WO2015019721A1

WO2015019721A1 - 注入制御方法、および注入制御装置

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Publication number: WO2015019721A1
Application number: PCT/JP2014/066224
Authority: WO
Inventors: 健一落合
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2015-02-12
Also published as: JP6202097B2; KR101833649B1; CN105451962B; EP3031594A1; US20160158986A1; EP3031594A4; JPWO2015019721A1; EP3031594B1; CN105451962A; KR20160030977A

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂などの注入材の金型への総注入量を安定化させる注入制御方法、および注入制御装置を提供する。【解決手段】本発明は、金型のキャビティに注入材を注入する注入手段を制御する注入制御方法であって、前記キャビティにおいて注入材が注入位置から離れた所定位置に到達することを検知する検知ステップと、注入材の注入開始から前記検知ステップによる検知までの時間に基づいて、注入終了時間を決定する決定ステップと、を行う。

Description

注入制御方法、および注入制御装置

　本発明は、注入制御方法、および注入制御装置に関する。

　従来から、電子部品が実装された回路基板に対して熱可塑性樹脂を射出形成し、回路基板全体を覆うように封止する技術がある。この技術は、たとえば、薄型の二次電池を製作する際に用いられる。

　熱可塑性樹脂が低粘度である場合には、金型のキャビティ部に注入されたときに乱流が起こりやすく、ボイドが発生することが多い。

　そこで、特許文献１では、熱可塑性樹脂の注入圧力を検知して、金型内で乱流が起こらないように流速を制御している。

特開２００４－３５１７７７号公報

　しかし、熱可塑性樹脂の流速を制御したとしても、実際には、材料ロットや樹脂温度などのさまざまな要因によって熱可塑性樹脂の粘度は変化するため、理想の流速を維持することは難しい。そのため、熱可塑性樹脂の金型への総注入量が安定せず、ショートショットやオーバーフローなどの不具合が発生する、という問題がある。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱可塑性樹脂などの注入材の金型への総注入量を安定化させる注入制御方法、および注入制御装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成する本発明は、金型のキャビティに注入材を注入する注入手段を制御する注入制御方法であって、前記キャビティにおいて注入材が注入位置から離れた所定位置に到達することを検知する検知ステップと、注入材の注入開始から前記検知ステップによる検知までの時間に基づいて、注入終了時間を決定する決定ステップと、を行う。

　また、上記目的を達成する本発明は、注入制御装置であって、金型のキャビティに注入材を注入する注入手段と、前記キャビティにおいて注入材が注入される位置から離れた位置に設けられ、前記注入材の到達を検知する検知手段と、熱溶融材料の注入開始から前記検知手段による検知までの時間に基づいて、注入終了時間を決定する決定手段と、を備える。

　本発明によれば、注入位置から離れた所定位置に注入材が到達するまでの時間に基づいて、注入終了時間を決定している。これにより、材料ロットや樹脂温度などのさまざまな要因によって注入材の注入条件（粘度など）が当初の予定と異なる場合でも、最終的に金型に注入される注入材の総注入量は一定となる。そのため、注入圧力、樹脂温度、金型温度などの調整を個々に行わなくても、注入終了時間を変えるだけの簡易な方法によって、注入材の総注入量を安定化できる。その結果、ショートショットやオーバーフローなどの不具合も発生せず、歩留りが高くなる。

　上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

注入制御システムの概略構成図である。電池セルおよび作製される成形品を示す概略図である。金型装置の概略外観図である。金型装置を構成する上型の下面図である。上型において注入材が注入された様子を示す図である。図３および図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面を示す図である。図３および図５のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面を示す図である。金型装置に注入された注入材がセンサーに到達するまでの時間と、不具合のない成形品を作製するのに最適な注入終了時間の関係を示すグラフである。成形品の作製処理の手順を示すフローチャートである。注入材の注入時間と実際の注入量の関係を示すグラフである。赤外線式温度センサーによって測定された温度と、そのときに赤外線式温度センサーが出力する電圧値との対応関係を示すグラフである。複数の吐出ポンプを有する吐出装置と、１つのセンサーしか持たない複数の金型装置とを接続したときの構成例（２ポンプ１センサー）を示す図である。複数の吐出ポンプを有する吐出装置と、２つのセンサーを持つ複数の金型装置とを接続したときの構成例（２ポンプ２センサー）を示す図である。１つの吐出ポンプを有する吐出装置と、１つのセンサーしか持たない複数の金型装置とを接続したときの構成例（１ポンプ１センサー）を示す図である。金型装置に注入された注入材がセンサーに到達するまでの時間と、不具合のない成形品を作製するのに最適な注入終了時間の関係を示す１次関数のグラフである。

　以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

　＜注入制御システム１＞
　図１は、本実施形態に係る注入制御システム１の概略構成図である。

　注入制御システム１は、射出成形により成形品を作製するシステムであり、成形品として、たとえば、所望の対象物を補強するための補強部材を作製する。本実施形態では、対象物として、電池セルを補強する場合について説明する。

