特開 2024-90308 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024090308

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】情報処理装置、情報処理方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/76 20060101AFI20240627BHJP

   B29C 45/03 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

B29C45/76

B29C45/03

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022206120

(22)【出願日】2022-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104880

【弁理士】

【氏名又は名称】古部 次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100125346

【弁理士】

【氏名又は名称】尾形 文雄

(72)【発明者】

【氏名】坂井 公則

【テーマコード（参考）】

4F206

【Ｆターム（参考）】

4F206AP04

4F206AP06

4F206AP15

4F206JA07

4F206JL02

4F206JP11

4F206JP12

4F206JP13

4F206JP14

4F206JP15

4F206JQ88

4F206JT32

4F206JT38

(57)【要約】

【課題】射出成形機に使用されているボールねじの寿命を精度よく予測する。
【解決手段】射出成形機１０における型締モータ１１６の情報を取得するデータ取得部と、ボールねじ１１７の寿命を計算する処理部と、を備え、この処理部は、取得した電流値に基づいて、型締モータ１１６のトルクであるモータトルクを計算し、型締モータ１１６の回転軸とボールねじ１１７とを含む回転体の慣性モーメントおよび取得した回転角から算出される型締モータ１１６の駆動時の角加速度に基づいて、型締モータ１１６がボールねじ１１７を軸回りに回転させるのに要するトルクである加減速トルクを計算し、モータトルクおよび加減速トルクに基づいて、型締モータ１１６が射出成形機を作動させるのに要するトルクである負荷トルクを計算し、負荷トルクに基づいてボールねじ１１７に作用する平均荷重を計算し、平均荷重に基づいてボールねじ１１７の寿命を計算する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動モータの回転駆動力をボールねじにより伝達して作動する射出成形機において当該電動モータに供給される電流の電流値および当該電動モータの回転角の情報を取得する取得手段と、
前記電流値および前記回転角の情報と前記電動モータおよび前記ボールねじの特性とに基づき当該ボールねじの寿命を計算する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、
取得した前記電流値に基づいて、前記電動モータのトルクであるモータトルクを計算し、
前記電動モータの回転軸と前記ボールねじとを含む回転体の慣性モーメントおよび取得した前記回転角から算出される当該電動モータの駆動時の角加速度に基づいて、当該電動モータが当該ボールねじを軸回りに回転させるのに要するトルクである加減速トルクを計算し、
前記モータトルクおよび前記加減速トルクに基づいて、前記電動モータが前記射出成形機を作動させるのに要するトルクである負荷トルクを計算し、
前記負荷トルクに基づいて前記ボールねじに作用する平均荷重を計算し、
前記平均荷重に基づいて前記ボールねじの寿命を計算することを特徴とする、情報処理装置。

【請求項2】

前記計算手段は、
ある時点で算出した前記ボールねじの寿命から算出される当該ボールねじの基本動定格荷重に対し、当該時点の後に行われた１または複数のショットに基づく変換を行って当該ショットの実施後の基本動定格荷重である変換後基本動定格荷重を計算し、
前記変換後基本動定格荷重に基づいて、前記ショットの実施後における前記ボールねじの残寿命を計算することを特徴とする、請求項１に記載の情報処理装置。

【請求項3】

前記計算手段は、ある時点で算出した前記ボールねじの残寿命から算出される当該ボールねじの基本動定格荷重に対し、当該時点の後に行われた１または複数のショットにおいて得られた前記電流値および前記回転角の情報に基づいて計算される当該ショットの実施後における当該ボールねじの平均荷重を用いた変換を行って前記変換後基本動定格荷重を計算することを特徴とする、請求項２に記載の情報処理装置。

【請求項4】

前記計算手段は、前記時点の後に行われた１または複数のショットにおいて得られた前記電流値および前記回転角の情報に基づいて当該ショットにおける前記負荷トルクを計算し、当該負荷トルクに基づいて当該ショットの実施後における前記ボールねじの平均荷重を計算することを特徴とする、請求項３に記載の情報処理装置。

【請求項5】

電動モータの回転駆動力をボールねじにより伝達して作動する射出成形機により行われた動作の設定情報を取得する取得手段と、
前記射出成形機における動作の設定情報と、当該設定情報に従って当該射出成形機が動作した場合にボールねじに作用する平均荷重との関係を表す機械学習モデルを記憶した記憶手段と、
前記取得手段により取得した前記設定情報を前記機械学習モデルに適用して前記ボールねじに作用する平均荷重を求め、当該平均荷重に基づいて当該ボールねじの寿命を計算する計算手段と、
を備えることを特徴とする、情報処理装置。

【請求項6】

コンピュータが、電動モータの回転駆動力をボールねじにより伝達して作動する射出成形機から当該電動モータに供給される電流の電流値および当該電動モータの回転角の情報を取得し、
コンピュータが、取得した前記電流値に基づいて、前記電動モータのトルクであるモータトルクを計算し、
コンピュータが、前記電動モータの回転軸と前記ボールねじとを含む回転体の軸回りの慣性モーメントおよび取得した前記回転角から算出される当該電動モータの駆動時の角加速度に基づいて、当該電動モータが当該ボールねじを軸回りに回転させるのに要するトルクである加減速トルクを計算し、
コンピュータが、前記モータトルクおよび前記加減速トルクに基づいて、前記電動モータが前記射出成形機を作動させるのに要するトルクである負荷トルクを計算し、
コンピュータが、前記負荷トルクに基づいて前記ボールねじに作用する平均荷重を計算し、
コンピュータが、前記平均荷重に基づいて前記ボールねじの寿命を計算することを特徴とする、情報処理方法。

