JP3538896B2 - 射出成形機の制御方法 - Google Patents
射出成形機の制御方法Info
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- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
- B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
- B29C45/77—Measuring, controlling or regulating of velocity or pressure of moulding material
-
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- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック製品やア
ルミ製品などを成形する射出成形機において、特に射出
工程を高精度に制御する射出成形機の制御方法に関する
ものである。
ルミ製品などを成形する射出成形機において、特に射出
工程を高精度に制御する射出成形機の制御方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は従来の射出成形機の要部構成を簡
略化して示す概要図であり、図７を用いて油圧駆動式射
出成形機における成形方法を説明する。ペレット状の樹
脂またはアルミニウムを加熱によって溶融状態にされた
成形材料は、加熱シリンダ２の注入口５を介してプラン
ジャ４前部に注入され貯留される。
略化して示す概要図であり、図７を用いて油圧駆動式射
出成形機における成形方法を説明する。ペレット状の樹
脂またはアルミニウムを加熱によって溶融状態にされた
成形材料は、加熱シリンダ２の注入口５を介してプラン
ジャ４前部に注入され貯留される。
【０００３】射出工程では油圧ポンプ１３と配管１０ｃ
により接続された油圧作動バルブ１２に成形機制御装置
１６より電圧による指令値が送られ、それに応じて油圧
作動バルブ１２のスプールが開き、作動油が配管１０ｂ
を通じて射出シリンダ７のヘッド側油圧室８ｂに流れ込
むようになっている。
により接続された油圧作動バルブ１２に成形機制御装置
１６より電圧による指令値が送られ、それに応じて油圧
作動バルブ１２のスプールが開き、作動油が配管１０ｂ
を通じて射出シリンダ７のヘッド側油圧室８ｂに流れ込
むようになっている。
【０００４】そして、ヘッド側油圧室８ｂに作動油が流
入するとピストン９ａには前方（図中左方向）へ動く力
が働きピストンロッド９ｂとともに、プランジャ４は前
進するのである。
入するとピストン９ａには前方（図中左方向）へ動く力
が働きピストンロッド９ｂとともに、プランジャ４は前
進するのである。
【０００５】この時、ロッド側油圧室８ａ内の作動油は
配管１０ａを通ってタンク１１へ流れる。プランジャ４
の前進に伴いプランジャ４前部の溶融物６はノズル３を
介し金型１４の固定側１４ａと可動側１４ｂの間にある
金型キャビティ１４ｃ部に流入、充填される。
配管１０ａを通ってタンク１１へ流れる。プランジャ４
の前進に伴いプランジャ４前部の溶融物６はノズル３を
介し金型１４の固定側１４ａと可動側１４ｂの間にある
金型キャビティ１４ｃ部に流入、充填される。
【０００６】成形材料が金型１４内で冷却され溶融状態
から固化した後、可動側金型１４ｂが移動しキャビティ
１４ｃの形状に賦形された成形品が取出される。その後
金型１４は閉じられ次の射出工程に備える。
から固化した後、可動側金型１４ｂが移動しキャビティ
１４ｃの形状に賦形された成形品が取出される。その後
金型１４は閉じられ次の射出工程に備える。
【０００７】前記した射出工程において、どのような圧
力、速度状態で溶融物６を金型キャビティ１４ｃに充填
するかが、品質のよい成形品を成形するために極めて重
要である。
力、速度状態で溶融物６を金型キャビティ１４ｃに充填
するかが、品質のよい成形品を成形するために極めて重
要である。
【０００８】そのため、熟練者の勘、良品が成形できた
時の状態、あるいはＣＡＥ（コンピュータ支援技術）計
算を用い、最適なプランジャ４の前進速度、ノズル３部
での射出圧力などを算出し、品質のよい成形品を得よう
とする。
時の状態、あるいはＣＡＥ（コンピュータ支援技術）計
算を用い、最適なプランジャ４の前進速度、ノズル３部
での射出圧力などを算出し、品質のよい成形品を得よう
とする。
【０００９】しかしながら、従来の射出成形の場合に
は、油圧作動バルブ１２の開き遅れ、配管１０ｂ、ヘッ
ド側油圧室８ｂ内の作動油の弾性、溶融物６の弾性、プ
ランジャ４の質量などによる速度の立ち上がり遅れなど
により、成形機制御装置１６から適切な電圧値を油圧作
動バルブ１２に指令しても、前記したような最適なプラ
ンジャ４速度や射出圧力は実現できず、そのために、プ
ランジャ４速度は速度センサ１５にて測定し、またノズ
ル３部での射出圧力は圧力センサ１７で測定し、その測
定結果をフィードバックにより制御していた。
は、油圧作動バルブ１２の開き遅れ、配管１０ｂ、ヘッ
