特開 2024-2362 型締装置および射出成形機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024002362

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】型締装置および射出成形機

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/64 20060101AFI20231228BHJP

   B29C 45/76 20060101ALI20231228BHJP

   B22D 17/26 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

B29C45/64

B29C45/76

B22D17/26 H

B22D17/26 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022101507

(22)【出願日】2022-06-24

(71)【出願人】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100097696

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 嘉昭

(74)【代理人】

【識別番号】100147072

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 裕通

(72)【発明者】

【氏名】三谷 聡麻

【テーマコード（参考）】

4F202

4F206

【Ｆターム（参考）】

4F202CA11

4F202CL01

4F202CL22

4F202CL39

4F202CL44

4F206JA07

4F206JP17

4F206JQ83

4F206JT05

4F206JT33

4F206JT38

(57)【要約】

【課題】ボールねじ機構の早期劣化を抑制する型締装置を提供する。
【解決手段】２個の型盤（１３、１４）と、型盤（１３、１４）同士を接続する複数本のボールねじ機構（１８）と、ボールねじ機構（１８）を駆動する複数個のサーボモータ（２２）と、制御装置（５）と、を備えた型締装置（２）を対象とする。制御装置（５）は、複数本のボールねじ機構（１８）毎に設定されている複数個の軸力設定値に基づいてサーボモータ（２２）を独立して制御するようになっており、複数個の軸力設定値は、相互に設定可能な許容範囲を規定する制約条件に基づいて制御装置（５）に設定される。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２個の型盤と、
前記型盤同士を接続する複数本のボールねじ機構と、
複数本の前記ボールねじ機構のそれぞれに設けられて前記ボールねじ機構を駆動する複数個のサーボモータと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、複数本の前記ボールねじ機構毎に設定されている複数個の軸力設定値に基づいて前記サーボモータを独立して制御するようになっており、
複数個の前記軸力設定値は、相互に設定可能な許容範囲を規定する制約条件に基づいて前記制御装置に設定されるようになっている、型締装置。

【請求項2】

複数本の前記ボールねじ機構毎に設定される複数個の前記軸力設定値のうちの最大値を最大軸力設定値とするとき、前記制約条件は他の前記軸力設定値と前記最大軸力設定値の差が許容差分量以下であることである、請求項１に記載の型締装置。

【請求項3】

前記許容差分量は、前記最大軸力設定値によって変化するようになっており、前記最大軸力設定値が大きくなるにしたがって小さくなる、請求項２に記載の型締装置。

【請求項4】

前記許容差分量は、前記最大軸力設定値によらず一定値である、請求項２に記載の型締装置。

【請求項5】

前記許容差分量は、前記最大軸力設定値が設定されている１本の前記ボールねじ機構を除く他の前記ボールねじ機構毎に設定され、他の前記ボールねじ機構毎に異なっている、請求項２または３に記載の型締装置。

【請求項6】

金型を型締めする型締装置と、
射出材料を射出する射出装置と、から構成され、
前記型締装置は、２個の型盤と、
前記型盤同士を接続する複数本のボールねじ機構と、
複数本の前記ボールねじ機構のそれぞれに設けられて前記ボールねじ機構を駆動する複数個のサーボモータと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、複数本の前記ボールねじ機構毎に設定されている複数個の軸力設定値に基づいて前記サーボモータを独立して制御するようになっており、
複数個の前記軸力設定値は、相互に設定可能な許容範囲を規定する制約条件に基づいて前記制御装置に設定されるようになっている、射出成形機。

【請求項7】

複数本の前記ボールねじ機構毎に設定される複数個の前記軸力設定値のうちの最大値を最大軸力設定値とするとき、前記制約条件は他の前記軸力設定値と前記最大軸力設定値の差が許容差分量以下であることである、請求項６に記載の射出成形機。

