JPH04169217A - 射出成形機の型締力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、射出成形機に関するもので、その型締装置
の型締力を充填圧力や保圧力、すなわち射出プランジャ
（インラインスクリュー式の射出成形機ではスクリュー
、以下同じ。）の前進中の樹脂圧力や充填後の樹脂圧力
の大きさに対応させて制御する装置に関するものである
。

（従来の技術） 射出成形機の型締装置の型締力を制御する最も簡単な方
法は、充填工程および保圧工程を通しての最大樹脂圧力
に金型キャビティの投影面積を乗じた値より若干大きな
型締力で、成形開始から終了までの間合型を締結すると
いうものである。

この方法では、たとえ射出時になんらかの異常が発生し
てピーク圧が作用しても金型が開かない（オーバーパッ
クしない）ような高めの圧力で金型を締結したあと射出
工程に入る。このとき、溶融樹脂が急速に金型のキャビ
ティに充填され、これによって金型内の空気が断熱圧縮
されて高温となり、樹脂焼けを生ずることがある。そこ
でこれを避けるために、金型のパーティング面に沿って
エアーヘントを設け、金型内の空気を逃がすようにして
いる。

しかしエアーベント加工は、その溝幅、溝深さに微妙な
ノウハウがあり、金型の設計製作を面倒にする。また金
型のキャビティにピーク圧が作用するのはほんの瞬間で
あるにも係わらず、成形工程の初めから終わりまで金型
が大きな力で締結されているので、金型に歪が生したり
過大な型締力によって金型のパーティング面に応力腐食
割れが生ずる等、金型の損傷を早めることとなり、また
高い油圧力を保持するためのエネルギーの無駄も生ずる
。

そこでこれを避けるために、型締シリンダの油圧室と射
出シリンダの油圧室とを連通し、型締力を射出圧に比例
させるようにしだ型締装置が提唱されている。

（発明が解決しようとする課題） しかじ型締シリンダの油圧室と射出シリンダの油圧室を
連通させた構造では、型締シリンダと射出シリンダのそ
れぞれのピストン径は一定であるから、型締シリンダが
発生する型締力は、射出シリンダの圧力すなわちこれに
よって決まる樹脂充填圧に比例した力であって、金型の
キャビティの投影面積には全く関係しない。従ってキャ
ビティの投影面積が小さいときには、型締力が過大とな
り、上述したピーク圧に備えて型締するものと同様な問
題を生ずるし、キャビティの投影面積が大きいときには
、型締側だけに油圧源の最大油圧力をかけることができ
ないので、型締力が不足してオーバーパックが生じやす
い。従ってこの構造は、金型のキャビティの投影面積が
ある一定の範囲にあるときにのみ有効であるに過ぎない
。またこのような構造の型締装置は、余分な配管が必要
になるという欠点もある。

そこでこの発明では、金型のキャビティに作用する樹脂
圧力（充填圧力および保圧力）にキャビティの投影面積
を乗じた力にほぼ比例する型締力を発生させる型締力制
御装置を得ることにより、金型のキャビティの大小や射
出圧の変動に比例して金型を最適な力で締結し、従って
金型の損傷やオーバーパックの問題を生じない射出成形
機を得ることを目的としている。

（課題を解決するための手段） この発明の型締力制御装置は、射出シリンダ１の油圧力
Ｐｉを検出する圧力検出手段１９と、型締シリンダ７に
供給される油圧力Ｐｃを制御する圧力制御器１２と、後
述する比例定数Ｃ１上記検出圧力Ｐｉおよび金型キャビ
ティの投影面積Ｓｍにより圧力指令値Ｑを Ｑ＝Ｃ３ｍＰｉ として算出する演算手段２４と、この圧力指令値Ｑまた
はこれに補正係数αを乗じた値を上記圧力制御器１２の
入力電気信号に変換するドライバ１７とを備えている。

上記比例定数Ｃは、射出シリンダの面積をＳｔ、射出プ
ランジャの面積をＳｐ、型締シリンダの面積をＳｃとし
て、 Ｃ＝Ｓｉ／ＳｐＳｃ で与えられる。

上記圧力制御器１２は、たとえば比例電磁式リリーフ弁
あるいは比例電磁式減圧弁とすることができる。さらに
は例えば可変容量形ポンプに比例電磁式圧力制御弁を搭
載したものとすることもできる。

いずれにしても型締側の油圧源１４は、射出側の圧力Ｐ
ｉの変動に影響を受けるものであっては制御に支障をき
たす。換言すれば、減圧弁を使用した回路であっても、
射出側の圧力Ｐｉが異常に小さくならずかつ油量が過大
に消費されなければ、射出側の油圧源１３の吐出圧Ｐｉ
ｏは下がらないので、射出側と同一の油圧源で型締側の
油圧力Ｐｃを供給することもできる。

