(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来、射出成形機においては、樹脂を射出装置の射出ノズルから射出して固定金型と可動金型との間のキャビティ空間に充填(てん)し、固化させることによって成形品を得るようになっている。そして、固定金型に対して可動金型を移動させて型閉じ、型締め及び型開きを行うために型締装置が配設される。
【0003】
該型締装置には、油圧シリンダに油を供給することによって駆動される油圧式の型締装置、及び電動機によって駆動される電動式の型締装置があるが、該電動式の型締装置は、制御性が高く、周辺を汚すことがなく、かつ、エネルギー効率が高いので、多く利用されている。この場合、電動機を駆動することによってボールねじを回転させて推力を発生させ、該推力をトグル機構によって拡大し、大きな型締力を発生させるようにしている。
【0004】
ところが、構成の電動式の型締装置においては、トグル機構を使用するようになっているので、該トグル機構の特性上、型締力を変更することが困難であり、応答性及び安定性が悪く、成形中に型締力を制御することができない。そこで、ボールねじによって発生させられた推力を直接型締力として使用することができるようにした型締装置が提供されている。この場合、電動機のトルクと型締力とが比例するので、成形中に型締力を制御することができる。
【0005】
しかしながら、従来の型締装置においては、ボールねじの耐荷重性が低く、大きな型締力を発生させることができないだけでなく、電動機に発生するトルクリップルによって型締力が変動してしまう。また、型締力を発生させるために、電動機に電流を常時供給する必要があり、電動機の消費電力量及び発熱量が多くなるので、電動機の定格出力をその分大きくする必要があり、型締装置のコストが高くなってしまう。
【0006】
そこで、型開閉動作にはリニアモータを使用し、型締動作には電磁石の吸着力を利用した型締装置が考えられる(例えば、特許文献1)。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。尚、本実施の形態において、型締装置については、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、射出装置については、射出を行う際のスクリューの移動方向を前方とし、計量を行う際のスクリューの移動方向を後方として説明する。
【0014】
図1は本発明の実施の形態の射出成形機における型締装置の型閉じ時の状態を示す図、
図2は本発明の実施の形態の射出成形機における型締装置の型開き時の状態を示す図である。尚、
図1及び
図2において、ハッチングを付された部材は主要断面を示す。また、
図1及び
図2において、複雑化を防止するための都合上、後述のエア導入装置80については図示を省略している。
【0015】
図において、10は型締装置、Frは射出成形機のフレーム(架台)、Gdは、該フレームFrに対して可動なガイド、11は、図示されないガイド上又はフレームFr上に載置された固定プラテンであり、該固定プラテン11と所定の間隔を置いて、かつ、固定プラテン11と対向させてリヤプラテン13が配設され、固定プラテン11とリヤプラテン13との間に4本のタイバー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。尚、リヤプラテン13は、フレームFrに対して固定される。
【0016】
そして、タイバー14に沿って固定プラテン11と対向させて可動プラテン12が型開閉方向に進退自在に配設される。そのために、可動プラテン12がガイドGdに固定され、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Gdには、後述の吸着板22も固定される。
【0017】
また、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がそれぞれ固定され、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、射出装置17の射出ノズル18から射出された図示されない樹脂がキャビティ空間に充墳される。また、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。
【0018】
吸着板22は、可動プラテン12と平行にガイドGdに固定される。これにより、吸着板22は、リヤプラテン13より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。例えば、吸着板22は、強磁性体から成る薄板を積層することによって形成される電磁積層鋼板により構成されてもよい。
【0019】
