JPH0622930B2 - 発泡成形機における発泡圧検出方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発泡合成樹脂材料を用いて成形品を作成する
発泡成形機において、金型内における原料の発泡圧を検
出する方法及びその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

発泡ポリスチレン等の発泡合成樹脂材料を用いて成形品
を作成する場合、一対の発泡成形用金型を型閉めし、成
形空間内に原料ビーズを充填して、加熱発泡、冷却、型
開き、成形品取り出しの工程が順次行われる。

この時、予備発泡されて金型内に充填された原料ビーズ
は蒸気加熱されることによって発泡圧と呼ばれる膨張力
を発生し、温度の上昇とあいまって互いに融着する。

この融着が完了すれば、冷却を行い、型開き後成形品の
取り出しが行われる。

金型内の発泡合成樹脂材料の発泡圧は、加熱の進行とと
もに上昇し、冷却とともに下降するもので、発泡圧が一
定値以上の時に成形品を取り出せば自らの残存発泡圧に
よって変形を生じるため、冷却時間を充分にとることが
必要である。

また、加熱工程において、充分な融着が行われるよう
に、発泡圧が一定値以上になるように加熱時間をとる必
要がある。

通常、発泡成形における各工程はタイマによって制御さ
れるもので、加熱及び冷却の工程もこのタイマに設定さ
れた時間に基づいて行われる。

また、発泡成形用金型に圧力センサを取付けて金型内の
発泡圧を直接測定し、これに基づいて加熱、冷却、型開
きの工程を制御する方法もある。

例えば、実開昭57-90820号公報に開示されたものは、原
料を充填するためフィラーに圧力センサを組み込んで、
金型内の発泡圧を検出するものである。

また、特開昭59-230730 号公報に開示されたものは、成
形品を取り出すためのエジェクトピンに圧力センサを設
け、金型内の発泡圧を検出するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

発泡成形機における成形品の取り出しタイマを利用して
行った場合には、設定された冷却時間が充分でなく、発
泡圧が高いまま成形品の取り出しを行うと前述したよう
に残存した発泡圧によって成形品に変形を生じることと
なる。

この為、タイマの冷却時間を充分に設定する必要があ
り、ともすれば、無駄な冷却を行うこととなって、サイ
クルタイムが長くなり、作業効率が悪くなる。

また、加熱の工程においては、発泡圧がある一定の値ま
で上昇すれば充分な融着が行われ、それ以上の加熱を行
う必要はない。

仮に、それ以上の加熱を行ったとしても、品質は多少向
上するものの、必要以上の品質であり、また冷却時間を
余分にとる必要が生じて、サイクルタイムが長くなる。

つまり、加熱の工程においても、タイマによる時間制御
は無駄が多く、作業効率を悪くするものである。

また、金型に圧力センサを取付けるためには、その作業
が必要であり、たとえ前述のようにフィラーやエジェク
トピンに圧力センサを組み込んだものを用いたとして
も、フィラーやエジェクトピンが大型化して取付けが困
難となったり、本来の機能を損なう等の問題を内包する
ものである。

