本発明は、型閉された金型のキャビティに加熱シリンダで溶融された樹脂を射出して成形品を製造する射出成形機の自動運転方法に関し、特に、溶融樹脂の粘度を測定して、適切な所定粘度の樹脂を射出成形に採用することで良品成形を実現することができる射出成形機の自動運転方法に関する。

　射出成形により成形品を成形する射出成形機においては、金型のキャビティに射出される溶融樹脂の樹脂粘度を適切に保つことが要求される。本願出願と同一出願人から出願されている特許文献１には、射出成形に用いられる樹脂の粘度を射出成形機自身で測定できるようにした技術が開示されている。

特許文献1 : 特許第３７３２８２１号公報

　しかし、前記特許文献１においては、金型のキャビティに射出される溶融樹脂の粘度を測定することはできるものの、例えば、同一メーカの同一品種の樹脂材料を用いて、同一マシン（同一の射出成形機）で同一の成形条件下において計量動作を行う場合に、例えば、樹脂材料のロットが異なるものを用いると、ロットの違いにより樹脂粘度にばらつきが生じることから、所定の粘度の樹脂を用いて高精度で射出成形を行うためには、樹脂ロットが変わる度に、樹脂粘度が所定範囲内に収まっているか否かの測定が行われた後に、その測定結果から得られた情報に基づいて、樹脂粘度の調整を人為的な作業として行っていたことから煩雑な作業を要するという実情があった。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、射出成形機により成形品を連続的に製造する自動運転途中または成形開始前に、溶融樹脂の粘度測定や、溶融樹脂の粘度測定及び粘度調整の自動化を図り、利便性を向上させた射出成形機の自動運転方法を提供することを目的とする。

　射出成形機の自動運転方法の発明は、
　加熱シリンダ内のスクリューを回転させながら後退させることにより溶融樹脂の計量工程を行った後、射出工程として前記スクリューを前進させることで前記加熱シリンダ先端に装着した射出ノズルから金型のキャビティへ溶融樹脂を射出する射出成形機であって、
　前記射出ノズルから溶融樹脂を射出するショット数をカウントするショット数カウント手段と、前記計量工程を行うときに前記スクリューを回転させる回転駆動手段と、前記射出ノズルを進退させる進退駆動手段とを備え、
　該進退駆動手段により前記射出ノズルを前進させ前記金型にタッチさせて成形品を繰り返し成形している自動運転中に、前記ショット数カウント手段により前記射出ノズルから溶融樹脂を射出するショット数をカウントさせ、該カウントされたショット数が所定数値に達したときに、前記進退駆動手段が前記射出ノズルを後退させることで前記金型に前記射出ノズルをタッチさせないよう後退させた状態で前記射出ノズルから射出された溶融樹脂の粘度を算出し、
　該溶融樹脂の粘度の算出後に前記進退駆動手段が前記射出ノズルを前記金型にタッチさせ、成形品の成形を繰り返し行う自動運転を再開することを特徴とする。

　射出成形機の自動運転方法の発明は、
　加熱シリンダ内のスクリューを回転させながら後退させることにより溶融樹脂の計量工程を行った後、射出工程として前記スクリューを前進させることで前記加熱シリンダ先端に装着した射出ノズルから金型のキャビティへ溶融樹脂を射出する射出成形機であって、
　該射出成形機の稼動時間をカウントする計時手段と、前記計量工程を行うときに前記スクリューを回転させる回転駆動手段と、前記射出ノズルを進退させる進退駆動手段とを備え、
　該進退駆動手段により前記射出ノズルを前進させ前記金型にタッチさせて成形品を繰り返し成形している自動運転中に、前記計時手段により前記射出成形機の稼動時間をカウントさせ、該カウントされた稼動時間が所定時間に達したときに、前記進退駆動手段が前記射出ノズルを後退させることで前記金型に前記射出ノズルをタッチさせないよう後退させた状態で前記射出ノズルから射出された溶融樹脂の粘度を算出し、
　該溶融樹脂の粘度の算出後に前記進退駆動手段が前記射出ノズルを前記金型にタッチさせ、成形品の成形を繰り返し行う自動運転を再開することを特徴とする。

　射出成形機の自動運転方法の発明は、
　前記算出された溶融樹脂の粘度の判定がなされ、該溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度の範囲に収まっていないときには、温度調節手段が前記加熱シリンダに設けられた加熱ヒータの設定温度の変更を行うことで前記射出ノズルから射出される溶融樹脂の粘度を所定の樹脂粘度の範囲に収まるように調整することを特徴とする。

