(57)【要約】【課題】  射出成形機の操業状況を基準となる状況と定量的に把握して、熟練した作業者に負うことなく、確実に良好な状態に、簡便に調整できるようにする射出成形機における可塑化工程の良否判定方法を提供する。【解決手段】  射出装置で安定状態にある、特に５ショット目の可塑化工程におけるスクリュ速度やスクリュ位置、シリンダ温度や圧力等のアナログデータに関して経時的に取得されたパラメータのデータを集約して基準データ値とし、任意のショット時のアナログデータに対して、ＭＴ法により基準データ値に対するＭＤ値を求めて、このＭＤ値の大きさにより可塑化工程における操業の良否を判定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した成形材料を加熱シリンダの先端部のノズルから、該加熱シリンダ内を進退するスクリュの前進動作により押し出して金型内に射出する射出成形機であって、前記スクリュの後退動作時に成形材料を溶融させると共に、射出量を計量する射出装置を備えた射出成形機における可塑化工程の良否判定方法において、
前記スクリュの後退による可塑化工程で、成形材料の挙動に関するパラメータのデータを所定時間毎に捕捉し、
所定回目のショットを行った際の前記パラメータに関するデータから集約した基準データ値を求め、
作動時の可塑化工程から得られる前記パラメータに関するデータから集約した当該時データ値を求め、
前記基準データ値と当該時データ値とのMD値を求めて、該MD値を判定の指標とすることを特徴とする射出成形機における可塑化工程の良否判定方法。
【請求項２】
前記基準データ値と当該時データ値とを集約する際に、前記パラメータの変化の態様に応じて、ＳＮ比または感度、平均値のいずれか一つまたは二つ以上を用いて、前記MD値を求めることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機における可塑化工程の良否判定方法。
【請求項３】
前記パラメータを複数個の群に分割してそれぞれの群についての基準データ値と当該時データ値とを集約して指標とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形機における可塑化工程の良否判定方法。
【請求項４】
前記基準データ値を、安定状態におけるパラメータに関するデータから求めることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の射出成形機における可塑化工程の良否判定方法。
【請求項５】
前記基準データ値を求めるためのパラメータの集約に際して、射出装置から射出される成形材料の樹脂温度が安定性を示した状況における可塑化工程のパラメータを選定することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の射出成形機における可塑化工程の良否判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、射出成形機で成形材料を射出するのに先だって行う、成形材料の計量工程において、成形材料が所望の成形品を成形加工するのに適した状態に可塑化されているか否かを判定する射出成形機における可塑化工程の良否判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イン・ライン・スクリュ式の射出成形機は、ホッパから加熱シリンダに供給された成形材料が、スクリュの回転によって混練され、加熱されながら溶融して可塑化し加熱シリンダ先端部に給送される。溶融された可塑化材料が加熱シリンダ先端部に滞留することにより、スクリュが可塑化材料の反力を受けて後退する。この後退量によって可塑化材料の計量を行い、所定位置まで後退したならばスクリュの回転を停止する。次いで、駆動シリンダによってスクリュが押動されて、型締めされている金型内に加熱シリンダの先端のノズル部から可塑化材料を射出する。
【０００３】
成形加工された製品の品質特性は、形状寸法が所定通りであるか否かや、ひけやそり等の外観不良や欠陥が存しないか等により判定される。この品質特性の良否の判定は、作業者が製品を視認することにより行われていた。製品に不良が生じている場合には、射出工程の前工程である可塑化工程における材料の可塑化が適切に行われていないと判断され、加熱シリンダによる加熱温度やスクリュの移動速度等の可塑化条件を変更することで調整する。この可塑化条件の調整作業には経験が必要であるため、作業者には熟練が要求される。
【０００４】
作業者の熟練に極力頼らずに調整できるように、射出成形機の射出装置の動作や状況をセンサ等の検出手段を用いて捕捉し、取得されたデータをモニタ画面に表示させるようにしたものがある。作業者は、このモニタ画面で可塑化条件を決定するパラメータの推移等を確認しながら可塑化条件の調整作業を行う。なお、可塑化条件のパラメータには許容される一定の管理範囲が設定されて、管理範囲から逸脱するような場合には警報等を発するようにしてあるものもある。
