JPWO2017171044A1

JPWO2017171044A1 - 射出成形機

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Publication number: JPWO2017171044A1
Application number: JP2018509678A
Authority: JP
Inventors: 昌博阿部
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2019-02-14
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Abstract

金型装置にタッチされ、前記金型装置の内部に成形材料を射出するノズルと、前記ノズルを加熱する加熱器と、前記ノズルの温度を検出する温度検出器と、前記ノズルの検出温度と前記ノズルの設定温度とに基づいて、前記加熱器の出力を求め、求めた前記出力で前記加熱器を制御する制御装置と、前記ノズルを前記金型装置に対し進退させる移動装置とを備え、前記制御装置は、前記ノズルの変位による前記ノズルの温度変化を予測し、前記温度変化を抑制するため、予測した前記温度変化に基づいて前記出力を補正し、補正した前記出力で前記加熱器を制御する、射出成形機。

Description

本発明は、射出成形機に関する。

特許文献１に記載の射出成形機は、ノズルの温度を検出し、該検出温度が設定温度に一致するようにＰＩＤ制御してノズルヒータをＯＮ／ＯＦＦ制御する。連続成形作業開始後のショット数や経過時間が許容範囲外の間だけ、ノズルヒータの通電時間を増大させる。これにより、連続成形作業の初期段階、つまりノズルを金型にタッチさせたばかりの段階において、ノズル先端部の温度が極端に低下してノズル詰まり等が発生しなくなる。

日本国特開平９−２４８８４７号公報

ノズルを加熱する加熱器の出力は、ノズルの検出温度とノズルの設定温度との偏差がゼロになるように、例えばＰＩ演算やＰＩＤ演算などにより求められる。ノズルの検出温度とノズルの設定温度との偏差が略ゼロであるときに、金型装置に対するノズルの位置が変化すると、ノズルと金型装置との間の熱の移動量が変化するため、ノズルの検出温度が設定温度から大きくずれる。その後、ノズルの検出温度が設定温度に戻るまでの時間が長く、成形材料の溶融状態が不安定になる時間が長かった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、金型装置に対するノズルの変位によるノズルの温度変化を抑制できる、射出成形機の提供を主な目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
金型装置にタッチされ、前記金型装置の内部に成形材料を射出するノズルと、
前記ノズルを加熱する加熱器と、
前記ノズルの温度を検出する温度検出器と、
前記ノズルの検出温度と前記ノズルの設定温度とに基づいて、前記加熱器の出力を求め、求めた前記出力で前記加熱器を制御する制御装置と、
前記ノズルを前記金型装置に対し進退させる移動装置とを備え、
前記制御装置は、前記ノズルの変位による前記ノズルの温度変化を予測し、前記温度変化を抑制するため、予測した前記温度変化に基づいて前記出力を補正し、補正した前記出力で前記加熱器を制御する、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、金型装置に対するノズルの変位によるノズルの温度変化を抑制できる、射出成形機が提供される。

一実施形態による射出成形機のノズルが金型装置に接触した状態を示す図である。一実施形態による射出成形機のノズルが金型装置から離間した状態を示す図である。一実施形態による金型装置に対するノズルの変位によるノズルの温度変化の予測を示す図である。一実施形態によるノズルの後退による、加熱器の出力を補正しないときのノズル温度の時間変化、加熱器の出力の補正量の時間変化、および加熱器の出力を補正するときのノズル温度の時間変化を示す図である。一実施形態によるノズルの前進による、加熱器の出力を補正しないときのノズル温度の時間変化、加熱器の出力の補正量の時間変化、および加熱器の出力を補正するときのノズル温度の時間変化を示す図である。一実施形態による制御系の構成要素を機能ブロックで示す図である。一実施形態による加熱器の出力のオン／オフの時間変化、およびノズルの検出温度の時間変化を示す図である。一実施形態による加熱器の出力のオン／オフの時間変化、およびノズルの検出温度の時間変化を示す図である。

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。各図面において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図１は、一実施形態による射出成形機のノズルが金型装置に接触した状態を示す図である。図２は、一実施形態による射出成形機のノズルが金型装置から離間した状態を示す図である。

射出成形機は、金型装置３０の型閉、型締および型開を行う型締装置１０と、金型装置３０内に成形材料を充填する射出装置４０と、金型装置３０に対し射出装置４０を移動させる移動装置５０と、型締装置１０、射出装置４０および移動装置５０を制御する制御装置９０とを有する。

