JPS6323896B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は射出成形方法に係り、特に成形金型内
における成形状態を観測し、観測情報に基づき成
形金型の温度及び射出成形工程等を制御する工程
を含んでなる、改善、改良された新規の射出成形
方法に関するものである。

家庭電化製品、自動車部品、家庭生活用品等、
工業製品、家庭生活用日常商品を問わず、いわゆ
るプラスチツク（樹脂）素材を用いて射出成形
し、製品あるいは商品、機械部材等とされる物品
は極めて多い。このような製品あるいは商品、部
材等は通常その生産性を高めるという観点から、
複数のキヤビテイを有する成形用金型を用い、複
数箇の成形品を同時に射出成形する方法、あるい
はそのような射出成形機を適用して作られている
のが現状である。

以上のような射出成形加工のプロセスは、種々
雑多な要因が複雑に関連し合つており、従つて成
形加工を行なう商品、物品の品質安定性は成形加
工方法、あるいは成形加工機の適切な制御に負う
ところが大きい。従つて、射出成形加工プロセス
における不安定要素をピツクアツプしてこれを適
切に制御し、安定した射出成形品を連続的に成形
する制御方法の開発が必要とされている。特に溶
融樹脂の射出工程において、溶融樹脂の充填圧力
から保持圧力へ切換えるタイミング、溶融樹脂の
金型内圧力等、の諸条件は成形品の最終充填状態
を左右し、かつ成形品の品質に対して大きな影響
を与える。以上の理由から、これらの要因を適切
に制御するためのいろいろな方法、手段が考えら
れている。例えば従来から以下に述べるような射
出成形工程の制御方法が考えられ、利用されてい
る。すなわち、 (イ) 金型内の樹脂圧力を押出しピン等を介し、圧
力センサで検知し、その樹脂圧力が設定値に達
した時点で保圧工程に制御を切換える方法。

(ロ) 射出成形シリンダに供給される作動油圧力を
検出し、その作動油圧力が設定値に達した時点
で保圧工程に制御を切換える方法。

(ハ) 射出時における樹脂圧力による金型パーテイ
ング面の開き量、あるいは金型の変位量を検出
し、それらの計測値が設定値に達したらその時
点で保圧工程に制御を切換える方法、等の各制
御方法である。

以上の各方法は、射出成形用金型が１個のキヤ
ビテイから構成される場合、あるいは同一か、も
しくはほぼ同一の形状からなる複数のキヤビテイ
から構成される場合には比較的良好な結果が期待
出来る。しかしながら上記に記したような従来技
術になる方法では、成形金型として、肉厚、寸法
等、形状、サイズの大きく異なる複数のキヤビテ
イからなるものが用いられている、いわゆる異種
形状同時成形の場合には、個々の成形品に対する
個別管理が不可能となる。この結果、管理、制御
が行なわれている成形品は品質的に良品となる
が、他の成形品においては、各シヨツト毎にそれ
ぞれの形状に対応した変動が生じたり、バリ、シ
ヨートシヨツト等の成形不良が発生する事例が多
くみられた。特に異種形状の成形品を同時に成形
する場合、金型の個々のキヤビテイに対する樹脂
の充填状況が異なるため、１個取りの成形加工に
比較するとその成形条件の変動許容範囲は小さく
なる。このため、僅かな成形条件の変動により成
形不良の発生する危険性が増大する等、いろいろ
な問題点がみられた。

本発明は上記に詳細に説明した従来技術の問題
点を解消することを目的としたもので、成形条件
の変動等に起因する、成形不良や、成形欠陥の発
生がなく、連続的に適正かつ能率的に成形品を射
出成形し得る、改善、改良された新規な射出成形
方法を新たに提案しようとするものである。

本発明になる射出成形方法は、成形金型の各キ
ヤビテイ毎に溶融樹脂の圧力センサを設置し、当
該センサにより各成形品毎の成形状態をそれぞれ
把握し、その情報に基づき電気油圧制御弁あるい
は金型温度調整弁を作動せしめ、各成形品キヤビ
テイの成形条件を個別にかつ適切に制御する各工
程を含むことを骨子とする射出成形方法である。

本発明になる、改善された新規な射出成形方法
を完成するに際し、射出成形する成形品の形状、
成形品の材質、射出成形条件等を種々に変化せし
め、金型内における溶融樹脂の変動挙動について
十分な実験研究的な観察を行ない、成形条件及び
状態と成形品の品質との相関関係について詳細な
予備的な検討を加えた。

