JP7266478B2 - 射出成形機およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明による実施形態は、射出成形機およびその制御方法に関する。

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。成形不良を低減する方法の１つに、金型の型締力を低くして、自然圧縮を発生させる方法がある。自然圧縮は、充填された樹脂の内圧（型内圧）により金型が開き、樹脂の固化収縮とタイバーの弾性回復によって金型が閉じて樹脂を圧縮する一連の挙動である。

しかし、自然圧縮を発生させる適切な成形条件を選定することが難しいという問題があった。例えば、型締力が低すぎると、自然圧縮後に金型が閉じきらずに開いたままになる場合がある。この場合、過充填によってバリや寸法不良などの成形不良が発生してしまう可能性がある。

特開２０１５－１３４４４２号公報

成形不良を抑制することができる射出成形機およびその制御方法を提供することを目的とする。

本実施形態による射出成形機は、型締された金型へ材料を射出する射出工程と、金型における材料の保圧圧力を制御する保圧工程と、金型における材料を冷却する冷却工程とによって成形サイクルごとに製品を成形する射出成形機であって、金型の型開量を検出する型開量センサと、成形サイクル中の型開量に基づいて、金型の型締力および保圧圧力を制御する制御部とを備え、金型は、互いに対向する第１金型および第２金型を有し、第１金型に一端が接続されるトグルリンクと、該トグルリンクの他端に接続されトグルリンクを支持するトグル支持盤とを有し、トグルリンクの屈曲または伸長により第１金型を移動させるトグル機構と、トグル支持盤と第２金型との間の距離を調整する型厚調整機構とをさらに備え、射出成形機は、成形サイクルを繰り返し実行し、制御部は、非ロックアップ状態のトグルリンクの伸縮により、型締力を、成形サイクルごとに上げるように、または、下げるように更新し、制御部は、型締力の更新の停止後、トグルリンクのロックアップ状態における型締力が更新停止時の型締力になるように、距離を調整する。

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。 型締駆動機構による型締力の調整の一例を示す模式図。 第１実施形態による自然圧縮の一例を示す模式図。 第１実施形態による成形条件の選定の一例を示す模式図。 第１実施形態による１成形サイクル中の型開量の時間変化の一例を示すグラフ。 変形例１による成形条件の選定の一例を示す模式図。 変形例１による１成形サイクル中の型開量の時間変化の一例を示すグラフ。 変形例２による１成形サイクル中の型開量の時間変化の一例を示すグラフ。 第２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。 型厚調整機構による型締力の調整の一例を示す模式図。

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、タイバーセンサＳ３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２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に結合されている。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１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及び押出ピン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、溶融樹脂が加熱バレル４１の先端側に押し出され、更に押し出された溶融樹脂に押されてスクリュ４２が後退する。スクリュ４２の後退した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。

型開量センサとしてのタイバーセンサＳ３は、金型１１，１２の型開量を求めることができる。例えば、タイバーセンサＳ３は、タイバー５に設けられ、型締力に応じて伸縮するタイバー５の伸縮量を検出する。すなわち、タイバー５の伸縮量（歪み）が検出され、この伸縮量から金型１１，１２の型開量が算出される。具体的には、設定された型締力に対するタイバー５の伸縮量と、検出された伸縮量との差から型開量が算出される。

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１００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、射出成形機１は、型締された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、金型における溶融樹脂を冷却する冷却工程とによって成形サイクルごとに製品を成形する。尚、冷却工程では、射出成形機１は、保圧を停止し、次の成形サイクルの計量を行う。また、以下では、射出工程を充填工程と呼ぶ場合がある。

制御部８は、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型締駆動機構６および射出装置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。動作情報には、例えば、後で説明する成形条件が含まれる。また、記憶部１１０は、タイバーセンサＳ３から求めた金型１１，１２の型開量も格納する。尚、記憶部１１０は、射出成形機１の外部にあってもよく、射出成形機１の内部にあってもよい。

図２は、型締駆動機構６による型締力の調整の一例を示す模式図である。

トグル機構１３は、トグルリンク１６と、支持盤１０とを有する。図２に示すように、トグルリンク１６は、移動金型１２（移動盤４）に一端が接続される。また、支持盤１０は、トグルリンク１６の他端に接続されトグルリンク１６を支持する。さらに、トグル機構１３は、トグルリンク１６の屈曲または伸長により移動金型１２（移動盤４）を移動させる。例えば、図１に示す型締サーボモータ２１は、ボールねじ２２を回転させる。ボールねじ２２の回転によりクロスヘッド１５が移動盤４に接近すると、トグルリンク１６が伸長し、移動盤４は固定盤３に接近する。トグルリンク１６が伸長し、金型１１，１２が閉じ、更にトグルリンク１６が伸長することにより、タイバー５が伸び、型締力が上昇する。一方、クロスヘッド１５が移動盤４から離れるように移動すると、まずタイバー５が弾性回復し、型締力が減少する。更にトグルリンク１６が屈曲し、金型１１，１２が開き、移動盤４は固定盤３から離れるように移動する。すなわち、トグルリンク１６の伸縮により、固定盤３に対する移動盤４の進退を調整し、型締力を調整することができる。

