JP2020049703A - 射出成形機、射出成形システムおよび射出制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外観不良の発生を抑制することができ、かつ、適切な型締力で樹脂を成形することができる射出成形機、射出成形システムおよび射出制御方法を提供する。【解決手段】本実施形態による射出成形機は、バレル内でスクリュを移動させることによって、第１金型と第２金型との間のキャビティ内に成形材料を射出する射出装置と、第１金型および第２金型の少なくとも一方に設けられキャビティに成形材料を通過させるゲートにおける成形材料の通過面積に基づいて、スクリュの移動速度または射出される成形材料の流量を演算する制御部と、を備え、射出装置は、移動速度でスクリュを移動させ、または、流量で成形材料を射出する。【選択図】図２

Description

本発明による実施形態は、射出成形機、射出成形システムおよび射出制御方法に関する。

射出成形機は、型締された複数の金型間にあるキャビティへ溶融樹脂を流し込むことによって樹脂を成形する。製品形状によっては、金型からキャビティへの溶融樹脂の通過位置が複数設けられる。この通過位置に開閉可能な複数のゲートを設け、ゲート毎に開閉タイミングをずらすことにより、外観不良（例えば、ウェルドライン）を抑制したり、製品形状に応じて効率よく樹脂を成形することができる。このようなゲートの開閉制御には、一般に、バルブゲート装置が用いられる。

しかし、通常、溶融樹脂の充填は、ほぼ一定の射出速度で行われる。従って、充填中にいずれかのゲートが新たに開くと、新たに開いたゲートを通過する溶融樹脂の流速は急激に増大する。一方、既に開いて開口面積が変わらないゲートを通過する溶融樹脂の流速は急激に減少する。ゲートを通過する溶融樹脂の流速が急激に減少すると、流動する溶融樹脂の先端部が固まりやすくなり、ゲート付近にフローマーク等の外観不良が発生するという問題があった。また、ゲートを通過する溶融樹脂の流速が急激に減少すると、金型内の溶融樹脂の流速も急激に減少する。この場合、金型によって冷やされてできる溶融樹脂表面の固化層が厚くなる。製品の薄肉部分において、溶融樹脂が固化層の間の狭い領域を流動すると、金型を開く方向の圧力が大きくなる。従って、金型内の溶融樹脂の圧力のばらつきが大きくなり、適切な型締力で成形することが困難になるという問題があった。

特開２００６−２２４４９９号公報

外観不良の発生を抑制することができ、かつ、適切な型締力で樹脂を成形することができる射出成形機、射出成形システムおよび射出制御方法を提供する。

本実施形態による射出成形機は、バレル内でスクリュを移動させることによって、第１金型と第２金型との間のキャビティ内に成形材料を射出する射出装置と、第１金型および第２金型の少なくとも一方に設けられキャビティに成形材料を通過させるゲートにおける成形材料の通過面積に基づいて、スクリュの移動速度または射出される成形材料の流量を演算する制御部と、を備え、射出装置は、移動速度でスクリュを移動させ、または、流量で成形材料を射出する。

第１実施形態による射出成形機の構成の一例を示すブロック図。 第１実施形態による射出装置、制御部、固定金型および移動金型の構成の一例を示すブロック図。 キャビティと連通するゲートを拡大した図。 図３のＡ−Ａ線に沿ったゲートの断面図。 第１実施形態による射出成形機の動作の一例を示す図。 第１実施形態による射出成形機の動作の一例を示すフロー図。 変形例１による射出装置、制御部、固定金型および移動金型の構成の一例を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による射出成形機１の構成の一例を示すブロック図である。射出成形機１は、一連の射出成形動作を繰り返し実行可能な機械であり、例えば、成形品を１回成形する動作をサイクル動作として繰り返す。一連のサイクル動作を実行する時間をサイクルタイムという。

射出成形機１は、フレーム２と、固定盤３と、移動盤４と、タイバー５と、型締駆動機構６と、射出装置７と、制御部８と、押出機構９と、ヒューマン・マシン・インタフェース６０と、記憶部１１０と、射出圧力センサＳ１と、スクリュ位置センサＳ２とを備えている。

フレーム２は、射出成形機１の土台である。固定盤３は、フレーム２上に固定されている。固定盤３には、第１金型としての固定金型１１が取り付けられる。タイバー５の一端は、固定盤３に固定されており、その他端は、支持盤１０に固定されている。タイバー５は、固定盤３から移動盤４を通過して支持盤１０まで延びている。

移動盤４は、フレーム２に設けられたリニアガイド、すべり板またはローラ等（図示せず）の上に載置されている。移動盤４は、タイバー５またはリニアガイドに案内され、固定盤３に接近しあるいは固定盤３から離れるように移動することができる。移動盤４には、第２金型としての移動金型１２が取り付けられる。移動金型１２は、固定金型１１に対向しており、移動盤４とともに固定金型１１へ接近し、固定金型１１に組み合わされる。移動金型１２と固定金型１１とが合わされ接触することによって、移動金型１２と固定金型１１との間に製品形状に対応した空間が形成される。

