JPH06320588A - 射出成形における保圧制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 型内に樹脂圧力センサおよび樹脂温度センサ
を取付ける必要がなく、温度変化に拘らず成形品品質を
高精度で制御できるようにする。 【構成】 充填段階の初期にスクリュが前進を開始する
直前の時点において、ノズル先端部温度（ＴR ）、スプ
ール部温度（ＴS ）、金型キャビティ壁面温度（ＴW ）
および金型用冷却水温度（ＴE ）をそれぞれ計測し（ス
テップ１０１〜１０５）、これらの計測値に基づいて、
保圧段階において成形品重量がほぼ確定するとみなせる
時刻（tnf)の型内の樹脂温度の推定値（ＴC(tnf)）を推
定し（ステップ１０６）、成形品重量目標値（ＷC^*）を
達成するための前記時刻（tnf)の型内の樹脂圧力（ＰC^*
(tnf) ）を前記（ＴC(tnf)）から求め（ステップ１０
８）、さらに、前記型内の樹脂圧力（ＰC^*(tnf) ）を達
成するのに必要な保圧設定値（ＰL^*）を求め、これに基
づいて保圧力を制御する（ステップ１１１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形における保圧
の制御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形は、季節変化、朝夕の気温変
化、成形立上りや中断などの種々の温度変化がある中で
行われる。また、溶融粘度や収縮率をはじめとするプラ
スチック材料諸物性には、温度への依存度が大きいとい
う特徴がある。このため、前記温度変化は、形状寸法や
重量精度を始めとする成形品の品質を変動させる主原因
となっている。

【０００３】一般的に、前記の温度変化は、金型温度、
冷却水温度、および加熱シリンダ温度などの変動として
現れる。そうすると、型内に充填され、冷却固化して取
出されるまでの樹脂の温度に変化が生じ、樹脂圧力や流
動速度の再現性がそこなわれて、成形サイクル毎の形状
寸法にばらつきが生じることになる。こうした問題を解
決するには、圧力や温度などの樹脂の状態を毎ショット
一定に維持するか、あるいは、たとえ温度変化が不可避
な要因であっても、所定の成形品品質が得られるよう
に、圧力などを制御する方法を講じる必要がある。

【０００４】温度変化によるこのような問題を解決する
ために、従来は、型内に樹脂圧力センサや樹脂温度セン
サを取付けて、成形材料（樹脂）の圧力（Ｐ）、温度
（Ｔ）、および比容積（Ｖ）の関係を示す基礎物性デー
タであるＰＶＴ特性データに基づいて、温度変化に拘ら
ず成形品の比容積が目標値と一致するように、前記型内
の樹脂圧力を制御する方法がとられている（特開昭６３
−３９２６号公報、特開昭６３−３９２７号公報参
照）。

【０００５】前記の従来の方法においては、金型に樹脂
が充填された後の型内の樹脂圧力や型内の樹脂温度を時
々刻々計測し、これらの計測値と前記のＰＶＴ特性デー
タとから、目標とする成形品比容積となるように型内の
樹脂圧力をフィードバック制御する制御方法が採られて
いる。また、これらの中には、型内の樹脂圧力を検出す
るものの、これをフィードバック制御することはせず、
シャットオフノズルやゲートバルブを用いて、金型への
樹脂供給を機械的に遮断する時刻を制御する方法も報告
されている（ＤＥ４０２６７３１）。さらに、型内の樹
脂温度を得る方法については、直接これを計測によって
得るものや、あるいは、金型温度や加熱シリンダ温度の
計測値から型内の樹脂温度を間接的に推定する方法も報
告されている（ＵＳ４９８３３３６）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術には次のような問題があった。

【０００７】まず、いずれにしても型内に樹脂圧力セン
サを取付ける必要があり、経済的でなく、しかも、この
圧力センサの調整や取付けに手間がかかる。

【０００８】次に、金型に充填された溶融樹脂は、急速
に冷却されるので、短時間のうちに粘度が上昇し、固化
される。粘度の上昇と固化は、樹脂の圧力をもはやスク
リュの押圧によって、充分に制御することを不可能とす
る。このため、金型に樹脂を充填した後に、急速な粘度
上昇および固化を示す型内の樹脂の圧力や温度を計測し
て制御しようとしても、制御は困難となる。特に、成形
品の形状寸法は型内の樹脂が流動性を消失してキャビテ
ィへの樹脂補給が途絶える時点で決定されるので、該流
動性消失時点での型内の樹脂圧力や樹脂温度を所定の状
態に維持する必要がある。しかし、前述した理由によ
り、この時点では樹脂挙動を制御できる自由度は無くな
っており、型内の樹脂圧力や樹脂温度を計測してしかる
後これらをフィードバック制御する方法では、所定の品
質を得ることができなくなり、こうした問題は、特に薄
肉やゲートの小さい金型では、冷却固化がより急速に進
行するので、顕著である。つまり、金型に樹脂を充填し
た後にその圧力や温度を検出して制御する方法には、お
のずとその制御性に限界がある。シャットオフノズルや
バルブゲートを用いる場合は、付加的な設備を要し、経
済性、段取性、さらには保守性において特殊な場合に限
定される。

