JPH0639117B2

JPH0639117B2 - 射出成形機の射出制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH0639117B2
Application number: JP13300786A
Authority: JP
Inventors: 浩司久保田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1986-06-09
Filing date: 1986-06-09
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPS62288021A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、射出成形機に適用される射出工程の制御方法
及びその装置に関するものである。

（従来の技術）一般に、精密成形を実現するためには、金型の形状精度
を確保すると共に、成形時における樹脂の収縮量を適正
に制御することが最も重要なこととされている。

従って、いま金型の形状精度が確保された場合成形品の
寸法精度の向上を図ろうとするには、同一の成形収縮量
を毎サイクル再現させることが重要となる。ところで、
樹脂の状態関数は、圧力（Ｐ），比容積（Ｖ），温度
（Ｔ）の３つの変数より成り立っている。

そして、前記成形収縮量は比容積（Ｖ）の変化であり、
制御量としては温度（Ｔ）及び圧力（Ｐ）になる。しか
るに、樹脂温度を直接制御するのは、時定数が大きいた
め射出成形の短いサイクルの中ではその応答性から見て
困難であるので、一般に次の方法がとられている。

(1) 温度安定化……シリンダ・ノズル、金型の各温度
の安定化。

回転数・背圧の閉ループ制御。

(2) 充填時の温度低下の防止……高速充填により、樹
脂が金型により冷却される以前に充填を完了する。すな
わち、断熱に近い状態で充填する。

一方、射出工程における圧力（具体的には型内圧）の制
御は比較的容易であり、その例としてはゲートシールま
で一定圧に保持する従来の制御方法が知られている。

第５図に従来例のシステム図を示し、第６図にその制御
パターンを示す。第７図は高速充填時の射出速度、射出
油圧及び型内圧の各実行値を示している。

これらの図に従って、まず従来の射出成形機における射
出時の型内圧制御システムについて説明すると、金型１
のランナー部２、キャビティ３のゲート４の近傍、又は
スプルー５の近傍に型内圧Ｐ_ｍを検知する型内圧検出器
６が設けられている。８は射出工程中の型内圧の実行値
を記録するオシログラフ等の記録計である。

指令器９は、射出開始時に初期速度指令値を出し、型内
圧検出器６の型内圧Ｐ_ｍ出力が制御開始圧Ｐ_moに到達す
ると、後述の式(1)で表わされる型内圧指令値Ｐ_msetを
発生する。

比較器１０は前記検出された型内圧Ｐ_ｍを前記型内圧指
令値Ｐ_msetから減算して偏差ｅ（＝Ｐ_mset−Ｐ_ｍ）を出
力し、制御器１１は同偏差信号を受けて偏差ｅをＰＩＤ
制御の上増幅器１２に出力し、サーボ弁等の制御弁１３
は前記増幅器12からの出力を受けてその開度を変えて、
アキュムレータ１４からの供給油を調節する。

射出成形機の射出部はシリンダ１８の左端にノズル７
が、またその右端に射出用油圧シリンダ１６が設置され
ており、シリンダ１８の中にスクリュ１７が挿入されて
いる。同スクリュ17は射出ラム１９にその後端部が固定
されており、射出用油圧シリンダ１６に供給される圧油
により左方への射出動作を行なう。なお、１５はアキュ
ムレータ１４に蓄圧するポンプである。

以上の構成において、その作用を述べると、射出開始時
には初期速度指令値に基づく制御弁１３の開度で定まる
速度で溶融樹脂の充填が行なわれ、型内圧Ｐ_ｍが制御開
始圧Ｐ_ｍｏに到達すると、指令器９から式(1)に示す型
内圧指令値Ｐ_msetが出力される。

ここで、Ｐ_mH……型内圧目標値 α……勾配調整定数ｔ_ｓ……充填時間（第６図参照）型内圧指令値Ｐ_msetと検出された型内圧Ｐ_ｍとを比較し
て、両者が一致する様にＰＩＤ制御するようにしている
ので、式(1)に追従して型内圧Ｐ_ｍはサージ圧等のオー
バーシュートが生じない様に第６図に示すパターンで上
昇し、型内圧目標値Ｐ_mHに到達する。