図３は、第１実施形態による自然圧縮の一例を示す模式図である。図３は、充填工程開始前の型締力と１成形サイクルにおける金型１１，１２の挙動との関係を示す。自然圧縮とは、図３の挙動Ｂ２に示すように、充填された樹脂の圧力（型内圧）が型締力を上回ることで金型１１，１２が開き、樹脂の収縮とタイバー５の弾性回復により金型１１，１２が閉じる一連の挙動である。

射出成形では、成形不良であるヒケやバリを抑制するため、通常、高型締力かつ高保圧圧力で行われる。ヒケとは、保圧圧力が不十分で樹脂の密度が低い場合に、製品表面に発生するへこみである。バリとは、型内圧（保圧圧力）に対して型締力が不十分で金型１１，１２が開く場合に、金型１１，１２の隙間から樹脂が漏れて固まることである。高型締力かつ高保圧圧力で射出成形が行われる場合、図３の挙動Ｂ１に示すように、充填工程から冷却工程にかけて金型１１，１２は開かない。しかし、高型締力かつ高保圧圧力であっても、樹脂の種類や製品形状によっては、ヒケを解消することが困難な場合がある。例えば、キャビティに接続する樹脂の流路であるゲートが狭いと、樹脂に保圧圧力が伝わりづらくなる場合がある。ゲート付近の樹脂が固化すると、樹脂に保圧圧力がさらに伝わりづらくなる場合もある。これらの場合、ヒケが発生しやすくなる。また、ゲートが狭いと、ゲート付近に保圧圧力が偏りやすくなる。この保圧圧力の偏りにより、ソリや内部歪み（内部応力）などの成形不良が発生してしまう場合がある。ソリとは、成形品が反り変形することである。内部歪みは、例えば、密度の偏りであり、レンズなどの光学製品の品質に影響する。

ここで、図３の挙動Ｂ２に示すように、型締力を低下させ、自然圧縮を発生させる場合がある。例えば、充填工程開始前に型締力３０ｔが設定される。保圧工程において、金型１１，１２が開く。型開量は、例えば、０．０２ｍｍ～０．１０ｍｍである。これにより、タイバー５が伸ばされ保圧工程中に型締力が増大する（例えば、３０ｔから３５ｔ）。保圧工程およびその次の冷却工程において、樹脂が冷やされて収縮する。このとき、伸ばされたタイバー５が弾性力により縮み、樹脂が圧縮される。金型１１，１２が閉じると、タイバー５も保圧工程前の状態に戻り、上昇していた型締力は戻る（例えば、３５ｔから３０ｔ）。

自然圧縮では、金型１１，１２が開く際にゲートが広がるため、保圧工程において樹脂に保圧圧力が伝わりやすくなる。また、余分に流入する樹脂も含めて、樹脂全体が略均一に圧縮されるため、略均一に密度を上昇させることができる。これらにより、ヒケを抑制することができる。さらに、狭いゲートが広がることにより、保圧圧力の偏りが抑制され、ソリや内部応力などの成形不良を抑制することもできる。また、図３に示す自然圧縮の例では、タイバー５の弾性変形および樹脂の固化収縮により金型１１，１２の開閉が行われる。すなわち、ユーザは、１成形サイクル中の型締力や金型１１，１２の開閉を制御する必要がない。従って、特別な装置、特別な知識や経験が不要である。

しかし、型締力などの成形条件を適切に選択することが難しい場合がある。例えば、型締力を低くしすぎると、図３の挙動Ｂ３に示すように、過充填によってバリや寸法不良などの成形不良が発生してしまい、冷却工程の終了時に金型１１，１２が閉じきらずに開いたままになる場合がある。

そこで、制御部８は、成形サイクル中の型開量に基づいて、金型１１，１２の型締力および保圧圧力を制御する。これにより、自然圧縮による金型１１，１２の開閉挙動を監視しながら型締力および保圧圧力を設定することができる。この結果、バリや寸法不良などの成形不良を抑制しつつ自然圧縮を発生させることができる。尚、以下では、断りのない限り、「成形条件」は「型締力および保圧圧力の成形条件」を示す。

次に、図４を参照して成形条件の選定方法について説明する。

図４は、第１実施形態による成形条件の選定の一例を示す模式図である。図４は、型締力と保圧圧力との関係を示す。横軸は型締力を示し、縦軸は保圧圧力を示す。また、図３の各挙動Ｂ１～Ｂ３に対応する型締力および保圧圧力の成形条件の領域Ａ，Ｂ，Ｃが示される。領域Ａは、金型１１，１２が開かない挙動Ｂ１をする成形条件の領域である。領域Ｂは、金型１１，１２が開いた後に閉じる挙動Ｂ２をする成形条件の領域である。領域Ｃは、金型１１，１２が開いた後に閉じない挙動Ｂ３をする成形条件の領域である。すなわち、領域Ａと領域Ｂとの間の境界は、保圧工程または冷却工程において金型１１，１２が開くか否かを示す。領域Ｂと領域Ｃとの境界は、冷却工程の終了時において金型１１，１２が閉じているか否かを示す。また、丸印は、各成形サイクル（各ショット）における型締力および保圧圧力を示す。従って、図４は、連続成形をしながら成形条件を選定するフロー図でもある。