リニアモータ28は、可動プラテン12を進退させるため、ガイドGdに設けられる。リニアモータ28は、固定子29、及び可動子31を備え、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、可動プラテン12の移動範囲に対応させて形成され、可動子31は、可動プラテン12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。
【0020】
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、かつ、磁極歯33と同じピッチで着磁させることによって形成される。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、それに伴って、ガイドGdにより可動プラテン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。
【0021】
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。
【0022】
尚、ガイドGdに可動プラテン12と吸着板22を固定する構成に限られず、可動プラテン12又は吸着板22にリニアモータ28の可動子31を設ける構成としてもよい。また、型開閉機構としては、リニアモータ28に限定されず、油圧式や電動式等であってもよい。
【0023】
可動プラテン12が前進させられて可動金型16が固定金型15に当接すると、型閉じが行われ、続いて、型締めが行われる。そして、型締めを行うために、リヤプラテン13と吸着板22との間に、電磁石ユニット37が配設される。そして、リヤプラテン13及び吸着板22を貫通して延び、かつ、可動プラテン12と吸着板22とを連結するセンターロッド39が進退自在に配設される。該センターロッド39は、型閉じ時及び型開き時に、可動プラテン12の進退に連動させて吸着板22を進退させ、型締め時に、電磁石ユニット37によって発生させられた型締力を可動プラテン12に伝達する。
【0024】
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、センターロッド39等によって型締装置10が構成される。
【0025】
電磁石ユニット37は、リヤプラテン13側に形成された電磁石49、及び吸着板22側に形成された吸着部51からなる。また、リヤプラテン13の後端面の所定の部分、本実施の形態においては、センターロッド39まわりに溝45が形成され、溝45よりも内側にコア(内極)46、及び溝45よりも外側にヨーク(外極)47が形成される。そして、溝45内でコア46まわりにコイル48が巻装される。尚、コア46及びヨーク47は、鋳物の一体構造で構成されてもよいし、若しくは、強磁性体から成る薄板を積層することによって形成される電磁積層鋼板により構成されてもよい。
【0026】
尚、本実施の形態において、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が形成されもよいし、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側に吸着部を設けてもよい。
【0027】
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。
【0028】
センターロッド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、センターロッド39は、型閉じ時に可動プラテン12と共に前進させられて吸着板22を前進させ、型開き時に可動プラテン12と共に後退させられて吸着板22を後退させる。そのために、リヤプラテン13の中央部分に、センターロッド39を貫通させるための穴41が形成され、穴41の前端部の開口に臨ませて、センターロッド39を摺動自在に支持するブッシュ等の軸受部材Br1が配設される。
【0029】
型締装置10のリニアモータ28及び電磁石49の駆動は、制御部60によって制御される。制御部60は、CPU及びメモリ等を備え、CPUによって演算された結果に応じて、リニアモータ28のコイル35や電磁石49のコイル48に電流を供給するための回路も備える。制御部60には、また、荷重検出器55が接続される。荷重検出器55は、型締装置10において、少なくとも1本のタイバー14の所定の位置(固定プラテン11とリヤプラテン13との間における所定の位置)に設置され、当該タイバー14にかかる荷重を検出する。図中では、上下二本のタイバー14に荷重検出器55が設置された例が示されている。荷重検出器55は、例えば、タイバー14の伸び量を検出するセンサによって構成される。荷重検出器55によって検出された荷重は、制御部60に送られる。尚、制御部60は、
図2においては便宜上省略されている。
【0030】
次に、型締装置10の動作について説明する。
【0031】
制御部60の型開閉処理部61によって型閉じ工程が制御される。
図2の状態(型開き時の状態)において、型開閉処理部61は、コイル35に電流を供給する。続いて、リニアモータ28が駆動され、可動プラテン12が前進させられ、