ド側油圧室８ｂ内の作動油の弾性、溶融物６の弾性、プ
ランジャ４の質量などによる速度の立ち上がり遅れなど
により、成形機制御装置１６から適切な電圧値を油圧作
動バルブ１２に指令しても、前記したような最適なプラ
ンジャ４速度や射出圧力は実現できず、そのために、プ
ランジャ４速度は速度センサ１５にて測定し、またノズ
ル３部での射出圧力は圧力センサ１７で測定し、その測
定結果をフィードバックにより制御していた。
【００１０】ここで、前述したような従来行われていた
良品を成形するための制御方法の中で、射出工程の諸々
の動的挙動を数式で表現し、それらを解くことにより、
最適な指令値を算出し制御する方法を詳述する。
良品を成形するための制御方法の中で、射出工程の諸々
の動的挙動を数式で表現し、それらを解くことにより、
最適な指令値を算出し制御する方法を詳述する。
【００１１】まず、油圧作動バルブ１２の挙動を表現す
る数式を作成する。
る数式を作成する。
【００１２】図８に示すように、油圧作動バルブ１２に
入力される指令電圧をｅ、油圧作動バルブ１２に装着さ
れて作動油の流量を調整するスプールの位置をＷ、指令
電圧ｅとスプールの位置Ｗの関係を表わすバルブ定数を
ＫV 、時定数をτ1 、時間をｔとすると指令電圧ｅとス
プールの位置Ｗは一次遅れの関係にあるので、
入力される指令電圧をｅ、油圧作動バルブ１２に装着さ
れて作動油の流量を調整するスプールの位置をＷ、指令
電圧ｅとスプールの位置Ｗの関係を表わすバルブ定数を
ＫV 、時定数をτ1 、時間をｔとすると指令電圧ｅとス
プールの位置Ｗは一次遅れの関係にあるので、
【００１３】
【数１】
【００１４】となる。次に油圧ポンプ１３で発生する圧
力をＰS 、油圧作動バルブ１２の入側の圧力をＰA 、時
定数をτ2 とすると、ＰS とＰA との関係も一次遅れで
表現でき、
力をＰS 、油圧作動バルブ１２の入側の圧力をＰA 、時
定数をτ2 とすると、ＰS とＰA との関係も一次遅れで
表現でき、
【００１５】
【数２】
【００１６】となる。油圧作動バルブ１２出側の圧力を
ＰB 、スプールの位置Ｗと作動油流量の関係を示す定数
をＫg とすると、油圧作動バルブ１２を流れる作動油の
流量Ｑ L は、
ＰB 、スプールの位置Ｗと作動油流量の関係を示す定数
をＫg とすると、油圧作動バルブ１２を流れる作動油の
流量Ｑ L は、
【００１７】
【数３】
【００１８】となる。次に射出成形機の射出機構をモデ
ル化した数式を作成する。
ル化した数式を作成する。
【００１９】図９に示す射出シリンダ７のピストン９ａ
の位置をｘ（ピストン９ａが後退限から少し前進した状
態）とし、後退限（図９中でピストン９ａが右方向に移
動限まで進んだ状態）の位置をｘ＝０とする。
の位置をｘ（ピストン９ａが後退限から少し前進した状
態）とし、後退限（図９中でピストン９ａが右方向に移
動限まで進んだ状態）の位置をｘ＝０とする。
【００２０】この時の油圧作動バルブ１２とピストン９
ａ間の作動油の体積（ヘッド側油圧室８ｂと配管１０ｂ
との合計の容積）をＶ1 とする。作動油の体積弾性係数
をＫ h とし、ヘッド側油圧室８ｂおよび配管１０ｂ内の
作動油の圧力ＰB と等しく、また、ピストン９ａの断面
積はＡ1 とすると、これら作動油の圧力と体積との関係
は、
ａ間の作動油の体積（ヘッド側油圧室８ｂと配管１０ｂ
との合計の容積）をＶ1 とする。作動油の体積弾性係数
をＫ h とし、ヘッド側油圧室８ｂおよび配管１０ｂ内の
作動油の圧力ＰB と等しく、また、ピストン９ａの断面
積はＡ1 とすると、これら作動油の圧力と体積との関係
は、
【００２１】
【数４】
【００２２】となる。次にピストン９ａ、ピストンロッ
ド９ｂ、プランジャ４など射出時に運動する部品の総質
量をｍ、射出時にプランジャ４前部の溶融物に発生する
圧力をＰC 、プランジャ４の断面積をＡ2 とする。
ド９ｂ、プランジャ４など射出時に運動する部品の総質
量をｍ、射出時にプランジャ４前部の溶融物に発生する
圧力をＰC 、プランジャ４の断面積をＡ2 とする。
【００２３】ピストン９ａおよびその他の摺動部に発生
する摩擦力はピストン９ａの前進速度に比例するのでＢ
f （ｄｘ／ｄｔ）となっているので、運動方程式は
する摩擦力はピストン９ａの前進速度に比例するのでＢ
f （ｄｘ／ｄｔ）となっているので、運動方程式は
【００２４】
【数５】
【００２５】となる。次にプランジャ４が後退限、すな
わちｘ＝０の位置にある時の溶融物６の体積をＶ2 、ノ
ズル３を介して金型キャビティ１４ｃ内に流入する溶融
物６の流量をＱC 、溶融物６の体積弾性係数をＫP とす
ると、溶融物６の圧力と体積の関係より
わちｘ＝０の位置にある時の溶融物６の体積をＶ2 、ノ
ズル３を介して金型キャビティ１４ｃ内に流入する溶融
物６の流量をＱC 、溶融物６の体積弾性係数をＫP とす
ると、溶融物６の圧力と体積の関係より
【００２６】
【数６】
【００２７】となる。次に、金型キャビティ１４ｃを図
１０に示すように円筒形状であるとする。円筒の直径を
Ｄh 、流動長さをｈL 、溶融物の粘度をμとすると、流
動先端の圧力は０なので、流量と圧力の関係はハーゲン
・ポアズの式より