型締駆動機構６は、トグル機構１３と、トグル機構駆動部１４とを備えている。トグル機構駆動部１４は、トグル機構１３を駆動するために、型締サーボモータ２１と、ボールねじ２２と、伝達機構２３とを備えている。ボールねじ２２の先端部には、クロスヘッド１５が取り付けられている。ボールねじ２２が回転することで、クロスヘッド１５が移動盤４に接近し、あるいは、移動盤４から離れるように移動する。伝達機構２３は、型締サーボモータ２１の回転をボールねじ２２に伝達し、クロスヘッド１５を移動させる。

トグル機構駆動部１４がクロスヘッド１５を移動させると、トグル機構１３が作動する。例えば、クロスヘッド１５が移動盤４へ向かって移動すると、移動盤４が固定盤３に向かって移動し、金型１１、１２の型締が行われる。逆に、クロスヘッド１５が移動盤４から離れる方向に移動すると、移動盤４が固定盤３から離れる方向に移動し、金型１１、１２の型開が行われる。

押出機構９は、成形後の製品を移動金型１２から取り外すために、押出サーボモータ７１と、ボールねじ７２と、伝達機構７３と、押出ピン７４とを備えている。押出ピン７４の先端部は、移動金型１２の内面に貫通している。ボールねじ７２が回転することによって、押出ピン７４が移動金型１２の内面に付着した製品を押し出す。伝達機構７３は、押出サーボモータ７１の回転をボールねじ７２に伝達し、ボールねじ７２が回転して押出ピン７４を図１の左右方向に移動させる。

射出装置７は、加熱バレル（バンドヒータ）４１と、スクリュ４２と、計量駆動部４３と、射出駆動部４４とを備えている。加熱バレル４１は、溶融状態の樹脂を、型締めされた金型のキャビティ内に注入するノズル４１ａを備える。加熱バレル４１は、ホッパ４５からの樹脂を加熱溶融しつつ貯えておき、その溶融樹脂をノズルから射出する。スクリュ４２は、加熱バレル４１の内部で回転しながらあるいは回転せずに移動可能に設けられている。計量工程において、スクリュ４２は回転し、スクリュ４２の回転量（移動距離）によってバレル４１から射出される溶融樹脂の射出量が計量され決定される。射出工程においては、スクリュ４２は、回転することなく移動し、溶融樹脂をノズルから射出する。

計量駆動部４３は、計量サーボモータ４６と、計量サーボモータ４６の回転をスクリュ４２に伝える伝達機構４７とを有する。計量サーボモータ４６が駆動され、加熱バレル４１内でスクリュ４２が回転されると、樹脂がホッパ４５から加熱バレル４１内に導入される。導入された樹脂は、加熱されかつ混練されながら加熱バレル４１の先端側に送られる。樹脂は、溶融されて加熱バレル４１の先端部分に貯えられる。計量時と逆方向にスクリュ４２を移動させることによって、溶融樹脂はバレル４１から射出される。このとき、スクリュ４２は、回転することなく移動し、溶融樹脂をノズルから押し出す。尚、本実施形態では、成形材料として溶融樹脂を用いているが、成形材料は溶融樹脂に限定されることはなく、金属、ガラス、ゴム、炭素繊維を含む炭化化合物などでもよい。

射出駆動部４４は、射出サーボモータ５１と、ボールねじ５２と、伝達機構５３とを有する。ボールねじ５２が回転することで、加熱バレル４１内でスクリュ４２が図１の左右方向に移動する。伝達機構５３は、射出サーボモータ５１の回転をボールねじ５２に伝達する。これにより、射出サーボモータ５１が回転すると、スクリュ４２が移動する。スクリュ４２が加熱バレル４１の先端部分に貯えられた溶融樹脂をノズル４１ａから押し出すことによって、溶融樹脂がノズル４１ａから射出される。

射出圧力センサＳ１は、バレル４１から金型へ溶融樹脂を充填する際の充填圧力や保圧工程における保圧圧力を検出する。射出工程においては、射出圧力センサＳ１は、バレル４１から金型への溶融樹脂料の射出圧力を検出する。保圧工程においては、射出圧力センサＳ１は、速度制御から圧力制御への保圧切替え後の溶融樹脂の保圧圧力を検出する。

スクリュ位置センサＳ２は、スクリュ４２の位置を検出する。スクリュ４２は、射出サーボモータ５１の回転に伴って移動するので、スクリュ位置センサＳ２は、射出サーボモータ５１の回転数や角度位置からスクリュ４２の位置を検出してもよい。所定の制御周期ごとにスクリュ４２の位置を検出することによって、スクリュ４２の速度や加速度が分かる。尚、射出装置７がスクリュ位置センサＳ２を備えていてもよい。

