JP2018176525A - 射出成形機の異物検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】型閉完了位置付近であっても高感度で異物の有無を検知できる。【解決手段】射出成形機１の型締装置２は、固定金型３を固定した固定盤４に可動金型６を固定した可動盤７がタイバー８にガイドされて移動することで開閉可能とした。駆動モータＭの駆動によりトグル機構１５を伸縮させてタイバー８を昇降させて可動金型６を有する可動盤７を開閉作動可能とした。型閉工程においてタイバー８に伝達される射出ユニット１０、可動金型６及び可動盤７の荷重と駆動モータＭの駆動力による型締力データを歪み測定データとしてタイバー８に設けた型締力センサ１６で測定する。制御装置２０では、異物のない型締力データのプロファイルを基準データとして基準データ記憶手段に記憶させておき、型締力センサで検知した型締力データとの波形の変化を判別手段で判別して異物の有無を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機における開閉可能な金型等に成形品の取り残しやインサート品の誤セット等で異物が付着等している場合に金型の開閉作動時に異物を検知できるようにした射出成形機の異物検知装置に関する。

従来、射出成形機の使用時に作業者等が固定金型や可動金型に工具や部品等の異物を置き忘れたり金型に固化した樹脂等の異物が付着すること等があった。一方で、射出成形に用いる金型は高価であり破損すると損失が大きい。そのため、通常は金型保護のために型締用の駆動モータのトルクを制限して、金型等に異物が付着している場合にその場で型閉を停止し、型開を行うことで金型の破損を防止している。
しかしながら、竪型の射出成形機では可動盤で射出ユニット及び可動金型等の重量を保持した状態で型締制御を行うようにしている。そのため、これらの機器の重量を保持しながら型閉と型開の動作を行うサーボモータ出力の大きさに比較して金型内の異物がつぶれる際の圧力は小さいため、モータ電流の閾値や外乱トルク等による異物の検出が困難であった。

このような不具合を改善する手段として特許文献１及び２に記載された射出成形機の制御装置が提案されている。この制御装置は、金型を開閉作動する全ストロークにおいて異物のない状態で型開閉動作を行ってサーボモータのモータ速度及びモータ電流(トルク)を測定し、これを基準データとしてプロファイルを設定しておく。そして、成形運転で型開閉作動を行うことでモータ速度やモータ電流の測定データが異物で変化することを検知し、測定データと基準データとの間の差によって異物が金型等に付着していることを検出していた。

特許第４５７８８４０号公報 特許第４４３８７４５号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜２に記載された従来の射出成形機の制御装置では、型開状態ではトグル機構のトグル倍率が小さく異物の有無によってモータ速度やモータ電流が変化する度合いは比較的大きいが、型閉完了位置の付近ではトグル倍率が大きく異物の有無によるモータ速度やモータ電流の変化は比較的小さい。そのため、型閉完了位置付近では異物の潰れによるモータ速度やモータ電流の測定データと基準データとの差を検知できないという欠点があった。
特に射出成形機では、型閉完了位置付近で金型に異物が付着したり誤って工具や部品等の異物を置き忘れたりすることが多く、モータ速度やモータ電流(トルク)の変化による高感度な異物の検知が困難であった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、型閉完了位置付近であっても高感度で異物の有無を検知できるようにした射出成形機の異物検知装置を提供することを目的とする。

本発明による射出成形機の異物検知装置は、固定金型を固定した固定盤に可動金型を固定した可動盤がタイバーにガイドされて移動することで開閉可能とし、駆動源の駆動力によりトグル機構を介して可動盤を開閉作動可能とした射出成形機において、タイバーに固定されていてタイバーに伝達される型締力を検知する型締力センサと、型締力センサで検知した型締力データに基づいて固定金型及び可動金型の型開から型閉じまでの動作に干渉する異物の有無を検出する異物検知手段とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、可動盤に固定された可動金型がタイバーに沿って型開完了位置から型閉完了位置まで移動する際に、可動盤や可動金型等や駆動源による型締力が歪みとしてタイバーに発生するため、この型締力データを型締力センサで検知し、この型締力データの変動を異物検知手段により検知して異物の有無を検出することができて金型の破損を防止できる。

