JP5485192B2 - 型締力の適否判定方法および型締力調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、トグル式型締装置を備えた電動射出成形機において、型締力が適切であるか否かを判定する型締力の適否判定方法、および適切な型締力になるように型締力を調整する型締力調整方法に関するものである。

電動射出成形機は、従来周知のように、一対の金型、これらの金型を型締する型締装置、樹脂材料を溶融して金型内に射出する射出装置等から構成されており、それぞれの装置はサーボモータによって駆動される。トグル機構によって型開閉する、いわゆるトグル式型締装置も周知であり、トグル式型締装置は、固定側金型が固定されている固定盤と、可動側金型が固定されている可動盤と、型締ハウジングと、固定盤と型締ハウジングとを連結していると共に可動盤を挿通している複数本のタイバーと、型締ハウジングと可動盤の間に設けられているトグル機構とから構成されている。トグル機構は互いに連結された長短のリンク、クロスヘッド等からなり、クロスヘッドはボールネジ、あるいはボールナットに設けられている。従って型開閉用のサーボモータによってボールナット、あるいはボールネジを回転するとクロスヘッドを軸方向に駆動することができ、トグル式型締装置は型開閉される。ところでクロスヘッドを駆動して型締すると最初に一対の金型がタッチし、次いでタイバーが弾性変形によって伸びる。この伸びの張力によって型締力が発生する。サーボモータによって金型がタッチするクロスヘッド位置と型締完了時のクロスヘッドの位置とを正確に検出することができるので、これらからタイバーの伸びを計算して型締力を算出することができる。このようなトグル式型締装置において、タイバーはタイバーナットによって型締ハウジングに連結されている。従って型開時にタイバーナットを回転すると固定盤と型締ハウジングのタイバーの連結長さ、すなわちタイバー有効長を調整することができ、金型がタッチするクロスヘッド位置を調整することができる。これによって型締力を調整することができる。

特開２００５−１３８４４７号公報 特開２００１−２７７２４８号公報 特開２００８−４９６７４号公報

型締力を検出する方法、あるいは所望の型締力が得られるように型締力を調整する方法が、例えば特許文献１〜３によって提案されている。
特許文献１には、稼働中の射出成形機において定期的に型締力を検出して、これを補正する方法が記載されている。特許文献１に記載の方法によると、所定の周期でトグル機構を駆動するサーボモータのトルク等を監視して、一対の金型がタッチするクロスヘッド位置を検出する。そしてこのクロスヘッド位置から金型がタッチしたときの可動盤位置、すなわち閉鎖位置を計算し、これが適切な範囲にあるかどうかチェックする。閉鎖位置が適切な範囲にない場合には、型締したときに所望の型締力は得られないと判断し、閉鎖位置が適切な範囲になるように調整する。これによって稼働中の射出成形機においても、所望の型締力が発生するように型締力を補正することができる。

特許文献２には、位置センサによって型締力を計算する方法が記載されている。すなわち型締工程において、金型がタッチしていない無負荷の状態であって、型締ハウジングが基準となる位置に達したとき、これを第１の位置とする。また型締が完了したときの型締ハウジングの位置を第２の位置とする。そしてこれらの第１、２の位置からタイバーの伸びを得て型締力を計算する。従ってタイバー等にセンサを設けることなく型締力を正確に測定することができる。さらに特許文献２には、計算された型締力が所望の型締力でない場合には、タイバーナットを回転させて型締力を調整する方法も記載されている。すなわち容易に型締力を調整することができる。

特許文献３には、いわゆる低圧型締力を容易に設定できる型締装置の制御方法が記載されている。低圧型締とは、金型が型閉じされるときに異物が挟み込まれてもこれを容易に検出できるように所定の型開き位置において低圧の型締力で型締めすることであり、特許文献３に記載の方法においては、この低圧型締における型締力を適切に調整することができる。この調整方法に関しては本発明と直接関係ないが、特許文献３に記載の型締装置にはタイバーに歪みセンサが設けられている。従って型締装置を駆動するときだけでなく、射出時においても型締力を検出できるようになっている。

特許文献１、２の方法によっても型締力を計算することはできるし、所望の型締力に調整することもできる。しかしながら、これらの方法によっては、型締力が適切か否かを判断することはできない。換言すると、設定すべき型締力が分かっている場合にはその型締力になるように調整することはできるが、どのくらいの大きさの型締力に設定すれば射出成形において適切であるのかについては判断することができない。本発明において適切な型締力とは、射出したときに射出圧によって金型が開かない型締力であって、過度に大きい型締力は除外される。このような観点で型締力が適切であるか否かを判定をして、型締力を調整するようにすれば、必要最低限の電力消費量で射出成形することができ、高品質の成形品を省エネルギで成形できることになる。しかしながら特許文献１、２の方法によってはこのような判定、あるいは調整はできない。特許文献３に記載のセンサを使えば、射出時においても型締力を検出することはできる。しかしながら型締装置にはこのようなセンサを格別に設けなければならないし、センサの信号を処理するコントローラも設けなければならない。そうするとコストが嵩んでしまう。さらには型締力が適切であるか否かを判定する具体的な方法は不明である。