　注入制御システム１は、図１に示すように、金型装置１０、注入材供給源２０、圧送装置３０、除去装置４０、エア供給源５０、電気的駆動弁６０、吐出装置７０、センサー８０、および注入制御装置９０を備える。注入制御システム１は、金型装置１０内部に電池セル１００を配置しつつ、金型装置１０内に溶融した熱溶融材料を注入材として注入して、電池セル１００の周囲に成形品を作製する。電池セル、成形品等の詳細については、後述する。まず、注入制御システム１の各構成の概略について説明する。

　金型装置１０は、上型および下型を有し、上下型を合わせることによって、内部に電池セル１００を収納する。電池セル１００の周囲には注入材が注入されるキャビティが形成されており、キャビティの形状に従って電池セル１００の周囲に成形品を作製できる。金型装置１０の詳細については、後述する。

　注入材供給源２０は、金型装置１０に注入される注入材の供給源である。たとえば、注入材供給源２０は、注入材を収容可能なタンクである。

　圧送装置３０は、注入材供給源２０と接続されており、注入材供給源２０に収容されている注入材を、除去装置４０へと圧送する。圧送装置３０は、除去装置４０へ圧送する注入材の量（「供給量」ともいう）を調整できる。圧送装置３０は、除去装置４０への圧送を停止する（供給量を「０」にする）こともできる。なお、圧送装置３０には、油圧駆動ポンプ（たとえば、ギヤポンプ）が用いられる。ただし、これに限らず、エア駆動ポンプなどが用いられてもよい。

　除去装置４０は、圧送装置３０および吐出装置７０の間に設けられ、圧送装置３０から圧送された注入材に含まれている異物を除去するフィルターである。フィルターの種類としては、ステンレス製のリーフディスクフィルターを使用するのが好ましく、フィルターエレメントとしてはファイバータイプ、パウダータイプ、あるいはそれらの複合タイプを使用するのが好ましい。

　エア供給源５０は、吐出装置７０にエアを供給する供給源である。たとえば、エア供給源５０は、モーターの回転によりエアを圧縮して出力するエアコンプレッサーである。

　電気的駆動弁６０は、弁（バルブ）の開閉量を調整することにより、エア供給源５０から吐出装置７０に供給されるエアの圧力を制御する。なお、電気的駆動弁６０には、電磁石の磁力を用いてプランジャと呼ばれる鉄片を動かすことで開閉する電磁弁（ソレノイドバルブ）が用いられる。ただし、これに限らず、モーターで駆動する電動弁などが用いられてもよい。

　吐出装置７０は、注入材供給源２０から供給された注入材を、エア供給源５０から供給されるエアの圧力によって吐出量を調整しつつ、金型装置１０のキャビティに吐出する。電気的駆動弁６０の開閉度を大きくすれば、エア供給源５０から供給されるエアの圧力も大きくなり、吐出装置７０の単位時間当たりの吐出量を大きくできる。逆に、電気的駆動弁６０の開閉度を小さくすれば、吐出装置７０の単位時間当たりの吐出量を小さくできる。また、電気的駆動弁６０の開閉度を一定にすれば、吐出装置７０の単位時間当たりの吐出量を一定にできる。電気的駆動弁６０が閉じれば、エア供給源５０から供給されるエアの圧力がなくなり、吐出装置７０からキャビティ部１７への注入は停止する。

　センサー８０は、金型装置１０に取り付けられ、注入材の流動を検知する。センサー８０による検知結果は、注入制御装置９０に逐次送信される。センサー８０の詳細については後述する。

　注入制御装置９０は、金型装置１０、圧送装置３０、電気的駆動弁６０、およびセンサー８０に接続されており、各構成を制御する。たとえば、注入制御装置９０は、金型装置１０の型の開閉を制御したり、圧送装置３０から除去装置４０へ圧送する注入材の供給量を調整したり、電気的駆動弁６０の弁の開閉度を調整したりする。また、注入制御装置９０は、注入材の注入時間を計測し、センサー８０の検知結果に基づいて、注入材の注入を終了すべき最適な時間（以下、「注入終了時間」とも称する）を予測（決定）する。

　注入制御装置９０は、ＣＰＵ（不図示）が、ストレージ（不図示）にインストールされているプログラムをメモリー（不図示）に読み出して実行する一般的なコンピューターにより実現される。たとえば、注入制御装置９０には、デスクトップ型のＰＣ（パーソナルコンピューター）が用いられてもよいし、タブレット端末、スマートフォン、携帯電話、等の携帯端末が用いられてもよい。注入制御装置９０による詳細な制御については、後述する。

　以下、上記の構成について、より具体的に説明する。

　（電池セル１００および成形品）
　図２は、電池セルおよび作製される成形品を示す概略図である。図２（Ａ）は電池セルの平面図であり、図２（Ｂ）は電池セルの側面図である。

　電池セル１００は、正極、セパレータ、負極が積層された電池要素が外装に内包されてなる扁平形の二次電池である。外装は、２枚のラミネートシートを電池要素の積層方向両側から挟み、端辺が相互に溶着されることで、電池要素を密閉する。電池セル１００の外周は、融着されたラミネートシートなので、柔らかく、ハンドリングの際や、電池セル１００を積層する際に変形しやすい。

