JP5778023B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、金型装置のキャビティ空間に溶融した樹脂を充填し、固化させることによって成形品を成形する（例えば特許文献１参照）。金型装置は固定金型及び可動金型で構成され、型締め時に固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。金型装置の型閉じ、型締め、及び型開きは型締装置によって行われる。

型締装置は、型締力を発生させる型締駆動部（例えば電磁石、モータ、又は流体圧シリンダ等）と、型締力を検出する型締力検出部と、型締力検出部によって検出される型締力の検出値と型締力の目標値との差に基づいて型締駆動部の動作を制御する型締処理部とを備える。

国際公開第０５／０９００５２号パンフレット

図５は、従来の型締め工程における型締力の目標値および検出値の経時変化を示す図である。図５において、実線は型締力の目標値の経時変化、２点鎖線は型締力の検出値の経時変化を示す。

型締め開始時（時刻ｔ０）で型締力の目標値は０（ゼロ）から設定値Ｓ０に不連続に変更され、その後、型締力の目標値は設定値Ｓ０で維持され、設定値Ｓ０と検出値との差に応じた電流が型締駆動部に供給される。型締駆動部への供給電流は、目標の型締力が発生するようにフィードバック制御される。

型締め開始時には、型締力の立ち上がりを向上するため、定格電流値（型締力の設定値Ｓ０に対応する電流値）を上回る電流値の電流が型締駆動部に供給される。型締力が設定値Ｓ０に到達したことを検出した後、型締駆動部への供給電流の電流値が定格電流値に下げられる。

ところで、型締力が設定値Ｓ０に到達したことを検出した後、型締駆動部への供給電流の電流値は直ちに定格電流値に下がらない。供給電流は、フィードバック制御の遅れの影響等を受けるためである。このフィードバック制御の遅れは、供給電流を制御するＰＩ制御（比例制御、積分制御）における積分制御の作用により発生することが知られている。

型締力が目標値に到達した後も供給電流が直ちに下がらないので、型締力が設定値Ｓ０を超えてオーバーシュートする。そのため、金型装置等に過度な負荷がかかるので、金型装置等が損傷しやすい。また、型締力が変動するので、成形品の品質が悪くなる。

一方、型締め終了時に、型締力の目標値は設定値Ｓ０から０（ゼロ）に不連続に変更される。その後、型締力の検出値と目標値との差に関係なく、型締駆動部への電流供給が遮断され、型締力は型締駆動部の応答遅れに応じた速度で低下する。型締力の低下速度が速すぎると、金型装置等にかかる負荷の変動が大きく、金型装置等に加わる衝撃が大きいので、金型装置等が損傷しやすい。また、型締力の低下速度が速すぎると、成形品がむしられ、成形品の品質が悪くなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、型締力を変更する際に、金型装置等の損傷を抑制できると共に、成形品の品質を向上できる射出成形機の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様による射出成形機は、
型締力を発生させる型締駆動部と、
前記型締力を検出する型締力検出部と、
前記型締力の目標値の経時変化を定めたデータパターンを記憶する記憶部と、
前記型締力検出部によって検出される型締力の検出値と、前記記憶部に記憶された前記目標値との差に基づいて、前記型締駆動部の動作を制御する型締処理部とを備え、
前記データパターンにおいて前記目標値が第１設定値から第２設定値まで経時的に徐々に低下し、その後、前記型締処理部が、前記型締力を発生させる電磁石に供給する電流の向きを逆向きにすることを特徴とする。

本発明によれば、型締力を変更する際に、金型装置等の損傷を抑制できると共に、成形品の品質を向上できる射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機の型閉じ時の状態を示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の型開き時の状態を示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の型締力の目標値の増加時の経時変化を定めたデータパターンを示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の型締力の目標値の低下時の経時変化を定めたデータパターンを示す図である。 従来の型締め工程における型締力の目標値および検出値の経時変化を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。また、型閉じを行う際の可動プラテンの移動方向を前方とし、型開きを行う際の可動プラテンの移動方向を後方として説明する。

