WO1988005721A1 - Method and apparatus for setting injection pressure of injection molding machine - Google Patents

Description

明 細 書

射出成形機の射出圧力設定方法及びその装置 技術分野

本発明は、 射出圧力設定方法及び射出成形機に閬する 。

冃 技

一般に、 射出成形機は、 金型部と 、 この金型部に溶融樹 脂を射出する.射出部と 、 射出部の勤作を制御する制御部を 備えて いる 。 制御部では、 充填工程から保圧工程に至る一 連の射出圧力及び時間を 、 射出部から取 り 出された各種の 検出信号及び設定値に基づいて制御 して いる 。

一般に、 制御部における制御条件は成'形されるべき 成形 品の形状等によ って大き く 異なって いる 。 このため、 制御 部に設定される設定値は成形品毎に個々 に定め られるのが 膂通である 。 特に、 制御部における射出圧力の設定及び射 出時間の制御は、 成形品の品質並びに精度を決定する重要 な要素であるから 、 厳密に定め られなければな らない。

従来、 射出工程の各部分における射出出力 を設定する た めに、 成形品の性質， 形状及び樹脂の特性を充分検討 して 成形品に応 じた射出圧力の設定パター ンを用意 し、 こ の設 定パターンに したがって射出圧力 を所定の時間間隔毎に段 階的に切 り 替える方法が採られて いる 。

こ こで、 射出圧力の設定パターンは、 成形品の肉厚の程 度、 成形品の形状及び溶融樹脂の流動性の高低毎の要素を パラメータ と して決定している 。 例えば、 成形品の肉厚が 厚く なる程、 また、 複雑な形状になる程、 多段階に設定し なければ成形品の同質性が確保できず、 また、 ひげやバリ が発生し易 く なる 。 しか し、 多段階に設定する と必然的に 設定箇所が多く な り 、 加えて各段階毎に設定すべき 最適値 の的確な判断に熟練を要する と い う 問題があ った。

更に、 多段階に設定した場合、 段階の移行の度毎に、 ォ 一バーシュー トが生じる 。 このため、 実際に金型部に加わ る射出圧力に不連続点が生じ、 折角、 金型部にチャージ し た樹脂が漏れて しま う と い う 欠点があった。 この不連続点 を除去する方法.も多数知られているが、 いずれによ って も 射出部或いは制御部の構成が複雑になるばか り で、 実用性 の点での問題があった。

一方、 成形品の形状が単純だった り 、 溶融樹脂の流動性 が低い場合は、 多段階に切 り変えなく と も 、 成形品の品質 を確保でき るが、 成形品の性質に対応した特殊な設定パタ ーンを多種用意する必要があ り 、 汎用性の面で十分でなく 且つ、 設定パターン作成に高度の技術を要する と い う 欠点 がある 。

そ こで、 本発明の目的は、 前記問題点に鑑み、 成形品に 応じた特性を容易に作成でき る射出圧力設定方法を提供す る こ と である 。

本発明の他の目的は汎用性があ り 、 しかも 、 簡単に射出 圧力を調整でき る射出成形機を提供する こ と である 。 発明の開示

本発明によれば、 溶融樹脂を射出部から金型に充填する 充填工程から 、 前記金型に充填された樹脂を保圧する 保圧 工程に至る一連の射出圧力を予め定め られた時間一射出圧 力特性曲線に基づき 、 順次、 設定 して い く 段階と 、 前記時 間一射出圧力特性曲線に基づく 設定値の一部を射出する成 形品に応 じて変更する段階と を有 し、 前記時間一射出圧力 特性曲線は前記保圧工程における前記金型内の樹脂体積が 一定と なる こ と を条件 と して定め られて いる こ と を特徴と する射出圧力設定方法が得られる 。

また、 本発明によれば、 金型と 、 該金型に樹脂を射出す る射出部と 、 前記射出部から前記金型内に前記樹脂を射出 充填 した後、 保圧に至る迄の一連の射出圧力を あ らわす電 気信号を予め定め られた時間一射出圧力特性曲線に基づき 発生する波形発生手段と 、 前記電気信号を受け、 前記射出 部の圧力を調整する制御ュニ ツ 卜 と を有する こ と を特徴と する射出成形機が得られる 。