　そこで、本実施形態では、電池セル１００の外周（端辺）を補強するために、注入制御システム１は、図２に示す補強部材１５０を成形する。補強部材１５０は、矩形の電池セル１００の薄い外周を覆うように作製される。

　（金型装置１０）
　金型装置１０について説明する。

　図３は金型装置の概略外観図、図４は金型装置を構成する上型の下面図、図５は上型において注入材が充填された様子を示す図である。なお、図３～５では、金型内に配置される電池セルの図示を省略している。図６は図３および図５をＶＩ－ＶＩ線に沿って切った断面図、図７は図３および図５をＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿って切った断面図である。

　金型装置１０は、たとえば、図３に示すように、固定金型である下型１１と、不図示の駆動機構により上下動する可動金型である上型１２と、を備えている。下型１１および上型１２には、それぞれ、電池セル１００を収納可能な収納部１３ａ、１３ｂがそれぞれ形成されている。上型１２を下型１１に接近させ、型合わせすると、収納部１３ａおよび収納部１３ｂにより収納部１３が形成される。

　下型１１および上型１２には、図３には表れないが、型内に注入材を注入するための注入口およびキャビティが設けられている。図４に示すように、上型１２を底面から見ると、注入口１４およびキャビティ１５が形成されている。下型１１にも、上型１２と対応する位置に少なくともキャビティ１５が設けられる。キャビティ１５は、所望の補強部材１５０の形状に合致して形成されている。注入材が注入口１４から注入されると、注入材は、位置Ａを通り、流動末端Ｂ、Ｂ’に向かって二手に分かれ進行する。位置Ａは、注入口１４とキャビティ１５との境界部分であり、注入口１４から見て、補強部材１５０として注入材が残る最初の位置である。位置Ａを、以下では、注入位置Ａとも呼ぶ。

　流動末端Ｂ、Ｂ’は、注入材の流動が停止する部分、すなわち、注入材が充填される末端部である。注入材は、所定位置Ｃを通過して流動末端Ｂに到達し、また、流動末端Ｂ’に到達する。このように、注入材がキャビティ１５に充填されると、図５～図７に示す補強部材１５０の形状が得られる。これにより、補強部材１５０は、図２に示すように、電池セル１００の端部を覆うように形成される。

　なお、注入位置Ａは、キャビティ１５が注入材により充填されたと仮定したときの、注入材（補強部材１５０）の重心位置であることが好ましい。このような位置に注入位置Ａおよび注入口１４が設けられることにより、注入材の流動が停止する流動末端Ｂ、Ｂ’が複数ある場合には、それぞれの流動末端Ｂ、Ｂ’に注入材が到達するまでの時間を概ね等しくできる。そのため、キャビティ１５全体へ偏りなく注入材を注入できる。その結果、どちらかの流動末端Ｂ、Ｂ’に注入材が到達しているにもかかわらずその流動末端Ｂ、Ｂ’に向けてさらに注入材が注入されるといったことはなくなり、注入材が無理に注入されることによる金型装置１０への負荷を軽減できる。

　（センサー８０）
　センサー８０について説明する。図４および図７に示すように、センサー８０は、キャビティ１５に向かって露出するように、換言すると、注入時の注入材と接触するように、上型１２に設けられている。センサー８０は、独立したキャビティ１５の数だけ設けられる。センサー８０は、キャビティ１５において注入材が注入位置Ａから離れた所定位置Ｃに到達することを検知する。

　センサー８０が設けられる所定位置Ｃは、図４に示すように、注入位置Ａと流動末端Ｂとの間の位置であることが好ましい。なお、本実施形態において、注入位置Ａと流動末端Ｂとの間とは、注入位置Ａから流動末端Ｂまでの全容量のうち、１０％注入した位置から９０％注入した位置までの範囲と定義する。ただし、これに限定されず、任意の範囲としてもよいが、注入位置Ａおよび流動末端Ｂには、センサー８０を設けないようにする。

　仮に、センサー８０が、流動末端Ｂ付近に設けられると、注入位置Ａから遠くなるため、注入材がセンサー８０の位置に到達するときには温度が低下してしまう。このとき、注入制御装置９０は、センサー８０の検知結果に基づいて、注入材がセンサー８０の位置に到達した時間を正確に把握できない。そのため、注入制御装置９０が注入材の注入を終了すべき最適な時間を予測しても、予測誤差が大きくなる場合がある。加えて、流動末端Ｂ付近で注入材を検知しても、流動末端Ｂまでの残りの容量は少なくて、注入量を制御する余地がない場合がある。反対に、センサー８０が、注入位置Ａ付近に設けられると、注入材が所定位置Ｃに到達するまでの時間が極端に短くなる。このようなセンサー８０の検知結果に基づいて注入制御装置９０が注入材の注入を終了する時間を予測しても、その後の注入が予測どおりに進まない可能性が高く、予測誤差が大きくなる場合がある。したがって、本実施形態のように、注入位置Ａと流動末端Ｂの間の位置にセンサー８０を設けることにより、注入材の注入を終了すべき最適な時間を精度良く予測できるようになる。