このような圧力制御器１２に与えられる圧力指令（ｆｆ
ｉＱは、圧力制御器１２の二次側圧力Ｐｃの大きさを決
定する値である。そして上記比例定数Ｃの値は射出成形
機毎に一定であり、キャビティの投影面積Ｓｍは金型ご
とに一定であるから、射出成形機に金型を装着したとき
に、ＰｉからＱを算出するための比例定数ＳｍＣは一義
的に定まる。

メモリ２５にはこの比例定数あるいはこれを算出するた
めのパラメータを入力し記憶させる。

射出シリンダ１の圧力Ｐｉは、金型内への樹脂充填時に
はノズル３やスプール６やキャビティ５等の樹脂の流路
抵抗によって定まる圧力であり、保圧時には設定された
保圧力である。

金型内の樹脂圧は充填工程が完了したときにピーク圧を
生ずることがある。このピーク圧には樹脂やプランジャ
の慣性に起因する圧力上昇分が含まれている。このピー
ク圧により金型のパーティング面が開いてオーバーバッ
クして製品にパリが発生することがある。そこでこのよ
うな過大圧力に対する安全率を見込んで、上記Ｑの値に
補正係数αを乗じて、圧力制御器１２を制御することも
できる。

射出時の金型キャビティの内圧は射出シリンダの内圧よ
り常に低く、キャビティの内圧の方に時間遅れが生ずる
。従って射出側の圧力Ｐｉを検出してから圧力制御器１
２を制御するまでの間に多少時間遅れがあっても、それ
によってオーバーパンクが起こる可能性は少なく、補正
係数αを乗じない制御でも通常は問題が生じない。

射出側に設定された充填圧や保圧力の最大値Ｐｉｍａｘ
をＰｉとして演算されたＱｍａｘを型締側の油圧源１４
の吐出圧Ｐｃｏで除した値ｋｍａＸを圧力変換率と呼ぶ
と、 ｋｍａｘ　＝　Ｑｍａｘ　／　Ｐｃｏ＝　ＣＳ　ｍ　Ｐ
　ｉｍａｘ／　Ｐｃ。

である。上式にＣ＝Ｓｉ／ＳｐＳｃを代入するとｋｍａ
ｘ　＝Ｓ　ｉ　ＳｒｎＰｒｍａｘ／Ｓ　ｐ　Ｓ　ｃ　Ｐ
ｃ。

となる。

従ってこの圧力変換率ｋ　ｗａｘが１以上となるときは
、射出側の圧力がＰ　ｉｍａｘとなったときには型締シ
リンダ７に油圧源１４の吐出圧Ｐｃｏが供給されても型
締力が不足することを意味する。上記Ｑの値の演算手段
２４を備えた装置では、ＱｒｎａｘＯ値からｋ　ｍａｘ
の値を容易に算出することができるので、算出されたｋ
　ｍａＸの値が１以上であるときに警報を発するように
することも容易であり、これによって過大な金型が装着
されたり、過大な充填圧や保圧力が設定されるのを防止
できる。

Ｑの値に補正係数αを乗じて圧力制御器１２を制御する
ときは、このｋ　ｍａｘの値にも補正係数αを乗じて上
記の警報を発するようにすれば、−貫した安全率のもと
て制御を行うことができる。

（作用） 上記装置により型締シリンダ７に与えられる油圧力Ｐｃ
を制御することにより、金型の締結力は、キャビティの
投影面積Ｓｍと射出シリンダ１の油圧力Ｐｉとの積に比
例することとなり、射出シリンダ１の圧力が同じであっ
ても、キャビティの投影面積Ｓｍが大きなときには大き
な型締力が得られ、キャビティが小さ（なれば型締力も
小さくなるので、金型を開こうとする力の大小に比例し
た締結力で金型を締結することができ、型締力が過大で
あることに起因するエネルギーロスの問題や、金型の損
傷の問題および型締力が小さすぎることに起因するオー
バーバンクの問題のいずれをも防止した射出成形機を得
ることができる。

そして上記補正値αを適切に設定することおよび圧力変
換率ｋａ＋ａｘの値で成形条件を予めチエツクすること
により、ピーク圧や設定ミスに対しても安全な射出成形
機を得ることができる。

