JPWO2018155230A1 - 射出成形システム - Google Patents

Abstract

本願は、入力された可塑化条件が格納される入力条件格納部２３と、理想の可塑化状態の情報が格納される理想可塑化状態格納部２４と、入力条件格納部２３に格納されたデータに基づく可塑化条件の入力条件シミュレーション部２９と、理想可塑化状態格納部２４に格納された情報とを比較する比較部２５と、比較部２５により入力条件格納部２３に格納されたデータが理想の可塑化状態でないとして判定されたときに、入力条件格納部２３のデータと理想可塑化状態格納部２４に格納された情報とを用いて最適な可塑化条件を演算する最適条件解析・演算部２６と、最適条件解析・演算部２６で演算された演算結果に基づき、最適な可塑化条件に変更するのに必要な情報を表示部２２に表示する条件変更指示部２８とを備えた射出成形システムに関するものである。

Description

本発明は、加熱シリンダで溶融された熱可塑性樹脂を射出して成形品を製造する射出成形システムに関する。

シミュレーション技術の向上により、射出成形中の各工程における樹脂の流動状態などが精度良く予測できるようになってきており、シミュレーション技術を用いた成形条件の最適化手法が開発されている。

例えば、流動解析を用いることにより樹脂の流動状態を把握することができる。流動解析は、射出成形機に入力される情報をもとに行われる。流動解析により所定の成形条件下での現象を把握することで、成形時のトラブルの解決やスクリュー形状の最適化などを効率よく行うことができる。

特許文献１には、シリンダ内の樹脂材料がソリッドベッド、メルトフィルム、およびメルトプールの何れかの状態にある３ゾーンモデルに基づいて、スクリュー式の可塑化装置における可塑化能力を算出する可塑化シミュレーション装置が開示されている。

特許文献２には、人工知能となる機械学習器を導入し、射出成形に関する操作条件に関する機械学習を行うことで、射出成形における各種条件の調整を行う射出成形システムが開示されている。

特許文献３には、射出成形に用いられる樹脂の粘度を射出成形機自身に測定させ、適切な樹脂粘度で射出成形機を稼働させる技術が開示されている。

特開２０１７−００７２０７号公報 特開２０１７−０３０１５２号公報 特開２０１４−２４０２０１号公報

射出成形において、樹脂を均一に溶融させることは、良好な成形品を得るために重要である。そして、樹脂の溶融状態（可塑化状態）は、加熱シリンダの温度やスクリュー回転数などの可塑化条件によって決まる。そのため、可塑化条件を樹脂が均一に溶融するような最適値とすることが必要である。しかしながら、可塑化条件の最適値を得るには熟練した技術と時間を要し、可塑化条件の確定までに試行を何度も繰り返すことで樹脂のロスも生じてしまう。

また、射出成形に係るシミュレーションは、解決すべき問題が存在することを前提にし、その問題に対する最適解を得るために用いられる。すなわち、シミュレーション技術を用いて、問題が生じた条件下での解析を行い、それを解決する条件を議論するものであった。そして、このようなシミュレーションはあくまで明らかとなっている理論に基づいて行うものであり、現実的には、明らかとなっていない現象も複数存在する。そのため、可塑化条件については、樹脂の流動解析に加え、種々の実測結果に基づいて決めているという実情があり、実際のところ良好な成形品を得るためには、可塑化条件を設定するオペレータの技術に大きく左右されるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、射出成形機で用いる樹脂の可塑化条件についてより適した値が得られるようオペレータを支援する射出成形システムを提供することを目的とする。

本発明の射出成形システムは、射出成形機の制御プログラム内に理想的な可塑化状態と解析プログラムを組み込んでおき、成形機のオペレータが目的の成形品情報と成形サイクルタイムを入力し、樹脂の種類およびスクリューの形状を選択すれば、最適な可塑化条件を自動的に演算して出力することを特徴とするものである。

本射出成形システムに係る発明は、
加熱シリンダ内のスクリューを回転させながら後退させることにより溶融樹脂の可塑化・計量工程を行った後、射出工程として前記スクリューを前進させることで加熱シリンダ先端に装着した射出ノズルから金型のキャビティへ溶融樹脂を射出する射出成形機を備えた射出成形システムであって、
該射出成形機を稼働するときの可塑化条件を入力する入力装置と、
該入力装置により入力された可塑化条件が格納される入力条件格納部と、
前記入力装置により入力された入力条件により可塑化状態をシミュレーションする入力条件シミュレーション部と、
加熱シリンダ内の溶融樹脂が均一に溶融されるようにする理想の可塑化状態の情報が格納される理想可塑化状態格納部と、
前記可塑化状態のシミュレーションの結果を基にして、前記入力条件格納部に格納されたデータと前記理想可塑化状態格納部に格納された情報とを比較する比較部と、
該比較部の結果、前記入力条件格納部に格納された入力データに基づくシミュレーションが理想の可塑化状態か否かを、前記入力条件格納部のデータと前記理想可塑化状態格納部に格納された情報とを用いて解析・演算する最適条件解析・演算部と、
該入力データに基づくシミュレーションが理想の可塑化状態でないと判定されたときに、最適な可塑化条件を決定する最適条件決定部と、を備えたことを特徴とする。

さらに、本射出成形システムに係る発明は、
該最適条件決定部で決定された演算結果に基づき、最適な可塑化条件に変更するのに必要な情報を表示部に表示する条件変更指示部を備えたことを特徴とする。

さらに、本射出成形システムに係る発明は、
前記入力装置により入力され前記入力条件格納部に格納された可塑化条件は、
樹脂の種類、樹脂の温度、スクリューの形状、成形サイクルタイム、樹脂が可塑化・計量されるときの背圧のうちの少なくとも何れか１つであることを特徴とする。

さらに、本射出成形システムに係る発明は、
前記理想の可塑化状態格納部に格納される理想の可塑化状態の情報は、加熱シリンダ内で可塑化溶融された樹脂の溶融状態の均一性に係る情報を用いて得られたものであることを特徴とする。

