JP7531336B2 - 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。

射出成形において、溶融樹脂等の材料にあまり圧力を付加しない低圧射出成形が行われる場合がある。この低圧射出成形の１つとして、射出工程の途中において、速度制御から圧力制御へ切り替える方法が知られている。例えば、射出開始時において、実射出速度が速度設定値となるように速度制御が行われる。その後、低く設定された圧力設定値付近に実射出圧力が達した場合、実射出圧力が圧力設定値を超えないように圧力制御が行われる。

しかし、上記の成形方法では、圧力制御中の射出速度がショット毎にばらつく場合があった。また、このような射出速度のばらつきにより、得られる成形品の品質がショット毎に異なる場合があった。

特開２００１－１９１３８３号公報

製品品質の再現性を向上させ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、金型へ材料を射出する射出装置と、射出装置を制御する制御部であって、予め行われる成形サイクルにおける、過去に設定された射出速度の過去速度設定、および、射出速度を検出する速度センサが過去に検出した過去速度検出結果に基づいて、射出装置が金型へ材料を射出する射出工程における射出速度を制御する制御部と、を備える。

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実施形態による制御装置の構成の一例を示すブロック図。 ふかし成形における速度波形および圧力波形の一例を示すグラフ。 図３の成形サイクルを基準とする射出成形における速度波形および圧力波形の一例を示すグラフ。 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。 複数の制御方法における速度波形の一例を示すグラフ。 複数の制御方法における圧力波形の一例を示すグラフ。 ラミナ制御における速度波形および圧力波形の一例を示すグラフ。 第２実施形態による制御装置の構成を示すブロック図。 フィードフォワード制御による速度指令の変化の一例を示すグラフ 第２工程におけるフィードフォワード制御による速度指令の変化の一例を示すグラフ。

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、制御装置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、記憶装置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、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。

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。

制御装置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射出装置７を制御する。また、制御装置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、制御装置８は、必要なデータを表示部１００に表示させる。

記憶装置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。尚、記憶装置１１０は、制御装置８内に設けられていてもよく、射出成形機１の外部に設けられていてもよい。

図２は、第１実施形態による制御装置８の構成の一例を示すブロック図である。

制御装置８は、インターフェース８１と、位置・速度変換部８２と、記憶制御部８３と、射出速度設定部８４と、射出制御部８５と、射出制御用サーボアンプ８６と、インターフェース８７と、射出圧力制御部８８と、アラーム８９と、を備える。尚、図２に示す例では、記憶装置１１０は、制御装置８内に設けられている。

位置・速度変換部８２は、インターフェース８１を介してスクリュ位置センサＳ２と接続されている。スクリュ位置センサＳ２は、例えば、エンコーダである。この場合、位置・速度変換部８２は、エンコーダ位置を射出速度に換算する。位置・速度変換部８２は、例えば、シーケンサ（図示せず）からの信号により充填時間（射出時間）をカウントする。位置・速度変換部８２は、例えば、射出時間に応じたサンプリングモードで射出速度の波形（時間変化）を記憶装置１１０に出力する。

記憶装置１１０は、データメモリ１１１と、基準波形メモリ１１２と、を有する。

データメモリ１１１は、位置・速度変換部８２から１成形サイクル毎に送られる射出速度波形をその都度取り込む。

記憶部としての基準波形メモリ１１２は、予め行われる成形サイクルにおける過去速度設定および過去速度検出結果を記憶する。「過去速度設定」は、予め行われる成形サイクルにおいて、過去に設定された射出速度の設定である。速度設定は、例えば、スクリュ４２の速度設定でもある。「過去速度検出結果」は、予め行われる成形サイクルにおいて、射出速度を検出する速度センサが過去に検出した検出結果である。射出速度の検出結果は、例えば、１成形サイクル毎の射出速度波形である。速度センサは、例えば、スクリュ位置センサＳ２である。スクリュ位置センサＳ２が検出したスクリュ４２の位置は、上記のように、位置・速度変換部８２により射出速度に変換される。

記憶制御部８３は、予め行われる成形サイクルにおける過去速度設定および過去速度検出結果を記憶装置１１０（基準波形メモリ１１２）に記憶させる。より詳細には、記憶制御部８３は、ユーザの操作に基づいて、過去速度設定および過去速度検出結果を基準波形メモリ１１２に記憶させる。記憶制御部８３は、例えば、ＨＭＩ／Ｆ６０を介して、データメモリ１１１に記憶される射出速度波形を、基準波形メモリ１１２に記憶させる。また、記憶制御部８３は、例えば、ＨＭＩ／Ｆ６０を介して、過去の成形サイクルにおいて入力された過去速度設定を基準波形メモリ１１２に記憶させる。尚、記憶制御部８３は、射出成形機１の外部に設けられる記憶部から、過去速度設定および過去速度検出結果を基準波形メモリ１１２に記憶させてもよい。ＨＭＩ／Ｆ６０は、例えば、キー入力装置を有し、ユーザから種々の操作を受け付ける。