【請求項8】

前記許容差分量は、前記最大軸力設定値によって変化するようになっており、前記最大軸力設定値が大きくなるにしたがって小さくなる、請求項７に記載の射出成形機。

【請求項9】

前記許容差分量は、前記最大軸力設定値によらず一定値である、請求項７に記載の射出成形機。

【請求項10】

前記許容差分量は、前記最大軸力設定値が設定されている１本の前記ボールねじ機構を除く他の前記ボールねじ機構毎に設定され、他の前記ボールねじ機構毎に異なっている、請求項７または８に記載の射出成形機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２個の型盤とこれら型盤を連結する複数本のボールねじ機構とを備えた型締装置、および射出成形機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

射出成形機もしくはプレス機には、金型を型締めする型締装置が設けられている。型締装置には色々な種類があるが、特許文献１には型盤が２個からなる型締装置が記載されている。つまり型盤は固定盤と可動盤ととからなる。そして固定盤と可動盤は、４組のボールねじ機構によって連結され、４本のボールねじ機構のそれぞれにはサーボモータが設けられている。したがって、４個のサーボモータを駆動すると４組のボールねじ機構が駆動されて、可動盤が固定盤に対してスライドする。すなわち型開閉することになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５－２６９７４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の型締装置は４個のサーボモータをそれぞれ独立して駆動することができ、４本のボールねじ機構のそれぞれに作用する軸力を独立して制御できる。したがって、金型が型盤に対してお互いの中心がずれた位置に取り付けられている場合であっても、型締時に４本のボールねじ機構に作用する軸力を調整することによって金型に型締力を均一に作用させることができる。しかしながら、解決すべき課題も見受けられる。具体的には設定可能な軸力に制約がなく、一部のボールねじ機構に負担がかかる軸力の設定も可能でありボールねじ機構の早期劣化の原因になってしまう。

【0005】

本開示において、ボールねじ機構の早期劣化を抑制する型締装置を提供する。

【0006】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、２個の型盤と、型盤同士を接続する複数本のボールねじ機構と、ボールねじ機構を駆動する複数個のサーボモータと、制御装置と、を備えた型締装置を対象とする。制御装置は、複数本のボールねじ機構毎に設定されている複数個の軸力設定値に基づいてサーボモータを独立して制御するようになっており、複数個の軸力設定値は、相互に設定可能な許容範囲を規定する制約条件に基づいて制御装置に設定されるように構成する。

【発明の効果】

【0008】

本開示により、ボールねじ機構の早期劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施の形態に係る射出成形機を示す正面図である。

【図2】本実施の形態に係る型締装置を示す斜視図である。

【図3】本実施の形態に係る可動盤の平面図である。

【図4】本実施の形態に係る型締装置の正面図である。

【図5】本実施の形態に係る軸力設定値の検査方法を示すフローチャートである。

【図6】本実施の形態に係る軸力設定値の検査方法において適用される制約条件を示すグラフである。

【図7A】変形例１に係る制約条件を示すグラフである。

【図7B】変形例２に係る制約条件を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態に限定される訳ではない。説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。また、図面が煩雑にならないように、ハッチングが省略されている部分がある。

【0011】

＜本実施の形態に係る射出成形機＞
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、ベッドＢに設けられている型締装置２と、射出装置４と、これらを制御する制御装置５と、から構成されている。

【0012】

＜射出装置＞
射出装置４は加熱シリンダ６と、この加熱シリンダ６に入れられているスクリュ７と、スクリュ７を駆動するスクリュ駆動装置８とから構成されている。加熱シリンダ６にはホッパ１０が設けられ、そして先端に射出ノズル１１が設けられている。ホッパ１０から射出材料が投入され、そしてスクリュ７を回転して射出材料を溶融するとスクリュ７の先端に計量される。スクリュ７を軸方向に駆動すると射出材料が射出されるようになっている。