ヒューマン・マシン・インタフェース（ＨＭＩ／Ｆ）６０は、射出成形機１に関する様々な情報を表示する。ＨＭＩ／Ｆ６０は、例えば、表示部およびキーボードを備えてもよく、あるいは、タッチパネル式ディスプレイであってもよい。ユーザは、ＨＭＩ／Ｆ６０を通じて、射出成形機１の動作に関する指令等の設定を入力することができる。例えば、射出成形は、金型へ溶融樹脂を射出する射出工程と金型における溶融樹脂の保圧圧力を制御する保圧工程とによって製品を成形する。

制御部８は、射出工程中に各種センサ（図示せず）から受け取るセンサ情報を監視し、そのセンサ情報に基づいて射出装置７を制御する。また、制御部８は、ＨＭＩ／Ｆ６０を通じて設定された上記設定値に従ってスクリュ４２を制御する。さらに、制御部８は、必要なデータを表示部１００に表示させる。

記憶部１１０は、射出成形機１の複数の動作情報を格納する。動作情報は、金型１１，１２、型締駆動機構６、あるいは、射出装置７の動作を示す情報である。

図２は、第１実施形態による射出装置７、制御部８、固定金型１１および移動金型１２の構成の一例を示すブロック図である。尚、ここでは、射出成形機１に固定金型１１および移動金型１２を加えて射出成形システムと呼ぶ。

固定金型１１は、ランナー８０およびゲート８１を有する。

ランナー８０は、射出装置７から射出された溶融樹脂を、固定金型１１とキャビティＣとの境界にあるゲート８１まで通過させる。

ゲート８１は、固定金型１１内に設けられ、キャビティＣと連通する。ゲート８１は、ニードル弁８２と、バルブ駆動部８３と、ゲート制御部８４と、を備える。第１実施形態によるゲート８１は、電動バルブゲートである。尚、ランナー８０およびゲート８１は、移動金型１２内にあってもよい。

図３は、キャビティＣと連通するゲート８１を拡大した図である。ニードル弁８２は、図３の左右方向（樹脂の射出方向）に移動する。ニードル弁８２の位置によって、ゲート８１における樹脂の通過面積が変化する。通過面積は、ゲート８１の開口面積でもある。開口面積が変化することにより、ゲート８１は、溶融樹脂をキャビティＣ内に通過させ、または、溶融樹脂の通過を遮断する。

図４は、図３のＡ−Ａ線に沿ったゲート８１の断面図である。図４の断面は、ニードル弁８２の移動方向あるいは溶融樹脂の流れる方向に対して略垂直方向の切断面であり、溶融樹脂を閉塞しているときに、ニードル弁８２が固定金型１１に接触している箇所の断面である。図４に示すように、通過面積（開口面積）とは、ゲート８１の断面において、溶融樹脂が通過することができる面積Ｓである。開口面積Ｓは、ニードル弁８２の位置によって可変である。開口面積Ｓの大きさを変化させることによって、溶融樹脂の流量（射出率）が変化する。

第１実施形態による固定金型１１は、複数のゲート８１を有する。例えば、図２に示す固定金型１１は、２つのゲート８１を有する。複数のゲート８１は、それぞれ異なる開口面積に設定することができる。

バルブ駆動部８３は、上述のように、ニードル弁８２の位置を移動させることにより、ゲート８１の開口面積を制御する。上述のように、ゲート８１は電動バルブゲートであるため、バルブ駆動部８３は、モータ(図示せず)によるボールねじ駆動である。或るゲート８１の開口面積は、モータの位置（回転角）の制御により、開口面積の最小値を示す最小開口面積（最小通過面積）から開口面積の最大値を示す最大開口面積（最大通過面積）までの間の任意の開口面積に設定したり、微調整することができる。最小開口面積とは、キャビティＣへの溶融樹脂の通過が遮断される開口面積である。最小開口面積は、例えば、０ｍｍ^２である。最大開口面積とは、或るゲート８１が全開の場合における開口面積である。各ゲート８１によって、最大開口面積が異なっていてもよい。

また、バルブ駆動部８３は、開口面積センサ（図示せず）を有する。開口面積センサは、モータの位置を検出する。このモータの位置は、ゲート８１の実際の開口面積に変換することができる。バルブ駆動部８３は、検出したモータの位置をゲート制御部８４へ送る。

ゲート制御部８４は、バルブ駆動部８３を制御することにより、ゲート８１の開口面積を変更する。ゲート制御部８４は、バルブ駆動部８３の開口面積センサからモータの位置を取得し、取得したモータの位置に基づいてバルブ駆動部８３をフィードバック制御する。これにより、ゲート制御部８４は、ゲート８１の開口面積を任意の開口面積に変更することができる。また、ゲート制御部８４は、バルブ駆動部８３から取得したモータの位置を制御部８に送る。