図１は、本発明の一実施形態による射出成形機の型閉じ時の状態を示す図である。図２は、本発明の一実施形態による射出成形機の型開き時の状態を示す図である。

図において、１０は射出成形機、Ｆｒは射出成形機１０のフレーム、Ｇｄは該フレームＦｒ上に敷設される２本のレールよりなるガイド、１１は固定プラテンである。固定プラテン１１は、型開閉方向（図において左右方向）に延びるガイドＧｄに沿って移動可能な位置調整ベースＢａ上に設けられてよい。尚、固定プラテン１１はフレームＦｒ上に載置されてもよい。

固定プラテン１１と対向して可動プラテン１２が配設される。可動プラテン１２は可動ベースＢｂ上に固定され、可動ベースＢｂはガイドＧｄ上を走行可能である。これにより、可動プラテン１２は、固定プラテン１１に対して型開閉方向に移動可能である。

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と平行にリヤプラテン１３が配設される。リヤプラテン１３は、脚部１３ａを介してフレームＦｒに固定される。

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、４本のタイバー１４のうちの２本だけを示す。）が架設される。タイバー１４を介して固定プラテン１１がリヤプラテン１３に固定される。タイバー１４に沿って可動プラテン１２が進退自在に配設される。可動プラテン１２におけるタイバー１４と対応する箇所にタイバー１４を貫通させるための図示されないガイド穴が形成される。尚、ガイド穴の代わりに、切欠部を形成するようにしてもよい。

タイバー１４の前端部（図において右端部）には図示されないネジ部が形成され、該ネジ部にナットｎ１を螺合して締め付けることによって、タイバー１４の前端部が固定プラテン１１に固定される。タイバー１４の後端部はリヤプラテン１３に固定される。

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がそれぞれ取り付けられ、可動プラテン１２の進退に伴って固定金型１５と可動金型１６とが接離させられ、型閉じ、型締め及び型開きが行われる。尚、型締めが行われるのに伴って、固定金型１５と可動金型１６との間に図示されないキャビティ空間が形成され、キャビティ空間に溶融した樹脂が充填される。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。

吸着板２２は、可動プラテン１２と平行に配設される。吸着板２２は取付板２７を介してスライドベースＳｂに固定され、スライドベースＳｂはガイドＧｄ上を走行可能である。これにより、吸着板２２は、リヤプラテン１３よりも後方において進退自在となる。吸着板２２は、磁性材料で形成されてよい。尚、取付板２７はなくてもよく、この場合、吸着板２２はスライドベースＳｂに直に固定される。

ロッド３９は、後端部において吸着板２２と連結させて、前端部において可動プラテン１２と連結させて配設される。したがって、ロッド３９は、型閉じ時に吸着板２２が前進するのに伴って前進させられて可動プラテン１２を前進させ、型開き時に吸着板２２が後退するのに伴って後退させられて可動プラテン１２を後退させる。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ロッド孔４１が形成される。

リニアモータ２８は、可動プラテン１２を進退させるための型開閉駆動部であって、例えば可動プラテン１２に連結された吸着板２２とフレームＦｒとの間に配設される。尚、リニアモータ２８は可動プラテン１２とフレームＦｒとの間に配設されてもよい。

リニアモータ２８は、固定子２９、及び可動子３１を備える。固定子２９は、フレームＦｒ上において、ガイドＧｄと平行に、かつ、スライドベースＳｂの移動範囲に対応させて形成される。可動子３１は、スライドベースＳｂの下端において、固定子２９と対向させて、かつ、所定の範囲にわたって形成される。

可動子３１は、コア３４及びコイル３５を備える。そして、コア３４は、固定子２９に向けて突出させて、所定のピッチで形成された複数の磁極歯３３を備え、コイル３５は、各磁極歯３３に巻装される。尚、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。また、固定子２９は、図示されないコア、及び該コア上に延在させて形成された図示されない永久磁石を備える。該永久磁石は、Ｎ極及びＳ極の各磁極を交互に着磁させることによって形成される。可動子３１の位置を検出する位置センサ５３が配置される。

