JP4782642B2 - 型締装置及び型締力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、型締装置及び型締力制御方法に関し、特に電磁石によって型締力を発生させる型締装置及び型締力制御方法に関する。

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、前記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。

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。

ところが、前記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。

しかしながら、前記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。

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）。
国際公開第０５／０９００５２号パンフレット

しかしながら、型締め動作に電磁石の吸着力を利用する場合、電磁石の磁力は、二つの磁極のギャップ、すなわち、リヤプラテンと吸着板との間のギャップによって大きな影響を受けるところ、当該ギャップは、射出反力による外乱や型締めの際の装置の変形等、意図しない原因によって変化し得る。したがって、電磁石に対して同じ大きさの電流を流しても、同じ型締力が得られない場合があるという問題がある。

また、当該ギャップの平行度がなんらかの原因によって崩れた場合にも、安定した型締力が得られないという問題がある。

図１は、リヤプラテンと吸着板との間のギャップの平行度が崩れた例を示す図である。

図１において、５１３はリヤプラテン、５２２は吸着板を示す。また、５４８は電磁石のコイルを示す。

図１においては、吸着板５２２が傾くことによってリヤプラテン５１３と吸着板５２２との平行度が崩れ、そのギャップδは、下方の方が大きくなっている。したがって、この場合、（Ａ）に示されるように、上方になればなるほど磁束密度は大きくなる。すなわち、上方においは吸着力が大きくなり、下方においては吸着力が小さくなる。そうすると、（Ｂ）に示されるように吸着板５２２にモーメントが生じ、吸着板５２２は更に傾いてしまう。

図２は、吸着板が傾くことによる問題点を説明するための図である。図２中、図１と同一部分には同一符号を付している。

図２において、５１０は型締装置、５１９は金型装置を示す。型締装置５１０は、上記リヤプラテン５２２及び吸着板５１３の他、固定プラテン５１１、可動プラテン５１２、及び可動プラテン５１２と吸着板２２とを連結する型締力伝達部材としてのロッド５３９等を有する。

また、金型装置５１９は、固定プラテン５１１に固定された固定金型５１５と、可動プラテン５１２に固定された可動金型５１６とより構成される。

図２の型締め装置５１０では、コイル５４８を含む電磁石によって吸着板５２２に働く吸着力がロッド５３９によって可動プラテン５１２に伝達され、型締めが行われる。このような構成において、吸着板５２２が傾いたまま型締めが行われると、ロッド５３９にモーメントが生じ、可動プラテン５１２も破線で示されるように変形する可能性がある。その結果、可動金型１６も破線で示されるように変形してしまい、定格の型締力が得られないだけでなく、成形品の形状にも影響を与えかねないという可能性が考えられる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、電磁石を用いて型締力を発生させる際に二つの磁極のギャップによる型締力への影響を緩和させることのできる型締装置及び型締力制御方法を提供することを目的とする。

そこで上記課題を解決するため、本発明は、電磁石によって型締力を発生させる型締装置であって、前記電磁石は、印加される電流に対する磁束密度の増加率が、当該磁束密度が１Ｔ未満における該増加率と比較して略２％以下となる状態において、当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする。

また、本発明は、前記電磁石の鉄心は電磁鋼板であり、当該電磁石の磁束密度が２Ｔ以上となる状態において当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする。

また、本発明は、前記電磁石の鉄心はケイ素鋼であり、当該電磁石の磁束密度が１．４Ｔ以上となる状態において当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする。

また、本発明は、前記電磁石の鉄心は電磁ステンレスであり、当該電磁石の磁束密度が１．２Ｔ以上となる状態において当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明は、電磁石によって型締力を発生させる型締装置であって、前記電磁石は、当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させる際に磁束密度が飽和磁束密度の８０％以上になることを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明は、電磁石によって型締力を発生させる型締装置における該型締力の制御方法であって、前記電磁石に印加される電流に対する磁束密度の増加率が、当該磁束密度が１Ｔ未満における該増加率と比較して略２％以下となる状態において、当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明は、電磁石によって型締力を発生させる型締装置における該型締力の制御方法であって、前記電磁石の磁束密度が飽和磁束密度の８０％以上となる状態において当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする。

本発明によれば、電磁石を用いて型締力を発生させる際に二つの磁極のギャップによる型締力への影響を緩和させることのできる型締装置及び型締力制御方法を提供することができる。

