JP2025042263A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】金型の設計自由度を損なうことなく、金型内に射出された樹脂材料の圧力制御を行うこと。
【解決手段】内側にスクリュ２０が配置される加熱バレル１１を有する射出装置１０と、樹脂材料の成形を行う金型７５と、スクリュ２０の射出速度Ｓを検出するエンコーダ５２と、スクリュ２０に作用する射出圧力Ｐを検出するロードセル６０と、スクリュ２０の移動制御を行うことにより金型７５内における樹脂材料の圧力の制御を行う制御装置１００と、を備え、制御装置１００は、圧力損失モデルＭとエンコーダ５２で検出した射出速度Ｓとに基づいて射出装置１０での圧力損失を求める圧力損失算出部１１１と、射出圧力Ｐから圧力損失を減算して仮想型内圧Ｖを求める仮想型内圧算出部１１２と、樹脂材料を射出する際におけるスクリュ２０の移動制御を行うと共に、仮想型内圧算出部１１２で求めた仮想型内圧Ｖに基づいて移動制御を行う移動制御部１２０と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、射出成形機に関する。

溶融した樹脂を金型内に射出することにより成形を行う射出成形機では、適切な成形を行うためには、樹脂の圧力を適正な値にしながら成形をすることが重要となる。このため、従来の射出成形機では、溶融した樹脂の圧力の値を様々な手法で得ながら成形を行っている。例えば、特許文献１に記載された射出成形機の射出圧力検査装置では、パージングを行ったときに検出された樹脂の圧力と通常の成形を行ったときに検出された樹脂の圧力に基づいて射出ノズル内の樹脂の圧力を算出することにより、加熱シリンダ内の圧損の影響を受けることなくキャビティ内の樹脂の圧力を正確に検出している。

また、特許文献２に記載された成形条件作成方法では、樹脂流入口または成形機ノズル端部での樹脂圧力カーブと、ノズルを金型から離脱させた状態での射出圧力カーブとを得ることにより、射出成形機の機械要素による時間遅れや圧力ロスを補い、量産成形の成形条件を得ている。また、特許文献３に記載された射出成形機を用いた樹脂評価方法では、樹脂温度、射出速度を変えて射出を行うことによって設定スクリュ位置における射出圧力を検出し、Ｎ個の射出圧力、射出速度、樹脂温度の組み合わせデータを用いて最小２乗法によって、圧力、速度、温度の相互依存関係関数を求めることが記載されている。

また、特許文献４に記載された射出成形機の圧力制御装置では、保圧工程で、射出圧力を制御する射出圧力制御工程と、射出圧力制御工程を実行した後で、推定した型内圧力が設定型内圧力になるように制御する型内圧制御工程を実行することにより、金型内部の圧力の成形サイクル間におけるバラつきを抑制し、安定した品質の成形品の成形を可能としている。また保圧工程で、推定した型内圧力が設定型内圧力になるように制御することで、金型内部の圧力を高応答に制御できるため、成形品の応力変形を防止している。

特開平１１－１１５０２３号公報 特開２０００－３５５０３３号公報 特開２００２－３３１５５８号公報 特開２０１６－１５９５８９号公報

ここで、射出成形機による射出成形では、目的の成形品に応じて樹脂材料の種類を変更したり、金型を変更したりすることがあるが、樹脂材料の種類や金型を変更した場合でも、金型内の樹脂材料の圧力を適切に制御することが重要である。金型内の樹脂材料の圧力を適切に制御するためには、樹脂材料の圧力を取得する必要があるが、樹脂材料の圧力の検出は、例えば、圧力を検知するセンサを金型に配置することにより、金型内に射出された樹脂材料の圧力を検出することができる。しかし、圧力センサを金型に配置する場合、金型の設計自由度が損なわれるため、成形品の形状が制限されたり、金型における、成形品を成形するためのキャビティのレイアウトが制限されたりすることがある。

一方で、金型に圧力センサを配置することなく射出成形を行う場合、金型内に射出された樹脂材料の圧力を高い精度で検出して圧力の制御を行うことが難しくなる。この場合、例えば、金型における一部のゲートに詰まりが発生した際に、ゲートの詰まりに起因する金型内における樹脂材料の圧力の上昇を検出することが困難になるため、樹脂材料の圧力が高くなることに伴ってバリが発生してしまうことがある。これらのため、金型の設計自由度を損なうことなく、金型内に射出された樹脂材料の圧力制御を行うことは困難なものとなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金型の設計自由度を損なうことなく、金型内に射出された樹脂材料の圧力制御を行うことのできる射出成形機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る射出成形機は、内側にスクリュが配置される加熱バレルで樹脂材料を溶融し、溶融した前記樹脂材料を射出するノズルが位置する側に向けて前記スクリュを移動させることにより前記樹脂材料を前記ノズルから射出する射出装置と、前記ノズルから射出した前記樹脂材料が充填されるキャビティを有し、前記キャビティで前記樹脂材料の成形を行う金型と、前記樹脂材料を射出する際における前記スクリュの移動速度である射出速度を検出する射出速度検出部と、前記樹脂材料を射出する際に前記スクリュに作用する圧力である射出圧力を検出する射出圧力検出部と、前記スクリュの移動制御を行うことにより前記金型内における前記樹脂材料の圧力の制御を行う制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記樹脂材料を射出する際における前記射出速度ごとの圧力損失を示す圧力損失モデルと、前記射出速度検出部で検出した前記射出速度とに基づいて、前記樹脂材料を射出する際における前記射出装置での圧力損失を求める圧力損失算出部と、前記射出圧力検出部で検出した前記射出圧力から前記圧力損失算出部で求めた前記圧力損失を減算した圧力を、前記金型内における前記樹脂材料の圧力である仮想型内圧として求める仮想型内圧算出部と、前記樹脂材料を射出する際における前記スクリュの移動制御を行うと共に、前記仮想型内圧算出部で求めた前記仮想型内圧に基づいて前記移動制御を行う移動制御部と、を有する。

本発明に係る射出成形機は、金型の設計自由度を損なうことなく、金型内に射出された樹脂材料の圧力制御を行うことができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係る射出成形機の構成例を示す模式図である。 図２は、図１に示す射出装置の詳細図である。 図３は、図２に示す加熱バレルの詳細図である。 図４は、図３に示すチェックリングの詳細図である。 図５は、図１に示す制御装置の説明図である。 図６は、圧力損失モデルの一例を示す説明図である。 図７は、移動制御部が有する各コントローラと射出装置との関係を示す説明図である。 図８は、良品の成形時における、射出速度、射出圧力、仮想型内圧の変化を示す説明図である。 図９は、制御装置が仮想型内圧判定部を有さず、仮想型内圧が上限値に達したか否の判定を行わない場合において、射出圧力の上限値に達した状態を示す説明図である。 図１０は、制御装置が仮想型内圧判定部を有し、仮想型内圧が上限値に達した状態を示す説明図である。 図１１は、チェックリングの応答にばらつきがある場合における、射出速度、射出圧力、仮想型内圧の変化を示す説明図である。 図１２は、チェックリングの応答にばらつきがある場合において仮想型内圧が上限値に達した状態を示す説明図である。 図１３は、仮想型内圧が上限値に達したか否の判定を行わずにふかし成形を行う場合の射出速度、射出圧力、仮想型内圧を示す説明図である。 図１４は、仮想型内圧が上限値に達したか否の判定を行いながらふかし成形を行う場合の射出速度、射出圧力、仮想型内圧を示す説明図である。

以下に、本開示に係る射出成形機の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易に想到できるもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１は、実施形態に係る射出成形機１の構成例を示す模式図である。なお、以下の説明では、射出成形機１の通常の使用状態における上下方向を、射出成形機１における上下方向Ｚとして説明し、射出成形機１の通常の使用状態における上側を、射出成形機１における上側とし、射出成形機１の通常の使用状態における下側を、射出成形機１における下側として説明する。また、以下の説明では、射出成形機１の長手方向Ｙを、射出成形機１を有する各部においても長手方向Ｙとして説明し、射出成形機１の上下方向Ｚと長手方向Ｙとの双方に直交する方向を、射出成形機１における幅方向Ｘとして説明する。

＜射出成形機１＞
本実施形態に係る射出成形機１は、射出装置１０と、型締装置７０とを有しており、射出装置１０と型締装置７０とは、射出成形機１における下端に配置されるフレーム５上に載置されている。射出成形機１は、射出装置１０で樹脂材料を溶融して可塑化材料にし、射出装置１０から射出された可塑化材料を、型締装置７０によって冷却・固化することにより、所望の各種の成形品を製造することが可能になっている。

