JP2008093986A - 型締装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁石によって型締力を発生させる型締装置において、省スペース化を図ることのできる型締装置の提供を目的とする。
【解決手段】一対の金型の一方を支持する第一のプラテンと、前記一対の金型の他方の金型を支持する第二のプラテンと、前記第一のプラテンの前記金型を支持する面に対して背面に対向するように配置させたベースプラテンと、該ベースプラテンと前記第一のプラテンとの一方に磁極を、該磁極に対向する他方に電磁石を備え、反発力によって型締めを行うことにより上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、型締装置に関し、特に電磁石を用いて型締力を発生させる型締装置に関する。

従来、射出成形機においては、樹脂を射出装置の射出ノズルから射出して固定金型と可動金型との間のキャビティ空間に充填（てん）し、固化させることによって成形品を得るようになっている。そして、固定金型に対して可動金型を移動させて型閉じ、型締め及び型開きを行うために型締装置が配設される。

該型締装置には、油圧シリンダに油を供給することによって駆動される油圧式の型締装置、及び電動機によって駆動される電動式の型締装置があるが、該電動式の型締装置は、制御性が高く、周辺を汚すことがなく、かつ、エネルギー効率が高いので、多く利用されている。この場合、電動機を駆動することによってボールねじを回転させて推力を発生させ、該推力をトグル機構によって拡大し、大きな型締力を発生させるようにしている。

ところが、構成の電動式の型締装置においては、トグル機構を使用するようになっているので、該トグル機構の特性上、型締力を変更することが困難であり、応答性及び安定性が悪く、成形中に型締力を制御することができない。そこで、ボールねじによって発生させられた推力を直接型締力として使用することができるようにした型締装置が提供されている。この場合、電動機のトルクと型締力とが比例するので、成形中に型締力を制御することができる。

しかしながら、従来の型締装置においては、ボールねじの耐荷重性が低く、大きな型締力を発生させることができないだけでなく、電動機に発生するトルクリップルによって型締力が変動してしまう。また、型締力を発生させるために、電動機に電流を常時供給する必要があり、電動機の消費電力量及び発熱量が多くなるので、電動機の定格出力をその分大きくする必要があり、型締装置のコストが高くなってしまう。

そこで、型開閉動作にはリニアモータを使用し、型締動作には電磁石の吸着力を利用した型締装置が考えられる（例えば、特許文献１）。
国際公開第０５／０９００５２号パンフレット

しかしながら、特許文献１に記載されている型締装置のように型締め動作に電磁石の吸着力を利用するためには、金型を固定するための二つのプラテン（固定プラテン及び可動プラテン）の他、当該吸着力を発生させるためのリヤプラテン及び吸着板といったように、合計４枚のプレートが必要とされる。更に、特許文献１に記載されている型締装置は、センターロッド（ロッド３９）が装置後部に突出する構成とされている。その結果、装置の全長が長くなり、大きな設置スペースが必要とされるという問題が考えられる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、電磁石によって型締力を発生させる型締装置において、省スペース化を図ることのできる型締装置の提供を目的とする。

そこで上記課題を解決するため、本発明による型締装置は、一対の金型の一方を支持する第一のプラテンと、前記一対の金型の他方の金型を支持する第二のプラテンと、前記第一のプラテンの前記金型を支持する面に対して背面に対向するように配置させたベースプラテンと、該ベースプラテンと前記第一のプラテンとの一方に磁極を、該磁極に対向する他方に電磁石を備え、反発力によって型締めを行うことを特徴とする。

また、本発明による型締装置は、型締め時における前記第一のプラテンと前記第二のプラテンとの相対的な位置関係を固定するロック機構を有することを特徴とする。

また、本発明による型締装置は、前記反発力に応じて前記第一のプラテンを摺動可能に配設する摺動手段を有することを特徴とする。

また、本発明による型締装置は、前記第一のプラテン及び前記第二のプラテンの少なくともいずれか一方には、前記金型を支持する面と平行の方向に溝部が形成されていることを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明による型締装置は、一対の金型の一方を支持し、前記金型を支持する面に対して背面に電磁石を保持する第一のプラテンと、前記一対の金型の他方の金型を支持する第二のプラテンと、前記第一のプラテンの前記背面に対向するように磁極を有する磁極保持部材とを有し、前記電磁石と前記磁極保持部材の磁極との反発力によって型締めを行うことを特徴とする。