図1に示されるように、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、すなわち、電磁石49と吸着部51との間には、ギャップδ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。
【0032】
続いて、制御部60の型締処理部62は、型締工程を制御する。型締処理部62は、コイル48に電流を供給し、吸着部51を電磁石49の吸着力によって吸着する。それに伴って、吸着板22及びセンターロッド39を介して型締力が可動プラテン12に伝達され、型締めが行われる。型締め開始時等、型締力を変化させる際に、型締処理部62は、当該変化によって得るべき目標となる型締力、すなわち、定常状態で目標とする型締力を発生させるために必要な定常的な電流の値をコイル48に供給するように制御している。
【0033】
尚、型締力は荷重検出器55によって検出される。検出された型締力は制御部60に送られ、制御部60において、型締力が設定値になるようにコイル48に供給される電流が調整され、フィードバック制御が行われる。この間、射出装置17において溶融させられた樹脂が射出ノズル18から射出され、金型装置19のキャビティ空間に充墳される。
【0034】
キャビティ空間内の樹脂が冷却されて固化すると、型開閉処理部61は、型開き工程を制御する。型締処理部62は、
図1の状態において、コイル48への電流の供給を停止する。それに伴って、リニアモータ28が駆動され、可動プラテン12が後退させられ、
図2に示されるように、可動金型16が後退限位置に置かれ、型開きが行われる。
【0035】
ここで、
図3以降を参照して、本発明の特徴的な構成について説明する。
【0036】
図3は、エア導入装置80の一例を概略的に示す図であり、
図3(A)は、型締装置の型開き時の状態を示し、
図3(B)は、型閉じ時の状態を示す図である。尚、
図3においては、図面の複雑化を防止する都合上、リヤプラテン13及び吸着板22を概略的に示し、他の構成の図示を省略している。
【0037】
エア導入装置80は、型締め方向でリヤプラテン13と吸着板22の間の空間(隙間)に冷却空気を導入する装置である。エア導入装置80は、リヤプラテン13と吸着板22の間に冷却空気を導入する機能を有する限り、任意の構成であってよい。
図3に示す例では、エア導入装置80は、リヤプラテン13と吸着板22の間のスペースの端部にノズル(吐出口)82と、管路(ダクト)84と、コンプレッサ(又はポンプ)86と、バルブ88とを含む。
【0038】
ノズル82は、固定部材(例えば、フレームFr、リヤプラテン13等)に支持されてもよい。この場合、ノズル82は、
図3に概略的に示すように、リヤプラテン13における吸着板22側の表面上に冷却空気を吐出できるような位置に固定的に支持される。或いは、ノズル82は、可動部材(例えば、ガイドGd)に支持されてもよい。例えばガイドGdに支持される場合、ノズル82は、吸着板22におけるリヤプラテン13側の表面上に冷却空気を吐出できるような位置にてガイドGdに固定的に支持されてよい。この場合、管路84は、ガイドGdの移動に伴うノズル82の移動を吸収できるように伸張可能な部位(例えば蛇腹部位)を有してもよい。
【0039】
ノズル82は、複数個設けられてもよい。例えば、ノズル82は、リヤプラテン13の一辺に沿って等間隔に複数個配置されてもよい。ノズル82による冷却空気の吐出方向は任意である。例えば、
図3に示す例では、ノズル82は、下から上に向かって冷却空気を吐出するように設けられているが、上方向から下方向、横方向、又は斜め方向に冷却空気を吐出するノズルが設けられてもよい。また、ノズル82は、複数の方向から冷却空気を吐出する態様で、複数個設けられてもよい。尚、ノズル82が複数個設けられる場合には、管路84は、複数のノズル82へと分岐するマニホルド部を有してよい。
【0040】
コンプレッサ86は、ピストン式やベーン式を含む任意のタイプであってよく、空気を圧縮し、圧縮した空気を管路84に供給する。バルブ88は、コンプレッサ86とノズル82の間に設けられる。バルブ88は、機械的なバルブであってもよいし、電磁弁であってもよい。コンプレッサ86及びバルブ88は、制御部60に接続され、それらの動作は制御部60により制御される。尚、コンプレッサ86とノズル82の間の管路84には、アキュムレータ等のような他の要素が設けられてもよい。
【0041】
エア導入装置80は、
図3(B)に示すように、好ましくは、リヤプラテン13と吸着板22の間のギャップδが最小になった場合に、即ち型締工程を開始可能な状態が形成された及び/又は型締工程を実行している場合に、リヤプラテン13と吸着板22の間に冷却空気を導入するように作動される。この場合、