自然圧縮は、型内圧と型締力とのバランス関係によって発生する。型内圧は、保圧圧力の減少に伴って減少する。従って、図４に示すように、型締力を下げて成形条件が領域Ｃに達した場合でも、保圧圧力を低下させると、成形条件が再び領域Ｂ内に戻る場合がある。すなわち、保圧圧力の低下により、金型１１，１２が開きづらくなり、低い型締力においてもバリを発生しづらくすることができる。また、保圧圧力を下げることで、型締力をさらに下げることができる。

まず、ユーザは標準成形の成形条件を設定し、射出成形機１は、この条件で射出成形を実行する（Ｓｔ１）。標準成形の成形条件は、例えば、領域Ａ内の成形条件である。標準成形の成形条件は、例えば、型締力１００ｔ、保圧圧力１００ＭＰａであるが、ユーザにより任意に設定されてもよい。

次に、制御部８は、以降の成形サイクルにおいて型締力を下げながら、射出成形機１に成形サイクルを繰り返し実行させる（Ｓｔ２）。また、制御部８は、各成形サイクルの実行後に、型開量に基づいて成形条件が領域Ｃに達したか否かを判定する（Ｓｔ２）。成形条件が領域Ｃに達するまで、制御部８は、例えば、成形サイクルごとに型締力を１０ｔ（標準成形の１０％）ずつ下げるように更新する。例えば、トグルリンク１６が縮み、移動盤４が固定盤３から離れるように移動することにより、型締力は減少する。図４に示すように、標準成形の成形条件は、型締力の低下により、領域Ｃに達する。尚、成形条件が領域Ｃに達したか否かの判定、Ｌ１およびＬ２の詳細については、図５を参照して、後で説明する。また、成形サイクルの実行から判定、次の成形サイクルの実行までの連続した動作は全自動でもよく、成形サイクルを1回行うたびにユーザがＨＭＩ／Ｆ６０を通じて成形サイクル開始の指令を与えてもよい。

次に、制御部８は、成形条件が領域Ｃに達したと判定した場合、型締力を前回の成形サイクルにおける型締力に戻す（Ｓｔ３）。制御部８は、例えば、型締力を１０ｔ上昇させるように更新する。例えば、トグルリンク１６が伸び、移動盤４が固定盤３に近づくように移動することにより、型締力は増大する。この場合、図４に示すように、成形条件は領域Ｂ内に戻る。

次に、制御部８は、保圧圧力を下げる（Ｓｔ４）。制御部８は、例えば、保圧圧力を１０ＭＰａ（標準成形の１０％）減少させるように更新する。

次に、制御部８は、ステップＳｔ２と同様に、型締力を下げながら、射出成形機１に成形サイクルを繰り返し実行させる（Ｓｔ５）。一度保圧圧力を下げた後では、例えば、型締力の低下量が半分の５ｔずつに減少させる。これにより、検出間隔を細かくして、領域Ｂと領域Ｃとの間の境界により近く、自然圧縮の効果が大きい成形条件を得ることができる。また、低型締力かつ低保圧圧力の領域の成形条件を選定することができる。また、ステップＳｔ５においてもステップＳｔ２と同様に、制御部８は、各成形サイクルの実行後に、型開量に基づいて成形条件が領域Ｃに達したか否かを判定する。

次に、制御部８は、ステップＳｔ３と同様に、成形条件が領域Ｃに達したと判定した場合、型締力を前回の成形サイクルにおける型締力に戻す（Ｓｔ６）。

次に、制御部８は、ステップＳｔ４～Ｓｔ６と同様に繰り返し実行する（Ｓｔ７～Ｓｔ９）。ステップＳｔ９の終了時点で、低圧成形の成形条件の選定は終了する。低圧成形の成形条件は、標準成形の成形条件と比較して、低型締力かつ低保圧圧力になっている。

次に、制御部８は、ステップＳｔ９の終了時に更新された型締力および保圧圧力で、射出成形機１に成形サイクルを繰り返し実行させることができる（Ｓｔ１０）。この場合、射出成形機１は、選定された成形条件で製品を量産（連続生産）する。

尚、型締力および保圧圧力の低下量および上昇量は、ユーザにより任意に設定されてもよい。

また、図４に示す例では、例えば、保圧圧力の減少、型締力の低下および型締力の戻しが２回繰り返されている。終了条件としての繰り返し回数は、ユーザの設定、樹脂の種類や成形品の形状によって変更されてもよい。また、ユーザは、成形品が良品であると判断した場合、任意のタイミングで成形条件の選定を終了してもよい。これにより、成形条件の選定にかかる時間を短縮することができる。

ユーザは、標準成形の成形条件を設定し、射出成形機１に連続成形を実行させることにより、低圧成形の成形条件を選定することができる。図４に示すように、低圧成形の成形条件は、型締力だけでなく保圧圧力の減少によって、より低型締力かつ低保圧圧力になっている。上記のように、保圧工程での保圧圧力の偏りがソリや内部応力の原因になる。低圧成形では、保圧圧力の設定が小さいため、樹脂にかかる保圧圧力の偏りも小さくなる。従って、ソリや内部応力などの成形不良をさらに抑制することができる。