以下、本発明の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。なお、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。

図３は本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型閉じ時の状態を示す図、図４は本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型開き時の状態を示す図である。

図において、１０は型締装置、Ｆｒは射出成形機のフレーム、Ｇｄは、該フレームＦｒ上に敷設されてレールを構成し、型締装置１０を支持するとともに、案内する第１の案内部材としての２本のガイド（図においては、２本のガイドＧｄのうちの１本だけを示す。）、１１は、該ガイドＧｄ上に載置され、前記フレームＦｒ及びガイドＧｄに対して固定された第１の固定部材としての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と対向させて第２の固定部材としてのリヤプラテン１３が配設され、前記固定プラテン１１とリヤプラテン１３との間に４本の連結部材としてのタイバー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。なお、前記リヤプラテン１３は、タイバー１４が伸縮するのに伴って、ガイドＧｄに対してわずかに移動することができるように前記ガイドＧｄ上に載置される。

なお、本実施の形態においては、固定プラテン１１はフレームＦｒ及びガイドＧｄに対して固定され、リヤプラテン１３はガイドＧｄに対してわずかに移動することができるようになっているが、リヤプラテン１３をフレームＦｒ及びガイドＧｄに対して固定し、固定プラテン１１をガイドＧｄに対してわずかに移動することができるようにすることができる。

そして、前記タイバー１４に沿って固定プラテン１１と対向させて第１の可動部材としての可動プラテン１２が型開閉方向に進退自在に配設される。そのために、前記可動プラテン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。

前記タイバー１４の前端部には図示されない第１のねじ部が形成され、前記タイバー１４は、前記第１のねじ部とナットｎ１とを螺合させることによって固定プラテン１１に固定される。また、前記各タイバー１４の後方の所定の部分には、タイバー１４より外径が小さい第２の案内部材としてのガイドポスト２１が、リヤプラテン１３の後端面から後方に向けて突出させて、かつ、タイバー１４と一体に形成される。そして、リヤプラテン１３の後端面の近傍には図示されない第２のねじ部が形成され、前記固定プラテン１１とリヤプラテン１３とは、前記第２のねじ部とナットｎ２とを螺合させることによって連結される。本実施の形態においては、ガイドポスト２１がタイバー１４と一体に形成されるようになっているが、ガイドポスト２１をタイバー１４とは別体に形成することもできる。

また、前記固定プラテン１１には第１の金型としての固定金型１５が、前記可動プラテン１２には第２の金型としての可動金型１６がそれぞれ固定され、前記可動プラテン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。なお、型締めが行われるのに伴って、固定金型１５と可動金型１６との間に複数の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から射出された成形材料としての図示されない樹脂が前記各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。

そして、前記可動プラテン１２と平行に配設された第２の可動部材としての吸着板２２が、リヤプラテン１３より後方において前記各ガイドポスト２１に沿って進退自在に配設され、ガイドポスト２１によって案内される。なお、前記吸着板２２には、各ガイドポスト２１と対応する箇所に、ガイドポスト２１を貫通させるためのガイド穴２３が形成される。該ガイド穴２３は、前端面に開口させられ、ボールナットｎ２を収容する大径部２４、及び吸着板２２の後端面に開口させられ、ガイドポスト２１と摺動させられる摺動面を備えた小径部２５を備える。本実施の形態において、吸着板２２は、ガイドポスト２１によって案内されるようになっているが、吸着板２２を、ガイドポスト２１だけでなく、ガイドＧｄによって案内することもできる。

ところで、前記可動プラテン１２を進退させるために、第１の駆動部としての、かつ、型開閉用の駆動部としてのリニアモータ２８が、可動プラテン１２とフレームＦｒとの間に配設される。前記リニアモータ２８は、第１の駆動要素としての固定子２９、及び第２の駆動要素としての可動子３１を備え、前記固定子２９は、前記フレームＦｒ上において、前記ガイド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、前記可動子３１は、可動プラテン１２の下端において、前記固定子２９と対向させて、かつ、所定の範囲にわたって形成される。

前記固定子２９の長さをＬｐとし、可動子３１の長さをＬｍとし、可動プラテン１２のストロークをＬｓｔとしたとき、前記長さＬｍは、リニアモータ２８による最大の推進力に対応させて設定され、前記長さＬｐは、
Ｌｐ＞Ｌｍ＋Ｌｓｔ
にされる。