【請求項7】

コンピュータが、電動モータの回転駆動力をボールねじにより伝達して作動する射出成形機により行われた動作の設定情報を取得し、
コンピュータが、前記射出成形機における動作の設定情報と、当該設定情報に従って当該射出成形機が動作した場合にボールねじに作用する平均荷重との関係を表す機械学習モデルを記憶装置から読み出し、取得した前記設定情報を当該機械学習モデルに適用して前記ボールねじに作用する平均荷重を求め、
コンピュータが、当該平均荷重に基づいて前記ボールねじの寿命を計算することを特徴とする、情報処理方法。

【請求項8】

コンピュータに、
電動モータの回転駆動力をボールねじにより伝達して作動する射出成形機から当該電動モータに供給される電流の電流値および当該電動モータの回転角の情報を取得する処理と、
取得した前記電流値に基づいて、前記電動モータのトルクであるモータトルクを計算する処理と、
前記電動モータの回転軸と前記ボールねじとを含む回転体の軸回りの慣性モーメントおよび取得した前記回転角から算出される当該電動モータの駆動時の角加速度に基づいて、当該電動モータが当該ボールねじを軸回りに回転させるのに要するトルクである加減速トルクを計算する処理と、
前記モータトルクおよび前記加減速トルクに基づいて、前記電動モータが前記射出成形機を作動させるのに要するトルクである負荷トルクを計算する処理と、
前記負荷トルクに基づいて前記ボールねじに作用する平均荷重を計算する処理と、
前記平均荷重に基づいて前記ボールねじの寿命を計算する処理と、
を実行させることを特徴とする、プログラム。

【請求項9】

コンピュータに、
電動モータの回転駆動力をボールねじにより伝達して作動する射出成形機により行われた動作の設定情報を取得する処理と、
前記射出成形機における動作の設定情報と、当該設定情報に従って当該射出成形機が動作した場合にボールねじに作用する平均荷重との関係を表す機械学習モデルを記憶装置から読み出し、取得した前記設定情報を当該機械学習モデルに適用して前記ボールねじに作用する平均荷重を求める処理と、
前記平均荷重に基づいて前記ボールねじの寿命を計算する処理と、
を実行させることを特徴とする、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、情報処理装置、情報処理方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

電動サーボ式の射出成形機では、金型の開閉および型締めを行う型締装置および金型キャビティ内に溶融樹脂を供給する射出装置を動作させるためにボールねじを介して駆動力を伝達する構成が用いられる。このボールねじは有限寿命品である。このため、保守の観点等から、ボールねじの寿命を予測することが行われる。

【0003】

特許文献１には、型締装置および射出装置の作動を、ボールねじを介して電動モータの駆動制御により行うように構成した電動射出成形機において、単位時間内におけるボールねじの移動速度と電動モータの動作電流との積に電動モータのトルク定数を掛算してボールねじに加わる総エネルギー値Ａを得ると共に、ボールねじに発生する力とその移動速度との積から寿命エネルギー値Ｂを設定し、総エネルギー値Ａが寿命エネルギー値Ｂを越えた際に（Ａ≧Ｂ）、ボールねじの寿命の限界と判定するボールねじ寿命予測方法が開示されている。

【0004】

特許文献２には、型開閉工程、型締工程、型緩工程の各工程においてトグル式型締装置のトグル機構を駆動する型締用ボールネジ機構について、型締用ボールネジ機構を劣化無く稼働することが可能な時間である稼働可能時間を変数が１個の１変数関数によって予測するようにし、１個の変数は型締工程において型締用ボールネジ機構に作用する軸方向荷重が最大になるときの型締力とする型締用ボールネジ機構の寿命予測方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００－２３８１０６号公報

【特許文献2】特許第６６３５９３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

射出成形機に用いられるボールねじの寿命の予測を精度よく行うことが求められており、この予測には改善の余地があった。本発明は、射出成形機に使用されているボールねじの寿命を精度よく予測することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、電動モータの回転駆動力をボールねじにより伝達して作動する射出成形機において電動モータに供給される電流の電流値および電動モータの回転角の情報を取得する取得手段と、電流値および回転角の情報と電動モータおよびボールねじの特性とに基づきボールねじの寿命を計算する計算手段と、を備え、この計算手段は、取得した電流値に基づいて、電動モータのトルクであるモータトルクを計算し、電動モータの回転軸とボールねじとを含む回転体の慣性モーメントおよび取得した回転角から算出される電動モータの駆動時の角加速度に基づいて、電動モータがボールねじを軸回りに回転させるのに要するトルクである加減速トルクを計算し、モータトルクおよび加減速トルクに基づいて、電動モータが射出成形機を作動させるのに要するトルクである負荷トルクを計算し、負荷トルクに基づいてボールねじに作用する平均荷重を計算し、平均荷重に基づいてボールねじの寿命を計算することを特徴とする、情報処理装置である。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、射出成形機に使用されているボールねじの寿命を精度よく予測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態が適用される射出成形機の構成を示す図であり、型開完了時の射出成形機の状態を示す図である。