以上の制御によると、金型内に充填される際の樹脂温度
低下を極力防ぐため、充填時間ｔ_ｓを短くして高速充填
しても、第７図に示すようにオーバーシュートを生じる
ことなく、滑らかに型内圧目標値Ｐ_mHに切換えられる。
また、この型内圧目標値Ｐ_mHに切換わるときの射出速度
は、型内圧Ｐ_ｍの上昇と共に減速し、滑らかに零（スク
リュ射出停止）の状態になっている。

この現象を簡単に説明する。

型内圧Ｐ_ｍと充填樹脂流量Ｑとの関係は次式(2)で示さ
れる。

ここで、Ｐ_ｍ……型内圧（kgｆ／cm²）Ｋ……樹脂体積弾性係数（kgf/cm²） V _ｍ……金型内キャビティ容積（cm³）Ｑ……充填樹脂流量（cm³／sec）充填樹脂流量Ｑとスクリュの射出速度ｖとの関係は次式
(3)となる。

ここで、ｄ……スクリュ直径（cm）ｖ……射出速度（cm／sec）いま、型内圧Ｐ_ｍが式(1)の指令値に追従して、その実
行値も式(1)と同様な変化をしたとするとスクリュの射
出速度ｖは、式(1)、(2)、(3)から次式(4)のようにな
る。

この式からわかるように、型内圧Ｐ_ｍの上昇につれて、
スクリュの射出速度ｖが指数関数で減速する。式(4)を
微分すれば減速時の加速度が求められるが、その値も指
数関数となり、射出速度ｖが零に近づくときの加速度も
小さいことがわかる。

従って、上記の如き従来方式によっても式(2)で示すよ
うに、型内圧上昇の状況を踏まえて、充填樹脂量の増加
を直接的に把握することができ、また型内圧指令値Ｐ
_msetを式(1)に従って閉ループ制御しているため、滑ら
かに射出速度を減速制御することができるものである。
更に、型内圧がその目標値Ｐ_mHに到達したときには、射
出速度ｖが零になることから、適正量の充填制御が可能
なことがわかる。

なお、制御開始圧Ｐ_moは、型内圧検出器６の検知下限値
から求められる。

このようにして、型内圧がその目標値Ｐ_mHに到達する
と、保圧工程に切換わる。

保圧工程に入り、樹脂の流動速度が小さくなると、一般
に金型への熱伝達による冷却が始まって収縮が起こり、
またゲート部を通ってノズルへの逆流が発生する結果、
型内圧が下降して成形品にひけや寸法変化が生ずるよう
になる。これを防ぐため、従来の制御では保圧時間ｔ_Ｈ
の間は型内圧がその目標値Ｐ_mHを一定に保持しうるよう
に、射出圧力を制御弁１３により調整して、収縮分の補
充のために樹脂を供給するようにしている。このとき、
第７図に示すように射出油圧は上昇し始め、それに伴な
いスクリュも微速前進する。

ところで、型内圧目標値Ｐ_mHと保圧時間ｔ_Ｈは、オシロ
グラフ等の記録計８により保圧工程における型内圧の低
下と成形品の充填不足、ひけ、過充填等を比較検討しつ
つ実験的に決定するのが通常である。

上述のような従来の保圧工程にあっては、次のような問
題点がある。

即ち、 (1) 過大圧による成形不良の発生（ｉ）第５図に示すようにスプルー５の近傍のキャビテ
ィ３に型内圧検出器６が配置され、かつ厚肉成形品を成
形するような場合、保圧工程に入ると、溶融樹脂は金型
への熱伝達により冷却され、スキン層と呼ばれる固化又
は高粘度層がキャビティ３の表面より生成を開始しはじ
めるが、このスキン層の生成により型内圧検出器６への
圧力伝達が阻害されることになって、型内圧検出器６の
出力が減少し、前述の制御器１１の作用により、射出油
圧が増加し、キャビティ３の中心部の溶融樹脂に脈動を
与える結果となる。