制御部８は、図１に示す射出装置７およびゲート制御部８４に接続されている。制御部８は、溶融樹脂の充填中に、図１に示すスクリュ位置センサＳ２が検出したスクリュ４２の位置を取得する。制御部８は、ゲート８１の開口面積を変更する指令をゲート制御部８４に送る。これは、後で説明するように、ウェルドラインの制御や製品形状に応じて効率よく樹脂を成形するためである。制御部８は、ゲート制御部８４からバルブ駆動部８３のモータの位置を取得する。上述の通り、モータの位置はゲート８１の開口面積に対応するので、制御部８は、ゲート制御部８４から取得したモータの位置（ゲート８１の実際の開口面積）に基づいて、溶融樹脂の流量を適切にするために、射出装置７の射出速度を演算する。射出速度とは、射出工程におけるスクリュ４２の移動速度（ｍｍ／ｓｅｃ）である。演算される射出速度は、射出中のゲート８１の開口面積に適した流量で溶融樹脂を射出するために演算されたスクリュ４２の射出速度である。制御部８は、開口面積の変更タイミングで演算した射出速度を射出装置７に送り、溶融樹脂の充填中にスクリュ４２の速度を演算した射出速度に設定する。これにより、射出装置７は、ゲート８１の開口面積に適した流量で溶融樹脂を射出することができる。

固定金型１１が複数のゲート８１を有する場合、複数のゲート８１の開口面積の和をゲート８１の開口面積としてよい。この場合であっても、制御部８は、射出中のゲート８１の開口面積に基づいて、射出速度を演算する。尚、射出速度の演算については、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を参照して、後で説明する。

また、制御部８は、ゲート制御部８４に指令を送り、複数のゲート８１を開くタイミングを制御する。複数のゲート８１によって、複数のゲート８１からの溶融樹脂がキャビティＣ内で合流する位置では、ウェルドラインが発生する場合がある。ウェルドラインとは、製品表面に線が入る外観不良であり、製品の強度低下の原因にもなる。制御部８は、複数のゲート８１を開くタイミングを変えることにより、例えば、ウェルドラインを製品の目立たない位置に調整するといった、ウェルドラインの制御を行うことができる。

また、制御部８は、製品の形状によって、複数のゲート８１を開くタイミングを変える場合がある。例えば、製品の厚肉部分は、薄肉部分よりも樹脂の固化に時間がかかる。従って、制御部８は、まず、厚肉部分に樹脂を流し、所定の時間経過後に、薄肉部分にも樹脂を流す。これにより、製品形状に応じて効率よく樹脂を成形することができる。

次に、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を参照して、制御部８による射出速度の演算について説明する。以下で説明するように、制御部８は、１回の成形サイクルの内、溶融樹脂の充填中に射出速度を複数回演算する。

図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、第１実施形態による射出成形機１の動作の一例を示す図である。図５（Ａ）〜図５（Ｄ）において、固定金型１１は５個のゲートＶＧ１〜ＶＧ５を有する。図５（Ａ）は、１回の成形サイクルにおける射出速度を示す。図５（Ａ）のグラフにおける縦軸は射出速度を示し、横軸はスクリュ４２の位置を示す。図５（Ｂ）は、各区間における、各ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率、全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の射出中の合計開口面積、全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率および射出速度を示す。各区間は、スクリュ４２の位置によって区切られる。図５（Ｂ）に示す区間の境界は、図５（Ａ）に示すスクリュ４２の位置と対応する。各ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率とは、各ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の最大開口面積に対する各ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口面積の比率である。全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率とは、全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の合計最大開口面積に対する全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の射出中の合計開口面積の比率である。図５（Ｃ）は、各ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の最大開口面積および全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の合計最大開口面積を示す。図５（Ｄ）は、全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５が全開（最大開口面積）の場合における射出速度（最大射出速度）を示す。最大射出速度は、射出速度の最大値である。

図５（Ｂ）に示す区間は、充填開始から充填完了までの間を区間Ｚ１から区間Ｚ７に分けている。各区間の境界は、スクリュ４２の位置として設定される。区間Ｚ１は、充填開始時のスクリュ４２の位置から境界位置までの区間である。区間Ｚ２〜Ｚ６は、境界位置から次の境界位置までの区間である。区間Ｚ７は、境界位置から充填完了までの区間である。尚、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す区間Ｚ１〜Ｚ７の長さは均等であるが、区間の長さは区間ごとに異なっていても良い。

図５（Ｂ）に示す区間の境界位置となるスクリュ４２の位置、図５（Ｂ）に示す各区間における各ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率、図５（Ｃ）に示す各ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の最大開口面積、図５（Ｄ）に示す最大射出速度は、射出工程の前に、ユーザによってパラメータとして予め設定される。尚、ゲート制御部８４が各ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の最大開口面積の情報を有する場合、制御部８は、ゲート制御部８４から最大開口面積の情報を取得してもよい。

溶融樹脂の充填の開始後、区間Ｚ１では、例えば、ゲートＶＧ１の開口率が５０％に設定され、各ゲートＶＧ２〜ＶＧ５の開口率が０％に設定される。また、充填開始時の射出速度が１０ｍｍ／ｓｅｃに設定される。

