JP2775577B2 - 射出成形機の制御方式 - Google Patents

射出成形機の制御方式

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JP2775577B2
JP2775577B2 JP5247048A JP24704893A JP2775577B2 JP 2775577 B2 JP2775577 B2 JP 2775577B2 JP 5247048 A JP5247048 A JP 5247048A JP 24704893 A JP24704893 A JP 24704893A JP 2775577 B2 JP2775577 B2 JP 2775577B2
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molding machine
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篤 石川
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は射出成形機の制御方式に
関し、特にヒケ、ソリ等の不良発生防止に有効であり、
オペレータの操作性を向上させることのできる制御方式
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、樹脂製品の射出成形は、樹脂の
可塑化→充填→保圧→冷却という工程で行われる。良品
質の成形品を得るためには、固定金型と可動金型とから
成る金型の温度や金型内樹脂温度、射出圧力等の制御に
加えて、金型に対する型締力や、型開量、すなわち金型
パーティング面間の距離の制御や、充填工程から保圧工
程への切換え、すなわちV−P切換えのタイミング設
定、更には射出圧縮成形への切換えタイミングが重要で
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これらのうち、射出圧
縮成形について説明すると、充填工程から保圧工程への
切換え後、型締力を更に加えて圧縮すると、低い射出圧
力でもひけの少ない成形品ができることが知られてい
る。一般的な射出圧縮の場合、その圧縮駆動源はほとん
どの場合、型締用の油圧機構や可動金型を設けた可動プ
ラテンに連結された油圧機構である。そして、いずれの
構成でもオペレータにより設定される圧縮パターンは階
段状に設定されるのが一般的で、樹脂の種類、金型の形
状に最適な圧縮パターンを実現するためには多段の設定
が必要であり、その設定に長時間を要する。更に、実際
の圧縮圧力の挙動は、図11に示されるように階段状の
設定に追随できず、オペレータの意図する挙動と異なっ
てしまったり、油圧機構の作動油温の変動等により変化
してしまうという問題があった。
【0004】以上のような問題点に鑑み、本発明の主た
る課題は、ヒケ、ソリ等の不良発生防止に有効な射出成
形機の制御方式を提供することにある。
【0005】本発明の他の課題は、これまでオペレータ
の経験にもとづいて行われていた射出圧縮のための各種
設定値の決定及び入力作業をできるだけ少なくすること
のできる射出成形機の制御方式を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、固定プラテン
に取付けた固定金型と、可動プラテンに取付けた可動金
型と、前記可動プラテンを駆動して前記固定金型と前記
可動金型との開閉を行うと共に、型締を行う駆動源とを
有する射出成形機において、前記二つのプラテンにおけ
るプラテン間距離を検出するための距離センサと、前記
駆動源による締付圧力を検出するための圧力センサと、
前記距離センサからの距離検出信号と前記圧力センサか
らの型締力を示す圧力検出信号を用いて前記駆動源を
制御する制御部とを有し、前記制御部は、保圧工程に入
ると、金型内での樹脂の冷却、固化による収縮に伴なう
前記プラテン間距離の減少過程における変曲点を検出
し、該変曲点を検出すると射出圧縮成形を開始し、該
出圧縮成形を開始すると、前記型締力があらかじめ設定
された最大型締力M を到達点とし、樹脂の固化速度、
成形品の形状に合わせた滑らかな上昇パターンに追随す
るように前記駆動源を制御することを特徴とする射出成
形機の制御方式である。
