JP2022038412A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】異常検出に応じて停止された可動体の予期しない動作を抑制できる射出成形機を提供する。【解決手段】射出成形機の制御装置は、射出装置駆動機構を制御して、射出装置を、加熱シリンダのノズルが金型にタッチするノズルタッチ位置Ｋ１、または、ノズルタッチ位置Ｋ１より上方のノズルバック位置Ｋ２に移動させる。そして、制御装置は、射出装置駆動機構の電動モータの異常を検出したとき、射出装置がノズルタッチ位置Ｋ１まで移動するように当該電動モータを制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、溶融した樹脂を射出する射出成形機に関する。本発明は、特に可動体を移動させる電動モータを有する射出成形機に関する。

従来の成形機の一例である竪型成形機が特許文献１に開示されている。竪型成形機は、垂直方向に移動可能な可動体と、電動モータに設けられた電磁ブレーキを用いて可動体の落下を阻止する制動部を有している。そして、竪型成形機は、電動モータによる位置保持制御を解除した状態で電磁ブレーキの制動をかけ、可動体の落下の状態に基づいて電磁ブレーキの故障を検出する。

特許第６１８３９６９号

従来の射出成形機では、故障などの異常を検出すると、射出成形機を即時に動作停止して可動体をその場に留めるようにする。このような場合、停止直前までの動作に係るエネルギーが可動体に残留していることがある。そのため、原因解析のために射出成形機の動作停止を解除したときに、可動体が急に動き出したり、可動体が自重によって落下したり、作業者が予期しない動作をするおそれがあった。

そこで、本発明は、異常検出に応じて停止された可動体の予期しない動作を抑制できる射出成形機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る射出成形機は、可動体と、前記可動体を移動させる電動モータと、前記電動モータを制御する制御装置と、を有する射出成形機であって、前記制御装置が、前記電動モータの異常を検出したとき、前記可動体が安全位置まで移動するように前記電動モータを制御することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る射出成形機は、可動体と、前記可動体を移動させる電動モータと、前記電動モータを制御する制御装置と、を有する射出成形機であって、前記制御装置が、前記電動モータの異常を検出したとき、前記可動体の位置を維持する停止力を生じるように前記電動モータを制御し、前記可動体が停止した後に前記停止力を徐々に小さくすることを特徴とする。

本発明によれば、電動モータの異常検出時に可動体を安全位置まで移動させる。安全位置は、例えば、可動体が下限ストッパや金型に接する下限位置である。そのため、異常検出に応じて停止された可動体の残留エネルギーを少なくして、可動体の予期しない動作を抑制することができる。

本発明の一実施例に係る射出成形機の正面図である。 図１の射出成形機が有する型締装置およびその近傍の平面図である。 図１の射出成形機の機能ブロックを説明する図である。 図１の射出成形機の型締装置およびその近傍の断面図である。 時間と射出成形機の射出装置との関係を模式的に示すグラフである。

以下、本発明の一実施例に係る射出成形機について、図１～図５を参照して説明する。

各図に示すように、射出成形機１は、型締装置１０と、射出装置２０と、成形品取出装置４０と、表示入力装置６０と、制御装置７０と、を有している。これらの装置は基台５に設置されている。

型締装置１０は、ロータリーテーブル１１と、可動ダイプレート１２と、回転駆動機構１３と、型締駆動機構１４と、を有している。ロータリーテーブル１１には、複数の金型８０が設置される。回転駆動機構１３は、ロータリーテーブル１１を時計方向に所定角度（本実施例では９０度）ずつ間欠回転させる。

複数の金型８０は、ロータリーテーブル１１の上面１１ａに等角度間隔で設置される。本実施例において、上面１１ａには、４つの金型８０が設置されている。これらの金型８０は、閉じた状態（上側金型８１と下側金型８２とを重ねた状態）でロータリーテーブル１１によって移動される。なお、型締装置１０は、上側金型８１が、可動ダイプレート１２に取り付けられ、下側金型８２がロータリーテーブル１１によって移動される構成でもよい。複数の金型８０は、射出ステーションＰ１、第１冷却ステーションＰ２、第２冷却ステーションＰ３および成形品取出ステーションＰ４に位置づけられる。

