(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出プランジャの位置に応じて射出プランジャの前進速度をプロファイル制御する射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法において、
スプル、ランナを含む成形品形状モデルを微小要素に分割し、
数値解析法を使用して射出プランジャの前進速度を一定とした条件で、前記成形品形状モデルの各微小要素に対する溶融材料の充填進行状況を充填到達時間として求め、
前記成形品形状モデルの全域に溶融材料を充填するのに要した時間を所定の個数に区分し、
前記充填時間の区分が前記微小要素に跨がるときは当該微小要素を、再区分または当該微小要素に隣接する微小要素に併合し、
前記充填時間の区分毎に充填される充填量から各充填時間の区分毎の成形型内の溶融材料の平均進行速度を演算し、
前記各充填時間の区分毎の前記射出プランジャの前進速度を前記平均進行速度の関数として設定する、
ことを特徴とする射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法。
【請求項２】
成形品形状モデル全域への溶融材料の平均進行速度を演算し、前記射出プランジャの前進速度を前記平均進行速度の関数として設定してなる請求項１記載の射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法。
【請求項３】
射出プランジャの位置に応じて射出プランジャの前進速度をプロファイル制御する射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法において、
スプル、ランナを含む成形品形状モデルを微小要素に分割し、
数値解析法を使用して射出プランジャの前進速度を一定または多段階に変化する条件で、前記成形品形状モデルの各微小要素に対する溶融材料の充填圧力と、充填進行状況としての充填到達時間として求め、
前記成形品形状モデルの全域に溶融材料を充填するのに要した時間を所定の個数に区分し、
前記充填時間の区分が前記微小要素に跨がるときは当該微小要素を、再区分または当該微小要素に隣接する微小要素に併合し、
前記充填時間の区分毎に基準圧力を演算し、
前記各充填時間の区分毎の前記射出プランジャの前進速度を、前記各充填時間の区分毎の前記基準圧力に代えて予め設定した基準点での圧力の関数として設定する、
ことを特徴とする射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、射出成形機において、射出プランジャ（スクリュ）の位置に応じて、射出プランジャの前進速度を、予め設定されたプロファイルに従ってプログラム制御することが実施されている。
【０００３】
そこで、従来この種の射出速度プログラム制御用のプロファイルの設定は、射出プランジャの充填ストロークを複数区間に区分し、その各区間毎に移動速度を直接指定することにより、多段の矩形プロファイルとして与えるのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の射出速度プロファイルの設定方法には、次に述べるような難点があった。
【０００５】
前述したように、多段階速度プロファイルの設定は、射出成形技術者の経験と勘に基づいて行われるうえ、充填時のキャビティ内の溶融樹脂温度分布を測定するのは困難であるので、温度分布調整は、多大の試行錯誤を要すると同時に、往々にして所望の結果が達成され得ない基本的な難点を有していた。
【０００６】
すなわち、射出成形品の外観的な欠点は、金型内への樹脂流入段階に発生する場合が多い。例えば、ジェッティング、フローマーク、ウェルドライン、気泡、表面傷の発生等である。通常の樹脂の流動は、順次金型内部の空間を満たしながら層流として流動するが、急激な進行速度の変化により不整流となり、空間を残しながら流動する場合に、これらの欠点が発生している。
【０００７】
しかるに、実際の成形品は、溶融樹脂の流動先端（メルトフロント）の断面積（厚さと長さ）が変化するため、射出成形品の外観的な欠点をなくすことを主目的として、多段の矩形プロファイルが提案された。しかしながら、前記多段の矩形プロファイルは、射出プランジャの速度設定であり、金型内部における溶融樹脂の充填挙動に合わせて設定するには、実際に成形を行いながらトライアルによる方法が一般的である。
【０００８】
また、金型への溶融樹脂の充填過程における射出速度制御方法として、ノズルの射出圧またはキャビティ内の樹脂圧を検知して、目標圧力になるように射出速度を制御する方法が知られている。この制御方法は、射出成形機または金型に圧力検出装置を設置する必要があり、高価となると共に特別の用途の成形品に限定される。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、金型に対する溶融樹脂の各充填時間の区分毎に流動先端（メルトフロント）の進行速度を演算し、その進行速度の関数として射出速度プロファイルを設定することと、設定した射出速度プロファイルに対して充填中の溶融樹脂の基準点の圧力が急激に変化しないように射出速度プロファイルを補正することにより、金型内における溶融樹脂の流動先端の進行速度を円滑に変化させ、溶融樹脂の流入段階において不良状態を発生させないようにした射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
