JP2799669B2

JP2799669B2 - 射出成形機の制御方式

Info

Publication number: JP2799669B2
Application number: JP24703893A
Authority: JP
Inventors: 篤石川; 芳幸今富
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 1998-09-21
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JPH07100884A

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、特に保圧工程におけるバリ等の不良発生防止効果
の優れた制御方式に関する。

【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、すなわち固定
金型と可動金型の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
のタイミング設定が重要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば、型締力の制御
について言えば、型締力の設定値Ｆ（トン）は、Ｆ＝Ａ
・Ｐ／１０００という式にもとづいて算出されるのが一
般的であり、これまでは充填工程と保圧工程とを含む射
出工程、冷却工程での型締力は一定に保たれている。な
お、Ａは成形品受圧面積（ｃｍ²）、Ｐは金型の平均内
圧（ｋｇ／ｃｍ²）である。ところが、このような制御
方法において型締力が高めに設定されていると、金型内
に樹脂が充填される時に金型内にある空気や溶融樹脂か
ら発生するガスが射出工程末期に金型から排出されずに
金型内で圧縮されて残留することにより、ショートショ
ットやウェルドあるいは焼け等の不良発生を引き起こ
す。この場合、オペレータは、金型内の空気やガスを排
出し易くするために、型締力の設定値を下げるように操
作するが、設定値を下げすぎると今度はバリが発生し易
くなるという問題が生ずる。

【０００４】特に、保圧工程においては、通常、充填工
程から保圧工程に切換わった直後から、金型内への樹脂
充填はほぼ完了しているため、金型のパーティング面間
を開かせようとする力が作用し、微小の型開量が発生す
る。そして、射出圧力によって金型のパーティング面間
を開かせようとする力が型締力よりも過大であれば型開
量は大きくなり、結果としてバリが発生する。そのた
め、オペレータは、型締力の設定値を上げたり、射出の
条件を射出圧力が過大にならないように設定値を変更す
ることでバリの発生を防止するようにしている。

【０００５】ところが、前述したように型締力を射出工
程中一定に保つ方法の場合、むやみに型締力を増加させ
ることは、前述したように、金型内の空気、ガス逃げを
悪化させ、ショートショット、ウェルド、焼け等の不良
発生の原因となる。また、射出の条件を変更する場合も
オペレータの経験に頼ることになり、条件出しに長時間
を要することになる。更には、仮りに良品の条件を見出
した後も樹脂、金型等の温度変動等により最適な射出と
型締のバランスがくずれて不良品を発生する場合もあ
る。

【０００６】以上のような問題点に鑑み、本発明の課題
は、バリの他、ショートショットやウェルド、焼け、ヒ
ケ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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による制御方式
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Ｌ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とを
用いて前記駆動源を制御する制御部とを有し、該制御部
は、充填工程から保圧工程への切換えを行った後は、該
保圧工程への切換え時の前記型締力を維持するように前
記駆動源を制御し、樹脂充填が進む結果、前記プラテン
間距離が増加して第１の値Ｌ_Sに達すると、それ以後の
前記プラテン間距離が第２の値Ｌ_Eを到達点とする所定
の変化パターンに追随するように前記駆動源を制御して
前記型締力の調整を行うステップを実行することを特徴
とする。

【０００８】なお、前記制御部は、前記所定の変化パタ
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。

【０００９】また、前記制御部は、前記所定の変化パタ
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。

【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Ｌ_O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Ｌ_O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Ｌ_O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Ｌ_O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
Ｐ₂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Ｌ_S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Ｌ_Sからあ
らかじめ定められた制限終了プラテン間距離Ｌ_Eまでそ
の形状が滑らかな関数パターンＬ_Pを発生する。そし
て、この関数パターンＬ_P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Ｌ_P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Ｌ_Pとしては、図９に実線で
示すようにＬ_E＞Ｌ_S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Ｌ_E＜Ｌ_Sとする場合には例
えばｅｘｐ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Ｌ_S、制
限終了プラテン間距離Ｌ_E、関数パターンＬ_Pを規定す
る時定数Ｔ₁の設定次第で関数パターンＬ_P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Ｌ_Sに達し
た後も樹脂は充填されているため、Ｌ_E＞Ｌ_S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Ｌ_Sに達した後の充填は少ないので、Ｌ
_E＜Ｌ_Sとして金型を徐々に閉じる方法をとることがで
きる。

【００２９】いずれにしても、本発明の特徴であるステ
ップＳ９〜Ｓ１２によれば、Ｖ−Ｐ切換え直後の型締力
Ｐ₂一定の制御によるクッション効果と、プラテン間距
離をバリの発生しない最大の値に制限しながら制御する
という動作により、バリやヒケ、ソリ等の不良発生を防
止することができる。

【００３０】なお、ΔＬ＝Ｌ_S−Ｌ_E、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。

【００３１】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Ｌ_Pで規定された値が制
限終了プラテン間距離Ｌ_E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Ｌ_P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Ｌ_Pの
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。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ｄ²Ｌ／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ｄ²Ｌ／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、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】これに対し、本発明者は、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ことが成
形品の内部応力、転写性、形状等に最も効果のあること
を発見した。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もあ
る。このことから、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。

【００３５】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Ｐ_Mまでを目標とした一次遅れ関数パ
ターンＰ_Pを発生し、型締力がこのパターンＰ_P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Ｐ
_Pも、前述した関数パターンＬ_Pと同様に、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Ｔ₂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Ｐ_P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。

【００３６】ステップＳ１７では、マイクロプロセシン
グユニット４３は、関数パターンＰ_Pで規定された型締
力が最大型締力Ｐ_M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Ｐ_Pによる型
締力が最大型締力Ｐ_M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。

【００３７】以上で１回の成形サイクルが終了する。

【００３８】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。

【００３９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば射出工程中の型締力の制御により、成形品のバリ、ヒ
ケ、ソリ、歪み等の不良発生を無くすことができるだけ
でなく、オペレータは保圧工程の設定を単純化でき、オ
ペレータの経験に頼ることなく良品のための条件出しを
実現でき、そのための時間も短縮できる。

【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部分を説明するた
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部分を説明するた
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。

【符号の説明】

１１ホッパ１２加熱シリンダ１３スクリュ１４射出シリンダ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 45/57 B29C 45/64 - 45/70 B29C 45/76 - 45/80

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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Ｌ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
検出信号とを用いて前記駆動源を制御する制御部とを有
し、該制御部は、充填工程から保圧工程への切換えを行
った後は、該保圧工程への切換え時の前記型締力を維持
するように前記駆動源を制御し、樹脂充填が進む結果、
前記プラテン間距離が増加して第１の値Ｌ_Sに達する
と、それ以後の前記プラテン間距離が第２の値Ｌ_Eを到
達点とする所定の変化パターンに追随するように前記駆
動源を制御して前記型締力の調整を行うステップを実行
することを特徴とする射出成形機の制御方式。
【請求項２】請求項１記載の制御方式において、前記
制御部は、前記所定の変化パターンとして、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。
【請求項３】請求項１記載の制御方式において、前記
制御部は、前記所定の変化パターンを、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。