本射出成形システムに係る発明は、
熱可塑性の樹脂が供給される加熱シリンダと、前記加熱シリンダ内に設けられたスクリューと、前記加熱シリンダに装着された加熱ヒータと、を有する射出成形システムであって、
入力装置に入力された入力条件に基づいて可塑化条件を取得し、当該可塑化条件を用いて可塑化状態をシミュレーションする可塑化状態シミュレーション部と、
前記可塑化状態シミュレーション部によって得られた可塑化状態が理想的な可塑化状態であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって理想的な可塑化状態でないと判定されたとき、前記可塑化条件を変更する可塑化条件変更部と、
前記判定部によって理想的な可塑化状態であると判定されたとき、前記可塑化状態シミュレーション部で用いられた可塑化条件を出力する出力部と、を有し、
前記可塑化状態シミュレーション部が、前記可塑化条件変更部によって可塑化条件が変更されたとき、変更後の可塑化条件を用いて可塑化状態をシミュレーションすることを特徴とする。

さらに、本射出成形システムに係る発明は、
前記可塑化状態シミュレーション部によるシミュレーションに用いられた可塑化条件を用いてパージ動作を行うよう前記スクリューの駆動部および前記加熱ヒータを制御する動作制御部と、
前記パージ動作における計量時間および樹脂粘度のうちの少なくとも１つを測定する測定部と、をさらに有し、
前記可塑化条件変更部が、前記測定部による測定結果を用いて前記可塑化条件を変更することを特徴とする。

さらに本射出成形システムに係る発明は、
前記入力条件には、前記樹脂を特定する情報、前記スクリューを特定する情報、一射出あたりの樹脂量、および、成形サイクルタイムを含むことを特徴とする。

さらに、本射出成形システムに係る発明は、
前記可塑化条件には、スクリュー回転数、樹脂が可塑化・計量されるときの背圧、および、加熱シリンダ温度を含むことを特徴とする。

本発明は、射出成形機に予め流動解析手段を搭載していることにより、搭載している成形機の情報（機種、スクリュー種類等）と目的の成形品（製品重量、樹脂種類等）の情報を入力することによって、最適の樹脂溶融状態（可塑化状態）に合致した可塑化条件を自動で判別できるものである。

本発明においては、射出成形機内に流動解析手段を予め搭載しておくことにより、機械の種類やスクリューの形状、樹脂の種類等の固定の情報を予め持つことによって、最適とされる可塑化条件が自動で出力することができ、より高度でスピーディな成形技術を構築することができる。

本発明によれば、オペレータ等により入力された可塑化条件が、所望の成形品質を確保するために不適切な可塑化条件である場合には、当該可塑化条件が最適な可塑化条件となるよう変更を指示する表示が表示部になされる。よって、従来のようにオペレータ等の経験や勘に頼ることなく、射出成形するときの可塑化条件を最適な条件へとなるよう簡単に変更することが可能となる。つまり、オペレータ等の経験を問わず最適な可塑化条件で射出成形を行うことが可能となり、これにより、製造される成形品に不良が発生してしまうことを防止することができる。

本発明の第１実施例に係る射出成形システムに用いられる射出成形機を示す概略構成図である。 図１の射出成形機を用いた射出成形システムの機能ブロック図である。 図２の射出成形システムにおいて実行される本発明に係る動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施例に係る射出成形システムの機能ブロック図である。 図４の射出成形システムにおいて実行される本発明に係る動作の一例を示すフローチャートである。

以下に説明する本発明の各実施例に係る射出成形システムは、射出成形機の制御プログラム内に理想的な可塑化条件と解析プログラムを組み込んでおき、成形機のオペレータが目的の成形品情報と成形サイクルタイムなどの入力条件を入力し、樹脂の種類やスクリュの形状などを選択すれば、最適な樹脂溶融状態（可塑化状態）を得るための可塑化条件を自動的に演算し出力するものである。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例に係る射出成形システムを図１〜図３に基づき説明する。本発明は、本実施例において説明した具体的な実施態様に限らず、発明の趣旨に反しない範囲で、当業者であれば変更可能な構成のものに対しても適用可能である。など、第２実施例についても同様である。

図１は本実施例の射出成形システム１００に用いる射出成形機１を示す概略構成図である。射出成形機１は、粒状で熱可塑性の樹脂（ペレット）を原料として成形品を製造する。射出成形機１は、射出ユニット２と、型締ユニット３と、を備える。

型締ユニット３には、固定金型４に対し可動金型５を前進および後退させ型締（型閉）および型開を行う型開閉機構を備えている。本実施例の型開閉機構は、モータを駆動源としてトグルリンク機構６を屈曲・伸長作動し、固定ダイプレートに対して可動ダイプレート７を進退させることで、固定ダイプレート８に固定された固定金型４と可動ダイプレート７に固定された可動金型５とを繰り返し型開閉する。

射出ユニット２は、筒型の加熱シリンダ１０と、加熱シリンダ１０の先端に設けた射出ノズル１１と、加熱シリンダ１０内に設けられ、当該加熱シリンダ１０内に供給された樹脂を混錬するスクリュー１２と、スクリュー１２を回転自在に支持する支持部材１３と、樹脂が投入されるホッパ１４と、ホッパ１４が設けられたホッパブロック１５と、を有している。加熱シリンダ１０の外周にはバンドヒータからなる加熱ヒータ１６が装着されている。加熱ヒータ１６により加熱シリンダ１０が所定温度に加熱されることで当該加熱シリンダ１０内の樹脂が加熱溶融される。