【０００９】また、型内の樹脂温度を金型温度や加熱シ
リンダ温度から間接的に推定する場合、従来は、金型と
樹脂との間の熱伝達率を無限大とみなした熱伝導解析解
の級数第１項のみを考慮した近似式であるため、計算精
度が悪く、この結果、成形品品質を高精度で推定および
制御する上で支障をきたしていた。さらに、型内の樹脂
温度を計算する上で、成形品の肉厚、有効熱拡散率など
の付加的なデータを必要とするため、これらのデータを
収集する手間がかかるという問題点がある。

【００１０】以上の問題点は、主に制御の方式に関わる
ものである。これに加えて、実際的な制御の品質改善の
寄与という面では、次のような問題点があった。

【００１１】まず、高温のノズルと低温の金型とが接触
すると、ノズルから金型に向う熱移動が生じ、ノズル先
端部分の樹脂温度は急激に低下する。そうすると、ノズ
ルから金型に流入する樹脂の量が不安定となる。このた
め、温度変化の１つとして、ノズルから金型に向う熱移
動を考慮することが、成形品重量や形状寸法を高精度で
制御する上で重要である。しかしながら、従来は、ノズ
ルから金型への熱移動を充分な精度で捉えられる計測方
法およびこれに基づく制御については報告されていなか
った。

【００１２】次に、同じく金型温度が変化するとして
も、それが、大気温度の変化や金型に充填される樹脂温
度の変化のように、金型キャビティ表面から一時的にも
たらされる温度変化なのか、あるいは、冷却水温度の変
化のように、金型の内部から生じて金型冷却能力の変化
を意味するものかによっては、金型温度変化のもたらす
成形品品質への影響は異なったものとなる。従って、キ
ャビティ表面からもたらされる一時的な金型温度変化
と、冷却水温度の変化によってもたらされる金型冷却能
力の変化とを、区別することが、成形品品質の高精度で
の予測と制御において重要である。しかしながら、従来
の技術では、これらを区別して扱う計測および制御の方
法は報告されていなかった。このため、品質の安定性を
維持する上で、従来の制御はその精度が満足なものでは
なかった。

【００１３】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであり、型内に樹脂圧力センサお
よび樹脂温度センサを取付ける必要がなく、また、成形
品の肉厚やゲート形状に左右されない充分な制御性を得
られるとともに、シャットオフノズルやゲートバルブな
どの特別な機器を必要としない、成形品品質を高精度で
制御できる射出成形における保圧制御方法および装置を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の射出成形における保圧制御方法は、射出成
形機の加熱シリンダ内の溶融樹脂をスクリュの前進によ
りノズルおよび金型内の樹脂流路を介してキャビティに
充填する充填段階と、前記溶融樹脂を前記キャビティに
充填した後、該溶融樹脂が前記キャビティ内で冷却固化
されるにつれて収縮するのを補うため、前記スクリュを
押圧して前記溶融樹脂を補充する保圧段階とを有する射
出成形において、充填段階の初期にスクリュが前進を開
始する直前の時点において、ノズル先端部温度（ＴR
）、スプール部温度（ＴS ）、金型キャビティ壁面温
度（ＴW ）、および金型用冷却水温度（ＴE ）を計測
し、これらの計測値（ＴR ，ＴS ，ＴW ，ＴE ）に基づ
いて、後続する保圧段階において成形品重量がほぼ確定
するとみなせる時刻(tnf) の型内の樹脂温度の推定値
（ＴC(tnf)）を推定し、次に、予め設定された成形品重
量目標値（ＷC^*）を達成するのに必要な前記時刻(tnf)
の型内の樹脂圧力（ＰC^*(tnf) ）を前記型内の樹脂温度
の推定値（ＴC(tnf)）から求め、さらに、前記型内の樹
脂圧力（ＰC^*(tnf) ）を達成するのに必要な保圧設定値
（ＰL^*）を前記型内の樹脂圧力（ＰC^*(tnf) ）および前
記各計測値（ＴR ，ＴS ，ＴW ，ＴE ）とから求め、次
に、前記保圧段階に入ると、予め充填段階に求めておい
た前記保圧設定値（ＰL^*）に基づいて保圧力を制御する
ことを特徴とするものである。