前記可動子３１は、コア３４及びコイル３５を備える。そして、前記コア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、前記コイル３５は、各磁極歯３３に巻装される。なお、前記磁極歯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、前記固定子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、前記磁極歯３３と同じピッチで着磁させることによって形成される。

したがって、前記コイル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、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。

なお、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。

ところで、前記可動プラテン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、第２の駆動部としての、かつ、型締め用の駆動部としての電磁石ユニット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とを連結する型締力伝達部材としてのロッド３９が進退自在に配設される。該ロッド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。

なお、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、ロッド３９等によって型締装置１０が構成される。

前記電磁石ユニット３７は、リヤプラテン１３側に形成された第１の駆動部材としての電磁石４９、及び吸着板２２側に形成された第２の駆動部材としての吸着部５１から成り、該吸着部５１は、前記吸着板２２の前端面の所定の部分、本実施の形態においては、吸着板２２において前記ロッド３９を包囲し、かつ、電磁石４９と対向する部分に形成される。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、前記ロッド３９よりわずかに上方及び下方に、矩形の断面形状を有するコイル配設部としての二つの溝４５が互いに平行に形成され、各溝４５間に矩形の形状を有するコア４６、及び他の部分にヨーク４７が形成される。そして、前記コア４６にコイル４８が巻装される。

なお、前記コア４６及びヨーク４７、並びに吸着板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、電磁積層鋼板を構成する。

本実施の形態においては、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が形成されるが、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することもできる。

したがって、電磁石ユニット３７において、前記コイル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、前記型締力を発生させることができる。

そして、前記ロッド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、ロッド３９は、型閉じ時に可動プラテン１２が前進するのに伴って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が後退するのに伴って後退させられて吸着板２２を後退させる。

そのために、前記リヤプラテン１３の中央部分に、ロッド３９を貫通させるための穴４１、及び前記吸着板２２の中央部分にロッド３９を貫通させるための穴４２が形成され、前記穴４１の前端部の開口に臨ませて、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。また、前記ロッド３９の後端部にねじ４３が形成され、該ねじ４３と、吸着板２２に対して回転自在に支持された型厚調整機構としてのナット４４とが螺合させられる。

ところで、型閉じが終了した時点で、吸着板２２はリヤプラテン１３に近接させられ、リヤプラテン１３と吸着板２２との間にギャップδが形成されるが、該ギャップδが小さくなりすぎたり、大きくなりすぎたりすると、吸着部５１を十分に吸着することができず、型締力が小さくなってしまう。そして、最適なギャップδは、金型装置１９の厚さが変化するのに伴って変化する。

そこで、前記ナット４４の外周面に図示されない大径のギヤが形成され、前記吸着板２２に型厚調整用の駆動部としての図示されない型厚調整用モータが配設され、該型厚調整用モータの出力軸に取り付けられた小径のギヤと、前記ナット４４の外周面に形成されたギヤとが噛合させられる。

そして、金型装置１９の厚さに対応させて、型厚調整用モータを駆動し、前記ナット４４をねじ４３に対して所定量回転させると、吸着板２２に対するロッド３９の位置が調整され、固定プラテン１１及び可動プラテン１２に対する吸着板２２の位置が調整されて、ギャップδを最適な値にすることができる。すなわち、可動プラテン１２と吸着板２２との相対的な位置を変えることによって、型厚の調整が行われる。

なお、前記型厚調整用モータ、ギヤ、ナット４４、ロッド３９等によって型厚調整装置が構成される。また、ギヤによって、型厚調整用モータの回転をナット４４に伝達する回転伝達部が構成される。そして、ナット４４及びねじ４３によって運動方向変換部が構成され、該運動方向変換部において、ナット４４の回転運動がロッド３９の直進運動に変換される。この場合、ナット４４によって第１の変換要素が、ねじ４３によって第２の変換要素が構成される。

次に、前記構成の型締装置１０の動作について説明する。

前記金型装置１９の交換に伴い、新しい金型装置１９が取り付けられると、まず、金型装置１９の厚さに対応させて吸着板２２と可動プラテン１２との間の距離が変更され、型厚調整が行われる。該型厚調整においては、固定金型１５及び可動金型１６をそれぞれ固定プラテン１１及び可動プラテン１２に取り付け、次に、可動金型１６を後退させて、金型装置１９を開いた状態に置く。

