JPH0622832B2 - 射出圧縮成形方法及び装置 - Google Patents

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圧縮成形方法及
びその装置に関するものである。

（従来の技術） 射出成形にあっては、溶融樹脂は冷却に伴って大きな収
縮を生じる。従って、いま金型の形状精度が確保された
場合、成形収縮量をコントロールして、金型と同一の成
形品形状となる寸法精度を毎サイクル再現することが射
出成形の重要課題となる。

この成形収縮量は樹脂の比容積の変化であり、比容積は
樹脂圧力の関数となる。従って、従来から当該収縮量を
補償する手段として溶融樹脂の圧縮及び保圧が行なわれ
ている。

その１つである射出機構による保圧制御の従来例を第３
図に示す。

金型１はスプルー２、キャビティ３、ゲート４から構成
され、キャビティ３のゲート近傍に金型キャビティ３の
圧力（型内圧）を検出する型内圧検出器１４が設けられ
ている。型内圧検出器１４からの出力Ｐ_ｍは比較器１６
に送られ、同比較器１６には指令器１５から前記型内圧
検出器１４の出力Ｐ_ｍが制御開始圧Ｐ_moに到達した以後
の型内圧制御区間における型内圧指令値が出力され、両
出力は比較器１６で比較減算されて偏差ｅ_ｐを制御器１
７に出力し、同制御17では偏差ｅ_ｐをＰＩＤ（Ｐ…比
例、Ｉ…積分、Ｄ…微分）制御して増幅器１８に出力す
る。サーボ弁２０は増幅器１８の出力により開度を変え
て、アキュムレータ１９からの供給油を調節する。

そして、前記金型１は接合面５より可動側と固定側に分
けられ、その可動側は可動盤６に、固定側は固定盤７に
それぞれ固定されている。可動盤６は型締シリンダ８に
嵌合し摺動する型締ラム９に締結固定されている。

金型１の図示右方には樹脂を可塑化して射出するスクリ
ュ１０がスクリュシリンダ１１内を摺動可能に挿入され
ており、同スクリュシリンダ１１の図示右端には射出シ
リンダ１２が設けられている。また、スクリュ１０はそ
の右端が前記射出シリンダ１２に嵌合し摺動する射出ラ
ム１３に固定されている。

なお、図中２１はアキュムレータ１９からポンプ２２へ
の逆流を防ぐ逆止弁、２３はアキュムレータ１９の蓄圧
圧力を設定するリリーフ弁、２４は型締シリンダ８の油
圧（型締圧力）を設定するリリーフ弁である。

以上の構成において、第４図に示す制御曲線に基づいて
その制御動作を説明する。

まず、昇圧工程では、金型１を閉じてリリーフ弁２４の
設定による型締圧力を金型１にかける。このときの型締
力は、金型１の充填及び保圧工程におけるキャビティ内
圧力により開くことのない十分大きな値とする。次に充
填工程が始まり、充填領域の前半はサーボ弁２０の開度
で定まる速度で射出が開始される。

型内圧Ｐ_ｍが制御開始圧Ｐ_moに到達すると、指令器１５
は型内圧指令値を出力し、型内圧Ｐ_ｍが時間ｔ_ｓの間に
保圧Ｐ_mHに漸増する様に閉ループ制御する。なお、制御
開始圧Ｐ_moは型内圧検出器１４の検知下限値をとる。

続いて保圧工程に入り、型内圧Ｐ_mHで保圧時間ｔ_Ｈの
間、同型内圧Ｐ_mHが一定になる様に閉ループ制御する。

ここで、蒸気充填工程における型内圧Ｐ_ｍと充填樹脂量
Ｖには次の関係がある。

Ｐ_ｍ……型内圧 kgf／cm² Ｋ ……樹脂体積弾性係数 kgf/cm² Ｖ_ｍ……金型キャビティ容積 cm³ Ｑ ……充填樹脂流量 cm³／sec （Ｖ………充填樹脂量 cm³） 式(2)から理解される様に、型内圧Ｐ_ｍを検知すること
は充填樹脂量Ｖを検知することになるので、型内圧Ｐ_ｍ
を一定のパターンで漸増させて型内圧目標値に到達する
様に閉ループ制御すれば、キャビティ３への充填樹脂量
を一定に制御することができる。

以上が射出機構による保圧制御であるが、他の保圧制御
である型締力による保圧制御として、射出圧縮成形が知
られている。この従来例を第５図に示す。

図において、２６は射出速度を調節する比例電磁流量
弁、２７は型締圧力を調節する比例電磁圧力弁であり、
シーケンサ２５から前記両弁２６，２７に指令値を出力
して、射出速度、型締力を閉ループ制御する。