区間Ｚ２では、区間Ｚ１において開いていたゲートＶＧ１の開口率が１００％に上昇するように設定される。また、各ゲートＶＧ３，ＶＧ４が新たに開き、各ゲートＶＧ３，ＶＧ４の開口率は５０％に設定される。制御部８は、設定された開口率になるようにゲート制御部８４に指令を送り、ゲート制御部８４からゲート８１の実際の開口率（実際の開口面積）を取得する。本実施形態では、射出速度の演算には、実際の開口率が用いられる。通常、実際の開口率は、フィードバック制御によって設定された開口率と同じになる。しかし、ゲート８１に樹脂が詰まった場合、実際の開口率は、開口率の設定値と異なる場合もある。このように、設定された開口率と実際の開口率とが異なる場合や、設定された開口率を射出速度の演算に用いる場合については、後で説明する。

図５（Ｃ）に示すゲートＶＧ１の最大開口面積は１００ｍｍ^２に設定される。制御部８は、ゲートＶＧ１の最大開口面積に開口率（１００％）を掛ける（１００ｍｍ^２×１）ことにより、ゲートＶＧ１の開口面積を１００ｍｍ^２と演算する。同様に、図５（Ｃ）に示すゲートＶＧ３，ＶＧ４のそれぞれの最大開口面積は１００ｍｍ^２であるため、制御部８は、ゲートＶＧ３，ＶＧ４のそれぞれの最大開口面積に開口率（５０％）を掛ける（１００ｍｍ^２×０．５）ことにより、ゲートＶＧ３，ＶＧ４のそれぞれの開口面積を５０ｍｍ^２と演算する。この場合、ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口面積は、それぞれ、１００ｍｍ^２、０ｍｍ^２、５０ｍｍ^２、５０ｍｍ^２、０ｍｍ^２である。従って、制御部８は、全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口面積を足して、２００ｍｍ^２を射出中の合計開口面積として演算する。

図５（Ｃ）に示す全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の合計最大開口面積は５００ｍｍ^２に設定されている。従って、制御部８は、全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の合計最大開口面積（５００ｍｍ^２）に対する区間Ｚ２におけるゲートＶＧ１〜ＶＧ５の射出中の合計開口面積（２００ｍｍ^２）の比率（射出中の合計開口面積／合計最大開口面積）４０％を全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率として演算する。

図５（Ｄ）に示すように全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５が全開の場合、最大射出速度は１００ｍｍ／ｓｅｃに設定される。このため、制御部８は、全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率（４０％）を最大射出速度（１００ｍｍ／ｓｅｃ）に掛ける（１００ｍｍ／ｓｅｃ×０．４）ことにより、射出速度を４０ｍｍ／ｓｅｃと演算する。

区間Ｚ３では、ゲートＶＧ２が新たに開く。ゲートＶＧ２の開口率は２５％に設定される。また、ゲートＶＧ３，ＶＧ４のそれぞれの開口率が７５％に上昇するように設定される。ゲートＶＧ１、ＶＧ５の開口率は、それぞれ１００％、０％のままである。従って、射出中の合計開口面積は、２７５ｍｍ^２（１００ｍｍ^２＋２５ｍｍ^２＋７５ｍｍ^２＋７５ｍｍ^２）となる。全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率は、５５％（２７５ｍｍ^２／５００ｍｍ^２×１００）となる。射出速度は、５５ｍｍ／ｓｅｃ（１００ｍｍ／ｓｅｃ×０．５５）となる。

区間Ｚ４では、ゲートＶＧ２の開口率が５０％に上昇し、ゲートＶＧ３，ＶＧ４のそれぞれの開口率が１００％に上昇するように設定される。また、ゲートＶＧ５が新たに開き、ゲートＶＧ５の開口率は２５％に設定される。また、ゲートＶＧ１の開口率は、１００％のままである。従って、射出中の合計開口面積は、３７５ｍｍ^２（１００ｍｍ^２＋５０ｍｍ^２＋１００ｍｍ^２＋１００ｍｍ^２＋２５ｍｍ^２）となる。全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率は、７５％（３７５ｍｍ^２／５００ｍｍ^２×１００）となる。射出速度は、７５ｍｍ／ｓｅｃ（１００ｍｍ／ｓｅｃ×０．７５）となる。

区間Ｚ５では、ゲートＶＧ２の開口率が１００％に上昇し、ゲートＶＧ５の開口率が５０％に上昇するように設定される。また、ゲートＶＧ１，ＶＧ３，ＶＧ４の開口率は、１００％のままである。従って、射出中の合計開口面積は、４５０ｍｍ^２（１００ｍｍ^２＋１００ｍｍ^２＋１００ｍｍ^２＋１００ｍｍ^２＋５０ｍｍ^２）となる。全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率は、９０％（４５０ｍｍ^２／５００ｍｍ^２×１００）となる。射出速度は、９０ｍｍ／ｓｅｃ（１００ｍｍ／ｓｅｃ×０．９）となる。