【０００５】
いずれの場合も、製品の良否は作業者が判断すると共に、可塑化条件の変更のための射出装置の動作の調整は、作業者が行うことになる。このため、作業者にはある程度の経験が要求されている。
【０００６】
一方、射出成形機における製品良否判別のための設定作業を簡単に行うことができるように、成形条件出しを行ってＮショット安定して良品を成形できる成形条件を見い出し、各ショットにおいて得られる少なくとも１つの実績値について、（Ｎ＋１）ショット目からは、その直前のショットから数えて過去Ｎショット分の実績値データから平均値及び標準偏差をショット毎に算出し、算出された標準偏差に対し倍率ｋi を初期設定して実績値が、（平均値±ｋi ×標準偏差）の範囲に入るかの判定をショット毎に行い、入る場合には良品、入らなければ不良品という判別を行いながら、標準偏差に対する最適倍率ｋo を決定し、以後は、ショット毎に算出された標準偏差に対し最適倍率ｋo を設定して実績値が、（平均値±ｋo ×標準偏差）の範囲に入るかの判定をショット毎に行い、入る場合には良品、入らなければ不良品という判別を行うな製品良否判別方法が開示されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、現象の変化に対応するためにＭＴＳ法を利用して製造回毎に判別に使用する項目をダイナミックに変化させることにより、製品の良否判別を精度良く行うことができるようにする製品の良否判別方法として、射出成形機の場合、直交表の組み合わせに従い、毎ショットの複数項目の実績値を使ってｎ通りのマハラノビスの距離を算出し、マハラノビスの距離からｎ通り分のＳＮ比を算出し、算出されたＳＮ比を使って各項目の水準平均（直交表における第１水準、第２水準）を算出し、水準平均差（第１水準平均−第２水準平均）の大きいものからｍ項目見つけ、これら最適なｍ項目を使って、再度マハラノビスの距離をｍ個計算し、ｍ個の距離のうちいずれか１つでも基準値を越えている場合不良とする方法が開示されている（特許文献２参照）。
【０００８】
また、射出成形機における製品の良否判別を精度良く行うことができるようにするものとして、予備段階として、成形をＰ１回行ってあらかじめ定められた複数項目Ｍについての予備段階計測データを計測し、予備段階計測データのすべてについて分布を求め、実成形段階として、成形毎に複数のセンサより計測される複数項目Ｍの種類の計測データを計測し、前記計測データと予備段階で求められた前記分布とを用いて、複数項目Ｍの計測データのばらつきを求めて、複数項目Ｍの計測データのばらつきより、成形毎にばらつきの大きいｍ個の計測データを抽出し、抽出された１〜ｍ個の計測データのばらつきと、１〜ｍの数に対応するあらかじめ設定されたそれぞれの基準値とを比較することにより、成形毎に算出された１〜ｍ個のばらつきの少なくとも１個がこれに対応するあらかじめ設定された基準値を越えている時に製品異常の判別結果を出すようにした射出成形機の良否判別方法が開示されている（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】特許第３５４６９５１号
【特許文献２】特許第３６７７６２７号
【特許文献３】特開２００５−１７００５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、可塑化条件の調整を作業者の熟練に負う場合には、作業者の熟練度合い等に左右されるおそれがあり、製品のバラツキを排除することができず、製品歩留まりをより向上させることを行いにくい。
【００１１】
また、特許文献１〜３に記載された良否判別方法では、製品を確認してその良否を判断し、良品を成形した条件下の複数項目に対しての射出データを基準として、成形毎に得られる複数項目のデータを基準のデータと比較参照して成形毎の成形品の良否を判別されるようにされているもので、製品の形状や寸法を確認して良否を判別する必要がある。しかも、比較参照のためには複数項目のデータのそれぞれについて行う必要があり、この複数項目は、可塑化工程と射出工程とのいずれの工程におけるデータが採取されるものである。このため、射出工程によるショットが完了した状態で製品の良否が判別され、射出工程を実行しなければ製品の良否を判別できない。しかも、成形品の仕様等が変更される場合には、取得される複数項目数が基準のデータの項目数を異なることになり、比較参照の結果に対する信頼性が低下するおそれがある。
【００１２】