次に、図５を参照して、成形条件が領域Ｃに達したか否かの判定について説明する。

図５は、第１実施形態による１成形サイクル中の型開量の時間変化の一例を示すグラフである。型開量は、タイバーセンサＳ３により求めることができる。横軸は時間を示し、縦軸は型開量を示す。実線Ｌ１および実線Ｌ２は、図４に示す各成形サイクルに対応する。

充填工程（ｔ１～ｔ２）において、金型１１，１２は開かないため、Ｌ１およびＬ２の型開量は、略０ｍｍである。保圧工程および冷却工程（ｔ２～ｔ４）において、Ｌ１およびＬ２の型開量は上昇して減少し、ピークを示す。これは、ｔ２～ｔ４において自然圧縮が発生するためである。Ｌ２における型締力はＬ１の型締力より低いため、Ｌ２の型開量はＬ１の型開量より大きくなっている。冷却工程の終了時（ｔ４）において、Ｌ１の型開量は略０ｍｍである。一方、ｔ４において、Ｌ２の型開量は０より大きな値である。

制御部８は、冷却工程の終了時における型開量である第１型開量Ｏ１に基づいて、型締力および保圧圧力を制御する。より詳細には、制御部８は、第１型開量Ｏ１と所定型開量Ｏａとの比較に基づいて、型締力および保圧圧力を制御する。所定型開量Ｏａとは、バリや寸法不良の成形不良が発生しづらい型開量の許容値である。また、所定型開量Ｏａは、測定誤差を考慮して設定されてもよい。所定型開量Ｏａは、例えば、０．０１ｍｍであるが、ユーザによりに任意に設定可能である。

射出成形機１は、成形サイクルを繰り返し実行する。また、制御部８は、成形サイクルごとに、第１型開量Ｏ１が所定型開量Ｏａ以下である場合、型締力を下げるように更新する。例えば、ｔ４におけるＬ１の型開量は、所定型開量Ｏａ以下である。従って、制御部８は、金型１１，１２が閉じている（領域Ｂ）と判定し、型締力を下げるように更新する（図４のステップＳｔ２，Ｓｔ５，Ｓｔ８）。これにより、次の成形サイクルにおける型開量が大きくなる。

制御部８は、成形サイクルごとに、第１型開量Ｏ１が所定型開量Ｏａより大きい場合、型締力を上げて保圧圧力を下げるように更新する。例えば、ｔ４におけるＬ２の型開量は、所定型開量Ｏａよりも大きい。従って、制御部８は、金型１１，１２が閉じきらずに開いている（領域Ｃ）と判定し、型締力を上げて保圧圧力を下げるように更新する（図４のステップＳｔ３，Ｓｔ４，Ｓｔ６，Ｓｔ７，Ｓｔ９）。これにより、次の成形サイクルにおける型開量が小さくなる。

このように、型開量によって、成形サイクル中の金型１１，１２の開閉の挙動を監視することができる。さらに、成形条件が領域Ｃに達した場合に、領域Ｂ内に戻すことができる。すなわち、過充填によるバリや寸法不良を抑制しつつ、自然圧縮を発生させることができる成形条件が選定可能になる。尚、領域Ａでは、保圧工程および冷却工程において金型１１，１２は開かない。従って、領域Ａは、領域Ｂと同じように金型１１，１２が閉じていると判定されればよい。

尚、所定型開量Ｏａは、例えば、充填工程の開始時における型開量である第２型開量Ｏ２、または、該第２型開量Ｏ２より大きい型開量であってもよい。例えば、型開量にオフセットが存在する場合がある。オフセットは、金型１１，１２の剛性などによっても変化する可能性がある。そこで、充填工程の開始時（ｔ１）における型開量（Ｏ２）をオフセットとして、所定型開量Ｏａが設定されてもよい。

また、制御部８は、自動で型締力および保圧圧力を制御する。これにより、標準成形から低圧成形までの成形条件の選定が自動で行われる。従って、ユーザは、成形条件の選定の手間を省くことができる。尚、自動に限られず、成形条件の選定は、ユーザにより行われてもよい。例えば、表示部１００は、１成形サイクルごとに、図５に示す型開量の時間変化のグラフを表示する。ユーザは、型開量に基づいて、上記のように型締力および保圧圧力の更新を判断し、ＨＭＩ／Ｆ６０に設定してもよい。

以上のように、第１実施形態によれば、タイバーセンサＳ３は、金型１１，１２の型開量を求めることができる。また、制御部８は、成形サイクル中の型開量に基づいて、金型１１，１２の型締力および保圧工程における樹脂の保圧圧力を制御する。型開量に基づいた制御により、バリや寸法不良を抑制しつつ自然圧縮を発生させることができる成形条件が選定可能になる。この結果、ヒケ、ソリ、内部応力、バリおよび寸法不良などの成形不良を抑制することができる。また、型締力および保圧圧力の両方を制御して低下させるため、低型締力かつ低保圧圧力の成形条件が選定可能になる。保圧圧力を低くすることにより、上記のように、ソリや内部応力などの成形不良をさらに抑制することができる。