【図2】本実施形態が適用される射出成形機の構成を示す図であり、型締時の射出成形機の状態を示す図である。

【図3】制御装置の構成を示す図である。

【図4】データ処理装置の構成を示す図である。

【図5】制御装置およびデータ処理装置を実現するコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。

【図6】第２の手法を用いる場合のデータ処理装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
＜装置構成＞
図１および図２は、本実施形態が適用される射出成形機の構成を示す図である。図１は、型開完了時の射出成形機の状態を示す図である。図２は、型締時の射出成形機の状態を示す図である。射出成形機１０は、型締装置１１０と、射出装置１２０と、エジェクタ装置１３０と、制御装置１４０と、データ処理装置１５０と、表示装置１６０と、フレーム１７０とを備える。

【0011】

型締装置１１０は、金型８００の型閉、昇圧、型締、脱圧および型開の各工程を行う。型締装置１１０によるこれらの工程における動作を「型開閉動作」と呼ぶ場合がある。金型８００は、固定金型８１０と可動金型８２０とを含む。図１および図２に示す射出成形機１０において、型締装置１１０の型開閉方向は図１、図２の横方向である。型締装置１１０は、固定プラテン１１１、可動プラテン１１２、トグルサポート１１３、タイバー１１４、トグル機構１１５、型締モータ１１６およびボールねじ１１７を有する。

【0012】

固定プラテン１１１は、フレーム１７０に固定されている。固定プラテン１１１における可動プラテン１１２との対向面には、固定金型８１０が取付けられている。可動プラテン１１２は、フレーム１７０に対し型開閉方向に移動可能に設けられている。可動プラテン１１２における固定プラテン１１１との対向面には、可動金型８２０が取付けられている。固定プラテン１１１に対して可動プラテン１１２を進退させることにより、金型８００の型閉、昇圧、型締、脱圧および型開が行われる。

【0013】

トグルサポート１１３は、固定プラテン１１１と間隔をおいて、フレーム１７０上に型開閉方向に移動可能に設けられる。タイバー１１４は、固定プラテン１１１とトグルサポート１１３とを、型開閉方向に間隔をあけた状態で連結する。

【0014】

トグル機構１１５は、可動プラテン１１２とトグルサポート１１３との間に配置され、トグルサポート１１３に対し可動プラテン１１２を型開閉方向に移動させる（図１、図２のトグル機構１１５および可動プラテン１１２を参照）。トグル機構１１５は、クロスヘッド１１５ａ、一対のリンク群などで構成される。クロスヘッド１１５ａは、ボールねじ１１７に対するナットである。後述のように、ボールねじ１１７を軸回りに回転させて、トグルサポート１１３に対してクロスヘッド１１５ａを進退させると、リンク群が屈伸し、これによってトグルサポート１１３に対して可動プラテン１１２が進退する。

【0015】

型締モータ１１６およびボールねじ１１７は、トグルサポート１１３に取付けられており、トグル機構１１５を作動させる。型締モータ１１６は、電動モータの一例である。ボールねじ１１７は、型締モータ１１６の回転駆動を受けて軸回りに回転し、ナットであるクロスヘッド１１５ａをトグルサポート１１３に対して進退させる。言い換えれば、ボールねじ１１７は、型締モータ１１６の回転運動をクロスヘッド１１５ａの直線運動に変換する。また、型締モータ１１６には、負荷検出器１１６ａが設けられている。型締モータ１１６の電流は、型締モータ１１６の負荷（例えば、トルク）を表す。したがって、負荷検出器１１６ａとしては、例えば、電流検出器等が用いられる。負荷検出器１１６ａは、型締モータ１１６の電流を検出し、その電流を示す信号を制御装置１４０にフィードバックする。

【0016】

型締装置１１０は、制御装置１４０による制御下で、型閉工程、昇圧工程、型締工程、脱圧工程および型開工程などを行う。型閉工程では、型締モータ１１６を駆動してボールねじ１１７を回転させ、クロスヘッド１１５ａを設定移動速度で型閉完了位置まで前進させる。これにより、可動プラテン１１２が前進し、可動金型８２０が固定金型８１０に接触する。昇圧工程では、型締モータ１１６をさらに駆動してクロスヘッド１１５ａを型閉完了位置から型締位置までさらに前進させる。これにより、金型８００において型締力が生じる。

【0017】

型締工程では、型締モータ１１６を駆動して、クロスヘッド１１５ａの位置を型締位置に維持する。これにより、型締工程では、昇圧工程で発生させた型締力が維持される。また、型締工程では、可動金型８２０と固定金型８１０との間にキャビティ空間が形成される。射出装置１２０は、このキャビティ空間に液状の成形材料を充填する。充填された成形材料が固化されることで、成形品が得られる。

【0018】

脱圧工程では、型締モータ１１６を駆動してボールねじ１１７を上記の型閉工程および昇圧工程とは逆向きに回転させ、クロスヘッド１１５ａを型締位置から型開開始位置まで後退させる。これにより、可動プラテン１１２が後退し、型締力が減少する。型開開始位置は、型閉工程および昇圧工程で述べた型閉完了位置と同じ位置であって良い。型開工程では、型締モータ１１６を駆動してクロスヘッド１１５ａを設定移動速度で型開開始位置から型開完了位置まで後退させる。これにより、可動プラテン１１２が後退し、可動金型８２０を固定金型８１０から離隔させる。この後、エジェクタ装置１３０が可動金型８２０から成形品を突き出す。