上記のような型締装置では、省スペース化を図ることができる。

本発明によれば、電磁石によって型締力を発生させる型締装置において、省スペース化を図ることのできる型締装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態において、型締装置については、型閉じを行う際の可動プラテンの移動方向を前方とし、型開きを行う際の可動プラテンの移動方向を後方とし、射出装置については、射出を行う際のスクリューの移動方向を前方とし、計量を行う際のスクリューの移動方向を後方として説明する。

図１は本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型閉じ（型タッチ）時の状態を示す図、図２は本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型開き時の状態を示す図である。図３は、本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型締め時の状態を示す図である。

図において、１０は型締装置、Ｆｒは射出成形機のフレーム、Ｇｄは、該フレームＦｒ上に敷設されてレールを構成し、型締装置１０を支持するとともに、案内する第１の案内部材としての２本のガイド（図においては、２本のガイドＧｄのうちの１本だけを示す。）、
本実施の形態における型締装置１０は、主に、固定プラテン１１、可動プラテン１２、電磁石ユニット保持部材であるベースプラテンとしてのフロントプラテン１３、タイバー１４、リニアモータ２８、電磁石ユニット３７等によって構成される。

フロントプラテン１３は、ガイドＧｄ上に載置され、フレームＦｒ及びガイドＧｄに対して固定された電磁石保持部材としてのプラテンである。図示されるように、フロントプラテン１３の断面は、コの字形を形成し、その内側における上下の面には、固定プラテン１１を支持するとともに、案内するレール１３１が上側に２本、下側に２本敷設されている（図においては、それぞれ２本のうちの１本だけを示す）。

固定プラテン１１には、上下にそれぞれ２本ずつのガイド１１２が施設されている（図においては、それぞれ２本のうちの１本だけを示す）。したがって、固定プラテン１１の各ガイド１１２が、フロントプラテン１３の各レール１３１に案内されることで、固定プラテン１１はフロントプラテン１３に対して前後方向に摺動可能なように設置される。すなわち、レール１３１とガイド１１２とによって、固定プラテン１１の摺動手段が構成される。摺動手段は、型締力への影響を抑えるため摺動時に生じる摩擦が出来るだけ小さいものが望ましい。例えば、リニアガイド又はボールスプライン等によって構成するとよい。なお、固定プラテン１１は、少なくともガイド１３１が施設された部分において、フロントプラテン１３に収納されるような形で設置される。なお、フロントプラテン１３及び固定プラテン１１には、射出装置１７が進入するための穴４１が形成されている。

可動プラテン１２は、固定プラテン１１と対向するように配設される。可動プラテン１２とフロントプラテン１３との間には４本のタイバー１４（図においては、４本のタイバー１４のうちの２本だけを示す。）が、可動プラテン１２がタイバー１４に沿って型開閉方向に進退自在なように架設される。そのために、可動プラテン１２には、タイバー１４と対応する箇所にタイバー１４を貫通させるための図示されないガイド穴が形成される。

タイバー１４の前端部には図示されないねじ部が形成される。タイバー１４は、当該ねじ部とナットｎ１とを螺合させることによってフロントプラテン１３に固定される。

また、タイバー１４の後方の所定の部分における外周面には、所定の間隔で溝１４１が形成されている。また、可動プラテン１２の各ガイド穴に対応する部分には、例えば、タイバー１４を挟んで図中上下方向に開閉可能なロック機構２２が配設される。ロック機構２２においてタイバー１４に対向する面（内周面）には溝２２１が形成されており、ロック機構２２が閉じたときに、タイバー１４の溝１４１によって形成される凹部及び凸部と、ロック機構の溝２２１によって形成される凸部及び凹部とが噛み合うことにより、可動プラテン１２は、タイバー１４に固定される。これによって、型締め時において可動プラテン１２の型開閉方向の位置が固定される（すなわち、可動プラテン１２の後退が抑止される）。

