JP2008006651A - 型締力設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、型位置センサを用いずに適切な型締力を精度よく設定することのできる型締力設定方法を提供することを課題とする。
【解決手段】型締装置１０により所定の大きさの型締力を金型１１に加え、金型１１に樹脂を充填しながら型締力センサ１８による型締力の検出値の変化を検出する。検出された変化に基づいて、金型１１に加えるべき型締力の値を設定する。所定の大きさの型締力の値は、型締装置１０により発生できる型締力の最大値とし、型締力の値の変化が検出されなかった場合、所定の大きさの型締力の値を徐々に低減しながら型締力の値の変化を繰り返して検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は型締力設定方法に係わり、特に射出成形機の型締装置で発生する型締力を設定するめ型締力設定方法に関する。

射出成形機では、型締装置により金型に型締力を加えた状態で、金型に溶融樹脂を注入し、金型内で溶融樹脂を固化させて成形品とする。金型に型締力を加えるのは、溶融樹脂の樹脂圧に負けて金型が開かないようにするためである。

通常、金型の型締力は成形機の操作者が設定する。型締力が不足すると成形中に金型が開いて成形品にバリが発生するため、型締力は強めに設定することが多い。必要な型締力は金型によって異なるが、安全をみて型締装置で発生できる最大型締力を加えている場合も多い。

ところが、金型の寿命は型締力により左右され、大きな型締力を加えるほど金型の寿命は短くなる。したがって、過大な型締力に設定すると金型の寿命を不必要に短くしてしまう。そこで、適切な型締力を設定するために、樹脂を充填した際の固定金型に対する可動金型の位置を検出し、この検出値に基づいて適切な型締力を設定する方法が提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２参照。）。

この型締力設定方法では、型位置センサを可動金型と固定金型の間や可動プラテンと固定プラテンの間に取り付け、成形中の金型の位置を検出し、検出した位置に基づいて、適切な型締力を判断する。
特開平６−６４０１０号公報 特開平１０−１１３９６３号公報

上述の特許文献１及び特許文献２に開示された型締力設定方法では、型位置センサを金型や型締装置に取り付けて金型の位置を検出する必要がある。型位置センサとしては、例えば光学式リニヤエンコーダやマグネットスケール等を用いることができる。

適正な型締力を得ようとすると、型位置センサにより金型の開きの程度を精密に測定する必要があり、例えば、金型の開きをミクロン単位で検出する必要がある。型位置センサを用いる場合、金型や型締装置の可動部分に取り付ける必要があり、ミクロン単位の精度を確保することが難しいといった問題が発生するおそれがある。また、型位置センサを金型あるいは型締装置に取り付けること自体が難しいといった問題が発生することもある。さらに、型位置センサは比較的高価なセンサであり、型位置センサの分、成形機のコストが上昇するといった問題もある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、型位置センサを用いずに適切な型締力を精度よく設定することのできる型締力設定方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、型締装置により金型に加える型締力を設定するための型締力設定方法であって、該型締装置により所定の大きさの型締力を該金型に加え、前記金型に樹脂を充填しながら型締力センサによる型締力の検出値の変化を検出し、検出された変化に基づいて、前記金型に加えるべき型締力の値を設定することを特徴とする型締力設定方法が提供される。

本発明による型締力設定方法において、前記所定の大きさの型締力の値は、前記型締装置により発生できる型締力の最大値であり、型締力の値の変化が検出されなかった場合、前記所定の大きさの型締力の値を徐々に低減しながら型締力の値の変化を繰り返して検出することが好ましい。また、前記型締力センサは、前記型締装置のタイバーの伸びを測定して型締力を検出するタイバーセンサであることが好ましい。

本発明によれば、従来のように位置センサを取り付けて実際の型開量を測定しながら、型締力の最適な値を判定する作業に比べ、型締力センサの検出値の変化を検出するだけで簡単に型締力の最適値を求めることができ、容易に型締力を精度よく設定することができる。

本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明による型締力設定方法を用いて型締力を設定することのできる型締装置の一例について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明による型締力設定方法を用いて型締力を設定することのできる型締装置の側面図である。