【0019】

エジェクタ装置１３０は、制御装置１４０による制御下で、突き出し工程を行う。エジェクタ装置１３０は、可動プラテン１１２に取り付けられ、可動プラテン１１２と共に進退する。突き出し工程では、エジェクタ装置１３０が、可動金型８２０に設けられた可動部材を動作させ、成形品を可動金型８２０から突き出して離脱させる。

【0020】

射出装置１２０は、金型８００に対して進退可能に配置される。射出装置１２０は、金型８００に接触し、金型８００内のキャビティ空間に成形材料を充填する。射出装置１２０は、制御装置１４０による制御下で、計量工程、充填工程および保圧工程などを行う。充填工程と保圧工程とをまとめて射出工程とも呼ぶ。計量工程では、所定量の液状の成形材料が射出装置１２０に蓄積される。充填工程では、計量工程で蓄積された液状の成形材料が金型８００内のキャビティ空間に充填される。保圧工程では、成形材料の保持圧力が設定圧に保たれる。

【0021】

制御装置１４０は、射出装置１２０および型締装置１１０の動作を制御する装置である。データ処理装置１５０は、射出装置１２０および型締装置１１０が動作するのに伴って得られるデータを処理する装置である。表示装置１６０は、制御装置１４０による射出装置１２０および型締装置１１０の制御に関する情報、データ処理装置１５０が取得したデータやデータ処理装置１５０の処理結果等を表示する。また、表示装置１６０は、制御装置１４０やデータ処理装置１５０に命令やデータを入力する操作を行うための操作画面を表示する。

【0022】

＜制御装置１４０の構成＞
図３は、制御装置１４０の構成を示す図である。制御装置１４０は、例えば、コンピュータにより実現される。制御装置１４０は、制御部１４１と、記憶部１４２とを備える。また、図示しないが、制御装置１４０は、外部装置とデータ交換を行うための入出力インターフェイスを備える。例えば、負荷検出器１１６ａにより検出され、出力された型締モータ１１６の電流を示す信号が、入出力インターフェイスを介して入力される。制御装置１４０は、射出装置１２０および型締装置１１０を制御して、成形品の製造に係る工程を繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造する。成形品の製造に係る工程には、上述した計量工程、型閉工程、昇圧工程、型締工程、充填工程、保圧工程、冷却工程、脱圧工程、型開工程、突き出し工程などが含まれる。以下、これらの製造に係る工程をまとめて「製造工程」と呼ぶことがある。また、成形品を得るための一連の動作、例えば、上記の製造工程における計量工程の開始から次の計量工程の開始までの動作を「ショット」、「成形サイクル」等と呼ぶ。なお、成形品を製造する上記の各工程は例示に過ぎない。例えば、１ショットで実行される工程として、上記に含まれない、他の工程を含んでも良い。

【0023】

制御部１４１は、制御情報に基づいて、射出装置１２０および型締装置１１０を制御する。制御情報は、ユーザが設定する条件であり、例えば、図示しない入力装置を用いてユーザが入力する。制御情報には、例えば、樹脂温度、金型温度（シリンダ温度）、射出保圧時間、計量値、Ｖ－Ｐ切り替え位置、保圧圧力、射出速度（充填速度）、スクリュー回転数、スクリュー背圧、型締力等の成形条件が含まれる。これらの成形条件は、成形品や金型に応じて複数の組み合わせが決められる。この成形条件の組み合わせデータを、以下、成形条件データセットとも呼ぶ。成形条件データセットは、成形品や金型の種類等に応じて用意され、記憶部１４２に格納されている。

【0024】

制御部１４１は、上記の成形条件データセットを用いて射出装置１２０および型締装置１１０を制御し、上記の各工程等を含む成形品の製造（ショット）に係る工程を実施する。制御部１４１は、成形品の製造開始時などに、製造しようとする成形品に対応する成形条件データセットを記憶部１４２から読み出す。そして、制御部１４１は、読み出した制御情報に基づいて射出装置１２０および型締装置１１０の動作を制御する。具体的には、制御部１４１は、製造工程において射出装置１２０および型締装置１１０から得られるデータが、成形条件データセットの設定値と一致するように、射出装置１２０および型締装置１１０を制御する。また、制御部１４１は、記憶部１４２から読み込んだ成形条件データセットを表示装置１６０に表示させても良い。ユーザは、表示装置１６０に表示された成形条件のデータを参照し、必要に応じて値の修正等の操作を行っても良い。

【0025】

記憶部１４２は、射出装置１２０および型締装置１１０の制御に用いられる制御情報を保持する。制御情報に含まれる成形条件データセットは、製造対象の成形品や金型に対応付けられて用意されている。記憶部１４２は、製造対象の成形品や金型ごとの成形条件データセットを保持する。また、記憶部１４２は、制御部１４１が射出装置１２０および型締装置１１０を制御するためのプログラムを保持している。詳しくは後述するが、制御装置１４０においてプロセッサが記憶部１４２に保持されたプログラムを読み込んで実行することにより、制御部１４１の機能が実現される。

【0026】

＜データ処理装置１５０の構成＞
図４は、データ処理装置１５０の構成を示す図である。データ処理装置１５０は、射出装置１２０および型締装置１１０が上記の成形品の製造に係る工程における動作を実行するのに伴って得られるデータを取得し、処理する。データ処理装置１５０は、例えば、コンピュータにより実現される。データ処理装置１５０は、データ取得部１５１と、処理部１５２と、記憶部１５３と、表示制御部１５４とを備える。データ処理装置は、情報処理装置の一例である。

