JPS633927A - 射出成形機の射出制御方法及び装置 - 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】 （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（■）、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、−ｇに次の方法がとられている。

（１）　　温度安定化・−−−−一・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−−−−−ｍ−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４図に従来例のシステム図を示し、第５図にその制御
パターンを示す。第６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、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、比出力制御開始圧Ｐ、。に到達
すると、後述の式（１）で表わされる型内圧指令値Ｐ　
＊ｉｅｔ　　を発生する。

比較器１０は前記検出された型内圧Ｐ１を前記型内圧指
令値Ｐ　＊５ｔｉｔ　　から減算して偏差ｅ＜　＝　ｐ
　−−−ｔ　　ｐ　−）を出力し、制御器１１は同偏差
信号を受けて偏差ｅをＰＩＤ制御の上場幅器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、が制御開
始圧Ｐ、。に到達すると、指令器９から式（１）に示す
型内圧指令値Ｐ　＋ａｓ＠ｔ　　が出力される。

ｐｍｓｅｔ＝　（Ｐ−Ｍ　　　　Ｐ、。）（１−ｅｘｐ
（−α□　））十Ｐ＠。−−−−−−（１）１゜ ここで、　Ｐ　ｍＨ’−”−型内圧目標値α　−−−一
−−−勾配調整定数 ｔ　、−−−−−−一充填時間（第５図参照）型内圧指
令値Ｐ、３゜と検出された型内圧Ｐ。

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、はサー
ジ圧等のオーバーシュートが生じない様に第５図に示す
パターンで上昇し、型内圧目標値ＰＧＭ　　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１ｓを短くして高速充填
しても、第６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ＰｓＭ　　に切換えら
れる。また、この型内圧目標値Ｐ０　に切換わるときの
射出速度は、型内圧Ｐ、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、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、−・−型内圧（ｋｇ　ｆ　／ｄ）Ｋ　　
−一−−−・−樹脂体積弾性係数（瞳ｆ／ａｌり Ｖ、・−一一一一・金型内キャビティ容積Ｑ　　−−−
−−−一充填樹脂流量（ｃｉ／５ｅｃ）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。

Ｑ＝−ｄ２　・ｖ　　−−−−−・−−−−−−−−（
３）ここで、　ｄ−・・−スクリュ直径（１）ｖ−−−
−−−一射出速度（ＣＩｌ／５ｅｃ）いま、型内圧Ｐ、
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
。

π・ｄ２　・Ｋ　　ｄｔ　　　　πｄ”Ｋ・　（Ｐ−Ｍ
　　　Ｐ−０）・□・ Ｓ １゜ この式かられかるように、型内圧Ｐ、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
　＋＊ｓｅｔ　　を式（１１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ＰｓＮ　　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Ｐ１゜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。

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、−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げ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。

の間は型内圧がその目標値Ｐ、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６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Ｐ０　と保圧時間１゜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４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
されることとなって、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、前記スキン層にすり応力が 生じ、残留応力を内蔵し、これにより 「そり」と呼ばれる変形、クランク、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Ｐ、と保圧時 間ｔＨ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は易い。このうち、樹脂の粘度
は樹脂温度によって変わり、樹脂温度はシリンダ温度、
スクリュ回転数、背圧、スクリュデザイン、樹脂特性等
によって種々変化する。従って型内圧Ｐ、Ｈの定量的指
針がない現在、既述したよう゛に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鰭って決定している
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及び作用）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ての値に等しくなる
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制御する充
填工程と、前記型内圧目標値に到達した時点でスクリュ
位置を保持する保圧工程とからなることを特徴とする射
出成形機の射出制御方法、及び金型内の樹脂圧力（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型目標
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
もとての値に等しくなる圧力を採用するとともに、型内
圧が同型内圧目標値に到達した時点でスクリュ位置を保
持する保持機構を設けたことを特徴とする射出成形機の
射出制御装置を構成とし、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、）Ｉ　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ての比容積に
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、その時点におけるスクリュの位置を保持すること
により金型への過充填、ノズルへの逆流を防ぐ。その結
果、成形品の収縮量を零または非常に小さくするごとが
できるので、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、寸法精度不良をも解決で
きる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第一実施例を示す射出成形機における
射出制御の概略システム図である。

同図において、第４図に示した従来との相違点は、スク
リュ位置を保持する閉ループの制御装置を追加した点に
ある。

この閉ループ制御装置は次の各部分から構成される。

即ち、スクリュの位置を検出する位置検出器４５を設け
、その出力Ｓを直接位置比較器４１へ入力すると共に、
スイッチング回路４３とラッチ回路４０を経て前記位置
比較器４１へ入力するようにする。位置比較器４１はラ
ッチ回路路４０の出力から直接入力される信号を減算し
て偏差ｅ、を出力する。

４２は位置制御器で、前記位置比較器４１から出力され
る偏差ｅ、　ｔ−ｐ　Ｉ　Ｄ制御（Ｐ−比例、■・・−
積分、Ｄ　−微分）して出力する。−方、従来の型内圧
制御を行なうための制御器１１と増幅器１２間には切換
スイッチ回路４４を設け、前記位置制御器４２の出力と
前記制御器１１の出力を切換えるようにしている。

さて、以上の構成において、先ずはじめに型内圧目標値
Ｐ０　を定量的に決定する方法について説明する。樹脂
の状態関数は既述したように、圧力（Ｐ）、比容積（■
）、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ＰＶＴ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、
成形収縮量は比較容積（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点の
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１　ｂａｒＯ線に沿って変化し、常温・常圧での
比容積（■）、すなわち０点となる。この場合の樹脂の
収縮量は、Ａ点と０点との比容積の差となる。

