JPH04332620A - 射出成形機の制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は射出成形機の制御装置に
関し、特に保圧制御の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、射出成形は、樹脂の可塑化→射
出→保圧→冷却というプロセスで行われる。このような
プロセスを経て得られる成形品の重量、寸法、光弾性等
を一様にするには、樹脂の状態遷移（樹脂の比容積、温
度、圧力の推移）の再現性を良くすることが必要となる
。なお、比容積とは成形品の密度の逆数、保圧とは保圧
工程で制御される金型内樹脂圧力である。

【０００３】ところで、溶融状態における樹脂の比容積
−温度−圧力の関係は、以下のスペンサーの状態方程式
で表わされることが知られている。 （Ｐ＋π）（ｖ−ω）＝Ｒｍ　θ 但し、Ｐは圧力、ｖは比容積、θは温度、π、ω、Ｒｍ
　はそれぞれ材料に応じて決まる定数。この関係を、Ｐ
、ｖ、θの３次元の面で表わすと図４のようになり、上
述した可塑化→射出→保圧→冷却の１成形サイクルで図
４中実線で示すような軌跡を描く。この軌跡は、射出成
形作業が繰り返し行われても同じであることが望ましい
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は成形サイクルの開始から終了までの間に樹脂温度、金
型温度が変動するために、時間経過とともに図４中実線
で示すような軌跡から外れて破線で示すような軌跡を描
くようになり、その結果、成形品の品質にばらつきが生
じてしまう。

【０００５】これに対し、樹脂温度、金型温度の変動に
よる品質のばらつきを、保圧プロセスにおける保圧を制
御することで少なくしようとする方式が提供（例えば、
特開昭６３−３４１１６号公報）されている。この方式
では、溶融樹脂の比容積目標値及び金型内樹脂圧力目標
値をあらかじめ設定しておき、これらの値と樹脂の状態
関数から金型内樹脂圧力目標値の圧力下において比容積
が前記比容積目標値となる切換樹脂温度を算出する。そ
して金型内樹脂圧力を目標値に一定値制御する保圧工程
中に、キャビティの検出樹脂温度が切換樹脂温度に達す
ると、その時点のスクリュ位置が保持されるようにキャ
ビティへの樹脂通路を閉鎖する。

【０００６】しかしながら、検出樹脂温度は、ある特定
部位で測定される温度であり、金型内の樹脂全体の温度
が検出されているわけではない。また、樹脂温度、金型
温度の変動に起因した溶融樹脂の状態遷移のずれをカバ
ーするような最適な制御がなされているとは言えない。 それ故、本発明の課題は、樹脂温度、金型温度の変動が
生じても、保圧工程における保圧設定値を成形サイクル
毎に修正することによって成形品の品質のばらつきを小
さくできるような制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による制御装置は
、保圧指令値と保圧検出値とにもとづいて金型内樹脂圧
力を制御するフィードバック制御系と、前記保圧指令値
に対して補正値を加える保圧補正系とから成り、該保圧
補正系は、連続成形及びこれに先立って行われる試験成
形に際し加熱シリンダのノズル部における樹脂温度と金
型温度とを用いてあらかじめ定められた式により金型内
樹脂温度の推定を行う樹脂温度推定器と、前記試験成形
において良品が得られた成形サイクル時に前記樹脂温度
推定器で推定された金型内樹脂温度推定値の時系列デー
タと前記保圧検出値の時系列データを記憶する記憶手段
と、前記連続成形が始まると、前記樹脂温度推定器で推
定された金型内樹脂温度推定値と前記良品が得られた成
形サイクル時の前記金型内樹脂温度推定値との偏差、及
び前記保圧検出値と前記良品が得られた成形サイクル時
の前記保圧検出値との偏差とを用いてあらかじめ定めら
れた式により、各成形サイクル毎に定周期で前記補正値
を演算する保圧補正値演算部とを含み、前記補正値を次
の成形サイクルの前記保圧指令値に加えるようにしたも
のである。

