JP4477546B2 - 成形条件設定方法 - Google Patents

Description

本発明は成形条件設定方法に係り、特にトグル機構を用いた型締装置における成形条件設定方法に関する。

金型装置は、一般的に、固定金型と可動金型とよりなり、型締装置によって可動金型を固定金型に対して進退させて、型閉、型締及び型開が行なわれる。型締装置は、固定金型が取り付けられる固定プラテン、可動金型が取り付けられる可動プラテン、及び可動プラテンを進退させるための移動機構であるトグル機構を備える。すなわち、トグル機構を駆動して可動プラテンを固定プラテンに対して接近または離間方向に移動することで金型装置の型閉、型締及び型開を行なうようになっている（例えば、特許文献１参照。）
上述のような型締装置において、金型を交換して異なる型厚となった場合、適切な型締力が得られるようにトグル機構を調整する必要がある。より詳細には、トグル機構の原点となるトグルサポートの位置を、取り付けた金型の型厚に応じて構成する。型締め装置にはトグルサポートを移動するための駆動源として型厚モータが設けられている。したがって、金型を交換して異なる型厚となった場合などは、型締力の調整作業として、まず型厚モータを駆動して、トグルサポートを適当な位置に移動する。

より具体的には、まず、型締モータを駆動してトグル機構のトグルを伸ばし、可動プラテンを型全閉位置まで移動させる。この際、トグルサポートは、可動金型が固定金型に接触しないような位置、すなわち型タッチしない位置まで後退させられている。次に、規準金型を用いた場合に所定の型締力が印加される距離だけ型開を行なう。すなわち、型締モータを駆動して型締力設定値が印加される距離だけ可動プラテンを後退させる。そして、トグル機構の状態を保ったまま、可動金型が固定金型に接触するまで、すなわち型タッチするまで、型厚モータ駆動してトグルサポート前進させる。以上により、金型交換時のトグルサポート位置の調整（型厚調整と称する）が完了する。

上述の型厚調整を行う際、トグル機構をたたみ込んだ状態でトグルサポートを前進させ、可動金型を固定金型に接触させる型タッチが行われる。この際、トグルサポートを前進させながら可動プラテンを固定プラテンに接近させ、型タッチした時点でトグルサポートの前進を停止する。したがって、型タッチしたことを検出あるいは判断して、その時点でトグルサポートを駆動する型厚モータの駆動を停止する必要がある。

従来の型タッチの判断は、型厚モータのトルクを監視することで行われている。すなわち、図１に示すように型厚モータの出力トルクが１００％となっていって時間が経過した時点で、型タッチしたと判断している。図１は型厚モータを一定の電圧で駆動してトグルサポートを前進させて型タッチした際の型厚モータの出力トルクの変化を示すグラフである。

可動プラテンが固定プラテンから離れている状態から型厚モータを駆動してトグルサポートを前進させると、トグル機構によりトグルサポート連結されている可動プラテンも同時に前進し、したがって、可動プラテンに取り付けられている可動金型も前進する。トグルサポートが停止した状態から前進し始める際、トグルサポートの摺動部での静摩擦に打ち勝つために、型厚モータの出力トルクは一瞬１００％まで上昇する。一旦トグルサポートが動きだすと、トグルサポートの摺動部での摩擦は動摩擦になるので、型厚モータの出力トルクは減少し、一定の値となる。出力トルクが一定の時間はトグルサポート（すなわち、可動金型）が前進していることを示している。

そして、可動金型が前進して固定金型に接触した時点から、型厚モータのトルクは上昇し始め、最終的に１００％となるまで上昇し、その後１００％で一定となる。従来は、型厚モータのトルクが１００％で一定となったことを検出して、型タッチが完了したと判断していた。すなわち、型厚モータが１００％の出力トルクで作動している状態が続いた際に、可動金型が固定金型に当接してトグルサポートがそれ以上前進できないものと判断している。

上述の型厚調整を行う際、トグル機構をたたみ込んだ状態でトグルサポートを前進させ、可動金型を固定金型に接触させる型タッチが行われる。この際、トグルサポートを前進させながら可動プラテンを固定プラテンに接近させ、型タッチした時点でトグルサポートの前進を停止する。したがって、型タッチしたことを検出あるいは判断して、その時点でトグルサポートを駆動する型厚モータの駆動を停止する必要がある。

