JP2013199101A - 射出成形機 - Google Patents

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Abstract

【課題】成形安定性に優れた射出成形機を提供すること。
【解決手段】射出成形機10は、シリンダ41内で軸方向に移動自在に配設され、シリンダ41内の溶融樹脂を射出し金型30内に充填する射出部材52と、射出部材52を移動させる駆動部43と、駆動部43を制御する制御部80と、射出部材52にかかる樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出器57とを備える。制御部80は、射出工程開始後、保圧工程開始前に、射出部材52を停止させ、射出部材52が停止している間に樹脂圧力検出器57で検出される検出値の時間積分値を算出し、算出した時間積分値に基づいて、射出部材52による充填量を調整することを特徴とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、射出成形機に関する。
射出成形機は、溶融した樹脂を金型装置内に射出する射出装置を備える。金型装置は固定金型及び可動金型で構成され、型締め時に固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。射出装置は、シリンダ内で溶融した樹脂を、シリンダの先端に設けられるノズルから射出し、金型装置内のキャビティ空間に充填する。キャビティ空間で冷却固化された樹脂は、型開き後に成形品として取り出される(例えば特許文献1参照)。
国際公開第2005/068155号
シリンダ内で計量される溶融樹脂の密度が変動することがある。そのため、成形が不安定になり、成形品の品質が悪くなることがあった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形安定性に優れた射出成形機の提供を目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様による射出成形機は、
シリンダ内で軸方向に移動自在に配設され、該シリンダ内の溶融樹脂を射出し金型内に充填する射出部材と、
該射出部材を移動させる駆動部と、
該駆動部を制御する制御部と、
前記射出部材にかかる樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出器とを備え、
前記制御部は、
射出工程開始後、保圧工程開始前に、前記射出部材を停止させ、
前記射出部材が停止している間に前記樹脂圧力検出器で検出される検出値の時間積分値を算出し、
算出した前記時間積分値に基づいて、前記射出部材による充填量を調整する。
本発明によれば、成形安定性に優れた射出成形機が提供される。
本発明の一実施形態による射出成形機の型締装置を示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の射出装置を示す図である。 一実施形態による射出成形機の状態を示す各種パラメータの時間変化を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。
(型締装置)
図1は、本発明の一実施形態による射出成形機の型締装置を示す図である。図1は、型締めの状態を示している。型締装置の説明では、型閉じを行う際の可動プラテンの移動方向を前方とし、型開きを行う際の可動プラテンの移動方向を後方として説明する。
射出成形機10は、フレーム11と、フレーム11に固定された固定プラテン12と、固定プラテン12との間に所定の距離をおいてフレーム11に対して移動自在に配設されたトグルサポート15とを備える。固定プラテン12とトグルサポート15との間には、複数(例えば、四本)のタイバー16が架設されている。
射出成形機10は、固定プラテン12に対向して配設され、タイバー16に沿って進退(図における左右方向に移動)可能に配設される可動プラテン13をさらに備える。可動プラテン13における固定プラテン12との対向面に可動金型33が、固定プラテン12における可動プラテン13との対向面に固定金型32が取り付けられる。固定金型32と可動金型33とで金型装置30が構成される。
