(57)【要約】      （修正有）【課題】  本発明は、樹脂に与えるエネルギ量を精度よく検出して樹脂の溶融状態を精度よく制御することのできる成形機を提供することを課題とする。【解決手段】  溶融した樹脂を用いて成形品を成形する成形機において、加熱シリンダ２１内においてスクリュ２３を回転させて樹脂を可塑化する。スクリュ２３を駆動する計量モータ２５の駆動状態に基づいて、樹脂に与えられたエネルギ量を演算する。エネルギ量の演算は、計量モータ２５によりスクリュ２３に加えられるトルクとスクリュの回転速度とに基づいて、状態推定器を用いて行う。【選択図】  図１
2007076328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した成形材料を用いて成形品を成形する成形機であって、
該成形材料を可塑化する加圧部材と、
該加圧部材を駆動する駆動源と、
該駆動源の駆動状態に基づいて、前記成形材料に与えられたエネルギ量を検出する演算部と
を有することを特徴とする成形機。
【請求項２】
請求項１記載の成形機であって、
前記演算部は状態推定器よりなり、該状態推定器は、前記駆動源により前記加圧部材に加えられる駆動力と駆動速度とに基づいて、該駆動力を機械系の慣性成分とそれ以外の外乱成分とに分けて検出することを特徴とする成形機。
【請求項３】
請求項２記載の成形機であって、
前記状態推定器が検出する前記外乱成分は、前記機械系の摩擦成分と、前記成形材料に加えられるせん断力成分とを含むことを特徴とする成形機。
【請求項４】
請求項３記載の成形機であって、
前記成形材料に加えられるせん断力成分を積分して、前記成形材料に与えるエネルギ量を演算する制御部を更に有することを特徴とする成形機。
【請求項５】
請求項３記載の成形機であって、
前記機械系の前記摩擦成分を積分して前記機械系における摩擦による発熱量を求める制御部を更に有することを特徴とする成形機。
【請求項６】
請求項３記載の成形機であって、
前記成形材料に加えられるせん断力成分に基づいて、前記加圧部材に与える推力、前記加圧部材の運動速度、及び前記成形材料の温度プロファイルのうち少なくとも一つを制御する制御部を更に有することを特徴とする成形機。
【請求項７】
請求項３記載の成形機であって、
前記成形材料に加えられるせん断力成分に基づいて、前記成形材料の特性の変化を検出する制御部を更に有することを特徴とする成形機。
【請求項８】
請求項２記載の成形機であって、
前記状態推定器が検出する前記外乱成分は、前記機械系の摩擦成分と、前記成形材料の粘性成分と、前記成形材料に加えられるせん断力成分とを含むことを特徴とする成形機。
【請求項９】
請求項８記載の成形機であって、
前記加圧部材を収容するシリンダの温度変化に基づいて、前記粘性成分を変化させることを特徴とする成形機。
【請求項１０】
成形機において成形材料の可塑化状態を検出して監視する可塑化状態監視方法であって、
該成形材料を可塑化する加圧部材を駆動する駆動源の駆動状態に基づいて、前記成形材料に与えられたエネルギ量を検出することを特徴とする可塑化状態監視方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の可塑化状態監視方法であって、
前記駆動源により前記加圧部材に加えられる駆動力と駆動速度とに基づいて、該駆動力を機械系の慣性成分とそれ以外の外乱成分とに分けて検出し、該外乱成分に基づいて前記エネルギ量を検出することを特徴とする可塑化状態監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成形技術に係わり、特に樹脂を溶融して成形する成形機及び溶融樹脂の可塑化状態を検出して監視する可塑化状態監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂製品を形成する技術として、固体の樹脂を溶融して型に注入する成形方法が広く用いられている。成形機の中で、樹脂を溶融して金型に射出して成形を行う、いわゆる射出成形機が広く用いられている。