【０００８】

【作用】本発明による制御装置では、フィードバック制
御系が保圧指令値と保圧検出値との差を最小にするよう
なフィードバック制御を行う。保圧補正系においては、
試験成形を行なって良品の得られる成形サイクルに着目
し、この成形サイクル中に樹脂温度推定器から得られた
金型内樹脂温度推定値の時系列データ（一定時間間隔Δ
Ｔで得られる）と保圧検出値の時系列データとをあらか
じめ記憶手段に記憶させておく。樹脂温度推定器はまた
、連続成形に入ってからも成形サイクル毎に一定時間間
隔ΔＴで金型内樹脂温度の推定を行い、金型内樹脂温度
推定値の時系列データを保圧補正値演算部に出力する。 保圧補正値演算部は、金型内樹脂温度推定値の時系列デ
ータに同期して保圧検出値を受け、記憶手段に記憶され
ている一連の時系列データをも用いて保圧の補正値を演
算する。この補正値は次の成形サイクルの保圧指令値に
加えられることで、フィードバック制御系は補正された
保圧指令値にもとづいて保圧制御を行う。簡単に言えば
、本発明は金型温度や樹脂温度が変動した時に、保圧指
令値を補正することによってＰｖＴの状態軌跡（図４）
を各成形サイクル間でそろえるようにしたものである。

【０００９】はじめに、図１を参照して本発明を適用し
た射出成形機について説明する。この射出成形機１００
は、溶融樹脂を射出するための射出装置１と、溶融樹脂
を固めて目的とする成形品を得るための金型２と、射出
装置１の制御系３とを有する。

【００１０】射出装置１では、スクリュ１１を回転駆動
することにより、溶融樹脂を加熱シリンダ１２の先端に
設けられているリザーバ１３に送る。この工程は、計量
工程と呼ばれる。その後、射出工程においては制御系３
がサーボ弁４への操作量を決定し、サーボ弁４を操作す
る。この操作により、リザーバ１３内の溶融樹脂はゲー
トを介して金型２内へ充填される。次に、保圧工程では
、後述する制御により制御系３が金型内の樹脂圧センサ
４１、金型温度センサ４２、シリンダ１２のノズル部樹
脂温度センサ４３からの各検出信号にもとづいて保圧指
令値の補正量を演算してサーボ弁４への操作量を決定し
、サーボ弁４を操作する。この操作により、金型２内に
充填された溶融樹脂は押圧される。スクリュ１１の移動
量及びスクリュ１１を駆動する油圧はそれぞれ、移動量
検出器４４、油圧検出器４５で電気信号に変換され、増
幅器４６、４７を通して制御系３にフィードバックされ
る。

【００１１】次に、図２をも参照して本発明の制御系に
ついて説明する。制御系３は、ＣＰＵ３１、メモリ３２
の他に、入力コンソール３３との間でデータを授受する
入出力インタフェース３４、樹脂圧センサ４１、金型温
度センサ４２、ノズル部樹脂温度センサ４３からの検出
信号をそれぞれディジタル信号に変換するための第１の
Ａ／Ｄ変換部３５、移動量検出器４４、油圧検出器４５
からの検出信号をそれぞれディジタル信号に変換するた
めの第２のＡ／Ｄ変換部３６、サーボ弁４を駆動するた
めのディジタル指令値をアナログ信号に変換するための
Ｄ／Ａ変換部３７を有する。３８は増幅器である。

【００１２】ＣＰＵ３１の機能は、図２に示す機能ブロ
ック図で表わされ、保圧フィードバック制御系５と保圧
補正系６とから成る。保圧フィードバック制御系５は、
保圧指令値Ｐｓ　と保圧補正値とを加算する加算器５１
、樹脂圧センサ４１の検出信号から得られる保圧検出値
Ｐｒ　を加算器５１の出力から減算する減算器５２、サ
ーボ弁制御部５３とを有する。