型締装置１０は、制御装置９０による制御下で、金型装置３０の型閉、型締および型開を行う。型締装置１０の型開閉方向は、図１および図２では水平方向であるが、上下方向でもよい。型締装置１０の説明では、型閉時の可動プラテン１３の移動方向（図１および図２中右方向）を前方とし、型開時の可動プラテン１３の移動方向（図１および図２中左方向）を後方として説明する。

型締装置１０は、固定プラテン１２、可動プラテン１３などを有する。固定プラテン１２は、フレームＦｒに対し固定される。固定プラテン１２における可動プラテン１３との対向面に固定金型３２が取り付けられる。一方、可動プラテン１３は、フレームＦｒ上に敷設されるガイド（例えばガイドレール）１７に沿って移動自在とされる。可動プラテン１３における固定プラテン１２との対向面に可動金型３３が取り付けられる。固定金型３２と可動金型３３とで金型装置３０が構成される。

固定プラテン１２に対し可動プラテン１３を進退させることにより、型閉、型締、型開が行われる。可動プラテン１３を前進させ、可動金型３３を固定金型３２に接触させることで型閉が行われる。続いて、可動プラテン１３をさらに前進させ、型締力を生じさせることで型締が行われる。型締時に可動金型３３と固定金型３２との間にキャビティ空間３４が形成され、キャビティ空間３４に液状の成形材料が充填される。充填された成形材料が固化されることで、成形品が得られる。キャビティ空間３４の数は複数でもよく、その場合、複数の成形品が同時に得られる。その後、可動プラテン１３を後退させ、可動金型３３を固定金型３２から離間させることで型開が行われる。

射出装置４０は、制御装置９０による制御下で、金型装置３０の内部に成形材料を充填する。射出装置４０の説明では、充填時のスクリュ４３の移動方向（図１および図２中左方向）を前方とし、計量時のスクリュ４３の移動方向（図１および図２中右方向）を後方として説明する。

射出装置４０は、フレームＦｒに対し進退自在とされ、金型装置３０に対し進退自在とされる。射出装置４０は、金型装置３０にタッチされ、金型装置３０内のキャビティ空間３４に成形材料を充填する。キャビティ空間３４に充填された成形材料を冷却固化させることで、成形品が得られる。射出装置４０は、例えば、シリンダ４１、ノズル４２、スクリュ４３、冷却器４４、計量モータ４５、射出モータ４６、荷重検出器４７、加熱器４８、および温度検出器４９などを有する。

シリンダ４１は、供給口４１ａから内部に供給された成形材料を加熱する。供給口４１ａはシリンダ４１の後部に形成される。シリンダ４１の後部の外周には、水冷シリンダなどの冷却器４４が設けられる。冷却器４４よりも前方において、シリンダ４１の外周には、バンドヒータなどの加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。

シリンダ４１は、シリンダ４１の軸方向（図１および図２中左右方向）に複数のゾーンに区分される。各ゾーンに加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。ゾーン毎に、温度検出器４９の検出温度が設定温度になるように、制御装置９０が加熱器４８を制御する。

ノズル４２は、シリンダ４１の前端部に設けられ、金型装置３０に対し押し付けられる。ノズル４２の外周には、加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。ノズル４２の検出温度が設定温度になるように、制御装置９０が加熱器４８を制御する。

スクリュ４３は、シリンダ４１内において回転自在に且つ進退自在に配設される。スクリュ４３を回転させると、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料が前方に送られる。成形材料は、前方に送られながら、シリンダ４１からの熱によって徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。その後、スクリュ４３を前進させると、スクリュ４３前方の成形材料がノズル４２から射出され、金型装置３０内に充填される。

計量モータ４５は、スクリュ４３を回転させる。

射出モータ４６は、スクリュ４３を進退させる。射出モータ４６の回転運動は、ボールねじなどの運動変換機構によってスクリュ４３の直線運動に変換される。

荷重検出器４７は、射出モータ４６とスクリュ４３との間の力の伝達経路に設けられ、荷重検出器４７に作用する荷重を検出する。荷重検出器４７は、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。荷重検出器４７の検出結果は、スクリュ４３が成形材料から受ける圧力、スクリュ４３に対する背圧、スクリュ４３から成形材料に作用する圧力などの制御や監視に用いられる。

制御装置９０は、図１や図２に示すようにＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２と、入力インターフェイス９３と、出力インターフェイス９４とを有する。制御装置９０は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、各種の制御を行う。また、制御装置９０は、入力インターフェイス９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェイス９４で外部に信号を送信する。制御装置９０は、充填工程、保圧工程、計量工程などを制御する。

