JP3193236B2 - 射出成形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形装置に関し、
特に射出圧力および／または射出速度を多段に切り替え
ながら射出を行う射出成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形は、加熱溶融したプラスチック
スあるいはゴムなどの成形材料を金型のキャビティ内に
射出充填し、冷却後成形品として取り出すことにより行
われる。射出成形機は、成形材料を加熱溶融する可塑化
装置、成形材料を射出する射出装置、金型を保持して開
閉および締め付けを行う型締め装置、およびこれら各装
置の作動を自動制御するための制御装置などで構成され
ている。

【０００３】ところで、射出成形の生産性を高めるため
には、熱可塑性樹脂では金型温度を低く、熱硬化性樹脂
では金型温度を高く保持しながら、キャビティ内へ高射
出圧で高速充填を行うことが効果的である。ところが、
高射出圧のまま充填を完了するとキャビティ内に高圧の
ストレスが蓄積され、これによりバリ漏れが生じる虞が
あるため、金型の型締め力を大きく設定しておく必要が
ある。したがって、高射出圧および高速充填を行うと射
出成形機が大型で且つ高価なものとなってしまうという
問題があった。

【０００４】そこで従来より、充填を完了する直前で射
出圧を低圧に切り替えて、低圧のまま射出を完了するこ
とにより型締め力を低減する方法が採用されている。そ
して、このような切替制御は、射出装置の射出スクリュ
ーの位置、速度、あるいは加速度を基準にして行うこと
が試みられている。たとえば、射出装置の射出スクリュ
ーのストローク位置を検出して、充填完了前に相当する
射出スクリューのストローク位置で射出圧を高圧から低
圧に切り換えることで、バリ漏れを防ぐことができる。

【０００５】ところが、充填完了前に相当する射出スク
リューのストローク位置は、成形材料の粘度などによっ
て変化し、射出スクリューのストローク位置から実際の
充填完了の直前時点を検出することは困難である。した
がって、ストローク位置に基づき射出圧を高圧から低圧
に切り換える方法では、射出完了の前の正確な時点で、
射出圧を高圧から低圧に切り換えることができないおそ
れがあり、バリ漏れなどの原因となる。

【０００６】そこで、射出圧力を一定に設定し、成形材
料の粘度を変化させ、スクリュー速度と型内圧力挙動と
の関係を示す図１３に示すように、成形材料の粘度に拘
らず、型内圧力上昇と同時に、スクリュー速度が低下す
ることを利用し、射出完了の前の正確な時点を検出する
方法がある。

【０００７】射出速度の減速現象を利用して充填工程か
ら保圧工程への切替え制御を行う場合には、射出スクリ
ューをノズル方向に押し出す際に、この射出スクリュー
位置を検出し、この位置情報を時間で微分することによ
り射出速度を求めることが行われている。

【０００８】この場合、図７に示す「充填」位置にて金
型キャビティ内に溶融材料が満たされ、これによって材
料の流動が妨げられることから、このときの油圧は、そ
れまでの流動状態から圧縮状態へと変化し、金型キャビ
ティ内の材料圧力が急上昇することになる。

【０００９】これと同時に、油圧によって生じる射出圧
力Ｐ₁ は「充填」位置から急上昇する（図７に示すＡ
点）一方で、油流量の低下にともなって射出速度Ｖ₁ が
急減する（図７に示すＢ点）。このとき、油圧源である
油圧ポンプの特性が大きく影響し、図８に示す特性を備
えた可変容量ポンプを用いた場合には、図７に示す射出
速度Ｖ₁ の変化は、図８に示す特性線上に沿って推移す
ることになる。

【００１０】しかしながら、射出スクリューの位置に基
づいて射出圧を切り替える手法は、位置センサにより検
出される射出スクリューの押し出し位置と、実際にキャ
ビティ内に注入される成形材料の射出量とが正確に対応
していることを前提としている。したがって、成形材料
の材質が変更されたり、同一材料であっても、製造ロッ
トが異なったり、あるいは成形装置間の特性が異なった
り、さらに、金型の容積に差があると、当初設定した射
出スクリューの押し出し位置における成形材料の射出量
が変動し、そのため、実際のキャビティ内においては、
一次射出圧から二次射出圧への切り替えが最適のタイミ
ングで行われないことがあった。