【００１５】また、保圧段階における型内の樹脂温度
（ＴC(t)）を次式 ＴC(ｔ）＝ＴCS(t) ＋（ＴRS−ＴCS(t) ）／（ＴRS−ＴWS）・ΔＴW ＋（ＴCS(t) −ＴWS）／（ＴRS−ＴWS）・ΔＴR ＋ｅ・ΔＴE ただし、 ＴCS(t) ：良品が成形された時のショットにおける時刻
ｔの型内の樹脂温度 ＴC(t)：任意のショットの時刻ｔの型内の樹脂温度 ＴRS：良品が成形されたショットのノズル先端部温度 ＴR ：任意のショットのノズル先端部温度 ＴWS：良品が成形されたショットの金型キャビティ壁面
温度 ＴW ：任意のショットの金型キャビティ壁面温度 ＴES：良品が成形されたショットの冷却水温度 ＴE ：任意のショットの冷却水温度 ｅ：設定される冷却水温度係数 ΔＴW ＝ＴW −ＴWS ΔＴR ＝ＴR −ＴRS ΔＴE ＝ＴE −ＴES で推定し、保圧段階における型内の樹脂圧力（ＰC(t)）
を次式 ＰC(t)＝ａ₁ ・ＴW ＋ａ₂ ・ＴS ＋ｂ・ＴR ＋ｃ・ＰL
＋ｄ ただし、 ＰC(t)：任意のショットにおける時刻ｔの型内の樹脂圧
力 ＰL ：任意のショットにおける保圧設定値 ａ₁ ，ａ₂ ，ｂ，ｃ，ｄ：設定される定数 で推定する。

【００１６】さらに、成形品重量（ＷC ）を次式 ＶC ／ＷC ＝ω＋｛Ｒ′・（ＴC(t)＋２７３）｝／（Ｐ
C(t)＋πｉ） ただし、 ＶC ：金型のキャビティ部体積 ω，Ｒ′πｉ：設定される材料定数 ＷC ：型内の樹脂圧力（ＰC(t)）、型内の樹脂温度（Ｔ
C(t)）のショットにおける成形品重量。 で推定する。

【００１７】加えて、型内の樹脂圧力（ＰC(t)）および
型内の樹脂温度（ＴC(t)）を評価する保圧段階における
時刻(tnf) を次のようにして求める。

【００１８】ＴCS(tnf) ＝Ｔnf ただし、 Ｔnf：材料によって定まる流動停止温度 すなわち、tnf とは、良品が成形された基準となる成形
ショットにおける型内の樹脂温度ＴCS(t) が、流動停止
温度Ｔnfに達する時刻である。

【００１９】本発明の射出成形における保圧制御装置
は、加熱シリンダと、その内部に配設されたスクリュ
と、該スクリュを軸方向へ往復移動および回転させるス
クリュ駆動手段とを備えた射出装置と、金型を型締めす
る型締装置とを備えた射出成形機において、ノズル先端
部の温度（ＴR ）を計測するための温度センサと、スプ
ール部温度（ＴS ）を計測するための温度センサと、金
型キャビティ壁面温度（ＴW ）を計測するための温度セ
ンサと、金型用冷却水温度（ＴE ）を計測するための温
度センサと、これらの各計測値を基にして、目標とする
成形品重量目標値（ＷC^*）を得るのに必要な保圧設定値
（ＰL^*）を算出する制御演算部と、該保圧設定値（Ｐ
L^*）を圧力制御弁アンプに出力するための切換器と、該
保圧設定値（ＰL^*）の算出に必要な設定値および計測値
のモニタを行うための設定モニタ部とを有することを特
徴とするものである。

【００２０】

【作用】ノズル先端部とスプール部とにそれぞれ取付け
た温度センサによって、ノズルから金型への熱移動を知
ることができる。この結果、金型に充填される樹脂の温
度を検出できる。

【００２１】金型キャビティの壁面近くに取付けた金型
温度センサと、金型冷却水の配管部分に取付けた冷却水
温度センサとによって、金型温度が示す２つの意味での
温度、すなわち、樹脂に対する流動抵抗と冷却能力とを
把握することができる。