１０に示すように円筒形状であるとする。円筒の直径を
Ｄh 、流動長さをｈL 、溶融物の粘度をμとすると、流
動先端の圧力は０なので、流量と圧力の関係はハーゲン
・ポアズの式より
【００２８】
【数７】
【００２９】となる。また、流動長さｈL と流量ＱC の
関係は、
関係は、
【００３０】
【数８】
【００３１】となる。以上（１）〜（７）の７式により
射出成形機の射出工程での動的挙動が全て数式で表現さ
れた。ここで、ＫV 、τ1 、ＰS 、τ2 、Ｋg 、Ｋh 、
Ｖ1 、Ａ1 、ｍ、Ｂf 、ＫP、Ｖ2 、μ、Ｄh は定数で
あり既知である。また、変数はｅ、Ｗ、ＰA 、ＰB 、Ｐ
C 、ｘ、ＱC 、ｈL の８つであり時間ｔの関数である。
射出成形機の射出工程での動的挙動が全て数式で表現さ
れた。ここで、ＫV 、τ1 、ＰS 、τ2 、Ｋg 、Ｋh 、
Ｖ1 、Ａ1 、ｍ、Ｂf 、ＫP、Ｖ2 、μ、Ｄh は定数で
あり既知である。また、変数はｅ、Ｗ、ＰA 、ＰB 、Ｐ
C 、ｘ、ＱC 、ｈL の８つであり時間ｔの関数である。
【００３２】射出工程を最適な状態で行うため、プラン
ジャ４の目標速度をｄｘ（ｔ）／ｄｔ＝ｆ（ｔ）と設定
した場合、
ジャ４の目標速度をｄｘ（ｔ）／ｄｔ＝ｆ（ｔ）と設定
した場合、
【００３３】
【数９】
【００３４】より、ｘ（ｔ）が決まり変数が７つになる
ので前述した（１）〜（７）の式を連立させて解くこと
により油圧作動バルブ１２への指令電圧ｅ（ｔ）が算出
される。
ので前述した（１）〜（７）の式を連立させて解くこと
により油圧作動バルブ１２への指令電圧ｅ（ｔ）が算出
される。
【００３５】前記（１）〜（７）式にはバルブの開き遅
れ、その他の遅れ要素が表現されているため、このｅ
（ｔ）を成形機制御装置１６から油圧作動バルブ１２へ
指令すれば目標どおりの射出パターンｄｘ（ｔ）／ｄｔ
＝ｆ（ｔ）が実現できる。
れ、その他の遅れ要素が表現されているため、このｅ
（ｔ）を成形機制御装置１６から油圧作動バルブ１２へ
指令すれば目標どおりの射出パターンｄｘ（ｔ）／ｄｔ
＝ｆ（ｔ）が実現できる。
【００３６】また、射出工程を最適な状態で行うため、
溶融物６のノズル３部での目標射出圧力をＰC （ｔ）＝
ｆ（ｔ）と設定した場合でも、前述したと同様に指令電
圧ｅ（ｔ）が算出される。
溶融物６のノズル３部での目標射出圧力をＰC （ｔ）＝
ｆ（ｔ）と設定した場合でも、前述したと同様に指令電
圧ｅ（ｔ）が算出される。
【００３７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した
（１）〜（５）式は射出成形機と溶融物６の体積弾性係
数のみより算出されるために動的挙動をかなり正確に記
述している式である。
（１）〜（５）式は射出成形機と溶融物６の体積弾性係
数のみより算出されるために動的挙動をかなり正確に記
述している式である。
【００３８】しかし、金型１４内における溶融物６の動
的挙動を表現した（６）、（７）式は、キャビティ形状
が円筒形である場合の圧力、流量、体積の関係を示すも
のであり、このように金型キャビティ１４ｃ形状が単純
な円筒や平板状であれば、動的挙動を簡単かつ正確に数
式化でき、（１）〜（５）式と連立して解けば精度のよ
いｅ（ｔ）が算出でき所望する射出工程が実現できる。
的挙動を表現した（６）、（７）式は、キャビティ形状
が円筒形である場合の圧力、流量、体積の関係を示すも
のであり、このように金型キャビティ１４ｃ形状が単純
な円筒や平板状であれば、動的挙動を簡単かつ正確に数
式化でき、（１）〜（５）式と連立して解けば精度のよ
いｅ（ｔ）が算出でき所望する射出工程が実現できる。
【００３９】しかしながら、図１１に示すようなバケツ
形状のものであれば、それを正確に表現する関係式がな
いため、むりやり図１２に示すように、大小の円筒を重
畳的につなげたモデルに近似した数式で表現する。
形状のものであれば、それを正確に表現する関係式がな
いため、むりやり図１２に示すように、大小の円筒を重
畳的につなげたモデルに近似した数式で表現する。
【００４０】また、キャビティ１４ｃ形状がさらに複雑
になっても円筒や平板モデルで近似しなければならず、
これに対して金型１４内での溶融物６の動的挙動はキャ
ビティ１４ｃ形状に大きく左右されるため、（１）〜
（７）式から算出して得られた油圧作動バルブ１２の指
令値ｅ（ｔ）も誤差が大きくなる結果、図１３に示すよ
うに射出工程の目標値に対して実際の値との差は大きく
なり、所望する射出工程が実現できないという問題点が
あった。
になっても円筒や平板モデルで近似しなければならず、
これに対して金型１４内での溶融物６の動的挙動はキャ
ビティ１４ｃ形状に大きく左右されるため、（１）〜
（７）式から算出して得られた油圧作動バルブ１２の指
令値ｅ（ｔ）も誤差が大きくなる結果、図１３に示すよ
うに射出工程の目標値に対して実際の値との差は大きく
なり、所望する射出工程が実現できないという問題点が
あった。
【００４１】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、品質のよい成形品を安定して得られるため
に、射出工程時における金型内の溶融物の動的挙動を表