区間Ｚ６では、ゲートＶＧ５の開口率が１００％に上昇するように設定される。従って、制御部８は、合計開口面積を５００ｍｍ^２、全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率を１００％、射出速度を１００ｍｍ／ｓｅｃと演算する。

区間Ｚ７では、各ゲートＶＧ１，ＶＧ３の開口率が０％に減少するように設定される。また、ゲートＶＧ２、ＶＧ４、ＶＧ５の開口率は１００％のままである。従って、射出中の合計開口面積は３００ｍｍ^２、全ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率は６０％、射出速度は６０ｍｍ／ｓｅｃとなる。また、区間Ｚ７の終わりにおいて、射出装置７は充填を完了する。例えば、充填開始してから充填完了時間に達すると、射出装置７は充填を完了して、各ゲートＶＧ１〜ＶＧ５の開口率は０％になる。

このように、射出装置７は、ゲート８１の開口面積の変更に応じて、射出速度を自動的に変更させることができる。例えば、ゲート８１の開口面積あるいは開口率を大きくした場合、それに対応してスクリュ４２の射出速度を増大させる。ゲート８１の開口面積あるいは開口率を小さくした場合、それに対応してスクリュ４２の射出速度を低下させる。これにより、溶融樹脂の充填中にゲート８１の開口面積が変化しても、ゲート８１を通過する溶融樹脂の流速の変化を抑制することができる。従って、ゲート８１を通過する溶融樹脂の流速が減少して、溶融樹脂の先端部が固まりやすくなることを抑制することができる。これにより、ゲート８１付近におけるフローマーク等の外観不良の発生を抑制することができる。

また、ゲート８１を通過する溶融樹脂の流速の変化を抑制することにより、金型内の溶融樹脂の流速の変化も抑制される。従って、金型内の溶融樹脂の流速が減少して、金型１１，１２によって冷やされてできる溶融樹脂表面の固化層が厚くなることを抑制することができる。例えば、製品の薄肉部分に固化層が形成されると、溶融樹脂がその固化層の間の狭い領域を流動して、溶融樹脂の圧力が増大するおそれがある。これに対し、本実施形態によれば、樹脂の固化層が局所的に形成されることを抑制することができる。従って、金型内の溶融樹脂の圧力のばらつきが増大することを抑制し、適切な型締力で成形することができる。

また、第１実施形態による制御部８は、開口面積センサを用いてモータの位置（開口面積）をフィードバック制御するゲート制御部８４からゲート８１の実際の開口面積を取得して射出速度を演算する。ゲート８１に樹脂のつまり等が生じると、ニードル弁８２の移動が制限される場合がある。このような場合であっても、本実施形態では、制御部８は、実際の開口面積を用いて射出速度を演算しているので、制御部８は、樹脂の詰まりを考慮に入れて射出速度を演算することができる。例えば、図５（Ｂ）に示す区間Ｚ２において、開口率１００％の指令に対して、実際のゲートＶＧ１の開口率が８０％までしか開かない場合であっても、制御部８は、つまりのない場合の射出速度（４０ｍｍ／ｓｅｃ）よりも低い射出速度（３６ｍｍ／ｓｅｃ）を演算することができる。これにより、実際のゲート８１の開口面積に適した射出速度で溶融樹脂を充填することができる。さらに、ゲート８１のつまり等に対しても、ゲート８１を通過する溶融樹脂の流速を安定して射出させることができる。

一方、制御部８は、ゲート制御部８４から実際の開口面積を取得せずに、ユーザにより予め設定された開口率に基づいて、射出速度を演算してもよい。この場合、樹脂の詰まりを考慮に入れた射出速度を演算することはできないが、フィードバック制御によって実際の開口面積を取得する必要が無く、より簡易に射出速度を演算することができる。

次に、図６を参照して、第１実施形態による射出成形機１の動作について説明する。

図６は、第１実施形態による射出成形機１の動作の一例を示すフロー図である。

まず、ユーザは、射出装置７を制御するパラメータを設定する（Ｓ１０）。パラメータには、例えば、各区間の境界位置、充填完了時間、各ゲート８１の開口率、各ゲート８１の最大開口面積、全ゲート８１が全開の場合における射出速度が含まれる。尚、パラメータには、スクリュ４２の充填開始位置および図５（Ｂ）に示す区間Ｚ１における射出速度が初期値として含まれていてもよい。また、パラメータには、スクリュ４２の充填完了位置が含まれていてもよい。