射出ユニット２は、可塑化・計量工程として、加熱シリンダ１０内に回転可能に設けられたスクリュー１２を図示しないモータなどの駆動部により回転させながら後退させることにより溶融樹脂の可塑化および計量を行う。そして、射出ユニット２は、射出工程として、スクリュー１２を前進させることにより加熱シリンダ１０の先端に装着した射出ノズル１１から金型のキャビティへ溶融樹脂の射出を行い成形品を製造する。また、加熱シリンダ１０を金型に対して後退させることにより射出ノズル１１と金型とを離した状態で、スクリュー１２の駆動部や加熱ヒータ１６を制御することで、上記可塑化、計量および射出を行うパージ動作を実行可能である。

図２は、射出成形システム１００の解析・演算系統を示す機能ブロック図である。射出成形システム１００は、全体の解析・演算を司る最適可塑化条件解析・演算部２０と、射出成形機１に設けられたキーボード装置等の入力装置２１と、液晶表示装置等の表示部２２と、を有している。

本発明の射出成形システム１００の最適可塑化条件解析・演算部２０は、中央演算装置（ＣＰＵ）およびメモリを備えたコンピュータで構成されている。加熱シリンダ１０内の樹脂がムラなく均一に溶融される理想の可塑化状態（溶融状態）を達成する条件情報が格納されている理想可塑化状態格納部２４を備えている。この理想可塑化状態格納部２４には、射出成形機の機種、使用されるスクリュー形状、１ショットの溶融樹脂容積、成形サイクルタイム等の種々の成形機側の条件情報において、射出すべき樹脂材料を射出成形する場合の望ましい（理想的な）可塑化状態情報が蓄積されている。なお、射出成形機の機種等は、当該射出成形機として予め入力しておくことも可能である。

また、最適可塑化条件解析・演算部２０は、成形品を製造するに際し、オペレータが入力装置２１を用いて入力した可塑化条件のデータ（入力条件）が格納される入力条件格納部２３を備えている。

このように、本発明の射出成形システム１００においては、入力装置２１によってオペレータが入力した成形機側情報（射出成形機の機種、使用されるスクリュー形状、１ショットの溶融樹脂容積、成形サイクルタイム等）と樹脂の種類等の入力データは、入力条件格納部２３に格納される。そして、入力条件シミュレーション部２９により、この入力データを用いて可塑化状態がシミュレーションされる。シミュレーションにより得られた可塑化状態は、理想可塑化状態格納部２４に格納された情報と比較部２５により比較される。比較部２５の比較結果情報は、最適条件解析・演算部２６により解析・演算される。

その際に、入力条件格納部２３に格納された入力データでは理想的な可塑化状態を得られないと判定されたときには、入力条件格納部２３の入力データと理想可塑化状態格納部２４に格納されている情報とを用いて理想的な可塑化状態を得るためにより適切な可塑化条件（最適な可塑化条件）を最適条件解析・演算部２６により演算する。この最適条件解析・演算部２６で演算された演算結果に基づき、最適条件決定部２７により最適な可塑化条件が決定される。その際に、最適な可塑化条件に変更すると判断されれば、条件変更指示部２８により、条件変更の指示を出し、変更すべき条件をメッセージ形式で表示部２２に表示する。

最適可塑化条件解析・演算部２０は、メモリに格納された制御プログラム（解析プログラムが組み込まれている）を実行するＣＰＵにより、入力条件シミュレーション部２９、比較部２５、最適条件解析・演算部２６、最適条件決定部２７、および、条件変更指示部２８を実現している。

なお、前述した本実施例における入力条件格納部２３に格納される可塑化条件データには、成形機側情報として、射出成形機の機種、使用されるスクリュー形状（長さ、軸径、フライトの径、フライトの数、フライトのピッチなど）、１ショットの溶融樹脂容積、樹脂が可塑化・計量されるときの背圧、成形サイクルタイム等が含まれ、成形される樹脂の情報として、使用する樹脂の種類、樹脂の粘度等が含まれる。

また、射出成形システム１００の稼働前に、理想可塑化状態格納部２４に予め格納される情報としても、射出成形機の機種、スクリューの形状（長さ、軸径、フライト径、フライトの数、フライトピッチなど）、成形サイクルタイム、１ショットの溶融樹脂容積、樹脂が可塑化・計量されるときの背圧、樹脂の種類、樹脂の粘度、および、その他の条件を各種変更して得られた膨大な実験結果や樹脂の流動解析等の解析結果を基にして得られた、加熱シリンダ内で可塑化溶融された樹脂の溶融状態の均一性に係る情報を記録・蓄積している。勿論、理想可塑化状態格納部２４は、学習機能を有しており、深層学習により知能を深めることが可能である。

以上の構成により、本発明の射出成形システム１００は、オペレータ等により入力された可塑化条件（樹脂が可塑化・計量されるときの背圧、スクリュ回転数、加熱シリンダ温度）のうち、樹脂の溶融が不均一とされる虞のある条件が存在するとして最適条件解析・演算部２６により判定されたときには、最適条件解析・演算部２６で演算された演算結果が決定され（最適条件決定部２７）、それに基づき、不均一溶融の虞のある条件に係る情報が表示部２２に表示される。

具体的には、例えば、スクリュー１２の形状が最適な可塑化条件にそぐわないとされたときには、表示部２２には、「スクリューを型番ＸＸＸのものに変更してください」とする変更を指示する表示がなされる。また、樹脂の種類が最適な可塑化条件にそぐわないとされたときには、表示部には、「樹脂を〇〇のものに変更してください」とする変更を指示する表示がなされる。

また、可塑化条件の変更の指示として、部材（スクリューや樹脂）の変更を不要とする場合には、当然のこととして、変更の指示は出ない。また、本発明の射出成形システム１００では、表示部２２に変更を指示する情報の表示がなされるだけではなく、最適な可塑化条件に変更するための自動処理を最適可塑化条件解析・演算部２０により実行することが可能である。具体的には、例えば、樹脂の温度が最適な可塑化条件にそぐわないとされたときには、表示部２２には、「加熱シリンダの設定温度を△△℃に変更する必要があります」とする変更を指示する表示がなされ、これに続いて、この変更に対応した温度になるよう加熱シリンダ１０の温度設定が射出成形機１の制御手段（図示なし）に対して指示が出されて、成形条件が自動的に変更される。なお、自動的に温度変更の指示が出され、それに基づいて温度設定が変更されたときには、温度変更が完了した旨の情報が表示部２２に表示される。それは、例えば、「加熱シリンダの設定温度を△△℃に変更しました」とする表示等である。

