JP2016083924A - 開閉装置および成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トグルリンク機構のリンク結合部でピンの間にできる微小な隙間の影響を排除できるとともに、金型交換などにおける作業性を向上させる。
【解決手段】実施形態による開閉装置は、金型の一方２１が取り付けられる固定盤２０と、金型の他方２３が取り付けられる可動盤２２と、タイバー３６を介して固定盤２０と連結される受圧盤２４と、受圧盤１４と可動盤２２とに連結し、可動盤２２を前後動させる開閉機構２８と、開閉機構２８を駆動させる第１駆動装置と、可動盤２２に対して一定方向の負荷を与える第２駆動装置５０と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、射出成形機等のトグル式型締装置および成形装置に関する。

射出成形機等の成形装置では、トグル式型締装置が広く用いられている。トグル式型締装置では、受圧盤と可動盤の間に金型の開閉および型締力を発生させるトグルリンク機構が設けられている。

射出成形機での成形法には、種々の成形法があるが、近年注目されている成形法として発泡成形法がある。発泡成形品は、樹脂の内部に無数の気泡が存在しているため、成形品の軽量化を可能な上に、断熱性や吸音性などの特性を成形品に付加することができる。

発泡成形では、金型を型締めした後、金型のキャビティに発泡剤を含む溶融樹脂を充填する。そして、溶融樹脂の表層が固化してスキン層が形成された後には、溶融樹脂を発泡させるために、金型の寸開きを行い、キャビティ容積を拡大させる必要がある。発泡成形では、金型を寸開きするときの開き量で成形品の肉厚や発泡状態が決まるため、寸開きするときの可動盤の停止精度は、成形品の品質確保にとってきわめて重要なファクターとなる。

金型を寸開きするときの可動盤の停止精度は、特に、トグル式型締装置を備えた成形装置において大きな問題となる。なぜなら、トグル式型締装置では、トグルリンク機構のリンクを連結するリンク結合部にはピンとの間に微小な隙間が存在し、この隙間に起因する誤差が可動盤の停止精度を低下させるからである。

金型を寸開きするときの可動盤の停止精度を高めるために、従来から、様々な改良がトグル式型締装置に加えられている。
例えば、特許文献１では、固定盤と可動盤の間の金型回りに、金型キャビティの拡大に連動して可動盤を押動するキャビティ拡大機構を設けたトグル式型締装置が提案されている。

また、特許文献２では、固定盤と可動盤の間に、異なる形状を有する２種類の製品キャビティを有する金型が取り付けられている回転盤を配置し、この回転盤を型開閉方向に移動させる駆動装置により、発泡成形時の型開き動作に連動させて、回転盤で可動盤を型開き方向に押動させるようにしたトグル式型締装置が提案されている。

また、特許文献３には、可動盤を、トグル機構が軸着される第一可動盤と可動金型が取り付けられる第二可動盤とから構成し、第一可動盤と第二可動盤との間に油圧シリンダと位置センサを配置したトグル式型締装置が開示されている。

特開２００６−３３４７９３号公報 特開２０１１−３１５３５号公報 特開２００８−１１０４９８号公報

特許文献３に開示されているトグル式型締装置では、油圧シリンダによって金型の背面から直接型締力を及ぼし、また、位置センサにより第一可動盤と第二可動盤の間の距離を測定し、これをフィードバックする位置制御を行うことにより、可動盤の位置を制御している。しかし、発泡成形でコアバックを行う場合の、トグルリンク機構のリンク結合部におけるピンとの隙間による影響については全く考慮されていない。

他方、特許文献１、２に開示されたトグル式型締め装置では、コアバックを行うときに、金型キャビティの拡大に連動させて可動盤を押動しているために、リンク結合部でのピンとの微小な隙間の影響を排除することが可能になる。

しかしながら、可動盤を押動するために、特殊なキャビティ拡大機構や、回転盤の駆動装置を固定盤と可動盤の間に配置しているために、これらが金型交換などにおける作業性を極めて悪化させるという問題があった。

本発明は、前記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであって、トグルリンク機構のリンク結合部でピンの間にできる微小な隙間の影響を排除できるとともに、金型交換などにおける作業性を向上させることができるようにした開閉装置および成形装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明による開閉装置は、金型の一方が取り付けられる固定盤と、金型の他方が取り付けられる可動盤と、タイバーを介して前記固定盤と連結される受圧盤と、前記受圧盤と前記可動盤とに連結し、前記可動盤を前後動させる開閉機構と、前記開閉機構を駆動させる第１駆動装置と、前記可動盤に対して一定方向の負荷を与える第２駆動装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明による成形装置は、前記した開閉装置を備えることを特徴とする。