以上の実験的検討の結果、射出成形品の品質に
影響を与える諸因子のうち、静的要因と動的要因
とに分類されるもののあることが確かめられた。
このうち動的要因は成形サイクル毎に変動する溶
融樹脂の充填速度、充填圧力等、応答速度の早い
運動エネルギに関連するものであり、一方、静的
要因は、成形工程の数サイクルにわたつて徐々に
変動する溶融樹脂温度あるいは金型温度等、時定
数の比較的大きい熱エネルギに関連するものであ
る。すなわち以上の動的要因と、静的要因とをそ
れぞれ別個に効果的に管理、制御することにより
射出成形工程全体を適切に管理、制御し得ること
を見出したものである。以下に添付の図面を参照
し、本発明になる射出成形方法について更に具体
的に説明する。

第１図は本発明になる射出成形方法の実施のた
めの系の説明図である。第１図において、成形金
型１は割型２ａ，２ｂ，２ｃからなり、それぞれ
の割型はそれぞれキヤビテイ３ａ，３ｂ，３ｃを
構成している。射出成形機４は射出スクリユウ
５，射出シリンダ６、及び当該スクリユウ５、シ
リンダ６に作動油を供給する作動油圧力源７を含
むものである。温度調節機８は上記成形金型１の
温度制御のために当該金型１の部分へ供給される
熱媒体を加熱するための熱源と、同じく冷却する
ための冷却機及び、温度設定のなされた熱媒体を
圧送するためのポンプとから構成されている。温
度設定のなされた熱媒体は、圧送パイプ９、金型
温度調節弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃを経て上記各
キヤビテイ３ａ，３ｂ，３ｃを構成する割型２
ａ，２ｂ，２ｃへそれぞれ供給され、更に戻りパ
イプ１１を経て上記温度調節機８へ回収される。

上記キヤビテイ３ａ，３ｂ，３ｃ内における溶
融樹脂圧力は金型内圧力伝達ピン１２ａ，１２
ｂ，１２ｃを経て、それぞれのピンと接続された
型内圧力センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃによつて
検出され、検出信号は型内圧力変換器１４ａ，１
４ｂ，１４ｃへそれぞれ入力され、増幅される。
射出成形品の成形状態は標準範囲設定器１５ａ，
１５ｂ，１５ｃへそれぞれ入力され、比較判定が
行なわれ、また比較信号がコントローラ１６へ入
力され、当該コントローラ１６から出力される制
御信号に基づいて温度調節機８による熱媒体の温
度制御が行なわれる。この場合、制御信号はパワ
ー増幅器１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄによつ
て増幅される。また制御信号は作動油の状態量に
変換されるが、この場合、電気油圧制御弁１８が
上記制御信号の作動油の状態量への変換に寄与す
る。

以上の記載から理解されるように、本発明にな
る射出成形方法を実施するための系においては、
その機能から検出部、演算部、及び制御部の３種
類の機構が少なくとも含まれている。検出部は上
記キヤビテイ３ａ，３ｂ，３ｃ内における溶融樹
脂圧力の変化を型内圧力伝達ピン１２ａ，１２
ｂ，１２ｃを介して検出する圧力センサ１３ａ，
１３ｂ，１３ｃを含む部分であり、演算部は成形
品の状態を良好品の低圧限界値及び良好品の高圧
限界値から特定の範囲を設定し、当該設定値を標
準範囲設定器１５ａ，１５ｂ，１５ｃへ入力する
と共に、上記検出部から入力情報を基に射出成形
機あるいは温度調節機に対する制御信号を出力す
るためのコントローラ１６を含む部分である。

制御部は上記制御信号を増幅するパワー増幅器
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ、電気油圧制御
弁１８、上記制御信号を上記キヤビテイ３ａ，３
ｂ，３ｃを構成している割型２ａ〜２ｃに供給さ
れる熱媒体の流量に変換し、それによつて金型温
度を調節する金型温度調節弁１０ａ，１０ｂ，１
０ｃを含む部分である。

以上に説明したように、本発明になる射出成形
方法は、これを実施するための系として、上記の
検出部、演算部、制御部を主体として構成するも
のが必要であり、その各部は以下に説明する順序
にしたがつて動作する。すなわち、射出開始信号
により作動油が上記射出シリンダ６に供給され射
出スクリユウ５が前進する。それに伴い、溶融樹
脂はキヤビテイ３ａ〜３ｃへ充填、加圧される。
述填、加圧に応じて当該キヤビテイ３ａ〜３ｃの
溶融樹脂圧力は急速に上昇する。コントローラ１
６は以上の溶融樹脂充填状況を上記型内圧力伝達
ピン１２ａ〜１２ｃ、型内圧力センサ１３ａ〜１
３ｃ及び型内圧力変換器１４ａ〜１４ｃを介して
計測し、監視かつ管理することになる。この際、
計測、監視管理の対象となる型内、すなわちキヤ
ビテイ内の溶融樹脂圧力の変動挙動が、あらかじ
め設定された型内圧力昇圧勾配に追従するよう、
上記射出シリンダ６に供給される作動油圧力及び
その流量を調整、制御する。型内圧力条件があら
かじめ設定した成形良品の低圧限界値を満足した
時点で、充填工程から保圧工程に制御を移行し、
あらかじめ設定した型内圧力勾配を追従するよう
射出成形装置系を制御することになる。

