JP4745126B2 - 型締装置 - Google Patents

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本発明は型締装置に係わり、特に電磁石により型締力を発生させる型締装置に関する。

成形機の一例として、射出成形機は、射出装置、金型装置及び型締装置を備え、樹脂を射出装置の射出ノズルから射出して金型装置のキャビティ空間に充填し、固化させることによって成形品を成形する。金型装置は固定金型及び可動金型を有し、型締装置を作動させ、固定金型に対して可動金型を進退させることによって、型閉じ、型締め及び型開きを行う。

従来の型締装置として、トグル機構を用いて可動プラテンを進退させる方式の型締装置が広く用いられている。トグル機構を用いた型締装置においては、型締力を発生させるためのトグル機構の機械的動作に起因して可動プラテンに曲げモーメントが作用することがあり、可動プラテンの金型取付面に歪みが発生することがある。また、トグル機構を伸展させることによって型締めが行われるので、型締力を精度よく制御することができないおそれがある。

そこで、電動モータ及び電磁石を備え、型閉じ及び型開きの動作には電動モータを用い、型締めの動作に電磁石の吸着力を利用した型締装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この型締装置においては、固定プラテンと所定の間隔を置いてリヤプラテンが配置され、固定プラテンとリヤプラテンとの間に架設されたタイバーに沿って可動プラテンが進退自在に配設される。そして、リヤプラテンの後端面に電磁石が固定され、リヤプラテンの後方に吸着板が進退自在に配設される。吸着板と可動プラテンとの間にリンク機構が設けられ、リンク機構を電動モータによって屈伸させる。

したがって、電動モータを駆動してリンク機構を伸展させることによって型閉じを行った後、電磁石を駆動して反発力を作用させることにより、可動プラテンの背面から押圧することができ、型締めを行うことができる。この場合、可動プラテンの背面の中央部分を押圧することができるので、可動プラテンに曲げモーメントがほとんど作用せず、金型取付面に発生する歪みを抑制することができる。
特許第3190600号公報

上述の電磁石により型締力を発生させる型締装置では、型締力となる電磁石の吸着力の強さは、電磁石とそれに吸着される吸着板との間の間隙の距離(寸法)に依存する。発生する吸着力の強さはこの間隙の距離の二乗に反比例し、距離が短いほど大きな吸着力が発生する。

所望の強さの型締力を得るには、この吸着力を所望の型締力の値(強さ又は大きさ)に対応した値(強さ又は大きさ)に制御する必要がある。そこで、電磁石と吸着板との間の間隙の距離と得られる吸着力との関係から、電磁石と吸着板との間の間隙の距離を求めて設定する。

型締力を発生させた際に、電磁石と吸着板との間の間隙の距離が一定であれば、得られる吸着力も一定である。例えば、電磁石を固定プラテン(固定金型)に対して固定し、吸着板を可動プラテン(可動金型)に対して固定して、電磁石により吸着板を吸着して可動プラテンを固定プラテンに向けて吸着した場合、電磁石を固定プラテンに支持する部材(例えば、タイバー)に型締力の反力により歪み(伸び)が生じる。また、吸着板を可動プラテンに固定する部材にも型締力の反力により歪み(縮み)が生じる。さらに、固定プラテンや可動プラテン、及び金型装置にも歪みが生じる。したがって、これらの歪みにより、型締力を発生していない無負荷の状態における電磁石と吸着板との間の間隙の距離は、吸着力により型締力を発生させた際に変化してしまう。

このように、電磁石と吸着板との間の間隙をある距離に設定してそれに対応する目標型締力を得ようとしても、設定した距離が変化してしまうため、得られる型締力は目標型締力とは異なる強さとなってしまう。

上述の電磁石と吸着板との間の間隙の距離は、電磁石と吸着板が対向する面の間の距離として求められる。これは、型締力を発生した際に、これらの面が平面を維持し、且つ平行度も維持することを前提としている。したがって、電磁石と吸着板が対向する面全体にわたって間隙の距離は一様であることを前提としている。

ところが、型締力を発生させると、型締装置の構成部品に型締力の反力が作用し、電磁石と吸着板が対向する面に僅かではあるが傾きが生じて平行度が変化する(悪くなる)おそれがある。また、型締力の反力により型締装置の構成部品に歪みが生じて、電磁石と吸着板が対向する面が僅かではあるが変形し、電磁石と吸着板が対向する面全体でみると、間隙の距離が変化してしまうおそれがある。

このように、間隙の距離が一様でないと、ある位置での間隙の距離が同じであっても、他の位置では異なる距離となり、得られる型締力(すなわち、吸着板に作用する吸着力)も変化してしまう。ここで、電磁石と吸着板との間の距離の変化により吸着力が変化するということは、電磁石と吸着板とを通る磁路の磁気抵抗が間隙の距離の変化による磁気抵抗の変化に伴って変化するために吸着力が変化するということである。