本発明による型締装置を備える射出成形機の概要を示す側面図である。 本発明の一実施形態による型締装置の側面図である。 本発明の一実施形態による型締装置の平面図である。 発泡成形の工程を説明する図である。 発泡成形時のコアバック動作において、負荷を加えない場合のリンク結合部における隙間の変化を示す図である。 発泡成形時のコアバック動作において、型開方向に負荷を加えたときのリンク結合部における隙間の変化を示す図である。 本発明の実施形態の変形例による型締装置の平面図である。 本発明の他の実施形態による型締装置の側面図である。 本発明の他の実施形態による型締装置の平面図である。

以下、本発明による型締装置および成形装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態による型締装置が適用される射出成形機（成形装置）１０の概要を示す図である。図１において、参照番号１２は射出成形機の射出装置全体を示す。参照番号１４は射出成形機の型締装置（型開閉装置、開閉装置）を示している。

射出装置１２のバレル１５には、スクリュ１６が回転自在でかつ軸方向に移動可能に挿入されている。樹脂（成形材料、材料）は、ホッパ１７からバレル１５内に投入される。バレル１５の周囲には樹脂を加熱する図示しない加熱ヒータが配置されている。射出装置１２では、図示しない計量用モータによりスクリュ１６を回転させ、樹脂の溶融と混練をしながら、樹脂をバレル１５の前方に溜めることで、計量が行われる。バレル１５の前方に溜められた樹脂は、図示しない射出用モータ、ボールねじ及びナットによってスクリュ１６を前進させることで、ノズル１８から固定金型２１と移動金型２３によって形成されたキャビティに充填される。

次に、型締装置１４の全体構造について、図２を参照しながら説明する。

型締装置１４のフレーム１１の一端側には、固定ダイプレート（固定盤）２０が固定されている。フレーム１１の他端側には、リンクハウジング（受圧盤）２４が配置されている。固定ダイプレート２０と、リンクハウジング２４の間には、移動ダイプレート（可動盤）２２が移動可能にフレーム１１上に設置されている。固定ダイプレート２０には固定金型（金型の一方、金型の他方）２１が取り付けられ、移動ダイプレート２２には移動金型（金型の他方、金型の一方）２３が取り付けられており、固定金型２１と移動金型２３とによってキャビティ２５が形成されている。よって、金型１９は、固定金型２１と移動金型２３とを有している。

固定ダイプレート２０とリンクハウジング２４とは、複数の（例えば、４本の）タイバー３６によって連結されている。タイバー３６は、固定金型２１に対して移動金型２３を型閉じして金型を締め上げる（型締めをする）際に、次に説明するトグルリンク機構（開閉機構、型開閉機構、型締機構）２８によって型締力を受けるようになっている。

図２に示されるように、トグルリンク機構２８は、例えば、第１リンク３０と第２リンク３１と、第３リンク３２とによって構成されている。
図３には、上下にそれぞれ設けられているトグルリンクのうち、上側のトグルリンクが示されている。なお、下側のトグルリンクも同一に構成されるものである。

図３に示されるように、一対の第１リンク３０の一端部は、トグルピン３４を介して、リンクハウジング２４に連結されている。第１リンク３０の他端部は、トグルピン３５を介して一対の第２リンク３１の一端部と連結されている。この第２リンク３１の他端部は、トグルピン３７を介して移動ダイプレート２２のトグルリンク連結部３３と連結されている。

次に、図２において、参照番号２６は、トグルリンク機構２８と連結されるクロスヘッドを示している。

クロスヘッド２６には、第３リンク３２の一端部がトグルピン３８を介して連結されている。第３リンク３２の他端部は、第１リンク３０とトグルピン３９を介して連結されている。

この実施形態では、リンクハウジング２４には、トグルリンク機構２８の駆動源としてサーボモータ（駆動部）４０が設けられている（図３参照）。クロスヘッド２６の中央部には、サーボモータ４０の回転を直線運動に変換してトグルリンク機構２８に伝達するボールねじ機構の図示されないナット部が設けられている。このナット部には、ボールねじ２７が螺合するようになっている。サーボモータ４０の回転はタイミングベルト２９を介してボールねじ２７に伝達されるようになっている。これらのサーボモータ４０、ボールねじ機構は、トグルリンク機構２８を駆動する第１駆動装置を構成している。

