JPH10109339A - 射出成形機の成形条件設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 樹脂流動解析で得られた成形条件をもとに、
実成形での最適成形条件を迅速、かつ、簡便容易に設定
する射出成形機の成形条件設定方法を提供しようとする
ものである。 【解決手段】 あらかじめ金型キャビティ形状を数学的
に定義した金型モデルを作成し、該金型モデルに溶融樹
脂を流した場合の樹脂流動解析を行なって射出プロファ
イルおよび保圧プロファイルからなる最適成形条件を算
出するとともに、成形プロセス中の主要成形変数の許容
範囲を設定し、この最適成形条件に基づいて試し打ち成
形テストを実施するとともに、成形中の主要成形変数が
前記許容範囲を逸脱すれば前記最適成形条件をあらかじ
め用意した修正プログラムを使用して修正して前記許容
範囲内に収まるまで試し打ち成形テストを繰り返し、不
良項目が皆無の場合には、最終の成形条件を最適成形条
件として生産工程における成形条件とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形機を使用
して溶融した樹脂材料を成形する際、所定の品質を得る
ための最適な成形条件を、効率的、かつ、精度よく設定
する射出成形機の成形条件設定方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融樹脂の射出成形においては、
横軸を射出スクリュの位置とし縦軸を射出スクリュの前
進速度とした射出プロファイルや、横軸を時間とし縦軸
を射出圧力とした保圧プロファイルを、あらかじめ設定
したうえ、この射出プロファイルにしたがって高速で金
型キャビティ内へ溶融した樹脂材料を射出充填する充填
工程と、保圧プロファイルにしたがって溶融樹脂の充填
後に金型キャビティ内の樹脂に圧力を加えて成形する保
圧工程によって射出制御され、多くの場合、充填工程は
油圧回路の圧力調整弁を高圧に設定し、射出開始からの
経過時間または射出スクリュの前進位置を基準に速度を
複数段に変化させるように流量制御弁の開度を時間経過
とともに、あるいは射出スクリュのストローク位置に応
じて変化させるように設定し、該流量制御弁の調整によ
り射出シリンダのピストン、すなわち、射出スクリュの
射出速度を制御し、金型キャビティ内の樹脂が空気を巻
き込まない程度に高速で溶融樹脂を金型キャビティ内へ
充填するものとし、溶融樹脂が金型キャビティ内に充填
された後は流量制御弁を比較的小さい開度に固定し、圧
力調整弁により油圧を調整する保圧工程とし、この保圧
工程は時間経過に応じて金型キャビティ内に充填された
溶融樹脂に所定の圧力を加え得るように圧力調整弁の開
度を変化させ、金型キャビティ内で溶融樹脂が冷却され
ることにより樹脂が収縮し、製品の形状や寸法がキャビ
ティ形状の寸法に対して誤差が生じることがないように
防止するとともに製品内部に大きな残留応力が生じない
ようにしている。

【０００３】図６は、溶融樹脂が射出成形機２０のスク
リュヘッド前部２２よりノズル部４を経由して金型１０
ａ、１０ｂで形成されるキャビティ８へ射出充填される
直前の状態を示しており、この後、射出工程に入り、射
出シリンダ１６のヘッド側１６ａより作動油が射出シリ
ンダ１６内へ入りスクリュ１を前進させて、ノズル部４
の溶融樹脂をキャビティ８内へ移送させる。キャビティ
８内に溶融樹脂が充満された後に保圧工程へ入り、樹脂
の冷却固化に伴う収縮分を補充されつつ、スクリュヘッ
ド前部２２の樹脂に圧力が加えられる。このような射出
工程と保圧工程にそれぞれどのような樹脂流入速度パタ
ーンや圧力パターンで溶融樹脂を射出充填していくのか
ということに、金型内で成形される樹脂成形品の品質の
良否が依存しており、一般的には、前述したように、例
えば射出工程では、図７に示すように、スクリュ位置と
スクリュ前進速度との関係で設定し、保圧工程では、図
８に示すように、経過時間と保圧力（油圧力または樹脂
圧力）との関係で設定するようにしている。