従来の型タッチの判断は、型厚モータのトルクを監視することで行われている。すなわち、図１に示すように型厚モータの出力トルクが１００％となり、そのままある時間が経過した時点Ｔで、型タッチしたと判断している。図１は型厚モータを駆動してトグルサポートを前進させて型タッチした際の型厚モータの出力トルクの変化を示すグラフである。

可動プラテンが固定プラテンから離れている状態から型厚モータを駆動してトグルサポートを前進させると、トグル機構によりトグルサポートに連結されている可動プラテンも同時に前進し、したがって、可動プラテンに取り付けられている可動金型も前進する。トグルサポートが停止した状態から前進し始める際、トグルサポートの摺動部での静摩擦に打ち勝つために、型厚モータの出力トルクは一瞬１００％まで上昇する。一旦トグルサポートが動きだすと、トグルサポートの摺動部での摩擦は動摩擦になるので、型厚モータの出力トルクは減少し、一定の値となる。出力トルクが一定の時間はトグルサポート（すなわち、可動金型）が前進し続けていることを示している。

そして、可動金型が前進して固定金型に接触した時点から、型厚モータのトルクは上昇し始め、最終的に１００％となるまで上昇し、その後１００％で一定となる。従来は、型厚モータのトルクが１００％で一定となったことを検出して、型タッチが完了したと判断していた。すなわち、型厚モータが１００％の出力トルクで作動している状態が続いた際に、可動金型が固定金型に当接してトグルサポートがそれ以上前進できないものと判断している。
特開２００２−３３７１８４号公報

上述のように、型厚調整の際に、型厚モータの出力トルクが１００％で一定となったことで、型タッチが完了したと判断する場合、可動金型が固定金型に押し付けられた状態での位置にトグルサポートが停止する。この状態は、すでに型厚モータのトルクに応じた押圧力による型締力が作用している状態であり、型締力が加わっていない正確な型タッチ位置ではない。本来トグルサポートが停止されるべき型タッチした時点は、型厚モータの出力トルクが小さな一定の値から上昇し始める時点である。

したがって、型厚モータの出力トルクに基づいて型タッチを判断する場合には、トグルサポートの位置は、所望の型締力を得るための位置より前進した位置に設定されることとなる。これにより、本体トグルサポートを停止すべき位置より前進した位置からトグル機構を作動して型締力を加えることとなり、所望の型締力を精度よく加えることができないという問題がある。特に、型締力を精度よく制御する必要がある場合、トグルサポートに位置を精度よく設定する必要があり、この点で、より精度よく金型タッチの判断を行うことができる技術が必要となっている。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、型タッチの判断を精度よく行うことで、トグルサポートを所望の位置に停止させることのできる成形条件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、トグル機構を用いた型締装置に適用される成形条件設定方法であって、型厚モータを駆動してトグルサポートを可動プラテンを所定の型締力が印加される位置まで移動させた状態で可動プラテンとともに型閉方向に前進させ、型締力センサからの検出値を監視し、可動金型と固定金型との型タッチ後、該検出値が閾値に達したら前記型厚モータの駆動を停止してトグルサポートを停止することを特徴とする成形条件設定方法が提供される。
上述の成形条件設定方法において、可動プラテンを所定の型締力が印加される位置まで移動させた状態で、前記型締力センサからの検出値を監視することが好ましい。

上述の成形条件設定方法において、可動プラテンを型全閉位置に移動してから前記トグル機構を作動させて型開を行った後、前記トグルサポートを型閉方向に前進させることとしてもよい。

また、上述の成形条件設定方法において、前記型締力センサはタイバーの歪を検出するタイバー歪センサであることとしてもよい。あるいは、前記型締力センサは可動プラテンに取り付けられ、可動プラテンに加わる押圧力を検出する圧力センサであることとしてもよい。また、前記型締力センサは前記トグル機構の構成部品の歪を検出する歪センサであることとしてもよい。

上述の発明によれば、型締センサの検出値に基づいて型タッチを判断するため、型厚モータの出力トルクに基づいて型タッチを判断することに比べて、より精度よく型タッチしたことを判断することができる。したがって、トグルサポートを精度よく所望の位置に停止させることができ、精度の高い型締力の制御を達成することができる。

