JP3713356B2 - 射出成形機の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、型締め駆動源（型開閉駆動源）としての型締め用サーボモータ（電動サーボモータ）と、この型締め用サーボモータの回転を直線運動に変換する回転−直線運動変換機構によって駆動されるダブルトグルリンク機構とを、備えた射出成形機の制御方法に係り、特に、型締め完了後にダブルトグルリンク機構のクロスヘッドを前進駆動することにより、ゲートカット動作、もしくは樹脂への圧縮動作を行なわせるようにした射出成形機の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金型の成形空間（キャビティ）内に射出・充填される溶融樹脂は、溶融樹脂の流路の断面積が小さくなるにしたがって流れにくくなり、樹脂種別等によって異なるが、通常は厚みが０．数ｍｍ程度となると、この薄肉の各部に完全に溶融樹脂が行き渡らなくなる。
【０００３】
そこで、成形品の一部を０．数ｍｍ程度の薄肉とするために、金型の成形空間（キャビティ）内に溶融樹脂を射出・充填した後、樹脂が固化する前に、成形空間内の樹脂の所定部位を例えば圧縮中子によって圧縮して、部分的に薄肉部を得るようにした部分圧縮成形法が知られている。しかしながら、このような部分圧縮成形法によっても、達成できる薄肉部の厚みは、約０．１６ｍｍが限界であった。
【０００４】
ところで、近時は電子機器の小型化，高機能化が進み、成形品の一部を０．１５ｍｍ未満の超薄肉部とした部分超薄肉成形品への要求がある。このような部分超薄肉成形品としては、例えば切手サイズメモリカードと称される小型メモリカードのカード基体が挙げられる。この小型メモリカードのカード基体においては、厚みが０．１３ｍｍの超薄肉部と、厚みが０．４ｍｍの薄肉部とをもつ、最大厚みが０．８ｍｍのカード基体を成形することが求められる。
【０００５】
上記した厚み０．１３ｍｍの超薄肉部は、従来から知られた通常の部分圧縮成形法では達成困難であり、また、大きな圧縮力を得ようとすると、圧縮駆動源として大型でパワーのあるものを必要とし、可動ダイプレートに搭載する圧縮メカニズムが大型化してしまう。さらに、上記したカード基体のように、厚み０．１３ｍｍの超薄肉部と厚み０．４ｍｍの薄肉部とがある場合には、圧縮駆動源と圧縮メカニズムを２セット必要とする。
【０００６】
そこで、本願出願人は、特願平８−１８９５６８号および特願平８−１８９５６９号において、１つの圧縮駆動源によって、厚み０．１３ｍｍの超薄肉部と厚み０．４ｍｍの薄肉部とを得るようにした射出成形機を提案した。上記した先願による従来技術では、圧縮用サーボモータと、この圧縮用サーボモータの回転を直線運動に変換する回転−直線運動変換機構と、この回転−直線運動変換機構によって駆動される圧縮用のダブルトグルリンク機構とを備え、圧縮用のダブルトグルリンク機構による拡大された力を受ける第１の圧縮用部材によって、溶融樹脂の射出・充填の途上で第１の圧縮動作を行なって超薄肉部を得、溶融樹脂の射出・充填の完了後に、圧縮用のダブルトグルリンク機構のクロスヘッドによる前進力を受ける第２の圧縮用部材によって、第２の圧縮動作を行なって薄肉部を得るようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した先願による従来技術においては、圧縮用のダブルトグルリンク機構にのリンクにより拡大された力を用いて（リンクが略デッドポイントに達した状態の最も大きな力を用いて）、第１の圧縮用部材による第１の圧縮動作を行ない、ダブルトグルリンク機構のリンクが略デッドポイントに達した後の、クロスヘッドの前進力を用いて（ダブルトグルリンク機構の入力端に加えられる力のみを用いて）、第２の圧縮用部材による第２の圧縮動作を行なうようにしている。すなわち、１つの圧縮用サーボモータ（圧縮駆動源）によって２段階に分けて圧縮動作を行なうようにしており、また、第１，第２の圧縮動作にダブルトグルリンク機構を共用しているので、圧縮メカニズムが簡素で小型のものにでき、しかも、ダブルトグルリンク機構のリンクにより拡大された大きな力によって圧縮を行なうこともできる。