第２図ａ，ｂ，ｃは以上に説明した制御工程に
ついて型内圧力の時間経過との関連で具体的に説
明するものである。第２図では横軸に経過時間を
とり、縦軸にそれぞれのキヤビテイ３ａ〜３ｃ内
における溶融樹脂圧力を時間的な変化として追従
している。図で実線２１ａ，２１ｂ，２１ｃはそ
れぞれ通常の操業状態における型内圧力の変化を
示す曲線であり、破線２２ａ，２２ｂ，２２ｃは
異状発生時における型内圧力の変化を示す曲線、
すなわち異状時型内圧力曲線を示すものである。
なお同じく第２図でハツチングで示す範囲は成形
良品の低圧限界値２３ａ，２３ｂ，２３ｃと成形
良品高圧限界値２４ａ，２４ｂ，２４ｃとによつ
て囲まれた良品成形範囲、すなわち良品成形可能
領域を示している。上記キヤビテイ３ａ〜３ｃの
それぞれの最大型内圧力が以上のハツチングに示
す範囲内にある場合は成形品は良品となり、それ
以上の圧力レベルでは過充填、バリ不良等が発生
することになる。

逆に上記ハツチングに示す範囲以下の圧力レベ
ルでは、未充填によるシヨートシヨツト不良の発
生等、成形不良が同じように起り易い。

上記コントローラ１６にはそれぞれのキヤビテ
イ３ａ〜３ｃに係る充填圧力勾配の設定値を記憶
させてあるので、この記憶情報を基に、それぞれ
のキヤビテイ３ａ〜３ｃ内における実際の圧力挙
動を比較し、それぞれのキヤビテイの中から平均
的挙動を呈しているキヤビテイを制御目標とし、
充填工程を管理することが効果的である。すなわ
ち、第２図において実線で示した通常状態におい
ては例えばキヤビテイ３ｃの充填状況を目標値と
し、型内圧力状態がその目標値に対して偏差を生
じた場合に、それに応じた修正信号を上記コント
ローラ１６から出力し、パワー増幅器１７ｄ、電
気油圧制御弁１８を介して射出成形機を制御す
る。また溶融樹脂が金型に充填されるのに伴い、
型内圧力が上昇し、キヤビテイ３ａ，キヤビテイ
３ｃと順次良品低圧限界値２３ａ，２３ｃを満足
し、残りのキヤビテイ３ｂの型内圧力が良品低圧
限界値２３ｂに到達した時点で、すなわち通常時
保圧開始点２５で保圧工程３１に移行する。その
他、充填工程３０、冷却工程３２、冷却工程開始
点２７がそれぞれあらかじめ設定されている。

成形工程中において、上記キヤビテイ３ａ〜３
ｃのうちのいずれかの型内圧力が異状な急速度で
上昇し、良品高圧限界値に達した場合、その時点
では無条件に保圧工程へ移行する。例えばそれぞ
れのキヤビテイのうち、キヤビテイ３ｂの型内圧
力が破線の曲線２２ｂで示すように急勾配で昇圧
し、良品高圧限界値２４ｂに到達した時点で、す
なわち異状時保圧開始点２６で無条件で保圧工程
３１′に移行する。なお別の充填工程３０′、冷却
工程３２′が上記異状時保圧開始点２６に対応し
て示されている。キヤビテイ３ｃの型内圧力は良
品低圧限界値２３ｃを満足しているが、このとき
当該キヤビテイ３ｃ内における成形品が不良であ
ることを示すリレー信号が出力され、該当する成
形品をリジエクトする操作が行なわれる。

以上に説明した工程が充填からリジエクトに至
るまでの１サイクルにほぼ対応するものである
が、以上の１サイクルにおける型内圧力挙動を数
サイクルにわたつて観測し、その最大値を成形サ
イクルに対して整理すると一般的に第３図に示す
結果が得られる。すなわち、第３図は例えばキヤ
ビテイ３ａにおける型内圧力の最大値を各成形サ
イクルに対して連続的にプロツトした結果と、そ
の圧力の変動挙動を基にキヤビテイ３ａを構成す
る割型２ａに供給される熱媒体の流量を調整する
金型温度調節弁１０に対する上記コントローラ１
６の出力結果とを示したものである。