　あるいは、センサー８０は、成形品を金型装置１０から離型するためのエジェクタピンの位置に設けることが好ましい。これにより、新たにセンサー８０を設けるために金型装置１０（たとえば、上型１２）を加工しなくても、既存のエジェクタピン用の孔にセンサー８０を挿入するだけの簡易な方法によって安価に設置できる。

　なお、センサー８０は、たとえば、温度センサー、圧力センサー、およびファイバーセンサーの少なくともいずれか一つにより構成される。センサー８０が温度センサーである場合には、センサー８０は、検知した注入材の温度を、センサー値として注入制御装置９０へ送信する。また、センサー８０が圧力センサーである場合には、センサー８０は、検知した圧力値を、センサー値として注入制御装置９０へ送信する。また、センサー８０がファイバーセンサーである場合には、センサー８０は、検知した光量を、センサー値として注入制御装置９０へ送信する。センサー８０が以上のように構成されることにより、キャビティ１５における所定位置Ｃ付近の状態を、確実に注入制御装置９０へ知らせることができる。

　（注入制御装置９０）
　注入制御装置９０は、金型装置１０のキャビティ１５への注入材の注入量を制御する。たとえば、注入制御装置９０は、注入材の注入開始からの経過時間を測定するタイマーを有し、センサー８０からのセンサー値に基づいて、注入位置Ａから注入された注入材が所定位置Ｃに到達するまでの経過時間を計測する。そして、注入制御装置９０は、計測した経過時間に基づいて、成形品（たとえば、補強部材１５０）を作製するのに必要十分な注入量の注入材を注入することができる注入終了時間を決定する。ここで、必要十分な注入量とは、上述したショートショットやオーバーフローなどの不具合が発生しない程度のキャビティ１５への総注入量を指す。

　なお、実験によって、事前に、注入材のセンサー８０への到達時間Ｘと、キャビティ１５に所定量（たとえば、成形品を作製するのに必要十分な総注入量）の注入材が注入されるまでの注入終了時間Ｙと、の関係を表す関係式「Ｙ＝Ｆ（Ｘ）」を求めておく。具体的には、成形品の試作を繰り返し、その試作ごとに、上記の到達時間Ｘを測定し、試作の状況を観察して不具合のない成形品が作製される最適な注入終了時間Ｙを特定する。この複数回の試作により得られた複数組のデータ（到達時間Ｘ，注入終了時間Ｙ）を二次元平面上の点としてプロットし、プロットされた各点に最もフィットする曲線（上述の関係式「Ｙ＝Ｆ（Ｘ）」）を最小二乗法などの一般的な手法によって求める。なお、本実施形態では、求める関係式Ｆを二次関数とする。

　たとえば、図８に示す例のように、低粘度、中粘度、高粘度といった粘性の異なる注入材を用いて、成形品の試作を繰り返すことによって、上記の関係式Ｆを求めることができる。なお、低粘度の注入材を注入する場合には、（Ａ１）注入材：規格内において粘度値が下限の材料、（Ａ２）樹脂温度：設定温度２００℃＋温度バラツキ上限３℃＝２０３℃、（Ａ３）金型温度：金型製品面温度２０℃＋パラツキ３℃＝２３℃、の条件を満たすものとする。また、高粘度の注入材を注入する場合には、（Ｂ１）注入材：規格内において粘度値が上限の材料、（Ｂ２）樹脂温度：設定温度２００℃－温度バラツキ３℃＝１９７℃、（Ｂ３）金型温度：金型製品面温度２０℃－パラツキ３℃＝１７℃、の条件を満たすものとする。なお、中粘度の注入材を注入する場合には、低粘度と高粘度の中間の条件を満たすものとする。

　図８には、以上の注入条件で試作が繰り返されたときに得られた複数組のデータ（到達時間Ｘ，注入終了時間Ｙ）がプロットされている（ひし形の点）。そして、最小二乗法によりプロットされた各点に最もフィットする曲線を求めると、「Ｙ＝－０．５８Ｘ^２＋２．５５４９Ｘ－０．３７３７」という関係式Ｆが得られた。なお、このときの決定係数Ｒ^２は、０．９６２５であり「１」に近い値であるため、フィットの良い関係式Ｆと言える。

　以上の例のような方法によって、注入制御装置１０は、到達時間Ｘと注入終了時間Ｙの関係式Ｆを求めておき、図示しない記憶部に予め登録している。

　（注入制御装置９０による制御）
　次に、本実施形態に係る注入制御システム１による制御について説明する。

　図９は、注入制御装置において実行される成形品の作製処理の手順を示すフローチャートである。図１０は、注入材の注入時間と実際の注入量の関係を示すグラフである。

　（ステップＳ１０１）
　まず、注入制御装置９０は、成形品の作製に先立って、注入材の注入を開始してから終了するまでの注入時間（以下、「目標終了時間Ｔ」と称する）を設定する。目標終了時間Ｔは、注入材の注入条件（粘度、温度等）等に基づいて注入制御装置９０が自動で算出してもよいし、あるいはユーザーが手動で入力してもよい。