速度情報取得部としての射出速度設定部８４は、基準波形メモリ１１２に予め記憶される過去速度設定および過去速度検出結果を取得する。射出速度設定部８４は、例えば、過去速度設定および過去速度検出結果を自動で取得し、射出制御部８５に送る。尚、射出速度設定部８４は、ユーザの操作に基づいて、記憶装置１１０（データメモリ１１１）に記憶される過去速度設定および過去速度検出結果を取得してもよい。

制御部としての射出制御部８５は、射出装置７を制御する。射出制御部８５は、速度制御および圧力制御により、射出装置７の射出を制御する。射出制御部８５は、例えば、射出速度設定部８４から送られる過去速度設定および過去速度検出結果を速度指令に変換し、射出制御用サーボアンプ８６に送る。これにより、射出制御部８５は、射出サーボモータ５１を介してスクリュ４２の移動を制御し、射出装置７による射出を制御することができる。尚、射出制御部８５による射出制御の詳細については、図３および図４を参照して、後で説明する。

射出圧力制御部８８は、インターフェース８７を介して射出圧力センサＳ１と接続されている。射出圧力制御部８８は、圧力設定部８８１と、比較部８８２と、を備える。

圧力設定部８８１は、ＨＭＩ／Ｆ６０からユーザの操作に基づいて、射出圧力設定Ｌｐｓおよび設定圧力の上限変更値を設定する（図３を参照）。尚、射出圧力設定Ｌｐｓと上限変更値との和は、上限射出圧力設定Ｌｐｓ２と呼ばれる（図４を参照）。圧力設定部８８１は、射出制御部８５に射出圧力設定Ｌｐｓおよび上限変更値を送る。これにより、射出制御部８５は、圧力制御により射出を制御することができる。射出制御部８５は、例えば、射出圧力が射出圧力設定Ｌｐｓを超えないように圧力制御を行う。

比較部８８２は、射出圧力センサＳ１が検出する検出値（実圧力）と、上限射出圧力設定Ｌｐｓ２と、を比較する。比較部８８２は、実圧力が上限射出圧力設定Ｌｐｓ２を超えた場合、アラーム８９に信号を送る。

アラーム８９は、例えば、実圧力が上限射出圧力設定Ｌｐｓ２を超えたことを報知する。

次に、射出制御部８５による射出制御について説明する。尚、以下では、射出工程における射出制御ついて説明する。

図３は、ふかし成形における速度波形および圧力波形の一例を示すグラフである。縦軸は射出速度および射出圧力を示す。横軸は時間を示す。尚、原点Ｏは、射出工程の開始時である。従って、原点Ｏでは、速度および圧力はほぼゼロである。

Ｌｖｓは、射出速度設定を示し、例えば、射出速度設定部８４に入力される設定値である。Ｌｖは、実速度を示し、例えば、位置・速度変換部８２により変換される射出速度である。Ｌｐｓは、射出圧力設定を示し、例えば、圧力設定部８８１に入力される設定値である。Ｌｐは、実圧力を示し、例えば、射出圧力センサＳ１により検出される射出圧力である。

ふかし成形とは、射出工程の初期において射出速度設定Ｌｖｓにより射出速度（実速度Ｌｖ）を制御し、射出工程の途中から、実圧力Ｌｐが上限値である射出圧力設定Ｌｐｓを超えないように圧力制御する、低圧射出成形法である。従って、図３に示すように、ふかし成形における射出工程は、速度制御工程と圧力制御工程とに分けられる。速度制御工程と圧力制御工程との切り替えタイミングｔは、例えば、実圧力Ｌｐが上昇して射出圧力設定Ｌｐｓに達するタイミングである。尚、切り替えタイミングｔは、実圧力Ｌｐが射出圧力設定Ｌｐｓを含む所定の圧力範囲内に達するタイミングであってもよい。

ふかし成形では、溶融樹脂に大きな圧力を印加しないように成形が行われる。従って、過充填による金型の破損を抑制することができる。また、高圧力の充填ができる射出成形機を必要としないため、装置自体のコストが低い。また、低圧で充填操作を行うため、射出成形機のランニングコストも低減できる。また、低圧で射出を行うため、金型・周辺機器を小型化でき、この点からも装置自体のコストおよびランニングコストを低減できる。また、成形品の残留応力を低減することができる。

