JP7338874B2 - 磁気クランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に金型が磁気吸着されている間における、磁気吸着状態の変化を検出する磁気クランプ装置に関する。

射出成形機の金型固定に関して、磁気吸着力を利用した磁気クランプ装置が知られている。磁気クランプ装置は、磁性体のプレートをプラテンに取付け、金型を磁気的に固定する技術である。プレートは、極性反転不可能な磁石と可能な磁石（アルニコ磁石）とを有し、アルニコ磁石の磁気極性をコイルにより制御することにより、プレート内で閉鎖する磁気回路と、金型を経由する磁気回路との間で切り換え可能としている。

上記のプレートに金型を磁気吸着させるには、磁気クランプが金型を十分に磁化させる必要がある。しかし、実際には磁気クランプ装置と金型との間の磁束を減少させる多くの要素が存在する。例えば、成形用金型を加圧しすぎるオーバーパッキング、エジェクタロッドの誤使用、ノズルによる突き出し等により、磁気吸着力に勝る外力が金型に作用する場合である。その結果、磁気クランプ装置から金型は落下する。

特許文献１によれば、金型を固定する複数の磁気吸着ユニットと、磁気クランプ装置の動作状態を検出する検出手段とを備える。この検出手段の探りコイルが磁気吸着ユニットの主コイルの外側に装着される。これにより、磁気クランプ装置に対して金型が僅かに動くと、探りコイルに電圧が誘導されて着磁状態の異常が検出される。

誘導電圧は、巻き線数と磁束の変化率の積の関数であり、短い時間間隔における小さな磁束変化は、大きな電圧を生じさせる。特許文献２によれば、アルニコ磁石の極性を切り換える為のコイルを、金型のズレや浮きを検出する検出用のコイルとして有効に兼用する技術が知られている。コイルの巻線数を多くして、微弱な磁束の変化を検出してノイズに比べて高い誘導起電力を発生させる。

また、特許文献３には、コイルに誘導される電圧波形が、第１の閾値よりも所定の時間継続した場合や、第１の閾値を超える値の第２の閾値を短期間でも超える電圧が発生した場合に異常判定するものが開示されている。

特表２００５－５１５０８０号公報 特許第５３８５５４４号公報 特許第５６８３８２６号公報

特許文献１、２及び３においては、コイルに発生した誘導電圧を測定して比較回路に設定された閾値を超えたときに金型にズレや浮きが生じたとして緊急事態を発生させる。閾値はノイズによる誤作動を起こさない程度に設定されている。特許文献３においては、第２の閾値によりパルス的な変動を、第２の閾値よりも小さい第１の閾値により誘導電圧が所定時間継続する変動を夫々、異常と判断している。
本発明の目的は、コイルに発生した誘導電圧をよりきめ細かく測定して、着磁力の低下に対して各種の対応処置を選択することが可能な磁気クランプ装置を提供することである。

本発明では、着磁状態のときに金型を磁気的にクランプする磁性体からなるプレートの表面に、極性を反転可能な反転可能磁石と内周側に内側ポールを備えた反転不可能磁石とを有する複数のマグネットブロックが多数配置された磁気クランプ装置において、
前記反転可能磁石に巻かれ、又は前記内側ポールの外周に巻かれ、前記反転可能磁石を通過する磁束の過渡的変化を検出するコイルと、前記磁束の過渡的変化により前記コイルから検出される誘導電圧の正負極性が反転したかどうかを、正負電圧の閾値により判定し、前記誘導電圧の正負極性の反転を検出した場合に、前記金型が初期の位置から動いていないと判断できる状態であって、吸着力が低下した少し剥がれ掛けの状態と判断する制御装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、マグネットブロックの着磁力が弱まったとしても、金型がマグネットブロックに初期の位置状態のままクランプしていれば、金型を閉じて再着磁することにより、短時間に作業を復帰することができるという効果がある。

