JP2006327094A

JP2006327094A - 保圧切替制御方法

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Publication number: JP2006327094A
Application number: JP2005155720A
Authority: JP
Inventors: Hideji Ito; 秀治伊藤; Hiroaki Saiga; 寛章雑賀; Tatsuyuki Arakami; 辰之荒神
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: JP4085103B2

Abstract

【課題】金型キャビティ、末端部や薄肉部、さらにはゲート部や厚肉部に対し、均一な圧力をかけることができる射出保圧切替制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の保圧切替制御方法は、射出成形を開始する前に予め、射出制限圧である１次圧設定値Ｐ１と、１次圧保持時間Ｔ２と、１次圧設定値Ｐ１よりも低い値である切換圧設定値Ｐ２を制御装置６９に入力しておき、射出開始後、射出シリンダ６４内の圧力値が１次圧設定値Ｐ１に達してから時間Ｔ２経過後に、制御装置６９が圧力値を０％出力とし、射出シリンダ６４内の圧力値を切換圧設定値Ｐ２まで降下させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、射出成形機における、金型キャビティ内への樹脂充填後における保圧工程での保圧切替制御方法に関する。

射出成形機における射出成形は、概ね、金型を閉じる型閉じ工程と、金型を締め付ける型締め工程と、金型のスプルにノズルを押しつけるノズルタッチ工程と、シリンダ内のスクリュを前進させて、スクリュ前方に溜まった溶融材料を金型キャビティ内に射出する射出工程と、その後、気泡、ヒケの発生を抑制するために保圧圧力をしばらくかける保圧工程と、金型キャビティ内に充填された溶融材料が冷却されて固まるまでの間の時間に次のサイクルのために、スクリュを回転させて、樹脂を溶融しながらシリンダの前方にため込む可塑化工程と、固化された成形品を金型から取り出すために、金型を開き、成形品を金型に設けられた突出しピンによって押し出す型開き・成形品突出し工程とからなる。

従来、射出成形機における射出および保圧工程の制御において、樹脂を設定速度で射出し、設定された条件、例えば金型キャビティ内へ十分に充填されるスクリュ位置や射出制限圧力などに達した後、圧力のクローズループで制御を行うものとしては、特許文献１〜３等で提案されているものがあった。

図４は、特許文献１に示されている保圧制御を実施する制御回路の要部系統図である。

金型１０には、キャビティ１０ａ内の圧力を検出するための圧力センサ１８が設けられており、射出シリンダ１６には、可変容量形油圧ポンプ２０から供給される制御油圧を検出するための圧力センサ２２が設けられている。さらに、射出スクリュ１４に対してそのスクリュ位置を検出して射出工程の充填工程から保圧工程へ切換えるための位置センサ２４が設けられている。制御装置２６には各センサ１８、２２、２４からの出力が入力され、制御装置２６はこれらの入力値に基づき、射出シリンダ１６に対して所要の制御油圧を供給するための可変容量形油圧ポンプ２０を制御する。制御装置２６は、保圧制御を行う手段として、保圧設定部２８を有する多段油圧制御部３０と、キャビティ内圧力一定制御部３２との、２つの制御系を備え、これらの制御系をタイマ切換器３４により選択的に切換えてＤ／Ａ変換出力部３６より所要の制御信号を出力し、これにより可変容量形油圧ポンプ２０の制御を行うように構成されている。

また、特許文献２には、シリンダ２と、このシリンダ２内に回転方向と射出方向とに駆動されるように設けられているスクリュ７とを備えた射出成形機の、射出の初期には、スクリュの射出方向の速度１５を主フィードバック量とする射出速度のフィードバック制御により制御し、検出樹脂圧力が設定樹脂圧力に達すると、金型２２、２３内で直接的に計測される検出樹脂圧力２６を主フィードバック量とする金型内樹脂圧力のフィードバック制御により制御し、スクリュの位置が保圧切換位置に達すると、スクリュ７を射出方向に駆動する検出射出圧力６１を主フィードバック量とする射出圧力のフィードバック制御により制御する制御方法が開示されている。すなわち、特許文献２に開示されている制御方法は、樹脂を設定速度で射出し、設定された条件、例えば、キャビティ１０ａ内へ十分に充填されたスクリュ位置や射出制限圧力などに達した後、圧力のクローズドループで制御するものである。

また、特許文献３においては、射出成形機の保圧切替制御方法において、保圧工程を複数段に分割して、各段の保圧圧力を個別に設定できるようにすると共に、各段における加減圧力応答の変化率を個別に設定可能としたことを特徴とする保圧切替制御方法が開示されている。
特開平１０−２６４２２３号公報特開平１１−０７７７７０号公報特開２００１−２９３７６２号公報