クロスヘッド２６は、リンクハウジング２４から型閉方向に延びる腕部２４ａに支持されている図示しないガイドによって、型開閉方向の移動が案内される。
図２では、トグルリンク機構２８の第１リンク３０と第２リンク３１が伸びた状態が示されている。クロスヘッド２６が右方に移動すると、図２に示されるように、第１リンク３０と第２リンク３１が伸びることで、移動ダイプレート２２が前進し、型閉じが行われる。そして、固定金型２１に対して、移動金型２３が当接した後、さらに型閉じされることで、型締め力が発生する。

他方、クロスヘッド２６が図２において左方に移動すると、第１リンク３０と第２リンク３１が第３リンク３２によって屈曲されるので、移動ダイプレート２２は後退して、型開きが行われる。
移動ダイプレート２２の前後進を案内し、移動ダイプレート２２の移動の直進性を確保するために、ベース１１上の左右両側には、タイバー３６と平行にガイドレール４１が敷設されている。移動ダイプレート２２は、ガイドレール４１を摺動するリニアガイド４２によって支持されている。
本実施形態による型締装置１４では、発泡成形を実施するときに、発泡剤を含む溶融樹脂をキャビティ２５に射出した後に、金型を僅かに開く動作（コアバック動作、金型寸開動作）を行うことができる型締装置である。

コアバック動作時の、移動ダイプレート２２の停止精度を高めるために、移動ダイプレート２２に負荷を与える次のようなコアバック用の油圧シリンダ５０が設けられている。

図２および図３に示されるように、この実施形態では、リンクハウジング２４と移動ダイプレート２２の間に、例えば、左右２つのコアバック用の駆動装置（第２駆動装置）として油圧シリンダ５０が配設されている。

油圧シリンダ５０のシリンダ本体は、例えば、移動ダイプレート２２の側面にブラケット５１を介して固定されている。移動ダイプレート２２には、移動金型２３の取付面２２ａと、反対側のトグルリンク機構２８側の面２２ｂと、左右の側面２２ｃなどの各面があるが、ブラケット５１は、移動ダイプレート２２の側面２２ｃにボルト締結等により固定されている。
油圧シリンダ５０のピストンロッド５２は、移動ダイプレート２２が金型閉位置にあっても、リンクハウジング２４の腕部２４ａに届くだけの十分な長さを有している。この実施形態では、ピストンロッド５２の先端部には、連結部材５３が設けられており、この連結部材５３はリンクハウジング２４の腕部２４ａに固定されている固定部材５４に固着されている。

本実施形態は、以上のように構成されるものであり、次に、発泡成形との関連においてその作用および効果について説明する。
本実施形態による型締装置１４では、サーボモータ４０の回転をボールねじ２７によってクロスヘッド２６の直線運動に変換し、トグルリンク機構２８を伸長および屈曲させることによって、移動ダイプレート２２を前後に移動させている。これらは、トグルリンク機構２８を駆動し型閉じ及び型開き動作を行わせるための第１駆動装置を構成している。

これに対して、リンクハウジング２４と移動ダイプレート２２の間に設けられている油圧シリンダ５０は、例えば、発泡成形時のコアバック動作に際して、移動ダイプレート２２に負荷を与える第２駆動装置を構成している。

ここで、図４は、発泡成形の工程を説明する図である。発泡成形を実施する場合には、まず、型締めした後、固定金型２１と移動金型２３によって形成されたキャビティ２５に発泡剤を含んでいる溶融樹脂を充填し、溶融樹脂の表層を固化させてスキン層を形成させる（図４（ａ））。

その後、移動金型２３を指定の移動量δだけ僅かに寸開き動作、すなわちコアバック動作をさせることで、樹脂を発泡させる（図４（ｂ））。発泡後、樹脂を冷却させてから、移動金型２３を後退させて金型を開いて、成形品８０を取り出す（図４（ｃ））。

ここで、図５は、型締めしてからコアバック動作をする過程でのトグルリンク機構２８のリンク結合部（リンクピン部）での隙間を説明する図である。図５では、第２リンク３１を移動ダイプレート２２に連結するトグルピン３７と、ピン用ブシュ６０の内周面との隙間が例示されているが、これ以外のリンク結合部でも同様の隙間が形成されている。

図５（ａ）に示されるように、型締時には、トグルリンク機構２８の第２リンク３１がトグルピン３７を型閉方向Ａに押すため、第２リンクと一体のピン用ブッシュ６０はトグルピン３７の型開方向側の外面に押し付けられる。このため、ピン用ブッシュ６０の型閉方向側の内面とトグルピン３７の間にごく僅かな隙間ができる。図５（ａ）では、この隙間を誇張して描いてある。

