JP6794067B2 - トグル式型締装置の型開閉方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に設けられているトグル式型締装置を制御する型開閉方法に関するものである。

電動射出成形機は、従来周知のように、一対の金型を型締めする型締装置と、型締めされた金型に溶融樹脂を射出する射出装置とから概略構成され、これらの装置はモータによって駆動されるようになっている。型締装置には、油圧シリンダからなる型締機構によって直接型締力を発生させる直圧式の型締装置もあるし、トグル機構によって型締力を発生させるトグル式の型締装置もある。トグル式型締装置は、型開閉と型締めのいずれもトグル機構のみによって実施できる。そして型開閉が高速に実施でき、力の拡大率が大きく小さな駆動力で大きな型締力が得られ、優れている。ところで電動射出成形機において、トグル機構は型開閉用サーボモータによって駆動されるようになっている。例えば、型締ハウジングにボールネジが回転可能に設けられ、トグル機構のクロスヘッドに固定されているボールナットに螺合している。そして型開閉用サーボモータは、プーリ等を介してボールネジを回転するようになっている。型開閉用サーボモータを駆動するとボールネジが回転してボールナットがクロスヘッドと共に軸方向に駆動され、トグル機構が屈伸することになる。つまり型開閉される。

特開２００９−２５１８０４号公報

本発明と直接関係はないが特許文献１には、所定の速度増幅機構によってモータによる駆動速度が増幅されて駆動され、その増幅率がモータの回転位置によって変化する所定の機械部品を対象として、この速度や加速度を制御する方法が記載されている。型締装置におけるトグル機構もこの文献における速度増幅機構と言うことができる。すなわち、クロスヘッドの位置によって、クロスヘッドの駆動速度に対する可動盤の速度の増幅率が変化するようになっているからである。このようなクロスヘッドの位置と増幅率の変化の関係は、トグル機構における幾何学的な考察から導くことができる。そしてクロスヘッドの位置は型開閉用サーボモータの回転位置と比例している。これらの点に鑑み、この文献においては次のような制御方法が提案されている。すなわち、可動盤の速度や加速度を制御するとき、型開閉用サーボモータの速度や加速度を型開閉用サーボモータの回転位置によって調整するようにすることである。そうすると、可動盤の速度や加速度を所望の大きさにすることができる。ただし、この文献においては、トグル機構のような速度増幅機構によって速度が増幅される機械部品について、なぜその速度や加速度を所望の大きさに制御したいのか、という制御の目的については格別に記載されていない。

近年、大型の産業機械においては、静粛性の要求が大きくなってきている。産業機械を構成している重量の大きい部材が駆動されると、振動や騒音が発生するが、振動や騒音の発生は工場環境にとって好ましくないからである。射出成形機においても静粛性が重要になっており、特に重量の大きい型締装置について、型開閉時に発生する振動や騒音を小さくすることが要求されている。型締装置の型開閉時における振動や騒音は、重量の大きい可動盤の、短時間での大きな運動量の変化つまり大きな力積によって発生する。そうすると可動盤を滑らかに駆動するようにすれば短時間での運動量の変化を抑制でき、振動や騒音の発生は抑制できると考えられる。そこで例えば、特許文献１に記載の方法を応用し、可動盤の駆動速度を一定にしたり、可動盤の加速度を一定にするようにすれば振動や騒音を抑制できるかも知れない。しかしながら、可動盤の駆動速度を一定にしたり加速度を一定にするには、型開閉用サーボモータの回転数を複雑に変化させなければならず、制御が複雑になってしまう。また、トグル式型締装置の優れた点の一つは、型開閉の速度が速いことである。つまりトグル機構が伸張状態にあるときには可動盤は緩やかに駆動されるが、それ以外の状態にあるときはクロスヘッドの駆動速度に比して高速に可動盤が駆動されるようになっている。もし可動盤の駆動速度を一定にする制御を採用すると、高速に型開閉ができなくなってしまいトグル式型締装置の利点が失われる。つまり特許文献１に記載の方法は採用できない。

