JP4249151B2

JP4249151B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP4249151B2
Application number: JP2005133471A
Authority: JP
Inventors: 洋佐藤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: DE112006001060T5; TWI285586B; CN101166616A; JP2006305945A; US20090011064A1; TW200706339A; WO2006118083A1; KR20070119709A

Description

本発明は射出成形機に係り、特に型締装置に取り付けられた金型に射出装置の加熱シリンダのノズルを押し付けて樹脂射出を行なう射出成形機に関する。

型締装置及び射出装置がフレーム上に設けられた射出成形機では、一般的に射出装置の加熱シリンダは型締装置に対して移動可能に構成される。加熱シリンダ内で溶融した樹脂を型締装置に取り付けられた金型内に射出する際には、型締装置の固定プラテンに取り付けられた固定金型に加熱シリンダのノズルを接触させ（ノズルタッチ）、押圧力（ノズルタッチ圧）を加えながら溶融樹脂を金型内に注入する。

型締装置の固定プラテンは、通常、射出成形機のフレームに対して片持ち支持で固定される。すなわち、固定プラテンの底部がフレームに対して固定され、固定プラテンの上部は自由である。一方、射出装置の加熱シリンダは、フレーム上で水平移動可能に構成され、加熱シリンダを型締装置（固定プラテン）側に移動することにより、上述のノズルタッチが行なわれ、ノズルタッチ圧が加えられる。

ノズルタッチ圧を検出する技術として、加熱シリンダ等の駆動部分と射出成形機のフレームとの間にスプリング等の弾性部材を配置し、弾性部材を介して加熱シリンダに押圧力を印加して弾性部材の歪み量を検出し、検出した歪み量をノズルタッチ圧に変換する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−７１２８６号公報

通常、固定金型は固定プラテンの中央部分に固定され、加熱シリンダのノズルは固定金型の中央部分に設けられた樹脂注入口に対して押圧される。したがって、固定金型に加えられるノズルタッチ圧は、固定プラテンで受けることとなる。固定プラテンは上述のようにフレームに対してその底部が固定されているため、固定プラテンの中央にノズルタッチ圧が作用すると、固定プラテンは、固定された底部を中心として僅かではあるが傾斜する。

固定プラテンは、通常、外力が作用しない状態でフレームに対して精確に垂直となるように調整されて取り付けられる。固定プラテンの垂直な面に固定金型を取り付けることで、金型の開閉精度を維持するためである。ところが、上述のようにノズルタッチ圧により固定プラテンに倒れが生じると、固定金型にも倒れが生じてしまう。

通常、金型の開閉は、加熱シリンダを固定金型に押し付けた状態（ノズルタッチ状態）で行なわれるため、固定金型に倒れが生じた状態で金型開閉が行なわれることとなり、金型型開閉精度が悪化するという問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、固定プラテンにノズルタッチ圧が加えらた状態において、固定プラテンを垂直な状態とすることができ、良好な金型開閉精度を維持することのできる射出成形機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、ノズルタッチ圧が印加されていない状態において射出装置側に傾斜した固定プラテンと、射出装置を駆動してノズルタッチ圧を発生させる駆動機構と、ノズルタッチ圧と該固定プラテンの傾斜量との関係を表す情報に基づいて、前記固定プラテンの傾斜量が所定の範囲内になるように、該駆動機構が発生させるノズルタッチ圧を制御する制御部とを有することを特徴とする射出成形機が提供される。

上述の本発明による射出成形機において、前記関係を表す情報は、成形前に予め記憶部に格納されることが好ましい。また、前記関係を表す情報は、ノズルタッチ圧を加えながら前記固定プラテンの傾斜量を実測することにより得られた情報であることとしてもよい。あるいは、前記関係を表す情報は、前記固定プラテンに固定金型を取り付けた状態で得られた情報であることとしてもよい。また、前記関係を表す情報は、ノズルタッチ圧を加えることによる前記固定プラテンの傾斜量をシミュレーションにより推定することにより得られた情報であることとしてもよい。前記シミュレーションは、前記固定プラテンに取り付けられる固定金型の重量を考慮した条件に基づいて行なわれたこととすることもできる。

また、本発明による射出成形機において、前記関係を表す情報は、成形中に前記固定プラテンの傾斜量を実測しながら求められ、記憶部に格納されることとしてもよい。
さらに、本発明による射出成形機において、タイバーを介して前記固定プラテンに接続されたトグルサポート及び該タイバーに沿って移動可能な可動プラテンも、前記固定プラテンと同様に傾斜していることとしてもよい。