図1は、電磁石と吸着板との間の間隙を含む磁路の磁気抵抗Rmと得られる型締力Fとの関係を示す図である。型締力Fは吸着板に作用する吸着力と同じ大きさとなるから、型締力F=吸着力と考えると、型締力は磁気抵抗Rmの二乗に反比例する。したがって、磁気抵抗Rmと得られる型締力Fとの関係は、図1に示すような2次関数曲線となる。このような関係において磁気抵抗Rmが変化すると、磁気抵抗Rmの小さい領域では、僅かな磁気抵抗Rmの変化ΔRmでも型締力Fの変化ΔFが非常に大きくなることがわかる。

以上のように、従来の電磁石により型締力を発生させる型締装置では、型締力が発生したときに電磁石と吸着板との間の間隙を含む磁路の磁気抵抗が変化してしまい、所望の型締力が得られないという問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、電磁石を用いて型締力を得る型締装置において、目標型締力を得るために電磁石に供給すべき電流値を容易に求めることができる型締装置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、電磁石と磁性体との間の間隙に磁界を形成して該磁性体に作用する吸着力により型締力を発生する型締装置であって、発生すべき目標型締力をFとし、該目標型締力Fが発生しているときの前記電磁石と前記磁性体との間の間隙を含む磁路の磁気抵抗をRm1とし、該目標型締力Fが発生しているときに前記電磁石のコイルに流れる電流をIとしたときに、F=f(Rm1,I)という関係に基づいて型締力を制御することを特徴とする型締装置が提供される。

発明による型締装置において、前記間隙の前記磁気抵抗Rm1は、前記電磁石の前記コイルに流れる電流Iと前記コイルに印加される電圧Vとの関係に基づいて算出されることが好ましい。また、前記電流Iと前記電圧Vとの関係は、型締力を発生させる際の前記電圧Vの立ち上がり特性と前記電流Iの立ち上がり特性との関係に基づいて求められることとしてもよい。あるいは、前記電流Iと前記電圧Vとの関係は、型締力を発生させる際の前記電圧Vに所定の周波数の電圧を重畳させ、前記電流Iに現れる該周波数の電流振幅を検出し、該所定の周波数の電圧振幅と該所定の周波数の電流振幅との関係に基づいて求められることとしてもよい。

上述の型締装置において、前記磁気抵抗は、前記電磁石と前記磁性体とにより形成される磁路の透磁率に依存する項と、前記間隙の距離に依存する項とを含む関係式に基づいて算出されることとしてもよい。

また、本発明による型締装置において、前記関係F=f(Rm1,I)は、前記目標型締力Fの値とその値が得られる前記電流Iの値とを関連付けて示すテーブル情報により表されることとしてもよい。あるいは、前記関係F=f(Rm1,I)は、前記磁気抵抗の異なる複数の値の各々に対して求められることとしてもよい。また、前記関係F=f(Rm1,I)は、取り付けられる金型に対応して求められることとしてもよい。さらに、前記関係F=f(Rm1,I)は、型締装置を実際に動作させて測定された値、又は金型装置の動作のシミュレーションにより得られた値から求められることとしてもよい。

本発明によれば、型締力が作用した状態での実際の電磁石と磁性体との間の間隙の磁気抵抗を考慮して、電磁石に供給する励磁電流が求められるため、当該磁気抵抗が無負荷時から変化しても、最初から変化を考慮して励磁電流が決定される。これにより、目標型締力を得るために電磁石に供給すべき電流値を正確に且つ容易に求めることができる。

本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明が適用される射出成形機の型締装置について図2及び図3を参照しながら説明する。図2は本発明が適用される型締装置の一例を示す側面図であり、金型が閉じた状態を示している。図3は図2に示す型締装置の側面図であり、金型が開いた状態を示している。

図2及び図3に示す型締装置10は、射出成形機のフレームFr上に設けられた2本のレールよりなるガイドGd上に支持される。固定プラテン11は、ガイドGd上に載置され、フレームFr及びガイドGdに対して固定されている。固定プラテン11と所定の間隔を置いて、かつ、固定プラテン11と対向させてリヤプラテン13が配設されている。固定プラテン11とリヤプラテン13との間に4本の連結部材としてのタイバー14(図においては、2本だけを示す)が架設される。可動プラテン12が、タイバー14に沿って固定プラテン11と対向した状態でタイバー14に沿って型開閉方向に進退自在(図において左右方向に移動自在)に配設される。そのために、可動プラテン12には、タイバー14が貫通するガイド穴(図示せず)が形成される。

タイバー14の前端部(図において右端部)には、第1のねじ部(図示せず)が形成され、タイバー14は、第1のねじ部にナットn1を螺合して締め付けることによって固定プラテン11に固定される。各タイバー14の後端部(図において左端部)には、タイバー14より外径が小さいガイドポスト21が一体に形成されている。ガイドポスト21は、リヤプラテン13の後端面(図において左端面)から後方に向けて突出して延在する。各ガイドポスト21の、リヤプラテン13の後端面の近傍に、第2のねじ部(図示せず)が形成され、固定プラテン11とリヤプラテン13とは、第2のねじ部にナットn2を螺合して締め付けることによって固定される。ガイドポスト21をタイバー14と一体に形成しているが、ガイドポスト21をタイバー14とは別体として形成してもよい。

