JPH01156032A - 射出成形機の経時後の与圧変化制御方法および射出成形機 - 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】 本発明は、液圧駆動装置により動作するウオームを有し
塑性化した成形物質を射出ノズルに転送する塑性化およ
び成形ユニットと、成形体を形成するため射出ノズルの
前方に配置した成形加工具と、前記液圧駆動装置を制御
するプロセスコンピュータとを具え、前記プロセスコン
ビ二一夕により選択可能な所定の基準経時後与圧変化を
記憶し、またこの基準経時後与圧変化に関連する温度値
を計算し、更に、射出ノ女ルの手前で測定した成形物質
温度Ｔｍおよび／または成形加工具で測定した加工具温
度Ｔｆが変化した際に新たな経時後与圧変化を計算する
構成とした射出成形機の経時後与圧変化制御方法に関す
るものである。

射出成形中、粉末状または頚粒状の成形材料を、ウオー
ムハウジングに配置した加熱手段により加熱して塑性化
し、型充填段階（型充填時間）で射出ノズルの方向にウ
オームを軸線方向に移動することによって成形加工具に
押し出す。成形加工具に成形物質を完全に充満させたと
きこの成形物質は冷却により固体化する。型充填段階後
に後与圧段階（後与圧時間）が始まり、この段階では液
圧駆動装置により発生する圧力を常圧まで連続的に減少
する。このときできるだけ成形物質は加工具に対して流
出または流入しないようにする。後与圧段階後には、型
外しくデモールド）段階（デモールド時間）が始まり、
この段階では、加工具を開放し、成形体を取り出す。こ
れと同時にウオームを移動して射出ノズルから遠ざける
。

射出成形機の後与圧変化を制御する上述の方法は、「ア
ーヘン市うインヴエストファーレン工業大学合成材料加
工協会の学術報告書（Ｔｅｃｈｎ　ｉｓｃｈｗ　１−ｓ
ｓｅｎｓｃｈａｆｔｌｉｃｈｅｒ　Ｂｅｒｉｃｈｔ　ｄ
ｅｓ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｓ　ｆＬｉｒ　Ｋｕｎｓｔｓｔ
ｏｆｆｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇ　ａｎ　ｄｅｒ　Ｒｈ
ｅｉｎｉｓｃｈ−Ｗｅｓｔｆａｌｉｓｃｈｅｎ　Ｔｅｃ
ｈｎｉｓｃｈｅｎ　Ｈｏｃｈｓｃｈｕｌｅ　Ａａｃｈｅ
ｎ）　　Ｊにおける工学博士マツツケ（Ｏｒ、Ｉｎｇｌ
Ｍａｔｚｋｅ）による記事「射出成形におけるプロセス
コンピュータ導入（ＰｒＯｚｅｓｓｒｅｃｈｎｅｒｅｉ
ｎｓａｔｚ　ｂｅｉｍ　Ｓｐｒｉｔｚｇｉｅｓｓｅｎ）
　Ｊに記載されている。ＰＶＴ最適化法と称されるこの
方法は、後与圧段階での材料の移動を防止する。

このとき後与圧時間は、常圧（１バール）での所定公称
比容積値に対して計算される。後与圧時間の計算は公知
の熱伝導式から導いた簡略化した式により行う。計算し
た後与圧時間を等しい時間区分に時分割する。次に、各
時間データサンプル毎に対応の温度値を計算する。この
とき、成形体の比容積、圧力および温度の間の関係を表
す公式から後与圧を決定することができる。計算した温
度値および圧力値を所定の成形物質温度および所定の加
工具温度に適用する。

成形物質温度および／または加工具温度に変化があると
き、新たな後与圧時間を計算する。次に、この後与圧時
間を等しい時間区分に時分割し、各時間データサンプル
毎に新たな温度値を決定する。

このとき新たな圧力値を計算することができる。

しかし、既知の方法は多量の計算ステップを要し、市販
のプロセスコンピュータを使用する場合、成形物質また
は加工具の温度が変化するとき、後与圧変化は、現行（
当回）のまたは次回の射出成形サイクルではなく、次回
の次の射出成形サイクルでのみ有効となる。

従って、本発明の目的は、市販のプロセスコンピュータ
を使用しても新たな経時後与圧変化を当回または次回の
射出成形サイクルで有効にすることができる射出成形機
の経時後与圧変化制御方法を得るにある。