本発明による射出成形機では、ノズルタッチ圧が印加されたときに固定プラテンが垂直となるように、ノズルタッチ圧が印加されていない状態において固定プラテンが予め射出装置側に傾斜した状態とされる。成形動作において、ノズルタッチ圧が印加された状態において金閉じが行われるため、固定プラテンが垂直となった状態、すなわち固定金型の開閉面が垂直になった状態で、型閉じが行われる。これにより、型開閉の精度を損なうことなく型閉じを行なうことができ、信頼性のある成形動作を確実に行なうことができる。

本発明の一実施の形態による射出成形機について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明が適用される射出成形機の一例としての電動射出成形機の全体構成を示す側面図である。

図１に示す電動射出成形機は、フレーム１０と、フレーム１０上に配置された射出装置２０及び型締装置５０とから構成される。

射出装置２０は、加熱シリンダ２１を備え、加熱シリンダ２１にはホッパ２２が設けられる。加熱シリンダ２１内にはスクリュー２３が進退自在かつ回転自在に設けられる。スクリュー２３の後端は可動支持部２４によって回転自在に支持される。可動支持部２４にはサーボモータ等の計量モータ２５が駆動部として取り付けられる。計量モータ２５の回転は出力軸３１に取り付けられたタイミングベルト２６を介して被駆動部のスクリュー２３に伝達される。出力軸３１の後端には回転検出器３２が接続されている。回線検出器３２は、計量モータ２５の回転数又は回転量を検出することで、スクリュー２３の回転速度を検出する。

射出装置２０はスクリュー２３に平行なねじ軸２７を有する。ねじ軸２７の後端は、サーボモータ等の射出モータ２９の出力軸３３に取り付けられたタイミングベルト２８を介して、射出モータ２９に連結されている。したがって、射出モータ２９によってねじ軸２７を回転させることができる。ねじ軸２７の前端は可動支持部２４に固定されたナット３０に係合している。射出モータ２９を駆動し、タイミングベルト２８を介してねじ軸２７を回転させると、可動支持部２４は前後進可能となり、その結果、被駆動部のスクリュー２３を前後移動させることができる。射出モータ２９の出力軸３３の後端には位置検出器３４が接続されている。位置検出器３４は射出モータ２９の回転数又は回転量を検出することで、スクリュー２３の駆動状態を示すスクリュー２３の位置を検出する。

ここで、可動支持部２４は、スクリュー２３の後部を図示されないベアリングを介して支持する前側可動支持部材４４と、ナット３０を固定する後側可動支持部材４５とによって構成される。また、前側可動支持部材４４と後側可動支持部材４５との間には、スクリュー２３に加えられた樹脂の圧力を検出するための圧力検出装置としてのロードセル３５が備えられている。

射出装置２０は、射出装置２０を駆動してノズルタッチ圧を印加する駆動機構として可塑化移動装置４０を備えており、フレーム１０に対して移動することができる。可塑化移動装置４０は、可塑化フレーム４１を備えており、可塑化移動用の駆動部としての可塑化移動用モータ４２が可塑化フレーム４１に取り付けられている。ガイド４３は可塑化フレーム４１の長手方向に沿って配設され、前側可動支持部材４４及び後側可動支持部材４５の移動を案内する。

ボールねじ軸４６は可塑化フレーム４１に対して回転自在に取り付けられ、可塑化移動用モータ４２により回転される。ボールねじ軸４６にはボールナット４７が係合しており、ボールねじ軸４６が回転すると、ボールナット４７はボールねじ軸の軸方向に移動する。加熱シリンダ２１の後端には固定支持部材４９が取り付けられている。固定支持部材４９は付勢部材としてのスプリング４８を介してボールナット４７に接続されている。

上述の可塑化移動装置４０において、可塑化移動用モータ４２を駆動することにより、所定のタイミングで射出装置２０を前進させて加熱シリンダ２１のノズルを固定金型５３に当接させ、ノズルタッチを行うことができる。

型締装置５０は、可動金型５１が取り付けられる可動プラテン５２と、固定金型５３が取り付けられる固定プラテン５４とを有する。固定プラテン５４はその下端部がフレーム１０に対して固定されている。可動プラテン５２と固定プラテン５４とは、タイバー５５によって連結される。可動プラテン５２はタイバー５５に沿って摺動可能である。また、型締装置５０は、一端が可動プラテン５２と連結し他端がトグルサポート５６と連結するトグル機構５７を有する。トグルサポート５６の中央部において、ボールねじ軸５９が回転自在に支持される。トグルサポート５６は型締力が生じた際にタイバー５５が伸長可能とするため、フレーム１０には固定されていない。