発明者は、射出成形される製品の良否は材料の可塑化工程でほぼ決定されることから、射出工程の実行に拘わらず可塑化工程で得られる各種データに基づいて製品を安定して加工可能か否かを検討し、その結果、可塑化工程における操業状況を把握して、操業の安定性の判別の基準とすることが可能であることを見出した。特に、射出成形機メーカーは、顧客が用意する金型をセットした状態で、良品を加工できるように調整することが必要となるが、成形機そのものを最良の状態で運転できるように調整してあれば、金型自体に左右されずに良品を成形加工できることになるので、計量工程すなわち可塑化工程の安定化の調整に専念すればよく、射出成形機の調整作業の効率を向上させることができることになる。
【００１３】
そこで、この発明は、射出成形機の操業状態を、可塑化工程での動作から得られる動作状況に係る各種のデータから把握して、可塑化条件についてのパラメータの個数が異なった状況であっても可塑化工程の動作状況を容易に把握できるようにした射出成形機における可塑化工程の良否判定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法は、溶融した成形材料を加熱シリンダの先端部のノズルから、該加熱シリンダ内を進退するスクリュの前進動作により押し出して金型内に射出する射出成形機であって、前記スクリュの後退動作時に成形材料を溶融させると共に、射出量を計量する射出装置を備えた射出成形機における可塑化工程の良否判定方法において、前記スクリュの後退による可塑化工程で、成形材料の挙動に関するパラメータのデータを所定時間毎に捕捉し、所定回目のショットを行った際の前記パラメータに関するデータから集約した基準データ値を求め、作動時の可塑化工程から得られる前記パラメータに関するデータから集約した当該時データ値を求め、
前記基準データ値と当該時データ値とのMD値を求めて、該MD値を判定の指標とすることを特徴としている。
【００１５】
前記基準データ値は、例えば成形材料の溶融状態が安定するまでショットを行い、安定した状態における可塑化工程での各種のパラメータをモニタして、それらの値から基準データ値を求める。射出装置の実操業時におけるモニタから得られる各種のパラメータについて同じく当該時の当該時データ値を求める。これら基準データ値と当該時データ値とからＭＴ（マハラノビス−タグチ）法を適用してＭＤ値（マハラノビスの距離）を求め、このＭＤ値が所定の値よりも大きくなった場合には可塑化工程におけるパラメータの何れかが基準となるパラメータとはかけ離れていると判断できる。そして、このかけ離れているパラメータをモニタしたデータの推移を確認して、当該パラメータに対応する運転条件を調整すればよい。
【００１６】
また、請求項２の発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法は、前記基準データ値と当該時データ値とを集約する際に、前記パラメータの変化の態様に応じて、ＳＮ比または感度、平均値のいずれか一つまたは二つ以上を用いて、前記MD値を求めることを特徴としている。
【００１７】
例えば、時間と共に直線的に変化するスクリュ位置の如きパラメータでは、時間ｔを説明変数とした一次係数βと一次直線からのずれを標準偏差との比であるＳＮ比（=10×log（一次係数２／標準偏差２））、および感度（=10×log（一次係数２））を集約した値とする。なお、ＳＮ比は直線の傾きが大きく、ばらつきが少ないと大きくなる場合の指標となる。
【００１８】
また、例えば、ほぼ一定の値で推移するがばらつきが生じるパラメータとして圧力の傾きは、望目ＳＮ比（=10×log（平均値2／標準偏差２）)、および感度（=10×log（平均値2））を集約した値とする。望目ＳＮ比は、値が一定で、ばらつきが少ないと大きくなる場合の指標となる。
【００１９】
また、例えばほとんどバラツキが生じないパラメータとして加熱シリンダの温度の如きは、感度（=10×log（平均値2））を集約した値とする。この値は、傾きが大きいと、大きくなる場合の指標となる。
【００２０】
すなわち、パラメータの変化の態様に応じて集約の処理内容を異ならせて、処理の簡便化と精度の向上を図るようにしたものである。
【００２１】
また、請求項３の発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法は、前記パラメータを複数個の群に分割してそれぞれの群についての基準データ値と当該時データ値とを集約して指標とすることを特徴としている。
【００２２】
パラメータの性質等に応じて群を設定して、この群に応じた数の基準データ値を設定する。そして、この群毎にＭＤ値を判断するようにしたものである。例えば、圧力基準とした群と、温度基準とした群とを設定する。ＭＤ値が、圧力基準とした群で、大きい値を示した場合には、圧力に関するパラメータを参照して基準との関係を判断する。
【００２３】
また、請求項４の発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法は、前記基準データ値を、前記基準データ値を、安定状態におけるパラメータに関するデータから求めることを特徴としている。
【００２４】