このため、前記スキン層にずり応力が生じ、残留応力を
内蔵し、これにより「そり」と呼ばれる変形、クラッ
ク、寸法精度不良等の成形品不良が生ずる。厚肉成形品
は、スキン層の生成時間が長いので、特に以上の不良が
生じやすいものである。

（ii）ランナー部２に型内圧検出器６があるような場
合、ゲート４部の樹脂が固化し始めてもランナー部２の
型内圧は小さくならないので、型内圧検出器６の出力と
キャビティ３の内部圧力の対応性が失われ、前記したと
同様に制御器１１が作用して射出油圧を増加させ、ゲー
ト４に過大圧をかけることになる。このため、ゲート４
の近傍はこの過大圧により歪み、「そり」と呼ばれる変
形、クラック、寸法精度不良等の成形品不良を生ずるよ
うになる。

(2) 保圧工程の調整困難性保圧工程における型内圧目標値Ｐ_mHと保圧時間ｔ_Ｈは、
樹脂の粘度、金型の構造、型内圧検出器６の位置等によ
って影響を受けることが多く、またその定量的指針がな
いため、現状では既述したとおり成形品と型内圧実行値
を見ながらオペレータの経験と勘に頼って調整する以外
になす手段がなかった。

（発明が解決しようとする問題点）このように、従来の射出成形にあっては、充填工程にお
いて適正な型内圧制御が可能になっているにも拘らず、
保圧工程では樹脂の冷却に伴なう収縮又は樹脂の逆流に
基づく型内圧の低下を検出して、その低下分を補償せん
がために射出油圧を増加させるという制御手段を採用し
ているため、型内圧検出器の設置位置により検出値が実
値と一致せず過大圧を付与し過ぎることがあり、そのた
めに成形不良を起こし易いという問題点を有し、更には
保圧工程における型内圧と保圧時間は成形品と実行値と
を見ながらオペレータの経験と勘に頼って決定している
という問題点もある。

本発明はかかる問題点を解決すべく開発されたもので、
型内圧目標値を定量的に設定し、同時に成形品の収縮を
排除しうる射出工程、特に保圧工程の制御方法及び装置
を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段）このため、本発明は金型内の樹脂圧力（型内圧）を検出
する型内圧検出器を内部に設けた金型を用いて充填から
保圧までを行なう射出工程において、型内圧の目標値を
溶融樹脂の比容積が、常圧で常温乃至軟化温度のもとに
おける値に等しくなる圧力とし、与えられた時間内に一
定の関数で示されるパターンに従って前記目標値まで漸
増する様に充填制御する充填工程に続き、前記型内圧目
標値に到達後ノズル又は金型の樹脂通路を閉鎖して保圧
工程を終了することを特徴とする射出成形機の射出制御
方法と金型内の樹脂圧力（型内圧）を検出する型内圧検
出器を内部に設けた金型を有する射出成形機において、
前記型内圧検出器の型内圧目標値として溶融樹脂の比容
積が常圧で常温乃至軟化温度のもとでの値に等しくなる
圧力を採用するとともに、同型内圧目標値に型内圧が到
達したときに樹脂通路を積極的に閉鎖する樹脂通路閉鎖
装置を設けることを特徴とする射出成形機の射出制御装
置を夫々構成とし、これを上記問題点の解決手段とする
ものである。

即ち、本発明では型内圧目標値Ｐ_mHを溶融樹脂の比容積
Ｖが常圧で常温乃至軟化温度のもとでの比容積に等しく
なるような圧力に設定し、前記型内圧目標値に到達後、
樹脂通路を閉鎖して過充填、ノズルへの逆流を防止す
る。その結果、成形品の収縮量を零または非常に小さく
することができ、寸法精度の再現性が向上する。また、
保圧工程において樹脂の脈動がないので、スキン層にず
り応力が働かず、ゲート部へ過大圧がかからず、「そ
り」「歪み」等の変形、寸法精度不良を解決する。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明を実施するための射出成形機の概略を示
すもので、従来との相違点はノズル７とシリンダ１８と
の間に樹脂通路の閉鎖機構を設けている点である。

