射出成形機、および射出成形機の設定支援装置
【課題】成形条件の設定を支援できる射出成形機および射出成形機の設定支援装置を提供すること。
【解決手段】加熱軟化された樹脂を収容する加熱シリンダ２１と、加熱シリンダ２１内を進退自在なスクリュ２３とを備え、スクリュ２３が前進することにより、樹脂が加熱シリンダ２１から射出され金型装置５０内のキャビティ５５に供給される射出成形機１０において、スクリュ２３の前進速度の減速開始以降におけるキャビティ５５内の樹脂の質量増加量ΔＷおよび／または流動先端伸長量ΔＬを樹脂の状態方程式に基づいて検出する検出部６１を備える。
【解決手段】加熱軟化された樹脂を収容する加熱シリンダ２１と、加熱シリンダ２１内を進退自在なスクリュ２３とを備え、スクリュ２３が前進することにより、樹脂が加熱シリンダ２１から射出され金型装置５０内のキャビティ５５に供給される射出成形機１０において、スクリュ２３の前進速度の減速開始以降におけるキャビティ５５内の樹脂の質量増加量ΔＷおよび／または流動先端伸長量ΔＬを樹脂の状態方程式に基づいて検出する検出部６１を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機、および射出成形機の設定支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機を用いた成形方法は、計量工程、充填工程、保圧工程などを含む。計量工程では、加熱シリンダ内のスクリュの前方に所定量の溶融樹脂が供給され、溶融樹脂の圧力を受けてスクリュが後退する。充填工程では、スクリュが前進することにより、溶融樹脂が加熱シリンダから射出され金型装置内のキャビティに供給される。このときのスクリュ前方の溶融樹脂に加わる圧力が充填圧力として検出される。充填工程の終わりで、スクリュの制御は、速度制御から圧力制御に切り換えられる。この切り換えは、Ｖ（速度）／Ｐ（圧力）切り換えと呼ばれており、キャビティ内で成形される成形品の品質を左右する。Ｖ／Ｐ切り換えの後、保圧工程では、充填圧力を一定に保ちながら、キャビティ内の樹脂を冷却する。保圧工程における充填圧力の目標値は、キャビティ内での樹脂のヒケの発生を抑制できる値に設定される。
【０００３】
近年、充填工程の途中でスクリュの前進速度を減速し、スクリュを停止してスクリュ位置を維持する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。充填工程開始後、スクリュが前進して設定位置に到達したとき、その設定位置にスクリュを設定時間（例えば、０．５秒）だけ停止する。あるいは、充填工程開始後、充填圧力が設定圧に達したとき、そのとき到達している位置でスクリュを設定時間だけ停止してもよい。このように、保圧工程の前に、スクリュ位置を設定時間だけ維持することにより、成形品のバリやヒケ、反りなどを低減できることが実証されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１６７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、成形品の品質は、例えばスクリュの前進速度の減速を開始するタイミング、保圧工程を開始するタイミング、保圧工程における充填圧力の目標値など様々な成形条件に依存する。従来、これらの成形条件の設定は、熟練者の経験や勘に頼ることが多かった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形条件の設定を支援できる射出成形機および射出成形機の設定支援装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を解決するため、本発明の一の実施形態による射出成形機は、
溶融樹脂を収容する加熱シリンダと、該加熱シリンダ内を進退自在なスクリュとを備え、該スクリュが前進することにより、前記溶融樹脂が前記加熱シリンダから射出され金型装置内のキャビティに供給される射出成形機において、
前記スクリュの前進速度の減速開始以降における前記キャビティ内の樹脂の質量増加量および／または流動先端伸長量を樹脂の状態方程式に基づいて検出する検出部を備える。
【０００８】
また、本発明の他の実施形態による射出成形機の設定支援装置は、
溶融樹脂を収容する加熱シリンダと、該加熱シリンダ内を進退自在なスクリュとを備え、該スクリュが前進することにより、前記溶融樹脂が前記加熱シリンダから射出され金型装置内のキャビティに供給される射出成形機の設定支援装置において、
前記スクリュの前進速度の減速開始以降における前記キャビティ内の樹脂の質量増加量および／または流動先端伸長量を樹脂の状態方程式に基づいて検出する検出部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、成形条件の設定を支援できる射出成形機および射出成形機の設定支援装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による射出成形機の模式図
【図２】充填工程におけるスクリュ前進速度の時間変化を示す図
【図３】充填工程および保圧工程における充填圧力の時間変化を示す図
【図４】樹脂の状態方程式（ＰｖＴ特性）を示す模式図
【図５】成形品の質量Ｍと、質量増加量ΔＷと、初期質量Ｎと、充填ピーク圧力Ｐ１との関係を示す図
【図６】成形品の伸長量Ｌと、流動先端伸長量ΔＬと、初期伸長量Ｋと、充填ピーク圧力Ｐ１との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一のまたは対応する構成については同一のまたは対応する符号を付して説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による射出成形機の模式図である。図１に示すように、射出成形機１０は、フレームＦｒと、フレームＦｒ上に配置される射出装置２０とを備える。
【００１３】
射出装置２０は、加熱シリンダ２１を備える。加熱シリンダ２１の外周にはヒータ２１ａが設けられおり、加熱シリンダ２１の温度を設定温度に保つことができる。
【００１４】
加熱シリンダ２１にはホッパ２２が設けられる。加熱シリンダ２１内にはスクリュ２３が進退自在かつ回転自在に設けられる。スクリュ２３の後端は可動支持部２４によって回転自在に支持される。
【００１５】
可動支持部２４にはサーボモータ等の計量モータ２５が取り付けられる。計量モータ２５の回転は出力軸３１に取り付けられたタイミングベルト２６を介してスクリュ２３に伝達される。
【００１６】
計量モータ２５の出力軸３１の後端には回転検出器３２が接続されている。回転検出器３２は、計量モータ２５の回転数又は回転量を検出することで、スクリュ２３の回転量を検出する。
【００１７】
射出装置２０は、スクリュ２３と平行なボールねじ軸２７を有する。ボールねじ軸２７はボールねじナット３６と螺合し、回転運動を直線運動へ変換する運動方向変換機構を構成する。
【００１８】
射出モータ２９を駆動し、タイミングベルト２８を介してボールねじ軸２７を回転させると、ボールねじナット３６に固定された可動支持部２４及びサポート３０が進退する。その結果、スクリュ２３が進退する。
【００１９】
射出モータ２９の出力軸３３の後端に接続された位置検出器３４は、射出モータ２９の回転数又は回転量を検出することで、スクリュ２３の位置を検出する。
【００２０】
また、可動支持部２４とサポート３０との間には、スクリュ２３に加えられた溶融樹脂の圧力（反力）を検出するための圧力検出器（例えば、ロードセル）３５が備えられている。
【００２１】
射出装置２０は、射出装置２０を駆動してノズルタッチ圧を印加する駆動機構として移動装置４０を備えている。移動装置４０は、移動駆動部４１とガイド部４２とから構成されている。ガイド部４２は、射出装置２０を構成する可動支持部２４、サポート３０及び前部フランジ４３と係合している。前部フランジ部４３で加熱シリンダ２１が支持されている。