しかし、ふかし成形では、圧力制御工程における射出速度がショット毎にばらつく場合がある。これは、樹脂射出が圧力制御に依存するため、金型１１、１２内での樹脂挙動の変化があるためと考えられる。この射出速度のばらつきにより、ショット毎の充填時間がばらつき、外観品質が不安定になる可能性がある。すなわち、射出速度のばらつきにより、ショット毎に得られる成形品の品質が異なる場合がある。従って、必ずしも良品が得られるとは限らない。

そこで、射出制御部８５は、予め行われる成形サイクルにおける、過去に設定された射出速度の過去速度設定、および、射出速度を検出する速度センサが過去に検出した過去速度検出結果に基づいて、射出装置７が金型１１、１２へ材料を射出する射出工程における射出速度を制御する。まず、図３に示すように、予め実行されるふかし成形により、基準となる速度パターンのサンプリングが行われる。その後、図４に示すように、基準となる速度パターンとしての過去速度設定および過去速度検出結果を用いた成形運転が行われる。射出制御部８５は射出工程全域において速度制御を行うため、ショット毎の射出速度のばらつきを抑制することができる。この結果、低圧射出成形における成形品の品質の再現性を向上させることができる。

また、より詳細には、射出制御部８５は、予め行われる成形サイクルのうち成形品が良品である成形サイクルにおける、過去速度設定および過去速度検出結果に基づいて、射出工程における射出速度を制御する。すなわち、基準となる成形サイクルは、ふかし成形により良品が得られた成形サイクルである。

（ふかし成形による速度パターンのサンプリング）
図３に示すように、射出制御部８５は、予め行われる成形サイクルの第１工程において、射出工程の開始から射出圧力を検出する圧力センサの圧力検出結果が所定の上限値に達するまで、過去速度設定に基づいて射出速度を制御する。「第１工程」は、射出工程の開始時から途中までを含む。ふかし成形時における第１工程は、速度制御工程である。圧力センサは、例えば、射出圧力センサＳ１である。「所定の上限値」は、射出圧力設定Ｌｐｓである。過去速度設定は、射出速度設定Ｌｖｓである。尚、図３に示す射出速度設定Ｌｖｓは、例えば、１００ｍｍ／ｓｅｃ等の指令値であり、階段状（矩形状）の波形を示す。図３に示す射出速度設定Ｌｖｓは、モータへの実際の速度指令における速度の立ち下がりおよび立ち下がりは考慮されていない。

速度制御工程では、実速度Ｌｖは、射出工程の開始から上昇する。射出制御部８５は、射出速度設定Ｌｖｓに追従するように射出サーボモータ５１を制御する。射出サーボモータ５１の制御には、例えば、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御が用いられる。従って、実速度Ｌｖは、実際の速度指令である射出速度設定Ｌｖｓに対して遅れが生じる。図３に示す例では、速度制御工程の終了時において、実速度Ｌｖが射出速度設定Ｌｖｓに達している。また、実圧力Ｌｐは、射出工程の開始から実速度Ｌｖとともに上昇する。実圧力Ｌｐが射出圧力設定Ｌｐｓに達するタイミングは、切り替えタイミングｔとなる。その後、圧力制御工程が行われる。

尚、実速度Ｌｖが射出速度設定Ｌｖｓに達するタイミングは、図３に示す例に限られず、実圧力Ｌｐの上昇速度によって変化する場合がある。例えば、実圧力Ｌｐの上昇速度が遅い場合、実速度Ｌｖは射出速度設定Ｌｖｓに達し、射出速度設定Ｌｖｓと所定期間ほぼ一致した後に、実圧力Ｌｐが射出圧力設定Ｌｐｓに達してもよい。実圧力Ｌｐの上昇速度は、例えば、金型のキャビティ容積、および、射出速度設定Ｌｖｓの大きさ等によって変化する。

また、射出制御部８５は、予め行われる成形サイクルの第２工程において、圧力検出結果が所定の上限値以下になるように射出圧力を制御する。「第２工程」は、第１工程後の工程であり、射出工程の途中から終了時までを含む。ふかし成形時における第２工程は、圧力制御工程である。圧力制御工程の開始時は、切り替えタイミングｔに対応する。例えば、射出制御部８５は、実圧力Ｌｐが射出圧力設定Ｌｐｓ以上になった場合、射出速度を減少させる。速度制御工程直後の射出速度のままでは、実圧力Ｌｐは上昇し続けてしまう。従って、射出制御部８５は、圧力制御により大きく射出速度を減少させる。図３に示すように、圧力制御工程へ切り替わってすぐに、実速度Ｌｖは急激に減少する。急減速後も射出の継続によって射出圧力は上昇する。従って、実速度Ｌｖは、実圧力Ｌｐが射出圧力設定Ｌｐｓを超えないように、徐々に減少し続ける。尚、圧力制御工程では、射出速度設定Ｌｖｓは無視される（図３の破線を参照）。圧力制御工程の終了（射出工程の終了）は、例えば、スクリュ４２の位置によって設定される。圧力制御工程の終了後、保圧工程が行われる。