また、通常、最適な型締力が不明である場合、必要以上に型締力の大きな射出成形機１が用いられる場合があった。また、過大な型締力および型内圧は、金型１１，１２への負荷が大きく、金型１１，１２の寿命が短くなる可能性があった。

これに対して、第１実施形態では、低型締力かつ低保圧圧力の成形条件を選定することができるため、使用する射出成形機１をダウンサイズすることができる。さらに、金型１１，１２の寿命を向上させることができる。

また、第１実施形態では、充填工程（ｔ１～ｔ２）における射出圧力は、標準成形の条件から変更されない。射出圧力は、スワールマークなどの外観不良に影響を与える成形条件である。スワールマークとは、樹脂の発泡により製品表面に模様が発生する外観不良である。従って、第１実施形態では、外観品質の劣化を抑制しつつ、成形不良を抑制することができる。

尚、制御部８は、タイバーセンサＳ３で求めることができる型締力を用いて、成形条件が領域Ｃに達したか否かの判定をしてもよい。この場合、制御部８は、充填工程の開始時（ｔ１）における型締力と冷却工程の終了時（ｔ４）における型締力との比較に基づいて、型締力および保圧圧力を制御する。例えば、充填工程の開始時の型締力が略３０ｔである場合、制御部８は、冷却工程の終了時における型締力が略３０ｔになった場合に、金型１１，１２が閉じていると判定してもよい。

また、型開量センサとして、タイバーセンサＳ３に代えて、金型位置センサが用いられてもよい。金型位置センサは、金型１１，１２の位置を検出する。例えば、金型位置センサは、金型１１，１２のパーティング部分（接触面）に設けられ、型開量を直接検出する。

（変形例１）
図６は、変形例１による成形条件の選定の一例を示す模式図である。第１実施形態の変形例１は、保圧工程中または冷却工程中の型開量のピークの最大値を用いて成形条件が選定される点で、第１実施形態と異なる。

図６において、領域Ａと領域Ｂとの間の境界線付近では、型開量の最大値は略０ｍｍである。しかし、成形条件が領域Ｃに近づくほど、型開量の最大値が大きくなる。従って、制御部８は、成形サイクルごとの型開量の最大値が略一定になるように型締力および保圧圧力を制御してもよい。また、図６のステップＳｔ２は、第１実施形態における図４のステップＳｔ２（Ｓｔ５，Ｓｔ８）とは判定の条件が異なっている。尚、その他のステップＳｔ３，Ｓｔ４，Ｓｔ６，Ｓｔ７，Ｓｔ９，Ｓｔ１０は、第１実施形態と同様でよい。また、型開量の最大値による判定、Ｌ１１およびＬ１２の詳細については、図７を参照して、後で説明する。

変形例１による制御部８は、保圧工程中または冷却工程中の型開量の最大値に基づいて、型締力および保圧圧力を制御する。より詳細には、制御部８は、型開量の最大値と目標型開量Ｏｂとの比較に基づいて、型締力および保圧圧力を制御する。目標型開量Ｏｂとは、ユーザにより任意に設定される、型開量の目標値である。目標型開量Ｏｂとなる成形条件は、図６に示すように、型締力と保圧圧力との関係で略直線状に示される。目標型開量Ｏｂの調整により、自然圧縮の強弱を調整することができる。また、目標型開量Ｏｂには、上限ＵＬおよび下限ＬＬが設けられてもよい。目標型開量Ｏｂの上限ＵＬは、例えば、成形条件が領域Ｃに近く、バリの発生可能性が高くなる型開量である。上限ＵＬは、例えば、０．１０ｍｍであるが、樹脂の種類などによって変更されてもよい。一方、目標型開量Ｏｂの下限ＬＬは、例えば、成形条件が領域Ａに近く、ヒケなどの成形不良の抑制が難しくなる型開量である。

次に、図７を参照して、型開量の最大値による判定について説明する。

図７は、変形例１による１成形サイクル中の型開量の時間変化の一例を示すグラフである。実線Ｌ１１および実線Ｌ１２は、図６に示す各成形サイクルに対応する。

射出成形機１は、成形サイクルを繰り返し実行する。また、制御部８は、前記成形サイクルごとに、最大値が目標型開量Ｏｂ以下である場合、型締力を下げるように更新する。例えば、Ｌ１１の型開量の最大値Ｍ１１は、目標型開量Ｏｂ以下である。従って、制御部８は、型開量の最大値が目標型開量Ｏｂを超えていないと判定し、型締力を下げるように更新する（図６のステップＳｔ２）。これにより、次の成形サイクルにおける型開量が大きくなる。

制御部８は、前記成形サイクルごとに、最大値が目標型開量Ｏｂより大きい場合、型締力を上げて保圧圧力を下げるように更新する。例えば、Ｌ１２の型開量の最大値Ｍ１２は、目標型開量Ｏｂよりも大きい。従って、制御部８は、型開量の最大値が目標型開量Ｏｂを超えていると判定し、型締力を上げて保圧圧力を下げるように更新する（図６のステップＳｔ３，Ｓｔ４）。これにより、次の成形サイクルにおける型開量が小さくなる。