【０００３】
射出成形機では、一般的に、ペレット状の樹脂を加熱シリンダ内で溶融し、加熱シリンダのノズルから金型に溶融樹脂を射出する。加熱シリンダ内には回転可能なスクリュが設けられ、加熱シリンダ内に供給された樹脂は、加熱シリンダからの熱とスクリュの回転により発生する樹脂のせん断力による熱とにより溶融される。溶融して加熱シリンダの先端部に蓄えられた樹脂は、スクリュが前進することにより加熱シリンダの先端のノズルから射出される。
【０００４】
上述の樹脂射出工程には、一回の射出に適当な量の樹脂を適度に溶融させる計量工程が含まれる。計量工程では、加熱シリンダ壁から樹脂に与える熱エネルギ、スクリュの回転によるせん断力により発生する熱エネルギ、及び、溶融樹脂からの背圧などの物理量に基づいて、スクリュの回転及び前後進運動及び加熱シリンダの加熱量が制御される。このうち、樹脂の溶融に関連する物理量は、主に、加熱シリンダの加熱量及びスクリュの回転速度（回転数）である。
【０００５】
加熱シリンダの加熱量は、加熱シリンダから樹脂に伝わる熱量に比例するため、例えば加熱シリンダを加熱するヒータへの供給電力に基づいて容易に算出することができる。すなわち、加熱シリンダの加熱により樹脂に与えられる熱量は、加熱シリンダの加熱量を制御することで、比較的容易に制御することができる。
【０００６】
一方、スクリュの回転によるせん断力により樹脂内に発生する熱エネルギは、スクリュの回転速度に依存する値であり、スクリュの回転速度を制御することで適当な値となるように調整することができる。
【特許文献１】特開平５−２１２７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
樹脂を加熱して溶融する際に、樹脂を適度に溶融し且つ加熱し過ぎないように与える熱量を制御する必要がある。与える熱量が少な過ぎると樹脂は完全に溶融せず、多過ぎると溶融樹脂が変質してしまうからである。
【０００８】
加熱シリンダを介して樹脂に与える熱エネルギ量は、ヒータにより発生する熱量を制御することで比較的容易に調整することができる。ところが、スクリュにより樹脂に与えるせん断力により発生する熱エネルギを容易に検出できるような要素はなく、従来は操作者の経験や感にたよって思考錯誤により最適なスクリュ回転速度を求め、求めた値となるようにスクリュを回転駆動する計量モータの駆動トルク（すなわち、計量モータに供給する電流）を制御していた。
【０００９】
したがって、スクリュの回転速度の制御は、物理量に基づくものではなく、樹脂に与えるべき熱エネルギ量の適切な値に対してあまり精度のよい制御ではなかった。すなわち、樹脂に与える熱エネルギ量を確実に制御することはできず、実際の樹脂の溶融状態を精度よく制御することはできないという問題があった。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、樹脂に与えられる熱エネルギを精度よく検出して監視する可塑化状態監視方法、及びそのような方法により樹脂に与える熱エネルギ量を精度よく検出して樹脂の溶融状態を精度よく制御することのできる成形機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、溶融した成形材料を用いて成形品を成形する成形機であって、該成形材料を可塑化する加圧部材と、該加圧部材を駆動する駆動源と、該駆動源の駆動状態に基づいて、前記成形材料に与えられたエネルギ量を検出する演算部とを有することを特徴とする成形機が提供される。
