JPH05147085A - 射出成形における型内圧力制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ひけやボイドが発生せず、成形品の物性が一
定の厚肉成形品を成形する。 【構成】 射出装置１のノズル３には樹脂温度検出器４
のセンサ４ａが、金型２には金型温度検出器５のセンサ
５ａが、さらにキャビティ２ａには樹脂圧力検出器６の
センサ６ａがそれぞれ取付けられている。制御装置７
は、前記樹脂温度検出器４、金型温度検出器５および樹
脂圧力検出器６によりそれぞれ検出した溶融樹脂温度、
金型温度および樹脂圧力に基いて型内圧力目標値Ｐｊ^*
を演算記憶し、該Ｐｊ^* に基いて保圧工程時における加
熱シリンダ１ａの先端部の溶融樹脂圧力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂の射出成
形において、金型温度や溶融樹脂温度が変動しても、常
に一定の品質の成形品を成形することができる射出成形
における型内圧力制御方法およびその装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、肉厚の大きな厚肉成形品の射出成
形においては、キャビティ内に充填された溶融樹脂が冷
却固化するとき、成形品の表面部と中心部とでは収縮率
が大きく異なるため、成形品にひけやボイドが発生する
という問題があった。この問題を解決するため、冷却工
程に長時間をかけて徐冷する方法や充填工程後保圧を行
う方法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術では、ひけやボイドの発生をある程度防止することが
できるが、成形サイクル毎に成形品の物性が金型温度や
溶融樹脂温度の変化に起因して、変動し、特に光学素子
の成形の場合は、成形サイクル毎に光学特性が変化して
しまうという問題点があった。

【０００４】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであって、厚肉成形品を成形する
場合において、ひけやボイドが発生せず、加えて成形品
の物性が一定の厚肉成形品を成形することができる射出
成形における型内圧力制御方法およびその装置を実現す
ることを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の射出成形における型内圧力制御方法は、金
型のキャビティへ加熱シリンダ内の溶融樹脂を射出注入
する充填工程につづき、前記溶融樹脂の冷却にともなう
収縮を補うために、前記キャビティへ前記加熱シリンダ
内の溶融樹脂を補充する保圧工程を行う射出成形方法に
おいて、前記キャビティ内をその壁面部から中心部に向
って等間隔に複数の断面位置に分割し、各断面位置にお
ける前記溶融樹脂が固化温度を迎える時の型内圧力が、
毎成形サイクルにおいてそれぞれ一定となるように前記
保圧工程中の前記加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力を制御
することを特徴とするものである。

【０００６】また、本発明の射出成形における型内圧力
制御装置は、スクリュが進退自在および回転自在に配設
されて加熱シリンダを備え、加圧流体をサーボ弁を介し
て前記スクリュ進退用の流体圧シリンダに供給して、キ
ャビティ内へ射出注入する溶融樹脂圧力を制御するイン
ライン方式の射出成形機の制御装置において、前記キャ
ビティ内へ射出注入する溶融樹脂温度を検出する樹脂温
度検出器、金型温度を検出する金型温度検出器および前
記キャビティ内の樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出器を
それぞれ備え、前記各検出器の検出値に基いて、前記キ
ャビティ内をその壁面部から中心部に向って等間隔に複
数の断面位置に分割し、各断面位置における前記溶融樹
脂が固化温度を迎える時の型内圧力目標値を演算する演
算処理部と、前記型内圧力目標値を記憶してこれと前記
型内圧力検出器の検出値とを比較して両者が一致するよ
うに前記サーボ弁を制御する型内圧力制御部とからなる
制御装置を有することを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】溶融熱可塑性樹脂が冷却固化する際、固化温度
を迎えるときの圧力が、収縮率や光学特性等に大きく影
響することが判明している。このことから、キャビティ
内に充填された溶融樹脂が冷却固化する際、該溶融樹脂
が固化温度を迎えるときの圧力を各成形サイクルにおい
て一定となるように制御すれば、収縮率や光学特性等を
一定にする、すなわち、各成形サイクルにおいて物性の
一定した成形品を成形することができるという知見を得
た。