【0013】

＜型締装置＞
本実施の形態に係る型締装置２は、いわゆる２プラテンの型締装置からなる。すなわち型締装置２は、図２に示されているように、２個の型盤１３、１４つまり固定盤１３と可動盤１４とを備えている。固定盤１３はベッドＢ上に固定されており、可動盤１４はベッドＢ上に設けられたリニアガイド１５、１５に載せられている。すなわち可動盤１４は固定盤１３に接近・離間する方向にスライド自在になっている。固定盤１３には図１に示されているように、固定側金型１６が、そして可動盤１４には可動側金型１７がそれぞれ取り付けられている。なお、固定側金型１６と可動側金型１７は、固定盤１３と可動盤１４のそれぞれにおいて型盤の中心に設けられることが好ましいが、中心からずれた位置に配置せざるを得ない場合もある。図１には、これらの金型１６、１７が型盤の中心より上側にずれた位置に配置されている様子が示されている。

【0014】

第１の実施の形態に係る型締装置２は、２個の型盤１３、１４、つまり固定盤１３と可動盤１４とが４本の棒状部材、つまり４本のボールねじ機構１８、１８、…によって連結されている。それぞれのボールねじ機構１８、１８、…は、ボールねじ１９、１９、…と、ボールねじ１９、１９、…に取り付けられているボールナット２０、２０、…とを備えている。

【0015】

図２には示されていないが、可動盤１４には貫通孔が開けられており、この貫通孔にボールナット２０、２０、…が固着されている。つまりボールねじ１９、１９、…は、一方の端部側がボールナット２０、２０、…を介して可動盤１４に接続されている。ボールねじ１９、１９、…の他方の端部は、固定盤１３を貫通し、固定盤１３に対して回転可能に支持されている。固定盤１３にはサーボモータ２２、２２、…が設けられ、ボールねじ１９、１９、…と接続されている。したがって、サーボモータ２２、２２、…を駆動するとボールねじ１９、１９、…が回転し、可動盤１４がスライドすることになる。すなわち金型１６、１７（図１参照）が型開閉される。

【0016】

＜軸力設定値が一定の場合＞
本実施の形態に係る射出成形機１は、制御装置５（図１参照）が複数個のサーボモータ２２、２２、…を独立して制御するようになっている。そして、複数本のボールねじ機構１８、１８、…に作用する軸力の設定値つまり軸力設定値は、ボールねじ機構１８、１８、…毎に設定することができるようになっている。例えば、軸力設定値はサーボモータ２２、２２、…毎にトルク設定値として設定されてもよい。いずれにしても独立して軸力を設定できるようにしているのは、金型１６、１７に実質的に均一に型締力を作用させるためである。ここで本実施の形態とは異なる制御について考える。つまりボールねじ機構１８、１８、…に同一の軸力設定値しか設定できない場合にどのようになるか検討する。図３、図４において、各ボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに異なる符号１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを便宜的に付して説明する。

【0017】

図３に示されているように、金型１７は可動盤１４においてその中心Ｃより上側にずれて配置されている。つまり金型１７はボールねじ機構１８ａ、１８ｂに対して近く、ボールねじ機構１８ｃ、１８ｄに対して離間している。この状態で全てのボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに対して実質的に同一の軸力を作用させる。そうすると、図４に示されているように、ボールねじ機構１８ａ、１８ｂから可動盤１４に作用する軸力Ｆ２と、ボールねじ機構１８ｃ、１８ｄから可動盤１４に作用する軸力Ｆ３は実質的に同じ大きさになる。一方、可動盤１４には金型１７から力Ｆ１が作用することになる。力Ｆ１の作用点と軸力Ｆ２の作用点の距離に比して、力Ｆ１の作用点と軸力Ｆ３の作用点の距離が遠いので、可動盤１４には上側に比して下方側に強い曲げモーメントが作用する。したがって、可動盤１４は点線で示されているようにわずかに変形し、変形の度合いは下方側で大きい。

【0018】

固定盤１３も同様に軸力Ｆ２と軸力Ｆ７が作用すると共に金型１６から力Ｆ５が作用して、同様に点線で示されているようにわずかに変形する。このように可動盤１４と固定盤１３とがこのように変形すると、可動盤１４と固定盤１３の距離が、下方に向かってわずかに狭くなる。そうすると金型１７、１６においてそれぞれ符号ｐ１、ｐ３で示されている箇所よりも、符号ｐ２、ｐ４で示されている箇所においてより強い力が作用することになる。これにより金型１６、１７に作用する型締力が不均一になってしまう。