なお、リヤプラテン13は、タイバー14が伸縮するのに伴って、ガイドGdに対してわずかに移動することができるようにガイドGd上に載置される。固定プラテン11はフレームFr及びガイドGdに対して固定され、リヤプラテン13はガイドGdに対してわずかに移動することができるようになっているが、リヤプラテン13をフレームFr及びガイドGdに対して固定し、固定プラテン11をガイドGdに対してわずかに移動することができるように構成してもよい。

また、固定プラテン11には固定金型15が、可動プラテン12には可動金型16がそれぞれ固定さる。固定金型15及び可動金型16によって金型装置19が構成される。可動プラテン12の進退によって可動金型16を固定金型15に対して移動し、型閉じ、型締め及び型開きが行われる。なお、型締めが行われると、固定金型15と可動金型16との間にキャビティ空間が形成され、射出装置17の射出ノズル18から射出された成形材料としての樹脂がキャビティ空間に充填される。

可動プラテン12と平行に配設された磁性体としての吸着板22が、リヤプラテン13より後方において各ガイドポスト21に沿って進退自在に配設され、ガイドポスト21によって案内される。なお、吸着板22には、各ガイドポスト21と対応する箇所に、ガイドポスト21が貫通するガイド穴23が形成される。ガイド穴23は、前端面(図において右端面)に開口した大径部24とこれに繋がる小径部25とを含む。大径部24はボールナットn2を収容する。小径部25は吸着板22の後端面に開口し、ガイドポスト21が摺動する摺動面を有している。吸着板22は、ガイドポスト21によって案内されるようになっているが、吸着板22を、ガイドポスト21だけでなく、ガイドGdによって案内することもできる。

可動プラテン12を進退させるために、型開閉用の駆動部としてリニアモータ28が、可動プラテン12とフレームFrとの間に配設される。リニアモータ28は、フレームFr上に、ガイドGdと平行に、かつ、可動プラテン12の移動範囲に対応して形成された固定子29と、可動プラテン12の下端において固定子29と対向し、かつ、所定の範囲にわたって形成された可動子31とを備える。固定子29の長さをLpとし、可動子31の長さをLmとし、可動プラテン12のストロークをLstとしたとき、長さLmは、リニアモータ28による最大の推進力に対応して設定される。また、長さLpは、Lp>Lm+Lstという関係を満足するように設定される。

可動子31は、固定子29に向けて突出し、かつ、所定のピッチで複数の磁極歯33が形成されたコア34と、各磁極歯33に巻装されたコイル35とを備える。なお、磁極歯33は可動プラテン12の移動方向に対して直角の方向に、互いに平行に形成される。固定子29は、コア、及びコア上に延在させて形成された永久磁石(図示せず)を備える。永久磁石は、N極及びS極の各磁極を交互に、かつ、磁極歯33と同じピッチで着磁させることによって形成されている。

したがって、前記コイル35に所定の電流を供給してリニアモータ28を駆動すると、可動子31が進退させられ、それに伴って、可動プラテン12が進退させられ、型閉じ及び型開きが行われる。

なお、固定子29に永久磁石を、可動子31にコイル35を配設しているが、固定子にコイルを、可動子に永久磁石を配設することもできる。その場合、リニアモータ28を駆動する際にコイルが移動しないので、コイルに電力を供給するための配線を容易に行うことができる。

可動プラテン12が前進(図において右方向に移動)して可動金型16が固定金型15に当接すると、型閉じが終了する。型閉じに続いて型締めを行うことができるように、リヤプラテン13と吸着板22との間に、型締め用の駆動部としての電磁石ユニット37が配設される。また、可動プラテン12と吸着板22とを連結するロッド39が、リヤプラテン13及び吸着板22を貫通して延在する。ロッド39は、型閉じ時及び型開き時に、可動プラテン12の進退に連動して吸着板22を進退させ、型締め時に、電磁石ユニット37によって発生した型締力を可動プラテン12に伝達する。なお、固定プラテン11、可動プラテン12、リヤプラテン13、吸着板22、リニアモータ28、電磁石ユニット37、ロッド39等によって型締装置10が構成される。

電磁石ユニット37は、リヤプラテン13側に配設された電磁石49、及び吸着板22側に配設された吸着部51を有する。リヤプラテン13の後端面の所定の部分、すなわちロッド39よりわずかに上方及び下方に、水平方向に延在した矩形の断面形状を有するコイル配設部としての二つの溝45が互いに平行に形成されている。溝45の間には、矩形の断面形状を有するコア46が形成され、リヤプラテンのコア46以外の部分にヨーク47が形成される。コア46にコイル48が巻装される。

また、吸着板22の前端面の所定の部分として、吸着板22においてロッド39を包囲し、電磁石49と対向する部分に吸着部51が設けられる。なお、リヤプラテン13のコア46及びヨーク47、並びに吸着板22は、強磁性体から成る薄板を積層することによって形成された電磁積層鋼板により形成される。また、リヤプラテン13とは別に電磁石49が配設され、吸着板22とは別に吸着部51が配設されているが、リヤプラテン13の一部として電磁石を形成し、吸着板22の一部として吸着部を形成することもできる。