【０００８】本発明は上記知見に基づき、良品成形時に
おける溶融樹脂温度、金型温度を基準値として、予め厚
肉成形品の表面部から中心部にかけて、等間隔に複数の
断面位置を定め、各断面位置の樹脂温度が固化温度を迎
える時の型内圧力目標値を算出して記憶しておく。

【０００９】そして前記毎成形サイクル毎に前記圧力目
標値に型内圧力が一致するように、保圧工程中キャビテ
ィ内に補充する溶融樹脂圧力を制御する。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例について図面に基いて説明す
る。

【００１１】図１は、本発明の射出成形における型内圧
力制御装置の一実施例を示す説明図である。

【００１２】射出装置１は、いわゆるインラインスクリ
ュ方式のものであって、先端部にノズル３を有する加熱
シリンダ１ａと、該加熱シリンダ１ａ内に進退および回
転自在に配設されたスクリュ１ｂを備え、スクリュ１ｂ
は加熱シリンダ１ａの後端部に設けられた流体圧シリン
ダ１ｃの駆動力によって前進および後退し、モータ１ｅ
の駆動力によって回転されるように構成されている。他
方、キャビティ２ａを有する金型２は、図示しない型締
装置により型締および型開される。

【００１３】ノズル３の適宜部位には樹脂温度を検出す
るための樹脂温度検出器４のセンサ４ａが、金型２の適
宜部位には金型温度を検出するための金型温度検出器５
のセンサ５ａが、さらにキャビティ２ａの適宜部位の壁
面には樹脂圧力を検出するための樹脂圧力検出器６のセ
ンサ６ａがそれぞれ取付けられている。

【００１４】制御装置７は、前記樹脂温度検出器４、金
型温度検出器５および樹脂圧力検出器６のそれぞれの出
力信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器７
ｃ，７ｄ，７ｅと、各Ａ／Ｄ変換器７ｃ，７ｄ，７ｅか
らの信号を受けて後述する演算処理を行う演算処理部７
ａと、該演算処理部７ａの出力信号および樹脂圧力検出
器６の出力信号とにより型内圧力を制御するための信号
を出力する型内圧力制御部７ｂとから構成されている。
そして型内圧力制御部７ｂの出力信号はサーボアンプ８
を介してサーボ弁９に送られ、加圧流体供給源１０から
流体圧シリンダ１ｃに供給される加圧流体の圧力制御を
行うものである。

【００１５】次に、図５、図６を合わせ参照して本発明
の射出成形における型内圧力制御方法について説明す
る。

【００１６】先ず、図５に示すように後述する演算式に
より、キャビティ内において溶融樹脂が固化温度を迎え
る時の型内圧力目標値Ｐｊ^* を求めておき、これを型内
圧力制御７ｂに記憶しておく（ステップＳ１〜Ｓ６）。

【００１７】ついで、図６に示すように、公知の射出成
形方法と同様に溶融樹脂をキャビティ２ａに充填したの
ち保圧冷却工程に移行する（ステップＳ１１）。この保
圧冷却工程中において以下に説明するような型内圧力制
御を行う。

【００１８】樹脂温度検出器４、金型温度検出器５およ
び樹脂圧力検出器６によりそれぞれ検出した溶融樹脂温
度、金型温度、および樹脂圧力は各増幅器４ｂ〜６ｂ、
各Ａ／Ｄ変換器７ｃ〜７ｅを介して各デジタル信号Ｔ
_R ，Ｔ_W およびＰに変換され演算処理部７ａに送られる
（ステップＳ１２）。演算処理部７ａは前記各デジタル
信号Ｔ_R ，Ｔ_W およびＰに基いて、型内圧力目標値Ｐｊ
^* を算出し、型内圧力制御部７ｂに出力する（ステップ
Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５）。樹脂圧力検出器６により検
出した樹脂圧力は型内圧力制御部７ｂへも送られ、型内
圧力制御部７ｂにおいて、前記型内圧力目標値Ｐｊ^* と
比較され、前記樹脂圧力が前記型内圧力目標値Ｐｊ^* に
一致するように信号を出力しサーボ弁アンプ８を介して
サーボ弁９を制御する。その結果、加圧流体供給源１０
から流体圧シリンダ１ｃへ供給される加圧流体の圧力が
制御されて、加熱シリンダ１ａの先端部の溶融樹脂圧力
が制御されるので、型内圧力が前記型内圧力目標値Ｐｊ
^* に調整されることになる。