【００２２】
射出装置２０は、ガイド部４２に沿って、フレームＦｒ上で水平に移動することができる。上述の移動装置４０を駆動することにより、所定のタイミングで射出装置２０を前進させて加熱シリンダ２１のノズル部を金型装置５０に当接させ、ノズルタッチを行う。
【００２３】
計量モータ２５、回転検出器３２、射出モータ２９、位置検出器３４、および圧力検出器３５は、制御装置６０に接続されている。回転検出器３２、位置検出器３４、及び圧力検出器３５から出力される検出信号は、制御装置６０に送られる。制御装置６０は、検出信号に基づいて計量モータ２５及び射出モータ２９の動作を制御する。
【００２４】
なお、スクリュ駆動源として、射出モータ２９の代わりに、例えば空気圧シリンダや油圧シリンダなどの流体圧シリンダを用いてもよく、スクリュ駆動源は特に限定されない。
【００２５】
なお、制御装置６０は単独で設けられてもよいし、射出成形機全体の制御を司る制御部の一部として設けられてもよい。
【００２６】
次に、上記構成の射出成形機の動作（成形方法）について説明する。この成形方法は、計量工程、充填工程、保圧工程を有する。
【００２７】
計量工程では、計量モータ２５によって加熱シリンダ２１内に配置されているスクリュ２３を回転させる。ホッパ２２から加熱シリンダ２１内のスクリュ２３の後部に樹脂が供給される。スクリュ２３の回転により、供給されてきた樹脂を溶融させながら加熱シリンダ２１の前端部に一定量送り込む。この間、加熱シリンダ２１の前端部に溜まってゆく溶融樹脂の圧力（背圧）を受けながらスクリュ２３は後退する。
【００２８】
次いで、充填工程では、スクリュ２３が前進することにより、スクリュ２３の前方に蓄えられた溶融樹脂が加熱シリンダ２１のノズル部から射出される。この時のスクリュ２３の前方の溶融樹脂に加わる圧力が充填圧力として圧力検出器３５に検出される。加熱シリンダ２１のノズル部から射出された樹脂は、金型装置５０内に供給され、スプル５３、ランナ５４などを介してキャビティ５５に供給される。キャビティ５５は、金型装置５０を構成する可動金型５１と固定金型５２とを型閉じ、型締めして形成される。
【００２９】
図２は、充填工程におけるスクリュ前進速度の時間変化を示す図である。図３は、充填工程および保圧工程における充填圧力の時間変化を示す図である。図２および図３において、横軸は充填工程開始時からの経過時間ｔである。
【００３０】
充填工程は、第１期と、第２期とからなる。第１期では、例えばスクリュ２３の前進速度が０から加速され、所定速度で維持される。充填圧力は、図３に示すように徐々に増加してピーク値Ｐ１（以下、「充填ピーク圧力Ｐ１」という）になる。
【００３１】
第１期の開始後、スクリュ２３が前進して設定位置に到達したとき（ｔ＝ｔ１）、第２期が開始される。第１期の開始後、充填圧力が設定圧に達したときに、第２期が開始されてもよい。第２期の開始時、キャビティ５５内に樹脂は完全には充填されていない。
【００３２】
第２期では、図２に示すようにスクリュ２３の前進速度が急速に減速されて０になり、スクリュ位置が設定時間だけ維持される。その結果、図３に示すように、樹脂の充填圧力がＰ１からＰ３に徐々に低下する。よって、詳しくは後述するが、温度が設定温度に保たれている加熱シリンダ２１内において、充填圧力の低下に伴い、樹脂の比容積が増加する。その結果、加熱シリンダ２１内の溶融樹脂の体積が増加するが、スクリュ２３は停止しているため、増加分の樹脂が加熱シリンダ２１から溢れる。溢れた分の樹脂がキャビティ５５内に流れ込む。
【００３３】
なお、本実施形態の第２期では、スクリュ位置が設定時間だけ維持され、スクリュ２３が設定時間だけ停止するが、設定時間の間に、スクリュ２３が微速前進してもよい。
【００３４】
設定時間が経過すると（ｔ＝ｔ２）、保圧工程が開始される。このとき、スクリュ２３の制御が速度制御（位置制御）から圧力制御に切り換えられ、充填圧力が目標値Ｐ４に近づき始める。目標値Ｐ４はキャビティ５５内での樹脂のヒケの発生を抑制できる値である限り、図３に示すように第２期終了時の充填圧力Ｐ３よりも低くても、高くても、同じでもよい。充填圧力が目標値Ｐ４になるように、圧力検出器３５の検出結果に基づいて射出モータ２９がフィードバック制御される。このようにして充填圧力が目標値Ｐ４に保たれながら、キャビティ５５内の樹脂が冷却される。
【００３５】
キャビティ５５内の樹脂を冷却固化して得られる成形品は、金型装置５０の型開後、金型装置５０から突き出される。
【００３６】
成形品の品質は、例えば、第２期開始時間（ｔ＝ｔ１）、保圧工程開始時間（ｔ＝ｔ２）、保圧工程における充填圧力の目標値など様々な成形条件に依存する。これらの成形条件の設定を支援する設定支援装置として、制御装置６０が用いられる。
【００３７】
制御装置６０は、ＣＰＵ、メモリなどを含むコンピュータとして構成される。制御装置６０は、後述の検出部６１および導出部６２に対応するコンピュータプログラムをメモリなどの記録媒体に格納している。制御装置６０は、これらのコンピュータプログラムをＣＰＵに実行させることにより、検出部６１および導出部６２が有する機能を実現する。
【００３８】
検出部６１は、第２期の開始以降（スクリュ２３の前進速度の減速開始以降）におけるキャビティ５５内の樹脂の質量増加量ΔＷおよび／または流動先端伸長量ΔＬを樹脂の状態方程式に基づいて検出する。
【００３９】
ここで、「流動先端伸長量ΔＬ」とは、質量増加量ΔＷに相当する伸長量を意味し、質量増加量ΔＷが増えるほど、流動先端伸長量ΔＬが増える。例えば第２期でキャビティ５５内に樹脂が完全に充填されると、樹脂の流動先端位置が停止するが、保圧工程で樹脂が冷却して体積収縮し体積収縮分の樹脂がキャビティ５５内に補充される場合、流動先端伸長量ΔＬは保圧工程開始後に増えることになる。流動先端の伸長方向は、例えばキャビティ５５の寸法形状、キャビティ５５の樹脂注入口の位置や向きなどで決まる。
【００４０】
樹脂の状態方程式は、一般的な方法で測定され、記録媒体に予め記録されたものを読み出して用いる。
【００４１】
図４は樹脂の状態方程式（ＰｖＴ特性）を示す模式図である。図４において、横軸は温度Ｔ（℃）、縦軸は比容積ｖ（ｍ３／ｋｇ）である。図４は、圧力Ｐが大気圧Ｐ０（Ｐ０＝０．１ＭＰａ）のときの比容積ｖの温度変化曲線ｖ（Ｐ０、Ｔ）と、圧力Ｐが充填ピーク圧力Ｐ１（例えば、Ｐ１＝５０ＭＰａ）のときの比容積ｖの温度変化曲線ｖ（Ｐ１、Ｔ）とを示す。
【００４２】
図４に示すように、樹脂の比容積ｖは、樹脂の圧力Ｐと、樹脂の温度Ｔに依存する。圧力Ｐが低くなるほど、比容積ｖが大きくなる。また、温度Ｔが低下するほど、比容積ｖが小さくなる。
【００４３】
ところで、加熱シリンダ２１から射出された樹脂は、金型装置５０内のスプル５３、ランナ５４などを介してキャビティ５５に供給される。流動方向上流側（即ち、加熱シリンダ２１側）ほど、圧力損失の影響で樹脂に加わる圧力が高くなる。
【００４４】
樹脂の圧力は、第２期の開始以降、徐々に低下するので、樹脂の温度が一定の場合、樹脂の比容積が大きくなる。樹脂の体積が増加すると、スクリュ位置が変わらないため、加熱シリンダ２１内から樹脂が溢れる。溢れた分の樹脂がキャビティ５５内に流れ込む。
【００４５】
この流れ込み量は、温度が設定温度に保たれている加熱シリンダ２１内の樹脂に加わる圧力（充填圧力）の低下量で主に定まる。加熱シリンダ２１は、スプル５３やランナ５４に比べて容積が大きく、またスプル５３やランナ５４に比べて圧力低下が大きいからである。加熱シリンダ２１内において、充填圧力の低下によって樹脂の比容積が増加するが、スクリュ２３が停止しているので、増加分の樹脂が加熱シリンダ２１から溢れる。溢れた分の樹脂がキャビティ５５内に追加される。
