JP4745126B2 - 型締装置 - Google Patents

Description

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。

本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１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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