JP7349868B2 - 圧力検出装置および良否判断方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機の金型におけるキャビティの内圧を検出し、金型により成形された製品の良否を判断するための圧力検出装置および方法に関するものである。

従来から、射出成形機に対しては、射出成形時の金型のキャビティの内圧を検出するための圧力検出装置が装着されることがあり、検出された内圧の値は、成形された製品の良否を判断するために用いられている。
また、金型において複数の製品を同時に成形するいわゆる「多数個取り」を行う場合には、各キャビティにおいてバランスのとれた圧縮成形を行った方が、より望ましい結果が得られることがある。特許文献１には、各キャビティの内圧を一定に保つことにより、１個のキャビティにより成形する場合と同様の品質を達成する方法が記載されている。

特開２００９－２８６０５２号公報

図６を用いて、検出された内圧に基づき、成形された製品の良否を判断するための従来の方法を説明する。
図６は、１回の射出成形工程において、圧力センサによって検出される１つのキャビティの内圧波形を示すグラフである。
図６に示すグラフでは、横軸は時間を、縦軸はキャビティの内圧の検出値を表しており、金型が閉じて射出成形工程が開始され、加熱された樹脂材料がキャビティ内に射出されて注入されていくに伴って内圧は上昇していき、キャビティ内に樹脂材料が行き渡ったときまたはその近傍においてキャビティの内圧は最大となりピーク値となる。それ以降、樹脂材料の冷却に伴ってキャビティの内圧は低下していき、金型が開放されて大気圧となる。内圧のピーク値が所定の範囲Ａ内にある場合、製品は良品として判断される。
所定の範囲Ａは、比較的大きく設定する必要がある。なぜなら、内圧のピーク値は、ショットを重ねるごとに金型内各部に汚れが堆積することにより徐々に変化するからである。また、内圧のピーク値は、天気（気温、気圧、湿度）、材料ペレットのロット、材料の吸湿状態等のさまざまな要因によっても変化する。それゆえ、これらの要因によって内圧のピーク値が変化しても、内圧のピーク値が所定の範囲Ａ内にある場合、その製品は、一定の品質を有しており、良品として判断される。

複数のキャビティを有する金型では、内圧のピーク値の変化は、通常はすべてのキャビティにおいて同様の傾向となる。
しかしながら、本発明者は、複数のキャビティの内圧のピーク値がすべて所定の範囲Ａ内にある場合であっても、あるキャビティの内圧のピーク値が他のキャビティの内圧のピーク値と異なる傾向を示すことを発見した。この場合、従来の基準では、良品として判断されているが、ピーク値が異なるキャビティで成形された製品は、潜在的な不良を含む可能性がある。

そこで、本発明は、上述した問題点を解消し、従来は、良品として判断されていた基準に加えて、より精度の高い良否の判断基準を導入することにより、成形された製品の品質を向上することを目的とする。

本発明の圧力検出装置は、
射出成形機の金型における複数のキャビティの内圧をそれぞれ検出する複数の圧力センサと、
検出した内圧を受信し、内圧のピーク値のばらつきに関する値に基づいて、各キャビティにより成形された製品の良否を判断する情報処理装置と、
を備える。

前記ばらつきに関する値とは、ｎ回目のショット時の内圧のピーク値同士の差の絶対値であることが好ましい。

１回目のショット時の内圧のピーク値をオフセットとして考慮して、製品の良否を判断することが好ましい。

ｎ回目のショット時のピーク圧力到達時間同士の差の絶対値に基づいて、製品の良否を判断することが好ましい。

本発明は、射出成形機の金型により成形された製品の良否を判断する方法であって、
複数の圧力センサによって検出した、射出成形機の金型における複数のキャビティの内圧を受信し、
内圧のピーク値のばらつきに関する値を算出し、
前記ばらつきに関する値を所定の閾値と比較し、
製品の良否を判断する。

本発明の一実施形態に係る圧力検出装置が接続される射出成形機の全体構成を示す側面図である。 射出成形機の金型の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る圧力検出装置のアンプの構成を示すブロック図である。 １回の射出成形工程において、複数のキャビティの内圧波形を示すグラフである。 １回の射出成形工程において、複数のキャビティの内圧波形を示す他のグラフである。 １回の射出成形工程において、１つのキャビティの内圧波形を示すグラフである。