【００２２】次に、射出保圧段階においては、充填開始
の初期に、スクリュが前進を開始する直前の時点におい
て、前記のノズル先端部温度（ＴR ）、スプール部温度
（ＴS ）、金型キャビティ壁面温度（ＴW ）および金型
用冷却水温度（ＴE ）をそれぞれ計測し、各計測値（Ｔ
R ，ＴS ，ＴW ，ＴE ）に基づいて、後続の保圧段階に
おける型内の樹脂温度（ＴC(t)）を迅速かつ高精度の予
測式にて推定し、該推定した型内の樹脂温度から目標と
する成形品重量目標値（ＷC^*）を達成するのに必要な保
圧段階の型内の樹脂圧力（ＰC^*(t) ）を算出し、該型内
の樹脂圧力（ＰC^*(t) ）を得るのに必要な保圧設定値
（ＰL^*）を算出する。以上の計算は、スクリュが前進を
開始する前の数十ｍｓｅｃで完了する。以上、算出され
た保圧設定値（ＰL^*）は保圧段階がくると圧力制御弁ア
ンプに出力される。

【００２３】従って、型内圧力センサ、型内樹脂温度セ
ンサ、シャットオフノズル、ゲートバルブなどを必要と
しない簡素な制御が可能である。また、保圧段階で設定
される保圧設定値（ＰL^*）は充填前に迅速に決定される
ので、保圧段階において、時々刻々と計測を行う必要は
なく、フィードバック制御は不要であるので、どのよう
に急速に樹脂が型内で固化しようとも、制御ができ、薄
肉品、ゲート形状を問わず適用が可能である。さらに、
ノズルから金型への熱移動や金型の冷却能力を考慮した
制御が可能である。

【００２４】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００２５】図１は、本発明の射出成形における保圧制
御装置の一実施例を示す説明図である。加熱シリンダ１
０内に配設されたスクリュ１は、油圧シリンダ１１およ
びモータＭの駆動力により加熱シリンダ１０内を軸方向
へ往復移動すなわち図示左右方向に前進および後退さ
れ、かつ回転されるように構成されている。加熱シリン
ダ１０の先端に設けられたノズル２には、加熱シリンダ
１０および金型３と連通するノズル樹脂流路２ａが形成
されており、金型３は、固定側金型３ａおよび可動側金
型３ｂからなり、その内部には、前記ノズル２に近い側
から順に、スプール部３ｃ、およびキャビティ３ｅが設
けられている。

【００２６】また、図２および図３に示すように、ノズ
ル２の先端部２ｂの外周面に形成した凹所には、温度セ
ンサ４ａの感熱部が取付けられており、その後方部には
ノズル用ヒータ１２およびノズル温度制御用熱電対１３
が取付けられている。

【００２７】上記スプール部３ｃには、図４および図５
に示すように、環状の温度センサ取付金具１４により温
度センサ４ｂの感熱部が取付けられている。

【００２８】さらに、図６に示すように、上記可動側金
型３ｂのキャビティ３ｅの表面から３ｍｍ〜１０ｍｍの
深さの位置には、温度センサ４ｃの感熱部が取付けられ
おり、上記可動側金型３ｂの冷却水配管３ｆには、温度
センサ４ｄの感熱部が取付けられている。なお、温度セ
ンサ４ｃおよび４ｄは、固定側金型３ａに設けても良
く、また、可動側および固定側両方に設けてその平均値
を求めても良い。

【００２９】これら各温度センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４
ｄの各信号出力端は、制御装置５内の各増幅器５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄを介してそれぞれＡ／Ｄ変換器５ｅ，５
ｆ，５ｇ，５ｈに接続されており、各Ａ／Ｄ変換器５
ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈの出力端は、それぞれ制御演算部
５ｉの入力端に接続されている。