リニアモータ２８のコイル３５に所定の電流を供給することによってリニアモータ２８を駆動すると、可動子３１が進退させられる。それに伴って、吸着板２２及び可動プラテン１２が進退させられ、型閉じ及び型開きを行うことができる。リニアモータ２８は、可動子３１の位置が設定値になるように、位置センサ５３の検出結果に基づいてフィードバック制御される。

尚、本実施の形態においては、固定子２９に永久磁石を、可動子３１にコイル３５を配設するようになっているが、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が駆動されるのに伴って、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。

尚、型開閉駆動部として、リニアモータ２８の代わりに、回転モータ及び回転モータの回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構、又は油圧シリンダ若しくは空気圧シリンダなどの流体圧シリンダなどが用いられてもよい。

電磁石ユニット３７は、リヤプラテン１３と吸着板２２との間に吸着力を生じさせる。この吸着力は、ロッド３９を介して可動プラテン１２に伝達し、可動プラテン１２と固定プラテン１１との間に型締力が生じる。

尚、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などによって型締装置が構成される。

電磁石ユニット３７は、リヤプラテン１３側に形成された型締駆動部としての電磁石４９、及び吸着板２２側に形成された吸着部５１からなる。吸着部５１は、吸着板２２の吸着面（前端面）の所定の部分、例えば、吸着板２２においてロッド３９を包囲し、かつ、電磁石４９と対向する部分に形成される。また、リヤプラテン１３の吸着面（後端面）の所定の部分、例えば、ロッド３９のまわりには、電磁石４９のコイル４８を収容する溝４５が形成される。溝４５より内側にコア４６が形成される。コア４６の周りにコイル４８が巻装される。リヤプラテン１３のコア４６以外の部分にヨーク４７が形成される。

尚、本実施形態においては、リヤプラテン１３とは別に電磁石４９が、吸着板２２とは別に吸着部５１が形成されるが、リヤプラテン１３の一部として電磁石を、吸着板２２の一部として吸着部を形成してもよい。また、電磁石と吸着部の配置は逆であってもよい。例えば、吸着板２２側に電磁石４９を設け、リヤプラテン１３側に吸着部５１を設けてもよい。また、電磁石４９のコイル４８の数は、複数であってもよい。

電磁石ユニット３７において、コイル４８に電流を供給すると、電磁石４９が駆動され、吸着部５１を吸着し、型締力を発生させることができる。

制御部６０は、例えばＣＰＵ、及びメモリ等を備え、メモリに記録された制御プログラムをＣＰＵによって処理することにより、リニアモータ２８及び電磁石４９の動作を制御する。尚、リニアモータ２８の動作は、一般的なものであるので、説明を省略する。

制御部６０は、型締力を検出する型締力検出部６１を備える。型締力検出部６１は、例えば型締力に応じて伸びるタイバー１４の歪み（伸び量）を検出する歪みセンサ５５と接続されており、歪みセンサ５５の検出結果に基づいて型締力を検出する。尚、型締力の検出には、歪みセンサ５５の代わりに、ロッド３９にかかる荷重を検出するロードセル等の荷重センサ、又は電磁石４９の磁場を検出する磁気センサが用いられてもよく、型締力の検出に用いられるセンサの種類は多種多様であってよい。例えば、歪みセンサはタイバー１４だけでなくロッド３９にも適用可能である。ロッド３９の歪み（縮み量）は型締力に比例するからである。

また、制御部６０は、型締力の目標値の経時変化を定めたデータパターンを記憶する記憶部６２を備える。記憶部６２としては、磁気記憶媒体、光記憶媒体、メモリ等の一般的なものが用いられる。データパターンは、予め試験等によって作製され、記憶部６２に記憶される。データパターンは、必要に応じて読み出され、電磁石４９のコイル４８への供給電流の電流値の算出に用いられる。データパターンは、ユーザによって書き換え可能であってよい。