ボールねじ軸５９には、トグル機構５７に設けられたクロスヘッド６０に形成されたナット６１が係合している。また、ボールねじ軸５９の後端にはプーリー６２が設けられ、サーボモータ等の型締モータ５８の出力軸６３とプーリー６２との間には、タイミングベルト６４設けられている。

型締装置５０において、駆動部である型締モータ５８を駆動すると、型締モータ５８の回転がタイミングベルト６４を介してボールねじ軸５９に伝達される。そして、ボールねじ軸５９及びナット６１によって、回転運動から直線運動に変換され、トグル機構５７が作動する。トグル機構５７の作動により、可動プラテン５２はタイバー５５に沿って移動し、型閉じ、型締め及び型開きが行なわれる。

型締モータ５８の出力軸６３の後端には、位置検出器６５が接続されている。位置検出器６５は、型締モータ５８の回転数又は回転量を検出することにより、ボールねじ軸５９の回転に伴って移動するクロスヘッド６０又はトグル機構５７によってクロスヘッド６０に連結された可動プラテン５２の位置を検出する。

また、本実施の形態における射出成形機は、可塑化移動装置４０の駆動源である可塑化移動用モータ４２の動作を制御する制御部７０を備えている。制御部７０は、後述するように、可塑化移動用モータ４２の動作を制御することで、ノズルタッチ圧を制御する。制御部７０は、マイクロコンピュータ及びＲＯＭやＲＡＭ等のメモリにより構成される。制御部７０は、射出成形機全体の動作を制御する制御装置に含まれることとしてもよい。また、制御部７０は、その内部あるいは周辺にＲＡＭ等のメモリよりなる記憶部７１を備えており、後述のように、ノズルタッチ圧を制御するために用いられる情報（データ）が記憶部７１に格納される。

上述のような構成の射出成形機において、従来は、図２（ａ）に示すように、固定プラテン５４がフレーム１０に対して垂直になるように取り付けられていた。例えば、射出成形機の組み立て時に、フレーム１０に対する固定プラテン５４の垂直度を測定し、固定プラテン５４の取り付け部分にシムを設けて垂直度が出るよう調整していた。したがって、射出成形機の工場出荷時は、図２（ａ）に示すように、固定プラテン５４はフレーム１０に対して垂直であった。

ところが、射出成形機が出荷されて出荷先で実際に稼動するときには、加熱シリンダ２１のノズルが固定金型５３に当接してノズルタッチ圧が印加され、固定プラテン５４は、図２（ｂ）に示すように、射出装置２０とは反対方向に傾斜してしまう。固定プラテン５４が傾斜すると、固定プラテン５４に取り付けられている固定金型５３も傾斜してしまい、金型開閉精度が悪化してしまう。

従来の射出成形機では、ノズルタッチ圧が加えられてもなるべく傾斜しないように、固定プラテン５４のフレーム１０への固定部に剛性を持たせることで対処していた。しかし、固定プラテン５４の下端部のみをフレーム１０に固定した、いわゆる片持ち支持構造では、固定プラテン５４の傾斜は必ず生じてしまう。特に射出圧力が大きい樹脂ではノズルタッチ圧も大きくなり、固定プラテン５４の傾斜も大きくなって金型開閉精度が悪化してしまう。

なお、図２は固定プラテン５４、加熱シリンダ２１及び可塑化移動装置４０を簡略化して示す図であり、固定プラテン５４の傾斜は実際よりも強調して大きく描かれている。また、以下に説明する図３も同様に固定プラテン５４、加熱シリンダ２１及び可塑化移動装置４０を簡略化して示す図であり、固定プラテン５４の傾斜は実際よりも強調して大きく描かれている。

上述の固定プラテン５４の傾斜による金型開閉精度の悪化を防止するため、本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、固定プラテン５４を予め射出装置２０側に傾斜させてフレーム１０に取り付ける。予め傾斜してフレーム１０に取り付けられた固定プラテン５４は、ノズルタッチ圧が作用すると、射出装置２０とは反対の方向に傾斜することとなる。すなわち、予め与えられた傾斜が減少し、フレーム１０に対して垂直になる方向に傾斜する。