現する数式を正確に表わし、高精度な指令値を算出する
ことにより所望する射出工程を実現する制御方法を提供
することにある。
れたもので、品質のよい成形品を安定して得られるため
に、射出工程時における金型内の溶融物の動的挙動を表
現する数式を正確に表わし、高精度な指令値を算出する
ことにより所望する射出工程を実現する制御方法を提供
することにある。
【００４２】
【問題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明における第１の発明ではキャビティ形
状を微少要素に分割したモデルを作成し、有限要素法あ
るいは境界要素法などを利用した金型内流動解析を用
い、金型内での溶融物の動的挙動は、圧力あるいは流量
を時間を変数とした関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）で求め、ま
た射出工程内での制御目標となる射出速度あるいは射出
圧力の目標値は時間などを変数とした関数ｆ（ｔ）で表
現し、該関数ｆ（ｔ）と該関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）を連
立して解くことにより指令値Ｕ（ｔ）を算出して、制御
装置から油圧作動バルブや電気モータに出力することに
よって、射出工程を目標どおりの射出状態ｆ（ｔ）に制
御する、さらに第２の発明では有限要素法あるいは境界
要素法など数値解析法を利用した金型内流動解析から求
まる圧力、流量などの時間を変数とした関数Ｐ（ｔ）、
Ｑ（ｔ）より、前記金型内での溶融物の動的挙動と等価
の動的挙動を示す円筒形、円錐形、平板形など簡単な数
式で表現することにより、高精度な指令値Ｕ（ｔ）を算
出し、射出工程を所望する射出状態ｆ（ｔ）に制御する
ようにした。
るために、本発明における第１の発明ではキャビティ形
状を微少要素に分割したモデルを作成し、有限要素法あ
るいは境界要素法などを利用した金型内流動解析を用
い、金型内での溶融物の動的挙動は、圧力あるいは流量
を時間を変数とした関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）で求め、ま
た射出工程内での制御目標となる射出速度あるいは射出
圧力の目標値は時間などを変数とした関数ｆ（ｔ）で表
現し、該関数ｆ（ｔ）と該関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）を連
立して解くことにより指令値Ｕ（ｔ）を算出して、制御
装置から油圧作動バルブや電気モータに出力することに
よって、射出工程を目標どおりの射出状態ｆ（ｔ）に制
御する、さらに第２の発明では有限要素法あるいは境界
要素法など数値解析法を利用した金型内流動解析から求
まる圧力、流量などの時間を変数とした関数Ｐ（ｔ）、
Ｑ（ｔ）より、前記金型内での溶融物の動的挙動と等価
の動的挙動を示す円筒形、円錐形、平板形など簡単な数
式で表現することにより、高精度な指令値Ｕ（ｔ）を算
出し、射出工程を所望する射出状態ｆ（ｔ）に制御する
ようにした。
【００４３】
【作用】金型キャビティ形状に大きく左右される金型内
における溶融物の動的挙動はコンピュータ計算による金
型内流動解析から得られる結果を用い正確に表現する。
このことにより金型内の溶融物の動的挙動が高精度に表
現され、射出工程全体が正確に記述されるので、所望す
るプランジャ速度や射出圧力の射出状態ｆ（ｔ）を射出
成形機を表示する（１）〜（５）式と金型内の動的挙動
を表すＱ（ｔ）、Ｐ（ｔ）の式に代入して成形機制御装
置より出力される指令値を正確に計算し制御すれば、所
望する状態の射出工程が実現できる。
における溶融物の動的挙動はコンピュータ計算による金
型内流動解析から得られる結果を用い正確に表現する。
このことにより金型内の溶融物の動的挙動が高精度に表
現され、射出工程全体が正確に記述されるので、所望す
るプランジャ速度や射出圧力の射出状態ｆ（ｔ）を射出
成形機を表示する（１）〜（５）式と金型内の動的挙動
を表すＱ（ｔ）、Ｐ（ｔ）の式に代入して成形機制御装
置より出力される指令値を正確に計算し制御すれば、所
望する状態の射出工程が実現できる。
【００４４】
【実施例】以下に、本発明に係る成形機の制御方法の具
体的実施例を図面を参照して詳細に説明する。
体的実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】図１は金型内に溶融物を充填する時の挙動
を流動解析した時の時間と流量の関係を表わす図、図２
は金型内に溶融物を充填する時の挙動を流動解析した時
の時間と圧力の関係を表わす図、図３は図１に示す流動
解析結果を直線近似した時の図、図４は図３に示す流動
解析結果を直線近似した時の図、図５は流動解析結果を
金型キャビティと等価の円筒モデルに置き換えた等価円
筒モデル図、図６は本発明に係る制御方法で制御した時
目標値と実測値が一致したことを表わす図である。
を流動解析した時の時間と流量の関係を表わす図、図２
は金型内に溶融物を充填する時の挙動を流動解析した時
の時間と圧力の関係を表わす図、図３は図１に示す流動
解析結果を直線近似した時の図、図４は図３に示す流動