図3(B)に矢印で冷却空気の流れを示すように、リヤプラテン13と吸着板22の間に導入された冷却空気は、リヤプラテン13と吸着板22の間を通って、リヤプラテン13上の表面に沿って流れる。この際、コイル48に冷却空気が直接当たることで、コイル48が効率的に冷却される。また、リヤプラテン13と吸着板22の間の空気(コイル48から熱が移動された空気)は、新たに導入される冷却空気により外部に追い出され、コイル48の熱が外部へと放出される。尚、冷却空気は、リヤプラテン13と吸着板22の間の狭いギャップδを通る際に流速が速くなるので、熱伝達効率が向上し、それに伴い冷却効率が向上する。このようにして本実施例によれば、コイル48の冷却を効果的に実現し、コイル48の焼損等を防止することができる。
【0042】
図4は、本実施例の制御部60のエア導入処理部63により実行される主要処理の一例を示すフローチャートである。尚、制御部60は、マイクロコンピューターにより実現されてもよく、以下のエア導入処理部63の機能は、CPUが所定のメモリに記憶された制御プログラムを実行することにより実現されてもよい。
図4に示す処理ルーチンは、射出成形機の稼動中に所定周期毎に繰り返し実行されてもよい。
【0043】
ステップ400では、所定の冷却開始条件が成立したか否かが判定される。所定の冷却開始条件は、多種多様である。例えば、所定の冷却開始条件は、射出成形機の稼動中は常に満たされる条件であってもよい。また、所定の冷却開始条件は、所定時間毎に定期的に満たされてもよい。或いは、所定の冷却開始条件は、ユーザからの所定の指示が入力された場合に満たされてもよい。
【0044】
或いは、所定の冷却開始条件は、型締工程の開始タイミング(又は型締工程開始所定時間前のタイミング)が検出された場合に満たされてもよい。また、同様の観点から、所定の冷却開始条件は、コイル48への通電が検出された場合に満たされてもよい。また、同様の観点から、所定の冷却開始条件は、リヤプラテン13と吸着板22の間のギャップδが所定値未満又は最小値になった場合に満たされてもよい。これらの場合、リヤプラテン13と吸着板22の間が所定値未満又は最小値になるタイミングに同期して冷却空気の導入を開始することができる。
【0045】
或いは、所定の冷却開始条件は、電磁石ユニット37の温度、例えばコイル48の温度が所定温度T1以上となった場合に満たされてもよい。この場合、コイル48の温度は、サーミスタ等を用いて検出されてもよい。所定温度T1は、コイル48の焼損が生じる上限値に対して所定の余裕を持たせた温度に設定されてもよい。この場合、コイル48の温度が高温になるタイミングに同期して冷却空気の導入を開始することができる。
【0046】
本ステップ400において、所定の冷却開始条件が成立した場合には、ステップ402に進む。尚、所定の冷却開始条件は、複数個(例えば上述の各種条件)存在してもよく、いずれかが満たされた場合に、ステップ402に進むこととしてもよいし、いずれか2つ以上の組み合わせが満たされた場合(例えば、リヤプラテン13と吸着板22の間のギャップδが所定値未満となり、且つ、コイル48の温度が所定温度T1以上となった場合)に、ステップ402に進むこととしてもよい。
【0047】
ステップ402では、バルブ88が開かれる。これにより、コンプレッサ86から圧縮された冷却空気がノズル82から吐出され、リヤプラテン13と吸着板22の間に導入され、上述の冷却が実現される。尚、コンプレッサ86は、所定の冷却開始条件に依存して、常時作動していてもよいし、バルブ88の開作動に先立って作動されてもよい。
【0048】
ステップ404では、所定の冷却終了条件が成立したか否かが判定される。尚、上記ステップ400における所定の冷却開始条件が、射出成形機の稼動中は常に満たされる条件である場合、所定の冷却終了条件は、判断されなくてもよい。この場合、射出成形機が停止されるまで、ステップ402の処理が継続的に実行されてもよい(バルブ88が開状態に維持されてもよい)。
【0049】
所定の冷却終了条件は、多種多様である。例えば、バルブ88の開となってから所定時間経過した場合に満たされてもよい。即ち、所定の冷却終了条件は、冷却時間に基づいて設定されてもよい。或いは、所定の冷却終了条件は、ユーザからの所定の指示が入力された場合に満たされてもよい。
【0050】
或いは、所定の冷却終了条件は、型締工程の終了タイミング(又はその後の型開工程の開始タイミング)が検出された場合に満たされてもよい。また、同様の観点から、所定の冷却終了条件は、コイル48への通電が終了した場合に満たされてもよい。また、同様の観点から、所定の冷却終了条件は、リヤプラテン13と吸着板22の間のギャップδが所定値以上になった場合又は最小値から増加し始めた場合に満たされてもよい。これらの場合、リヤプラテン13と吸着板22の間のギャップδが増加し始めるタイミングに同期して冷却空気の導入を停止することができる。
【0051】