さらに、制御部６０は、型締力検出部６１によって検出される型締力の検出値と、記憶部６２に記憶された目標値との差に基づいて電磁石４９の動作を制御する型締処理部６３を備える。型締処理部６３は、電磁石４９のコイル４８への供給電流の電流値として、型締力の検出値と目標値との差を迅速に解消（補正）できるような電流値をＰＩ制御（比例制御、積分制御）によって算出し、算出した電流値を示す信号を電流供給部７０に出力する。電磁石４９に供給する電流値は、電磁石４９の応答遅れを考慮して算出される。例えば、型締め開始時に、電磁石４９は、渦電流の影響等で、直ちに供給される電流に対応した型締力を作用させることはできず、型締力が目標値になるまで、ある程度の時間を要するからである。従って、型締処理部６３によって算出される電流値は、型締力の検出値と目標値との差に対応して一意に定まる電流値ではなく、型締め開始時には当該電流値よりも大きな電流値となりうる。尚、型締処理部６３は、電磁石４９のコイル４８への供給電流の電流値をＰＩ制御によって算出するとしたが、ＰＩＤ制御（比例制御、積分制御、微分制御）によって算出してもよい。

電流供給部７０は、例えば複数のパワーモジュールを含むインバータ等によって構成され、型締処理部６３から供給される信号に応じた電流を電磁石４９のコイル４８に供給する。電流供給部７０は、電磁石４９のコイル４８に供給する直流電流の方向、及び強さ（大きさ）を変える機能を有してよい。

次に、上記構成の射出成形機１０の動作について説明する。射出成形機１０の各種動作は、制御部６０による制御下で行われる。

制御部６０は、型閉じ工程を制御する。図２の状態（型開きの状態）において、制御部６０は、コイル３５に電流を供給して、リニアモータ２８を駆動する。可動プラテン１２が前進して、図１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、即ち電磁石４９と吸着部５１との間には、ギャップδが形成される。尚、型閉じに必要とされる力は、型締力と比較されて十分に小さくされる。

続いて、制御部６０は、型締処理部６３によって型締め工程を制御する。型締処理部６３は、電磁石４９のコイル４８に電流を供給し、電磁石４９に吸着部５１を吸着する。この吸着力は、ロッド３９を介して可動プラテン１２に伝達し、可動プラテン１２と固定プラテン１１との間に型締力が生じる。

型締処理部６３は、型締力検出部６１によって検出される型締力の検出値と、記憶部６２に記憶された型締力の目標値との差に基づいて、電磁石４９のコイル４８に供給する電流を調整し、フィードバック制御する。

型締め状態の金型装置１９のキャビティ空間に溶融した樹脂が充填される。樹脂が冷却固化すると、型締処理部６３は、電磁石４９のコイル４８に供給する電流を調整し、型締力を解除する。

次いで、制御部６０は、型開き工程を制御する。制御部６０は、リニアモータ２８を駆動して、可動プラテン１２を後退させ、図２に示すように、可動金型１６が後退して型開きが行われる。

次に、型締処理部６３による処理の詳細について説明する。

図３は、本発明の一実施形態による射出成形機の型締力の目標値の増加時の経時変化を定めたデータパターンを示す図である。図３に示すデータパターンＰ１〜Ｐ３は、型締力を第１設定値Ｓ１から第２設定値Ｓ２に向けて増加させるときに用いられ、例えば型締め開始時に用いられる。図３において、横軸は、型締力の増加開始時からの経過時間を示す。図３において、型締力の検出値は、型締力の目標値と略重なるので、図示を省略する。