【００１１】さらに、射出スクリューの速度に基づいて
射出圧を切り換える手法は、図９（Ａ）に示す定常射出
状態における速度変化量Ｖ_X を基準として射出圧の切替
えタイミングを設定すると、図９（Ｂ）に示すような非
定常射出状態では、図９（Ａ）にて設定された速度変化
量Ｖ_X が検出されたときに一義的に射出圧が切り替えら
れることから、適切な切替えタイミングよりも早く射出
圧を切り替えてしまい、その結果、保圧工程の射出圧で
充填を行うことになる。そのため、金型キャビティ内に
溶融材料が十分に満たされず、充填不足の製品が発生し
てしまう。

【００１２】逆に、同様の事情によって速度変化量Ｖ_X
を過大に設定すると適切な切替えタイミングよりも遅く
射出圧を切り替ることとなり、つまりは充填工程の射出
圧で保圧を行うことになり、その結果、材料圧力の上昇
によってキャビティ内から材料が漏れる、いわゆるバリ
漏れが生じることになる。

【００１３】かかる品質面の問題を解消するために、成
形された成形品を人手によって逐一確認し、最適な射出
圧の切り替えタイミングに適宜変更することも試みられ
たが、このような人手による作業をともなう限り、射出
成形の完全自動化は困難な状況にあった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人は、
実願平５−３２１４７号および図１０に示すように、充
填直前の位置Ｓ₁ における移動速度Ｖ_s1を定義し、この
速度Ｖ_s1から所定の速度変化量Ｖ_x が生じたときを適切
な切替えタイミングとして認識し、一次射出圧・流量か
ら二次射出圧・流量に切り替える射出成形装置を提案し
ている。この射出成形装置では、射出する材質、製造ロ
ット、使用する射出成形装置や金型が相違しても、ま
た、図１０（Ｂ）に示すように、射出成形が非定常状態
でも、射出圧力を最適なタイミングで切り替えることが
でき、充填不足や充填過大などの充填不良を有効に防止
することができる。

【００１５】ところが、この射出成形装置では、充填時
に発生する型内圧力の上昇傾きを抑える目的でスクリュ
ー速度制御を行っているために、従来の位置制御による
射出成形装置に比べ、図１１，１２に示すように、１次
射出時間が延びている。たとえば、図１１に示すよう
に、スクリュー速度制御の射出成形装置では、一次射出
時間が、５〜６秒であり、図１２に示すスクリュー位置
制御の射出成形装置の３秒に対し、１．７倍〜２倍の時
間を要する。この結果、サイクルタイムが２〜３秒長く
なり、生産性が低下する。

【００１６】なお、スクリュー速度制御において、充填
時に発生する型内圧力の上昇傾きを抑えるために、一次
射出時間が長くなる理由について説明する。射出圧力一
定に設定し、成形材料の粘度が変化した場合のスクリュ
速度と型内圧力挙動の相関を図１３に示す。図１３に示
すように、射出圧力一定の時、材料粘度の変動に伴って
スクリュー速度も変動する。この結果、低粘度の材料を
使用した場合にはスクリュ速度は速くなり、それに伴っ
て型内圧力の許容型内圧力上昇時間（ｔ）が短くなる。

【００１７】図１４に示すように、型内圧力上昇開始時
点からスクリュー速度が（Ｖ_S1−Ｖ _x ）を下回り、スク
リュー速度の減少を認識する迄の時間（Δｔ）に、制御
応答遅れ時間（Ｔ_c ）を加えた時間よりも、許容型内圧
上昇時間（ｔ（ｔ₁ またはｔ₂））が短い場合には、型
内圧力が許容型内圧力を超えてしまい、材料圧力が金型
を押し開き材料が金型外に出てしまう（バリモレ不良と
称す）場合がある。そのめ、急激な型内圧力の上昇を防
ぐ目的で速度制御を行っている。

【００１８】すなわち、スクリュー速度降下の検出後、
射出圧力が切り替わるまでの制御応答遅れＴ_c （最大６
０msec）とするとき、バリ漏れが発生しない時間は、Δ
ｔ＋Ｔ_c ＜ｔである。また、ｔ＝Ｐ_B ／βであるので、
Δｔ＋Ｔ_c ＜Ｐ_B ／βが導かれる。また、この式を変形
すれば、β＜Ｐ_B ／（Δｔ＋Ｔ_c ）…となる。

