JPH07100891A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 型締等の制御に必要な距離センサを金型に取
付けずに済むようにした射出成形機を提供すること。 【構成】 固定金型を有する固定プラテン及び可動金型
を有する可動プラテンに、前記固定金型と前記可動金型
とのパーティング面間の距離を含むプラテン間距離を検
出するための距離センサ２８を設ける。マイクロプロセ
シングユニット４３は、該距離センサからの検出信号に
もとづいて射出あるいは型締の制御を行う。 【効果】 金型交換の作業性を向上させることができる
だけでなく、金型の構造を単純にすることができ、しか
も金型にかかるコストを低減化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は射出成形機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、樹脂製品の射出成形は、樹脂の
可塑化→充填→保圧→冷却という工程で行われる。良品
質の成形品を得るためには、固定金型と可動金型とから
成る金型の温度や金型内樹脂温度、射出圧力等の制御に
加えて、金型に対する型締力や、型開量、すなわち金型
のパーティング面間の距離の制御や、充填工程から保圧
工程への切換え、すなわちＶ−Ｐ切換えのタイミング設
定が重要である。

【０００３】型開量について言えば、射出工程中に金型
内の樹脂圧力に応じた固定金型と可動金型のパーティン
グ面間の距離を型開量として検出し、検出された型開量
を、射出あるいは型締の制御や、成形品の良否判別に用
いている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、型開量検出
のためのセンサは、従来、固定金型と可動金型に取り付
けられている。そのため、固定金型と可動金型のそれぞ
れにセンサ取付けのための特殊な加工が必要である。仮
りに、金型への特殊な加工無しでセンサが取付け可能で
あっても、金型交換の際にはセンサの取外し、取付け等
の作業が必要であり、汎用性、作業性の点で問題があっ
た。

【０００５】このような問題点に鑑み、本発明の課題
は、型締等の制御に必要な距離センサを金型に取付けず
に済むようにした射出成形機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、固定プラテン
に取付けた固定金型と、可動プラテンに取付けた可動金
型と、前記可動プラテンを駆動する駆動機構を制御して
前記固定金型と前記可動金型との開閉を行うと共に、型
締を行う制御部とを有する射出成形機において、前記固
定プラテン及び前記可動プラテンに、前記固定金型と前
記可動金型とのパーティング面間の距離を含むプラテン
間距離を検出するための距離センサを設け、前記制御部
は、該距離センサからの検出信号にもとづいて射出ある
いは型締の制御を行うようにしたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、距離センサの構成要素を固定
プラテンと可動プラテンに設けるので、金型交換に際し
て距離センサを取り換える必要は無い。しかも、本発明
における距離センサは、固定金型と可動金型のパーティ
ング面間の距離、すなわち型開量だけでなく、金型の膨
張、収縮をも含む距離の変化を検出できるので、型開量
の検出値を使用して金型の開閉や型締を行うものに比べ
て良好な成形制御を行うことができる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明が適用された射出成形機のうち射出
装置、型締装置の概略構成を示している。射出装置にお
いては、ホッパ１１より投入された樹脂を加熱シリンダ
１２内で溶融しながらスクリュ１３で計量、混練し、溶
融樹脂をスクリュ１３の前方に貯留する。貯留された樹
脂は、射出シリンダ１４とピストン１５より成る油圧シ
リンダ機構によりスクリュ１３を前方、すなわち金型側
へ移動させることによりノズル１６を通して固定金型１
７と可動金型１８とで形成されたキャビティ内に充填さ
れる。なお、射出シリンダ１４には充填、保圧工程に応
じて流出入部１４−１を通して流量あるいは圧力を制御
された駆動油が出入りする。

【０００９】一方、型締装置は、図示しないフレームに
固定され、固定金型１７を有する固定プラテン２１に対
してリアプラテン２２が４本のタイバー２３（図では２
本のみ図示）を介して固定支持されている。リアプラテ
ン２２に固定された油圧シリンダ２４中には油圧ピスト
ン２５が配設され、この油圧ピストン２５には可動金型
１８を固定された可動プラテン２６が連結されている。
可動プラテン２６は油圧ピストン２５の運動に伴ってタ
イバー２３上をスライド可能に構成されている。すなわ
ち、可動プラテン２６は、図示しない圧力制御弁を通し
て油圧シリンダ２４の流出入部２４−１から駆動油を注
入すると型閉方向に移動し、流出入部２４−２から駆動
油を注入すると型開方向に移動する。

