JPH0813486B2 - 射出成形機の型締力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、射出成形機に関するもので、その型締装
置の型締力を充填圧力や保圧力、すなわち射出プランジ
ャ（インラインスクリュー式の射出成形機ではスクリュ
ー、以下同じ。）の前進中の樹脂圧力や充填後の樹脂圧
力の大きさに対応させて制御する装置に関するものであ
る。

《従来の技術》 射出成形機の型締装置の型締力を制御する最も簡単な
方法は、充填工程および保圧工程を通じての最大樹脂圧
力に金型キャビティの投影面積を乗じた値より若干大き
な型締力で、成形開始から終了までの間金型を締結する
というものである。

この方法では、たとえ射出時になんらかの異常が発生
してピーク圧が作用しても金型が開かない（オーバーパ
ックしない）ような高めの圧力で金型を締決したあと射
出工程に入る。このとき、溶融樹脂が急速に金型のキャ
ビティに充填され、これによって金型内の空気が断熱圧
縮されて高温となり、樹脂焼けを生ずることがある。そ
こでこれを避けるために、金型のパーティング面に沿っ
てエアーベントを設け、金型内の空気を逃がすようにし
ている。

しかしエアーベント加工は、その溝幅、溝深さに微妙
なノウハウがあり、金型の設計製作を面倒にする。また
金型のキャビティにピーク圧が作用するのはほんの瞬間
であるにも係わらず、成形工程の初めから終わりまで金
型が大きな力で締結されているので、金型に歪が生じた
り過大な型締力によって金型のパーティング面に応力腐
食割れが生ずる等、金型の損傷を早めることとなり、ま
た高い油圧力を保持するためのエネルギーの無駄も生ず
る。

そこでこれを避けるために、型締シリンダの油圧室と
射出シリンダの油圧室とを連通し、型締力を射出圧に比
例させるようにした型締装置が提唱されている。

《発明が解決しようとする課題》 しかし型締シリンダの油圧室と射出シリンダの油圧室
を連通させた構造では、型締シリンダと射出シリンダの
それぞれのピストン径は機械の能力によって決まる定数
値となるから、型締シリンダが発生する型締力は、射出
シリンダの圧力すなわちこれによって決まる樹脂充填圧
に比例した力であって、金型のキャビティの投影面積に
は全く関係しない。従ってキャビティの投影面積が小さ
いときには、型締力が過大となり、上述したピーク圧に
備えて型締するものと同様な問題を生ずるし、キャビテ
ィの投影面積が大きいときには、型締側だけに油圧源の
最大油圧力をかけることができないので、型締力が不足
してオーバーパックが生じやすい。従ってこの構造は、
金型のキャビティの投影面積がある一定の範囲にあると
きにのみ有効であるに過ぎない。またこのような構造の
型締装置は、余分な配管が必要になるという欠点もあ
る。

そこでこの発明では、金型のキャビティに作用する樹
脂圧力（充填圧力および保圧力）にキャビティの投影面
積を乗じた力にほぼ比例する型締力を発生させる型締力
制御方法を得ることにより、金型のキャビティの大小や
射出圧の変動に比例して金型を最適な力で締結し、従っ
て金型の損傷やオーバーパックの問題を生じない射出成
形機を得ることを目的としている。

《課題を解決するための手段》 この発明の型締力制御方法は、射出シリンダ１の油圧
力Piを検出する圧力検出手段19と、型締シリンダ７に供
給される油圧力Pcを制御する圧力制御器12と、圧力検出
手段19の検出圧力Piと金型キャビティ５の投影面積Smと
に比例した圧力指令値Ｑを算出する演算手段24と、この
圧力指令値Ｑに応じて上記圧力制御器12を制御するドラ
イバ17とを備えた射出成形機の型締力制御方法におい
て、 前記演算手段24は、射出シリンダの面積をSi、射出プ
ランジャの面積をSp、型締シリンダの面積をScとして、 Ｃ＝Si/SpSc で与えられる比例定数Ｃを用い、金型キャビティ５の投
影面積Smと圧力検出手段19の検出圧力Piが入力されたと
きに、前記圧力指令値Ｑを Ｑ＝CSmPi として算出することを特徴とするものである。