固定プラテン１１及び可動プラテン１２は、一対の金型のそれぞれ一方を支持する。すなわち、固定プラテン１１には第１の金型としての固定金型１５が、可動プラテン１２には第２の金型としての可動金型１６がそれぞれ固定され、可動プラテン１２の進退に伴って固定金型１５と可動金型１６とが接離させられ、型閉じ、型締め及び型開きが行われる。なお、型締めが行われるのに伴って、固定金型１５と可動金型１６との間に複数の図示されないキャビティ空間が形成され、射出装置１７の射出ノズル１８から射出された成形材料としての図示されない樹脂が各キャビティ空間に充墳される。また、固定金型１５及び可動金型１６によって金型装置１９が構成される。

ところで、可動プラテン１２を進退させるために、第１の駆動部としての、かつ、型開閉用の駆動部としてのリニアモータ２８が、可動プラテン１２とフレームＦｒとの間に配設される。リニアモータ２８は、第１の駆動要素としての固定子２９、及び第２の駆動要素としての可動子３１を備え、固定子２９は、フレームＦｒ上において、ガイドＧｄと平行に、かつ、可動プラテン１２の移動範囲に対応させて形成され、可動子３１は、可動プラテン１２の下端において、固定子２９と対向させて、かつ、所定の範囲にわたって形成される。

固定子２９の長さをＬｐとし、可動子３１の長さをＬｍとし、可動プラテン１２のストロークをＬｓｔとしたとき、長さＬｍは、リニアモータ２８による最大の推進力に対応させて設定され、長さＬｐは、
Ｌｐ＞Ｌｍ＋Ｌｓｔ
にされる。

可動子３１は、コア３４及びコイル３５を備える。そして、コア３４は、固定子２９に向けて突出させて、所定のピッチで形成された複数の磁極歯３３を備え、コイル３５は、各磁極歯３３に巻装される。なお、磁極歯３３は可動プラテン１２の移動方向に対して直角の方向に、互いに平行に形成される。また、固定子２９は、図示されないコア、及び該コア上に延在させて形成された図示されない永久磁石を備える。該永久磁石は、Ｎ極及びＳ極の各磁極を交互に、かつ、磁極歯３３と同じピッチで着磁させることによって形成される。

したがって、コイル３５に所定の電流を供給することによってリニアモータ２８を駆動すると、可動子３１が進退させられ、それに伴って、可動プラテン１２が進退させられ、型閉じ及び型開きを行うことができる。

なお、本実施の形態においては、固定子２９に永久磁石を、可動子３１にコイル３５を配設するようになっているが、固定子にコイルを、可動子に永久磁石を配設することもできる。その場合、リニアモータ２８が駆動されるのに伴って、コイルが移動しないので、コイルに電力を供給するための配線を容易に行うことができる。

ところで、可動プラテン１２が前進させられて可動金型１６が固定金型１５に当接すると、型閉じが行われ、続いて、型締めが行われる。型締めを行うために、フロントプラテン１３と固定プラテン１１との間に、第２の駆動部としての、かつ、型締め用の駆動部としての電磁石ユニット３７が配設される。

電磁石ユニット３７は、フロントプラテン１３側に形成された電磁石４９、及び固定プラテン１１側に形成された永久磁石５１とから成り、永久磁石５１は、固定プラテン１１の前端面の所定の部分に配置又は形成される。より詳しくは、永久磁石５１は、電磁石４９によってフロントプラテン１３に形成される磁極に対して対向する磁極が同一となるように（すなわち双方の磁極が反発し合うように）、固定プラテン１１に配置又は形成される。

また、フロントプラテン１３の後端面の所定の部分、本実施の形態においては、穴４１よりわずかに上方及び下方に、水平方向に延在させて二つの溝４５が互いに平行に形成され、各溝４５間に矩形の形状を有するコア４６、及び他の部分にヨーク４７が形成される。そして、コア４６にコイル４８が巻装される。