【0019】

＜異なる軸力設定値の設定＞
本実施の形態に係る射出成形機１の制御装置５（図１参照）には、４本のボールねじ機構１８、１８、…に対して、それぞれ異なる軸力設定値を設定することができるようになっている。例えば、図３によって説明すると、ボールねじ機構１８ａとボールねじ機構１８ｂに対しては若干大きな軸力設定値を、そしてボールねじ機構１８ｃとボールねじ機構１８ｄに対しては若干小さな軸力設定値を設定することができる。このようにすると、図４において点線で示されているような変形はほとんど発生せず、金型１６、１７に均一に型締力を発生させることができる。

【0020】

ところで、それぞれのボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに対して設定可能な軸力設定値に制約がなく保護されていない場合、危険な設定も可能になってしまう。例えば、制御装置５（図１参照）における操作ミスにより、ボールねじ機構１８ａ、１８ｂに対して過大な軸力設定値を設定し、ボールねじ機構１８ｃ、１８ｄに対して実質的に軸力がゼロになるような軸力設定値を設定することもできる。そうすると、ボールねじ機構１８ａ、１８ｂに過大な負荷がかかって早期に劣化してしまう。操作ミスに限らず、意図的に各ボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに対してお互いの差が大きな軸力設定値を設定しても、同様に一部のボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの負荷が大きくなって早期劣化の原因になり得る。

【0021】

本実施の形態に係る射出成形機１（図１参照）は、それぞれのボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに対して設定する軸力設定値について、制約条件を設けて相互に設定可能な範囲を規制するようにしている。これによって各ボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを保護している。制御装置５において実施している、本実施の形態に係る軸力設定値の検査方法と、この検査方法において適用される制約条件について説明する。

【0022】

＜軸力設定値の検査方法＞
オペレータが制御装置５（図１参照）において４本のボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ（図３参照）に対して、それぞれ軸力設定値を設定する。そうすると、制御装置５は、それぞれの軸力設定値が適切であるか否か検査する。制御装置５は図５に示されている様に、ステップＳ０１を実行して最大軸力設定値を特定する。すなわち、４本のボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄのそれぞれに設定されている軸力設定値のうち、最大値である最大軸力設定値を特定する。このとき、最大軸力設定値が設定されているボールねじ機構も特定する。例えば、最大軸力設定値が設定されているのが、ボールねじ機構１８ｂであるとすると、このボールねじ機構１８ｂを特定する。

【0023】

次いでステップＳ０２を実行する。すなわち、他のボールねじ機構１８ａ、１８ｃ、１８ｄについて、制約条件を満たしているか否かをチェックする。制約条件は、ボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに対して軸力設定値を設定する際に相互に設定可能な許容範囲を定める条件である。本実施の形態においては、他のボールねじ機構１８ａ、１８ｃ、１８ｄに設定されている軸力設定値について、最大軸力設定値との差が許容差分量以下になっていることを条件とする。図６によって説明する。

【0024】

図６において、横軸は最大軸力設定値を、縦軸は設定可能な軸力設定値を表す。グラフ３０は最大軸力設定値を示すグラフになっている。そして、グラフ３１は設定可能な軸力の下限を示すグラフになっている。例えば、ボールねじ機構１８ｂに設定されている最大軸力設定値が５０ｋＮであるとき、グラフ３０における値（符号３２）は当然に５０ｋＮである。一方、グラフ３１における値（符号３３）は１５ｋＮになっている。つまり、設定可能な軸力の下限は１５ｋＮということになる。そうすると最大軸力設定値が５０ｋＮのとき、許容差分量は３５ｋＮ（５０ｋＮ－１５ｋＮ）になる。そこでステップＳ０２において、他のボールねじ機構１８ａ、１８ｃ、１８ｄに設定されている軸力設定値が、最大軸力設定値５０ｋＮに対して、その差が許容差分量の３５ｋＮ以下になっているか否かをチェックする。