充填工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定速度で前進させ、スクリュ４３の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置３０内のキャビティ空間３４に充填させる。スクリュ４３の位置や速度は、例えば射出モータ４６のエンコーダ４６ａを用いて検出する。エンコーダ４６ａは、射出モータ４６の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。スクリュ４３の位置が設定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切替（所謂、Ｖ／Ｐ切替）が行われる。スクリュ４３の設定速度は、スクリュ４３の位置や時間などに応じて変更されてよい。

尚、充填工程においてスクリュ４３の位置が設定位置に達した後、その設定位置にスクリュ４３を一時停止させ、その後にＶ／Ｐ切替が行われてもよい。Ｖ／Ｐ切替の直前において、スクリュ４３の停止の代わりに、スクリュ４３の微速前進または微速後退が行われてもよい。

保圧工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定圧力で前方に押し、金型装置３０内のキャビティ空間３４に充填された成形材料に圧力をかける。冷却収縮による不足分の成形材料が補充できる。成形材料の圧力は、例えば荷重検出器４７を用いて検出する。

保圧工程ではキャビティ空間３４の成形材料が徐々に冷却され、保圧工程完了時にはキャビティ空間３４の入口が固化した成形材料で塞がれる。この状態はゲートシールと呼ばれ、キャビティ空間３４からの成形材料の逆流が防止される。保圧工程後、冷却工程が開始される。冷却工程では、キャビティ空間３４内の成形材料の固化が行われる。成形サイクルの短縮のため、冷却工程中に計量工程が行われてよい。

計量工程では、計量モータ４５を駆動してスクリュ４３を設定回転数で回転させ、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。スクリュ４３の回転数は、例えば計量モータ４５のエンコーダ４５ａを用いて検出する。エンコーダ４５ａは、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。

計量工程では、スクリュ４３の急激な後退を制限すべく、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３に対して設定背圧を加えてよい。スクリュ４３に対する背圧は、例えば荷重検出器４７を用いて検出する。スクリュ４３が設定位置まで後退し、スクリュ４３の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が終了する。

移動装置５０は、制御装置９０による制御下で、金型装置３０に対し射出装置４０を移動させる。移動装置５０は、例えば、駆動源としてシリンダを有し、シリンダの伸縮により金型装置３０に対し射出装置４０を移動させる。尚、移動装置５０は、駆動源としてモータを有してもよい。モータの回転運動は、ボールねじなどの運動変換機構によって射出装置４０の直線運動に変換される。

移動装置５０は、充填工程や保圧工程において、金型装置３０に対しノズル４２を押し付けることで、金型装置３０とノズル４２との間からの成形材料の漏出を抑制する。金型装置３０に対しノズル４２を押し付ける力を、ノズルタッチ力と呼ぶ。

移動装置５０は、金型装置３０や型締装置１０の保護のため、保圧工程の後、次の充填工程の前に、ノズルタッチ力を低下させたり、金型装置３０からノズル４２を離してもよい。いずれの場合も、金型装置３０に対しノズル４２の位置が変化する。

尚、移動装置５０は、成形品を繰り返し製造するサイクル運転の開始前に金型装置３０に対しノズル４２を押し付け、サイクル運転の終了後にノズルタッチ力を低下させたり金型装置３０からノズル４２を離してもよい。

ノズル４２が金型装置３０にタッチしている場合、ノズル４２から金型装置３０に熱が流出する。ノズルタッチ力が大きいほど、ノズル４２から金型装置３０への熱の流出量が大きい。一方、ノズル４２が金型装置３０から離れている場合、ノズル４２から金型装置３０への熱の流出は生じない。

制御装置９０は、ノズル４２の検出温度とノズル４２の設定温度とに基づいて、加熱器４８の出力を求め、求めた出力で加熱器４８を制御する。加熱器４８の出力は、ノズル４２の検出温度とノズル４２の設定温度との偏差がゼロになるように、例えばＰＩ演算やＰＩＤ演算などにより求められる。

制御装置９０は、金型装置３０に対するノズル４２の変位によるノズル４２の温度変化を抑制するため、その温度変化を予測する。温度変化の予測は、例えば過去の金型装置３０に対するノズル４２の変位によるノズル４２の温度変化のデータや、熱伝導方程式など用いて行う。温度変化の予測は、温度変化が始まる前に行われてよく、図３に示す時刻ｔ０の前に行われてよい。