通常、金型キャビティの末端部はゲート側と比較して樹脂圧力の伝達が遅いため、キャビティ内に入ってきている樹脂先端は冷却固着化が進み、成形品の末端部において寸法が小さくなる。ゲート部に適切な圧力設定とすると末端部では樹脂の圧力不足や未充填で起こり、一方末端部での適切な圧力設定とするとゲート部の樹脂過充填が起こる。また、ゲート部と末端部において適切な樹脂の充填が可能であった場合でも、成形品に薄肉部と肉厚部が混在する金型の場合、各部位での樹脂冷却時間は異なり、ヒケ等が発生する。また、速度制御から圧力制御に切り替わり圧力設定圧で制御する場合、設定圧に到達するまでに時間がかかり（数１００ｍｓｅｃオーダー）、金型キャビティ内に樹脂が入りすぎて、キャビティ内の薄肉部でのソリや過充填の成形品、最悪の場合はバリとなる。

この問題を解決する手段として、特許文献１に開示された発明が適用可能となるが、そのための特別な金型とセンサ及び圧力切替制御装置が必要であり、コストがかかる。成形品において薄肉部と厚肉部の混在したものにおいてはある充填圧力まで樹脂を充填することにより薄肉部まで樹脂を充填させ、薄肉部の適切な充填量以上の樹脂を充填させない為に急激な減圧工程を行い、その後厚肉部のヒケを防ぐために圧力をかける動作が必要である。

また、特許文献３の制御の場合、保圧工程の圧力変動の変化率を変えることができても、設定条件を設定するのに複雑になり、成形者は試行錯誤を強いられる。

そこで本発明は、金型キャビティ、末端部や薄肉部、さらにはゲート部や厚肉部に対し、均一な圧力をかけることができる保圧切替制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の保圧切替制御方法は、射出シリンダ内のピストンを前進させることでシリンダ内のスクリュを前進させて金型の金型キャビティ内に溶融材料を射出して成形品を成形する際の圧力制御を行う制御装置による射出成形機の保圧切替制御方法において、射出成形を開始する前に予め、射出制限圧である１次圧設定値と、１次圧保持時間Ｔ２と、１次圧設定値よりも低い値である切換圧設定値を制御装置に入力しておき、射出開始後、射出シリンダ内の圧力値が１次圧設定値に達してから前記時間Ｔ２経過後に、制御装置は、圧力値を０％出力とし、射出シリンダ内の圧力値を切換圧設定値まで降下させることを特徴とする。

上記の通り、本発明の保圧切替制御方法は、金型キャビティ内に溶融材料を充填した後、１次圧設定値から急激に圧力を抜くことによって溶融材料の過充填を防ぐ。また、急激に圧力を抜いたままとすると成形品が冷却するとヒケ等が生じるので、減圧中の圧力を監視し、切換圧設定値まで降下すると圧力制御にて補うよう制御するものである。このような制御を行うことで、金型キャビティ内の溶融材料は、薄肉部と肉厚部との肉厚が均一になり、末端部や薄肉部における寸法差、さらにはゲート部や肉厚部の寸法差を最小限とすることができる。また、成形品のソリなどが改善できる。

本発明の保圧切替制御方法は、制御装置による圧力値を０％出力とすることによって、射出シリンダ内の圧力値が切換圧設定値に達するまで、射出シリンダへの油圧供給を制御するサーボ弁を制御するものであってもよい。

また、本発明の保圧切替制御方法における制御装置は、射出シリンダ内の圧力値が切換圧設定値に達した後、段階的に射出シリンダ内の圧力値を低下させる制御を行うものであってもよい。

本発明によれば、金型キャビティと末端部や薄肉部とゲート部や厚肉部に対し、均一な圧力をかけることができるため、寸法差のない成形品が得られることができる。また、ソリやバリ、不均一な圧力によって起きる成形品表面上に現れる“テカリ”等を改善することができる。

図１に、本発明の射出成形機の保圧制御を行うシステム構成の概略図を示す。

［射出成形機］
本実施形態の射出成形機は、シリンダ６２と、シリンダ６２内に回転および前後進可能に挿入されたスクリュ６３と、スクリュ６３を前後進させるピストン７３を備えた射出シリンダ６４と、射出シリンダ６４を制御することで射出制御および保圧制御を行う制御装置６９とを有する。

スクリュ６３の位置は位置センサ６８によって検出される。射出シリンダ６４には不図示の油圧ポンプおよびアキュムレータから供給される制御油圧を検出するための圧力センサ６５、６６が設けられている。圧力センサ６５は油圧引き側の油圧を検出し、圧力センサ６６は油圧押し側の油圧を検出する。これら各センサ６５、６６、６８によって検出された検出値は、制御装置６９へと入力される。