続いて、距離調整工程で、リニアモータ２８を駆動し、固定金型１５に可動金型１６を当接させて型タッチを行う。なお、このとき、型締力は発生させない。この状態で、型厚調整用モータを駆動してナット４４を回転させ、リヤプラテン１３と吸着板２２との距離、すなわち、前記ギャップδを調整し、あらかじめ設定された値にする。

このとき、リヤプラテン１３と吸着板２２とが接触してもコイル４８が破損することがないように、また、コイル４８がリヤプラテン１３の表面から突出しないように、リヤプラテン１３内にコイル４８を埋め込む。この場合、リヤプラテン１３の表面は、コイル４８の損傷防止用のストッパとして機能する。

その後、図示されない制御部の型開閉処理手段は、型開閉処理を行い、型閉じ時に、図４の状態において、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３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。なお、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。

続いて、前記型開閉処理手段は、型締め時に、前記コイル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。かかる構造の下、本実施の形態では、型締め開始時等、型締力を変化させる際に、制御部は、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型締力（以下、かかる型締力を「定常型締力」という。）を発生させるために必要な定常的な電流（以下、かかる電流を「定格電流」という。）の値をコイル４８に供給するように制御している。

また、前記型締力は図示されない荷重検出器によって検出され、検出された型締力は前記制御部に送られ、該制御部において、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の各キャビティ空間に充墳される。なお、前記荷重検出器として、ロッド３９上に配設されたロードセル、タイバー１４の伸び量を検出するセンサ等を使用することができる。

そして、各キャビティ空間内の樹脂が冷却されて固化すると、前記型開閉処理手段は、型開き時に、図３の状態において、前記コイル４８に電流を供給するのを停止する。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４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。

なお、本実施の形態においては、コア４６及びヨーク４７、並びに吸着板２２の全体が電磁積層鋼板によって構成されるようになっているが、リヤプラテン１３におけるコア４６の周囲及び吸着部５１を電磁積層鋼板によって構成するようにしてもよい。本実施の形態においては、リヤプラテン１３の後端面に電磁石４９が形成され、該電磁石４９と対向させて、吸着板２２の前端面に吸着部５１が進退自在に配設されるようになっているが、リヤプラテン１３の後端面に吸着部を、該吸着部と対向させて、吸着板２２の前端面に電磁石を進退自在に配設することができる。

また、本実施の形態においては、第１の駆動部としてリニアモータ２８が配設されるようになっているが、該リニアモータ２８に代えて電動式のモータ、油圧シリンダ等を配設することができる。なお、前記モータを使用する場合、モータを駆動することによって発生させられた回転の回転運動は、運動方向変換部としてのボールねじによって直進運動に変換され、可動プラテン１２が進退させられる。

ところで、本実施の形態における型締装置１０には、電磁石４９と吸着板２２とによる吸着力によって型締力を発生させるが、当該吸着力は、電磁石４９（又はリヤプラテン１３）と吸着板２２とのギャップδの値に影響を受ける。キャップδの値に応じて電磁石４９の磁束密度が変化するからである。

そこで、本願発明者は、ギャップδと磁束密度との関係について着目し、その関係を図５に示されるように整理した。

図５は、ギャップと磁束密度との相関を説明するための図である。図５に示されるグラフ２００は、横軸に電磁石４９のコイル４８に印加する電流値をとり、縦軸に電磁石４９の磁束密度をとる。ここで、図５に示されるグラフ２００は、コイル４８の巻線数が等しい条件におけるグラフである。また、横軸は便宜上電流としたが、ギャップδ間に生じる磁束密度の大きさはギャップδとコイル４８によって発生する起磁力（＝コイル電流×コイル巻数）によって決定されるので、横軸を起磁力としてもよい。さらに、コイル４８に印加させる電流を一定とするならば、横軸はコイル４８の巻数となる。

実線による曲線２０１は、ギャップδの値がｘ_０の場合の印加電流に応じた磁束密度の変化を示す。また、破線による曲線２０２は、ギャップδの値がｘ_ｏ＋Δｘの場合の印加電流に応じた磁束密度の変化を示す。更に、破線による曲線２０３は、ギャップΔの値がｘ_０−Δｘの場合の印加電流に応じた磁束密度の変化を示す。