図３は、一実施形態による金型装置に対するノズルの変位によるノズルの温度変化の予測を示す図である。図３において、実線は、金型装置３０に接触した状態で温度が安定したノズル４２を、時刻ｔ０で金型装置３０に対し後退させて離間させたときの、ノズル４２の温度変化の予測を示す。一方、二点鎖線は、金型装置３０から離れた状態で温度が安定したノズル４２を、金型装置３０に対し前進させて時刻ｔ０で接触させたときの、ノズル４２の温度変化の予測を示す。

図３に実線で示すように、金型装置３０に接触した状態で温度が安定したノズル４２を、時刻ｔ０で金型装置３０に対し後退させて離間させると、ノズル４２から金型装置３０への熱の流出量が減り、ノズル４２の検出温度が設定温度から一旦上昇すると予測される。その後、ノズル４２の検出温度が設定温度で安定するまで、しばらくノズル４２の検出温度が不安定になる。

一方、図３に二点鎖線で示すように、金型装置３０から離れた状態で温度が安定したノズル４２を、金型装置３０に対し前進させて時刻ｔ０で接触させると、ノズル４２から金型装置３０への熱の流出量が増え、ノズル４２の検出温度が設定温度から一旦下降すると予測される。その後、ノズル４２の検出温度が設定温度で安定するまで、しばらくノズル４２の検出温度が不安定になる。

尚、図３は金型装置３０に対しノズル４２を離間させた状態と接触させた状態とに切り替える場合の予測を示すが、金型装置３０に対しノズル４２を接触させた状態のままノズルタッチ力を変更する場合も同様の傾向を示す。

制御装置９０は、予測した温度変化に基づいて加熱器４８の出力を補正する。出力補正の対象となる加熱器４８は、ノズル４２を加熱する加熱器４８である。尚、ノズル４２を加熱する加熱器４８の数は、図１および図２では１つであるが、複数でもよい。例えば、ノズル４２が前後方向に複数のゾーンに区画され、ゾーン毎に加熱器４８が設けられてもよい。ノズル４２を加熱する加熱器４８のうち少なくとも１つの出力を制御装置９０が補正すればよい。

尚、出力補正の対象となる加熱器４８は、本実施形態ではノズル４２を加熱する加熱器４８のみを含むが、シリンダ４１を加熱する加熱器４８をさらに含んでもよい。シリンダ４１とノズル４２との間で熱が移動するためである。

例えば金型装置３０に対しノズル４２が後退する場合、図３に実線で示すようにノズル４２の検出温度が設定温度から一旦上昇すると予測されるので、制御装置９０は加熱器４８の出力をＰＩ演算やＰＩＤ演算により求められる値よりも一旦低く補正する。この補正は、図３に示す時刻ｔ０の前に行われてよく、時刻ｔ０の後にも行われてもよい。

一方、金型装置３０に対しノズル４２が前進する場合、図３に二点鎖線で示すようにノズル４２の検出温度が設定温度から一旦下降すると予測されるので、制御装置９０は加熱器４８の出力をＰＩ演算やＰＩＤ演算により求められる値よりも一旦高く補正する。この補正は、図３に示す時刻ｔ０の前に行われてよく、時刻ｔ０の後にも行われてもよい。

制御装置９０は、補正した出力で加熱器４８を制御する。よって、金型装置３０に対するノズル４２の変位によるノズル４２の温度変化を抑制でき、ノズル４２の温度が設定温度に戻るまでの時間を短縮でき、成形材料の溶融状態が不安定な時間を短縮できる。

制御装置９０は、補正した出力で加熱器４８を制御したときのノズル４２の温度変化を記憶し、記憶したデータを用いて次回以降の加熱器４８の出力を補正してもよい。ノズル４２の温度変化をより抑制できる。

制御装置９０は、予測した温度変化に基づいて加熱器４８の出力を補正するタイミングを求め、求めたタイミングで出力を補正する。ノズル４２の温度変化が始まる前（例えば図３では時刻ｔ０の前）に、加熱器４８の出力の補正が開始されてよい。加熱器４８の出力補正の開始タイミングは、時刻ｔ０の前に検出温度の設定温度からのずれ幅が大きくなり過ぎないように、時刻ｔ０の近くに設定されてよい。加熱器４８の出力補正によって、検出温度の設定温度からの最大ずれ幅が小さくなればよい。

