JPH04220324A - 射出成形機の樹脂粘度の制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、射出成形機の可塑化
装置の制御方法に関するもので、金型のキャビティに充
填する樹脂の粘度を一定に維持するための制御方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機の射出工程は、射出シリンダ
の先端に蓄えられた溶融樹脂を金型のキャビティに流入
させる充填工程と、キャビティに充満した樹脂に一定時
間圧力を加える保圧工程から成っている。充填工程は、
スクリュ（インラインスクリュ式の場合）または射出プ
ランジャ（プリプラ式の場合）の前進動作によって行わ
れるが、このときのスクリュないしプランジャの前進速
度は、スクリュやプランジャの移動位置の関数として設
定するのが普通である。一般に、管路中の流体の流れに
よって生ずる管路の差圧は、粘度と流速との積に比例す
るから、スクリュやプランジャの刻々のストロークに対
応した射出速度が毎回同じであれば、射出圧力は粘度に
ほぼ比例することになる。従って、射出シリンダの先端
部に貯留された溶融樹脂の粘度が何らかの原因で高くな
ったときには、スプール、ランナ、ゲートを経て金型の
キャビティへと流れる樹脂の流動抵抗が増加して、射出
圧力は全体的に高くなる。一方、溶融樹脂の粘度が低く
なったときには、樹脂の流動抵抗の減少によって、射出
圧力は低くなる。スクリュやプランジャの前進動作を油
圧シリンダで行わせている装置では、この射出圧力の変
化は油圧シリンダに供給する油圧力に反映される。

【０００３】充填工程での成形条件の主なものには、射
出速度、樹脂温度および射出圧力があるが、このうち射
出速度は、前述したように、スクリュやプランジャの移
動ストロークと関連づけてプログラム制御されており、
樹脂粘度が一定であれば、射出圧力は各射出毎に同一に
維持される。樹脂温度は、樹脂粘度に大きな影響を与え
るので、射出シリンダやノズルの外周に設けたバンドヒ
ータや金型の内部に循環させる熱媒体の温度を制御する
ことにより、樹脂温度を一定に維持し、樹脂粘度を一定
に保つようにしている。このような制御がうまく行われ
ているかどうかは、充填時に射出圧力を検出することに
よって監視することができる。

【０００４】なお樹脂粘度が低下すると、ジェッティン
グ、エアーマーク、ガス焼け、オーバーパック、バリ等
の不良が発生する原因となり、逆に樹脂粘度が高くなる
と、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、強度不足等の不良が発生する原因
となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】成形品の材料となる樹
脂は、分子量のばらつきや乾燥度合の違いにより、同じ
樹脂温度のもとでも樹脂粘度が若干変化することがよく
ある。このような場合、従来の装置では、樹脂粘度の変
化を射出圧力の変化として検出し、この検出に基いて射
出シリンダのバンドヒータや金型内を流れる熱媒体の温
度を制御し、これにより樹脂温度を若干高くまたは低く
して、樹脂粘度が一定に維持されるようにしている。し
かし樹脂温度の制御は、その検出を含めて熱伝達に頼っ
ているため、応答性が悪く、速やかな制御は不可能であ
る。従って、射出成形機の運転途中で樹脂粘度の変化に
よる射出圧力の変動が検出されても、それによってバン
ドヒータ等の設定温度を変え、その温度変化が射出シリ
ンダ内の樹脂に伝達されるまでにはかなりの時間を必要
とし、その間に幾度も射出サイクルが繰り返されるため
、多数の不良品が発生する危険があった。

【０００６】この発明は、以上のような問題を解決する
ためになされたもので、成形作業時の樹脂粘度を一定に
維持するための、より応答性の高い制御方法を得ること
を課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明では、充填時に
おける射出圧力を検知することによって樹脂粘度を検出
し、樹脂粘度に変動があったときは、射出シリンダ１、
８やノズル１３に巻装されているバンドヒータ１４や金
型内を循環する熱媒体の温度を変化させて樹脂温度を若
干高低させるという従来の制御に加えて、前記射出圧力
の変動があったときは、次の射出サイクルの可塑化工程
中における可塑化スクリュ２、７の回転数またはこのと
きに可塑化スクリュ２、７に与える背圧を制御して樹脂
粘度を一定に維持する方法を採用している。即ち、射出
圧力の上昇が検知されたときには、可塑化スクリュ２、
７の回転数を増加させるか、可塑化時の可塑化スクリュ
２、７の背圧を大きくする。逆に射出圧力の低下が検知
されたときには、可塑化スクリュ２、７の回転数を低下
させるか、可塑化時の可塑化スクリュ２、７の背圧を小
さくする。可塑化スクリュ２、７の回転数の制御と背圧
の制御とは、どちらか一方のみでおこなっても良く、ま
た両方同時におこなっても良い。