本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図２は本発明の一実施の形態による成形条件設定方法が行われる成形機の型締装置の側面図である。図２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に固定された固定金型支持装置としての固定プラテン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ベースプレートとしてのトグルサポート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、前記可動プラテン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。

ここで、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。

そして、型締モータ２６が駆動して、被駆動部材としてのクロスヘッド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。

また、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、図２に示す型締装置では、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。

本実施の形態では、後述のように、型厚調整を行う際に、型締力センサ１８により検出した型締力を用いて型タッチを判断し、型厚モータ３１の駆動の動作を制御する。

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型締装置の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搬送手段としてのコンベア装置まで搬送される。

次に、上述の型締装置で行なわれる成形条件設定方法である型厚調整方法について説明する。図３は本実施の形態による型厚調整処理のフローチャートである。また、図４は型厚調整方法において型タッチを判断するために用いられる型締力センサの検出値の変化を示すグラフである。

例えば、型締装置１０に新たに金型装置１１を取り付けた場合、設定型締力の位置（原点）において所望の型締力（目標型締力Ｚ）が得られるように、図３に示す型厚調整処理を行なって型締装置１０を調整する必要がある。型締装置１０の調整は、取り付けられた金型装置１１の厚み及び剛性（圧縮変形量）に基づいて、トグルサポート１５の位置を変更して行なう。上述のように、トグルサポート１５の固定位置調整は、型厚モータ３１を駆動してトグルサポート１５を前後に移動させることで行なう。

図３に示す型厚調整処理において、まず、型締モータ２６を駆動してトグル機構２０のトグルを伸ばし、可動プラテン１３を型全閉位置まで移動させる（ステップＳ１）。この際、トグルサポート１５は、可動金型１１ｂが固定金型１１ａに接触しないような位置、すなわち型タッチしない位置まで後退させられている。

次に、トグル機構２０を作動させて、規準金型を用いた場合に所定の型締力が印加される距離だけ型開を行なう（ステップＳ２）。すなわち、型締モータ２６を駆動して型締力設定値が印加される距離だけ可動プラテン１３を後退させる。そして、トグル機構２０の状態をステップ２の状態に保ったまま、可動金型１１ｂが固定金型１１ａに接触するまで、すなわち型タッチするまで、型厚モータ３１を駆動してトグルサポート１５を前進させる（ステップＳ３）。

次に、型締力センサ１８の検出値を監視し、検出値が所定のしきい値に達したか否かを判定する（ステップＳ４）。検出値が所定の閾値に達していない場合は、ステップＳ４の判定処理を繰り返す。一方、ステップＳ４において検出値が所定のしきい値に達したと判定された場合、型タッチが完了したと判断して型厚モータ３１を停止してトグルサポート１５の前進を停止する（ステップＳ５）。

型締力センサ１８から出力される検出値は、図４（ａ）に示すように、トグルサポート１５の前進を開始した時点（グラフの原点）からは上昇せず、実際に金型タッチした時点（Ａ点）から上昇し始める。したがって、検出値が上昇し始めた時点で金型タッチと判断することとすればよいが、型締力センサ１８の検出値にはばらつきがあり、また、外乱によりわずかに検出値が上昇するおそれがある。そこで、本実施の形態では、外乱による検出値の上昇を型タッチと誤って判断することを避けるために、所定の閾値Ｘが設定されている。すなわち、型締力センサ１８から出力される検出値が所定の閾値となった時点で、金型タッチがあったと判断する。

図４（ｂ）は型厚モータの出力トルクを示すグラフであり、図４（ａ）のグラフと同じ時間軸を有している。図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると明らかなように、型締センサの検出値に基づいて型タッチを判断する（Ｂ点での判断）ほうが、型厚モータの出力トルクに基づいて型タッチを判断すること（Ｔ点での判断）に比べて、実際に型タッチが行われた時点により近い時点で金型タッチを判断できることがわかる。すなわち、型締センサの検出値に基づいて型タッチを判断するほうが、型厚モータの出力トルクに基づいて型タッチを判断することに比べて、より精度よく型タッチしたか否かを判断することができる。