そこで、ノズルタッチ圧が加えられたときに、予め与えられた傾斜が相殺されて固定プラテン５４が垂直となるように固定プラテン５４を射出装置２０側にノズルタッチ圧と固定プラテンの傾きとの関係に基づいて、予め傾斜させておく。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すように固定プラテン５４が予め傾斜している状態で、ノズルタッチ圧を加えたときの状態を示す図である。固定プラテン５４の傾斜は戻されて、固定プラテン５４はフレーム１０に対して実質的に垂直になっている。この場合、固定プラテン５４を完全に垂直にすることは難しいので、金型開閉精度への影響が無視できる程度の垂直に近い所定の角度範囲内となるように構成すればよい。

ここで、固定プラテン５４の傾斜量とノズルタッチ圧との関係について図４を参照しながら説明する。図４はノズルタッチ圧を変化させた場合に固定プラテン５４の傾斜量がどのように変化するかを示すグラフであり、図４（ａ）は傾斜量が直線近似曲線で表される場合であり、図４（ｂ）は傾斜量は三次元近似曲線で表される場合のグラフである。

固定プラテン５４の傾斜量は、様々な測定方法があるが、ここでは、固定プラテン５４の自由端である上端部が水平方向に移動した距離を傾斜量とする。また、ノズルタッチ圧は、加熱シリンダ２１の後端部と固定支持部材４９との間にロードセルを配置して直接測定することができる。あるいは、可塑化移動用モータ４２の出力トルク値はノズルタッチ圧に比例するので、このトルク値をノズルタッチ圧の代わりに用いてもよい。

例えば、固定プラテン５４の傾斜量とノズルタッチ圧との関係が図４（ａ）に示すグラフで表される場合、ノズルタッチ圧として１．２ｔを固定金型５３に加えると、固定プラテン５４の傾斜量は２０μｍとなることがわかる。この場合、固定プラテン５４を予め２０μｍだけ射出装置２０側に傾斜した状態でフレーム１０に取り付けて固定しておけば、１．２ｔのノズルタッチ圧が固定金型５３に加えられた際に、固定プラテン５４は２０μｍだけ射出装置２０とは反対の方向に傾斜する。これにより、１．２ｔのノズルタッチ圧が固定金型５３に加えられた際に、予め設けられていた射出装置２０側への傾斜量２０μｍが相殺されて、固定プラテン５４は垂直な状態となる。

したがって、ノズルタッチ圧を変化させながら傾斜量を実際に測定し、図４（ａ）や図４（ｂ）に示すような傾斜量とノズルタッチ圧との関係を予め求めておく。そして、傾斜量とノズルタッチ圧との関係を表す式を記憶部７１に格納しておくことにより、制御部７０は固定プラテン５４を垂直にするために必要なノズルタッチ圧を演算により求めることができる。そして、制御部７０は、求めたノズルタッチ圧をトルク値に換算し（傾斜量とトルク値との関係を表す式が格納されている場合は直接トルク値を求めることができる）、このトルク値が出力されるように、可塑化移動用モータ４２の出力を制御する。

傾斜量とノズルタッチ圧との関係を表す式を記憶部７１に格納する代わりに、様々なノズルタッチ圧の値に対する傾斜量の値をテーブル情報あるいはマップデータのようなデータとして記憶部７１に格納しておくことで、傾斜量からノズルタッチ圧（あるいはトルク値）を直接求めることとしてもよい。すなわち、傾斜量とノズルタッチ圧との関係を表す情報を記憶部７１に格納すればよい。

傾斜量とノズルタッチ圧との関係を表す式は、射出成形機を出荷する前に予め求めて記憶部７１に予め格納される。この場合、傾斜量とノズルタッチ圧との関係を表す式は、固定プラテン５４に固定金型５３が取り付けられていない状態での傾斜量とノズルタッチ圧との関係を表すこととなる。

そこで、出荷先で実際に使用する固定金型５３を取り付けた状態で、ノズルタッチ圧を加えながら固定プラテン５４の傾斜量を実際に測定し、これにより求められた傾斜量とノズルタッチ圧との関係式を、記憶部７１に格納することとしてもよい。固定プラテン５４の傾斜量は、取り付ける固定金型５３の重量に影響されることがあり、出荷先で実際の条件に近い条件で関係式を求めることにより、すなわち金型の重量を考慮して関係式を求めることにより、より精度よく固定プラテンを垂直にするためのノズルタッチ圧（トルク値）に制御することができる。

また、固定プラテン５４の傾斜量を測定しながら実際の成形中に関係式を求め、記憶部７１に格納された関係式を順次書き換えて更新することで、より実際に近い関係式に基づいて固定プラテンの傾斜量を制御することができる。例えば、成形中には金型温度が上昇して固定プラテンにも熱膨張等が発生し、傾斜量も次第に変化することがあるが、関係式を順次書き換えることでこのような傾斜量の変化に対応することができる。