この閉鎖機構は、ニードルバルブ２０と、同バルブ２０
内を左右に往復動してノズル１７先端の樹脂通路を開放
又は閉鎖するニードル２１と、ニードル２１の後端を端
部で連結した枢軸を中心に回動するレバー２２と、同レ
バー２２の機外端に取付けられレバー２２を回動させる
ピストンロッド２４と、同ピストンロッド２４を駆動す
る油圧シリンダ２３から構成される。同図においてレバ
ー２２が実線で示す位置にあるとき、樹脂通路を閉鎖す
る状態を示している。また、同樹脂通路の開放時にはピ
ストンロッド２４を前進させてレバー２２を２点鎖線で
示す22ａの位置にある。

さて以上の構成において、先ずはじめに本発明による型
内圧目標値Ｐ_mHを定量的に決定する方法について説明す
る。

樹脂の状態関数は既述のように、圧力（Ｐ），比容積
（Ｖ），温度（Ｔ）の３変数からなるが、この特性曲線
を示すものとしてＰＶＴ線図が知られている。第２図は
その一例としてポリスチロール（ポリスチレン）のＲＶ
Ｔ線図を示す。いま、仮に金型の形状精度が確保され、
十分な型締力を有するとすれば、金型内の容積は一定と
なる。従って、成形収縮量は比容積（Ｖ）の変化に等し
くなる。

常圧（圧力１bar ）での溶融樹脂は、第２図のＡ点で示
す比容積になる。この常圧で充填が完了し冷却すると第
２図の１bar の線に沿って変化し、常温・常圧での比容
積（Ｖ）、すなわちＣ点となる。この場合の樹脂の収縮
量は、Ａ点とＣ点との比容積の差となる。

本実施例では型内圧目標値Ｐ_mHを、高速充填により断熱
状態で溶融樹脂を圧縮して、常圧下で常温時の比容積に
等しい第２図のＢ点における圧力に設定する。

そして、型内圧が目標値であるＢ点の圧力に到達後、樹
脂通路を閉鎖してその逆流を防止して冷却すれば、同一
容積で常温・常圧の下での必要な樹脂量を保つことにな
り、冷却によっても比容積が変化することなく第２図の
Ｃ点へと移行する。従って、保圧工程を経て冷却に入っ
ても比容積が等しいので、収縮量は零となる。

また、前記実施例における常温のかわりに樹脂の軟化温
度以下の温度で常圧の比容積に等しい、例えば第２図の
Ｄ点の圧力を保圧として、前記実施例と同様に溶融樹脂
の逆流を防止しながら冷却した場合には、第２図に示す
Ｅ点に移行し、この間比容積の変化は見られず、その後
常圧下でＣ点にまで収縮することになる。型内圧の目標
値をＤ点にとる場合には、収縮量は比容積Ｅ点とＣ点と
の差にあるが、その値は小さく、かつ軟化温度以下なの
で成形品の変形による寸法精度不良は殆んど無視しうる
ものである。

従って、本発明では保圧工程における型内圧の目標値Ｐ
_mHを常圧下での常温から軟化点までの温度における比容
積に等しい溶融樹脂温度下で対応する圧力に設定するも
のである。

また、本発明では保圧工程に入るとノズルの樹脂通路を
閉鎖するため、保圧工程での樹脂の流れがなく、ゲート
部で過大圧がかからないので、ゲートの歪み等による寸
法不良も防止できる。

第１図、第３図及び第４図によって本発明を更に具体的
に説明する。

第３図及び第４図は本発明による制御パターンを示す。
射出を開始し制御開始圧Ｐ_moに至ってから充填時間ｔ_ｓ
を経て型内圧目標値Ｐ_mHに達するまでの制御は第６図に
示した従来の方式と同様に断熱状態で高速充填する。た
だし、本発明における型内圧目標値Ｐ_mHは、第２図に示
すＰＶＴ線図から求められる前記したＢ点からＤ点での
圧力とする。