図１において、射出成形機の型締装置１０は、フレーム１７と、フレーム１７に固定された固定プラテン１２と、固定プラテン１２との間に所定の距離を置いてフレーム１７に対して移動可能に配設されたトグルサポート１５とを具備する。トグルサポート１５はトグル式型締装置支持装置として機能する。固定プラテン１２とトグルサポート１５との間には、複数（例えば、四本）のガイド手段としてのタイバー１６が延在している。

可動プラテン１３は、固定プラテン１２に対向して配設され、タイバー１６に沿って進退（図における左右方向に移動）可能に配設された可動金型支持装置として機能する。金型装置１１は、固定金型１１ａと可動金型１１ｂとから成る。固定金型１１ａは、固定プラテン１２における可動プラテン１３と対向する金型取付面に取り付けられる。一方、可動金型１１ｂは、可動プラテン１３における固定プラテン１２と対向する金型取付面に取り付けられる。

なお、可動プラテン１３の後端 （図における左端） には図示されないエジェクタピンを移動させるための駆動装置が取り付けられてもよい。

可動プラテン１３とトグルサポート１５との間には、トグル式型締装置としてのトグル機構２０が取り付けられる。トグルサポート１５の後端にはトグル機構２０を作動させる型締用駆動源としての型締モータ２６が配設される。型締モータ２６は、回転運動を往復運動に変換するボールねじ機構等から成る図示されない運動方向変換装置を備え、駆動軸２５を進退（図における左右方向に移動）させることによって、トグル機構２０を作動させることができる。なお、型締モータ２６は、サーボモータであることが，好ましく、回転数を検出するエンコーダとしての型開閉位置センサ２７を備える。

上述のトグル機構２０は、駆動軸２５に取り付けられたクロスヘッド２４、クロスヘッド２４に揺動可能に取り付けられた第２トグルレバー２３、トグルサポート１５に揺動可能に取り付けられた第１トグルレバー２１、及び、可動プラテン１３に揺動可能に取り付けられたトグルアーム２２を有する。第１トグルレバー２１と第２トグルレバー２３との間、及び、第１トグルレバー２１とトグルアーム２２との間は、それぞれ、リンク結合される。なお、トグル機構２０は、いわゆる、内巻五節点ダブルトグル機構であり、上下が対称の構成を有する。

型締モータ２６が駆動して、クロスヘッド２４を進退させることによって、トグル機構２０を作動させることができる。この場合、クロスヘッド２４を前進（図における右方向に移動）させると、可動プラテン１３が前進させられて型閉が行われる。そして、型締モータ２６による推進力にトグル倍率を乗じた型締力が発生させられ、その型締力によって型締が行われる。

トグルサポート１５の後端（図における左端）には、固定プラテン１２に対するトグルサポート１５の位置を調整するために、型締位置調整装置３５が配設される。トグルサポート１５には、タイバー挿通孔（図示せず）が複数、例えば、四つ形成され、タイバー１６の図における左端が、それぞれのタイバー挿通孔に挿入される。なお、タイバー１６の右端は、固定ナット１６ａによって固定プラテン１２に固定されている。

タイバー１６は、図における左端の外周にねじが形成されたねじ部３６を有し、調整ナット３７がそれぞれのタイバー１６のねじ部３６に螺合される。なお、調整ナット３７は、トグルサポート１５の後端に回転可能に、かつ、タイバー１６の軸方向に移動不能に取り付けられる。また、調整ナット３７の外周には被駆動用歯車３７ａが取り付けられている。

トグルサポート１５の後端における上方部には、型締位置調整用駆動源としての型厚モータ３１が配設される。型厚モータ３１の回転軸には、駆動用歯車３３が取り付けられている。調整ナット３７の被駆動用歯車３７ａ及び駆動用歯車３３の周囲には、チェーン、歯付きベルト等の駆動用線状体３４が架け回されている。そのため、型厚モータ３１を駆動して、駆動用歯車３３を回転させると、それぞれのタイバー１６のねじ部３６に螺合された調整ナット３７が同期して回転させられる。これにより、型厚モータ３１を所定の方向に所定の回転数だけ回転させて、トグルサポート１５を所定の距離だけ進退させることができる。なお、型厚モータ３１は、サーボモータであることが好ましく、回転数を検出するエンコーダとしての型締位置センサ３２を備える。