本発明は、上記したような問題点を解決した、トグル式型締装置における型開閉方法を提供することを目的としており、制御がシンプルであり、型開閉が速いというトグル式型締装置の優れた特徴を損なうこと無く、型開閉時において発生する振動や騒音を可及的に小さくすることができる、トグル式型締装置の型開閉方法を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、トグル式型締装置をクロスヘッドを駆動して型開閉するとき、このクロスヘッドの駆動速度を制御するようにする。具体的には、クロスヘッドを第１の速度から第２の速度に速度切換するとき、クロスヘッドの加速度を台形状加速変化によって変化させるようにする。台形状加速変化は、加速度０から開始して１次関数的に変化させて所定の大きさとし所定時間経過後に１次関数的に変化させて０にして完了する変化である。ところでトグル機構のトグル拡大率は屈伸状態によって変化するが、台形状加速変化の開始から完了までの加減速時間を速度切換時のトグル拡大率によって調整するように構成する。具体的には、加減速時間がトグル拡大率に反比例するように調整する。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、固定盤と、該固定盤に対して複数本のタイバーによって連結されている型締ハウジングと、前記固定盤と前記型締ハウジングの間に設けられている可動盤と、前記型締ハウジングと前記可動盤の間に設けられているトグル機構とからなり、該トグル機構のクロスヘッドを駆動すると前記可動盤が駆動されて型開閉するようになっているトグル式型締装置において、前記クロスヘッドを第１の速度から第２の速度に速度切換するとき、所定の台形状加速変化によって加減速するようにし、前記台形状加速変化は、加速度を０から開始して１次関数的に変化させて所定の大きさとし該所定の大きさを所定時間維持した後に１次関数的に変化させて０にして完了する加速度の変化であり、前記台形状加速変化における前記開始から完了までの時間を加減速時間とするとき、前記加減速時間は速度切換時におけるトグル拡大率に反比例するようにその長さを調整することを特徴とする、トグル式型締装置の型開閉方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、前記加減速時間は次式
Ａ_ｘ＝α×｜Ｖ_１−Ｖ_２｜／Ｒ_ｘ
ただし、Ａ_ｘ：加減速時間
α：定数
Ｖ_１：第１の速度
Ｖ_２：第２の速度
Ｒ_ｘ：速度切換時のトグル拡大率
により与えることを特徴とする、トグル式型締装置の型開閉方法として構成される。

以上のように、本発明は、固定盤と、該固定盤に対して複数本のタイバーによって連結されている型締ハウジングと、固定盤と型締ハウジングの間に設けられている可動盤と、型締ハウジングと可動盤の間に設けられているトグル機構とからなり、該トグル機構のクロスヘッドを駆動すると可動盤が駆動されて型開閉するようになっているトグル式型締装置を対象とし、この型開閉方法として構成されている。そして本発明は、クロスヘッドを第１の速度から第２の速度に速度切換するとき、所定の台形状加速変化によって加減速するようにし、台形状加速変化は、加速度を０から開始して１次関数的に変化させて所定の大きさとし該所定の大きさを所定時間維持した後に１次関数的に変化させて０にして完了する加速度の変化とする。つまりクロスヘッドは、これによって第１の速度から第２の速度に変化するとき、２次関数的に速度が変化することになり、速度変化は滑らかになる。これによって可動盤も滑らかに駆動され振動や騒音の発生が抑制される。ところでこのようにクロスヘッドの駆動を制御する制御方法は、比較的シンプルであり型開閉用サーボモータによって容易に実現できる。そして本発明によると、このような台形状加速変化における開始から完了までの時間を加減速時間とするとき、加減速時間は速度切換時におけるトグル拡大率に反比例するようにその長さを調整するように構成する。可動盤の速度の変化はトグル拡大率によって変化するが、このトグル拡大率に反比例するよう加減速時間を調整するので、可動盤の駆動を確実に滑らかにすることができる。つまり振動や騒音を抑制できる。なお本発明の方法では、型開閉が速いというトグル式型締装置の優れた特徴を損なうことがない。他の発明によると、加減速時間は所定の式により与えるように構成されている。クロスヘッドの速度が一定の場合には、トグル拡大率が大きいとき可動盤の速度は小さく、トグル拡大率が小さいとき可動盤の速度は大きい。この発明によると、加減速時間はトグル拡大率に反比例するようにしているので、クロスヘッドの速度の変化を一定の大きさにした場合、可動盤の速度変化はトグル機構がどのような屈伸状態にあっても一定になることが保証される。これによってトグル機構がどのような屈伸状態にあっても可動盤の速度変化による振動や騒音の発生を一定にすることができる。つまり振動や騒音を確実に抑制できる。

本発明の実施の形態に係る射出成形機を示す正面図である。 その（ア）は本実施の形態に係るトグル式型締装置の型開閉方法を実施するときのクロスヘッドの加速度を示すグラフであり、その（イ）はクロスヘッドの速度を示すグラフである。