【０００４】そして、このような射出速度パターン（射
出プロファイルとも言う）や圧力パターン（保圧プロフ
ァイルとも言う）を決定するに当って、オペレータは良
品を再現性よく安定的に得ることのできる成形条件を把
握しようとして、熟練知識を駆使して種々の成形条件の
色々な組み合わせを実施してトライアル・アンド・エラ
ーにより望ましい結果を得ようとしてきた。また、最近
ではこうした試行錯誤法とともに、コンピュータ技術を
駆使した樹脂の金型内流動解析に関するシミュレーショ
ン法により、望ましい成形条件をある程度の精度で把握
するような試みも実施されつつある。本発明以前の特許
で同様な方法により最適成形条件を求める従来技術とし
ては、例えば、特公平５−１３０４８号が挙げられる。
この特許の方法では、基準となる成形条件を設けずに、
多数の設定条件因子を設定し、それに対し多数の変化水
準を作成して成形テストを行うため成形テストの数は非
常に多くなり、成形品の品質判定も１００点満点中８５
点というふうに評価も複雑になっていた。また多くの成
形テスト結果から重回帰分析により品質が最高になる成
形条件を出すため、複雑な計算をしなくてはならず実用
には向いていなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような解析手
法は、理想化された数式や樹脂物性を用いて計算を行な
うため、得られた成形条件と実操業における最適成形条
件の間にはある程度のギャップがあり、実操業で得られ
た成形品は必ずしもすべて満足のいくものとはならない
ことがあった。したがって、上述の解析手法で得られた
成形条件を、実操業で十分満足できる成形品を得られる
最適成形条件に修正する何らかの対策と、この対策によ
り迅速、かつ、簡便容易な設定手順を確立する手立てが
早急に待望されていた。本発明では、このような課題を
解決し、実操業において十分満足できる成形品品質を有
する成形品を得ることの出来る最適成形条件の設定方法
を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明においては、第１の発明では、溶融した樹
脂材料を略密閉状の金型キャビティ内に流動圧入して成
形品を繰り返し生産する射出成形機の成形条件設定方法
であって、あらかじめ金型キャビティ形状を数学的に定
義した金型モデルを作成し、該金型モデルに溶融樹脂を
流した場合の樹脂流動解析を行なって射出プロファイル
および保圧プロファイルからなる最適成形条件を算出す
るとともに、成形プロセス中の主要成形変数の許容上限
値および許容下限値を設定し、この最適成形条件に基づ
いて試し打ち成形テストを実施するとともに、成形中の
主要成形変数が前記許容上限値または許容下限値を逸脱
すれば前記最適成形条件をあらかじめ用意した修正プロ
グラムを使用して修正して前記許容範囲内に収まるまで
試し打ち成形テストを繰り返し、成形中の主要成形変数
が前記許容上限値と許容下限値とで区画される許容範囲
内に収まっている場合には、オペレータの目視による外
観品質判定を行ない、不良項目がある場合には前記修正
プログラムもしくは別途用意した修正プログラムを使用
して前記最適成形条件を再度修正して試し打ち成形テス
トを繰り返し、不良項目が皆無の場合には、最終の成形
条件を最適成形条件として生産工程における成形条件と
した。そして、第２の発明では、第１の発明において、
修正プログラムは、主要成形変数の許容範囲を逸脱した
程度に応じて該主要成形変数に修正を加える機能を保有
した樹脂流動解析プログラムとし、かつ、オペレータの
目視による外観品質判定項目に応じた成形条件の変更機
能を付加したものとした。

【０００７】

【発明の実施の態様】本発明においては、第１の発明で
は、溶融した樹脂材料を略密閉状の金型キャビティ内に
流動圧入して成形品を繰り返し生産する射出成形機の成
形条件設定方法であって、あらかじめ金型キャビティ形
状を数学的に定義した金型モデルを作成し、該金型モデ
ルに溶融樹脂を流した場合の樹脂流動解析を行なって射
出プロファイルおよび保圧プロファイルからなる最適成
形条件を算出するとともに、成形プロセス中の主要成形
変数の許容上限値および許容下限値を設定し、この最適
成形条件に基づいて試し打ち成形テストを実施するとと
もに、成形中の主要成形変数が前記許容上限値または許
容下限値を逸脱すれば前記最適成形条件をあらかじめ用
意した修正プログラムを使用して修正して前記許容範囲
内に収まるまで試し打ち成形テストを繰り返し、成形中
の主要成形変数が前記許容上限値と許容下限値とで区画
される許容範囲内に収まっている場合には、オペレータ
の目視による外観品質判定を行ない、不良項目がある場
合には前記修正プログラムもしくは別途用意した修正プ
ログラムを使用して前記最適成形条件を再度修正して試
し打ち成形テストを繰り返し、不良項目が皆無の場合に
は、最終の成形条件を最適成形条件として生産工程にお
ける成形条件とした。 そして、第２の発明では、第１
の発明において、修正プログラムは、主要成形変数の許
容範囲を逸脱した程度に応じて該主要成形変数に修正を
加える機能を保有した樹脂流動解析プログラムとし、か
つ、オペレータの目視による外観品質判定項目に応じた
成形条件の変更機能を付加したものとしたため、樹脂流
動解析で得た成形条件を、試し打ち成形テストとオペレ
ータの目視による外観品質判定という２つのチェックに
より評価して十分満足のいく品質を備えた成形品を得る
ことの出来る最適成形条件に修正して実操業に採用する
ことにより、実操業で安全確実に高品質の成形品を生産
することが出来る。

