JP5353483B2 - トグル式型締装置におけるトグル機構の劣化診断方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイカストマシンや樹脂射出成形機などの成形機で用いられているトグル式型締装置において、トグル機構を長期間運転することにより生じる磨耗などの経年劣化を、変位センサーによって運転中に測定および監視し、重大故障の発生を未然に防止するための、予防保全の方法およびその装置に関わる。

ダイカストマシンや樹脂射出成形機は、金型が閉じられ大きな型締力を負荷されている状態で、連動する射出装置から、溶融状態の軽金属や樹脂を金型内に射出充填し、冷却固化後に金型を大きく開いて成形品を取り出すことにより、所望の形状の成形品を生産することができる。よって、そのための型締装置には、金型を短時間で開閉動作するとともに、大きな型締力を金型に負荷する機能が要求される。そのような型締装置の機構の一つとして、トグル式型締装置が広く用いられている。

図７などを用いて、トグル式型締装置１０のトグル機構について説明する。図７は、油圧駆動式のものを示す。
マシンベース１３の上には、固定プラテン１４が固定キー１４ａを介して固定的に載置されている。可動プラテン１５は、マシンベース１３上に摺動移動可能に載置されている。固定プラテン１４と可動プラテン１５には、固定側と可動側からなる金型１２が取り付けられており、可動プラテン１５が前後進移動することにより、金型１２を開閉できる。

可動プラテン１５の後方（図の左側）には、トグル機構が装着されている。可動プラテン１５にはトグルピン４０を介してトグルリンク２２が連結し、さらにミッドリンク２３が連結する。ミッドリンク２３は、リンクハウジング１６と連結するとともに、クロスヘッドリンク２４ともトグルピンを介して連結する。クロスヘッドリンク２４はクロスヘッド２５と連結する。クロスヘッド２５は、リンクハウジング１６に固定されている型締シリンダー２０のシリンダーロッド２１と結合している。
また、固定プラテン１４、可動プラテン１５、リンクハウジング１６には、４本のタイバー１７が貫通しており、固定プラテン側で固定ナット１８により、リンクハウジング１６側で可動ナット１９により、ねじ固定される。可動ナット１９は、図示せぬダイハイト調整装置によって回転させることが可能で、金型１２の型厚に応じてリンクハウジング１６およびトグル機構を移動調整することができる。

型締シリンダー２０のロッド側とヘッド側には、図示せぬ油圧装置により高圧の作動油が供給され、シリンダーロッド２１を伸ばしたり、引き込んだりすることができる。この動作によって、クロスヘッド２５が前後進運動し、さらにトグル機構が動作し、そして可動プラテン１５を開閉動作させることができる。

図８は、可動プラテン１５が後退し、金型１２が開いた状態を示す。型締シリンダー２０のロッド室に作動油が供給されることにより、シリンダーロッド２１およびクロスヘッド２５が左側に動き、トグル機構が折れ曲がって可動プラテン１５が後退する。この状態で、金型内で成形された成形品が金型から取り外され、取り出し装置によって機外へと運び出される。

図８の状態から、型締シリンダー２０のヘッド室に作動油が供給されると、シリンダーロッド２１が伸ばされ、トグル機構が動き、可動プラテン１５が右側に動く。そして、図７の様に、可動側の金型と固定側の金型がタッチした状態になる。
ここから、さらにシリンダーロッド２１を伸ばすと、クロスヘッド２５が右側に動き、図９の様に、トグル機構が一直線上に伸びて、金型１２に型締力が負荷される状態になる。型締シリンダー２０のヘッド室に作動油が高圧で供給されることにより、シリンダーロッド２１およびクロスヘッド２５が大きな力で右側に動き、ミッドリンク２３がクロスヘッドリンク２４に大きな力で押されることにより、ミッドリンク２３およびトグルリンク２２は一直線上に伸び、タイバー１７が伸ばされ、その反力として、金型１２に型締力が負荷される。また、４本のタイバー１７は、均一に伸ばされるよう、それぞれの可動ナット１９は調整されている。