また、異物検知手段は、異物のない状態で予め型締力センサで検知した型締力データを基準データとし、型締力センサで測定した型締力データを基準データと比較して異物の有無を判別することが好ましい。
本発明では、射出成形機において、異物のない状態で予め型締力センサで検知したタイバーの型締力データを基準データとして記憶しておき、次に型締力センサで測定した型締力データを予め記憶した基準データと比較してプロファイルの変動に基づいて異物の有無を判別することができる。

また、型締力センサは可動金型及び固定金型の型開完了位置から型閉完了位置までの型閉工程において、型締力を検知して異物の有無を検出するようにしてもよい。
本発明によれば、異物が型開完了位置から型閉完了位置までの全工程のいずれにあっても確実に検知することができる。

本発明による射出成形機の異物検知装置によれば、タイバーに型締力センサを固定することで、ダイバーに伝達される型締力の変化を検知して異物の有無を検出することができる。特に型締力はトグル倍率の影響を受けないので、型閉完了位置付近であっても高感度で異物の有無を検知できる。

本発明の実施形態による射出成形機の異物検知装置を示す要部説明図である。 図1に示す制御装置のブロック図である。 実施例で用いる射出成形機を示すものであり、（ａ）は可動盤の平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 実施例における異物を有さない場合の型締工程における型締力の基準データのプロファイルを示すグラフである。 型開完了位置に異物が存在する場合の図４と同様なグラフである。 型閉完了位置付近に異物が存在する場合の図４と同様なグラフである。

次に、本発明の実施形態による電動式の射出成形機の異物検知装置について、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態による竪型の射出成形機１を示すものである。
図１に示すように、本発明の実施形態による射出成形機１の型締装置２は、固定金型３が取り付けられた固定盤４と、可動金型６が取り付けられた可動盤７が対向して配設されている。固定金型３と可動金型６で金型５を構成する。
固定盤４は垂直方向に設置された複数本、例えば３本のタイバー８を貫通しており、可動盤７は各タイバー８の上端部に連結されている。可動盤７の上側には溶融樹脂を金型５の空隙内に射出するための射出ユニット１０が設置されている。

また、タイバー８の下端部には作動プレート１１が連結されている。射出成形機１には金型５を開閉作動させるための駆動モータＭが駆動源として設置され、駆動モータＭの出力軸はタイミングベルト１２を介してボールねじを有する回転軸１３に連結されており、駆動モータＭの回転力は回転軸１３に伝達される。回転軸１３の回転力は螺合するジョイント部材１４によって回転軸１３の軸方向の直線運動に変換される。ジョイント部材１４は両端部がトグル機構１５にそれぞれ連結されており、トグル機構１５は回転軸１３の回転を受けて上下動するジョイント部材１４を介して伸縮作動することになる。
駆動モータＭの一方向の回転を受けてトグル機構１５が折り曲げられることで、作動プレート１１を介してタイバー８が上昇して可動金型６及び可動盤７が上方に移動して固定金型３から離間し型開する。駆動モータＭの逆方向の回転でトグル機構１５が伸長してタイバー８が下降し、可動金型６及び可動盤７が降下して固定金型３と可動金型６が型閉され、更に型締される。

タイバー８は可動金型６及び可動盤７、そして射出ユニット１０を支持して昇降可能とされており、タイバー８は例えば約２トンの重量を受けてトグル機構１５によって昇降作動することになる。そのため、タイバー８は常に可動金型６及び可動盤７、射出ユニット１０の荷重と駆動モータＭの伝動力を荷重として受けており、昇降時に可動盤７を介して歪み荷重を型締力として受けている。
タイバー８に伝達されるこの歪み荷重を測定するために、タイバー８の１本または複数本に型締力センサ１６が固定されている。型締力センサ１６は例えば歪みゲージであり、タイバー８の全周に巻き付けられているが、タイバー８に固定されていればよい。型締力センサ１６は可動金型６及び可動盤７、射出ユニット１０の荷重と駆動モータＭの駆動力を受けてタイバー８で生じる歪み荷重を歪み測定データ即ち型締力データとして測定できる。型締力センサ１６は全てのタイバー８に設置してもよいが、少なくとも１本のタイバー８に設置すれば測定できる。