上述のように、固定プラテン５４の傾斜量を測定する手段は、例えば図５に示すように、固定プラテン５４の上端部の位置の変化を、ダイヤルゲージ７３のような精密距離計測装置により測定することにより達成できる。ダイヤルゲージ７３はフレーム１０、若しくは射出成形機が設置されている床に固定され、固定プラテン５４の上端部の水平方向の移動距離を精確に測定することができる。なお、図５に示す例では固定プラテン５４の上端部と下端部に対応する位置にダイヤルゲージ７３を設けて位置ずれを測定し、上端部の位置ずれと下端部の位置ずれの差を傾斜量としている。これにより、ノズルタッチ圧により固定プラテン全体が僅かにずれた場合でも、そのずれは下端部のずれに反映されるため、精確に傾斜量を求めることができる。

傾斜量を測定する手段はダイヤルゲージに限られず、リニヤセンサ、ギャップセンサ、レーザー変位計等の既存の微小距離測定技術を用いることができる。また、上述の関係式は、実際に傾斜量を測定して求めること以外に、コンピュータシミュレーションを用いて推定した傾斜量に基づいて求めることもできる。

上述の実施の形態では、固定プラテン５４に予め傾斜を設けることとしたが、固定プラテン５４を傾斜させることに伴い、図５に示すように、タイバー５５を介して接続されたトグルサポート５６も傾斜させ、また、タイバー５５に沿って移動する稼動プラテン５２も傾斜させている。すなわち、上述の実施の形態では、固定プラテン５４と同時に可動プラテン５２及びトグルサポート５６にも予め故意に傾斜が設けられることとなる。

本発明は上述の実施の形態に限られることなく、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変形例、改良例がなされるであろう。

本発明が適用される射出成形機の一例としての電動射出成形機の全体構成を示す側面図である。固定プラテン、加熱シリンダ及び可塑化移動装置を簡略化して示す側面図である。固定プラテン、加熱シリンダ及び可塑化移動装置を簡略化して示す側面図である。ノズルタッチ圧を変化させた場合に固定プラテン５４の傾斜量がどのように変化するかを示すグラフである。固定プラテンの傾斜量を測定する手段の一例を簡略化して示す側面図である。

符号の説明

１０フレーム
２０射出装置
２１加熱シリンダ
４０可塑化移動装置
４２可塑化移動用モータ
５０型締装置
５１可動金型
５２可動プラテン
５３固定金型
５４固定プラテン
５５タイバー
５６トグルサポート
５７トグル機構
７０制御部
７１記憶部

Claims

ノズルタッチ圧が印加されていない状態において射出装置側に傾斜した固定プラテンと、
射出装置を駆動してノズルタッチ圧を発生させる駆動機構と、
ノズルタッチ圧と該固定プラテンの傾斜量との関係を表す情報に基づいて、前記固定プラテンの傾斜量が所定の範囲内になるように、該駆動機構が発生させるノズルタッチ圧を制御する制御部と
を有することを特徴とする射出成形機。
請求項１記載の射出成形機であって、
前記関係を表す情報は、成形前に予め記憶部に格納されることを特徴とする射出成形機。
請求項２記載の射出成形機であって、
前記関係を表す情報は、ノズルタッチ圧を加えながら前記固定プラテンの傾斜量を実測することにより得られた情報であることを特徴とする射出成形機。
請求項２記載の射出成形機であって、
前記関係を表す情報は、前記固定プラテンに固定金型を取り付けた状態で得られた情報であることを特徴とする射出成形機。
請求項２記載の射出成形機であって、
前記関係を表す情報は、ノズルタッチ圧を加えることによる前記固定プラテンの傾斜量をシミュレーションにより推定することにより得られた情報であることを特徴とする射出成形機。
請求項５記載の射出成形機であって、
前記シミュレーションは、前記固定プラテンに取り付けられる固定金型の重量を考慮した条件に基づいて行なわれたことを特徴とする射出成形機。
請求項１記載の射出成形機であって、
前記関係を表す情報は、成形中に前記固定プラテンの傾斜量を実測しながら求められ、記憶部に格納されることを特徴とする射出成形機。
請求項１記載の射出成形機であって、
タイバーを介して前記固定プラテンに接続されたトグルサポート及び該タイバーに沿って移動可能な可動プラテンも、前記固定プラテンと同様に傾斜していることを特徴とする射出成形機。