【００３０】制御演算部５ｉは、これらＡ／Ｄ変換器５
ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈの出力、設定モニタ部５ｊにて設
定される（１）式〜（５）式で示した各式および各定数
ＴRS，ＴWS，Ｔnf，ｅ，Ｒ′，ω，πｉ，ＶC ，ＷC ，
ａ₁ ，ａ₂ ，ｂ，ｃ，ｄを始めとする各種設定値、およ
びシーケンス制御装置６より出力される各種のタイミン
グをはかるための射出開始信号（Ｓ１）、保圧開始信号
（Ｓ２）を入力して保圧設定値（ＰL^*）を計算し、アナ
ログ信号で切換器５ｋに出力するマイクロコンピュータ
で構成されている。これとともに、制御演算部５ｉは、
算出した保圧設定値（ＰL^*）を圧力制御弁アンプ８に出
力可能なことを示す制御開始信号（Ｓ３）を切換器５ｋ
にデジタル信号として出力する。また、制御演算部５ｉ
はノズル先端部温度（ＴR ）、スプール部温度（ＴS
）、金型キャビティ壁面温度（ＴW）、金型用冷却水温
度（ＴE ）を計測値として設定モニタ部５ｊに出力し、
さらに、保圧設定値（ＰL^*）、型内の樹脂温度の推定値
（ＴC(tnf)）、成形品重量（ＷC ）を演算値として出力
する。設定モニタ部５ｊには、保圧段階において保圧設
定値（ＰL^*）に制御する時間（ｔPL）を設定でき、（ｔ
PL）は、制御演算部５ｉが保圧設定値（ＰL^*）を切換器
５ｋに出力する時間として用いる。

【００３１】切換器５ｋは、シーケンス制御装置６から
入力されるデジタル信号である射出開始信号（Ｓ１）、
保圧開始信号（Ｓ２）および制御開始信号（Ｓ３）が全
てＯＮ状態の時には、制御演算部５ｉから入力する保圧
設定値（ＰL^*）を圧力制御弁アンプ８に出力するが、上
記信号（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）のうち１つでもＯＦＦ状態
であれば、機械制御装置７が出力するアナログ出力（Ａ
Ｉ）を圧力制御弁アンプ８に出力する回路構成となって
いる。すなわち、保圧段階の開始から制御時間（ｔpL）
の間のみ、保圧設定値（ＰL^*）が圧力制御弁アンプ８に
出力されるように形成されている。

【００３２】圧力制御弁アンプ８は、入力された保圧設
定値（ＰL^*）を増幅して圧力制御弁９に出力する。そう
すると、油圧シリンダ１１内の油圧力が保圧設定値（Ｐ
L^*）に相当する圧力に制御される。

【００３３】ここで、本発明の射出成形における保圧制
御方法について説明する。

【００３４】任意の成形ショットの射出保圧段階におい
て、スクリュ１の前進が開始される直前の充填初期の段
階において、ノズル先端部温度（ＴR ）、スプール部温
度（ＴS ）、金型キャビティ壁面温度（ＴW ）および金
型用冷却水温度（ＴE ）を検出する。

【００３５】ついで、予め設定された良品成形のショッ
トのノズル先端部温度（ＴRS）、金型キャビティ壁面温
度（ＴWS）および金型冷却水温度（ＴES）と、冷却水温
度係数（ｅ）とを用いて、現在の成形ショットの型内の
樹脂温度の推定値（ＴC(tnf)）を次式で推定する。

【００３６】 ＴC (tnf) ＝ＴCS(tnf) ＋（ＴRS−ＴCS(tnf) ）／（ＴRS−ＴWS）・ΔＴW ＋（ＴCS(tnf) −ＴWS）／（ＴRS−ＴWS）・ΔＴR ＋ｅ・ΔＴE ・・・・・（１） ただし、ΔＴW ＝ＴW −ＴWS ΔＴR ＝ＴR −ＴRS ΔＴE ＝ＴE −ＴES tnf は、ある基準となる良品成形のショットにおける型
内の樹脂温度（ＴCS(t) ）が材料毎に定まる流動停止温
度（Ｔnf）を迎える保圧段階における時刻であり、次式
で定義される。

【００３７】 ＴCS(tnf) ＝Ｔnf ・・・・・（２） ここで、（tnf)は、定数としてその存在が仮定できる量
であり、これを数値として求める必要は無く、（Ｔnf）
を（１）式中の（ＴCS(tnf) ）に代入するだけで（ＴC
(tnf)）を求めることができる。

【００３８】次に、予め設定された成形品重量目標値
（ＷC^*）と、（１）式で得られる（ＴC(tnf)）と、ＳＰ
ＥＮＣＥＲ＆ＧＩＬＭＯＲＥの状態方程式［Ｓｐｅｎｃ
ｅｒ，Ｒ．Ｓ．，Ｇｉｌｍｏｒｅ，Ｇ．Ｄ，：Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．２０，ｐ．５０２（１９４９）］とを用いて、成形
品重量目標値（ＷC^*）を達成するための型内の樹脂圧力
（ＰC^*(tnf) ）を次式で求める。