他方、図５（ｂ）に示されるように、コアバック動作の実施時には、トグルリンク機構２８の第２リンク３１がトグルピン３７を型開方向Ｂに引くため、型締時とは逆に、ピン用ブッシュ６０はトグルピン３７の型閉方向側の外面に押し付けられることになる。

型締め完了した後のコアバック動作時には、隙間分に相当する微小距離εだけ第２リンク３１がトグルリンク機構２８の屈曲とともに現実に動いているにもかかわらず、移動ダイプレート２２は移動しないことになる。このような隙間は、トグルリンク機構２８の他のリンク結合部においても同様であり、これらが積もり重なって、移動ダイプレート２２の停止精度の誤差となり、移動金型２３を指定の移動量δ（図４（ｂ）参照）だけ正確に寸開できなくなる原因となる。

そこで、本実施形態では、コアバック動作のときには、第２駆動装置を構成する油圧シリンダ５０を第１駆動装置のサーボモータ４０と連携させながら、以下のように動作させる。
まず、図３において、油圧シリンダ５０のシリンダ室５０ａに圧油が供給され、油圧シリンダ５０はピストンロッド５２を引き込もうとする。ピストンロッド５２の先端部は、リンクハウジング２４の固定部材５４に連結されており、リンクハウジング２４も固定されているので、油圧シリンダ５０の引く力の反力が移動ダイプレート２２を型開方向に引き付ける力として作用する。

このようにして、油圧シリンダ５０によって移動ダイプレート２２に型開方向に引き付ける負荷を与えた状態にして、サーボモータ４０を起動して、トグルリンク機構２８を屈曲させてコアバック動作を開始する。

ここで、図６は、型締めしてから、油圧シリンダ５０により型開方向に引き付ける負荷を与えながらコアバックする過程でのトグルリンク機構２８のリンク結合部（リンクピン部）での隙間を説明する図である。なお、図６では、第２リンク３１を移動ダイプレート２２に連結するトグルピン３７と、ピン用ブシュ６０の内周面との隙間が例示されているが、これ以外のリンク結合部でも同様である。

図６（ａ）に示されるように、型締時には、トグルリンク機構２８の第２リンク３１がトグルピン３７を型閉方向Ａに押すため、ピン用ブッシュ６０はトグルピン３７の型開方向側の外面に押し付けられる。このため、ピン用ブッシュ６０の型閉方向側の内面とトグルピン３７の間にごく僅かな隙間ができる。

次いで、油圧シリンダ５０によって移動ダイプレート２２に型開方向Ｂに引き付ける負荷を与えると、コアバック開始直前の時点では、図６（ｂ）に示されるように、トグルピン３７はピン用ブッシュ６０の型開方向側の内面に押し付けられたままである。

こうして、油圧シリンダ５０で型開方向Ｂに引き付けた状態を保持してコアバック動作を開始すると、トグルリンク機構２８は、リンク結合部における隙間を図６（ｃ）の状態を保ったまま、すなわち、コアバック開始直前と同じ状態で移動ダイプレート２２を型開方向に移動させることができる。

以上のようにして、金型内のキャビティ２５に溶融樹脂を充填した後に、コアバック動作を実施する場合、油圧シリンダ５０が移動ダイプレート２２を型開方向に引き付けている状態を保っているので、コアバック動作の開始前後で、隙間の状態が変化しないため、トグルリンク機構２８のリンク結合部の隙間に起因する誤差を排除し、移動ダイプレート２２の停止精度を高めることができる。その結果、移動ダイプレート２２を金型の寸開に必要な移動量だけ移動させ、所定の位置に正確に停止させることができる。これによって金型を正確に寸開させることができるので、高品質の発泡樹脂成形品を成形することが可能になる。

また、第２駆動装置を構成する油圧シリンダ５０は、リンクハウジング２４と移動ダイプレート２２の間に設けられているので、金型交換などにおける作業の邪魔になることがなく、金型交換の作業性を向上させることが可能になる。

なお、以上は、油圧シリンダ５０により移動ダイプレート２２に型開方向Ｂに引き付ける負荷を与えた場合であるが、油圧シリンダ５０で型閉方向Ａに負荷を与えても、第２駆動装置の駆動力が、第１駆動装置の駆動力＞第２駆動装置の駆動力となるように制御することで、同様の効果が得られる。