【０００８】樹脂粘度を検出するための射出圧力の検出
は、工程途中の局部的なばらつきによる誤差を避けるた
めに、複数点で検出してその平均値または総和を用いる
か、あるいは積分値を用いるのが良い。射出圧力を検出
するタイミングは、例えば充填工程が開始されてからス
クリュ２ないしプランジャ９が一定距離Ｌ１　移動した
時点からサンプリングを開始し、その後スクリュないし
プランジャが距離ΔＬ進む毎にサンプリングするという
ような方法で行われる。このときの最初のサンプリング
までのスクリュないしプランジャの移動距離Ｌ１　は、
先端部の樹脂（充填されつつある樹脂の先端）が金型の
ゲートを通過した後に最初のサンプリングが行われるよ
うな距離とするのが好ましい。これは、ゲート通過時に
射出圧力が急上昇して小さいながら瞬間的なサージ圧を
示すことが多いので、その部分でのサンプリングを避け
るためである。

【０００９】

【作用】この発明の方法によれば、射出成形作業中に何
らかの原因によって射出シリンダ１、８の先端に蓄えら
れた樹脂の粘度が変化したときに、これがその射出サイ
クルの充填時に射出圧力の変化として検出され、これが
その後に開始される次サイクルの可塑化工程時に可塑化
スクリュ２、７の回転数または背圧の制御という形でフ
ィードバックされる。そして可塑化スクリュ２、７の回
転数を増減させることによって可塑化途中の樹脂に与え
られる剪断速度が増減し、また可塑化スクリュ２、７の
背圧を増減することによって可塑化途中の樹脂に与えら
れる剪断圧力が増減して、それによる剪断発熱量が増減
することにより、樹脂の内部発熱量が増減し、それによ
って樹脂温度が制御されて樹脂粘度が一定に維持される
。

【００１０】更に検出された樹脂粘度の変動は、射出シ
リンダ１、８やノズル１３を加熱しているバンドヒータ
１４の設定温度にもフィードバックされ、バンドヒータ
１４の温度上昇に伴って樹脂温度が上昇してくると、そ
れに伴って可塑化スクリュ２、７の回転数や背圧も元の
設定値に復帰してくる。

【００１１】このように本発明の制御方法によれば、バ
ンドヒータ１４等の温度制御による樹脂温度制御の時間
遅れを、可塑化スクリュ２、７の回転数や背圧を制御す
ることによって補償して、応答の速い樹脂温度の制御が
可能になる。

【００１２】また射出圧力を複数点でサンプリングして
その平均値または総和を求め、あるいは射出圧力を積分
値を検出することにより、射出圧力の局部的なばらつき
の影響を排除して正確な制御を行うことが可能になる。

【００１３】

【実施例】次に図面に示す実施例について説明する。図
の実施例は可塑化スクリュの回転数制御によるものを示
しており、図１はインラインスクリュ式の場合の制御ブ
ロック図、図２はスクリュプリプラ式の場合の制御ブロ
ック図をそれぞれ示したものである。

【００１４】図１において、１は射出シリンダ、２はス
クリュ、３はスクリュ２の軸方向位置を検出する位置検
出器（例えばラックピニオンを介して回転するロータリ
エンコーダ）、４は射出用油圧シリンダ、５はスクリュ
回転用の油圧モータである。同様に図２において、６は
可塑化シリンダ、７は可塑化スクリュ、８は射出シリン
ダ、９はプランジャ、１０はプランジャ９の軸方向位置
を検出する位置検出器、１１は射出用油圧シリンダ、１
２は可塑化スクリュ回転用の油圧モータである。