【０００８】
しかしながら、上述した従来技術においては、リンクにより拡大された力を用いる第１の圧縮動作の直後に、クロスヘッドの前進力のみを用いる第２の圧縮動作を行なっている。したがって、非常に大きな圧縮力による圧縮動作→これより小さな圧縮力による圧縮動作の順でしか動作を行なうことができず、逆の順番の２段圧縮動作や、２つの圧縮動作を時間的にダブらせる動作を行なわせることができず、動作順序とそのタイミングに制約のあるものであった。
【０００９】
また、上述した従来技術においては、成形空間内の樹脂が完全に固化する前に行なうゲートカット動作については考慮が払われておらず、ゲートカット動作と圧縮動作とを時間的にダブらせて行なったり、ゲートカット動作の後に大きな力で圧縮動作を行なわせることもできなかった。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、圧縮駆動源の数を増すことなく、ゲートカット動作と圧縮動作、もしくは２つの圧縮動作を行なうことを可能とし、しかも、動作順序やそのタイミングに制約のない、射出成形機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、型締め駆動源（型開閉駆動源）としての型締め用サーボモータと、この型締め用サーボモータの回転を直線運動に変換する回転−直線運動変換機構と、この回転−直線運動変換機構によって駆動されるダブルトグルリンク機構と、このダブルトグルリンク機構によって前後進駆動される可動ダイプレートとを備えた射出成形機において、
型締めサーボモータの駆動力がなくても、ダブルトグルリンク機構自体によって型締め力が維持可能な状態である上記ダブルトグルリンク機構が略突っ張った状態で、金型内に溶融樹脂を射出・充填し、
溶融樹脂の射出・充填の途上もしくは射出・充填の完了後に、上記ダブルトグルリンク機構の力の入力端たるクロスヘッドを前進させて、このクロスヘッドの前進動作で、ゲートカット動作、もしくは樹脂への圧縮動作を行なわせるようにし、
さらに、金型内の樹脂を圧縮するため圧縮用駆動源と、この圧縮用駆動源によって駆動される圧縮用部材とを備え、
上記した溶融樹脂の射出・充填の途上もしくは射出・充填の完了後の上記クロスヘッドの前進動作と、上記圧縮用駆動源による上記圧縮用部材の前進動作とによって、ゲートカット動作と圧縮動作、もしくは２つの圧縮動作を行なわせるように、される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る射出成形機の型開閉系メカニズムの構成図で、図１は金型の成形空間内に樹脂を射出・充填した直後の状態を示し、図２はゲートカット動作を行なった時の状態を示している。
【００１３】
図１および図２において、１は固定側金型２を取り付けた固定ダイプレート、３は型締め用（型開閉用）サーボモータ４などを搭載した保持盤（テールストック）で、固定ダイプレート１と保持盤３との間には複数本のタイバー５が掛け渡されている。６は可動側金型７を取り付けた可動ダイプレートで、各タイバー５に挿通されタイバー５に沿って前後進可能であるように配設されている。
【００１４】
８は保持盤３にベアリング９を介して回転可能に保持されたナット体、１０はナット体８に固着されたプーリ、１１はナット体８に螺合されたボールネジ軸である。プーリ１０は、型締め用サーボモータ４の出力軸に固着された図示せぬ駆動プーリと、図示せぬタイミングベルトを介して連結されていて、型締め用サーボモータ４によって回転駆動されるようになっている。また、プーリ１０と一体回転するナット体８と、ボールネジ軸１１とによって、回転運動を直線運動に変換する回転−直線運動変換機構を構成しており、ナット体８の回転によってボールネジ軸１１が前後進移動（直線移動）するようになっている。