また、駆動モータＭはその駆動時にモータ速度やモータ電流（トルク）の信号を出力し、サーボアンプ１８を介して制御装置２０に入力する。また、型締力センサ１６では型締力としてタイバー８の歪み測定データを測定し、これを型締力データとしてサーボアンプ１８を介して制御装置２０に入力する。
これら型締力データ信号、モータ速度信号及びモータ電流（トルク）信号は可動金型の型開完了位置から型閉完了位置まで可動盤７の開閉ストロークの全領域に亘ってそれぞれ測定して制御装置２０に随時入力している。

制御装置２０は図２に示す構成を備えており、型締力センサ１６で測定されたタイバー８の型締力を型締力データ信号として入力する型締力信号入力手段２３を備えている。また、駆動モータＭで測定されたモータ速度信号と駆動モータＭに印加されるモータ電流(トルク)信号とを入力するモータ情報入力手段２４を備えている。これら型締力データとモータ速度信号及びモータ電流信号は判別手段２５に入力される。
判別手段２５では、後述のように基準データ記憶手段２６に予め測定した型締力の基準データと型締力センサ１６で実測した型締力データとを型開完了位置から型閉完了位置までの任意の工程で比較してその差異を異物の有無として判別し、型締力データと共に表示器２２に表示する。

基準データ記憶手段２６では、異物のない固定金型３及び可動金型６において、可動盤７及び可動金型６と射出ユニット１０について型開完了位置から駆動モータＭを駆動することでタイバー８に沿って降下させて固定金型３に当接して型閉し、所定の圧力で型締する型閉完了位置までの工程に亘って型締力センサ１６で型締力データを計測する。
そして、可動金型６の型開完了位置から型閉完了位置で高圧で型締するまでの型閉工程における型締力データを複数回、例えば１０回測定してその平均値を基準データのプロファイルとして基準データ記憶手段２６に記憶しておくものとする。基準データ記憶手段２６に記憶される基準データは毎回更新される。基準データの波形の一例は図４に示されている。

そして、判別手段２５に入力される可動金型６の型閉工程における各降下位置で実測した型締力データと基準データ記憶手段２６で記憶した基準データとを比較してその波形の違いにより異物の有無を判別する。任意のタイミングで実測した型締力データが予め記憶した同一タイミングにおける基準データのプロファイルと異なる挙動、変化の波形を示す場合には金型５に異物が付着しているものと判別し、表示器２２で表示する。そして、判別手段２５から駆動モータＭに駆動停止信号を出力する。

なお、型締装置２では、可動金型６と固定金型３の型閉工程において、可動金型６を高速で下降させて型閉時に可動金型６と固定金型３が衝突して衝撃を与えたり型閉工程の途中で付着した異物に衝突したりして金型５が破損することを防止するため、型開完了位置から型閉完了位置まで工程において可動金型６と固定金型３が当接する直前までは高速高圧で作動させる。そして、可動金型６と固定金型３が当接する直前に低速低圧に調整して移動させる。
本実施形態による射出成形機１の型締装置２において、型締力センサ１６、制御装置２０は異物検知装置３０を構成する。

本実施形態による射出成形機１の異物検知装置３０は上述した構成を備えており、次にこの異物検知装置３０を用いた異物検知方法について説明する。
図１において、竪型の型締装置２の可動金型６及び可動盤７が型開完了位置にある。この状態から型閉のために駆動モータＭを高速で回転駆動させ、タイミングベルト１２を介して回転軸１３を回転させ、回転軸１３に螺合するジョイント部材１４を介して屈曲されたトグル機構１５を伸長させる。これに連動して作動プレート１１を降下させることでタイバー８と共に可動金型６及び可動盤７を高速で降下させ、可動金型６と固定金型３が当接する直前に低速低圧に切り換える。

可動盤７の降下に応じて、可動盤７自体と可動金型６と射出ユニット１０の荷重と駆動モータＭの駆動力が可動盤７にかかっているため、この荷重が型締力としてタイバー８にかかるため各タイバー８内には歪みが生じており、この歪みの大きさを型締力センサ１６で型締力データとして測定する。型締力データ信号はサーボアンプ１８を介して増幅されて制御装置２０の型締力信号入力手段２３に入力され、判別手段２５に送られる。