したがって、電磁石ユニット37において、溝45内のコイル48に電流を供給すると、電磁石49が励磁され、吸着部51が吸着されて型締力が発生する。

ロッド39は、後端部(図において左端部)において吸着板22と連結し、前端部において可動プラテン12と連結している。ロッド39は、型閉じ時に可動プラテン12が前進することにより前進し、これにより吸着板22が前進する。また、ロッド39は、型開き時に可動プラテン12が後退(図において左方向に移動)することにより後退し、これにより吸着板22が後退する。

そのために、リヤプラテン13の中央部分に、ロッド39を貫通させるための穴41が設けられる。また、吸着板22の中央部分に、ロッド39を貫通させるための穴42が形成される。さらに、穴41の前端部の開口に臨ませて、ロッド39を摺動自在に支持するブッシュ等の軸受部材Br1が配設される。また、ロッド39の後端部にねじ43が形成され、吸着板22に対して回転自在に支持された型厚調整機構としてのナット44がねじ43に螺合している。

型閉じが終了した時点で、吸着板22はリヤプラテン13に近接し、リヤプラテン13と吸着板22との間にギャップ(間隙)δが形成される。ギャップδが小さくなりすぎたり、大きくなりすぎたりすると、吸着部51を十分に吸着することができず、型締力が小さくなってしまう。ギャップδの最適な値(距離又は寸法)は、金型装置19の厚さが変化するのに伴って変化する。

そこで、ナット44の外周面に大径のギヤ(図示せず)が形成され、吸着板22に型厚調整用の駆動部として型厚調整用モータ(図示せず)が配設され、型厚調整用モータの出力軸に取り付けられた小径のギヤが、ナット44の外周面に形成されたギヤに噛合させられる。

金型装置19の厚さに対応して、型厚調整用モータを駆動し、ナット44をねじ43に対して所定量回転させると、吸着板22に対するロッド39の位置が調整され、固定プラテン11及び可動プラテン12に対する吸着板22の位置が調整されて、ギャップδを最適な値にすることができる。すなわち、可動プラテン12と吸着板22の相対的な位置を変えることによって、型厚の調整が行われる。

なお、型厚調整用モータ、ギヤ、ナット44、ロッド39等によって型厚調整装置が構成される。また、ギヤによって、型厚調整用モータの回転をナット44に伝達する回転伝達部が構成される。そして、ナット44及びねじ43によって運動方向変換部が構成され、運動方向変換部において、ナット44の回転運動がロッド39の直進運動に変換される。

また、コイル35への電流の供給によるリニアモータ28の駆動、コイル48への電流の供給による電磁石49の励磁、及び型厚調整用モータの駆動は、制御部60により制御される。制御部60は型締装置10専用の制御部としてもよく、あるいは、射出成形機の制御部の一部として設けられてもよい。

次に、前記構成の型締装置10の動作について説明する。

まず、制御部60は、型開閉処理を行い、型閉じ時に、図3に示す状態において、コイル35に電流を供給する。それにより、リニアモータ28が駆動され、可動プラテン12が前進させられ、図2に示すように、可動金型16が固定金型15に当接させられる。このとき、リヤプラテン13と吸着板22との間、すなわち、電磁石49と吸着部51との間には、目標型締力Fを得るための最適なギャップ(間隙)δが形成される。なお、型閉じに必要とされる力は型締力と比較して十分に小さい。

続いて、制御部60は、コイル48に電流を供給し、磁性体である吸着板22の吸着部51を電磁石49の吸着力によって吸着する。それにより、吸着板22及びロッド39を介して吸着力が型締力として可動プラテン12に伝達され、型締めが行われる。このとき、リヤプラテン13と吸着板22とが接触しないように、リヤプラテン13と吸着板22との間、例えば、リヤアプラテン13における吸着板22と対向する面、又は吸着板22におけるリヤプラテン13と対向する面に、接触防止用ストッパ(図示せず)が配設される。さらに、ギャップδを形成するためのギャップ調整用ストッパ(図示せず)を配設してもよい。なお、接触防止用ストッパをフレームFrに配設してもよい。

また、制御部60において、型締力が目標設定値になるようにコイル48に供給する電流の値が決定され、電流がコイル48に供給されて型締めが行われる。型締めが行われている間、射出装置17において溶融した樹脂が射出ノズル18から射出され、金型装置19のキャビティ空間に充填される。

そして、キャビティ空間内の樹脂が固化すると、制御部60は、図2に示す状態において、コイル48への電流供給を停止する。次に、型開閉処理手段はコイル35に逆方向の電流を供給する。それにより、リニアモータ28が駆動され、可動プラテン12が後退させられ、図2に示されるように、可動金型16が後退限位置に移動し、型開きが行われる。

