JP5694061B2

JP5694061B2 - 型締装置及び型締方法

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Publication number: JP5694061B2
Application number: JP2011128369A
Authority: JP
Inventors: 弾水原
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-06-08
Also published as: CN102814953A; JP2012254548A; CN102814953B

Description

本発明は型締装置及び型締方法に係り、特にトグル機構を用いた型締装置及び型締方法に関する。

一般に、射出成形機として電動式の射出成形機が多用されている。これは、電動式射出成形機は、油圧式射出成形機に比べて油圧ポンプや油圧配管、弁が不要であるので構造が簡単になるという理由による。また、動力源としてサーボモータを使用していることにより、制御がしやすいという利点もある。この射出成形機は、樹脂の射出処理を行う射出装置と、金型装置を構成する固定金型を可動金型を型締する型締装置とを有した構成とされている。

型締装置としては、トグル方式が多用されている。トグル方式の型締装置は、モータで発生した力をトグル機構で倍増し、トグルリンクを介して金型に型締力を与える方式である。このトグル方式の型締装置としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。

特許文献１に示されるように、トグル方式の型締装置はトグルの腕が伸びきったところでモータを停止させ、前記トグルの腕が伸びきった分だけタイバーを引っ張り、そのタイバーの伸びにより発生した弾性回復力により金型を型締する構成とされている。

特開平０５−００４２６４号公報

しかしながら、トグルの腕が伸びきった状態（クニッキングが零の状態）で金型を型締する構成の型締装置では、型締時にトグル機構を構成するトグルアーム及びトグルレバーの連結位置に大きな型締力が直接印加される。このため、トグルの腕が伸びきった状態で型締を行う型締装置では、連結位置の油膜切れ等によりデッドロックが発生し、型開き時にトグル機構が動かなくおそれがあるという問題点があった。

この問題点を解決する方法として、トグル機構にクニッキングを持たせることが考えられる。しかしながら、単にクニッキングを持たせた構成では、モータで受ける型締力が増大し、モータとして出力が大きなものを用いる必要があり、モータの大型化及び消費電力の増大が生じるという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、モータの出力増大を伴うことなく、トグル機構にデッドロックが発生することを防止しうる型締装置及び型締方法を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
可動プラテンを固定プラテンに対して進退させるトグル機構と、
前記トグル機構と接続されたクロスヘッドを移動させる型締モータと、を含む型締装置において、
前記クロスヘッドを、前記トグル機構がクニッキングを有する所定の型締位置に移動させて前記型締モータを停止させた型締状態で、当該型締位置に保持可能にし、
前記クロスヘッドが前記型締位置に保持された際、前記トグル機構から印加される力の前記クロスヘッドの移動方向に対する角度を８０°≦θ≦１１０°に設定したことを特徴とする射出装置により解決することができる。

また上記の課題は、第２の観点からは、
型締モータでクロスヘッドを移動させることによりトグル機構を駆動し、可動プラテンを固定プラテンに対して進退させて金型を型締する型締方法において、
前記トグル機構がクニッキングを有し、かつ前記クロスヘッドが保持される所定の型締位置で、前記型締モータを停止させ、
前記型締モータが停止された型締状態において、前記トグル機構から印加される力の前記クロスヘッドの移動方向に対する角度を８０°≦θ≦１１０°に設定したことを特徴とする型締方法により解決することができる。

開示の型締装置及び型締方法によれば、トグル機構にデッドロックが発生することを防止することができると共に、型締時にモータに作用する力を低減することができるためモータ出力を低く維持することができる。

図１は、本発明の一実施形態である型締装置の概略構成図である。図２は、本発明の一実施形態である型締装置の動作を説明するための図である。図３は、型締を行いうる第２トグルレバー２３の角度範囲を説明するための図である。図４は、トグルサポートに設けられたクロスヘッド固定装置を説明するための部分断面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

なお、本発明による型締装置及び型締方法は、押出成形装置、ラミネータ、トランスファー成形装置、ダイキャストマシーン、ＩＪ封止プレス等の各種の成形機に適用することができる。以下説明する本実施形態では、型締装置及び型締方法を射出成形機に適用した例にあげて説明するものとする。

図１は、本発明の一実施形態である型締装置１０の概略図である。型締装置１０は、フレーム１７と、フレーム１７に固定された固定プラテン１２と、固定プラテン１２との間に所定の距離を置いてフレーム１７に対して移動可能に配設されたトグルサポート１５とを具備する。また、固定プラテン１２とトグルサポート１５との間には、複数（例えば、四本）のタイバー１６が延在している。