射出装置１０は、加熱バレル１１と、スクリュ２０と、回転機構４０と、前後進機構５０と、推進機構３０とを備えている。加熱バレル１１は、内部で樹脂材料を加熱して溶融し、可塑化材料にすることが可能になっている。また、加熱バレル１１は、可塑化材料を射出するノズル１２を一端側に備え、他端側が原料投入用のホッパ１５に接続されている。スクリュ２０は、加熱バレル１１の内側に配置されており、加熱バレル１１の内部で軸心方向に移動可能になっている。

回転機構４０は、加熱バレル１１内でスクリュ２０を回転させることにより、樹脂材料をホッパ１５から加熱バレル１１内に導入することが可能になっている。

前後進機構５０は、加熱バレル１１内でスクリュ２０を長手方向Ｙに移動させることが可能になっている。また、前後進機構５０は、加熱バレル１１内において、溶融された樹脂材料が、ノズル１２が位置する端部側の部分に貯えられた状態で、スクリュ２０をノズル１２が位置する側に向けて移動させることにより、樹脂材料をノズル１２から押し出すことができる。これにより、加熱バレル１１内で溶融した樹脂材料をノズル１２から射出させることができる。

型締装置７０は、固定盤７１と、移動盤７２と、金型７５と、型締駆動機構８０と、押出機構８５とを有している。固定盤７１は、フレーム５上に配置されてフレーム５に固定されており、移動盤７２は、フレーム５上における固定盤７１に対して射出装置１０が位置する側の反対側に配置され、固定盤７１に対して移動自在に配置されている。

金型７５は、射出装置１０が有する加熱バレル１１のノズル１２から射出された樹脂材料が充填されるキャビティ７５ａを有しており、キャビティ７５ａで樹脂材料の成形を行うことが可能になっている。このように樹脂材料の成形を行う金型７５は、固定金型７６と移動金型７７とを有している。固定金型７６は、固定盤７１における移動盤７２が位置する側の面に取り付けられており、移動金型７７は、移動盤７２における固定盤７１が位置する側の面に取り付けられている。移動盤７２に取り付けられる移動金型７７は、固定盤７１に取り付けられる固定金型７６に対向しており、移動盤７２が固定盤７１に接近した際には、固定金型７６へ接近して固定金型７６に組み合わされる。

型締駆動機構８０は、移動盤７２を固定盤７１に対して相対移動させることが可能になっており、移動盤７２を固定盤７１に対して相対移動させることにより、移動金型７７と固定金型７６との型閉を行ったり、移動金型７７と固定金型７６との型開を行ったりすることができる。本実施形態では、型締駆動機構８０は、いわゆるトグル機構８１を備えており、トグル機構８１により、移動盤７２を固定盤７１に対して相対移動させることができる。

押出機構８５は、移動金型７７の内面に付着した成形後の成形品を押し出す押出部材８６を備えており、成形後の成形品を移動金型７７から取り外すことが可能になっている。

＜射出装置１０＞
以下の説明では、長手方向Ｙにおいて射出装置１０に対して型締装置７０が位置する側を前方、或いは前側とし、長手方向Ｙにおいて射出装置１０に対して型締装置７０が位置する側の反対側を後方、或いは後ろ側として説明する。

図２は、図１に示す射出装置１０の詳細図である。射出装置１０は、推進機構３０を介してフレーム５に配置されている。推進機構３０は駆動用電動機３１を有しており、駆動用電動機３１で発生する駆動力により、射出装置１０をフレーム５に対して長手方向Ｙに移動させることが可能になっている。

射出装置１０が有する加熱バレル１１は、長手方向Ｙにおける前側に延び、その先端、即ち、加熱バレル１１の前側の端部には、金型７５に密接するノズル１２が配置されている。詳しくは、加熱バレル１１は、略円筒状の形状で形成されると共に、軸心方向が長手方向Ｙに沿った向きで配置されており、バンドヒータ等のヒータ１３が設けられている。これにより、加熱バレル１１は、内部で樹脂材料を溶融可能になっている。つまり、加熱バレル１１は、ヒータ１３によって加熱バレル１１の温度を上昇させることができ、内部で樹脂材料を加熱して溶融し、可塑化材料である溶融樹脂にすることが可能になっている。

スクリュ２０は、加熱バレル１１の内部に配置されており、軸心方向が加熱バレル１１の軸心方向と沿った方向になる螺旋形状を有しており、即ち、スクリュ２０は、外周面に螺旋状の溝を有している。このように、螺旋形状を有して形成されるスクリュ２０は、加熱バレル１１内で、軸心を中心として回転可能になっている。また、スクリュ２０は、加熱バレル１１内で回転の軸方向に移動可能になっている。換言すると、スクリュ２０は、加熱バレル１１内に、加熱バレル１１の形状である円筒の中心軸と、スクリュ２０の回転軸とが略一致して配置されており、且つ、加熱バレル１１の軸方向に移動可能に配置されている。加熱バレル１１内に回転可能に配置されるスクリュ２０は、加熱バレル１１の内部で回転をすることにより、溶融樹脂を混練することが可能になっており、このため、加熱バレル１１は、内部で溶融樹脂の混練が可能なバレルになっている。

加熱バレル１１における後ろ側の端部寄りの位置には、ホッパ１５が配置されている。ホッパ１５は、加熱バレル１１内に連通し、粒状の樹脂材料であるペレット（図示省略）を加熱バレル１１に供給することが可能になっている。

回転機構４０は、長手方向Ｙにおいて加熱バレル１１よりも後ろ側に配置されており、加熱バレル１１の内部に配置されるスクリュ２０を、中心軸周りに回転させることが可能になっている。スクリュ２０を回転させる回転機構４０は、回転機構本体部４１と、駆動用電動機４３と、伝動ベルト４４と、プーリ４５とを有している。

駆動用電動機４３は、例えば、回転機構本体部４１の上側に配置されている。プーリ４５は、回転機構本体部４１の前方に配置されて軸受４６を介して回転機構本体部４１に対して回転自在に配置されている。また、プーリ４５は、伝動ベルト４４を介して駆動用電動機４３の駆動軸に連結されており、これにより、プーリ４５は、伝動ベルト４４を介して伝達される駆動用電動機４３の駆動力により回転することが可能になっている。このように、駆動用電動機４３から伝達される駆動力により回転可能なプーリ４５は、スクリュ２０に対して同軸に一体に固定されている。換言すると、スクリュ２０は、長手方向Ｙにおける後端側が、プーリ４５に連結されている。これにより、加熱バレル１１内に配置されるスクリュ２０は、駆動用電動機４３からプーリ４５に伝達される駆動力により、プーリ４５と一体に回転することが可能になっている。

長手方向Ｙにおける回転機構本体部４１の後方には、前後進機構５０が配置されている。前後進機構５０は、加熱バレル１１内に配置されるスクリュ２０を、スクリュ２０の軸心方向に移動させることが可能になっている。即ち、スクリュ２０を長手方向Ｙに前進させたり後退させたりすることが可能になっている。詳しくは、前後進機構５０は、駆動用電動機５１と、伝動ベルト５３と、プーリ５４と、ボールねじ機構５６とを有している。

駆動用電動機５１は、駆動用電動機５１の回転位置や回転速度を検出するエンコーダ５２を有しており、駆動用電動機５１の駆動軸は、伝動ベルト５３を介してプーリ５４に連結されている。駆動用電動機５１が有するエンコーダ５２は、加熱バレル１１のノズル１２から樹脂材料を射出する際におけるスクリュ２０の移動方向における位置を、駆動用電動機５１の回転位置を介して検出することができる。また、駆動用電動機５１が有するエンコーダ５２は、加熱バレル１１のノズル１２から樹脂材料を射出する際におけるスクリュ２０の移動速度である射出速度Ｓを、駆動用電動機５１の回転速度を検出することを介して検出することができる。駆動用電動機５１が有するエンコーダ５２は、このようにスクリュ２０の射出速度Ｓを検出する射出速度検出部としても用いられる。

プーリ５４は、ボールねじ機構５６のねじ部５７に一体に連結されている。ボールねじ機構５６のねじ部５７は、スクリュ２０と同軸に配置されており、回転機構本体部４１が有するプーリ４５に対しても、同軸に配置されている。前後進機構５０が有するボールねじ機構５６のナット部５８は、略円筒形の形状で形成されており、ボールねじ機構５６のねじ部５７は、当該ナット部５８に螺合している。

長手方向Ｙにおける、前後進機構５０が有するボールねじ機構５６のナット部５８と、回転機構４０が有する回転機構本体部４１との間には、ロードセル６０が配置されている。ロードセル６０は、回転機構４０が有する回転機構本体部４１の後ろ側で、前後進機構５０が有するボールねじ機構５６のナット部５８の前側に配置されている。