【００１２】
上述の本発明による成形機において、前記演算部は状態推定器よりなり、該状態推定器は、前記駆動源により前記加圧部材に加えられる駆動力と駆動速度とに基づいて、該駆動力を機械系の慣性成分とそれ以外の外乱成分とに分けて検出することが好ましい。また、前記状態推定器が検出する前記外乱成分は、前記機械系の摩擦成分と、前記成形材料に加えられるせん断力成分とを含むことが好ましい。
【００１３】
本発明による成形機は、前記成形材料に加えられるせん断力成分を積分して、前記成形材料に与えるエネルギ量を演算する制御部を更に有することとしてもよい。前記機械系の前記摩擦成分を積分して前記機械系における摩擦による発熱量を求める制御部を更に有することとしてもよい。前記成形材料に加えられるせん断力成分に基づいて、前記加圧部材に与える推力、前記加圧部材の運動速度、及び前記成形材料の温度プロファイルのうち少なくとも一つを制御する制御部を更に有することとしてもよい。前記成形材料に加えられるせん断力成分に基づいて、前記成形材料の特性の変化を検出する制御部を更に有することとしてもよい。
【００１４】
本発明による成形機において、前記状態推定器が検出する前記外乱成分は、前記機械系の摩擦成分と、前記成形材料の粘性成分と、前記成形材料に加えられるせん断力成分とを含むことが好ましい。また、前記加圧部材を収容するシリンダの温度変化に基づいて、前記粘性成分を変化させることとしてもよい。
【００１５】
また、本発明によれば、成形機において成形材料の可塑化状態を検出して監視する可塑化状態監視方法であって、該成形材料を可塑化する加圧部材を駆動する駆動源の駆動状態に基づいて、前記成形材料に与えられたエネルギ量を検出することを特徴とする可塑化状態監視方法が提供される。
【００１６】
上述の本発明による可塑化状態監視方法において、前記駆動源により前記加圧部材に加えられる駆動力と駆動速度とに基づいて、該駆動力を機械系の慣性成分とそれ以外の外乱成分とに分けて検出し、該外乱成分に基づいて前記熱エネルギ量を検出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上述の本発明による成形機によれば、加圧部材の駆動源への入力と、加圧部材の運動速度とに基づいて、成形材料に加えられるせん断力成分を含む外乱成分を演算により容易に求めることができる。このせん断力成分に基づいて成形材料に与えたエネルギ量を演算により求め、成形材料の可塑化状態を精度よく監視することができる。
【００１８】
また、せん断力成分を積分して成形材料に与えたエネルギ量を算出し、これにより成形材料の可塑化状態を精度よく算出して、成形材料の可塑化状態を監視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
まず、本発明が適用される成形機の概要を説明する。図１は本発明が適用される成形機の一例としてのスクリュ式電動射出成形機の全体構成を示す側面図である。なお、本発明が適用可能な射出成形機は図１に示すようなスクリュ式に限ることなく、後述のようにトピードを用いて樹脂を溶融する形式の射出成形機であってもよい。
【００２１】
図１に示す電動射出成形機は、フレーム１０と、フレーム１０上に配置された射出装置２０及び型締装置５０とから構成される。
【００２２】
射出装置２０は、加熱シリンダ２１を備え、加熱シリンダ２１にはホッパ２２が設けられる。加熱シリンダ２１の外周には、加熱シリンダ２１を加熱するためのヒータ２１ａが設けられている。加熱シリンダ２１内にはスクリュ２３が進退自在かつ回転自在に設けられる。スクリュ２３の後端は可動支持部２４によって回転自在に支持される。可動支持部２４にはサーボモータ等の計量モータ２５が駆動部として取り付けられる。計量モータ２５の回転は出力軸３１に取り付けられたタイミングベルト２６を介して被駆動部のスクリュ２３に伝達される。出力軸３１の後端には回転検出器３２が接続されている。回転検出器３２は、計量モータ２５の回転数又は回転量を検出することで、スクリュ２３の回転速度を検出する。