なお、図７は、油圧シリンダ５０の取り付け向きを逆にした変形例である。この場合、シリンダ本体は、リンクハウジング２４に固定された固定部材５４に取り付けられており、ピストンロッド５２の先端部は連結部材５３を介して移動ダイプレート２２に設けたブラケット６２に連結されている。このような油圧シリンダ５０の配置によっても、図３の場合と同一の作用効果を得ることができる。

なお、以上の実施形態では、油圧シリンダ５０をリンクハウジング２４に容易に連結するために、リンクハウジング２４に固定された固定部材５４に連結した例を示したが、直接、リンクハウジング２４に連結するようにしてもよい。
次に、図８、図９は、本発明の第２実施形態による型締装置を示す。なお、図２、図３の第１実施形態の型締装置と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して詳細な説明は省略する。
この第２実施形態による型締装置では、コアバック用の駆動装置（第２駆動装置）としての油圧シリンダ５０の配置が図２、図３に示した第１実施形態とは異なる。
第１実施形態では、移動ダイプレート２２の左右の側面２２ｃにブラケット５１を介して油圧シリンダ２０を配置いる。これに対して、第２実施形態では、移動ダイプレート２２の、トグルリンク機構２８側の面２２ｂ、すなわち金型取付面２２ａとは反対側にある
に２２ｂにブラケット７０をボルトの締結等により取り付け、このブラケット７０に油圧シリンダ５０を固定している。
第１実施形態の場合、図３において、ブラケット５１が移動ダイプレート２２の金型取付面２２ａに近い位置に設けられると、移動ダイプレート２２を油圧シリンダ５０によって型開方向に引き付けたときに、力の作用点が、移動ダイプレート２２の金型取付面２２ａに近い位置であることから、本来、平坦な面であるべき金型取付面２２ａが湾曲したり、局所的に変形する可能性がある。このような、金型取付面２２ａの変形は、たとえ微小であっても、型締精度やコアバック時の寸開精度に悪影響を及ぼす虞がある。
これに対して、第２実施形態では、油圧シリンダ５０を金型取付面２２ａとは反対側の面２２ｂに配置していることから、型開方向に引く力の作用点が金型取付面２２ａからは離れることになる。これにより、金型取付面２２ａの変形を抑えることが可能になり、型締精度や寸開精度を維持することができる。
なお、第２実施形態においても、第１実施形態と同様にコアバック動作時には、トグルリンク機構２８のリンク結合部の隙間に起因する誤差を排除し、移動ダイプレート２２の停止精度を高め金型を正確に寸開させることができる効果が得られる。

以上説明した実施形態では、第２駆動装置として、油圧シリンダ５０を適用したが、本発明はこれに限らない。例えば、油圧シリンダ５０の替わりに、空圧シリンダなどを適用してもよい。さらには、このような流体圧シリンダの替わりに、電動駆動のボールねじおよびナット（電動駆動装置）を適用することも可能である。

また、本実施形態では、本発明を射出成形機に適用したが、本発明はこれに限らない。
例えば、ダイカストマシン等の他の成形装置にも適用することができる。

１０…射出成形機（成形装置）、１２…射出装置、１４…型締装置、１５…バレル、１６…スクリュ、１８…ノズル、２０…固定ダイプレート（固定盤）、２１…固定金型（金型の一方、金型の他方）、２２…移動ダイプレート（可動盤）、２３…移動金型（金型の他方、金型の一方）、２４…リンクハウジング（受圧盤）、２５…キャビティ、２８…トグルリンク機構（開閉機構）、２６…クロスヘッド、３０…第１リンク、３１…第２リンク、３２…第３リンク、３４、３５、３７…トグルピン、３６…タイバー、４０…サーボモータ、５０…油圧シリンダ（第２駆動装置）、５１…ブラケット、５２…ピストンロッド、５４…固定部材

Claims (3)

1. 金型の一方が取り付けられる固定盤と、
   金型の他方が取り付けられる可動盤と、
   タイバーを介して前記固定盤と連結される受圧盤と、
   前記受圧盤と前記可動盤とに連結し、前記可動盤を前後動させる開閉機構と、
   前記開閉機構を駆動させる第１駆動装置と、
   前記可動盤に対して一定方向の負荷を与える第２駆動装置と、
   を備えることを特徴とする開閉装置。
2. 前記第２駆動装置は、一方の端部が前記可動盤に連結され、他方の端部が前記受圧盤または前記受圧盤に固定された固定部材に連結されたことを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
3. 請求項１または２に記載した開閉装置を備えることを特徴とする成形装置。

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