図１は、本発明の一実施形態に係る圧力検出装置が接続される射出成形機の全体構成を示す側面図である。
射出成形機１は、ベッド１０の上に載置した状態で支持される射出ユニット３０、金型５０および型締ユニット８０を備えている。射出成形機１には、圧力センサＳ１～Ｓｎおよびアンプ９０を備える圧力検出装置１００が接続されている。
射出ユニット３０は、油圧モータを用いた駆動部３１、ホッパ３２およびシリンダ３３等を備えている。射出ユニット３０は、ホッパ３２から供給される材料をシリンダ３３により加熱し、駆動部３１によりシリンダ３３を駆動することによりシリンダ３３の先端のノズル（図示せず）から金型５０のキャビティＣＴ（図２）に対して加熱された材料（以下、「加熱材料」ともいう。）を射出して充填する。なお、射出ユニット３０に油圧モータを用いるのは一例であり、油圧モータに替えて電動モータを用いてもよい。この場合も、以降の説明は同様に適用される。
金型５０は、射出ユニット３０のシリンダ３３から射出された加熱材料をキャビティＣＴにおいて成形した後に排出する。
型締ユニット８０は、金型５０を開閉したり、キャビティＣＴに充填したときの加熱材料の圧力に抗して金型５０を閉じた状態に保持するための圧力を加える例えばトグル式または直圧式の機構部である。

図２は、射出成形機の金型の構成を示す断面図である。
金型５０においては、固定側取付板５２に対して固定側金型５３が取り付けられており、可動側取付板５４に対してスペーサブロック５５を介して可動側金型５８が取り付けられている。
固定側金型５３には、可動側金型５８との間にキャビティＣＴを形成するための湾曲状の凹部５３ａが形成されているとともに、ガイド孔５３ｂが形成されている。可動側金型５８には、固定側金型５３との間にキャビティＣＴを形成するための凸部５８ａが形成されているとともに、固定側金型５３のガイド孔５３ｂと対向する位置にガイドピン５８ｂが設けられている。
可動側金型５８の中心部分であり、かつ、キャビティＣＴの中心となる位置には、エジェクタピン５９が凸部５８ａの中心を貫通した状態で長手方向へ移動自在に支持されている。
エジェクタピン５９の先端部は、キャビティＣＴの形状に対応して成形された製品６５と当接して製品６５をエジェクトする。エジェクタピン５９の後端部は、エジェクタプレート５７に一体に取り付けられている。

金型５０には、固定側金型５３と可動側金型５８との間にキャビティＣＴが複数形成されており、個々のキャビティＣＴに対応するエジェクタピン５９の後端部の端面にそれぞれ圧力センサＳ１～Ｓｎが一体に取り付けられている。すなわち、ｎ個のキャビティＣＴにそれぞれ対応して圧力センサＳ１～Ｓｎが設けられている。
圧力センサＳ１～Ｓｎは、例えば、ひずみゲージが用いられ、キャビティＣＴの内圧がエジェクタピン５９を介して圧力センサＳ１～Ｓｎに作用する。これにより圧力センサＳ１～Ｓｎは、キャビティＣＴの内圧（この場合、射出ユニット３０によりキャビティＣＴに充填される加熱材料の充填圧力）を検出することができる。

エジェクタプレート５７には、可動側取付板５４側にエジェクタロッド５６が取り付けられているとともに、可動側金型５８側にリターンピン６０が取り付けられている。エジェクタロッド５６は、可動側取付板５４を貫通した状態でエジェクタプレート５７に取り付けられている。リターンピン６０には、エジェクタプレート５７を元の位置に戻すための図示しないバネが取り付けられている。

型締ユニット８０（図１）は、その筐体の内部に油圧シリンダを有し、筐体の四隅と固定側取付板５２および可動側取付板５４の四隅とを連結した４本のタイバー８１を備えている。型締ユニット８０の油圧シリンダには金型５０のエジェクタロッド５６が連結されている。

アンプ９０は、圧力センサＳ１～Ｓｎによって検出したキャビティＣＴの内圧を受信するように、接続コード９０ａを介して圧力センサＳ１～Ｓｎに接続されている。また、アンプ９０は、パーソナルコンピュータ９９にも接続されている。アンプ９０は、接続コード９０ａを用いた圧力センサＳ１～Ｓｎとの接続性を考慮してベッド１０の内部または外部に配置されている。
なお、アンプ９０と圧力センサＳ１～Ｓｎとの間およびアンプ９０とパーソナルコンピュータ９９との間は、有線接続に限られるものではなく、近距離無線通信等の方法により無線接続されていてもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係る圧力検出装置のアンプの構成を示すブロック図である。
アンプ９０は、情報処理装置として構成されており、ヘッドアンプ９１、ゼロ調整部９２、ゲイン調整部９３、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）９４、制御部９５および記憶部９６を備えている。
ヘッドアンプ９１は、圧力センサＳ１～Ｓｎの出力値を増幅する。ゼロ調整部９２は、圧力センサＳ１～Ｓｎの出力値をそれぞれの校正情報を用いて、ゼロ点を基準とした正確な出力値に調整する。ゲイン調整部９３は、圧力センサＳ１～Ｓｎの出力値を増幅する。アナログデジタル変換部９４は、圧力センサＳ１～Ｓｎの出力値（アナログ信号）をデジタルの圧力検出データに変換し、これらをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）９９へ出力する。制御部９５は、ＣＰＵおよびメモリ等を有するマイクロコンピュータ構成からなり、アンプ９０の各部を統括的に制御する。記憶部９６には、圧力センサＳ１～Ｓｎの出力値が記憶され、記憶された情報は、制御部９５によって読み出される。