　本発明によれば、成形品を繰り返し成形している自動運転を行っているときに、ショット数カウント手段により射出ノズルから溶融樹脂を射出するショット数がカウントされ、カウントされたショット数が予め設定した所定数値に達すると、樹脂粘度計測モードとして、射出ノズルから射出された溶融樹脂の粘度が自動的に算出され、算出された溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度の範囲に収まっていないときには、温度調節手段により加熱ヒータの設定温度の変更がなされ、溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度に収まるように調整され、その直後に、成形品の成形を繰り返し行う自動運転が再び開始される。よって、射出成形機により成形品を連続的に製造する自動運転途中に樹脂粘度計測モードが自動的に行われることで、溶融樹脂の粘度測定やそれに加え粘度調整を自動的に行うことが可能となり、利便性の向上を図ることができる。

　また、本発明によれば、成形品を繰り返し成形している自動運転を行っているときに、計時手段により射出成形機の稼動時間がカウントされ、カウントされた稼働時間が所定時間に達すると、樹脂粘度計測モードとして、射出ノズルから射出された溶融樹脂の粘度が自動的に算出され、算出された溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度の範囲に収まっていないときには、温度調節手段により加熱ヒータの設定温度の変更がなされ、溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度に収まるように調整され、その直後に、成形品の成形を繰り返し行う自動運転が再び開始される。よって、射出成形機により成形品を連続的に製造する自動運転途中に樹脂粘度計測モードが自動的に行われることで、溶融樹脂の粘度測定やそれに加え粘度調整を自動的に行うことが可能となり、利便性の向上を図ることができる。

[図1] 本発明の射出成形機の制御系統の構成を示すブロック図である。
[図2] 射出成形機に構成された加熱シリンダを示す概略構成図である。
[図3] 射出成形機における表示装置の表示の一例を示す説明図である。
[図4] 樹脂粘度と剪断速度との関係を示す説明図である。
[図5] 溶融樹脂の粘度を調整するときの動作例を示すフローチャートである。

　以下、本発明の実施形態を図１～図５により以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、本実施形態において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。

　本実施形態における射出成形機は、加熱シリンダ１内に回転可能に設けられたスクリュー２を回転させながら後退させることにより溶融樹脂の計量工程を行った後、射出工程としてスクリュー２を前進させることで加熱シリンダ１の先端に装着した射出ノズル３から金型のキャビティへ溶融樹脂を射出するものであり、図１に示すように、本射出成形機には、射出成形機全体の制御を司る制御手段４、制御手段４に接続されたキーボード装置等の入力装置５、制御手段４に接続された液晶表示装置等の表示装置６、射出成形機の各部に備えられた複数のセンサからなるセンサ群７、射出成形機の各部に配設された複数の駆動源の駆動制御を行うための複数のドライバ回路で構成されたドライバ群８が構成されている。

　また、図２に示すように、加熱シリンダ１の外周には加熱ヒータ（バンドヒータ）１０が装着されており、加熱ヒータの温度が調節されることで加熱シリンダ内に供給されて射出ノズル３の先端から射出される樹脂の温度調節がされる。

　制御手段４は、計量動作、計量動作後のサックバック動作、金型のキャビティに溶融樹脂を射出する射出動作、金型の型開閉動作、エジェクト動作等の成形品を成形する一連の自動運転の制御や、自動運転中の実測データの演算・格納、成形された成形体の良品／不良品の判定処理、異常運定の判定処理、所定の樹脂粘度（射出成形に用いられる溶融樹脂の粘度）であるか否かを判定する判定処理、樹脂粘度等の成形条件を表示装置６に表示する等々、各種処理を実行する。なお、図１には図示はしていないが、制御手段４には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種Ｉ／Ｏインターフェースが構成されており、予め作成された各種プログラムにより各種処理が実行されるのだが、本実施形態においては、図１に示すように、制御手段４には、成形条件設定記憶手段１１、成形プロセス制御手段１２、実測値記憶手段１３、樹脂粘度算出手段１４、温度調節手段１５、表示処理手段１６等が構成され、また、センサ群７としては、ショット数カウント手段１７、射出成形機の稼動時間をカウントする計時手段１８、射出ノズル３から射出された溶融樹脂の温度を測定する温度測定手段１９、射出圧力計測用センサ２０等が構成され、ドライバ群８としては、フィードバック制御を行うモータドライバ２１、ヒータドライバ２２、流体アクチュエータドライバ２３等が構成されている。

　また、成形条件設定記憶手段１１には、入力装置５から入力された各種運転条件値が、書き換え可能に記憶される。運転条件値に対応する運転条件の項目としては、例えば、計量制御条件、サックバック制御条件、射出制御条件、型閉制御条件、型開制御条件、エジェクト制御条件のほか、図３に示すような画像を表示した上で、後述するステップ２におけるショット数「Ｎ」や射出成形機の稼動時間等々が挙げられる。