先の目的を達成するために、本発明に係る射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法は、
射出プランジャの位置に応じて射出プランジャの前進速度をプロファイル制御する射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法において、
スプル、ランナを含む成形品形状モデルを微小要素に分割し、
数値解析法を使用して射出プランジャの前進速度を一定とした条件で、前記成形品形状モデルの各微小要素に対する溶融材料の充填進行状況を充填到達時間として求め、
前記成形品形状モデルの全域に溶融材料を充填するのに要した時間を所定の個数に区分し、
前記充填時間の区分が前記微小要素に跨がるときは当該微小要素を、再区分または当該微小要素に隣接する微小要素に併合し、
前記充填時間の区分毎に充填される充填量から各充填時間の区分毎の成形型内の溶融材料の平均進行速度を演算し、
前記各充填時間の区分毎の前記射出プランジャの前進速度を前記平均進行速度の関数として設定することを特徴とする。
【００１１】
この場合、成形品形状モデル全域への溶融材料の平均進行速度を演算し、前記射出プランジャの前進速度を前記平均進行速度の関数として設定することができる。
【００１２】
また、本発明に係る射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法は、
射出プランジャの位置に応じて射出プランジャの前進速度をプロファイル制御する射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法において、
スプル、ランナを含む成形品形状モデルを微小要素に分割し、
数値解析法を使用して射出プランジャの前進速度を一定または多段階に変化する条件で、前記成形品形状モデルの各微小要素に対する溶融材料の充填圧力と、充填進行状況としての充填到達時間として求め、
前記成形品形状モデルの全域に溶融材料を充填するのに要した時間を所定の個数に区分し、
前記充填時間の区分が前記微小要素に跨がるときは当該微小要素を、再区分または当該微小要素に隣接する微小要素に併合し、
前記充填時間の区分毎に基準圧力を演算し、
前記各充填時間の区分毎の前記射出プランジャの前進速度を、前記各充填時間の区分毎の前記基準圧力に代えて予め設定した基準点での圧力の関数として設定することもできる。
【００１３】
すなわち、本発明においては、数値解析法を使用し、金型内における溶融樹脂の流動先端（メルトフロント）の平均進行速度の関数として、射出プランジャ速度を設定する方法であり、これにより射出速度プロファイルのノウハウを必要としない自動設定を可能とするものである。
【００１４】
しかし、前記方法により、金型内における溶融樹脂の流動先端（メルトフロント）の平均進行速度の関数として射出速度を設定しても、キャビティ内の肉厚の変化の激しい金型や、溶融樹脂の分岐や合流のある金型等の金型の形状によっては、溶融樹脂の充填中に、基準点の圧力が許容値以上に変動する場合がある。このように、金型内の樹脂圧力が充填中に大きく変動することは、成形品の品質に悪影響を与え、好ましくない。従って、このような場合には、金型内の溶融樹脂の流動先端の速度が、ある程度変動しても、樹脂圧力の変動を少なくすることが必要である。
【００１５】
そこで、本発明においては、射出成形機または金型に対して圧力検出装置を設置することなく、数値解析法により算出した各充填時間の区分毎の基準点の圧力変化を使用して、前記射出速度を補正する方法を得るものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法の実施の形態につき説明する。
【００１７】
第１の実施形態
まず、第１の実施形態として、各充填時間の区分毎における金型内の溶融樹脂の流動先端（メルトフロント）の平均進行速度を演算し、平均進行速度の関数として射出速度プロファイルを設定する方法について説明する。
【００１８】
(1) スプル、ランナを含む成形品形状モデル（図１参照）を微小要素に分割し、有限要素法、境界要素法、差分法、ＦＡＮ法等の数値解析法を使用して、射出プランジャの前進速度Ｖc （射出速度）一定の条件で、各要素を構成する節点に対する溶融樹脂の充填到達時間を求める。
【００１９】
（２）  任意に選択した各充填時間の区分毎に充填される溶融樹脂の充填量から、各充填時間の区分毎における金型内の溶融樹脂の流動先端の平均進行速度を、次の要領で演算する。
【００２０】