制御装置９０は、予測した温度変化に基づいて加熱器４８の出力の補正量を求め、求めた補正量で出力を補正する。予測した検出温度の設定温度からの最大ずれ幅ΔＴｍａｘが大きいほど、補正量が大きく設定される。例えば金型装置３０に対しノズル４２を接触させた状態と離間させた状態とに切り替える場合、金型装置３０に対しノズル４２を接触させた状態のままノズルタッチ力を変更する場合に比べ、最大ずれ幅ΔＴｍａｘが大きくなると予測されるので、補正量が大きく設定される。また、金型装置３０にノズル４２を接触させた状態のままノズルタッチ力を変更する場合、ノズルタッチ力の変更幅が大きいほど、最大ずれ幅ΔＴｍａｘが大きくなると予測されるので、補正量が大きく設定される。

図４は、一実施形態によるノズルの後退による、加熱器の出力を補正しないときのノズル温度の時間変化、加熱器の出力の補正量の時間変化、および加熱器の出力を補正するときのノズル温度の時間変化を示す図である。図４では、予め金型装置３０にタッチさせたノズル４２を後退させることにより、時刻ｔ０で金型装置３０からノズル４２を離間させる。尚、予め金型装置３０にタッチさせたノズル４２を僅かに後退させることにより、金型装置３０にタッチさせたまま時刻ｔ０でノズルタッチ力を低下させた場合の図は、図４と同様であるので図示を省略する。

制御装置９０は、ノズル４２の検出温度とノズル４２の設定温度とに基づいて、加熱器４８の出力を求め、求めた出力で加熱器４８を制御する。加熱器４８の出力は、ノズル４２の検出温度とノズル４２の設定温度との偏差がゼロになるように、例えばＰＩ演算やＰＩＤ演算などにより求められる。そのため、ノズル４２の検出温度は設定温度で安定化する。

予め金型装置３０にタッチさせたノズル４２を後退させることにより、時刻ｔ０で金型装置３０からノズル４２を離間させる場合に、加熱器４８の出力を補正しないと、ノズル４２から金型装置３０への熱の流出量が減り、ノズル４２の検出温度が設定温度から一旦上昇する。その後、ノズル４２の検出温度が設定温度で安定化するようになるまで、しばらくノズル４２の検出温度が不安定になる。

そこで、制御装置９０は、ノズル４２の後退を開始する前に、加熱器４８の出力を補正しない場合のノズル４２の後退によるノズル温度の時間変化を予測する。その予測は、例えば過去の加熱器４８の出力を補正しない場合のノズル４２の後退によるノズル温度の時間変化のデータや、熱伝導方程式など用いて行う。

制御装置９０は、予測したノズル温度の時間変化に基づいて、ノズル温度の変動を抑制するように、加熱器４８の出力の補正量を算出する。加熱器４８の出力は、例えば加熱器４８の電流値で表される。加熱器４８の電流値は、加熱器４８に電流を供給するオン時間と、加熱器４８に電流を供給しないオフ時間との割合（つまり、単位時間に占めるオン時間の割合）で表してもよい。

出力補正の対象となる加熱器４８は、ノズル４２を加熱する加熱器４８である。尚、ノズル４２を加熱する加熱器４８の数は、図１および図２では１つであるが、複数でもよい。例えば、ノズル４２が前後方向に複数のゾーンに区画され、ゾーン毎に加熱器４８が設けられてもよい。ノズル４２を加熱する加熱器４８のうち少なくとも１つの出力を制御装置９０が補正すればよい。

加熱器４８の出力の補正量は、加熱器４８の出力を補正しない場合にノズル４２の検出温度が設定温度を超えると予測される時間帯Ｔ１、Ｔ３においてマイナスとされる。従って、時間帯Ｔ１、Ｔ３において、補正後の加熱器４８の出力は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算により求められる値よりも小さい値とされる。例えば、時間帯Ｔ１、Ｔ３において、補正後の単位時間に占めるオン時間の割合は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算に求められる値よりも小さい値とされる。

一方、加熱器４８の出力の補正量は、加熱器４８の出力を補正しない場合にノズル４２の検出温度が設定温度を下回ると予測される時間帯Ｔ２、Ｔ４においてプラスとされる。従って、時間帯Ｔ２、Ｔ４において、補正後の加熱器４８の出力は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算により求められる値よりも大きい値とされる。例えば、時間帯Ｔ２、Ｔ４において、補正後の単位時間に占めるオン時間の割合は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算に求められる値よりも大きい値とされる。

制御装置９０は、補正した出力で加熱器４８を制御する。補正後の加熱器４８の出力は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算により求められる値と、補正量との和で表されてよい。補正した出力で加熱器４８を制御することにより、金型装置３０に対するノズル４２の後退によるノズル４２の温度変化を抑制でき、ノズル４２の検出温度が設定温度で安定化するまでの時間を短縮でき、成形材料の溶融状態が不安定な時間を短縮できる。