【００１５】
１２はボールネジ軸１１によって伸長あるいは折畳み駆動される公知のダブルトグルリンク機構で、可動ダイプレート６にその一端を回転可能に保持されたＡリンク１２ａと、保持盤３にその一端を回転可能に保持され、その他端がＡリンク１２ａの他端と回転可能に連結されたＢリンク１２ｂと、その一端がＢリンク１２ｂに回転可能に連結されたＣリンク１２ｃと、ボールネジ軸１１の先端に固着され、Ｃリンク１２ｃの他端を回転可能に連結した、ダブルトグルリンク機構の力の入力端たるクロスヘッド１２ｄとからなっている。そして、ボールネジ軸１１によってクロスヘッド１２ｄが前進駆動されると、ダブルトグルリンク機構１２は折畳み状態から伸長されて、これによって可動ダイプレート６が前進駆動されて、型閉じ，型締めが行なわれ、また、ボールネジ軸１１によってクロスヘッド１２ｄが後退駆動されると、ダブルトグルリンク機構１２は伸長状態から折畳みされて、これによって可動ダイプレート６が後退駆動されて、型開きが行なわれるようになっている。
【００１６】
１３はその一端をクロスヘッド１２ｄに固着された駆動軸で、後記するボールネジ軸１８の中心穴に遊挿され、ボールネジ軸１８に対して前後進移動するようになっている。そして、型締め完了後の駆動軸１３の前進動作（クロスヘッド１２ｄの前進動作）によって、後述するようにゲートカット動作や樹脂への圧縮動作を行なうようになっている。
【００１７】
１４は可動ダイプレート６にベアリング１５を介して回転可能に保持されたスリーブ、１６はスリーブ１４に固着されたナット体、１７はナット体１６に固着されたプーリ、１８はナット体１６に螺合されたボールネジ軸、１９は可動ダイプレート６に搭載された圧縮用駆動源たる圧縮用サーボモータである。プーリ１７は、圧縮用サーボモータ１９の出力軸に固着された図示せぬ駆動プーリと、図示せぬタイミングベルトを介して連結されていて、圧縮用サーボモータ１９によって回転駆動されるようになっている。また、プーリ１７と一体回転するナット体１６と、ボールネジ軸１８とによって、回転運動を直線運動に変換する回転−直線運動変換機構を構成しており、ナット体１６の回転によってボールネジ軸１８が前後進移動（直線移動）するようになっている。
【００１８】
また、２０は固定側金型２と可動側金型７とで形成される成形空間（キャビティ）、２１は金型内に射出・充填された樹脂、７ａは可動側金型７の一部を構成し可動側金型７の本体に対して前後進可能な第１の可動中子、７ｂは可動側金型７の一部を構成し可動側金型７の本体に対して前後進可能な第２の可動中子である。第１の可動中子７ａと第２の可動中子７ｂは、成形空間２０内に樹脂２１が射出・充填される前には、図示せぬバネ手段等によって後退限位置に保持されるようになっており、第１の可動中子７ａは駆動軸１３によって前進駆動され、第２の可動中子７ｂはボールネジ軸１８によって前進駆動されるようになっている。
【００１９】
上述した構成をとる本実施形態の動作について、次に説明する。
ダブルトグルリンク機構１２が折畳まれた図示せぬ型開き状態において、型閉じ開始タイミングに至ると、型締め用サーボモータ４が所定方向に回転駆動され、これにより、プーリ１０，ナット体８が回転駆動される。ナット体８が回転すると、これに螺合されたボールネジ軸１１が前進駆動され、ボールネジ軸１１と一体のクロスヘッド１２ｄも前進駆動される。クロスヘッド１２ｄが前進すると、ダブルトグルリンク機構１２は折畳まれた状態から伸長駆動されて、これにより、可動ダイプレート６が前進駆動されて、可動側金型７が固定側金型２に接触するまで（金型タッチまで）の型閉じ行程が行なわれる。