前記基準データ値を、安定状態にあるパラメータに関するデータとするものであるが、特に、射出装置では、５ショット目以降のショットではほぼ安定した状態となることが知られているため、基準データ値を設定するに際して、少なくとも５ショット目以後のショットのパラメータにより行うようにすることが好ましい。
【００２５】
また、請求項５の発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法は、前記基準データ値を求めるためのパラメータの集約に際して、射出装置から射出される成形材料の樹脂温度が安定性を示した状況における可塑化工程のパラメータを選定することを特徴としている。
【００２６】
射出成形機の稼働にとっては射出される成形材料の樹脂温度が重要な要素となる。金型を除いた射出成形機の特性として、この樹脂温度の安定性は射出装置の動作状況を把握するための重要な要素となる。このため、射出される樹脂温度が安定した状態におけるショット時の可塑化工程から取得されるパラメータを集約して基準データ値とするものである。安定性に対する指標としては、望目ＳＮ比（=10×log（平均値２／標準偏差２））や、感度（=10×log（平均値２））を選択できる。すなわち、射出工程における望目ＳＮ比（=10×log（平均値２／標準偏差２））や、感度（=10×log（平均値２））が望ましい値を示した際の可塑化工程のパラメータを基準とする。
【発明の効果】
【００２７】
この発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法によれば、可塑化工程の状況の正否を基準と照合して定量的に判断できるから、正否の判定が容易となり、射出成形作業を安定して行うことができる。
【００２８】
また、請求項２の発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法によれば、射出成形機の操業状況の正否の判断を、簡便に、しかもより確実に行うことができる。
【００２９】
また、請求項３の発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法によれば、不正な操業が生じた場合に、いずれのパラメータに起因しているかを迅速に判断できる。このため、調整作業を迅速に行えて、操業効率の低下を極力抑制できる。
【００３０】
また、請求項４の発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法によれば、ショット数を計数するだけであるから、迅速に基準データ値を設定できる。
【００３１】
また、請求項５の発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法によれば、実際の操業状態を基準とすることにより、より確実に操業状況の正否を判断でき、より安定して射出成形機を運転することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１はこの発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法により、操業状況を評価する手順を示すフローチャートである。
【００３３】
射出成形機の可塑化工程では、加熱シリンダの複数位置における温度やスクリュの速度、スクリュ位置、スクリュの背圧等のアナログデータが図２の表に示すように、一定時間毎に取得される。なお、この図２に示すデータが射出成形機の制御装置等に設けられたモニタ等の表示部に表示される。
【００３４】
所定回数目のショット（Ｎショット目）について、可塑化工程の図２の表に示すアナログデータからパラメータ毎に集約した値を求める（Ｓ１０１）。
【００３５】
このとき、スクリュ位置のように時間と共に直線的に変化するパラメータでは、時間ｔを説明変数とした一次係数βと一次直線からのずれを標準偏差との比であるＳＮ比（=10×log（一次係数２／標準偏差２））、および感度（=10×log（一次係数２））を集約した値とする。また、例えば圧力のように、ほぼ一定の値で推移するがばらつきが生じるパラメータでは、望目ＳＮ比（=10×log（平均値2／標準偏差２）)、および感度（=10×log（平均値2））を集約した値とする。また、例えば加熱シリンダの温度のようなほとんどバラツキが生じないパラメータでは、感度（=10×log（平均値2））を集約した値とする。すなわち、パラメータの性質に応じて、適宜な集約を行う（Ｓ１０２）。図３はＮショット目の集約した値を示す表である。
【００３６】
異なる複数の可塑化条件においてＮショット目の集約したデータを取得する（Ｓ１０３）。取得されるパラメータの値は経時的に得られるものであるため、１回の可塑化工程で得られるデータ数は、射出条件等に応じて変化することになるから、パラメータ毎に扱うことが困難である。しかし、前述した処理を行うことで、一つの集約した値となる。したがって、射出条件等が異なる場合毎に、Ｎショット目に対するデータを取得すれば、図４の表に示すように複数件の集約した値を採取できる。これら複数件の集約したパラメータ毎に、平均値と標準偏差とを求める（Ｓ１０４）。