図５は、一実施形態によるノズルの前進による、加熱器の出力を補正しないときのノズル温度の時間変化、加熱器の出力の補正量の時間変化、および加熱器の出力を補正するときのノズル温度の時間変化を示す図である。図５では、予め金型装置３０から離されたノズル４２を前進させることにより、時刻ｔ０で金型装置３０にノズル４２をタッチさせる。尚、予め金型装置３０から離されたノズル４２を僅かに前進させることにより、金型装置３０からノズル４２を離したまま時刻ｔ０で近づける場合の図は、図５と同様であるので図示を省略する。

予め金型装置３０から離されたノズル４２を前進させることにより、時刻ｔ０で金型装置３０にノズル４２をタッチさせる場合に、加熱器４８の出力を補正しないと、ノズル４２から金型装置３０への熱の流出量が増え、ノズル４２の検出温度が設定温度から一旦下降する。その後、ノズル４２の検出温度が設定温度で安定化するようになるまで、しばらくノズル４２の検出温度が不安定になる。

そこで、制御装置９０は、ノズル４２の前進を開始する前に、加熱器４８の出力を補正しない場合のノズル４２の前進によるノズル温度の時間変化を予測する。その予測は、例えば過去の加熱器４８の出力を補正しない場合のノズル４２の前進によるノズル温度の時間変化のデータや、熱伝導方程式など用いて行う。

制御装置９０は、予測したノズル温度の時間変化に基づいて、ノズル温度の変動を抑制するように、加熱器４８の出力の補正量を算出する。加熱器４８の出力は、例えば加熱器４８の電流値で表される。加熱器４８の電流値は、加熱器４８に電流を供給するオン時間（以下、「加熱器４８のオン時間」とも呼ぶ。）と、加熱器４８に電流を供給しないオフ時間（以下、「加熱器４８のオフ時間」とも呼ぶ。）との割合（つまり、単位時間に占めるオン時間の割合）で表してもよい。

加熱器４８の出力の補正量は、加熱器４８の出力を補正しない場合にノズル４２の検出温度が設定温度を下回ると予測される時間帯Ｔ１、Ｔ３においてプラスとされる。従って、時間帯Ｔ１、Ｔ３において、補正後の加熱器４８の出力は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算により求められる値よりも大きい値とされる。例えば、時間帯Ｔ１、Ｔ３において、補正後の単位時間に占めるオン時間の割合は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算に求められる値よりも大きい値とされる。

一方、加熱器４８の出力の補正量は、加熱器４８の出力を補正しない場合にノズル４２の検出温度が設定温度を超えると予測される時間帯Ｔ２、Ｔ４においてマイナスとされる。従って、時間帯Ｔ２、Ｔ４において、補正後の加熱器４８の出力は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算により求められる値よりも小さい値とされる。例えば、時間帯Ｔ２、Ｔ４において、補正後の単位時間に占めるオン時間の割合は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算に求められる値よりも小さい値とされる。

制御装置９０は、補正した出力で加熱器４８を制御する。補正後の加熱器４８の出力は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算により求められる値と、補正量との和で表されてよい。補正した出力で加熱器４８を制御することにより、金型装置３０に対するノズル４２の前進によるノズル４２の温度変化を抑制でき、ノズル４２の検出温度が設定温度で安定化するまでの時間を短縮でき、成形材料の溶融状態が不安定な時間を短縮できる。

図６は、一実施形態による制御系の構成要素を機能ブロックで示す図である。図６に図示される各機能ブロックは概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。各機能ブロックの全部または一部を、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。各機能ブロックにて行われる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵにて実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現されうる。

図６に示すように制御装置９０は、ノズル４２の検出温度とノズル４２の設定温度とに基づき加熱器４８に対する指令を作成する温度制御部９５を有する。温度制御部９５は、ノズル４２の検出温度とノズル４２の設定温度の偏差がゼロになるように加熱器４８に対する指令を作成する。加熱器４８に対する指令は、ＰＩ演算やＰＩＤ演算などにより作成される。加熱器４８に対する指令は、例えば加熱器４８のオン時間やオフ時間を含む。

また、図６に示すように制御装置９０は、ノズル４２の変位によるノズル４２の温度変化を予測し、温度変化を抑制するため、予測した温度変化に基づいて加熱器４８の出力の補正量を算出する演算部９６を有する。ノズル４２の温度変化の予測、および加熱器４８の出力の補正量の算出は、過去の加熱器４８に対する指令と、その指令のときのノズル４２の検出温度とに基づき行われてよい。

