JPH08132489A - 射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 射出成形において、成形途中で型開きするこ
となく、常に一定量の成形材料の充填が可能であり、成
形品の品質の向上、生産性の向上、人手作業の低減、成
形設備の低価格化を図ることができる射出成形装置を提
供すること。 【構成】 注入・充填時の射出量制御は、射出スクリュ
ー１８のスクリュー位置を検出し、これによって射出圧
力を制御する方法を用いる。この場合、射出圧力を保圧
に切り替える設定スクリュー位置Ｓ₁ は、従来では、前
もって設定されており、成形毎に同じ値であった。本発
明では、射出成形毎に検出される射出スクリュー１８の
背圧をロードセル３２で検知し、その背圧信号に基づ
き、設定スクリュー位置Ｓ₁ を自動的に変更する。その
ため、成形材料の状態のバラツキを成形毎に吸収するこ
とができ、精度の高い射出量の制御が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】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
形材料を成形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。射出成形装置は、成
形材料を加熱溶融する可塑化機構、成形材料を射出する
射出ジャケット、成形型を保持して開閉および締め付け
を行う型締め機構、およびこれら各機構の作動を自動制
御するための制御装置などで構成されている。

【０００３】ゴム製品や樹脂製品の射出成形において、
成形材料の射出量の制御は、不良の低減や成形材料の歩
留まり向上、あるいは成形後の不要部分の削除といった
後加工の削減など、品質や生産性向上のために、非常に
重要な要素となっている。この射出量の制御方法として
は、これまで下記に示される種々の方法が採用されてい
る。しかしながら、下記に示す従来の射出成形装置の制
御方法では、それぞれ、設備価格や制御の精度に難点が
あったり、あるいは取り扱う材料の粘度の対称範囲や、
ゴム材料においては材料のスコーチ性等の対象範囲に問
題があり、射出成形工程のニーズを十分に満足できない
でいる。

【０００４】ａ．キャビティ内の成形材料の圧力が成形
型を開かない範囲になるように射出圧力（Ｐｉ）を制御
する方法が知られている。通常、射出成形では、成形材
料を射出する過程における成形材料の物性変化のため、
数秒から十数秒といった比較的短い時間内で成形材料の
注入・充填を完了する必要がある。このために、成形材
料の粘度が大きい場合はキャビティ内への成形材料の充
填のために大きな射出圧力が必要となり、この圧力が原
因で成形型が開いてしまう。

【０００５】型開きの条件は、Ｐｃ＜Ｐｏで表わされ
る。ただし、Ｐｏは型開き力であり、Ｐｃは型締め力で
ある。型開き力Ｐｏは、Ｐｏ＝Ｐｉ×キャビティ投影面
積で表わされる。ただし、Ｐｉは射出圧力（キャビティ
内の成形材料の圧力）である。従来の制御方法で制御さ
れる射出成形装置において、成形の途中で型が開かない
ようにするためには、型締め力を大きくした設備仕様と
することなどが考えられる。ところが、この場合、設備
価格が高くなり、また、設備が大きくなるなどして単位
面積当りの生産性が損なわれる。

【０００６】ｂ．射出の初期は比較的大きな射出圧力で
注入・充填を実施するが、型開き力が型締め力より大き
くなる直前にて、射出圧力を小さく制御し注入・充填を
完了する制御方法が知られている。射出圧力を切り換え
るタイミングの観点から分類すれば、この方法には、次
の三つの方法がある。 （ｂ−１）射出スクリューのストローク量を検出し、こ
のストローク量に基づき射出圧力を切り換え制御する方
法。この制御方法の制御フローを図４に示す。 （ｂ−２）成形型のキャビティ内圧を検出し、このキャ
ビティ内圧に基づき、射出圧力を切り換え制御する方
法。この制御方法の制御フローを図５に示す。 （ｂ−３）充填完了に伴う射出スクリューの速度変化を
検出して、このスクリュー速度に基づき、射出圧力を切
り換え制御する方法。