ロードセル６０は、軸方向に加えられた荷重を計測する荷重計測器で、起歪体と起歪体に取り付けられた歪みセンサ（いずれも図示省略）などから構成されている。本実施形態では、ロードセル６０は、軸方向が長手方向Ｙとなる向きで配置され、且つ、長手方向Ｙに偏平な略円筒形の形状で形成されており、円筒の内径は、前後進機構５０が有するボールねじ機構５６のねじ部５７の外径よりも大きくなっている。このように形成されるロードセル６０は、長手方向Ｙにおける前側の面は回転機構４０が有する回転機構本体部４１に一体に固定され、長手方向Ｙにおける後ろ側の面は前後進機構５０が有するボールねじ機構５６のナット部５８に一体に固定されている。

回転機構４０の回転機構本体部４１と、前後進機構５０が有するボールねじ機構５６のナット部５８との間に配置されるロードセル６０は、回転機構本体部４１とナット部５８との間で長手方向Ｙに作用する荷重を検出することが可能になっている。ロードセル６０は、加熱バレル１１のノズル１２から樹脂材料を射出する際にスクリュ２０に作用する圧力である射出圧力Ｐを、回転機構本体部４１とナット部５８との間で作用する荷重を検出することを介して検出する射出圧力検出部として用いられる。

図３は、図２に示す加熱バレル１１の詳細図である。加熱バレル１１は、図３に示すように、略円筒状の形状で形成され、外周面にバンドヒータ等のヒータ１３が配置されている。加熱バレル１１における、長手方向Ｙの前端に配置されるノズル１２は、内径が加熱バレル１１の内径よりも小さな略円筒状の形状で形成され、長手方向Ｙの前側に開口して配置されている。加熱バレル１１内に配置されるスクリュ２０は、スクリュ２０の径方向における外側に突出し、且つ、スクリュ２０の軸心を中心とする螺旋状に形成されるフライト２１を有している。これにより、スクリュ２０は、螺旋状に形成されるフライト２１における隣り合う周回部分同士に間に、螺旋状の溝状の部分を有している。

このように形成されるスクリュ２０には、長手方向Ｙにおける前側の端部付近に、チェックリング２５が配置されている。チェックリング２５は、スクリュ２０における長手方向Ｙの前側の端部付近に形成される溝部２２に配置されている。溝部２２は、溝幅方向がスクリュ２０の軸心方向となり、スクリュ２０の周方向における１周に亘って形成される溝になっている。

図４は、図３に示すチェックリング２５の詳細図である。チェックリング２５は、略円筒状の形状で形成され、軸心がスクリュ２０の軸心に略一致する形態で、スクリュ２０の溝部２２に配置される。略円筒状に形成されるチェックリング２５は、外径が加熱バレル１１の内径と同程度で加熱バレル１１の内径よりも僅かに小さな径になっている。また、チェックリング２５の内径は、スクリュ２０の溝部２２の溝底の径よりも大きな径になっており、チェックリング２５の内周面とスクリュ２０の溝部２２の溝底との間には、空隙が形成されている。また、チェックリング２５の軸心方向における幅は、スクリュ２０の溝部２２の溝幅よりも小さくなっている。このため、チェックリング２５は、溝部２２内で溝幅方向に移動することが可能になっている。

また、スクリュ２０には、溝部２２よりも長手方向Ｙにおける前側の部分と溝部２２内とを連通する連通部２４が形成されている。連通部２４は、溝部２２の溝幅方向における前側の溝壁２３に開口している。

＜制御装置１００＞
射出成形機１は、射出成形機１の各種制御を行う制御装置１００と、オペレータが射出成形機１への入力操作を行う入力部１６０と、各種情報を表示する表示部１７０とを有している。入力部１６０と表示部１７０とは、共に制御装置１００に接続されており、入力部１６０は、入力操作された情報を制御装置１００に伝達する。また、表示部１７０は、制御装置１００から伝達された情報を表示する。入力部１６０と表示部１７０とは、別体で構成されていてもよく、または、いわゆるタッチパネル式のディスプレイによって構成されることにより、一体に形成されていてもよい。

制御装置１００には、射出成形機１における動作の動力源となるモータ等の各種アクチュエータや、射出成形機１の動作時における情報を取得する各種センサ等が接続されている。これにより、制御装置１００は、センサによって射出成形機１の動作時における情報を取得しつつ、射出成形機１のアクチュエータに対して制御信号を送信することにより、射出成形機１の制御をすることが可能になっている。制御装置１００は、例えば、溶融した樹脂材料を加熱バレル１１のノズル１２から射出する際におけるスクリュ２０の移動制御を行うことにより、金型７５内における樹脂材料の圧力の制御を行うことが可能になっている。

図５は、図１に示す制御装置１００の説明図である。制御装置１００は、処理部１１０と、記憶部１４０と、入出力部１５０とを有している。処理部１１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、各種情報を記憶するメモリとして機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などを有している。処理部１１０の各機能の全部または一部は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

記憶部１４０は、処理部１１０と電気的に接続され、情報を記憶する記憶装置である。制御装置１００による射出成形機１の制御時は、処理部１１０によって射出成形機１から取得した情報や処理部１１０によって演算した情報を記憶部１４０に記憶したり、記憶部１４０に記憶されている情報を処理部１１０で呼び出して射出成形機１の制御に用いたりする。

なお、処理部１１０により実現される各機能は、プログラムとして予め記憶部１４０に記憶されていてもよい。この場合、処理部１１０は、記憶部１４０に記憶されているプログラムを処理部１１０で呼び出し、プログラムに沿った動作を処理部１１０で実行することにより、各機能を実行する。また、記憶部１４０は、制御装置１００に一体に備えられていてもよく、制御装置１００に対して着脱自在に構成されていてもよい。

入出力部１５０は、制御装置１００の外部の機器との間で信号の入出力を行う、いわゆるインターフェイスになっている。即ち、制御装置１００に接続される射出成形機１の各種アクチュエータ類や各種センサ類、入力部１６０、表示部１７０は、入出力部１５０に接続される。入出力部１５０に接続されるアクチュエータ類や各種センサ類としては、例えば、射出装置１０が有する加熱バレル１１のヒータ１３や、推進機構３０の駆動用電動機３１、回転機構４０の駆動用電動機４３、前後進機構５０の駆動用電動機５１とエンコーダ５２、ロードセル６０等が挙げられる。制御装置１００が有する処理部１１０は、入出力部１５０を介して、これらの外部の機器との間で信号の送受信を行う。

処理部１１０は、機能的に圧力損失算出部１１１と、仮想型内圧算出部１１２と、射出圧力判定部１１３と、仮想型内圧判定部１１４と、移動制御部１２０とを有している。

このうち、圧力損失算出部１１１は、予め設定される圧力損失モデルＭと、前後進機構５０の駆動用電動機５１が有するエンコーダ５２で検出したスクリュ２０の射出速度Ｓとに基づいて、加熱バレル１１のノズル１２から樹脂材料を射出する際における射出装置１０での圧力損失を求めることが可能になっている。圧力損失モデルＭは予め設定されて記憶部１４０に記憶されている。圧力損失モデルＭについては後述する。

仮想型内圧算出部１１２は、溶融した樹脂材料を加熱バレル１１から金型７５のキャビティ７５ａに対して射出した際の、金型７５内における樹脂材料の圧力である仮想型内圧Ｖを求めることが可能になっている。仮想型内圧算出部１１２は、スクリュ２０を移動させることによって加熱バレル１１から樹脂材料を射出する際にロードセル６０で検出した射出圧力Ｐから、圧力損失算出部１１１で求めた圧力損失を減算した圧力を、金型７５内におけるにおける樹脂材料の仮想型内圧Ｖとして求める。

射出圧力判定部１１３は、加熱バレル１１から樹脂材料を射出する際にロードセル６０で検出した射出圧力Ｐが、射出圧力Ｐに対して設定される上限値に達したか否かを判定することが可能になっている。この場合における射出圧力Ｐに対して設定される上限値は、例えば、射出成形機１で成形する成形品の種類や、成形品の成形に用いる樹脂材料の種類等に応じて予め設定されたものの中から実際に成形する成形品や樹脂材料の種類等に基づいて選択されることにより設定されたり、オペレータによって上限値が直接入力されることにより設定されたりする。設定された射出圧力Ｐの上限値は、記憶部１４０に記憶される。