図１０は、電動駆動式のトグル式型締装置を示す。クロスヘッド２５には、ボールねじナット３２が装着されている。ボールねじナット３２と螺合するボールねじ軸３１は、リンクハウジング１６に回転自在且つ軸方向には拘束された状態で支持されている。また、ボールねじ軸３１の左側は、ベルト＆プーリ３３が接続されており、それらは、サーボモータ３０の回転軸と連結している。サーボモータ３０は図示せぬ支持部品によって、リンクハウジング１６に固定されている。この状態でサーボモータ３０の回転軸が回転運動すると、ベルト＆プーリ３３によって、ボールねじ軸３１も回転する。ボールねじ軸３１が回転すると、螺合するボールねじナット３２の作用により、クロスヘッド２５が前後進運動し、油圧駆動式の型締装置と同様、型開閉や型締力の負荷が可能となる。

トグル式型締装置を横から見た図を、図１１に示す。トグル機構の外側にはタイバー１７が装着され、固定プラテン１４、可動プラテン１５、リンクハウジング１６を貫通している。リンクハウジング１６から、タイバーの外周を覆うようにスペーサ２８が取り付けられており、スペーサ２８の右側の端面にはガイドロッド固定板２７が取り付けられている。ガイドロッド固定板２７は、タイバー１７によって上下方向に支持されている。リンクハウジング１６には、ガイドロッドカラー２９ａを介してガイドロッド２９が固定的に取り付けられ、その右側はガイドロッド固定板２７に支持されている。

クロスヘッド２５には、円環状のガイドロッドブッシュ２５ａが取り付けられており、その中にガイドロッド２９が貫通している。クロスヘッド２５は、ガイドロッド２９によって重量が支持されている。型締シリンダー２０のシリンダーロッド２１が伸び縮みすることにより、クロスヘッド２５がガイドロッド２９に支持されながら摺動運動し、トグル機構が動く。

図１２は、トグル式型締装置を上から見た図である。トグルピン４０を介することによって、可動プラテン１３、トグルリンク２２、ミッドリンク２３、クロスヘッドリンク２４、リンクハウジング１６が連結されている。トグルピン４０は、リンクハウジング１６などに、トグルピンカバー４１により固定される。この図は、ミッドリンク２３が３本の形式のトグル機構を示すが、ミッドリンク２３が２本のトグル機構も使用されている。

矢印Ａの方向から見た図が、図１３である。トグル機構の両側に、タイバー１７に支持されてガイドロッド固定板２７が左右に２個取り付けられている。さらに、ガイドロッド固定板２７に支持されたガイドロッド２９によって、クロスヘッド２５が支持され、クロスヘッドリンク２４など他のトグル機構と連結している。

このようなトグル機構においては、クロスヘッドの位置により、型締シリンダー２０が発揮する力と可動プラテンが金型を押す力の比率（いわゆるトグル倍率）が変化する。クロスヘッドが型締位置近くになり、トグルリンク２２とミッドリンク２３が一直線上近くに伸びると、トグル倍率が大きくなるので、小さな型締シリンダー２０の力から大きな型締力を発生させることできるという利点がある。
図１４に、正常なトグル型締状態での型締動作を示す。上の図の型締途中（型締力が上昇中）では、クロスヘッドが前進することにより、ミッドリンクおよびトグルリンクが一直線上に伸ばされる。この時、クロスヘッドリンクには圧縮力が作用している。そして、型締限（型締完了）になると、ミッドリンクとトグルリンクは一直線上になり、クロスヘッドリンクには力は作用しない。