温度制御部９５が加熱器４８のオン時間やオフ時間を制御する場合、演算部９６は加熱器４８のオン時間やオフ時間の補正量を算出する。演算部９６は、オン時間の開始時刻、オン時間の終了時刻、オン時間の長さ、オフ時間の開始時刻、オフ時間の終了時刻、およびオフ時間の長さの少なくとも１つの補正量を算出してよい。以下、演算部９６による補正について、図７および図８を参照して説明する。

図７は、一実施形態による加熱器の出力のオン／オフの時間変化、およびノズルの検出温度の時間変化を示す図である。図７において、太い一点鎖線は加熱器の出力のオン／オフの時間変化を示し、太い実線はノズルの検出温度の時間変化を示す。図７では、予め金型装置３０にタッチさせたノズル４２を後退させることにより、時刻ｔ０で金型装置３０からノズル４２を離間させる。尚、予め金型装置３０にタッチさせたノズル４２を僅かに後退させることにより、金型装置３０にタッチさせたまま時刻ｔ０でノズルタッチ力を低下させた場合の図は、図７と同様であるので図示を省略する。

図７（ａ）は、一実施形態による補正前の加熱器の出力のオン／オフの時間変化、およびノズルの検出温度の時間変化を示す図である。図７（ａ）では、加熱器４８の出力がオン／オフ制御されており、時刻ｔ０まではノズル４２の検出温度が設定温度で一定に維持されている。時刻ｔ０は、加熱器４８のオン時間と重なっている。時刻ｔ０以降は、ノズル４２が金型装置３０から離間されるので、ノズル４２から外部への熱の流出量が減り、ノズル４２の検出温度が設定温度から一旦上昇する。その後、ノズル４２の検出温度が設定温度で安定化するようになるまで、しばらくノズル４２の検出温度が不安定になる。

図７（ｂ）は、一実施形態による１回目の補正後の加熱器の出力のオン／オフの時間変化、およびノズルの検出温度の時間変化を示す図である。演算部９６は、図７（ａ）に示す加熱器４８に対する指令とノズル４２の検出温度とに基づき、図７（ｂ）に示すように加熱器４８のオフ時間が時刻ｔ０と重なるように加熱器４８の出力の補正量を算出する。オフ時間の開始時刻は時刻ｔ０よりも早く設定されてよく、オフ時間の終了時刻は時刻ｔ０よりも遅く設定されてよい。この補正により、加熱器４８からノズル４２に供給される熱の供給量がノズル４２から外部への熱の流出量を下回ると、図７（ｂ）に示すようにノズル４２の検出温度が設定温度から僅かに下降する。その後、ノズル４２の検出温度が設定温度で安定化するようになるまで、しばらくノズル４２の検出温度が不安定になる。

図７（ｃ）は、一実施形態による２回目の補正後の加熱器の出力のオン／オフの時間変化、およびノズルの検出温度の時間変化を示す図である。演算部９６は、図７（ｂ）に示す加熱器４８に対する指令とノズル４２の検出温度とに基づき、図７（ｃ）に示すように加熱器４８のオフ時間が短くなるように加熱器４８の出力の補正量を算出する。例えば、図７（ｃ）のオフ時間の開始時刻は図７（ｂ）に示すオフ時間の開始時刻と同じであるが、図７（ｃ）に示すオフ時間の終了時刻は図７（ｂ）に示すオフ時間の終了時刻よりも早く設定される。オフ時間の終了時刻は時刻ｔ０よりも遅くてよい。この補正により、加熱器４８からノズル４２に供給される熱の供給量と、ノズル４２から外部への熱の流出量とのバランスが取れ、図７（ｃ）に示すように時刻ｔ０以降もノズル４２の検出温度が設定温度で一定に維持される。

図８は、一実施形態による加熱器の出力のオン／オフの時間変化、およびノズルの検出温度の時間変化を示す図である。図８において、太い一点鎖線は加熱器の出力のオン／オフの時間変化を示し、太い実線はノズルの検出温度の時間変化を示す。図８では、予め金型装置３０から離されたノズル４２を前進させることにより、時刻ｔ０で金型装置３０にノズル４２をタッチさせる。尚、予め金型装置３０から離されたノズル４２を僅かに前進させることにより、金型装置３０からノズル４２を離したまま時刻ｔ０で近づける場合の図は、図８と同様であるので図示を省略する。