【0007】なお、前記制御部は、前記上昇パターンと
して、任意に形状を変更可能な関数パターンを発生す
る。
【0008】また、前記制御部は、前記上昇パターン
を、あらかじめ定められた複数のパターンの中から選定
可能にされても良い。
【0009】
【作用】本発明による射出圧縮では、駆動源の追随しや
すい滑らかな上昇パターンにしたがって型締力が変化す
るように制御され、樹脂の冷却、固化に伴う収縮分を圧
縮動作により理想的に補うことができる。この上昇パタ
ーンは、成形品の形状や樹脂の固化速度に応じて任意に
設定変更可能である。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は本発明が適用された射出成形機のうち射出
装置、型締装置の概略構成を示している。射出装置にお
いては、ホッパ11より投入された樹脂を加熱シリンダ
12内で溶融しながらスクリュ13で計量、混練し、溶
融樹脂をスクリュ13の前方に貯留する。貯留された樹
脂は、射出シリンダ14とピストン15より成る油圧シ
リンダ機構によりスクリュ13を前方、すなわち金型側
へ移動させることによりノズル16を通して固定金型1
7と可動金型18とで形成されたキャビティ内に充填さ
れる。なお、射出シリンダ14には充填、保圧工程に応
じて流出入部14−1を通して流量あるいは圧力を制御
された駆動油が出入りする。
【0011】一方、型締装置は、図示しないフレームに
固定され、固定金型17を有する固定プラテン21に対
してリアプラテン22が4本のタイバー23(図では2
本のみ図示)を介して固定支持されている。リアプラテ
ン22に固定された油圧シリンダ24中には油圧ピスト
ン25が配設され、この油圧ピストン25には可動金型
18を固定された可動プラテン26が連結されている。
可動プラテン26は油圧ピストン25の運動に伴ってタ
イバー23上をスライド可能に構成されている。すなわ
ち、可動プラテン26は、図示しない圧力制御弁を通し
て油圧シリンダ24の流出入部24−1から駆動油を注
入すると型閉方向に移動し、流出入部24−2から駆動
油を注入すると型開方向に移動する。
【0012】油圧シリンダ24には油圧検出用の圧力セ
ンサ27が設けられており、金型を閉とした状態で流出
入部24−1側の油圧シリンダ内の油圧力を型締力とし
て検出するための圧力センサ27の検出値にもとづいて
調整することにより型締力を制御できる。また、固定プ
ラテン21と可動プラテン26には、プラテン間距離L
を検出するための距離センサ28が設けられ、固定金型
17と可動金型18の各パーティング面間の微妙な開き
量を測定できるようにしている。なお、ここで言うプラ
テン間距離とは、上記パーティング面間の距離、いわゆ
る型開量を含む金型厚又は部分的金型厚を意味するが、
その挙動は型開量の挙動とほぼ同じである。
【0013】図2、図3はそれぞれ、レーザ方式、うず
電流方式の距離センサの例を示す。図2に示すレーザ方
式の距離センサは、固定プラテン21に設けたレーザ送
受光用のレーザヘッド28−1と可動プラテン26に設
けたレーザ反射用のリフレクタ28−2とから成り、レ
ーザヘッド28−1から後述する制御部へプラテン間距
離の検出信号が送出される。このようなレーザ方式によ
るものは、測定スパンが長く、最大型開量まで測定可能
であり、レーザヘッド28−1、リフレクタ28−2が
それぞれ固定金型17、可動金型18ではなく、固定プ
ラテン21、可動プラテン26に設置されているので、
金型を交換した時でも距離センサの調整は不要である。
【0014】一方、うず電流方式のように測定スパンが
短かいものであっても、センサ部31をストローク可変
の取付け台30に取り付ければ、金型を交換した場合に
は、金型を閉じた状態でセンサ部31が測定スパン内に
あるように調節するだけで良い。
【0015】いずれの方式にしても、センサを金型に直
接取り付ける方式に比べて、金型をセンサ設置のために
特別な構造にする必要が無く、センサを取り付ける構造
を持たない既存の金型でもそのまま使用できるので、金
型交換の作業性が向上し、金型のコストも安くできる。
【0016】図4は本発明による制御方式を実行するた
めに必要な制御系の構成を示す。この制御系は、プラテ
ン間距離、型締力等を入力するための設定器41からの
