JPH0330926A - 射出成形機の制御方法及びその装置 - 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の制御、すなわち樹脂温度を応答良
く制御し、ひいては上記樹脂の流動抵抗を適応制御する
方法並びにその装置に関するものである。

（従来技術） 射出成形機の射出工程は充填工程と保圧工程に大別され
、充填工程においては樹脂がスプル、ランナー、ゲート
を経てキャビティ内に充填される。上記充填工程での成
形条件として主なものに樹脂温度、射出圧力、射出速度
が存在するが、これら各条件は成形される製品の材質、
形状、それに使用される金型に合わせて最適な条件値に
設定される。しかし上記各条件は相互に独立な条件では
なく、１つの条件値の変更に伴って他の条件値も変化す
るといった相関関係にあり、例えば樹脂温度か低くなる
と見掛は粘度が高くなり流動抵抗が増加して、射出圧力
は上昇する。又射出速度を速くすると上記射出圧力は上
昇する。

ところで、射出速度や射出圧力の制御は直接的で応答性
が良いが、上記樹脂温度の制御は検出を含めて熱伝導に
よっているため応答性か悪いという間圧点がある。すな
わち、射出シリンダー内では射出シリンダーの外周を覆
って設けられたハンドヒータを介して樹脂温度を制御し
、金型内においてはキャビティ近傍に設けられた管路中
を循環する熱媒体を介して樹脂温度を制御するか、これ
らいずれも熱伝導によってなされている。このため、従
来の射出成形の充填工程ては樹脂温度の制御は出来るた
け所定のＩｔ　’ｉｈ　Ｊ度に保つように発熱体自体を
定値制御するにとどまり、射出速度は独立変数的な制御
条件として積極的に制御し、射出圧力は工程中の異常を
検出するための従属変数的な条件として、専ら検出され
る受動的な条件とされている。そして上記射出圧力によ
る異常検出は時間又は位置のいずれか、若しくは両者の
設定された時間や位置における数個の検査点の射出圧力
値と予め設定された許容範囲とを比較することで行なわ
れる。

一方、樹脂はそれ自体の分子量のバラツキや乾燥度合い
の影響により樹脂温度が同してあっても、流動抵抗か若
干変化することがよくある。流動抵抗が低くなると、ジ
ェツテイング、エアーマーク、ガス焼け、オーバーバッ
ク、パリ等の不良発生の原因となり、逆に流動抵抗か高
くなればフローマーク、ウェルドライン、金型面の転写
不良、ショートショット、さらに強度不足等の不良品が
発生する。とはいっても、樹脂温度と流動抵抗とは正比
例関係にあることは明らかな事実である。したがって、
樹脂の流動抵抗すなわち樹脂温度は、成形品の品質に大
きな影響を与えている訳であるが、上記樹脂温度の制御
は上記のごとく検出を含めて熱伝導によっているため応
答性が悪＜　、　＋ａｔ脂温度の制御を速やかに行なっ
て常に最適状態に保つことは雑しく、これは時間的な制
御遅れが大きな要因となっている。

（本発明の目的） このように従来の制御方法では流動抵抗に若干の変動を
生じた時、最適にコントロールすることか容易でなく、
成形品に上記のごとき問題か発生する。本発明はこれら
問題点の解決を目的としたもので、樹脂温度を応答良く
制御して樹脂の流動抵抗を最適に保ち、ひいては高品質
の成形品か得られる制御方法並びに制御装置を提供する
。

（本発明の構成） 本発明では樹脂の流動抵抗の変動を精緻に解析するため
圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）なるファクターを用いる。

圧力変化速度は射出時に発生ずる充填圧力の反力として
検出される射出圧力の時間当たりの変化率であって、圧
力変化速度を、時間と射出圧力との波形曲線からモニタ
リンク、演算して求め、求められた値が予め設定された
許゛容範囲内に存在しているか否かを判定する。上記許
容範囲から外れた場合には可塑化スクリュの回転速度を
制御することで（３４脂の内部剪断発熱景を制御して樹
脂温度を変動させ、ひいては流動抵抗を最適状態にコン
トロールする訳であるか、この場合、予め目標値として
設定した前記圧力変化速度と、求められた値との差に比
例して、可塑化スクリュの回転速度を制御することもで
きる。