【００１５】さらに図１、２において、１３はノズル、
１４は射出シリンダ１、８及びノズル１３に巻装された
バンドヒータ、１５は材料投入用のホッパ、１６はスク
リュ２または７の回転数を検出するロータリエンコーダ
、１７および１８は射出用油圧シリンダ４、１１への油
圧配管、１９および２０はスクリュ回転用油圧モータへ
の油圧配管、２１は射出圧力を検出するための圧力検出
器、２２はスクリュ２、７の回転数を制御するための電
磁比例流量制御弁である。

【００１６】２３は制御を司るマイクロコンピュータ、
２４はキーボード、２５はディスプレイ、２６は入力用
インタフェース回路、２７は出力用インタフェース回路
、２８は温度制御装置、２９はドライバ回路である。 射出シリンダ１、８やノズル１３には温度検出器３０が
埋め込まれており、その検出信号は、入力用インタフェ
ース回路２６を経てマイクロコンピュータ２３に入力さ
れるとともに、温度制御装置２８に入力されている。ま
た可塑化工程時のスクリュ２、７の回転数は、ロータリ
エンコーダ１６で検出され、入力用インタフェース回路
２６を経てマイクロコンピュータ２３に入力されている
。また充填工程時における射出用油圧シリンダ４、１１
の圧力すなわち射出圧力は、圧力検出器２１によって検
出されており、この検出圧力は、位置検出器３または１
０で検出されるスクリュ２またはプランジャ９の位置が
予め定められたサンプリング位置Ｌ１　ないしＬｎ（図
４参照）に達する毎に入力用インタフェース回路２６を
経てマイクロコンピュータ２３に読み取られる。このよ
うにして読み取られた信号は、マイクロコンピュータ２
３内のメモリに一時的に記憶される。

【００１７】図３は、マイクロコンピュータ２３の制御
手順を示したものである。１サイクルの成形動作が終了
する（ステップ３４）と、予定されている設定回数の成
形サイクルが終了したかどうかが判断され（ステップ３
５）、設定回数のサイクルが終了していれば、射出動作
は終了する。次のサイクルが存在する場合には、サンプ
リングされた射出用油圧シリンダ４、１１の圧力Ｐｉ（
ｉ＝１〜ｎ）が合算され、それが所定の設定範囲内にあ
るかどうかが判定される（ステップ３６）。もし許容範
囲内にあれば、成形条件を変えることなく、次の成形サ
イクルをスタートさせる。

【００１８】一方射出圧力の合算値ΣＰｉが許容範囲か
ら外れているときは、シリンダ１、８やノズル１３の温
度、位置検出器３、１０で検出される充填時のスクリュ
２やプランジャ９の速度、可塑化工程時のスクリュ２、
７の回転数などが正常であるかどうかが判定され（ステ
ップ３７）、これらのいずれかに異常がある場合には、
異常信号を出力させる。また上記各制御条件に異常がな
ければ、射出圧力の合算値ΣＰｉが設定範囲より高いか
低いかが判定され（ステップ３８）、高い場合は流量調
整弁２２を開いて次回の成形サイクルにおける可塑化ス
クリュの回転数を高くし（ステップ３９）、また設定値
より低い場合には流量調整弁２２を絞って次回の成形サ
イクルにおける可塑化スクリュ２、７の回転数を低くし
てから（ステップ４０）、次の成形サイクルを開始する
。

【００１９】上記の実施例では制御ステップ３９または
４０において、流量調整弁２２の開度コントロールによ
ってスクリュ２、７の回転数制御を行っているが、背圧
制御を行う場合には、射出用油圧シリンダ４、１１の背
圧を油圧配管１７側に設けた図示しない電磁比例圧力調
整弁で制御することにより、可塑化時のスクリュ２、７
先端の樹脂圧力を制御する。この圧力制御弁は、保圧工
程における保圧力の制御にも用いられる。特にスクリュ
プリプラ式では、可塑化装置のスクリュ７は後退しない
ので、押出機のように安定した可塑化ができ、上記のス
クリュ回転数制御や背圧制御による樹脂粘度の制御がよ
り正確に行われる。

【００２０】また図３のフローチャートには示してない
が、図３に示す制御と平行して射出圧力の合算値ΣＰｉ
に基づき、温度制御装置２８に制御出力が与えられ、Σ
Ｐｉが高くなったときにはバンドヒータ１４の設定温度
を高くし、低くなったときには設定温度を低くするとい
う制御が平行して行われる。

