JPH08156044A - 射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 速度制御域での射出スクリューの速度を一定
にし、射出条件を適切なタイミングで切り替え、充填不
足や充填過大（バリ漏れ）などの充填不良を防止するこ
とができる射出成形装置を提供すること。 【構成】 成形型30と、成形型30の注入口にノズルが押
し当てられる射出ジャケット32と、射出ジャケットの内
部で、ノズル方向に所定圧力で移動することにより、ノ
ズルから溶融状態の成形材料を所定の射出圧力で前記成
形型内に射出する射出スクリュー35とを有する射出成形
装置。射出スクリュー35が所定位置に到達した場合に、
フィードバック制御機構40,44,60,62,64,26により射出
スクリュー35の射出速度が一定になるように、フィード
バック制御を行う。リニアエンコーダ38で検出された射
出スクリューの位置を時間微分して得られた射出速度
が、設定値Ｖ_x 以上降下した場合に、速度一定のフィー
ドバック制御を、保圧制御に切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばゴム製品や樹
脂製品の成形に使用される射出成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形は、加熱溶融したプラスチック
スあるいはゴムなどの成形材料を金型のキャビティ内に
射出充填し、成形品として取り出すことにより行われ
る。射出成形機は、成形材料を加熱溶融する可塑化装
置、成形材料を射出する射出装置、金型を保持して開閉
および締め付けを行う型締め装置、およびこれら各装置
の作動を自動制御するための制御装置などで構成されて
いる。

【０００３】ところで、射出成形の生産性を高めるため
には、熱可塑性樹脂では金型温度を低く、熱硬化性樹脂
では金型温度を高く保持しながら、キャビティ内へ高射
出圧で高速充填を行うことが効果的である。ところが、
高射出圧のまま充填を完了するとキャビティ内に高圧の
ストレスが蓄積され、これによりバリ漏れが生じる虞が
あるため、金型の型締め力を大きく設定しておく必要が
ある。したがって、高射出圧および高速充填を行うと射
出成形機が大型で且つ高価なものとなってしまうという
問題があった。

【０００４】そこで従来より、充填を完了する直前で射
出圧を低圧に切り替えて、低圧のまま射出を完了するこ
とにより型締め力を低減する方法が採用されている。そ
して、このような切替制御は、射出装置の射出スクリュ
ーの位置、速度、あるいは加速度を基準にして行うこと
が試みられている。

【０００５】たとえば、射出装置の射出スクリューのス
トローク位置を検出して、充填完了前に相当する射出ス
クリューのストローク位置で射出圧を高圧から低圧に切
り換えることで、バリ漏れを防ぐことができる。ところ
が、充填完了前に相当する射出スクリューのストローク
位置は、成形材料の粘度などによって変化し、射出スク
リューのストローク位置から実際の充填完了の直前時点
を検出することは困難である。したがって、ストローク
位置に基づき射出圧を高圧から低圧に切り換える方法で
は、射出完了の前の正確な時点で、射出圧を高圧から低
圧に切り換えることができないおそれがあり、バリ漏れ
などの原因となる。

【０００６】そこで、図５〜８に示すように、成形型内
への充填終期において、成形型の内部の圧力上昇と同時
に、スクリュー速度が低下することを利用し、射出完了
の前の正確な時点を検出する方法が提案されている。図
５〜８に示す射出成形装置と、その制御方法について簡
単に説明する。

【０００７】図５に示すように、この射出成形装置で
は、成形型１と、射出ジャケット２とを有する。射出ジ
ャケット２内には、射出スクリュー３が回転および軸方
向移動自在に装着してある。射出ジャケット２内には、
ホッパ４から材料が供給される。射出スクリュー３の後
端にはロッド６ａが連結され、ロッド６ａの後端は、射
出シリンダ６に連結される。射出シリンダ６には、流量
制御弁９および圧力制御弁７が接続され、これら制御弁
９，７により、射出シリンダ６へ加えられる圧力流体
（たとえば油）の圧力および流量が制御され、結果的に
射出スクリュー３の前進速度が制御される。