以上のように、本実施の形態による型厚調整方法によれば、型タッチしたことを精度よく判断することができ、より精度の高い型締力の制御を達成することができる。

なお、上述の例では、タイバー１６の歪を検出する型締力センサ１８を用いたが、以下に説明するように他の型締力センサを用いるとしてもよい。

図５は可動プラテンに取り付けられた型締力センサを有する型締装置の側面図である。図５において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図５に示す型締力センサ４０は、可動プラテン１３Ａと可動プラテン支持部材１３Ｂとの間に設けられた圧力センサである。可動プラテン支持部材１３Ｂはトグル機構２０に接続されており、トグル機構２０により移動される。可動プラテン１３Ａは、型締力センサ４０を介して可動プラテン支持部材１３Ｂに固定されているので、可動プラテン支持部材１３Ｂと共に移動する。可動プラテン支持部材１３Ｂに加えられる押圧力は型締力センサ４０と可動プラテン１３Ａとを介して可動金型１１ｂに加えられ、この押圧力が型締力となる。したがって、可動プラテン１３Ａと可動プラテン支持部材１３Ｂとの間に設けられた型締力センサ４０に加えられた押圧力が型締力であり、これを検出することで型締力を検出することができる。型締力センサ４０からの検出値は制御装置１９に供給され、上述の型厚調整処理における型タッチの判断に用いられる。

図６はトグル機構のトグルアームに取り付けられた型締力センサを有する型締装置の側面図である。図５において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図６に示す型締センサ４１は、トグルアーム２２に取り付けられた歪センサであり、トグルアーム２２を介して可動プラテン１３に加えられる押圧力による圧縮歪や曲げ歪を検出する。トグルアーム２２は、可動プラテン１３に加えられる押圧力により弾性変形しやすい部品であり、このような部品に歪サンサである型締センサ４１を取り付けることにより、容易に型締力を検出することができる。型締力センサ４１からの検出値は制御装置１９に供給され、上述の型厚調整処理における型タッチの判断に用いられる。

なお、型締力センサ４１を取り付ける場所は、トグルアーム２２に限られず、トグル機構２０により発生する押圧力により弾性変形する部分であればよい。例えば第１トグルレバー２１やトグルサポート１５に型締力センサ４１を取り付けることとしてもよい。

型厚モータの出力トルクの変化を示すグラフである。 本発明の一実施の形態による成形条件設定方法が行われる成形機の型締装置の側面図である。 型厚調整処理のフローチャートである。 型厚調整処理において型タッチを判断するために用いられる型締力センサの検出値の変化を示すグラフである。 可動プラテンに取り付けられた型締力センサを有する型締装置の側面図である。 トグル機構のトグルアームに取り付けられた型締力センサを有する型締装置の側面図である。

符号の説明

１０ 型締装置
１１ 金型装置
１２ 固定プラテン
１３，１３Ａ 可動プラテン
１３Ｂ 可動プラテン支持部材
１５ トグルサポート
１６ タイバー
１８，４０，４１ 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 (6)

1. トグル機構を用いた型締装置に適用される成形条件設定方法であって、
   型厚モータを駆動してトグルサポートを可動プラテンを所定の型締力が印加される位置まで移動させた状態で可動プラテンとともに型閉方向に前進させ、
   型締力センサからの検出値を監視し、
   可動金型と固定金型との型タッチ後、該検出値が閾値に達したら前記型厚モータの駆動を停止してトグルサポートを停止する
   ことを特徴とする成形条件設定方法。
2. 請求項１記載の成形条件設定方法であって、
   可動プラテンを所定の型締力が印加される位置まで移動させた状態で、前記型締力センサからの検出値を監視することを特徴とする成形条件設定方法。
3. 請求項１又は２記載の成形条件設定方法であって、
   可動プラテンを型全閉位置に移動してから前記トグル機構を作動させて型開を行った後、前記トグルサポートを型閉方向に前進させることを特徴とする成形条件設定方法。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の成形条件設定方法であって、
   前記型締力センサはタイバーの歪を検出するタイバー歪センサであることを特徴とする成形条件設定方法。
5. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の成形条件設定方法であって、
   前記型締力センサは可動プラテンに取り付けられ、可動プラテンに加わる押圧力を検出する圧力センサであることを特徴とする成形条件設定方法。
6. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の成形条件設定方法であって、
   前記型締力センサは前記トグル機構の構成部品の歪を検出する歪センサであることを特徴とする成形条件設定方法。
   

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