なお、コア４６及びヨーク４７は、鋳物の一体構造で構成されるが、強磁性体から成る薄板を積層することによって形成され、電磁積層鋼板を構成してもよい。

したがって、電磁石ユニット３７において、コイル４８に電流を供給すると、電磁石４９が駆動され、電磁石４９と永久磁石５１との間で反発力が発生する。その結果、固定プラテン１１は、後方に押し出され型締力を発生させることができる。

このとき、フロントプラテン１３と固定プラテン１１とが接触してもコイル４８が破損することがないように、また、コイル４８がフロントプラテン１３の表面から突出しないように、フロントプラテン１３内にコイル４８を埋め込む。この場合、フロントプラテン１３の表面は、コイル４８の損傷防止用のストッパとして機能する。なお、コイル４８がフロントプラテン１３の表面から突出している場合、フロントプラテン１３と固定プラテン１１との間、例えば、フロントプラテン１３における固定プラテン１１と対向する面、又は固定プラテン１１におけるフロントプラテン１３と対向する面に、図示されない接触防止用ストッパを配設し、フロントプラテン１３と固定プラテン１１とが接触してコイル４８を破損させることがないようにする。

ところで、可動プラテン１２の固定位置（ロック位置）と、フロントプラテン１３との距離が適切でなければ、型閉じ時において可動金型１６が固定金型１５に当接しなかったり、又は可動プラテン１２がロック位置に達する手前で可動金型１６が固定金型１５に当接してしまったりする。なお、可動プラテン１２の固定位置とフロントプラテン１３との距離が適切な場合は、型閉じが終了した時点において固定プラテン１１の前端面はフロントプラテン１３に当接し、可動金型１６は固定金型１５に当接する（図１参照）。

ここで金型装置１９は、成型品に応じて交換されるものであるため、可動プラテン１２の固定位置とフロントプラテン１３との適切な距離は、金型装置１９の厚さに応じて変化する。したがって、可動プラテン１２の固定位置とフロントプラテン１３との距離は、金型装置１９の厚さに応じて調整可能である必要がある。

そこで、ナットｎ１の外周面に図示されない大径のギヤが形成され、フロントプラテン１３に型厚調整用の駆動部としての図示されない型厚調整用モータが配設され、該型厚調整用モータの出力軸に取り付けられた小径のギヤと、ナットｎ１の外周面に形成されたギヤとが噛合させられる。

そして、金型装置１９の厚さに対応させて、型厚調整用モータを駆動し、ナットｎ１をタイバー１４の前端部に形成された非図示のねじ部に対して所定量回転させると、フロントプラテン１３に対するタイバー１４の位置が調整され、可動プラテン１２の固定位置に対するフロントプラテン１３の位置が調整されて、形閉じが終了した時点でフロントプラテン１３と可動プラテン１２の固定位置との距離を適切な値にすることができる。すなわち、可動プラテン１２と、フロントプラテン１３との相対的な位置を変えることによって、型厚の調整が行われる。

したがって、型厚調整用モータ、ギヤ、ナットｎ１、タイバー１４のねじ部等によって型厚調整装置が構成される。また、ギヤによって、型厚調整用モータの回転をナットｎ１に伝達する回転伝達部が構成される。そして、ナットｎ１及びねじ部によって運動方向変換部が構成され、該運動方向変換部において、ナットｎ１の回転運動がタイバー１４の直進運動に変換される。

次に、型締装置１０の動作について説明する。

型厚調整においては、金型装置１９の交換に伴い新しい金型装置１９が取り付けられると、前の金型装置１９の厚さに対応したフロントプラテン１３と可動プラテン１２の固定位置との間の距離とは異なった状態となる。そこで、型厚調整用モータを駆動してナットｎ１を回転させ、溝１４１と溝２２１との噛み合い位置を新しい金型装置１９に対応した位置に調整する。

