JP2013031956A

JP2013031956A - 型締装置

Info

Publication number: JP2013031956A
Application number: JP2011169053A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Araki; 克之荒木; Akira Morii; 彰盛井
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-14
Anticipated expiration: 2031-08-02
Also published as: JP5450523B2

Abstract

【課題】機械長が十分に短く構造がシンプルで、エネルギ損失が少なく、高速に型締することができる型締装置を提供する。
【解決手段】
固定側金型（８）が取り付けられている固定プラテン（９）と、可動側金型（１０）が取り付けられている可動プラテン（１１）と、これらプラテンを連結している４本のタイバー（１３）と、型締力を発生させる型締力発生機構（２０）とから型締装置（３）を構成する。型締力発生機構（２０）は、超磁歪材料からなる変形部材（２２）とコイル（２５）とから構成し、タイバー（１３）に設ける。ロック機構（１８）によって型閉状態にして、コイル（２５）によって磁界を発生させると、変形部材（２２）が変形してタイバー（１３）が弾性変形し型締力が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定側金型が取り付けられる固定プラテンと、可動側金型が取り付けられる可動プラテンの２個のプラテンからなる、いわゆる２プラテン方式の型締装置に関するものである。

射出成形機は、従来周知のように一対の金型、これらの金型を型締する型締装置、樹脂材料を溶融して金型内に射出する射出装置等から構成され、型締装置を駆動して金型を型締めし、金型内のキャビティに射出装置から溶融樹脂を射出し、冷却固化を待って型締装置を駆動して金型を開くと所望の成形品が得られる。型締装置として、例えばトグル式型締装置が周知である。トグル式型締装置は、固定側金型が取り付けられる固定盤すなわち固定プラテンと、可動側金型が取り付けられる可動盤すなわち可動プラテンと、型締ハウジングすなわちリアプラテンとからなる３個のプラテンを備えている。そして４本のタイバーが、可動プラテンを挿通するようにして、固定プラテンとリアプラテンとを連結しており、トグル機構が可動プラテンとリアプラテンとの間に設けられている。従ってトグル機構を駆動すると可動プラテンが駆動され、型開閉したり、型締することができるようになっている。

特開平０７−８０８８６号公報特開２０１１−２０３６８号公報特開２００７−１７４７６９号公報

型締装置として、固定プラテンと可動プラテンの２個のプラテンからなるいわゆる２プラテン方式の型締装置も周知であり、特許文献１、２に記載されている。特許文献１に記載の型締装置において、固定プラテンと可動プラテンは、タイバーと所定のボールネジナット機構によって連結されている。このボールネジナット機構は、２本のボールネジと、所定の形状の１個のボールナットとを一組として構成されている。２本のボールネジの一方はリードが短い、あるいは雄ネジのピッチが小さい。そして他方はリードが長い、あるいは雄ネジのピッチが大きい。ボールナットには、一方の端部から中央部にかけてピッチの小さい雌ネジが形成され、他方の端部から中央部にかけてピッチの大きい雌ネジが形成されている。このようなボールナットの一方と他方とから、前記したリードの異なる２本のボールネジのそれぞれの一方の端部が螺合して、全体が１本の棒状を呈している。そしてこれらのボールネジのそれぞれの他方の端部は、固定プラテンと可動プラテンに、回転可能に、かつ軸方向の移動が規制された状態で設けられている。従って、どちらのボールネジを回転しても、可動プラテンを軸方向に駆動することができるようになっているが、型開閉するときにはリードの長いボールネジを、型締するときにはリードの短いボールネジを回転する。このようにすると高速に型開閉でき、強い力で型締できることになる。

特許文献２に記載の型締装置は、いわゆる２プラテン方式の型締装置ではあるが、前記したトグル式型締装置の特徴も備えている。すなわち型締用のトグル機構と、リアプラテンに類似した所定のハウジングとを備えている。この型締装置には、４本のタイバーが設けられ、それぞれのタイバーは、固定プラテンを挿通するようにしてハウジングと可動プラテンとを連結している。これらのタイバーは、可動プラテンに連結される端部近傍がスタッドボルト状を呈し、所定の長さに渡って円周方向の複数本の溝が形成されている。そして可動プラテンには、このようなタイバーをロックする分割ナットすなわちハーフナットからなるロック手段が設けられている。従ってハーフナットを駆動するとハーフナットが前記したタイバーの溝と係合して可動プラテンとタイバーとをロックすることができ、また係合状態を解除してアンロックすることができる。可動プラテンには所定の駆動機構が設けられ、ロック手段を解除した状態で可動プラテンをスライドさせて型開閉できるようになっている。特許文献２に記載の型締装置においては、ハウジングと固定プラテンの間に型締用のトグル機構が設けられている。従って可動プラテンを駆動して型閉じし、タイバーを可動プラテンにロックし、この状態でトグル機構を駆動すると型締することができる。なおこのトグル機構は、前記したトグル式型締装置のトグル機構と比して、軸方向の機械長がかなり短い。従ってこのトグル機構によっては型開閉することはできない。