変形例１による射出成形機１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、制御部８は、型開量の最大値が目標型開量Ｏｂを超えていると判定した後、型締力を上げることなく、保圧圧力を下げてもよい。すなわち、制御部８は、図６におけるステップＳｔ３を省略してステップＳｔ４を実行してもよい。これは、型開量の最大値が目標型開量Ｏｂを超えていても、バリが発生する可能性が低い場合があるためである。型締力の戻しを省略することにより、成形条件の選定にかかる時間を短縮することができる。しかし、目標型開量Ｏｂの設定次第ではバリが発生することもあるので、型締力を上げることなく、保圧圧力を下げるのは余り好ましくない。

（変形例２）
図８は、変形例２による１成形サイクル中の型開量の時間変化の一例を示すグラフである。第１実施形態の変形例２は、充填工程中（ｔ１～ｔ２）の型開量が成形条件の選定の終了条件に用いられる点で、第１実施形態と異なる。破線Ｌ２１は、終了条件を満たしていない場合の型開量を示す。実線Ｌ２２は、終了条件を満たしている場合の型開量を示す。

型内圧は、充填工程の開始時（ｔ１）から上昇し、充填完了付近で急激に上昇する。第１実施形態において説明したように、射出圧力は、標準成形の設定から変更されない。従って、条件選定の初期における型締力は充分高いため、Ｌ２１に示すように、充填工程中（ｔ１～ｔ２）の型開量は略０ｍｍである。しかし、条件選定が進み型締力が低くなると、射出圧力に対して型締力が小さくなってしまう場合がある。この場合、Ｌ２２に示すように、充填工程中（ｔ１～ｔ２）に金型１１，１２が開いてしまい、バリが発生する可能性がある。

そこで、制御部８は、射出工程中の型開量が停止型開量Ｏｃより大きい場合、型締力を上げるように更新した後、型締力および保圧圧力の更新を停止する。また、射出成形機１は、制御部８が更新した型締力および保圧圧力で成形サイクルを繰り返し実行する。停止型開量Ｏｃは、ユーザにより任意に設定される、充填工程中の型開量の許容値である。例えば、制御部８は、射出工程中の型開量が停止型開量Ｏｃよりも大きい場合、成形条件が領域Ｂ内であっても、前回の成形サイクルの型締力に戻すように更新する。その後、成形条件の選定が終了し、選定された成形条件で製品の量産が行われる。

尚、制御部８は、型締力を戻した後、保圧圧力をさらに下げてもよいし、上げても良い。保圧圧力は、充填工程には影響しない成形条件である。従って、制御部８は、保圧圧力を下げながら、若しくは上げながら射出成形機１に成形サイクルを繰り返し実行させ、保圧圧力の条件選定を続けてもよい。

変形例２による射出成形機１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、変形例２による射出成形機１に変形例１を組み合わせてもよい。

尚、変形例２の終了条件と、第１実施形態の繰り返し回数による終了条件とを組み合わせてもよい。この場合、例えば、いずれかの終了条件が満たされた時点で、制御部８は、型締力および保圧圧力の更新を停止する。

（変形例３）
第１実施形態の変形例２は、終了条件が第１実施形態と異なる。第１実施形態の変形例３は、型締力が成形条件の選定の終了条件に用いられる点で、第１実施形態と異なる。

制御部８は、更新された型締力が停止型締力以下である場合、型締力および保圧圧力の更新を停止する。また、射出成形機１は、制御部８が更新した型締力および保圧圧力で成形サイクルを繰り返し実行する。停止型締力とは、ユーザにより任意に設定される、型締力の目標値である。型締力が充分に低く、成形不良が抑制されていれば、型締力をさらに低くする必要が無い場合がある。そこで、条件選定を終了することにより、成形条件の選定にかかる時間を短縮することができる。

変形例３による射出成形機１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、変形例３による射出成形機１に変形例１および変形例２を組み合わせてもよい。

尚、変形例３の終了条件と、第１実施形態および変形例２の終了条件とを組み合わせてもよい。この場合、例えば、いずれかの終了条件が満たされた時点で、制御部８は、型締力および保圧圧力の更新を停止する。

（第２実施形態）
図９は、第２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。第２実施形態は、トグル機構１３に代えて、型厚調整により型締力が調整される点で、第１実施形態と異なる。尚、型締力の調整は、例えば、図４のステップＳｔ２，Ｓｔ３のように、型締力を更新することを示す。

射出成形機１は、型厚調整機構３１をさらに備える。型厚調整機構３１は、支持盤（トグル支持盤）１０と固定金型１１（固定盤３）との間の距離を調整する。また、型厚調整機構３１は、調整ナット３２と、型厚調整モータ３３とを有する。

調整ナット３２は、支持盤１０の後端（図９における左端）に設けられる。また、支持盤１０は、タイバー５を挿通する挿通孔（図示せず）を有する。タイバー５は、左端にねじ部３４を有し、タイバー５の右端は固定盤３に固定されている。調整ナット３２は、ねじ部３４に回転可能に設けられる。