可動プラテン１３は、固定プラテン１２に対向して配設され。この可動プラテン１３はタイバー１６に支持されており、このタイバー１６に沿って進退可能（図におけるＸ１，Ｘ２方向に移動可能）に配設された構成とされている。

金型装置１１は、固定金型１１ａと可動金型１１ｂとから成る。固定金型１１ａは、固定プラテン１２における可動プラテン１３と対向する金型取り付け面に取り付けられる。一方、可動金型１１ｂは、可動プラテン１３における固定プラテン１２と対向する金型取り付け面に取り付けられる。

なお、可動プラテン１３の後端（図における左端）には、エジェクタピン（図示せず）を移動させるための駆動装置が取り付けられてもよい。また、可動金型１１ｂは、フレーム１７上に設けられたガイドで案内されるよう構成してもよい。

可動プラテン１３とトグルサポート１５との間には、トグル式型締装置としてのトグル機構２０が取り付けられる。トグルサポート１５の後端には、トグル機構２０を作動させる型締モータ２６が配設される。

型締モータ２６は、回転運動を往復運動に変換するボールねじ機構等から成る運動方向変換装置（図示せず）を備え、駆動軸２５を進退（図におけるＸ１，Ｘ２方向に移動）させることによって、トグル機構２０を作動させることができる。なお、型締モータ２６は、サーボモータであることが好ましく、回転数を検出するエンコーダとしての型開閉位置センサ２７を備える。

上述のトグル機構２０は、駆動軸２５に取り付けられたクロスヘッド２４、クロスヘッド２４に揺動可能に取り付けられた第２トグルレバー２３、トグルサポート１５に揺動可能に取り付けられた第１トグルレバー２１、及び、可動プラテン１３に揺動可能に取り付けられたトグルアーム２２を有する。第１トグルレバー２１と第２トグルレバー２３との間、及び、第１トグルレバー２１とトグルアーム２２との間は、それぞれ、リンク結合される。

このトグル機構２０は、いわゆる、内巻五節点ダブルトグル機構であり、上下が対称の構成を有し、上下対称の動作を行う。また以下の説明では、可動プラテン１３、トグルサポート１５、各レバー２１，２３、トグルアーム２２、及びクロスヘッド２４が接合する接合点（節）Ｐ１〜Ｐ５を次のように定義する。
Ｐ１：第２トグルレバー２３とクロスヘッド２４が接合する第１接合点
Ｐ２：第１トグルレバー２１と第２トグルレバー２３が接合する第２接合点
Ｐ３：トグルサポート１５と第１トグルレバー２１が接合する第３接合点
Ｐ４：第１トグルレバー２１とトグルアーム２２が接合する第４接合点
Ｐ５：可動プラテン１３とトグルアーム２２が接合する第５接合点
上記構成とされたトグル機構２０は、型締モータ２６を駆動してクロスヘッド２４を進退させることによって作動する。この場合、クロスヘッド２４を前進（図におけるＸ１方向に移動）させると、可動プラテン１３が前進させられて型閉が行われる。そして、型締モータ２６による推進力にトグル倍率を乗じた型締力が発生させられ、その型締力によって型締が行われる。

また、トグルサポート１５の後端（図における左端）には、固定プラテン１２に対するトグルサポート１５の位置を調整するために、型締位置調整装置３５が配設される。トグルサポート１５には、タイバー挿通孔（図示せず）が複数、例えば、四つ形成され、タイバー１６の図における左端（Ｘ２方向端）が、それぞれのタイバー挿通孔に挿入される。なお、タイバー１６の右端は、固定ナット１６ａによって固定プラテン１２に固定されている。

タイバー１６は、図における左端の外周にねじが形成されたねじ部３６を有し、調整ナット３７がそれぞれのタイバー１６のねじ部３６に螺合される。なお、調整ナット３７は、トグルサポート１５の後端に回転可能に、かつ、タイバー１６の軸方向に移動不能に取り付けられる。また、調整ナット３７の外周には被駆動用歯車３７ａが取り付けられている。

トグルサポート１５の後端における上方部には、型締位置調整用駆動源としての型厚モータ３１が配設される。型厚モータ３１の回転軸には、駆動用歯車３３が取り付けられている。

