料樹脂は、可塑化部１ｂに移送される。このとき、ペレット状の原料樹脂が混合・圧縮されて固相樹脂（ソリッドベッド）を形成する。バンドヒータ４の加熱によって固相樹脂が溶融して液相樹脂（メルトフィルムやメルトプール）を形成する。固相樹脂及び液相樹脂が先端側に移送されるに伴って、固相樹脂に対する液相樹脂の割合が増加する。これにより、計量部１ｃには溶融した原料樹脂が貯留される。溶融した原料樹脂が計量部１ｃの先端側に貯留されるに伴って主スクリュー１が後進移動する。このとき、スライド機構のスライド操作により主スクリュー１が後進移動してもよく、溶融した原料樹脂の圧力により主スクリュー１が後進移動してもよい。主スクリュー１が、その先端が計量部１ｃの先端に近接する前端位置から所定の後端位置まで後進移動し、計量が終了すると、主スクリュー１の回転が停止する。本実施形態では、主スクリュー１が前端位置から後端位置に移動するまでの時間を可塑化時間とした。しかし、主スクリュー１が所定の回転量（例えば４回転）だけ回転するのに要した時間を可塑化時間としてもよい。
【００２５】
次に、本発明に係る射出成形機の制御構成について説明する。
前記制御機構Ｈは、ＣＰＵを中核部材として主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度、並びに、バンドヒータ４の温度を制御するための各種機能部をハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。具体的には、制御機構Ｈは、センサのデータの計測を行う計測部２１、計測部２１からの計測データに基づいて演算を行う演算部２２、当該演算部２２からの演算データに基づいて、バンドヒータ４及び駆動機構Ｍ１，Ｍ２の動作を制御する制御部２３を備えている。
【００２６】
操作ボタン（図示しない）の押し操作により、制御部２３は、所定の回転速度で主スクリュー２及びフィードスクリュー１２を回転させると共に、所定の温度でバンドヒータ４を加熱する。本実施形態では、所定の回転速度及び所定の温度が、作業者が入力した入力値でよいが、制御部２３のメモリ（図示しない）に記憶された初期値であってもよい。例えば、制御部２３のメモリに原料樹脂に応じた回転速度及び温度のテーブルを予め用意しておき、作業者が原料樹脂の材料を選択すると、原料樹脂に応じた回転速度で主スクリュー２及びフィードスクリュー１２を回転させると共に、原料樹脂に応じた温度でバンドヒータ４を加熱してもよい。
【００２７】
前記計測部２１は、温度センサ３の温度、バンドヒータ４の供給熱量及び主シリンダ１の熱流束量を計測する。演算部２２は、バンドヒータ４の供給熱量及び主シリンダ１の熱流束量に基づいて原料樹脂のせん断熱や圧縮熱等の発熱量を演算する。制御部２３は、原料樹脂の可塑化の過程で原料樹脂の発熱量が検出されたときには、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を所定量だけ減少させる操作を、発熱の発生が解消するまで繰り返す回転速度最適化制御を行い、その後、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を発熱の発生が解消された回転速度に設定したのちに、バンドヒータ４の供給熱量を所定量だけ増大させ、原料樹脂を可塑化させて可塑化時間を測定する操作を、可塑化時間の漸減が見られなくまで繰り返す温度最適化制御を行うように構成されている。
【００２８】
このように、原料樹脂の発熱量が検出されたときには、発熱の発生が解消されるまで主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を減少させることにより、原料樹脂の発熱の発生を解消できる。このため、原料樹脂の温度が局所的に上昇してガスが発生したり成形品に焼けが発生することを防止できる。つまり、従来では、バンドヒータ４の発熱に加えて原料樹脂の発熱により原料樹脂を溶融するので、原料樹脂の表面が発熱する等、原料樹脂の温度が局所的に上昇して、ガスが発生したり成形品に焼けが発生する場合があった。
これに対して本件発明では、原料樹脂の発熱が無く、バンドヒータ４の発熱だけで原料樹脂を溶融するので、上記従来技術による不都合の発生を防止することができる。このとき、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を減少させるので、可塑化時間が延びて可塑化能力が減少する。これを補うために、発熱の発生が解消された状態でバンドヒータ４の供給熱量を可塑化時間の漸減が見られなくなるまで増大させる。これにより、可塑化時間が短くなり可塑化能力が増大する。
【００２９】
また、原料樹脂の温度を上昇させることにより、原料樹脂を金型に射出するときに原料樹脂の金型に対する転写性を向上させることができる。さらに、単なる原料樹脂の発熱の発生でなく、原料樹脂の発熱量を検出するので、原料樹脂の発熱量及び主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度に基づいて原料樹脂からの発熱が解消される適切な主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度に合わせ易い。このため、可塑化工程を何度も繰り返して原料樹脂の発熱量を検出する必要を無くすことも期待できる。
【００３０】
本実施形態では、温度最適化制御において、供給部１ａ及び可塑化部１ｂの外周部に設けられたバンドヒータ４の供給熱量を増大させてもよく、供給部１ａの外周部に設けられたバンドヒータ４の供給熱量を増大させてもよく、全てのバンドヒータ４の供給熱量を増大させてもよい。