射出成形機10は、可動プラテン13とトグルサポート15との間に配設されるトグル機構20と、トグル機構20を作動させる型締め用モータ26と、型締め用モータ26によって発生した回転運動を直線運動に変換してトグル機構20に伝達する伝達機構としてのボールねじ機構27とをさらに備える。固定プラテン12、可動プラテン13、トグルサポート15、トグル機構20、型締用モータ26等によって型締装置が構成される。
トグル機構20は、型開閉方向と平行な方向に進退自在なクロスヘッド24、クロスヘッド24に揺動自在に取り付けられた第2トグルレバー23、トグルサポート15に揺動自在に取り付けられた第1トグルレバー21、及び、可動プラテン13に揺動自在に取り付けられたトグルアーム22を有する。第1トグルレバー21と第2トグルレバー23との間、及び、第1トグルレバー21とトグルアーム22との間は、それぞれ、リンク結合される。尚、トグル機構20は、いわゆる、内巻5節点ダブルトグル機構であり、上下が対称の構成を有する。
ボールねじ機構27は、例えばクロスヘッド24に固定されるボールねじナット27aと、ボールねじナット27aに螺合されるボールねじ軸27bとで構成される。ボールネジ軸27bは、トグルサポート15に対して回転自在に支持されている。型締め用モータ26の出力軸が回転すると、ボールねじ軸27bが回転し、ボールねじナット27aが進退するので、クロスヘッド24が進退する。
型締め用モータ26を正方向に駆動し、被駆動部材としてのクロスヘッド24を前進させることによって、トグル機構20を作動させると、可動プラテン13が前進させられ、型閉じが行われる。
型締め用モータ26をさらに正方向に駆動すると、トグル機構20は、型締め用モータ26による推進力にトグル倍率を乗じた型締力を発生させる。型締力に応じて伸びるタイバー16に型締力センサ17が取り付けられている。型締力センサ17は、タイバー16の歪み(伸び)を検出することにより、型締力を所定時間毎に検出する。検出された型締力は制御部80に順次入力される。型締め状態の固定金型32と可動金型33との間にキャビティ空間Cが形成される。キャビティ空間Cに溶融樹脂が充填され、固化されて成形品となる。
続いて、型締め用モータ26を逆方向に駆動し、クロスヘッド24を後退させ、トグル機構20を作動させると、可動プラテン13が後退させられ、型開きが行われる。その後、電動エジェクタ装置を作動させることによって、成形品が可動金型33から突き出される。
尚、本実施形態の型締装置は、トグル機構20を使用して型締力を発生させるが、トグル機構20を使用することなく、型締用モータ26によって発生した推進力を直接型締力として可動プラテン13に伝達してもよい。また、型締用シリンダによって発生した推進力を直接型締力として可動プラテン13に伝達してもよい。また、リニアモータによって型開閉を行い、電磁石によって型締めを行ってもよく、型締装置の方式に制限はない。
(射出装置)
図2は、本発明の一実施形態による射出成形機の射出装置を示す図である。射出装置の説明では、型締装置の説明と異なり、樹脂の射出方向を前方とし、樹脂の射出方向とは反対方向を後方として説明する。
射出成形機10は、加熱シリンダ42内で溶融した樹脂をノズル41から射出し、金型装置30内のキャビティ空間Cに充填する射出装置40をさらに備える。射出装置40は、射出用モータ(駆動部)43を備える。射出用モータ43の回転はボールねじ軸44に伝えられる。ボールねじ軸44の回転により前後進するボールねじナット45はプレッシャプレート46に固定されている。プレッシャプレート46は、ベースフレーム(図示せず)に固定されたガイドバー47、48に沿って移動可能である。プレッシャプレート46の前後進運動は、ベアリング49、樹脂圧力検出器(例えばロードセル)50、射出軸51を介してスクリュ(射出部材)52に伝えられる。スクリュ52は、加熱シリンダ42内に回転自在に、且つ軸方向に移動自在に配置されている。加熱シリンダ42の後部には、樹脂供給用のホッパ53が設けられている。射出軸51には、ベルトやプーリ等の連結部材54を介して計量用モータ55の回転運動が伝達される。即ち、計量用モータ55により射出軸51が回転駆動されることにより、スクリュ52が回転する。