【００３７】
全ての二つのパラメータの組み合わせで相関係数行列を求め、図５の式１に示すように、その逆行列を求める（Ｓ１０５）。
【００３８】
そして、任意のショットにおけるアナログデータを取得し（Ｓ１０６）、図４の平均値と標準偏差とで基準化した当該時データ（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、……、ＹK）に変換する（Ｓ１０７）。次いで、当該ショットのＭＤ値を、図５に示す式２、式３より求める（Ｓ１０８）。なお、これらの手法は、いわゆるＭＴ法として知られているものである。
【００３９】
前記ＭＤ値をモニタ画面に表示して、作業者が確認できるようにする。ＭＤ値は基準データ値との差を示すものであり、このＭＤ値が大きい場合には、可塑化工程におけるパラメータのいずれかが基準の場合とかけ離れていた状態にあることを示すことになる。したがって、大きいＭＤ値を作業者が確認した場合には、可塑化工程のパラメータの推移グラフを観察して、基準の値から外れているパラメータに関する調整を行うことになる。すなわち、パラメータのいずれかが所定の値から外れている場合であっても、総合的に所望の状態で稼働しているのであれば成形加工に問題のない場合がある。本発明では複数のパラメータを関連付けて、稼働状態の正否を判断することによるから、所望の状態で稼働しているのであれば、パラメータのいずれかが所定の値から外れていても、正常でないとの判定は行われない。
【００４０】
射出成形機を稼働させる場合には、射出条件が異なるいずれの場合であっても、５ショット目以降では、ほぼ安定した状態の樹脂材料を射出することができる。図６は前述した手順により、基準となるショット目に対するＭＤ値を、17回の様々な操業状況の試行のもとで求めたグラフであり、５ショット目となるショット５においてＭＤ値が収束している。このため、前記基準データ値を求めるために選定するＮショット目を５ショット目とすることが好ましい。
【００４１】
また、この実施形態では、可塑化工程で取得される全てのパラメータから基準データ値を集約したが、例えば、圧力に関するパラメータから圧力基準データ値を集約し、当該時データ値の圧力に関するデータからＭＤ値を求めて比較することもできる。この場合、スクリュ位置基準や圧力基準、温度基準等のように複数の群として基準データ値を集約し、当該時データ値について集約したこれらの群についてＭＤ値を求めるようにする。これにより、異常が発生した場合に、いずれのパラメータが原因であるかを迅速に把握することができる。
【００４２】
さらに、射出成形機の重要な特性の一つとして溶融された樹脂材料の温度があり、金型を除いた射出装置の性能はこの温度が重要となる。このため、射出工程を実行して樹脂温度に関するデータを取得し、樹脂温度が安定した際のショットにおける可塑化工程のパラメータから基準値データを集約するようにしても構わない。樹脂温度が安定する指標として、望目ＳＮ比（=10×log（平均値２／標準偏差２））や、感度（=10×log（平均値２））を選択できる。すなわち、射出工程における望目ＳＮ比（=10×log（平均値２／標準偏差２））や、感度（=10×log（平均値２））が望ましい値を示した際の可塑化工程のパラメータを基準とする。これにより、実際の射出工程における安定性をより確実に評価でき、射出成形機の運転の安定性を確実に把握することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法によれば、可塑化工程で取得される射出装置の挙動に関するデータから可塑化工程での稼働状況の適否を定量的に判断でき、従来の方法よりもより確実に操業の安定性を把握することができ、操業の安定性や歩留まりの向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１はこの発明に係る射出成形機における可塑化工程の良否判定方法により、操業状況を評価する手順を示すフローチャートである。
【図２】可塑化工程における各パラメータに関して取得されるアナログデータを説明する一覧表である。
【図３】Ｎショット目の集約した値を示す表である。
【図４】射出条件等が異なる場合毎に、Ｎショット目に対して取得されたデータを集約した値を示す一覧表である。
【図５】ＭＤ値を求める数式を示している。
【図６】基準となるショット目に対するＭＤ値を求めたグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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