図８（ａ）は、一実施形態による補正前の加熱器の出力のオン／オフの時間変化、およびノズルの検出温度の時間変化を示す図である。図８（ａ）では、加熱器４８の出力がオン／オフ制御されており、時刻ｔ０まではノズル４２の検出温度が設定温度で一定に維持されている。時刻ｔ０は、加熱器４８のオフ時間と重なっている。時刻ｔ０以降は、ノズル４２が金型装置３０にタッチされるので、ノズル４２から外部への熱の流出量が増え、ノズル４２の検出温度が設定温度から一旦下降する。その後、ノズル４２の検出温度が設定温度で安定化するようになるまで、しばらくノズル４２の検出温度が不安定になる。

図８（ｂ）は、一実施形態による１回目の補正後の加熱器の出力のオン／オフの時間変化、およびノズルの検出温度の時間変化を示す図である。演算部９６は、図８（ａ）に示す加熱器４８に対する指令とノズル４２の検出温度とに基づき、図８（ｂ）に示すように加熱器４８のオン時間が時刻ｔ０と重なるように加熱器４８の出力の補正量を算出する。オン時間の開始時刻は時刻ｔ０よりも早く設定されてよく、オン時間の終了時刻は時刻ｔ０よりも遅く設定されてよい。この補正により、加熱器４８からノズル４２に供給される熱の供給量がノズル４２から外部への熱の流出量を上回ると、図８（ｂ）に示すようにノズル４２の検出温度が設定温度から僅かに上昇する。その後、ノズル４２の検出温度が設定温度で安定化するようになるまで、しばらくノズル４２の検出温度が不安定になる。

図８（ｃ）は、一実施形態による２回目の補正後の加熱器の出力のオン／オフの時間変化、およびノズルの検出温度の時間変化を示す図である。演算部９６は、図８（ｂ）に示す加熱器４８に対する指令とノズル４２の検出温度とに基づき、図８（ｃ）に示すように加熱器４８のオン時間が短くなるように加熱器４８の出力の補正量を算出する。例えば、図８（ｃ）のオン時間の開始時刻は図８（ｂ）に示すオン時間の開始時刻と同じであるが、図８（ｃ）に示すオン時間の終了時刻は図８（ｂ）に示すオン時間の終了時刻よりも早く設定される。オン時間の終了時刻は時刻ｔ０よりも遅くてよい。この補正により、加熱器４８からノズル４２に供給される熱の供給量と、ノズル４２から外部への熱の流出量とのバランスが取れ、図８（ｃ）に示すように時刻ｔ０以降もノズル４２の検出温度が設定温度で一定に維持される。

以上、射出成形機の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

上記実施形態の射出装置４０は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式でもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融された成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。可塑化シリンダ内にはスクリュが回転自在にまたは回転自在に且つ進退自在に配設され、射出シリンダ内にはプランジャが進退自在に配設される。射出シリンダの先端には、金型装置にタッチされるノズルが設けられる。

本出願は、２０１６年３月３１日に日本国特許庁に出願した特願２０１６−０７１６０６号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０１６−０７１６０６号の全内容を本出願に援用する。

１０型締装置
１２固定プラテン
１３可動プラテン
３０金型装置
３２固定金型
３３可動金型
４０射出装置
４１シリンダ
４２ノズル
４８加熱器
４９温度検出器
５０移動装置
９０制御装置

Claims

金型装置にタッチされ、前記金型装置の内部に成形材料を射出するノズルと、
前記ノズルを加熱する加熱器と、
前記ノズルの温度を検出する温度検出器と、
前記ノズルの検出温度と前記ノズルの設定温度とに基づいて前記加熱器の出力を求め、求めた前記出力で前記加熱器を制御する制御装置と、
前記ノズルを前記金型装置に対し進退させる移動装置とを備え、
前記制御装置は、前記ノズルの変位による前記ノズルの温度変化を予測し、前記温度変化を抑制するため、予測した前記温度変化に基づいて前記出力を補正し、補正した前記出力で前記加熱器を制御する、射出成形機。
前記制御装置は、前記温度変化を予測し、前記温度変化を抑制するため、予測した前記温度変化に基づいて前記出力を補正するタイミングを求め、求めたタイミングで前記出力を補正する、請求項１に記載の射出成形機。
前記制御装置は、前記温度変化を予測し、前記温度変化を抑制するため、予測した前記温度変化に基づいて前記出力の補正量を求め、求めた補正量で前記出力を補正する、請求項１または２に記載の射出成形機。