本発明は、上記したような問題点を解決した型締力の適否判定方法および型締力調整方法を提供することを目的としており、具体的には、センサやセンサの信号を処理するコントローラ等を格別に設ける必要がなく、従って安価に実施することができ、型締力が適切な大きさであるか否かを判定することができる型締力の適否判定方法、および型締力を適切な大きさに調整する型締力調整方法を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、トグル式型締装置を備えた電動射出成形機において、射出工程あるいは保圧工程にクロスヘッド位置の変化を監視して型締力の適否を判定する。トグル式型締装置においては、型締を維持するためにクロスヘッドを駆動するサーボモータによって所定のトルクを発生させている。クロスヘッド位置がわずかでも変化すると型締状態を維持しようと制御が働いてトルクが変化する。従ってトルクを監視することによってクロスヘッド位置の変化を監視するようにする。さらにトルクの変化を検出し易いように、トグル機構は伸びきる前の若干折り曲げられた状態で型締されるようにする。このようにして型締力の適否を判定し、型締力が適切になるように型締力を調整するように構成する。

かくして、請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、クロスヘッドを駆動するサーボーモータによってクロスヘッド位置を検出するようになっているトグル式型締装置を備えた電動射出成形機において、型締力の適否の判定は、型締めした金型に射出材料を射出する射出工程、あるいは射出後に射出材料に圧力をかける保圧工程において、前記クロスヘッド位置の変化を監視することによって行うように構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、前記トグル式型締装置はトグル機構が伸びきる前の折り曲げられた状態で型締されるようにして、型締力の適否を判定するように構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の方法において、前記クロスヘッド位置の変化の監視は、前記サーボモータのトルクを監視することによって行うように構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の判定方法において、前記トルクが所定のしきい値を越えて変化した場合には、型締力が不足していると判定するように構成される。
請求項５に記載の発明は、トグル式型締装置の固定盤と型締ハウジングとを連結している複数本のタイバーの連結長さを調整して型締力を調整し、そして請求項４に記載の方法によって型締力の不足を判定するようになっている電動射出成形機において、型締力不足と判定した場合には、射出成形する毎に前記タイバーの連結長さを少しずつ短くして、型締力の不足を解消するように構成される。
請求項６に記載の発明は、トグル式型締装置の固定盤と型締ハウジングとを連結している複数本のタイバーの連結長さを調整して型締力を調整し、そして請求項４に記載の方法によって型締力の不足を判定するようになっている電動射出成形機において、型締力不足が判定されない場合には、射出成形する毎に前記タイバーの連結長さを少しずつ長くして、最初に型締力の不足が判定されたときの型締力である最小不足判定型締力を得て、前記トグル式型締装置の型締力は、前記最小不足判定型締力に所定の大きさの加算型締力を加えた大きさに調整するように構成される。

以上のように、本発明は、クロスヘッドを駆動するサーボーモータによってクロスヘッド位置を検出するようになっているトグル式型締装置を備えた電動射出成形機において、型締めした金型に射出材料を射出する射出工程、あるいは射出後に射出材料に圧力をかける保圧工程において、クロスヘッド位置の変化を監視して型締力の適否を判定するように構成されている。型締力が不足していると射出工程あるいは保圧工程において、射出材料の圧力によって金型がわずかに開いて可動盤が後退することになるが、これはクロスヘッド位置を監視すれば容易に検出することができる。従って本発明によると格別にセンサやセンサの信号を処理するコントローラを設ける必要がなく、安価に型締力の適否を判定することができる。そして他の発明によると、トグル式型締装置はトグル機構が伸びきる前の折り曲げられた状態で型締されるようにして型締力の適否を判定するように構成されているので、可動盤の後退をトグル機構の変化、すなわちクロスヘッド位置の変化によって確実に検出することが可能になる。つまり型締力の適否を確実に判定することができる。また他の発明によるとクロスヘッド位置の変化の監視は、サーボモータのトルクを監視することによって行うように構成されている。サーボモータは所定のトルクをかけて型締状態を維持するように制御されているが、可動盤が後退してクロスヘッド位置がわずかでも変化すると、クロスヘッド位置を元の位置に戻そうと制御してトルクが大きくなる。トルクの変化は比較的大きいので検出し易く、この変化を監視すれば容易にクロスヘッド位置の変化を検出することができる。つまり、さらに確実かつ容易に型締力の適否を判定することができる。また他の発明によると、この方法においてトルクが所定のしきい値を越えて変化した場合には、型締力が不足していると判定するように構成されているので、外乱によって判定を誤ることはなく、確実に型締力の不足を判定することができる。そして他の発明によると、型締力の不足を判定するようになっている電動射出成形機において、型締力不足と判定した場合には、射出成形する毎に前記タイバーの連結長さを少しずつ短くして、型締力の不足を解消するように構成されているので、型締力を必要以上に大きく調整することがなく、適切な型締力に調整することができる。また他の発明によると、型締力不足が判定されない場合には、射出成形する毎に前記タイバーの連結長さを少しずつ長くして、最初に型締力の不足が判定されたときの型締力である最小不足判定型締力を得て、前記トグル式型締装置の型締力は、前記最小不足判定型締力に所定の大きさの加算型締力を加えた大きさに調整するように構成されているので、型締力が必要以上に大きい場合でも、適切な型締力に調整することができる。