【0025】

もし制約条件を満たしていなければ（ＮＯ）、図５に示されているステップＳ０３が実行される。ステップＳ０３では、制御装置５において、オペレータが設定した軸力設定値について設定できない旨の警告が出力される。そして他のボールねじ機構１８ａ、１８ｃ、１８ｄのうち、最大軸力設定値との差が許容差分量を超えているボールねじ機構１８ａ、１８ｃ、１８ｄについて、逸脱した軸力の大きさを示す。オペレータはこの警告を見て、適正な軸力設定値の範囲を理解することができ、再度ボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに対してそれぞれ軸力設定値を設定することになる。制御装置５は、ステップＳ０４を実施して、オペレータが軸力設定値を再設定したか否かを判断する。再設定されていれば（ＹＥＳ）ステップＳ０１に戻る。一方、再設定されていなければ（ＮＯ）ステップＳ０３に戻る。

【0026】

ステップＳ０２において、制約条件を満たしていると判断されれば（ＹＥＳ）、ステップＳ０５を実行する。すなわちオペレータが４本のボールねじ機構１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ（図３参照）に対してそれぞれ設定した軸力設定値を確定し、制御装置５に保存する。検査を終了する。

【0027】

本実施の形態に係る制約条件は、図６のグラフ３０、３１から明らかなように、許容差分量は最大軸力設定値によって変化している。すなわち最大軸力設定値が大きくなるにしたがって、許容差分量が小さくなっている。

【0028】

＜変形例１＞
制約条件は色々な変形が可能である。図７Ａは変形例１に係る制約条件を示すグラフになっている。変形例１に係る制約条件を示す図７Ａでは、最大軸力設定値を示すグラフ３５に対して、設定可能な軸力の下限を示すグラフ３６は縦軸方向の下方に平行移動したグラフになっている。この制約条件では、グラフ３５とグラフ３６の差は２０ｋＮの固定になっている。すなわち、許容差分量は一定の２０ｋＮということになる。この変形例１に係る制約条件が採用されている射出成形機１、型締装置２は、図１、図２に示されている構成と同じであり説明を省略する。

【0029】

変形例１に係る制約条件を採用する場合、次のようになる。図５によって説明した本実施の形態に係る軸力設定値の検査方法について、ステップＳ０２において、この変形例１に係る制約条件を採用する場合には次のようになる。すなわち、他のボールねじ機構１８ａ、１８ｃ、１８ｄ（図３参照）に設定されている軸力設定値が、ボールねじ機構１８ｂに設定されている最大軸力設定値との差分が２０ｋＮ以内であるかどうかを検査することになる。

【0030】

＜変形例２＞
図７Ｂには変形例２に係る制約条件を示すグラフが示されている。この変形例２に係る制約条件が採用されている射出成形機１、型締装置２も、図１、図２に示されている構成と同じであり説明を省略する。変形例２に係る制約条件では、最大軸力設定値を示すグラフ３８に対して、設定可能な軸力の下限を示すグラフ３９は傾きが小さくなっている。この制約条件において、許容差分量は最大軸力設定値によって変化し、最大軸力設定値が大きくなるにしたがって大きくなっている。

【0031】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。以上で説明した複数の例は、適宜組み合わせて実施されることもできる。

【符号の説明】

【0032】

１ 射出成形機 ２ 型締装置
４ 射出装置 ５ 制御部
６ 加熱シリンダ ７ スクリュ
８ スクリュ駆動装置 １０ ホッパ
１１ 射出ノズル １３ 固定盤
１４ 可動盤 １５ リニアガイド
１６ 固定側金型 １７ 可動側金型
１８ ボールねじ機構 １９ ボールねじ
２０ ボールナット ２２ サーボモータ
Ｂ ベッド
Ｃ 中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】