解析結果を直線近似した時の図、図５は流動解析結果を
金型キャビティと等価の円筒モデルに置き換えた等価円
筒モデル図、図６は本発明に係る制御方法で制御した時
目標値と実測値が一致したことを表わす図である。
【００４６】射出成形機の動的挙動を示す（１）〜
（７）式は従来の技術で述べたものと同じであるからそ
の詳細な説明を省略し、以下図面を用いて本発明との関
係箇所のみ説明する。
（７）式は従来の技術で述べたものと同じであるからそ
の詳細な説明を省略し、以下図面を用いて本発明との関
係箇所のみ説明する。
【００４７】まず、本発明に係る実施例では、コンピュ
ータ計算による金型１４内の流動解析（Moldflow、Ｃ−
Flow）を用いて、所望する射出充填状態下におけるノズ
ル３を介して金型１４内に流入する流量Ｑと時間ｔとの
関係（Ｑ（ｔ））を算出し、図１に示すように表示でき
る。
ータ計算による金型１４内の流動解析（Moldflow、Ｃ−
Flow）を用いて、所望する射出充填状態下におけるノズ
ル３を介して金型１４内に流入する流量Ｑと時間ｔとの
関係（Ｑ（ｔ））を算出し、図１に示すように表示でき
る。
【００４８】また、前述の流動解析を用いて金型キャビ
ティ１４ｃ内への射出圧力と時間との関係（Ｐ（ｔ））
を算出し、図２に示すように表示できる。
ティ１４ｃ内への射出圧力と時間との関係（Ｐ（ｔ））
を算出し、図２に示すように表示できる。
【００４９】このＱ（ｔ）とＰ（ｔ）が金型１４内の動
的挙動を表現する式となり、キャビティ１４ｃ形状がい
くら複雑になっても流動解析により容易に算出できるの
である。
的挙動を表現する式となり、キャビティ１４ｃ形状がい
くら複雑になっても流動解析により容易に算出できるの
である。
【００５０】従来技術で述べた（６）式と（７）式は、
円筒金型内での動的挙動を示すので、ここでは削除する
と、（１）〜（５）式には未知数がｅ、Ｗ、ＰA 、
ＰB 、Ｐ C 、ｘ、ＱC の７つであるが、ＱC とＰC は金
型内流動解析よりＱ（ｔ）、Ｐ（ｔ）として算出されて
おり、ＱC ＝Ｑ（ｔ）、ＰC ＝Ｐ（ｔ）となるので全体
として未知数は５つとなる。ここで（１）〜（５）式の
５つの式より、成形機制御装置１６から出力される指令
値ｅ（ｔ）が算出されることになる。このｅ（ｔ）が請
求項記載の指令値Ｕ（ｔ）となる。
円筒金型内での動的挙動を示すので、ここでは削除する
と、（１）〜（５）式には未知数がｅ、Ｗ、ＰA 、
ＰB 、Ｐ C 、ｘ、ＱC の７つであるが、ＱC とＰC は金
型内流動解析よりＱ（ｔ）、Ｐ（ｔ）として算出されて
おり、ＱC ＝Ｑ（ｔ）、ＰC ＝Ｐ（ｔ）となるので全体
として未知数は５つとなる。ここで（１）〜（５）式の
５つの式より、成形機制御装置１６から出力される指令
値ｅ（ｔ）が算出されることになる。このｅ（ｔ）が請
求項記載の指令値Ｕ（ｔ）となる。
【００５１】射出工程において成形機制御装置１６から
油圧作動バルブ１２にｅ（ｔ）の電圧値を指令すると、
図６に示すように破線で示す射出工程の目標値と実線で
示す実測値とよく一致した射出工程が実現できる。
油圧作動バルブ１２にｅ（ｔ）の電圧値を指令すると、
図６に示すように破線で示す射出工程の目標値と実線で
示す実測値とよく一致した射出工程が実現できる。
【００５２】次にコンピュータ計算による金型内流動解
析から求まる圧力−流量−時間の関係を利用することに
より、金型１４内の動的挙動と等価の動的挙動を示す円
筒形状を算出する方法を説明する。
析から求まる圧力−流量−時間の関係を利用することに
より、金型１４内の動的挙動と等価の動的挙動を示す円
筒形状を算出する方法を説明する。
【００５３】図１に示すコンピュータ計算により求まっ
た流量と時間の関係を簡単にするため、図３に示す３段
の階段上の関数に近似する。また、図２に示す圧力と時
間の関係も図４に示すような簡単な折れ線式に近似でき
る。
た流量と時間の関係を簡単にするため、図３に示す３段
の階段上の関数に近似する。また、図２に示す圧力と時
間の関係も図４に示すような簡単な折れ線式に近似でき
る。
【００５４】図３、図４および図５を用いて解析方法を
説明すると、射出開始（ｔ＝０）から時間（ｔ＝ｔ1 ）
までにランナ１４ｄ部を流れる溶融物６の流量ｑ1 は一
定で（図３）、この時の圧力は０からｐ1 まで直線的に
立ち上がる（図４）。
説明すると、射出開始（ｔ＝０）から時間（ｔ＝ｔ1 ）
までにランナ１４ｄ部を流れる溶融物６の流量ｑ1 は一
定で（図３）、この時の圧力は０からｐ1 まで直線的に
立ち上がる（図４）。
【００５５】したがって、この時間に流入する体積はｑ
1 ×ｔ1 となり、この時、図５に示す等価円筒１の直径
をＤh1、長さをＨL1とすると圧力、流量、体積の関係よ
り、次式が成立つ。
1 ×ｔ1 となり、この時、図５に示す等価円筒１の直径
をＤh1、長さをＨL1とすると圧力、流量、体積の関係よ
り、次式が成立つ。
【００５６】
【数１０】
【００５７】この２式を連立して解くと、
【００５８】
【数１１】
【００５９】が求まる。また、時間ｔ1 からｔ2 までの
間はキャビティ１４ｃ内を流れる溶融物６の流量ｑ2 は