また、金型に設けたセンサが検知できる発泡圧は、セン
サの取付け位置のみであり、全体の発泡圧を検出するこ
とは不可能である。

本発明は、上記問題点に鑑みて、発泡成形機の金型内に
充填された発泡合成樹脂材料の発泡圧を検出する方法及
びその装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、発泡成形機本体
に固定され、発泡成形用金型の一方の金型が取付けられ
る固定型枠と、該固定型枠に対向して移動可能であり、
前記発泡成形用金型の他方の金型が取付けられる移動型
枠と、ボールスクリューとボールナットの噛合でなり、
前記移動型枠を前記固定型枠に対向して移動させる移動
手段と、該移動手段のボールナットまたはボールスクリ
ューを回転駆動するサーボモータと、を有する発泡成形
機において、前記移動型枠に取付けられる移動金型の位
置検出手段と、該位置検出手段によって検出される位置
信号がフィードバックされ、これに基づいて前記サーボ
モータを制御するサーボ制御部と、感圧部が前記移動手
段のボールスクリュー先端と前記移動型枠間に関係づけ
られてなる圧力検出手段とを設け、前記発泡成形用金型
を型閉めした後、両金型間に微小間隙を生せしめ、発泡
成形時に両金型間の距離を広げる方向に働く発泡圧を前
記位置検出手段によって検出して前記サーボ制御部にフ
ィードバックし、前記微小間隙を一定に保持するように
前記サーボモータを制御した状態で発泡成形工程を行
い、同時に前記圧力検出手段の感圧部にかかる荷重を電
気信号に変換して発泡圧を検出する発泡成形機における
発泡圧検出装置を構成するものである。

ここで圧力検出手段として、ロードセルを利用すること
ができる。

また、本発明では、発泡成形機本体に固定され、発泡成
形用金型の一方の金型が取付けられる固定型枠と、該固
定型枠に対向して移動可能であり、前記発泡成形用金型
の他方の金型が取付けられる移動型枠と、ボールスクリ
ューとボールナットの噛合でなり、前記移動型枠を前記
固定型枠に対向して移動させる移動手段と、該移動手段
のボールナットまたはボールスクリューを回転駆動する
サーボモータと、感圧部が前記移動手段のボールスクリ
ュー先端と前記移動型枠間に関係づけられてなる圧力検
出手段と、前記移動型枠に取付けられる移動金型の位置
検出手段と、該位置検出手段によって検出される位置信
号がフィードバックされ、これに基づいて前記サーボモ
ータを制御するサーボ制御部と、を設けてなる発泡成形
機において、前記発泡成形用金型を型閉めした後、両金
型間に微小間隙を生ぜしめ、発泡成形時に両金型間の距
離を広げる方向に働く発泡圧を前記位置検出手段によっ
て検出して前記サーボ制御部にフィードバックし、前記
微小間隙を一定に保持するように前記サーボモータを制
御した状態で発泡成形工程を行い、同時に前記圧力検出
手段の感圧部にかかる荷重を電気信号に変換して発泡圧
を検出する発泡成形機における発泡圧検出方法を開示す
るものである。

〔作 用〕

本発明に係る発泡成形機における発泡圧検出方法及びそ
の装置は上述のようにしてなり、型閉め後の両金型間を
微小間隔で保持し、金型内の発泡圧の変化を圧力検出手
段の感圧部にかかる荷重の変化として検出して、これを
電気信号に変換することによって発泡圧の検出を行うも
のである。

〔実施例〕

本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明に用いられる発泡成形機本体の要部説明
図である。

図中１は発泡成形機本体に取付けられる固定型枠であ
り、発泡成形用金型２のうちの一方の固定金型３が取付
けられるものである。

固定金型３の背面には、原料ビーズを充填するためのフ
ィラーや成形品を取り出すためのエジェクトピン（いず
れも図示せず）等が取付けられてなるものである。

４は固定型枠１に対向して移動可能にされた移動型枠で
あり、発泡成形用金型２のうちの他方である移動金型５
が取付けられるものである。

この移動型枠４は、通常、固定型枠１より立設されるタ
イバー（図示せず）によって案内されて移動するもので
ある。

移動型枠４は、回転運動を直線運動に変換する移動手段
６によって移動されるもので、この移動手段６は、例え
ば、先端が移動型枠４の背面に取付けられるボールスク
リュー７とこのボールスクリュー７に螺合するボールナ
ット８とからなるものである。

９は発泡成形機本体に取付けられるサーボモータであ
り、このサーボモータ９の回転力はベルト10を介してボ
ールナット８に伝達されるが、回転力の伝達方向はこれ
に限定されるものではない。