金型タッチ後も、ボールネジ軸１１（クロスヘッド１２ｄ）は引き続いて前進駆動され、ダブルトグルリンク機構１２のＡリンク１２ａとＢリンク１２ｂとが略一直線となったデッドポイント近傍で、ボールネジ軸１１（クロスヘッド１２ｄ）の前進が停止される。このとき、ダブルトグルリンク機構１２のＡリンク１２ａとＢリンク１２ｂはデッドポイント近傍の状態であるので、リンクの力の拡大率は最大近傍にあって、タイバー５が引き伸ばされた型締め状態となる。図１はこの型締め完了状態を示しており、型締め用サーボモータ４を停止しても、ダブルトグルリンク機構１２によって型締め力が維持されるようになっている。
【００２０】
型締め完了後の所定秒時において、射出開始タイミングとなると、図示せぬ射出系メカニズムのノズルから、樹脂（溶融樹脂）２１が成形空間２０内に射出・充填される。そして、射出・充填された樹脂２１が完全に固化する前に（樹脂２１が柔らかい状態において）、型締め用サーボモータ４によってボールネジ軸１１（クロスヘッド１２ｄ）がさらに所定量だけ前進駆動され、これによって、クロスヘッド１２ｄと一体の駆動軸１３が、第１の可動中子７ａを前進駆動して、第１の可動中子７ａによってゲートカット動作が行なわれる。図２はこのゲートカット完了後の状態を示している。
【００２１】
図３は、型締め完了状態からのクロスヘッド１２ｄの前進ストロークと型締め力との関係を示しており、ここでは、型締め完了位置において３０ｔｏｎの型締め力が発生するようになっている。図３に示すように、型締め完了位置からクロスヘッド１２ｄが、例えば０．７ｍｍ前進してゲートカットを行なっても、型締め力はごく微小に変化するのみで、実質的には変化しないものと見做せる。すなわち、本発明では、型締め力が実質的に変化しない範囲で、型締め完了位置から、型締め用のダブルトグルリンク機構のクロスヘッドを前進させることによって、金型内の樹脂に力を付与するようにしている。
【００２２】
本実施形態においては、例えば、上記したゲートカットの終了後もしくはゲートカットの終了手前で、圧縮用サーボモータ１９が所定方向に所定量だけ回転駆動されて、プーリ１７，ナット体１６が回転駆動される。ナット体１６が回転すると、ナット体１６に螺合されたボールネジ軸１８が所定量だけ前進駆動され、これによって、第２の可動中子７ｂが所定量だけ前進駆動されて、金型内の樹脂２１に所定の圧縮応力が付加される圧縮行程が行なわれる。
【００２３】
なお、圧縮用サーボモータ１９は、型開き完了後もしくは型開きの途上で、図示せぬエジェクト部材を突き出し駆動する、エジェクト用駆動源に兼用することも可能である。
【００２４】
本実施形態においては、上述したようにゲートカット動作と圧縮動作とを行なうが、ゲートカット動作の駆動源（型締め用サーボモータ４）と圧縮動作の駆動源（圧縮用サーボモータ１９）とが別個に設けられているので、ゲートカット動作の開始タイミングと圧縮動作の開始タイミングを、成形品に応じた最適タイミングにそれぞれ設定することが可能となり、しかも、ゲートカット動作と圧縮動作を時間的にダブらせることも可能となる。また、ゲートカット動作のための前進ストロークと圧縮動作のための前進ストロークも、互いに依存しない最適値に設定することが可能である。
【００２５】
ここで、本実施形態においては、型締め完了位置から、型締め用のダブルトグルリンク機構１２のクロスヘッド１２ｄを前進させることによって、ゲートカット動作を行なうようにしているが、このゲートカット動作に代替して圧縮動作を行なわせるようにしてもよい。この場合には、型締め用サーボモータ４によって第１の圧縮動作を行なわせ、圧縮用サーボモータ１９によって第２の圧縮動作またはゲートカット動作を行なわせることになる。そして、この際にも、第１の圧縮動作と、第２の圧縮動作またはゲートカット動作とを、任意のタイミングでそれぞれ行なうことができ、しかも、第１の圧縮動作と、第２の圧縮動作またはゲートカット動作とを、時間的にダブらせることも可能となり、かつ、第１の圧縮動作ための前進ストロークと、第２の圧縮動作またはゲートカット動作とゲートカット動作のための前進ストロークとを、互いに依存しない最適値に設定することが可能となる。なお、型締め用サーボモータ４による圧縮動作は、射出・充填の途上で開始させることも、場合によっては可能である。