【０００８】また、第２の発明では、修正プログラム
は、主要成形変数の許容範囲を逸脱した程度に応じて該
主要成形変数に修正を加える機能を保有した樹脂流動解
析プログラムとし、かつ、オペレータの目視による外観
品質判定項目に応じた成形条件の変更機能を付加したも
のとしたので、許容範囲を逸脱したときや外観品質判定
で不良項目が出た場合に、自動的に成形条件を修正して
より改善された最適成形条件にすることが出来るため、
好都合である。

【０００９】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
詳細に説明する。図１〜図５は本発明の実施例に係り、
図１は射出成形機の全体構成図、図２は最適成形条件の
設定手順を示すフローチャート、図３は射出工程におけ
る最適成形条件の説明図、図４は保圧工程における最適
成形条件の説明図、図５は外観品質判定結果を入力する
外観品質判定表の１例を示すパソコンＣＲＴ画面上の表
示図である。

【００１０】図１に示すように、射出成形機１００の射
出装置２０は、スクリュ１が回転自在でかつ前後進自在
に加熱シリンダ３内に挿入されており、加熱シリンダ３
の先端にはノズル４が取付けられている。また、後部に
はスクリュ１を前後進させるピストン１４を挿入した射
出シリンダ１６が取付けられており、その後方にスクリ
ュ１に回転を与えるスクリュ回転用のスクリュ回転モー
タ５が設けられている。そしてこのスクリュ回転モータ
５へ駆動源として適宜な量の圧油を供給するスクリュモ
ータ用作動用バルブ１１ｃが設けられている。

【００１１】射出シリンダ１６の油圧室はヘッド側油圧
室１６ａとロッド側油圧室１６ｂから構成されており、
この油圧室には図示省略した油圧ポンプから作動油が供
給され油圧作動バルブ１１で制御される。この油圧作動
バルブ１１は、ヘッド側油圧室１６ａに通じるヘッド側
油圧作動バルブ１１ａとロッド側油圧室１６ｂに通じる
ロッド側油圧作動バルブ１１ｂから構成されている。ま
た、射出工程中の射出圧力を測定するために射出シリン
ダ１６のヘッド側油圧室１６ａはヘッド側油圧センサ１
３が装着されている。

【００１２】また、符号８はスクリュ１の前後進距離を
測定するスクリュ位置センサであり、速度も計測でき
る。スクリュ１の先端にはチェックシート１ａを置いて
スクリュヘッド１８が螺着されており、スクリュヘッド
１８は先端に向かった略円錐形状で同円錐形状の後側
（図中右側）は段状になって小径になり、この小径部１
８ａには軸方向摺動自在なチェックリング２が嵌挿され
ている。

【００１３】ノズル４内の先端近傍には、射出工程中に
固定金型１０ａと可動金型１０ｂとで構成される金型１
０内の金型キャビティ８内に充填される溶融樹脂の樹脂
圧力を測定するノズル圧力センサ６ａとノズル温度セン
サ６ｃが配設されている。また、金型キャビティ８とノ
ズル４とを結ぶランナ部７には、金型１０内の樹脂圧力
を測定するための金型内圧力センサ６ｂと金型温度を測
定する金型温度センサ６ｄが取付けてある。