図面の簡単な説明

第 1 図は従来の射出圧力設定方法を説明する ためのダラ フであ る 。

第 2 図は本発明の一実施例に係る射出成形機を説明する ためのブロ ッ ク図である 。

第 3 図は第 2 図に示 した射出成形機で行なわれる射出圧 力設定方法を説明する ためのグラ フである 。 第 4 図は本発明に係る他の射出圧力設定方法を説明する ためのグラ フである 。

発明の原理

次に、 本発明の理解を容易にするために、 本発明の原理 を説明する まず、 樹脂を射出部から金型に充填する充填 工程から 、 金型に充填された樹脂を保圧する 保圧工程に至 る一連の射出圧力を定める時間一射出圧力特性曲線につい て説明する 。

一般に、 時間一射出圧力特性曲線は横軸に時間、 縦軌に 射出圧力を と つた座標上に描かれ、 時間一射出圧力特性曲 線は成形品の種類等に対応した射出圧力設定パタ一ンを示 す。 時間一射出圧力特性曲線は充填工程に対応した部分及 び保圧工程に対応した部分とからなつているが、 成形品の 品質に最も影響があるのは、 保圧工程に対応した部分にお ける 曲線の甸配である 。 '

第 1 図を参照する と 、 従来、 第 1 図に示すとお り 、 多段 設定によ り 、 この保圧勾配を決定して いた。 即ち、 保圧ェ 程を多段階に分け、 各段階の保圧を個々 に設定してお き 、 段階毎に保圧を順次切 り 替えていく 方法が採用されて いた この場合、 保圧を切り替える度に、 オーバーシュー ト 3 , 3 ' ， 3 " が発生 し、 前述 したよ う な問題が生 じる

本発明者は多段設定によ らず、 e x p 曲線に基づいて保 圧を設定すれば、 成形品の品質を最良にでき る こ と を見い 出 した。 具体的に云えば、 金型を あ る温度に保持 した と き 、 成形 品の温度が何秒後に金型内で離型可能な温度ま で低下する かをあ らわすために、 下式が用い られて いる 。 d π Τ x - Τ ra

t 0 = og _e [- -)] ①

π ² a 4 Τ c - Τ ra t o ： 冷却に要する最小の時間 （sec)

： 溶融樹脂の熱放散率

d ： 成形品の肉厚 （ 1 X 1 0 — ³ i nch) T X ：'溶融樹脂の熱変形温度 （ ^eC ) T c ： 溶融樹脂の射出温度 に C ) Τ πι ： 金型温度 に C )

また、 金型への射出が完了 し、 樹脂の流動が止ま った と き 、 溶融樹脂は金型内部 （ 以下、 キ ヤ ビテ ィ と 呼ぶ ） の温 度 T m と 充填工程圧 Pの影響を受けて 、 Van der Waa I s の 式

( P十 て ） ' （ V— w〉 = R Tra …② V ： キ ヤ ビテ ィ 体積

て ， W， R ： 定数

で示される状態に置かれる 。 こ こで、 キ ヤ ビテ ィ 体積 Vを 一定に保つ と 、 ひげやバ リ の少ない良質の成形品ができ 、 非常に有効な手段である こ と を実験によ り 確認 した。

キ ヤ ビテ ィ 体積 Vを一定に保っためには、 前記②式から 近似的に T m

V =

Ρ の関係式が成立する必要がある 。 こ こで、 キ ヤ ビテ ィ 温度 T m は、 前記①式からわかる よ う に、 近似的に溶融樹脂満 杯後、 時間と共に e X p 曲線に従って 低滅する 。 この関係 を、 前記③式に代入すれば、 キ ヤ ビテ ィ 体積 Vを一定に保 つためにほ保圧 P も また e X P 曲線に従って低減すれば良 いこ と になる 。