計量工程においては、計量用モータ55を駆動し、スクリュ52を回転させ、スクリュ52の後端部に供給された樹脂ペレットをスクリュ52の前方に送る。この過程で、樹脂ペレットが軟化、溶融する。スクリュ52の前方に溶融樹脂が貯えられるので、スクリュ52が後退する。射出工程(充填工程とも呼ばれる)においては、射出用モータ43を駆動し、スクリュ52を前進させ、溶融樹脂を押してノズル41から射出する。溶融樹脂は、図1に示すスプルーS、ランナーR、ゲートG等を介して、キャビティ空間Cに押し込まれる。スクリュ52が溶融樹脂を押す力は、樹脂圧力検出器50により反力として検出される。つまり、スクリュ52にかかる樹脂圧力(樹脂の射出圧)が検出される。検出された樹脂圧力は、制御部80に入力される。また、キャビティ空間C内で樹脂が冷却によって熱収縮するので、熱収縮分の樹脂を補充するため、保圧工程では、スクリュ52にかかる樹脂圧力(樹脂の射出圧)が所定の圧力に保たれる。
プレッシャプレート46には、スクリュ52の位置を検出する位置検出器57が取り付けられている。位置検出器57の検出信号は制御部80に入力される。位置検出器57の検出信号は、スクリュ52の移動速度を検出するためにも使用されてもよい。
射出用モータ43、及び計量用モータ55は、それぞれ、サーボモータであってよく、回転数を検出するためのエンコーダ43a、55aが備えられている。エンコーダ43a、55aで検出された回転数はそれぞれ制御部80に入力される。制御部80は、エンコーダ43a、55aの検出結果に基づいて射出用モータ43、及び計量用モータ55をフィードバック制御する。
制御部80は、マイクロコンピュータ等で構成されており、例えば、CPU、制御プログラム等を格納するROM、演算結果等を格納する読書き可能なRAM、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイス等を有する。
(射出成形機の状態を示す各種パラメータの時間変化)
図3は、一実施形態による射出成形機の状態を示す各種パラメータの実績値の時間変化を示す図である。図3において、横軸は時間を示し、縦軸はスクリュの位置、スクリュの前進速度(樹脂の射出速度)、スクリュの圧力(樹脂の射出圧)を示す。図3において、説明の便宜上、スクリュ停止時間(t3−t1)が実際よりも長く図示されている。
射出成形機10は、金型装置30を閉じる型閉じ工程、金型装置30を締める型締め工程、樹脂の射出速度を制御する射出工程、樹脂の射出圧を制御する保圧工程、保圧工程後に金型装置30内で樹脂を固化させる冷却工程、次の成形品のための樹脂を計量する計量工程、金型装置30を開く型開き工程、及び型開き後の金型装置30から成形品を突き出す突き出し工程を行う。射出成形機は、これらの工程を繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造する。図3は、射出工程、保圧工程、冷却工程、及び計量工程における各種パラメータの時間変化を示している。
射出工程は、型締め工程後に行われる。射出工程では、射出用モータ43を駆動し、スクリュ52を前進させる。スクリュ52が溶融樹脂を押してノズル41から射出する。溶融樹脂は、金型装置30内に形成されるスプルーS、ランナーR、ゲートG等を介して、キャビティ空間Cに流れ込む。
射出工程では、スクリュ52の前進速度が設定値になるように、射出用モータ43に電流が供給される。スクリュ速度の設定値は、スクリュ位置の前進に伴って段階的に変更される。位置検出器57の検出値が設定値に達すると、スクリュ速度の設定値が変更される。
尚、スクリュ速度の設定値の変更には、位置検出器57の代わりに、射出工程開始(時刻t0)からの時間を計測するタイマが用いられてもよい。スクリュ位置と時間とは対応関係にあるので、どちらを基にスクリュ速度の設定値を変更しても同じことである。