したかって、上記の樹脂温度制御を行なうために、本発
明の制御装置には射出工程中の射出圧力を検出する手段
と、射出圧力の時間当たりの変化率（圧力変化速度ΔＰ
／ΔＴ）をモニタリング・演算する手段、圧力変化速度
の設定値を定める手段、圧力変化速度の上記演算値と設
定値とを比較する比較手段、該比較手段からの比較値を
射出速度等の条件下に処理し、可塑化スクリュ回転速度
を決定する処理決定手段と、そして上記比較手段からの
出力信号により可塑化スクリュの回転速度を制御する駆
動装置を備えている。この場合、上記出力信号としては
ＣＰＵから出力されるデジタル信号のみならす、ＣＰＵ
を使用しないプロセスコントロールによるアナログ信号
をも含める。勿論、ここで上記制御装置に用いられる圧
力検出手段、演算手段、設定手段、比較手段、処理決定
手段及び駆動装置の形態及び構成は問わない。ところで
、本発明では可塑化スクリュの回転速度を、上記圧力変
化速度（ΔＰ／ΔＴ）を基準にコントロールする訳であ
るが、圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）なるファクターは樹
脂の種類、金型のランナ及びゲート形状、並びにこれら
を流れる流動抵抗、即５ωｊ脂温度さらに射出速度にょ
フ（左右される値であって、前記のごとく射出成形機で
の射出時の成形条件としての要因を含むファクターであ
るが、演算の都合上、該ファクターの逆数と成る・一定
圧力変化に対する所要時間を制御ファクターとして用い
ることも可能である。

（作　用） 本発明はこのように制御方法及び制御装置を構成する訳
で、前記バンドヒータによる温度制御にもかかわらず樹
脂の見掛粘度が若干でも変化すれば流動抵抗も変動し、
必然的に射出圧力の圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）に変化
をもたらす。上記圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）が予め設
定されている許容範囲内であるならば問題はないが、許
容範囲外となれば樹脂な可塑化する可塑化スクリュの回
転速度が増減し、樹脂に発生する内部剪断発熱量がコン
トロールされる。すなわち、圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ
）が大きくなれば樹脂の流動抵抗を小さくしなけれはな
らず、よって可塑化スクリュの回転速度は高くなり、逆
に圧力変化速度（Δｌ・／Δ゛１゛）か小さくなれはｉ
ｊＪ　Ｗ化スクリュの回転速度は低くなる。そして、上
記可塑化スクリュの回転速度が高くなれば勿論内部剪断
発熱量は多くなり、可塑化スクリュの回転速度が低くな
れば内部剪断発熱量は減少する。この場合、可塑化スク
リュの回転速度を設定された基準値との差（変動幅）に
応して増減させることもあり得る。このように樹脂の内
部剪断発熱量の制御によって樹脂；温度を応答良くコン
トロールし、ひいては（Ｍ脂の流動抵抗がａ適状態に保
たれる。

以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

（実施例） 第１図はスクリュプリブラ式射出成形機に本発明の制御
装置を具備した実施例である。上記成形機では、金型１
内に形成されているキャビティ２内に、射出用加熱シリ
ンダー３の先端ノズル４から押出される樹脂が流入する
訳であり、ホッパー５に入れられた粒状の樹脂はバンド
ヒータ６によって加熱されている可塑化シリンダー７へ
流れ込み、バンドヒータ６の熱と可塑化スクリュ８の回
転による内部剪断発熱とによって可塑化され、上記射出
用加熱シリンダー３へ送り込まれ、バンドヒータ６’６
”により継続して温度制御されながら、射出プランジャ
ー９にて押し出されることで、上記ノズル４から金型１
へ射出される。