以上から 、 保圧低減 配が e X P 曲線よ り 定め られるが 成形品の形状や、 金型の剛性が小さ く射出直後にバリ が出 る場合には、 e X p 曲線によ って も成形品の品質向上が図 れない場合がある 。 その場合は、 e X p 曲線の一部をパル ス状にカ ツ ト して樹脂の表面に固化層ができ る まで局部的 に射出圧力を低減でき る よ う にする。 このよ う して 、 成形 品の種類に対応 した時間一射出圧力特性曲綠を形成すれば 的確に、 射出圧力を設定でき る こ とが判明した。

発明を実施するための最良の形態

以下、 図面を参照して 、 本発明の一実施例に係る射出成 形機を説明する 。

第 2 に示された射出成开 機は金型部 3 0 と 、 この金型 部 3 0 に溶融樹脂を射出する射出部 2 0 と 、 射出部 2 ひを 制御する制御部 4 0 と を備えて いる 。 図示された射出部 2 0 はホ ッパーを備えたシリ ンダー 2 1 と 、 このシ リ ンダ 一 2 1 内を図の左右方向へ往復するスク リ ューラム 2 2 と これを駆動する油圧ボンプ等の駆動部 2 3 と を備えて いる また、 シ リ ンダー 2 1 内には、 シ リ ンダー 2 1 内の圧力を 検出する圧力検出器 2 6 、 スク リ ューラム 2 2 の速度を検 出する速度検出器 2 7 、 及びスク リ ューラム 2 2 の位置を 検出する位置検出器 2 8 が夫々公知の方法で取付けられて いる 。

これら圧力検出器 2 6 、 速度検出器 2 7 、 及び位置検出 器 2 8からの圧力検出信号 3 1 、 速度検出信号 3 2 、 及び 位置検出信号 3 3 は制御部 4 0 に与え られて いる 。

制御部 4 0 は、 後述するパラメ ータ に従って 、 充填工程 の開始から 、 保圧工程の終了までの射出設定パターンを生 成する関数発生器 4 1 、 及び、 圧力検'出信'号 3 1 、'速度検 出信号 3 2 、 及びスク リ ュー位置検出信号 3 3 と を受け、 駆動部 2 3 に圧力調整信号 3 4 を供袷する制御ュニ ッ ト 4 2 と を備えて いる 。 閬数発生器 4 1 は通常、 汎用のマイ ク ロプロセ ッサによ っ て構成されるが、 入力信号と して与 え られるパラメ ータ によ って出力信号の振幅及び位相を可 変でき る よ う に構成された半導体回路を含むハー ド ウ エ ア 論理回路でも よ い。

第 2 図及び第 3 図を参照する と 、 第 2 図に示された関数 発生器 4 1 は第 3 図のよ う な時間一射出圧力特性曲線を実 現するパターンを定める関数を発生する 。 具体的に言えば、 第 3 図に示された時間一射出圧力特性曲線は溶融樹脂の金 型への充填開始時点 T 1 か ら充填終了時点 T 2 までの充填 工程と 、 充填工程以後行われる保圧工程と に分けるこ とが でき る 。 この内、 保圧工程は最終保圧時点 T 3 によ って定 める こ とができ る 。 図示された時閭ー射出圧力特性曲線で は、 充填終了時点で充填工程圧 P 1 に達し、 最終保圧時点 T 3 において、 最終保圧 P 2 に達して いる 。

第 2 図における閬数発生器 4 1 は第 3 図に示すよ う な時 間一射出圧力特性曲線の充填工程の斯間 D l 、 保圧工程の 期間 D 2 、 充填工程圧 P 1 、 最終保圧 P 2等を変化でき る よ う に構成されている 。 関数発生器 4 1 では、 保圧工程に おける射出圧力を前述した e x p 曲線に従って変化させる よ う に構成されている 。 このよ う に、 関数発生器 4 1 は時 間—射出圧力特'性曲線を'定める電気信号を制御ュニ ッ ト 4 2 に供耠する 。

尚、 図示された関数発生器 4 1 では、 充填工程における 関数も発生する ものとするが、 この充填工程の関数は別に 設けられた関数発生器によ って発生されて も よい。