一定（図３）で、この時の圧力はｐ1 からｐ2 まで直線
的に立ち上がる（図４）。
間はキャビティ１４ｃ内を流れる溶融物６の流量ｑ2 は
一定（図３）で、この時の圧力はｐ1 からｐ2 まで直線
的に立ち上がる（図４）。
【００６０】したがって、この時間の間にキャビティ１
４ｃ内に流入する体積はｑ2 （ｔ2−ｔ1 ）となり、こ
の時、図５に示す等価円筒２の直径をＤh2、長さをＨL2
とすると、前述したと同様に、
４ｃ内に流入する体積はｑ2 （ｔ2−ｔ1 ）となり、こ
の時、図５に示す等価円筒２の直径をＤh2、長さをＨL2
とすると、前述したと同様に、
【００６１】
【数１２】
【００６２】となる。さらに、時間ｔ2 からｔ3 までの
間はキャビティ１４ｃ内を流れる溶融物６の流量ｑ3 は
一定（図３）で、この時の圧力はｐ2 からｐ3 まで直線
的に立ち上がる。
間はキャビティ１４ｃ内を流れる溶融物６の流量ｑ3 は
一定（図３）で、この時の圧力はｐ2 からｐ3 まで直線
的に立ち上がる。
【００６３】したがって、この時間の間にキャビティ１
４ｃに流入する体積はｑ3 （ｔ3 −ｔ2 ）となり、この
時、図５に示す等価円筒３の直径をＤh3、長さをＨL3と
すると、前述したと同様に、
４ｃに流入する体積はｑ3 （ｔ3 −ｔ2 ）となり、この
時、図５に示す等価円筒３の直径をＤh3、長さをＨL3と
すると、前述したと同様に、
【００６４】
【数１３】
【００６５】となり、以上述べたように金型１４内部の
ランナ１４ｄ部とキャビティ１４ｃ形状は、図５に示す
ように等価円筒１、２、３をそれぞれ３つつなげた形状
で表現できるのである。
ランナ１４ｄ部とキャビティ１４ｃ形状は、図５に示す
ように等価円筒１、２、３をそれぞれ３つつなげた形状
で表現できるのである。
【００６６】次に、前述したようにランナ１４ｄ部およ
びキャビティ１４ｃをそれぞれ等価円筒１〜３に置換え
た場合、溶融物６の流動先端が等価円筒１を通過する時
の流量と圧力の関係は、（６）式と（７）式より、
びキャビティ１４ｃをそれぞれ等価円筒１〜３に置換え
た場合、溶融物６の流動先端が等価円筒１を通過する時
の流量と圧力の関係は、（６）式と（７）式より、
【００６７】
【数１４】
【００６８】となる。また、溶融物６が等価円筒１を満
たし、流動先端が等価円筒２を通過する時の流量と圧力
の関係は、前述したと同様に
たし、流動先端が等価円筒２を通過する時の流量と圧力
の関係は、前述したと同様に
【００６９】
【数１５】
【００７０】となる。さらに、溶融物６が等価円筒１と
２を満たし流動先端が等価円筒３を通過する時の流量と
圧力の関係は、
２を満たし流動先端が等価円筒３を通過する時の流量と
圧力の関係は、
【００７１】
【数１６】
【００７２】となる。以上から、射出成形機の動的挙動
を示す（１）〜（５）式と、溶融物６の流動先端より等
価円筒１〜３を流れる動的挙動を示す（１１）〜（１
６）式と、最適な射出充填状態を表わすｆ（ｔ）を連立
して解くことにより、成形機制御装置１６から出力され
る指令値ｅ（ｔ）＝Ｕ（ｔ）が算出できるのである。
を示す（１）〜（５）式と、溶融物６の流動先端より等
価円筒１〜３を流れる動的挙動を示す（１１）〜（１
６）式と、最適な射出充填状態を表わすｆ（ｔ）を連立
して解くことにより、成形機制御装置１６から出力され
る指令値ｅ（ｔ）＝Ｕ（ｔ）が算出できるのである。
【００７３】この金型１４内を等価円筒として表現する
方法では、例えば成形現場で所望する充填状態ｆ（ｔ）
を変えても、再度コンピュータ計算により金型１４内流
動解析をしなくてよいという利点がある。
方法では、例えば成形現場で所望する充填状態ｆ（ｔ）
を変えても、再度コンピュータ計算により金型１４内流
動解析をしなくてよいという利点がある。
【００７４】
【発明の効果】以上のべたことからも明らかなように、
本発明における第１の発明では、キャビティ形状を微少
要素に分割したモデルを作成し、有限要素法あるいは境
界要素法などを利用した金型内流動解析を用い、金型内
での溶融物の動的挙動は、圧力あるいは流量を時間を変
数とした関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）で求め、また射出工程
内での制御目標となる射出速度あるいは射出圧力の目標
値は時間などを変数とした関数ｆ（ｔ）で表現し、該関
数ｆ（ｔ）と該関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）を連立して解く
ことにより指令値Ｕ（ｔ）を算出して、制御装置から油
圧作動バルブや電気モータに出力することによって、射
出工程を目標どおりの射出状態ｆ（ｔ）に制御する、さ
らに第２の発明では有限要素法あるいは境界要素法など
数値解析法を利用した金型内流動解析から求まる圧力、
流量などの時間を変数とした関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）よ
り、前記金型内での溶融物の動的挙動と等価の動的挙動
を示す円筒形、円錐形、平板形など簡単な数式で表現す
ることにより、高精度な指令値Ｕ（ｔ）を算出し、射出
工程を所望する射出状態ｆ（ｔ）に制御するようにした