その作用を第６図の制御曲線図に基づいて説明する。

まず、昇圧工程で金型１を閉じ、このとき型締圧力はシ
ーケンサ２５の指令に基づいて比例電磁圧力弁２７が低
圧型締圧力に設定保持される。

ここで、充填工程に入り、シーケンサ２５の指令に基づ
き比例電磁流量弁２６により設定される射出速度でスク
リュ１０が左方へ移動し射出が開始される。このとき、
キャビティ３に充填された樹脂圧力（型内圧）が型締力
を上回るようになり、金型１がわずかに開く。この開き
量を型開量という。

続く圧縮工程ではスクリュが射出完了位置に到達する
か、または射出開始と同時にスタートするタイマが、予
め設定された時間でタイムアウトした時、シーケンサ２
５から指令が出され、比例電磁圧力弁２７の設定圧が高
圧型締圧力に変わり、型締ラム９が右方へ移動して、金
型１のキャビティ９を加圧し、溶融樹脂を圧縮する。

この圧縮工程に続く保圧工程及びその次工程である冷却
工程の間、前記と同一の高圧型締圧力が保持される。

この方式は、前述の射出機構による保圧の様にゲート４
を通じて保圧された溶融樹脂を供給するのではなく、キ
ャビティ容積Ｖ_ｍを縮小して加圧するので、圧縮工程、
保圧工程における型内圧がキャビティ３の各部分で均一
になるという長所がある。

しかるに、以上の各保圧制御にあっても、それぞれ次の
ような問題点を有している。

(1) 射出機構による保圧制御の場合。

充填完了後、金型により溶融樹脂が冷却されて、樹脂の
粘度が時間とともに高くなり、流動方向に圧力勾配を生
ずる。

従って射出による保圧では、キャビティ末端に十分な圧
力を作用させることができず、保圧が不均一となるた
め、収縮量の補償が一定にならず、成形品の形状、寸法
精度に不良を生ずる。

(2) 型締機構による保圧制御の場合。

スクリュの計算位置や樹脂温度の変動により、樹脂の充
填状況がショット毎に変動するため、型内圧も変動す
る。このため、型開量すなわち樹脂の圧縮代を正確に制
御できないので、圧縮工程での加圧量が変動して保圧が
変動する。また、型開量を同一とした場合、充填量が違
えば同一型締圧で加圧しても、加圧量が変動して保圧が
変動する。従って、いずれにしても寸法精度不良を生ず
る。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来なされている保圧制御にあっては、射
出機構による場合は保圧を均一に行えず、樹脂収縮量の
補償が一定せず、また他方の型締による場合は樹脂の充
填状況に適合し難く、更には充填量に応じた正確な圧縮
代が制御できず、いずれにしても成形品の寸法不良を生
じるという問題点があった。

本発明は、これら両方式による制御の利点を生かし、欠
点を排除することにより上記問題点を解決せんとするも
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、本発明は方法の発明として、 金型キャビティの樹脂圧力（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、充填工程、圧縮工
程、保圧工程及び冷却工程の一連の工程を経る射出圧縮
成形工程において、型内圧が充填時における型内圧目標
値まで予め設定された関数のパターンに従い漸増する様
に射出機構を調節して閉ループ制御する充填工程と、充
填工程に続き型内圧を前記目標値から型内圧保圧目標値
までを予め設定された関数のパターンに従って漸増する
様に型締機構を調節して閉ループ制御する圧縮工程と、
続く保圧期間中は型内圧が前記保圧目標値に保持される
様に型締機構を調節して閉ループ制御する保圧工程と、
保圧に続き型締力を予め設定された関数のパターンに沿
う様に制御する冷却工程とからなることを、また装置の
発明として、 金型に設けた型内圧検出器からの検出型内圧と型内圧指
令器からの予め設定された関数パターンの指令値との偏
差に基づき射出シリンダのサーボ弁を制御する射出機構
の閉ループ制御装置を有する射出成形機において、型締
圧力を検出する型締圧力検出器と型締圧力指令器とを備
え、検出型締圧力と予め設定された関数パターンの型締
圧力指令値との偏差または前記型内圧の偏差に基づき型
締シリンダのサーボ弁を制御する型締機構の閉ループ制
御装置を有すると共に、前記型内圧の偏差と型締圧力の
偏差のいずれかを選択可能とした切換スイッチング回路
を備え、同スイッチング回路の切換により、充填工程で
は検出型内圧により射出機構を、圧縮及び保圧工程では
検出型内圧により型締機構を、冷却工程では検出型締圧
力により型締機構を夫々制御する様にしたことを、それ
ぞれ構成としてこれを上記問題点の解決手段とするもの
である。

