JP5872668B1 - 開閉装置、成形装置および成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品の微細発泡量を均一にすることにより、成形品の品質を向上させることが可能な開閉装置、成形装置および成形方法を提供する。【解決手段】開閉装置１４は、固定盤２０と、固定盤２０に対して接近または離反することができる可動盤２２と、複数のトグルリンク３０、３１、３２を有し、少なくとも１つのトグルリンク３２が可動盤２２に連結されている開閉機構２８と、少なくとも１つのトグルリンク３０に連結されるクロスヘッド２６を含み、可動盤２２を移動させることが可能な駆動装置３７と、制御部５０とを備えている。制御部５０は、微小型開動作の際、可動盤２２の移動速度が一定となるようにクロスヘッド２６を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、開閉装置、成形装置および成形方法に関する。

従来、射出成形機での成形法の一つとして、樹脂を発泡させて成形品にする発泡成形が広く行われている。この発泡成形によって作製された発泡成形品は、軽量で断熱性や吸音性等の様々な特性が付加されたものとすることができる。

発泡成形では、金型のキャビティに発泡剤を含む溶融樹脂を充填し、溶融樹脂の表層が固まってスキン層が形成された後、樹脂を発泡させるために金型に対してコアバック動作を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１には、トグル式型締装置を用いた発泡成形でのコアバック動作において、可動盤がクロスヘッド位置を制御する精度の１０倍の精度で制御されることが開示されている。

国際公開第２００３／０７２３３５号

しかしながら、特許文献１に記載されたトグル式型締装置では、可動盤の速度を制御することについては開示されていない。このため、コアバック動作中に可動盤の速度が可変してしまう虞があり、成形品の微細発泡量が均一とならず、成形品の品質が低下するという問題がある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、コアバック動作中に可動盤の速度を一定とする開閉装置、成形装置および成形方法を提供することを目的とする。

本発明の開閉装置は、固定盤と、前記固定盤に対して接近または離反することができる可動盤と、複数のトグルリンクを有し、前記トグルリンクの少なくとも１つが前記可動盤に連結されている開閉機構と、少なくとも前記トグルリンクの１つに連結されるクロスヘッドを含み、前記可動盤を移動させることが可能な駆動装置と、微小型開動作の際、前記可動盤の移動速度が一定となるように前記クロスヘッドを制御する制御部と、を備えることを特徴とするものである。

本発明の開閉装置において、微小型開動作の際に前記クロスヘッドが移動する移動距離を複数の区間に分割するとともに、前記可動盤の移動速度が一定となるように前記複数の区間のそれぞれについて前記クロスヘッドの速度が予め定められており、前記制御部は、微小型開動作の際、それぞれの区間毎に前記予め定められた速度で前記クロスヘッドを移動させても良い。

また、本発明の成形装置は、前記開閉装置を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の成形方法は、前記開閉装置を用い、微小型開動作の際、前記可動盤の移動速度が一定となるように前記クロスヘッドを移動させる工程を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、コアバック動作の際、可動盤の移動速度を一定にすることにより、成形品の微細発泡量を均一することができる。これにより成形品の品質を向上させることができる。

図１は、本発明のトグル式型締装置が適用される射出成形機の概要を示す側面図である。 図２は、本発明の一実施形態による射出成形機のトグル式型締装置の側面図である。 図３は、発泡成形の工程説明図である。 図４は、コアバック動作時における、クロスヘッドの位置と移動ダイプレートの位置との関係、および、クロスヘッドの位置とクロスヘッドの速度との関係を示すグラフである。

以下、本発明による射出成形機のトグル式型締装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態によるトグル式型締装置が適用される射出成形機（成形装置）１０の構成の概要を示す図である。図１において、参照番号１２は射出成形機の射出装置全体を示す。参照番号１４は射出成形機のトグル式型締装置（型締装置、型開閉装置、開閉装置）を示している。

図１において、射出装置１２のバレル１５には、スクリュ１６が回転自在でかつ軸方向に移動可能に挿入されている。樹脂（成形材料、材料）は、ホッパ１７からバレル１５内に投入される。バレル１５の周囲にはバレル１５を加熱する図示しない加熱ヒータが配置されている。射出装置１２では、図示しない計量用モータによりスクリュ１６を回転させ、樹脂を溶融・混練しながら、樹脂をバレル１５の前方に溜めることで、計量が行われる。バレル１５の前方に溜められた樹脂は、図示しない射出用モータ、ボールねじ及びナットによってスクリュ１６を前進させることで、ノズル１８から固定金型２１と移動金型２３によって形成されたキャビティに充填される。