ことにより、射出工程時に射出充填状態に大きな影響を
及ぼす溶融物の金型内における動的挙動を正確に把握す
ることができるため、所望する射出状態の実現が可能と
なり、プラスチック製品やアルミニウム製品の良品への
安定成形への効果は絶大となる。
本発明における第１の発明では、キャビティ形状を微少
要素に分割したモデルを作成し、有限要素法あるいは境
界要素法などを利用した金型内流動解析を用い、金型内
での溶融物の動的挙動は、圧力あるいは流量を時間を変
数とした関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）で求め、また射出工程
内での制御目標となる射出速度あるいは射出圧力の目標
値は時間などを変数とした関数ｆ（ｔ）で表現し、該関
数ｆ（ｔ）と該関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）を連立して解く
ことにより指令値Ｕ（ｔ）を算出して、制御装置から油
圧作動バルブや電気モータに出力することによって、射
出工程を目標どおりの射出状態ｆ（ｔ）に制御する、さ
らに第２の発明では有限要素法あるいは境界要素法など
数値解析法を利用した金型内流動解析から求まる圧力、
流量などの時間を変数とした関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）よ
り、前記金型内での溶融物の動的挙動と等価の動的挙動
を示す円筒形、円錐形、平板形など簡単な数式で表現す
ることにより、高精度な指令値Ｕ（ｔ）を算出し、射出
工程を所望する射出状態ｆ（ｔ）に制御するようにした
ことにより、射出工程時に射出充填状態に大きな影響を
及ぼす溶融物の金型内における動的挙動を正確に把握す
ることができるため、所望する射出状態の実現が可能と
なり、プラスチック製品やアルミニウム製品の良品への
安定成形への効果は絶大となる。
【図１】金型内に溶融物を充填する時の挙動を流動解析
した時の時間と流量の関係を表わす図である。
した時の時間と流量の関係を表わす図である。
【図２】金型内に溶融物を充填する時の挙動を流動解析
した時の時間と圧力の関係を表わす図である。
した時の時間と圧力の関係を表わす図である。
【図３】図１に示す流動解析結果を直線近似した時の図
である。
である。
【図４】図３に示す流動解析結果を直線近似した時の図
である。
である。
【図５】流動の解析結果を金型キャビティ等価の円筒モ
デルに置き換えた等価円筒モデル図である。
デルに置き換えた等価円筒モデル図である。
【図６】本発明に係る制御方法で制御した時目標値と実
測値が一致したことを表わす図である。
測値が一致したことを表わす図である。
【図７】従来の射出成形機の要部構成を簡略化して示す
概要図である。
概要図である。
【図８】射出成形機の油圧系をモデル化し、各状態量を
記号化して表わした説明図である。
記号化して表わした説明図である。
【図９】射出成形機の射出機構をモデル化し、各状態量
を記号化して表した説明図である。
を記号化して表した説明図である。
【図１０】射出成形機の金型をモデル化し、各状態量を
記号化して表した説明図である。
記号化して表した説明図である。
【図１１】射出成形機で成形するバケツ形状の成形品の
概要図である。
概要図である。
【図１２】図１１に示すバケット形状をした成形品を等
価の円筒モデルに置き換えた時の等価円筒モデル図であ
る。
価の円筒モデルに置き換えた時の等価円筒モデル図であ
る。
【図１３】キャビティ形状を円筒、円錐あるいは平板形
状にむりやりに置き換え制御した時の目標値と実測値と
の差を表わすグラフである。
状にむりやりに置き換え制御した時の目標値と実測値と
の差を表わすグラフである。
１ 射出装置
２ 加熱シリンダ
３ ノズル
４ プランジャ
５ 注入口
６ 溶融物
７ 射出シリンダ
８ａ ロッド側油圧室
８ｂ ヘッド側油圧室
９ａ ピストン
９ｂ ピストンロッド
１０ａ 配管
１０ｂ 配管
１０ｃ 配管
１１ タンク
１２ 油圧作動バルブ
１３ 油圧ポンプ
１４ 金型
１４ａ 固定側金型
１４ｂ 可動側金型
１４ｃ キャビティ
１５ 速度センサ
１６ 成形機制御装置
１７ 圧力センサ
ｅ 指令電圧
Ｗ スプールの位置
ＫV バルブ開き定数
τ1 スプール開き遅れ時定数
ｔ 時間
ＰS ポンプ圧力
ＰA バルブの入側圧力
ＰB バルブの出側圧力（ヘッド側油圧室圧力）
ＰC プランジャ部前部に発生する溶融物の圧力
ＱL バルブを流れる作動油の流量
τ2 ポンプ圧力の伝達遅れ時定数
Ｋg バルブ流量定数
ｘ ピストンの位置
Ｖ1 ヘッド側作動油の容積
Ｋh 作動油の体積弾性係数
ＫP 溶融物の体積弾性係数
ｍ 総質量
Ａ1 ピストンの断面積
Ａ2 プランジャの断面積
Ｂf 摩擦係数
Ｖ2 溶融物の体積
ＱC ノズルを介し金型内に流れ込む溶融物の流量
μ 溶融物の粘度
Ｄh 円筒形キャビティの直径
ｈL 流動長さ
Ｐ（ｔ） 流動解析により得られる金型内への射出圧力
Ｑ（ｔ） 流動解析により得られる金型内への流量
ｆ（ｔ） 射出工程の目標値（所望する状態）
Ｕ（ｔ） 指令値
Ｄh1、Ｄh2、Ｄh3 等価円筒直径