以上のように、本実施例の射出成形機１に備えられた射出成形システム１００は、当該射出成形機１を稼働するときの可塑化条件を入力する入力装置２１と、入力装置２１により入力された可塑化条件が格納される入力条件格納部２３と、入力された条件に基づいて可塑化状態をシミュレートする入力条件シミュレーション部２９と、加熱シリンダ１０内の溶融樹脂ができるだけムラなく均一に溶融されるようにするという理想の可塑化状態の情報が格納される理想可塑化状態格納部２４と、入力条件格納部２３に格納された入力データと理想可塑化状態格納部２４に格納された情報とを比較する比較部２５と、入力条件格納部２３に格納されたデータが入力条件シミュレーション部２９によるシミュレーションの結果、理想の可塑化状態でないと比較部２５により判定されたときに、入力条件格納部２３のデータと理想可塑化状態格納部２４に格納された情報とを用いて最適な可塑化条件を演算する最適条件解析・演算部２６と、最適条件解析・演算部２６で演算された演算結果に基づき、最適条件決定部２７が最適条件を決定し、それに基づき可塑化条件の変更を指示する条件変更指示部２８と、最適な可塑化条件に変更するのに必要な条件を表示する表示部２２と、を備えたものである。

本発明の射出成形システム１００は、こうした構成により、オペレータ等により入力された可塑化条件が、理想の可塑化を得られずに不良成形の発生する可能性がある可塑化条件である場合には、当該可塑化条件を最適な可塑化条件となるよう変更を指示するメッセージが表示部２２に表示される。また、望ましい可塑化条件に自動的に変更される。よって、従来のように、オペレータ等の経験や勘に頼ることなく、射出成形するときの可塑化条件を最適な可塑化条件となるよう簡単に変更することが可能となる。つまり、オペレータ等の経験を問わず最適な可塑化条件で射出成形を行うことが可能となり、これにより、製造される成形品に不良が発生してしまうことを防止することができる。

本発明の射出成形システム１００の動作ステップを図３に従って説明すると、以下のとおりである。
本発明の射出成形システム１００は、加熱シリンダ１０内のスクリュー１２を回転させながら後退させることにより溶融樹脂の可塑化・計量工程を行った後、射出工程として前記スクリュー１２を前進させることで加熱シリンダ先端に装着した射出ノズル１１から金型のキャビティへ溶融樹脂を射出する射出成形機１を用いる。
オペレータにより、入力装置２１により、射出成形機１を稼働するときの可塑化条件を入力する（ステップＳ０１）。入力装置２１により入力された可塑化条件（入力条件）は、入力条件格納部２３に格納される。
入力装置２１により入力された入力条件を用いて、入力条件シミュレーション部２９により可塑化状態をシミュレーションする（ステップＳ０２）。
予め、加熱シリンダ内の溶融樹脂が均一に溶融されるようにする理想の可塑化状態の情報が理想可塑化状態格納部２４に格納されている。
比較部２５により、可塑化状態のシミュレーションの結果を基にして、入力条件格納部２３に格納されたデータと理想可塑化状態格納部２４に格納された情報とを比較する（ステップＳ０３）。
最適条件解析・演算部２６により、前記比較の結果、入力条件格納部２３に格納された入力データに基づくシミュレーションが理想の可塑化状態か否かを、入力条件格納部２３のデータと理想可塑化状態格納部２４に格納された情報とを用いて解析・演算し、最適条件決定部２７により、入力データに基づくシミュレーションが理想の可塑化状態でないと判定されたときに、最適な可塑化条件を決定する（ステップＳ０４）。
入力条件の変更の有無に応じて（ステップＳ０５）、最適条件決定部２７で決定された演算結果に基づき、条件変更指示部２８により、最適な可塑化条件への変更を指示し、最適な可塑化条件に変更するのに必要な情報を表示部２２に表示する（ステップＳ０６）。
これにより、本システムは、最適な可塑化条件への変更を実行する（ステップＳ０７）。

前述したように、どのような成形品を作るかは、基本的に予め決定している事項（インプット情報）に拠るものであり、成形に見合った可塑化条件（アウトプット情報）を決定することが必要となる。そして、その可塑化条件を見出す為には、判断基準が必要となる。

ここで、インプット情報としては、樹脂の種類、成形サイクルタイム、射出量、スクリューの形状および径等があり、判断基準としては、理想の溶融状態（可塑化状態）であり、それは、溶融樹脂内の温度の均一状態、溶融樹脂内の密度の均一化、溶融樹脂内の粘度の均一化を果たせるか否かで判断され、最適条件を演算して、温度、スクリューの回転数、背圧等の適正な値を計算し、最適な可塑化条件の指示を出す。成形ができない場合は、スクリューの形状等を変更する指示を出す。

初期条件で成形した場合の状態をシミュレーションにより適否を判断する際には、可塑化時間が安定しているか、射出速度は安定しているか、射出圧力は安定しているか、計量トルクは安定しているか、溶け残りは発生していないか、樹脂粘度は安定しているか、樹脂が受ける比エネルギーは安定しているか（流動解析による）、樹脂の温度は理想の状態となっているか（流動解析による）等により判断される。

流動解析シミュレーションを用いた成形条件の決定までのプロセスは、以下のとおりである。まず、オペレータの入力により決められている情報は、（１）スクリュー（径／形状）、（２）成形サイクルタイム、（３）射出量、（４）樹脂の種類である。