特許文献３には、型締装置と直接関係はないが、いわゆる超磁歪材料からなる所定の素子を備えたアクチュエータが記載されている。磁歪とは、外部から磁界をかけると所定の方向に変形する性質である。超磁歪材料はこの変形の度合いが大きい材料であり、例えば１．０ｋＯｅ（キロ・エルステッド）の磁界をかけると１，１００ｐｐｍの割合で変形する材料が周知である。特許文献３に記載のアクチュエータは、このような超磁歪材料からなる所定の素子と、この素子に磁界をかけるコイルと、素子の変形による軸方向の変位を拡大する所定の機構とを備えている。この機構は、所定の支点に軸支されているテコ状の板バネ体を備えており、素子の端部が板バネ体の一方の端部に当接している。従って素子が軸方向に変位して板バネ体の一方の端部を押すと、板バネ体の他方の端部が大きく変位する。すなわち変位量が拡大される。この拡大された変位量を取り出してアクチュエータとして利用することができる。なお、超磁歪材料は従来の磁歪材料と比して変形の度合いが大きいと言えるが、変形が十分に大きいわけではない。従って、超磁歪材料の応用分野は限られており、アクチュエータとして利用する場合には、特許文献３に記載のアクチュエータのように、微小な変位を拡大するような機構を設けるようにすることが一般的である。

トグル式型締装置によっても、あるいは特許文献１、２に記載の２プラテン方式の型締装置によっても、金型を適切に型締めすることができる。従って射出成形機に採用された場合、その性能については全く問題がない。しかしながら改善すべき点も見受けられる。例えばトグル式型締装置は、型開閉が高速に実施できると共に大きな型締力を得ることができ型締装置として優れているが、トグル機構の長さが長いので装置の機械長が長くなってしまうという問題がある。特許文献１に記載の型締装置の場合には、機械長は短いが、型開閉と型締の両方の機能を両立させるためにリードの異なる２本のボールネジと複雑な形状のボールナットを必要とするので、ボールネジナット機構が高価になってしまうという問題がある。また特許文献２に記載の型締装置の場合には、ある程度機械長が短くなってはいるが、型締するという目的のためだけにリアプラテンに類似したハウジングとトグル機構を格別に必要としており、その分だけ機械長が長くなるし、構造も複雑である。またトグル機構型締装置においても、特許文献１、２に記載の２プラテン方式の型締装置においても、型締はトグル機構、ボールネジ等の所定の機構によって行うので、摩擦等によるエネルギ損失が生じてしまうし、高速に型締することはできない。仮に超磁歪材料からなる素子を型締機構として採用することも考えられるが、特許文献３に記載のアクチュエータのように、磁歪による変位を利用するには変位を拡大して取り出すことが一般的である。このような技術常識に照らして設計する場合、変位を拡大する機構を設けることになる。そうすると構造が複雑になってしまうだけでなく型締に必要な大きな力が得られない。

本発明は、上記したような問題点を解決した、型締装置を提供することを目的としており、具体的には機械長が十分に短くシンプルな構造でありながら必要な型締力を得ることができ、エネルギ損失が少なく型締に要するエネルギが最小で済み、高速に型締することができる型締装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、固定側金型が取り付けられている固定プラテンと、可動側金型が取り付けられている可動プラテンと、固定プラテンと可動プラテンとを連結している複数本のタイバーと、型締力を発生させる型締力発生機構とからなる２プラテン方式の型締装置として構成する。そして型締力発生機構は、超磁歪材料からなる変形部材とコイルとから構成し、変形部材は所定の長さの肉厚の円筒状を呈するように形成する。この型締装置において、タイバーは固定プラテンまたは可動プラテンを貫通して所定長さだけ外方に延長するようにし、この延長部分に変形部材を嵌合する。そしてタイバーの先端に所定のストッパを設けて変形部材を係止するように構成する。型閉状態にして、コイルによって磁界を発生させると、変形部材が変形してタイバーが弾性変形し、所望の型締力が得られる。