設定信号、圧力センサ27からの圧力検出信号、距離セ
ンサ28からのプラテン間距離検出信号等にもとづいて
射出成形機のシーケンス処理や関数パターン発生、油圧
シリンダ24用の圧力制御弁42への指令値出力等を行
うマイクロプロセシングユニット43、プラテン間距
離、型締力等のデータを記憶するためのメモリ44等を
有する。
【0017】図5、図6は図4に示した制御系で実行さ
れる型閉から保圧完了までの制御動作の流れを示すフロ
ーチャート図であり、その間のプラテン間距離L、型締
力P、射出速度及び圧力の変化を示す図7をも参照して
制御動作を説明する。
【0018】ステップS1では、成形を開始する前の型
閉動作を行う。
【0019】ステップS2では、従来行なわれているよ
うに型閉動作を行い、可動プラテン26の位置の測定、
あるいは圧力センサ27の検出信号より金型が閉じられ
たことを判断する。この時、固定金型17、可動金型1
8同士は、これらを閉じるために必要な最低の型締力P
1 しか受けていない。
【0020】ステップS3では、金型が閉じられた時の
プラテン間距離Lをマイクロプロセシングユニット43
が初期プラテン間距離LO としてメモリ44に記憶す
る。
【0021】ステップS4では樹脂の充填を開始する。
充填が始まると、ステップS5では、マイクロプロセシ
ングユニット43が初期プラテン間距離LO を目標値と
してこれを維持するように、距離センサ28で検出され
るプラテン間距離Lに応じて圧力制御弁42を制御し、
これに応じて型締力Pが変化する。このように、型締力
Pを変化させてプラテン間距離を初期プラテン間距離L
O を維持しながら充填を行うと、金型は閉じるために必
要な最低の型締力しか受けていないので、金型内に残留
していた空気、樹脂により発生するガスが排出され易く
なり、しかも初期プラテン間距離LO を目標値としてい
るため、樹脂の充填圧力を受けても固定金型17、可動
金型18のパーティング面間が開くことは無く、バリの
発生は無い。このように充填圧力に応じて型締力Pを適
宜変化させると、可動金型18は固定金型17に対し
て、いわばソフトタッチの状態で押し付けられることと
なり、金型から空気、ガスを排出し易くしながら、しか
もバリの発生を防止することができるという効果が得ら
れる。
【0022】ステップS6では、マイクロプロセシング
ユニット43は圧力センサ27で検出される型締力Pの
微分値ΔPを監視し、微分値ΔPが所定値ΔP1 を越え
たかどうかの判定動作を行う。これは、充填が進んで金
型内に樹脂が充満し始めることにより金型が開こうと
し、これに対してマイクロプロセシングユニット43は
初期プラテン間距離LO を保持するために圧力制御弁4
2への指令値を増加させて型締力Pを増加させるからで
ある。
【0023】図8は、型締力Pとその微分値ΔPの挙動
を示し、ここでは微分値ΔPが所定値ΔP1 を越えた時
点でステップS7に移行してV−P切換え、すなわち充
填工程から保圧工程への切換えを行う。このような判定
動作によれば、金型内への樹脂の充満を正確にとらえる
ことができ、しかも従来のようなタイマ等による特別な
設定無しで理想的なV−P切換えを行うことができる。
なお、この型締力の微分値ΔPによるV−P切換えタイ
ミングの判断は、図8から明らかなように、微分値ΔP
の増加が止まって一定値に達したことをもって行うよう
にしても良い。また、上記判定動作に型締力Pそのもの
ではなく微分値ΔPを用いるのは、射出条件が変わった
場合には、型締力Pの値が変化するので上記のような判
定は難しいのに対し、微分値ΔPを用いると、射出条件
にかかわりなくその挙動は必ず図8(b)に示すように
なり、上記判断が可能であることによる。
【0024】次に、充填工程から保圧工程への切換えが
行われると、ステップS8ではマイクロプロセシングユ
ニット43は切換え時点での型締力P2 をメモリ44に
記憶する。続いて、ステップS9では、マイクロプロセ
シングユニット43は記憶された型締力P2 を目標値と
して圧力制御弁42を制御することにより、型締力Pを
目標値P2 に維持する動作を行う。この状態では、金型
内に樹脂がほぼ充満しているが、保圧動作によって金型
内には更に樹脂が充填されるため、金型内の圧力が増加
して金型は開こうとする。これに対して型締力を目標値