型厚モータ３１の回転を調整ナット３７に伝達する手段は、それぞれのタイバー１６のねじ部３６に螺合された調整ナット３７が同期して回転させられるものであれば、いかなるものであってもよい。例えば、駆動用線状体３４に代えて、駆動用歯車３３及び駆動用歯車３３のすべてに噛（か）み合う大径の歯車をトグルサポート１５の後端に回転可能に配設することとしてもよい。

また、本実施形態では、タイバー１６の一つに型締力センサ１８が配設される。型締力センサ１８は、タイバー１６の歪み（主に、伸び）を検出するセンサである。タイバー１６には、型締の際に型締力に対応して引張力が加わり、型締力に比例して僅かではあるが伸長する。したがって、タイバー１６の伸び量を型締力センサ１８により検出することで、金型装置１１に実際に印加されている型締力を知ることができる。

上述の型締力センサ１８、型開閉位置センサ２７、型締モータ２６及び型厚モータ３１は制御装置１９に接続され、型締力センサ１８及び型開閉位置センサ２７から出力される検出信号は制御装置１９に送られる。制御装置１９は、検出信号に基づいて型締モータ２６及び型厚モータ３１の動作を制御する。

ここで、通常の成形時における動作について説明する。型締モータ２６を正方向に駆動させると、ボールねじ軸２５が正方向に回転させられ、図１に示されるように、ボールねじ軸２５は前進（図１における右方向に移動）させられる。それに伴って、クロスヘッド２４が前進させられ、トグル機構２０が作動させられると、可動プラテン１３が前進させられる。

可動プラテン１３に取り付けられた可動金型１１ｂが固定金型１１ａと接触すると（型閉状態）、型締工程に移行する。型締工程では、型締モータ２６を更に正方向に駆動することで、トグル機構２０によって金型１１に型締力が発生させられる。

そして、図示されない射出装置に設けられた射出駆動部が駆動されてスクリュが前進することにより、金型１１内に形成されたキャビティ空間に溶融樹脂が充填される。型開きを行なう場合、型締モータ２６を逆方向に駆動すると、ボールねじ軸２５が逆方向に回転させられる。それに伴って、クロスヘッド２４が後退させられ、トグル機構２０が作動されると、可動プラテン１３が後退させられる。

型開工程が完了すると、図示されないエジェクタ駆動部が駆動され、可動プラテンに取り付けられたエジェクタ装置が作動する。これにより、エジェクタピンが突き出され、可動金型１１ｂ内の成形品は可動金型１１ｂより突き出される。また、エジェクタ駆動部の駆動と同時に、図示されない把持手段としての成形品取出機が駆動され、成形品取出機のアームが固定金型１１ａと可動金型１１ｂとの間に進入し、成形品取出位置で停止する。そして、エジェクタピンの前進により可動金型１１ｂから突き出された成形品は成形品取出機のアームにより把持されて取り出され、射出成形機の外に設けられたコンベア装置まで搬送される。

ところで、一般のトグル機構を利用した型締装置と同様に、トグル機構２０が発生する型締力は、固定プラテン１２、トグルサポート１５及びタイバー１６を含む型締装置１０全体のばね定数、すなわち、型締剛性を比例定数として変化する。なお、型締装置１０においては、タイバー１６の剛性が他の部材と比較して低いので、型締剛性はタイバー１６の剛性に等しいと考えることができる。したがって、トグル機構２０が発生する型締力は、タイバー１６の剛性としてのばね定数を比例定数として、金型装置１０の型閉から型締完了までにトグルサポート１５が固定プラテン１２に対して移動する量に比例して変化すると言える。すなわち、固定プラテン１２、トグルサポート１５等の部材の剛性が十分に高いので、型締装置１０が発生する型締力は、実質的に、四本のタイバー１６が弾性変形して伸びることによって発生し、該タイバー１６の伸び量に比例すると言える。

次に、本実施形態による型締力設定方法について説明する。

本実施形態では、適切な型締力を検出するために、タイバー１６に取り付けられた型締力センサ１８（タイバーセンサとも称する）を用いる。型締力センサ１８は成形中の型締力を検出するために設けられたセンサであり、本実施形態では、もともと備わっている型締力センサ１８の検出値に基づいて型締力の適正値を判断して設定する。