次に、トグル式型締装置１４について、図２を参照しながら説明する。トグル式型締装置１４は、例えば、フレーム１１に固定された固定ダイプレート（固定盤）２０と、フレーム１１に設置されているリアプレート（受圧盤）２４と、固定ダイプレート２０とリアプレート２４の間に移動自在に設置され、固定ダイプレート（固定盤）２０に対して接近または離反することができる移動ダイプレート（可動盤）２２と、を備えている。

固定ダイプレート２０には固定金型２１が取り付けられ、移動ダイプレート２２には固定金型２１に対向するように移動金型２３が取り付けられている。

固定ダイプレート２０とリアプレート２４とは、複数の（例えば、４本の）タイバー３６を介して連結されている。タイバー３６は、金型を締め上げる（型締めをする）際に、次に説明するトグル機構（開閉機構、型開閉機構、型締機構）２８によって発生する型締力を受けるようになっている。

図２において、参照番号２６はクロスヘッドを示している。このクロスヘッド２６の中心部には、トグル機構２８を駆動する駆動装置３７のナット部２５が設けられている。このナット部２５には、ボールねじ２７が螺合するようになっている。クロスヘッド２６の前後方向の移動を案内するガイド（図示せず）は、リアプレート２４の腕部２４ａによって支持されている。ボールねじ２７は、電動モータ（サーボモータ）３８によってタイミングベルト２９を介して駆動される。これにより、ナット部２５およびクロスヘッド２６がボールねじ２７の長手方向に沿って直線的に移動する。

本実施形態において、駆動装置３７は、例えばクロスヘッド２６を移動させる機構であり、上述したナット部２５と、ボールねじ２７と、タイミングベルト２９と、電動モータ３８とによって構成されている。

リアプレート２４と移動ダイプレート２２とは、トグル機構２８によって互いに連結されている。トグル機構２８は、上下にそれぞれトグルリンク３０、３１、３２を有している。このうちトグルリンク３０の一端はクロスヘッド２６に連結され、トグルリンク３１の一端はリアプレート２４に連結されている。また、トグルリンク３２の一端は、トグルリンク連結部３４を介して移動ダイプレート２２に連結されている。

このようなトグル機構２８によって移動ダイプレート２２は型開閉のための移動が行われ、また型締力が伝えられる。つまり、駆動装置３７は、駆動することにより、トグル機構２８を介して移動ダイプレート２２を移動させることができる（移動させることが可能である）。

トグル機構２８によって型閉、型締を行う際、駆動装置３７によってクロスヘッド２６が前進してトグル機構２８が伸展される。すなわち、電動モータ３８が駆動することにより、タイミングベルト２９を介してボールねじ２７が所定方向に回動し、これによりナット部２５およびクロスヘッド２６が固定ダイプレート２０の方向に前進する。このとき上側のトグルリンク３１、３２が上方向に開くとともに下側のトグルリンク３１、３２が下方向に開き、クロスヘッド２６の移動がトグル機構２８を介して移動ダイプレート２２に伝達されて、固定金型２１および移動金型２３の型閉、型締がなされる。

また、固定金型２１および移動金型２３を型開する際は、これとは逆に、駆動装置３７によってクロスヘッド２６が後退してトグル機構２８が屈曲される。すなわち、電動モータ３８が駆動することにより、タイミングベルト２９を介してボールねじ２７が型閉時と反対方向に回動し、これによりナット部２５およびクロスヘッド２６がリアプレート２４方向に後退する。ナット部２５をリアプレート２４方向に後退させることで上側のトグルリンク３１、３２が下方向に閉じるとともに下側のトグルリンク３１、３２が上方向に閉じ、固定金型２１および移動金型２３の型開きがなされる。

このように、本実施の形態において、型閉、型締が完了した状態でトグルリンク３１、３２が略直線状となり、型開の際は、トグルリンク３１、３２がボールねじ２７の軸線に向かって折れ曲がる、すなわち、内側に巻き込むように折れ曲がる構造となっている。

タイバー３６は、移動ダイプレート２２を案内するために、移動ダイプレート２２の四隅にブッシュ３９を介して挿通されている。また移動ダイプレート２２を案内するために、ベース１１上の左右両側には、タイバー３６と平行にリニアガイドレール４１が敷設されており、このリニアガイドレール４１に摺動可能なリニアガイド４２が移動ダイプレート２２の左右両側面に取り付けられている。

駆動装置３７は、射出成形機コントローラ（制御装置、制御部）５０に接続されている。射出成形機コントローラ５０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、外部記憶装置等を有するコンピュータを含んで構成されていても良い。この射出成形機コントローラ５０は、入力された各種の情報に基づいて、射出装置１２およびトグル式型締装置１４等を制御する。この場合、制御部５０は、射出成形機１０の全体を制御することを有しているが、本発明では少なくとも駆動装置３７を制御することを有していれば良い。