射出ステーションＰ１は、金型８０を型締して可塑化した樹脂を射出充填するための射出位置である。第１冷却ステーションＰ２および第２冷却ステーションＰ３は、金型８０に射出した樹脂を冷却するための冷却位置であり、射出ステーションＰ１を０時の位置としたときに３時および６時の位置にある。成形品取出ステーションＰ４は、金型８０を開いて成形品を取り出すための成形品取出位置であり、射出ステーションを０時の位置としたときに９時の位置にある。なお、射出成形機１において、第１冷却ステーションＰ２および第２冷却ステーションＰ３の両方または一方を省略し、ロータリーテーブル１１の上面１１ａに２つまたは３つの金型８０が設置される構成としてもよい。

型締駆動機構１４は、ロータリーテーブル１１と可動ダイプレート１２との間に金型８０を挟むように、可動ダイプレート１２を垂直方向に移動させる。そして、型締駆動機構１４は、金型８０の上側金型８１および下側金型８２を垂直方向に締め付けて型締力を発生させる。型締駆動機構１４は、電磁ブレーキおよび位置検出のためのエンコーダを備えた電動モータと、電動モータの回転動作を直線動作に変換するボールねじ機構と、型締力を発生させるためのトグルリンク機構と、を有している。

射出装置２０は、可動ダイプレート１２の上方に配置されている。射出装置２０は、垂直方向に移動可能である。射出装置２０は、加熱シリンダ２１と、スクリュー２２と、を有している。加熱シリンダ２１は、下方を向くノズル２１ａが先端に設けられている。スクリュー２２は、加熱シリンダ２１に回転可能かつ前後進可能に収容されている。スクリュー２２の前後進とは、垂直方向への移動である。

また、射出装置２０は、射出装置駆動機構２３と、スクリュー駆動機構２４と、を有している。射出装置駆動機構２３は、可動体としての射出装置２０を垂直方向に移動させる。射出装置駆動機構２３は、射出装置２０を、加熱シリンダ２１のノズル２１ａが可動ダイプレート１２の貫通孔１２ａを通り上側金型８１にタッチするノズルタッチ位置Ｋ１およびノズルタッチ位置Ｋ１より上方のノズルバック位置Ｋ２に移動させる。射出装置２０がノズルタッチ位置Ｋ１に移動されると、ノズル２１ａはランナーやスプール、ゲートなどを有する金型８０の樹脂流路８５を通じてキャビティ８４に接続される。スクリュー駆動機構２４は、加熱シリンダ２１内でスクリュー２２を回転および前後進させる。

射出装置駆動機構２３およびスクリュー駆動機構２４は、電磁ブレーキおよび位置検出のためのエンコーダを備えた電動モータと、電動モータの回転動作を直線動作に変換するボールねじ機構と、を有している。

成形品取出装置４０は、金型開閉装置４１と、エジェクタ装置４２と、取出機４３と、を有している。金型開閉装置４１は、下側金型８２に対して上側金型８１を垂直方向に移動させる。エジェクタ装置４２は、例えば、下側金型８２に設けられた図示しないエジェクタピンを垂直方向に移動させる。エジェクタピンが、金型８０のキャビティ８４内に突出すると、キャビティ８４から成形品が押し出される。取出機４３は、キャビティ８４から押し出された成形品を所定の場所に移動させる。

表示入力装置６０は、射出成形機１に係る情報を表示する表示装置６１と、操作を入力する入力装置６２と、を有している。表示装置６１および入力装置６２は、制御装置７０に接続されている。表示装置６１は、表示領域に各種画面を表示する。入力装置６２は、入力キーを備えており、各入力キーに応じた信号を制御装置７０に送信する。また、表示入力装置６０は、入力装置６２としてタッチパネルを備え、表示装置６１の表示領域に重ねられたタッチパネルと当該表示領域に表示したアイコンとを組み合わせて構成したソフトウェアスイッチを有している。

制御装置７０は、マイクロコンピュータで構成されており、射出成形機１全体の動作を司る。制御装置７０は、回転駆動機構１３、型締駆動機構１４、射出装置駆動機構２３、スクリュー駆動機構２４、金型開閉装置４１、エジェクタ装置４２および取出機４３などの各駆動機構を制御する。「駆動機構を制御する」とは、駆動機構が有する電動モータやエアシリンダなどのアクチュエータを制御することを含む。