型締力の適正値とは、成形品にバリが発生しない程度に強く、且つ必要以上に強すぎないような値である。このような型締力の適正値を求めることは、型締力を必要最小限の大きさに押さえて金型の寿命を不必要に短くしないために重要である。

いま、必要な最小の型締力が５０トンの金型を用いるとする。この場合、金型に５０トンの型締力を加えて成形を行うと、問題となるようなバリの発生の無い成形品を成形することができ、型締力が５０トンより小さくなると、バリの発生が目立ち始める。つまり、不良品が成形される。金型に５０トン以上の例えば６０トンの締付力を加えることは、必要以上の型締力を加えていることとなる。必要最低限の型締力しか発生していない場合は、型締力がかかった状態、つまりトグルが伸びた状態で樹脂が充填されると、型締力の反力にさらに樹脂圧が加わることでトグルが伸びたままの状態でトグルサポート１５が後退し、タイバーがさらに引っ張られた状態となる。したがって、このときのタイバーの伸びを検出することで、金型の開き具合を知ることができる。しかし、上述の場合で例えば必要以上の型締力として７０トンを加えているような場合、型締力を加えた時点においてすでに必要以上の型締力の反力でタイバーが引っ張られてトグルサポート１５が後退しており、樹脂圧が加わってもそれ以上タイバーが伸びることはない。

図２は、上述の金型に対して型締装置により発生する型締力を型締力センサ１８で検出した際の、型締力センサ１８の検出値の変化を示すグラフである。また、図３は上述の金型に加える型締力を変化させた場合における、型締力センサ（タイバーセンサ）１８の検出値と、充填・保圧中の金型の開き量（型開量）を示す図である。

まず、金型に１００トンの型締力を加えるように型締装置を設定し、型締力の設定値を１００トンとして成形を行った場合、図２に示すように、型締力センサ（タイバーセンサ）１８による型締力の検出値は、樹脂の充填・保圧中も１００トンのまま一定である。これは、金型内部に樹脂が充填されて樹脂充填圧が加わっても、型締力が強いので樹脂充填圧に負けることなく、金型が開かないことを示している。型締力センサ１８はタイバー１６の伸びを検出して伸びの値を型締力に換算しているので、タイバー１６の伸び量は１００トンの型締力を加えた際の伸び量で一定であり、変化していないことを示している。このときのタイバー１６の伸び量は、図３の１００トンの欄に示すように０．６ｍｍであり、金型は開いていないため、型開量は０μｍである。

ここで、型締力の設定値を１００トンから１０トンづつ段階的に小さくして成形を行った場合、図３に示すように、７０トンまでは型開量は０μｍである。したがって、図２に示すように、型締力の設定値が７０トンまでは、型締力の検出値は、樹脂の充填・保圧中も一定である。すなわち、型締力が強いので樹脂充填圧に負けることなく、金型が開かないことを示している。なお、図３に示すように、型締力の設定値を１０トンずつ減らしていくと、タイバーセンサの検出値はそれに比例して０．０６０ｍｍずつ小さくなることがわかる。

型締力の設定値を６０トンとして成形を行うと、図２に示すように、型締力の検出値が樹脂の充填・保圧中に僅かに上昇する。型締力の検出値が上昇するということは、タイバー１６の伸び量が増加したことであり、これに伴い金型が僅かに開いたことを示している。図３では６０トンにおけるタイバーセンサの検出値は０．３６１ｍｍであり、金型が開かなかった場合は０．３６０ｍｍで一定となるはずであるのに対して、０．００１ｍｍだけ金型が開いたこととなる。なお、図３におけるタイバーセンサの検出値は、充填・保圧中の検出値の最大値である。図２に示すように、６０トンの型締力の設定値のときには、型締力はほぼ一定であるが、保圧開始付近において、僅かに検出値が上昇している。この検出値の上昇分が、図３における型開量１μｍ（上述の０．００１ｍｍ）に相当する。図２において、充填開始から保圧完了までの樹脂充填圧が一点鎖線で示されている。型締力の検出値の上昇は、保圧開始付近で樹脂充填圧が最大になり、型締力が樹脂充填圧に負けて金型が開いたことを示している。