１．スクリュー回転数を決める
特定のスクリューの１回転あたりに送ることのできる樹脂の量は決まっているので、成形サイクルタイム・射出量が決まれば、計量時間と送り量が決まるために、これ等は計算できる。
２．加熱シリンダ温度を決める
スクリュー回転数が決定されることにより、樹脂の滞留時間が決まる。また、樹脂の種類により融点が決まるために、樹脂を完全に溶融させるための加熱シリンダの温度を決定することができる。何秒間でどのくらい昇温しなければならないのか、ベースとなる条件（スクリュー回転速度・加熱シリンダ温度等）が決定される。
３．ベースとなる条件で成形した場合の不都合を比較判断する
入力された条件のままで成形すると、どのような問題が起きるかを判断し、理想の溶融状態へと変化することができるように、その要因を判断する。
４．ベース条件を元に流動解析を行い最適化を行う
上記３で確認した事項を元に、最適化を行い最終的に安定する条件を決定する。

より具体的に、成形品情報として、重量１５ｇ、成形サイクルタイムとして２０秒、機械情報として、スクリュー径Ｘｍｍ、スクリュー形状Ｙ、樹脂情報として、融点Ｔ℃、比熱ｃＫＪ／ｋｇ・Ｋとした場合の流動解析シミュレーションを用いた成形条件の決定までのステップを説明する。

ＳＴＥＰ１ スクリュー回転数を決定する
１５ｇの成形品を成形サイクルタイム２０ｓで成形することを条件として、成形品取出時間を考慮すると実質の成形サイクルタイムは１５ｓとなる。
それにより、１ｇ／ｓが可能なスクリュー回転数を決定する。その回転数は、Ａｒｐｍとする。
ＳＴＥＰ２ 加熱シリンダ温度を決定する
まず、スクリューをＡｒｐｍで回転した際の樹脂滞留量が計算できる。
そして、滞留時間中に樹脂が、融点＋１０℃くらいの温度になるように加熱シリンダ温度を設定する。その際、加熱ヒータからの熱量と樹脂比熱によって計算が可能である。それにより、加熱シリンダ温度はＢ℃とする。
ＳＴＥＰ３ 状況判断を行う
スクリュー回転数と加熱シリンダ温度を、上記で決定した条件に設定してパージを行い、状況を判断する。
同時に流動解析を用いて、そのときの状況を以下のように計算する。
（１）計量時間のばらつきを確認する
ここで、ばらつきが大きい場合には、背圧をあげて安定するか否かを測る。
（２）背圧を上げることにより計量時間が上昇する
スクリュー回転数を上昇させて、計量時間を調整する。
（３）樹脂粘度測定システムを用いて樹脂粘度を測定する
粘度を測定することによって、樹脂温度を予測することが可能となる。状況に応じて温度を上げたり下げたりすることで調整する。
（４）オペレータが機械にて決めた背圧、スクリュー回転数、樹脂温度を元にして流動解析を行う。それにより、未溶融領域が存在しているか否かの判断し、設定した条件で可塑化を行った場合にエラーが生じないかを計算する。
ＳＴＥＰ４ 可塑化条件を決定する
上記で可塑化条件を決定する。最適解が得られない場合は、樹脂の変更やスクリュー形状・径の変更を指示する。

ここで、可塑化完了後の理想の溶融状態の判断基準について、温度の安定性、密度の安定性、および粘度の安定性の観点から理想状態の説明をする。

（１） 樹脂温度の安定性
樹脂温度の安定性は理想の可塑化状態の判断で極めて大切な視点である。樹脂温度が均一でない場合には、すべての状態が不安定となってしまう。樹脂溶融温度に達していない場合には、未可塑となってしまう。また、内部での樹脂温度ムラが大きいと成形品は安定しない。冷却速度が変わるために、ヒケの具合が変わる。特に、スクリューの回転数・背圧・加熱シリンダの設定温度によって影響をうける。
実際の樹脂温度を測定することは困難であるが、流動解析により、樹脂発熱量を計算することにより予測することができる。

（２） 樹脂密度の安定性
樹脂密度が安定していない場合には、計量が不安定となってしまうことがある。その結果、射出量が安定せずに成形品が安定しない。特に、スクリューの回転数・背圧によって影響をうける。
これは、スクリューの後退速度の安定性を確認することで確認できる。そのため、流動解析により、圧力変動がどのようになるかを計算することによって予測することができる。

（３） 樹脂粘度の安定性
樹脂粘度が安定しない場合には、結果射出量が安定せずに成形品が安定しない。樹脂粘度の安定性は、特に、背圧・設定温度に影響をうける。流動解析により，温度を予測し樹脂粘度を計算することができる。
樹脂粘度の安定性は、射出時の圧力を確認することで安定性を見ることができる。また、既に開発されている樹脂粘度測定システムを用いることにより、実測も可能である。これは、ノズル通過時のせん断力・速度・圧力を元に算出する。

以上、本実施例の一例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。上記一例では、成形条件の一例として可塑化条件について説明したが、これ以外の成形条件であってもよい。また、表示部２２に表示される変更を指示する表示については、文字によるメッセージだけでなく、図形、または文字と図形の組み合わせにより表示するようにしてもよい。

（第２実施例）
以下に、本発明の第２実施例に係る射出成形システムについて、図４および図５を参照して説明する。なお、上述した第１実施例と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。

本実施例の射出成形システム２００は、上述した第１実施例の射出成形機１と、システム全体の動作を司る制御装置５０とを有している。制御装置５０は、中央演算装置（ＣＰＵ）およびメモリを備えたコンピュータで構成されている。

図４に、射出成形システム２００の機能ブロック図を示す。制御装置５０は、理想可塑化状態格納部５１と、可塑化状態シミュレーション部５２と、判定部５３と、動作制御部５４と、測定部５５と、可塑化条件変更部５６と、出力部５７と、を有している。