また、バンドヒータ４の供給熱量を所定量だけ増大させ、原料樹脂を可塑化させて可塑化時間を測定する操作を、可塑化時間の漸減が見られなくまで繰り返す構成を例示した。しかし、これに限られるものではなく、バンドヒータ４の温度を所定量上昇させ、原料樹脂を可塑化させて可塑化時間を測定する操作を、可塑化時間の漸減が見られなくまで繰り返してもよい。また、バンドヒータ４の供給熱量を計測する方法としては、バンドヒータ４の電力値を計測する電力計を設けて、バンドヒータ４の電力値に基づいてバンドヒータ４の供給熱量を演算してもよく、バンドヒータ４の電流値を計測する電流計及びバンドヒータ４の電圧値を計測する電圧計を設けて、バンドヒータ４の電流値及び電圧値に基づいてバンドヒータ４の供給熱量を演算してもよく、バンドヒータ４の温度に基づいてバンドヒータ４の供給熱量を見積もってもよい。
【００３１】
バンドヒータ４の供給熱量及び主シリンダ１の熱流束量に基づいて原料樹脂の発熱量を演算する操作について具体的に説明する。本実施形態では、図２に示すように、原料樹脂が発熱すると、原料樹脂からバンドヒータ４に向けて外向きの熱流束が生じる。また、バンドヒータ４が発熱するとバンドヒータ４から原料樹脂に向けて内向きの熱流束が生じる。つまり、下記の数式に示すように、熱流束センサ５にて検出される熱流束量Ｑc[Ｗ／ｍ2]は、外向きの熱流束量Ｑsから、内向きの熱流束量Ｑhを引いたものである。
【数１】
【００３２】
これにより、熱流束センサ５にて検出される熱流束量Ｑcと内向きの熱流束量Ｑhに基づいて外向きの熱流束量Ｑsを演算できる。内向きの熱流束量Ｑhは、下記の数式に示すように、バンドヒータ４の単位面積あたりの供給熱量の単位時間の時間積分を用いて算出される。
【数２】
ｑh：バンドヒータの供給熱量
【００３３】
本実施形態では、バンドヒータ４の輻射熱を無視している。しかし、バンドヒータ４が高温の場合にはそのような輻射熱が無視できない。このため、バンドヒータ４の輻射熱を考慮した内向きの熱流束量Ｑhは、下記の数式に示すように、バンドヒータ４の単位面積あたりの供給熱量の単位時間の時間積分にバンドヒータ４の単位面積あたりの輻射熱の単位時間の時間積分を引いて算出される。さらに、バンドヒータ４の対流熱を考慮すれば、内向きの熱流束量Ｑhの精度が高まる。
【数３】
Ｔ：バンドヒータの温度
σB：黒体の輻射係数
ε：バンドヒータの輻射率
【００３４】
主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を所定量だけ減少させる操作について具体的に説明する。本実施形態では、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を比例配分で減少させる。つまり、主スクリュー２の回転速度Ｎ１に対するフィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２の割合（Ｎ２／Ｎ１）が、主スクリュー２の回転速度Ｎ１の減少量ΔＮ１に対するフィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２の減少量ΔＮ２の割合（ΔＮ２／ΔＮ１）と同じにしてある。このとき、原料樹脂の充填率（かさ密度）は主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度に拘わらず変化しない。しかし、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を比例配分で減少させ、フィードスクリュー１２の回転速度をさらに減少させてもよい。つまり、主スクリュー２の回転速度Ｎ１に対するフィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２の割合（Ｎ２／Ｎ１）が、主スクリュー２の回転速度Ｎ１の減少量ΔＮ１に対するフィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２の減少量ΔＮ２の割合（ΔＮ２／ΔＮ１）よりも小さくする。このとき、原料樹脂の充填率は主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度が減少するに伴って減少する。
【００３５】
主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を比例配分で減少させるだけでは、発熱の発生を解消できない場合がある。つまり、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２を回転させることで、原料樹脂は供給口１ｄを通って供給部１ａに供給される。すると、供給部１ａの原料樹脂の圧力が急上昇して原料樹脂が発熱する場合がある。このとき、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を比例配分で減少させたとしても、原料樹脂の充填率が変化しないので、供給部１ａの原料樹脂の圧力が上昇することには変わりがなく、原料樹脂の発熱の発生を完全には解消できない虞がある。主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を極端に遅くすれば発熱の発生を解消できる。しかし、可塑化能力も極端に減少するので現実的ではない。そこで、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を比例配分で減少させ、フィードスクリュー１２の回転速度をさらに減少させる。これにより、原料樹脂の充填率が減り、原料樹脂の発熱の発生を完全に解消できる。
【００３６】
次に、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度及びバンドヒータ４の温度を最適化する制御を図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００３７】
〔主スクリュー及びフィードスクリューの回転速度を最適化する制御〕