判別手段２５では、型閉工程における型締力データが測定されたタイミングに対応した異物のないプロファイルの基準データを基準データ記憶手段２６から取り出して、比較判断する。基準データ記憶手段２６の基準データは毎回更新される。型締力データの波形が基準データのプロファイルのパターンの波形に沿っていれば、異物を検知しないと判断して可動盤７の型閉降下を継続する。
型締力センサ１６によるタイバー８の型締力データは型閉工程の進行に沿って所定間隔で順次または連続して測定され、制御装置２０の判別手段２５で基準データ記憶手段２６に記憶した型閉工程の測定タイミングに対応する基準データを取り出して順次比較判別する。

ここで、固定金型３上に異物Ｐが付着または載置されていたとして、例えば可動金型６が異物Ｐに当接してこれを押圧すると、型締力センサ１６で測定する型締力データが変動して増大し、型閉工程での同一のタイミングで取り出した基準データのプロファイルと異なるより大きな波形が生じる。これを判別手段２５で検知すると、表示器２２で異物Ｐの検知を表示すると共に、駆動モータＭに停止指令を出力して型締装置２を停止する。これによって、可動金型６及び固定金型３を保護する。

特に、従来技術では型開完了位置から型閉完了動作を行って、サーボモータのモータ速度とモータ電流(トルク)が予め測定した基準値に対して、異物が金型５に付着または設置されていた場合にモータ速度とモータ電流が変化して基準値と差がでることを検知して異物を検出していた。この場合、可動金型６と固定金型３の型開完了位置付近ではトグル機構１５のトグル倍率が小さいために高感度な異物検知を行えるが、型閉完了位置付近ではトグル倍率が大きくなるため異物があってもモータ速度とモータ電流の変化が小さく異物の検知が困難であった。
これに対して、本実施形態による型締装置２では、モータ速度やモータ電流ではなくタイバー８にかかる歪み荷重を型締力として型締力センサ１６で測定したため、トグル倍率の影響を受けることがない。そのため、型開完了位置から型閉完了位置までの全領域に亘って可動盤７に荷重を印加しても高精度な型締力の測定ができるため、型閉完了位置付近でも異物Ｐを確実に検知して金型５を保護できる。

以下に本発明の実施例について図３〜図６により説明する。
なお、図４〜図６において、型締力センサ１６で検知した型締力データは他のデータよりも振幅を拡大して目視し易いように補正した。
図３は実施形態で用いた射出成形機１の異物検知装置３０の具体例を模式図で示すものであり、上述の実施形態と同一部分に同一の符号を用いて説明する。図３において、型締装置２は固定盤４上に固定金型３が２個分離して設置され、対向する位置に可動金型６と可動盤７が設置されている。可動盤７は３本のタイバー８で支持され、１本のタイバー８に型締力センサ１６が固定されている。

図４は金型５に異物Ｐが設置されていない場合の型開完了位置から型閉完了位置までの型閉工程における型締力等の変化を示す図である。図４において、符号ａが型締力センサ１６で測定した型締力データであり、符号ｂは型締力データａを表示器２２にｋＮ（キロニュートン）の単位で表示した値である。符号ｃは駆動モータＭのモータ電流値（トルク）、符号ｄはモータ回転数である。符号ｅは金型５について型開完了位置から型閉完了位置までの型閉工程を示すものである。
図４に示す型閉工程における型締力データａをプロットしたプロファイルデータは基準データとして基準データ記憶手段２６に予め記憶しておく。

次に図３において、異物Ｐとして例えば紙コップを用いて一方の固定金型３の上面に置き忘れたものとする。この状態で駆動モータＭを駆動して型閉を行うとトグル機構１５により、射出ユニット１０と可動金型６を固定した可動盤７がタイバー８に沿って降下する。コップの異物Ｐは固定金型３の上面に載置されているため、型開完了位置で可動金型６が異物Ｐに当接して潰す。
そのため、型締力センサ１６で可動金型６が異物Ｐに当接して潰す際の型締力データを測定すると、図５に示すように、型締力データの波形Ｑが型開完了位置で急峻に増大して上方に変位するため、同一タイミングでの基準データと異なる挙動を示すために異物Ｐを検知できる。その後、可動金型６は型閉完了位置に移動し、固定金型３に圧接するため型締力が急激に増大する。従って、型開完了位置で異物Ｐを検知できる。