図１５に、リンクハウジング１６とミッドリンク２４を連結する、トグルピン４０とブッシュ４０ａの状態を示す。ピン４０は、トグルピンカバーによってリンクハウジング１６に固定されており、またブッシュ４０ａはミッドリンク２４に嵌め込まれて固定されている。型開閉動作では、トグルピン４０を回転中心としてミッドリンク２４は回転運動する。その時、トグルピン４０とブッシュ４０ａの間には潤滑油が供給されているので、大きな型締力が作用している状態でも、滑らかに摺動回転することができる。
しかし、使用期間が長くなったり、あるいは潤滑油の供給が不十分であったりすると、摩擦抵抗が大きくなり、ブッシュ４０ａの摩耗が進行して、図１５が示すように、トグルピン４０がブッシュ４０ａに食い込んでいく。すると、可動プラテン１５とリンクハウジング１６の相対的な位置関係が変わり、故障を起こすことになる。

このようなトグル機構によって、型締状態から型開き工程に移行する時の状態を、図１に示す。上側の図は正常状態を示し、トグルリンクとミッドリンクが一直線上の状態から、上側のトグル機構も下側のトグル機構も中心線側に対称に内側へ折れ曲がり、スムーズな型開き工程が実施できる。
しかし、トグル機構に過度の摩耗による異常状態が生じバランスが崩れると、図９の下図のように、上側のトグル機構は内側に折れ、下側のトグル機構は外側に折れた状態になる。そうなると、クロスヘッド２５が傾いた姿勢の型締状態が発生する。下側のトグル機構が下側（外側）に折れ曲がった状態（逆トグル状態）で型開き工程を行なうと、下側のトグル機構は中心線側（内側）に折れ曲がることが困難でロックアップ状態となり、動かなくなる。特に、油圧式では、型開きは面積の小さいロッド側室に高圧油を供給するので、大きな型開き力が出なく、ロックアップ状態になりやすい。
この状態になると、運転を即座に停止し、型締装置を分解するなどして修復をする必要がある。

図２は、上側トグルピンとブッシュが焼付きした場合の状態を示す。上図は型締限付近の状態を示し、上側のトグル機構が焼付きのためスムーズに動かなくり、クロスヘッドに下向きの力が働く。下図の型締限においては、クロスヘッドが下側に押し下げられ傾いて、下側のトグル機構が逆トグル状態になっている。

図３は、ガイドロッドブッシュ２５ａが摩耗して、クロスヘッドが下がり、下向きに傾いて逆トグルになる状態を示す。クロスヘッドには、ガイドロッドブッシュ２５ａが取り付けられており、ガイドロッド２９上を摺動しながら型開閉動作する。よって、長期間の運転あるいは潤滑不良になると摩耗し、クロスヘッド２５が下がって傾いた状態となる。

このような、トグル機構の劣化による故障を未然に防ぐため、特許文献１において、トグル機構の各構成部品に加わる応力を計測し、あらかじめ設定された応力基準値と比較して摩耗量を推定する型締機構異常監視方法が開示されている。

特開２００１−１７０７５２号公報

しかしながら、トグル機構に加わる応力は、摩耗量を直接的に示すものではないため、十分な異常監視ができなかった。また、型締め毎に応力が作用するトグル機構に歪みゲージを貼って応力を測定すると、長期間に亘る測定では、歪みゲージ自体の劣化も生じるため、計測精度の信頼性が確保できなかった。さらに、可動部品であるミッドリンク等に歪みゲージを貼って配線をすると、配線の引き回しが困難であり、断線の可能性もあった。

以上の課題を解決するために、本願発明の第１の発明では、トグル機構における構成部品の相対位置を非接触式変位センサーで測定し、構成部品の相対位置関係によりトグル機構の劣化を判定する場合に、構成部品の相対位置関係を、クロスヘッドの傾きとする、トグル機構の劣化を判定する診断方法とする。
第２の発明では、トグル機構における構成部品の相対位置を非接触式変位センサーで測定し、構成部品の相対位置関係によりトグル機構の劣化を判定する場合に、構成部品の相対位置関係を、可動プラテンとリンクハウジングの間の距離の偏差とする、トグル機構の劣化を判定する診断方法とする。
第３の発明では、トグル機構の構成部品に装着されており、クロスヘッドの傾きを測定する非接触式変位センサーと、あらかじめクロスヘッドの傾きの基準値が記憶されており、非接触式変位センサーの測定値と基準値を比較し、基準値を超えた場合は警告を発する制御装置からなるトグル機構の劣化診断装置である。
第４の発明では、トグル機構の構成部品に装着されており、可動プラテンとリンクハウジングの間の距離を複数個所測定する非接触式変位センサーと、あらかじめ複数個所の前記距離の偏差の基準値が記憶されており、非接触式変位センサーの測定値と基準値を比較し、基準値を超えた場合は警告を発する制御装置からなるトグル機構の劣化診断装置である。
第５の発明では、非接触式変位センサーはレーザ式変位センサーであるトグル機構の劣化診断装置とする。