11はボールスクリュー７先端と移動型枠４間に関係づけ
られる圧力検出手段であり、図示したものは、ボールス
クリュー７先端に本体が取付けられ、感圧部13が移動型
枠４背面に当接するように配されてあるロードセル12が
採用されている。

ロードセル12は、内部に歪みゲージを有しており、感圧
部13にかかる荷重に応じて電気的信号を発生するもので
ある。

移動型枠４の背面には、ボールスクリュー７が挿通可能
な貫通孔15を有する断面略コ字状のジョイント14が取付
けられており、ボールスクリュー７がジョイント14の貫
通孔15に挿通されている。

ボールスクリュー７の先端はジョイント14の貫通孔15の
径よりも大なる径にされており、型開きの際にボールス
クリュー７先端がジョイント14に係止して確実に移動型
枠４の移動を可能にするものである。

また、ロードセル12の感圧部13は型閉め時には、移動型
枠４背面に当接する状態で配置されている。

第２図は、本発明の要部説明用簡略ブロック図である。

即ち、サーボモータ９の回転はロータリエンコーダ等の
位置検出手段16によって位置信号に変換され、このこと
によって移動型枠４の位置を検出することができる。

位置検出手段16は光学式エンコーダや磁気スケール等を
用いて移動型枠４の位置を直接検出することも可能で、
ホームポジションパルスを決定し、その後の増加パルス
の変化を検出するものが用いられるものである。

位置検出手段16が検出した移動型枠４の位置は位置パル
ス信号に変換されてサーボ制御部17にフィードバックさ
れる。

サーボ制御部17は、設定基準位置と位置検出手段16から
入力される位置信号との差である偏差を求め、この偏差
を修正すべく定められた伝達関数によってサーボモータ
９を制御するものである。

サーボモータ９の回転力は、移動手段６を介して直線運
動に変換され、更に圧力検出手段11を介して移動型枠４
を移動させる。

圧力検出手段11は、第１図で示したように、移動型枠４
背面及びボールスクリュー７先端間に挿入されるロード
セルで構成でき、歪みゲージにかかるボールスクリュー
７からの荷重を発泡圧として検出し、電気信号に変換し
て出力するものである。

第３図は、発泡成形用金型２の説明用断面図である。

即ち、発泡成形用金型２は固定金型３と移動金型５とを
有し、互いに型閉めされた時、成形空間18を形成するも
のである。

この時、固定金型３または移動金型５の接合面には、Ｏ
リング等の弾性体で構成されたパッキン19が取付けられ
ており、固定金型３と移動金型５が完全に密着状態にさ
れた時には、このパッキン19が圧縮されて弾性変形して
いる。

通常、このパッキン19は、６〜８mm程度の直径を有する
もので、金型２の一方に設けられた５〜６mm程度の深さ
の溝に埋設されており、金型２の接合面に１〜２mm程度
突出している。

この為、金型２を完全に密着した状態から数μｍ〜数１
０μｍ金型を開いた状態であっても成形空間18は、発泡
成形に必要な閉空間を形成しており、なおかつパッキン
19は弾性変形した状態でサーボモータ９のトルクによる
締付け力Ｐに抗する方向に弾性力Ｅを生じている。

また、成形空間18に充填された発泡合成樹脂の原料ビー
ズは加熱されることによって、締付け力Ｐに抗する方向
に発泡圧Ｆを発生する。

よって、発泡成形用金型２に微小間隙を生ぜしめ、この
間隙を一定に保持するようにサーボモータ９を制御すれ
ば、サーボモータ９のトルクによる締付け力Ｐは、成形
空間18内の発泡合成樹脂の発泡圧Ｆとパッキン19の弾性
力Ｅとの和に常に釣り合うこととなる。