これは、従来例として既述した両制御方式を組合わせ、
型内圧が一定のパターンになる様に制御することによ
り、両者の長所を生かしつつ、両者が抱える問題点を同
時に解決しようとするものである。

具体的には、射出圧縮成形において、 (1) 充填工程では充填時の型内圧を型内圧目標値まで
漸増するパターンになる様に射出機構を制御して、充填
量の安定化をはかる。

(2) 圧縮工程では、前記型内圧の値から型内圧目標値
まで漸増するパターンになる様に型締力を制御し、キャ
ビティ内に均一な圧縮をかける。

(3) 保圧工程において、型締力の調節により予め設定
された型内圧保圧目標値に、保圧期間中、型内圧が一定
に保持される様に制御を行なう。

この保圧工程では、冷却が進行してスキン層と呼ばれる
固化層または高粘度層がキャビティ表面より生成し始め
るが、これにより型内圧検出器への圧力伝達が阻害され
るので、型内圧検出器の出力が減少し、実際の型内圧と
の対応性が失なわれる。このため、型締力が増加して、
過大厚をかけることになり、成形品に変形や寸法精度不
良を生ずる。

(4) これを防止する為、保圧時間経過後、冷却工程に
おいて保圧工程最終時における型締力を検知してこの型
締力で、冷却完了時間まで一定に保持するか、型締力が
冷却完了時に零になる様に漸減する関数となる様に制御
を行なう。

以上から、各工程において、型内圧を各ショット毎に一
定のパターンに追従する様に制御し、かつ保圧がキャビ
ティ全面に均一にかけることを可能としたので、収縮量
が一定となり優れた精度の成形品が連続して成形可能と
なる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明す
る。

第１図に本発明の実施例を示す。

本実施例では、第３図に示した従来例としての射出機構
による保圧制御のシステムに対して、型締シリンダ８の
型締圧力を検出する圧力検出器３５及び型締圧力の指令
値を出力する型締圧力指令器３０と、前記圧力検出器３
５の出力Ｐ_ｃと型締圧力指令器３０の出力とを比較減算
して偏差ｅ_ｃを出力する比較器３１と、切換スイッチン
グ回路３２と、前記偏差ｅ_ｃ又は型内圧検出器１４の出
力Ｐ_ｍと型内圧指令器１５の出力を比較減算して得る偏
差ｅ_ｒをＰＩＤ制御して出力する制御器３３と、同制御
器３３の出力を入力とする増幅器３４と、同増幅器３４
の出力により開度を調節してアキュムレータ１９からの
供給油を調節するサーボ弁３６と、シーケンサ３７とか
ら構成される型締力制御機構が追設されている。

以上の構成において、その制御動作を第２図に示す制御
曲線図に基づいて説明する。

まず、昇圧工程では金型１を閉じて、型締圧力指令器３
０の指令により予め設定された低圧の型締圧になる様に
比較器３１、接点３２ｂ、制御器３３、増幅器３４、サ
ーボ弁３６を経て閉ループ制御される。

次の充填工程においては、型内圧指令器１５の指令によ
り、第３図に示す従来例と同様に、型内圧Ｐ_ｍが予め設
定された制御開始Ｐ_mo（型内圧検出器１４の検知値の下
限値）から充填時型内圧目標値Ｐ_m1に到達するまで、ｔ
_１時間内に漸増するパターンとなる様に、射出シリンダ
１２へ供給する油量を調節して閉ループ制御する。ここ
で、漸増するパターンは、折線、指数関数、或は両者の
組合せ等のうち金型・樹脂条件により最適なパターンが
選ばれる。

続いて圧縮工程に入るが、この工程では型内圧が前記充
填時型内圧目標値Ｐ_m1に到達すると、シーケンサ３７か
らの指令により指令器１５は充填時型内圧目標値Ｐ_m1か
ら型内圧保圧目標値Ｐ_mHに到達するまでのｔ_２時間内に
漸増するパターンの指令値（これも前記同様の関数で金
型・樹脂条件により選ばれる。）を出力する。この時、
同時にシーケンサ３７の指令により切換スイッチング回
路３２の接点が型締圧制御回路側の接点３２ｂから型内
圧制御回路側の接点32aに切換えられて型締圧の制御器
３３への入力は、型締圧の比較偏差ｅ_ｃから型内圧の比
較偏差ｅ_ｐに切換わるので、充填時型内圧目標値Ｐ_m1か
ら型内圧保圧目標値Ｐ_mHへの前記型内圧指令値のパター
ンに追従する様に型締圧力をサーボ弁36で制御すること
になる。また、シーケンサ３７は前記切換スイッチング
回路３２の切換と同時に制御器１７へ指令を出力して、
制御器１７の出力を零とし、射出シリンダ１２への油圧
の供給が減少し、射出速度、射出圧力が低下し、スクリ
ュ１０は停止する。