以上のことから、本願発明においては、
（１）成形運転中に、トグル機構の劣化を常時測定、監視が可能であるため、重大故障の発生を未然に防止できる。
（２）センサーが非接触式であり経年劣化することが無いので、長期間にわたって正確にトグル機構の劣化を測定、監視できる。

本願発明に係る、型開き工程での正常状態と、異常状態におけるクロスヘッドの傾きを測定する状態を示す図である。 上トグルピンおよびブッシュが焼付きした場合の異常状態を示す図である。 ガイドロッドブッシュが磨耗した場合の異常状態を示す図である。 変位センサーがクロスヘッドの傾きを測定している状態を示す図である。 可動プラテンとリンクハウジングの間隔を測定している状態を示す図である。 可動プラテンとリンクハウジングの間隔を測定する場所を示す図である。 ダイカストマシンや樹脂射出成形機に用いられている、一般的な油圧駆動のトグル式型締装置とそのトグル機構を示す図である。 トグル式型締装置の、金型を開いた状態を示す図である。 トグル式型締装置の、金型に型締力を負荷している状態を示す図である。 電動駆動のトグル式型締装置を示す図である。 トグル式型締装置を横から見た図である。 トグル式型締装置を上から見た図である。 トグル式型締装置を図１１のA方向から見た図である。 トグル式型締装置における正常なトグル型締状態を示す図である。 トグル機構のブッシュが摩耗している状態を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施例を説明する。

図４に、本発明に係るトグル機構の劣化診断装置の構造を示す。
下の図は、ガイドロッド固定板２７およびクロスヘッド２５を、可動プラテン側から見た図である。ガイドロッド固定板２７上において、ガイドロッド２９の上と下の位置に２個の取付け部品５１が取り付けられ、それらに２個のレーザ式（非接触式）の変位センサー５０が取り付けられている。上の図は、取付け部品５１や変位センサー５０を上から見た図である。レーザ式の変位センサー５０からレーザ光線を照射し、反射光を受光することにより、クロスヘッド２５までの距離を測定する状態を表わす。変位センサー５０は、照射したレーザ光線が、反射物（クロスヘッド２５）によってはね返り、受光した位置を微小に感知することにより、反射物までの距離が測定できる構造である。よって、上下の２個の変位センサー５０によって測定したクロスヘッド２５までの距離を比較することにより、クロスヘッド２５の傾きが測定できる。レーザ光による非接触式の測定であるため、計測装置自体が劣化することはない。また、ガイドロッド固定板２７の位置や姿勢は、摩耗などの影響を受けないので安定的である。

正常状態における相対位置関係を把握しておくため、まず、組立て試運転時における、摩耗の無い初期状態（傾きが無い）でのクロスヘッドまでの位置を測定し、制御装置に記憶する。正常状態における測定値と、運転時での測定値の差が摩耗などの状態を示す。
クロスヘッド２５の傾きは、型開きに支障がない許容できる基準値を、幾何学的計算や経験値によって予め設定しておく。型締動作毎に変位センサー５０によって測定する傾きが、基準値を超えたかどうかを制御装置が判定することにより、トグル機構の劣化を診断することができる。そして、許容値を超えた場合は、アラーム表示などの警告を発してオペレータに知らせ、重大故障が発生する前に、適切なタイミングで分解、部品交換などの処置を施す。