【0027】

データ取得部１５１は、射出装置１２０および型締装置１１０から処理対象のデータを取得する。射出装置１２０および型締装置１１０には、種々のセンサ、検出器、計測機器等が取り付けられている。これらのセンサ、検出器、計測機器等により取得されるデータは、射出装置１２０および型締装置１１０による成形結果を表す情報であり、成形品の品質管理に用いられる。データ取得部１５１は、センサ、検出器、計測機器等から送信された取得データを受信し、記憶部１５３に格納する。本実施形態のデータ取得部１５１は、特に、型締モータ１１６の電流および角加速度の情報を取得する。これらの情報は、型締モータ１１６から直接取得しても良いし、制御装置１４０から取得しても良い。データ取得部１５１は、取得手段の一例である。

【0028】

処理部１５２は、記憶部１５３に格納された取得データを処理する。具体的には、処理部１５２は、各工程における取得データの代表値の抽出、各工程における取得データを時系列化した時系列データの生成等の処理を行う。また、処理部１５２は、取得された型締モータ１１６の電流および角加速度の情報に基づいて型締装置１１０におけるボールねじ１１７の基本動定格荷重を計算し、算出した基本動定格荷重に基づき、ボールねじ１１７の寿命を計算する。処理部１５２は、計算手段の一例である。

【0029】

記憶部１５３は、データ取得部１５１により取得された取得データを保持する。記憶部１５３は、処理部１５２がデータ処理を実行するためのプログラム、表示制御部１５４が表示装置１６０に画面を表示させるためのプログラムを保持している。詳しくは後述するが、データ処理装置１５０においてプロセッサが記憶部１５３に保持されたプログラムを読み込んで実行することにより、処理部１５２および表示制御部１５４の機能が実現される。

【0030】

表示制御部１５４は、処理部１５２による処理結果をユーザに報知するための画面を生成し、表示装置１６０に表示させる。一例として、表示制御部１５４は、処理部１５２により算出されたボールねじ１１７の寿命を提示する画面を表示装置１６０に表示させる。また、算出されたボールねじ１１７の寿命に基づいて閾値を設定し、射出成形機１０の使用実績が閾値に達した場合には、表示制御部１５４は、ユーザにボールねじ１１７の交換を促すメッセージを表示装置１６０に表示させても良い。また、表示制御部１５４は、ユーザが種々の操作を行うための操作画面やその他の種々の画面を生成し、表示装置１６０に表示させる。

【0031】

＜制御装置１４０およびデータ処理装置１５０のハードウェア構成＞
図５は、制御装置１４０およびデータ処理装置１５０を実現するコンピュータ４００のハードウェア構成例を示す図である。図５に示すコンピュータは、演算手段であるプロセッサ４０１と、記憶手段である主記憶装置（メイン・メモリ）４０２および補助記憶装置４０３を備える。プロセッサ４０１としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の種々の演算回路が用い得る。プロセッサ４０１は、補助記憶装置４０３に格納されたプログラムを主記憶装置４０２に読み込んで実行する。主記憶装置４０２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）が用いられる。補助記憶装置４０３としては、例えば、磁気ディスク装置やＳＳＤ（Solid State Drive）等が用いられる。また、コンピュータは、表示装置（ディスプレイ）１６０に表示出力を行うための表示機構４０４と、コンピュータのユーザによる入力操作が行われる入力手段としての入力デバイス４０５とを備える。入力デバイス４０５としては、例えば、キーボードやマウス等が用いられる。なお、図５に示すコンピュータの構成は一例に過ぎず、本実施形態で用いられるコンピュータは図５の構成例に限定されるものではない。例えば、記憶装置としてフラッシュ・メモリ等の不揮発性メモリやＲＯＭ（Read Only Memory）を備える構成としても良い。

【0032】

制御装置１４０が図５に示すコンピュータにより実現される場合、制御部１４１の機能は、例えば、プロセッサ４０１がプログラムを読み込んで実行することにより実現される。記憶部１４２は、例えば、補助記憶装置４０３により実現される。

【0033】

データ処理装置１５０が図５に示すコンピュータにより実現される場合、データ取得部１５１および処理部１５２の機能は、例えば、プロセッサ４０１がプログラムを読み込んで実行することにより実現される。記憶部１５３は、例えば、補助記憶装置４０３により実現される。表示制御部１５４は、例えば、プログラムを読み込んで実行するプロセッサ４０１および表示機構４０４により実現される。

【0034】

＜ボールねじ１１７の寿命の計算＞
型締装置１１０におけるボールねじ１１７は有限寿命品であるため、保守の観点等から、ボールねじ１１７の寿命を予測することが求められる。なお、射出成形機１０においては、型締装置１１０のボールねじ１１７以外にも、射出装置１２０やエジェクタ装置１３０等にボールねじが使用されており（何れも図示せず）、これらのボールねじについても同様に、寿命を予測することが求められる場合がある。本実施形態の手法は、何れのボールねじに対しても適用可能であるが、以下では、一例として型締装置１１０のボールねじ１１７を対象として寿命を予測する手法について説明する。ボールねじ１１７の寿命は、基本定格寿命（Basic Rating Life）であるＬ₁₀寿命で表される。ショット数換算のＬ₁₀寿命は、下記の数１の式により求まる。