操作ボタン（図示しない）を押し操作すると、駆動機構Ｍ１の駆動により主スクリュー２が所定の回転速度Ｎ１で回転し、駆動機構Ｍ２の駆動によりフィードスクリュー１２が所定の回転速度Ｎ２で回転する（♯１〜♯３）。これにより、原料樹脂が供給部１ａに供給される。Ｎに０を代入する（♯４）。バンドヒータ４が加熱して原料樹脂の可塑化を開始する（♯５）。バンドヒータ４の供給熱量及び主シリンダ１の熱流束量に基づいて原料樹脂の発熱量を演算して原料樹脂の発熱を検出する（♯６）。原料樹脂の可塑化時間を検知し、主スクリュー１を前進させて原料樹脂を射出する（♯７、♯８）。Ｎに１を加える（♯９）。これら一連の操作（♯５〜♯１０）をＮが３になるまで繰り返す。尚、上記繰り返し回数は３に限定されない。これら一連の操作（♯５〜♯１０）の中で原料樹脂の発熱が検出されるときには、主スクリュー２の回転速度Ｎ１を所定量ΔＮ１だけ減少させ、フィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２を所定量ΔＮ２だけ減少させる（♯１１、♯１２）。これら一連の操作（♯４〜♯１２）を原料樹脂の発熱が解消されるまで繰り返す。原料樹脂の発熱が解消されると、主スクリュー２の回転速度Ｎ１及びフィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２を最適化回転速度に設定する。
【００３８】
〔バンドヒータの温度を最適化する制御〕
原料樹脂の発熱が検出されないと、供給部１ａ及び可塑化部１ｂの外周部に設けられたバンドヒータ４の温度を所定量だけ上昇させる（♯１１、♯１３）。Ｎに０を代入する（♯１４）。原料樹脂の可塑化時間を検知し、主スクリュー１を前進させて樹脂を射出する（♯１５、♯１６）。Ｎに１を加える（♯１７）。これら一連の操作（♯１５〜♯１８）をＮが３になるまで繰り返す。尚、上記繰り返し回数は３に限定されない。これら一連の操作（♯１５〜♯１８）の中で原料樹脂の可塑化時間が短縮するとバンドヒータ４の温度を所定量だけ上昇させる（♯１９、♯１３）。これら一連の操作（♯１３〜♯１９）を可塑化時間の漸減が見られなくなるまで繰り返す。原料樹脂の可塑化時間が短縮しないと、バンドヒータ４の温度を最適化温度として設定する。
【００３９】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、原料樹脂の可塑化の過程で原料樹脂の発熱量が検出されたときには、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を所定量だけ減少させる構成を例示した。しかし、原料樹脂の可塑化の過程で原料樹脂の発熱量が検出されたときには、原料樹脂の発熱量が検出された熱流束センサ５に対応するバンドヒータ４の供給熱量を増大させてもよい。さらに、原料樹脂の可塑化の過程で原料樹脂の発熱量が検出されたときには、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を所定量だけ減少させることに加えて、原料樹脂の発熱量が検出された熱流束センサ５に対応するバンドヒータ４の供給熱量を増大させてもよい。これにより、原料樹脂を溶融させて原料樹脂の発熱の発生を解消できる。
【００４０】
（２）上記実施形態では、計測部２１からの計測データに基づいて演算を行う演算部２２を例示した。しかし、作業者がバンドヒータ４の供給熱量及び主シリンダ１の熱流束量に基づいて原料樹脂の搬送に際して発生する発熱量を演算してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、シリンダ１と、シリンダ１の内部に設けられ、シリンダ１の基端側から供給された原料樹脂を混合しつつ該シリンダ１の先端側に搬送するスクリュー２と、シリンダ１の外周部に設けられ、原料樹脂を可塑化するヒータ４と、シリンダ１の外周部と内周部との間に設けられ、シリンダ１を径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサ５とを備える各種の樹脂可塑化装置に適応可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１ シリンダ
１ａ 供給部
１ｂ 可塑化部
１ｃ 計量部
２ スクリュー
４ ヒータ
５ 熱流束センサ
２２ 演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダと、前記シリンダの内部に設けられ、前記シリンダの基端側から供給された原料樹脂を混合しつつ該シリンダの先端側に搬送するスクリューと、前記シリンダの外周部に設けられ、原料樹脂を可塑化するヒータと、前記シリンダの外周部と内周部との間に設けられ、前記シリンダを径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサとを備えた樹脂可塑化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記樹脂可塑化装置としては、例えば、インラインスクリュー式の射出成形機がある。この成形機では、まず、原料樹脂がシリンダの基端側の供給部に供給される。この原料樹脂は、シリンダの内部に設けられたスクリューで混合されつつ該シリンダの先端側に搬送される。その際には、シリンダの外周部に設けたヒータによって原料樹脂が溶融される。溶融した原料樹脂がシリンダの先端側の計量部に貯まるに伴い、スクリューが後退する。スクリューが所定量後退し、注入すべき原料樹脂が計量部に蓄えられると、スクリューを前進させる。これにより、原料樹脂は計量部の先端に設けられたノズルを通って金型に射出される。
【０００３】