第４図は本発明のフローチャートである。

まず、サーボモータ９を駆動して移動型枠４を移動し、
発泡成形用金型２を完全に密着状態にする。

この時の移動金型５の位置をＸ_０＝０とする。

次に、移動型枠４を移動させて、固定金型３と移動金型
５との間に微小間隙を生ぜしめる。

この微小間隙は、例えば、10μｍ程度の間隙であり、第
３図に示したパッキン19が弾性変形した状態を維持する
程度のものである。

この微小間隙を10μｍに設定するために、位置パルス信
号Ｘref が 100パルス必要であるとすれば、Ｘref ＝ 1
00(pulse)とすればよい。

あるいは、完全に密閉状態に型閉めするための締付力が
10ｔ必要であれば、約10％の１ｔ程度の力で締付けた状
態の位置パルスをＸref としても同様の結果が得られ
る。

この状態で、発泡合成樹脂−例えば発泡ポリスチレン等
が用いられる−の原料ビーズを発泡成形用金型２の成形
空間18に充填し、加熱発泡、冷却の工程を行う。

この時、位置検出手段16によって移動金型５の位置を検
出し、位置パルスＸに変換してサーボ制御部17にフィー
ドバックする。

サーボ制御部17は、基準位置パルスＸref(=100(pulse))
と検出位置パルスＸの差を演算し、偏差αを求め、更
に、この位置ループゲインＧ_θその他の伝達関係に基づ
いて速度制御指令を決定し、偏差αが０になるようにサ
ーボモータ９を制御する。

この時、ロードセル12の歪みゲージにかかる荷重はサー
ボモータ９による締付け力Ｐであり、これを電気信号に
変換して検出する。

即ち、発泡成形用金型２の微小間隙が10μｍを保持する
ようにサーボモータ９を制御すれば、パッキン19による
弾性力Ｅと成形空間18内の発泡合成樹脂の発泡圧Ｆとの
和が、サーボモータ９のトルクによる締付け力Ｐと常に
釣り合っている。

よって、発泡圧Ｆは、 Ｆ＝Ｐ−Ｅ−α で表され、ロードセル12の歪みゲージにかかる荷重を検
出すれば、この発泡圧を容易に知ることが可能である。

但し、αは成形空間内の真空引き時の真空圧、加熱時の
蒸気圧等の外乱である。

加熱工程において、発泡圧がある一定値に達すると充分
な融着が行われるもので、例えば1.2 〜2.0 kg／cm²程
度の発泡圧で加熱工程を終了すれば、必要最小時間で適
切な加熱が行われる。

また、成形品の取り出しは、発泡圧が設定された値まで
降下した時に、型開きされて行われるもので、例えば、
発泡圧Ｆが0.4 〜0.05kg／cm²程度まで下降すれば変形
することなく取り出すことができるものである。

本発明に係る発泡成形機における発泡圧検出方法及びそ
の装置は上述のような構成でなり、ロードセル12を用い
て、発泡成形用金型２の成形空間18内の発泡圧を検出す
ることができ、加熱工程及び冷却工程を適切な発泡圧で
行って、成形品の取り出しを適切な時期に行うことがで
きるものである。

更に、ここで得られる発泡圧は、発泡成形用金型２の成
形空間18内の全体の発泡圧であり、信頼性の高いもの
で、成形品の変形を防止することが可能となるものであ
る。

また、発泡成形用金型２に取付ける必要がないので、ど
のような金型であっても、発泡圧コントロールが可能と
なるものである。

第５図は、本発明に係る発泡成形機における発泡圧検出
装置の第２実施例の説明用側面図である。

１は、発泡成形機本体に取付けられる固定型枠であり、
発泡成形用金型２のうち一方の固定金型３が取付けられ
るものである。

４は、固定型枠１に対向して移動可能にされた移動型枠
であり、発泡成形用金型２のうちの他方である移動金型
５が取付けられるものである。

この移動型枠４は固定型枠１を貫通するタイバー20に案
内されて移動するものであり、タイバー20の他方にはダ
ミー枠21が取付けられている。

ダミー枠21にはボールナット22が固定されており、発泡
成形機本体に軸受されるとともに先端が固定型枠１背面
に遊貫状態で取付けられるボールスクリュー23がこのボ
ールナット22と螺合している。