　成形プロセス制御手段１２は、予め作成された成形プロセス制御プログラムと、成形条件設定記憶手段１１に記憶された設定条件値とに基づき、射出成形機の各部に配設されたセンサ群（ショット数カウント手段１７、計時手段１８、温度測定手段１９、射出圧力計測用センサ２０等）からの計測情報を参照しつつ、前記ドライバ群８としての、フィードバック制御を行うモータドライバ２１、ヒータドライバ２２、流体アクチュエータドライバ２３等々を介して対応する駆動源の駆動制御を行い、成形品を成形する一連の自動運転や後述する樹脂粘度計測モード等を実行させる。

　実測値記憶手段１３には、樹脂粘度算出手段１４で算出された樹脂粘度の値、ショット数カウント手段１７によりカウントされる射出ノズル３から溶融樹脂の射出されたショット数、及び計時手段１８によりカウントされた射出成形機の稼動時間等が記憶される。

　樹脂粘度算出手段１４は、射出速度が一定であるときの実測射出圧力値（射出圧力計測用センサ２０の実測値）を用いて、樹脂粘度を後述する計算式で算出（測定）する。そして、算出された溶融樹脂の粘度の値に基づき温度調節手段１５が指定されたチェンネル（ｃｈ）の加熱ヒータ１０の設定温度の変更を行う。

　また、表示処理手段１６は、オペレータが入力装置を操作することによる所望する表示画像の呼び出し信号よって、予め作成された表示画像作成・制御プログラムに基づき、指定された表示モードの表示画像データを作成する。この作成された画像データは、図示しないフレームバッファに転送されて一時的に記憶され、表示処理手段１６の指令によってフレームバッファの出力が、図３に示すような状態で表示装置６の画面上に画像データとして表示される。

　ここで、樹脂粘度算出手段１４による樹脂粘度の算出手法について説明する。剪断応力τ（Ｐａ）は、粘度をη（Ｐａ・ｓｅｃ）、剪断速度をγ（ｓｅｃ－１）としたとき、
τ＝η×γ ……（１）式
で表される。

　ここで、（１）式で示される剪断速度γ（インラインスクリュー式の射出成形機においてはスクリュー２の前進速度で示される射出速度に相当）と粘度η（溶融樹脂の粘度）との関係には、つまり、樹脂の粘性については図４に示すような挙動を示すことが確認されており、剪断速度γが１０ ^１～１０ ^５の範囲内にあれば、剪断速度γの変化に伴って、粘度ηも変化することが確認されている。これに対して、剪断速度γが１０ ^１未満もしくは１０ ^５を超えるときには、剪断速度γの変化の如何にかかわらず、粘度ηはほぼ一定の値を示す。したがって、剪断速度（射出速度）が１０ ^１～１０ ^５の範囲内におけるある所定の一定値を保っているときには、（１）式から溶融樹脂の粘度を算出することが可能となる。例えば、射出速度１０ｍｍ／ｓｅｃより得られる剪断速度γは、マシンのサイズに関係なく、おおむねγ＝１０ ^３～１０ ^４程度の値となって、上述した粘度の算出条件を良好に満たすものとなる。一方、射出速度１００ｍｍ／ｓｅｃより得られる剪断速度γは、１００トン以上のマシンではγ＝１０ ^５近傍の値を示すこともあり、適切な速度設定のパラメータではなくなる。よって、本発明では、射出速度（スクリューの前進速度）が５～５０ｍｍ／ｓｅｃの範囲内のある一定値を保つように制御して、上述した粘度の算出条件を良好に満たす範囲において、樹脂粘度の計測を行うようにしている。

　インラインスクリュー式の射出成形機においては、ＪＩＳ　Ｋ７１９９より、前記した剪断応力τと剪断速度γは、射出圧力をＰ（Ｐａ）、射出ノズル孔の直径をｒ（ｍｍ）、ノズルのランド長をＬ（ｍｍ）、流量をＱ（ｍｍ３／ｓｅｃ）としたとき、
τ＝（Ｐ×ｒ）／（４×Ｌ）
……（２）式
γ＝（３２×Ｑ）／（π×ｒ ^３）
……（３）式
でそれぞれ表される。