理想可塑化状態格納部５１は、ハードディスク装置や不揮発性メモリなどの記憶装置で構成されており、熱可塑性の樹脂において理想的な可塑化状態であるか否かの判定に用いる判定基準を格納している。理想的な可塑化状態とは、加熱シリンダ１０内において計量された樹脂が温度、密度および圧力についてムラなく均一（許容可能な程度におおむね均一を含む）に溶融されている可塑化状態のことをいう。また、理想可塑化状態格納部５１は、樹脂の名称（樹脂を特定する情報）とその特性（樹脂比熱など）とを関連付けて格納している。また、スクリュー１２の名称（スクリュー１２を特定する情報）とその形状（長さ、軸径、フライト径、フライトピッチなど）およびその回転数に応じた基準となる背圧とを関連付けて格納している。樹脂およびスクリュー１２の名称以外にも、識別番号や符号、記号など、それらを特定できる情報であればよい。

入力装置２１は、第１実施例と同一である。本実施例において、入力装置２１には、入力条件として、樹脂の名称、スクリュー１２の名称、成形品の質量（一射出あたりの樹脂量）および成形サイクルタイムが入力される。なお、スクリュー１２の名称については、射出成形機１にスクリュー１２を設置する際にあらかじめ設定されていてもよい。

可塑化状態シミュレーション部５２は、入力装置２１に入力された入力条件から得た可塑化条件または後述する可塑化条件変更部５６による変更後の可塑化条件を用いて可塑化状態をシミュレーションする。

具体的には、可塑化状態シミュレーション部５２は、成形サイクルタイムから、金型からの成形品の取り出しにかかる時間を減ずることにより可塑化時間を算出する。次に、成形品の質量を可塑化時間で割ることによりスクリュー１２によって単位時間あたりに移送すべき樹脂量を算出する。次に、スクリュー１２の名称で特定されるスクリューにおいて、その形状に基づき、算出された樹脂量を移送するために必要な回転数を算出する。なお、あらかじめ理想可塑化状態格納部５１にスクリュー１２における単位時間あたりの移送可能樹脂量を格納していてもよい。次に、算出した回転数でスクリュー１２を回転させたときの加熱シリンダ１０内での樹脂の滞留時間を算出する。次に、樹脂比熱を用いて、算出した滞留時間で完全に溶融させるための加熱シリンダ１０の温度を算出する。算出したスクリュー１２の回転数に応じた背圧を理想可塑化状態格納部５１から取得する。可塑化状態シミュレーション部５２は、こうして得られた可塑化条件（スクリュー回転数、樹脂が可塑化・計量されるときの背圧および加熱シリンダ温度）を用いて可塑化状態を流動解析により得る。または、後述する可塑化条件変更部５６による変更後の可塑化条件を用いて可塑化状態を流動解析により得る。

判定部５３は、可塑化状態シミュレーション部５２によって得られた可塑化状態が理想的な可塑化状態であるか否かを判定する。具体的には、流動解析結果に基づき、計量後の樹脂が温度、密度および圧力について均一な分布となっているか、理想可塑化状態格納部５１に格納した判定基準を用いて確認する。そして、温度、密度および圧力について均一な分布となっていれば理想的な可塑化状態であると判定し、均一な分布となっていなければ理想的な可塑化状態でないと判定する。また、判定部５３は、温度、密度および圧力についてムラが多く、均一な分布からかけ離れているときは、理想的な可塑化状態でなく、かつ、スクリュー回転数、背圧および加熱シリンダ温度の調整だけでは理想的な可塑化状態を得られないと判定する。

動作制御部５４は、判定部５３によって理想的な可塑化状態でないと判定されたとき、可塑化状態シミュレーション部５２におけるシミュレーションに用いられたスクリュー回転数、背圧および加熱シリンダ温度を用いて、スクリュー１２の駆動部３０および加熱ヒータ１６を制御して、パージ動作を複数回（例えば３回〜１０回程度）実行する。

測定部５５は、パージ動作中の計量時間および計量した樹脂の粘度を測定する。

可塑化条件変更部５６は、測定部５５によって測定された計量時間のバラツキを検出し、バラツキが基準値より大きいときは背圧を上げる。背圧を上げることにより計量時間が増加する場合は、スクリュー回転数を上げて成形サイクルタイムに収まるよう計量時間を調整する。また、可塑化条件変更部５６は、測定部によって測定された樹脂の粘度が、正常範囲を下回っている（粘度が低い）ときは加熱シリンダ温度を下げ、正常範囲を上回っている（粘度が高い）ときは加熱シリンダ温度を上げる。計量時間のバラツキの基準値および樹脂の粘度の基準値（正常範囲）は、理想可塑化状態格納部５１に格納されている。また、背圧の上げ幅および加熱シリンダ温度の変更幅も、理想可塑化状態格納部５１に格納されている。

出力部５７は、判定部５３によって理想的な可塑化状態であると判定されたとき、そのときのスクリュー回転数、背圧および加熱シリンダ温度について、設定すべき値として表示部２２に表示（出力）する。また、判定部５３によって判定部５３によって理想的な可塑化状態でなくかつスクリュー回転数、背圧および加熱シリンダ温度の調整だけでは理想的な可塑化状態を得られないと判定されたとき、スクリュー１２の交換または樹脂の変更を促すメッセージを表示部２２に表示する。これら表示は、第１実施例と同様である。オペレータは、表示部２２に表示された可塑化条件を設定値として用いたり、スクリュー１２の交換や樹脂の変更を検討したりすることができる。なお、出力部５７によって出力された可塑化条件を自動的に設定するようにしてもよい。

制御装置５０は、メモリに格納された制御プログラム（解析プログラムが組み込まれている）を実行するＣＰＵにより、可塑化状態シミュレーション部５２、判定部５３、動作制御部５４、測定部５５、可塑化条件変更部５６および出力部５７、を実現している。