【００１４】この射出装置２０にはノズル４の前方に配
設されたノズル圧力センサ６ａによる樹脂圧力の測定
値、金型内圧力センサ６ｂによる樹脂圧力の測定値、射
出シリンダヘッド側油圧センサ１３による油圧の測定
値、およびスクリュモータ駆動用油圧センサ１５からの
油圧力の測定値、あるいは他のセンサからの測定値を受
信してここで目標値と比較することにより様々な制御指
令を出す射出成形機の制御装置３０が設けられている。

【００１５】なお、本発明の制御対象になる圧力とは、
射出工程におけるノズル４の樹脂圧力、金型キャビティ
８内の樹脂圧力および射出シリンダ１６のヘッド側油圧
室１６ａの油圧のうちどれかを意味する。１回の射出工
程内において複数の圧力を同時に制御するのは不可能で
あると考えられるので、ノズル圧力センサ６ａ、金型内
圧力センサ６ｂ、およびヘッド側油圧センサ１３の３つ
のうち１つだけ装着しておけば良いことになる。なお、
符号１２はホッパ、１２ａは樹脂ペレット、２２はスク
リュヘッド前部を示す。

【００１６】このように構成された射出成形機１００を
用いた本発明の射出成形機の成形条件設定方法の実施例
について、図２のフローチャートに基づいて説明する。
図２は、最適成形条件の設定手順を示すフローチャート
であり、実操業運転に先立ってまず解析上の最適成形条
件を設定する。この最適成形条件は、金型キャビティ形
状を数学的に定義した金型モデルを作成し、ＣＡＥ技術
を応用した金型内樹脂流れの流動解析シミュレーション
手法を駆使して解析上の最適成形条件を算出する。この
成形条件は、射出充填工程の射出プロファイルと保圧工
程の保圧プロファイルとから構成される。

【００１７】次に、このようにして設定された射出プロ
ファイルや保圧プロファイルの成形プロセスにおいて、
図３や図４に示すように、主要成形変数である射出速度
や圧力や、または、保圧工程のスクリュ最前進位置であ
るクッション量などの、許容下限値や許容上限値（許容
範囲）の設定を行なう。この設定は流動解析シミュレー
ションの中で行なってもい。そして、試し打ち成形テス
トと条件修正により、解析上の最適成形条件Ｓから実成
形における最適成形条件Ｔを発見し選定するのが、本発
明の方法であり、以下の説明する手順によって決定す
る。

【００１８】次に、上述の成形条件（射出プロファイル
および保圧プロファイル）および許容範囲に基づいて試
し打ち成形テストを実行する。試し打ち成形テストで
は、成形中の主要成形変数（充填工程における射出速度
や保圧工程における保圧圧力、クッション量など）をセ
ンサで自動的に測定・監視し、主要成形変数である充填
工程における射出速度や保圧工程における保圧圧力ある
いはクッション量などが前記許容範囲を逸脱すれば、そ
の逸脱量に対応してあらかじめ用意した修正プログラム
によって、成形条件に修正を加えて再度試し打ち成形テ
ストを実行する。

【００１９】このようにして、主要成形変数が許容範囲
内に収まっているショットでは、成形された成形品の外
観品質検査を目視によりオペレータが行ない、たとえ
ば、図５に示すように、制御装置３０のＣＲＴ画面上に
呼び出した外観品質判定表にその結果を入力する。この
外観品質判定表の第２項目以下の不良項目がある場合に
は、あらかじめ用意した修正プログラムを使用して成形
条件を修正変更したうえ再度試し打ち成形テストを実行
する。以上のような２つのチェック作業を行ないつつ試
し打ちテストを繰り返し、主要成形変数が最初に設定し
た許容範囲に入り、かつ、外観品質検査にも合格した場
合に、実成形での最適成形条件Ｔが決定され、この成形
条件で実操業を開始する。

【００２０】樹脂流動解析プログラムは、市販されてい
る金型内流動解析プログラム「ＭＯＬＤ・ＦＬＯＷ プ
ログラム」を使用できる。また、修正プログラムは、通
常、主要成形変数の許容範囲を逸脱した程度に応じて該
主要成形条件に修正を加える機能を保有したものと外観
品質判定の不良項目に応じて主要成形条件に修正を加え
る機能を保有したものの２つを用意するが、これら２つ
の機能を、樹脂流動解析プログラムに付与するようにし
てもよい。なお、本発明は射出成形機に応用したもので
あるが、金属材料を成形加工するダイカストマシンやス
クイズキャストマシンに適用してもよいことは勿論であ
る。