型厚調整モータ３３は、制御部８と接続される。また、型厚調整モータ３３と接続した伝達機構（図示せず）は、型厚調整モータ３３の回転を調整ナット３２に伝達する。これにより、支持盤１０を所定距離だけ進退させることができる。この結果、支持盤１０と固定盤３との間の離間距離を調整し、トグルリンク１６が伸びきった状態（ロックアップ状態）にして、タイバー５を引っ張って型締力を上昇させることができる。

第２実施形態による射出成形機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。尚、図９には型締駆動機構６が示されているが、第２実施形態による射出成形機１は、型締駆動機構６を備えていなくてもよい。

図１０は、型厚調整機構３１による型締力の調整の一例を示す模式図である。

例えば、型厚調整では、トグルリンク１６が伸びきった状態（ロックアップ状態）で支持盤１０を移動させることにより型締力を発生させることができる。この場合、型厚調整による支持盤１０の移動に合わせて、トグルリンク１６、クロスヘッド１５、ボールねじ２２および移動盤４も、一体となって移動する。支持盤１０が固定盤３から離れる方向に移動することにより、型締力が減少する。一方、支持盤１０が固定盤３に接近する方向に移動することにより、型締力が増大する。すなわち、支持盤１０と固定盤３との間の離間距離の調整により、型締力を調整することができる。

また、型締力発生時、トグルリンク１６はロックアップ状態であるため、型締力が機械的に保持されている。従って、型厚調整は、型締駆動機構６による型締力の調整に比べて、図９に示す型締サーボモータ２１にかかる負荷を少なくすることができる。尚、型締サーボモータ２１にかかる負荷の詳細については、後の変形例４において説明する。

第２実施形態による射出成形機１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２実施形態による射出成形機１に変形例１および変形例２を組み合わせてもよい。

（変形例４）
第２実施形態の変形例４は、型締駆動機構６および型厚調整機構３１の両方により調整される点で、第２実施形態と異なる。

トグルを用いた型締駆動機構６は、型厚調整よりも、型締力の調整を短時間で行うことができる。しかし、トグルリンク１６を伸ばしきらない状態（非ロックアップ状態）で量産のような長時間の連続成形が行われる場合、型締サーボモータ２１の負荷が大きくなってしまう可能性がある。これは、モータの停止状態（トグルリンク１６が屈曲した状態）を保持する保持トルクが型締サーボモータ２１にかかるためである。

そこで、制御部８は、非ロックアップ状態のトグルリンク１６の伸縮により、型締力を更新する。また、制御部８は、型締力の更新の停止後、トグルリンク１６のロックアップ状態における型締力が更新停止時の型締力になるように、型厚調整により距離を調整する。例えば、制御部８は、成形条件の選定において、型厚調整は行わずに、型締駆動機構６により非ロックアップ状態で型締力を更新する（例えば、図４のステップＳｔ２，Ｓｔ３，Ｓｔ５，Ｓｔ６，Ｓｔ８，Ｓｔ９）。制御部８は、ステップＳｔ９の終了時、型締力の更新を停止する。この場合、ロックアップ状態における型締力が更新停止時の型締力になるように、非ロックアップ状態において、支持盤１０と固定盤３との間の離間距離が型厚調整により調整される。その後、後述する量産がロックアップ状態で行われる。これにより、成形条件の選定時には、トグルリンク１６の伸縮により型締力を調整し、量産時には、トグルリンク１６をロックアップ状態にすることができる。この結果、成形条件の選定にかかる時間を短縮し、かつ、製品の量産において型締サーボモータ２１の負荷を抑制することができる。尚、ロックアップ状態における型締力は、更新時の型締力から所定の範囲内になるように型厚調整されてもよい。また、更新停止時の型締力は、例えば、記憶部１１０に格納されればよい。

また、型締駆動機構６および型厚調整機構３１の両方を用いる型締力調整の他の方法として、以下のようにしてもよい。制御部８は、成形条件の選定において、次の型締力を設定する際に、トグルリンク１６を伸ばしきらない状態（非ロックアップ状態）にするのと同時もしくは非ロックアップ状態にした後に次に設定する型締力になるように型厚調整により距離を調整する。より具体的には、制御部８は、成形条件の選定において、更新が必要かどうかは、トグルリンク１６をロックアップ状態にして判定し、型締駆動機構６により非ロックアップ状態した状態で型厚調整により距離を調整して型締力を更新する（例えば、図４のステップＳｔ２，Ｓｔ３，Ｓｔ５，Ｓｔ６，Ｓｔ８，Ｓｔ９）。制御部８は、ステップＳｔ９の終了時、型締力の更新を停止する。また、成形条件の選定終了時において、トグルリンク１６はロックアップ状態になっている。これにより、新たに型厚調整を行う必要なく、すぐに量産が開始できる。

変形例４による射出成形機１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、変形例４による射出成形機１に変形例１、変形例２および変形例３を組み合わせてもよい。