【０００７】ところが、（ｂ−１）の方法では、射出ジ
ャケット内に供給された成形材料に咬み込まれているエ
アー量のバラツキ等が影響して射出量が精度良く制御で
きないという課題を有する。また、（ｂ−２）および
（ｂ−３）の方法は、基本的に射出量を予測して制御す
るものでなく、注入・充填完了を感知して圧力制御を実
施するもので、制御機構の応答速度の限界から、対象に
できる材料や製品形状に限界がある。特に、（ｂ−２）
の方法では、成形型の一つ一つに圧力センサーを取り付
ける加工が必要となり、また、型の交換時に圧力センサ
ーの取り扱いが他の方法に比較して煩雑になる。

【０００８】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、射出成形において、成形途中で型開きすることな
く、常に一定量の成形材料の充填が可能であり、成形品
の品質の向上、生産性の向上、人手作業の低減、成形設
備の低価格化を図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。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明者は、射出ジャケット内に成形材
料が供給される時点で成形材料の状態を把握し、この情
報を基に、注入・充填時の射出量制御を試みた。

【００１０】具体的には、「射出ジャケット内に成形材
料が供給される時点での材料の状態の把握」は、射出ス
クリューにかかる背圧を検出するが、この検出は、ロー
ドセルや油圧の測定によって実施される。また、注入・
充填時の射出量制御は、射出スクリューのストローク量
（スクリュー位置）を検出し、これによって射出圧力を
制御する方法を用いる。この場合、射出圧力を保圧に切
り替える設定スロトーク量Ｓ₁ （設定スクリュー位置Ｓ
₁）は、従来では、前もって設定されており、成形毎に
同じ値であったが、本発明では、射出成形毎に検出され
る射出スクリューの背圧によって自動的に変更されるた
め、材料の状態のバラツキを成形毎に吸収することがで
き、精度の良い射出量の制御が可能になる。

【００１１】なお、圧力を切り替える設定ストローク量
Ｓ₁ （設定スクリュー位置Ｓ₁ ）は、検出された背圧に
より、たとえば図２（Ａ），（Ｂ）に示される様な関係
を用いて演算され、射出成形毎に自動的に設定される。

【００１２】

【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概略構成図、図２
（Ａ），（Ｂ）は成形材料供給時の背圧と設定ストロー
ク量との関係を示すグラフ、図３は本発明の一実施例に
係る射出成形装置の制御方法を示すフローチャート図で
ある。

【００１３】図１に示すように、本実施例の射出成形装
置２は、キャビティ５が形成された成形型４と、成形材
料を成形型４のキャビティ５に注入するための射出ジャ
ケット６とを有する。成形型４は、たとえば固定型８と
移動型１０とからなり、これら型が組み合わされること
により内部にキャビティ５が形成される。移動型１０
は、ダイプレート１２に装着されており、このダイプレ
ート１２が型締めシリンダ１４により軸方向に移動さ
れ、移動型１０を固定型８に対して所定の型締め圧で締
め付けることが可能になっている。また、シリンダー１
４によりダイプレート１２および移動型１０を軸方向に
移動させることにより、製品取り出しのための型開きも
行える。

【００１４】射出ジャケット６は、成形材料を射出ノズ
ル１６から成形型４に形成されたキャビティ５内に注入
するための装置であり、成形材料を供給するための材料
供給口１７を有し、その内部に射出スクリュー１８が軸
方向移動自在に挿入されている。射出ジャケット６に
は、温度調節された加熱媒体を流すための流路が形成さ
れており、射出スクリュー１８の回転によって射出ジャ
ケット６の内部に導入される成形材料を加熱して成形材
料の可塑化状態を維持する。

【００１５】射出スクリュー１８は、ロッド１９に連結
してあり、図示しないスクリュー駆動用油圧モータで回
転しながら、駆動手段としての射出シリンダ２０（たと
えば油圧シリンダ）の進退移動によって射出ジャケット
６内を移動する。この射出シリンダ２０を駆動させる油
圧装置は、可変容量ポンプ（油圧ポンプ）を含む油圧ユ
ニット２２と、圧力流体の圧力（油圧）を所定圧に保つ
ための圧力制御弁２４とを有する。油圧ユニット２２か
ら射出シリンダ２０へ至る油圧配管には、圧力センサ２
８が装着してあり、その油圧情報信号は、制御手段２６
へ入力され、その油圧情報などに基づき、圧力制御弁２
４および油圧ユニット２２などを制御する。制御手段２
６は、少なくとも、演算手段２６ａと保圧切り替え手段
２６ｂとを有し、たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）とメ
モリなどとを有するマイクロコンピュータ、パーソナル
コンピュータなどで構成される。