図４は、４つの同形のキャビティを有する射出成形機において、ｎ回目のショット時のそれぞれのキャビティの内圧波形を示すグラフであり、横軸は時間を、縦軸は圧力を表している。なお、ｎは自然数である。
射出成形機において対称に配置された４つの同形のキャビティであっても、内圧波形は互いに多少異なる。ただし、いずれの内圧のピーク値Ｐ１～Ｐ４も所定の範囲Ａ内にあるため、従来の基準では、４つの成形された製品をすべて良品として判断していた。
しかしながら、キャビティ１の内圧のピーク値Ｐ１は、キャビティ２～４の内圧のピーク値Ｐ２～Ｐ４から離れており、キャビティ１に何らかの不具合が生じている可能性がある。
そこで、本発明では、複数のキャビティの内圧のピーク値のばらつきに関する値に基づいて、各キャビティにより成形された製品の良否を判断する。
例えば、ばらつきに関する値とは、ｎ回目のショット時の内圧のピーク値同士の差の絶対値であり、情報処理装置としてのアンプ９０を用いて、｜Ｐ１－Ｐ２｜、｜Ｐ１－Ｐ３｜、｜Ｐ１－Ｐ４｜、｜Ｐ２－Ｐ３｜、｜Ｐ２－Ｐ４｜および｜Ｐ３－Ｐ４｜を算出し、それぞれ所定の閾値と比較し、所定の閾値より大きい場合、不良であると判断する。
図４の場合、ピーク値同士の差の絶対値は、｜Ｐ２－Ｐ３｜≒｜Ｐ３－Ｐ４｜＜｜Ｐ２－Ｐ４｜＜｜Ｐ１－Ｐ２｜＜｜Ｐ１－Ｐ３｜＜｜Ｐ１－Ｐ４｜となる。ここで、所定の閾値ＰＴを設定し、ＰＴ＜｜Ｐ１－Ｐ２｜＜｜Ｐ１－Ｐ３｜＜｜Ｐ１－Ｐ４｜となる場合、キャビティ１に何らかの不具合が生じていると判断することができる。

複数のキャビティのうちの１つのキャビティの内圧のピーク値のみが異なる要因としては、当該キャビティに充填される加熱材料の流動性が高い／低いことが考えられる。例えば、あるキャビティへの樹脂注入経路の温度が他のキャビティへの樹脂注入経路の温度より低い場合や、金型内に汚れ等の堆積物がある場合、加熱材料の流動性は低くなり、キャビティの内圧のピーク値も小さくなる。
上述したように、天気や材料ペレットのロットが変化した場合にも、内圧のピーク値は変化するが、この場合、複数のキャビティの内圧のピーク値は同じように変化するため、問題はない（すなわち、良品として判断する。）。一方、複数のキャビティのうちの１つのキャビティの内圧のピーク値のみが異なる場合には、本発明により、不良品として判断することができる。
このように、本発明では、従来は、良品として判断されていた基準（図４の所定の範囲Ａ）に加えて、より精度の高い良否の判断基準を導入することにより、成形された製品の品質を向上することができる。
なお、図４に示すように、ｎ回目のショット時に、キャビティ１に何らかの不具合が生じていると判断した場合、キャビティ１により成形された製品のみを不良品として判断してもよいし、ｎ回目のショット時に、キャビティ１～４により成形された製品すべてを不良品として判断してもよい。

１回目のショット時には、理想的には、射出成形機において対称に配置された４つの同形のキャビティの内圧波形は一致する。しかしながら、実際には、金型の製造誤差や、金型を加熱する４つのヒータの性能のばらつき等により、４つの内圧波形は一致しないことがある。このような最初の不一致を考慮することにより、良否の判断の精度を高めることができる。