ユーザは、例えば、図３に示す成形サイクルを、基準となるふかし成形の成形サイクルとする。この場合、記憶制御部８３は、速度制御工程における射出速度設定Ｌｖｓおよび圧力制御工程における実速度Ｌｖを基準波形メモリ１１２に記憶させる。

（速度パターンを用いた成形運転）
図４は、図３の成形サイクルを基準とする射出成形における速度波形および圧力波形の一例を示すグラフである。

Ｌｐｓ２は、上限射出圧力設定を示す。上限射出圧力設定Ｌｐｓ２は、上記のように、射出圧力設定Ｌｐｓに上限変更値を加えた値である。圧力制御工程への切り替えに関する射出圧力の設定値を引き上げることにより、射出速度が不安定になる圧力制御を実行されないようにすることができる。すなわち、基準となる成形サイクルの決定後の成形運転では、射出工程全域で速度制御を実行することができる。上限射出圧力設定Ｌｐｓ２は、射出圧力設定Ｌｐｓよりも十分高い値になるように設定される。

射出制御部８５は、射出工程のうち第１工程において、過去速度設定に基づいて射出速度を制御する。より詳細には、第１工程は、射出工程の開始時を含む工程である。第１工程では、図３に示す基準となるふかし成形時の射出速度設定Ｌｖｓと同じ射出速度設定Ｌｖｓが用いられる。従って、図４に示す実速度Ｌｖは、図３に示す実速度Ｌｖとほぼ一致する。これにより、基準となるふかし成形時の速度制御工程における射出速度をほぼ完全に再現することができる。

また、射出制御部８５は、射出工程のうち第１工程後の第２工程において、過去速度検出結果に基づいて射出速度を制御する。従って、第２工程では、図３に示す基準となるふかし成形時の実速度Ｌｖが図４に示す射出速度設定Ｌｖｓになる。基準となるふかし成形時では、圧力制御工程において射出速度設定Ｌｖｓが無視されている。そこで、ふかし成形時の実速度Ｌｖである過去速度検出結果が速度制御に用いられている。これにより、基準となるふかし成形時の圧力制御工程を再現するように、速度制御により射出成形を実行することができる。この結果、ショット毎の射出速度のばらつきを抑制することができ、成形品の品質の再現性を向上させることができる。

また、より詳細には、射出制御部８５は、過去速度設定および過去速度検出結果を射出速度の速度設定とすることにより、射出工程における射出速度を制御する。「速度設定」は、過去速度設定とは異なり、現在またはこれから行われる成形サイクルにおける射出速度の設定である。ふかし成形時の速度制御工程における過去速度設定は、上記のように、第１工程における速度設定に用いられる。ふかし成形時の圧力制御工程における過去速度検出結果は、上記のように、第２工程における速度設定に用いられる。また、射出制御部８５は、過去速度設定および過去速度検出結果に追従するように、射出工程における射出速度を制御する。射出制御部８５は、例えば、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御をする。

次に、射出成形機１の制御方法について説明する。

図５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、射出成形機１は、ふかし成形を実行し、データメモリ１１１は、ふかし成形による射出速度波形を記憶する（Ｓ１０）。

次に、ユーザは、成形品が良品であるか否かを判定する（Ｓ２０）。成形品が良品ではない場合（Ｓ２０のＮＯ）、ステップＳ１０が再び実行される。従って、良品が得られるまで、ステップＳ１０、Ｓ２０が繰り返し実行される。尚、ステップＳ１０、Ｓ２０は、例えば、１成形サイクル毎に実行される。

一方、成形品が良品である場合（Ｓ２０のＹＥＳ）、記憶制御部８３は、過去速度設定および過去速度検出結果を基準波形メモリ１１２に記憶させる（Ｓ３０）。ユーザは、例えば、ＨＭＩ／Ｆ６０の操作により記憶制御部８３を動作させ、射出速度設定部８４で設定した過去速度設定、および、データメモリ１１１に記憶された過去速度検出結果を基準波形メモリ１１２に記憶させる。

次に、射出速度設定部８４は、射出速度を自動設定する（Ｓ４０）。射出速度設定部８４は、基準波形メモリ１１２に記憶された過去速度設定および過去速度検出結果を取得し、後の成形運転時の速度設定とする。