キヤビテイ３ａ内の最大型内圧力３３ａは、上
記キヤビテイ３ａを構成している割型の温度状態
及び別のキヤビテイ３ｂ，３ｃの型内圧力挙動の
影響を受け、標準設定値２８ａを中心に、その前
後にバラツキを生ずる。上記コントローラ１６は
最大型内圧力３３ａと標準設定値との偏差３７、
及び最大型内圧力３３ａの変動傾向３４の結果を
数サイクルにわたつて観測し、かつデータの累積
を計り、最大型内圧力３３ａが連続的に上昇傾向
または降下傾向を示し、上記標準設定値を通過し
た時点３５、あるいは偏差３７があらかじめ規定
した内部設定値を越えた時点（偏差超過点）３８
において、以上の各変動挙動に相応した金型温度
修正信号を出力し、それぞれ個別に金型温度を制
御することになる。第３図ａ，ｂでは以上の工程
サイクルにおいて、金型温度調節弁１０に対する
制御信号が、標準設定値２８ａと最大型内圧力３
３ａとの対応において変化し、あるいは当該標準
設定値２８ａとの偏差３７に対応する偏差超過点
３８において変化することを模式的に示している
ものである。

なお上記成形金型１は、上記キヤビテイ３ａ〜
３ｃを構成する割型２ａ〜２ｃの複数個からなる
ブロツクから構成されていることは上記に説明し
たとおりであり、当該金型１の温度は、上記キヤ
ビテイ近傍に配備された熱媒体流通用導管に温度
を調整した熱媒体を流通させ、熱交換を行なわし
めることによつて制御することになる。

以上に詳細に説明したように、本発明になる射
出成形方法は、複数個のブロツク、あるいはキヤ
ビテイからなる成形金型の温度を個別に制御し得
るようにしたことを骨子とするもので、更に成形
品品質に影響を及ぼす要因を動的要因と、静的要
因に分け、両者を所定の射出成形条件範囲と適合
するよう制御し得るようにしたものである。従つ
て、キヤビテイ相互間の成形条件を安定した状態
に保持したまま、連続的に成形良品を供給するこ
とが出来、更に成形状態を追跡制御しているた
め、各成形サイクル毎における成形状態の変動を
最少限に抑制し得るようになつた。従つてまた常
に安定した状態のもとで射出成形の実施が可能と
なり、成形不良等の欠陥の発生を従来の1/5以下
に低減することが可能になる等、本発明の実施に
よつて得られる効果は極めて大きいものがあり、
家電製品の部品の射出成形に大きく寄与し得るも
のと考える。また本発明は実施面でも特に経済性
の観点から問題の多いものではなく、施設面でも
特別な費用を要するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる射出成形方法の実施のた
めの系の説明図、第２図は本発明の実施に際し、
各成形型内における樹脂圧力の時間的変化につい
て示す線図、第３図は射出成形工程の１サイクル
における最大型内圧力、標準設定値等と金型温度
調節弁制御信号との関連について模式的に示す線
図である。 １…成形金型、２…割型、３…キヤビテイ、４
…射出成形機、８…温度調節機、１０…金型温度
調節弁、１２…圧力伝達ピン、１３…圧力セン
サ、１４…圧力変換器、１５…圧力標準範囲設定
器、１６…コントローラ、１７…パワー増幅器、
１８…電気油圧制御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも２個以上のキヤビテイを有する成
   形金型の当該キヤビテイに溶融樹脂を圧入充填
   し、少なくとも２個以上の成形品を同時に射出成
   形する射出成形方法において、上記キヤビテイへ
   の溶融樹脂充填圧力で良好成形品が得られる溶融
   樹脂の低圧限界及び高圧限界からなる良好品成形
   圧力範囲をあらかじめ設定する段階と、上記複数
   の全てのキヤビテイの樹脂圧力が上記良好品成形
   圧力範囲を満足する時点で充填工程から保圧工程
   へ移行する段階と、上記複数のキヤビテイのうち
   何れかのキヤビテイの樹脂圧力が上記高圧限界値
   に達した時点で、充填工程から保圧工程へ移行す
   ると共に、この時点で樹脂圧力が低圧限界値に達
   していないキヤビテイに対するリジエクト信号を
   出力する段階と、各キヤビテイ毎に最大型内圧力
   を連続的に計測し、該計測値の変動傾向に応じて
   上記金型の各キヤビテイ温度をそれぞれ独立して
   制御する段階とを含んでなることを特徴とする射
   出成形方法。