仮想型内圧判定部１１４は、仮想型内圧算出部１１２で求めた仮想型内圧Ｖが、仮想型内圧Ｖに対して設定される上限値に達したか否かを判定することが可能になっている。この場合における仮想型内圧Ｖに対して設定される上限値は、例えば、射出成形機１で成形する成形品の種類や、成形品の成形に用いる樹脂材料の種類等に応じて予め設定されたものの中から実際に成形する成形品や樹脂材料の種類等に基づいて選択されることにより設定されたり、オペレータによって上限値が直接入力されることにより設定されたりする。また、仮想型内圧Ｖの上限値は、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合における仮想型内圧Ｖよりも低い値で設定される。具体的には、仮想型内圧Ｖの上限値は、キャビティ７５ａに樹脂材料が充填された金型７５で良品となる成形品を成形した際における、金型７５内での樹脂材料の圧力の最大値と同程度の大きさで設定される。設定された仮想型内圧Ｖの上限値は、記憶部１４０に記憶される。

移動制御部１２０は、射出装置１０の加熱バレル１１から樹脂材料を射出する際におけるスクリュ２０の移動制御を行うことが可能になっている。移動制御部１２０は、前後進機構５０が有する駆動用電動機５１の制御を行うことにより、前後進機構５０を作動させてスクリュ２０の移動制御を行う。

また、移動制御部１２０は、スクリュ２０の移動制御を行う際には、仮想型内圧算出部１１２で求めた仮想型内圧Ｖを制御時における判断要素に含んで移動制御を行う。つまり、移動制御部１２０は、スクリュ２０の移動制御を行う際には、仮想型内圧算出部１１２で求めた仮想型内圧Ｖに基づいて移動制御を行う。

具体的には、移動制御部１２０は、射出装置１０の加熱バレル１１から樹脂材料を射出する際におけるスクリュ２０の移動制御を行う際には、基本的にはスクリュ２０の移動方向における位置に対して設定される射出速度Ｓに基づいて移動制御を行う。また、移動制御部１２０は、射出圧力Ｐに対して設定される上限値に射出圧力Ｐが達したと射出圧力判定部１１３で判定した場合、または仮想型内圧Ｖに対して設定される上限値に仮想型内圧Ｖが達したと仮想型内圧判定部１１４で判定した場合は、ロードセル６０で検出する射出圧力Ｐまたは仮想型内圧算出部１１２で求める仮想型内圧Ｖに基づいてスクリュ２０の移動制御を行う。

図６は、圧力損失モデルＭの一例を示す説明図である。圧力損失算出部１１１で圧力損失を算出する際に用いる圧力損失モデルＭは、加熱バレル１１内でスクリュ２０を移動させて溶融した樹脂材料をノズル１２から射出する際における、スクリュ２０の射出速度Ｓごとの圧力損失を示すモデルになっている。この場合における圧力損失は、溶融した樹脂材料を加熱バレル１１から射出する際に、加熱バレル１１で損失する圧力になっている。具体的には、この場合における圧力損失は、加熱バレル１１内でスクリュ２０を移動させて加熱バレル１１から樹脂材料を射出する際における、樹脂材料がノズル１２を通る際の抵抗と、加熱バレル１１に対するスクリュ２０の摺動抵抗とに起因して損失する圧力になっている。

圧力損失モデルＭは、加熱バレル１１から樹脂材料を射出する際におけるスクリュ２０の射出速度Ｓと、加熱バレル１１で損失する圧力とを対応させたモデルとして予め設定される。圧力損失モデルＭは、例えば、図６に示すように、樹脂材料の種類ごとに設定される。図６に示す圧力損失モデルＭは、樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃの３種類の樹脂材料についての圧力損失モデルＭが示されている。圧力損失モデルＭは、加熱バレル１１から樹脂材料を射出する際の圧力損失をスクリュ２０の射出速度Ｓごとに予め実測で測定することによって設定してもよく、圧力損失を樹脂材料の流動解析より算出することによって設定してもよい。

加熱バレル１１から樹脂材料を射出する際の圧力損失を実測によって測定する際には、加熱バレル１１のノズル１２を金型７５から離し、溶融した樹脂材料を金型７５の外に射出した際における、ロードセル６０で検出した値を、加熱バレル１１で損失する圧力として用いる。つまり、ノズル１２を金型７５から離した状態で樹脂材料を射出した場合、樹脂材料を押し出すスクリュ２０には、金型７５内での樹脂材料の圧力は作用せず、加熱バレル１１から樹脂材料を射出する際の抵抗に基づく圧力のみが作用する。

このため、ノズル１２を金型７５から離した状態で樹脂材料を加熱バレル１１から金型７５の外に射出した際に、ロードセル６０で検出した値は、樹脂材料の射出時に加熱バレル１１で損失する圧力として用いることができる。圧力損失モデルＭを、加熱バレル１１から樹脂材料を射出する際の圧力損失の実測に基づいて設定する際には、スクリュ２０の射出速度Ｓごとにロードセル６０の値を測定し、スクリュ２０の射出速度Ｓとロードセル６０の値とを対応させることにより設定する。圧力損失モデルＭは、予めこれらのように設定されて記憶部１４０に記憶される。

また、樹脂材料を射出する際におけるスクリュ２０の移動制御を行う移動制御部１２０は、位置制御コントローラ１２１と、速度制御コントローラ１２２と、電流制御コントローラ１２３と、圧力制御コントローラ１２４と、仮想型内圧コントローラ１２５とを有している。

図７は、移動制御部１２０が有する各コントローラと射出装置１０との関係を示す説明図である。位置制御コントローラ１２１は、前後進機構５０の駆動用電動機５１が有するエンコーダ５２で検出するスクリュ２０の移動方向における位置に基づいて、加熱バレル１１のノズル１２から樹脂材料を射出する際におけるスクリュ２０の移動方向における位置の制御を行う。即ち、位置制御コントローラ１２１は、駆動用電動機５１が有するエンコーダ５２からスクリュ２０の移動方向における位置についてのフィードバックを受けながら、スクリュ２０の位置制御を行う。位置制御コントローラ１２１は、エンコーダ５２で検出したスクリュ２０の移動方向における位置に対応した速度指令を、速度制御コントローラ１２２に対して送信する。

位置制御コントローラ１２１から速度制御コントローラ１２２に対して送信する速度指令は、記憶部１４０に記憶される速度指令に基づいて行う。記憶部１４０には、例えば、オペレータが入力部１６０によって入力した速度指令が記憶部１４０に記憶される。記憶部１４０に記憶される速度指令は、スクリュ２０の射出速度Ｓの上限値になっており、位置制御コントローラ１２１は、最終的なスクリュ２０の射出速度Ｓが上限値の速度になるように、スクリュ２０の移動方向における位置に対応した速度指令を速度制御コントローラ１２２に対して送信する。

速度制御コントローラ１２２は、位置制御コントローラ１２１から送信された速度指令と、前後進機構５０の駆動用電動機５１が有するエンコーダ５２で検出するスクリュ２０の射出速度Ｓとに基づいて、加熱バレル１１のノズル１２から樹脂材料を射出する際におけるスクリュ２０の射出速度Ｓの制御を行う。即ち、速度制御コントローラ１２２は、駆動用電動機５１が有するエンコーダ５２からスクリュ２０の射出速度Ｓについてのフィードバックを受けながら、スクリュ２０の射出速度Ｓの制御を行う。速度制御コントローラ１２２は、スクリュ２０の移動方向における位置に対応した射出速度Ｓでスクリュ２０を移動させることができる、前後進機構５０の駆動用電動機５１を駆動させるための電流値を電流制御コントローラ１２３に送信する。

電流制御コントローラ１２３は、速度制御コントローラ１２２から送信された電流値に基づいて、前後進機構５０の駆動用電動機５１の駆動制御を行う。電流制御コントローラ１２３は、電流制御コントローラ１２３から出力する電流値をフィードバックし、速度制御コントローラ１２２から送信された電流値と比較しながら、前後進機構５０の駆動用電動機５１の駆動制御を行う。電流制御コントローラ１２３による駆動用電動機５１の駆動制御は、駆動用電動機５１に供給する電力を増幅するアンプ１８０を介して行う。

圧力制御コントローラ１２４は、射出圧力Ｐが上限値に達したと射出圧力判定部１１３で判定した場合に、射出圧力Ｐが上限値に達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓに基づいてスクリュ２０の移動制御を行う。射出圧力Ｐに対して設定される上限値と、射出圧力Ｐが上限値に達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓは、圧力指令として予め設定されて記憶部１４０に記憶される。圧力指令は、例えば、オペレータによって入力部１６０から入力された値が記憶部１４０に記憶される。