次に、射出成形機１は、射出速度設定部８４による設定に基づいて、成形運転を開始する（Ｓ５０）。

次に、ユーザは、成形品が良品であるか否かを判定する（Ｓ６０）。成形品が良品ではない場合（Ｓ６０のＮＯ）、ユーザは、射出速度を修正する（Ｓ７０）。すなわち、ユーザは、射出速度設定部８４の速度設定を調整する。その後、ステップＳ５０が再び実行される。従って、良品が得られるまで、ステップＳ５０～Ｓ７０が繰り返し実行される。尚、ステップＳ５０～Ｓ７０は、例えば、１成形サイクル毎に実行される。

一方、成形品が良品である場合（Ｓ６０のＹＥＳ）、ユーザは、そのまま運転を継続する。従って、製品の量産が行われる。

尚、図５に示すふかし成形（ステップＳ１０）および成形運転（ステップＳ５０）は、一連の操作で行われる場合に限られない。例えば、ふかし成形が成形運転に先立って別に行われ、その後独立に行われる成形運転において、ふかし成形で得られた過去速度設定および過去速度検出結果が用いられてもよい。これにより、多種少量生産において、成形品の変化に伴い金型が頻繁に交換されても、同じ金型の過去速度設定および過去速度検出結果が再利用可能になる。この結果、ふかし成形における速度波形のサンプリングを省略して、製造効率を向上させることができる。

図６Ａは、複数の制御方法における速度波形の一例を示すグラフである。図６Ｂは、複数の制御方法における圧力波形の一例を示すグラフである。図６Ａおよび図６Ｂに示す速度波形および圧力波形は、実測値である。

Ｖ１は、基準となるふかし成形時の実速度を示す。Ｖ２は、本実施形態の成形運転における実速度を示す。Ｖ３は、比較例としてのラミナ制御における実速度を示す。図６Ａに示す実速度Ｖ１～Ｖ３は、図３および図４に示す実速度Ｌｖのように、ピークを示し、その後減少する。

Ｐ１は、基準となるふかし成形時の実圧力を示す。Ｐ２は、本実施形態の成形運転における実圧力を示す。Ｐ３は、比較例としてのラミナ制御における実圧力を示す。図６Ｂに示す実圧力Ｐ１～Ｐ３は、図３および図４に示す実圧力Ｌｐのように、上昇し、その後、略一定になる。尚、図６Ｂに示すように、実圧力Ｐ１～Ｐ３は、略一定にならずに緩やかに上昇する場合がある。

ラミナ制御とは、予め実行されるふかし成形時における過去速度検出結果に基づいて、射出工程全域における射出速度を制御する制御方法である。従って、ラミナ制御では、過去速度設定は用いられない。尚、ラミナ制御の詳細については、図７を参照して、後で説明する。

図６Ａに示すように、実速度Ｖ１が最高速度に到達するまでの時間は、約６５ｍｓである。また、実速度Ｖ２が最高速度に到達するまでの時間は、約６４ｍｓである。それぞれの到達時間は、近い値である。従って、本実施形態の成形運転における実速度Ｖ２は、基準となるふかし成形時の実速度Ｖ１と似た時間変化を示す。

０ｍｓ～約４０ｍｓにおいて、実速度Ｖ２は、実速度Ｖ１とほぼ一致する。また、約４０ｍｓ～約６５ｍｓにおいて、実速度Ｖ２は、実速度Ｖ１よりも低い。これは、設定に対して遅れる実速度が射出速度設定の最大値を超えること（オーバーシュート）を抑制するために、第１工程が終わる前に減速を開始する制御方法が用いられているためである。尚、例えば、実速度Ｌｖが射出速度設定Ｌｖｓと所定期間ほぼ一致した（安定した）後に第１工程が終了する場合、第１工程における実速度Ｖ２は実速度Ｖ１とほぼ一致する。また、第１工程において減速が行われない制御方法が用いられてもよい。この場合も、第１工程における実速度Ｖ２は実速度Ｖ１とほぼ一致する。

約６５ｍｓ～約１５０ｍｓにおいて、実速度Ｖ２は、実速度Ｖ１から遅れて追従する。また、約１５０ｍｓ以降において、実速度Ｖ２は、実速度Ｖ１とほぼ一致する。

図６Ｂに示すように、基準となるふかし成形時の実圧力Ｐ１は、約７７ｍｓにおいてピークを示す。実圧力Ｐ２が実圧力Ｐ１のピーク圧力に到達するまで時間は、約９０ｍｓである。従って、本実施形態の成形運転における実圧力Ｐ２は、基準となるふかし成形時の実圧力Ｐ１と似た時間変化を示す。

従って、本実施形態における成形運転では、基準となるふかし成形時の射出速度および射出圧力に近い射出速度および射出圧力で、射出成形を実行することができる。

以上のように、第１実施形態によれば、射出制御部８５は、予め行われる成形サイクルにおける過去速度設定および過去速度検出結果に基づいて、射出工程における射出速度を制御する。これにより、過去の成形サイクルである、基準となるふかし成形時における射出速度および射出圧力を再現するように、速度制御により射出工程を実行することができる。この結果、金型保護、低圧成形および低残留応力成形を可能とするとともに、低圧射出成形における成形品の品質の再現性を速度制御により向上させることができる。