【００１９】なお、上記式および図１４中の記号は、以
下の表１に定義される。

【表１】

【００２０】上記式の条件を満足するように、図１０
に示すスクリュー速度（射出速度）Ｖ₁ が決定され、そ
のスクリュー速度Ｖ₁ で速度制御の射出成形を行うこと
でバリ漏れが防止される。ところが、図１０に示す制御
を行う射出装置では、一次射出の全域にわたり、速度制
御を行っていたため、図１２に示す位置制御の成形装置
に比較し、図１１に示すように、一次射出時間が長くな
っていた。

【００２１】ただし、図１２に示す位置制御を行う射出
成形装置では、前述したように、型内への実際の充填完
了時点を正確に検出することが困難であると言う課題を
有している。すなわち、従来の位置制御および速度制御
の射出形成装置では、それぞれ一長一短を有し、これら
の双方の長所を合わせ持つ射出成形装置が求められてい
た。

【００２２】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、成形材料の材質や製造ロッ
トの相違、使用する射出成形装置や金型が相違しても、
射出条件を適切なタイミングで切り替え、充填不足や充
填過大（バリ漏れ）などの充填不良を防止することがで
き、しかも一次射出時間の短縮を図ることができる射出
成形装置を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の射出成形装置は、金型と、前記金型の注入
口にノズルが押し当てられる押出機と、前記押出機の内
部で、ノズル方向に所定圧力で移動することにより、前
記ノズルから溶融状態の成形材料を所定の射出圧力で前
記金型内に射出する射出スクリューと、前記射出スクリ
ューの位置を検出する位置センサと、前記スクリューを
前記ノズル方向に所定圧力で移動させる駆動手段と、前
記射出スクリューの移動速度を検出する手段と、前記位
置センサにより検出された前記射出スクリューの位置が
予め設定された充填直前位置に達したときの前記射出ス
クリューの移動速度と、予め設定された速度変化量とに
基づいて保圧への切替えタイミングを判断する保圧切り
換え判断手段と、前記射出スクリューの位置が、前記充
填直前位置より所定間隔前の予備位置を過ぎたか否かを
判断する位置判断手段と、射出開始位置から前記予備位
置までは、射出圧力が最大となるように制御し、前記予
備位置からは、スクリューの移動速度が一定となるよう
に制御し、前記保圧切り換え判断手段で、保圧への切り
換えタイミングを判断した場合に、保圧制御となるよう
に、前記駆動手段を制御する制御手段とを有する。

【００２４】

【作用】金型の注入口に押出機のノズルを押し当てて、
この押出機の射出用圧力シリンダに圧力流体を供給して
射出スクリューをノズル方向に所定圧力で移動させるこ
とにより射出成形を行う。本発明では、まず、制御手段
に設定された最大射出圧力で射出を行う（圧力制御）よ
うに制御手段から駆動手段に信号を出力する。

【００２５】これと同時に、位置センサによる射出スク
リューの現在位置を制御手段に取り込みながら、この射
出スクリューの現在位置が、予備位置以前か否かを判断
する。それと共に、この現在位置の情報から射出スクリ
ューの移動速度を逐次演算する。そして、射出スクリュ
ーの現在位置が、予備位置に到達したと判断した場合
に、射出圧力を低下させると共に、射出スクリューの移
動速度が一定（移動制御）となるように、制御手段から
駆動手段に信号を出力する。そして、射出スクリューの
現在位置が、予め設定された充填直前位置に達したか否
かを判断し、達したときの移動速度を記憶し、この移動
速度とその後の実際の移動速度とを比較する。

【００２６】本発明では、キャビティ内における成形材
料の充填状態は、射出スクリューの移動速度の変化量を
観察すれば検出することができるという知見に基づいて
いるが、さらに、移動速度の変化量を観察するに際し
て、その基準となる移動速度を充填直前の位置の移動速
度としている。

【００２７】そして、この充填直前位置における移動速
度から所定の速度変化量が生じたときを適切な切替えタ
イミングとして認識し、金型内への成形材の充填終期の
保圧状態（保圧制御）に切り換えるための信号を駆動手
段へ出力する。これにより、射出する材質、製造ロッ
ト、使用する射出成形装置や金型が相違しても、射出圧
力を最適なタイミングで切り替えることができ、充填不
足や充填過大などの充填不良を有効に防止することがで
きる。