【００１３】一方、保圧補正系６は、ノズル部樹脂温度
センサ４３の検出値θ０　と金型温度センサ４２の検出
値θｍ　とにもとづいて金型内樹脂温度を推定する金型
内樹脂温度推定部（以下、推定部と呼ぶ）６１、試験成
形によって良好な射出成形品が得られた時にその成形サ
イクルにおいて推定部６１から得られた金型内樹脂温度
推定値Ｅθｒ　の一連の時系列データと保圧検出値との
時系列データとをあらかじめ記憶するための記憶部６２
、連続成形中に推定部６１で推定された推定値Ｅθと記
憶部６２からのデータ及び保圧検出値Ｐｒ　とにもとづ
いて保圧指令値の補正量を演算する保圧補正値演算部６
３、演算された補正量ΔＰｒ　を一時的に格納するため
の時系別メモリ６４を含む。なお、推定部６１における
推定演算は、例えば本発明者により提案された「金型内
樹脂温度推定機能を有する射出成形機」（特願平３−２
２６３４号）に開示されており、ここでは説明は省略す
る。

【００１４】次に、動作について説明する。 （１）試験成形（スイッチＳ１、Ｓ２オン）成形条件を
決めたら試験成形を行ない、良品が得られた時の保圧プ
ロセスにおけるノズル部樹脂温度θ０　と金型温度θｍ
　をそれぞれ、ノズル部樹脂温度センサ４３、金型温度
センサ４２によって計測し、第１のＡ／Ｄ変換器３５を
通してサンプル時間ΔＴ毎の時系列データθ０　（ｎ・
ΔＴ）、θｍ　（ｎ・ΔＴ）として制御系３に取り込む
。これらの時系列データを用いて、推定部６１は良品成
形時の金型内樹脂温度推定値Ｅθｒ　（ｎ・ΔＴ）を算
出する。この金型内樹脂温度推定値Ｅθｒ　（ｎ・ΔＴ
）は記憶部６２に記憶されるが、上記各温度の計測タイ
ミングに同期して保圧検出値（金型内樹脂圧力）Ｐｒ　
（ｎ・ΔＴ）をも樹脂圧センサ４１で検出して記憶部６
２に記憶させる。保圧検出値Ｐｒ　と金型内樹脂温度推
定値Ｅθｒ　の各時系列データと記憶部６２における記
憶領域との関係を図３に示す。

【００１５】（２）連続成形（スイッチＳ１、Ｓ２オフ
） 連続成形に入ると、推定部６１は、上述と同様にして成
形サイクル毎に金型内樹脂温度推定値Ｅθ（ｎ・ΔＴ）
を算出して保圧補正値演算部６３に出力する。ノズル部
樹脂温度θ０　、金型温度θｍ　のサンプルタイミング
に同期して保圧検出値Ｐｒ　も保圧補正値演算部６３に
送出される。保圧補正値演算部６３は、次のようにして
保圧指令値の補正値ΔＰ（ｎ・ΔＴ）を演算する。ある
成形サイクルにおける補正値ΔＰ（ｎ・ΔＴ）は次の式
（１）で与えられる。

【００１６】 Ｐ（ｎ・ΔＴ）＝｛Ｐｒ　（ｎ・ΔＴ）−Ｐ（ｎ・ΔＴ
）｝＋　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｍ｛Ｅθ
ｒ　（ｎ・ΔＴ）−Ｅθ（ｎ・ΔＴ）｝　　（１）