各データパターンＰ１〜Ｐ３において、型締力の目標値は、第１設定値Ｓ１（例えばＳ１＝０）から第２設定値Ｓ２（Ｓ２＞Ｓ１）まで経時的に徐々に増加する。そのため、型締力を増加させるとき、従来に比べて（図５参照）、型締力の目標値と検出値との差の積分値が小さく、積分制御によるフィードバック制御の遅れの影響が低減される。よって、実際の型締力が第２設定値Ｓ２を超えてオーバーシュートするのを抑制することができる。その結果、金型装置１９等に過度な負荷がかかるのを抑制することができ、金型装置１９等の損傷を抑制することができる。また、成形品の品質を向上することができる。

各データパターンＰ１〜Ｐ３において、型締力の目標値は、第１設定値Ｓ１の近傍（又は／及び第２設定値Ｓ２の近傍）での増加速度が第１設定値Ｓ１と第２設定値Ｓ２との中間での増加速度に比べて小さくなるよう設定されてよい。型締力の目標値と検出値との差の積分値をより小さくすることができる。

複数のデータパターンＰ１〜Ｐ３は、型締力の目標値を第１設定値Ｓ１から第２設定値Ｓ２まで連続的に増加させるのに要する時間が異なる。増加に要する時間は、それぞれ、ｔ１〜ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）である。

射出成形機１０は、複数のデータパターンＰ１〜Ｐ３のいずれか１つを選択するユーザの操作を受け付ける入力部８０を備えてよい。入力操作は、例えばディスプレに表示される操作メニュー画像をユーザが見て行う。操作メニュー画像には、例えば、「１：短」「２：中」及び「３：長」などの数字や文字が表示される。操作メニュー画像を見たユーザは、例えば入力部８０の「１」を示すボタンを押せば、短い時間ｔ１で型締力の目標値を第１設定値Ｓ１から第２設定値Ｓ２まで増加できることがわかる。入力部８０は、例えばキーボード等によって構成され、型締処理部６３に接続されている。型締処理部６３は、入力部８０でのユーザの操作を示す操作信号に基づいて、複数のデータパターンＰ１〜Ｐ３のいずれか１つを選択し、選択したデータパターン（例えばデータパターンＰ１）に従って電磁石４９のコイル４８への供給電流の電流値を調整する。よって、ユーザの意思で、型締力の増加速度を決めることができる。

図４は、本発明の一実施形態による射出成形機の型締力の目標値の低下時の経時変化を定めたデータパターンを示す図である。図４に示すデータパターンＰ４〜Ｐ６は、型締力を第３設定値Ｓ３から第４設定値Ｓ４に向けて低下させるときに用いられ、例えば型締め終了時に用いられる。図４において、横軸は、型締力の低下開始時からの経過時間を示す。図４において、型締力の検出値は、型締力の目標値と略重なるので、図示を省略する。

各データパターンＰ４〜Ｐ６において、型締力の目標値は、第３設定値Ｓ３（例えばＳ３＝Ｓ２）から第４設定値Ｓ４（Ｓ３＞Ｓ４＞０）まで経時的に徐々に低下する。そのため、型締力を低下させるとき、電磁石４９のコイル４８への供給電流の電流値が徐々に低下するので、従来に比べて（図５参照）、型締力の低下速度が緩やかになる。よって、金型装置１９等にかかる負荷の変動を抑制することができ、金型装置１９等の損傷を抑制することができる。また、成形品の品質を向上することができる。

各データパターンＰ４〜Ｐ６において、型締力の目標値は、第３設定値Ｓ３の近傍（又は／及び第４設定値Ｓ４の近傍）での低下速度が、第３設定値Ｓ３と第４設定値Ｓ４との中間での低下速度に比べて小さくなるよう設定されてよい。

複数のデータパターンＰ４〜Ｐ６は、型締力の目標値を第３設定値Ｓ３から第４設定値Ｓ４まで連続的に低下させるのに要する時間が異なる。低下に要する時間は、それぞれ、ｔ４〜ｔ６（ｔ４＜ｔ５＜ｔ６）である。