次に、本実施例の射出成形システム２００の制御装置５０における本発明に係る動作の一例について、図５のフローチャートを参照して説明する。

入力装置２１に、入力条件である樹脂の名称、スクリュー１２の名称、成形品の質量および成形サイクルタイムが入力されると（Ｓ１１０）、制御装置５０は、これらから、スクリュー１２の回転数および加熱シリンダ１０の温度を算出するとともに当該回転数に応じた背圧を取得する（Ｓ１２０）。そして、これら値を用いたシミュレーションを行い、計量された樹脂の可塑化状態を得る（Ｓ１３０）。

制御装置５０は、シミュレーションにより得られた可塑化状態が理想的なものか否かを判定する（Ｓ１４０）。

すなわち、制御装置５０は、理想的な可塑化状態であると判定したとき（Ｓ１４０でＹ）、シミュレーションに用いたスクリュー１２の回転数、背圧および加熱シリンダ１０の温度を示すメッセージを表示部２２に表示して（Ｓ２６０）、処理を終了する。制御装置５０は、理想的な可塑化状態でなく（Ｓ１４０でＮ）かつスクリュー回転数、背圧および加熱シリンダ温度の調整だけでは理想的な可塑化状態を得られないと判定したとき（Ｓ１５０でＮ）、スクリュー１２の交換または樹脂の変更を促すメッセージを表示部２２に表示して（Ｓ２６０）、処理を終了する。

また、制御装置５０は、理想的な可塑化状態でなく（Ｓ１４０でＮ）かつスクリュー回転数、背圧および加熱シリンダ温度の調整だけで理想的な可塑化状態を得られると判定したとき（Ｓ１５０でＹ）、シミュレーションに用いたスクリュー１２の回転数、背圧および加熱シリンダ１０の温度を用いてパージ動作を複数回実行し（Ｓ１６０）、計量時間および樹脂の粘度を測定する（Ｓ１７０）。

制御装置５０は、計量時間のバラツキが基準値より大きいとき（Ｓ１８０でＹ）、背圧を上げる（Ｓ１９０）。背圧を上げることにより計量時間が増加するとき（Ｓ２００でＹ）、計量時間が成形サイクルタイムに収まるようスクリュー回転数を上げる（Ｓ２１０）。また、制御装置５０は、樹脂の粘度が高く、正常範囲を上回っているとき（Ｓ２２０でＹ）、加熱シリンダ温度を上げ（Ｓ２３０）、樹脂の粘度が低く、正常範囲を下回っているとき（Ｓ２４０でＹ）、加熱シリンダ温度を下げる（Ｓ２５０）。

そして、制御装置５０は、可塑化状態のシミュレーション（Ｓ１３０）、理想的な可塑化状態の判定（Ｓ１４０、Ｓ１５０）、パージ動作および計測（Ｓ１６０、Ｓ１７０）スクリュー回転数、加熱シリンダ温度および背圧の変更（Ｓ１８０〜Ｓ２５０）を上記と同様に繰り返して、理想的な可塑化状態となるか（Ｓ１４０でＹ）、または理想的な可塑化状態でなくかつ可塑化条件の調整だけでは理想的な可塑化状態を得られないと（Ｓ１５０でＮ）、メッセージを表示して（Ｓ２６０）、本処理を終了する。

以上より、本実施例の射出成形システム２００によれば、制御装置５０が、入力装置２１に入力された入力条件に基づいて可塑化条件を取得し、当該可塑化条件を用いて可塑化状態をシミュレーションする。シミュレーションによって得られた可塑化状態が理想的な可塑化状態であるか否かを判定する。理想的な可塑化状態でないと判定されたとき、可塑化条件を変更する。理想的な可塑化状態であると判定されたとき、シミュレーションで用いられた可塑化条件を出力する表示部２２に表示する。そして、可塑化条件が変更されたとき、変更後の可塑化条件を用いて可塑化状態をシミュレーションする。このようにしたことから、入力装置２１への入力条件に基づいて取得した可塑化条件を用いてシミュレーションを行い、その結果、当該可塑化条件では理想的な可塑化状態を得られないときは、可塑化条件を変更して再度シミュレーションを行う。そのため、理想的な可塑化状態が得られるように自動的に可塑化条件を変更するので、従来のようにオペレータ等の経験や勘に頼ることなく、射出成形するときの可塑化条件を最適な条件へとなるよう簡単に変更することが可能となる。つまり、オペレータ等の経験を問わず最適な可塑化条件で射出成形を行うことが可能となり、これにより、製造される成形品に不良が発生してしまうことを防止することができる。

また、制御装置５０が、シミュレーションに用いられた可塑化条件を用いてパージ動作を行うようスクリュー１２の駆動部および加熱ヒータ１６を制御する。パージ動作における計量時間および樹脂粘度を測定する。そして、測定結果を用いて可塑化条件を変更する。このようにすることで、実測に基づき可塑化条件を変更するので、より効率的に理想的な可塑化状態となる可塑化条件を得ることができる。

また、入力装置２１に入力される入力条件には、樹脂の名称、スクリュー１２の名称、成形品の質量（一射出あたりの樹脂量）、および、成形サイクルタイムを含む。このようにしたことから、少ない入力条件で理想的な可塑化状態となる可塑化条件を得ることができる。

また、可塑化条件には、スクリュー回転数、樹脂が可塑化・計量されるときの背圧、および、加熱シリンダ温度を含む。このようにしたことから、可塑化に関わる条件のうち、比較的重要な条件を得ることができる。

上述した第２実施例において、可塑化条件変更部５６は、パージ動作中に測定した計量時間および樹脂の粘度に基づいて、スクリュー回転数、加熱シリンダ温度および背圧を変更するものであったが、これに限定されない。例えば、理想可塑化状態格納部５１に、理想的な可塑化状態となる樹脂（樹脂の名称）、スクリュー（スクリューの名称）、スクリュー回転数、加熱シリンダ温度および背圧の組み合わせをあらかじめ格納しておく。そして、可塑化条件変更部５６は、判定部５３によって理想的な可塑化状態でないと判定されたとき、入力装置２１に入力された樹脂の名称およびスクリューの名称、ならびに、シミュレーションに用いられたスクリュー回転数、背圧および加熱シリンダ温度と、理想可塑化状態格納部５１に格納された上記組み合わせとを比較する。そして、最も距離（差異の程度）が近い上記組み合わせに基づいて、スクリュー回転数、背圧および加熱シリンダ温度を変更する。このような構成を採用してもよい。