例えば、１回目のショット時に、キャビティ４の内圧のピーク値Ｐ４＿１のみが小さく、キャビティ１～３の内圧のピーク値Ｐ１＿１～Ｐ３＿１が一致しており、差分がΔＰ（＝Ｐ１＿１－Ｐ４＿１）であると仮定する。
ｎ回目のショット時を示す図４では、キャビティ４の内圧のピーク値Ｐ４は、キャビティ２、３の内圧のピーク値Ｐ２、Ｐ３より小さく、Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２となっている。差分ΔＰをオフセットとして考慮すると、キャビティ４の内圧のピーク値は、（Ｐ４＋ΔＰ）となる。ここで、Ｐ３＜Ｐ４＋ΔＰ＜Ｐ２となる場合、キャビティ２～４は、ほぼ同一の内圧のピーク値を有すると判断することができる。
このように、１回目のショット時のキャビティ１～４の内圧のピーク値Ｐ１＿１～Ｐ４＿１のばらつきは、キャビティ１～４が元来有する特性であり、ｎ回目のショット時のキャビティ１～４の内圧のピーク値Ｐ１＿ｎ～Ｐ４＿ｎのばらつきを求める際に、オフセットとして考慮して、製品の良否を判断することにより、良品として判断すべき製品を不良品として判断するといった誤判断を回避することができる。

別の例として、各キャビティの１回目のショット時の内圧のピーク値と、ｎ回目のショット時の内圧のピーク値と、の差分を用いることもできる。
例えば、１回目のショット時に、キャビティ１～４の内圧のピーク値がそれぞれＰ１＿１～Ｐ４＿１であり、ｎ回目のショット時に、キャビティ１～４の内圧のピーク値がそれぞれＰ１＿ｎ～Ｐ４＿ｎであると仮定する。
ここで、Ｐ２＿１－Ｐ２＿ｎ≒Ｐ３＿１－Ｐ３＿ｎ≒Ｐ４＿１－Ｐ４＿ｎ＝ΔＰであり、ほぼ等しいのに対して、Ｐ１＿１－Ｐ１＿ｎ＝ΔＰ’＞ΔＰである場合、ｎ回目のショット時に、キャビティ１に何らかの不具合が生じたと考えられる。

図５は、４つの同形のキャビティを有する射出成形機において、ｎ回目のショット時のそれぞれのキャビティの内圧波形を示す他のグラフであり、横軸は時間を、縦軸は圧力を表している。図４では、内圧のピーク値に着目していたが、図５では、ピーク圧力到達時間（内圧のピーク値に到達する時間）に着目する。
４つのキャビティのピーク圧力到達時間ｔ１～ｔ４は、いずれも所定の範囲Ａ内にあるが、キャビティ１のピーク圧力到達時間ｔ１は、キャビティ２～４のピーク圧力到達時間ｔ２～ｔ４から離れており、キャビティ１に何らかの不具合が生じている可能性がある。
そこで、内圧のピーク値の場合と同様に、情報処理装置としてのアンプ９０を用いて、ｎ回目のショット時のピーク圧力到達時間同士の差の絶対値を算出し、それぞれ所定の閾値と比較し、所定の閾値より大きい場合、不良であると判断する。
ピーク圧力到達時間同士の差の絶対値は、｜ｔ２－ｔ３｜≒｜ｔ３－ｔ４｜＜｜ｔ２－ｔ４｜＜｜ｔ１－ｔ２｜＜｜ｔ１－ｔ３｜＜｜ｔ１－ｔ４｜となる。ここで、所定の閾値ｔＴを設定し、ｔＴ＜｜ｔ１－ｔ２｜＜｜ｔ１－ｔ３｜＜｜ｔ１－ｔ４｜となる場合、キャビティ１に何らかの不具合が生じていると判断することができる。
図５では、内圧のピーク値のばらつきは小さいものの、ピーク圧力到達時間のばらつきは比較的大きい。このように、内圧のピーク値のばらつきのみに着目していては検出できない不良を、ピーク圧力到達時間に着目することにより検出できるため、良否の判断の精度を高めることができる。