射出圧力Ｐが上限値に達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓは、射出圧力Ｐが上限値に達していない場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓよりも遅い速度で設定される。圧力制御コントローラ１２４は、ロードセル６０から射出圧力Ｐについてのフィードバックを受けながら射出圧力判定部１１３で射出圧力Ｐと上限値とを比較し、射出圧力Ｐが上限値に達したと判定した場合に、圧力制御コントローラ１２４でスクリュ２０の移動制御を行う。

仮想型内圧コントローラ１２５は、仮想型内圧Ｖが上限値に達したと仮想型内圧判定部１１４で判定した場合に、仮想型内圧Ｖが上限値に達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓに基づいてスクリュ２０の移動制御を行う。仮想型内圧Ｖに対して設定される上限値と、仮想型内圧Ｖが上限値に達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓは、仮想型内圧指令として予め設定されて記憶部１４０に記憶される。仮想型内圧指令は、例えば、オペレータによって入力部１６０から入力された値が記憶部１４０に記憶される。

仮想型内圧Ｖが上限値に達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓは、仮想型内圧Ｖが上限値に達していない場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓよりも遅い速度で設定される。仮想型内圧コントローラ１２５は、駆動用電動機５１が有するエンコーダ５２からのスクリュ２０の射出速度Ｓのフィードバックと圧力損失モデルＭとに基づいて仮想型内圧判定部１１４で仮想型内圧Ｖと上限値とを比較し、仮想型内圧Ｖが上限値に達したと判定した場合に、仮想型内圧コントローラ１２５でスクリュ２０の移動制御を行う。

＜射出成形機１の作用＞
本実施形態に係る射出成形機１は、以上のような構成を含み、以下、その作用について説明する。射出成形機１は、１回の射出・成形動作を１サイクルとして、この射出・成形動作のサイクルを繰り返し実行する。各サイクルは、成形材料の射出、及び製品の成形のために複数の工程を含む。各サイクルは、例えば、型閉工程、充填工程、保圧工程、型開工程、取出工程を含む。

型閉工程は、型締装置７０が有する移動盤７２を固定盤７１に近付ける方向に移動させることにより、移動金型７７と固定金型７６とを組み合わせ、移動金型７７と固定金型７６との間に製品形状に対応したキャビティ７５ａを形成する工程である。

充填工程は、射出装置１０の加熱バレル１１によって溶融された樹脂材料である溶融樹脂を、型締装置７０に取り付けられる移動金型７７と固定金型７６とにより形成されるキャビティ７５ａ内に注入する工程である。

保圧工程は、型締装置７０に取り付けられる移動金型７７と固定金型７６とにより形成されるキャビティ７５ａ内に注入された樹脂材料である成形樹脂の圧力を維持する状態で待機し、成形樹脂の温度が低下して固化することによって成形樹脂が成形品となるまで一定の時間待機をする工程である。また、保圧工程では、次のサイクルにおいて射出される樹脂材料を、射出装置１０が有する加熱バレル１１におけるノズル１２が位置する端部側に送り、次のサイクルで用いる樹脂材料を準備する、樹脂材料の計量も保圧工程中に併せて行われる。

型開工程は、型締装置７０に取り付けられる固定金型７６と移動金型７７によって成形された成形品を取り出すために、移動盤７２を固定盤７１から離れる方向に移動させ、移動金型７７を固定金型７６から離す工程になっている。

取出工程は、移動金型７７を固定金型７６から離した後、移動金型７７にくっ付いた状態の成形品を、押出機構８５が有する押出部材８６によって押し出すことにより、成形品を金型７５から取り出す工程である。

射出成形機１で成形品を成形する際には、これらの射出・成形動作のサイクルを繰り返し実行することにより、成形品の成形を連続的に行う。ここで、充填工程で金型７５内に溶融した樹脂材料を射出する場合、金型７５内での樹脂材料の圧力を適切に制御することが必要になる。次に、充填工程で金型７５内での樹脂材料を射出する際における圧力制御について説明する。

図８は、良品の成形時における、射出速度Ｓ、射出圧力Ｐ、仮想型内圧Ｖの変化を示す説明図である。充填工程で射出装置１０の加熱バレル１１から金型７５内に樹脂材料を射出する際には、制御装置１００の移動制御部１２０は、射出時に移動するスクリュ２０の位置を前後進機構５０が有する駆動用電動機５１のエンコーダ５２の検出結果を位置制御コントローラ１２１で検知しながら、スクリュ２０に位置に応じて速度制御を速度制御コントローラ１２２によって行う。

速度制御コントローラ１２２によってスクリュ２０の速度制御を行う際には、スクリュ２０の移動位置に基づいて速度制御を行う際における、射出速度Ｓの設定値に沿ってスクリュ２０の射出速度Ｓの制御を行う。射出速度Ｓの設定値は、例えば、オペレータによって射出速度Ｓの設定値が直接入力されることにより設定される。射出速度Ｓの設定値は、射出成形機１で成形する成形品の種類や、成形品の成形に用いる樹脂材料の種類等に応じて予め設定されたものの中から実際に成形する成形品や樹脂材料の種類等に基づいて選択されることにより設定されてもよい。

設定された射出速度Ｓの設定値は、制御装置１００が有する記憶部１４０に記憶される。スクリュ２０の速度制御を行う際には、記憶部１４０に記憶される射出速度Ｓの設定値を目標値として、位置制御コントローラ１２１によってスクリュ２０の位置に応じた速度指令を速度制御コントローラ１２２に送信し、速度制御コントローラ１２２によって速度制御を行う。速度制御コントローラ１２２は、前後進機構５０が有する駆動用電動機５１のエンコーダ５２から射出速度Ｓのフィードバックを受けながら、位置制御コントローラ１２１から送信される速度指令に基づいてスクリュ２０の速度制御を行う。

これらのため、位置制御コントローラ１２１と速度制御コントローラ１２２は、充填工程ではスクリュ２０の射出速度Ｓが、射出速度Ｓの目標値である設定値となるように速度制御を行い、スクリュ２０の射出速度Ｓが設定値に到達したら、その射出速度Ｓを維持する。この場合、金型７５内には、時間の経過に伴って樹脂材料が充填されていくため、金型７５内では時間の経過に伴って樹脂材料の圧力が上昇していく。このため、加熱バレル１１内での樹脂材料の圧力も上昇し、樹脂材料を射出する際にスクリュ２０に作用する射出圧力Ｐも、金型７５内に樹脂材料が充填されて金型７５内での樹脂材料の圧力が上昇するのに伴って上昇する。

なお、金型７５のキャビティ７５ａに対しては、キャビティ７５ａにつながるランナーに樹脂材料が充填された後、キャビティ７５ａに樹脂材料が充填される。このため、射出圧力Ｐは、ノズル１２が位置する側にスクリュ２０の移動が開始した後でも、射出圧力Ｐはすぐには上昇せず、ランナーに樹脂材料が充填された後に射出圧力Ｐは上昇する。充填工程では、このように上昇する射出圧力Ｐが、射出圧力Ｐに対して設定される上限値ＰＬに達したか否かを射出圧力判定部１１３で継続的に判定する。

ここで、充填工程でスクリュ２０の移動制御を行う際には、制御装置１００が有する圧力損失算出部１１１で、前後進機構５０が有する駆動用電動機５１のエンコーダ５２で検出した射出速度Ｓと、記憶部１４０に記憶される圧力損失モデルＭとに基づいて、樹脂材料を射出する際における射出装置１０での圧力損失を求める。記憶部１４０に、樹脂材料の種類等に応じて複数の圧力損失モデルＭが記憶されている場合には、現在の射出成形における樹脂材料の種類等の条件に合致する圧力損失モデルＭを用いる。

圧力損失算出部１１１で射出装置１０での圧力損失を求めたら、制御装置１００が有する仮想型内圧算出部１１２で、ロードセル６０で検出した射出圧力Ｐから圧力損失算出部１１１で求めた圧力損失を減算した圧力を、金型７５内における樹脂材料の圧力である仮想型内圧Ｖとして求める。充填工程でスクリュ２０の移動制御を行う際には、継続的にこれらのように圧力損失算出部１１１と仮想型内圧算出部１１２とで仮想型内圧Ｖを求める。充填工程では、このように求める仮想型内圧Ｖも射出圧力Ｐと同様に、金型７５内に樹脂材料が充填されて金型７５内での樹脂材料の圧力が上昇するのに伴って上昇する。

なお、金型７５のキャビティ７５ａに対しては、キャビティ７５ａにつながるランナーに樹脂材料が充填された後、キャビティ７５ａに樹脂材料が充填されるため、仮想型内圧Ｖも射出圧力Ｐと同様に、ノズル１２が位置する側にスクリュ２０の移動が開始してランナーに樹脂材料が充填された後に、仮想型内圧Ｖは上昇する。充填工程では、このように上昇する仮想型内圧Ｖが、仮想型内圧Ｖに対して設定される上限値に達したか否を仮想型内圧判定部１１４で継続的に判定する。