次に、図３において、紙コップからなる異物Ｐを２つの固定金型３の間に置き忘れたものとし、異物Ｐは固定金型３の上面より若干高い位置にあるものとする。この状態で型閉動作を行うと、可動金型６は型閉完了位置の直前で紙コップの異物Ｐに当接して押し潰す。そのため、図６に示すように、型締力センサ１６で型締力データの波形Ｒが型閉完了位置の直前で急峻に増大して上方に変位するため、同一タイミングでの基準データと異なる挙動を示すために異物Ｐを検知できる。その後、紙コップの異物Ｐを潰して型閉すると、可動金型６は固定金型３を圧接するため型閉完了位置付近で型締力が増大する。このように、型閉完了位置付近で異物Ｐを検知できる。
なお、図５及び図６に示す実施例の測定データでは、型締力センサ１６で異物Ｐを検知した後も可動盤７を型閉作動させているが、実際には異物Ｐを検知した位置で、駆動モータＭを停止させて異物Ｐを取り除くことになる。

上述したように本実施形態による射出成形機１の異物検知装置３０によれば、駆動モータＭのモータ速度やモータ電流（トルク）に代えて、トグル倍率の変化の影響を受けない型締力データを、タイバー８に設けた型締力センサ１６で測定して基準データと比較して波形の違いから異物Ｐの有無を検知できる。そのため、型開完了位置から型締完了位置までの全領域に亘って異物Ｐの有無を検知できる。
従って、駆動モータＭのモータ速度やモータ電流（トルク）の変化を検知して異物の有無を検知する従来技術と比較して、モータ速度やモータ電流（トルク）の変化が比較的小さくなる型閉完了位置付近でも確実に異物Ｐの有無を検知でき、誤って可動金型６や固定金型３を破損することを防止できる。

以上、本発明の実施形態による射出成形機１の異物検知装置３０について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同一または同様な部材、部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。

上述した実施形態では３本のタイバー８を設けてそのうちの１本に型締力センサ１６を設置したが、タイバー８の数は適宜設定でき、そのうちの一部または全てのタイバー８に型締力センサ１６を取り付けて測定することができる。
また、上述した実施形態では竪型の射出成形機１に異物検知装置３０を設けたが、横型の射出成形機に異物検知装置３０を設置することで同様に異物Ｐを検知することができる。
また、異物Ｐは固定金型３と可動金型６の一方または両方に付着されることが多いので、型締力センサ１６で検知した型締力データを型閉完了位置の近傍でのみ測定して、基準データと比較して異物Ｐの有無を判別するようにしてもよい。
本発明において、付着する異物Ｐは固定金型３や可動金型６以外の部分に付着する場合であっても金型５の型閉工程での障害になる場合には本発明による異物検知装置３０を適用できる。

１ 射出成形機
２ 型締装置
３ 固定金型
４ 固定盤
５ 金型
６ 可動金型
７ 可動盤
８ タイバー
１５ トグル機構
１６ 型締力センサ
２０ 制御装置
２３ 型締力信号入力手段
２５ 判別手段
２６ 基準データ記憶手段
３０ 異物検知装置
Ｍ 駆動モータ
Ｐ 異物

Claims (3)

1. 固定金型を固定した固定盤に可動金型を固定した可動盤がタイバーにガイドされて移動することで開閉可能とし、駆動源の駆動力によりトグル機構を介して可動盤を開閉作動可能とした射出成形機において、
   前記タイバーに固定されていて前記タイバーに伝達される型締力を検知する型締力センサと、
   前記型締力センサで検知した前記型締力データに基づいて前記固定金型及び可動金型の型開から型閉じまでの動作に干渉する異物の有無を検出する異物検知手段と
   を備えたことを特徴とする射出成形機の異物検知装置。
2. 前記異物検知手段は、異物のない状態で予め前記型締力センサで検知した型締力データを基準データとし、
   前記型締力センサで測定した型締力データを前記基準データと比較して異物の有無を判別するようにした請求項１に記載された射出成形機の異物検知装置。
3. 前記型締力センサは前記可動金型及び固定金型の型開完了位置から型閉完了位置までの型閉工程において、前記型締力を検知して異物の有無を検出するようにした請求項１または２に記載された射出成形機の異物検知装置。

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