【００２１】図４は、金型への樹脂充填時の射出シリン
ダ１、８内の樹脂圧力の変化をスクリュ２またはプラン
ジャ９の位置との関係において模式的に示したもので、
横軸はスクリュ２またはプランジャ９の位置（射出速度
の制御が正確に行われていれば、充填工程開始後の経過
時間で代替可能）、縦軸は樹脂圧力またはスクリュ２若
しくはプランジャ９の移動速度すなわち充填速度であり
、充填完了までのものを示している。想像線ａは、設定
された充填速度（本図のものは３速制御）を示し、これ
に対する実際の樹脂の充填速度曲線は点線ｂで示すよう
なカーブとなる。

【００２２】曲線ｃ、ｄおよびｅは、充填工程中の射出
圧力の変化を示したもので、ｃは樹脂粘度が正常である
場合、ｄは樹脂粘度が高い場合、ｅは樹脂粘度が低い場
合をそれぞれ誇張して示す。Ｌ１　ないしＬｎは、樹脂
圧力のサンプリング点であり、最初のサンプリング点Ｌ
１　は前述したように充填樹脂の先端が金型のゲートを
通過した後のタイミングに選ぶ。また充填工程が完了す
る図のＬｐの時点では、樹脂やプランジャの運動慣性に
よるピーク圧が発生しやすいから、最後のサンプリング
点Ｌｎは、そのような影響を受けないタイミングとする
必要がある。

【００２３】前述したように、複数のサンプリング点Ｌ
１　ないしＬｎで圧力を検出し、その総和（あるいは平
均値）を用いて制御を行っているのは、圧力の局部的な
ばらつきによる誤差を防止するためであり、測定点Ｌ１
　からＬｎまでの圧力の積分値を用いることによっても
このようなばらつきによる誤差の影響を排除することが
できる。もちろん、サンプリング点Ｌ１　ないしＬｎの
位置や数は一定でなければならない。

【００２４】以上、油圧式の射出成形機を例示して本発
明を説明したが、可塑化、射出を電気サーボモータで行
う場合にも本発明を適用することが可能である。この場
合、射出圧力の検出は、ボールスクリュなどでモータの
回転運動をスクリュやプランジャの直線運動に変換する
機構の軸方向構成部材間に圧力センサを介装して行うこ
とができる。可塑化モータの回転数制御は、モータの回
転数をパルスジェネレータで検出してフイードバックし
ながらサーボドライバを制御することによって可能であ
る。また背圧制御は、前記圧力センサの検出信号をフイ
ードバックしながら行う。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
成形作業中に樹脂粘度の変化が生じたときに、可塑化工
程における樹脂の内部発熱を利用して速やかに樹脂温度
を制御し、金型に充填される樹脂の粘度を一定に保つこ
とができるから、従来方法に比べてはるかに応答性の良
い制御が可能となり、成形作業中の樹脂粘度の変化に起
因する不良品の発生を防止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インラインスクリュ式の射出ユニットを用いる
ときのブロック図。

【図２】スクリュプリプラ式の射出ユニットを用いると
きの制御ブロック図。

【図３】制御手順を示すフローチャート。

【図４】充填時の射出圧力の変化を模式的に示すグラフ
。

【符号の説明】

１　　射出シリンダ ２　　スクリュ ７　　可塑化スクリュ ８　　射出シリンダ ９　　プランジャ １３　　ノズル １４　　バンドヒータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　充填時における射出圧力を検知してそ
   の検知信号に基いて成形条件を制御する射出成形機の樹
   脂粘度の制御方法において、射出圧力の変動が検知され
   たときは、次の射出サイクルの可塑化工程中における可
   塑化スクリュ（２，７）　の回転数および／または背圧
   を制御して樹脂粘度を一定に維持することを特徴とする
   、射出成形機の樹脂粘度の制御方法。
2. 【請求項２】　　充填時の射出圧力の検出は、充填され
   る樹脂の先端が金型のゲートを通過した後のタイミング
   における複数点で検出され、その平均値ないし積分値に
   より射出圧力の変動が検知される、請求項１記載の射出
   成形機の樹脂粘度の制御方法。