図７は、ラミナ制御における速度波形および圧力波形の一例を示すグラフである。

図７に示すように、ラミナ制御では、基準となるふかし成形時の射出工程全域における実速度Ｌｖを、射出速度設定Ｌｖｓとする。すなわち、射出工程の開始時においても過去速度検出結果が速度設定に用いられ、過去速度設定が速度設定に用いられない点で、ラミナ制御は、図４に示す本実施形態の成形運転とは異なる。

図７に示す射出工程の開始直後における実速度Ｌｖは、図３および図４に示す実速度Ｌｖよりも低くなっている。これは、ラミナ制御では、基準となるふかし成形時の実速度Ｌｖを射出速度設定Ｌｖｓとしているためである。すなわち、図７に示す実速度Ｌｖは、図３に示す基準となるふかし成形時の射出速度設定Ｌｖｓに対して２重の制御遅れの影響を受ける。ラミナ制御では、射出工程全域で速度制御が行われるため、本実施形態の成形運転と同様に、ショット毎の成形品の品質の再現性が得られる。しかし、ラミナ制御における射出速度および射出圧力の時間変化は、基準の成形サイクルとは大きく異なってしまう場合がある。この場合、基準の成形サイクルには発生していなかった成形不良が発生する可能性がある。

図６Ａに示すように、実速度Ｖ３が最高速度に到達するまでの時間は、約９５ｍｓである。この約９５ｍｓは、実速度Ｖ１、Ｖ２における到達時間である約６５ｍｓおよび約６４ｍｓよりも大きい。すなわち、ラミナ制御における実速度Ｖ３は、０ｍｓ～約１５０ｍｓにおいて、実速度Ｖ１および実速度Ｖ２に対して大きく遅れている。

図６Ｂに示すように、実圧力Ｐ３が実圧力Ｐ１のピーク圧力に到達するまで時間は、約１１７ｍｓである。この約１１７ｍｓは、実圧力Ｐ１、Ｐ２における到達時間である約７７ｍｓおよび約９０ｍｓよりも大きい。すなわち、ラミナ制御における実圧力Ｐ３は、０ｍｓ～約１５０ｍｓにおいて、実圧力Ｐ１および実圧力Ｐ２に対して大きく遅れている。

これに対して、本実施形態では、第１工程において、過去速度検出結果に代えて過去速度設定が速度制御に用いられる。これにより、第１工程における実速度Ｌｖおよび実圧力Ｌｐを、基準となるふかし成形時とほぼ同じにすることができる。この結果、第１工程後の第２工程における実速度Ｌｖおよび実圧力Ｌｐを、基準となるふかし成形時に近づけることができる。従って、外観品質等の成形品の品質をラミナ制御よりも向上させることができる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態による制御装置８の構成を示すブロック図である。第２実施形態は、第２工程において、射出速度の制御にフィードフォワード制御（ＦＦ（Feed Forward）制御とも呼ばれる）が用いられる点で、第１実施形態と異なる。

第１実施形態の成形運転では、図４に示すように、第２工程における実速度Ｌｖは、制御遅れにより射出速度設定Ｌｖｓに対して遅れて追従する。従って、第２工程の開始時等のように射出速度設定Ｌｖｓが急激に変化する場合、実速度Ｌｖは、射出速度設定Ｌｖｓと一致しない可能性がある。そこで、フィードフォワード制御を用いて制御遅れを抑制することにより、第２工程における実速度Ｌｖを射出速度設定Ｌｖｓに近づけることができる。尚、第１工程では、フィードフォワード制御は行われない。従って、第２実施形態における第１工程は、第１実施形態と同様である。

制御装置８は、積分器ＩＮと、指令修正部Ｃと、をさらに備える。

射出制御部８５は、射出速度設定部８４で設定される過去速度検出結果に基づいてスクリュ４２の速度指令を生成する。

指令変換部としての積分器ＩＮは、射出制御部８５による速度指令を積分することにより、速度指令を位置指令に変換する。積分器ＩＮは、変換した位置指令を射出制御用サーボアンプ８６に送る。

指令修正部Ｃは、速度指令に基づくスクリュ４２の位置指令を修正する。より詳細には、指令修正部Ｃは、速度センサが検出する速度検出結果が過去速度検出結果に近づくように、位置指令を修正する。「速度検出結果」は、過去速度検出結果とは異なり、現在またはこれから行われる成形サイクルにおける射出速度の検出結果である。