（第１実施例）
１００…射出成形システム
１…射出成形機
２…射出ユニット
３…型締ユニット
４…固定金型
５…可動金型
６…トグルリンク機構
７…可動ダイプレート
８…固定ダイプレート
１０…加熱シリンダ
１１…射出ノズル
１２…スクリュー
１３…支持部材
１４…ホッパ
１５…ホッパブロック
１６…加熱ヒータ
２０…最適可塑化条件解析・演算部
２１…入力装置
２２…表示部
２３…入力条件格納部
２４…理想可塑化状態格納部
２５…比較部
２６…最適条件解析・演算部
２７…最適条件決定部
２８…条件変更指示部
２９…入力条件シミュレーション部
（第２実施例）
２００…射出成形システム
５０…制御装置
５１…理想可塑化状態格納部
５２…可塑化状態シミュレーション部
５３…判定部
５４…動作制御部
５５…測定部
５６…可塑化条件変更部
５７…出力部

Claims (9)

1. 射出成形機の制御プログラム内に理想的な可塑化条件と解析プログラムを組み込んでおき、成形機のオペレータが目的の成形品情報と成形サイクルタイムを入力し、樹脂の種類およびスクリュの形状を選択すれば、最適な樹脂溶融状態を得るための条件を自動的に演算して、最適な可塑化条件を出力することを特徴とする射出成形システム。
2. 加熱シリンダ内のスクリューを回転させながら後退させることにより溶融樹脂の可塑化・計量工程を行った後、射出工程として前記スクリューを前進させることで加熱シリンダ先端に装着した射出ノズルから金型のキャビティへ溶融樹脂を射出する射出成形機を備えた射出成形システムであって、
   該射出成形機を稼働するときの可塑化条件を入力する入力装置と、
   該入力装置により入力された可塑化条件が格納される入力条件格納部と、
   前記入力装置により入力された入力条件により可塑化状態をシミュレーションする入力条件シミュレーション部と、
   加熱シリンダ内の溶融樹脂が均一に溶融されるようにする理想の可塑化状態の情報が格納される理想可塑化状態格納部と、
   前記可塑化状態のシミュレーションの結果を基にして、前記入力条件格納部に格納されたデータと前記理想可塑化状態格納部に格納された情報とを比較する比較部と、
   該比較部の結果、前記入力条件格納部に格納された入力データに基づくシミュレーションが理想の可塑化状態か否かを、前記入力条件格納部のデータと前記理想可塑化状態格納部に格納された情報とを用いて解析・演算する最適条件解析・演算部と、
   該入力データに基づくシミュレーションが理想の可塑化状態でないと判定されたときに、最適な可塑化条件を決定する最適条件決定部と、を備えたことを特徴とする射出成形システム。
3. 該最適条件決定部で決定された演算結果に基づき、最適な可塑化条件に変更するのに必要な情報を表示部に表示する条件変更指示部を備えたことを特徴とする請求項２記載の射出成形システム。
4. 前記入力装置により入力され前記入力条件格納部に格納された可塑化条件は、
   樹脂の種類、樹脂の温度、スクリューの形状、成形サイクルタイム、樹脂が可塑化・計量されるときの背圧のうちの少なくとも何れか１つを含むことを特徴とする請求項２または３に記載の射出成形システム。
5. 前記理想可塑化状態格納部に格納される理想の可塑化状態の情報は、加熱シリンダ内で可塑化溶融された樹脂の溶融状態の均一性に係る情報を用いて得られたものであることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の射出成形システム。
6. 熱可塑性の樹脂が供給される加熱シリンダと、前記加熱シリンダ内に設けられたスクリューと、前記加熱シリンダに装着された加熱ヒータと、を有する射出成形システムであって、
   入力装置に入力された入力条件に基づいて可塑化条件を取得し、当該可塑化条件を用いて可塑化状態をシミュレーションする可塑化状態シミュレーション部と、
   前記可塑化状態シミュレーション部によって得られた可塑化状態が理想的な可塑化状態であるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって理想的な可塑化状態でないと判定されたとき、前記可塑化条件を変更する可塑化条件変更部と、
   前記判定部によって理想的な可塑化状態であると判定されたとき、前記可塑化状態シミュレーション部で用いられた可塑化条件を出力する出力部と、を有し、
   前記可塑化状態シミュレーション部が、前記可塑化条件変更部によって可塑化条件が変更されたとき、変更後の可塑化条件を用いて可塑化状態をシミュレーションすることを特徴とする射出成形システム。
7. 前記可塑化状態シミュレーション部によるシミュレーションに用いられた可塑化条件を用いてパージ動作を行うよう前記スクリューの駆動部および前記加熱ヒータを制御する動作制御部と、
   前記パージ動作における計量時間および樹脂粘度のうちの少なくとも１つを測定する測定部と、をさらに有し、
   前記可塑化条件変更部が、前記測定部による測定結果を用いて前記可塑化条件を変更することを特徴とする請求項６に記載の射出成形システム。
8. 前記入力条件には、前記樹脂を特定する情報、前記スクリューを特定する情報、一射出あたりの樹脂量、および、成形サイクルタイムを含むことを特徴とする請求項６または７に記載の射出成形システム。
9. 前記可塑化条件には、スクリュー回転数、樹脂が可塑化・計量されるときの背圧、および、加熱シリンダ温度を含むことを特徴とする請求項６または７の何れか１項に記載の射出成形システム。
   

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