　（ステップＳ１０２）
　注入制御装置９０は、金型装置１０のキャビティ１５に対して、注入材の注入を開始する。具体的には、注入制御装置９０は、指示信号を送信して電気的駆動弁６０を所定の開閉度で開く。

　電気的駆動弁６０を開くと、キャビティ１５への注入が開始される。ただし、電気的駆動弁６０の開閉度は一定にし、吐出装置７０による注入材の単位時間当たりの吐出量を一定にする。それでも、注入材の特性（粘性など）や、注入制御システム１の使用環境などによって、実際にキャビティ１５に注入される単位時間当たりの注入量は変化する。たとえば、図１０に示すように、注入時間に対して実際にキャビティ１５に注入される注入量は、必ずしも比例せず、注入材の粘性によって単位時間当たりの注入量（グラフの傾きに相当）も変化する。

　そのため、注入材の特性などに関わらず一律に目標終了時間Ｔに注入を終了させると、キャビティ１５への総注入量が安定せず、ショートショットやオーバーフローなどの不具合が生じてしまう。たとえば、図１０の破線のグラフのように注入されることが予測されて目標終了時間Ｔが設定された場合について検討する。実際には、図１０の細実線のグラフのように、センサー８０が注入材の到達を検知した時間Ｐ１が、事前に予測した時間Ｐ０より遅い場合がある。この場合は、注入材が予測よりも高粘度（高粘度材料）であったことを示している。そのため、当初の予定どおり目標終了時間Ｔに注入を終了させると、目標注入量の注入材を注入できず、ショートショットとなる（図１０の「△」）。また、図１０の太実線のグラフのように、実際には、センサー８０が注入材の到達を検知した時間Ｐ２が、事前に予測した設定した時間Ｐ０より早い場合もある。この場合は、注入材が予測よりも低粘度（低粘度材料）であったことを示している。そのため、当初の予定どおり目標終了時間Ｔに注入を終了させると、目標注入量より多くの注入材を注入してしまい、オーバーフローとなる（図１０の「○」）。

　そこで、注入制御装置９０は、注入途中の段階において実際の注入状況を確認し、その注入状況に応じて注入終了時間を変更（補正）する。

　（ステップＳ１０３）
　具体的には、注入制御装置９０は、まず、注入材の注入を開始してから、注入材がキャビティ１５の所定位置Ｃ（図４参照）に到達するまでの到達時間Ｘを計測する。たとえば、注入制御装置９０は、注入材の注入開始と同時にタイマーを稼働する。これとともに、注入制御装置９０は、センサー１６から送信されたセンサー値を監視しておき、センサー値が所定値以上変化したときに、注入材が所定位置Ｃに到達したことを検知する。注入制御装置９０は、注入材が所定位置Ｃに到達したことを検知したときのタイマーの値を参照して、注入開始から注入材が所定位置Ｃに到達するまでの到達時間Ｘを計測する。

　（ステップＳ１０４）
　続いて、注入制御装置９０は、事前に登録されている上記関係式Ｆを記憶部から読み出し、ステップＳ１０３において計測された到達時間Ｘを、関係式Ｆに代入する。これにより、注入制御装置９０は、今回の注入材の注入（ショット）における、実際の注入状況に応じて不具合のない成形品を作製するのに最適な注入終了時間Ｙを求められる。

　（ステップＳ１０５）
　そして、注入制御装置９０は、注入終了時間を、ステップＳ１０１において設定された目標となる目標終了時間Ｔから、ステップＳ１０４において求められた注入終了時間Ｙに変更（補正）する。たとえば、図１０の細実線のグラフのように、注入材が予測よりも高粘度（高粘度材料）であった場合には、注入制御装置９０は、注入終了時間を、ＴからＹ１へと遅らせる。また、図１０の太実線のグラフのように、注入材が予測よりも低粘度（低粘度材料）であった場合には、注入制御装置９０は、注入終了時間を、ＴからＹ２へと早める。

　（ステップＳ１０６）
　その後、注入制御装置９０は、吐出装置７０による注入材の単位時間当たりの吐出量は変更せず、そのまま注入材の注入を継続し、ステップＳ１０５において決定された注入終了時間になると、電気的駆動弁６０を閉じる制御をして、注入を終了する。これにより、注入材の特性や、注入制御システム１の使用環境によらず、不具合のない成形品を作製するために必要十分な注入量（総注入量）の注入材をキャビティ１５に注入できる。