制御装置６９は、保圧工程における保圧を設定するための保圧設定部７０と、成形における各種時間設定を行うタイマ７１と、保圧設定部７０およびタイマ７１からの制御信号、および各センサ６５、６６、６８の検出値に基づきサーボ弁６７の開閉を制御する油圧制御部７２とを有する。また、制御装置６９は、射出工程における速度制御、保圧工程における圧力制御を行う。

制御装置６９には、予め種々の設定値が入力されている。制御装置６９の保圧設定部７０には、射出制限圧である１次圧設定値Ｐ１、所定の時間だけ１次圧設定値Ｐ１を保持した後に圧力低下させる際の監視値となる切換圧設定値Ｐ２、段階的に圧力を低下させていく際の圧力値としての圧力制御１段目設定値Ｐ３、圧力制御２段目設定値Ｐ４、圧力制御３段目設定値Ｐ５および圧力制御４段目設定値Ｐ６が、圧力値として予め入力されている。なお、圧力値は射出制限圧である１次圧設定値Ｐ１が最も高く、次いで切換圧設定値Ｐ２が高い圧力となる。１次圧設定値Ｐ１は成形品形状の８０〜９５％ができる時の圧力として設定している。なお、この切換圧設定値Ｐ２は圧力制御１段目設定値Ｐ３と同じ圧力値としてもよい。Ｐ３〜Ｐ６は段階的に保圧を制御していくための値である。

なお、本実施形態における保圧工程では、１次圧設定値Ｐ１以降における保圧は、保圧維持時間Ｔ７内にて射出シリンダ６４内の圧力を４段階に分けて低下させる制御を行う例を示したが、これに限定されるものではなく、より多段階に保圧圧力制御を行うものであってもよいし、あるいは３段階以下としてもよい。

また、制御装置６９のタイマ７１には、１次圧保持時間Ｔ２、Ｐ３〜Ｐ６の各設定値の圧力を保持する時間としての制御時間Ｔ３〜Ｔ６、射出シリンダ６４内の圧力が切換圧設定値Ｐ２に達してから保圧工程を終了するまでの時間である保圧維持時間Ｔ７が制御時間として予め入力されている。なお、１次圧保持時間Ｔ２としては、１次圧設定値Ｐ１を保持する時間である。

［射出成形工程および保圧工程］
図２および図３を用いて本実施形態の射出成形機による射出成形工程について説明する。なお、図２は、射出成形における射出シリンダ６４内の圧力とシリンダ６２の移動速度の時間的変化を示すグラフである。また、図３は、射出成形工程および保圧工程を説明するためのフローチャートである。

金型キャビティ６１への樹脂の射出は射出開始時間Ｔ１から開始する（ステップＳ１）。樹脂の射出の際におけるスクリュ６３の前進移動は速度制御によって制御がなされる（ステップＳ２）。

制御装置６９は、圧力センサ６５、６６が検出した射出シリンダ６４の圧力である圧力帰還信号ＰＷ１が１次圧設定値Ｐ１に達したかどうかを判断する（ステップＳ３）。圧力帰還信号ＰＷ１が１次圧設定値Ｐ１に達していなければスクリュ６３を継続して速度制御により制御し、圧力帰還信号ＰＷ１が１次圧設定値Ｐ１に達した場合には、スクリュ６３の制御を圧力制御に切替えて１次圧保持時間Ｔ２の間、１次圧設定値Ｐ１にて圧力を保持する（ステップＳ４）。

１次圧保持時間Ｔ２経過後、制御装置６９の油圧制御部７２は圧力指令値として０％出力をし（ステップＳ５）サーボ弁６７を制御する。これにより、圧力帰還信号ＰＷ１が急速に低下する。すなわち、金型キャビティ６１内の圧力は急速に低下する。