これらのようにスクリュ２０の射出速度Ｓを設定値で維持しながら加熱バレル１１内でスクリュ２０を移動させ、スクリュ２０の位置が、充填工程と保圧工程とを切り替える基準となる位置である切替位置Ｈに到達したら、射出速度Ｓを低下させる。保圧工程で射出速度Ｓを低下させるとことにより、スクリュ２０に作用する射出圧力Ｐと、金型７５内の仮想型内圧Ｖも、射出速度Ｓの低下に伴って低下する。

なお、保圧工程に切り替わった後も、スクリュ２０は射出速度Ｓを低速にしてノズル１２が位置する側に移動させて樹脂材料を僅かに金型７５のキャビティ７５ａに送り込む。これにより、保圧工程で冷却されて樹脂材料が僅かに収縮するキャビティ７５ａ内に対して、保圧工程においても樹脂材料を送り込むことができるので、成形品のヒケを抑制することができる。

図９は、制御装置１００が仮想型内圧判定部１１４を有さず、仮想型内圧Ｖが上限値に達したか否の判定を行わない場合において、射出圧力Ｐの上限値ＰＬに達した状態を示す説明図である。充填工程では、これらのように加熱バレル１１内でスクリュ２０を移動させることにより、金型７５のキャビティ７５ａに樹脂材料を充填するが、樹脂材料を充填時には、部分的に詰まりが発生することがある。このように、樹脂材料を充填時に部分的に詰まりが発生した場合、射出圧力Ｐは上昇し易くなる。

例えば、金型７５に成形品を成形することのできるキャビティ７５ａが複数形成されている場合において、一部のキャビティ７５ａに繋がるゲートに詰まりが発生した場合、樹脂材料は、詰まりが発生したキャビティ７５ａに対して充填することができなくなる。この場合、金型７５における樹脂材料を充填することができる空間が小さくなるため、スクリュ２０を移動させることによって加熱バレル１１から金型７５に対して樹脂材料を送り込む際に、スクリュ２０に作用する射出圧力Ｐは上昇し易くなる。

充填工程では、射出圧力Ｐに対して設定される上限値ＰＬに射出圧力Ｐが達したか否かを射出圧力判定部１１３で継続的に判定するため、射出圧力Ｐが上昇することによって上限値ＰＬに達した場合には、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達したとの判定を射出圧力判定部１１３で行う。制御装置１００の移動制御部１２０は、ロードセル６０で検出する射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達したと射出圧力判定部１１３で判定した場合は、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓに基づいてスクリュ２０の移動制御を行う。つまり、射出圧力Ｐが、予め設定されて記憶部１４０に記憶される上限値ＰＬに達したと射出圧力判定部１１３で判定した場合は、移動制御部１２０は、圧力制御コントローラ１２４によってスクリュ２０の移動制御を行う。

圧力制御コントローラ１２４は、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達したと射出圧力判定部１１３で判定した場合は、射出速度Ｓが０になるようにスクリュ２０の移動制御を行う。即ち、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合は、圧力制御コントローラ１２４は、射出速度Ｓを徐々に低下させ、ノズル１２が位置する側へのスクリュ２０の移動を停止させる。これにより、加熱バレル１１から金型７５への樹脂材料の充填を停止させる。

しかし、充填工程では、一部のキャビティ７５ａに繋がるゲートに詰まりが発生した後、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達したと判定されるまでは、加熱バレル１１から金型７５への樹脂材料の充填は継続される。このため、詰まりが発生したゲートに繋がれるキャビティ７５ａとは異なるキャビティ７５ａに対しては、樹脂材料の充填が継続される。この状態で、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達したということは、樹脂材料が充填されるキャビティ７５ａ内での樹脂材料の圧力も上昇していることになる。

このため、樹脂材料が充填されるキャビティ７５ａでは、樹脂材料の圧力に伴って当該キャビティ７５ａで成形する成形品にバリが発生することがある。また、キャビティ７５ａにつながるランナーにもバリが発生することがある。バリが発生した成形品は不良品となるため、一部のキャビティ７５ａに繋がるゲートに詰まりが発生した場合は、詰まりが発生したキャビティ７５ａで成形する成形品のみでなく、その他のキャビティ７５ａで成形する成形品も不良品として処分することになる。

図１０は、制御装置１００が仮想型内圧判定部１１４を有し、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した状態を示す説明図である。本実施形態では、制御装置１００は、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否かの判定を行う仮想型内圧判定部１１４を有している。このため、充填工程において一部のキャビティ７５ａに繋がるゲートに詰まりが発生した場合でも、その他のキャビティ７５ａで成形する成形品に不具合が発生することを抑制することができる。

つまり、充填工程において一部のキャビティ７５ａに繋がるゲートに詰まりが発生した場合、詰まりが発生したキャビティ７５ａに対して充填することができなくなるため、加熱バレル１１から金型７５に対して送り込む樹脂材料は、それ以外のキャビティ７５ａに充填される。その際に、樹脂材料を充填できないキャビティ７５ａが発生している状態では、金型７５における樹脂材料を充填することができる空間が小さくなるのに対し、加熱バレル１１から送り込む樹脂材料の量は通常時と変わらないため、詰まりが発生していないキャビティ７５ａでは樹脂材料の圧力が高くなり易くなる。

本実施形態では、エンコーダ５２で検出した射出速度Ｓと圧力損失モデルＭとに基づいて射出装置１０での圧力損失を圧力損失算出部１１１で求め、仮想型内圧算出部１１２で、ロードセル６０で検出した射出圧力Ｐから圧力損失算出部１１１で求めた圧力損失を減算することにより仮想型内圧Ｖを求める。

さらに、仮想型内圧算出部１１２で求めた仮想型内圧Ｖが、仮想型内圧Ｖに対して設定される上限値ＶＬに達したか否かを仮想型内圧判定部１１４で判定し、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したと仮想型内圧判定部１１４で判定した場合は、移動制御部１２０は、仮想型内圧Ｖに基づいてスクリュ２０の移動制御を行う。即ち、制御装置１００の移動制御部１２０は、仮想型内圧算出部１１２で求めた仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したと仮想型内圧判定部１１４で判定した場合は、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓに基づいてスクリュ２０の移動制御を行う。

仮想型内圧判定部１１４での判定に用いる仮想型内圧Ｖの上限値ＶＬは、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合における仮想型内圧Ｖよりも低い値で設定されており、金型７５で良品を成形した際における、金型７５内での樹脂材料の圧力の最大値と同程度の大きさで設定されている。仮想型内圧算出部１１２で求めた仮想型内圧Ｖが、予め設定されて記憶部１４０に記憶される上限値ＶＬに達したと仮想型内圧判定部１１４で判定した場合は、移動制御部１２０は、仮想型内圧コントローラ１２５によってスクリュ２０の移動制御を行う。

仮想型内圧コントローラ１２５は、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したと仮想型内圧判定部１１４で判定した場合は、射出速度Ｓが０になるようにスクリュ２０の移動制御を行う。即ち、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した場合は、仮想型内圧コントローラ１２５は、射出速度Ｓを徐々に低下させ、ノズル１２が位置する側へのスクリュ２０の移動を停止させる。これにより、加熱バレル１１から金型７５への樹脂材料の充填を停止させる。この場合、仮想型内圧算出部１１２で求める仮想型内圧Ｖは、ロードセル６０で検出した射出圧力Ｐに基づいて算出するものであるため、射出圧力Ｐが上昇する際には、射出圧力Ｐの上昇に伴って仮想型内圧Ｖも上昇する。

一方で、仮想型内圧Ｖの上限値ＶＬは、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合における仮想型内圧Ｖよりも低い値になっており、金型７５で良品を成形した際における、金型７５内での樹脂材料の圧力の最大値と同程度の大きさで設定されている。このため、一部のキャビティ７５ａに繋がるゲートに詰まりが発生することによって射出圧力Ｐが上昇する状況において、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達することにより金型７５への樹脂材料の充填を停止した際には、詰まりが発生したキャビティ７５ａ以外の金型７５内の樹脂材料の圧力は、良品の成形時における樹脂材料の圧力と同程度になる。

これにより、一部のキャビティ７５ａに繋がるゲートに詰まりが発生した場合でも、それ以外のキャビティ７５ａやランナーでは、樹脂材料の圧力は良品の成形時と同程度になるため、バリが発生することなく、良品を成形することができる。従って、一部のキャビティ７５ａに繋がるゲートに詰まりが発生した場合でも、詰まりが発生したキャビティ７５ａ以外のキャビティ７５ａでは、良品を成形することができるため、不良品の発生を抑えることができる。