調整ナット３７の被駆動用歯車３７ａ及び駆動用歯車３３の周囲には、チェーン、歯付きベルト等の駆動用線状体３４が架け回されている。そのため、型厚モータ３１を駆動して、駆動用歯車３３を回転させると、それぞれのタイバー１６のねじ部３６に螺合された調整ナット３７が同期して回転させられる。

これにより、型厚モータ３１を所定の方向に所定の回転数だけ回転させて、トグルサポート１５を所定の距離だけ進退させることができる。なお、型厚モータ３１は、サーボモータであることが好ましく、回転数を検出するエンコーダとしての型締位置センサ３２を備える。

型厚モータ３１の回転を調整ナット３７に伝達する手段は、タイバー１６のねじ部３６に螺合された調整ナット３７を同期して回転させられるものであれば、いかなるものであってもよい。例えば、駆動用線状体３４に代えて、駆動用歯車３３及び駆動用歯車３３のすべてに係合する大径の歯車をトグルサポート１５の後端に回転可能に配設することとしてもよい。

次に、図１及び図２を参照し、上記構成とされた型締装置１０の動作について説明する。なお図２では、図示及び説明の便宜上、第１トグルレバー２１，トグルアーム２２，第２トグルレバー２３、及びクロスヘッド２４については、第１接合点Ｐ１〜第５接合点Ｐ５のみを図示して説明するものとする。

図２（Ａ）は、クロスヘッド２４及び可動プラテン１３は図中Ｘ２方向に移動した駆動前状態を示している。この駆動前状態では、金型装置１１を構成する固定金型１１ａと可動金型１１ｂは離間した状態となっている。また、第１トグルレバー２１とトグルアーム２２は、略く字状に折り曲がった状態となっている。

型締モータ２６が駆動して駆動軸２５が回転すると、図２（Ｂ）に示すように、クロスヘッド２４はＸ１方向に移動を開始する。これにより、トグル機構２０は作動し、可動プラテン１３を矢印Ｘ１方向に移動させる。

このように、クロスヘッド２４がＸ１方向に移動することにより、第２トグルレバー２３とクロスヘッド２４の接合位置である第１接合点Ｐ１もＸ１方向に移動する。また、この移動に伴い第１トグルレバー２１とトグルアーム２２も移動し、第１トグルレバー２１とトグルアーム２２のなす角度α（図１に矢印で示す）も漸次増大する。またトグル機構２０の動作により、可動プラテン１３もＸ１方向に移動し、図２（Ｂ）に示すように、固定金型１１ａと可動金型１１ｂが型閉された状態となる。

この型閉状態から更に型締モータ２６が回転し、クロスヘッド２４が固定金型１１ａと可動金型１１ｂとを所定の型締力で型締する型締位置まで移動すると、型締モータ２６は停止される。図２（Ｃ）は、型締モータ２６が停止され、これによりクロスヘッド２４及び可動プラテン１３が停止した状態（型締状態）を示している。

なお、以下の説明において、第１接合点Ｐ１を通る水平線（第１接合点Ｐ１を通る、図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向に延在する線分）と、第２トグルレバー２３とのなす角度を型締力角度θとする。また、第２トグルレバー２３及びクロスヘッド２４を介して駆動軸２５に印加される型締力を軸印加型締力Ｆとする。

ここで、図２（Ｃ）に示される型締状態における、トグルサポート１５と第１トグルレバー２１が接合する第３接合点Ｐ３、第１トグルレバー２１とトグルアーム２２が接合する第４接合点Ｐ４、及びトグルアーム２２と可動プラテン１３が接合する第５接合点Ｐ５に注目すると、各接合点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５は一直線上に位置しない構成となっている。

具体的には、型締時において、第１トグルレバー２１とトグルアーム２２のなす角度αは、１８０°未満（α＜１８０°）となっている。よって、本実施形態に係る型締装置１０は、型締時においてトグル機構２０のクニッキングが０（零）ではない構成となっている。

ここで、クニッキングについて説明する。クニッキングとは、トグル機構２０において、トグルサポート１５と第１トグルレバー２１との接合点である第３接合点Ｐ３と、可動プラテン１３とトグルアーム２２の接合点である第５接合点Ｐ５とを結ぶ線分を想定し（図１参照）、また第１トグルレバー２１とトグルアーム２２の第４接合点Ｐ４を通って上記の線分に平行な線分を引いた時、この２本の線分間の距離Ｋがクニッキングである。従って、クニッキングＫが小さいほど、トグル機構の死点に近付くことになる。