【数1】

【0035】

上記の数１の式において、Ｒは、ボールねじ１１７のリードである。Ｋは、１ショットあたりのナット（クロスヘッド１１５ａ）の移動量（以下、「走行距離」と呼ぶ）である。Ｃ_aは、ボールねじ１１７の基本動定格荷重である。ｆ_wは、荷重係数である。Ｆ_mは、ボールねじ１１７の平均荷重である。ここで、リードＲは、射出成形機１０に使用するボールねじ１１７が決まれば特定される値である。基本動定格荷重Ｃ_aおよび荷重係数ｆ_wは、ボールねじ１１７のメーカー等により予め設定される値である。また、走行距離Ｋは、実際に成形品を製造する際における型締装置１１０の型締力や動作パターンで決まる。言い換えれば、走行距離Ｋは、射出成形機１０の使用条件に依存する。そして、走行距離Ｋは、１ショット当たりの型締モータ１１６の動作量（例えば、回転数）とボールねじ１１７のリードＲから算出可能である。型締モータ１１６の動作量は、型締モータ１１６のエンコーダの履歴から得られる。したがって、射出成形機１０の仕様および動作パターンに応じてボールねじ１１７に作用する平均荷重が求まれば、ボールねじ１１７の寿命を計算することができる。平均荷重Ｆ_mは、下記の数２の式により求まる。

【数2】

【0036】

上記の数２の式において、ｌ_iは、単位ステップあたりのナットの移動量である。Ｆ_iは、単位ステップにおいてボールねじ１１７に掛かる荷重（以下、「ボールねじ荷重」と呼ぶ）である。ｎは、１ショットの分割数（ステップ数）である。

【0037】

ここで、単位ステップあたりのナットの移動量ｌ_iおよび１ショットの分割数ｎは、予め設定される値である。一方、ボールねじ荷重Ｆ_iは、実際に成形品を製造する際における型締装置１１０の型締力や動作パターンで決まる。言い換えれば、ボールねじ荷重Ｆ_iは、射出成形機１０の使用条件に依存する。そして、ボールねじ荷重Ｆ_iは、測定が容易ではなく、型締装置１１０に設けられたセンサ等から得られる情報に基づき、演算により求める必要がある。

【0038】

一例として、型締モータ１１６において射出成形機１０の作動（この場合は、型開閉動作）に要するトルク（以下、「負荷トルク」と呼ぶ）を用いて、この射出成形機１０の作動によりボールねじ１１７が受ける負荷（以下、「ボールねじ負荷」と呼ぶ）を計算し、このボールねじ負荷を上記の数２の式に適用することができる。ボールねじ負荷Ｆ_aは下記の数３の式により求まる。

【数3】

【0039】

上記の数３の式において、Ｔ_Lは、負荷トルクである。ηは、ボールねじ１１７の効率である。効率ηは、ボールねじ１１７のメーカー等により予め設定される値である。ここで、負荷トルクＴ_Lは、通常、直接計測することが困難である。しかしながら、負荷トルクＴ_Lは、射出成形機１０の作動時における型締モータ１１６自体のトルク（以下、「モータトルク」と呼ぶ）と、型締モータ１１６が単に回転駆動するのに要するトルク（以下、「加減速トルク」と呼ぶ）とを用いて計算することができる。モータトルクは、負荷トルクと加減速トルクとの和として表される。したがって、負荷トルクＴ_Lは、下記の数４の式により求まる。

【数4】

【0040】

上記の数４の式において、Ｔは、モータトルクである。Ｔ_aは、加減速トルクである。モータトルクＴは、負荷検出器１１６ａから取得された射出成形機１０の作動時における型締モータ１１６の電流値に、型締モータ１１６のトルク定数を乗ずることにより計算される。したがって、モータトルクＴは、射出成形機１０の使用条件に依存する。加減速トルクＴ_aは、型締モータ１１６が回転駆動する際に作用する慣性モーメント（イナーシャ）に基づいて計算される。ここで、型締モータ１１６が回転駆動する際に作用する慣性モーメントには、型締モータ１１６の回転軸回りの慣性モーメントと、ボールねじ１１７の軸回りの慣性モーメントとがある。そして、加減速トルクＴ_aは、下記の数５の式により求まる。

【数5】

【0041】

上記の数５の式において、Ｊ_Mは、型締モータ１１６の回転軸回りの慣性モーメントである。Ｊ_Bは、ボールねじ１１７の軸回りの慣性モーメントである。αは、射出成形機１０の作動時における型締モータ１１６の角加速度である。慣性モーメントＪ_M、Ｊ_Bは、射出成形機１０に使用する型締モータ１１６およびボールねじ１１７が決まれば特定される値である。角加速度αは、型締モータ１１６のエンコーダのデータから算出される。エンコーダのデータには、型締モータ１１６の動作における回転角の情報が含まれる。この角加速度αは、射出成形機１０の作動中に計算し取得することができる。したがって、加減速トルクＴ_aは、射出成形機１０の使用条件に依存する。なお、本実施例においては、型締モータ１１６の回転軸およびボールねじ１１７のみが回転することを想定し、型締モータ１１６の回転軸回りの慣性モーメントＪ_Mとボールねじ１１７の軸回りの慣性モーメントＪ_Bの和に角加速度αを乗ずることで加減速トルクＴ_aを算出した。ここで、型締モータ１１６の回転軸およびボールねじ１１７の一方または双方に対して他の付属物が付属し、この付属物によるトルクやボールねじの寿命算出への影響が無視できない場合がある。このような場合、型締モータ１１６の回転軸、ボールねじ１１７および付属物からなる回転体（言い換えれば、型締モータ１１６の回転軸およびボールねじ１１７を含む回転体）を対象とし、この回転体の慣性モーメントに角加速度αを乗ずることで加減速トルクＴ_aを算出する。また、このような付属物以外にもトルクやボールねじの寿命算出への影響を無視できない要素を併せて考慮しても良い。