また、指令修正部Ｃは、フィードフォワード制御部ＦＣと、加算器Ａと、を備える。

フィードフォワード制御部ＦＣは、過去速度検出結果に基づくスクリュ４２の速度指令と所定値との積を算出する。所定値は、例えば、図８に示すフィードフォワード制御量（ＦＦ量とも呼ばれる）Ｆである。フィードフォワード制御量Ｆは、例えば、定数である。

加算器Ａは、過去速度検出結果に基づく位置指令に、過去速度検出結果に基づくスクリュ４２の速度指令とフィードフォワード制御量Ｆとの積を加算することにより、位置指令を修正する。加算器Ａは、加算結果である位置指令を射出制御用サーボアンプ８６に送る。従って、本来の位置指令とフィードフォワード制御量Ｆとの和が、指令として射出制御用サーボアンプ８６に送られる。これにより、第２工程における速度の応答性を向上させ、制御遅れによる速度フィードバックの遅れを抑制することができる。

図９は、フィードフォワード制御による速度指令の変化の一例を示すグラフである。尚、速度指令は、位置指令を時間微分することにより得られる。

Ｌ１（破線）は、フィードフォワード制御が行われない場合（フィードフォワード制御量Ｆがゼロである場合）における速度指令の時間変化を示す。Ｌ１は、時間の経過とともに、上昇し、一定となり、その後、下降する。Ｌ２（実線）は、フィードフォワード制御が行われる場合における速度指令の時間変化を示す。

図９に示すように、フィードフォワード制御が行われる場合の速度指令は、フィードフォワード制御量Ｆの加算により、本来の指令速度とは異なる速度波形を示す。

図１０は、第２工程におけるフィードフォワード制御による速度指令の変化の一例を示すグラフである。図１０に示す速度は、速度指令の時間変化の概略である。

Ｌ１ａ（破線）は、フィードフォワード制御が行われない場合における速度指令の時間変化を示す。従って、Ｌ１ａは、図４に示す射出速度設定Ｌｖｓの概略を示す。尚、Ｌ１ａは、射出工程開始時の速度の立ち上がりが考慮されている。Ｌ２ａ（実線）は、フィードフォワード制御が行われる場合における速度指令の時間変化を示す。また、図１０に示す１５０ｍｓ～３００ｍｓの時間は、図６Ａに示す時間に対応する。

図１０に示す例では、第１工程におけるフィードフォワード制御量Ｆは、ゼロに設定される。フィードフォワード制御が行われないため、第１工程におけるＬ２ａは、Ｌ１ａとほぼ一致する。

第１工程と第２工程との切り替えタイミングｔａにおいて、フィードフォワード制御量Ｆの設定が入力され、フィードフォワード制御が実行される。これにより、Ｌ２ａは、フＬ１ａよりも小さくなる。従って、切り替えタイミングｔａ直後の速度減少を急激にすることができる。これにより、速度指令に対する速度フィードバックの制御遅れを抑制することができ、例えば、図４の第２工程における実速度Ｌｖを射出速度設定Ｌｖｓに近づけることができる。

１５０ｍｓにおいて、Ｌ１ａとＬ２ａとの差が減少している。これは、フィードフォワード制御量Ｆの値が減少するためである。第２工程では、フィードバックの制御遅れの大きさ、すなわち、速度指令の変化の大きさに応じて、フィードフォワード制御量Ｆの設定が変更されてもよい。

また、フィードフォワード制御量Ｆは、位置指令とスクリュ４２の位置フィードバックとの偏差と略等しくなるように設定される。位置フィードバックは、例えば、スクリュ位置センサＳ２の検出結果である。これにより、フィードバックの制御遅れを相殺（抑制）することができる。フィードフォワード制御量Ｆは、例えば、フィードバックの遅れを適切に解消できるように、所望の値がユーザにより予め設定される。ユーザは、例えば、射出成形機１の性能確認において実速度を確認しながらフィードフォワード制御量Ｆの値を決定する。フィードフォワード制御量Ｆは、例えば、基準波形メモリ１１２等の記憶部に記憶されればよい。

尚、図１０において、速度を積分することによりスクリュ４２の移動量が得られる。図１０に示す例では、Ｌ１ａとＬ２ａとの間で移動量が異なっているように見える。しかし、厳密には、フィードフォワード制御を開始すると、開始直後の１制御スキャン分だけ、Ｌ１ａとＬ２ａとの間の移動量の差を相殺する方向の速度指令が発生する。この結果、Ｌ１ａとＬ２ａとの移動量はほぼ等しくなる。尚、１制御スキャンだけであるため、発生する速度指令は、速度フィードバックの変動にはほとんど影響しない。