ｎ回目のショット時において、内圧のピーク値のばらつきに関する値およびピーク圧力到達時間のばらつきに関する値の少なくとも一方に基づいて、製品を不良と判断した場合、（ｎ＋１）回目、（ｎ＋２）回目のショット時においても、不良が続くならば、例えば、本来のタイミングより早期に金型クリーニングを実行すべきであると決定する等、潜在的な不良発生原因が存在する可能性を判断することができる。
一方、ｎ回目のショット時において、内圧のピーク値のばらつきに関する値およびピーク圧力到達時間のばらつきに関する値の少なくとも一方に基づいて、製品を不良と判断したが、（ｎ＋１）回目、（ｎ＋２）回目のショット時には、製品を良品として判断できるならば、引き続き射出成形を継続してもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態では、射出成形機は、対称に配置された４つの同形のキャビティを有するものであったが、キャビティは、２つ以上であればよく、同形である必要もない。複数のキャビティが異形の場合には、上述したオフセットを考慮することにより、本発明を同様に適用することができる。
また、上述した実施形態では、エジェクタピンに固定された圧力センサを用いてキャビティの内圧を間接的に検出したが、キャビティ内またはキャビティ付近のランナーに固定された圧力センサを用いてキャビティの内圧を直接的に検出することもできる。
また、上述した実施形態では、ばらつきに関する値は、内圧のピーク値同士またはピーク圧力到達時間同士の差の絶対値として説明したが、内圧のピーク値またはピーク圧力到達時間の分散または標準偏差とすることもできる。なお、分散または標準偏差を用いる際には、複数のキャビティのうちのどのキャビティにおいて不具合が生じたかは不明なため、所定値以上の分散または標準偏差となったｎ回目のショットにおいて成形された複数の製品すべてを不良品として判断する必要がある。
また、上述した実施形態では、情報処理装置としてアンプを用いており、アンプが、内圧のピーク値のばらつきに関する値を算出し、ばらつきに関する値を所定の閾値と比較し、製品の良否を判断していたが、これらの処理をパーソナルコンピュータ等によって行うこともできる。

１…射出成形機、１０…ベッド、３０…射出ユニット、３１…駆動部、３２…ホッパ、３３…シリンダ、５０…金型、５２…固定側取付板、５３…固定側金型、５３ａ…凹部、５３ｂ…ガイド孔、５４…可動側取付板、５５…スペーサブロック、５６…エジェクタロッド、５７…エジェクタプレート、５８…可動側金型、５８ａ…凸部、５８ｂ…ガイドピン、５９…エジェクタピン、６０…リターンピン、６５…製品、８０…型締ユニット、８１…タイバー、９０…アンプ（情報処理装置）、９０ａ…接続コード、９１…ヘッドアンプ、９２…ゼロ調整部、９３…ゲイン調整部、９４…アナログデジタル変換部、９５…制御部、９６…記憶部、９９…パーソナルコンピュータ、１００…圧力検出装置、ＣＴ…キャビティ、Ｓ１～Ｓｎ…圧力センサ

Claims (5)

1. 射出成形機の金型における複数のキャビティの内圧をそれぞれ検出する複数の圧力センサと、
   検出した内圧を受信し、内圧のピーク値のばらつきに関する値に基づいて、各キャビティにより成形された製品の良否を判断する情報処理装置と、
   を備え
   前記情報処理装置は、
   ｎ回目のショット時において、製品を不良と判断した場合、（ｎ＋１）回目および（ｎ＋２）回目のショット時においても、各キャビティにより成形された製品の良否を判断し、
   （ｎ＋１）回目および（ｎ＋２）回目のショット時においても、不良が続くならば、製品を不良と判断し、
   一方、（ｎ＋１）回目、（ｎ＋２）回目のショット時には、製品を良品として判断できるならば、引き続き射出成形を継続するように構成される、
   圧力検出装置。
2. 前記ばらつきに関する値とは、ｎ回目のショット時の内圧のピーク値同士の差の絶対値である、
   請求項１に記載の圧力検出装置。
3. １回目のショット時の内圧のピーク値をオフセットとして考慮して、製品の良否を判断する、
   請求項１または２に記載の圧力検出装置。
4. ｎ回目のショット時のピーク圧力到達時間同士の差の絶対値に基づいて、製品の良否を判断する、
   請求項１から３のいずれかに記載の圧力検出装置。
5. 射出成形機の金型により成形された製品の良否を判断する方法であって、
   複数の圧力センサによって検出した、射出成形機の金型における複数のキャビティの内圧を受信し、
   内圧のピーク値のばらつきに関する値を算出し、
   前記ばらつきに関する値を所定の閾値と比較し、
   製品の良否を判断し、
   ｎ回目のショット時において、製品を不良と判断した場合、（ｎ＋１）回目および（ｎ＋２）回目のショット時においても、各キャビティにより成形された製品の良否を判断し、
   （ｎ＋１）回目および（ｎ＋２）回目のショット時においても、不良が続くならば、製品を不良と判断し、
   一方、（ｎ＋１）回目、（ｎ＋２）回目のショット時には、製品を良品として判断できるならば、引き続き射出成形を継続する、
   方法。