かくして、請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、固定側金型が取り付けられている固定プラテンと、可動側金型が取り付けられている可動プラテンと、前記固定プラテンと前記可動プラテンとを連結している複数本のタイバーと、型締力を発生させる型締力発生機構とからなり、前記型締力発生機構は、超磁歪材料からなる変形部材とコイルとを備え、前記コイルによって磁界を発生させると前記変形部材が変形し、それによって前記タイバーが弾性変形して型締力が得られるようになっていることを特徴とする２プラテン方式の型締装置として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の型締装置において、前記タイバーは前記固定プラテンまたは前記可動プラテンを貫通して所定長さだけ外方に延長され、前記変形部材は所定の長さの肉厚の円筒状を呈し、前記タイバーの延長された部分に嵌合され、前記タイバーの端部に設けられている所定のストッパによって係止されるように構成される。

以上のように、本発明は、固定側金型が取り付けられている固定プラテンと、可動側金型が取り付けられている可動プラテンと、固定プラテンと可動プラテンとを連結している複数本のタイバーと、型締力を発生させる型締力発生機構とからなる２プラテン方式の型締装置として構成されている。このように型締ハウジングに相当する部材が無いので機械長は十分に短い。そして型締力発生機構は、超磁歪材料からなる変形部材とコイルとを備え、コイルによって磁界を発生させると変形部材が変形し、それによってタイバーが弾性変形して型締力が得られるように構成されている。磁歪による変形は摩擦等の機械的な損失がないのでエネルギ損失が小さい。従って油圧ポンプやサーボモータを駆動する電圧に比して低電圧での駆動が可能になる。また磁界の強さを調整すれば磁歪による変形量を正確に制御でき、型締力を正確に制御することができる。そして変形は１ｍｓ以下でなされる。すなわち応答性に優れ、高速に型締することができるという本発明に特有の効果も得られる。他の発明によると、タイバーは固定プラテンまたは可動プラテンを貫通して所定長さだけ外方に延長され、超磁歪材料からなる変形部材は所定の長さの肉厚の円筒状を呈し、タイバーの延長された部分に嵌合され、タイバーの端部に設けられている所定のストッパによって係止されている。この変形部材にコイルで磁界をかければタイバーは弾性変形して型締力が発生する。このように構成されているので型締力発生機構はシンプルであり、装置の製造が容易である。

本発明の実施の形態に係る射出成形機を一部断面で示す正面図である。本発明の実施の形態に係る射出成形機の作用を説明する図で、その（ア）〜（ウ）は、型締装置の型締時におけるそれぞれの状態を示す正面図である。本発明の他の実施の形態に係る射出成形機を模式的に示す図で、その（ア）は第２の実施の形態に係る射出成形機を、その（イ）は第３の実施の形態に係る射出成形機を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る射出成形機１も、図１に示されているように、溶融樹脂を射出する射出装置２と、金型を型締めする型締装置３とから構成されている。射出装置２は従来周知のように構成され、シリンダ５、このシリンダ５内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ、シリンダ５の先端に設けられている射出ノズル６、等からなり、シリンダ５にはヒータが巻かれている。図１にはスクリュ、ヒータは示されていない。従ってヒータによってシリンダ５を加熱し、スクリュを回転方向に駆動して材料の樹脂をシリンダ５内に供給すると、樹脂は溶融されてシリンダ５の先端部に計量されることになる。そしてスクリュを軸方向に駆動すると溶融樹脂を射出することができる。

本実施の形態においては、型締装置３はいわゆる２プラテン方式の型締装置として構成されている。すなわち型締装置３は、固定側金型８が取り付けられている固定プラテン９と、可動側金型１０が取り付けられている可動プラテン１１と、両プラテン９、１１を連結している４本のタイバー１３、１３、…とから概略構成されている。可動プラテン１１には、可動プラテン１１を固定プラテン９方向に前進、あるいは後退させて金型８、１０を型開閉させる型開閉機構が設けられているが、型開閉機構は図１には示されていない。

本実施の形態においては、４本のタイバー１３、１３、…の、固定プラテン９寄りの所定の長さの部分には、その外周面に円周方向の溝１６、１６、…が等間隔で複数本形成されている。タイバー１３、１３、…は固定プラテン９を貫通して所定の長さだけ外方に延びており、この延びている部分にも円周方向の溝１６、１６、…の一部が形成されている。固定プラテン９には、可動プラテン１０と反対側の面に、タイバー１３、１３、…をロックするロック機構１８、１８、…が設けられている。ロック機構１８、１８、…は、２つ割のナット状すなわちハーフナット状を呈する一対のロックナット１９、１９、…から構成され、ロックナット１９、１９、…の内周面には、溝１６、１６、…と係合する複数の段部が形成されている。このようなロックナット１９、１９…は、各タイバー１３、１３、…の１本毎に一対のロックナット１９、１９、…が上下から挟むように設けられ、上下方向にスライドできるようになっている。従って一対のロックナット１９、１９をタイバー１３方向にスライドすると、タイバー１３の所定の溝１６、１６、にロックナット１９、１９の段部が係合して、タイバー１３を固定プラテン９にロックすることができるようになっている。