【００１９】ここで、型内圧力目標値Ｐｊ^* は、次に説
明するような方法で算出する。

【００２０】キャビティ２ａに充填された溶融樹脂は、
保圧冷却工程において、第２図に示すように、金型壁面
２ａ−１，２ａ−２から熱をうばわれて、樹脂Ａの表面
部から中心部にかけて徐々に温度が低下し、樹脂Ａに固
有の固化温度Ｔｇ（流動停止温度、ガラス転移温度、結
晶化温度など）を経て金型温度Ｔ_Wに近い温度まで冷却
された後に金型２から取出される。これと共に、樹脂Ａ
は収縮し、また、この収縮を補うためにゲート２ｂから
キャビティ２ａに溶融樹脂が補給される。保圧冷却工程
におけるキャビティ２ａの樹脂温度は、一次元無限平板
とみなせ、数１の（１）式の非定常熱伝導方程式で表さ
れる。

【００２１】

【数１】 数１の（１）式の解は数２の（２）式となる。

【００２２】

【数２】 数２の（２）式によればキャビティ２ａの樹脂温度Ｔ
（ｔ，ｘ）は、時間ｔの経過にともなって、図３に示す
ように、溶融樹脂温度Ｔ_R から金型温度Ｔ_W に向って指
数関数的に減少していく。

【００２３】例えば、良品成形時などの特定の成形サイ
クルを基準とし、該基準サイクルにおける金型温度、溶
融樹脂温度をＴ_WS，Ｔ_RSとし、時刻ｔ，断面位置ｘにお
けるキャビティ２ａの樹脂温度をＴ_S （ｔ，ｘ）と表わ
す。また、前記キャビティ２ａの樹脂温度Ｔ_S （ｔ，
ｘ）が、固化温度Ｔｇとなるときの時刻ｔｇｊを次の
（３）式で定義する。

【００２４】 Ｔ_S （ｔｇｊ，ｘｊ）＝Ｔｇ…………（３）式 ただし、ｊは、成形品断面位置の分割番号を示し、１か
らＮまでの値を取る。Ｎは分割数を示す。

【００２５】次に、金型温度がＴ_W ′、溶融樹脂温度が
Ｔ_R ′のときのキャビティ２ａの樹脂温度をＴ′（ｔ，
ｘ）で表わす。また、Ｔ_W ′，Ｔ_R ′において、Ｔ′
（ｔ，ｘ）が前記固化温度Ｔｇを迎える時の時刻ｔ′ｇ
ｊを次式で定義する。

【００２６】 Ｔ′（ｔｇｊ′，ｘｊ）＝Ｔｇ…………（４）式 断面位置ｘｊ，ｘｋにおける温度差は、任意の時刻ｔに
おいて、金型温度Ｔ_W、溶融樹脂温度Ｔ_R の変化と
（５）式の関係にある。

【００２７】 ｛Ｔ′（ｔ，ｘｋ）−Ｔ′（ｔ，ｘｊ）｝／｛Ｔ_S （ｔ，ｘｋ）−Ｔ_S （ｔ， ｘｊ）｝＝（Ｔ′_R −Ｔ′_W ）／（Ｔ_RS−Ｔ_WS）…………（５）式 一般に、Ｔ_R ′＞Ｔ_W ′，Ｔ_RS＞Ｔ_WSであるから、
（５）式は正の符号となる。

【００２８】したがって、Ｔ_S （ｔ，ｘｋ）＞Ｔ_S
（ｔ，ｘｊ）ならばＴ′（ｔ，ｘｋ）＞Ｔ（ｔ，ｘｊ）
となり、金型温度Ｔ_W 、溶融樹脂温度Ｔ_R が変化して
も、異なる断面位置におけるキャビティ２ａの樹脂温度
Ｔ（ｔ，ｘ）の大小関係は変化しない。以上のことよ
り、キャビティ２ａの樹脂温度Ｔ（ｔ，ｘ）の時間変化
および金型温度Ｔ_W 、溶融樹脂温度Ｔ_R の変化に起因す
るキャビティ２ａの樹脂温度Ｔ（ｔ，ｘ）の変化は第３
図、第４図のように表わされる。