次に、射出成形機１の成形動作の一例について説明する。

（１）制御装置７０は、回転駆動機構１３を制御し、ロータリーテーブル１１を時計方向に間欠回転させて、複数の金型８０を、射出ステーションＰ１、第１冷却ステーションＰ２、第２冷却ステーションＰ３および成形品取出ステーションＰ４に順番に移動させる。

（２）制御装置７０は、型締駆動機構１４を制御し、射出ステーションＰ１において、可動ダイプレート１２を下方に移動して、ロータリーテーブル１１と可動ダイプレート１２との間に金型８０を挟み、上側金型８１および下側金型８２を型締する。

（３）制御装置７０は、射出装置駆動機構２３を制御し、射出ステーションＰ１において、射出装置２０を上側金型８１にノズル２１ａがタッチするノズルタッチ位置Ｋ１に移動させる。

（４）制御装置７０は、スクリュー駆動機構２４を制御し、射出ステーションＰ１において、スクリュー２２を前進させて、金型８０のキャビティ８４に樹脂を射出充填する。その後、スクリュー２２を回転および後退させて、次の成形のために可塑化計量する。

（５）制御装置７０は、射出装置駆動機構２３を制御し、射出装置２０をノズルタッチ位置Ｋ１より上方のノズルバック位置Ｋ２に移動させる。

（６）制御装置７０は、型締駆動機構１４を制御し、可動ダイプレート１２を上方に移動して、上側金型８１および下側金型８２の型締を解除する。

（７）制御装置７０は、金型開閉装置４１、エジェクタ装置４２および取出機４３を制御し、成形品取出ステーションＰ４において、金型８０から成形品を取り出す。以降、上記（１）～（７）の動作を繰り返し実行する。

また、制御装置７０は、成形動作において異常を検出すると作業者の安全を確保するための安全確保動作を実行する。

異常検出方法の一例を挙げると、制御装置７０は、射出装置駆動機構２３に送信した移動命令信号に基づいて推測される射出装置２０の推測位置と、射出装置駆動機構２３のエンコーダによって検出される射出装置２０の実際の位置と、を取得する。そして、制御装置７０は、射出装置２０の推測位置と実際の位置との差分値が所定の許容誤差範囲内にあるか否かを確認することにより、射出装置駆動機構２３の電動モータの異常を検出する。または、各駆動機構の電動モータが自己診断機能などを有する場合には、制御装置７０は、自己診断結果に基づいて異常を検出するようにしてもよく、異常検出方法は任意である。電動モータの異常には、電磁ブレーキの故障やエンコーダの故障を含む。制御装置７０は、型締駆動機構１４やスクリュー駆動機構２４においても、射出装置駆動機構２３と同様にして異常を検出する。制御装置７０は、異常を検出すると警報音や警報音声を発する。

（Ｉ）制御装置７０は、例えば、上記（２）の動作において異常を検出すると、可動体である可動ダイプレート１２の下方への移動をキャンセルする。そして、制御装置７０は、型締駆動機構１４を制御して、可動ダイプレート１２を金型８０にタッチする安全位置Ｌ１まで、所定の安全速度で移動させる。なお、上側金型８１が可動ダイプレート１２に取り付けられた構成では、上側金型８１が下側金型８２にタッチする位置が安全位置Ｌ１となる。

（ＩＩ）制御装置７０は、例えば、上記（３）の動作において異常を検出すると、可動体である射出装置２０の下方への移動をキャンセルする。そして、制御装置７０は、射出装置駆動機構２３を制御して、射出装置２０をノズルタッチ位置Ｋ１（安全位置）まで、所定の安全速度で移動させる。

なお、制御装置７０は、金型開閉装置４１やエジェクタ装置４２においても、異常を検出した際に、上記と同様に可動体である上側金型８１やエジェクタピンを所定の安全位置（例えば、下限位置）まで所定の安全速度で移動するようにしてもよい。

上記（Ｉ）～（ＩＩ）の動作において、安全速度とは、例えば、警報音や警報音声を聞いた作業者が、射出成形機１から手を離したり、射出成形機１から安全な距離（例えば１ｍ）離れたりするなどの安全行動ための時間を十分に確保できる程度に遅い速度である。安全速度は、１～１０ｍｍ／秒であることが好ましい。