上述のような電磁石を用いて型締力を発生させる型締装置において、特に、リヤプラテン13をガイドGd上に載置し、固定プラテン11をフレームFr及びガイドGrに対して固定した型締装置の場合、リヤプラテン13と吸着板22との間のギャップ(間隙)δの距離(寸法)は、吸着力が発生して金型装置19に型締力が作用した際に、タイバー14の伸び及びロッド39の縮み等により、図4に示すように、無負荷状態のときの距離X0からΔX1(ΔX1=ΔXr+ΔXa)だけ減少する。ここで、図4において、型締力を発生したときのリヤプラテン13と吸着版22の変位が一点鎖線で示されており、ΔXrはリヤプラテン13の後方への変位による距離X0の変化分であり、ΔXa吸着板22の前方への変位による距離X0の変化分である。すなわち、ギャップδの距離を距離X0に設定し、距離X0において目標型締力F(目標吸着力)が得られるだけの電流Iをコイル48に供給して電磁石49により吸着板22を吸着しても、発生した吸着力に応じて距離X0がΔX1だけ減少してしまい、実際に発生する型締力は目標型締力Fより大きい値となってしまう。

例えば、無負荷状態のときの距離X0が1.0mmに設定されていた場合、距離X0の変化分ΔXは例えば0.1mm程度となり、型締力を実際に作用させた際の距離X1は、X1=X0−ΔX1=1.0−0.1=0.9mmとなってしまい、この距離に応じた型締力(吸着力)が発生してしまう。すなわち、間隙の距離Xが1.0mm(=X0)において目標型締力Fが発生するはずであるのに、実際は距離Xが0.9mm(=X1)となってしまい、目標型締力Fとは異なる強さの型締力が発生してしまう。ここで、吸着板22をガイドGd上に載置し、リヤプラテン13をフレームFr及びガイドGdに対して固定した型締装置の場合でも、型締力が発生するとタイバーの伸びとともに固定プラテンが射出装置側へ移動する。その際に、吸着板22はさらに前進するので、吸着板22とリヤプラテン13との間のギャップδは発生した吸着力の大きさに応じた距離だけ小さくなる。すなわち、目標型締力Fと異なる強さの型締力が発生してしまう。

距離Xの変化により型締力(吸着力)が変化するということは、電磁石49と吸着板22とを通る磁路の磁気抵抗Rmが間隙の距離Xの変化による磁気抵抗の変化に伴って変化するために吸着力が変化するということである。したがって、間隙の磁気抵抗を含む磁路全体の磁気抵抗Rmに基づいて電磁石の励磁電流Iを決定すれば所望の吸着力を得ることができる。

そこで、本実施形態による型締装置では、型締力が発生しているときの実際の磁気抵抗Rm1と、そのときに電磁石49のコイル48に流れる電流I(供給すべき電流)との関係F=f(Rm1,I)を求め、この関係F=f(Rm1,I)に基づいて型締力を制御する。すなわち、型締力発生時のタイバーの伸びの影響を受けた後の隙間で、目標型締力が発生するような電流を、電磁石に流すようにする。

ここで、間隙を含む磁路の磁気抵抗Rmが変化すると、主に間隙を磁化する励磁電流(すなわちコイル48に流れる電流)Iと、電磁石49により発生して吸着板22に作用する吸着力Faとの関係も変化する。図5は磁気抵抗Rmが異なる場合の励磁電流Iと吸着力Faとの関係を示す図である。

図5において、磁気抵抗Rmが無負荷の時の磁気抵抗Rm0で一定に維持されている場合の励磁電流Iと吸着力Faとの関係が曲線Rm0で示され、磁気抵抗Rmが型締力が作用している際の実際の磁気抵抗Rm1で一定に維持されている場合の励磁電流Iと吸着力Faとの関係が曲線Rm1で示されている。

例えば、発生させるべき目標型締力Fに相当する吸着力の値をFa0とし、無負荷時の間隙の磁気抵抗をRm0に設定したとき、曲線Rm0に基づいて、コイル48に供給すべき励磁電流はI0であると求められる。しかし、実際に型締めを行うと磁気抵抗Rm0は磁気抵抗Rm1に変化(減少)し、コイル48に電流I0が流れると、発生する吸着力Faの値はFa0よりはるかに高い値Fa1となってしまう。したがって、実際に発生する型締力も、目標型締力Fよりもはるかに高い値となってしまう。

そこで、本実施形態では、コイル48に供給する励磁電流Iを決定する際に、曲線Rm1の関係に基づいて、目標型締力Fに相当する吸着力の値Fa0から、実際に供給すべき励磁電流Iの値I1を求める。これにより、型締めが行われて磁気抵抗RmがRm1になったときに、所望の目標型締力Fが発生する吸着力Fa0を発生させることができる。

型締力の大きさと吸着力の大きさとは同じ大きさであるから、吸着力=型締力とみなすことができる。したがって、本実施形態によれば、型締力が発生しているときの実際の磁路の磁気抵抗Rm1と電磁石49のコイル48に供給する電流Iとの関係F=f(Rm1,I)は、図5の曲線Rm1の関係に相当し、目標型締力Fを精度よく発生させることができる。このため、型締力をフィードバック制御しなくても、電流Iの初期設定により目標型締力Fを発生させることができ、型締力制御を容易にしながら精度よく型締力を発生させることができる。