【００２８】しかも本発明では、充填直前位置まで、速
度制御を行うのではなく、予備位置までは、最大の射出
圧力となるように圧力制御を行うため、金型内への成形
材料の充填時間を短縮することができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例に係る射出成形装置を
示すブロック図、図２は同実施例に係る制御手段におけ
る処理手順を説明するフローチャートである。図３は同
実施例と参考例とについて切替え制御を説明するグラフ
であって、（Ａ）は本実施例の切り換え制御、（Ｂ）は
参考例の切り換え制御における射出位置・スクリュー速
度（射出速度）・射出圧力と時間との関係を説明するグ
ラフである。また、図４は本実施例に係る射出成形装置
で射出成形を実際に行った場合の実験結果を示すグラ
フ、図５は本実施例に係る射出成形装置で射出成形を実
際に行った場合の一次射出時間の短縮結果を示すグラフ
である。さらに、図６は射出スクリュ位置と製品容積と
の関係を示すグラフであって、同実施例の射出成形装置
において充填直前のスクリュ位置Ｓ₁ を決定する方法を
説明するためのグラフである。

【００３０】図１に示すように、本実施例の射出成形装
置は、成形材料を金型７に注入するための押出機１、こ
の押出機１に供給する油圧と油流量とを制御する圧力制
御弁８および流量制御弁９、これらの圧力制御弁８およ
び流量制御弁９を制御する制御手段６から構成されてい
る。

【００３１】金型７は、たとえば上型と下型とからな
り、これら上下型が組み合わされることにより内部にキ
ャビティ７ａが形成される。図示はしないが、上型およ
び下型は、それぞれ加熱盤および断熱盤を介してダイプ
レートに装着されており、いずれかのダイプレートが他
のダイプレートに対して接近離反移動可能に構成されて
いる。

【００３２】押出し機１は、成形材料をノズル４から金
型７に形成されたキャビティ７ａ内に注入するための装
置であり、内部に射出スクリュー３が軸方向移動自在に
挿入された加熱シリンダ１０を有している。この加熱シ
リンダ１０には、温度調節された加熱媒体を流すための
流路が形成されており、射出スクリュー３の回転によっ
て加熱シリンダ１０の内部に導入される成形材料を加熱
して成形材料の可塑化状態を維持する可塑化装置を構成
している。

【００３３】一方、射出スクリュー３は、図示しないス
クリュー駆動用油圧モータで回転しながら、駆動手段と
しての射出用油圧シリンダ２の進退移動によって加熱シ
リンダ１０内を移動する。この射出用油圧シリンダ２を
駆動させる油圧装置は、可変容量ポンプ（油圧ポンプ）
１１と、この可変容量ポンプ１１から圧送される圧力流
体の圧送方向を切り替えるための方向切替え弁９（以
下、流量制御弁９ともいう）と、圧力流体の圧力を所定
圧に保つための電磁リリーフ弁８（以下、圧力制御弁８
ともいう）とから構成されており、この油圧装置を構成
する機器の駆動制御は制御手段６により行われる。

【００３４】射出シリンダ２のピストン２ａの前後には
流量制御弁９を介して可変容量ポンプ１１から圧力流体
が送られ、これにより射出スクリュー３を軸方向上下に
駆動させるようになっている。また、可変容量ポンプ１
１と流量制御弁９との間には圧力制御弁８が装着されて
おり、制御手段６からの信号に基づいて（インターフェ
ースＩ／Ｆを介して）、可変容量ポンプ１１から送られ
る圧力流体の圧力が調節されるようになっている。

【００３５】図１において、符号「５」は位置センサで
あり、射出スクリュー３の軸方向の位置を検出して制御
手段６のインターフェースＩ／Ｆに入力される。また、
流量制御弁９から送られる油流路には圧力センサ１２が
取り付けられており、射出用油圧シリンダ２に供給され
る油圧値を制御手段６のインターフェースＩ／Ｆに入力
される。

【００３６】制御手段６には、圧力制御用最大射出圧力
Ｐ_MAX 、速度制御用射出圧Ｐ₁ （充填工程）および保圧
用射出圧Ｐ₂ （保圧工程）とを設定するための圧力設定
器６ａ、および速度制御用射出速度Ｖ₁ （充填工程）と
保圧用射出速度Ｖ₂ （保圧工程）とを設定するための速
度設定器６ｂが接続されており、射出を行う前に予め所
定の圧力および速度（実際には速度Ｖを流量Ｑに換算し
た値）が入力される。