型内圧が目標値Ｐ_mHに到達後、レバー２２駆動用の油圧
シリンダ２３に図示されていない油圧機構により圧油が
供給され、ピストンロッド２４が図示右方へ後退し、レ
バー２２が２点鎖線で示す22ａの位置から実線で示す右
方へ回動する。このレバー２２の回動によりニードル２
１が左方へ動き樹脂通路を閉鎖する。第３図における遅
延時間ｔ_Ｄはニードル２１が樹脂通路を閉鎖完了する前
に射出圧力が低下しないようにするために閉鎖に要する
時間をみこんで設定する。

このような遅延時間ｔ_Ｄを設定せず、第４図に示すよう
に目標値Ｐ_mHの到達とほぼ同時に閉鎖完了させるため、
充填時間ｔ_ｓ完了より前記遅延時間ｔ_Ｄ分だけ遡って閉
鎖を開始するようにしてもよい。

また、第３図に示す制御パターンを採用する場合、遅延
時間ｔ_Ｄをとるかわりに、ピストンロッド２４にリミッ
トスイッチまたは位置検出器を設けることにより閉鎖完
了位置を検出し、その信号により保圧工程を完了させる
ようにしても良い。

更に、以上の説明では樹脂通路の閉鎖機構としてノズル
７の先端を閉鎖するニードルバルブを採用した場合を示
したが、このニードルバルブに代えて適当な閉鎖機構を
採用し、これを例えばスプルー５のような金型内部に設
けられるようにすることも可能である。

（発明の効果）以上、詳細に説明した如く本発明によると、型内圧目標
値を溶融樹脂の比容積が、常圧で常温乃至軟化温度のも
とで比容積に等しくなる圧力に設定し、この圧力で充填
後樹脂通路を閉鎖するようにしたので、収縮量が零また
は、非常に小さい成形が実現でき、寸法精度が著しく向
上する。また、保圧工程で樹脂通路を閉鎖するため樹脂
の脈動がなくゲート部への過大圧がかからないので、
「そり」「歪み」等の変形や寸法精度不良が解決できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す射出成形機の概略シス
テム図、第２図は樹脂のＰＶＴ線図、第３図及び第４図
は夫々第１図に示したシステムを使ったニードル位置と
型内圧の制御曲線図、第５図は従来の射出成形機の概略
システム図、第６図は従来の型内圧の制御曲線図、第７
図は従来における高速充填時の型内圧・射出速度・射出
圧の各実行値曲線図である。図の主要部分の説明６……型内圧検出器 20……ニードルバルブ 21……ニードル 22……レバー 23……油圧シリンダ 24……ピストンロッドＰ_ｍ……型内圧Ｐ_mH……型内圧目標値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型内の樹脂圧力（型内圧）を検出する型
内圧検出器を内部に設けた金型を用いて充填から保圧ま
でを行なう射出工程において、型内圧の目標値を溶融樹
脂の比容積が、常圧で常温乃至軟化温度のもとにおける
値に等しくなる圧力とし、与えられた時間内に一定の関
数で示されるパターンに従って前記目標値まで漸増する
様に充填制御する充填工程に続き、前記型内圧目標値に
到達後ノズル又は金型の樹脂通路を閉鎖して保圧工程を
終了することを特徴とする射出成形機の射出制御方法。
【請求項２】金型内の樹脂圧力（型内圧）を検出する型
内圧検出器を内部に設けた金型を有する射出成形機にお
いて、前記型内圧検出器の型内圧目標値として溶融樹脂
の比容積が常圧で常温乃至軟化温度のもとでの値に等し
くなる圧力を採用するとともに、同型内圧目標値に型内
圧が到達したときに樹脂通路を積極的に閉鎖する樹脂通
路閉鎖装置を設けることを特徴とする射出成形機の射出
制御装置。