この場合において、上記方法で算出した圧力指令値Ｑ
に１より大なる補正係数αを乗じて圧力制御器12を制御
することが可能である。

上記圧力制御器12は、たとえば比例電磁式リリーフ弁
あるいは比例電磁式減圧弁とすることができる。さらに
は例えば可変容量形ポンプに比例電磁式圧力制御弁を搭
載したものとすることもできる。

いずれにしても型締側の油圧源14は、射出側の圧力Pi
の変動に影響を受けるものであっては制御に支障をきた
す。換言すれば、減圧弁を使用した回路であっても、射
出側の圧力Piが異常に小さくならずかつ油量が過大に消
費されなければ、射出側の油圧源13の吐出圧Pioは下が
らないので、射出側と同一の油圧源で型締側の油圧力Pc
を供給することもできる。

このような圧力制御器12に与えられる圧力指令値Ｑ
は、圧力制御器12の二次側圧力Pcの大きさを決定する値
である。そして上記比例定数Ｃの値は射出成形機毎に決
まる定数であり、キャビティの投影面積Smは金型によっ
て決まる定数値であるから、射出成形機に金型を装着し
たときに、PiからＱを算出するための比例定数SmCは一
義的に定まる。メモリ25にはこの比例定数あるいはこれ
を算出するためのパラメータを入力し記憶させる。

射出シリンダ１の圧力Piは、金型内への樹脂充填時に
はノズル３やスプール６やキャビティ５等の樹脂の流路
抵抗によって定まる圧力であり、保圧時には設定された
保圧力である。

金型内の樹脂圧は充填工程が完了したときにピーク圧
を生ずることがある。このピーク圧には樹脂やプランジ
ャの慣性に起因する圧力上昇分が含まれている。このピ
ーク圧により金型のパーティング面が開いてオーバーパ
ックして製品にバリが発生することがある。そこでこの
ような過大圧力に対する安全率を見込んで、上記Ｑの値
に１より大なる補正係数αを乗じて、圧力制御器12を制
御することもできる。

射出時の金型キャビティの内圧は射出シリンダの内圧
より常に低く、キャビティの内圧の方に時間遅れが生ず
る。従って射出側の圧力Piを検出してから圧力制御器12
を制御するまでの間に多少時間遅れがあっても、それに
よってオーバーパックが起こる可能性は少なく、補正係
数αを乗じない制御でも通常は問題が生じない。

射出側に設定された充填圧や保圧力の最大値PimaxをP
iとして演算されたQmaxを型締側の油圧源14の吐出圧Pco
で除した値kmaxを圧力変換率と呼ぶと、 kmax＝Qmax/Pco＝CSmPimax/Pco である。上式にＣ＝Si/SpScを代入すると kmax＝SiSmPimax/SpScPco となる。

従ってこの圧力変換率kmaxが１以上となるときは、射
出側の圧力がPimaxとなったときには型締シリンダ７に
油圧源14の吐出圧Pcoが供給されても型締力が不足する
ことを意味する。上記Ｑの値の演算手段24を備えた装置
では、Qmaxの値からkmaxの値を容易に算出することがで
きるので、算出されたkmaxの値が１以上であるときに警
報を発するようにすることも容易であり、これによって
過大な金型が装着されたり、過大な充填圧や保圧力が設
定されるのを防止できる。

Ｑの値に補正係数αを乗じて圧力制御器12を制御する
ときは、このkmaxの値にも補正係数αを乗じて上記の警
報を発するようにすれば、一貫した安全率のもとで制御
を行うことができる。

《作用》 上記方法により型締シリンダ７に与えられる油圧力Pc
を制御することにより、金型の締結力は、キャビティの
投影面積Smと射出シリンダ１の油圧力Piとの積に比例す
ることとなり、射出シリンダ１の圧力が同じであって
も、キャビティの投影面積Smが大きなときには大きな型
締力が得られ、キャビティが小さくなれば型締力も小さ
くなるので、金型を開こうとする力の大小に比例した締
結力で金型を締結することができ、型締力が過大である
ことに起因するエネルギーロスの問題や、金型の損傷の
問題および型締力が小さすぎることに起因するオーバー
パックの問題のいずれをも防止した射出成形機を得るこ
とができる。

そして上記補正値αを適切に設定することおよび圧力
変換率kmaxの値で成形条件を予めチェックすることによ
り、ピーク圧や設定ミスに対しても安全な射出成形機を
得ることができる。