＜実施形態の効果＞
以上の実施形態に係る射出成形機１は、樹脂材料を射出する際における圧力損失モデルＭとエンコーダ５２で検出したスクリュ２０の射出速度Ｓとに基づいて求めた射出装置１０での圧力損失と、ロードセル６０で検出した射出圧力Ｐとから仮想型内圧Ｖを求め、樹脂材料を射出する際におけるスクリュ２０の移動制御を行う際には、仮想型内圧Ｖを制御時における判断要素に含み、仮想型内圧Ｖに基づいて移動制御を行っている。このため、充填工程で金型７５内の一部に詰まりが発生した場合でも、充填工程でのスクリュ２０の移動を、仮想型内圧Ｖを制御時の判断要素に含んで判断することにより、詰まりが発生した部分以外の部分で、金型７５内の樹脂材料の圧力が高くなり過ぎることを抑制することができる。従って、金型７５内に射出された樹脂材料の圧力制御を適切に行うことができる。

また、圧力損失モデルＭとスクリュ２０の射出速度Ｓとに基づいて射出装置１０での圧力損失を求め、求めた圧力損失とロードセル６０で検出した射出圧力Ｐとから仮想型内圧Ｖを求めるため、金型７５に圧力センサを配置することなく、金型７５に充填された樹脂材料の圧力を適切に求めることができる。これにより、金型７５に圧力センサを配置することに起因して、金型７５の設計が制限されることを抑制することができる。これらの結果、金型７５の設計自由度を損なうことなく、金型７５内に射出された樹脂材料の圧力制御を行うことができる。

また、仮想型内圧Ｖは、圧力損失モデルＭを用いて射出速度Ｓに応じた圧力損失から仮想型内圧Ｖを算出するため、成形条件を変更した場合でも、成形条件に対応する仮想型内圧Ｖを算出するためのデータを再収集することなく、成形条件に対応する仮想型内圧Ｖを算出することがきる。これにより、成形条件を変更した場合でも、充填工程で金型７５内の一部に詰まりが発生した際に、詰まりが発生した部分以外の部分で金型７５内の樹脂材料の圧力が高くなったことを検知することができ、詰まりが発生した部分以外の部分で樹脂材料の圧力が高くなり過ぎることを抑制することができる。この結果、成形条件を変更した場合でも、金型７５内に射出された樹脂材料の圧力制御を容易に行うことができる。

また、スクリュ２０の移動制御を行う移動制御部１２０は、スクリュ２０の移動方向における位置に対して設定される射出速度Ｓに基づいて移動制御を行い、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合、または仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した場合は、射出圧力Ｐまたは仮想型内圧Ｖに基づいてスクリュ２０の移動制御を行う。このため、充填工程では射出圧力Ｐのみならず、仮想型内圧Ｖも含めて異常判定を行い、スクリュ２０の移動制御を行うため、金型７５内に充填した樹脂材料の圧力が高くなり過ぎることを、より確実に抑制することができる。この結果、金型７５内に射出された樹脂材料の圧力制御を、より適切に行うことができる。

また、移動制御部１２０は、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した場合は、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓに基づいてスクリュ２０の移動制御を行うため、金型７５内に充填した樹脂材料の圧力が、仮想型内圧Ｖに基づいて高くなったと判断できる場合には、樹脂材料の圧力がそれ以上高くならないようにスクリュ２０の移動制御を行うことができる。これにより、金型７５内に充填した樹脂材料の圧力が高くなり過ぎることを、より確実に抑制することができる。この結果、金型７５内に射出された樹脂材料の圧力制御を、より適切に行うことができる。

また、仮想型内圧Ｖの上限値ＶＬは、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合における仮想型内圧Ｖよりも低い値で設定されるため、金型７５内の一部に詰まりが発生することに起因して樹脂材料の圧力が上昇する際に、金型７５のキャビティ７５ａ内での圧力が高くなり過ぎることを抑制することができる。これにより、金型７５内において詰まりが発生した部分以外の部分で圧力が高くなり過ぎることを抑制することができ、詰まりが発生した部分以外の部分の圧力制御を適切に行うことができる。従って、金型７５内において詰まりが発生した部分以外の部分で成形する成形品に不良品が発生することを、極力抑えることができる。この結果、金型７５内に射出された樹脂材料の圧力制御を、より適切に行うことができる。

また、実施形態に係る射出成形機１では、仮想型内圧算出部１１２で仮想型内圧Ｖを求め、仮想型内圧Ｖも判断要素に含めてスクリュ２０の移動制御を行うため、チェックリング２５（図４参照）に応答のばらつきがある場合でも、充填工程で金型７５に充填した樹脂材料の圧力が高くなり過ぎることを抑制することができる。

つまり、加熱バレル１１内でスクリュ２０を後ろ側に移動させて樹脂材料をスクリュ２０の前側に送ることによって、充填工程で射出する樹脂材料の計量を行う際には、チェックリング２５は、樹脂材料に押されてスクリュ２０に形成される溝部２２（図４参照）内で前側に移動して前側の溝壁２３に当接する。スクリュ２０には、溝部２２における前側の溝壁２３に、スクリュ２０の前側の部分に連通する連通部２４が形成されており、チェックリング２５の内周面と溝部２２の溝底との間には空隙が形成されている。このため、チェックリング２５が溝部２２における前側の溝壁２３に当接する状態では、樹脂材料は、チェックリング２５の内周面と溝部２２の溝底との間の空隙と連通部２４を通って、チェックリング２５の後ろ側の部分からスクリュ２０の前側の部分に移動することができる。

一方、充填工程で加熱バレル１１内の樹脂材料を射出するために、スクリュ２０を前側に移動させる場合には、チェックリング２５は、樹脂材料に押されてスクリュ２０に形成される溝部２２内で後ろ側に移動して後ろ側の溝壁２３に当接する。この場合、チェックリング２５の内周面と溝部２２の溝底との間には空隙は、溝部２２の後ろ側の溝壁２３とチェックリング２５とによって閉塞されるため、樹脂材料は、チェックリング２５の前側の部分からスクリュ２０の後ろ側の部分に移動することができなくなる。

チェックリング２５は、このように加熱バレル１１内でスクリュ２０を後ろ側に移動させたり、前側に移動させたりすることに応じて、チェックリング２５も溝部２２内で前側に移動したり後ろ側に移動することにより、樹脂材料の流れを一方向に制御することができる。しかし、チェックリング２５は、加熱バレル１１内でスクリュ２０を前後方向に移動させた際における、樹脂材料からの抵抗によって溝部２２内で移動をするため、チェックリング２５の移動は、チェックリング２５付近の樹脂材料の状態に委ねられることになる。このため、充填工程でスクリュ２０を前側に移動させる際に、溝部２２内でのチェックリング２５の移動、即ち、チェックリング２５の応答にはばらつきが発生することがある。

実施形態に係る射出成形機１では、このようにチェックリング２５の応答にはばらつきが発生する場合でも、充填工程でのスクリュ２０の移動制御時に、仮想型内圧Ｖも判断要素に含めてスクリュ２０の移動制御を行うため、充填工程で金型７５に充填した樹脂材料の圧力が高くなり過ぎることを抑制することができる。

図１１は、チェックリング２５の応答にばらつきがある場合における、射出速度Ｓ、射出圧力Ｐ、仮想型内圧Ｖの変化を示す説明図である。チェックリング２５の応答にばらつきがある場合には、樹脂材料の計量時にスクリュ２０の前側に送る樹脂材料にばらつきが発生したり、充填工程でのチェックリング２５の後ろ側への樹脂材料の移動の規制にばらつきが発生したりするため、図１１に示すように射出圧力Ｐにばらつきが発生することがある。また、射出圧力Ｐにばらつきが発生した場合には、射出圧力Ｐのばらつきに伴って、図１１に示すように仮想型内圧Ｖにもばらつきが発生する。

このような場合において、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否かの判定を行わずに充填工程の制御を行う場合、充填工程での金型７５内への樹脂材料の充填量にばらつきが発生するため、樹脂材料の充填量が多い場合は成形品にバリが発生したり、樹脂材料の充填量が少ない場合は成形品にショートが発生したりする。このため、チェックリング２５の応答にばらつきがある場合には、成形品に不良品が発生し易くなることが考えられる。

これに対し、本実施形態では、充填工程で仮想型内圧Ｖを求めて、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否かの判定を行うため、チェックリング２５の応答にばらつきがある場合における成形不良を抑制することができる。