ここで、型開量とバリの発生との関係について調べたところ、型開量がある値、例えば５μｍまでは、バリの発生はほとんどなく、この程度金型が開いても実用上問題ないことがわかった。したがって、型締力の設定値が６０トンのときの型開量１μｍは実用上問題のない型開量であるといえる。許容できる型開量の値、すなわちバリの発生が実用上問題のない程度であるときの型開量の値は５μｍに限定されず、用いる金型の大きさや種類、あるいはその金型で成形する成形品の形状や樹脂材質等、様々な条件によって変化する。したがって、許容できる型開量の値は予め実機により調べておくことが好ましい。本実施形態で用いている金型の許容できる型開量の値は５μｍとする。

型締力の設定値を６０トンとした後に、更に１０トン減らして５０トンとすると、図２に示すように、タイバーセンサの検出値の上昇は大きくなる。このときの、タイバーセンサの検出値は、図３に示すように０．３０５ｍｍであり、型開量は５μｍとなる。これにより、型締力の設定値を５０トンとしたときの型開量が、許容できる型開量５μｍとなることがわかる。したがって、この状態で良品が得られるのであれば、上述の金型にとって型締力の最適な値は５０トンであると推定でき、以後の実際の成形において、型締装置で発生する型締力を５０トンに設定すればよいことがわかる。

以上のように、本実施形態による型締力設定方法では、許容できる型開量を予め設定しておき、型締力を大きな値（例えば型締装置により発生する型締力の最大値）から徐々に減らしながら成形を行い、型締力の検出値から求められる型開量が上述の許容できる型開量となるときの型締力の設定値を、型締力の最適な値として設定する。

すなわち、型締装置により所定の大きさの型締力（例えば１００トン、９０トン、８０トン、・・・）を金型に加え、金型に樹脂を充填しながら型締力センサにより型締力の検出値の変化を検出し、検出値の変化に基づいて、金型に加えるべき型締力の値を設定する。所定の大きさの型締力は、型締力の最適な値より十分に大きいことが望ましく、十分に大きな型締力から徐々に減らしながら、型締力の変化を検出することができる。このように十分に大きな型締力として、型締装置が発生できる型締力の最大値（最大型締力）から始めることとしてもよい。これにより、従来のように位置センサを取り付けて実際の型開量を測定しながら、型締力の最適な値を判定する作業に比べ、タイバーセンサの検出値の変化を検出するだけで簡単に型締力の最適値を求めることができ、容易に型締力を設定することができる。

本発明による型締力設定方法を用いて型締力を設定することのできる型締装置の側面図である。 型締装置により発生する型締力を型締力センサで検出した際の、型締力センサの検出値の変化を示すグラフである。 型締力を変化させた場合における、タイバーセンサの検出値と、充填・保圧中の型開量を示す図である。

符号の説明

１０ 型締装置
１１ 金型装置
１２ 固定プラテン
１３ 可動プラテン
１５ トグルサポート
１６ タイバー
１８ 型締力センサ
１９ 制御装置
２０ トグル機構
２６ 型締モータ
２７ 型開閉位置センサ
３１ 型厚モータ
３２ 型締位置センサ

Claims (3)

1. 型締装置により金型に加える型締力を設定するための型締力設定方法であって、
   該型締装置により所定の大きさの型締力を該金型に加え、
   前記金型に樹脂を充填しながら型締力センサによる型締力の検出値の変化を検出し、
   検出された変化に基づいて、前記金型に加えるべき型締力の値を設定する
   ことを特徴とする型締力設定方法。
2. 請求項１記載の型締力設定方法であって、
   前記所定の大きさの型締力の値は、前記型締装置により発生できる型締力の最大値であり、
   型締力の値の変化が検出されなかった場合、前記所定の大きさの型締力の値を徐々に低減しながら型締力の値の変化を繰り返して検出する
   ことを特徴とする型締力設定方法。
3. 請求項１記載の型締力設定方法であって、
   前記型締力センサは、前記型締装置のタイバーの伸びを測定して型締力を検出するタイバーセンサであることを特徴とする型締力設定方法。

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