スクリューにて原料樹脂を混合しつつ搬送する際に、原料樹脂が圧縮され、せん断熱や圧縮熱等が生じることがある。この発熱はシリンダの内周部から径方向外方側に移動する。すなわち、原料樹脂が発熱すると外向きの熱流束が生じる。従来の樹脂可塑化装置では、シリンダを径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサを設け、外向きの熱流束を検出すると、原料樹脂の発熱が発生したと判別して、操作者がスクリューの回転速度を減少させるものがあった。これにより、原料樹脂からの発熱が解消され、原料樹脂の局所的温度上昇を防止すると共に、ガスの発生や成形品の焼け等が防止できるとされていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６０９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒータが発熱すると内向きの熱流束が生じ、生じた熱はシリンダの外周部から径方向内方側に移動する。熱流束センサにて検出される熱流束量は、原料樹脂の発熱により生じる外向きの熱流束量から、ヒータの発熱により生じる内向きの熱流束量を引いた量に相当する。しかし、従来の樹脂可塑化装置では、外向きの熱流束を検出するに過ぎなかった。このため、原料樹脂の発熱により生じる外向きの熱流束量がヒータの発熱により生じる内向きの熱流束量よりも少ない場合には、原料樹脂の発熱が発生しているにも拘らず熱流束センサにて外向きの熱流束を検出できない。よって、原料樹脂が発熱してガスが生じたり成形品に焼けが生じる等の不都合が生じていた。
【０００６】
本発明の目的は、原料樹脂の発熱量を正確に把握して、原料樹脂の発熱の発生を解消できる樹脂可塑化装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の樹脂可塑化装置の第１特徴構成は、シリンダと、前記シリンダの内部に設けられ、前記シリンダの基端側から供給された原料樹脂を混合しつつ該シリンダの先端側に搬送するスクリューと、前記シリンダの外周部に設けられ、原料樹脂を可塑化するヒータと、前記シリンダの外周部と内周部との間に設けられ、前記シリンダを径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサと、前記ヒータの供給熱量及び前記シリンダの熱流束量に基づいて原料樹脂の搬送に際して発生する発熱量を演算する演算部とを備えた点にある。
【０００８】
本構成の樹脂可塑化装置であれば、原料樹脂を加熱すべくヒータによって供給した熱の総量を知ることができる。一方、シリンダの外周部と内周部との間に設けた熱流束センサによって、シリンダの壁部を流通する熱の流通方向と熱流量とを知ることができる。当該熱の流通方向および量は、ヒータからの発熱量に左右される。よって、これら二つの検出値を知ることで、現実に原料樹脂から発生している熱量の総量を把握することができる。
健全な樹脂注入を行うためには、原料樹脂の温度管理が非常に重要である。原料樹脂の温度に影響する因子としては、ヒータからの発熱量に加えて、例えば、原料樹脂の投入量・スクリューの回転速度等がある。当該装置を用いて樹脂を射出成形する過程においては、これら要因の変動によって原料樹脂からのせん断発熱量が変動する。この変動は当然に熱流速の変化として現れる。ただし、せん断発熱量の変化の程度は、例えば、原料樹脂の投入量の変動に基づく場合と、スクリューの回転速度の変動に基づく場合とでは、傾向が異なる。つまり、本構成の装置の如く、せん断発熱量を把握することができれば、熱流束の変動が何に基づくものかを的確に把握することができる。よって、その後の装置の運転条件の微調節等を行い易くなり、健全な樹脂注入作業が可能となる。
【０００９】
本発明の第２特徴構成は、前記スクリューが原料樹脂の投入量に応じて回転速度を微調節する機能を備え、前記スクリューの回転量に基づいて可塑化時間を測定する可塑化時間測定手段を備えた点にある。
【００１０】
樹脂の射出成形に際して、原料樹脂が可塑化したか否は非常に重要な要素である。つまり、可塑化時間を把握することで、原料樹脂への熱供給量を調節したり、スクリューの回転速度を決定することができる。本構成の如く、可塑化時間測定手段を備えることで、原料樹脂の射出条件をより的確に設定することができ、健全な射出製品を得ることができる。
【００１１】
本発明の第３特徴構成は、前記シリンダは、原料樹脂が供給される供給部と、溶融した原料樹脂を計量する計量部と、前記供給部と前記計量部との間に位置する可塑化部とを有し、前記熱流束センサが前記可塑化部及び前記供給部に備えられている点にある。
【００１２】
原料樹脂から発生するせん断発熱は原料樹脂の物性に影響される。例えば、硬い原料樹脂は、互いに当接したときに局部のせん断が発生し易く、少しの押圧によっても容易に発熱する。一方、柔らかい原料樹脂は弾性変形し易いため、ある程度の変形が生じただけではせん断発熱が生じない。
このように、原料樹脂毎に、せん断発熱するために必要な変形程度が異なるため、何れの原料材料を用いた場合でも、的確にせん断発熱を検出することが必要である。つまり、硬い原料樹脂の場合、原料樹脂を投入した直後の供給部においてせん断発熱が生じ易く、一方、柔らかい原料樹脂の場合には、原料樹脂を投入し、ある程度の押圧力が付与される可塑化部での発熱が顕著である。よって、本装置では、熱流束センサを供給部及び可塑化部に備えることとし、せん断発熱の検出を確実なものにしている。
【００１３】
本発明の運転方法の第１特徴手段は、前記演算部の演算により原料樹脂の発熱量が検出されたときには、発熱の発生が解消されるまで前記スクリューの回転速度を減少させる点にある。
【００１４】
本手段によれば、演算部の演算により原料樹脂の発熱量が検出されたときには、発熱の発生が解消されるまでスクリューの回転速度を減少させることにより、原料樹脂からのせん断発熱を抑制することができる。
【００１５】
本発明の運転方法の第２特徴手段は、前記スクリューの回転速度を発熱の発生が解消された回転速度に設定した後、前記ヒータからの供給熱量を前記可塑化時間の漸減が見られなくなるまで増大させる点にある。
【００１６】
本手段によれば、スクリューの回転速度を発熱の発生が解消された回転速度に設定した後、ヒータからの供給熱量を可塑化時間の漸減が見られなくなるまで増大させることにより、可塑化時間を短縮して成形サイクルを短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】樹脂可塑化装置を示す全体図である。
【図２】熱流束の状態を示す図である。
【図３】原料樹脂の可塑化フローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る射出成形機の構成について説明する。
〔射出成形機の全体構成〕