上述の実施形態では、磁気抵抗Rm1と電流Iとの関係をF=f(Rm1,I)として関数で設定し、この関数を用いて演算により電流Iを決定する。ここで、磁気抵抗Rm1は電磁石49のコイル48に印加する電圧Vとその電圧に応じてコイル48に流れる電流Iとの関係から演算により求めることができる。以下に、電圧Vと電流Iを用いて磁路の磁気抵抗Rmを求める方法について説明する。

上述の電磁石49と吸着板22により形成される磁気回路は、図6に示す磁気回路モデルで表すことができる。電磁石49と吸着板22との間の間隙は中央部分の内極の間隙Xiと端部の外極の間隙Xoを含んでいる。内極の間隙Xiを形成する対向面の面積が、外極の間隙Xoを形成する対向面の面積の2倍であるとすると、図6に示す磁気回路は上下対称の形状となる。そこで、磁気回路の上半分について検討する。

図6に示す磁気回路の上半分を考えると、内極の間隙Xiの面積と端部の外極の間隙Xoの面積は等しいことがわかる。磁気回路における磁路は、電磁石と吸着板の内部を通る磁路(鉄心磁路)L1,L2,L3,L4,L5,L6と間隙Xi及び間隙Xoを通る磁路よりなる。ここで、磁気回路の要素を以下のように定義する。

鉄心磁路の長さ: Ln=L1+L2+L3+L4+L5+L6
鉄心磁路の断面積: Sn
鉄心の透磁率: μn
間隙の距離: x
間隙の面積: Sx
真空透磁率: μ0
磁路の磁気抵抗: Rm
コイルに流れる電流: I
コイルの巻数: N
電磁石で一般に知られている特性において、間隙の磁束密度Bは以下の式で与えられる。

この式により、同じ大きさの電流Iがコイルに流れても、磁路の磁気抵抗Rmが変化すると間隙の磁束密度Bが変化することがわかる。したがって、同じ大きさの電流Iがコイルに流れても、磁気抵抗Rmが変化すると電磁石による吸着力も変化することがわかる。

ここで、コイルのインダクタンスLは、

で求められるから、磁気抵抗Rmは、

として求めることができる。

コイルのインダクタンスLは、コイルの印加電圧をVとしコイルの電気抵抗をRとすると、コイルで成立する以下の電気的な関係により求めることができる。

以上の関係より、インダクタンスLは電流の微分に比例することがわかる。したがって、コイルに印加する電圧Vと流れる電流Iの時間的変化を求め、これらを比較することによりインダクタンスLを求めることができる。このように求めたインダクタンスLに基づいて、磁気抵抗Rmを求めることができる。

コイルに印加する電圧Vと流れる電流Iの時間的変化を求める方法として、電磁石により発生する磁場が立ち上がる過程の実測値を比較して求める方法がある。図7は型締力を発生させるために電磁石49のコイル48に印加した電圧と、その際にコイル48に流れる電流Iを示す図である。型締めを開始して電圧Vをコイル48に印加すると、まず、電圧Vが急激に変化(上昇)するが、電流は所定の位相遅れて変化(上昇)する。この電流の時間的遅れはコイル48のインダクタンスLに起因する遅れであり、この遅れを求めることでインダクタンスLを求めることができる。

また、コイルに印加する電圧Vと流れる電流Iの時間的変化を求める他の方法として、電磁石49のコイル48に印加する電圧Vに所定の周波数の電圧振幅を重畳しておき、それに対応して電流Iに現れる電流振幅を測定して求める方法がある。図8は所定の周波数の電圧振幅を重畳した電圧Vと、それにより得られる電流Iを示す図である。電圧Vに重畳する電圧振幅は、型締めサイクルの周波数より十分に高い周波数とし、電圧振幅は型締め力に対する影響が無視できるような小さな振幅とする。例えば、型締力が10トン(10000kgf)であった場合は、100kgfに相当する程度の電圧振幅としておく。重畳した電圧振幅に対する電流振幅の遅れを検出することで、インダクタンスLを求めることができる。

また、磁気抵抗Rmを求める方法として、以下の理論式によって求める方法もある。

この式の中で、第1項は鉄心の透磁率μnに依存する項であり、第2項は間隙の距離xに依存する項である。

第1項に関して、鉄心の透磁率μnは用いる材料により決まっているが、温度によって変化するため、予め温度変化による透磁率μnの変化を求めておけばよい。例えば、異なる温度における透磁率μnの値を、テーブル情報等のデータとして準備しておいてもよい。あるいは温度を変数とした経験式を作成しておき、透磁率μnを算出することとしてもよい。第2項に関して、間隙の距離xは実測値を入れることとなり、リニヤエンコーダなどの距離センサにより距離xを検出して求めることで、第2項を算出することとなる。