ＨL1、ＨL2、ＨL3 等価円筒長さ
Claims (2)
- 【請求項１】キャビティ形状を微少要素に分割したモデ
ルを作成し、有限要素法あるいは境界要素法などを利用
した金型内流動解析を用い、金型内での溶融物の動的挙
動は、圧力あるいは流量を時間を変数とした関数Ｐ
（ｔ）、Ｑ（ｔ）で求め、また射出工程内での制御目標
となる射出速度あるいは射出圧力の目標値は時間などを
変数とした関数ｆ（ｔ）で表現し、該関数ｆ（ｔ）と該
関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）を連立して解くことにより指令
値Ｕ（ｔ）を算出して、制御装置から油圧作動バルブや
電気モータに出力することによって、射出工程を目標ど
おりの射出状態ｆ（ｔ）に制御することを特徴とする射
出成形機の制御方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の制御方法において、有
限要素法あるいは境界要素法など数値解法を利用した金
型内流動解析から求まる圧力、流量などの時間を変数と
した関数Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）より、前記金型内での溶融
物の動的挙動と等価の動的挙動を示す円筒形、円錐形、
平板形など簡単な数式で表現することにより、高精度な
指令値Ｕ（ｔ）を算出し、射出工程を所望する射出状態
ｆ（ｔ）に制御することを特徴とする射出成形機の制御
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13591594A JP3538896B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 射出成形機の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13591594A JP3538896B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 射出成形機の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH081744A JPH081744A (ja) | 1996-01-09 |
| JP3538896B2 true JP3538896B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=15162820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13591594A Expired - Fee Related JP3538896B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 射出成形機の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3538896B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3226447B2 (ja) * | 1995-09-08 | 2001-11-05 | 住友化学工業株式会社 | プレス成形又は射出プレス成形のシミュレーション方法 |
| DE60011503T2 (de) * | 1999-04-13 | 2004-11-04 | Fanuc Ltd. | Verfahren, Vorrichtung und Medium zur Erstellung von Giessformbedingungen, und Giessformmaschine |
| TWI241949B (en) * | 2001-06-08 | 2005-10-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method of analyzing injection molding conditions and method for providing the analysis results thereof |
| JP2012200770A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Aisin Aw Co Ltd | 評価用鋳造型、評価用鋳造型を用いた評価方法 |
| DE102018123361A1 (de) * | 2018-09-23 | 2020-03-26 | Arburg Gmbh + Co Kg | Verfahren zur Steuerung einer Maschine zur Verarbeitung von Kunststoffen |
-
1994
- 1994-06-17 JP JP13591594A patent/JP3538896B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH081744A (ja) | 1996-01-09 |
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