《実施例》 次に図面に示す実施例について説明する。第１図にお
いて、１は射出シリンダ、２は射出プランジャ、３はノ
ズル、４は金型、５は金型のキャビティ、６はスプー
ル、７は型締シリンダ、８は射出シリンダ側の方向切換
弁、９は型締シリンダ側の方向切換弁、10は充填時の射
出プランジャ２の速度を制御する流量制御弁、11は充填
時に射出シリンダ１に与える油圧力の上限値Piuと保圧
力Pipを設定するための圧力制御弁、12は型締力を制御
する圧力制御弁、13は射出側の油圧源、14は型締側の油
圧源、15は制御器、16および17は圧力制御弁11および12
のドライバ、18は流量制御弁10のドライバ、19は射出シ
リンダ１の油圧力を検出する圧力変換器、20はインタフ
ェース回路、21はキーボード等の入力装置、22はCRT等
の表示装置である。

制御装置15は、CPU23と、型締シリンダ７に与える油
圧力を計算する演算プログラムを記憶したメモリ24と、
データメモリ25を備えている。データメモリ25には、射
出シリンダ１の面積Si、射出プランジャ２の面積Sp、型
締シリンダ７の面積Sc、油圧源14の吐出圧Pcoなどが予
め一定値として設定されている。また成形作業を行うと
きに、型締装置に取り付けた金型のキャビティ５の投影
面積Sm、充填時の射出プランジャの位置の関数として与
えられる充填速度Ｖと充填圧力の許容上限値Piu、保圧
時の保圧力Pipおよび後述する補正係数αなどが入力装
置21から入力されて記憶される。

CPU23は、入力装置21から入力されてデータメモリ25
に記憶されている成形条件（充填速度Ｖや保圧力Pip）
に基いて流量制御弁ドライバ18および圧力制御弁ドライ
バ16に制御信号を送り、成形時の射出速度および射出圧
力を制御する。

一般的には、充填時には充填速度Ｖを射出プランジャ
の位置の関数として設定し、速度制御により充填動作を
制御する。このときの射出シリンダ１内の圧力は、ノズ
ル３およびスプール６を通ってキャビティ５に流入する
溶融樹脂の流路抵抗の反力として発生することとなり、
射出シリンダ側の圧力制御弁11には、例えばゲートづま
り等によって圧力が異常に上昇したときに射出圧力を逃
がす等の必要から、充填圧力の上限値Piuが設定され
る。また充填が終わった後の保圧工程で溶融樹脂に与え
られる保圧力Pipがこの圧力制御弁11を介して設定され
ることとなる。樹脂の流動性によっても異なるが、圧力
変換器19によって検出される圧力は、充填開始から徐々
に大きくなり、充填完了直前に最大となり、その後設定
された保圧力Pipとなる。

充填および保圧工程中に型締シリンダ７に与えられる
油圧力Pcは、データメモリ25に記憶された各設定値と圧
力変換器19の検出圧力Piとに基いて演算プログラムが演
算した値によって制御される。

型締シリンダ７に与えられる油圧力Pcの制御手順を第
２図に基いて説明する。

成形作業の開始に先立ち、入力装置21より前述した充
填速度Ｖ、充填時の圧力の上限値Piu、保圧力Pip、キャ
ビティ投影面積Smおよび後述する補正係数αが入力さ
れ、これらの値がデータメモリ25に記憶される。そして
入力された金型のキャビティ５の投影面積Smを用いて比
例定数CSmを算出して記憶する。ここでＣは、射出シリ
ンダ１の面積をSi、射出プランジャ２の面積をSp、型締
シリンダ７の面積をScとして Ｃ＝Si/SpSc で与えられるその射出成形機に固有の定数である。

次いで入力された充填圧力の上限値Piuおよび保圧力P
ipの中で最大のものをPimaxとして、 kmax＝CSmPimax/Pco で圧力変換率kmaxを算出する。ここでPcoは型締側の油
圧源14の吐出圧力である。

次に算出されたkmaxに補正係数αを乗じ、これが１を
越えていないことを確認する。補正係数αは充填工程の
終了時に発生するおそれがあるピーク圧やその他の圧力
変動や検出遅れを考慮して制御を安全側で行うための係
数である。