【００１０】油圧シリンダ２４には油圧検出用の圧力セ
ンサ２７が設けられており、金型を閉とした状態で流出
入部２４−１側の油圧シリンダ内の油圧力を型締力とし
て検出するための圧力センサ２７の検出値にもとづいて
調整することにより型締力を制御できる。また、固定プ
ラテン２１と可動プラテン２６には、プラテン間距離Ｌ
を検出するための距離センサ２８が設けられ、固定金型
１７と可動金型１８の各パーティング面間の微妙な開き
量を測定できるようにしている。なお、ここで言うプラ
テン間距離とは、上記パーティング面間の距離、いわゆ
る型開量を含む金型厚又は部分的金型厚を意味するが、
その挙動は型開量の挙動とほぼ同じである。

【００１１】図２、図３はそれぞれ、レーザ方式、うず
電流方式の距離センサの例を示す。図２に示すレーザ方
式の距離センサは、固定プラテン２１に設けたレーザ送
受光用のレーザヘッド２８−１と可動プラテン２６に設
けたレーザ反射用のリフレクタ２８−２とから成り、レ
ーザヘッド２８−１から後述する制御部へプラテン間距
離の検出信号が送出される。このようなレーザ方式によ
るものは、測定スパンが長く、最大型開量まで測定可能
であり、レーザヘッド２８−１、リフレクタ２８−２が
それぞれ固定金型１７、可動金型１８ではなく、固定プ
ラテン２１、可動プラテン２６に設置されているので、
金型を交換した時でも距離センサの調整は不要である。

【００１２】一方、うず電流方式のように測定スパンが
短かいものであっても、センサ部３１をストローク可変
の取付け台３０に取り付ければ、金型を交換した場合に
は、金型を閉じた状態でセンサ部３１が測定スパン内に
あるように調節するだけで良い。

【００１３】いずれの方式にしても、センサを金型に直
接取り付ける方式に比べて、金型をセンサ設置のために
特別な構造にする必要が無く、センサを取り付ける構造
を持たない既存の金型でもそのまま使用できるので、金
型交換の作業性が向上し、金型のコストも安くできる。

【００１４】図４は本発明を適用した射出成形機の制御
を実行するために必要な制御系の構成を示す。この制御
系は、プラテン間距離、型締力等を入力するための設定
器４１からの設定信号、圧力センサ２７からの圧力検出
信号、距離センサ２８からのプラテン間距離検出信号等
にもとづいて射出成形機のシーケンス処理や関数パター
ン発生、油圧シリンダ２４用の圧力制御弁４２への指令
値出力等を行うマイクロプロセシングユニット４３、プ
ラテン間距離、型締力等のデータを記憶するためのメモ
リ４４等を有する。

【００１５】図５、図６は図４に示した制御系で実行さ
れる型閉から保圧完了までの制御動作の流れを示すフロ
ーチャート図であり、その間のプラテン間距離Ｌ、型締
力Ｐ、射出速度及び圧力の変化を示す図７をも参照して
制御動作を説明する。

【００１６】ステップＳ１では、成形を開始する前の型
閉動作を行う。

【００１７】ステップＳ２では、従来行なわれているよ
うに型閉動作を行い、可動プラテン２６の位置の測定、
あるいは圧力センサ２７の検出信号より金型が閉じられ
たことを判断する。この時、固定金型１７、可動金型１
８同士は、これらを閉じるために必要な最低の型締力Ｐ
₁ しか受けていない。

【００１８】ステップＳ３では、金型が閉じられた時の
プラテン間距離Ｌをマイクロプロセシングユニット４３
が初期プラテン間距離Ｌ_O としてメモリ４４に記憶す
る。