制御装置６９は、射出シリンダ６４内の圧力が１次圧設定値Ｐ１から低下して切換圧設定値Ｐ２まで達したかどうかを判断する（ステップＳ６）。制御装置６９は、圧力値が切換圧設定値Ｐ２に達していないなら０％出力を継続し、切換圧設定値Ｐ２に達したなら０％出力を停止し、圧力制御１段目設定値Ｐ３を保持するよう出力する。なお、０％出力により圧力が０ＭＰａに向かうように圧力制御を行うが、この移行時間は数１０ｍｓｅｃオーダーである。制御装置６９は、制御時間Ｔ３の間、圧力制御１段目設定値Ｐ３を保持する制御を行った後（ステップＳ７）、制御時間が保圧維持時間Ｔ７を満了したかどうかを判断する（ステップＳ８）。制御装置６９は、制御時間が保圧維持時間Ｔ７を満了していないと判断した場合、保圧値を圧力制御１段目設定値Ｐ３から圧力制御２段目設定値Ｐ４まで圧力制御する。そして、制御時間Ｔ４の間、圧力制御２段目設定値Ｐ４を保持する制御を行った後（ステップＳ９）、制御時間が保圧維持時間Ｔ７を満了したかどうかを判断する（ステップＳ１０）。制御装置６９は、同様に、制御時間が保圧維持時間Ｔ７を満了していないと判断した場合、保圧値を圧力制御２段目設定値Ｐ４から圧力制御３段目設定値Ｐ５で圧力制御する（ステップＳ１１）。以上の工程を順次繰り返し、保圧維持時間Ｔ７を満了したなら、保圧工程を終了する（ステップＳ１２）。

以上、本実施形態によれば、速度制御によって射出後、射出シリンダ６４内の圧力を１次圧設定値Ｐ１で保持し、１次圧保持時間Ｔ２経過後、急激に圧力を抜くことによって樹脂の過充填を防ぐことができる。また、このままだと成形品が冷却するとヒケ等が生じるので、減圧中の圧力を監視し、切換圧設定値Ｐ２まで圧力が降下すると、これ以上圧力が降下しないように制御し、圧力制御１段目設定値Ｐ３以降の圧力制御に切り替える。これにより、金型キャビティ６１内の樹脂圧は末端部や薄肉部とゲート部、または樹脂の再充填に必要な成形品の肉厚部が均一になり、末端部や薄肉部とゲート部や肉厚部の寸法差が最小限とすることができるととともに成形品のソリやバリ、不均一な圧力によって起きる成形品表面上に現れる“テカリ”等を改善することができる。

本発明の射出成形機の保圧制御を行うシステム構成の概略図である。本発明の制御方法における金型キャビティ内の圧力の時間変化を示すグラフである。本発明の制御方法による射出成形工程および保圧工程を説明するためのフローチャートである。従来の射出成形機の保圧制御を行うシステム構成の一例の概略図である。

符号の説明

６０金型
６１金型キャビティ
６２加熱バレル
６３射出スクリュ
６４射出シリンダ
６５圧力センサ（油圧引き側）
６６圧力センサ（油圧押し側）
６７サーボ弁
６８位置センサ
６９制御装置
７０保圧設定部
７１タイマ設定部
７２油圧制御部
７３ピストン
ＶＷ１速度帰還信号
ＰＷ１圧力帰還信号
Ｐ１１次圧設定値
Ｐ２切換圧設定値
Ｐ３圧力制御１段目設定値
Ｐ４圧力制御２段目設定値
Ｐ５圧力制御３段目設定値
Ｐ６圧力制御４段目設定値
Ｔ１射出開始時間
Ｔ２１次圧保持時間
Ｔ３圧力制御１段目制御時間
Ｔ４圧力制御２段目制御時間
Ｔ５圧力制御３段目制御時間
Ｔ６圧力制御１段目制御時間
Ｔ７保圧維持時間

Claims

射出シリンダ（６４）内のピストン（７３）を前進させることでシリンダ（６２）内のスクリュ（６３）を前進させて金型（６０）の金型キャビティ（６１）内に溶融材料を射出して成形品を成形する際の圧力制御を行う制御装置（６９）による射出成形機の保圧切替制御方法において、
射出成形を開始する前に予め、射出制限圧である１次圧設定値（Ｐ１）と、一次圧保持時間（Ｔ２）と、前記１次圧設定値（Ｐ１）よりも低い値である切換圧設定値（Ｐ２）を前記制御装置（６９）に入力しておき、
射出開始後、射出シリンダ（６４）内の圧力値が前記１次圧設定値（Ｐ１）に達してから前記時間（Ｔ２）経過後に、制御装置（６９）は、圧力値を０％出力とし、前記射出シリンダ（６４）内の圧力値を前記切換圧設定値（Ｐ２）まで降下させることを特徴とする保圧切替制御方法。
前記制御装置（６９）による圧力値を０％出力とすることによって、前記射出シリンダ（６４）内の圧力値が前記切換圧設定値（Ｐ２）に達するまで、前記射出シリンダ（６４）への油圧供給を制御するサーボ弁（６７）を制御する、請求項１に記載の保圧切替制御方法。
前記制御装置（６９）は、前記射出シリンダ（６４）内の圧力値が前記切換圧設定値（Ｐ２）に達した後、段階的に前記射出シリンダ（６４）内の圧力値を低下させる制御を行う、請求項１または２に記載の保圧切替制御方法。