上記射出プランジャー９はロードセル１ｏを介して射出
ピストン１１と連結し、射出ピストン１１は射出シリン
ダー１２内を油圧により軸方向に摺動じ、上記射出ピス
トン１１の作動で上記射出プランジャー９が前進後退す
る。上記可塑化スクリュ８は油圧モータ１３と連結して
いて、上記油圧モータ１３でもってその回転速度か自由
にコントロールされる。すなわち、上記油圧モータ１３
は油圧ポンプ１４から送られる作動油により回転駆動し
、作動油の流量は配管途中に連結されている比例電磁式
流量制御弁１５で制御され、上記油圧モータ１３ひいて
は可塑化スクリュ８の回転速度がコントロールされる。

ホッパー５の粒状樹脂は可塑化シリンダー７へ入ってパ
ントヒータ６による加熱と可塑化スクリュ８の回転によ
る撹拌圧縮にて発生する内部剪断発熱とにより可塑化さ
れ、可塑化スクリュ８の回転とともに射出用加熱シリン
ダー３へ送り出される。上記剪断発熱量は可塑化スクリ
ュ８の回転速度に依存することはいうまでもない。ロー
ドセル１０は樹脂をキャビティ２に充填するときの反力
として射出圧力を検出し、演算器に電圧値として伝達す
る。射出圧力の検出は、ロードセル１０に代えて射出シ
リンダ１２への油圧管路途中に設けた油圧圧力センサ（
点線で示す）によることも出来る。トリガー設定器は、
射出圧力を検出開始する圧力をトリガーに設定し、パル
ス発振器によって発されるクロックによって計時するタ
イマーを起動し、演算器に測定時間を設定する。演算器
は、上記トリガーによる開始時の射出圧力を記憶すると
ともにタイマー設定時間終了時の射出圧力を記憶し、後
者と前者の値の差を測定時間て除した値を圧力速度変化
率すなわち圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）の測定値として
出力する。比較器は、圧力変化速度設定・器により設定
された基準値と演算器による測定値とを比較し、その差
をＡ／Ｄ変換器を介してＣＰＵに伝達する。ＣＰＵは、
まず図示しない温度センサーによる可塑化シリンダ７、
射出用加熱シリンダ３の検出温度に変動がないか、可塑
化スクリュ回転速度、射出ピストン１１の推力、および
射出速度か設定器りに作動しているかを判断した上で圧
力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）の変動差に応じた可塑化スク
リュ回転速度を決定する。このとき、その差に応じてパ
ン１〜ヒータ６の温度もＣＰＵが再設定する。Ｉｌｏは
、ＣＰＵからの各種情報を、振り分けるか、温度制御に
関する情報はＤ／Ａ’＆換器を経由してバンドヒータ６
を制御し、可塑化スクリュ回転速度制御情報は、Ｄ／Ａ
変換器を経由してサーボアンプで増幅され、比例電磁式
流量制御弁１５の流量を制御する。ここで、図示のプリ
プラ式射出成形機は、ブリプラから加熱シリンダーへの
供給口かノズル近くにある一般的なものであってもよい
。また、トリガー設定器、圧力変化速度設定器、演算器
、タイマー比較器も、ＣＰＵて設定・制御することが出
来る。すなわち、樹脂か決定され、金型のランナ、ゲー
ト、キャビティの経路形状が決定されれば、ある程度の
成形条件が予想されるので、初期値としての各位を、Ｃ
ＰＵで演算設定することも出来るからてあり、試行成形
でその値を修正するたけて成形運転を開始出来る。

しかして、流動抵抗の変動があった時は圧力変化速度に
即時にその変動の程度か反映され、その変動の差により
、上記の他の条件に変動がないかを判断した上“Ｃ後続
する射出に備えて可塑化シリンダーの回転速度を制御し
、樹脂温度を制御する。樹脂温度の変動は、やがて熱伝
導により検出され前記ＣＰＵに入力されるので、変動値
に応じてバンドヒータ６を再制御する。このようにして
樹脂温度が流動抵抗を基準とした基準値に安定すれば、
可塑化スクリュ回転速度を変動させる必要はなくなり全
体が安定する。比較器よりの出力を直接サーボアンプを
経由して比例電磁式流量制御弁を制御することも、低コ
スト機で行なうことか出来る。