【００１９】ステップＳ４では樹脂の充填を開始する。
充填が始まると、ステップＳ５では、マイクロプロセシ
ングユニット４３が初期プラテン間距離Ｌ_O を目標値と
してこれを維持するように、距離センサ２８で検出され
るプラテン間距離Ｌに応じて圧力制御弁４２を制御し、
これに応じて型締力Ｐが変化する。このように、型締力
Ｐを変化させてプラテン間距離を初期プラテン間距離Ｌ
_O を維持しながら充填を行うと、金型は閉じるために必
要な最低の型締力しか受けていないので、金型内に残留
していた空気、樹脂により発生するガスが排出され易く
なり、しかも初期プラテン間距離Ｌ_O を目標値としてい
るため、樹脂の充填圧力を受けても固定金型１７、可動
金型１８のパーティング面間が開くことは無く、バリの
発生は無い。このように充填圧力に応じて型締力Ｐを適
宜変化させると、可動金型１８は固定金型１７に対し
て、いわばソフトタッチの状態で押し付けられることと
なり、金型から空気、ガスを排出し易くしながら、しか
もバリの発生を防止することができるという効果が得ら
れる。

【００２０】ステップＳ６では、マイクロプロセシング
ユニット４３は圧力センサ２７で検出される型締力Ｐの
微分値ΔＰを監視し、微分値ΔＰが所定値ΔＰ₁ を越え
たかどうかの判定動作を行う。これは、充填が進んで金
型内に樹脂が充満し始めることにより金型が開こうと
し、これに対してマイクロプロセシングユニット４３は
初期プラテン間距離Ｌ_O を保持するために圧力制御弁４
２への指令値を増加させて型締力Ｐを増加させるからで
ある。

【００２１】図８は、型締力Ｐとその微分値ΔＰの挙動
を示し、ここでは微分値ΔＰが所定値ΔＰ₁ を越えた時
点でステップＳ７に移行してＶ−Ｐ切換え、すなわち充
填工程から保圧工程への切換えを行う。このような判定
動作によれば、金型内への樹脂の充満を正確にとらえる
ことができ、しかも従来のようなタイマ等による特別な
設定無しで理想的なＶ−Ｐ切換えを行うことができる。
なお、この型締力の微分値ΔＰによるＶ−Ｐ切換えタイ
ミングの判断は、図８から明らかなように、微分値ΔＰ
の増加が止まって一定値に達したことをもって行うよう
にしても良い。また、上記判定動作に型締力Ｐそのもの
ではなく微分値ΔＰを用いるのは、射出条件が変わった
場合には、型締力Ｐの値が変化するので上記のような判
定は難しいのに対し、微分値ΔＰを用いると、射出条件
にかかわりなくその挙動は必ず図８（ｂ）に示すように
なり、上記判断が可能であることによる。

【００２２】次に、充填工程から保圧工程への切換えが
行われると、ステップＳ８ではマイクロプロセシングユ
ニット４３は切換え時点での型締力Ｐ₂ をメモリ４４に
記憶する。続いて、ステップＳ９では、マイクロプロセ
シングユニット４３は記憶された型締力Ｐ₂ を目標値と
して圧力制御弁４２を制御することにより、型締力Ｐを
目標値Ｐ₂ に維持する動作を行う。この状態では、金型
内に樹脂がほぼ充満しているが、保圧動作によって金型
内には更に樹脂が充填されるため、金型内の圧力が増加
して金型は開こうとする。これに対して型締力を目標値
Ｐ₂ に維持することにより、図７に示すように意図的に
金型を開かせ、金型内に充填される樹脂の流動の急激な
変化を緩和して、成形品への歪み等の悪影響を防ぐ、い
わばクッション効果が得られる。

【００２３】ステップＳ１０では、上記の理由により金
型が開こうとしてプラテン間距離Ｌが増加する。マイク
ロプロセシングユニット４３は、プラテン間距離Ｌがあ
らかじめ設定されたプラテン間距離の制限を開始すべき
制限開始プラテン間距離Ｌ_Sと一致するかどうかの判定
動作を行い、一致するとステップＳ１１に移行する。

【００２４】ステップＳ１１では、マイクロプロセシン
グユニット４３は、制限開始プラテン間距離Ｌ_S からあ
らかじめ定められた制限終了プラテン間距離Ｌ_E までそ
の形状が滑らかな関数パターンＬ_P を発生する。そし
て、この関数パターンＬ_P で規定される値を目標値とし
てプラテン間距離Ｌが関数パターンＬ_P に追従するよう
に圧力制御弁４２を制御して型締力Ｐを調整する。