上記したパラメータ を与え るために、 図示された閬数発 生器 4 1 には、 入力装置 4 5 が接続されて いる 。 入力装置 4 5 ほ充填工程圧 P 1 、 充填工程の期間 D 1 、 最終保圧 P 2 、 保圧工程の期間 D 2 、 及び、 第①式に必要な係数 F を閬数発生器 4 1 に供耠する 。

更に、 図示された入力装置 4 5 はパルス印加指令を信号 発生器 4 6 に与え、 この指令によ り 、 信号発生器 4 6 は関 数発生器 4 1 に指令によ って定ま る幅及び振幅を有するパ ルスを送出する 。 これによ つ て 、 関数発生器 4 1 によ って 発生される時間一射出圧力特性曲線を不連続に変化させる こ と ができ る 。

第 4 図を参照する と 、 保圧工程斯間 D 1 内に、 信号発生 器 4 6 からのパルス P Lが与え られ、 時間一射出圧力特性 曲線の一部が期間 D 1 において局部的に力 ッ ト されて いる このよ う に、 時間一射出圧力特性曲線の一部を局部的に力 ッ トする こ と によ り 、 成形品に応 じた保圧条件を得る こ と ができ る 。

パルス P Lはパルス幅を一定に して 、 パルスの振幅を変 化させて も よ い し、 或は、 パルスの振幅を一定に して 、 ノ、。 ルス幅を変化させて も よ い。 また、 条件によ っては、 パル スの幅及び振幅の双方を変化させて も よ い。

以下、 本発明に係わる射出設定例及びその時の動作を説 明する 。 先ず、 射出成形機によ って成形される成形品は形 状が複雑な もの と 、 単純な も のと に分類する こ と ができ る 成形品の形状が複雑な場合、 樹脂には、 高い流動性が要求 され、 従って 、 複雑な形状の成形品には、 バ リ が発生 し易 い。 他方、 成形品.の形状が単純な場合、 樹脂の流動性は低 く て も よ く 、 徒って 、 単純な形状の成形品にはバ リ が出に く い。 このため、 成形品の形状によ って成形条件を変え る 必要がある 。

また、 成形品には、 薄肉成形によ る もの と 、 厚肉成形に よ る ものと がある 。 薄肉成形の場合、 初期充填エネルギー によ って 、 形状がほぼ完成し、 一方、 厚肉成形の場合、 樹 脂を金型に充填 した後、 即ち、 充填工程以後に加え られる 補充エネルギーによって形状が決定される 。

従って 、 本発明の実施例では、 先ず、 成形品の形状が複 雜か否かを判断する 。 形状が複雑な場合、 バリ の発生を防 止する必要があるから、 第 4図に示すよ う に、 時間射出圧 力特性曲線の一部をカ ッ トする 。 このこ と は、 保圧工程に おける圧力を局部的に緩和 して 、 スク リ ューの前進慣性力 を弱めて いる こ と を意味して いる 。 このよ う に、 保圧工程 における圧力を局部的に緩和すれば、 この緩和されている 期間内に、 金型内の樹脂の表面に固化層ができ 、 高い流動 性を有する樹脂が使用されて も 、 成形品におけるバリ の発 生を防止でき る 。 圧力を緩和する期間は一般的に 0 . 0 5 秒乃至 0 . 3秒と 短く て よ い。

—方、 形状が単純な成形品を成形する場合、 時間一射出 圧力特性曲線の一部を力 '/ トする必要はないから 、 関数発 生器 4 1 からの電気信号は信号発生器 4 6 の出力によ って 何等変更される こ と なく 、 制御ユニッ ト 4 2 に送出される 次に、 成形品が薄肉か、 厚肉かを判定する 。 薄肉の場合 には、 保圧工程期間 D 2 を短く し、 これに対応して、 スク リ ューラム 2 2 を高速で移動させる と 共に、 最終保圧 P 2 は低く 設定する 。 また、 判定の結果、 成形品が厚肉の場合 には、 保圧工程期間 D 2 を長く し、 最終保圧 P 2 を髙めに 設定する 。 これによつて、 厚肉成'形品に必要な補充エネル ギーを得る こ と ができ る 。