射出成形機を示す図であり、図１Ａは全体図、図１Ｂ～Ｄは、射出成形機に金型を取り付ける手順を示す説明図である。 マグネットプレートを表面から見た図であり、図２Ａは左側のマグネットプレートであり、図２Ｂは右側のマグネットプレートである。 金型が僅かに動いた際にコイルに検出される電圧の過渡状態を示す図である。 実施例を示す図で有り、図４Ａはブロック図、図４Ｂはフローを示す図である。

以下、本発明の実施例を説明する。
図１Ａにおいて射出成形機１は、金型Ｍ１、Ｍ２が夫々取り付けられる左右のプラテン２、３と、左側のプラテン２を左右方向に前進・後退移動自在にガイド支持するガイドロッド９とを備えている。夫々のプラテン２、３には、金型を磁気吸着する磁気クランプ装置１０、２０が夫々取り付けられている。６は樹脂を射出するノズル、７は液晶表示画面付きのコントローラ、８は金型Ｍ１から射出成形物を押し出すエジェクタロッドである。また、４、５は、夫々、金型補助金具である。

図１Ｂ～１Ｄは、左右の金型Ｍ１、Ｍ２を夫々の磁気クランプ装置１０、２０に磁気吸着させる手順を説明する図である。左右の金型Ｍ１、Ｍ２が互いに合わされた状態で、磁気クランプ装置１０、２０の間に吊り下げ搬送される（図１Ｂ）。このとき、磁気クランプ装置１０、２０は、金型Ｍ１、Ｍ２を脱磁させた状態（磁気吸着させない磁化解除状態）である。次に、左のプラテン２を右方へ移動させて磁気クランプ装置１０、２０の間に金型Ｍ１、Ｍ２を挟み込む。この状態で磁気クランプ装置１０、２０を、前記の脱磁状態から金型Ｍ１、Ｍ２を着磁状態（磁気吸着させる磁化状態）へ切り換える（図１Ｃ）。次いで、金型Ｍ１、Ｍ２を吊っているワイヤＷを夫々のプラテン２、３に設けられた金型補助金具４、５に取り付ける（図１Ｄ）。なお、金型補助金具４、５を利用するのは、金型Ｍ１、Ｍ２が床に落下することを防止するためである。図１Ｄの状態で金型Ｍ１、Ｍ２は磁気クランプ装置１０、２０に磁力でクランプされている。

図２は、磁気クランプ装置１０、２０を表面から見た図である。図２Ａは左側の磁気クランプ装置１０であり、図２Ｂは右側の磁気クランプ装置２０である。磁気クランプ装置１０、２０の表面には、多数のマグネットブロック１１、２１が配置されている。その他に、近接センサ１２、２２や磁束の変化を検出する磁束コイル（図示せず）が配置される。磁気クランプ装置１０には、エジェクタロッド８が挿入される貫通孔１３が設けられている。

磁気クランプ装置１０の本体は、磁性体からなるプレート（鋼製）ＰＬであり、表面（図面、左側）に円形状の溝部１４、２４が多数設けられている。溝部１４、２４で囲まれた部位がマグネットブロック１１、２１に相当する。

以下、マグネットブロック１１、２１の構造は同じであるので、代表してマグネットブロック１１について説明する。図２Ｃは、図２Ａ中のＸ－Ｘ線の矢視図である。同図において、プレートＰＬは、溝部１４の内周側に鋼の厚さを薄くした部分Ｄ１と、さらにその内側に鋼の厚さを厚くした円板状の内側ポールＤ２が一体的に設けられている。鋼の厚さを薄くした部分Ｄ１には、プレートＰＬの裏側から、リング状の反転不可能磁石１５が嵌め込まれる。反転不可能磁石１５は、その外形形状であるリングの内周側と外周側において、磁極を有しており、例えば、内周側がＳ極、外周側がＮ極である。反転不可能磁石１５として、例えばネオジウム磁石を利用することができる。反転不可能磁石１５の後ろ側には、円板状のアルニコ磁石１６と、その外部周囲に巻かれたコイル１７からなる反転可能磁石１８が配置される。反転可能磁石１８の後ろ側には、円板状の継鉄１９が嵌め込まれる。反転不可能磁石１５の内周側は内側ポールＤ２に磁気的結合し、外周側の厚さを薄くした部分Ｄ１の外周側（外側ポールＤ３）に磁気的に結合している。また、アルニコ磁石１６は内側ポールＤ２と継鉄１９に磁気的に結合し、継鉄１９は外側ポールＤ３に磁気的に結合している。また、溝部１４の部分Ｄ４は、他の部分に比べてさらに薄くされており、磁気的に飽和しやすくしている。プレートＰＬの表面側は、プレートＰＬの綱で全面が覆われた状態になるため、金型Ｍ１を装着する作業域から反転不可能磁石１５および反転可能磁石１８をシールすることができる。