このように、フィードフォワード制御を用いることにより、第２工程における射出速度の遅れを抑制することができる。また、射出速度の遅れだけでなく、射出圧力の遅れも抑制することができる。この結果、実速度Ｌｖおよび実圧力Ｌｐの時間変化を基準（良品成形時）の成形サイクルの値にさらに近づけることができる。従って、成形品の品質をさらに向上させ、また、基準となる成形時の品質に近づけることができる。

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。

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。

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、７ 射出装置、１１ 固定金型、 １２ 移動金型、４１ バレル、４２ スクリュ、８２ 位置・速度変換部、８３ 記憶制御部、８４ 射出速度設定部、８５ 射出制御部、１１２ 基準波形メモリ、Ｃ 指令修正部、Ｆ フィードフォワード制御量、Ｓ１ 射出圧力センサ、Ｓ２ スクリュ位置センサ

Claims (9)

1. 型締された金型へ材料を射出する射出装置と、
   前記射出装置を制御する制御部であって、予め行われる成形サイクルにおける、過去に設定された射出速度の過去速度設定、および、射出速度を検出する速度センサが過去に検出した過去速度検出結果に基づいて、前記射出装置が前記金型へ材料を射出する射出工程における射出速度を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記射出工程のうち第１工程において、前記過去速度設定に基づいて射出速度を制御し、
   前記射出工程のうち前記第１工程後の第２工程において、前記過去速度検出結果に基づいて射出速度を制御し、
   前記射出装置は、バレル内でスクリュを移動させることによって、型締された前記金型へ材料を射出し、
   前記制御部は、前記過去速度検出結果に基づいて前記スクリュの速度指令を生成し、
   前記第２工程において、前記速度指令に基づく前記スクリュの位置指令をフィードフォワード制御により修正する指令修正部をさらに備え、
   前記指令修正部は、前記第２工程において、前記過去速度検出結果に基づく前記位置指令に、前記過去速度検出結果に基づく前記スクリュの前記速度指令と所定値との積を加算するフィードフォワード制御により、前記位置指令を修正する、射出成形機。
2. 前記制御部は、
   予め行われる成形サイクルの前記第１工程において、前記射出工程の開始から射出圧力を検出する圧力センサの圧力検出結果が所定の上限値に達するまで、前記過去速度設定に基づいて射出速度を制御し、
   予め行われる成形サイクルの前記第２工程において、前記圧力検出結果が前記所定の上限値以下になるように射出圧力を制御する、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記指令修正部は、前記速度センサが検出する速度検出結果が前記過去速度検出結果に近づくように、前記位置指令を修正する、請求項１に記載の射出成形機。
4. 前記所定値は、前記位置指令と前記スクリュの位置フィードバックとの偏差と略等しくなるように設定される、請求項１に記載の射出成形機。
5. 前記制御部は、前記過去速度設定および前記過去速度検出結果を射出速度の速度設定とすることにより、前記射出工程における射出速度を制御する、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. 前記制御部は、前記過去速度設定および前記過去速度検出結果に追従するように、前記射出工程における射出速度を制御する、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、予め行われる成形サイクルのうち成形品が良品である成形サイクルにおける、前記過去速度設定および前記過去速度検出結果に基づいて、前記射出工程における射出速度を制御する、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. 予め行われる成形サイクルにおける前記過去速度設定および前記過去速度検出結果を記憶部に記憶させる記憶制御部をさらに備える、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の射出成形機。
9. 型締された金型へ材料を射出する射出装置と、前記射出装置を制御する制御部と、を備える射出成形機の制御方法であって、
   予め行われる成形サイクルにおける、過去に設定された射出速度の過去速度設定、および、射出速度を検出する速度センサが過去に検出した過去速度検出結果に基づいて、前記射出装置が前記金型へ材料を射出する射出工程における射出速度を前記制御部により制御する、ことを具備し、
   前記射出工程のうち第１工程において、前記過去速度設定に基づいて射出速度を前記制御部により制御し、
   前記射出工程のうち前記第１工程後の第２工程において、前記過去速度検出結果に基づいて射出速度を前記制御部により制御する、ことをさらに具備し、
   前記射出装置は、バレル内でスクリュを移動させることによって、型締された前記金型へ材料を射出し、
   前記制御部は、前記過去速度検出結果に基づいて前記スクリュの速度指令を生成し、
   前記射出成形機は、前記第２工程において、前記速度指令に基づく前記スクリュの位置指令をフィードフォワード制御により修正する指令修正部をさらに備え、
   前記第２工程において、前記過去速度検出結果に基づく前記位置指令に、前記過去速度検出結果に基づく前記スクリュの前記速度指令と所定値との積を加算するフィードフォワード制御により、前記位置指令を前記指令修正部により修正する、ことをさらに具備する、射出成形機の制御方法。

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