【００３７】また、本実施例の制御手段６には、射出時
間Ｔ₁ を設定するための射出時間設定器６ｃと、速度変
化量Ｖ_X を設定するための速度変化量設定器６ｄと、充
填直前のスクリュー位置Ｓ₁ およびそれよりも所定間隔
以前の予備位置Ｓ_x を設定するためのスクリュー位置設
定器６ｅとがそれぞれ接続されている。これら射出時間
Ｔ₁ 、速度変化量Ｖ_X 、充填直前のスクリュー位置Ｓ₁
および予備位置Ｓ_x の各値を、射出時間設定機６ｃ、速
度変化量設定機６ｄ、およびスクリュー位置設定機６ｅ
に設定する。この充填直前のスクリュー位置Ｓ₁ と、予
備位置Ｓ_x の求め方については後述する。

【００３８】制御手段６の中央演算処理部（ＣＰＵ）６
ｆでは、位置センサ５からのスクリュー位置情報を常時
監視し、スクリュー位置設定機６ｅに記憶してある予備
位置Ｓ_x と比較し、圧力制御から速度制御への切り換え
タイミングを決定する。また、制御手段６に内蔵された
タイマーによる時間を入力しながら、位置センサ５から
の位置情報に基づいて、これを１回微分し、射出スクリ
ューの速度Ｖ_t ＝ΔＳ／Δｔを逐次演算する。また、射
出スクリュー３が充填直前のスクリュー位置Ｓ ₁ に達し
たときの速度Ｖ_S1を記憶しておき、この速度Ｖ_S1を基準
にしてその後の実際の速度Ｖ_t の変化量によって、速度
制御から保圧制御への切替えタイミングを決定する。

【００３９】次に作用を説明する。まず最初に、本発明
者らは、射出成形を行うにあたり、キャビティ内に成形
材料が充填された時点の確認を、どのパラメータを用い
て判断することが最も現実的かを検証するために、図１
０（Ａ）に示すように、射出時間に対する射出スクリュ
ーの位置、圧力および速度の関係をプロットしてみた。

【００４０】ところで、キャビティ内に成形材料を注入
してゆくと必然的に型内圧力が上昇するので、キャビテ
ィ内に成形材料が実際に充満したかどうかは、この型内
圧力を基準として判断することが最も好ましいといえる
が、量産ラインで型内圧力を全数検出することは現実的
には困難である。

【００４１】型内圧力がある一定の値になると、射出ス
クリュー３の速度Ｖが急減することが理解される。これ
は、以下の理由による。すなわち、射出スクリュー３が
ノズル方向に移動し始め、キャビティ７ａ内への成形材
料の射出が開始されると、この状態からキャビティ７ａ
内に材料が充填されるまでの間は、徐々にキャビティ内
に材料が注入されて行くので、射出スクリュー３は射出
用油圧シリンダ２に所定圧力で押されながら前進し続け
る。

【００４２】射出初期においては、キャビティ７ａ内は
全く空の状態であるため、当初多量の成形材料が注入さ
れることになり、射出スクリュー３の速度Ｖが設定射出
速度まで上昇する。このようにしてキャビティ内に成形
材料が行きわたるまで射出スクリュー３の速度Ｖが一定
となる。

【００４３】そして、キャビティ内全てに成形材料がゆ
きわたると、射出スクリュー３はキャビティ内圧力を上
昇させるためにのみ前進するため、射出スクリュー３の
変位量Ｓは減少し、速度Ｖも急減するのである。本実施
例では、この速度の変化量Ｖ _X が大きいことに着目し、
この時点を速度制御から保圧制御の切り替えタイミング
として用いている。

【００４４】ところが、図１０（Ａ）に示すように、射
出が定常に行われた場合には速度の変化量Ｖ_X のみをも
って射出圧の切替えタイミングとすることができるが、
図１０（Ｂ）に示すように、充填工程の途中で射出速度
Ｖが非定常に変化した場合には、何れの時点の射出速度
を基準にして速度変化量Ｖ_X を検出すればよいのかが不
明になり、これが原因で充填不足や充填過大などの不良
が発生していた。そこで、本実施例では、充填直前の位
置Ｓ₁ を予め仮設定しておき、この充填直前の位置Ｓ₁
における射出速度Ｖ_S1を基準にして速度変化量Ｖ_X を検
出するようにしている。