【０００８】なお、射出スクリュー３の軸方向位置は、
位置センサとしてのストロークセンサ５により計測され
る。また、射出シリンダ６の圧力は、圧力センサ８によ
り計測される。これらの計測値は、図６に示すインター
フェース１０を介して、中央制御装置（ＣＰＵ）１１へ
入力する。ＣＰＵ１１では、設定された一次射出圧力Ｐ
₁ 、二次射出圧力（保圧）Ｐ₂ 、一次射出速度Ｖ₁ 、二
次射出速度Ｖ₂ 、射出時間（一次射出＋二次射出）Ｔ₁
および速度変化量Ｖ_x に基づき、インターフェース１３
を介して、流量指令信号および圧力指令信号を、図５に
示す流量制御弁９および圧力制御弁７に送信する。

【０００９】図５，６に示す射出成形装置の制御方法を
図７，８に基づき説明する。図８に示すように、制御が
スタートすると、ステップＳ１において、最大射出圧力
Ｐ_MAX を出力し（圧力制御）、ステップ２において、図
５に示すストロークセンサ５によりスクリュー位置Ｓを
計測すると共に、計測タイマにより時間ｔを計測する。

【００１０】次に、図８に示すステップＳ３において、
射出速度Ｖ_t ＝ΔＳ／Δｔを演算する。次に、ステップ
Ｓ４にて、スクリュー位置Ｓが設定値Ｓ₁ −４mmに到達
したか否かを判断し、到達した場合には、ステップＳ５
へ行き、スクリュー速度がＶ ₁ 、射出圧力がＰ₁ と成る
ように、図６に示すＣＰＵ１１から流量制御弁９および
圧力制御弁７に信号を送る。

【００１１】次に図８に示すステップＳ６では、スクリ
ュー位置Ｓが設定値Ｓ₁ に到達したか否かを判断し、到
達した場合には、ステップＳ７へ行き、Ｓ₁ でのスクリ
ュー速度Ｖ_S1 を記憶する。次に、ステップＳ８では、
現在の射出速度Ｖ_t が（Ｖ_S1−Ｖ_X ）より小さくなるよ
うに、速度降下が生じたか否かを判断し、Ｖ_x の速度降
下が生じた場合に、ステップＳ９へ行き、射出圧力がＰ
₂ となり、スクリュー速度がＶ₂ となるように、図６に
示すＣＰＵ１１から流量制御弁９および圧力制御弁７に
信号を送る。

【００１２】次に、図８に示すステップＳ１０では、タ
イマーによる計測時間ｔが設定時間Ｔ₁ に到達したか否
かを判断し、到達した場合には、一ショットの射出成形
制御を終了し、次の射出成形の準備を行う。図８に基づ
く制御の結果、射出成形が定常状態の場合に、射出圧力
および射出速度は、スクリュー位置に応じて、図７また
は図９（Ａ）に示すように変化する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うな制御では、充填完了時のスクリュー速度の減速を検
出するために、スクリュー速度の降下量の基準となるＶ
_S1を一定速度域で検出しなければならない。そこで、可
変容量ポンプによる流量制御を行い一定速度領域を作っ
ているが、可変制御のための運動部分の重量・慣性が大
きく、応答性が遅いために、流量指令値と実効値とが必
ずしも一致していない。この結果、図９（Ｂ）および図
１０に示すように、設定速度Ｖ_S1検出時の速度が一定で
ない場合がある。

【００１４】図９（Ｂ）および図１０に示すように、速
度一定制御領域において、スクリューの速度が一定でな
く傾いている場合には、充填完了によるスクリュー速度
降下前に、設定速度降下量ΔＶ_x を誤検出して充填不足
が発生してしまうおそれがある。