この目的を達成するため、本発明射出成形機の経時後与
圧変化制御方法は、前記基準経時後与圧変化に関連する
基準温度値を、 ｍが成形加工具の典型的な標準成形体の中心を示し、 ａが成形物質の熱伝導率を示し、 ｔｎが後与圧時間を示し、 ｎが経時後与圧変化の時間データサンプルの数を示し、 ｉがそのときの時間データサンプルを示し、Ｆが標準化
温度関数を示し、この関数の値は熱伝導の式により計算
してプロセスコンビ二一夕の第１記憶テーブルに記憶さ
せたものとして、次式即ち、 Ｔｉ　＝Ｔｆ＋（Ｔｍ　−Ｔｆ）　　＊　Ｆ　（ｍ、　
　ａ　＊　ｔ　＊ｉ／ｎ）により計算し、 加工具温度Ｔｆおよび／または成形物質温度Ｔｍの変化
の際に、新たな経時後与圧変化を得るため基準温度値お
よび基準後与圧値に対応する時間データサンプルを、 Ｆ−１が第２記憶テーブルに関数Ｆの逆関数として記憶
させたものとして、次式即ち、 により計算することを特徴とする。

後与圧段階での成形体の冷却プロセスは、熱伝導式によ
り決定することができる。境界条件即ち、成形体の端縁
における熱転移条件が与えられたら、空間的右よび時間
的な温度分布の全体的挙動を決定することができる。

熱伝導式は次式の通りである。即ち、 ただし、略式ラプラス演算子は を意味し、ａは熱伝導率の値、ｘ、ｙ、ｚは空間に関す
る従属変数、ｔは時間に関する従属変数とする。

射出成形前にノズルの手前に存在する成形物質はほぼ均
一な温度を有する即ち、等温である。従って、初期条件
は以下のように公式化できる。即ち、 Ｔ　（ｘ、ｙ、ｚ、Ｏ）＝ＴｍＯ（３）となり、射出成
形プロセスの開始時における成形物質の温度は温度Ｔｍ
Ｏに等しい。境界条件は次式で示される。即ち、 Ｔ　（ｒ、　　ｔ）　＝Ｔｆ　Ｏ（４）このとき、加工
具温度Ｔｆは時間に関してほぼ−定でかつ等温とし、成
形体の端縁ｒでは冷却プロセスの全体にわたり温度Ｔｆ
Ｏであると仮定される。

熱伝導式の解は簡単な成形体の幾何学的な形状に対して
のみ決定される。より複雑な成形体に対しては、温度計
算に基づいて成形体のこのような簡単なく典型的な）幾
何学的形状を使用する。これら簡単な成形体では、空間
に関する従属変数は１個の座標（Ｘ）に関連する。

熱伝導式の解として、次式即ち、 が得られる。この場合、Ｆは、標準化した熱伝導式即ち
、 の標準化温度関数であり、初期条件は、Ｆ（ｘ、０）＝
１　　　　’　　　　　　　（７）であり、境界条件は
、 Ｆ　（１，ｔ）　＝Ｏ（８） である。

標準化中、ＴｍＯおよびＴｆＯ間の温度勾配は、１°Ｃ
と０°Ｃとの間の温度勾配として定義する。

、代表的な成形体を、標準厚さ２の板とした場合、解は
次式で示される。即ち、 標準半径１のシリンダの場合、解は次式で示される。即
ち、 ただし、Ｊｏはゼロ次のベッセル（Ｂｅｓｓｅｌ）関数
であり、Ｊｌ　は−次のベッセル（Ｂｅｓｓｅｌ）関数
であり、各Ｒｈに対してＪ。（Ｒｋ）＝０となる。

Ｒｋは最後に挙げた式から決定することができる。

標準半径１の球体の場合群は次式で得られる。即ち、 典型的な成形体の中心ｍの温度を計算するためには、座
標Ｘは０に等しくなければならない。

射出成形をすべき成形体が、典型的な成形体だけでなく
形成されている場合、典型的な成形体を使用して計算し
なければならず、この典型的な成形体は射出成形すべき
成形体の一部をなだけで、射出成形の実施中成形体の実
現は相当困難である。

実際上述のように計算した３個の成形体形状の各々に対
して異なる経時温度変化が得られる。

各成形体の関数Ｆ　（ｘ、ｔ）の値即ち、時間に対する
温度の従属変数をプロセスコンピュータの第１記憶テー
ブルに記憶する。この結果、温度サンプル（時刻ｔｉ＝
Ｔｎ＊ｉ／ｎでの温度Ｔｉ）の計算により、関数Ｆは、
次式即ち、 により、もはや計算はしないが、この式に対応した関数
値がテーブルから得られる。従って、温度は極めて迅速
に計算される。