以下、本実施の形態について説明する。本実施の形態に係る射出成形機１は、図１に示されているように、従来のトグル式の射出成形機と同様に構成されている。すなわち射出成形機１は、トグル式型締装置２と、射出装置３とから概略構成されている。トグル式型締装置２は、ベッドＢに固定されている固定盤５と、この固定盤５と離間してベッドＢ上でスライド可能に設けられている型締ハウジング６と、固定盤５と型締ハウジング６とを連結する複数本のタイバー８、８、…と、固定盤５と型締ハウジング６の間においてベッドＢ上をスライド可能に設けられている可動盤９と、型締ハウジング６と可動盤９の間に設けられているトグル機構１０とから構成されている。

トグル機構１０は、型締ハウジング６に形成されているクレビスにその一方の端部が枢着されている短リンク１２、１２と、可動盤９に形成されているクレビスにその一方の端部が枢着されている長リンク１３、１３とを備えている。これらの短リンク１２、１２と長リンク１３、１３はそれぞれの他方の端部同士がピンによって枢着、すなわち連結されている。トグル機構１０において、短リンク１２、１２にはその腹部においてクロスリンク１５、１５の一方の端部が枢着され、クロスリンク１５、１５の他方の端部がクロスヘッド１６に枢着されている。本実施の形態に係る射出成形機１は電動射出成形機からなるので、トグル機構１０は型開閉用サーボモータ１８によって駆動されるようになっている。すなわち型開閉用サーボモータ１８が型締ハウジング６の側部に設けられ、型開閉用サーボモータ１８の駆動プーリ１９と、型締ハウジング６の底面に設けられている大プーリ２０とがタイミングベルト２１によって掛け回されている。大プーリ２０は、ボールネジ機構２３のボールネジ２５と一体的に回転するようになっており、このボールネジ２５にはボールナット２４が螺合している。このボールナット２４はクロスヘッド１６に固定されている。従って、型開閉用サーボモータ１８を駆動するとボールネジ２５が回転し、ボールナット２４と共にクロスヘッド１６が駆動されてトグル機構１０が屈伸する。すなわちトグル式型締装置２が型開閉する。

このようなトグル式型締装置２の固定盤５には固定側金型２８が、可動盤９には可動側金型２９がそれぞれ設けられている。固定盤５にはその中央にくり抜きが形成され、射出装置３の射出ノズル３１が挿入され、射出ノズル３１は固定側金型２８の図示されていないスプルに当接している。

本実施の形態に係るトグル式型締装置２の型開閉方法は、クロスヘッド１６のを駆動するときその速度の変化を滑らかにする点に特徴があり、これによって可動盤９を滑らかに駆動するようになっている。以下、その具体的な方法について説明するが、クロスヘッド１６を所定の速度で駆動すると表現したり所定の加速度で加減速すると表現するとき、型開閉用サーボモータを所定の回転数で駆動したり所定の加速度で回転数を加減速することと同等の技術内容を意味する。

トグル式型締装置２を型開閉するとき、クロスヘッド１６はその速度を切換える。例えば、クロスヘッド１６が停止状態から所定の速度にする場合、速度が０の状態から所定の速度に速度切換する。クロスヘッド１６が所定の速度から停止状態に移行する場合、所定の速度から速度０に速度切換する。あるいは、所定の速度で駆動していたクロスヘッド１６を他の速度に速度切換することもある。このようにクロスヘッド１６は速度切換するが、最初の速度つまり第１の速度から、次の段階の速度つまり第２の速度に切換えるとき、本実施の形態においては、図２の（ア）に示されているような、台形状加速変化によって加減速するようにする。台形状加速変化は、加速度を０から開始して１次関数的に変化させて所定の大きさとし該所定の大きさを所定時間維持した後に１次関数的に変化させて０にして完了する加速度の変化である。つまり図２の（ア）で示されているように、符号３５から符号３６において加速度を０から直線的に変化させ、符号３６から符号３７にかけて所定時間加速度を一定にし、符号３７から符号３８において加速度を直線的に変化させて０とする。このように加速すると、クロスヘッド１６の速度は図２の（イ）に示されているように、２次関数的に変化する。すなわち符号４１から符号４２までは速度は２次関数により変化し、符号４２から符号４３までは直線的に変化し、符号４３から符号４４までは２次関数により変化する。つまりクロスヘッド１６は第１の速度から第２の速度に滑らかに速度切換される。これによってトグル式型締装置２の可動盤９は滑らかに駆動されて振動や騒音の発生が抑制される。なお参考として、図２の（ア）、（イ）にはクロスヘッド１６を従来の方法で速度切換する場合の、その加速度と速度の変化が点線で示されている。つまり従来の方法で速度切換する場合には、加速度を一定で加速するので、その速度は直線的に変化することになり、符号４１、符号４５において速度変化は滑らかではない。つまり符号４１、符号４５のタイミングで可動盤９が振動したり騒音が発生する。