スクリュ速度の設定値は、保圧工程開始前の時刻t1で略0(ゼロ)となる。スクリュ52が急速に減速され、時刻t2でスクリュ52が停止する。スクリュ52が停止すると、スクリュ位置がほとんど変化しなくなるので、制御部80は位置検出器57の検出値を監視する代わりに、スクリュ停止の設定開始時刻t1からの経過時間をタイマで計測する。
ここで、「スクリュが停止する」とは、スクリュ52が完全に停止していることは勿論、スクリュ52が微速前進すること、スクリュ52が微速後退することを含む。スクリュ52が微速後退するときは、微速後退の前にスクリュ52が一旦停止する。
時刻t2でスクリュ52が停止した時、樹脂の流動先端はキャビティ空間Cの末端まで届いていない。スクリュ52が停止している間、樹脂の流動先端が、射出中に樹脂に加えられた圧縮力で進む。スクリュ52が停止しているので、流動抵抗によって樹脂は徐々に減速する。
射出工程から保圧工程への切換は、V/P切換と呼ばれる。V/P切換は、スクリュ停止の設定開始時刻t1からの時間が設定値に達した時刻t3で行われる。
キャビティ空間C内で樹脂が冷却されると、樹脂が熱収縮する。熱収縮分の樹脂を補充するため、保圧工程では、スクリュ52にかかる樹脂圧力(樹脂の射出圧)を所定の圧力に保つ。樹脂圧力検出器50の検出値が設定値になるように、射出用モータ43に電流が供給される。保圧工程における樹脂の射出圧の設定値は、時間の経過に伴って段階的に変化してよい。保圧工程では、スクリュ位置の変化が小さいので、V/P切換からの時間を制御部80のタイマで計測している。
V/P切換からの時間が設定時間に達した時刻t4で、樹脂の射出圧の設定値が略0(ゼロ)に戻され、保圧工程が完了する。保圧工程完了時には、キャビティ空間Cの入口であるゲートGが固化した樹脂で塞がれている。この状態はゲートシールと呼ばれ、樹脂の射出圧がキャビティ空間Cに伝わらなくなると共に、キャビティ空間Cからの樹脂の逆流が防止されている。
保圧工程完了後、キャビティ空間C内の樹脂を固化する冷却工程が行われる。冷却工程では、キャビティ空間Cへの樹脂の供給が絶たれた状態で、キャビティ空間C内で樹脂が冷却によって熱収縮する。尚、樹脂の冷却は射出工程や保圧工程でも進行し、保圧工程完了時に樹脂表面は固化している。
計量工程は、保圧工程完了後に行われる。計量工程は、成形サイクルを短縮するため、冷却工程の間に行われてよい。計量工程では、計量用モータ55を駆動して、スクリュ52を回転させ、スクリュ52の後端部に供給された樹脂ペレットをスクリュ52の前方に送る。この過程で、樹脂ペレットが軟化、溶融する。スクリュ52の前方に溶融した樹脂が貯えられるので、スクリュ52が後退する。スクリュ52が所定距離後退し、スクリュ52の前方に所定量の樹脂が蓄積されると、スクリュ52の回転は停止される。
ところで、スクリュ位置精度などで、加熱シリンダ42内で計量される溶融樹脂の密度がばらつくことがある。また、樹脂材料の変更などで、加熱シリンダ42内で計量される溶融樹脂の密度が高い密度又は低い密度にシフトすることがある。樹脂材料の変更は、例えば樹脂ペレットのロットの変更、樹脂ペレットと再生材との混合比の変更などによる樹脂材料の粒度分布の変更を含む。
計量工程においてスクリュ52の前方に蓄積される溶融樹脂の密度が高くなると、射出工程においてスクリュ52の前進速度が同じ場合、スクリュ52にかかる樹脂圧力が高くなる。従って、射出工程における樹脂圧力検出器50の検出値は、計量工程においてスクリュ52の前方に蓄積される溶融樹脂の密度と相関がある。
そこで、制御部80は、スクリュ停止の間に樹脂圧力検出器50で検出される検出値の時間積分値を算出する。スクリュ52の速度ムラに起因する樹脂圧力ばらつきを排除して、加熱シリンダ42内で計量された溶融樹脂の密度を精度良く調べることができる。
