JP5889630B2

JP5889630B2 - 射出成形機

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Publication number: JP5889630B2
Application number: JP2011284098A
Authority: JP
Inventors: 達也柴田; 高橋　勝; 勝高橋
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: JP2013132806A; CN103171105A; TW201334944A; CN103171105B; KR101339974B1; TWI477382B; KR20130079223A

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。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。型締装置として、型開閉動作を駆動する型開閉駆動部（例えばリニアモータ）と、型締め動作を駆動する型締駆動部（例えば電磁石）とを含むものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第０５／０９００５２号パンフレット

型開き前に型締力を解除するとき、型締駆動部の応答遅れの影響で、型締力は直ちに０（ゼロ）に低下しない。そのため、型締力が高い状態で、制御部が型開き指令を出すことがあった。型締力が高い状態で型開き指令が出されると、型開き動作のための消費電力が高くなったり、型開き動作が不安定になったりする。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、型開き動作のための消費電力を低減できると共に、型開き動作を安定化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、
型開閉動作を駆動する型開閉駆動部と、
型締め動作を駆動する型締駆動部と、
前記型開閉駆動部の動作、及び前記型締駆動部の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、型締力を解除するとき、型締力が所定値以下か否かを監視する型締力監視部を含み、該型締力監視部によって型締力が所定値以下であることが検出されたとき、前記型開閉駆動部によって型開き動作を行い、
前記制御部は、型締力を解除するとき、型締力を発生させる電磁石に供給する電流の向きを１回以上反転させると共に、前記型締力監視部で型締力を監視し、前記型締力監視部によって型締力が所定値以下であることが検出されたとき、前記型開閉駆動部によって型開き動作を行うことを特徴とする。

本発明によれば、型開き動作のための消費電力を低減できると共に、型開き動作を安定化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及び型締め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制御系を示す図である。電磁石のコイルへの供給電流の経時変化、及び電磁石による型締力の経時変化の第１例を示す図である。電磁石のコイルへの供給電流の経時変化、及び電磁石による型締力の経時変化の第２例を示す図である。

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及び型締め時の状態を示す図である。図１において、実線は型閉じ時の状態を示し、２点鎖線は型締め時の状態を示す。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。

図３は、本発明の一実施形態による射出成形機の制御系を示す図である。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。

制御部６０は、リニアモータ２８の動作を制御する型開閉処理部６１と、電磁石４９の動作を制御する型締処理部６２とを備える。

型開閉処理部６１は、リニアモータ２８のコイル３５に供給する電流を示す信号をリニアモータ用電流供給部７１に出力する。リニアモータ用電流供給部７１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る。リニアモータ用電流供給部７１は、型開閉処理部６１から供給される信号に応じた電流をリニアモータ２８のコイル３５に供給する。リニアモータ用電流供給部７１には、直流電源８０が接続されている。直流電源８０は、交流電源９０の交流電流を直流電流に変換するダイオード等の整流器８２、整流器８２から出力される直流電流を平滑化するコンデンサ８４等で構成される。

型締処理部６２は、電磁石４９のコイル４８に供給する電流を示す信号を電磁石用電流供給部７２に出力する。電磁石４９のコイル４８に供給する電流は、型締力が目標値になるように、後述の型締力センサ（例えば歪みセンサ５５）の検出値に基づいてフィードバック制御される。電磁石用電流供給部７２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る。電磁石用電流供給部７２は、型締処理部６２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。電磁石用電流供給部７２は、電磁石４９のコイル４８に流す直流電流の方向、及び強さ（大きさ）を変える機能を有する。電磁石用電流供給部７２には、直流電源８０が接続されている。

制御部６０は、型締力を解除するとき、型締力が所定値以下か否かを監視する型締力監視部６４をさらに備える。例えば、型締力監視部６４は、型締力を検出するための型締力センサの検出値に基づいて、型締力が所定値以下か否かを監視する。型締力センサとしては、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が用いられる。型締力が低下するほどタイバー１４の歪みが小さくなるので、タイバー１４の歪みが所定値以下か否かに基づいて型締力が所定値以下か否かが判る。型締力センサとして、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、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、型締力監視部６４は、所定部材の型閉じ時の位置からの位置の差（距離差）に基づいて、型締力が所定値以下か否かを監視してもよい。型締力が低下するほど位置の差が小さくなるので、位置の差が所定値以下か否かに基づいて型締力が所定値以下か否かが判る。所定部材は、タイバー１４の伸びに応じて位置がずれる部材であってよい。当該部材としては、固定プラテン１１、可動プラテン１２、吸着板２２、リニアモータ２８の可動子３１等が挙げられる。例えば可動子３１の位置の差は、位置センサ５３によって検出可能である。型締力監視部６４は、信頼性の向上のため、型締力センサの検出値、及び位置の差の両方に基づいて、型締力が所定値以下か否かを監視してよい。