【００１６】本実施例では、油圧ユニット２２には、型
締めシリンダ１４も接続してあり、型締めシリンダ１４
に油圧を供給することにより、成形型４の型締め状態お
よび型開き状態を実現する。射出スクリュー１８の軸方
向位置は、ロッド１９に近接して装着された位置センサ
３０により計測され、その位置信号は、制御手段２６へ
入力するようになっている。

【００１７】また、射出シリンダ２０の後端には、ロー
ドセル３２が装着してあり、材料供給口１７から射出ジ
ャケット内に成形材料が供給され、射出スクリューが回
転している時点での射出スクリュー１８にかかる背圧を
検出するようになっている。この背圧を検出すること
で、射出ジャケット６内に成形材料が供給される時点で
の材料の状態を把握することができる。たとえば、成形
材料の粘度が比較的高い場合には、ロードセル３２によ
り検出される背圧は高くなる。逆に、成形材料の粘度が
比較的低い場合には、ロードセル３２により検出される
背圧は低くなる。ロードセル３２で検出された背圧に関
する圧力信号は、制御手段２６へ入力される。

【００１８】ロードセル３２で検出される背圧が高い場
合には、材料の粘度が高いと考えられるので、その場合
には、射出圧力から保圧へ切り替えるための射出スクリ
ュー１８のストローク量Ｓ₁ は、比較的小さいことが好
ましい。成形材料圧力の上昇によってキャビティ内から
材料が漏れる、いわゆるバリの発生を防止するためであ
る。また、背圧が比較的低い場合には、材料の粘度が比
較的低いと考えられるので、射出圧力から保圧へ切り替
えるための射出スクリュー１８のストローク量Ｓ₁ は、
比較的大きいことが好ましい。キャビティ内に溶融材料
が十分に満たされず、充填不足の製品が発生してしまう
ことを防止するためである。このような観点からは、背
圧とストローク量Ｓ₁ との間には、図２（Ａ）または
（Ｂ）に示すような関係にあることが好ましい。なお、
図２（Ｂ）において、さらに細かな階段状カーブとして
も良い。

【００１９】なお、保圧は、射出圧力Ｐｉよりも低い圧
力であり、当然ながら、型締め圧力Ｐｃよりも低く設定
され、バリなどの発生を防止しつつ、充填不足を防止す
る。次に、図３に示すフローチャートに基づき、図１に
示す射出成形装置の制御方法について説明する。

【００２０】射出成形装置の制御がスタートすれば、ス
テップ（以下、単にＳと言う）１において、図１に示す
制御手段２６は、圧力切り替えポイント設定用プログラ
ムを読み込む。次に、Ｓ２では、図１に示す射出ジャケ
ット６の材料供給口１７から成形材料が供給され、射出
スクリュー１８が回転している状態で、Ｓ３において、
ロードセル３２からスクリュー１８に加わる背圧を測定
し、その背圧信号を制御手段２６へ送る。

【００２１】次に、Ｓ４では、制御手段２６の演算手段
２６ａが、背圧信号から、図２（Ａ）または図２（Ｂ）
に示す対応関係に基づき、設定ストローク量Ｓ₁ （設定
スクリュー位置Ｓ₁ とも言う）を演算により求める。次
に、Ｓ５では、射出圧力Ｐ₁を出力し、その射出圧力と
成るように、制御手段２６から圧力制御弁２４および油
圧ユニット２２に駆動信号を送り、射出シリンダー２０
により射出スクリュー１８をノズル１６方向に移動させ
る。