（実施例） 次に図面に示す実施例について説明する。第１図におい
て、１は射出シリンダ、２は射出プランジャ、３はノズ
ル、４は金型、５は金型のキャビティ、６はスプール、
７は型締シリンダ、８は射出シリンダ側の方向切換弁、
９は型締シリンダ側の方向切換弁、１０は充填時の射出
プランジャ２の速度を制御する流量制御弁、１１は充填
時に射出シリンダ１に与える油圧力の上限値Ｐｉｕと保
圧力Ｐｉｐを設定するための圧力制御弁、１２は型締力
を制御する圧力制御弁、１３は射出側の油圧源、１４は
型締側の油圧源、１５は制御器、１６および１７は圧力
制御弁１１および１２のドライバ、１８は流量制御弁１
０のドライバ、１９は射出シリンダ１の油圧力を検出す
る圧力変換器、２０はインタフェース回路、２１はキー
ボード等の入力装置、２２はＣＲＴ等の表示装置である
。

制御装置１５は、ＣＰＵ２３と、型締シリンダ７に与え
る油圧力を計算する演算プログラムを記憶したメモリ２
４と、データメモリ２５を備えている。データメモリ２
５には、射出シリンダ１の面積Ｓｉ、射出プランジャ２
の面積Ｓｐ、型締シリンダ７の面積Ｓｃ、油圧源１４の
吐出圧Ｐｃｏなどが予め一定値として設定されている。

また成形作業を行うときに、型締装置に取り付けた金型
のキャビテイ５０投影面積Ｓｍ、充填時の射出プランジ
ャの位置の関数として与えられる充填速度■と充填圧力
の許容上限値Ｐｉｕ、保圧時の保圧力Ｐｉｐおよび後述
する補正係数αなどが入力装置２１から入力されて記憶
される。

ＣＰＵ２３は、入力装置２１から入力されてデータメモ
リ２５に記憶されている成形条件（充填速度Ｖや保圧力
Ｐｉ’ｐ）に基いて流量制御弁ドライバ１８および圧力
制御弁ドライバ１６に制御信号を送り、成形時の射出速
度および射出圧力を制御する。

一般的には、充填時には充填速度■を射出プランジャの
位置の関数として設定し、速度制御により充填動作を制
御する。このときの射出シリンダ１内の圧力は、ノズル
３およびスプール６を通ってキャビティ５に流入する溶
融樹脂の流路抵抗の反力として発生することとなり、射
出シリンダ側の圧力制御弁１１には、例えばゲートづま
り等によって圧力が異常に上昇したときに射出圧力を逃
がす等の必要から、充填圧力の上限値Ｐｉｕが設定され
る。また充填が終わった後の保圧工程で溶融樹脂に与え
られる保圧力Ｐｉｐがこの圧力制御弁１１を介して設定
されることとなる。樹脂の流動性によっても異なるが、
圧力変換器１９によって検出される圧力は、充填開始か
ら徐々に大きくなり、充填完了直前に最大となり、その
後設定された保圧力Ｐｉｐとなる。

充填および保圧工程中に型締シリンダ７に与えられる油
圧力Ｐｃは、データメモリ２５に記憶された各設定値と
圧力変換器１９の検出圧力Ｐｉとに基いて演算プログラ
ムが演算した値によって制御される。

型締シリンダ７に与えられる油圧力Ｐｃの制御手順を第
２図に基いて説明する。

成形作業の開始に先立ち、入力値Ｗ２１より前述した充
填速度■、充填時の圧力の上限値Ｐｉｕ、保圧力Ｐｉｐ
、キャビティ投影面積Ｓｍおよび後述する補正係数αが
入力され、これらの値がデータメモリ２５に記憶される
。そして入力された金型のキャビティ５の投影面積Ｓｍ
を用いて比例定数Ｃ３ｍを算出して記憶する。ここでＣ
は、射出シリンダ１の面積をＳｉ、射出プランジャ２の
面積をＳｐ、型締シリンダ７の面積をＳｃとしてＣ＝Ｓ
ｉ／ＳｐＳｃ で与えられるその射出成形機に固有の定数である。

次いで入力された充填圧力の上限値Ｐｉｕおよび保圧力
ＰｉｐＯ中で最大のものをＰ　ｉｍａｘとして、に＋ａ
ａｘ　　＝　ＣＳ　ｍ　Ｐ　ｉｍａｘ／Ｐｃｏで圧力変
換率ｋｍａｘを算出する。ここでＰｃｏは型締側の油圧
源１４の吐出圧力である。

次に算出されたｋ　ｗａｘに補正係数αを乗じ、これが
１を越えていないことを確認する。補正係数αは充填工
程の終了時に発生するおそれがあるピーク圧やその他の
圧力変動や検出遅れを考慮して制御を安全側で行うため
の係数である。