続く保圧工程では、保圧時間ｔ_Ｈの間、型内圧が前記圧
縮工程におけると同様の型内圧保圧目標値Ｐ_mHを保持す
る様に型締力を調節して閉ループ制御される。

最後の冷却工程においては、保圧工程の最終時点で型締
圧力検出器３５により検出された型締圧力Ｐ_Ｈをシーケ
ンサ３７を介して型締圧力指令器３０へ指令して、この
型締圧力Ｐ_Ｈの指令を出力させると同時に、切換スイッ
チング回路３２の接点を型内圧制御回路側の接点３２ａ
から型締圧制御回路側の接点３２ｂに切換える。これ以
後、冷却完了時間までは型締圧力Ｐ_Ｈが一定になる様
に、型締圧の制御器３３により閉ループ制御される。

このとき、第２図の２点鎖線に示す様に、型締圧力曲線
を指数関数、折線等からなる関数として、同関数による
パターンに沿って漸減する様に型締圧力を制御するよう
にしても良い。この方法は樹脂収縮時での過大圧の防
止、金型の型締力による弾性変形の繰返し安定性、離形
時の成形品変形防止に一段と効果がある。

（発明の効果） 以上、詳細に説明した如く本発明によると、充填工程に
おいて型内圧を予め設定したパターンに一致する様に制
御することによりキャビティに充填される溶融樹脂量を
一定にでき、圧縮及び保圧工程において型内圧を予め設
定したパターンに一致する様に型締力を調節してキャビ
ティを圧縮するので、キャビティ全面に均一な保圧をか
けることができることになる。また、この保圧に続く冷
却工程では型内圧に代えて型締圧を検出しながら同じく
予め設定されたパターンに従って型締圧を制御するもの
であるから適正な制御か可能となる。

この結果、本発明によれば、各ショット毎に型内圧を最
適な状態で射出圧縮成形ができるので、形状の寸法精度
に優れた成形品を連続生産することが可能となるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す射出圧縮成形の概略シ
ステム図、第２図は同制御曲線図、第３図は従来の射出
機構による保圧制御の概略システム図、第４図は同制御
曲線図、第５図は従来の型締力による保圧制御の概略シ
ステム図、第６図は同制御曲線図である。 図の主要部分の説明 14……型内圧検出器 15……（型内圧）指令器 16……比較器 17……制御器 20……サーボ弁 30……型締圧力指令器 31……比較器 32……切換スイッチング回路 33……制御器 35……型締圧力検出器 36……サーボ弁 37……シーケンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金型キャビティの樹脂圧力（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
   工程、圧縮工程、保圧工程及び冷却工程の一連の工程を
   経る射出圧縮成形工程において、型内圧が充填時におけ
   る型内圧目標値まで予め設定された関数のパターンに従
   い漸増する様に射出機構を調節して閉ループ制御する充
   填工程と、充填工程に続き型内圧を前記目標値から型内
   圧保圧目標値までを予め設定された関数のパターンに従
   って漸増する様に型締機構を調節して閉ループ制御する
   圧縮工程と、続く保圧期間中は型内圧が前記保圧目標値
   に保持される様に型締機構を調節して閉ループ制御する
   保圧工程と、保圧に続き型締力を予め設定された関数の
   パターンに沿う様に制御する冷却工程とからなることを
   特徴とする射出圧縮成形方法。
2. 【請求項２】金型に設けた型内圧検出器からの検出型内
   圧と型内圧指令器からの予め設定された関数パターンの
   指令値との偏差に基づき射出シリンダのサーボ弁を制御
   する射出機構の閉ループ制御装置を有する射出成形機に
   おいて、型締圧力を検出する型締圧力検出器と型締圧力
   指令器とを具え、検出型締圧力と予め設定された関数パ
   ターンの型締圧力指令値との偏差または前記型内圧の偏
   差に基づき型締シリンダのサーボ弁を制御する型締機構
   の閉ループ制御装置を有すると共に、前記型内圧の偏差
   と型締圧力の偏差のいずれかを選択可能とした切換スイ
   ッチング回路を備え、同スイッチング回路の切換によ
   り、充填工程では検出型内圧により射出機構を、圧縮及
   び保圧工程では検出型内圧により型締機構を、冷却工程
   では検出型締圧力により型締機構を夫々制御する様にし
   たことを特徴とする射出圧縮成形装置。