次に、射出装置７は充填を開始し（Ｓ２０）、スクリュ４２が移動を開始する。スクリュ位置センサＳ２は、検出したスクリュ４２の位置を制御部８へ送る。制御部８は、スクリュ位置センサＳ２から取得したスクリュ４２の位置と各区間Ｚ１〜Ｚ７の境界位置とを比較して、スクリュ４２の位置が境界位置に達したか否かを判定する（Ｓ３０）。スクリュ４２の位置が境界位置にまだ達していない場合（Ｓ３０のＮＯ）、制御部８は、ステップＳ３０の判定を継続する。スクリュ４２の位置が境界位置に達すると（Ｓ３０のＹＥＳ）、制御部８は、ゲート制御部８４にゲート８１の開口面積を変更する指令を送る（Ｓ４０）。ゲート制御部８４は、バルブ駆動部８３を制御して開口面積を変更させる。バルブ駆動部８３は、開口面積の変更後、モータの位置をゲート制御部８４に送る。ゲート制御部８４は、バルブ駆動部８３から取得したモータの位置を制御部８に送る。制御部８は、ゲート制御部８４からモータの位置を取得して、モータの位置をゲート８１の実際の開口面積に変換する（Ｓ５０）。制御部８は、図５（Ｂ）を参照して説明したように、ゲート制御部８４から取得したゲート８１の実際の開口面積に基づいて、スクリュ４２の射出速度を演算する（Ｓ６０）。制御部８は、射出装置７に対して、演算した射出速度に設定する（Ｓ７０）。

次に、制御部８は、図示しないタイマーから取得した充填時間と充填完了時間とを、又は、スクリュ４２の位置と充填完了位置とを比較して、充填完了時間又は充填完了位置に達したか否かを判定する（Ｓ８０）。充填完了時間又は充填完了位置にまだ達しない場合（ステップＳ８０のＮＯ）、射出装置７は充填を続ける。制御部８は、スクリュ４２の位置が次の境界位置に達したか否かを判定する（Ｓ９０）。スクリュ４２の位置が境界位置にまだ達していない場合（Ｓ９０のＮＯ）、制御部８は、ステップＳ８０，Ｓ９０の判定を継続する。スクリュ４２の位置が境界位置に達すると（Ｓ９０のＹＥＳ）、制御部８は、ステップＳ４０〜Ｓ８０を実行する。制御部８は、充填完了時間又は充填完了位置に達したと判定した場合（ステップＳ８０のＹＥＳ）、射出装置７に充填を完了させる（Ｓ１００）。尚、制御部８は、ステップＳ３０〜Ｓ９０をスクリュ４２の移動中に行うことができる。

以上のように、第１実施形態による射出成形機１は、固定金型１１および移動金型１２の少なくとも一方に設けられキャビティＣに溶融樹脂を通過させるゲート８１の開口面積に基づいて、射出装置７の射出速度（スクリュ４２の移動速度）を演算する。また、射出装置７は、は、演算された射出速度で溶融樹脂を射出する。

これにより、射出装置７は、溶融樹脂の充填中におけるゲート８１の開口面積の変更に応じて、射出速度を自動的に変更させることにより、ゲート８１を通過する溶融樹脂の流速の変化を抑制することができる。その結果、上述のように、フローマーク等の外観不良の発生を抑制することができ、かつ、適切な型締力で成形することができる。さらに、複数のゲート８１を制御することにより、ウェルドラインの制御によってウェルドライン等の外観不良を抑制でき、製品形状に応じて効率よく樹脂を成形することもできる。

もし、ゲート８１の開口面積の変化によってキャビティＣ内の溶融樹脂の流速が減少する場合、キャビティＣ内で流動する溶融樹脂の先端部付近の表面に固化層が形成されやすくなる。この場合、溶融樹脂の先端部同士が合流しても、固化層同士は完全には接合しないため、製品表面にウェルドラインが発生しやすくなる。

しかし、第１実施形態による射出成形機１は、ゲート８１の開口面積に基づいてスクリュ４２の射出速度を制御しているので、キャビティＣ内の溶融樹脂の流速の減少を抑制することができる。従って、溶融樹脂の先端部付近の表面に固化層が形成される前に溶融樹脂の先端部同士を合流させることができる。溶融樹脂の先端部同士の接合後に固化層が形成されることにより、ウェルドラインの発生を抑制するウェルドラインレス成形を容易にすることができる。

尚、ユーザは、パラメータとして、各ゲート８１の開口率ではなく、各ゲート８１の開口面積を設定してもよい。

また、第１実施形態では、境界位置および各ゲート８１の開口率等のパラメータは、ユーザにより予め設定される。しかし、例えば、流動解析等により、キャビティＣ内の溶融樹脂の流速が略一定になるように、境界位置および各ゲート８１の開口率等のパラメータの設定を自動化してもよい。

また、上記の射出速度および最大射出速度に代えて、それぞれ樹脂の流量（射出率）および樹脂の最大流量（最大射出率）を用いてもよい。これは、スクリュ４２の径が変わると、射出される溶融樹脂の体積（流量）が変化するため、射出速度ではなく流量で制御する場合もあるためである。樹脂の流量とは、単位時間あたりに射出される溶融樹脂の体積（ｃｍ^３／ｓｅｃ）である。