【００２６】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、圧縮用サーボモータ１９の回転を直線運動に変換する回転−直線運動変換機構と、この回転−直線運動変換機構によって駆動される圧縮用のトグルリンク機構とを備え、この圧縮用のトグルリンク機構によって、大きな圧縮力が得られるようにしたものである。
【００２７】
図４は、本発明の第２実施形態に係る射出成形機の射出系メカニズムにおける、圧縮用サーボモータ１９による駆動メカニズムの構成図であり、同図において先の第１実施形態と均等な構成要素には同一符号を付し、その説明は重複を避けるため割愛する。
【００２８】
図４において、３０は、前記した圧縮用サーボモータ１９の回転で前進駆動されるボールネジ軸１８によって、伸長あるいは折畳み駆動される圧縮用のダブルトグルリンク機構であり、可動ダイプレート６に搭載されている。また、３１は圧縮駆動ピン３２を植設し、可動ダイプレート６に前後進可能であるように搭載された圧縮駆動プレートである。上記圧縮用のダブルトグルリンク機構３０は、圧縮駆動プレート３１にその一端を回転可能に保持されたＡリンク３０ａと、可動ダイプレート６にその一端を回転可能に保持され、その他端がＡリンク３０ａの他端と回転可能に連結されたＢリンク３０ｂと、その一端がＢリンク３０ｂに回転可能に連結されたＣリンク３０ｃと、ボールネジ軸１８の先端に固着され、Ｃリンク３０ｃの他端を回転可能に連結した、ダブルトグルリンク機構の力の入力端たるクロスヘッド３０ｄとからなっている。なお、ボールネジ軸１８，クロスヘッド３０ｄ，圧縮駆動プレート３１には、前記した駆動軸１３が遊挿されていて、駆動軸１３は、各部材１８，３０ｄ，３１に対して、相対的に前後進可能とされている。
【００２９】
上記した構成において、圧縮用サーボモータ１９が所定方向に回転駆動されると、プーリ１７，ナット体１６が回転駆動されると、ナット体１６に螺合したボールネジ軸１８が前進駆動される。ボールネジ軸１８が前進すると、これと一体のクロスヘッド３０ｄが前進駆動され、ダブルトグルリンク機構３０は折畳み状態から伸長されて、これによって、圧縮駆動プレート３１および圧縮駆動ピン３２が前進駆動されて、図示せぬ圧縮用部材を介して金型内の樹脂に圧縮力を付与するようになっている。ここで、ダブルトグルリンク機構３０のＡリンク３０ａとＢリンク３０ｂとが略一直線となるデッドポイント近傍が、圧縮駆動プレート３１および圧縮駆動ピン３２の前進限位置となるように設定されていて、ダブルトグルリンク機構３０のリンクの力の拡大率が最も大きくなる状態で、樹脂に大きな圧縮力を付与できるように構成してある。
【００３０】
したがって、本実施形態では、圧縮用のダブルトグルリンク機構３０によって大きな圧縮力を付与できるので、前述したような０．１３ｍｍ程度の超薄肉部を形成することも可能となる。
【００３１】