もしαｋｍａｘが１を越えていれば、成形条件が射出成
形機の型締能力を越えていることになり、設定値変更の
指示を指示し、それができないときは成形機を変更する
。

αｋ　ｍａｘが１以下であれば、この状態で成形作業が
開始されるまで待機し、成形作業が開始されたら、圧力
変換器１９の検出信号より射出シリンダ１の圧力Ｐｉを
読み込み、前記記憶した比例定数Ｃ３ｍにＰｉを乗じて
制御値Ｑを算出する。そしてこのＱの値に前記補正係数
αを乗じ、圧力制御弁ドライバ１７に圧力制御弁１２の
二次側圧力をαＱに設定するように制御信号を出力する
。

そして−回の成形サイクルが終了するまで圧力変換器１
９の検出信号の読み込みと圧力制御弁１２の制御とを繰
り返し、そのときどきの射出圧ＰｉＯ値に応じて型締シ
リンダ７の型締力Ｐｃを制御する。

成る成形サイクルと次の成形サイクルとの間で成形条件
の設定値を変更したときは、比例定数Ｃ３ｍの記憶やα
ｋ　ｍａｘの判定をやり直し、同様な制御で次の成形サ
イクルに移る。

以上説明した実施例は、圧力制御弁によって型締シリン
ダの圧力を制御するものであるが、前述したように、負
荷感応型のポンプと一体的に搭載された圧力制御弁によ
って型締シリンダ７に与える圧力を制御することもでき
る。

（発明の効果） 以上説明したこの発明の装置によれば、樹脂が急速に金
型内に充填される充填時においては、金型か弱い力で締
結されており、金型のパーティング面からの空気抜けが
良いので、金型のエアベント加工が不要であり、空気の
断熱圧縮に起因する樹脂焼けも生じない。　また金型に
は常に必要最小限の型締力しか作用せず、従って金型の
寿命が長くなり、型締力の設定を誤ってオーバーバンク
させる虞もない。また電気的な制御を行っているので、
射出シリンダと型締シリンダを繋ぐ配管も不要であり、
マイコンを使用したソフトウェアによる制御が可能であ
るので、フレキシビイリティにも富むという特徴がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は制御手順を示すフローチャートである。 図中、 １：射出シリンダ　　　　　４：金型 ５：金型のキャビティ　　　７：型締シリンダ１２：型
締シリンダ側の圧力制御弁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）射出シリンダ（１）の油圧力Ｐｉを検出する圧力
   検出手段（１９）と、型締シリンダ（７）に供給される
   油圧力Ｐｃを制御する圧力制御器（１２）とを備えた射
   出成形機において、 圧力検出手段（１９）の検出圧力Ｐｉと金型キャビティ
   （５）の投影面積Ｓｍとに比例した圧力指令値Ｑを算出
   する演算手段（２４）と、この圧力指令値Ｑに応じて上
   記圧力制御器（１２）を制御するドライバ（１７）とを
   備えていることを特徴とする、射出成形機の型締力制御
   装置。
2. （２）上記圧力指令値Ｑに補正係数αを乗じて圧力制御
   器（１２）を制御することを特徴とする、請求項１記載
   の射出成形機の型締力制御装置。
3. （３）前記演算手段（２４）は、射出シリンダの面積を
   Ｓｉ、射出プランジャの面積をＳｐ、型締シリンダの面
   積をＳｃとして、 Ｃ＝Ｓｉ／ＳｐＳｃ で与えられる比例定数Ｃを用い、金型キャビティ（５）
   の投影面積Ｓｍと圧力検出手段（１９）の検出圧力Ｐｉ
   が入力されたときに、前記圧力指令値Ｑを Ｑ＝ＣＳｍＰｉ として算出することを特徴とする、請求項１または２記
   載の射出成形機の型締力制御装置。
4. （４）前記演算手段（２４）は、型締側油圧源の吐出圧
   力Ｐｃｏ、上記比例定数Ｃおよび成形作業時に設定され
   た充填圧力や保圧力の最大値Ｐｉｍａｘを用いて圧力変
   換率ｋｍａｘを ｋｍａｘ＝ＣＳｍＰｉｍａｘ／Ｐｃｏ として算出し、このｋｍａｘの値が１以上となるときは
   警報を出すことを特徴とする、請求項１記載の射出成形
   機の型締力制御装置。
5. （５）前記演算手段（２４）は、型締側油圧源の吐出圧
   力Ｐｃｏ、上記比例定数Ｃおよび成形作業時に設定され
   た充填圧力や保圧力の最大値Ｐｉｍａｘを用いて圧力変
   換率ｋｍａｘを ｋｍａｘ＝ＣＳｍＰｉｍａｘ／Ｐｃｏ として算出し、このｋｍａｘの値に前記補正係数αを乗
   じた値が１以上となるときは警報を出すことを特徴とす
   る、請求項２記載の射出成形機の型締力制御装置。