以上のような方法で、型締めが行われている最中の磁気抵抗Rm1を求め、求めたRm1と型締力の関数F=f(Rm1,I)に基づいて、電磁石49に流すべき電流Iを求める。関数F=f(Rm1,I)は、理論式により求めて設定してもよいが、シミュレーション等により数値解析を行って関数を求めてもよい。あるいは、関数に基づいて演算により電流Iを求める代わりに、実際に型締装置を操作して得られた型締力の大きさとそのときの電流値とを、図9に示すようなテーブル情報として記憶しておき、このテーブル情報を参照しながら目標型締力Fに対応する電流値を求めてもよい。なお、図9に示すテーブル情報は、図5における磁気抵抗がRm1のときの吸着力Fa(すなわち目標型締力F)と電流Iとの関係に相当する。このようなテーブルを複数個、間隙の距離に対応して予め制御部に入力するようにしてもよい。さらに、複数の温度に対応した鉄心の透磁率ごとのテーブルを予め制御部に入力するようにしてもよい。

以上説明した関係F=f(Rm1,I)又はテーブル情報は、間隙の距離をX1としたときの関係であるが、距離X1は発生させるべき目標型締力Fの値や、用いる金型の剛性、厚み等により異なるため、磁気抵抗Rm1もそれに伴って変化する。したがって、異なる距離X1に対応する磁気抵抗Rm1の異なる複数の値に対応して、関係F=f(Rm1,I)又はテーブル情報を求めておくことが好ましい。例えば、距離X1として、1.0mmを中心にして前後0.05mm間隔とし、0.85mm、0.90mm、0.95mm、1.00mm、1.05mm、1.10mm、1.15mm、というように設定して各X1の値に対応する磁気抵抗Rm1に対して関係F=f(Rm1,I)又は、テーブル情報を求めておく。間隔を小さくすればより正確な電流値を設定できるが、記憶しておくデータ量が多くなるので、許容可能な範囲で型締力を求めることができる程度の間隔とすればよい。

また、同じ吸着力を作用させても、得られる型締力は、用いる金型の剛性、厚み等により異なることから、型締装置に実際に取り付けられる金型毎に、関係F=f(Rm1,I)又はテーブル情報を求めておくことが好ましい。

しかしながら、通常は、金型は頻繁に変更されるため、間隙の距離を把握しながらコイル48に供給する電流を決定したほうがよい。ここで、間隙の距離は、リニアモータに備えられた位置検出器(図示せず)と、型厚調整機構に備えられた位置検出器(図示せず)を用いて、間隙の距離を算出するようにしてもよいが、リヤプラテン13と吸着板22との間に、位置検出器を備えてもよい。リヤプラテン13と吸着板22との間に位置検出器を備えるほうが、部品の取り付け誤差などの外乱の影響をできるだけ排除することができるので、精度よく型締力を発生させることができる。

また、リヤプラテン13に温度検出器を備えることが好ましい。この場合、コイル48に流れる電流によって、磁気回路中の温度上昇による透磁率の変化を把握することができ、成形中に透磁率が変化しても、精度よく型締力を発生させることができる。

このように、成形中も間隙の距離を検出したり、温度検出器によって磁気回路の温度を検出して磁気抵抗Rm1の変化を求め、さらに、関係F=f(Rm1,I)又はテーブル情報とともに用いることで、磁気回路の温度が変化しても型締力を精度よく発生させることができる。

さらに、コイル48と対向する吸着板22に永久磁石を備えることとしてもよい。この場合、コイル48に電流を供給しなくても、リヤプラテン13と吸着板22との間に吸着力を発生させることができるので、永久磁石が発生する吸着力の分、型締力をオフセットさせることができる。したがって、少ない電流で、目標の型締め力Fを得ることができる。

以上のように、本実施形態による型締装置によれば、電磁石49に印加する電圧と、それに対応して流れる電流とを測定して磁気抵抗Rm1を求め、F=f(Rm1,I)という関係に基づいて、目標型締力Fが得られる電流値Iを精度よく求めることができる。磁気抵抗Rm1には、目標型締力Fが発生する際の電磁石49と吸着板22との間の間隙の実際の距離が反映されているため、型締力を発生させたときの型締装置の構成部品の歪みや変形があっても、目標型締力Fを精度よく発生させることができる。すなわち、型締力を発生させることで電磁石49と吸着板22の間の間隙の距離が僅かに変化したり、電磁石49と吸着板22の対向面の平行度や平面度が僅かに変化した場合でも、その変化は磁気抵抗Rm1に反映されるため、目標型締力Fを精度よく発生させることができる。また、磁気抵抗Rm1には、鉄心として機能する吸着板22及び電磁石49のコア46とヨーク47の透磁率が反映されており、透磁率の温度依存性も考慮することができるため、電磁石49と吸着板22の温度が変化した場合でも、温度変化に対応した電流値Iを求めることができ、常に目標型締力Fを精度よく発生させることができる。