【００２３】
射出装置２０は、スクリュ２３に平行なねじ軸２７を有する。射出モータ２９を駆動し、タイミングベルト２８を介してねじ軸２７を回転させると、ねじ軸２７に固定された可動支持部２４は前後進する。その結果、被駆動部のスクリュ２３を前後移動させることができる。射出モータ２９の出力軸３３の後端に接続された位置検出器３４は、射出モータ２９の回転数又は回転量を検出することで、スクリュ２３の駆動状態を示すスクリュ２３の位置を検出する。また、可動支持部２４には、スクリュ２３に加えられた樹脂の圧力を検出するための圧力検出装置としてのロードセル３５が備えられている。
【００２４】
射出装置２０は、射出装置２０を駆動してノズルタッチ圧を印加する駆動機構として可塑化移動装置４０を備えている。したがって、加熱シリンダ２１を含む射出装置２０は、射出成形機のフレーム１０上で水平に移動することができる。上述の可塑化移動装置４０を駆動することにより、所定のタイミングで射出装置２０を前進させて加熱シリンダ２１のノズルを固定金型５３に当接させ、ノズルタッチを行う。
【００２５】
計量モータ２５と、回転検出器３２と、ヒータ２１ａと、ロードセル３５とは、制御部４５に接続される。制御部４５には、後述する状態推定器として機能する演算部４６が設けられる。演算部４６には、計量モータ２５の入力電流値を示す信号と、計量モータの回転速度を表す信号が入力される。また、制御部４５は、計量モータ２５、回転検出器３２、ヒータ２１ａ、及びロードセル３５からの入力信号や検出信号に基づいて後述の制御を行う。制御部は単独で設けられてもよいし、射出成形機全体の制御を司る制御部の一部として設けられてもよい。
【００２６】
型締装置５０は、可動金型５１が取り付けられる可動プラテン５２と、固定金型５３が取り付けられる固定プラテン５４とを有する。固定プラテン５４はその下端部がフレーム１０に対して固定されている。可動プラテン５２と固定プラテン５４とは、タイバー５５によって連結される。可動プラテン５２はタイバー５５に沿って摺動可能である。また、型締装置５０は、一端が可動プラテン５２と連結し他端がトグルサポート５６と連結するトグル機構５７を有する。トグルサポート５６の中央部において、ボールねじ軸５９が回転自在に支持される。
【００２７】
ボールねじ軸５９には、トグル機構５７に設けられたクロスヘッド６０に形成されたナット６１が係合している。また、ボールねじ軸５９の後端にはプーリー６２が設けられ、サーボモータ等の型締モータ５８の出力軸６３とプーリー６２との間には、タイミングベルト６４が設けられている。また、型締モータ５８の出力軸６３の後端には、型締モータ５８の回転数又は回転量を検出する位置検出器６５が接続されている。
【００２８】
型締装置５０において、駆動部である型締モータ５８を駆動すると、型締モータ５８の回転がタイミングベルト６４を介してボールねじ軸５９に伝達される。そして、ボールねじ軸５９及びナット６１によって、回転運動から直線運動に変換され、トグル機構５７が作動する。トグル機構５７の作動により、可動プラテン５２はタイバー５５に沿って移動し、型閉じ、型締め及び型開きが行なわれる。
【００２９】