本構成における電磁石の場合、コイル４８の巻数が等しい条件では、磁束密度は、印加電流の変化にしたがい、立ち上がりの線形領域→折れ点→飽和領域（飽和磁束密度又は飽和磁束密度に近い磁束密度が得られる領域）と推移するところ、一般的に、電磁石を用いる場合（型締装置に限らない）、印加電流に対する効率の良さという観点から、定格電流の値は立ち上がりの線形領域から折れ点までの値が採用される。そこで、型締装置１０においても、印加電流に対する効率の良さといった観点より、例えば、一点鎖線２０４によって示される電流値Ｉ_１を定格電流（定格型締力を得るための電流）とすると、ギャップδの値がｘ_０−Δｘの場合と（曲線２０３）、ギャップδの値がｘ_ｏ＋Δｘの場合（曲線２０２）とでは、磁束密度がΔＢ_１だけ変動することが図５より分かる。

すなわち、立ち上がりの線形領域から折れ点までの領域は、印加電流に対する効率の良さの観点からは好ましい電流値であるといえるが、ギャップδの変化に対して敏感な領域であるともいえる。そして、ギャップδの大きさが、射出反力による外乱や型締めの際の装置の変形等、意図しない原因によって変化し得ることや、吸着板２２とリヤプラテン１３との平行度が崩れることによって、一定とならない場合があることを考えると、ギャップδの変化に敏感な領域における電流値は、安定した型締力を得るといった観点からは、却って好ましくないものであると考えられる。

一方、図６は、定格電流の値を磁束密度の飽和領域にした場合のギャップと磁束密度との相関を説明するための図である。図６中、図５と同一部分には同一符号を付し、その説明は適宜省略する。

図６において、定格電流Ｉ_２は、磁束密度の飽和領域近傍（飽和領域も含む）の値が採用されている。この場合、ギャップδの値がｘ_０−Δｘの場合と（曲線２０３）、ギャップδの値がｘ_ｏ＋Δｘの場合（曲線２０２）とでは、磁束密度の変動幅はΔＢ_２（ΔＢ_２＜ΔＢ_１）抑えられることが分かる。そして、ΔＢ_２の値は、磁束密度の飽和状態で小さくなる。

したがって、本実施の形態における型締装置１０を、定格電流の値が磁束密度の飽和領域となるように、言い換えれば、定格型締力を発生させる際に電磁石４９が磁気飽和するように設計すれば、ギャップδの変化による型締力への影響を小さく抑えることができる。すなわち、ギャップδの大きさが、射出反力による外乱や型締めの際の装置の変形等、意図しない原因によって変化しても、同一の定格電流によって得られる型締力の変動幅を小さくすることができる。また、吸着板２２とリヤプラテン１３との平行度が崩れた場合であっても、ギャップδが大きい部分と、ギャップδが小さい部分とにおける型締力の差異を小さく抑えることができるため、ロッド３９に発生するモーメントを小さく抑えることができ、可動プラテン１２や可動金型１６等に加わる偏荷重を小さくすることができる。なお、定格型締力とは、型締めを行う際に発生させる型締力として、型締装置１０ごとに設計上定められた型締め力をいい、一般的にその値は、型締装置１０が発生させることのできる最大の型締め力に相当する。一般的に、型締装置１０が発生させることのできる最大の型締め力によって型締めが行われるからである。

このような型締装置１０の設計は、例えば、以下のような手順で行えばよい。

まず、定格型締力を決定する（例えば、５０ｔ）（ステップＳ１）。続いて、型締装置１０の装置構成を決定する（ステップＳ２）。続いて、組み付け調整誤差から想定される最も大きいギャップδの値を予測する（例えば、１．２ｍｍ）（ステップＳ３）。続いて、電磁石４９の鉄心に用いる材料を決定する（例えば、ケイ素鋼）（ステップＳ４）。続いて、鉄心材料の飽和磁束密度を求める（例えば、１．６Ｔ）（ステップＳ５）。すなわち、材料に応じて磁化特性が異なるため、決定した材料に応じて飽和磁束密度を求めることが必要とされる。

図７は、材料による磁化特性の違いを説明するための図である。図７に示されるグラフ３００は、横軸に電磁石のコイルに印加する電流値をとり、縦軸に電磁石の磁束密度をとる。