上記 した判定結果は入力装置 4 5 から関数発生器 4 1 及 び信号発生器 4 6 にパラメ ータ と して与え られ、 成形品に 応 じた時間一射出圧力特性が閬数発生器 4 1 から制御ュニ ッ 卜 4 2 に供袷される 。

制御ュニ ツ ト 4 2 は圧力検出信号 3 1 、 速度検出信号 3 2 、 及び位置検出信号 3 3 を参照 して 、 成形品に応 じた 時間一射出圧力特性に応 じた圧力調整信号 3 4 を駆動部

2 3 に与え る 。 制御ユニ ッ ト に与え られる検出信号は金型

3 0 から と り だされて も よ い。

本発明によれば、 成形前に数値によ って客観的に判断で き る要素に基づいて 、 簡略且つ.的確に射出圧力 を設定でき る と 言う 利点がある 。

産業上の利用可能性

本発明に係る圧力設定方法は油圧モータ を用いた射出成 形機だけでな く 、 電動機駆動型の射出成形機に も適用でき る 。

Claims

特許請求の範囲

1 . 金型、 該金型に樹脂を射出する射出部、 及び、 前記 射出部を制御する制御部と を備え 、 樹脂を金型に射出する こ と によ り 、 所望の成形品を成形する射出成形機に使用さ れ、 前記射出都に対する樹脂の射出開始から 、 前記金型に 充填される充填工程を経て 、 保圧工程に至るまでの圧力を 設定する方法において 、 前記射出開始から保圧工程までの 一連の圧力を予め定め られた時間一射出圧力特性曲線に基 づき 、 順次、 前記制御部に設定してい く 段階と 、 前記時間 一射出圧力特性曲線に基づく 圧力設定値を射出する成形品 に応じて 、 部分的に変更し、 該変更された圧力設定値及び 前記^間一射出圧力特性曲線に従って""、 前記充填工程及び 保圧工程における圧力を決定する段階と を備え、 前記時間 一射出圧力特性曲線は保圧工程における金型内の樹脂体積 が実質上一定と なる こ と を条件と して定められて いる こ と を特徴と する圧力設定方法。

2 . 前記圧方設定値の変更は前記時間一射出圧力特性曲 線の保圧工程で行われる こ と を特徵とする特許請求の範囲 第 1 項記載の圧力設定方法。

3 . 前記時間一射出圧力特性曲線が前記保圧工程で不連 続となる よ う に、 前記圧力設定値を変更する こ と を特徴と する特許請求の範囲第 2項記載の圧力設定方法。

4 . 前記時間一射出圧力特性曲線は前記保圧工程におい て e X P 曲線を呈する こ と を特徴と する特許請求の範囲第 1 項記載の圧力設定方法。

5 . 金型、 該金型に樹脂を射出する射出部、 及び、 前記 射出部を制御する制御部と を備え 、 樹脂を金型に射出する こ と によ り 、 所望の成形品を成形する射出成形機において 前記制御部は、 前記射出部の樹脂の射出開始から充填工程 を経て 保圧工程に至る一連の射出圧力 を予め定め られた時 間一射出圧力特性曲線に従って生成する生成手段と 、 前記 時間一射出圧力特性曲線のパラメ ータ を与え 、 前記生成手 段に前記時間一射出圧力特性曲線に基づく 圧力値と して 、 順次、 出力 させるパラメ ータ入力手段と 、 前記射出圧力値 によ って前記射出部の射出圧力 を調整する制御ュニ ッ 卜 と を有する こ と を特徴と する射出成形機。

6 . 前記パラメ ータ入力手段は前記時間一射出圧力特性 曲線上の関数値を与え る手段と 、 前記時間一射出圧力特性 曲線を不連続に変化させる よ う な圧力変更値を与え る手段 と を有する こ と を特徴と する特許請求の範囲第 5 項記載の 射出成形機。