図２Ｄは磁気クランプ装置１０が脱磁状態のときに様子を示している。アルニコ磁石１６は、プレートＰＬの表面（図面、左側）をＮ極とし、裏側をＳ極とした永久磁石になっている。その結果、反転不可能磁石１５、外側ポールＤ３、継鉄１９、アルニコ磁石１６、内側ポールＤ２で構成される磁気回路の中を磁束が通過する。この状態では、プレートＰＬの表面には磁束は漏れ出さず、金型Ｍ１を吸着することは無い。

図２Ｅは磁気クランプ装置１０が着磁状態のときの様子を示している。コイル１７に外部から直流電流を流すことにより、アルニコ磁石１６の磁極を反転させる。アルニコ磁石１６をプレートＰＬの表面をＳ極とし、裏側をＮ極とした永久磁石とする。アルニコ磁石１６の極性が反転し、必要な磁束を保磁する時間だけ直流電流は流せば良い。プレートＰＬの表面側では、内側ポールＤ２に対して、反転不可能磁石１５と反転可能磁石１８の両方がＳ極として結合することになる。金型Ｍ１がプレートＰＬの表面に押し付けられた状態では、これらの磁束は金型Ｍ１の中を通過する。その結果、反転不可能磁石１５、外側ポールＤ３、金型Ｍ１、内側ポールＤ２で構成される磁気回路と、アルニコ磁石１６、外側ポールＤ３、金型Ｍ１、内側ポールＤ２で構成される磁気回路とが形成される。アルニコ磁石１６は、永久磁石としては保磁力が相対的に高くないため、金型Ｍ１が失われると、反転不可能磁石１５の磁力により直ちにプレートＰＬの表面から外方へ向けての磁力が失われる。

図３に、アルニコ磁石１６に数ターンのコイル（センサコイル）を施して金型Ｍ１が僅かに動いた際に検出される誘導電圧の過渡状態を示している。この例では、プレートＰＬと金型Ｍ１との関係は、図１Ｄに示したとおりである。エジェクタロッド８を金型Ｍ１に衝突させることにより金型Ｍ１が動く状態を再現した。また、近接センサ１２により、金型Ｍ１がプレートＰＬから０．２ｍｍ以上離間したことを検出したときに、金型がプレートＰＬから外れたと判定した。図３Ａ、３Ｂは金型Ｍ１が外れたことを検出したときの誘導電圧の過渡波形である。図３Ａではエジェクタロッド８をゆっくりと衝突させ、図３Ｂでは速い速度で衝突させた。衝突時に設定した速度になるように調整した。図３Ａ、３Ｂいずれもエジェクタロッド８の突き出し力は、磁気クランプ装置１０の吸着力よりも大きい状態である。

図３Ａにおいては、衝突後２００ｍｓｅｃ間、金型Ｍ１が移動した状態を示している。また、図３Ｂにおいては、エジェクタロッド８の衝突により急激に動き、その後さらにずれた状態を示している。

次に、エジェクタロッド８の突き出し力を磁気クランプ装置１０の吸着力よりも小さい状態で、エジェクタロッド８を衝突させた。エジェクタロッド８の衝突速度を速めるとある速度に達すると、近接センサ１２による金型剥離が検出された。一方で、金型剥離が検出されない速度において、図３Ｃに示す電圧波形を観測することができた。