射出成形部分の製造を実際に開始する前に、成る最適経
時後与圧変化を、射出成形機のオペレータが試験または
所定の加工具温度Ｔｆおよび成形物質温度Ｔｍに対する
計算をすることによって調整する。プロセスコンピュー
タは、この経時後与圧変化から対応の経時温度変化を決
定する。

後与圧段階の前またはその最中に、加工具温度Ｔｆおよ
び／または成形物質温度Ｔｍに変化があった場合、新た
な経時後与圧変化を決定しなければならない。この目的
のために、経時後与圧変化の際に決定した各温度サンプ
ルに対して、時間データサンプルｔｉを次式から計算す
る。即ち、ただし、Ｆ−’は関数Ｆの逆関数である。こ
の逆関数Ｆ−１はやはり典型的な成形体に対して計算さ
れ、またプロセスコンピュータの第２記憶テーブルに記
憶されている。新たな時間変化の計算後に、新たな経時
後与圧変化により射出成形機を制御する。

本発明による方法によって、加工具温度および／または
成形物質温度の変化の際に、即座に新たな経時後与圧変
化を計算できる。この経時後与圧変化は、新たな経時後
与圧変化として即座に射出サイクルに引き継がれる。膨
大な計算をする必要がないので、例えば、３ＭＨ２のク
ロックレートの市販のプロセスコンピュータを使用して
経時後与圧変化を計算することができる。

次に、図面につき本発明の好適な実施例を説明する。

第１図に線図的に示す射出成形機１は、プラスチック粒
をウオームハウジング３に供給することができる漏斗２
を有する。このウオームハウジングは、軸線方向に移動
自在に回転自在に支承したウオーム４を有する。ウオー
ム４の回転運動は、駆動ギヤ６およびモータ５により得
る。ウオーム４の軸線方向の移動は、ウオーム４の短部
に配置したピストン１０に圧力を発生する液圧駆動装置
７により得る。ウオーム４の他端は射出ノズル８に指向
する。ウオームハウジング３の外側には加熱体９を設け
、プラスチック粒を加熱して塑性化した成形物質を得る
。射出ノズル８の前方に成形加工具１１を配置し、この
成形加工具は詳細には示さない圧力装置により射出ノズ
ル８に圧着させ、射出成形プロセスの終了後に成形加工
具１１を射出ノズル８から取り外し、固体化した成形体
を取り出す。プロセスコンピュータ１５およびこのプロ
セスコンピュータ１５により制御する制御装置１６によ
りウオーム４の軸線方向の移動のためのおよび成形加工
具１１の圧着のための圧力を発生する。更に、制御装置
１６はモータ５の回転を制御し、また詳述はしないが、
例えば、加熱体９の温度などの各種パラメータ数値を制
御する。

プロセスコンピュータ１５は、中央演算ユニット１８例
えば、マイクロプロセッサ、少なくとも１個の書込／読
出メモリ１９（ＲＡＭ）　、少なくとも１個の続出専用
メモＩＪ　２０　（ＲＯＭ）　、人力素子２１、出力素
子２２を有する。プロセスコンピュータは、他の外部メ
モリ回路例えば、ＣＤ−ＲＯＭ駆動装置に接続すること
ができる。入力素子２１０入力部２３を入力装置２４に
接続し、射出成形機のパラメータをオペレータの要望通
りに入力する。中央演算ユニット１８は、個別の素子即
ち、書込／読出メモリ１９、読出専用メモリ２０、およ
び入力出力素子２１．２２に制御リード線、データリー
ド線およびアドレスリード線を介して接続する。続出専
用メモリには、中央演算ユニット１８により実施するプ
ログラムを記憶しておく。書込／読出メモリ１９には、
演算処理中可変データを記憶する。出力素子２２を介し
て制御装置１６のためのデータを供給し、この制御装置
は必要な圧力例えば、液圧駆動装置７に必要な圧力を発
生する。

制御装置１６には測定値感知装置を配置し、この測定値
感知装置を少なくとも２個の温度センサ２５．２６右よ
び少なくとも１個の圧力センサ２７に接続する。温度セ
ンサ２５により射出ノズル８０手前の成形物質温度Ｔｍ
を測定し、加工具１１に配置した温度センサ２６により
加工具温度Ｔｆを測定し、圧力センサ２７により加工具
内の圧力を測定する。センサ２５〜２７により発生した
信号を測定値感知装置に伝送し、出力素子２２を介して
プロセスコンピュータ１５に供給する。