【００４６】
そこで、検出部６１は、第２期の開始以降における加熱シリンダ２１内の樹脂の圧力低下による比容積の増加量に基づいて、キャビティ５５内の樹脂の質量増加量ΔＷおよび流動先端伸長量ΔＬを検出する。質量増加量ΔＷや流動先端伸長量ΔＬは、保圧工程開始時間ｔ２が後述の所定時間ｔ３（ｔ３＞ｔ１）以下か否かで場合分けして算出される。
【００４７】
所定時間ｔ３は、キャビティ５５の樹脂の一部が固化し、キャビティ５５内への樹脂の注入が実質的に終了する時間である。所定時間ｔ３は、樹脂の種類、加熱シリンダ２１内の溶融樹脂の温度、可動金型５１や固定金型５２の温度などで定まり、例えば下記の式（１）で算出される。
ｔ３＝ｓ２／（π２×α）×ｌｎ｛４／π×（θｒ−θｍ）／（θｅ−θｍ）｝・・・（１）
式（１）中、ｔ３はキャビティ５５内の樹脂の平均温度が温度θｒから温度θｅまで冷却されるまでの冷却時間（秒）、ｓは成形品の厚さ（ｍｍ）、αはキャビティ表面温度における樹脂の熱拡散率（ｍｍ２／秒）、θｒは溶融樹脂の温度（℃）、θｅは樹脂の固化温度（℃）、θｍはキャビティ表面温度（℃）をそれぞれ表す。
【００４８】
保圧工程開始時間ｔ２が所定時間ｔ３を超える場合（ｔ２＞ｔ３）、保圧工程開始以降にキャビティ５５内へ樹脂が追加されない。この場合、質量増加量ΔＷ１（ｋｇ）は、第２期における樹脂の比容積の増加量で主に決まるので、下記の式（２）で算出される。
ΔＷ１＝｛１／ｖ（Ｐ１、Ｔ１）−１／ｖ（Ｐ２、Ｔ１）｝×ＳＶ・・・（２）
式（２）中、ｖ（Ｐ、Ｔ）は圧力Ｐ（ＭＰａ）、温度Ｔ（℃）のときの樹脂の比容積（ｍ３／ｋｇ）を表し、状態方程式に圧力Ｐおよび温度Ｔを代入して算出される。Ｐ１は充填ピーク圧力（ＭＰａ）、Ｐ２は経過時間ｔが所定時間ｔ３に達した時の充填圧力（ＭＰａ）をそれぞれ表し、圧力検出器３６から取得される。Ｔ１は加熱シリンダ２１内の樹脂の温度（℃）を表す。加熱シリンダ２１の温度はヒータ２１ａで設定温度に保たれているので、その設定温度をＴ１として用いる。
式（２）中、ＳＶは第２期開始時の加熱シリンダ２１内の樹脂２（図１において黒色で示す部分）の容積（ｍ３）を表す。ＳＶは位置検出器３４によって検出されるスクリュ位置と、記録媒体に予め記録されたシリンダ２１（ノズル部を含む）の内側空間の寸法形状とに基づいて算出される。第２期開始後、射出モータ２９の回転が急停止され、スクリュ２３の前進が急停止され、スクリュ２３は停止しているので、ＳＶは略一定である。なお、第２期開始後にスクリュ２３が微速前進する場合、スクリュ位置の時間変化を考慮してＳＶを算出してよい。
【００４９】
また、保圧工程開始時間ｔ２が所定時間ｔ３を超える場合（ｔ２＞ｔ３）、流動先端伸長量ΔＬ１（ｍ）は下記の式（３）で算出される。
ΔＬ１＝ΔＷ１×ｖ（Ｐ０、Ｔ２）／ＣＳ・・・（３）
式（３）中のｖ（Ｐ、Ｔ）は式（２）中のｖ（Ｐ、Ｔ）と同じ意味である。Ｐ０はキャビティ５５内の樹脂に加わる圧力（ＭＰａ）を表す。キャビティ５５は大気開放されているので、Ｐ０＝０．１ＭＰａ（大気圧）とする。また、Ｔ２はキャビティ５５内における樹脂の温度（℃）であって、可動金型５１や固定金型５２の温度と等しい。可動金型５１や固定金型５２の温度は温調器で設定温度に保たれているので、その設定温度をＴ２（Ｔ２＜Ｔ１）として用いる。Ｔ２は樹脂の固化温度よりも低い温度である。ＣＳは樹脂の流動先端位置でのキャビティ５５の断面積（一定）を表す。キャビティ５５の断面は樹脂の伸長方向と直交する断面である。ＣＳは記録媒体に予め記録されている値、または入力装置（例えば、キーボード）で入力された値を用いる。金型装置５０内に複数のキャビティ５５が存在する場合、ＣＳは複数のキャビティ５５の断面積の合計値である。なお、樹脂の流動先端位置の移動に応じてＣＳが変化する場合、ＣＳは平均値であってよい。
【００５０】
一方、保圧工程開始時間ｔ２が所定時間ｔ３以下の場合（ｔ２≦ｔ３）、保圧工程開始以降にキャビティ５５に樹脂が追加されうる。この場合、質量増加量ΔＷ２は、第２期における樹脂の比容積の増加量の他、保圧工程開始以降にスクリュ２３が前進したときの前進量に基づいて、下記の式（４）で算出される。
ΔＷ２＝｛１／ｖ（Ｐ１、Ｔ１）−１／ｖ（Ｐ３、Ｔ１）｝×ＳＶ＋ＳＬ×ＳＳ／ｖ（Ｐ４、Ｔ１）・・・（４）
式（４）中のｖ（Ｐ、Ｔ）、Ｐ１、Ｔ１、ＳＶは式（２）中のｖ（Ｐ、Ｔ）、Ｐ１、Ｔ１、ＳＶと同じ意味、同じ値である。Ｐ３は保圧工程開始時（充填工程完了時）の充填圧力（ＭＰａ）、Ｐ４は保圧工程における充填圧力の目標値（ＭＰａ）、ＳＬは保圧工程開始以降にスクリュ２３が前進したときの移動量（ｍ）、ＳＳは加熱シリンダ２１の断面積（ｍ２）をそれぞれ表す。加熱シリンダ２１の断面はスクリュ２３の前進方向と直交する断面である。
【００５１】
ＳＬは、スクリュ２３が前進したときの移動量であるので、例えばスクリュ２３が一旦後退し、その後前進する場合、前進開始時からの移動量となる。スクリュ２３が一旦後退する場合としては、例えばＰ３がＰ４よりも高い場合が挙げられる。この場合、充填圧力の低下によって、スクリュ２３が一旦後退することがある。スクリュ２３が後退する場合、キャビティ５５の樹脂注入口は狭いので、樹脂注入口からの樹脂の流出はほとんどなく、ΔＷはほとんど変化しない。
【００５２】
保圧工程においてスクリュ２３は基本的に前進し、キャビティ５５内で樹脂が冷却されて体積収縮した分の樹脂を補充し、ヒケの発生を制限する。なお、保圧工程においてスクリュ２３が後退し続ける場合、あるいはスクリュ２３が動かない場合、ＳＬ＝０である。
【００５３】
また、保圧工程開始時間ｔ２が所定時間ｔ３以下の場合（ｔ２≦ｔ３）、流動先端伸長量ΔＬ２（ｍ）は下記の式（５）で算出される。
ΔＬ２＝ΔＷ２×ｖ（Ｐ０、Ｔ２）／ＣＳ・・・（５）
式（５）中のｖ（Ｐ、Ｔ）、Ｐ０、Ｔ２、ＣＳは式（４）中のｖ（Ｐ、Ｔ）、Ｐ０、Ｔ２、ＣＳと同じ意味、同じ値である。
【００５４】
このように、本実施形態によれば、第２期開始以降の質量増加量ΔＷや流動先端伸長量ΔＬを検出するので、検出結果と、成形品の質量や伸長量（伸長量＝質量×樹脂の比容積／断面積）とに基づいて、第１期完了時のキャビティ５５内の樹脂の質量や伸長量などを求めることができる。よって、後述の導出部６２やユーザによる成形条件の設定を支援することができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、第２期の開始以降における加熱シリンダ２１内の樹脂の圧力低下による比容積の増加量に基づいて質量増加量ΔＷや流動先端伸長量ΔＬを検出するので、第２期がΔＷやΔＬに与える影響を容易に精度良く算出できる。
【００５６】
さらに、本実施形態によれば、保圧工程開始時間ｔ２が所定時間ｔ３以下の場合（ｔ２≦ｔ３）、保圧工程開始時以降のスクリュ２３の前進量を加味するので、保圧工程がΔＷやΔＬに与える影響を容易に精度良く算出できる。
【００５７】
導出部６２は、成形品に関する検出部６１の検出結果と、その成形品の質量および伸長量（伸長量＝質量×樹脂の比容積／断面積）とに基づいて、質量および伸長量が目標値と同じ成形品が得られる成形条件を導出する。目標値は、キャビティ５５内に樹脂が完全に充填される時の値である。成形品の質量の目標値は、キャビティ５５の容積と樹脂の密度との積で決まる。
【００５８】
導出部６２は、例えば質量および伸長量が目標値よりも小さい成形品に関する検出部６１の検出結果と、その成形品の質量および伸長量とに基づいて、上記成形条件を導出する。導出部６２は、複数の成形品に関するデータ（質量、伸長量、検出部の検出結果）に基づいて最適な成形条件を導出する。
【００５９】
なお、導出部６２は、質量および伸長量が目標値の成形品に関するデータに基づいて最適な成形条件を導出してもよい。
【００６０】