次に、上述の関係F=f(Rm1,I)又はテーブル情報を有した型締装置の動作について説明する。

量産成形前に、関係F=f(Rm1,I)又はテーブル情報は制御部60へ入力されている。

リニアモータ28に電流が供給されると、リニアモータ28は駆動され、リニアモータ28の駆動にともなって可動プラテン12が前進する。また、吸着板22はロッド39によって可動プラテン12に連結しているので、吸着板22も可動プラテン12とともに前進する。固定金型15と可動金型16との間の距離が予め定められた距離以下になると、リニアモータ28は減速動作を行いながら、金型19は当接される。ここで、リヤプラテン13と吸着板22との間の距離はX0である。

続いて、制御部60は、間隙の距離はX0であるがX1に対応する予め定められた電流I1をコイル48に供給する。これにより、磁性体である吸着板22の吸着部51が電磁石49の吸着力によって吸着され、これに伴い、タイバーが引張され、間隙の距離はX0からX1へと変化する。ここで、コイル48に供給される電流I1は、型締力発生時のタイバーの伸びを含めた間隙の距離X1においてオペレータが設定した目標型締力Fが発生するように関係F=f(Rm1,I)又はテーブル情報によって算出された電流値である。これにより、金型19に型締力が作用し、型締めが行われる。そして、射出装置17により金型19内に充填された溶融樹脂が個化すると、前記電流の供給は停止される。そして、リニアモータ28が駆動され、型開き動作が行われ、金型19から成形品が取り出される。

型締装置により形成される成形品が同一で、金型の変更がほとんど無い場合には、同一の成形条件によって成形されるので、間隙の距離を測定する位置検出器を備えずに成形することができる。

磁気抵抗と型締力との関係を示す図である。 本発明が適用される型締装置の側面図である。 本発明が適用される型締装置の側面図である。 図2に示すリヤプラテンと吸着板との間の間隙を拡大して示す図である。 磁気抵抗が異なる場合の励磁電流と吸着力との関係を示す図である。 電磁石と吸着板とにより形成される磁気回路を示す図である。 型締力を発生させるために電磁石のコイル印加した電圧と、その際にコイルに流れる電流を示す図である。 所定の周波数の電圧振幅を重畳した電圧と、それにより得られる電流を示す図である。 得られる型締力の値と供給すべき電流値とを対応させたテーブル情報の一例を示す図である。

符号の説明

10 型締装置
11 固定プラテン
12 可動プラテン
13 リヤプラテン
14 タイバー
21 ガイドポスト
22 吸着板
28 リニアモータ
37 電磁石ユニット
39 ロッド
43 ねじ
44 ナット
46 コア
47 ヨーク
48 コイル
49 電磁石
51 吸着部
60 制御部
Fr フレーム
Gd ガイド

Claims (9)

  1. 電磁石と磁性体との間の間隙に磁界を形成して該磁性体に作用する吸着力により型締力を発生する型締装置であって、
    発生すべき目標型締力をFとし、該目標型締力Fが発生しているときの前記電磁石と前記磁性体との間の間隙を含む磁路の磁気抵抗をRm1とし、該目標型締力Fが発生しているときに前記電磁石のコイルに流れる電流をIとしたときに、
    F=f(Rm1,I)
    という関係に基づいて型締力を制御することを特徴とする型締装置。
  2. 請求項1記載の型締装置であって、
    前記間隙の前記磁気抵抗Rm1は、前記電磁石の前記コイルに流れる電流Iと前記コイルに印加される電圧Vとの関係に基づいて算出されることを特徴とする型締装置。
  3. 請求項2記載の型締装置であって、
    前記電流Iと前記電圧Vとの関係は、型締力を発生させる際の前記電圧Vの立ち上がり特性と前記電流Iの立ち上がり特性との関係に基づいて求められることを特徴とする型締装置。
  4. 請求項2記載の型締装置であって、
    前記電流Iと前記電圧Vとの関係は、型締力を発生させる際の前記電圧Vに所定の周波数の電圧を重畳させ、前記電流Iに現れる該周波数の電流振幅を検出し、該所定の周波数の電圧振幅と該所定の周波数の電流振幅との関係に基づいて求められることを特徴とする型締装置。
  5. 請求項記載の型締装置であって、
    前記磁気抵抗は、前記電磁石と前記磁性体とにより形成される磁路の透磁率に依存する項と、前記間隙の距離に依存する項とを含む関係式に基づいて算出されることを特徴とする型締装置。
  6. 請求項1記載の型締装置であって、
    前記関係F=f(Rm1,I)は、前記目標型締力Fの値とその値が得られる前記電流Iの値とを関連付けて示すテーブル情報により表されることを特徴とする型締装置。
  7. 請求項1記載の型締装置であって、
    前記関係F=f(Rm1,I)は、前記磁気抵抗の異なる複数の値の各々に対して求められることを特徴とする型締装置。
  8. 請求項1記載の型締装置であって、
    前記関係F=f(Rm1,I)は、取り付けられる金型に対応して求められることを特徴とする型締装置。
  9. 請求項1記載の型締装置であって、
    前記関係F=f(Rm1,I)は、型締装置を実際に動作させて測定された値、又は金型装置の動作のシミュレーションにより得られた値から求められることを特徴とする型締装置。
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