【００１５】また、図１１，１２に示すように、従来の
速度一定制御領域では、微視的に観察すれば、速度のば
らつきが有り、このばらつきを設定速度降下量Ｖ_X とし
て誤検出してしまい、充填不足発生のおそれがある。現
行制御方式では、最大で±０．３mm／秒のばらつきがあ
る。

【００１６】ここで、この速度のばらつきの誤検出を防
ぐために、設定速度降下量Ｖ_x をばらつきより大きく採
れれば誤検出はなくなる。ところが、設定速度降下量Ｖ
_x を大きくすると、Ｖ_x の検出が遅れ、過充填（通称、
バリ漏れ）が発生するおそれがあるため、必要以上にＶ
_x を大きくすることはできない。

【００１７】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、速度制御域での射出スクリューの速度を一定にし、
射出条件を適切なタイミングで切り替え、充填不足や充
填過大（バリ漏れ）などの充填不良を防止することがで
きる射出成形装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る射出成形装置は、成形型と、前記成形
型の注入口にノズルが押し当てられる射出ジャケット
と、前記射出ジャケットの内部で、ノズル方向に所定圧
力で移動することにより、前記ノズルから溶融状態の成
形材料を所定の射出圧力で前記成形型内に射出する射出
スクリューと、前記射出スクリューの速度を検出する速
度検出手段と、前記射出スクリューを前記ノズル方向に
所定圧力で移動させる駆動手段と、前記射出スクリュー
が所定位置に到達した場合に、前記駆動手段により駆動
される射出スクリューの射出速度が一定になるように、
フィードバック制御を行うフィードバック制御機構と、
前記速度検出手段で検出された射出スクリューの速度
が、設定値以上降下した場合に、速度一定のフィードバ
ック制御を、保圧制御に切り換える切り替え制御機構と
を有する。

【００１９】射出スクリューの速度は、たとえば射出ス
クリューの位置を位置センサなどで検出し、それを時間
微分することなどにより検出することができる。

【００２０】

【作用】本発明に係る射出成形装置では、フィードバッ
ク制御機構により制御を行うので、設定値通りの一定な
一次射出スクリュー速度を得ることができ、しかもその
速度のばらつきが少ないことから、充填完了の時点での
スクリュー降下速度を正確に検出することができ、充填
制御のアルゴリズム通りの射出成形を行うことが可能に
なる。したがって、充填不足やバリ漏れなどがなく良好
な成形品を成形することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明に係る射出成形装置を、図面に
示す実施例に基づき、詳細に説明する。図１は本発明の
一実施例に係る射出成形装置の全体構成図、図２は図１
に示す装置で行われるフィードバック制御のブロック線
図、図３は図１に示す制御の結果を示すスクリュー速度
の時間チャート図、図４は図３に示すチャート図の拡大
チャート図である。

【００２２】図１に示すように、本発明の一実施例に係
る射出成形装置２０は、成形機本体２２と、油圧回路２
４と、制御用コンピュータシステム２６と、制御装置２
８とを有する。成形機本体２２は、成形型３０を有す
る。成形型３０は、たとえば上型と下型とからなり、こ
れら上下型が組み合わされることにより内部にキャビテ
ィ３０ａが形成される。図示はしないが、上型および下
型は、それぞれ加熱盤および断熱盤を介してダイプレー
トに装着されており、いずれかのダイプレートが他のダ
イプレートに対して接近離反移動可能に構成されてい
る。成形型３０のキャビティ３０ａの圧力は、圧力セン
サ３１により検出され、その信号は、制御用コンピュー
タシステム２６に送られる。

【００２３】成形型３０の注入口には、射出ジャケット
３２のノズル３４が圧接可能になっている。ノズル３４
内の圧力は、圧力センサ３７で検出され、その検出信号
は、制御用コンピュータシステム２６に送られる。射出
ジャケット３２の内部には、射出スクリュー３５が回転
および軸方向移動自在に装着してある。射出スクリュー
３５の後端には、射出シリンダ３６が連結してある。射
出シリンダ３６には、たとえば油圧回路２４から油圧な
どの流体圧が導入され、その結果、射出スクリュー３５
が所定圧力および所定速度で軸方向に移動する。なお、
射出スクリュー３５は、図示省略しててある回転駆動手
段により回転駆動される。