上述のような構成の射出成形機において、加熱シリンダ２１内でスクリュ２３を回転させることにより、ホッパ２２から供給される成形材料である樹脂ペレットを溶融させる。溶融した樹脂はスクリュ２３の先端に蓄えられ、加熱シリンダ２１の先端のノズルから射出される。樹脂ペレットを溶融する際、加熱シリンダ２１に設けられたヒータ（図示せず）により加熱シリンダ２１は加熱される。したがって、ヒータで発生した熱は加熱シリンダ２１を介して内部の樹脂に供給される。この熱エネルギは、樹脂を溶融するための熱エネルギの一部となる。
【００３０】
一方、加熱シリンダ２１に供給された樹脂ペレットは、スクリュ２３の回転に伴い圧縮されながら移動する。その際、スクリュ２３の回転により樹脂にはせん断力が作用し、樹脂は発熱して溶融する。加熱シリンダ２１内で樹脂が溶融するための熱エネルギは、上述のヒータから与えられる熱エネルギと、スクリュの回転によるせん断力により与えられる熱エネルギとの和になる。
【００３１】
ここで、加熱シリンダ２１のヒータから樹脂に与えられる熱エネルギ量は、加熱シリンダ２１の温度を検出することで、計算により求めることができる。したがって、加熱シリンダ２１の加熱による樹脂への熱エネルギ供給量は、ヒータへの電力供給量により制御することができる。
【００３２】
一方、スクリュ２３の回転による樹脂せん断による熱エネルギ供給量は、スクリュの回転速度（回転数）からおおまかに推定することはできる。現状では、操作者がスクリュ２３の回転速度に基づいて経験的に樹脂の溶融状態（供給する熱エネルギ量）を判断している。そこで、本発明者は、スクリュ２３の回転によりどれだけの熱エネルギが樹脂に与えられるかを物理量を基に推定することにより、樹脂に与えられる熱エネルギ量をより精度よく求めることができるであろうと考えた。スクリュ２３の回転による熱エネルギ量をより精度よく求めることにより、加熱シリンダ２１内での樹脂の溶融状態を知ることができ、成形条件をより高精度で制御することができる。
【００３３】
次に、本発明による樹脂せん断トルクの検出方法について説明する。
【００３４】
上述のように、スクリュ２３による樹脂せん断力はスクリュ２３を回転させる計量モータ２５の駆動トルクにより発生する。ここで、スクリュ２３は樹脂を加圧する加圧部材として機能し、計量モータ２５は加圧部材を駆動する駆動源として機能する。計量モータ２５の駆動トルクＴＭには、スクリュ２３や回転力伝達機構を含む機械系の慣性分トルクＴＪと、機械系の摩擦損失トルクＴＦと、実際に樹脂に作用する樹脂せん断トルクＴＰとが含まれている。駆動トルクＴＭを決定する他の要素は無視できるとすると、駆動トルクＴＭは以下の式で表される。
【００３５】
ＴＭ＝ＴＪ＋ＴＦ＋ＴＰ
上述の式より、樹脂せん断トルクＴＰは、計量モータ２５の駆動トルクＴＭから、機械系の慣性分トルクＴＪ及び機械系の摩擦損失トルクＴＦとを減算することにより求められることがわかる。慣性分トルクＴＪ及び機械系の摩擦損失トルクＴＦは、スクリュ２３の角回転速度ωＭに依存する値であり、角回転速度ωＭに基づいて演算により求めることができる。したがって、樹脂せん断トルクＴＰは、いわゆる外乱オブザーバである状態推定器を用いて、スクリュ２３の駆動トルクＴＭと角回転速度ωＭとに基づいて求めることができる。状態推定器は演算回路よりなり、図１に示す演算部４６として設けられる。
【００３６】
図２は外乱オブザーバを用いて樹脂せん断トルクＴＰを求めるための演算モデルを、射出成形機の物理モデルと状態推定器である樹脂印加エネルギ推定器のモデルで示す図である。なお、図２において、実線で囲んだ部分が射出成形機の物理モデルに相当し、点線で囲んだ部分が樹脂印加エネルギ推定器に相当する。
【００３７】
図２の演算モデルにおいて、スクリュ２３の駆動トルク（軸印加トルク）ＴＭは、計量モータ２５の駆動トルクに等しいとみなし、計量モータ２５への入力電流（又は入力電流指令値）ｉにモータトルク定数（又は減速比）ＫＴを乗じた値で表される（ＴＭ＝ｉ×ＫＴ）。すなわち、駆動トルクＴＭは、モータの電流・トルク変換モデルにおいて、ＴＭ＝ｉ×ＫＴとして算出される。