導出部６２は、成形条件の導出に用いられる成形品の質量および伸長量に関する情報を例えば入力装置から取得する。入力装置で入力される情報は、質量計やマイクロメータなどで予め測定される。
【００６１】
例えば、導出部６２は、検出部６１が式（２）または式（４）を用いて検出した質量増加量ΔＷと、成形品の質量Ｍとに基づいて、第１期完了時のキャビティ５５内の樹脂の質量Ｎ（以下、「初期質量Ｎ」という）（Ｎ＝Ｍ−ΔＷ）を求める。その結果、導出部６２は、例えば図５に示すようなデータを得る。
【００６２】
図５は、成形品の質量Ｍと、質量増加量ΔＷと、初期質量Ｎと、充填ピーク圧力Ｐ１との関係を示す。この成形品は、質量Ｍが目標値Ｍ０よりも小さく、キャビティ５５内を完全に充填しないものである。図５において、Ｍａ、Ｍｂ、Ｍｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ（Ｐ１ａ＞Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ）に設定したときの成形品の質量Ｍを示す。また、ΔＷａ、ΔＷｂ、ΔＷｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃに設定したときの質量増加量ΔＷを表す。また、Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃに設定したときの初期質量Ｎを示す。
【００６３】
成形条件としては、充填ピーク圧力Ｐ１が低くなるほど、金型装置５０の負荷が少なくなるので、また、成形品のバリが少なくなるので好ましい。また、充填ピーク圧力Ｐ１が低くなるほど、初期質量Ｎが軽くなる。
【００６４】
導出部６２は、ＮとΔＷとの合計値（Ｎ＋ΔＷ）が目標値Ｍ０になり、且つＮができるだけ小さくなる（即ち、充填ピーク圧力Ｐ１ができるだけ低くなる）成形条件を求める。成形条件としては、例えば充填ピーク圧力Ｐ１、保圧工程開始時間ｔ２、保圧工程における充填圧力の目標値Ｐ４などが挙げられる。
【００６５】
また、導出部６２は、検出部６１が式（３）または式（５）を用いて検出した流動先端伸長量ΔＬと、成形品の伸長量Ｌとに基づいて、第１期完了時のキャビティ５５内の樹脂の伸長量Ｋ（以下、「初期伸長量Ｋ」という）（Ｋ＝Ｌ−ΔＬ）を求める。初期伸長量Ｋは初期質量Ｎに相当する寸法である。導出部６２は、例えば図６に示すようなデータを得る。
【００６６】
図６は、成形品の伸長量Ｌと、流動先端伸長量ΔＬと、初期伸長量Ｋと、充填ピーク圧力Ｐ１との関係を示す。この成形品は、伸長量Ｌが目標値Ｌ０よりも小さく、キャビティ５５内を完全に充填しないものである。図６において、Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ（Ｐ１ａ＞Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ）に設定したときの成形品の伸長量Ｌを示す。また、ΔＬａ、ΔＬｂ、ΔＬｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃに設定したときの流動先端伸長量ΔＬを表す。また、Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃに設定したときの初期伸長量Ｋを示す。
【００６７】
成形条件としては、充填ピーク圧力Ｐ１が低くなるほど、金型装置の負荷が少なくなるので、また、成形品のバリが少なくなるので好ましい。一方で、充填ピーク圧力Ｐ１が低くなるほど、初期伸長量Ｋが短くなる。
【００６８】
そこで、導出部６２は、ＫとΔＬとの合計値が目標値Ｌ０になり、且つＫができるだけ小さくなる（即ち、充填ピーク圧力Ｐ１ができるだけ低くなる）成形条件を求める。成形条件としては、例えば充填ピーク圧力Ｐ１、保圧工程開始時間ｔ２、保圧工程における充填圧力の目標値Ｐ４などが挙げられる。
【００６９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上記の実施形態に種々の変形や置換を加えることができる。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、成形条件の設定を支援する設定支援装置として、制御装置６０が用いられ、設定支援装置は射出成形機に組み込まれているが、本発明はこれに限定されない。設定支援装置は、射出成形機に組み込まれておらず、射出成形機（詳細には、制御装置６０）と情報を送受信可能なものであってよい。この場合、設定支援装置は、射出成形機から送信される充填圧力などのデータに基づいてΔＷやΔＬを検出したり、最適な成形条件を導出し、検出結果や導出結果を制御装置６０に送信する。制御装置６０は、設定支援装置から送信される検出結果や導出結果に基づいて射出モータ２９などを制御する。
【００７１】
また、上記実施形態の検出部６１は、質量増加量ΔＷおよび流動先端伸長量ΔＬの両方を検出するが、いずれか一方のみを検出してもよい。同様に、上記実施形態の導出部６２は、成形条件の導出のため、成形品の質量および伸長量の両方を用いるが、いずれか一方のみを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 射出成形機
２１ 加熱シリンダ
２３ スクリュ
５０ 金型装置
５５ キャビティ
６０ 制御装置（設定支援装置）
６１ 検出部
６２ 導出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機、および射出成形機の設定支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機を用いた成形方法は、計量工程、充填工程、保圧工程などを含む。計量工程では、加熱シリンダ内のスクリュの前方に所定量の溶融樹脂が供給され、溶融樹脂の圧力を受けてスクリュが後退する。充填工程では、スクリュが前進することにより、溶融樹脂が加熱シリンダから射出され金型装置内のキャビティに供給される。このときのスクリュ前方の溶融樹脂に加わる圧力が充填圧力として検出される。充填工程の終わりで、スクリュの制御は、速度制御から圧力制御に切り換えられる。この切り換えは、Ｖ（速度）／Ｐ（圧力）切り換えと呼ばれており、キャビティ内で成形される成形品の品質を左右する。Ｖ／Ｐ切り換えの後、保圧工程では、充填圧力を一定に保ちながら、キャビティ内の樹脂を冷却する。保圧工程における充填圧力の目標値は、キャビティ内での樹脂のヒケの発生を抑制できる値に設定される。
【０００３】
近年、充填工程の途中でスクリュの前進速度を減速し、スクリュを停止してスクリュ位置を維持する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。充填工程開始後、スクリュが前進して設定位置に到達したとき、その設定位置にスクリュを設定時間（例えば、０．５秒）だけ停止する。あるいは、充填工程開始後、充填圧力が設定圧に達したとき、そのとき到達している位置でスクリュを設定時間だけ停止してもよい。このように、保圧工程の前に、スクリュ位置を設定時間だけ維持することにより、成形品のバリやヒケ、反りなどを低減できることが実証されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１６７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、成形品の品質は、例えばスクリュの前進速度の減速を開始するタイミング、保圧工程を開始するタイミング、保圧工程における充填圧力の目標値など様々な成形条件に依存する。従来、これらの成形条件の設定は、熟練者の経験や勘に頼ることが多かった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形条件の設定を支援できる射出成形機および射出成形機の設定支援装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を解決するため、本発明の一の実施形態による射出成形機は、