【００４５】この充填直前の射出スクリュー位置Ｓ₁ は
以下のようにして決定する。図６に示すように、充填直
前の位置、すなわち、キャビティ内に溶融材料が満たさ
れた状態であって、未だ保圧工程に移行していない状態
では、製品容積（つまりキャビティ容積）は射出スクリ
ューの断面積と移動距離との積で表されることから、 充填直前のスクリュー位置Ｓ₁ ＝製品容積／射出スクリ
ューの断面積 が成立する。実際の充填位置は、この直前位置Ｓ₁ から
射出スクリュー３が前進してキャビティ内の材料圧力が
上昇を開始しはじめた位置であるから、図６に示すよう
に、諸条件によって変動幅を有することになる。ただ
し、少なくとも充填直前の射出スクリュー位置Ｓ₁ から
速度変化量Ｖ_X を検出すれば、真の充填位置が求まると
言える。なお、製品容積は、必ずしも１００％の充填率
で計算する必要はなく、１００％以下、たとえば９０％
以下の充填率で計算し、スクリュ位置Ｓ₁ を求めても良
い。試作では、約９０％充填率のスクリュ位置Ｓ₁ を求
めた。

【００４６】また、本実施例では、図１０（Ａ），
（Ｂ）に示す制御の改良として、すなわち、図３（Ｂ）
に示す制御の改良として、図３（Ａ）に示すように、一
次射出工程の最初の工程では、図１０（Ａ），（Ｂ）ま
たは図３（Ｂ）に示す制御を行わず、従来の位置制御に
類似した圧力制御を行っている。すなわち、図３（Ａ）
に示すように、射出開始から、射出位置（スクリュー位
置）が予備位置Ｓ_x に到達するまでは、速度制御は行わ
ず、最大射出圧力Ｐ_MAX で、射出成形を行い、その後、
Ｓ_x の位置を検出した場合に、図３（Ｂ）に示すような
速度制御に切り換える。

【００４７】その結果、射出当初から速度制御を行う図
３（Ｂ）に示す制御の射出成形装置に比較し、一次射出
時間を大幅に短縮することができる。本実施例に係る射
出成形装置により射出成形を実際に行った場合には、図
４，５に示すように、図３（Ｂ）に示す制御を行う参考
例の装置に比較し、約半分程度に一次射出時間を低減す
ることができた。

【００４８】次に、図２に基づき、本実施例に係る射出
成形装置の制御方法について説明する。まず、ステップ
（ＳＴ）１において、図１に示す押出し機１全体を金型
７に近付け、押出し機１のノズル４をキャビティ７ａの
注入口に当接させて射出成形開始状態とし、図１に示す
中央演算処理部６ｆは、圧力設定器６ａから圧力制御用
の射出圧力Ｐ_MAX 信号を読み取り、この射出圧力Ｐ_MAX
となるように、射出成形装置を制御する。具体的には、
射出開始信号に基づいて、可変容量ポンプ１１から最大
射出圧力Ｐ_MAX の圧力流体を射出用油圧シリンダ２に供
給する。これにより射出用油圧シリンダ２が駆動して、
射出スクリュー３が、最大射出圧力Ｐ_MAXでノズル方向
に押し出される。その射出開始時における射出圧力、ス
クリュー速度および射出位置（スクリュー位置）の変化
を図３（Ａ）に示す。図３（Ａ）に示すように、本実施
例では、射出開始時には、圧力制御を行う。

【００４９】射出スクリュー３が、射出用圧力シリンダ
２により駆動され、ノズル方向へ移動すると、加熱シリ
ンダ１０内に供給された成形材料は、ノズル４から注入
口を介してキャビティ７ａ内に射出されキャビティ内に
充填される。

【００５０】図２に示すステップ２では、図１に示す射
出スクリュー３の現在位置Ｓを逐次位置センサ５で計測
し、この位置情報を、制御装置６のインターフェースＩ
／Ｆを介して中央演算処理部６ｆに取り込む。同時に、
中央演算処理部６ｆに内蔵されたタイマーによって射出
開始からの時間を計測する。ステップ３では、スクリュ
ー３の現在位置Ｓの微小変化ΔＳを微小時間Δｔで除
し、射出スクリュー３の速度Ｖ_t を演算する。すなわ
ち、射出スクリュー３の速度Ｖ_t は、射出スクリュー３
の変位を時間ｔで１回微分することにより求めることが
できる。

【００５１】次に、図２に示すステップ４では、射出ス
クリューの現在位置Ｓが、図１に示すスクリュー位置設
定器６ｅに設定してある予備位置Ｓ_x に到達したか否か
を判断する。予備位置Ｓ_x は、前述の方法により決定さ
れた充填直前のスクリュー位置Ｓ₁ よりも手前の位置で
あり、たとえばＳ_x ＝Ｓ₁ −αにより決定される。α
は、充填完了前に速度制御を行う距離に相当し、任意に
決定される距離であり、たとえば４mmである。