また、上記（Ｉ）～（ＩＩ）の動作において、制御装置７０は、可動体を安全位置まで移動させる際に、可動体をその移動可能な最大距離（下限位置から上限位置までの距離）だけ下方に移動させる移動命令信号を各駆動機構に送信する。この理由は、エンコーダに異常がある場合、可動体の現在位置を正確に取得できないおそれがあるからである。可動ダイプレート１２の最大距離は、型開閉ストロークの距離である。射出装置２０の最大距離は、ノズルタッチ位置Ｋ１からノズルバック位置Ｋ２までの距離である。また、異常検出時に可動体を移動させる際に、制御装置７０は、電動モータのトルク上限値として比較的低い値である異常検出時設定値を設定する。このようにすることで、可動体が上記最大距離を移動する前に安全位置に到達して金型などに突き当たってしまった場合の破損を抑えることができる。異常検出時設定値は、例えば、電動モータの定格トルク値に基づいて設定され、その値は定格トルク値の１～５％が好ましい。

なお、例えば、移動命令ボタンを押しているときに可動体を移動させ、移動命令ボタンから手を離すと可動体の移動を停止するような、移動命令信号を継続して受信しているときに可動体を移動させる構成においては、可動体を安全位置まで移動させる際に、可動体をその移動可能な最大距離（下限位置から上限位置までの距離）だけ下方に移動させるのに必要な時間にわたり継続して移動命令信号を各駆動機構に送信するようにしてもよい。または、ある一定時間だけ可動体を移動させるようにしてもよい。こうすることによって、可動体から金型までの距離を短くすることができ、可動体の制御解除により可動体が落下して金型などに突き当たってしまった場合の破損を抑えることができる。

また、異常検出後の低速、低トルクでの動作中には、警報音または表示灯の点滅等を行うことで、作業者に異常が起こっていることを知らせることに加え、通常時とは違う動作をしていることも知らせることができ、安全の確保ができる。

図５に、上記（３）の動作において、射出装置２０が異常に速い速度で下方に移動していることを検出した場合における経過時間と射出装置２０の位置との関係を模式的に表すグラフを示す。図５において、実線が、制御装置７０による安全確保動作を実行した場合を示し、破線が、従来の動作を実行した場合を示す。また、図５において、一点鎖線は、射出装置２０の移動を制御しない場合を示す。

図５において、時刻Ｔ０で上記（３）の動作を開始し、制御装置７０は、射出装置２０をノズルバック位置Ｋ２から下方に移動させる。そして、時刻Ｔ１で制御装置７０は、射出装置２０が異常に速い速度で下方に移動していることを検出する。このとき、制御装置７０が射出装置２０の移動を制御しないと、射出装置２０は一点鎖線に示すように速い速度でノズルタッチ位置Ｋ１まで移動（落下）する。

制御装置７０は、時刻Ｔ１で異常を検出すると、射出装置駆動機構２３を制御して、射出装置２０をノズルタッチ位置Ｋ１まで所定の安全速度で移動させる。これにより、時刻Ｔ１の直後は慣性によって射出装置２０は安全速度より速い速度で移動するが、しばらくすると安全速度での移動となり、時刻Ｔ２でノズルタッチ位置Ｋ１に到達する。その後、時刻Ｔ３で制御装置７０による射出装置駆動機構２３の制御を解除しても、射出装置２０はノズルタッチ位置Ｋ１に留まる。

一方、従来の動作では、制御装置７０は、時刻Ｔ１で異常を検出すると、射出装置駆動機構２３を制御して、射出装置２０をそのときの位置に停止させる。そして、時刻Ｔ３で異常の原因解析のために射出装置駆動機構２３の制御を解除すると、射出装置２０はノズルタッチ位置Ｋ１に速い速度で落下する。

以上より、本実施例の射出成形機１は、制御装置７０が、射出装置駆動機構２３の電動モータの異常を検出したとき、射出装置２０がノズルタッチ位置Ｋ１まで移動するように当該電動モータを制御する。制御装置７０が、型締駆動機構１４の電動モータの異常を検出したとき、可動ダイプレート１２が安全位置Ｌ１まで移動するように、当該電動モータを制御する。ノズルタッチ位置Ｋ１にある射出装置２０は、射出装置駆動機構２３の制御を解除しても、それ以上下方に移動することはなく、射出装置２０の残留エネルギーがない、または、残留エネルギーが非常に小さい。安全位置Ｌ１にある可動ダイプレート１２も同様である。そのため、射出成形機１は、異常検出に応じて停止された可動体である射出装置２０、可動ダイプレート１２に残留するエネルギーを少なくでき、可動体の予期しない動作を抑制できる。これにより、作業者の安全を確保できる。