溶融樹脂を収容する加熱シリンダと、該加熱シリンダ内を進退自在なスクリュとを備え、該スクリュが前進することにより、前記溶融樹脂が前記加熱シリンダから射出され金型装置内のキャビティに供給される射出成形機において、
前記スクリュの前進速度の減速開始以降における前記キャビティ内の樹脂の質量増加量および／または流動先端伸長量を樹脂の状態方程式に基づいて検出する検出部を備える。
【０００８】
また、本発明の他の実施形態による射出成形機の設定支援装置は、
溶融樹脂を収容する加熱シリンダと、該加熱シリンダ内を進退自在なスクリュとを備え、該スクリュが前進することにより、前記溶融樹脂が前記加熱シリンダから射出され金型装置内のキャビティに供給される射出成形機の設定支援装置において、
前記スクリュの前進速度の減速開始以降における前記キャビティ内の樹脂の質量増加量および／または流動先端伸長量を樹脂の状態方程式に基づいて検出する検出部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、成形条件の設定を支援できる射出成形機および射出成形機の設定支援装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による射出成形機の模式図
【図２】充填工程におけるスクリュ前進速度の時間変化を示す図
【図３】充填工程および保圧工程における充填圧力の時間変化を示す図
【図４】樹脂の状態方程式（ＰｖＴ特性）を示す模式図
【図５】成形品の質量Ｍと、質量増加量ΔＷと、初期質量Ｎと、充填ピーク圧力Ｐ１との関係を示す図
【図６】成形品の伸長量Ｌと、流動先端伸長量ΔＬと、初期伸長量Ｋと、充填ピーク圧力Ｐ１との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一のまたは対応する構成については同一のまたは対応する符号を付して説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による射出成形機の模式図である。図１に示すように、射出成形機１０は、フレームＦｒと、フレームＦｒ上に配置される射出装置２０とを備える。
【００１３】
射出装置２０は、加熱シリンダ２１を備える。加熱シリンダ２１の外周にはヒータ２１ａが設けられおり、加熱シリンダ２１の温度を設定温度に保つことができる。
【００１４】
加熱シリンダ２１にはホッパ２２が設けられる。加熱シリンダ２１内にはスクリュ２３が進退自在かつ回転自在に設けられる。スクリュ２３の後端は可動支持部２４によって回転自在に支持される。
【００１５】
可動支持部２４にはサーボモータ等の計量モータ２５が取り付けられる。計量モータ２５の回転は出力軸３１に取り付けられたタイミングベルト２６を介してスクリュ２３に伝達される。
【００１６】
計量モータ２５の出力軸３１の後端には回転検出器３２が接続されている。回転検出器３２は、計量モータ２５の回転数又は回転量を検出することで、スクリュ２３の回転量を検出する。
【００１７】
射出装置２０は、スクリュ２３と平行なボールねじ軸２７を有する。ボールねじ軸２７はボールねじナット３６と螺合し、回転運動を直線運動へ変換する運動方向変換機構を構成する。
【００１８】
射出モータ２９を駆動し、タイミングベルト２８を介してボールねじ軸２７を回転させると、ボールねじナット３６に固定された可動支持部２４及びサポート３０が進退する。その結果、スクリュ２３が進退する。
【００１９】
射出モータ２９の出力軸３３の後端に接続された位置検出器３４は、射出モータ２９の回転数又は回転量を検出することで、スクリュ２３の位置を検出する。
【００２０】
また、可動支持部２４とサポート３０との間には、スクリュ２３に加えられた溶融樹脂の圧力（反力）を検出するための圧力検出器（例えば、ロードセル）３５が備えられている。
【００２１】
射出装置２０は、射出装置２０を駆動してノズルタッチ圧を印加する駆動機構として移動装置４０を備えている。移動装置４０は、移動駆動部４１とガイド部４２とから構成されている。ガイド部４２は、射出装置２０を構成する可動支持部２４、サポート３０及び前部フランジ４３と係合している。前部フランジ部４３で加熱シリンダ２１が支持されている。
【００２２】
射出装置２０は、ガイド部４２に沿って、フレームＦｒ上で水平に移動することができる。上述の移動装置４０を駆動することにより、所定のタイミングで射出装置２０を前進させて加熱シリンダ２１のノズル部を金型装置５０に当接させ、ノズルタッチを行う。
【００２３】
計量モータ２５、回転検出器３２、射出モータ２９、位置検出器３４、および圧力検出器３５は、制御装置６０に接続されている。回転検出器３２、位置検出器３４、及び圧力検出器３５から出力される検出信号は、制御装置６０に送られる。制御装置６０は、検出信号に基づいて計量モータ２５及び射出モータ２９の動作を制御する。
【００２４】
なお、スクリュ駆動源として、射出モータ２９の代わりに、例えば空気圧シリンダや油圧シリンダなどの流体圧シリンダを用いてもよく、スクリュ駆動源は特に限定されない。
【００２５】
なお、制御装置６０は単独で設けられてもよいし、射出成形機全体の制御を司る制御部の一部として設けられてもよい。
【００２６】
次に、上記構成の射出成形機の動作（成形方法）について説明する。この成形方法は、計量工程、充填工程、保圧工程を有する。
【００２７】
計量工程では、計量モータ２５によって加熱シリンダ２１内に配置されているスクリュ２３を回転させる。ホッパ２２から加熱シリンダ２１内のスクリュ２３の後部に樹脂が供給される。スクリュ２３の回転により、供給されてきた樹脂を溶融させながら加熱シリンダ２１の前端部に一定量送り込む。この間、加熱シリンダ２１の前端部に溜まってゆく溶融樹脂の圧力（背圧）を受けながらスクリュ２３は後退する。
【００２８】
次いで、充填工程では、スクリュ２３が前進することにより、スクリュ２３の前方に蓄えられた溶融樹脂が加熱シリンダ２１のノズル部から射出される。この時のスクリュ２３の前方の溶融樹脂に加わる圧力が充填圧力として圧力検出器３５に検出される。加熱シリンダ２１のノズル部から射出された樹脂は、金型装置５０内に供給され、スプル５３、ランナ５４などを介してキャビティ５５に供給される。キャビティ５５は、金型装置５０を構成する可動金型５１と固定金型５２とを型閉じ、型締めして形成される。
【００２９】
図２は、充填工程におけるスクリュ前進速度の時間変化を示す図である。図３は、充填工程および保圧工程における充填圧力の時間変化を示す図である。図２および図３において、横軸は充填工程開始時からの経過時間ｔである。
【００３０】
充填工程は、第１期と、第２期とからなる。第１期では、例えばスクリュ２３の前進速度が０から加速され、所定速度で維持される。充填圧力は、図３に示すように徐々に増加してピーク値Ｐ１（以下、「充填ピーク圧力Ｐ１」という）になる。
【００３１】
第１期の開始後、スクリュ２３が前進して設定位置に到達したとき（ｔ＝ｔ１）、第２期が開始される。第１期の開始後、充填圧力が設定圧に達したときに、第２期が開始されてもよい。第２期の開始時、キャビティ５５内に樹脂は完全には充填されていない。
【００３２】
第２期では、図２に示すようにスクリュ２３の前進速度が急速に減速されて０になり、スクリュ位置が設定時間だけ維持される。その結果、図３に示すように、樹脂の充填圧力がＰ１からＰ３に徐々に低下する。よって、詳しくは後述するが、温度が設定温度に保たれている加熱シリンダ２１内において、充填圧力の低下に伴い、樹脂の比容積が増加する。その結果、加熱シリンダ２１内の溶融樹脂の体積が増加するが、スクリュ２３は停止しているため、増加分の樹脂が加熱シリンダ２１から溢れる。溢れた分の樹脂がキャビティ５５内に流れ込む。