2 に維持することにより、図7に示すように意図的に
金型を開かせ、金型内に充填される樹脂の流動の急激な
変化を緩和して、成形品への歪み等の悪影響を防ぐ、い
わばクッション効果が得られる。
【0025】ステップS10では、上記の理由により金
型が開こうとしてプラテン間距離Lが増加する。マイク
ロプロセシングユニット43は、プラテン間距離Lがあ
らかじめ設定されたプラテン間距離の制限を開始すべき
制限開始プラテン間距離LSと一致するかどうかの判定
動作を行い、一致するとステップS11に移行する。
【0026】ステップS11では、マイクロプロセシン
グユニット43は、制限開始プラテン間距離LS からあ
らかじめ定められた制限終了プラテン間距離LE までそ
の形状が滑らかな関数パターンLP を発生する。そし
て、この関数パターンLP で規定される値を目標値とし
てプラテン間距離Lが関数パターンLP に追従するよう
に圧力制御弁42を制御して型締力Pを調整する。
【0027】関数パターンLP としては、図9に実線で
示すようにLE >LS とする場合には例えば一次遅れ関
数とし、破線で示すようにLE <LS とする場合には例
えば指数関数とする。このように、ステップS11では
バリが発生しない最大のプラテン間距離を制限すること
が設定により可能であるので、バリの発生防止を実現で
きる。また、滑らかな変化のパターンで金型内の樹脂流
動の急激な変化を抑制しながらプラテン間距離を制御す
るため、金型内のゲート近傍領域とゲートから離れた遠
方領域の圧力差を小さくし、ヒケ、ソリ等の不良発生を
防止することができる。
【0028】更には、制限開始プラテン間距離LS 、制
限終了プラテン間距離LE 、関数パターンLP を規定す
る時定数T1 の設定次第で関数パターンLP の形状を任
意に変更することができるので、成形品の肉厚、樹脂の
種類(粘度、温度特性、固化速度等)に応じてオペレー
タが最適な条件を設定することができる。例えば、樹脂
は圧縮性を持っているので、成形品の肉厚が厚い場合、
プラテン間距離Lが制限開始プラテン間距離LS に達し
た後も樹脂は充填されているため、LE >LSとして金
型を徐々に開かせる方法をとることができる。逆に、肉
厚が薄いものに対しては、プラテン間距離Lが制限開始
プラテン間距離LS に達した後の充填は少ないので、L
E <LS として金型を徐々に閉じる方法をとることがで
きる。
【0029】なお、ΔL=LS −LE 、時定数T1 の設
定値を複数種類だけ固定値として設定してメモリ44に
記憶しておき、オペレータは制限開始プラテン間距離L
S を設定すると共に、これらの値の中から最適な値を選
択して最適パターンを選定できるようにしても良い。
【0030】ステップS12では、マイクロプロセシン
グユニット43が関数パターンLPで規定された値が制
限終了プラテン間距離LE に一致するかどうかの判定動
作を行い、一致すると関数パターンLP の発生を終了し
てステップS13に移行する。ステップS13では、マ
イクロプロセシングユニット43は関数パターンLP
発生終了時点の型締力P3 を測定してメモリ44に記憶
する。
【0031】ステップS14では、マイクロプロセシン
グユニット43が型締力P3 を目標値として圧力制御弁
42を制御することにより、型締力をP3 に維持する制
御動作を実行する。
【0032】ステップS15では、保圧が進むにつれて
金型のゲートシール化が進むので金型内への樹脂の充填
は少なくなり、加えて金型内の樹脂の冷却、固化による
収縮作用によりプラテン間距離Lは減少する。その間、
マイクロプロセシングユニット43は、プラテン間距離
Lの2回微分値d2 L/dt2 を監視してプラテン間距
離Lの変化の変曲点、すなわちプラテン間距離Lの微分
値ΔLの最小値を検出し、検出した時点でステップS1
6に進んで型締力を上げて射出圧縮を開始する。なお、
変曲点検出の原理は、図10に示すように、プラテン間
距離Lの2回微分値d2 L/dt2 が0となることで判
断できる。
【0033】ところで、最適な射出圧縮開始のタイミン
グについて言えば、そもそも射出圧縮の目的は、成形品
の樹脂の収縮を型締側で補うことにある。この場合、前
述したように、圧縮のタイミングが早過ぎると樹脂の温