【００３９】 ＰC^*(tnf) ＝Ｒ′・（ＴC(tnf)＋２７３）／（ＶC ／ＷC^*−ω）−πｉ ・・・・・（３） ただし、ＶC ：設定される金型キャビティ部体積 ω，Ｒ′，πｉ：設定される材料定数 型内の樹脂圧力（ＰC(t)）と、保圧設定値（ＰL ）、金
型キャビティ壁面温度（ＴW ）、スプール部温度（ＴS
）、ノズル先端部温度（ＴR ）との関係を次式で近似
する。

【００４０】 ＰC(t)＝ａ₁ ・ＴW ＋ａ₂ ・ＴS ＋ｂ・ＴR ＋ｃ・ＰL ＋ｄ ・・・・・（４） （３）式で表わされるＰC^*(tnf) を達成するための保圧
設定値（ＰL^*）は、（４）式より、次式で求められる。

【００４１】 ＰL^*＝｛ＰC^*(tnf) −ａ₁ ・ＴW −ａ₂ ・ＴS −ｂ・ＴR −ｄ｝／ｃ ・・・・・（５） ただし、ａ₁ ，ａ₂ ，ｂ，ｃ，ｄ：設定される定数 以上によって、成形品重量目標値（ＷC^*）を達成する上
で必要な現在の成形ショットの保圧設定値（ＰL^*）が得
られる。（１）〜（４）式の計算は数十ｍｓｅｃで完了
するため、充填段階において、スクリュ１が前進を開始
する前に迅速に保圧設定値（ＰL^*）が得られる。

【００４２】次に図８と図９を用いて、以上の制御の意
味について説明する。

【００４３】図８に成形ショット間における型内の樹脂
温度変化を示す。

【００４４】図８に示すように、固定された時刻（tnf)
の型内の樹脂温度は、良品が成形されたショットにおい
てＴCS(tnf) ＝Ｔnfであるが、金型キャビティ壁面温度
（ＴW ）や、冷却水温度（ＴE ）、およびノズル先端部
温度（ＴR ）が変化すると、（ＴC ′(tnf）) 、（ＴC
″(tnf) ）のように変化する。（ＴC ′(tnf) ）、
（ＴC ″(tnf) ）は、前述したように（１）式で計算で
きる。

【００４５】図９に、成形ショット間における型内の樹
脂圧力変化を示す。

【００４６】図９に示すように、固定された時刻（tnf
）の型内の樹脂圧力は、良品が成形されたショットに
おいてＰCS(tnf) ＝Ｐnfであるが、金型キャビティ温度
（ＴW）や、スプール部温度（ＴS ）、ノズル先端部温
度（ＴR ）、および保圧（ＰL）が変化すると、（ＰC
′(tnf) ）、（ＰC ″(tnf) ）のように変化する。
（ＰC ′(tnf) ）、（ＰC ″(tnf) ）は、前述したよう
に（５）式で計算できる。目標とする成形品重量（ＷC
）が得られるために、これら型内の樹脂温度（ＴC ）
と型内の樹脂圧力（ＰC ）とが満足する関係は、（３）
式で表わされる。そこで（３）式を用いて（ＰC ）を求
め、（５）式に基づいて、保圧設定値（ＰL^*) を算出す
れば、所定の成形品重量（ＷC ）を得るための保圧制御
が可能となる。

【００４７】以上の後、保圧段階がくると、求めておい
た保圧設定値（ＰL^*）に制御される。上述の計算は、成
形品重量（ＷC ）は型内の樹脂がその流動性をほぼ消失
するあたりの固定された時刻の型内の樹脂温度と型内の
樹脂圧力によって高い精度で予測できるという事実に基
づいている。

【００４８】次に本実施例の全工程を図７を参照しつつ
説明する。

【００４９】シーケンス制御装置６から射出開始信号
（Ｓ１）が制御装置５に入力される（ステップ１０１）
と、制御演算部５ｉは、ノズル先端部温度（ＴR ）（ス
テップ１０２）、スプール部温度（ＴS ）（ステップ１
０３）、金型キャビティ壁面温度（ＴW ）（ステップ１
０４）、および金型用冷却水温度（ＴE ）（ステップ１
０５）をそれぞれ計測する。次にこれらの計測値を用い
て、（１）式と（２）式より、型内の樹脂温度（ＴC(tn
f)）（ステップ１０６）を算出する。そして、成形品重
量目標値（ＷC^*）を達成する型内の樹脂圧力（ＰC^*(tn
f) ）を（３）式より算出（ステップ１０７）し、該型
内の樹脂圧力（ＰC^*(tnf) ）を達成するのに必要な保圧
設定値（ＰL^*）を（５）式より算出（ステップ１０８）
する。