本実施例の射出成形機１では、異常を検出したときに、可動体を安全位置まで安全速度で移動させるものであった。これ以外にも、例えば、射出成形機１の制御装置７０は、電動モータの異常を検出したとき、可動体の位置を維持する停止力を生じるように電動モータを制御し、可動体が停止した後に停止力を徐々に小さくするようにしてもよい。制御装置７０は、例えば、１０秒などの所定時間を経過する毎に停止力を１０％小さくするなど、時間経過とともに停止力を小さくするようにしてもよい。または、制御装置７０は、可動体の位置を検出して、可動体の位置が変化している（移動している）ときは停止力を変えず、可動体の位置の変化がなくなる（停止している）と停止力を１０％小さくする。つまり、制御装置７０は、可動体の停止に応じて停止力を小さくするようにしてもよい。このようにすることで、停止力と釣り合う位置まで可動体が移動し、停止力が徐々に小さくなることで、可動体に残留するエネルギーを徐々に小さくできる。そして、最終的に残留エネルギーがなくなる、または、非常に小さくなり、可動体の予期しない動作を抑制できる。

本実施例の射出成形機１は、可動ダイプレート１２や射出装置２０などの可動体が垂直方向に移動するものであったが、本発明は、例えば、水平方向に移動可能に配置されたエジェクタピンなど、可動体が水平方向に移動する構成にも適用することができる。

本実施例の射出成形機１は、加熱シリンダが垂直方向に沿って配置されたものであるが、加熱シリンダが水平方向に沿って配置されていてもよい。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１…射出成形機、５…基台、１０…型締装置、１１…ロータリーテーブル、１１ａ…上面、１２…可動ダイプレート、１２ａ…貫通孔、１３…回転駆動機構、１４…型締駆動機構、２０…射出装置、２１…加熱シリンダ、２１ａ…ノズル、２２…スクリュー、２３…射出装置駆動機構、２４…スクリュー駆動機構、４０…成形品取出装置、４１…金型開閉装置、４２…エジェクタ装置、４３…取出機、６０…表示入力装置、６１…表示装置、６２…入力装置、７０…制御装置、８０…金型、８１…上側金型、８２…下側金型、８４…キャビティ、Ｐ１…射出ステーション、Ｐ２…第１冷却ステーション、Ｐ３…第２冷却ステーション、Ｐ４…成形品取出ステーション

Claims (6)

1. 可動体と、前記可動体を移動させる電動モータと、前記電動モータを制御する制御装置と、を有する射出成形機であって、
   前記制御装置が、前記電動モータの異常を検出したとき、前記可動体が安全位置まで移動するように前記電動モータを制御することを特徴とする射出成形機。
2. 前記可動体が、ノズルが先端に設けられた加熱シリンダを有する、垂直方向に移動可能な射出装置であり、
   前記安全位置が、前記射出装置の下方に設置された金型に前記ノズルがタッチする位置である、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記可動体が、垂直方向に移動可能な可動ダイプレートであり、
   前記安全位置が、前記可動ダイプレートがその下方に設置された金型にタッチする位置、または、前記可動ダイプレートに取り付けられた上側金型がその下方に設置された下側金型にタッチする位置である、請求項１に記載の射出成形機。
4. 前記制御装置が、前記可動体が前記安全位置まで安全速度で移動するように前記電動モータを制御し、
   前記安全速度が、１～１０ｍｍ／秒である、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の射出成形機。
5. 前記制御装置が、前記可動体が安全位置まで移動するように前記電動モータを制御する際に、前記電動モータのトルク上限値として異常検出時設定値を設定し、
   前記異常検出時設定値が、前記電動モータの定格トルク値の１～５％である、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の射出成形機。
6. 可動体と、前記可動体を移動させる電動モータと、前記電動モータを制御する制御装置と、を有する射出成形機であって、
   前記制御装置が、前記電動モータの異常を検出したとき、前記可動体の位置を維持する停止力を生じるように前記電動モータを制御し、前記可動体が停止した後に前記停止力を徐々に小さくすることを特徴とする射出成形機。
   
   

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