度が高く、金型のゲートからノズル側への逆流が発生し
たり、金型内の樹脂が移動することによってヒケが発生
するなどして圧縮効果を期待できない。一方、圧縮のタ
イミングが遅過ぎると、金型内の成形品の表面で固化が
進むため全体に均一な圧力を加えることができない。す
なわち、圧縮力が低い時は固化が進んでいない箇所には
圧縮力を伝達することができず、圧縮力が高い時には固
化が進んでいる箇所に圧力がかかりすぎて歪みを生ず
る。
【0034】ステップS14、S15は以下のような知
見に基づいている。通常、加熱シリンダから金型のキャ
ビティ内に圧入された樹脂による金型を開こうとする力
で、樹脂の満杯後は金型パーティング面間には微量の隙
間(型開量)Δdが発生している。そして、樹脂の満杯
後は、樹脂の圧縮工程から収縮工程に移るが、この時キ
ャビティ内の内圧は、急激な上昇後、射出圧力や型締力
を急変させない限り、徐々に低下する。しかるに、キャ
ビティ内の内圧は急冷部の樹脂が徐冷部の樹脂を引っ張
って収縮固化する時に大きく低下する。すなわち、その
作用力と相関する型開量Δdの低下率が大きくなる。言
い換えれば、時間と型開量Δdとの関係を示す特性曲線
にも変曲点が現われ、この挙動はプラテン間距離Lにお
いても同じである。
【0035】このように、最適な射出圧縮は、樹脂の収
縮が最も進むポイントで開始するようにすれば、成形品
の内部応力、転写性、形状等に最も良好な効果が得られ
る。ステップS15においてプラテン間距離Lの減少度
の最も大きいポイント、すなわち変曲点は、保圧工程中
最も樹脂の収縮が進んでいるタイミングであり、この変
曲点検出方式によれば最適な射出圧縮開始のタイミング
を自動的に見出すことができる。
【0036】このことから、ステップS15では、この
変曲点から型締力を上昇させて型開量Δdを圧縮させ、
キャビティ内の内圧を上昇させると共に、キャビティ内
の内圧を均一化(ならす)作用をする。これにより、局
部的なヒケの発生を防止できる。
【0037】このように、ステップS14、S15によ
れば、プラテン間距離Lが最大値に達した後、時間に対
するプラテン間距離Lの低下率が最大になる時点から射
出圧縮を開始して型締力を増加させるという制御を行う
ことにより、型締力増加のタイミングを自動的に判定で
きるだけでなく、ヒケの発生が最も有効に低減化され
る。
【0038】本発明の特徴であるステップS16では、
マイクロプロセシングユニット43が現在の型締力P3
からあらかじめ設定された最大型締力PM までを目標と
した一次遅れ関数パターンPP を発生し、型締力がこの
パターンPP に追従するように圧力制御弁42を制御す
る。このパターンPP も、前述した関数パターンLP
同様に、これを規定している時定数T2 をオペレータが
変更することで任意に設定することができるし、時定数
2 の設定値を複数個固定値としてメモリ44に記憶さ
せておき、オペレータが樹脂の固化速度、成形品の形状
等に応じて最適なパターンとなるように選定できるよう
にしても良い。あるいは、このパターンPP は、マイク
ロプロセシングユニット43の処理能力次第では、もっ
と単純な関数、例えば一次関数でも良い。
【0039】このようにして、本発明による射出圧縮で
は、駆動源の追随しやすい滑らかな上昇パターンにした
がって型締力が変化するように制御され、樹脂の冷却、
固化に伴う収縮分を圧縮動作により理想的に補うことが
できる。しかも、上昇パターンは、成形品の形状や樹脂
の固化速度に応じて任意に設定変更可能である。
【0040】ステップS17においては、マイクロプロ
セシングユニット43は、関数パターンPP で規定され
た型締力が最大型締力PM と一致するかどうかを監視
し、一致するとステップS18に移行して保圧工程を完
了する。これは、ステップS15における変曲点前後か
ら金型内の樹脂の冷却、固化が進み、関数パターンPP
による型締力が最大型締力PM と一致する時点では、金
型のゲートは既にシールされて保圧をかける必要はなく
なるからである。よって、このタイミングをもって保圧
完了の条件とすることができる。
【0041】以上で1回の成形サイクルが終了する。
【0042】なお、本例では油圧式成形機の例を示して
いるが、本発明はディスク成形機や電動式成形機にも応
用可能であり、電動式の場合には制御すべき因子を、圧