図３Ｃの波形によると、エジェクタロッド８の衝突の際に金型Ｍ１が移動する。このとき、電圧波形は負側に振れており、コイルを通過する磁束が急激に減少することを示している。その後、電圧波形は０Ｖを超えて極性が変わり正側となる現象（丸印部）が生じている。コイルを通過する磁束が増加していることを示している。金型Ｍ１が引き戻されて、再びプレートＰＬにクランプされた状態である。

コイルの出力電圧ｅは、
ｅ＝－Ｎｄφ／ｄｔ
で求められる。Ｎはコイルの巻き数である。
そして、金型Ｍ１の挙動により失われた磁束Δφは、コイルに誘起された電圧を測定することで評価することができる。出力電圧ｅを時間で積分し、コイルの巻き数Ｎで除することで磁束Δφを求めることができる。

金型Ｍ１が剥離したのは瞬間的である。しかし、離れた瞬間は、アルニコ磁石１６には反転不可能磁石１５による強い逆方向の磁束が与えられているため減磁する。磁気クランプ装置１０の吸着力は当初の状態から低下し、金型Ｍ１は少し剥がれ掛けの状態になっている。また、図３Ｃにおいては、失われた磁束Δφは少ないが、金型Ｍ１が引き戻されたとしても、初期の位置から金型Ｍ１は動いている可能性があることに注意する必要がある。

上記のように失われた磁束Δφは、出力電圧ｅを時間で積分したものをコイル巻き数で割ったものである。負側は失われた磁束、正側は回復した磁束である。本実施例においては、コイルに誘起された電圧を特定のサンプリング周波数によりサンプリングし、出力電圧ｅを時間で積分した値として各サンプリング電圧の大きさを、正負の関係を考慮して合算した値を求め、これを消失磁束に換算する対応テーブルを用意することにより、トータルとして失われた磁束Δφを求める。

求めた失われた磁束に基づき、吸着力の低下を警告する。また、吸着力の低下が何回か生じ、規定の吸着力の維持が困難となったと判断したら、着磁をやり直すように警告を発生しても良い。また、減磁を観測したときに、磁束の計算結果にかかわらず、初期の位置から金型Ｍ１は動いたとして、警告を発生するようにしてもよい。

以下、実施例を図４に基づき説明する。図４Ａは、左右の２つの磁気クランプ装置１０、２０の内、代表して磁気クランプ装置１０について示した回路図である。磁気クランプ装置２０も同様であるので説明は省略する。

マグネットブロック１１は、アルニコ磁石１６へ着磁を行うコイル１７（着磁コイル）と磁束の変化を検出するコイル３１（センサコイル）とを有している。図中、全てのマグネットブロック１１に対してコイル３１を設けているが、複数のマグネットブロック１１に選択的にコイル３１を設けても良い。コイル３１は、アルニコ磁石１６を通過する磁束を検出するものであり、本実施例においてはアルニコ磁石１６自体に巻かれている。各マグネットブロック１１のコイル３１は直列に接続されており、一端が接地され、他端が分圧回路３２に接続されている。分圧回路３２は、正と負に振れる誘導電圧を、制御装置の測定可能な電圧範囲内に納める回路である。制御装置３３は、制御用マイクロプロセッサであり、所定のサンプリング周期（１ｍｓｅｃ程度）で、分圧回路３２の出力電圧をサンプリングして内部のメモリに記憶する。警告器３６は、例えばＬＥＤ表示装置若しくは、スピーカである。警告の種別を認識できるものであれば良い。また、制御装置３３は、上位の液晶表示装置付きのコントローラ（例えば、図１Ａのコントローラ７）に警告を通報し、コントローラ側で警告の内容を液晶画面に表示しても良い。尚、制御装置３３には、一定の閾値が正負電圧に設定されており、分圧回路３２の出力に含まれるノイズを検知しないようになっている。