【００２５】関数パターンＬ_P としては、図９に実線で
示すようにＬ_E ＞Ｌ_S とする場合には例えば一次遅れ関
数とし、破線で示すようにＬ_E ＜Ｌ_S とする場合には例
えば指数関数とする。このように、ステップＳ１１では
バリが発生しない最大のプラテン間距離を制限すること
が設定により可能であるので、バリの発生防止を実現で
きる。また、滑らかな変化のパターンで金型内の樹脂流
動の急激な変化を抑制しながらプラテン間距離を制御す
るため、金型内のゲート近傍領域とゲートから離れた遠
方領域の圧力差を小さくし、ヒケ、ソリ等の不良発生を
防止することができる。

【００２６】更には、制限開始プラテン間距離Ｌ_S 、制
限終了プラテン間距離Ｌ_E 、関数パターンＬ_P を規定す
る時定数Ｔ₁ の設定次第で関数パターンＬ_P の形状を任
意に変更することができるので、成形品の肉厚、樹脂の
種類（粘度、温度特性、固化速度等）に応じてオペレー
タが最適な条件を設定することができる。例えば、樹脂
は圧縮性を持っているので、成形品の肉厚が厚い場合、
プラテン間距離Ｌが制限開始プラテン間距離Ｌ_S に達し
た後も樹脂は充填されているため、Ｌ_E ＞Ｌ_Sとして金
型を徐々に開かせる方法をとることができる。逆に、肉
厚が薄いものに対しては、プラテン間距離Ｌが制限開始
プラテン間距離Ｌ_S に達した後の充填は少ないので、Ｌ
_E ＜Ｌ_S として金型を徐々に閉じる方法をとることがで
きる。

【００２７】なお、ΔＬ＝Ｌ_S −Ｌ_E 、時定数Ｔ₁ の設
定値を複数種類だけ固定値として設定してメモリ４４に
記憶しておき、オペレータは制限開始プラテン間距離Ｌ
_S を設定すると共に、これらの値の中から最適な値を選
択して最適パターンを選定できるようにしても良い。

【００２８】ステップＳ１２では、マイクロプロセシン
グユニット４３が関数パターンＬ_Pで規定された値が制
限終了プラテン間距離Ｌ_E に一致するかどうかの判定動
作を行い、一致すると関数パターンＬ_P の発生を終了し
てステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、マ
イクロプロセシングユニット４３は関数パターンＬ_Pの
発生終了時点の型締力Ｐ₃ を測定してメモリ４４に記憶
する。ステップＳ１４では、マイクロプロセシングユニ
ット４３が型締力Ｐ₃ を目標値として圧力制御弁４２を
制御することにより、型締力をＰ₃ に維持する制御動作
を実行する。

【００２９】ステップＳ１５では、保圧が進むにつれて
金型のゲートシール化が進むので金型内への樹脂の充填
は少なくなり、加えて金型内の樹脂の冷却、固化による
収縮作用によりプラテン間距離Ｌは減少する。その間、
マイクロプロセシングユニット４３は、プラテン間距離
Ｌの２回微分値ｄ² Ｌ／ｄｔ² を監視してプラテン間距
離Ｌの変化の変曲点、すなわちプラテン間距離Ｌの微分
値ΔＬの最小値を検出し、検出した時点でステップＳ１
６に進んで型締力を上げて射出圧縮を開始する。なお、
変曲点検出の原理は、図１０に示すように、プラテン間
距離Ｌの２回微分値ｄ² Ｌ／ｄｔ² が０となることで判
断できる。

【００３０】ところで、最適な射出圧縮開始のタイミン
グについて言えば、そもそも射出圧縮の目的は、成形品
の樹脂の収縮を型締側で補うことにある。この場合、圧
縮のタイミングが早過ぎると樹脂の温度が高く、金型の
ゲートからノズル側への逆流が発生したり、金型内の樹
脂が移動することによってヒケが発生するなどして圧縮
効果を期待できない。一方、圧縮のタイミングが遅過ぎ
ると、金型内の成形品の表面で固化が進むため全体に均
一な圧力を加えることができない。すなわち、圧縮力が
低い時は固化が進んでいない箇所には圧縮力を伝達する
ことができず、圧縮力が高い時には固化が進んでいる箇
所に圧力がかかりすぎて歪みを生ずる。

【００３１】これに対し、本発明者は、最適な射出圧縮
は、樹脂の収縮が最も進むポイントで開始することが成
形品の内部応力、転写性、形状等に最も効果のあること
を発見した。ステップＳ１５においてプラテン間距離Ｌ
の減少度の最も大きいポイント、すなわち変曲点は、保
圧工程中最も樹脂の収縮が進んでいるタイミングでもあ
る。このことから、変曲点検出方式によれば最適な射出
圧縮開始のタイミングを自動的に見出すことができる。