射出成形サイクルは、成形物質充填段階、後与圧（アフ
タープレッシャ）段階、型外しくデモールディング）段
階および取出（エジェクション）段階とに分割できる。

成形物質充填段階中、塑性化した成形物質を射出ノズル
８から加工具１１に押し出す。加工具１１が完全に充填
されたとき、即ち加工具１１内示所定の圧力になったと
き後与圧段階を開始する。この後与圧段階中圧力は連続
的に減少させる。後与圧段階の終了時には常圧（１バー
ル）となるようにする。後続の型外し段階中、成形体は
所定の温度に冷却し、この後の取出段階で加工具から成
形体を取り出す。取出段階中に、ウオーム４を移動して
射出ノズル８から離しておく。

取出段階の終了時には新たな成形サイクルおよび新たな
成形物質充填処理を開始することができる。

後与圧段階中圧力を制御し、加工具１１と射出ノズル８
との制に成形物質の供給または排出を生ずることがない
ようにする。実際このような成形物質の流出を生ずると
、成形体内部で好ましくない配向を得ることになる。成
形物質温度Ｔｍおよび／または加工具温度Ｔｆの変化の
際に成形物質の供給または排出を生ずるのを防止するた
め、経時後浮圧変化を以下に説明する方法で制御する。

第２図には、個々の処理ステップを以下に説明するフロ
ーチャートを示し、このフローチャートにより経時後浮
圧変化を発生する。このフローチャートは、射出サイク
ル中の後与圧を計算する処理ステップを示す。射出成形
処理プロセスの開始（スタート）時において、射出成形
機のオペレータは基準経時後与圧変化をセットアツプす
る（ブロック３０）。このセットアツプ毎にオペレータ
は、典型的な成形体例えば、成形板情報およびその形状
を人力装置２４に入力する。時間の関数としての後与圧
を示すこの基準経時後与圧変化（ブロック３１）から、
式（１２）により対応の基準経時温度変化を計算する（
ブロック３２）。関数Ｆの値を読出専用メモリ２０のテ
ーブルに記憶しておく。成る時間データサンプルにおい
て、対応後与圧サンプルおよび対応温度サンプルが得ら
れる。この基準経時後与圧変化に従って、射出成形機を
作動させる−（ブロック３８）。

成形物質温度Ｔｍおよびンまたは加工具温度Ｔｆが変化
すると、新しい経時後浮圧変化を計算しなければならな
い。第２図のフローチャートによれば、ブロック３３で
示すステップで成形物質温度変化を生じたか否かの第１
の判定を行う。この比較を行ってから後与圧段階を開始
する。成形物質温度変化を生じていない場合、ブロック
３４で示すステップで加工具温度変化を生じたか否かを
判定する。

加工具温度変化を生じていない場合、先行の射出サイク
ルを使用した経時後浮圧変化を使用する。

しかし、成形物質温度または加工具温度の変化を生じた
場合、式（１３）に従って各後与圧サンプルま゛たは温
度サンプルにおける新たな時間データサンプルを計算す
る（ブロック３６）。関数Ｆ−１の値を読出専用メモリ
２０に記憶する。新たな経時後浮圧変化の計算後に新た
な経時後浮圧変化を使用する（ブロック３７）。このよ
うに処理を進め、温度変化を生じた際にそのときの経時
後浮圧変化を新たに計算して変更する。