【0042】

以上のようにして、型締モータ１１６およびボールねじ１１７の仕様やメーカー等により設定された値等の予め特定されたデータと、射出成形機１０の作動に応じて得られるデータとに基づき、ボールねじ負荷Ｆ_aが求められた。このボールねじ負荷Ｆ_aをボールねじ荷重Ｆ_iとして用い、数２の式に適用することにより、ボールねじ１１７の平均荷重Ｆ_mが算出され、この平均荷重Ｆ_mに基づいて数１の式によりボールねじ１１７の寿命が算出される。言い換えれば、上記の計算手法では、モータトルクＴおよび型締モータ１１６の加減速パターンからボールねじ負荷Ｆ_aを計算し、このボールねじ負荷Ｆ_aを用いてボールねじ１１７の寿命を推定した。

【0043】

上記の計算手法において、予め特定されるデータ、具体的には、リードＲ、基本動定格荷重Ｃ_a、荷重係数ｆ_w、移動量ｌ_i、分割数ｎ、効率η、トルク定数、慣性モーメントＪ_M、Ｊ_Bの各々は、予め、データ処理装置１５０の記憶部１５３等に格納して保持される。射出成形機１０の使用条件に依存するデータ、具体的には、走行距離Ｋ、モータトルクＴ、加減速トルクＴ_aの各々は、射出成形機１０の作動に応じて得られる型締モータ１１６の電流値およびエンコーダのデータに基づいて計算される。

【0044】

＜ボールねじ１１７の残寿命の計算＞
射出成形機１０が継続的に使用されると、これに応じてボールねじ１１７が次第に劣化することが想定される。そこで、劣化したボールねじ１１７を想定して、ある時点からのボールねじ１１７の寿命（以下、「残寿命」と呼ぶ）を計算することが考えられる。単純な手法としては、例えば、ボールねじ１１７の基本動定格荷重に関して、使用程度に応じてボールねじ１１７の劣化の進み具合を想定して設定した劣化曲線や変換式を用いる手法が考えられる。具体的には、ある時点におけるボールねじ１１７の使用実績に基づき、この劣化曲線や変換式を適用して変換した基本動定格荷重（以下、「変換後基本動定格荷重」と呼ぶ）を用いて、この時点以後のボールねじ１１７の残寿命を計算する。

【0045】

また、射出成形機１０において、型締力、金型、動作パターン等の使用条件が変更されることがある。そして、上記の数１～数５の式には射出成形機１０の使用条件に依存するデータが用いられているため、上記の数１～数５の式を用いて計算したボールねじ１１７の寿命は、かかる使用条件の変更の影響を受ける。そこで、ある時点までに実施されたショットにおける射出成形機１０の使用条件に基づき、かかるショットにおいて得られた型締モータ１１６の電流値およびエンコーダのデータを用いて変換後基本動定格荷重を計算することが考えられる。

【0046】

ある時点（時点Ｉ）におけるボールねじ１１７の変換後基本動定格荷重をＣ’_aIとすると、時点Ｉにおけるボールねじ１１７のショット数換算のＬ₁₀寿命を計算する式は、基本動定格荷重Ｃ_aの代わりに変換後基本動定格荷重Ｃ’_aIを用いて、下記の数６の式の様になる。

【数6】

【0047】

ここで、時点Ｉから遡るある時点（時点Ｉ－１）における変換後基本動定格荷重をＣ’_a(I-1)とし、時点Ｉ－１から時点Ｉまでの間（サンプル間隔）に実施されたショットの数をΔｓｈｏｔとすると、時点Ｉにおける変換後基本動定格荷重Ｃ’_aIは、下記の数７の式により計算される。

【数7】

【0048】

上記の数７の式には、時点Ｉ－１から時点Ｉまでのサンプル間隔において実施されたショットの際の平均荷重Ｆ_mが含まれている。このため、変換後基本動定格荷重Ｃ’_aIには、このサンプル間隔に実施されたショットにおいて得られた型締モータ１１６の電流値およびエンコーダのデータが反映される。なお、ボールねじ１１７が未使用状態である場合、変換後基本動定格荷重Ｃ’_a(I-1)は初期値であるので、Ｃ’_a(I-1)＝Ｃ_aである。

【0049】

＜ボールねじ１１７の寿命の他の計算手法＞
上記の計算手法（以下、「第１の手法」と呼ぶ）では、モータトルクＴおよび型締モータ１１６の加減速パターンからボールねじ負荷Ｆ_aを計算し、このボールねじ負荷Ｆ_aを用いてボールねじ１１７の平均荷重Ｆ_mを計算し、さらにこの平均荷重Ｆ_mからボールねじ１１７の寿命を計算した。他の計算手法（以下、「第２の手法」と呼ぶ）として、機械学習モデルを用いてボールねじ１１７の平均荷重Ｆ_mを求め、この平均荷重Ｆ_mからボールねじ１１７の寿命を計算することが考えられる。