図１に示すように、射出成形機は、溶融させ計量した樹脂を図外の金型に射出する射出成形機本体Ａ、および、その射出成形機本体Ａにペレット状の原料樹脂を供給する原料供給装置Ｂ、射出成形機本体Ａや原料供給装置Ｂの作動を制御する制御機構Ｈ等を備えている。
【００１９】
〔射出成形機本体の構成〕
射出成形機本体Ａは、円筒状の主シリンダ１（シリンダの一例）、その主シリンダ１の内部に設けられた主スクリュー２を備えている。主シリンダ１は、基端側の供給部１ａと、先端側の計量部１ｃと、供給部１ａと計量部１ｃとの間に位置する可塑化部１ｂとを有している。供給部１ａの基端側には、支持部材６が設けられ、その支持部材６には、原料樹脂を主シリンダ１の内部に供給する供給口１ｄが設けられている。計量部１ｃの先端側には、ノズル部材７が設けられ、そのノズル部材７には、溶融された原料樹脂を射出するノズル１ｅ、溶融された原料樹脂の温度を検出する温度センサ３が設けられている。これにより、溶融された原料樹脂の温度を適切な温度に維持できる。
【００２０】
図１、図２に示すように、主シリンダ１の外周部には、原料樹脂を可塑化するバンドヒータ４（ヒータの一例）が、主シリンダ２の長手方向に亘って複数設けられている。バンドヒータ４の近傍には、バンドヒータ４の温度を検出する温度センサ（図示しない）が設けられている。主シリンダ１の外周部と内周部との間には、主シリンダ１を径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサ５が、主シリンダ２の長手方向に亘って複数設けられている。
【００２１】
本実施形態では、熱流束センサ５が、供給部１ａ、可塑化部１ｂ、計量部１ｃの夫々に１つ設けられている。しかし、計量部１ｃに対しては必ずしも熱流束センサ５を設けておく必要はない。例えば、結晶性の原料樹脂であるナイロンのように硬い樹脂では、少しの押圧力によっても容易にせん断が生じるため、供給部において発熱し易い。一方、非結晶性の原料樹脂である塩化ビニルのように柔らかい樹脂の場合には、ある程度の変形が生じて初めてせん断発熱するため可塑化部で発熱し易い。よって、本実施形態のごとく、熱流束センサ５を、少なくとも供給部１ａと可塑化部１ｂとに設けておくことで、原料樹脂の種類や特性に拘わらず原料樹脂の発熱の発生を的確に検出することができる。
さらに、熱流束センサ５を、供給部１ａ、可塑化部１ｂ、計量部１ｃの夫々に複数設けておいてもよい。主スクリュー２は、スクリューフライト２ａを有し、電動モータや油圧モータ等の駆動機構Ｍ１によって回転可能に構成されている。駆動機構Ｍ１は、主スクリュー２の回転速度を調整可能に構成してある。主スクリュー２は、スライド機構（図示しない）によって主シリンダ２の長手方向に前後進可能に構成されている。
【００２２】
〔原料供給装置の構成〕
原料供給装置Ｂは、フィードシリンダ１１、そのフィードシリンダ１１の内部に設けられたフィードスクリュー１２を備えている。フィードシリンダ１１の基端側の上部には、原料樹脂をフィードシリンダ１１の内部に供給する供給口１１ａが設けられている。原料樹脂を貯留するホッパ１３が設けられ、そのホッパ１３の下部が供給口１１ａに接続されている。フィードシリンダ１１の先端には、原料樹脂を落下させる落下孔１１ｂが設けられている。フィードシリンダ１１の落下孔１１ａと支持部材６の供給口１ｄとを接続する筒状部材１４が設けられている。フィードスクリュー１２は、スクリューフライト１２ａを有し、電動モータや油圧モータ等の駆動機構Ｍ２によって回転可能に構成されている。駆動機構Ｍ２は、フィードスクリュー１２の回転速度を調整可能に構成されている。
【００２３】
次に、本発明に係る射出成形機の動作について説明する。
主スクリュー２が回転すると、主スクリュー２の回転に同期してフィードスクリュー１２も回転する。ホッパ１３に貯留された原料樹脂は、供給口１１ａを通ってフィードシリンダ１１に供給される。フィードシリンダ１１に供給された原料樹脂は、フィードスクリュー１２の回転によりフィードシリンダ１１の先端側（紙面の右側）に移送される。フィードシリンダ１１の先端側に移送された原料樹脂は、フィードシリンダ７の落下孔１１ｂから筒状部材１４を通って落下し、供給口１ｄを通って供給部１ａに供給される。
【００２４】
供給部１ａに供給された原料樹脂は、可塑化部１ｂに移送される。このとき、ペレット状の原料樹脂が混合・圧縮されて固相樹脂（ソリッドベッド）を形成する。バンドヒータ４の加熱によって固相樹脂が溶融して液相樹脂（メルトフィルムやメルトプール）を形成する。固相樹脂及び液相樹脂が先端側に移送されるに伴って、固相樹脂に対する液相樹脂の割合が増加する。これにより、計量部１ｃには溶融した原料樹脂が貯留される。溶融した原料樹脂が計量部１ｃの先端側に貯留されるに伴って主スクリュー１が後進移動する。このとき、スライド機構のスライド操作により主スクリュー１が後進移動してもよく、溶融した原料樹脂の圧力により主スクリュー１が後進移動してもよい。主スクリュー１が、その先端が計量部１ｃの先端に近接する前端位置から所定の後端位置まで後進移動し、計量が終了すると、主スクリュー１の回転が停止する。本実施形態では、主スクリュー１が前端位置から後端位置に移動するまでの時間を可塑化時間とした。しかし、主スクリュー１が所定の回転量（例えば４回転）だけ回転するのに要した時間を可塑化時間としてもよい。
【００２５】
次に、本発明に係る射出成形機の制御構成について説明する。
前記制御機構Ｈは、ＣＰＵを中核部材として主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度、並びに、バンドヒータ４の温度を制御するための各種機能部をハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。具体的には、制御機構Ｈは、センサのデータの計測を行う計測部２１、計測部２１からの計測データに基づいて演算を行う演算部２２、当該演算部２２からの演算データに基づいて、バンドヒータ４及び駆動機構Ｍ１，Ｍ２の動作を制御する制御部２３を備えている。