本実施の形態においては、型締力を発生させる型締力発生機構２０は、後で構造を詳しく説明するが、いわゆる超磁歪材料からなる所定の変形部材２２を備えている。磁歪とは磁界をかけたときに所定の方向に変形する性質のことであり、超磁歪材料は変形の度合いが特に大きい材料のことをいう。本実施の形態においては、超磁歪材料として、ＴＤＫ株式会社製の「ＰＭＴ−１」材料が使用されている。ＰＭＴ−１は基本物性が下の表に示されているように、強さが３．０ｋＯｅ（キロ・エルステッド）の磁界をかけると所定の方向に１，４５０ｐｐｍ変形することが分かる。

型締力発生機構２０は、このような超磁歪材料からなる変形部材２２、２２、…、タイバー１３、１３、…、等から構成されているが、具体的な構造を説明する。タイバー１３、１３、…は、可動プラテン１１を貫通して所定の長さだけ外方に延長されている。この延長された部分に変形部材２２、２２、…が設けられている。変形部材２２、２２、…は、前記した超磁歪材料からなり所定の長さの肉厚の円筒状を呈している。円筒の内径はタイバー１３、１３、…の外径よりわずかに大きく、これによって変形部材２２、２２、…はタイバー１３、１３、…に緩やかに嵌合されることになる。タイバー１３、１３、…の端部には変形部材２２の外径よりも大きい所定のストッパ部材２３、２３、…が固着されている。このストッパ部材２３、２３、…によって変形部材２２、２２、…は一方の端面が可動プラテン１１に、他方の端面がストッパ部材２３、２３、…に当接することになる。従って方閉じ後に変形部材２２、２２、…が軸方向に延びると、タイバー１３、１３、…を軸方向に弾性変形させることができる。このような変形部材２２、２２、…には、その外周部にコイル２５、２５、…が設けられ、図示されない電源からコイル２５、２５、…に電流を供給できるようになっている。このように型締力発生機構２０は、タイバー１３、１３、…と、ストッパ部材２３、２３、…と、変形部材２２、２２、…と、コイル２５、２５、…と電源とから構成されていることになる。

本実施の形態に係る射出成形機１の作用を説明する。型締装置３においてロック機構１８、１８、…を解除する。すなわちロックナット１９、１９、…を開いてタイバー１３、１３、…をアンロックする。図２の（ア）に示されているように図示されていない型開閉機構を駆動して可動プラテン１１を固定プラテン９側にスライドする。すなわち型閉じする。図２の（イ）に示されているように、ロックナット１９、１９、…を締めてロック機構１８、１８、…を作動させる。そうするとタイバー１３、１３、…が固定プラテン９にロックされる。型締力発生機構２０において、コイル２５、２５、…に電流を供給して磁界を発生させる。変形部材２２、２２、…は磁界によって実質的に瞬間的に変形し、図２の（ウ）に示されているように軸方向に延びる。タイバー１３、１３、…は弾性変形して所望の型締力が得られる。射出装置２において溶融した樹脂を型締された金型８、１０内に射出する。冷却固化を待って、コイル２５、２５、…への電流の供給を停止し、ロック機構１８、１８、…を解除する。型開閉機構を駆動して型開きすると成形品を得ることができる。

次に具体的な例によって、変形部材２２の具体的な大きさを決定する方法を説明する。変形部材２２の長さをＬ（ｃｍ）、断面積をＡ（ｃｍ^２）とすると長さＬ、断面積Ａは次の式１、式２のように表すことができる。

ここで、Δｌ_{Ｔｉｅｂａｒ}はタイバー１３の伸び（ｃｍ）を、εは磁歪の伸びによる歪み（無次元）を、Ｅは変形部材２２のヤング率（Ｎ／ｍ^２）を、σ_ｃｏｍｐは磁歪の伸びによって受ける圧縮応力（Ｎ／ｍ^２）を、そしてＦは型締力（Ｎ）を、それぞれ表す。従って式１、式２から、４個の変形部材２２の総体積Ｖ（ｃｍ^３）は次の式３のように表すことができる。