本実施例では型内圧目標値Ｐ＋＋＋Ｍ　　を、高速充填
により断熱状態で溶融樹脂を圧縮して、常圧の下で常温
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０点へと移行す
る。従って、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
常温下の０点まで収縮することになる。

このように、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０点との差になるが、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得る程度である。

また、本発明では保圧工程に入るとスクリュ位置をその
まま保持しうるようにしているため、保圧工程での樹脂
の流れがなく、ゲート部での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図及び第３図によって本発明を更に具体的に説明す
る。第３図は本発明による制御パターンを示す。射出開
始時には、切換スイ・ソチ回路４４は接点４４ａにつな
がっており、図示せぬシーケンサ−の信号により射出開
始がなされ、制御開始圧Ｐ、。に型内圧が到達すると、
従来と同様に制御器１１の動作により充填時間ｔｓをも
って既述のようにして得た型内圧目標値Ｐ□に達する様
に断熱状態で高速充填される。

ここで、計量完了位置からスクリュが射出を開始すると
同時に、スクリュ１７の位置検出器４５の出力信号Ｓが
スイッチング回路４３を経てラッチ回路４０へと送られ
る。型内圧が前記型内圧目標値Ｐ０　に到達すると、図
示せぬシーケンサ−の切換信号によりスイッチング回路
４４の接点が４４８から４４ｂに切換えられ、前記スイ
ッチング回路４３がＯＮからＯＦＦになる。

ラッチ回路４０は、スイッチング回路４３がつながって
いる限り、入力される位置信号Ｓが常に取り込まれ、そ
のまま位置比較器４１へ出力する機能をもっている。い
ま、同スイッチング回路４３がＯＦＦされると、ＯＦＦ
直前の位置信号すなわち型内圧が目標値Ｐ、Ｈに到達し
た時点におけるスクリュ位置信号Ｓ０を取り込んでから
は新しい信号が入力されないので、データの書き直しが
なくＳＯの出力を保持することになる。保圧工程に入っ
てからのスクリュの位置信号Ｓは、比較器４１で偏差ｅ
Ｓ　（＝３８−３）が演算され、ＰＩＤ（比例、積分、
微分）制御する位置制御器４２により、保圧時間ｔＨＯ
間スクリュ位置信号がＳ。になる様、すなわち偏差ｅｓ
が零となる様に制御される。なお、従来例及び式（４）
で述べた如く型内圧目標値Ｐ＋ａｌｌに到達する直前、
スクリュの射出速度はほぼ零になる様に減速制御される
ので、位置制御に切換っても慣性によるアンダシュート
は第３図に示す様に生じない。ここで、保圧時間ｔｌＩ
としてはゲートシール完了までの時間を選ぶ。

こうして、保圧工程中にスクリュが前後進をすることが
ないため、金型への樹脂の過充填及びノズルへの逆流と
いう不都合が生じない。

（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
での比容積に等しくなる圧力とし、この圧力で充填後ス
クリュの移動を停止し、保持するようにしたので、金型
への過充填及びノズルへの逆流を生じることがな（収縮
量が零または非常に小さい状態で成形が実現でき、−段
と寸法精度が向上する。

また、本発明では保圧工程でスクリュ位置を変動させな
いため、樹脂の脈動、ゲート部への過大圧の発生がない
ので、これらに起因する金型の「そり」　「歪み」等の
変形や寸法精度不良の起こる虞れをなくすことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す射出制御の概略システ
ム図、第２図は樹脂のＰＶＴ線図、第３図は前記実施例
によるスクリュ位置と型内圧の制御曲線図、第４図は従
来の射出制御を示す概略システム図、第５図は従来の型
内圧の制御曲線図、第６図は従来における高速充填時の
型内圧、射出速度、射出圧の実行値曲線図である。 図の主要部分の説明 ４０−　ランチ回路 ４１−・位置比較器 ４２−・位置制御器 ４３−スイッチング回路 ４４−切換スイッチ回路 ４５−位置検出器 特許　出願人三菱重工業株式会社 第２図 手続補正書 昭和６１年１０月３１日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示 特願昭６１−１４６０９９号 ２、発明の名称 射出成形機の射出制御方法及び装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目５番１号名　称　
（６２０）　　三菱重工業株式会社４、代理人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目５番１号三菱重工
業株式会社内 氏　名　（６１２４）弁理士　坂　間　　　暁　外２名
５、復代理人 ７、補正の対象 特許請求の範囲の欄、発明の詳細な説明の欄補正の内容 １、特許請求の範囲を次のとおり補正する。 「（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の値に等しくな
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制御する
充填工程と、前記型内圧目標値に到達した時点でスクリ
ュ位置を保持する保圧工程とからなることを特徴とする
射出成形機の射出制御方法。 （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、型内圧が同型内圧目標値に到
達した時点でスクリュ位置を保持する保持機構を設けた
ことを特徴とする射出成形機の射出制御装置。」２、明
細書第１２頁第５〜９行目「このうち、樹脂の粘度は−
によって種々変化する。」の記載を削除する。 ３、同書第１４頁７行目「型内型」の記載を「型内圧」
と補正する。 ４、同書第１８頁４行目「常温下」の記載を「常圧下」
と補正する。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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の値に等しくなる
   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制御する充
   填工程と、前記型内圧目標値に到達した時点でスクリュ
   位置を保持する保圧工程とからなることを特徴とする射
   出成形機の射出制御方法。
2. （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型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、型内圧が同型内圧目標値に到
   達した時点でスクリュ位置を保持する保持機構を設けた
   ことを特徴とする射出成形機の射出制御装置。