【００３３】
なお、本実施形態の第２期では、スクリュ位置が設定時間だけ維持され、スクリュ２３が設定時間だけ停止するが、設定時間の間に、スクリュ２３が微速前進してもよい。
【００３４】
設定時間が経過すると（ｔ＝ｔ２）、保圧工程が開始される。このとき、スクリュ２３の制御が速度制御（位置制御）から圧力制御に切り換えられ、充填圧力が目標値Ｐ４に近づき始める。目標値Ｐ４はキャビティ５５内での樹脂のヒケの発生を抑制できる値である限り、図３に示すように第２期終了時の充填圧力Ｐ３よりも低くても、高くても、同じでもよい。充填圧力が目標値Ｐ４になるように、圧力検出器３５の検出結果に基づいて射出モータ２９がフィードバック制御される。このようにして充填圧力が目標値Ｐ４に保たれながら、キャビティ５５内の樹脂が冷却される。
【００３５】
キャビティ５５内の樹脂を冷却固化して得られる成形品は、金型装置５０の型開後、金型装置５０から突き出される。
【００３６】
成形品の品質は、例えば、第２期開始時間（ｔ＝ｔ１）、保圧工程開始時間（ｔ＝ｔ２）、保圧工程における充填圧力の目標値など様々な成形条件に依存する。これらの成形条件の設定を支援する設定支援装置として、制御装置６０が用いられる。
【００３７】
制御装置６０は、ＣＰＵ、メモリなどを含むコンピュータとして構成される。制御装置６０は、後述の検出部６１および導出部６２に対応するコンピュータプログラムをメモリなどの記録媒体に格納している。制御装置６０は、これらのコンピュータプログラムをＣＰＵに実行させることにより、検出部６１および導出部６２が有する機能を実現する。
【００３８】
検出部６１は、第２期の開始以降（スクリュ２３の前進速度の減速開始以降）におけるキャビティ５５内の樹脂の質量増加量ΔＷおよび／または流動先端伸長量ΔＬを樹脂の状態方程式に基づいて検出する。
【００３９】
ここで、「流動先端伸長量ΔＬ」とは、質量増加量ΔＷに相当する伸長量を意味し、質量増加量ΔＷが増えるほど、流動先端伸長量ΔＬが増える。例えば第２期でキャビティ５５内に樹脂が完全に充填されると、樹脂の流動先端位置が停止するが、保圧工程で樹脂が冷却して体積収縮し体積収縮分の樹脂がキャビティ５５内に補充される場合、流動先端伸長量ΔＬは保圧工程開始後に増えることになる。流動先端の伸長方向は、例えばキャビティ５５の寸法形状、キャビティ５５の樹脂注入口の位置や向きなどで決まる。
【００４０】
樹脂の状態方程式は、一般的な方法で測定され、記録媒体に予め記録されたものを読み出して用いる。
【００４１】
図４は樹脂の状態方程式（ＰｖＴ特性）を示す模式図である。図４において、横軸は温度Ｔ（℃）、縦軸は比容積ｖ（ｍ３／ｋｇ）である。図４は、圧力Ｐが大気圧Ｐ０（Ｐ０＝０．１ＭＰａ）のときの比容積ｖの温度変化曲線ｖ（Ｐ０、Ｔ）と、圧力Ｐが充填ピーク圧力Ｐ１（例えば、Ｐ１＝５０ＭＰａ）のときの比容積ｖの温度変化曲線ｖ（Ｐ１、Ｔ）とを示す。
【００４２】
図４に示すように、樹脂の比容積ｖは、樹脂の圧力Ｐと、樹脂の温度Ｔに依存する。圧力Ｐが低くなるほど、比容積ｖが大きくなる。また、温度Ｔが低下するほど、比容積ｖが小さくなる。
【００４３】
ところで、加熱シリンダ２１から射出された樹脂は、金型装置５０内のスプル５３、ランナ５４などを介してキャビティ５５に供給される。流動方向上流側（即ち、加熱シリンダ２１側）ほど、圧力損失の影響で樹脂に加わる圧力が高くなる。
【００４４】
樹脂の圧力は、第２期の開始以降、徐々に低下するので、樹脂の温度が一定の場合、樹脂の比容積が大きくなる。樹脂の体積が増加すると、スクリュ位置が変わらないため、加熱シリンダ２１内から樹脂が溢れる。溢れた分の樹脂がキャビティ５５内に流れ込む。
【００４５】
この流れ込み量は、温度が設定温度に保たれている加熱シリンダ２１内の樹脂に加わる圧力（充填圧力）の低下量で主に定まる。加熱シリンダ２１は、スプル５３やランナ５４に比べて容積が大きく、またスプル５３やランナ５４に比べて圧力低下が大きいからである。加熱シリンダ２１内において、充填圧力の低下によって樹脂の比容積が増加するが、スクリュ２３が停止しているので、増加分の樹脂が加熱シリンダ２１から溢れる。溢れた分の樹脂がキャビティ５５内に追加される。
【００４６】
そこで、検出部６１は、第２期の開始以降における加熱シリンダ２１内の樹脂の圧力低下による比容積の増加量に基づいて、キャビティ５５内の樹脂の質量増加量ΔＷおよび流動先端伸長量ΔＬを検出する。質量増加量ΔＷや流動先端伸長量ΔＬは、保圧工程開始時間ｔ２が後述の所定時間ｔ３（ｔ３＞ｔ１）以下か否かで場合分けして算出される。
【００４７】
所定時間ｔ３は、キャビティ５５の樹脂の一部が固化し、キャビティ５５内への樹脂の注入が実質的に終了する時間である。所定時間ｔ３は、樹脂の種類、加熱シリンダ２１内の溶融樹脂の温度、可動金型５１や固定金型５２の温度などで定まり、例えば下記の式（１）で算出される。
ｔ３＝ｓ２／（π２×α）×ｌｎ｛４／π×（θｒ−θｍ）／（θｅ−θｍ）｝・・・（１）
式（１）中、ｔ３はキャビティ５５内の樹脂の平均温度が温度θｒから温度θｅまで冷却されるまでの冷却時間（秒）、ｓは成形品の厚さ（ｍｍ）、αはキャビティ表面温度における樹脂の熱拡散率（ｍｍ２／秒）、θｒは溶融樹脂の温度（℃）、θｅは樹脂の固化温度（℃）、θｍはキャビティ表面温度（℃）をそれぞれ表す。
【００４８】
保圧工程開始時間ｔ２が所定時間ｔ３を超える場合（ｔ２＞ｔ３）、保圧工程開始以降にキャビティ５５内へ樹脂が追加されない。この場合、質量増加量ΔＷ１（ｋｇ）は、第２期における樹脂の比容積の増加量で主に決まるので、下記の式（２）で算出される。
ΔＷ１＝｛１／ｖ（Ｐ１、Ｔ１）−１／ｖ（Ｐ２、Ｔ１）｝×ＳＶ・・・（２）
式（２）中、ｖ（Ｐ、Ｔ）は圧力Ｐ（ＭＰａ）、温度Ｔ（℃）のときの樹脂の比容積（ｍ３／ｋｇ）を表し、状態方程式に圧力Ｐおよび温度Ｔを代入して算出される。Ｐ１は充填ピーク圧力（ＭＰａ）、Ｐ２は経過時間ｔが所定時間ｔ３に達した時の充填圧力（ＭＰａ）をそれぞれ表し、圧力検出器３６から取得される。Ｔ１は加熱シリンダ２１内の樹脂の温度（℃）を表す。加熱シリンダ２１の温度はヒータ２１ａで設定温度に保たれているので、その設定温度をＴ１として用いる。
式（２）中、ＳＶは第２期開始時の加熱シリンダ２１内の樹脂２（図１において黒色で示す部分）の容積（ｍ３）を表す。ＳＶは位置検出器３４によって検出されるスクリュ位置と、記録媒体に予め記録されたシリンダ２１（ノズル部を含む）の内側空間の寸法形状とに基づいて算出される。第２期開始後、射出モータ２９の回転が急停止され、スクリュ２３の前進が急停止され、スクリュ２３は停止しているので、ＳＶは略一定である。なお、第２期開始後にスクリュ２３が微速前進する場合、スクリュ位置の時間変化を考慮してＳＶを算出してよい。
【００４９】
また、保圧工程開始時間ｔ２が所定時間ｔ３を超える場合（ｔ２＞ｔ３）、流動先端伸長量ΔＬ１（ｍ）は下記の式（３）で算出される。
ΔＬ１＝ΔＷ１×ｖ（Ｐ０、Ｔ２）／ＣＳ・・・（３）
式（３）中のｖ（Ｐ、Ｔ）は式（２）中のｖ（Ｐ、Ｔ）と同じ意味である。Ｐ０はキャビティ５５内の樹脂に加わる圧力（ＭＰａ）を表す。キャビティ５５は大気開放されているので、Ｐ０＝０．１ＭＰａ（大気圧）とする。また、Ｔ２はキャビティ５５内における樹脂の温度（℃）であって、可動金型５１や固定金型５２の温度と等しい。可動金型５１や固定金型５２の温度は温調器で設定温度に保たれているので、その設定温度をＴ２（Ｔ２＜Ｔ１）として用いる。Ｔ２は樹脂の固化温度よりも低い温度である。ＣＳは樹脂の流動先端位置でのキャビティ５５の断面積（一定）を表す。キャビティ５５の断面は樹脂の伸長方向と直交する断面である。ＣＳは記録媒体に予め記録されている値、または入力装置（例えば、キーボード）で入力された値を用いる。金型装置５０内に複数のキャビティ５５が存在する場合、ＣＳは複数のキャビティ５５の断面積の合計値である。なお、樹脂の流動先端位置の移動に応じてＣＳが変化する場合、ＣＳは平均値であってよい。