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、型開閉処理部６１によって型閉じ工程を制御する。型開閉処理部６１は、図２の状態（型開きの状態）において、リニアモータ２８のコイル３５に電流を供給して、可動プラテン１２を前進させる。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δ０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６２によって型締め工程を制御する。型締処理部６２は、電磁石４９のコイル４８に直流電流を供給し、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。型締力に比例してタイバー１４が弾性的に伸びるので、図１に２点鎖線で示すように固定プラテン１１、可動プラテン１２、吸着板２２、及びリニアモータ２８の可動子３１が僅かに前進する。型締め時にリヤプラテン１３と吸着板２２との間に形成されるギャップδ１は、型閉じ時のギャップδ０よりも小さい。

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６２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。型締力の解除に伴ってタイバー１４が弾性復元するので、可動金型１６、吸着板２２、及びリニアモータ２８の可動子３１が僅かに後退する。

次いで、制御部６０は、型開閉処理部６１によって型開き工程を制御する。型開閉処理部６１は、リニアモータ２８のコイル３５に電流を供給して、可動プラテン１２を後退させる。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。

ところで、型締め工程において、型締力を解除するとき、電磁石４９の応答遅れの影響で型締力は直ちに０（ゼロ）に低下しない。電磁石４９の応答遅れは、電磁石４９（例えばコア４６等）に残る磁気の影響によって生じる。

そこで、型開閉処理部６１は、型締力監視部６４によって型締力が所定値以下であることが検出されるまで型開き動作を禁止し、型締力監視部６４によって型締力が所定値以下であることが検出されると、リニアモータ２８に電流を供給して型開き動作を行う。よって、型締力が低い状態で型開き動作が行われるので、型開き動作のための消費電力を低減することができると共に、型開き動作を安定化することができる。

次に、図４に基づいて、型締処理部６２による型締力の解除処理について説明する。以下の処理は、所定の型締力を金型装置１９に加えた後、型開きの前に行われる。

図４（ａ）は電磁石のコイルへの供給電流の経時変化を示し、図４（ｂ）は電磁石による型締力の経時変化を示す。図４において、破線は時刻ｔ_０で電流値を０に設定した場合、実線は時刻ｔ_０で電流の方向を反転した場合、１点鎖線は時刻ｔ_１で電流値を維持した場合をそれぞれ表す。いずれの場合においても、型締処理部６２は、時刻ｔ_０まで、電磁石４９のコイル４８に一定の直流電流Ｉ_０を供給することにより、所定の型締力Ｐ_０を発生させている（図４において時刻ｔ_０までのデータは破線のみ図示）。

型締処理部６２は、所定の型締力Ｐ_０を解除するとき、図４（ａ）に破線で示すように時刻ｔ_０で電磁石４９のコイル４８への供給電流を遮断してよい。時刻ｔ_０以降、電磁石４９のコイル４８に電流が流れないので、型締力は図４（ｂ）に破線で示すように電磁石４９の応答遅れの影響で緩やかに低下する。電磁石４９の応答遅れは、電磁石４９のコア４６等に残る磁気の影響によって生じる。

また、型締処理部６２は、所定の型締力Ｐ_０を解除するとき、図４（ａ）に実線で示すように時刻ｔ_０で直流電流の方向を反転させ、所定の型締力Ｐ_０を発生させる方向と逆方向の直流電流Ｉ_１を電磁石４９のコイル４８に流してもよい。電磁石４９に残る磁場を打ち消す方向の磁場が形成され、図４（ｂ）に実線で示すように型締力の低下が促進される。そのため、型開きまでの待ち時間を短縮することができる。

逆方向の直流電流Ｉ_１の強さ（大きさ）が大きくなるほど、型開きまでの待ち時間が短くなる。この待ち時間が短くなるほど、生産効率が良くなる反面、型締力の低下速度が速くなり、金型装置１９等にかかる負荷の変動が急激になる。そこで、逆方向の直流電流Ｉ_１の強さは、生産効率と、金型装置１９等にかかる負荷の変動の両方を考慮して試験等によって予め定められる。また、逆方向の直流電流Ｉ_１の強さは、所定の型締力Ｐ_０を発生させるときの直流電流Ｉ_０の強さに基づいて定められてもよい。