或いは、所定の冷却終了条件は、コイル48の温度が所定温度T2未満となった場合に満たされてもよい。この場合、コイル48の温度が安全な低温になるタイミングに同期して冷却空気の導入を停止することができる。
【0052】
尚、これらの所定の冷却終了条件は、上記ステップ400に関連して説明した多種多様な冷却開始条件のうちの適切な冷却開始条件と組み合わせられてよい。例えば、冷却開始条件が、コイル48の温度が所定温度T1以上となった場合に満たされる条件である場合、所定の冷却終了条件は、コイル48の温度が所定温度T2未満となった場合に満たされる条件でであってよい。この場合、尚、所定温度T2は、上記ステップ400における所定の冷却開始条件に係る所定温度T1と同一であってもよいが、ハンチングを防止するために、所定温度T1よりも小さい値であってよい。
【0053】
本ステップ404において、所定の冷却終了条件が成立した場合には、ステップ406に進み、所定の冷却終了条件が成立しない場合は、ステップ402に戻り、バルブ88が開位置に維持される。尚、所定の冷却終了条件は、複数個(例えば上述の各種条件)存在してもよく、いずれかが満たされた場合に、ステップ406に進むこととしてもよいし、いずれか2つ以上の組み合わせが満たされた場合(例えば、リヤプラテン13と吸着板22の間のギャップδが所定値以上となり、且つ、コイル48の温度が所定温度T2未満となった場合)に、ステップ406に進むこととしてもよい。
【0054】
ステップ406では、バルブ88が閉じられる。これにより、冷却空気のノズル82からの吐出が停止される。尚、これに伴い、コンプレッサ86が停止されてもよい。
【0055】
このように
図4に示す処理によれば、例えば冷却開始条件と冷却終了条件を適切に設定することで、コイル48の耐性や、冷却能力、使用状況等に応じてコイル48の冷却タイミングを最適化することができる。例えば、リヤプラテン13と吸着板22の間のギャップδが小さいときに(冷却効率の良いときに)冷却空気の導入を行い、リヤプラテン13と吸着板22の間のギャップδが大きいときに冷却空気の導入を停止することで、効率的に冷却を実現することができる。また、例えば、コイル48の温度が高いときに(冷却の必要性が高いときに)冷却空気の導入を行い、コイル48の温度が低いときに冷却空気の導入を停止することで、効率的に冷却を実現することができる。
【0056】
尚、上述した実施例においては、特許請求の範囲における「第1の固定部材」は、固定プラテン11に対応し、特許請求の範囲における「第1の可動部材」は、可動プラテン12に対応する。また、特許請求の範囲における「第2の固定部材」は、リヤプラテン13に対応し、特許請求の範囲における「第2の可動部材」は、吸着板22に対応する。但し、変形例として、吸着板22側に電磁石49を設け、リヤプラテン13側に吸着部を設けてもよく、この変形例の場合、「第2の固定部材」は、吸着板22に対応し、特許請求の範囲における「第2の可動部材」は、リヤプラテン13に対応する。また、上述した実施例においては、特許請求の範囲における「流体導入手段」は、エア導入装置80に対応する。
【0057】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例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、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【0058】
例えば、上述の実施例では、空気が冷却用の流体として使用されているが、空気以外の流体(例えば、水や、油や他の気体等)が使用されてもよい。
【0059】
また、上述の実施例では、リヤプラテン13と吸着板22の間に冷却空気を正圧により導入しているが、リヤプラテン13と吸着板22の間に冷却空気を負圧により導入することとしてもよい。例えば、リヤプラテン13と吸着板22の間に吸い込み口を有する負圧源を設置し、リヤプラテン13と吸着板22の間に負圧を発生させて、リヤプラテン13と吸着板22の間に周辺空気を導入してもよい。
【0060】
また、上述の実施例において、リヤプラテン13と吸着板22の間に冷却空気を導入する際の冷却空気の流量は、一定であってもよいし、可変制御されてもよい。例えば、冷却空気の流量は、コイル48の温度が高いほど多くなる態様で可変制御されてもよい。或いは、冷却空気の流量は、リヤプラテン13と吸着板22の間のギャップδが大きいほど多くなる態様で可変制御されてもよい。尚、冷却空気の流量は、バルブ88の開度又は開時間(頻度)を可変することで実現されてもよい。
【0061】
また、上述の実施例では、リヤプラテン13には、一極の電磁石49が形成されているが、リヤプラテン13には、複数の極が形成されるように電磁石が設けられてもよい(即ち多極化が実現されてもよい)。
【0062】
また、上述では、特定の構成の型締装置10を例示しているが、型締装置10は、電磁石を利用して型締めを行うものであれば、任意の構成であってよい。