また、溝１４１と溝２２１とが噛み合う位置は、型厚調整用のモータの回転量でタイバー１４の溝１４１の位置を検出し、リニアモータ２８を位置制御することで正確に把握される。

図示されない制御部の型開閉処理手段は、型開閉処理を行い、型閉じ時に、図２の状態において、コイル３５に電流を供給する。続いて、リニアモータ２８が駆動され、可動プラテン１２が前進させられ、図１に示されるように、可動金型１６が固定金型１５に当接させられる。このとき、固定プラテン１１の前端面はフロントプラテン１３に当接する。

そして、ロック機構２２が駆動すると溝２２１とタイバー１４に形成された溝１４１とが噛み合い、稼働プラテン１２が移動不能に拘束され、型閉工程が終了する。

続いて、制御部の型締制御処理手段は、コイル４８に電流を供給し、電磁石４９と永久磁石５１との間に反発力を発生させる。当該反発力は固定プラテン１１に伝達され、タイバー１４にロックされた可動プラテン１２との間で型締めが行われる。なお、当該反発力によって、固定プラテン１１とフロントプラテン１３との間には、わずかな隙間δが形成される（図３参照）。このとき、型締力の発生に伴って、タイバー１４はδだけ引張される。

型締力は図示されない荷重検出器によって検出され、検出された型締力は制御部に送られ、該制御部において、型締力が設定値になるようにコイル４８に供給される電流が調整され、フィードバック制御が行われる。この間、射出装置１７において溶融させられた成形材料としての樹脂が射出ノズル１８から射出され、金型装置１９の各キャビティ空間に充墳される。なお、荷重検出器として、タイバー１４の伸び量を検出するセンサ等を使用することができる。

各キャビティ空間内の樹脂が冷却されて固化すると、型開閉処理手段は、型開き時に、図３の状態において、コイル４８に電流を供給するのを停止する。それに伴って、リニアモータ２８が駆動され、可動プラテン１２が後退させられ、図２に示されるように、可動金型１６が後退限位置に置かれ、型開きが行われる。

なお、本実施の形態においては、フロントプラテン１３の後端面に電磁石４９が形成され、該電磁石４９の磁極と対向させて、固定プラテン１１の前端面に永久磁石５１が配設されるようになっているが、フロントプラテン１３の後端面に永久磁石を、該永久磁石の磁極と対向させて、固定プラテン１１の前端面に電磁石を配設してもよい。また、プロントプラテン１３の後端面及び固定プラテン１１の前端面の双方に電磁石を配設してもよい。

また、本実施の形態においては、第１の駆動部としてリニアモータ２８が配設されるようになっているが、該リニアモータ２８に代えて電動式のモータ、油圧シリンダ等を配設することができる。なお、モータを使用する場合、モータを駆動することによって発生させられた回転の回転運動は、運動方向変換部としてのボールねじによって直進運動に変換され、可動プラテン１２が進退させられる。

ところで、図１等に示される型締装置１０において、固定プラテン１１は、固定金型１５を支持する面と平行の方向に溝部１１１を有している。また、可動プラテン１２は、可動金型１６を支持する面と平行の方向に溝部１２１を有している。このような溝部が形成されることにより、型締め時におけるフロントプラテン１３，固定プラテン１１又は可動プラテン１２の変形が金型装置１９に伝達されるのを防止又は低減することができる。なお、ここで、「金型を支持する面と平行の方向」とは、溝部１１１又は１２１が、当該面と厳密に平行であることを意味するものではない。すなわち、「平行の方向」でるから、溝部１１１等が形成される方向を特定しているだけである。

図４は、本発明の実施の形態における固定プラテンの拡大図である。固定プラテン１１は、固定金型１５を備え付けるａ部と、永久磁石５１が配置されるｂ部とによって構成される。また、ｂ部の端部からはａ部の中央に向かう傾斜面により溝部１１１が形成される。このような構成により、電磁石ユニットにより型締力を発生させると、図４に示されるように、固定プラテン１１は、型締め時には固定金型１５からの反力により破線で示されるような形状に変形する（図中では便宜上、誇張して表現している。）。但し、当該変形は溝部１１１によって吸収されているのが分かる。このようなことは、可動プラテン１２と可動金型１６との間でも同様に言える。