もしαkmaxが１を越えていれば、成形条件が射出成形
機の型締能力を越えていることになり、設定値変更の指
示を指示し、それができないときは成形機を変更する。

αkmaxが１以下であれば、この状態で成形作業が開始
されるまで待機し、成形作業が開始されたら、圧力変換
器19の検出信号より射出シリンダ１の圧力Piを読み込
み、前記記憶した比例定数CSmにPiを乗じて制御値Ｑを
算出する。そしてこのＱの値に前記補正係数αを乗じ、
圧力制御弁ドライバ17に圧力制御弁12の二次側圧力をα
Ｑに設定するように制御信号を出力する。

そして一回の成形サイクルが終了するまで圧力変換器
19の検出信号の読み込みと圧力制御弁12の制御とを繰り
返し、そのときどきの射出圧Piの値に応じて型締シリン
ダ７の型締力Pcを制御する。

或る成形サイクルと次の成形サイクルとの間で成形条
件の設定値を変更したときは、比例定数CSmの記憶やαk
maxの判定をやり直し、同様な制御で次の成形サイクル
に移る。

以上説明した実施例は、圧力制御弁によって型締シリ
ンダの圧力を制御するものであるが、前述したように、
負荷感応型のポンプと一体的に搭載された圧力制御弁に
よって型締シリンダ７に与える圧力を制御することもで
きる。

《発明の効果》 以上説明したこの発明の方法によれば、樹脂が急速に
金型内に充填される充填時においては、金型が弱い力で
締結されており、金型のパーティング面からの空気抜け
が良いので、金型のエアベント加工が不要であり、空気
の断熱圧縮に起因する樹脂焼けも生じない。また金型に
は常に必要最小限の型締力しか作用せず、従って金型の
寿命が長くなり、型締力の設定を誤ってオーバーパック
させる虞もない。また電気的な制御を行っているので、
射出シリンダと型締シリンダを繋ぐ配管も不要であり、
マイコンを使用したソフトウエアによる制御が可能であ
るので、フレキシビィリティにも富むという特徴があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は制御手順を示すフローチャートである。 図中、 1:射出シリンダ、4:金型 5:金型のキャビティ、7:型締シリンダ 12:型締シリンダ側の圧力制御弁 17:圧力制御弁のドライバ、19:圧力変換器 24:プログラムメモリ、25:データメモリ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】射出シリンダ（１）の油圧力Piを検出する
   圧力検出手段（19）と、型締シリンダ（７）に供給され
   る油圧力Pcを制御する圧力制御器（12）と、圧力検出手
   段（19）の検出圧力Piと金型キャビティ（５）の投影面
   積Smとに比例した圧力指令値Ｑを算出する演算手段（2
   4）と、この圧力指令値Ｑに応じて上記圧力制御器（1
   2）を制御するドライバ（17）とを備えた射出成形機の
   型締力制御方法において、 前記演算手段（24）は、射出シリンダの面積をSi、射出
   プランジャの面積をSp、型締シリンダの面積をScとし
   て、 Ｃ＝Si/SpSc で与えられる比例定数Ｃを用い、金型キャビティ（５）
   の投影面積Smと圧力検出手段（19）の検出圧力Piが入力
   されたときに、前記圧力指令値Ｑを Ｑ＝CSmPi として算出することを特徴とする、射出成形機の型締力
   制御方法。
2. 【請求項２】上記圧力指令値Ｑに１より大なる補正計数
   αを乗じて圧力制御器（12）を制御することを特徴とす
   る、請求項１記載の射出成形機の型締力制御方法。
3. 【請求項３】前記演算手段（24）は、型締側油圧源の吐
   出圧力Pco、上記比例定数Ｃおよび成形作業時に設定さ
   れた充填圧力や保圧力の最大値Pimaxを用いて圧力変換
   率kmaxを kmax＝CSmPimax/Pco として算出し、このkmaxの値が１以上となるときは警報
   を出すことを特徴とする、請求項１記載の射出成形機の
   型締力制御方法。
4. 【請求項４】前記演算手段（24）は、型締側油圧源の吐
   出圧力Pco、上記比例定数Ｃおよび成形作業時に設定さ
   れた充填圧力や保圧力の最大値Pimaxを用いて圧力変換
   率kmaxを kmax＝CSmPimax/Pco として算出し、このkmaxの値に請求項２記載の補正係数
   αを乗じた値が１以上となるときは警報を出すことを特
   徴とする、請求項２記載の射出成形機の型締力制御方
   法。