【００５２】スクリューの現在位置Ｓ₁ が、予備位置Ｓ
_x に到達すれば、ステップ５に進む。ステップ５では、
それまでの射出圧力Ｐ_MAX での圧力制御から、速度一定
の速度制御に切り換えるための処理を行う。具体的に
は、図１に示す速度設定器６ｂに設定してある速度制御
用射出速度Ｖ₁ に対応する射出信号と、射出圧力設定器
６ａに設定してある速度制御用射出圧力Ｐ₁ に対応する
射出信号とに基づき、圧力流体の油圧Ｐ₁ 信号と油流量
Ｑ₁ 信号とをインターフェースＩ／Ｆを介して圧力制御
弁８および流量制御弁９に出力し、圧力Ｐ₁ の圧力流体
を、射出用油圧シリンダ２に供給して射出スクリュー３
を作動させ、速度制御の射出を行なう。圧力制御から速
度制御への切り替わり状態を図３（Ａ）に示す。

【００５３】次に、図２に示すステップ６では、図１に
示す位置センサ５から入力された射出スクリュー３の現
在位置Ｓが、予めスクリュー位置設定器６ｅに入力され
ている充填直前のスクリュー位置Ｓ₁ に達したか否かを
判断し、この位置における射出スクリュー３の速度Ｖ_S1
を中央演算処理部６ｆに記憶しておき（ステップ７）、
その後、位置センサ５から中央演算処理部６ｆに入力さ
れ演算により求められる射出スクリュー３の速度Ｖ_t と
比較する（ステップ８）。

【００５４】具体的には、実際の射出スクリュー３の速
度Ｖt が、記憶されている充填直前の位置Ｓ₁ における
速度Ｖ_S1から速度変化量Ｖ_X を減じた値より小さくなっ
た時点を検出し、この時点を二次射出工程（保圧工程）
への切替えタイミングとして認識する。

【００５５】このようにして一次射出工程（充填工程）
から二次射出工程（保圧工程）へ移行する最適のタイミ
ングを判断すると、図１に示す圧力設定器６ａおよび速
度設定器６ｂに設定入力された保圧工程における射出圧
力Ｐ₂ とスクリュー速度Ｖ₂となるように、保圧制御を
行う（ステップ９）。具体的には、圧力流体の油圧Ｐ ₂
信号と油流量Ｑ₂ 信号とをインターフェースＩ／Ｆを介
して圧力制御弁８および流量制御弁９に出力し、圧力Ｐ
₁ よりも低い圧力Ｐ₂ を有する圧力流体を、射出用油圧
シリンダ２に供給して射出スクリュー３を作動させ、二
次射出（保圧工程）を行なう。一次射出から二次射出へ
の切り替わり状態を図３（Ａ）に示す。最後に、射出時
間Ｔ₁ となると射出を終了する（ステップ１０）。

【００５６】本実施例では、図３（Ａ）に示すように、
射出開始から、射出位置（スクリュー位置）がＳ_x に到
達するまでは、速度制御は行わず、最大射出圧力Ｐ_MAX
で、射出成形を行い、その後、Ｓ_x の位置を検出した場
合に、速度制御に切り換える。その結果、射出当初から
速度制御を行う図３（Ｂ）に示す制御の射出成形装置に
比較し、一次射出時間を大幅に短縮することができる。
本実施例に係る射出成形装置により射出成形を実際に行
った場合には、図４，５に示すように、図３（Ｂ）に示
す制御を行う参考例の装置に比較し、約半分程度に一次
射出時間を低減することができた。

【００５７】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れず、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明の射出成形装置によれば、充填直
前位置における移動速度から所定の速度変化量が生じた
ときを適切な切替えタイミングとして認識し、金型内へ
の成形材の充填終期の保圧状態（保圧制御）に切り換え
る。これにより、射出する材質、製造ロット、使用する
射出成形装置や金型が相違しても、射出圧力を最適なタ
イミングで切り替えることができ、充填不足や充填過大
などの充填不良を有効に防止することができる。しかも
本発明では、充填直前位置まで、速度制御を行うのでは
なく、予備位置までは、最大の射出圧力となるように圧
力制御を行うため、金型内への成形材料の充填時間を短
縮することができる。したがって、許容充填時間内に充
填完了させることができ、割れ不良品などを発生せず、
製品の品質が向上する。また、割れ不良発生時に必要で
あった成形条件調整が不要となり、作業の軽減を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る射出成形装置を示すブ
ロック図である。