ａ）充填時間Ｔを任意の整数ｎに分割した各充填区分時間とその分割数ｎを入力して、各微小要素を構成する節点がどの分割区分に属するかを判断する。ある微小要素が、複数の分割区分に跨がる場合は、それぞれの分割区分に再分割して区分するか、または当該微小要素に隣接する微小要素に併合することにより、前記微小要素の節点と充填時間の区分との間のずれを調整する。
【００２１】
ｂ）各要素を構成する節点の座標値および要素の厚さから、各分割区分毎の体積を、次式（１）により合計する。
【００２２】
【数１】
0003618452.tif 000002
但し、Ｖｏｌ（ｉ）：各分割区分毎の体積
Ｓ（ｊ）：現分割区分に含まれる各要素の面積
Ｔｈ（ｊ）：現分割区分に含まれる各要素の厚さ
【００２３】
ｃ）各分割区分毎に平均進行速度を、次式（２）により求める。
【００２４】
【数２】
0003618452.tif 000003
但し、Ｖｍｆ（ｉ）：平均進行速度
Ａａｖｅ  （ｉ）：平均断面積
Δｔ（ｉ）：分割区分の充填時間
【００２５】
なお、前記平均断面積〔Ａａｖｅ  （ｉ）〕は、各区分を分ける要素の分割線の長さ（溶融樹脂の流動先端の長さ）および要素の厚さから計算することができる。
【００２６】
また、前記分割区分の充填時間〔Δｔ（ｉ）〕は、充填時間Ｔと次式（３）の関係を有する。
【００２７】
【数３】
0003618452.tif 000004
【００２８】
（３）  前記演算式によって得られた平均進行速度の値を関数として、射出プランジャの前進速度（射出速度）を演算し、射出速度のプロファイルを設定する。
【００２９】
一定充填速度（Ｖｃ）と、全体の平均進行速度（Ｖｍｆｍｅａｎ）を使用して、金型内における溶融樹脂の流動先端の平均進行速度の関数として、射出プランジャの前進速度を、次式（４）により求める。
【００３０】
【数４】
0003618452.tif 000005
但し、Ｖｃｍｆ（ｉ）：金型内溶融樹脂の流動先端の平均進行速度を関数とした充填速度
Ｃ：補正係数
Ｖｃ：一定射出速度
Ｖｍｆｍｅａｎ：全区間の金型内溶融樹脂の流動先端の平均進行速度
ｆ〔Ｖｍｆ（ｉ）〕：平均進行速度の関数
【００３１】
なお、前記補正係数（Ｃ）は、全体の充填時間を前進速度一定の充填時間に一致させるための係数である。
【００３２】
また、前記全区間の金型内溶融樹脂の流動先端の平均進行速度（Ｖｍｆｍｅａｎ）は、次式（５）の関係を有する。
【００３３】
【数５】
0003618452.tif 000006
【００３４】
さらに、前記平均進行速度の関数［ｆ〔Ｖｍｆ（ｉ）〕］は、ｆ〔Ｖｍｆ（ｉ）〕＝Ｖｍｆ（ｉ）の時に、金型内溶融樹脂の流動先端の平均進行速度が一定となる。
【００３５】
第２の実施形態
次に、第２の実施形態として、各分割区分毎の基準点の圧力を考慮した、射出速度プロファイルの補正方法について説明する。
【００３６】
(1) スプル、ランナを含む成形品形状モデル（図１参照）を微小要素に分割し、有限要素法、境界要素法、差分法、ＦＡＮ法等の数値解析法を使用して、多段のプロファイルで与えられた射出プランジャの前進速度、または前記第１の実施形態の演算式（４）で算出した充填速度〔Ｖｃｍｆ（ｉ）〕を入力として、各分割区分毎の基準点の圧力〔Ｐcae （ｉ）〕を演算する。
【００３７】
なお、基準点は、ノズル部、ゲート部、キャビティ内から任意に選択可能である。
【００３８】
（２）  各分割区分毎の基準点の圧力を、設定された関数〔Ｐｆｎ（ｉ）〕で算出し、関数の値と数値解析結果による値との偏差割合で、射出プランジャの各分割区分毎の前進速度を次式（６）により補正する。なお、関数は一定値、直線等、任意に選択可能である。
【００３９】
【数６】
0003618452.tif 000007
但し、Ｖｍｏｄ  （ｉ）：補正後の射出速度
Ｖｃｍｆ（ｉ）：補正前の射出速度
Ｐｃａｅ  （ｉ）：数値解析法で算出した基準点の圧力
Ｐｆｎ（ｉ）：設定した関数で算出した基準点の圧力
Ｋ：補正係数
【００４０】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例について、添付図面を参照しながら説明する。
【００４１】
図１は、本発明の射出速度プロファイルを設定するための成形品形状モデル１０の一実施例を示すものである。
【００４２】
しかるに、本発明においては、前記図１に示すスプル、ランナを含む成形品形状モデル１０を微小要素に分割し、有限要素法、境界要素法、差分法、ＦＡＮ法等の数値解析法を行い、射出プランジャの前進速度すなわち射出速度を演算して、射出速度のプロファイルを設定する。
【００４３】
そこで、この射出速度の演算に際しては、まず前記成形品形状モデル１０を微小要素に分割して行う数値解析の条件を次の通り設定した。
【００４４】
体積                ４９１．１ｃｍ３  
スクリュ直径            ６．０ｃｍ
スクリュストローク    １７．４ｃｍ
射出時間                ３．０  ｓｅｃ
定速充填速度            ５．８ｃｍ／ｓｅｃ
【００４５】
以上の数値解析の条件に基づいて、前述した演算式（１）〜（５）により算出される射出速度のプロファイルは、図２に示す通りである。
【００４６】
しかるに、図２において、直線Ａは、射出プランジャの前進速度一定の充填速度特性を示すものである。