【００３２】ステップＳ１６では、マイクロプロセシン
グユニット４３が現在の型締力Ｐ₃からあらかじめ設定
された最大型締力Ｐ_M までを目標とした一次遅れ関数パ
ターンＰ_P を発生し、型締力がこのパターンＰ_P に追従
するように圧力制御弁４２を制御する。このパターンＰ
_P も、前述した関数パターンＬ_P と同様に、これを規定
している時定数Ｔ₂ をオペレータが変更することで任意
に設定することができるし、時定数Ｔ₂ の設定値を複数
個固定値としてメモリ４４に記憶させておき、オペレー
タが樹脂の固化速度、成形品の形状等に応じて最適なパ
ターンとなるように選定できるようにしても良い。ある
いは、このパターンＰ_P は、マイクロプロセシングユニ
ット４３の処理能力次第では、もっと単純な関数、例え
ば一次関数でも良い。

【００３３】ステップＳ１７では、マイクロプロセシン
グユニット４３は、関数パターンＰ_P で規定された型締
力が最大型締力Ｐ_M と一致するかどうかを監視し、一致
するとステップＳ１８に移行して保圧工程を完了する。
これは、ステップＳ１５における変曲点前後から金型内
の樹脂の冷却、固化が進み、関数パターンＰ_P による型
締力が最大型締力Ｐ_M と一致する時点では、金型のゲー
トは既にシールされて保圧をかける必要はなくなるから
である。よって、このタイミングをもって保圧完了の条
件とすることができる。

【００３４】以上で１回の成形サイクルが終了する。

【００３５】なお、本例では油圧式成形機の例を示して
いるが、本発明はディスク成形機や電動式成形機にも応
用可能であり、電動式の場合には制御すべき因子を、圧
力だけでなく、圧力を電流やトルクに対応させることで
制御可能であることは言うまでも無い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、距離センサを、金型ではなく固定プラテン、可動プ
ラテンに設置したことにより、金型交換の作業性を向上
させることができるだけでなく、金型の構造を単純にす
ることができ、しかも金型にかかるコストを低減化でき
る。更に、既存の金型も特別な改造無しでそのまま使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された射出成形機のうち射出装
置、型締装置の概略構成を示した図である。

【図２】本発明による距離センサの一例を説明するため
の図である。

【図３】本発明による距離センサの他の例を説明するた
めの図である。

【図４】本発明で使用される制御系の概略構成を示した
ブロック図である。

【図５】本発明による射出成形機の制御動作の前半部分
を説明するためのフローチャート図である。

【図６】本発明による射出成形機の制御動作の後半部分
を説明するためのフローチャート図である。

【図７】本発明による射出成形機の制御動作の過程にお
けるプラテン間距離、型締力、射出速度・圧力の変化を
示した図である。

【図８】図７に示されたＶ−Ｐ切換えのタイミングを説
明するために型締力とその微分値の変化を示した図であ
る。

【図９】本発明を適用した射出成形機において発生され
るプラテン間距離規定のための関数パターンの例を示し
た図である。

【図１０】本発明の射出成形機の制御過程においてプラ
テン間距離の変化の変曲点を検出する原理を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１１ ホッパ １２ 加熱シリンダ １３ スクリュ １４ 射出シリンダ １５ ピストン １６ ノズル １７ 固定金型 １８ 可動金型 ２１ 固定プラテン ２２ リアプラテン ２３ タイバー ２４ 油圧シリンダ ２５ 油圧ピストン ２６ 可動プラテン ２７ 圧力センサ ２８ 距離センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定プラテンに取付けた固定金型と、可
   動プラテンに取付けた可動金型と、前記可動プラテンを
   駆動する駆動機構を制御して前記固定金型と前記可動金
   型との開閉を行うと共に、型締を行う制御部とを有する
   射出成形機において、前記固定プラテン及び前記可動プ
   ラテンに、前記固定金型と前記可動金型とのパーティン
   グ面間の距離を含むプラテン間距離を検出するための距
   離センサを設け、前記制御部は、該距離センサからの検
   出信号にもとづいて射出あるいは型締の制御を行うよう
   にしたことを特徴とする射出成形機。