ボールスクリュー23は、例えばベルト24を介してサーボ
モータ25の回転力が伝達されるものであり、サーボモー
タ25の回転力がボールスクリュー23に伝達され、ボール
ナット22によって直線運動に変換されてダミー枠21を移
動させ、このことから移動型枠４を移動させるものであ
る。

固定型枠１の背面にはボールスクリュー23が挿通可能な
貫通孔26を有する断面略コ字状のジョイント27が取付け
られており、ボールスクリュー23の先端はジョイント27
の貫通孔26の径よりも大なる径にされており、遊貫状態
でジョイント27に取付けられている。

また、ボールスクリュー23の先端にはロードセル28でな
る圧力検出手段11が設けられており、ロードセル28の感
圧部29は固定型枠１背面に当接して、ボールスクリュー
23先端との圧力を検出するようにされている。

この第２実施例では、第１実施例と同様にサーボモータ
25を駆動して移動型枠４を移動し、一旦成形用金型２を
完全に密着させる。

次に移動型枠４を移動させて、固定金型３と移動金型５
との間に微小間隙を生ぜしめる。

この微小間隙を一定に保持するようにサーボモータ25を
制御しつつ、発泡成形の作業工程を行うものである。

発泡成形用金型２の成形空間18内に生じた発泡圧は、両
金型を引き離す方向に作用し、移動型枠４を型開きする
方向に働く。

この発泡圧はタイバー20を介してダミー枠21にはたら
き、更にボールナット22を介してボールスクリュー23に
伝達されてロードセル28の歪みゲージによって検出され
る。

よって、このロードセル28にかかる荷重を電気信号に変
換すれば、金型の成形空間内の発泡圧が得られるもので
ある。

この実施例では、型閉めの際にロードセル28に過大な荷
重がかかることなく、ロードセル28の故障等を軽減する
ことが可能となるものである。

第６図は、本発明の第３実施例の説明用側面図である。

即ち、固定型枠１には固定金型３が取付けられており、
移動型枠４には移動金型５が取付けられている。

更に、移動型枠４にはボールナット30が取付けられてお
り、ボールスクリュー31が螺合している。

ボールスクリュー31は固定型枠１に軸受されるととも
に、サーボモータ32によって回転駆動されるものであ
る。

ボールナット30と移動型枠４との間にはワッシャ型のロ
ードセル33が挿入されており、予め初期締付け荷重が加
えられている。

ボールナット30と移動型枠４との間に挿入されるロード
セル33は、複数のロードセルを用いることも可能であ
る。

この第３実施例では、第１実施例、第２実施例と同様の
制御をして、発泡成形の各工程における発泡圧を検出す
るものである。

即ち、型閉め後の発泡圧は、移動型枠４を介してボール
ナット30にかかり、ロードセル33の荷重は初期締付け荷
重から変化する。

この変化量を測定すれば容易に発泡圧を知ることができ
るものである。

〔発明の効果〕

本発明に係る発泡成形機における発泡圧検出方法及びそ
の装置は上述のようにしてなり、ロードセルにかかる荷
重を検出することによって、発泡成形用金型の成形空間
内の発泡圧を検出することができ、加熱工程の終了及び
成形品の取り出しを適切な時期に行うことができるもの
である。