【００２９】次に、断面位置ｘｊにおいて、金型温度と
溶融樹脂温度がＴ_WS，Ｔ_RSのときにＴ_S （ｔｇｊ，ｘ
ｊ）＝Ｔｇとなり、Ｔ_W ′，Ｔ_R ′のときにＴ′（ｔ′
ｇｊ，ｘｊ）＝Ｔｇになる場合、ｔｇｊ′におけるＴ_S
（ｔｇｊ′，ｘｊ）は数３の（６）式で表わされる。

【００３０】

【数３】 （６）式から、金型温度Ｔ_W ′、溶融樹脂温度Ｔ_R ′に
おいて、樹脂温度Ｔ′（ｔ，ｘ）がＴｇになる時刻ｔｇ
ｊ′では、基準となる金型温度Ｔ_WS、溶融樹脂温度Ｔ_RS
における樹脂温度Ｔ_S（ｔ，ｘ）は、断面位置ｘｊに依
存せず、（６）式で示される一定の温度となる。従っ
て、金型温度がＴ_WSからＴ′_W に変化し、溶融樹脂温度
がＴ_RSからＴ_R ′に変化した場合に、断面位置ｘｊのキ
ャビティ２ａの樹脂温度Ｔ′（ｔ，ｘ）が固化温度Ｔｇ
を迎える時刻ｔｇｊ′を求めるには、Ｔ_WS，Ｔ_RSにおけ
る樹脂温度Ｔ_S（ｔ，ｘ）が、（６）式で計算される温
度を迎える時刻を求めればよいことになる。Ｔ_S （ｔ，
ｘ）とＴ′（ｔ，ｘ）、および、ｔｇｊとｔｇｊ′との
関係を第４図に示す。

【００３１】次に、金型温度Ｔ_WS、溶融樹脂温度Ｔ_RSに
おけるキャビティ２ａの樹脂圧力をＰ_S （ｔ），Ｔ
_W ′、Ｔ_R ′における樹脂圧力をＰ′（ｔ）と表わす。
Ｔ_WS、Ｔ_RSにおいて、断面位置ｘｊの樹脂温度Ｔ_S
（ｔ，ｘｊ）が固化温度Ｔｇを迎える時の圧力は、Ｔ_S
（ｔｇｊ，ｘｊ）＝Ｔｇから、Ｐ_S （ｔｇｊ）で表わさ
れる。また、Ｔ_W ′、Ｔ_R′のときに、キャビティ２ａ
の樹脂温度Ｔ′（ｔ，ｘ）が固化温度Ｔｇを迎える時の
圧力は、Ｔ′（ｔｇｊ′，ｘｊ）＝Ｔｇから、Ｐ′（ｔ
ｇｊ′）で表わされる。Ｔ_WSがＴ_W ′に、Ｔ_RSがＴ_R ′
に変化したときでも、キャビティ２ａの各断面位置ｘｊ
の樹脂温度Ｔ（ｔ，ｘ）が固化温度Ｔｇを迎える時の圧
力が等しくなるには、数４の（７）式が成立する必要が
ある。

【００３２】

【数４】 但し、数４の（７）式においてＰｊ^* は、金型温度
Ｔ_WS、溶融樹脂温度Ｔ_RSの基準となる成形サイクルにお
いて、断面位置ｘｊの温度が固化温度Ｔｇを迎えるとき
の圧力Ｐｓ（ｔｇｊ）を、目標値Ｐｊ^* としてあらため
て定義することを示す。

【００３３】以上のことから、金型温度Ｔ_W 、溶融樹脂
温度Ｔ_R が変化しても、溶融樹脂が固化温度Ｔｇを迎え
る時の樹脂圧力が毎成形サイクル一定となるように制御
するためには、温度変化に応じて第４図に示すように圧
力波形を変化させることが必要となる。そうして、これ
らの圧力波形は、キャビテイ２ａの樹脂温度Ｔ_S （ｔ，
ｘ）を（２）式、（６）式で計算し、かつ、基準となる
成形サイクルのＴ_WS，Ｔ_RSにおける型内の樹脂圧力Ｐ_S
（ｔ）を計測し、（７）式を用いて算出することができ
る。