図１２は、チェックリング２５の応答にばらつきがある場合において仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した状態を示す説明図である。本実施形態では、仮想型内圧Ｖを求めて仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否かの判定を行うため、チェックリング２５の応答にばらつきがあることに起因して仮想型内圧Ｖにばらつきがある場合でも、図１２に示すように、仮想型内圧Ｖにばらつきに関わらず仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否かを判定することができる。

これにより、ばらつく仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した場合には、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓに基づいてスクリュ２０の移動制御を行うため、充填工程における金型７５内への樹脂材料の充填量を適切な量にすることができる。従って、チェックリング２５の応答にばらつきに起因して充填工程での射出圧力Ｐがばらつく場合でも、金型７５内の樹脂材料の圧力を一定に保つことができるため、成形品の成形不良を抑制することができる。

［変形例］
なお、成形品の成形は、射出圧力Ｐの上限値ＰＬを下げることによりバリ等の成形不良の発生を抑える成形である、いわゆるふかし成形により行ってもよい。ふかし成形においても、仮想型内圧Ｖを求めて仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否かに基づいてスクリュ２０の移動制御を行うことにより、ふかし成形によってより確実にバリ等の成形不良の発生を抑制することができる。

図１３は、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否の判定を行わずにふかし成形を行う場合の射出速度Ｓ、射出圧力Ｐ、仮想型内圧Ｖを示す説明図である。ふかし成形では、射出圧力Ｐの上限値ＰＬを低く設定するため、充填工程では、比較的早い段階で射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達する。これにより、移動制御部１２０は、スクリュ２０の移動制御を、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓに基づいてスクリュ２０の移動制御を行う。射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓは、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達していない場合の射出速度Ｓよりも遅い速度になっているため、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合には、図１３に示すように、射出速度Ｓを低下させる。

射出速度Ｓを低下させた場合には、金型７５の内部への樹脂材料の充填量が低下するため、金型７５内の樹脂材料の圧力の上昇が抑えられ、バリ等の成形不良の発生が抑えられる。しかし、射出圧力Ｐが上限値ＰＬに達した場合における射出速度Ｓの低下が不十分である場合には、金型７５内の樹脂材料の圧力の上昇を効果的に抑えられないことがある。この場合、ふかし成形を行っても、金型７５内の樹脂材料の圧力が高くなることがあるため、バリ等の成形不良の発生を効果的に抑えられないことがある。

図１４は、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否の判定を行いながらふかし成形を行う場合の射出速度Ｓ、射出圧力Ｐ、仮想型内圧Ｖを示す説明図である。ふかし成形を行う場合でも、仮想型内圧Ｖの上限値ＶＬを設定し、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否の判定を行いながらふかし成形を行う場合には、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したら、図１４に示すように、射出速度Ｓを低下させる。つまり、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓは、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達していない場合の射出速度Ｓよりも遅い速度になっているため、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した場合には、射出速度Ｓを低下させる。

スクリュ２０の移動制御を、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達した場合の射出速度Ｓとして設定される射出速度Ｓに基づいて行うことにより、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬを超えることを抑制でき、仮想型内圧Ｖを上限値ＶＬの圧力で一定に維持することができる。これにより、金型７５内の樹脂材料の圧力を、良品となる成形品を成形することのできる圧力で維持することができる。従って、成形不良の発生を抑えることを目的としてふかし成形を行う際に、より確実に成形品にバリ等の成形不良が発生することを抑制することができる。

また、仮想型内圧Ｖを求めて仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否かに基づいてスクリュ２０の移動制御を行うことにより、型締装置７０での型締力を低くした成形方法である、いわゆる低圧成形においても、バリ等の成形不良の発生を抑えて適切な成形を行うことができる。つまり、低圧成形では、型締装置７０での型締力を低くするため、金型７５に樹脂材料を充填する際に、樹脂材料がキャビティ７５ａからはみ出てバリが発生し易くなる。これに対し、仮想型内圧Ｖが上限値ＶＬに達したか否かに基づいてスクリュ２０の移動制御を行う場合には、金型７５内の樹脂材料の圧力を精度よく管理することができるため、バリの発生を抑えることができる。これにより、型締装置７０での型締力を低くして成形を行った際における成形不良を抑制することができ、より適切に低圧成形を行うことができる。

１…射出成形機、５…フレーム、１０…射出装置、１１…加熱バレル、１２…ノズル、１３…ヒータ、１５…ホッパ、２０…スクリュ、２１…フライト、２２…溝部、２３…溝壁、２４…連通部、２５…チェックリング、３０…推進機構、３１…駆動用電動機、４０…回転機構、４１…回転機構本体部、４３…駆動用電動機、４４…伝動ベルト、４５…プーリ、４６…軸受、５０…前後進機構、５１…駆動用電動機、５２…エンコーダ、５３…伝動ベルト、５４…プーリ、５６…ボールねじ機構、５７…ねじ部、５８…ナット部、６０…ロードセル、７０…型締装置、７１…固定盤、７２…移動盤、７５…金型、７５ａ…キャビティ、７６…固定金型、７７…移動金型、８０…型締駆動機構、８１…トグル機構、８５…押出機構、８６…押出部材、１００…制御装置、１１０…処理部、１１１…圧力損失算出部、１１２…仮想型内圧算出部、１１３…射出圧力判定部、１１４…仮想型内圧判定部、１２０…移動制御部、１２１…位置制御コントローラ、１２２…速度制御コントローラ、１２３…電流制御コントローラ、１２４…圧力制御コントローラ、１２５…仮想型内圧コントローラ、１４０…記憶部、１５０…入出力部、１６０…入力部、１７０…表示部、１８０…アンプ

Claims (4)

1. 内側にスクリュが配置される加熱バレルで樹脂材料を溶融し、溶融した前記樹脂材料を射出するノズルが位置する側に向けて前記スクリュを移動させることにより前記樹脂材料を前記ノズルから射出する射出装置と、
   前記ノズルから射出した前記樹脂材料が充填されるキャビティを有し、前記キャビティで前記樹脂材料の成形を行う金型と、
   前記樹脂材料を射出する際における前記スクリュの移動速度である射出速度を検出する射出速度検出部と、
   前記樹脂材料を射出する際に前記スクリュに作用する圧力である射出圧力を検出する射出圧力検出部と、
   前記スクリュの移動制御を行うことにより前記金型内における前記樹脂材料の圧力の制御を行う制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記樹脂材料を射出する際における前記射出速度ごとの圧力損失を示す圧力損失モデルと、前記射出速度検出部で検出した前記射出速度とに基づいて、前記樹脂材料を射出する際における前記射出装置での圧力損失を求める圧力損失算出部と、
   前記射出圧力検出部で検出した前記射出圧力から前記圧力損失算出部で求めた前記圧力損失を減算した圧力を、前記金型内における前記樹脂材料の圧力である仮想型内圧として求める仮想型内圧算出部と、
   前記樹脂材料を射出する際における前記スクリュの移動制御を行うと共に、前記仮想型内圧算出部で求めた前記仮想型内圧に基づいて前記移動制御を行う移動制御部と、
   を有することを特徴とする射出成形機。
2. 前記制御装置は、
   前記射出圧力検出部で検出した前記射出圧力が、前記射出圧力に対して設定される上限値に達したか否かを判定する射出圧力判定部と、
   前記仮想型内圧算出部で求めた前記仮想型内圧が、前記仮想型内圧に対して設定される上限値に達したか否かを判定する仮想型内圧判定部と、
   を有し、
   前記移動制御部は、
   前記スクリュの移動方向における位置に対して設定される前記射出速度に基づいて前記スクリュの前記移動制御を行い、
   前記射出圧力が前記上限値に達したと前記射出圧力判定部で判定した場合、または前記仮想型内圧が前記上限値に達したと前記仮想型内圧判定部で判定した場合は、前記射出圧力または前記仮想型内圧に基づいて前記スクリュの前記移動制御を行う請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記移動制御部は、
   前記射出圧力が前記上限値に達したと前記射出圧力判定部で判定した場合は、前記射出圧力が前記上限値に達した場合の前記射出速度として設定される前記射出速度に基づいて前記スクリュの前記移動制御を行い、
   前記仮想型内圧が前記上限値に達したと前記仮想型内圧判定部で判定した場合は、前記仮想型内圧が前記上限値に達した場合の前記射出速度として設定される前記射出速度に基づいて前記スクリュの前記移動制御を行う請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記仮想型内圧の前記上限値は、前記射出圧力が前記上限値に達した場合における前記仮想型内圧よりも低い値で設定される請求項２または３に記載の射出成形機。

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