更に、ここで得られる発泡圧は、発泡成形用金型の成形
空間内の全体の発泡圧であり、信頼性の高いもので、成
形品の変形を防止することが可能となるものである。

また、発泡成形用金型に取付ける必要がないので、どの
ような金型であっても、発泡圧コントロールが可能とな
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発泡成形機における発泡圧検出方
法及びその装置に用いられる発泡成形機本体の要部説明
図、第２図は同じく発泡成形機の要部説明用簡略ブロッ
ク図、第３図は本発明に用いられる発泡成形用金型の説
明用断面図、第４図は本発明のフローチャート、第５図
は本発明の第２実施例の説明用側面図、第６図は本発明
の第３実施例の説明用側面図である。 １：固定型枠、２：発泡成形用金型、 ３：固定金型、４：移動型枠、 ５：移動金型、６：移動手段、 ７：ボールスクリュー、８：ボールナット、 ９：サーボモータ、10：ベルト、 11：圧力検出手段、12：ロードセル、 13：感圧部、14：ジョイント、 15：貫通孔、16：位置検出手段、 17：サーボ制御部、18：成形空間、 19：パッキン、20：タイバー、 21：ダミー枠、22：ボールナット、 23：ボールスクリュー、24：ベルト、 25：サーボモータ、26：貫通孔、 27：ジョイント、28：ロードセル、 29：感圧部、30：ボールナット、 31：ボールスクリュー、32：サーボモータ、 33：ロードセル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発泡成形機本体に固定され、発泡成形用金
   型の一方の金型が取付けられる固定型枠と、 該固定型枠に対向して移動可能であり、前記発泡成形用
   金型の他方の金型が取付けられる移動型枠と、 ボールスクリューとボールナットの噛合でなり、前記移
   動型枠を前記固定型枠に対向して移動させる移動手段
   と、 該移動手段のボールナットまたはボールスクリューを回
   転駆動するサーボモータと、 を有する発泡成形機において、 前記移動型枠に取付けられる移動金型の位置検出手段
   と、該位置検出手段によって検出される位置信号がフィ
   ードバックされ、これに基づいて前記サーボモータを制
   御するサーボ制御部と、感圧部が前記移動手段のボール
   スクリュー先端と前記移動型枠間に関係づけられてなる
   圧力検出手段とを設け、前記発泡成形用金型を型閉めし
   た後、両金型間に微小間隙を生ぜしめ、発泡成形時に両
   金型間の距離を広げる方向に働く発泡圧を前記位置検出
   手段によって検出して前記サーボ制御部にフィードバッ
   クし、前記微小間隙を一定に保持するように前記サーボ
   モータを制御した状態で発泡成形工程を行い、同時に前
   記圧力検出手段の感圧部にかかる荷重を電気信号に変換
   して発泡圧を検出する発泡成形機における発泡圧検出装
   置。
2. 【請求項２】圧力検出手段として、ロードセルを利用し
   てなる特許請求の範囲第１項記載の発泡成形機における
   発泡圧検出装置。
3. 【請求項３】発泡成形機本体に固定され、発泡成形用金
   型の一方の金型が取付けられる固定型枠と、 該固定型枠に対向して移動可能であり、前記発泡成形用
   金型の他方の金型が取付けられる移動型枠と、 ボールスクリューとボールナットの噛合でなり、前記移
   動型枠を前記固定型枠に対向して移動させる移動手段
   と、 該移動手段のボールナットまたはボールスクリューを回
   転駆動するサーボモータと、 感圧部が前記移動手段のボールスクリュー先端と前記移
   動型枠間に関係づけられてなる圧力検出手段と、 前記移動型枠に取付けられる移動金型の位置検出手段
   と、 該位置検出手段によって検出される位置信号がフィード
   バックされ、これに基づいて前記サーボモータを制御す
   るサーボ制御部と、 を設けてなる発泡成形機において、 前記発泡成形用金型を型閉めした後、両金型間に微小間
   隙を生ぜしめ、発泡成形時に両金型間の距離を広げる方
   向に働く発泡圧を前記位置検出手段によって検出して前
   記サーボ制御部にフィードバックし、前記微小間隙を一
   定に保持するように前記サーボモータを制御した状態で
   発泡成形工程を行い、同時に前記圧力検出手段の感圧部
   にかかる荷重を電気信号に変換して発泡圧を検出する発
   泡成形機における発泡圧検出方法。