【００５０】以上の計算を完了すると、制御演算部５ｉ
は、制御開始信号（Ｓ３）と保圧設定値（ＰL^*）を切換
器５ｋに出力（ステップ１０９）し、保圧開始信号（Ｓ
２）がシーケンス制御装置６から入力されるのを待機
（ステップ１１０）する。

【００５１】この後、シーケンス制御装置６が保圧開始
信号（Ｓ２）を制御演算部５ｉおよび切換器５ｋに出力
すると、切換器５ｋは制御演算部５ｉが出力した保圧設
定値（ＰL^*）を圧力制御アンプ８に出力（ステップ１１
１）する。これと同時に、制御演算部５ｉは、制御時間
の計算（ステップ１１２）を始め、制御時間が予め設定
されたｔPLS 以上（ステップ１１３）になると、制御開
始信号（Ｓ３）をＯＦＦ状態とし、保圧設定値（ＰL^*）
の出力を終了（ステップ１１４），（ステップ１１５）
する。そうすると、切換器５ｋは、機械制御装置のアナ
ログ出力（ＡＩ）を圧力制御弁アンプ８に出力するよう
に切換えて、制御演算部５ｉで求めた保圧設定値（Ｐ
L^*）による制御を終了する。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、以下に記載するような効果を奏する。

【００５３】温度変化に起因する成形品品質の変動を解
消し、高い寸法精度の成形品を安定して生産できる。

【００５４】また、型内に樹脂圧力センサおよび樹脂温
度センサを取付ける必要が無い簡単な構成であり、しか
も、成形品の肉厚やゲート状に左右されない高い制御性
と適用性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す説明図である。

【図２】ノズル部の温度センサ取付の断面図を示す。

【図３】ノズル部の温度センサ取付の正面図を示す。

【図４】スプール部の温度センサ取付の断面図を示す。

【図５】スプール部の温度センサ取付の正面図を示す。

【図６】金型キャビティ壁面部の温度センサ、および金
型冷却水の温度センサ取付の金型断面図を示す。

【図７】本実施例の工程を示すフローチャートである。

【図８】成形ショット間における型内の樹脂温度変化を
示すグラフである。

【図９】成形ショット間における型内の樹脂圧力変化を
示すグラフである。

【符号の説明】

１ スクリュ ２ ノズル ２ａ ノズル樹脂流路 ２ｂ ノズル先端部 ３ 金型 ３ａ 固定側金型 ３ｂ 可動側金型 ３ｃ スプール部 ３ｄ スプール流路 ３ｅ キャビティ ３ｆ 冷却水配管（可動側） ３ｇ 冷却水配管（固定側） ４ａ〜４ｄ 温度センサ ５ａ〜５ｄ 増幅器 ５ｅ〜５ｈ Ａ／Ｄ変換器 ５ｉ 制御演算部 ５ｊ 設定モニタ部 ５ｋ 切換器 ６ シーケンス制御装置 ７ 機械制御装置 ８ 圧力制御弁アンプ ９ 圧力制御弁 １０ 加熱シリンダ １１ 油圧シリンダ １２ ノズル用ヒータ １３ ノズル温度制御用熱電対 １４ 温度センサ取付金具 １５ ロケートリング