時間積分は、例えば図3に斜線で示すように、スクリュ停止の開始時刻t2から、V/P切換の時刻t3まで行われる。尚、時間積分の開始時刻及び終了時刻は、スクリュ52が実際に停止している時刻t2から時刻t3までの間であれば、いつでもよく、ユーザによって設定されてよい。スクリュ停止は、位置検出器57又は射出用モータ43のエンコーダ43aで検出可能である。
制御部80は、算出した時間積分値に基づいて、射出用モータ43の制御に関する設定値を調整する。計量工程においてスクリュ52の前方に蓄積される溶融樹脂の密度に応じて、溶融樹脂の充填量(射出量)を調整することができ、射出・保圧工程で金型装置30内に充填される溶融樹脂の重量を一定に保つことができる。
制御部80が調整する設定値は、例えば(1)射出工程開始からスクリュ停止の設定開始までの時間(t1−t0)、又はスクリュ停止の設定開始時のスクリュ位置を含む。スクリュ停止の設定開始時刻t1が早くなると、時刻t1までのスクリュ移動距離が短くなり、溶融樹脂の充填量が小さくなる。一方、スクリュ停止の設定開始時刻t1が遅くなると、時刻t1までのスクリュ移動距離が長くなり、溶融樹脂の充填量が大きくなる。
制御部80が調整する設定値は、(2)射出工程開始から保圧工程開始までの時間(t3−t0)であってもよい。射出工程におけるスクリュ停止の設定時間(t3−t1)が一定の場合、上記(1)の設定値(t1−t0)の調整によって、上記(2)の設定値(t3−t0)が自動的に変わる。
また、制御部80が調整する設定値は、(3)保圧工程の開始から終了までの保圧時間(t4−t3)を含む。保圧時間が短くなると、スクリュ移動距離が短くなり、溶融樹脂の充填量が小さくなる。一方、保圧時間が長くなると、スクリュ移動距離が長くなり、溶融樹脂の充填量が大きくなる。
さらに、制御部80が調整する設定値は、(4)保圧工程においてスクリュ52にかかる樹脂圧力(樹脂の射出圧)を含む。保圧工程は樹脂の冷却による熱収縮を補充するための工程であるので、保圧が低くなると、溶融樹脂の充填量が小さくなる。一方、保圧が高くなると、溶融樹脂の充填量が大きくなる。樹脂の射出圧の設定値が時間の経過に伴って段階的に変化する場合、少なくとも1つの設定値が調整されればよい。
制御部80が調整する設定値は、上記(1)〜(4)の設定値の少なくとも1つを含んでいればよく、その組合せは自由である。
上記(1)及び(2)の設定値の調整は、樹脂材料の変更などで、加熱シリンダ42内で計量される溶融樹脂の密度が高い密度又は低い密度にシフトする場合に有効である。
一方、上記(3)及び(4)の設定値の調整は、樹脂材料の変更などで、加熱シリンダ42内で計量される溶融樹脂の密度が高い密度又は低い密度にシフトする場合の他、スクリュ位置精度などで、加熱シリンダ42内で計量される溶融樹脂の密度がばらつく場合にも有効である。
制御部80は、算出した時間積分値が予め設定した範囲の上限値を超える場合、上記(1)〜(4)の設定値を予め設定された基準値よりも小さくする。また、制御部80は、算出した時間積分値が上記範囲の下限値よりも小さい場合、上記(1)〜(4)の設定値を予め設定された基準値よりも大きくする。各設定値の変更量は、予め定められており、一定量であってもよいし、時間積分値の上記範囲からの逸脱量に比例する量であってもよい。基準値は例えばユーザによって設定される。
一方、制御部80は、算出した時間積分値が上記範囲内の場合、上記(1)〜(4)の設定値を変更せず、予め設定された基準値のままとする。上限値と下限値との間に幅をもたせることで、過度な設定変更を防止することができる。
制御部80による設定値の調整は、成形の度に行われてもよいし、ユーザの要求に応じて行われてもよい。ユーザの要求は、キーボード等の入力部94(図2参照)で入力され、制御部80に送信される。ユーザの要求は、例えば樹脂ペレットのロットが変わる場合や樹脂ペレットと再生材との混合比が変わる場合等、樹脂材料の粒度分布や平均粒径が変わる場合に行われてよい。
制御部80が算出した時間積分値は、RAM等の記録媒体に記録され、必要に応じて読み出される。時間積分値は、成形品のID情報と対応付けて記録媒体に記録されている。
射出成形機10は、制御部80によって算出された時間積分値を表示する表示部92(図2参照)をさらに備えてよい。加熱シリンダ42内で計量される溶融樹脂の密度の安定性をユーザが確認できる。