【００２２】同時に、Ｓ６において、図１に示す位置セ
ンサ３０によりスクリュー１８の位置を計測し、制御手
段２６では、図３に示すＳ７において、射出スクリュー
１８の実際位置Ｓが、設定スクリュー位置Ｓ₁ に到達し
たか否かを判断する。Ｓ７において、実際のスクリュー
位置Ｓが、設定スクリュー位置Ｓ₁ に到達した場合に
は、制御手段２６の保圧切り替え手段２６ｂから、駆動
手段としての油圧ユニット２２および圧力制御弁２４に
駆動信号を送り、射出ジャケット６内の成形材料の圧力
が、保圧（射出圧力の数分の１程度の圧力）と成るよう
に、射出シリンダ２０による射出スクリュー１８の駆動
を制御する。

【００２３】射出圧力を保圧に切り替える設定スロトー
ク量Ｓ₁ （設定スクリュー位置Ｓ₁）は、従来では、前
もって設定されており、成形毎に同じ値であったが、本
実施例では、射出成形毎に検出される射出スクリューの
背圧によって自動的に変更されるため、材料の状態のバ
ラツキを成形毎に吸収することができ、精度の高い射出
量の制御が可能になる。

【００２４】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、射出ジャケット６内に成形材料
が供給される時点での材料の状態を把握する観点から
は、ロードセル３２に限らず、射出シリンダ２０へ印加
される油圧などを検出する圧力センサを用いることもで
きる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、射出圧力を保圧に切り
替える設定スロトーク量Ｓ₁ （設定スクリュー位置Ｓ
₁ ）は、射出成形毎に検出される射出スクリューの背圧
によって自動的に変更されるため、材料の状態のバラツ
キを成形毎に吸収することができ、精度の高い射出量の
制御が可能になる。

【００２６】すなわち、本発明によれば、成形途中で型
開きすることなく、常に一定量の成形材料の充填が可能
であり、成形品の品質の向上、生産性の向上、人手作業
の低減、成形設備の低価格化（型締め圧力を大きくする
必要がない）を図ることができる。

【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
概略構成図である。

【図２】図２（Ａ），（Ｂ）は成形材料供給時の背圧と
設定ストローク量との関係を示すグラフである。

【図３】図３は本発明の一実施例に係る射出成形装置の
制御方法を示すフローチャート図である。

【図４】図４は従来例（比較例１）に係る射出成形装置
の制御方法を示すフローチャート図である。

【図５】図５はその他の従来例（比較例２）に係る射出
成形装置の制御方法を示すフローチャート図である。

【符号の説明】

２… 射出成形装置 ４… 成形型 ５… キャビティ ６… 射出ジャケット ８… 固定型 １０… 移動型 １２… ダイプレート １４… 型締めシリンダ １６… 射出ノズル １７… 材料供給口 １８… 射出スクリュー １９… ロッド ２０… 射出シリンダ ２２… 油圧ユニット ２４… 圧力制御弁 ２６… 制御手段 ２６ａ…演算手段 ２６ｂ…保圧切り替え手段 ２８… 圧力センサ ３０… 位置センサ ３２… ロードセル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形型(4)と、 前記成形型(4)の注入口にノズル(16)が押し当てられる
   射出ジャケット(6)と、 前記射出ジャケット(6)の内部で、ノズル(16)方向に所
   定圧力で移動することにより、前記ノズル(16)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(4)内に
   射出する射出スクリュー(18)と、 前記射出スクリュー(18)の位置(S)を検出する位置セン
   サ(30)と、 前記スクリュー(18)を前記ノズル(16)方向に所定圧力で
   移動させる駆動手段(20,22,24)と、 前記射出ジャケット(6)への成形材料供給時に射出スク
   リュー(18)に発生する背圧を検出する背圧検出手段(32)
   と、 前記背圧検出手段(32)で検出した背圧に基づき、射出圧
   力を保圧に切り換えるための設定スクリュー位置(S₁ )
   を演算する演算手段(26a) と、 前記位置センサ(30)で検出されたスクリュー位置(S)
   が、前記演算手段(26)で演算された設定スクリュー位置
   (S₁ )に到達したか否かを判断し、到達した場合には、
   前記駆動手段(20,22,24)に駆動信号を送り、射出圧力を
   保圧に切り換える保圧切り替え手段(26b) とを有する射
   出成形装置。