本実施形態による射出成形機のトグル式型締装置は、以上のように構成されるものであり、次に、発泡成形との関連において駆動装置３７の作用並びに効果について説明する。トグル式型締装置１４は、トグル機構２８によって型閉じ及び型開きのための移動ダイプレート２２の移動と、型締めがなされるトグルリンク式の型締装置である。

このトグル式型締装置１４では、図３に示すような発泡成形を実施する場合には、まず、固定金型２１と移動金型２３によって形成されたキャビティ６０に発泡剤を含んでいる溶融樹脂を充填し、溶融樹脂の表層を固めてスキン層を形成させる（図３（ａ））。その後、移動金型２３を所定の移動量δだけ僅かに寸開きする（コアバック動作を行う）ことで、樹脂を発泡させる（図３（ｂ））。発泡後、冷却させてから、移動金型２３を後退させて金型を開いて、成形品６２を取り出す（図３（ｃ））。

本実施形態によるトグル式型締装置１４では、コアバック動作（微小型開動作）を行う時には、移動ダイプレート２２を型開きする方向に移動させるとともに、例えば、モータ３８に設けた図示しないエンコーダ（検出器）と射出成形機コントローラ５０とにより移動ダイプレート２２の移動量を求める。そして、移動ダイプレート２２の移動量が予め設定された移動量（寸開き量、寸開量）に到達したところで、移動ダイプレート２２の移動を停止させる。

本実施形態において、射出成形機コントローラ５０は、駆動装置３７を制御することによって、金型のコアバック動作の際、移動ダイプレート２２の移動速度が一定となるようにクロスヘッド２６を制御する。なお、本明細書中、「移動速度が一定」とは、移動速度が完全に一定となる場合のほか、近似的に一定となる場合も含む。

トグル式型締装置１４においては、トグル機構２８を介在させているため、仮にクロスヘッド２６を一定速度で移動させた場合であっても、移動ダイプレート２２は必ずしも一定速度で移動しない。このため、予め移動ダイプレート２２の位置とクロスヘッド２６の位置との関係を求めておくことで、移動ダイプレート２２の移動速度が一定となるようにクロスヘッド２６を移動させることができる。

具体的には、射出成形機コントローラ５０が、電動モータ３８を制御することにより、タイミングベルト２９を介してボールねじ２７の回動量を制御する。これにより、ボールねじ２７に螺合するナット部２５とクロスヘッド２６とを移動させる。このとき、クロスヘッド２６は、移動ダイプレート２２の移動速度が一定となるように制御される。

射出成形機コントローラ５０は、例えば以下のようにクロスヘッド２６を制御しても良い。

まず、予めコアバック動作の際にクロスヘッド２６が移動する移動距離を複数の区間に分割しておく。この移動距離は、移動ダイプレート２２がコアバック時に上述した移動量（寸開き量、寸開量）だけ移動する時のクロスヘッド２６の移動距離に相当する。

次に、移動ダイプレート２２の移動速度が一定となるように、複数の区間のそれぞれについて、予めクロスヘッド２６の速度を算出して定めておく。例えば、クロスヘッド２６の移動距離をｎ個の区間に分割した場合、このｎ個の区間それぞれについてクロスヘッド２６の速度を定める。この複数の区間に関する情報と、区間毎のクロスヘッド２６の速度に関する情報とは、例えば作業者が設定した移動ダイプレート２２の移動量の値から算出され射出成形機コントローラ５０に記憶される。

金型のコアバック動作時には、射出成形機コントローラ５０は、それぞれの区間毎に予め定められた速度でクロスヘッド２６を移動させるように制御する。例えば、クロスヘッド２６の移動距離をｎ個の区間に分割した場合、第１番目の区間では、第１番目の区間に対応する速度でクロスヘッド２６を移動させ、第２番目の区間では、第２番目の区間に対応する速度でクロスヘッド２６を移動させる。このように、移動ダイプレート２２の速度が一定となるように、順次クロスヘッド２６の移動速度を変化させながら、クロスヘッド２６を移動させてゆく。最後の第ｎ番目の区間では、第ｎ番目の区間に対応する速度でクロスヘッド２６を移動させ、その後、クロスヘッド２６を停止させる。このとき移動ダイプレート２２は、所定の移動量（寸開き量、寸開量）だけ動いた位置で停止する。

なお、上述した複数の区間は、必ずしも全てが同一の幅でなくても良い。とりわけ、型閉じ側位置（ロックアップ側位置）においては、移動ダイプレート２２の移動速度が一定となるように制御したときクロスヘッド２６の速度の変化が大きくなる。このため、移動ダイプレート２２の移動速度をより均一化するために、型閉じ側位置（ロックアップ側位置）の区間を、型開き側位置よりも細かい区間に分割することが好ましい。