第３図には、ポリプロピレンにより構成される成る成形
体のための加工具の内部の経時変化を示す。この図面に
おいて、ｐＳｖ４よびμは、それぞれ圧力、比容積およ
び温度である。射出段階中、約２３０℃の温度ひての加
工具の圧力ｐは、１バールから約７００バールまで急激
に増加する。後与圧段階（後与圧時間ｔｎ）の間に圧力
はゆっくりと１バールに減少し、成形体の温度は約１２
０℃に減少する。その後の型外しくデモールド）段階（
デモールド時間ｔｅ）の間に成形体は約５０℃に冷却し
、成形体の収縮を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、制御装置およびプロセスコンピュータを有す
る射出成形機の線図的説明図、第２図は、プロセスコン
ピュータによってり実行する個別の処理ステップを説明
するフローチャート、 第３図は、ＰＶＴダイアグラムにおける基準経時後与圧
変化を示すグラフである。 １・・・射出成形機　　　　２・・・漏斗３・・・ウオ
ームハウジング ４・・・ウオーム　　　　　５・・・モータ６・・・駆
動ギヤ　　　　　７・・・液圧駆動装置８・・・射出ノ
ズル　　　　９・・・加熱体１０・・・ピストン　　　
　　１１・・・加工具１５・・・プロセスコンピュータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液圧駆動装置により動作するウォームを有し塑性化
   した成形物質を射出ノズルに転送する塑性化および成形
   ユニットと、成形体を形成するため射出ノズルの前方に
   配置した成形加工具と、前記液圧駆動装置を制御するプ
   ロセスコンピュータとを具え、前記プロセスコンピュー
   タにより選択可能な所定の基準経時後与圧変化を記憶し
   、またこの基準経時後与圧変化に関連する温度値を計算
   し、更に、射出ノズルの手前で測定した成形物質温度Ｔ
   ｍおよび／または成形加工具で測定した加工具温度Ｔｆ
   が変化した際に新たな経時後与圧変化を計算する構成と
   した射出成形機の経時後与圧変化制御方法において、前
   記基準経時後与圧変化に関連する基準温度値を、 ｍが成形加工具の典型的な標準成形体の中心を示し、 ａが成形物質の熱伝導率を示し、 ｔｎが後与圧時間を示し、 ｎが経時後与圧変化の時間データサンプルの数を示し、 ｉがそのときの時間データサンプルを示し、Ｆが標準化
   温度関数を示し、この関数の値は熱伝導の式により計算
   してプロセスコンピュータの第１記憶テーブルに記憶さ
   せたものとして、次式即ち、 Ｔｉ＝Ｔｆ＋（Ｔｍ−Ｔｆ）＊Ｆ（ｍ、ａ＊ｔｎ＊ｉ／
   ｎ）により計算し、 加工具温度Ｔｆおよび／または成形物質温度Ｔｍの変化
   の際に、新たな経時後与圧変化を得るため基準温度値お
   よび基準後与圧値に対応する時間データサンプルを、 Ｆ＾−＾１が第２記憶テーブルに関数Ｆの逆関数として
   記憶させたものとして、次式即ち、 ｔｉ＝１／ａ＊Ｆ＾−＾１〔Ｔｉ−Ｔｆ／Ｔｍ−Ｔｆ〕
   により計算することを特徴とする射出成形機の経時後与
   圧変化制御方法。 ２、請求項１記載の方法を実施するため、液圧駆動装置
   （７）により動作するウォーム（４）を有し塑性化した
   成形物質を射出ノズル（８）に転送する塑性化および射
   出ユニットと、成形体を形成するため射出ノズル（８）
   の前方に配置した成形加工具（１１）と、前記液圧駆動
   装置を制御するプロセスコンピュータ（１５）とを具え
   、前記プロセスコンピュータにより選択可能な所定の基
   準経時後与圧変化を記憶し、またこの基準経時後与圧変
   化に関連する温度値を計算し、更に、射出ノズルの手前
   で測定した成形物質温度Ｔｍおよび／または成形加工具
   で測定した加工具温度Ｔｆが変化した際に新たな経時後
   与圧変化を計算する構成とした射出成形機において、 前記プロセスコンピュータ（１５）は、前記基準後与圧
   に関連する基準温度値を、 ｍが成形加工具の典型的な標準成形体の中心を示し、 ａが成形物質の熱伝導率を示し、 ｔｎが後与圧時間を示し、 ｎが経時後与圧変化の時間データサンプルの数を示し、 ｉがそのときの時間データサンプルを示し、Ｆが標準化
   温度関数を示し、この関数の値は熱伝導の式により計算
   してプロセスコンピュータの第１記憶テーブルに記憶さ
   せたものとして、次式即ち、 Ｔｉ＝Ｔｆ＋（Ｔｍ−Ｔｆ）＊Ｆ（ｍ、ａ＊ｔ＊ｉ／ｎ
   ）により計算し、 更に、前記プロセスコンピュータ（１５）は、加工具温
   度Ｔｆおよび／または成形物質温度Ｔｍの変化の際に、
   新たな経時後与圧変化を得るため基準温度値および基準
   後与圧値に対応する時間データサンプルを、 Ｆ＾−＾１が第２記憶テーブルに関数Ｆの逆関数として
   記憶させたものとして、次式即ち、 ｔｉ＝１／ａ＊Ｆ＾−＾１〔Ｔｉ−Ｔｆ／Ｔｍ−Ｔｆ〕
   により決定することを特徴とする射出成形機。