　ここで、流量Ｑは、スクリュー断面積をＡ（ｍｍ ^２）、射出速度（スクリューの前進速度）をＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）とすると、
Ｑ＝Ａ×Ｖ ……（４）式
で表されるから、スクリューの直径をＤとすると、（４）式は、
Ｑ＝（π×Ｄ ^２×Ｖ）／４
……（５）式
で表され、（５）式を（３）式に代入すると、
γ＝（８×Ｄ ^２×Ｖ）／ｒ ^３
……（６）式
となる。

　したがって、結局のところ、溶融樹脂の粘度ηは、
η＝（ｒ ^４×Ｐ）／（３２×Ｌ×Ｄ ^２×Ｖ）
……（７）式
によって、求められることになる。つまり、射出速度が一定の条件であれば、射出圧力Ｐさえ実測すれば、一定に制御する射出速度の値やメカ寸法の値は既知であるので、実測射出圧力値に基づき樹脂粘度を算出することが可能となる。

　このような計算式を用いる、本実施形態の射出成形機における樹脂粘度の計測手法によれば、計測された樹脂粘度は、樹脂材料メーカの提示する値とほぼ同等の、精度のよい値が得られることが実験によって確認された。なお、本実施形態の射出成形機においては、射出速度が一定である条件を満たせば、その間の射出圧力値を測定することによって、樹脂粘度が算出可能である。しかし、金型内に溶融樹脂を射出・充填する際には、金型のキャビティ形状の如何などにより射出速度が変動することも考えられ、あるいは、超高速の射出を行う際には、射出速度が前記した粘度の算出条件を良好に満たす範囲から外れてしまうことも考えられる。そこで、樹脂粘度の測定を行う際には、通常は、加熱シリンダ先端の射出ノズル３が金型に非タッチの状態で、かつフィードバック制御による射出速度一定の条件において射出を行う、樹脂粘度の計測モードにおいて（射出速度一定のフリー射出の状態において）、樹脂粘度の測定・算出を行うようにしている。

　次に、溶融樹脂の粘度を算出し、算出された溶融樹脂の粘度を調整するときの動作の一例について図５に基づき説明する。図５は加熱シリンダ内に供給された樹脂を所定の温度まで昇温後に自動運転を開始する場合を示しており、ステップ２～１０は樹脂粘度計測モードの動作を表している。例えば、樹脂ロットの変更後等に、成形品を成形する自動運転を開始すると（ステップ１）、射出ノズル３から溶融樹脂を射出するショット数がショット数カウント手段１７によりカウントされ制御手段４に出力されてゆく。

　次に、ステップ２にて、予め設定されたショット数であるＮショット目に達しないときには自動運転が継続される一方で、Ｎショット目に達した際には、ステップ３に移行され、金型にタッチされていた射出ノズル３は進退駆動手段により後退され金型から離間される。なお、前記予め設定されたショット数としては、図３の右下側に表したように、例えば「１０００」ショットであり、図３の「１０００」の欄を手入力で設定変更することで、適宜なショット数へ変更することが可能である。

　次に、後退させることで金型にタッチさせないよう後退された射出ノズルから射出された溶融樹脂の粘度が樹脂粘度算出手段１４により前記計算式を用いて算出され（ステップ４）、算出された溶融樹脂の粘度の判定がなされ（ステップ５）、ここで、溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度の範囲に収まっているときは、射出ノズルが前進されて（ステップ６）、金型にタッチされた状態に戻ると共にＮは「０」にリセットされ（Ｎ＝０）、制御手段４が自動運転を再開する（ステップ１）。なお、ここでの、樹脂粘度の測定は、数回の平均値で判定してもよい。

　一方、ステップ５における算出された溶融樹脂の粘度の判定において、溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度の範囲に収まっていないときは、温度測定手段１９が射出ノズル３から射出される溶融樹脂の温度を測定して、その測定結果等を用いて、温度調節手段１５が加熱ヒータ１０の設定温度の変更（上昇等）を行うことで射出ノズル３から射出される溶融樹脂の粘度を所定の樹脂粘度の範囲に収まるように調整する（ステップ７）。そして、加熱ヒータ１０の設定温度が所定の温度に達するまではステップ７、８の動作が繰り返され、ステップ８にあるように、加熱ヒータ１０の設定温度が所定の温度に到達したことが制御手段４で確認されると、射出ノズル３から射出された溶融樹脂の粘度が樹脂粘度算出手段１４により再び算出される（ステップ４）。なお、ステップ７には、「加熱ヒータの設定温度をＹ℃変更させる」と表しているが、図２及び図３に示すように、本実施形態の加熱ヒータ１０は、加熱シリンダ１０の長手方向に沿ってヒータ１～５（Ｘｃｈ）を有しており、複数のヒータを有することで細やかな温度調整を可能としている。