力だけでなく、圧力を電流やトルクに対応させることで
制御可能であることは言うまでも無い。
【0043】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
射出圧縮動作によれば簡単な設定で駆動源の追随しやす
い滑らかな上昇パターンにしたがって型締力が変化する
ように制御されるので、樹脂の冷却、固化に伴う収縮分
をより理想的に補うことができる。しかも、良品のため
の条件出しの時間も短縮でき、更に上記型締力の変化は
ショット毎の繰り返し再現性が良く、油圧機構の作動油
温あるいは金型温度の変動等に左右されず、常に安定し
た圧縮動作を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された射出成形機のうち射出装
置、型締装置の概略構成を示した図である。
【図2】本発明で使用される距離センサの一例を説明す
るための図である。
【図3】本発明で使用される距離センサの他の例を説明
するための図である。
【図4】本発明による制御系の概略構成を示したブロッ
ク図である。
【図5】本発明による制御動作の前半を説明するための
フローチャート図である。
【図6】本発明による制御動作の後半を説明するための
フローチャート図である。
【図7】本発明による制御動作の過程におけるプラテン
間距離、型締力、射出速度・圧力の変化を示した図であ
る。
【図8】本発明によるV−P切換えのタイミングを説明
するために型締力とその微分値の変化を示した図であ
る。
【図9】本発明により発生されるプラテン間距離規定の
ための関数パターンの例を示した図である。
【図10】本発明によるプラテン間距離の変化の変曲点
を検出する原理を説明するための図である。
【図11】従来の射出圧縮動作の例を示した図である。
【符号の説明】
15 ピストン 16 ノズル 17 固定金型 18 可動金型 21 固定プラテン 22 リアプラテン 23 タイバー 24 油圧シリンダ 25 油圧ピストン 26 可動プラテン 27 圧力センサ 28 距離センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29C 45/56,45/64 - 45/70,45/76

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定プラテンに取付けた固定金型と、可
    動プラテンに取付けた可動金型と、前記可動プラテンを
    駆動して前記固定金型と前記可動金型との開閉を行うと
    共に、型締を行う駆動源とを有する射出成形機におい
    て、前記二つのプラテンにおけるプラテン間距離を検出
    するための距離センサと、前記駆動源による締付圧力を
    検出するための圧力センサと、前記距離センサからの距
    離検出信号と前記圧力センサからの型締力を示す圧力検
    出信号を用いて前記駆動源を制御する制御部とを有
    し、前記制御部は、保圧工程に入ると、金型内での樹脂
    の冷却、固化による収縮に伴なう前記プラテン間距離の
    減少過程における変曲点を検出し、該変曲点を検出する
    と射出圧縮成形を開始し、該射出圧縮成形を開始する
    と、前記型締力があらかじめ設定された最大型締力M
    を到達点とし、樹脂の固化速度、成形品の形状に合わせ
    た滑らかな上昇パターンに追随するように前記駆動源を
    制御することを特徴とする射出成形機の制御方式。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の射出成形機の制御方式に
    おいて、前記制御部は、前記上昇パターンとして、任意
    に形状を変更可能な関数パターンを発生することを特徴
    とする射出成形機の制御方式。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の射出成形機の制御方式に
    おいて、前記制御部は、前記上昇パターンを、あらかじ
    め定められた複数のパターンの中から選定可能にされて
    いることを特徴とする射出成形機の制御方式。
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