【０
０１７】但し、Ｐｒ　（ｎ・ΔＴ）、Ｅθｒ　（ｎ・Δ
Ｔ）はそれぞれ、試験成形時において良品が得られた成
形サイクルにおけるサンプル時刻ｎ・ΔＴｓｅｃ　での
保圧検出値、金型内樹脂温度推定値、Ｐ（ｎ・ΔＴ）、
Ｅθ（ｎ・ΔＴ）はそれぞれ、ある成形サイクルにおけ
るサンプル時刻ｎ・ΔＴｓｅｃ　での保圧検出値、金型
内樹脂温度推定値である。式（１）は、ある成形サイク
ルにおけるサンプル時刻ｎ・ΔＴｓｅｃ　での保圧圧力
及び樹脂温度の理想値（試験成形時において良品が得ら
れた成形サイクルにおけるサンプル時刻ｎ・ΔＴｓｅｃ
　での保圧検出値、金型内樹脂温度推定値）からのずれ
を表す。なお、ｍは樹脂温度−樹脂圧力の換算系数であ
り、以下の式（２）で与えられる。 ｍ＝（Ｐ＋π）／（θ＋２７３）　　　　（２）但し、
Ｐは成形時の金型内圧力、θは金型内樹脂温度、πは、
樹脂材料で決まる物性値である。例えば、ポリスチレン
の場合、Ｐとして１平方センチメートル当たり約３００
ｋｇｆ　、θとして２００度、πとして３４８４を代入
することにより、ｍとして８が与えられる。

【００１８】数式１の演算結果（保圧プロセス内におけ
るサンプル時間ΔＴｓｅｃ　毎の保圧補正量の時系列デ
ータΔＰ（ｎ・ΔＴ））を時系列メモリ６４に格納し、
次の成形サイクルで与えられる保圧指令値Ｐｓ　（ｎ・
ΔＴ）へ加え合わせる。保圧フィードバック制御系５で
は、Ｐｓ　（ｎ・ΔＴ）＋ΔＰ（ｎ・ΔＴ）を保圧プロ
セスの指令値として圧力制御を行う。以後（２）の動作
を成形サイクル毎に繰り返す。

【００１９】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれば
、成形サイクルにおいて樹脂温度、金型温度に変動が生
じてもその変動に応じて保圧設定値が修正されることに
より、成形サイクルにおける溶融樹脂の状態遷移は成形
サイクルの回数に関わりなく同じ軌跡をたどるように制
御される。したがって、本発明の射出成形機によれば、
品質のばらつきの小さい成形品を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による射出成形機の構成図。

【２図】図１に示されたＣＰＵの機能ブロック図。

【図３】図１に示された記憶部６２に記憶される時系列
データと記憶領域との関係を示した図。

【図４】射出成形機の成形サイクルにおける溶融樹脂の
状態遷移の軌跡を示した図。

【符号の説明】

１　　　　射出装置 ２　　　　金型 ３　　　　制御系 ４　　　　サーボ弁 ５　　　　保圧フィードバック制御系 ６　　　　保圧補正系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　保圧指令値と保圧検出値とにもとづい
   て金型内樹脂圧力を制御するフィードバック制御系と、
   前記保圧指令値に対して補正値を加える保圧補正系とか
   ら成り、該保圧補正系は、連続成形及びこれに先立って
   行われる試験成形に際し加熱シリンダのノズル部におけ
   る樹脂温度と金型温度とを用いてあらかじめ定められた
   式により金型内樹脂温度の推定を行う樹脂温度推定器と
   、前記試験成形において良品が得られた成形サイクル時
   に前記樹脂温度推定器で推定された金型内樹脂温度推定
   値の時系列データと前記保圧検出値の時系列データを記
   憶する記憶手段と、前記連続成形が始まると、前記樹脂
   温度推定器で推定された金型内樹脂温度推定値と前記良
   品が得られた成形サイクル時の前記金型内樹脂温度推定
   値との偏差、及び前記保圧検出値と前記良品が得られた
   成形サイクル時の前記保圧検出値との偏差とを用いてあ
   らかじめ定められた式により、各成形サイクル毎に定周
   期で前記補正値を演算する保圧補正値演算部とを含み、
   前記補正値を次の成形サイクルの前記保圧指令値に加え
   るようにした射出成形機の制御装置。