図５は、リンクハウジング１６に変位センサー５０を取り付け、可動プラテン１５までの距離を測定している図である。図６にリンクハウジング１６を可動プラテン側から見た図を示すが、変位センサー５０は上下左右に４個取り付けられている。そして、型締め毎に、それぞれの変位センサー５０で測定された可動プラテンまでの距離の偏差を、基準値と比較することにより、トグル機構の摩耗を診断することが可能となる。
例えば、上側の２個の変位センサーによる計測距離が小さくなれば、上側のトグル機構の摩耗が進行していることが予測できる。

このように、型締動作を行なう毎に変位センサー５０によって距離を測定し、トグル機構の劣化状態を診断しておけば、型締装置の運転が異常故障で動作不能となる前に、メインテナンスを行なうことができ、予防保全が可能となる。定期的に稼動を停止して行なう定期メインテナンスの時に、トグル機構の解体、部品交換をしておけば、安定的に生産活動を続けることが可能となる。

以上説明した実施例は、トグル式型締装置であれば、油圧駆動式でも電動駆動式でも両方に適用可能である。また、ダイカストマシンあるいは樹脂射出成形機の、どちらにも適用することができる。

上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。

ダイカストマシンや樹脂射出成形機によって成形品を生産する生産工場において実用可能であり、生産活動の安定化および生産設備の長寿命化に貢献できる。

１０ トグル式型締装置
１２ 金型
１３ マシンベース
１４ 固定プラテン
１４ａ 固定キー
１５ 可動プラテン
１６ リンクハウジング
１７ タイバー
１８ 固定ナット
１９ 可動ナット
２０ 型締シリンダー
２１ シリンダーロッド
２２ トグルリンク
２３ ミッドリンク
２４ クロスヘッドリンク
２５ クロスヘッド
２５ａ ガイドロッドブッシュ
２７ ガイドロッド固定板
２８ スペーサ
２９ ガイドロッド
２９ａ ガイドロッドカラー
３０ サーボモータ
３１ ボールねじ軸
３２ ボールねじナット
３３ ベルト＆プーリー
４０ トグルピン
４０ａ ブッシュ
４１ トグルピンカバー
５０ 変位センサー
５１ 取付け部品

Claims (5)

1. 金型に型締力を負荷し開閉動作を行なうトグル式型締装置において、トグル機構における構成部品の相対位置を非接触式変位センサーで測定し、前記構成部品の相対位置関係によりトグル機構の劣化を判定する場合に、前記構成部品の相対位置関係を、クロスヘッドの傾きとすることを特徴とするトグル機構の劣化診断方法。
2. 金型に型締力を負荷し開閉動作を行なうトグル式型締装置において、トグル機構における構成部品の相対位置を非接触式変位センサーで測定し、前記構成部品の相対位置関係によりトグル機構の劣化を判定する場合に、前記構成部品の相対位置関係を、可動プラテンとリンクハウジングの間の距離の偏差とすることを特徴とするトグル機構の劣化診断方法。
3. 金型に型締力を負荷し開閉動作を行なうトグル式型締装置において、トグル機構の構成部品に装着されており、クロスヘッドの傾きを測定する非接触式変位センサーと、あらかじめ前記クロスヘッドの傾きの基準値が記憶されており、前記非接触式変位センサーの測定値と前記基準値を比較し、基準値を超えた場合は警告を発する制御装置からなることを特徴とするトグル機構の劣化診断装置。
4. 金型に型締力を負荷し開閉動作を行なうトグル式型締装置において、トグル機構の構成部品に装着されており、可動プラテンとリンクハウジングの間の距離を複数個所測定する非接触式変位センサーと、あらかじめ前記複数個所の前記距離の偏差の基準値が記憶されており、前記非接触式変位センサーの測定値と前記基準値を比較し、基準値を超えた場合は警告を発する制御装置からなることを特徴とするトグル機構の劣化診断装置。
5. 前記非接触式変位センサーはレーザ式変位センサーであることを特徴とする請求項３及び請求項４のいずれか１項に記載のトグル機構の劣化診断装置。

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