【００２６】
操作ボタン（図示しない）の押し操作により、制御部２３は、所定の回転速度で主スクリュー２及びフィードスクリュー１２を回転させると共に、所定の温度でバンドヒータ４を加熱する。本実施形態では、所定の回転速度及び所定の温度が、作業者が入力した入力値でよいが、制御部２３のメモリ（図示しない）に記憶された初期値であってもよい。例えば、制御部２３のメモリに原料樹脂に応じた回転速度及び温度のテーブルを予め用意しておき、作業者が原料樹脂の材料を選択すると、原料樹脂に応じた回転速度で主スクリュー２及びフィードスクリュー１２を回転させると共に、原料樹脂に応じた温度でバンドヒータ４を加熱してもよい。
【００２７】
前記計測部２１は、温度センサ３の温度、バンドヒータ４の供給熱量及び主シリンダ１の熱流束量を計測する。演算部２２は、バンドヒータ４の供給熱量及び主シリンダ１の熱流束量に基づいて原料樹脂のせん断熱や圧縮熱等の発熱量を演算する。制御部２３は、原料樹脂の可塑化の過程で原料樹脂の発熱量が検出されたときには、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を所定量だけ減少させる操作を、発熱の発生が解消するまで繰り返す回転速度最適化制御を行い、その後、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を発熱の発生が解消された回転速度に設定したのちに、バンドヒータ４の供給熱量を所定量だけ増大させ、原料樹脂を可塑化させて可塑化時間を測定する操作を、可塑化時間の漸減が見られなくまで繰り返す温度最適化制御を行うように構成されている。
【００２８】
このように、原料樹脂の発熱量が検出されたときには、発熱の発生が解消されるまで主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を減少させることにより、原料樹脂の発熱の発生を解消できる。このため、原料樹脂の温度が局所的に上昇してガスが発生したり成形品に焼けが発生することを防止できる。つまり、従来では、バンドヒータ４の発熱に加えて原料樹脂の発熱により原料樹脂を溶融するので、原料樹脂の表面が発熱する等、原料樹脂の温度が局所的に上昇して、ガスが発生したり成形品に焼けが発生する場合があった。
これに対して本件発明では、原料樹脂の発熱が無く、バンドヒータ４の発熱だけで原料樹脂を溶融するので、上記従来技術による不都合の発生を防止することができる。このとき、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を減少させるので、可塑化時間が延びて可塑化能力が減少する。これを補うために、発熱の発生が解消された状態でバンドヒータ４の供給熱量を可塑化時間の漸減が見られなくなるまで増大させる。これにより、可塑化時間が短くなり可塑化能力が増大する。
【００２９】
また、原料樹脂の温度を上昇させることにより、原料樹脂を金型に射出するときに原料樹脂の金型に対する転写性を向上させることができる。さらに、単なる原料樹脂の発熱の発生でなく、原料樹脂の発熱量を検出するので、原料樹脂の発熱量及び主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度に基づいて原料樹脂からの発熱が解消される適切な主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度に合わせ易い。このため、可塑化工程を何度も繰り返して原料樹脂の発熱量を検出する必要を無くすことも期待できる。
【００３０】
本実施形態では、温度最適化制御において、供給部１ａ及び可塑化部１ｂの外周部に設けられたバンドヒータ４の供給熱量を増大させてもよく、供給部１ａの外周部に設けられたバンドヒータ４の供給熱量を増大させてもよく、全てのバンドヒータ４の供給熱量を増大させてもよい。
また、バンドヒータ４の供給熱量を所定量だけ増大させ、原料樹脂を可塑化させて可塑化時間を測定する操作を、可塑化時間の漸減が見られなくまで繰り返す構成を例示した。しかし、これに限られるものではなく、バンドヒータ４の温度を所定量上昇させ、原料樹脂を可塑化させて可塑化時間を測定する操作を、可塑化時間の漸減が見られなくまで繰り返してもよい。また、バンドヒータ４の供給熱量を計測する方法としては、バンドヒータ４の電力値を計測する電力計を設けて、バンドヒータ４の電力値に基づいてバンドヒータ４の供給熱量を演算してもよく、バンドヒータ４の電流値を計測する電流計及びバンドヒータ４の電圧値を計測する電圧計を設けて、バンドヒータ４の電流値及び電圧値に基づいてバンドヒータ４の供給熱量を演算してもよく、バンドヒータ４の温度に基づいてバンドヒータ４の供給熱量を見積もってもよい。
【００３１】
バンドヒータ４の供給熱量及び主シリンダ１の熱流束量に基づいて原料樹脂の発熱量を演算する操作について具体的に説明する。本実施形態では、図２に示すように、原料樹脂が発熱すると、原料樹脂からバンドヒータ４に向けて外向きの熱流束が生じる。また、バンドヒータ４が発熱するとバンドヒータ４から原料樹脂に向けて内向きの熱流束が生じる。つまり、下記の数式に示すように、熱流束センサ５にて検出される熱流束量Ｑc[Ｗ／ｍ2]は、外向きの熱流束量Ｑsから、内向きの熱流束量Ｑhを引いたものである。
【数１】
【００３２】
これにより、熱流束センサ５にて検出される熱流束量Ｑcと内向きの熱流束量Ｑhに基づいて外向きの熱流束量Ｑsを演算できる。内向きの熱流束量Ｑhは、下記の数式に示すように、バンドヒータ４の単位面積あたりの供給熱量の単位時間の時間積分を用いて算出される。
【数２】
ｑh：バンドヒータの供給熱量
【００３３】
本実施形態では、バンドヒータ４の輻射熱を無視している。しかし、バンドヒータ４が高温の場合にはそのような輻射熱が無視できない。このため、バンドヒータ４の輻射熱を考慮した内向きの熱流束量Ｑhは、下記の数式に示すように、バンドヒータ４の単位面積あたりの供給熱量の単位時間の時間積分にバンドヒータ４の単位面積あたりの輻射熱の単位時間の時間積分を引いて算出される。さらに、バンドヒータ４の対流熱を考慮すれば、内向きの熱流束量Ｑhの精度が高まる。