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出成形機の加熱シリンダ内の溶融樹脂
   をスクリュの前進によりノズルおよび金型内の樹脂流路
   を介してキャビティに充填する充填段階と、前記溶融樹
   脂を前記キャビティに充填した後、該溶融樹脂が前記キ
   ャビティ内で冷却固化されるにつれて収縮するのを補う
   ため、前記スクリュを押圧して前記溶融樹脂を補充する
   保圧段階とを有する射出成形において、 充填段階の初期にスクリュが前進を開始する直前の時点
   において、ノズル先端部温度（ＴR ）、スプール部温度
   （ＴS ）、金型キャビティ壁面温度（ＴW ）、および金
   型用冷却水温度（ＴE ）を計測し、これらの計測値（Ｔ
   R ，ＴS ，ＴW，ＴE ）に基づいて、後続する保圧段階
   において成形品重量がほぼ確定するとみなせる時刻(tn
   f) の型内の樹脂温度の推定値（ＴC(tnf)）を推定し、
   次に、予め設定された成形品重量目標値（ＷC^*）を達成
   するのに必要な前記時刻(tnf) の型内の樹脂圧力（ＰC^*
   (tnf) ）を前記型内の樹脂温度の推定値（ＴC(tnf)）か
   ら求め、さらに、前記型内の樹脂圧力（ＰC^*(tnf) ）を
   達成するのに必要な保圧設定値（ＰL^*）を前記型内の樹
   脂圧力（ＰC^*(tnf) ）および前記各計測値（ＴR ，ＴS
   ，ＴW ，ＴE ）とから求め、次に、前記保圧段階に入
   ると、予め充填段階に求めておいた前記保圧設定値（Ｐ
   L^*）に基づいて保圧力を制御することを特徴とする射出
   成形における保圧制御方法。
2. 【請求項２】 保圧段階における型内の樹脂温度（ＴC
   (t)）を、次式で推定する請求項１記載の射出成形にお
   ける保圧制御方法。 ＴC(ｔ）＝ＴCS(t) ＋（ＴRS−ＴCS(t) ）／（ＴRS−ＴWS）・ΔＴW ＋（ＴCS(t) −ＴWS）／（ＴRS−ＴWS）・ΔＴR ＋ｅ・ΔＴE ただし、 ＴCS(t) ：良品が成形された時のショットにおける時刻
   ｔの型内の樹脂温度 ＴC(t)：任意のショットの時刻ｔの型内の樹脂温度 ＴRS：良品が成形されたショットのノズル先端部温度 ＴR ：任意のショットのノズル先端部温度 ＴWS：良品が成形されたショットの金型キャビティ壁面
   温度 ＴW ：任意のショットの金型キャビティ壁面温度 ＴES：良品が成形されたショットの冷却水温度 ＴE ：任意のショットの冷却水温度 ｅ：設定される冷却水温度係数 ΔＴW ＝ＴW −ＴWS ΔＴR ＝ＴR −ＴRS ΔＴE ＝ＴE −ＴES
3. 【請求項３】 保圧段階における型内の樹脂圧力（ＰC
   (t)）を次式で推定する請求項１記載の射出成形におけ
   る保圧制御方法。 ＰC(t)＝ａ₁ ・ＴW ＋ａ₂ ・ＴS ＋ｂ・ＴR ＋ｃ・ＰL
   ＋ｄ ただし、 ＰC(t)：任意のショットにおける時刻ｔの型内の樹脂圧
   力 ＰL ：任意のショットにおける保圧設定値 ａ₁ ，ａ₂ ，ｂ，ｃ，ｄ：設定される定数
4. 【請求項４】 成形品重量（ＷC ）を次式の状態方程式
   で推定する請求項１記載の射出成形における保圧制御方
   法。 ＶC ／ＷC ＝ω＋｛Ｒ′・（ＴC(t)＋２７３）｝／（Ｐ
   C(t)＋πｉ） ただし、 ＶC ：金型のキャビティ部体積 ω，Ｒ′πｉ：設定される材料定数 ＷC ：型内の樹脂圧力（ＰC(t)）、型内の樹脂温度（Ｔ
   C(t)）のショットにおける成形品重量。
5. 【請求項５】 型内の樹脂圧力（ＰC(t)）および型内の
   樹脂温度（ＴC(t)）を評価する保圧段階における時刻(t
   nf) を次のようにして求める請求項１記載の射出成形に
   おける保圧制御方法。 ＴCS(tnf) ＝Ｔnf ただし、 Ｔnf：材料によって定まる流動停止温度 すなわち、tnf とは、良品が成形された基準となる成形
   ショットにおける型内の樹脂温度ＴCS(t) が、流動停止
   温度Ｔnfに達する時刻である。
6. 【請求項６】 加熱シリンダと、その内部に配設された
   スクリュと、該スクリュを軸方向へ往復移動および回転
   させるスクリュ駆動手段とを備えた射出装置と、金型を
   型締めする型締装置とを備えた射出成形機において、ノ
   ズル先端部温度（ＴR ）を計測するための温度センサ
   と、スプール部温度（ＴS ）を計測するための温度セン
   サと、金型キャビティ壁面温度（ＴW ）を計測するため
   の温度センサと、金型用冷却水温度（ＴE ）を計測する
   ための温度センサと、これらの各計測値を基にして、目
   標とする成形品重量目標値（ＷC^*）を得るのに必要な保
   圧設定値（ＰL^*）を算出する制御演算部と、該保圧設定
   値（ＰL^*）を圧力制御弁アンプに出力するための切換器
   と、該保圧設定値（ＰL^*）の算出に必要な設定値および
   計測値のモニタを行うための設定モニタ部とを有するこ
   とを特徴とする射出成形における保圧制御装置。