（量産）
制御部８は、ステップＳｔ１０の製品の量産ではトグルリンク１６をロックアップ状態で生産を行う。非ロックアップ状態での生産も可能ではあるが、前述した様に型締サーボモータ２１の負荷が大きくなってしまう可能性があるので注意が必要である。そして、制御部８は、ステップＳｔ１０の製品の量産を実行する前に、型厚調整により、更新停止時の型締力になるように型締力を調整する。

本実施形態による射出成形機１およびその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、射出成形機１およびその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、射出成形機１およびその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、５ タイバー、６ 型締駆動機構、７ 射出装置、８ 制御部、１０ 支持盤、１１ 固定金型、１２ 移動金型、１３ トグル機構、１６ トグルリンク、３１ 型厚調整機構、Ｏ１ 第１型開量、Ｏ２ 第２型開量、Ｏａ 所定型開量、Ｏｂ 目標型開量、Ｏｃ 停止型開量、Ｓ３ タイバーセンサ

Claims (8)

1. 型締された金型へ材料を射出する射出工程と、前記金型における前記材料の保圧圧力を制御する保圧工程と、前記金型における前記材料を冷却する冷却工程とによって成形サイクルごとに製品を成形する射出成形機であって、
   前記金型の型開量を検出する型開量センサと、
   前記成形サイクル中の前記型開量に基づいて、前記金型の型締力および前記保圧圧力を制御する制御部とを備え、
   前記金型は、互いに対向する第１金型および第２金型を有し、
   前記第１金型に一端が接続されるトグルリンクと、該トグルリンクの他端に接続され前記トグルリンクを支持するトグル支持盤とを有し、前記トグルリンクの屈曲または伸長により前記第１金型を移動させるトグル機構と、
   前記トグル支持盤と前記第２金型との間の距離を調整する型厚調整機構とをさらに備え、
   前記射出成形機は、前記成形サイクルを繰り返し実行し、
   前記制御部は、非ロックアップ状態の前記トグルリンクの伸縮により、前記型締力を、前記成形サイクルごとに上げるように、または、下げるように更新し、
   前記制御部は、前記型締力の更新の停止後、前記トグルリンクのロックアップ状態における前記型締力が更新停止時の型締力になるように、前記距離を調整する、射出成形機。
2. 前記制御部は、前記冷却工程の終了時における前記型開量である第１型開量に基づいて、前記型締力および前記保圧圧力を制御する、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記射出成形機は、前記成形サイクルを繰り返し実行し、
   前記制御部は、前記成形サイクルごとに、
   前記第１型開量が所定型開量以下である場合、前記型締力を下げるように更新し、
   前記第１型開量が前記所定型開量より大きい場合、前記型締力を上げて前記保圧圧力を下げるように更新する、請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記制御部は、前記保圧工程中または前記冷却工程中の前記型開量の最大値に基づいて、前記型締力および前記保圧圧力を制御する、請求項１に記載の射出成形機。
5. 前記射出成形機は、前記成形サイクルを繰り返し実行し、
   前記制御部は、前記成形サイクルごとに、
   前記最大値が目標型開量以下である場合、前記型締力を下げるように更新し、
   前記最大値が前記目標型開量より大きい場合、前記型締力を上げて前記保圧圧力を下げるように更新する、請求項４に記載の射出成形機。
6. 前記制御部は、前記射出工程中の前記型開量が停止型開量より大きい場合、前記型締力を上げるように更新した後、前記型締力および前記保圧圧力の更新を停止し、
   前記射出成形機は、前記制御部が更新した前記型締力および前記保圧圧力で前記成形サイクルを繰り返し実行する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の射出成形機。
7. 前記制御部は、更新された前記型締力が停止型締力以下である場合、前記型締力および前記保圧圧力の更新を停止し、
   前記射出成形機は、前記制御部が更新した前記型締力および前記保圧圧力で前記成形サイクルを繰り返し実行する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の射出成形機。
8. 型締された金型へ材料を射出する射出工程と、前記金型における前記材料の保圧圧力を制御する保圧工程と、前記金型における前記材料を冷却する冷却工程とによって成形サイクルごとに製品を成形する射出成形機であって、前記金型の型開量を検出する型開量センサと、前記射出成形機を制御する制御部とを備え、前記金型は、互いに対向する第１金型および第２金型を有し、前記第１金型に一端が接続されるトグルリンクと、該トグルリンクの他端に接続され前記トグルリンクを支持するトグル支持盤とを有し、前記トグルリンクの屈曲または伸長により前記第１金型を移動させるトグル機構と、前記トグル支持盤と前記第２金型との間の距離を調整する型厚調整機構とをさらに備える射出成形機の制御方法であって、
   前記制御部は、前記成形サイクル中の前記型開量に基づいて、前記金型の型締力および前記保圧圧力を制御することを具備し、
   前記射出成形機は、前記成形サイクルを繰り返し実行し、
   前記制御部は、非ロックアップ状態の前記トグルリンクの伸縮により、前記型締力を、前記成形サイクルごとに上げるように、または、下げるように更新し、
   前記制御部は、前記型締力の更新の停止後、前記トグルリンクのロックアップ状態における前記型締力が更新停止時の型締力になるように、前記距離を調整する、ことをさらに具備する、制御方法。

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