これにより、金型装置１９のキャビティ空間が形成される中央部を効率よく押圧することができる。一方、電磁石では、反発力を大きくするためできるだけ大きな反発面を形成することができる。なお、図４等における溝部１１１の断面は、溝を形成する一辺が傾きを持つように形成されているが、溝部１１１の形状はかかるものに限定されない。溝部１１１は、例えば図５に示されるような形状であってもよい。

図５は、固定プラテンにおける溝部の他の例を示す図である。図５においては、溝部１１の断面がコの字方に形成されている。図５に示されるような形状による溝部１１１によっても、型締め時における固定プラテン１１の変形を吸収し、固定金型１５の変形を防止又は低減することができる。なお、可動プラテン１２の溝部１２１の形状についても同様のことが言える。

上述したように、本実施の形態における型締装置１０は、固定プラテン１１とフロントプラテン１３との磁極による反発力によって型締めを行うように構成される。したがって、磁力の吸着力によって型締めを行う構成に比べ、プラテンの数を少なくすることができる。すなわち、本実施の形態における型締装置１０は、固定プラテン１１、フロントプラテン１３、及び可動プラテン１２の三つのプラテンより構成される。ここで、固定プラテン１１は、その一部がフロントプラテン１３に収納されるように配設されることを考慮すれば、実質的に二つのプラテンによって構成されているともいえる。よって、本実施の形態における型締装置１０は、省スペース化を実現することができる。

上記実施の形態では、射出成形機に本願型締装置を適用した例を示したが、型開状態で固定金型１５上に成形材料を設置して型締を行うインプリント成形機に適用しても従来のインプリント成形機では得られない高い型締精度を得ることが可能である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型閉じ（型タッチ）時の状態を示す図である。 本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型開き時の状態を示す図である。 本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型締め時の状態を示す図である。 本発明の実施の形態における固定プラテンの拡大図である。 固定プラテンにおける溝部の他の例を示す図である。

符号の説明

１０ 型締装置
１１ 固定プラテン
１２ 可動プラテン
１３ フロントプラテン
１４ タイバー
１５ 固定金型
１６ 可動金型
１７ 射出装置
１８ 射出ノズル
１９ 金型装置
２２ ロック機構
２８ リニアモータ
２９ 固定子
３１ 可動子
３７ 電磁石ユニット
４１ 穴
４５ 溝
４６ コア
４７ ヨーク
４８ コイル
４９ 電磁石
５１ 永久磁石
１１１、１２１ 溝部
１１２ ガイド
１３１ レール
１４１、２２１ 溝
Ｇｄ ガイド
Ｆｒ フレーム

Claims (5)

1. 一対の金型の一方を支持する第一のプラテンと、
   前記一対の金型の他方の金型を支持する第二のプラテンと、
   前記第一のプラテンの前記金型を支持する面に対して背面に対向するように配置させたベースプラテンと、
   該ベースプラテンと前記第一のプラテンとの一方に磁極を、該磁極に対向する他方に電磁石を備え、反発力によって型締めを行うことを特徴とする型締装置。
2. 型締め時における前記第一のプラテンと前記第二のプラテンとの相対的な位置関係を固定するロック機構を有することを特徴とする請求項１記載の型締装置。
3. 前記反発力に応じて前記第一のプラテンを摺動可能に配設する摺動手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の型締装置。
4. 前記第一のプラテン及び前記第二のプラテンの少なくともいずれか一方には、前記金型を支持する面と平行の方向に溝部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の型締装置。
5. 一対の金型の一方を支持し、前記金型を支持する面に対して背面に電磁石を保持する第一のプラテンと、
   前記一対の金型の他方の金型を支持する第二のプラテンと、
   前記第一のプラテンの前記背面に対向するように磁極を有する磁極保持部材とを有し、
   前記電磁石と前記磁極保持部材の磁極との反発力によって型締めを行うことを特徴とする型締装置。

Images