ところで、周知のようにトグルレバー２１とトグルアーム２２とが伸びきった状態（α＝１８０°）で、換言するとクニッキングがＫ＝０の状態で型締を行うと、型締モータ２６の駆動軸２５は型締力の反力を受けない構成となる。その結果、型締モータ２６の出力を小さくでき、装置の小型化及び消費電力の低減を図ることができる。しかしながら、このような型締方法では、第３乃至第５連結位置Ｐ３〜Ｐ５の油膜切れ等によりデッドロックが発生し、型開き時にトグル機構２０が動かなくおそれがあることは前述した通りである。

これに対して本実施形態に係る型締装置１０は、トグルレバー２１とトグルアーム２２とのなす角度αが１８０°となる手前の状態、すなわちクニッキングＫが０になる前の状態において型締を行う構成としている。

しかしながら、型締時においてトグル機構２０にクニッキングを持たせる構成にすると、型締力の一部（軸印加型締力Ｆ）が第２トグルレバー２３及び第２トグルレバー２３を介して駆動軸２５に印加される。

そこで、本実施形態に係る型締装置１０では、図３（Ａ）に示すように、金型装置１１が型締された型締時において、第２トグルレバー２３が駆動軸２５の軸方向に対して垂直方向を向くよう構成した。即ち、型締時において、軸印加型締力Ｆの型締力角度θは、９０°（θ＝９０°）となっている。

また、トグル機構２０の上側（Ｚ２方向側）に位置する各リンク（第１トグルレバー２１，トグルアーム２２，第２トグルレバー２３）を介して駆動軸２５に印加される軸印加型締力Ｆは、鉛直下方（Ｚ１方向）に作用する。また、トグル機構２０の下側（Ｚ１方向側）に位置する各リンク（第１トグルレバー２１，トグルアーム２２，第２トグルレバー２３）を介して駆動軸２５に印加される軸印加型締力Ｆは、鉛直上方（Ｚ２方向）に作用する。

このように本実施形態に係る型締装置１０では、金型装置１１の可動金型１１ｂを所定の型締力で型締する型締位置で型締モータ２６を停止し、クロスヘッド２４を停止させている。本実施形態では、この型締位置における軸印加型締力Ｆの型締力角度θが、９０°となるよう設定している。

これにより、軸印加型締力Ｆの水平成分がなくなり、クロスヘッド２４に対して水平成分が作用しない構成となる。よって、トグル機構２０にクニッキングを持たせる構成としても、軸印加型締力Ｆは機械的に保持され、モータトルクでクロスヘッド位置を保持する必要がなくなる。従って、型締モータ２６の出力を小さくでき、型締モータ２６の小型化及び消費電力の低減を図ることができる。

ところで、上記のように本実施形態では型締時における型締力角度θが９０°となるよう設定したが、型締時における型締力角度θは必ずしも９０°に設定する必要はない。具体的には、型締時における型締力角度θが80°≦θ≦110°の範囲に設定しても、上記と同様の効果を得ることができる。以下、その理由について、主に図３を参照して説明する。

図３（Ｂ）は、型締力角度が９０°よりも小さい角度θ１（θ１＜９０°）である状態を示している。また、図３（Ｃ）は、型締力角度が９０°よりも大きい角度θ２（θ２＞９０°）である状態を示している。

図３（Ｂ）に示す型締力角度θ１が９０°よりも小さい場合、同図に示すように軸印加型締力ＦはＸ１，Ｘ２方向とＺ１，Ｚ２方向に分力される。即ち、駆動軸２５には、図中矢印Ｆ_ｘ１で示す分力が軸線方向（Ｘ２方向）に作用する。また、図３（Ｃ）に示す型締力角度θ２が９０°よりも大きい場合も、軸印加型締力ＦはＸ１，Ｘ２方向とＺ１，Ｚ２方向に分力され、駆動軸２５には図中矢印Ｆ_ｘ２で示す分力が軸線方向（Ｘ２方向）に作用する。この場合、トグル機構２０のモータトルクで、クロスヘッド位置を保持する必要が生じてしまう。

しかしながら、トグル機構２０には、クロスヘッド２４をガイドするクロスヘッドガイド（図示せず）が設けられている。よって、このクロスヘッドガイドとクロスヘッド２４との間で発生する摩擦力により、軸印加型締力Ｆの水平分力Ｆ_ｘ１，Ｆ_ｘ２は抑えることができる。