図４Ｂは、制御装置３３のプログラムフローを示す。誘導電圧の変化をトリガに制御装置３３は、サンプリングを開始する（ステップ４０）。サンプリングした結果、負から０レベルを超えて正への誘導電圧の変動があったどうかを判定する（ステップ４１）。所定のサンプリング期間内（例えば１００ｍｓｅｃ）で、正への誘導電圧の変動がなければ、金型Ｍ１のクランプ状態が位置を含めて変化したことを知らせる警告を出す（ステップ４３）。正負の極性が変動している場合、予め制御装置３３内のメモリ３４に格納しているテーブル３５から消失磁束を求め、過去に記憶した消失磁束を積算する（ステップ４２）。積算値が予め定めた閾値に達していなければ（ステップ４４）、クランプ中だが吸着力が低下したことを警告する（ステップ４５）。

閾値に達していれば、再び磁化することを促す警告を行う（ステップ４６）。この場合において、金型Ｍ１は初期の位置から動いていないと判断できるので、再着磁は、図１Ｃに示すように、そのまま２つの金型Ｍ１、Ｍ２を合わせた状態に戻し、コイル１７に直流を流すことにより行う。

本実施例によれば、マグネットブロックの磁気吸着力が弱まったとしても、金型Ｍ１、Ｍ２が磁気クランプ装置１０若しくは２０に初期の位置状態のままクランプしていれば、金型Ｍ１、Ｍ２を閉じて、一旦着磁状態から脱磁状態へ切り換えた後に、再着磁する（再び着磁状態へ切り換える）ことにより、短時間に作業を復帰することができる。

本実施例のステップ４２において、正負の極性が変動している場合、予め制御装置３３内のメモリ３４に格納しているテーブル３５から消失磁束を求め、積算値が予め定めた閾値に達していなければ金型Ｍ１は初期の位置から動いていないと判断したが、積算することなく直ちに警告を発しても良い。この警告を受けた場合、射出成形機１の停止や、磁気クランプ装置１０に対して一旦磁化解除した後に再着磁をしても良い。

本実施例においては、制御装置３３により、所定のサンプリング周期で、分圧回路３２の出力電圧をサンプリングして内部のメモリに記憶したが、正負夫々一定の閾値を設定して、そのレベルを超えたか否かを内部のメモリに記憶しても良い。

上記実施例において、コイル３１（センサコイル）とコイル１７（着磁コイル）とを別々のコイルにしたが、特許文献２に示すように、磁極反転用コイルをセンサコイルとして切り替えて使用しても良い。磁極反転用コイルをセンサコイルとして使用する場合には、切り換えのための回路が必要となるが、感度が向上するという利点がある。また、上記実施例において、アルニコ磁石１６自体に巻かれたセンサコイル３１を用いたが、センサコイル３１は本実施形態において配置されている位置に限定されるものではなく、他の箇所に配置してもよい。例えば、内側ポールＤ２の外周の周囲を巻くように配置しても良く、この場合には、部分Ｄ１と反転不可能磁石１５との間の空間を設けて配置するようにしても良い。

上記実施例において、制御装置３３は、分圧回路３２を介してコイル３１からの誘導電圧を受けて、図４Ｂに示したプログラムにより警告器３６に警報し、若しくは、上位のコントローラ（例えば、図１Ａのコントローラ７）に警告を通報した。この代わりに、上位のコントローラがメモリとマイクロプロセッサを含んで構成されている場合には、図４Ｂに示したプログラムを設定し、上位のコントローラにコイル３１からの誘導電圧を検知させて、射出成形機１の停止や、磁気クランプ装置１０に対して一旦磁化解除した後に再着磁を実行しても良い。また、このとき、上位のコントローラが有する液晶画面に警告の内容を表示しても良い。