【0050】

図６は、第２の手法を用いる場合のデータ処理装置１５０の構成を示す図である。第２の手法を用いる場合のデータ処理装置１５０は、図４に示した第１の手法を用いる場合のデータ処理装置１５０の構成と同様に、データ取得部１５１と、処理部１５２と、記憶部１５３と、表示制御部１５４とを備える。ただし、記憶部１５３には、ボールねじ１１７の平均荷重Ｆ_mを計算するための機械学習モデル１５３ａが格納されている。機械学習モデル１５３ａは、型締装置１１０における型開閉動作の設定情報と、ボールねじ１１７の平均荷重Ｆ_mとの関係を表す。機械学習モデル１５３ａは、例えば、成形品や金型の種類等に応じて用意される。

【0051】

データ取得部１５１は、型締装置１１０において実際に型開閉動作が行われる際の設定情報を取得する。処理部１５２は、記憶部１５３から機械学習モデル１５３ａを読み出し、データ取得部１５１により取得された設定情報を読み出した機械学習モデル１５３ａに適用して平均荷重Ｆ_mを求める。そして、処理部１５２は、得られた平均荷重Ｆ_mを用いて数１の式によりボールねじ１１７の寿命を計算する。

【0052】

機械学習モデル１５３ａは、次のような方法で作成される。まず、予め用意された型開閉動作の設定情報を用いてコンピュータ・シミュレーションを行い、設定情報に従って型締装置１１０を動作させた場合におけるボールねじ１１７の平均荷重Ｆ_mを計算する。そして、シミュレーションに用いた設定情報と算出された平均荷重Ｆ_mのデータセットを蓄積し、これを教師データとして機械学習を行い、機械学習モデル１５３ａを得る。

【0053】

なお、上記の例では、機械学習モデル１５３ａを用いてボールねじ１１７の平均荷重Ｆ_mを求め、数１の式によりボールねじ１１７の寿命を計算した。これにより、第１の手法の場合と同様に、数１の式における基本動定格荷重Ｃ_aの代わりに変換後基本動定格荷重Ｃ’_aIを用いることで、ある時点におけるボールねじ１１７の残寿命を計算することができる。

【0054】

これに対し、型締装置１１０における型開閉動作の設定情報を入力して型締モータ１１６の負荷トルクＴ_Lを出力する機械学習モデルを用い、実際に型開閉動作が行われる際の設定情報から得られた負荷トルクＴ_Lに基づいて数３、数２、数１の式によりボールねじ１１７の寿命を計算しても良い。同様に、型開閉動作の設定情報を入力してボールねじ負荷Ｆ_aを出力する機械学習モデルを用い、実際に型開閉動作が行われる際の設定情報から得られたボールねじ負荷Ｆ_aに基づいて数２、数１の式によりボールねじ１１７の寿命を計算しても良い。これらの手法を用いた場合も、上記の第２の手法と同様に、変換後基本動定格荷重Ｃ’_aIを用いて、ある時点におけるボールねじ１１７の残寿命を計算することができる。

【0055】

一方、射出成形機１０の使用程度に応じたボールねじ１１７の残寿命を計算する必要がない場合、型締装置１１０における型開閉動作の設定情報に基づいてボールねじ１１７の寿命を出力する機械学習モデルを用い、実際に型開閉動作が行われる際の設定情報からボールねじ１１７の寿命を直接出力する構成としても良い。

【0056】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態には限定されない。例えば、上記の実施形態では、射出成形機１０が制御装置１４０、データ処理装置１５０および表示装置１６０を備える構成として説明したが、かかる構成には限定されない。例えば、データ処理装置１５０の処理部１５２におけるボールねじ１１７の寿命を計算する機能をパーソナルコンピュータ等の情報処理装置で実現し、データ処理装置１５０から型締モータ１１６の電流値およびエンコーダのデータを取得して、ボールねじ１１７の寿命を計算する構成としても良い。

【0057】

また、上記の実施形態では、データ処理装置１５０の処理部１５２により計算されたボールねじ１１７の寿命の情報を表示制御部１５４が表示装置１６０に表示する構成としたが、ボールねじ１１７の寿命の情報をユーザが所持する携帯型情報端末へ送信し、表示させる構成としても良い。

【0058】

なお、本実施形態では、型締装置１１０のボールねじ１１７を対象として説明したが、射出成形機１０では、射出装置１２０において金型８００に成形材料を充填する際の動作や、エジェクタ装置１３０において成形品を可動金型８２０から突き出す際の動作においてもボールねじが使用される。これら射出装置１２０およびエジェクタ装置のボールねじやその他のボールねじに対しても、本実施形態の手法を適用し、ボールねじの寿命を計算することができる。その他、本発明の技術思想の範囲から逸脱しない様々な変更や構成の代替は、本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0059】

１０…射出成形機、１１０…型締装置、１１２…可動プラテン、１１３…トグルサポート、１１５…トグル機構、１１５ａ…クロスヘッド、１１６…型締モータ、１１６ａ…負荷検出器、１１７…ボールねじ、１２０…射出装置、１３０…エジェクタ装置、１４０…制御装置、１４１…制御部、１４２…記憶部、１５０…データ処理装置、１５１…データ取得部、１５２…処理部、１５３…記憶部、１５４…表示制御部、１６０…表示装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】