【００５０】
一方、保圧工程開始時間ｔ２が所定時間ｔ３以下の場合（ｔ２≦ｔ３）、保圧工程開始以降にキャビティ５５に樹脂が追加されうる。この場合、質量増加量ΔＷ２は、第２期における樹脂の比容積の増加量の他、保圧工程開始以降にスクリュ２３が前進したときの前進量に基づいて、下記の式（４）で算出される。
ΔＷ２＝｛１／ｖ（Ｐ１、Ｔ１）−１／ｖ（Ｐ３、Ｔ１）｝×ＳＶ＋ＳＬ×ＳＳ／ｖ（Ｐ４、Ｔ１）・・・（４）
式（４）中のｖ（Ｐ、Ｔ）、Ｐ１、Ｔ１、ＳＶは式（２）中のｖ（Ｐ、Ｔ）、Ｐ１、Ｔ１、ＳＶと同じ意味、同じ値である。Ｐ３は保圧工程開始時（充填工程完了時）の充填圧力（ＭＰａ）、Ｐ４は保圧工程における充填圧力の目標値（ＭＰａ）、ＳＬは保圧工程開始以降にスクリュ２３が前進したときの移動量（ｍ）、ＳＳは加熱シリンダ２１の断面積（ｍ２）をそれぞれ表す。加熱シリンダ２１の断面はスクリュ２３の前進方向と直交する断面である。
【００５１】
ＳＬは、スクリュ２３が前進したときの移動量であるので、例えばスクリュ２３が一旦後退し、その後前進する場合、前進開始時からの移動量となる。スクリュ２３が一旦後退する場合としては、例えばＰ３がＰ４よりも高い場合が挙げられる。この場合、充填圧力の低下によって、スクリュ２３が一旦後退することがある。スクリュ２３が後退する場合、キャビティ５５の樹脂注入口は狭いので、樹脂注入口からの樹脂の流出はほとんどなく、ΔＷはほとんど変化しない。
【００５２】
保圧工程においてスクリュ２３は基本的に前進し、キャビティ５５内で樹脂が冷却されて体積収縮した分の樹脂を補充し、ヒケの発生を制限する。なお、保圧工程においてスクリュ２３が後退し続ける場合、あるいはスクリュ２３が動かない場合、ＳＬ＝０である。
【００５３】
また、保圧工程開始時間ｔ２が所定時間ｔ３以下の場合（ｔ２≦ｔ３）、流動先端伸長量ΔＬ２（ｍ）は下記の式（５）で算出される。
ΔＬ２＝ΔＷ２×ｖ（Ｐ０、Ｔ２）／ＣＳ・・・（５）
式（５）中のｖ（Ｐ、Ｔ）、Ｐ０、Ｔ２、ＣＳは式（４）中のｖ（Ｐ、Ｔ）、Ｐ０、Ｔ２、ＣＳと同じ意味、同じ値である。
【００５４】
このように、本実施形態によれば、第２期開始以降の質量増加量ΔＷや流動先端伸長量ΔＬを検出するので、検出結果と、成形品の質量や伸長量（伸長量＝質量×樹脂の比容積／断面積）とに基づいて、第１期完了時のキャビティ５５内の樹脂の質量や伸長量などを求めることができる。よって、後述の導出部６２やユーザによる成形条件の設定を支援することができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、第２期の開始以降における加熱シリンダ２１内の樹脂の圧力低下による比容積の増加量に基づいて質量増加量ΔＷや流動先端伸長量ΔＬを検出するので、第２期がΔＷやΔＬに与える影響を容易に精度良く算出できる。
【００５６】
さらに、本実施形態によれば、保圧工程開始時間ｔ２が所定時間ｔ３以下の場合（ｔ２≦ｔ３）、保圧工程開始時以降のスクリュ２３の前進量を加味するので、保圧工程がΔＷやΔＬに与える影響を容易に精度良く算出できる。
【００５７】
導出部６２は、成形品に関する検出部６１の検出結果と、その成形品の質量および伸長量（伸長量＝質量×樹脂の比容積／断面積）とに基づいて、質量および伸長量が目標値と同じ成形品が得られる成形条件を導出する。目標値は、キャビティ５５内に樹脂が完全に充填される時の値である。成形品の質量の目標値は、キャビティ５５の容積と樹脂の密度との積で決まる。
【００５８】
導出部６２は、例えば質量および伸長量が目標値よりも小さい成形品に関する検出部６１の検出結果と、その成形品の質量および伸長量とに基づいて、上記成形条件を導出する。導出部６２は、複数の成形品に関するデータ（質量、伸長量、検出部の検出結果）に基づいて最適な成形条件を導出する。
【００５９】
なお、導出部６２は、質量および伸長量が目標値の成形品に関するデータに基づいて最適な成形条件を導出してもよい。
【００６０】
導出部６２は、成形条件の導出に用いられる成形品の質量および伸長量に関する情報を例えば入力装置から取得する。入力装置で入力される情報は、質量計やマイクロメータなどで予め測定される。
【００６１】
例えば、導出部６２は、検出部６１が式（２）または式（４）を用いて検出した質量増加量ΔＷと、成形品の質量Ｍとに基づいて、第１期完了時のキャビティ５５内の樹脂の質量Ｎ（以下、「初期質量Ｎ」という）（Ｎ＝Ｍ−ΔＷ）を求める。その結果、導出部６２は、例えば図５に示すようなデータを得る。
【００６２】
図５は、成形品の質量Ｍと、質量増加量ΔＷと、初期質量Ｎと、充填ピーク圧力Ｐ１との関係を示す。この成形品は、質量Ｍが目標値Ｍ０よりも小さく、キャビティ５５内を完全に充填しないものである。図５において、Ｍａ、Ｍｂ、Ｍｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ（Ｐ１ａ＞Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ）に設定したときの成形品の質量Ｍを示す。また、ΔＷａ、ΔＷｂ、ΔＷｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃに設定したときの質量増加量ΔＷを表す。また、Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃに設定したときの初期質量Ｎを示す。
【００６３】
成形条件としては、充填ピーク圧力Ｐ１が低くなるほど、金型装置５０の負荷が少なくなるので、また、成形品のバリが少なくなるので好ましい。また、充填ピーク圧力Ｐ１が低くなるほど、初期質量Ｎが軽くなる。
【００６４】
導出部６２は、ＮとΔＷとの合計値（Ｎ＋ΔＷ）が目標値Ｍ０になり、且つＮができるだけ小さくなる（即ち、充填ピーク圧力Ｐ１ができるだけ低くなる）成形条件を求める。成形条件としては、例えば充填ピーク圧力Ｐ１、保圧工程開始時間ｔ２、保圧工程における充填圧力の目標値Ｐ４などが挙げられる。
【００６５】
また、導出部６２は、検出部６１が式（３）または式（５）を用いて検出した流動先端伸長量ΔＬと、成形品の伸長量Ｌとに基づいて、第１期完了時のキャビティ５５内の樹脂の伸長量Ｋ（以下、「初期伸長量Ｋ」という）（Ｋ＝Ｌ−ΔＬ）を求める。初期伸長量Ｋは初期質量Ｎに相当する寸法である。導出部６２は、例えば図６に示すようなデータを得る。
【００６６】
図６は、成形品の伸長量Ｌと、流動先端伸長量ΔＬと、初期伸長量Ｋと、充填ピーク圧力Ｐ１との関係を示す。この成形品は、伸長量Ｌが目標値Ｌ０よりも小さく、キャビティ５５内を完全に充填しないものである。図６において、Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ（Ｐ１ａ＞Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ）に設定したときの成形品の伸長量Ｌを示す。また、ΔＬａ、ΔＬｂ、ΔＬｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃに設定したときの流動先端伸長量ΔＬを表す。また、Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃは、充填ピーク圧力Ｐ１をＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃに設定したときの初期伸長量Ｋを示す。
【００６７】
成形条件としては、充填ピーク圧力Ｐ１が低くなるほど、金型装置の負荷が少なくなるので、また、成形品のバリが少なくなるので好ましい。一方で、充填ピーク圧力Ｐ１が低くなるほど、初期伸長量Ｋが短くなる。