　ステップＳ１０６の終了に伴い、注入制御装置９０は、成形品の作製処理を終了する。

　以上の成形品の作製処理では、注入位置Ａから離れた所定位置Ｃに注入材が到達するまでの時間に基づいて、注入終了時間を決定している。すなわち、注入材の注入が開始された後、実際の注入状況をみて、注入終了時間を変えることで総注入量を制御している。これにより、材料ロットや樹脂温度などのさまざまな要因によって注入材の注入条件（粘度など）が当初の予定と異なる場合でも、最終的に金型に注入される注入材の総注入量は一定となる。そのため、注入圧力、樹脂温度、金型温度などの調整を個々に行わなくても、注入終了時間を変えるだけの簡易な方法によって、注入材の総注入量を安定化できる。その結果、ショートショットやオーバーフローなどの不具合も発生せず、歩留りが高くなる。

　なお、上記したフローチャートの各処理単位は、注入制御装置９０の理解を容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。処理ステップの分類の仕方やその名称によって、本願発明が制限されることはない。注入制御装置９０で行われる処理は、さらに多くの処理ステップに分割することもできる。また、１つの処理ステップが、さらに多くの処理を実行してもよい。

　（変形例）
　また、上記の実施形態は、本発明の要旨を例示することを意図し、本発明を限定するものではない。多くの代替物、修正、変形例は当業者にとって明らかである。

　たとえば、上記実施形態では、注入制御システム１によって作製される成形品を、電池セル１００の補強部材１５０としている。しかし、本発明は、一般的な金型により成形可能なものであれば、これに限定されない。

　また、上記実施形態では、熱可塑性樹脂を注入材として、金型装置１０のキャビティ１５に注入し、成形品を作製している。しかし、本発明は、これに限定されず、熱硬化性樹脂を注入材として用いてもよい。熱硬化性樹脂は、常温では液体であり、加熱した金型装置１０のキャビティ１５に注入されると、溶融して固化する。このような性質を持つ熱硬化性樹脂を用いて成形品を作製する場合であっても、上記実施形態の注入制御方法によって注入終了時間を制御することにより、熱可塑性樹脂を注入材として用いる場合と同様の効果が得られる。

　また、上記実施形態では、注入材のセンサー８０への到達時間Ｘと、注入材の注入開始から終了までの注入終了時間Ｙと、の関係を表す関係式Ｆは、二次関数である。しかし、本発明は、これに限定されず、要求する精度などに応じて、一次関数や、三次以上の高次関数としてもよい。

　また、上記実施形態では、センサー８０に、温度センサー、圧力センサー、ファイバーセンサーなどを使用する例について説明したが、赤外線式温度センサーを使用してもよい。ここで、赤外線式温度センサーは、赤外線の量を検知して温度を測定するセンサーである。赤外線式温度センサーは、測定した温度に相当する電圧値を、センサー値として注入制御装置９０に出力して、キャビティ１５における所定位置Ｃ付近の温度を、注入制御装置９０へ知らせることができる。

　ただし、赤外線式センサーから出力される電圧値は、測定した温度によってはノイズに埋もれやすく、正確な値とならない場合がある。図１１は、赤外線式温度センサーによって測定された温度Ｓと、そのときに赤外線式温度センサーが出力する電圧値Ｖとの対応関係を示すグラフである。図１１のグラフに示すように、測定された温度Ｓと、出力する電圧値Ｖは、正比例の関係にない。そのため、温度Ｓに対する電圧値Ｖの変化量が相対的に小さい領域（たとえば、図中の領域１）と、温度Ｓに対する電圧値Ｖの変化量が相対的に大きい領域（たとえば、図中の領域２）とでは、出力可能な電圧値Ｖのダイナミックレンジが異なる。この点を考慮して、赤外線式温度センサーは、出力する電圧値Ｖのダイナミックレンジが広くなる領域（たとえば、図中の領域２）で注入材の温度を計測可能な位置に設けられるとよい。たとえば、図４に示す所定位置Ｃに赤外線式温度センサーを設ければ、図１１に示す領域２の範囲の温度で注入材を計測できる。これにより、赤外線式温度センサーから出力される電圧値Ｖは、ノイズに埋もれない正確な値となる。その結果、注入制御装置９０では、注入材がセンサー８０の位置（所定位置Ｃ）に到達したことを確実に検知できるようになる。

　また、センサー応答が１０ｍｓ以下である赤外線式温度センサーを使用すれば、注入材を注入しているサイクル内に、注入終了時間を変更するためのフィードバックが可能になる。

　また、センサー８０として赤外線式温度センサーを使用する場合であっても、成形品を金型装置１０から離型するためのエジェクタピンの位置に設けられることが好ましい。

　また、上記実施形態では、吐出装置７０から１つの金型装置１０に注入材を注入する例について説明している。しかし、本発明は、これに限定されず、吐出装置７０から複数の金型装置１０にそれぞれ注入材を注入可能な構成としてもよい。

　図１２は、複数の吐出ポンプを有する吐出装置と、１つのセンサーしか持たない複数の金型装置１０とを接続したときの構成例（２ポンプ１センサー）を示す図である。図１３は、複数の吐出ポンプを有する吐出装置と、２つのセンサーを持つ複数の金型装置１０とを接続したときの構成例（２ポンプ２センサー）を示す図である。図１４は、１つの吐出ポンプを有する吐出装置と、１つのセンサーしか持たない複数の金型装置１０とを接続したときの構成例（１ポンプ１センサー）を示す図である。