（変形例１）
第１実施形態の変形例１は、固定金型１１が１つのゲート８１を有する点で、第１実施形態とは異なる。

変形例１による射出成形機１のその他の構成は、第１実施形態による射出成形機１の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

図７は、変形例１による射出装置７、制御部８、固定金型１１および移動金型１２の構成の一例を示すブロック図である。

もし、固定金型１１がゲート８１を有しない場合、スクリュ４２の位置によって 溶融樹脂の供給量を変更するために射出速度を急激に変更すると、キャビティＣ内に流入する溶融樹脂の流速は急激に変化してしまう。

しかし、変形例１によるゲート８１は、射出速度の変化に応じて、開口面積を変化させることができる。これにより、ゲート８１を通過する溶融樹脂およびキャビティＣ内の溶融樹脂の流速の変化を抑制することができる。

変形例１による射出成形機１は、第１実施形態による射出成形機１と同様に動作する。従って、第１実施形態と同様に、変形例１による射出成形機１は、適切な型締力で成形することができ、かつ、フローマーク等の外観不良の発生を抑制することができる。また、ウェルドラインレス成形を容易にすることができる。

（変形例２）
第１実施形態において、バルブ駆動部８３は、モータで駆動されている。これに対し、変形例２では、バルブ駆動部８３は、空圧駆動または油圧駆動である。空圧駆動または油圧駆動の場合、バルブ駆動部８３は、ゲート８１の開口面積を、最小開口面積または最大開口面積のいずれかにしか設定することができない。すなわち、バルブ駆動部８３は、ゲート８１の開口面積を微調整することができず、閉塞状態または開口状態のいずれかにしか設定することができない。この場合、同一断面積を有する複数のゲート８１を設けて、全てのゲート８１の個数に対する開口状態のゲート８１の個数の比率を、開口率として用いてもよい。また、複数のゲート８１を設けて、全てのゲート８１の断面積の和に対する開口状態のゲート８１の断面積（開口面積）の和の比率を、開口率として用いてもよい。このようにしても、本実施形態の効果は失われない。

本実施形態による射出制御方法の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、射出制御方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。また、射出制御方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 射出成形機、７ 射出装置、８ 制御部、１１ 固定金型、１２ 移動金型、４２ スクリュ、８１ ゲート、８４ ゲート制御部

Claims (7)

1. バレル内でスクリュを移動させることによって、第１金型と第２金型との間のキャビティ内に成形材料を射出する射出装置と、
   前記第１金型および前記第２金型の少なくとも一方に設けられ前記キャビティに前記成形材料を通過させるゲートにおける前記成形材料の通過面積に基づいて、前記スクリュの移動速度または射出される前記成形材料の流量を演算する制御部と、を備え、
   前記射出装置は、前記移動速度で前記スクリュを移動させ、または、前記流量で前記成形材料を射出する射出成形機。
2. 前記制御部は、前記通過面積の最大値を示す最大通過面積に対する射出中の前記通過面積の比率を、前記移動速度の最大値を示す最大移動速度または前記流量の最大値を示す最大流量に掛けることにより、前記移動速度または前記流量を演算する、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記制御部は、前記通過面積の変更タイミングで、前記移動速度または前記流量を演算する、請求項１または請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記制御部は、実際の前記通過面積を検出する通過面積センサが検出した前記通過面積に基づいて、前記移動速度または前記流量を演算する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の射出成形機。
5. 前記第１金型および前記第２金型の少なくとも一方は、それぞれ異なる前記通過面積に設定できる複数の前記ゲートを有し、
   前記通過面積は、複数の前記ゲートにおける前記通過面積の和である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の射出成形機。
6. バレル内でスクリュを移動させることによって、第１金型と第２金型との間のキャビティ内に成形材料を射出する射出装置と、
   前記第１金型および前記第２金型の少なくとも一方に設けられ前記キャビティに前記成形材料を通過させるゲートにおける前記成形材料の通過面積に基づいて、前記スクリュの移動速度または射出される前記成形材料の流量を演算する制御部と、を備え、
   前記射出装置は、前記移動速度で前記スクリュを移動させ、または、前記流量で前記成形材料を射出する射出成形機と、
   前記第１金型と、
   前記第２金型と、を有する射出成形システム。
7. バレル内でスクリュを移動させることによって、第１金型と第２金型との間のキャビティ内に成形材料を射出する射出装置と、該射出装置を制御する制御部と、を備える射出成形機における射出制御方法であって、
   前記制御部は、前記第１金型および前記第２金型の少なくとも一方に設けられ前記キャビティに前記成形材料を通過させるゲートにおける前記成形材料の通過面積に基づいて、前記スクリュの移動速度または射出される前記成形材料の流量を演算することと、
   前記射出装置は、前記移動速度で前記スクリュを移動させ、または、前記流量で前記成形材料を射出することと、を具備する射出制御方法。

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