以下、コアバック動作時におけるクロスヘッド２６の移動について、具体的実施例に基づいて説明する。

図４に示すように、コアバック動作時におけるクロスヘッド２６の移動距離を例えば１５０ｍｍとする場合、すなわちクロスヘッド２６が型閉じ位置から１５０ｍｍだけ移動する場合を想定する。この場合、１５０ｍｍの移動距離を１００個の区間に分割する。具体的には、型閉じ側位置（クロスヘッド２６の位置が０ｍｍ〜５０ｍｍである領域）を１ｍｍずつ５０個の区間に分割し、型開き側位置（クロスヘッド２６の位置が５０ｍｍ〜１５０ｍｍである領域）を２ｍｍずつ５０個の区間に分割する。

図４に示すグラフにおいて、横軸はクロスヘッド２６の位置を示し、左縦軸は移動ダイプレート２２の位置を示す。また、右縦軸はクロスヘッド２６の速度を示している。

図４において、グラフの破線は、クロスヘッド２６の位置（横軸）と、移動ダイプレート２２の位置（左縦軸）との関係を示している。クロスヘッド２６が移動するに従って、移動ダイプレート２２も移動するが、これらの位置関係は直線的にはならない。

また、グラフの実線は、移動ダイプレート２２の移動速度が一定となるようにしたときの、クロスヘッド２６の位置（横軸）とクロスヘッド２６の速度（右縦軸）との関係を示している。このように、型閉じ側から型開き側に向かうにつれて、徐々にクロスヘッド２６の速度を低下させていくことにより、移動ダイプレート２２の移動速度が一定となるように制御することができる。なお、クロスヘッド２６の位置が０ｍｍ付近にある場合と１５０ｍｍ付近にある場合は、それぞれクロスヘッド２６を急加速および急減速させるので、グラフの傾きが急になっている。

このように、本実施形態によるトグル式型締装置では、制御部５０は、コアバック動作の際、移動ダイプレート２２の移動速度が一定となるようにクロスヘッド２６を制御する。これにより、コアバック動作中に移動ダイプレート２２の速度が変化することを防止し、成形品の発泡層の微細発泡量を均一とすることができる。この結果、成形品の品質を向上させることができる。

なお、本実施形態では成形装置が射出成形機である場合を例にとって説明したが、これに限らない。例えば、ダイカストマシン等の他の成形装置にも適用することができる。また、本実施形態では、駆動装置とクロスヘッドとは別体としたが、本発明はこれに限らない。例えば、クロスヘッドを駆動装置の一部としても良い。

１０ 射出成形機（成形装置）
１２ 射出装置
１４ トグル式型締装置（型締装置、型開閉装置、開閉装置）
２０ 固定ダイプレート（固定盤）
２１ 固定金型
２２ 移動ダイプレート（可動盤）
２３ 移動金型
２４ リアプレート（圧受盤）
２６ クロスヘッド（駆動装置）
２７ ボールねじ
２８ トグル機構（開閉機構、型開閉機構、型締機構）
３０、３１、３２ リンク
３７ 駆動装置
３８ 電動モータ
５０ 射出成形機コントローラ（制御装置、制御部）

Claims (3)

1. 固定盤と、
   前記固定盤に対して接近または離反することができる可動盤と、
   複数のトグルリンクを有し、前記トグルリンクの少なくとも１つが前記可動盤に連結されている開閉機構と、
   少なくとも前記トグルリンクの１つに連結されるクロスヘッドを含み、前記可動盤を移動させることが可能な駆動装置と、
   微小型開動作の際、前記可動盤の移動速度が一定となるように前記クロスヘッドを制御する制御部と、を備え、
   微小型開動作の際に前記クロスヘッドが移動する移動距離を複数の区間に分割するとともに、前記可動盤の移動速度が一定となるように前記複数の区間のそれぞれについて前記クロスヘッドの速度が予め定められており、
   前記制御部は、微小型開動作の際、それぞれの区間毎に前記予め定められた速度で前記クロスヘッドを移動させ、
   前記複数の区間のうち、型閉じ側位置の区間は、型開き側位置の区間よりも細かい区間に分割されていることを特徴とする開閉装置。
2. 請求項１記載の開閉装置を備えたことを特徴とする成形装置。
3. 請求項１記載の開閉装置を用い、微小型開動作の際、前記可動盤の移動速度が一定となるように前記クロスヘッドを移動させる工程を備えたことを特徴とする成形方法。

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