【００３８】
ここで、スクリュ２３の駆動トルク（軸印加トルク）ＴＭからスクリュ２３の角回転速度ωＭを導き出すには、まず、軸印加トルクＴＭから、機械摩擦分トルクＴＦと、樹脂せん断トルクＴＰとを減算して、慣性分トルクＴＪを算出する（ＴＪ＝ＴＭ−ＴＦ−ＴＰ）。
【００３９】
回転系の場合、慣性分トルクＴＪは力Fに相当し、機械系の慣性モーメントＪＭは質量ｍに相当するから、ニュートンの運動方程式（Ｆ＝ｍα（αは加速度））を用いて、以下の関係が成り立つ。
【００４０】
ＴＪ＝ＪＭ×（角回転加速度ωα）
ここで、（角回転加速度ωα）を積分すると角回転速度ωＭとなるから、
Ｓωα＝ωＭ
ωα＝ωＭ／Ｓ
となる。したがって、
ＴＪ＝ＪＭ×（ωＭ／Ｓ）
ωＭ＝ＴＪ／（ＪＭ×Ｓ）
となる。
【００４１】
以上により、慣性分トルクＴＪに１／（ＪＭ×Ｓ）を乗じることにより角回転速度ωMを導きだすことができることがわかる。言い換えれば、ある角回転速度における慣性分トルクＴＪは、その角回転速度に（ＪＭ×Ｓ）を乗じることにより推定することができる。すなわち、角回転速度ωMは、図２に示す射出成形機の物理モデルに設けられた機械の慣性モデルにおいてＴＪに１／（ＪＭ×Ｓ）を乗じることにより算出される。
【００４２】
一方、機械摩擦分トルクＴＦは、予め求めておいたスクリュ２３を回転させる機械系の機械摩擦モデルに基づいて求めることができる。この機械摩擦モデルでは、樹脂を入れずにスクリュ２３を空回転させて機械摩擦によるトルクの損失分を求めることで、角回転速度ωＭと機械摩擦分トルクＴＦとの関係を求め、この関係が関数として設定されている。したがって、機械摩擦分トルクＴＦは、図２に示す射出成形機の物理モデルにおいて角回転速度ωＭと機械摩擦分トルクＴＦとの関係を表す関数に角回転速度ωMを代入することで算出される。すなわち、成形の立ち上げ時に、加熱シリンダ２１内に樹脂がない状態でスクリュ２３を回転させることにより、樹脂に係わる外乱成分を除くことができ、機械摩擦分トルクＴＦを精度よく検出することができる。
【００４３】
ここで、スクリュ２３がある角回転速度ωＭで回転している際の機械摩擦分トルクＴＦは、上述の機械摩擦モデルで設定した関数を用いて逆算する機械摩擦逆モデルを用いて推定することができる。図２に示す樹脂印加エネルギ推定器に、物理モデルで算出された角回転速度ωMが入力され、機械摩擦逆モデルにおいて、角回転速度ωMに基づいて機械摩擦分トルクＴＦが算出される。
【００４４】
また、樹脂せん断力推定器において、機械慣性成分である慣性分トルクＴＪは、上述の機械の慣性モデルにおける演算を逆算することにより算出することができる。すなわち、慣性分トルクＴＪは、図２における樹脂せん断力推定器に設けられた機械摩擦逆モデルに物理モデルで算出された角回転速度ωMを入力して算出される。
【００４５】
さらに、樹脂せん断力推定器において、駆動トルクＴＭは、上述のモータの電流・トルク変換モデルと同様に、計量モータへの入力電流（又は入力電流指令値）ｉにモータトルク定数（又は減速比）ＫＴを乗じることで算出される。すなわち、駆動トルクＴＭは、樹脂せん断力推定器に設けられたモータの電流・トルク変換逆モデルにおいて、ＴＭ＝ｉ×ＫＴとして算出される。
【００４６】
なお、樹脂印加エネルギ推定器に入力される電流ｉ及びスクリュ角回転速度ωＭは、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）によりノイズ成分などの高周波数成分が取り除かれる。
【００４７】