【００３４】Ｔ_WS，Ｔ_RSにおいて、Ｔ_S （ｔｇｊ，ｘ
ｊ）＝Ｔｇとなる時刻ｔｇｊ，断面位置ｘｊにおける冷
却温度をＣ_S （ｔｇｊ，ｘｊ）（℃／ｓｅｃ）とおく。
そして、Ｔ_W ′，Ｔ_R ′において、Ｔ′（ｔｇｊ′，ｘ
ｊ）＝Ｔｇとなる時刻ｔｇｊ′におけるＴ_S （ｔｇ
ｊ′，ｘｊ）と、Ｔｇとの差δＴは（６）式を用いて、
数５の（８），（９）式で表わされる。

【００３５】

【数５】 δΤは、断面位置ｘｊに依存しないが、ｔｇｊ，Ｃ_S
（ｔｇｊ，ｘｊ）は断面位置ｘｊ，時刻ｔｇｊに依存す
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００３７】毎成形サイクルにおいて、キャビティ内を
壁面部から中心部にかけて当間隔に複数の断面位置に分
割された断面位置の溶融樹脂が固化温度を迎える時の型
内圧力を一定に制御するので、厚肉成形品の前記各断面
位置に相当する部分の物性が一定となり、毎成形サイク
ルにおいて成形される厚肉成形品の再現性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の型内圧力制御装置の一実施例を示す説
明図である。

【図２】本発明のキャビティ内における熱の流れを示す
説明図である。

【図３】キャビティ内の樹脂温度の時間的変化を示すグ
ラフである。

【図４】キャビティ内の複数の断面位置における時間的
変化とキャビティ内の樹脂圧力目標値の算出方法を説明
するグラフである。

【図５】基準となる成形サイクルにおいて、以後の成形
サイクルで必要となるデータを算出する手順を示すフロ
ーチャートである。

【図６】通常の成形サイクルでの型内圧力制御の工程を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 射出装置 １ａ 加熱シリンダ １ｂ スクリュ １ｃ 流体圧シリンダ １ｄ ピストン １ｅ モータ ２ 金型 ２ａ キャビティ ２ｂ ゲート ３ ノズル ４ 樹脂温度検出器 ５ 金型温度検出器 ６ 樹脂圧力検出器 ７ 制御装置 ７ａ 演算処理部 ７ｂ 型内圧力制御部 ７ｃ，７ｄ，７ｅ Ａ／Ｄ変換器 ８ サーボ弁ポンプ ９ サーボ弁 １０ 加圧流体供給源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型のキャビティへ加熱シリンダ内の溶
   融樹脂を射出注入する充填工程につづき、前記溶融樹脂
   の冷却にともなう収縮を補うために、前記キャビティへ
   前記加熱シリンダ内の溶融樹脂を補充する保圧工程を行
   う射出成形方法において、 前記キャビティ内をその壁面部から中心部に向って等間
   隔に複数の断面位置に分割し、各断面位置における前記
   溶融樹脂が固化温度を迎える時の型内圧力が、毎成形サ
   イクルにおいてそれぞれ一定となるように前記保圧工程
   中の前記加熱シリンダ内の溶融樹脂圧力を制御すること
   を特徴とする射出成形における型内圧力制御方法。
2. 【請求項２】 スクリュが進退自在および回転自在に配
   設された加熱シリンダを備え、加圧流体をサーボ弁を介
   して前記スクリュ進退用の流体圧シリンダに供給して、
   キャビティ内へ射出注入する溶融樹脂圧力を制御するイ
   ンライン方式の射出成形機の制御装置において、 前記キャビティ内へ射出注入する溶融樹脂温度を検出す
   る樹脂温度検出器、金型温度を検出する金型温度検出器
   および前記キャビティ内の樹脂圧力を検出する樹脂圧力
   検出器をそれぞれ備え、前記各検出器の検出値に基い
   て、前記キャビティ内をその壁面部から中心部に向って
   等間隔に複数の断面位置に分割し、各断面位置における
   前記溶融樹脂が固化温度を迎える時の型内圧力目標値を
   演算する演算処理部と、前記型内圧力目標値を記憶して
   これと前記型内圧力検出器の検出値とを比較して両者が
   一致するように前記サーボ弁を制御する型内圧力制御部
   とからなる制御装置を有することを特徴とする射出成形
   における型内圧力制御装置。