【００２１】以上述べたように、本発明においては、あ
らかじめ設定された成形条件に基づいて試し打ちテスト
を行ない、２つの判定の結果、合格した成形条件を最適
成形条件と決定して、実操業を行なうようにしたため、
良品を打てる成形条件が迅速に設定できる。本発明方法
に係るテストを実施して得られた結果では、最適成形条
件設定に要した時間は、従来の熟練オペレータの条件出
し所要時間の１／４であった。また、この設定作業手順
も、ほぼ完全に自動化されたものであり、実施が簡便容
易である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の射出成形
機の成形条件設定方法によれば、樹脂流動解析で得られ
た成形条件をもとに実成形での最適成形条件を、迅速か
つ簡便容易に設定でき、熟練されたオペレータの知識を
必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る射出成形機の全体構成図
である。

【図２】本発明の実施例に係る最適成形条件の設定手順
を示すフローチャートである。

【図３】本発明の実施例に係る充填工程における最適成
形条件の説明図である。

【図４】本発明の実施例に係る保圧工程における最適成
形条件の説明図である。

【図５】本発明の実施例に係る外観品質判定結果を入力
する外観品質判定表の１例を示すパソコンＣＲＴ画面上
の表示図である。

【図６】従来の射出成形機の全体構成図である。

【図７】従来の射出工程の成形条件の実施例である。

【図８】従来の保圧工程の成形条件の実施例である。

【符号の説明】

１ スクリュ ２ チェック弁 ３ バレル ４ ノズル ５ スクリュ回転モータ ６ａ ノズル圧力センサ ６ｂ 金型内圧力センサ ６ｃ ノズル温度センサ ６ｄ 金型温度センサ ７ ランナ部 ８ 金型キャビティ ９ 位置センサ １０ 金型 １０ａ 固定金型 １０ｂ 可動金型 １１ａ ヘッド側油圧作動バルブ １１ｂ ロッド側油圧作動バルブ １２ ホッパ １２ａ 樹脂ペレット １３ 射出シリンダヘッド側油圧センサ １４ ピストン １６ 射出シリンダ １６ａ ヘッド側室 １６ｂ ロッド側室 １８ スクリュヘッド １８ａ 小径部 ２０ 射出装置 ２２ スクリュヘッド前部 ３０ 制御装置 １００ 射出成形機 Ｌ 下限値条件 Ｓ 解析上の最適成形条件 Ｔ 実成形での最適成形条件 Ｕ 上限値条件

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融した樹脂材料を略密閉状の金型キャ
   ビティ内に流動圧入して成形品を繰り返し生産する射出
   成形機の成形条件設定方法であって、 あらかじめ金型キャビティ形状を数学的に定義した金型
   モデルを作成し、該金型モデルに溶融樹脂を流した場合
   の樹脂流動解析を行なって射出プロファイルおよび保圧
   プロファイルからなる最適成形条件を算出するととも
   に、成形プロセス中の主要成形変数の許容上限値および
   許容下限値を設定し、 この最適成形条件に基づいて試し打ち成形テストを実施
   するとともに、成形中の主要成形変数が前記許容上限値
   または許容下限値を逸脱すれば前記最適成形条件をあら
   かじめ用意した修正プログラムを使用して修正して前記
   許容範囲内に収まるまで試し打ち成形テストを繰り返
   し、 成形中の主要成形変数が前記許容上限値と許容下限値と
   で区画される許容範囲内に収まっている場合には、オペ
   レータの目視による外観品質判定を行ない、不良項目が
   ある場合には前記修正プログラムもしくは別途用意した
   修正プログラムを使用して前記最適成形条件を再度修正
   して試し打ち成形テストを繰り返し、不良項目が皆無の
   場合には、最終の成形条件を最適成形条件として生産工
   程における成形条件とした射出成形機の成形条件設定方
   法。
2. 【請求項２】 修正プログラムは、主要成形変数の許容
   範囲を逸脱した程度に応じて該主要成形変数に修正を加
   える機能を保有した樹脂流動解析プログラムとし、か
   つ、オペレータの目視による外観品質判定項目に応じた
   成形条件の変更機能を付加したものとした請求項１記載
   の射出成形機の成形条件設定方法。