複数のデータパターンＰ４〜Ｐ６のいずれか１つを選択するユーザの操作は、入力部８０で受け付けられる。入力操作は、例えばディスプレに表示される操作メニュー画像をユーザが見て行う。操作メニュー画像には、例えば、「４：短」「５：中」及び「６：長」などの数字や文字が表示される。操作メニュー画像を見たユーザは、例えば入力部８０の「４」を示すボタンを押せば、短い時間ｔ４で型締力の目標値を第３設定値Ｓ３から第４設定値Ｓ４に低下できることがわかる。

型締処理部６３は、入力部８０でのユーザの操作を示す操作信号に基づいて、複数のデータパターンＰ４〜Ｐ６のいずれか１つを選択し、選択したデータパターン（例えばデータパターンＰ４）に従って電磁石４９のコイル４８への供給電流の電流値を調整する。よって、ユーザの意思で、型締力の低下速度を決めることができる。

型締力が第４設定値Ｓ４以下になると、金型装置１９等にかかる負荷の変動による影響が十分に小さいので、型締処理部６３は、型締力の検出値と目標値との差に関係なく、電磁石４９のコイル４８への電流供給を中止してもよい。その後、型締力は電磁石４９の応答遅れに応じた速度で下がる。電磁石４９の応答遅れは、電磁石４９（例えばコア４６等）に残る磁気の影響等によって生じる。

残留磁気の影響が大きく、型締力の低下速度が遅い場合、型開き開始までの待ち時間を短くするため、型締力が第４設定値Ｓ４以下になったことを検出した後、型締処理部６３は、所定の型締力（例えば型締力＝Ｓ３）を発生させる方向と逆方向の直流電流を電磁石４９のコイル４８に供給してよい。電磁石４９（例えばコア４６等）に残る磁場を打ち消す方向の磁場が形成されるので、型締力の低下を促進することができる。

残留磁気の影響をより積極的に低減するため、型締処理部６３は、逆方向の直流電流を電磁石４９のコイル４８に供給した後、電磁石４９のコイル４８に供給する直流電流の方向を１回以上反転してもよい。反転の度に、電磁石４９のコイル４８に供給する直流電流の強さ（大きさ）は小さく設定されてよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態等に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上記の実施形態等に種々の変形や置換を加えることができる。

例えば、上記実施形態の型締駆動部は、電磁石４９で構成されるが、トグル機構を駆動するモータ、又は流体圧シリンダ（油圧シリンダや空気圧シリンダ等）で構成されてもよく、射出成形機の型締動作に用いられる一般的な構成であってよい。

１０ 射出成形機
１５ 固定金型
１６ 可動金型
４９ 電磁石（型締駆動部）
５１ 吸着部
５５ 歪みセンサ
６０ 制御装置
６１ 型締力検出部
６２ 記憶部
６３ 型締処理部
７０ 電流供給部
８０ 入力部

Claims (2)

1. 型締力を発生させる型締駆動部と、
   前記型締力を検出する型締力検出部と、
   前記型締力の目標値の経時変化を定めたデータパターンを記憶する記憶部と、
   前記型締力検出部によって検出される前記型締力の検出値と、前記記憶部に記憶された前記目標値との差に基づいて、前記型締駆動部の動作を制御する型締処理部とを備え、
   前記データパターンにおいて前記目標値が第１設定値から第２設定値まで経時的に徐々に低下し、その後、前記型締処理部が、前記型締力を発生させる電磁石に供給する電流の向きを逆向きにすることを特徴とする射出成形機。
2. ユーザによる入力操作を受け付ける入力部をさらに備え、
   前記記憶部は、前記目標値が前記第１設定値から前記第２設定値まで低下するのに要する時間の異なる複数の前記データパターンを記憶し、
   前記型締処理部は、前記入力部でのユーザの入力操作を示す操作信号に基づいて前記複数のデータパターンのいずれか１つを選択し、選択した前記データパターンに従って前記型締駆動部の動作を制御する請求項１に記載の射出成形機。

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