第２図は充填開始から保圧工程に入る直前までの射出圧
力曲線を表示している。同一の樹脂、金型を使用し、射
出ピストン推力、設定された一連の射出速度に変動がな
ければ、樹脂の流動抵抗の大小に応じて例えばａ　％　
ｄに示すような射出圧力曲線か波形曲線としてもモニタ
リングされる。

ａは最も流動抵抗の大きい場合、ｄは流動抵抗の小さい
場合であって、これら圧力曲線においてへの領域はラン
ナー通過時を、Ｂの領域はケート通過時に当たる。そこ
で合圧力曲線Ｃをもっとも成形性能が良い基準曲線であ
るとすれば、上記圧力曲線Ｃでのトリガー作動時の圧力
（１）、）から時間（ΔＴ）経過後の増加圧力（Δｐｃ
）をΔＴで除して得られる圧力変化速度（ΔＰｃ／ΔＴ
）を基準値として設定器に記憶させる。通常トリガー設
定圧力はゲート通過後、キャビティ充填時の安定した状
態にすることが望ましいが、この範囲に限らず充填開始
から保圧までの全体をとらえるものであってもよい。そ
して、引き続き上記演算器からの出力信号である圧力変
化速度（ΔＰ／ΔＴ）を比較器によって対比する。上記
圧力曲線において、曲線ａの場合は、圧力変化速度（Δ
Ｐ、／Δ’ｒ）＞（ΔＰｃ／ΔＴ）、曲線ｄの場合は、
圧力変化速度（Δｐａ／ΔＴ）く（ΔＰ０／ΔＴ）とな
り、このように比較され、その差に応して上記比較器か
ら出されたアナロク信号はＡ　／　Ｄ変換器を通してデ
ィジタル信号に変換され、上記ディジタル信号はＣＰＵ
で前記のように処理される。

第３図はインラインスクリュ式射出成形機における実施
例である。シリンダー１６内にはスクリュ１７か設けら
れ、スクリュ１７はサーボモータ１８によって歯車１９
．２０を介して回転駆動する。又上記スクリュ１７は単
に回転するのみならず、前方（ノズル口）へ前進、後退
しなければならない訳であるが、スクリュ１７の前後の
移動はサーボモータ２１によりなされ、サーボモータ２
１が作動すれば歯車２２と噛み合っている歯車２３が回
転し、鎖車２３に形成されているボールねしナツト２４
によりボール２５．２５・・・を介してボールねじ２６
を前後に移動させる。上記スクリュ１７端はスプライン
２７か設けられていて、ボールねじ２６の移動によって
上記スプライン２７が前進、後退しても前記歯車２０と
の噛み合いは保たれている。すなオ）ち、上記サーボモ
ータ１８にて回転駆動する歯車１９．２０は定位置に装
着されていて、スプライン２７には回転のみを伝達する
。又この場合にも上記スクリュ１７に作用する射出圧力
（Ｐ）を検出するためのロードセル１０が、スプライン
２７とボールねし２６間に介在している。

したがって上記実施例の場合も、前記第１図にて説明し
た実施例の場合と同じく、可塑化工程中にスクリュ１７
の回転速度を変動させることにより樹脂温度を変化させ
ることか出来る。すなわち、充填工程中にロードセル１
０によって検出された射出圧力を基に可塑化工程中の上
記サーボモータ１８の回転速度を制御することでよい。

油圧式のインラインスクリュ式においても同様である。

たたし、いずれのインラインスクリュ式においても、可
塑化時にスクリュ１７の回転とともに、スクリュ１７に
推力を与えて背圧制御を伴なうか、上記回転制御にかえ
て、背圧制御によりせん断発熱量を制御することも出来
ることはいうまでもない。

以上述べたように、本発明に係る射出成形機の制御方法
並びにその装置は圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）を演算し
、演算して得られた値を基準となる圧力変化速度と比較
し、その変動幅に応じて可塑化スクリュの回転速度を制
御したものであって、次のような効果を得ることが出来
る。