本発明者の実験では、クロスヘッド２４とクロスヘッドガイドとの間に発生する摩擦力と、水平分力Ｆ_ｘ１とが均衡する型締力角度θは８０°であった。また、クロスヘッド２４とクロスヘッドガイドとの間に発生する摩擦力と、水平分力Ｆ_ｘ２とが均衡する型締力角度θは１１０°であった。よって、型締力角度θを８０°以上１１０°以下（８０°≦θ≦１１０°）とすることによっても、軸印加型締力Ｆが型締モータ２６の駆動軸２５の軸方向に印加されることを防止でき、型締モータ２６の小型化及び消費電力の低減を図ることができる。

また、クロスヘッド２４に作用する軸印加型締力Ｆの水平分力でクロスヘッド２４が動かないようにするため、クロスヘッド２４を固定するクロスヘッド固定装置をトグルサポート１５に設ける構成としてもよい。

図４は、クロスヘッド固定装置の一例を示す図である。同図に示すクロスヘッド固定装置４０は、トグルサポート１５に配設されている。

このクロスヘッド固定装置４０は、クロスヘッド２４に配設された一対のロッド４１と、トグルサポート１５に形成されこの各ロッド４１を挿通する挿入孔４２と、ロック用ピストン４３に圧接されることによりクロスヘッド２４をロックするロック用ピストン４３を有している。

ロック用ピストン４３は、トグルサポート１５に形成されたロック用シリンダ４４に移動可能に設けられている。また、ロック用シリンダ４４には、バルブ４６から配管４５を介して空圧（又は油圧）が供給される構成とされている。よって、空圧（又は油圧）をロック用シリンダ４４に供給することより、ロック用ピストン４３はロッド４１に圧接され、これによりクロスヘッド２４はロックされる。

なお、クロスヘッド固定装置は図４に示すものに限定されるものではなく、他の構成とすることも可能である。具体的には、トグルサポート１５の一部をクロスヘッド２４の進行方向に延出させると共に、その先端にトグルサポート１５と係合するロック爪を設けておき、クロスヘッド２４が所定の型締位置に進行した際にロック爪がクロスヘッド２４と係合し、その移動をロックする構成としてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

１０型締装置
１１金型装置
１２固定プラテン
１３可動プラテン
１５トグルサポート
１６タイバー
１７フレーム
２０トグル機構
２１第１トグルレバー
２２トグルアーム
２３第２トグルレバー
２４クロスヘッド
２５駆動軸
２６型締モータ
２７型開閉位置センサ
３１型厚モータ
３２型締位置センサ
３３駆動用歯車
３４駆動用線状体
３５型締位置調整装置
４０クロスヘッド固定装置
４１ロッド
４２挿入孔
４３ロック用ピストン

Claims

可動プラテンを固定プラテンに対して進退させるトグル機構と、
前記トグル機構と接続されたクロスヘッドを移動させる型締モータと、を含む型締装置において、
前記クロスヘッドを、前記トグル機構がクニッキングを有する所定の型締位置に移動させて前記型締モータを停止させた型締状態で、当該型締位置に保持可能にし、
前記クロスヘッドが前記型締位置に保持された際、前記トグル機構から印加される力の前記クロスヘッドの移動方向に対する角度を８０°≦θ≦１１０°に設定したことを特徴とする型締装置。
前記角度θを９０°としたことを特徴とする請求項１記載の型締装置。
トグルサポートで前記クロスヘッドを前記型締位置にロックする構成としたことを特徴とする請求項１又は２記載の型締装置。
型締モータでクロスヘッドを移動させることによりトグル機構を駆動し、可動プラテンを固定プラテンに対して進退させて金型を型締する型締方法において、
前記トグル機構がクニッキングを有し、かつ前記クロスヘッドが保持される所定の型締位置で、前記型締モータを停止させ、
前記型締モータが停止された型締状態において、前記トグル機構から印加される力の前記クロスヘッドの移動方向に対する角度を８０°≦θ≦１１０°に設定したことを特徴とする型締方法。
前記角度θを90°としたことを特徴とする請求項４記載の型締方法。
前記型締モータが停止された型締状態において、前記クロスヘッドをトグルサポートでロックすることを特徴とする請求項４又は５記載の型締方法。