なお、本実施形態においても、圧縮用サーボモータ１９による圧縮動作の他に、前記した型締め用サーボモータ９によって、型締め完了位置から型締め用のダブルトグルリンク機構１２のクロスヘッド１２ｄを前進させることにより、金型内の樹脂に力を付与し、ゲートカット動作や圧縮動作を行なわせるようになっていることは言うまでもない。よって、例えば、ゲートカット動作の後に、非常に大きな力で圧縮動作を行なわせることも可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、圧縮駆動源の数を増すことなく、ゲートカット動作と圧縮動作、もしくは２つの圧縮動作を行なうことを可能とし、しかも、動作順序やそのタイミングに制約のない、射出成形機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る射出成形機の型開閉系メカニズムの構成図で、金型の成形空間内に樹脂を射出・充填した直後の状態を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る射出成形機の型開閉系メカニズムの構成図で、ゲートカット動作を行なった時の状態を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における、型締め完了状態からの型締め用ダブルトグルリンク機構のクロスヘッドの前進ストロークと、型締め力との関係の１例を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る射出成形機の射出系メカニズムにおける、圧縮用サーボモータによる駆動メカニズムの構成図である。
【符号の説明】
１ 固定ダイプレート
２ 固定側金型
３ 保持盤（テールストック）
４ 型締め用（型開閉用）サーボモータ
５ タイバー
６ 可動ダイプレート
７ 可動側金型
８ ナット体
９ ベアリング
１０ プーリ
１１ ボールネジ軸
１２ 型締め用のダブルトグルリンク機構
１２ｄ クロスヘッド
１３ 駆動軸
１４ スリーブ
１５ ベアリング
１６ ナット体
１７ プーリ
１８ ボールネジ軸
１９ 圧縮用サーボモータ
２０ 成形空間（キャビティ）
２１ 樹脂
３０ 圧縮用のダブルトグルリンク機構
３１ 圧縮駆動プレート
３２ 圧縮駆動ピン

Claims (3)

1. 型締め駆動源（型開閉駆動源）としての型締め用サーボモータと、この型締め用サーボモータの回転を直線運動に変換する回転−直線運動変換機構と、この回転−直線運動変換機構によって駆動されるダブルトグルリンク機構と、このダブルトグルリンク機構によって前後進駆動される可動ダイプレートとを備えた射出成形機において、
   型締めサーボモータの駆動力がなくても、ダブルトグルリンク機構自体によって型締め力が維持可能な状態である上記ダブルトグルリンク機構が略突っ張った状態で、金型内に溶融樹脂を射出・充填し、
   溶融樹脂の射出・充填の途上もしくは射出・充填の完了後に、上記ダブルトグルリンク機構の力の入力端たるクロスヘッドを前進させて、このクロスヘッドの前進動作で、ゲートカット動作、もしくは樹脂への圧縮動作を行なわせるようにし、
   さらに、金型内の樹脂を圧縮するため圧縮用駆動源と、この圧縮用駆動源によって駆動される圧縮用部材とを備え、
   上記した溶融樹脂の射出・充填の途上もしくは射出・充填の完了後の上記クロスヘッドの前進動作と、上記圧縮用駆動源による上記圧縮用部材の前進動作とによって、ゲートカット動作と圧縮動作、もしくは２つの圧縮動作を行なわせるようにしたことを特徴とする射出成形機の制御方法。
2. 請求項１記載において、
   前記圧縮用駆動源は圧縮用サーボモータであり、この圧縮用サーボモータの回転を直線運動に変換する回転−直線運動変換機構の直線移動部材によって、前記圧縮用部材を駆動するようにしたことを特徴とする射出成形機の制御方法。
3. 請求項１記載において、
   前記圧縮用駆動源は圧縮用サーボモータであり、この圧縮用サーボモータの回転を直線運動に変換する回転−直線運動変換機構と、この回転−直線運動変換機構によって駆動される圧縮用のトグルリンク機構とを備え、この圧縮用のトグルリンク機構によって、前記圧縮用部材を駆動するようにしたことを特徴とする射出成形機の制御方法。

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