【数３】
Ｔ：バンドヒータの温度
σB：黒体の輻射係数
ε：バンドヒータの輻射率
【００３４】
主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を所定量だけ減少させる操作について具体的に説明する。本実施形態では、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を比例配分で減少させる。つまり、主スクリュー２の回転速度Ｎ１に対するフィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２の割合（Ｎ２／Ｎ１）が、主スクリュー２の回転速度Ｎ１の減少量ΔＮ１に対するフィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２の減少量ΔＮ２の割合（ΔＮ２／ΔＮ１）と同じにしてある。このとき、原料樹脂の充填率（かさ密度）は主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度に拘わらず変化しない。しかし、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を比例配分で減少させ、フィードスクリュー１２の回転速度をさらに減少させてもよい。つまり、主スクリュー２の回転速度Ｎ１に対するフィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２の割合（Ｎ２／Ｎ１）が、主スクリュー２の回転速度Ｎ１の減少量ΔＮ１に対するフィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２の減少量ΔＮ２の割合（ΔＮ２／ΔＮ１）よりも小さくする。このとき、原料樹脂の充填率は主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度が減少するに伴って減少する。
【００３５】
主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を比例配分で減少させるだけでは、発熱の発生を解消できない場合がある。つまり、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２を回転させることで、原料樹脂は供給口１ｄを通って供給部１ａに供給される。すると、供給部１ａの原料樹脂の圧力が急上昇して原料樹脂が発熱する場合がある。このとき、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を比例配分で減少させたとしても、原料樹脂の充填率が変化しないので、供給部１ａの原料樹脂の圧力が上昇することには変わりがなく、原料樹脂の発熱の発生を完全には解消できない虞がある。主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を極端に遅くすれば発熱の発生を解消できる。しかし、可塑化能力も極端に減少するので現実的ではない。そこで、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を比例配分で減少させ、フィードスクリュー１２の回転速度をさらに減少させる。これにより、原料樹脂の充填率が減り、原料樹脂の発熱の発生を完全に解消できる。
【００３６】
次に、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度及びバンドヒータ４の温度を最適化する制御を図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００３７】
〔主スクリュー及びフィードスクリューの回転速度を最適化する制御〕
操作ボタン（図示しない）を押し操作すると、駆動機構Ｍ１の駆動により主スクリュー２が所定の回転速度Ｎ１で回転し、駆動機構Ｍ２の駆動によりフィードスクリュー１２が所定の回転速度Ｎ２で回転する（♯１〜♯３）。これにより、原料樹脂が供給部１ａに供給される。Ｎに０を代入する（♯４）。バンドヒータ４が加熱して原料樹脂の可塑化を開始する（♯５）。バンドヒータ４の供給熱量及び主シリンダ１の熱流束量に基づいて原料樹脂の発熱量を演算して原料樹脂の発熱を検出する（♯６）。原料樹脂の可塑化時間を検知し、主スクリュー１を前進させて原料樹脂を射出する（♯７、♯８）。Ｎに１を加える（♯９）。これら一連の操作（♯５〜♯１０）をＮが３になるまで繰り返す。尚、上記繰り返し回数は３に限定されない。これら一連の操作（♯５〜♯１０）の中で原料樹脂の発熱が検出されるときには、主スクリュー２の回転速度Ｎ１を所定量ΔＮ１だけ減少させ、フィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２を所定量ΔＮ２だけ減少させる（♯１１、♯１２）。これら一連の操作（♯４〜♯１２）を原料樹脂の発熱が解消されるまで繰り返す。原料樹脂の発熱が解消されると、主スクリュー２の回転速度Ｎ１及びフィードスクリュー１２の回転速度Ｎ２を最適化回転速度に設定する。
【００３８】
〔バンドヒータの温度を最適化する制御〕
原料樹脂の発熱が検出されないと、供給部１ａ及び可塑化部１ｂの外周部に設けられたバンドヒータ４の温度を所定量だけ上昇させる（♯１１、♯１３）。Ｎに０を代入する（♯１４）。原料樹脂の可塑化時間を検知し、主スクリュー１を前進させて樹脂を射出する（♯１５、♯１６）。Ｎに１を加える（♯１７）。これら一連の操作（♯１５〜♯１８）をＮが３になるまで繰り返す。尚、上記繰り返し回数は３に限定されない。これら一連の操作（♯１５〜♯１８）の中で原料樹脂の可塑化時間が短縮するとバンドヒータ４の温度を所定量だけ上昇させる（♯１９、♯１３）。これら一連の操作（♯１３〜♯１９）を可塑化時間の漸減が見られなくなるまで繰り返す。原料樹脂の可塑化時間が短縮しないと、バンドヒータ４の温度を最適化温度として設定する。