したがって、図２中で点線で囲んだ部分で示す状態推定器（オブザーバ：本実施例では樹脂印加エネルギ推定器とも称する）を用いて、既知の入力ｉから求めた駆動トルクＴＭと、既知の出力ωＭから推定した慣性分トルク（機械慣性成分）ＴＪ及び機械摩擦分トルク（機械摩擦成分）ＴＦとにより、樹脂せん断トルク（せん断力成分）ＴＰを算出することができる。なお、状態推定器により求めた値はイタリック体で示されている。状態推定器は、図１に示す制御部４５に設けられた演算部４６として設けられている。
【００４８】
状態推定器を用いて算出した樹脂せん断トルクＴＰを積分した値が、実際に樹脂に加えられたせん断エネルギであり、樹脂に吸収された熱エネルギとなる。したがって、状態推定器を用いて算出した樹脂せん断トルクＴＰは、スクリュ２３の回転により樹脂に与えられる熱エネルギを精度よく表した値となる。
【００４９】
以上のように算出した樹脂せん断トルクＴＰを用いることにより、加熱シリンダ２１内の樹脂の可塑化状態を精度よく検出し監視することができる。例えば、算出した樹脂せん断トルクＴＰに基づいて、スクリュ２３に印加する圧力（すなわち加熱シリンダ２１内の樹脂の背圧）、スクリュ２３の回転速度（回転数）、加熱シリンダ２１の温度プロファイル等を変更しながら、実際の樹脂の可塑化状態（溶融状態）を制御することで、よりよい成形条件を設定することができる。この制御は図１に示す制御部４５で行われる。
【００５０】
また、樹脂せん断トルクＴＰを監視することにより、樹脂の特性の変化を知ることができる。例えば、樹脂ペレットの組成や密度がロット間で異なっていた場合などは、樹脂の粘度が異なるため、樹脂せん断トルクＴＰがロット毎に変化する。あるいは、樹脂ペレットの粒径がロット毎に異なっている場合も、樹脂せん断トルクＴＰの変化となって現れる。このように、樹脂せん断トルクＴＰの変化に対する樹脂の溶融状態（成形条件の変化）を予め求めて記憶しておくことにより、樹脂の溶融状態をより精度高く制御することができ、最適な成形条件を設定することができる。
【００５１】
また、樹脂せん断トルクＴＰを監視し、樹脂せん断トルクＴＰが所定の値以上になったときに、樹脂に過大なせん断トルクが加えられて温度が上がりすぎると判断して、操作者に警告を発したり、射出成形機の作動を停止したりすることもできる。
【００５２】
樹脂せん断トルクＴＰの監視は、樹脂の計量工程開始時から樹脂せん断トルクＴＰの検出を行い、その後、計量工程の間、連続して行うことが好ましい。計量工程の開始時点から樹脂せん断トルクＴＰを積分することで、樹脂に与えた熱エネルギ量を求めることができる。
【００５３】
また、上述の機械摩擦分トルクＴＦを単独で検出しているので、機械摩擦分トルクＴＦを積分することにより、機械系での摩擦による発熱量を求めることができる。これにより、機械系の発熱量を監視して、過大な発熱量となったときに、機械系に異常が発生したと判断することもできる。
【００５４】
次に、上述の図２に示す演算モデルにおいて樹脂の粘性に係わるトルク成分を要素として加えた演算モデルについて、図３を参照しながら説明する。
【００５５】
上述の機械摩擦モデルは、スクリュ２３を空回転させて求めるモデルであるため、樹脂の粘度に起因してスクリュ２３と樹脂との間に働く摩擦に相当する樹脂粘性分トルクは考慮されていない。そこで、図３に示す演算モデルでは、樹脂せん断トルクＴＰを、実際の樹脂せん断トルクＴＰ１と樹脂粘性分トルクＴＰ２との和であると仮定する。
【００５６】
そして、図３に示す演算モデルでは、角回転速度ωＭに対する樹脂粘性分トルク定数ＣＰの値を予め設定しておき、樹脂せん断力推定器において角回転速度ωＭに樹脂粘性分トルク定数ＣＰを乗じて樹脂粘性分トルクＴＰ２を推定して求めている。樹脂せん断力推定器において、求めた樹脂粘性分トルクＴＰ２を、慣性分トルクＴＪ及び機械摩擦分トルクＴＦとともに軸印加トルクＴＭから減算することで、実際の樹脂せん断トルクＴＰ１を求めている。これにより樹脂の粘度をも考慮に入れた、より精度の高い樹脂せん断トルクＴＰ１を算出することができる。