グラフ３００において、曲線４０１は、積層をなす薄板が電磁鋼板の場合の印加電流に応じた磁束密度の変化を示す。また、曲線４０２は、積層をなす薄板がケイ素鋼の場合の印加電流に応じた磁束密度の変化を示す。更に、曲線４０３は、積層をなす薄板が電磁ステンレスの場合の印加電流に応じた磁束密度の変化を示す。このように、材料に応じて、磁化特性が顕著に異なり、したがって、飽和磁束密度の値も異なる。

続いて、ステップＳ３において予測したギャップδの状態で磁束飽和が起きるように電磁石４９を設計する（ステップＳ６）。具体的には、電磁石４９の対抗面積を小さくすれば磁束が飽和する傾向にある。なお、電磁石４９の形状により装置構成が変更された場合は、ステップＳ２から再設計を行えばよい。

このように、材料特性の選定を行うことで、定格電流を流すときのギャップδが一定であっても、飽和磁束密度を変化させてギャップδ間に生じる電磁力のアンバランスを解消させることができる。

更に、鉄心を同一のものを用い、ギャップδのｘ_０の値を小さくすることで、飽和磁束密度に達しやすくすることもできる。この場合、型締装置の組み立てを終えた後に、定格型締力が発生するときの磁束の飽和磁束密度を変化させたい場合でも、ギャップδの距離を調整することで型締装置を解体することなく、飽和磁束密度を調整することができる。

また、型締力の精度を考慮する場合、以下のような手順で設計を行ってもよい。

まず、定格型締力を決定する（例えば、５０ｔ）（ステップＳ１１）。続いて、型締力の精度を決定する（例えば、±０．５ｔ）（ステップＳ１２）。続いて、型締装置１０の装置構成を決定する（ステップＳ１３）。続いて、組み付け調整誤差から想定される基準となるギャップ値ｘ_０及びギャップδの値の範囲（ｘ_０±Δｘ）を予測する（例えば、１．０±０．１ｍｍ）（ステップＳ１４）。続いて、ステップＳ１１及びＳ１３の結果から、荷重変形より予想されるギャップδの変化を予測する（例えば、０．１ｍｍ）（ステップＳ１５）。続いて、電磁石４９の鉄心に用いる材料を決定する（例えば、ケイ素鋼）（ステップＳ１６）。続いて、ステップＳ１５及びＳ１６において予測されたギャップδの変動に対して、型締力の変動がステップＳ２で定めた値に収まる磁束密度を求める（例えば、１．８Ｔ）（ステップＳ１７）。続いて、ステップＳ１１において定めた型締力がステップＳ１７において求めた磁束密度で達成されるように電磁石４９を設計する（ステップＳ１８）。具体的には、電磁石４９の対抗面積を小さくすれば磁束密度は上がり、当該対抗面積を大きくすれば磁束密度は下がる傾向にある。なお、電磁石４９の形状により装置構成が変更された場合は、ステップＳ１３から再設計を行えばよい。また、満足する電磁石４９が求まらない場合は、ステップＳ１４及びＳ１７、又はステップＳ１３、Ｓ１５及びＳ１７について見直し設計をして許容範囲を小さくすればよい。

このように、材料特性の選定を行うことで、定格電流を流すときのギャップδが一定であっても、飽和磁束密度を変化させてギャップ間に生じる電磁力のアンバランスを解消させることができる。

更に、鉄心を同一のものを用い、ギャップδのｘ_０の値を小さくすることで、飽和磁束密度に達しやすくすることもできる。つまり、図６中において曲線２０１が曲線２０３側にシフトした特性となる。この場合、型締装置の組み立てを終えた後に、定格型締力が発生するときの磁束の飽和磁束密度を変化させたい場合でも、ギャップδの距離を調整することで型締装置を解体することなく、飽和磁束密度を調整することができる。

なお、設計された電磁石４９は、定格型締力を発生させる際（すなわち、型閉じの後に型締めを行う際）に磁気飽和を起こすものであることが好ましいが、必ずしも磁気飽和を起こすものでなくてもよい。例えば、図７に示されるようなグラフに基づいて考えた場合に、立ち上がり部と飽和領域とでは、傾斜が５０〜２００倍変化するところから、電磁石４９は、印加電流に対する磁束密度の増加率が、当該磁束密度が１Ｔ未満における該増加率と比較して略２％以下となる状態において、定格型締力を発生させるものであってもよい。また、予想される誤差範囲に対して左記の状態を満足するものであってもよい。このような領域は、図７に示されるように、例えば、電磁鋼板であれば約２．０Ｔ以上となる。また、ケイ素鋼であれば、約１．４Ｔ以上となる。また、電磁ステンレスであれば、約１．２Ｔ以上となる。