【００３９】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、原料樹脂の可塑化の過程で原料樹脂の発熱量が検出されたときには、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を所定量だけ減少させる構成を例示した。しかし、原料樹脂の可塑化の過程で原料樹脂の発熱量が検出されたときには、原料樹脂の発熱量が検出された熱流束センサ５に対応するバンドヒータ４の供給熱量を増大させてもよい。さらに、原料樹脂の可塑化の過程で原料樹脂の発熱量が検出されたときには、主スクリュー２及びフィードスクリュー１２の回転速度を所定量だけ減少させることに加えて、原料樹脂の発熱量が検出された熱流束センサ５に対応するバンドヒータ４の供給熱量を増大させてもよい。これにより、原料樹脂を溶融させて原料樹脂の発熱の発生を解消できる。
【００４０】
（２）上記実施形態では、計測部２１からの計測データに基づいて演算を行う演算部２２を例示した。しかし、作業者がバンドヒータ４の供給熱量及び主シリンダ１の熱流束量に基づいて原料樹脂の搬送に際して発生する発熱量を演算してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、シリンダ１と、シリンダ１の内部に設けられ、シリンダ１の基端側から供給された原料樹脂を混合しつつ該シリンダ１の先端側に搬送するスクリュー２と、シリンダ１の外周部に設けられ、原料樹脂を可塑化するヒータ４と、シリンダ１の外周部と内周部との間に設けられ、シリンダ１を径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサ５とを備える各種の樹脂可塑化装置に適応可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１ シリンダ
１ａ 供給部
１ｂ 可塑化部
１ｃ 計量部
２ スクリュー
４ ヒータ
５ 熱流束センサ
２２ 演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダの内部に設けられ、前記シリンダの基端側から供給された原料樹脂を混合しつつ該シリンダの先端側に搬送するスクリューと、
前記シリンダの外周部に設けられ、原料樹脂を可塑化するヒータと、
前記シリンダの外周部と内周部との間に設けられ、前記シリンダを径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサと、
前記ヒータの供給熱量及び前記シリンダの熱流束量に基づいて原料樹脂の搬送に際して発生する発熱量を演算する演算部とを備えた樹脂可塑化装置。
【請求項２】
前記スクリューが原料樹脂の投入量に応じて回転速度を微調節する機能を備え、前記スクリューの回転量に基づいて可塑化時間を測定する可塑化時間測定手段を備えた請求項１に記載の樹脂可塑化装置。
【請求項３】
前記シリンダは、原料樹脂が供給される供給部と、溶融した原料樹脂を計量する計量部と、前記供給部と前記計量部との間に位置する可塑化部とを有し、
前記熱流束センサが前記可塑化部及び前記供給部に備えられている請求項１又は２に記載の樹脂可塑化装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の樹脂可塑化装置の運転方法であって、
前記演算部の演算により原料樹脂の発熱量が検出されたときには、発熱の発生が解消されるまで前記スクリューの回転速度を減少させる樹脂可塑化装置の運転方法。
【請求項５】
前記スクリューの回転速度を発熱の発生が解消された回転速度に設定した後、前記ヒータからの供給熱量を前記可塑化時間の漸減が見られなくなるまで増大させる請求項４に記載の樹脂可塑化装置の運転方法。
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダの内部に設けられ、前記シリンダの基端側から供給された原料樹脂を混合しつつ該シリンダの先端側に搬送するスクリューと、
前記シリンダの外周部に設けられ、原料樹脂を可塑化するヒータと、
前記シリンダの外周部と内周部との間に設けられ、前記シリンダを径方向に通過する熱流束量を検出する熱流束センサと、
前記ヒータの供給熱量及び前記シリンダの熱流束量に基づいて原料樹脂の搬送に際して発生する発熱量を演算する演算部とを備えた樹脂可塑化装置。
【請求項２】
前記スクリューが原料樹脂の投入量に応じて回転速度を微調節する機能を備え、前記スクリューの回転量に基づいて可塑化時間を測定する可塑化時間測定手段を備えた請求項１に記載の樹脂可塑化装置。
【請求項３】
前記シリンダは、原料樹脂が供給される供給部と、溶融した原料樹脂を計量する計量部と、前記供給部と前記計量部との間に位置する可塑化部とを有し、
前記熱流束センサが前記可塑化部及び前記供給部に備えられている請求項１又は２に記載の樹脂可塑化装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の樹脂可塑化装置の運転方法であって、
前記演算部の演算により原料樹脂の発熱量が検出されたときには、発熱の発生が解消されるまで前記スクリューの回転速度を減少させる樹脂可塑化装置の運転方法。
【請求項５】
前記スクリューの回転速度を発熱の発生が解消された回転速度に設定した後、前記ヒータからの供給熱量を前記可塑化時間の漸減が見られなくなるまで増大させる請求項４に記載の樹脂可塑化装置の運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２４１０３４（Ｐ２０１０−２４１０３４Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９３９１６（Ｐ２００９−９３９１６）
【出願日】平成２１年４月８日（２００９．４．８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月８日（２００９．４．８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]