【００５７】
ここで、樹脂の粘度は温度により変化する。そこで、図４に示す演算モデルでは、温度による樹脂の粘度の変化をも考慮して実際の樹脂せん断トルクＴＰ１を求めている。すなわち、樹脂の温度と粘度との関係を予め設定しておき、温度の変化によって樹脂粘性分トルク定数ＣＰの値を変化させることにより、より実際に近い樹脂粘性分トルクＴＰ２を求めている。なお、本実施例では、樹脂の温度を実際に計測するのではなく、加熱シリンダ２１の温度Ｔｍｐを樹脂の温度を示す値として用いている。
【００５８】
このように、図４に示す演算モデルによれば、樹脂粘性分トルクＴＰ２を温度も考慮して推定するため、さらに精度の高い樹脂せん断トルクＴＰ１を算出することができる。
【００５９】
以上の実施例では、スクリュ式電動射出成形機を例に説明しているが、本発明はスクリュ式に限ることなく、例えば、トピードを用いて樹脂を溶融するタイプの射出装置を備えた成形機にも適用することができる。
【００６０】
図５はトピードを用いたプリプラ式射出装置の断面図である。図５において、加熱シリンダ７１には、樹脂供給孔７２から成形材料である樹脂が供給される。加熱シリンダ７１に供給された樹脂は、加圧部材であるプランジャ７３により加圧される。プランジャ７３は駆動源としてモータ７４を有するプランジャ駆動部７５により駆動される。
【００６１】
加熱シリンダ７１の内部にはトピード７６が設けられている。トピード７６は突系７７により加熱シリンダ７１の内壁に強固に固定されている。プランジャにより加圧された樹脂は、トピード７６と加熱シリンダ７１の内壁との間を移動する際にせん断力が印加され、発熱して溶融する。溶融した樹脂は加熱シリンダ７１の先端のノズルから射出プランジャ部８０に供給され、射出プランジャ部８０から金型（図示せず）へ射出される。なお、加熱シリンダ７１の外周には加熱シリンダ７１を加熱するためのヒータ７８が設けられており、ヒータ７８からの熱も樹脂に供給され、樹脂を溶融する熱エネルギの一部となる。
【００６２】
以上のようなプリプラ式射出装置を備えた成形機においても、図２乃至図４に示す演算モデルを用いて、プランジャ７３を駆動するモータ７４の入力とプランジャの移動速度とに基づいて、プランジャ７３の駆動力における機械系の慣性成分と機械摩擦成分とを演算し、樹脂せん断成分を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明が適用される成形機の一例であるスクリュ式電動射出成形機の側面図である。
【図２】外乱オブザーバを用いて樹脂せん断トルクを求めるための演算モデルの一例を示す図である。
【図３】外乱オブザーバを用いて樹脂せん断トルクを求めるための演算モデルの他の例を示す図である。
【図４】外乱オブザーバを用いて樹脂せん断トルクを求めるための演算モデルの更に他の例を示す図である。
【図５】本発明が適用可能な成形機の射出装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
２０  射出装置
２１  加熱シリンダ
２１ａ  ヒータ
２３  スクリュ
２５  計量モータ
３２  回転検出器
３５  ロードセル
４０  可塑化移動装置
４５  制御部
４６  演算部
５０  型締装置
【図１】
2007076328.tif 000003
【図２】
2007076328.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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