表示部92は、例えば液晶ディスプレイ等で構成され、制御部80による制御下で、ユーザの要求に応じて時間積分値を画像表示する。ユーザの要求は、制御部80に接続されるキーボード等の入力部94(図2参照)で入力される。表示部92は、成形品のID情報と、時間積分値とを対応付けて出力する。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、置換が可能である。
例えば、上記実施形態の射出装置40は、樹脂の計量及び樹脂の射出を行うスクリュ52が加熱シリンダ42内に配設されるスクリュインライン方式であるが、その方式に制限はない。例えば、射出装置は、プランジャプリプラ方式、又はスクリュプリプラ方式であってもよい。従って、シリンダ内で軸方向に移動自在に配設され、シリンダ内の溶融樹脂を射出する射出部材として、プランジャが用いられてもよい。
また、制御装置80が調整する設定値は、上記(1)〜(4)の設定値に限らない。上記(1)〜(4)以外の設定値の場合、時間積分値の大小と、設定値の変更の大小とは逆であってもよい。つまり、時間積分値が予め設定した所定範囲の上限値を超えるとき、射出用モータ43の制御に関する設定値が大きくされてもよい。また、時間積分値が予め設定した所定範囲の下限値よりも小さいとき、射出用モータ43の制御に関する設定値が小さくされてもよい。
また、上記実施形態では、射出部材としてのスクリュ52を軸方向に移動させる駆動部として、回転モータが用いられるが、リニアモータ又は流体圧シリンダが用いられてもよく、駆動部の構成は特に限定されない。
10 射出成形機
12 固定プラテン
13 可動プラテン
30 金型装置
32 固定金型
33 可動金型
42 加熱シリンダ(シリンダ)
43 射出用モータ(駆動部)
52 スクリュ(射出部材)
57 樹脂圧力検出器
80 制御部

Claims (7)

  1. シリンダ内で軸方向に移動自在に配設され、該シリンダ内の溶融樹脂を射出し金型内に充填する射出部材と、
    該射出部材を移動させる駆動部と、
    該駆動部を制御する制御部と、
    前記射出部材にかかる樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出器とを備え、
    前記制御部は、
    射出工程開始後、保圧工程開始前に、前記射出部材を停止させ、
    前記射出部材が停止している間に前記樹脂圧力検出器で検出される検出値の時間積分値を算出し、
    算出した前記時間積分値に基づいて、前記射出部材による充填量を調整することを特徴とする射出成形機。
  2. 前記制御部は、算出した前記時間積分値に基づいて、前記駆動部の制御に関する設定値を調整する請求項1に記載の射出成形機。
  3. 前記駆動部の制御に関する設定値は、前記射出工程開始から前記射出部材停止の設定開始までの時間、又は前記射出部材停止の設定開始時のスクリュ位置を含む請求項2に記載の射出成形機。
  4. 前記駆動部の制御に関する設定値は、前記保圧工程の開始から終了までの保圧時間を含む請求項2又は3に記載の射出成形機。
  5. 前記駆動部の制御に関する設定値は、前記保圧工程における前記樹脂圧力を含む請求項2〜4のいずれか一項に記載の射出成形機。
  6. 前記制御部は、
    算出した前記時間積分値が所定範囲の上限値を超える場合、前記駆動部の制御に関する設定値を予め設定された基準値よりも小さくし、
    算出した前記時間積分値が前記所定範囲の下限値よりも小さい場合、前記駆動部の制御に関する設定値を予め設定された基準値よりも大きくする請求項2〜5のいずれか一項に記載の射出成形機。
  7. 前記制御部によって算出される前記時間積分値を表示する表示部をさらに備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の射出成形機。
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