株式会社日本製鋼所製の製品番号「Ｊ１８０ＡＤ」の射出成形機はトグル機構によって１８０ｔｏｎｆの型締力を得ることができるようになっているが、トグル機構を本実施の形態に係る型締力発生機構２０に置き換えて同様の型締力である１８０ｔｏｎｆの型締力を得ることを考える。１８０ｔｏｎｆの型締力を得るには、タイバー１３の伸びΔｌ_{Ｔｉｅｂａｒ}は、次のようにする必要がある。
Δｌ_{Ｔｉｅｂａｒ} ＝１．０４２（ｍｍ）＝１．０４２２×１０^−１（ｃｍ）
そして型締力Ｆは次のようになる。
Ｆ＝１８０×１０^３×９．８（Ｎ）
コイル２５によって磁界強さ３．０ｋＯｅの磁界を発生させる場合、表１より磁歪の伸びによる歪みεは次のようになる。
ε ＝１４５０×１０^−６
表１よりヤング率Ｅ＝２．０×１０^１０を得、これらを式１、式２、式３に代入すると、以下のように式１’、式２’、式３’が得られる。

式３’において、圧縮応力σ_ｃｏｍｐが１．４５×１０^７（Ｎ／ｍ^２）になるようにすると、４個の変形部材２２の総体積Ｖ（ｃｍ^３）が最小になることが分かる。すなわち必要な型締力を得るための、変形部材の最小限の体積が得られる。この圧縮応力σ_ｃｏｍｐを式１’、式２’に代入すると、変形部材２２の長さＬとして１４４ｃｍ、断面積Ａとして３０４ｃｍ^２が得られる。また式３’より総体積Ｖとして１．７５×１０^５ｃｍ^３が得られる。この時の変形部材２２、２２、…の総重量は密度８．８５ｇ／ｍＬより、１．５５×１０^６ｇとなる。このように変形部材２２、２２、…を設計すれば、必要な型締力を得ることができる。

本実施の形態に係る射出成形機は色々な変形が可能である。例えば図３の（ア）には第２の実施の形態に係る射出成形機１ａが、図３の（イ）には第３の実施の形態に係る射出成形機１ｂがそれぞれ示されている。それぞれの実施の形態において、前実施の形態に係る射出成形機１と同様の部材には同じ参照番号を付して説明を省略する。第２の実施の形態に係る射出成形機１ａの型締装置３ａにおいては、ロック機構１８は可動プラテン１１に設けられ、型締力発生機構２０は固定プラテン９に設けられている。この実施の形態においても前実施の形態に係る射出成形機１と同様の作用を奏することが容易に理解できる。また第２の実施の形態においては、型締力発生機構２０の変形部材２２、２２が射出装置２側に設けられているので、さらに機械長が短くなるという効果も得られる。第３の実施の形態に係る射出成形機１ｂにおいては、型締装置３ｂが前実施の形態に係る型締装置３と若干相違している。具体的には可動プラテン１１の後方に所定のハウジング２７が設けられ、タイバー１３、１３、…の端部がこのハウジング２７に固着されている。そして可動プラテン１１とハウジング２７の間に、１個変形部材２２ｂと、１個のコイル２５ｂとからなる型締力発生機構２０ｂが設けられている。この実施の形態に係る射出成形機１ｂにおいても、前実施の形態に係る射出成形機１と同様の作用を奏することが容易に理解することができる。

１射出成形機２射出装置
３型締装置５シリンダ
８固定側金型９固定プラテン
１０可動側金型１１可動プラテン
１３タイバー１８ロック機構
２０型締力発生機構２２変形部材
２３ストッパ部材２５コイル

Claims

固定側金型が取り付けられている固定プラテンと、可動側金型が取り付けられている可動プラテンと、前記固定プラテンと前記可動プラテンとを連結している複数本のタイバーと、型締力を発生させる型締力発生機構とからなり、
前記型締力発生機構は、超磁歪材料からなる変形部材とコイルとを備え、前記コイルによって磁界を発生させると前記変形部材が変形し、それによって前記タイバーが弾性変形して型締力が得られるようになっていることを特徴とする２プラテン方式の型締装置。
請求項１に記載の型締装置において、前記タイバーは前記固定プラテンまたは前記可動プラテンを貫通して所定長さだけ外方に延長され、
前記変形部材は所定の長さの肉厚の円筒状を呈し、前記タイバーの延長された部分に嵌合され、前記タイバーの端部に設けられている所定のストッパによって係止されていることを特徴とする型締装置。