また、定格型締力を発生させる際に、飽和磁束密度の８０％程度の磁束密度が得られるような電磁石４９であっても十分にギャップδによる型締力への影響を抑えることができる。

上述したように、本発明の実施の形態における型締装置１０によれば、定格型締力を得る際に、電磁石４９が磁気飽和状態、又は磁気飽和に近い状態となるため、ギャップδによる電磁石４９の磁力に対する影響度（又は感度）を緩和させることができる。したがって、ギャップδが多少（例えば、誤差範囲で）変化した場合や、吸着板２２とリヤプラテン１３との平行度が多少（例えば、誤差範囲で）崩れた場合であっても、定格電流によって得られる型締力を安定させることができる。

また、本願発明では薄板からなる積層板を用いた例を示したが、同一の部材からなる鉄心でコア４６及びヨーク４７を形成するようにしてもよい。この場合、鉄心の材料を電磁鋼板、ケイ素鋼及又は電磁ステンレスと変更させることにより、積層板で構成したコア４６と同様に、飽和磁束密度で定格型締力が得られるように設計を行うことができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

リヤプラテンと吸着板との間のギャップの平行度が崩れた例を示す図である。 吸着板が傾くことによる問題点を説明するための図である。 本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型閉じ時の状態を示す図である。 本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型開き時の状態を示す図である。 ギャップと磁束密度との相関を説明するための図である。 定格電流の値を磁束密度の飽和領域にした場合のギャップと磁束密度との相関を説明するための図である。 材料による磁化特性の違いを説明するための図である。

符号の説明

１０、５１０ 型締装置
１１、５１１ 固定プラテン
１２、５１２ 可動プラテン
１３ リヤプラテン
１４ タイバー
１５、５１５ 固定金型
１６、５１６ 可動金型
１７ 射出装置
１８ 射出ノズル
１９、５１９ 金型装置
２１ ガイドポスト
２２、５２２ 吸着板
２３ ガイド穴
２４ 大径部
２５ 小径部
２８ リニアモータ
２９ 固定子
３１ 可動子
３７ 電磁石ユニット
３９、５３９ ロッド
４１、４２ 穴
４３ ねじ
４４ ナット
４５ 溝
４６ コア
４７ ヨーク
４８、５４８ コイル
４９ 電磁石
５１ 吸着部
Ｂｒ１ 軸受部材
Ｇｄ ガイド
Ｆｒ フレーム
ｎ１、ｎ２ ナット

Claims (7)

1. 電磁石によって型締力を発生させる型締装置であって、
   前記電磁石は、印加される電流に対する磁束密度の増加率が、当該磁束密度が１Ｔ未満における該増加率と比較して略２％以下となる状態において、当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする型締装置。
2. 前記電磁石の鉄心は電磁鋼板であり、当該電磁石の磁束密度が２Ｔ以上となる状態において当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする請求項１記載の型締装置。
3. 前記電磁石の鉄心はケイ素鋼であり、当該電磁石の磁束密度が１．４Ｔ以上となる状態において当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする請求項１記載の型締装置。
4. 前記電磁石の鉄心は電磁ステンレスであり、当該電磁石の磁束密度が１．２Ｔ以上となる状態において当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする請求項１記載の型締装置。
5. 電磁石によって型締力を発生させる型締装置であって、
   前記電磁石は、当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させる際に磁束密度が飽和磁束密度の８０％以上になることを特徴とする型締装置。
6. 電磁石によって型締力を発生させる型締装置における該型締力の制御方法であって、
   前記電磁石に印加される電流に対する磁束密度の増加率が、当該磁束密度が１Ｔ未満における該増加率と比較して略２％以下となる状態において、当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする型締力制御方法。
7. 電磁石によって型締力を発生させる型締装置における該型締力の制御方法であって、
   前記電磁石の磁束密度が飽和磁束密度の８０％以上となる状態において当該型締装置の定格の又は最大の型締力を発生させることを特徴とする型締力制御方法。

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