１ 射出成形機
２、３ プラテン
４、５ 金型補助金具
８ エジェクタロッド
９ ガイドロッド
１０、２０ 磁気クランプ装置
１１、２１ マグネットブロック
１２、２２ 近接センサ
１３ 貫通孔
１４、２４ 溝部
１５ 反転不可能磁石
１６ アルニコ磁石
１７ コイル（着磁コイル）
１８ 反転可能磁石
１９ 継鉄
２０ 磁気クランプ装置
３１ コイル（センサコイル）
３２ 分圧回路
３３ 制御装置
３４ メモリ
３５ テーブル
３６ 警告器

Claims (5)

1. 着磁状態のときに金型を磁気的にクランプする磁性体からなるプレートの表面に、極性を反転可能な反転可能磁石と内周側に内側ポールを備えた反転不可能磁石とを有する複数のマグネットブロックが多数配置された磁気クランプ装置において、
   前記反転可能磁石に巻かれ、又は前記内側ポールの外周に巻かれ、前記反転可能磁石を通過する磁束の過渡的変化を検出するコイルと、前記磁束の過渡的変化により前記コイルから検出される誘導電圧の正負極性が反転したかどうかを、正負電圧の閾値により判定し、前記誘導電圧の正負極性の反転を検出した場合に、前記金型が初期の位置から動いていないと判断できる状態であって、吸着力が低下した少し剥がれ掛けの状態と判断する制御装置を有することを特徴とする磁気クランプ装置。
   
2. 請求項１の磁気クランプ装置において、前記制御装置は、前記コイルから検出される誘導電圧が負のみであった場合には、金型のクランプ状態が位置を含めて変化したと判断することを特徴とする磁気クランプ装置。
   
3. 請求項１の磁気クランプ装置において、前記制御装置は、前記コイルから検出される誘導電圧に極性が反転した場合には、前記誘導電圧から失われた磁束を求め、前回極性の反転が検出されたときに求めた失われた磁束と積算し、所定の閾値に達した場合に磁気クランプ装置を再着磁することを促す警告を行うことを特徴とする磁気クランプ装置。
   
4. 左右の各プラテンに磁性体からなるプレートがそれぞれ取り付けられ、かつ前記各プレートのそれぞれに金型がクランプされる射出成形機において、
   前記各プレートの表面に配置され、極性を反転可能な反転可能磁石と内周側に内側ポールを備えた反転不可能磁石とを有する複数の着磁状態のときに金型を磁気的にクランプするマグネットブロックと、
   前記反転可能磁石に巻かれ、又は前記内側ポールの外周に巻かれ、前記反転可能磁石を通過する磁束の変化を検出するコイルと、
   前記磁束の変化により前記コイルから検出される誘導電圧の極性が反転したかどうかを判定し、極性の反転を検出したときに、前記金型が初期の位置から動いていないと判断できる状態であって、吸着力が低下した少し剥がれ掛けの状態と判断する制御装置と、
   前記制御装置は、前記金型が初期の位置から動いていないと判断できる状態であって、吸着力が低下した少し剥がれ掛けの状態と判断したとき、前記各プレートにクランプされた金型を互いに合わせた状態で再着磁することを特徴とする射出成型機。
   
5. 左右の各プラテンに磁性体からなるプレートがそれぞれ取り付けられ、かつ前記各プレートのそれぞれに金型がクランプされる射出成形機において、
   前記各プレートの表面に配置され、極性を反転可能な反転可能磁石と内周側に内側ポールを備えた反転不可能磁石とを有し、着磁状態のときに金型を磁気的にクランプする複数のマグネットブロックと、
   前記反転可能磁石に巻かれ、又は前記内側ポールの外周に巻かれ、前記反転可能磁石を通過する磁束の変化を検出するコイルと、
   前記磁束の変化により前記コイルから検出される誘導電圧の極性が反転したかどうかを判定し、極性の反転を検出したときに、前記金型が初期の位置から動いていないと判断できる状態であって、吸着力が低下した少し剥がれ掛けの状態と判断し、前記各プレートにクランプされた金型を互いに合わせた状態で再着磁するコントローラとを有することを特徴とする射出成型機。
   

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