　次に、ステップ４の後には、粘度の判定が行われ（ステップ５に相等）、溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度の範囲に収まっていないときは、加熱ヒータ１０の温度変更（ステップ７に相等）、加熱ヒータ１０の設定温度が所定の温度に到達したか否かの確認（ステップ８に相等）、粘度算出（ステップ４に相等）、粘度の判定（ステップ５に相等）が繰り返され、この工程がＺ回（所定数）行われ、Ｚ回に達しても溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度に収まらないときには、射出成形機は自動停止される。一方、Ｚ回以内に溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度に収まったときには、射出ノズルが前進されて、金型にタッチされた状態に戻ると共にＮは「０」にリセットされ（Ｎ＝０）、制御手段４が自動運転を再開する。

　以上のように本実施形態よれば、加熱シリンダ１内のスクリュー２を回転させながら後退させることにより溶融樹脂の計量工程を行った後、射出工程としてスクリュー２を前進させることで加熱シリンダ先端に装着した射出ノズル３から金型のキャビティへ溶融樹脂を射出する射出成形機であって、射出ノズル３から溶融樹脂を射出するショット数をカウントするショット数カウント手段１７と、計量工程を行うときにスクリュー２を回転させる回転駆動手段と、射出ノズル３を進退させる進退駆動手段とを備えており、進退駆動手段により射出ノズル３を前進させ金型にタッチさせて成形品を繰り返し成形している自動運転中に、ショット数カウント手段１７により射出ノズル３から溶融樹脂を射出するショット数をカウントさせ、カウントされたショット数が所定数値に達したときに、進退駆動手段が加熱シリンダ１と共に射出ノズル３を後退させることで金型に射出ノズル３をタッチさせないよう後退させた状態で射出ノズル３から射出された溶融樹脂の粘度を算出し、この溶融樹脂の粘度の算出後に前記進退駆動手段が射出ノズル３を金型にタッチさせ、成形品の成形を繰り返し行う自動運転を再開する。また、前記算出された溶融樹脂の粘度の判定がなされ、溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度の範囲に収まっていないときには、温度調節手段１５が、加熱シリンダ１に設けられた加熱ヒータ１０の設定温度の変更を行うことで射出ノズル３から射出される高温化することにより粘度が低くなる特性を有した溶融樹脂の粘度を所定の樹脂粘度の範囲に収まるように調整する。よって、成形品を繰り返し成形している自動運転を行っているときに、ショット数カウント手段１７により射出ノズル３から溶融樹脂を射出するショット数がカウントされ、カウントされたショット数が予め設定した所定数値に達すると、樹脂粘度計測モードとして、射出ノズル３から射出された溶融樹脂の粘度が自動的に算出され、算出された溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度の範囲に収まっていないときには、温度調節手段１５により加熱ヒータ１０の設定温度の変更がなされ、溶融樹脂の粘度が所定の樹脂粘度に収まるように調整され、さらにその直後には、成形品の成形を繰り返し行う自動運転が再び開始されるから、射出成形機により成形品を連続的に製造する自動運転途中に樹脂粘度計測モードが行われることで、溶融樹脂の粘度測定やそれに加え粘度調整を自動的に行うことが可能となり、オペレータによる樹脂の粘度調整作業を簡略化でき利便性の向上を図ることができる。

　以上、本実施形態の一例を詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。上記一例では、ショット数カウント手段１７により射出ノズル３から溶融樹脂を射出するショット数をカウントさせ、カウントされたショット数が所定数値に達したときに、射出ノズル３から射出された溶融樹脂の粘度を算出しているが、本射出成形機には、図１に示すように、射出成形機の稼動時間をカウントする計時手段１８を備えていることから、計時手段１８により射出成形機の自動運転中の稼動時間をカウントさせ、カウントされた運転時間が所定時間に達したときのタイミングで射出ノズル３から射出された溶融樹脂の粘度を算出するようにしてもよい。また、本実施形態では、ノズルを後退させて行う方法を記載したが、成形中の充填圧力からも粘度の判別を行うことも可能である。

　１　加熱シリンダ
　２　スクリュー
　３　射出ノズル
　４　制御手段
　５　入力装置
　６　表示装置
　７　センサ群
　８　ドライバ群
　１０　加熱ヒータ
　１１　成形条件設定記憶手段
　１２　成形プロセス制御手段
　１３　実測値記憶手段
　１４　樹脂粘度算出手段
　１５　温度調節手段
　１６　表示処理手段
　１７　ショット数カウント手段
　１８　計時手段
　１９　温度測定手段
　２０　射出圧力計測用センサ
　２１　モータドライバ
　２２　ヒータドライバ
　２３　流体アクチュエータドライバ