　図１２に示す構成では、第１吐出ポンプＰ１から吐出された注入材は、第１金型装置１０Ａの左右のキャビティ１５に同時に注入される。これと共に、第２吐出ポンプＰ２から吐出された注入材は、第２金型装置１０Ｂの左右のキャビティ１５に同時に注入される。また、センサー８０は、金型装置１０（Ａ、Ｂ）ごとに１つずつ設けられ、たとえば、第１金型装置１０Ａの右側のキャビティ１５内と、第２金型装置１０Ｂの右側のキャビティ１５内に設けられる。このように構成することによって、複数の金型装置１０（Ａ、Ｂ）に、同時に注入材を注入できる。そして、金型装置１０（Ａ、Ｂ）の左右のキャビティ１５に注入される注入材の量は、金型装置１０（Ａ、Ｂ）の右側のキャビティ１５に設けられたセンサー８０のセンサー値に基づいて制御されるため、より簡単な制御となる。

　図１３に示す構成では、第１吐出ポンプＰ１から吐出された注入材は、第１金型装置１０Ａの一方（右）のキャビティ１５と、第２金型装置１０Ｂの一方（左）のキャビティ１５とに、２段階に分けて注入される。これと共に、第２吐出ポンプＰ２から吐出された注入材は、第１金型装置１０Ａの他方（左）のキャビティ１５と、第２金型装置１０Ｂの他方（右）のキャビティ１５とに、２段階に分けて注入される。また、センサー８０は、金型装置１０（Ａ、Ｂ）の左右のキャビティ１５ごとに設けられ、たとえば、第１金型装置１０Ａの左右のキャビティ１５内と、第２金型装置１０Ｂの左右のキャビティ１５内に設けられる。このように構成することによって、複数の金型装置１０（Ａ、Ｂ）に、並行して注入材を注入できる。そして、各金型装置１０（Ａ、Ｂ）の左右のキャビティ１５に注入される注入材の量は、各キャビティ１５にそれぞれ設けられたセンサー８０のセンサー値に基づいて制御されるため、図１２の構成と比べて、より正確な注入量の制御が可能になる。

　図１４に示す構成では、第１吐出ポンプＰ１から吐出された注入材は、第１金型装置１０Ａの左右のキャビティ１５と、第２金型装置１０Ｂの左右のキャビティ１５とに、それぞれ４段階に分けて注入される。また、センサー８０は、金型装置１０（Ａ、Ｂ）ごとに１つずつ設けられ、たとえば、第１金型装置１０Ａの右側のキャビティ１５内と、第２金型装置１０Ｂの右側のキャビティ１５内に設けられる。このように構成することによって、複数の金型装置１０（Ａ、Ｂ）に、並行して注入材を注入できる。そして、金型装置１０（Ａ、Ｂ）の左右のキャビティ１５に注入される注入材の量は、金型装置１０（Ａ、Ｂ）の右側のキャビティ１５に設けられたセンサー８０のセンサー値に基づいて制御されるため、より簡単な制御となる。

　また、図１２～図１４には、吐出装置７０に２台の金型装置１０が接続された例しか示されていないが、３台以上の金型装置１０が接続されてもよい。

　また、上記実施形態では、図８に示す２次関数の関係式Ｆを用いて、最適な注入終了時間を決定している。しかし、本発明は、これに限定されず、１次関数の関係式Ｆ’を用いてもよい。図１５は、金型装置に注入された注入材がセンサーに到達するまでの時間と、不具合のない成形品を作製するのに最適な注入終了時間の関係を示す１次関数のグラフである。図１５に示す１次関数の関係式Ｆ’は、注入材の温度を異ならせて複数回注入し、注入材がセンサー８０に到達するまでの時間と、注入材の総注入量がキャビティ１５のフル注入量の９５％になる注入終了時間とを、それぞれプロットして求められる。具体的には、２１０℃、２００℃、１９０℃の温度の注入材をそれぞれ注入して、「Ｙ＝２．３７１７Ｘ－０．１９９８」という関係式Ｆ’が得られた。なお、このときの決定係数Ｒ^２は、０．９９０１であり、フィットの非常に良い関係式Ｆ’と言える。このように、関係式Ｆ’は、数回程度の注入材の注入によって簡単に求められるため、注入制御システム１を設置した状況においても容易に注入量増減の微調整ができる。

　以上の注入制御システム１の構成は、上記実施形態および上記変形例の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、上記の構成に限られない。また、注入制御システム１が備える一般的な構成を排除するものではない。

　また、注入制御装置９０を動作させるプログラムは、ＵＳＢメモリー、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ等のコンピューター読み取り可能な記録媒体によって提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介してオンラインで提供されてもよい。この場合、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムは、通常、ＲＯＭやハードディスク等に転送され記憶される。また、このプログラムは、たとえば、単独のアプリケーションソフトとして提供されてもよいし、注入制御装置９０の一機能としてその装置のソフトウェアに組み込んでもよい。