【００４７】
また、図２において、特性線Ｂは、図１に示す成形品形状モデル１０を、数値解析法により射出プランジャの前進速度一定の条件で、各要素を構成する節点の溶融樹脂の充填到達時間Ｔを求めた後〔演算式（３）〕、分割数１０で等分割した時の各充填時間の区分毎の体積（Ｖｏｌ）、平均断面積（Ａａｖｅ  ）、金型内の溶融樹脂の流動先端の平均進行速度（Ｖｍｆ）を求め〔演算式（１）、（２）〕、その関数として射出速度（Ｖｃｍｆ）を算出したものである〔演算式（４）〕。なお、この場合、溶融樹脂の流動先端の平均進行速度の関数として、平均進行速度一定［ｆ〔Ｖｍｆ（ｉ）〕＝Ｖｍｆ（ｉ）］の条件を使用した〔演算式（５）〕。
【００４８】
さらに、図２において、特性線Ｃは、溶融樹脂の流動先端の平均進行速度の関数として算出した多段の射出速度で数値解析を行い、その時の各充填時間の区分毎に算出した基準点の圧力値と、圧力を考慮した関数の偏差を使用して補正した射出速度（Ｖｍｏｄ  ）を示すものである〔演算式（６）〕。この場合、平均進行速度の関数を、平均進行速度一定、基準点をノズル部、圧力を考慮した関数を一定値である平均進行速度一定の時のノズル圧の平均値、補正係数Ｋ＝１として設定した。
【００４９】
前記図２に示す各射出速度プロファイルに基づいて、図１に示す成形品形状モデルにおける溶融樹脂の射出充填状態を示せば、図３ないし図５に示す通りである。すなわち、図３は、図２の特性直線Ａに基づく溶融樹脂の射出充填状態を示す。また、図４は、図２の特性線Ｂに基づく溶融樹脂の射出充填状態を示す。そして、図５は、図２の特性線Ｃに基づく溶融樹脂の射出充填状態を示す。
【００５０】
図６は、射出成形機のノズル圧をそれぞれ比較して示した特性線図である。すなわち、図６において、特性線Ａは、射出プランジャの前進速度一定の充填速度の時のノズル圧の特性を示すものである。また、特性線Ｂは、平均進行速度の関数として演算した射出速度の時のノズル圧の特性を示すものである。さらに、特性線Ｃは、基準点の圧力値と、設定された関数の偏差を使用して補正した射出速度の時のノズル圧の特性を示すものである。
【００５１】
このようにして、本発明によれば、成形品の形状に応じた適正な射出速度プロファイルを容易に設定することができることが確認された。
【００５２】
なお、前述した第１の実施態様と第２の実施態様に基づいて、本発明に係る射出速度プロファイルを設定するための操作プログラムのフローチャートの一例は、図７に示す通りである。また、図７において、中央は処理を示し、左側は設定値入力を示し、そして右側は演算データ出力を示す。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更が可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る射出速度プロファイルの設定方法においては、所要の成形品形状モデルに対する、数値解析法による溶融樹脂の充填に伴う流動解析によって、任意の整数に分割した充填時間区分毎の金型内溶融樹脂の流動先端（メルトフロント）の平均進行速度を算出し、この算出値を関数として射出速度プロファイルを設定することにより、成形品の形状に応じた適正な射出速度プロファイル設定を自動化することができる。
【００５５】
また、前記流動解析により、任意の整数に分割した充填時間区分毎の金型内溶融樹脂の基準点の圧力を算出し、この算出値と予め定めた関数との偏差により、射出速度を補正することにより、成形品の形状に応じたさらに適正な射出速度プロファイル設定を自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法を適用し得る成形品形状モデルの一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法により設定された射出速度プロファイルの特性線図である。
【図３】図２に示す特性直線Ａに対応する図１に示す成形品形状モデルにおける溶融樹脂の射出充填状態をそれぞれ示す説明図である。
【図４】図２に示す特性線Ｂに対応する図１に示す成形品形状モデルにおける溶融樹脂の射出充填状態をそれぞれ示す説明図である。
【図５】図２に示す特性線Ｃに対応する図１に示す成形品形状モデルにおける溶融樹脂の射出充填状態をそれぞれ示す説明図である。
【図６】射出成形機のノズル圧をそれぞれ比較して示した特性線図である。
【図７】本発明に係る射出成形機における射出速度プロファイルの設定方法を実施するための操作プログラムの一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１０  成形品形状モデル
【図１】
0003618452.tif 000008
【図２】
0003618452.tif 000009
【図３】
0003618452.tif 000010
【図４】
0003618452.tif 000011
【図５】
0003618452.tif 000012
【図６】
0003618452.tif 000013
【図７】
0003618452.tif 000014