【００６８】
そこで、導出部６２は、ＫとΔＬとの合計値が目標値Ｌ０になり、且つＫができるだけ小さくなる（即ち、充填ピーク圧力Ｐ１ができるだけ低くなる）成形条件を求める。成形条件としては、例えば充填ピーク圧力Ｐ１、保圧工程開始時間ｔ２、保圧工程における充填圧力の目標値Ｐ４などが挙げられる。
【００６９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上記の実施形態に種々の変形や置換を加えることができる。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、成形条件の設定を支援する設定支援装置として、制御装置６０が用いられ、設定支援装置は射出成形機に組み込まれているが、本発明はこれに限定されない。設定支援装置は、射出成形機に組み込まれておらず、射出成形機（詳細には、制御装置６０）と情報を送受信可能なものであってよい。この場合、設定支援装置は、射出成形機から送信される充填圧力などのデータに基づいてΔＷやΔＬを検出したり、最適な成形条件を導出し、検出結果や導出結果を制御装置６０に送信する。制御装置６０は、設定支援装置から送信される検出結果や導出結果に基づいて射出モータ２９などを制御する。
【００７１】
また、上記実施形態の検出部６１は、質量増加量ΔＷおよび流動先端伸長量ΔＬの両方を検出するが、いずれか一方のみを検出してもよい。同様に、上記実施形態の導出部６２は、成形条件の導出のため、成形品の質量および伸長量の両方を用いるが、いずれか一方のみを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 射出成形機
２１ 加熱シリンダ
２３ スクリュ
５０ 金型装置
５５ キャビティ
６０ 制御装置（設定支援装置）
６１ 検出部
６２ 導出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融樹脂を収容する加熱シリンダと、該加熱シリンダ内を進退自在なスクリュとを備え、該スクリュが前進することにより、前記溶融樹脂が前記加熱シリンダから射出され金型装置内のキャビティに供給される射出成形機において、
前記スクリュの前進速度の減速開始以降における前記キャビティ内の樹脂の質量増加量および／または流動先端伸長量を樹脂の状態方程式に基づいて検出する検出部を備える射出成形機。
【請求項２】
前記検出部は、前記減速開始以降における前記加熱シリンダ内の溶融樹脂の圧力低下による比容積の増加量に基づいて前記質量増加量および／または前記流動先端伸長量を検出する請求項１に記載の射出成形機。
【請求項３】
前記減速開始後に前記スクリュの制御が速度制御から圧力制御に切り換えられ、
前記検出部は、前記スクリュの前進開始時から前記圧力制御の開始時までの経過時間が所定時間以下の場合、前記減速開始時と前記圧力制御の開始時との間における前記比容積の増加量と、前記圧力制御の開始以降に前記スクリュが前進したときの移動量とに基づいて前記質量増加量および／または前記流動先端伸長量を検出する請求項２に記載の射出成形機。
【請求項４】
前記減速開始後に前記スクリュの制御が速度制御から圧力制御に切り換えられ、
前記検出部は、前記スクリュの前進開始時から前記圧力制御の開始時までの経過時間が所定時間を超える場合、前記減速開始時と前記経過時間が所定時間に達する時との間における前記比容積の増加量に基づいて前記質量増加量および／または前記流動先端伸長量を検出する請求項２に記載の射出成形機。
【請求項５】
成形品に関する前記検出部の検出結果と、前記成形品の質量および／または伸長量とに基づいて、質量および／または伸長量が目標値と同じ成形品が得られる成形条件を導出する導出部をさらに備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形機。
【請求項６】
前記導出部は、質量および／または伸長量が目標値よりも小さい成形品に関する前記検出部の検出結果と、前記成形品の質量および／または伸長量とに基づいて、前記成形条件を導出する請求項５に記載の射出成形機。
【請求項７】
溶融樹脂を収容する加熱シリンダと、該加熱シリンダ内を進退自在なスクリュとを備え、該スクリュが前進することにより、前記溶融樹脂が前記加熱シリンダから射出され金型装置内のキャビティに供給される射出成形機の設定支援装置において、
前記スクリュの前進速度の減速開始以降における前記キャビティ内の樹脂の質量増加量および／または流動先端伸長量を樹脂の状態方程式に基づいて検出する検出部を備える射出成形機の設定支援装置。
【請求項１】
溶融樹脂を収容する加熱シリンダと、該加熱シリンダ内を進退自在なスクリュとを備え、該スクリュが前進することにより、前記溶融樹脂が前記加熱シリンダから射出され金型装置内のキャビティに供給される射出成形機において、
前記スクリュの前進速度の減速開始以降における前記キャビティ内の樹脂の質量増加量および／または流動先端伸長量を樹脂の状態方程式に基づいて検出する検出部を備える射出成形機。
【請求項２】
前記検出部は、前記減速開始以降における前記加熱シリンダ内の溶融樹脂の圧力低下による比容積の増加量に基づいて前記質量増加量および／または前記流動先端伸長量を検出する請求項１に記載の射出成形機。
【請求項３】
前記減速開始後に前記スクリュの制御が速度制御から圧力制御に切り換えられ、
前記検出部は、前記スクリュの前進開始時から前記圧力制御の開始時までの経過時間が所定時間以下の場合、前記減速開始時と前記圧力制御の開始時との間における前記比容積の増加量と、前記圧力制御の開始以降に前記スクリュが前進したときの移動量とに基づいて前記質量増加量および／または前記流動先端伸長量を検出する請求項２に記載の射出成形機。
【請求項４】
前記減速開始後に前記スクリュの制御が速度制御から圧力制御に切り換えられ、
前記検出部は、前記スクリュの前進開始時から前記圧力制御の開始時までの経過時間が所定時間を超える場合、前記減速開始時と前記経過時間が所定時間に達する時との間における前記比容積の増加量に基づいて前記質量増加量および／または前記流動先端伸長量を検出する請求項２に記載の射出成形機。
【請求項５】
成形品に関する前記検出部の検出結果と、前記成形品の質量および／または伸長量とに基づいて、質量および／または伸長量が目標値と同じ成形品が得られる成形条件を導出する導出部をさらに備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形機。
【請求項６】
前記導出部は、質量および／または伸長量が目標値よりも小さい成形品に関する前記検出部の検出結果と、前記成形品の質量および／または伸長量とに基づいて、前記成形条件を導出する請求項５に記載の射出成形機。
【請求項７】
溶融樹脂を収容する加熱シリンダと、該加熱シリンダ内を進退自在なスクリュとを備え、該スクリュが前進することにより、前記溶融樹脂が前記加熱シリンダから射出され金型装置内のキャビティに供給される射出成形機の設定支援装置において、
前記スクリュの前進速度の減速開始以降における前記キャビティ内の樹脂の質量増加量および／または流動先端伸長量を樹脂の状態方程式に基づいて検出する検出部を備える射出成形機の設定支援装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５２５０９（Ｐ２０１３−５２５０９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９００６０（Ｐ２０１１−１９００６０）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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