本実施の形態に係るトグル式型締装置２の型開閉方法は、さらにもう一つ特徴がある。それは第１の速度から第２の速度切換するとき、切換に要する時間つまり加減速時間について、その長さを調整する点である。加減速時間は、図２の（ア）における符号３５から符号３８までの時間であり、図２の（イ）における符号４１から符号４４までの時間である。このような加減速時間を次式で与える。
Ａ_ｘ＝α×｜Ｖ_１−Ｖ_２｜／Ｒ_ｘ （１式）
ただし、Ａ_ｘ：加減速時間
α：定数
Ｖ_１：第１の速度
Ｖ_２：第２の速度
Ｒ_ｘ：速度切換時のトグル拡大率
ここでトグル拡大率は、クロスヘッド１６の速度に対する可動盤９の速度の比の逆数である。あるいはクロスヘッド１６の駆動力に対して可動盤９において発生する型締力の比でもある。トグル拡大率はトグル機構１０の屈伸状態によって変化し、例えば所定の機種においてはトグル機構１０が屈曲した状態でトグル拡大率は約０．６５、トグル機構１０が伸張した状態でトグル拡大率は約７．４に変化する。上の１式で示されるように、加減速時間Ａ_ｘは、クロスヘッド１６を第１の速度Ｖ_１から第２の速度Ｖ_２の速度切換するとき、その速度差の絶対値に比例して長さを調整し、そして速度切換時におけるトグル拡大率Ｒ_ｘに反比例するように長さを調整する。実際の射出成形機１においては、クロスヘッド１６の速度は、最高速度に対する百分率（％）によって与えるので、次式のように加減速時間を与えても良い。
Ａ_ｘ＝Ａ_０×（｜ｖ_１−ｖ_２｜／１００）×（Ｒ_０／Ｒ_ｘ） （２式）
ただし、Ａ_ｘ：加減速時間
Ａ_０：基準加減速時間
ｖ_１：第１の速度（％）
ｖ_２：第２の速度（％）
Ｒ_０：基準トグル拡大率
Ｒ_ｘ：速度切換時のトグル拡大率
ここで基準トグル拡大率Ｒ_０は、クロスヘッド１６が所定の基準位置にあるときのトグル拡大率のことであり、そのときにおける加減速時間を基準加減速時間Ａ_０としている。

１ 射出成形機 ２ トグル式型締装置
３ 射出装置 ５ 固定盤
６ 型締ハウジング ８ タイバー
９ 可動盤 １０ トグル機構
１６ クロスヘッド １８ 型開閉用サーボモータ
２３ ボールネジ機構

Claims (2)

1. 固定盤と、該固定盤に対して複数本のタイバーによって連結されている型締ハウジングと、前記固定盤と前記型締ハウジングの間に設けられている可動盤と、前記型締ハウジングと前記可動盤の間に設けられているトグル機構とからなり、該トグル機構のクロスヘッドを駆動すると前記可動盤が駆動されて型開閉するようになっているトグル式型締装置において、
   前記クロスヘッドを第１の速度から第２の速度に速度切換するとき、所定の台形状加速変化によって加減速するようにし、
   前記台形状加速変化は、加速度を０から開始して１次関数的に変化させて所定の大きさとし該所定の大きさを所定時間維持した後に１次関数的に変化させて０にして完了する加速度の変化であり、
   前記台形状加速変化における前記開始から完了までの時間を加減速時間とするとき、前記加減速時間は速度切換時におけるトグル拡大率に反比例するようにその長さを調整することを特徴とする、トグル式型締装置の型開閉方法。
2. 請求項１に記載の型開閉方法において、前記加減速時間は次式
   Ａ_ｘ＝α×｜Ｖ_１−Ｖ_２｜／Ｒ_ｘ
   ただし、Ａ_ｘ：加減速時間
   α：定数
   Ｖ_１：第１の速度
   Ｖ_２：第２の速度
   Ｒ_ｘ：速度切換時のトグル拡大率
   により与えることを特徴とする、トグル式型締装置の型開閉方法。

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