ところで、逆方向の直流電流Ｉ_１を流す時間が長くなると、電磁石４９と吸着部５１とが再吸着するので、図４（ｂ）に１点鎖線で示すように、型締力が再び増加する。尚、型締力がゼロに戻る前に再び増加するのは、電磁石４９に残る磁場にムラがあり、場所によって磁場の消えるタイミングが異なるためと推定される。

そこで、型締力の再増加を抑制するため、型締力を解除するとき、制御部６０に備えられる型締力判定部６６によって型締力が所定範囲内（Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ）にあるか否かを判定してもよい。この判定は、型締力センサとしての歪みセンサ５５の検出値、及び／又は位置センサ５３の検出値（位置の差）に基づいて行われ、所定時間毎に繰り返し行われてよい。

型締力が所定範囲内にあると型締力判定部６６が判定したとき、型締処理部６２は電磁石４９のコイル４８への電流供給を中止してよい。電磁石４９のコイル４８への電流供給を中止するタイミングは、型締力の再増加の途中でもよいが、型締力の低下の途中であることが好ましい。電磁石４９のコイル４８への電流供給を中止した後、コイル４８には電流が流れないので、型締力は電磁石４９の応答遅れに応じた速度で低下する。

次に、図５に基づいて、型締処理部６２による型締力の解除処理の変形例について説明する。以下の処理は、所定の型締力を金型装置１９に加えた後、型開きの前に行われる。

図５（ａ）は電磁石のコイルへの供給電流の経時変化を示し、図５（ｂ）は電磁石による型締力の経時変化を示す。

図５に示す変形例では、所定の型締力Ｐ_０を解除するとき、電磁石４９のコイル４８に流す直流電流の強さを時刻ｔ_０から徐々に減少し、時刻ｔ_１１でゼロにした後、直流電流の方向を変えて直流電流の強さを徐々に増加する。そうして、所定の型締力Ｐ_０を発生させる方向と逆方向の直流電流Ｉ_１１を電磁石４９のコイル４８に流した後、型開き前に、電磁石４９のコイル４８に流す直流電流の方向を１回以上反転させる。反転の度に、直流電流の強さの最大値は小さく設定されてよい（Ｉ_１１＞Ｉ_１２＞Ｉ_１３＞Ｉ_１４＞Ｉ_１５）。反転のタイミング（ｔ_１２＜ｔ_１３＜ｔ_１４＜ｔ_１５）は、電磁石４９と吸着部５１の再吸着が始まる直前、即ち、型締力の増加が始まる直前であってよい。

このように、電磁石４９のコイル４８に流す直流電流の方向を反転させることによって、電磁石４９に残る磁場のムラの影響を低減することができ、型締力の低下をさらに促進することができ、生産効率をより向上することができる。

また、電流供給時間が長く、型締力が再び増加した場合に、電磁石４９のコイル４８に流す直流電流の方向を反転させることによって、型締力を再度低下させることができる。そのため、パターン設定の自由度が高く、制御が容易である。

以上、本発明の一実施形態等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、図４に実線で示す例では、電磁石４９のコイル４８に流す直流電流の方向を時刻ｔ_０で反転させるが、時刻ｔ_０で電磁石４９への電流供給を一旦停止し、所定の時間をおいた後、逆方向の直流電流I_１を電磁石４９のコイル４８に供給してもよい。

１０射出成形機
１５固定金型
１６可動金型
２８リニアモータ（型開閉駆動部）
３１リニアモータの可動子
３５リニアモータのコイル
４８電磁石のコイル
４９電磁石（型締駆動部）
５１吸着部
５５歪みセンサ
６０制御部
６１型開閉処理部
６２型締処理部
６４型締力監視部
６６型締力判定部

Claims

型開閉動作を駆動する型開閉駆動部と、
型締め動作を駆動する型締駆動部と、
前記型開閉駆動部の動作、及び前記型締駆動部の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、型締力を解除するとき、型締力が所定値以下か否かを監視する型締力監視部を含み、該型締力監視部によって型締力が所定値以下であることが検出されたとき、前記型開閉駆動部によって型開き動作を行い、
前記制御部は、型締力を解除するとき、型締力を発生させる電磁石に供給する電流の向きを１回以上反転させると共に、前記型締力監視部で型締力を監視し、前記型締力監視部によって型締力が所定値以下であることが検出されたとき、前記型開閉駆動部によって型開き動作を行うことを特徴とする射出成形機。
前記型締力監視部は、型締力センサの検出値に基づいて、前記型締力が所定値以下か否かを監視する請求項１に記載の射出成形機。
前記型締力監視部は、所定部材の型閉じ時の位置からの位置の差に基づいて、前記型締力が所定値以下か否かを監視する請求項１又は２に記載の射出成形機。