【図２】同実施例に係る制御手段における処理手順を説
明するフローチャートである。

【図３】同実施例と参考例とについて切替え制御を説明
するグラフであって、（Ａ）は本実施例の切り換え制
御、（Ｂ）は参考例の切り換え制御における射出位置・
スクリュー速度（射出速度）・射出圧力と時間との関係
を説明するグラフである。

【図４】本実施例に係る射出成形装置で射出成形を実際
に行った場合の実験結果を示すグラフである。

【図５】本実施例に係る射出成形装置で射出成形を実際
に行った場合の一次射出時間の短縮結果を示すグラフで
ある。

【図６】射出スクリュ位置と製品容積との関係を示すグ
ラフであって、同実施例の射出成形装置において充填直
前のスクリュ位置Ｓ₁ を決定する方法を説明するための
グラフである。

【図７】従来例に係る射出成形装置の制御方法を示すグ
ラフである。

【図８】可変容量ポンプの特性を示すグラフである。

【図９】従来の射出成形装置における充填不良品の発生
理由を説明するグラフであって、（Ａ）は定常射出状
態、（Ｂ）は非定常射出状態における射出圧力・射出速
度と時間との関係を説明するグラフである。

【図１０】参考例に係る射出成形装置の制御方法を示す
グラフであり、（Ａ）は定常状態の場合、（Ｂ）は非定
常状態の場合である。

【図１１】図１０に示す制御方法の場合の一次射出時間
を示すグラフである。

【図１２】従来の位置制御の場合の一次射出時間を示す
グラフである。

【図１３】スクリュー速度挙動と型内圧力挙動との関係
を示すグラフである。

【図１４】スクリュー速度と型内圧力の内圧上昇との関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…押出機 ２…射出用圧力シリンダ ２ａ…ピストン ３…射出スクリュー ４…ノズル ５…位置センサ ６…制御手段 ６ａ…圧力設定器 ６ｂ…速度設定器 ６ｃ…射出時間設定器 ６ｄ…速度変化量設定器 ６ｅ…スクリュー位置設定器 ６ｆ…中央演算処理部（ＣＰＵ） ７…金型 ７ａ…キャビティ ８…圧力制御弁 ９…流量制御弁 １０…加熱シリンダ １１…可変容量ポンプ（油圧ポンプ） １２…圧力センサ Ｐ₁ …速度制御用射出圧 Ｐ₂ …保圧用射出圧 Ｖ₁ …速度制御用射出速度 Ｖ₂ …保圧用射出速度 Ｖ_X …速度変化量 Ｓ₁ …充填直前のスクリュー位置 Ｓ_x …予備位置 Ｔ₁ …射出時間

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金型（７）と、 前記金型（７）の注入口にノズル（４）が押し当てられ
   る押出機（１）と、 前記押出機（１）の内部で、ノズル（４）方向に所定圧
   力で移動することにより、前記ノズル（４）から溶融状
   態の成形材料を所定の射出圧力で前記金型（７）内に射
   出する射出スクリュー（３）と、 前記射出スクリュー（３）の位置（Ｓ，Ｓ₁ ，Ｓ_x ）を
   検出する位置センサ（５）と、 前記スクリュー（３）を前記ノズル（４）方向に所定圧
   力で移動させる駆動手段（２）と、 前記射出スクリュー（３）の移動速度（Ｖ_t ）を検出す
   る手段と、 前記位置センサ（５）により検出された前記射出スクリ
   ューの位置（Ｓ）が予め設定された充填直前位置（Ｓ
   ₁ ）に達したときの前記射出スクリューの移動速度（Ｖ
   _S1）と、予め設定された速度変化量（Ｖ_X ）とに基づい
   て保圧への切替えタイミングを判断する保圧切り換え判
   断手段と、 前記射出スクリューの位置（Ｓ）が、前記充填直前位置
   （Ｓ₁ ）より所定間隔前の予備位置（Ｓ_x ）を過ぎたか
   否かを判断する位置判断手段と、 射出開始位置から前記予備位置（Ｓ_x ）までは、射出圧
   力が最大となるように制御し、前記予備位置（Ｓ_x ）か
   らは、スクリューの移動速度が一定となるように制御
   し、前記保圧切り換え判断手段で、保圧への切り換えタ
   イミングを判断した場合に、保圧制御となるように、前
   記駆動手段（２）を制御する制御手段とを有する射出成
   形装置。