【００２４】射出スクリュー３５の軸方向移動は、位置
センサとしてのリニアエンコーダ３８により検出され、
その信号は、制御用コンピュータシステム２６に送られ
る。油圧回路２４は、サーボ制御弁４０を有する。サー
ボ制御弁４０は、油圧サーボ弁で構成され、油圧・流量
供給源４２から射出シリンダ３６に向かう油圧および流
量を制御するようになっている。サーボ制御弁４０は、
サーボアンプ４４により制御される。サーボアンプ４４
は、制御用コンピュータシステム２６により制御され
る。

【００２５】制御用コンピュータシステム２６は、第１
ＣＰＵ５０と、第２ＣＰＵ５２と、インターフェース４
６とを有し、これらはデータバス４８で双方向通信可能
になっている。インターフェース４６は、成形機本体２
２の圧力センサ３１，３７とリニアエンコーダ３８、油
圧回路２４のサーボアンプ４４、制御装置２８の電磁弁
駆動回路５４，５６，５８に接続してある。

【００２６】制御装置２８は、電磁弁駆動回路５４，５
６，５８… を有し、これらは、油圧回路の電磁リリー
フ弁、電磁絞り弁、方向制御弁などを駆動制御し、成形
機本体２２の図示省略してある油圧アクチュエータを駆
動する。油圧回路２４のサーボ制御弁４０およびサーボ
アンプ４４は、制御用コンピュータ２６により、図２に
示すようにフィードバック制御される。

【００２７】図２に示すように、図１に示す射出スクリ
ュー３５が目標とする一定速度でノズル３４方向に移動
するように、まず、目標とするスクリュー速度（目標値
信号）が電圧として比較部６０へ入力する。比較部６０
へは、フィードバック検出器６４からの主フィードバッ
ク信号も入力する。比較部６０では、目標値信号から主
フィードバック信号を引き算した制御偏差（電圧）を、
サーボアンプ４４へ送り増幅する。サーボアンプ４４で
は、制御偏差に対応する電圧を電流に変換して、それを
電気・油圧サーボ弁で構成されるサーボ制御弁４０へ送
る。

【００２８】サーボ制御弁４０では、サーボアンプ４４
からの電流信号に応じて、弁の開度が制御され、その結
果、図１に示す射出シリンダ３６に向かう油の圧力およ
び流量が制御される。この制御の対象は、油圧シリンダ
のピストン変位速度であり、これは算出手段６２におい
て、流量を時間積分した値を断面積で除することにより
求められる。制御量としてのピストン変位は、図１に示
すリニアエンコーダ３８により計測され、その値は、フ
ィードバック検出器において、電圧に変換され、主フィ
ードバック信号として比較部６０へ負帰還入力する。

【００２９】図２に示す制御の結果、図３，４に示すよ
うに、射出成形装置の速度制御域での速度が一定にな
り、しかも速度のばらつきも少なくなる。なお、図３，
４に示す結果は、射出ジャケット３２の加熱温度を７０
°Ｃとし、比較的小径の成形品を得る場合の実験結果で
あり、図４は図３の一部拡大図である。

【００３０】本実施例では、図２に示すフィードバック
サーボ制御以外の制御は、図５〜８に示す制御と同様で
あるので、その重複部の説明は省略する。本実施例で
は、設定値通りの一次射出スクリュー速度Ｖ₁ を得るこ
とができ、しかもその速度のばらつきが少ないことか
ら、充填完了の時点でのスクリュー降下速度Ｖ_x （図７
参照）を正確に検出することができ、充填制御のアルゴ
リズム通りの射出成形を行うことが可能になる。したが
って、充填不足やバリ漏れなどがなく良好な成形品を成
形することができる。