　また、注入制御装置９０において実行される処理は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の専用のハードウェア回路によっても実現することもできる。この場合には、１つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。

　（注入材）
　最後に、参考までに、注入材の材料について説明する。

　注入材は、熱溶融材料を含む。熱溶融材料は、いわゆる、熱可塑性樹脂（ホットメルト）である。熱可塑性樹脂は、加熱すると軟化して成形が容易になり、冷却すると固化する性質を有する。熱可塑性樹脂は、汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック（以下、「エンプラ」と省略する）、スーパーエンプラ、などに分類される。

　なお、汎用プラスチックは、耐熱温度が約６０～１００℃の範囲に含まれるものが多い。たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、テフロン（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリル樹脂、などが挙げられる。

　エンプラは、耐熱温度が約１００～１５０℃の範囲に含まれるものが多い。たとえば、ポリアミド、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、グラスファイバー強化ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、などが挙げられる。特に限定するものではないが、好ましくは、加熱されたときに低粘度となるポリアミド系の熱可塑性樹脂が使用される。

　スーパーエンプラは、耐熱温度が約１５０～３５０℃の範囲に含まれるものが多い。たとえば、ポリフェニレンスルファイド、ポリテトラフロロエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、などが挙げられる。

　なお、本出願は、２０１３年８月９日に出願された日本特許出願番号２０１３－１６６６９７号および２０１３年１２月１０日に出願された日本特許出願番号２０１３－２５５０６３号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。

１　注入制御システム、
１０　金型装置、
１１　下型、
１２　上型、
１３　収納部、
１４　注入口、
１５　キャビティ、
２０　注入材供給源、
３０　圧送装置、
４０　除去装置、
５０　エア供給源、
６０　電気的駆動弁、
７０　吐出装置、
８０　センサー、
９０　注入制御装置、
１００　電池セル、
１５０　補強部材、
Ａ　注入位置、
Ｂ、Ｂ’　流動末端、
Ｃ　所定位置（センサー位置）。

Claims

　金型のキャビティに注入材を注入する注入手段を制御する注入制御方法であって、
　前記キャビティにおいて注入材が注入位置から離れた所定位置に到達することを検知する検知ステップと、
　注入材の注入開始から前記検知ステップによる検知までの時間に基づいて、注入終了時間を決定する決定ステップと、
を行う注入制御方法。
　前記決定ステップにより決定された前記注入終了時間に、前記注入手段による注入を終了する注入終了ステップ、をさらに行う請求項１に記載の注入制御方法。
　前記決定ステップは、注入材の注入開始から前記検知ステップによる検知までの時間と、前記キャビティに注入材が所定量注入されるまでの時間と、の関係を表す関係式を用いて、前記注入終了時間を決定する、請求項１または２に記載の注入制御方法。
　前記注入位置は、前記キャビティが前記注入材により充填されたと仮定したときの、当該注入材の重心位置である、請求項１～３のいずれか一項に記載の注入制御方法。
　前記所定位置は、前記注入位置と、前記注入位置から注入された注入材の流動が停止する流動末端と、の間の位置である、請求項１～４のいずれか一項に記載の注入制御方法。
　前記検知ステップは、温度センサー、圧力センサー、およびファイバーセンサーの少なくともいずれか一つを用いて、注入材の前記所定位置への到達を検知する、請求項１～５のいずれか一項に記載の注入制御方法。
　前記検知ステップは、赤外線式温度センサーを用いて、注入材の前記所定位置への到達を検知する、請求項１～５のいずれか一項に記載の注入制御方法。
　少なくとも一つの金型のキャビティに注入材を注入する注入手段と、
　前記キャビティにおいて注入材が注入される位置から離れた位置に設けられ、前記注入材の到達を検知する検知手段と、
　注入材の注入開始から前記検知手段による検知までの時間に基づいて、注入終了時間を決定する決定手段と、
を備える注入制御装置。
　前記決定手段により決定された前記注入終了時間に、前記注入手段による注入材の注入を終了する注入終了手段を、さらに備える請求項８に記載の注入制御装置。
　前記決定手段は、注入材の注入開始から前記検知手段による検知までの時間と、前記キャビティが注入材で満たされるまでの時間と、の関係を表す関係式を用いて、前記注入終了時間を決定する、請求項８または９に記載の注入制御装置。
　前記注入位置は、前記キャビティが前記注入材により充填されたと仮定したときの、当該注入材の重心位置である、請求項８～１０のいずれか一項に記載の注入制御装置。
　前記所定位置は、前記注入位置と、前記注入位置から注入された注入材の流動が停止する流動末端と、の間の位置である、請求項８～１１のいずれか一項に記載の注入制御装置。
　前記検知手段は、温度センサー、圧力センサー、およびファイバーセンサーの少なくともいずれか一つを含む、請求項８～１２のいずれか一項に記載の注入制御装置。
　前記検知手段は、赤外線式温度センサーを含む、請求項８～１２のいずれか一項に記載の注入制御装置。