（効　果） （１）本発明では圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）なるファ
クターを求め、この値を基準値として可塑化スクリュの
回転速度を制御するため樹脂の流動抵抗の変動に対し精
緻に対応出来るる。すなわち、圧力変化速度（ΔＰ／Δ
Ｔ）は樹脂の種類、見掛粘度即ち樹脂温度、金型のラン
ナー　ゲート、キャビテ≧の形状、並びに射出速度のこ
れら条件に左右される流動抵抗のファクターであるため
、これら条件を検出又は認識することで、これら条件の
変動、すなわち、樹脂材料、金型に応した最適圧力変化
速度を設定することが出来る。上記条件の変動・変更が
ない場合には、流動抵抗の変動と判断し、上記圧力変化
速度（ΔＰ／ΔＴ）を制御ファクターとしてとらえるこ
とにより、樹脂の流動抵抗を最適状態に保って射出成形
を行ない得る。

（２）又本発明では可塑化スクリュの回転速度を制御す
ることが出来るので、回転速度の増減は、直ちに樹脂の
内部剪断発熱量を制御し、樹脂温度を応答良く制御する
ことが出来、ひいては樹脂の流動抵抗を迅速に最適状態
とし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はスクリュブリプラ式射出成形機に本発明の制御
装置を具備した実施例を、第２図は射出圧力曲線を、第
３図はインラインスクリュ式射出成形機における実施例
をそれぞれ示している。 １・・・金　型、　　　　　　２川キヤビテイ、３・・
・射出用加熱シリンダー ４・・・ノズル、　　　　　　５・・・ホッパー６・・
・バンドヒータ、　　　７・・・可塑化シリンダー８・
・・可塑化スクリュ、　９・・・射出プランジャー１０
・・・ロードセル、　　　　１１・・・射出ビスｌ−ン
、１２・・・射出シリンダー　　１３・・・油圧モータ
、１４・・・油圧ポンプ、 Ｉ５・・・比例電磁式流量制御弁、 １６・・・シリンダー　　　　１７・・・スクリュ、１
８．２１・・・サーボモータ、 １９．２０．２２．２３・・・歯　車、２４・・・ボー
ルねしナツト、２５・・・ボール、２６・・・ボールね
じ、　　　２７・・・スプライン。 第２図 第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）射出工程中の充填圧力として検出された射出圧力
   を時間に対する圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）として演算
   し、圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）の値を予め設定した基
   準値と比較し、設定した範囲から外れた時には可塑化ス
   ク リュの回転速度を増減させて樹脂の内部剪断発熱量を制
   御し、樹脂温度をコントロールして、最終的には樹脂の
   流動抵抗を最適状態に保って射出成形することを特徴と
   する射出成形機の制御方法。
2. （２）上記可塑化スクリュの回転速度を上記基準値との
   差（変動幅）に応じて増減させた特許請求の範囲第１項
   記載の射出成形機の制御方法。
3. （３）上記圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）に代えてその逆
   数となる一定圧力変化に対する所要時間（ΔＴ／ΔＰ）
   を制御ファクターとして用いた特許請求の範囲第１項、
   又は第２項記載の射出成形機の制御方法。
4. （４）射出成形機において、射出工程中の射出圧力を検
   出する手段と、射出圧力の時間当たりの変化率である圧
   力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）を演算する手段と、基準とな
   る圧力変化速度の設定値を設定する手段と、該設定値と
   演算された圧力変化速度を比較する手段と、比較手段か
   らの出力信号により可塑化スクリュの回転速度が制御さ
   れる駆動装置とにより構成されたことを特徴とする射出
   成形機の制御装置。
5. （５）上記圧力変化速度（ΔＰ／ΔＴ）に代えてその逆
   数となる一定圧力変化に対する所要時間（ΔＴ／ΔＰ）
   を演算する手段を用いた特許請求の範囲第４項記載の射
   出成形機の制御装置。