【００３１】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。たとえば、上記実施例では、図１に示す制
御用コンピュータ２６を用いて、図２に示すフィードバ
ックサーボ制御を行ったが、コンピュータ以外に、図２
に示すブロックに対応する電気回路を用いてサーボ制御
を行うことも可能である。

【００３２】さらに、図２では、フィードバック信号と
して、ピストン変位を用いたが、ピストン変位以外に、
射出シリンダ３６への流量、圧力あるいはその他の制御
量を用いることもできる。ただし、最終的には、射出ス
クリュー３５の射出速度を制御すべきなので、フィード
バック信号として、ピストン変位を用いることが最も好
ましい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、フィードバック制御機構により制御を行うので、設
定値通りの一定な一次射出スクリュー速度を得ることが
でき、しかもその速度のばらつきが少ないことから、充
填完了の時点でのスクリュー降下速度を正確に検出する
ことができ、充填制御のアルゴリズム通りの射出成形を
行うことが可能になる。したがって、充填不足やバリ漏
れなどがなく良好な成形品を成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係る射出成形装置の
全体構成図である。

【図２】図２は図１に示す装置で行われるフィードバッ
ク制御のブロック線図である。

【図３】図３は図１に示す制御の結果を示すスクリュー
速度の時間チャート図である。

【図４】図４は図３に示すチャート図の拡大チャート図
である。

【図５】図５は従来例に係る射出成形装置の概略構成図
である。

【図６】図６は図５に示す射出成形装置の制御装置のブ
ロック図である。

【図７】図７は図５，６に示す射出成形装置の射出位
置、射出圧力および射出速度のタイムチャート図であ
る。

【図８】図８は図５，６に示す射出成形装置の制御装置
のフローチャート図である。

【図９】図９（Ａ）は定常状態での射出成形装置の射出
位置、射出圧力および射出速度のタイムチャート図、図
９（Ｂ）は不具合が生じる状態での射出成形装置の射出
位置、射出圧力および射出速度のタイムチャート図であ
る。

【図１０】図１０は従来例に係る射出成形装置の速度制
御領域での射出速度変化を示すグラフである。

【図１１】図１１は射出スクリューの速度ばらつきを示
すグラフである。

【図１２】図１２は射出スクリューの速度ばらつきを示
す図１１の拡大グラフである。

【符号の説明】

２０… 射出成形装置 ２２… 成形機本体 ２４… 油圧回路 ２６… 制御用コンピュータ ２８… 制御装置 ３０… 成形型 ３０ａ… キャビティ ３１，３７… 圧力センサ ３２… 射出ジャケット ３４… ノズル ３６… 射出シリンダ ３８… リニアエンコーダ ４０… サーボ制御弁 ４２… 油圧・流量供給源 ４４… サーボアンプ ４６… インターフェース ４８… データバス ５０，５２… ＣＰＵ ５４，５６，５８… 電磁弁駆動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形型(30)と、 前記成形型(30)の注入口にノズル(34)が押し当てられる
   射出ジャケット(32)と、 前記射出ジャケット(32)の内部で、ノズル(34)方向に所
   定圧力で移動することにより、前記ノズル(34)から溶融
   状態の成形材料を所定の射出圧力で前記成形型(30)内に
   射出する射出スクリュー(35)と、 前記射出スクリュー(35)の速度を検出する速度検出手段
   (38)と、 前記射出スクリュー(35)を前記ノズル(34)方向に所定圧
   力で移動させる駆動手段(36)と、 前記射出スクリュー(35)が所定位置に到達した場合に、
   前記駆動手段(36)により駆動される射出スクリュー(35)
   の射出速度が一定になるように、フィードバック制御を
   行うフィードバック制御機構(40,44,60,62,64,26)と、 前記速度検出手段(38)で検出された射出スクリュー(35)
   の速度が、設定値（Ｖ _x ）以上降下した場合に、速度一
   定のフィードバック制御を、保圧制御に切り換える切り
   替え制御機構(40,44,26)とを有する射出成形装置。