本発明の実施の形態に係る射出成形機の一部を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る型締力調整方法を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る電動射出成形機１も従来の射出成形機と同様に、射出装置２、トグル式型締装置３等から構成され、その一部が図１に示されている。トグル式型締装置３は、ベッドに固定されている固定盤５と、ベッドに載せられて、この固定盤５に対して型開閉されるようになっている可動盤６と、同様にベッドに載せられている型締ハウジング８と、可動盤６を貫通し、そして固定盤５と型締ハウジング８を連結している複数本のタイバー９、９、…と、型締ハウジング８と可動盤６との間に設けられているトグル機構１１とから構成されている。トグル機構１１も従来周知のように構成され、長リンク１３、１３と、短リンク１４、１４と、クロスリンク１５、１５と、クロスヘッド１７とから構成されている。長リンク１３、１３の一方の端部はトグルピン１８、１８によって可動盤６に、短リンク１４、１４の一方の端部はトグルピン１９、１９によって型締ハウジング８に、それぞれ回動可能に枢着されている。そして長リンク１３、１３の他方の端部と短リンク１４、１４の他方の端部は、トグルピン２０、２０によって回動可能に枢着されている。また短リンク１４、１４には側部に突起が設けられ、クロスヘッド１７とこれらの突起とは、クロスリンク１５、１５によって連結されている。このようなクロスヘッド１７はボールネジ２２の先端に固定されており、ボールネジ２２はボールナット２３に螺合している。このボールナット２３は型締ハウジング８に回転可能に設けられていると共に従動ギヤ２５が設けられ、型開閉用サーボモータ２６と駆動ギヤ２７によって回転されるようになっている。従って型開閉用サーボモータ２６を駆動するとクロスヘッド１７を軸方向に駆動することができ、型開閉できるようになっている。この型開閉用サーボモータ２６は、回転角を検出できるようになっており、クロスヘッド１７の位置、すなわちクロスヘッド位置を正確に検出できるようになっている。この型開閉用サーボモータ２６はサーボアンプ２９によって駆動されるようになっており、サーボアンプ２９はコントローラ３０によって制御されるようになっている。

図１には示されていないが、型締ハウジング８とタイバー９、９、…とは、従来周知の連結方法によって連結されている。すなわち型締ハウジング８には４個のタイバーナットポケットが形成されており、タイバーナットポケット内のそれぞれに、タイバーナットが軸方向の移動が規制された状態で回転可能に収納され、これらにタイバー９、９、…が螺合している。そしてタイバーナットは所定の駆動機構によって同期して回転するようになっている。従ってタイバーナットを同期して回転させると、固定盤５と型締ハウジング８の連結長さ、すなわちタイバー９、９、…の連結長さを調整することができる。これによって型締力を調整することができる。このようなトグル式型締装置３には、固定盤５に固定側金型３２が、可動盤６には可動側金型３３がそれぞれ取り付けられている。

本実施の形態に係る電動射出成形機１において、最適な型締力に調整する方法を説明する。本発明における最適な型締力とは、射出工程あるいは保圧工程中において型締状態を確実に維持できる型締力であって、過度に大きくはなく必要最低限の大きさの型締力のことである。このような型締力に調整するために、型締力の適否を判定する必要がある。型締力が不足している場合には射出工程あるいは保圧工程において射出材料の圧力によって金型３２、３３がわずかに開いて瞬間的に可動盤６が後退する。そうするとクロスヘッド１７の位置、すなわちクロスヘッド位置が変化する。本実施の形態においてはこのクロスヘッド位置の変化を監視して型締力の不足を判定するようにしているが、より具体的には、型開閉用サーボモータ２６のトルクを監視するようにしている。これは次の理由による。すなわち型締時にはクロスヘッド位置が変化しないように、コントローラ３０からの制御によってサーボアンプ２９は一定の電力を供給して型開閉用サーボモータ２６にトルクを発生させている。クロスヘッド位置がわずかに変化すると、元の位置に復元するように制御が働いて、サーボアンプ２９からの供給電力が増加して型開閉用サーボモータ２６のトルクが高くなる。トルクは所定のクロスヘッド位置を目標値として制御されており、制御には比例要素だけでなく積分要素も含まれている。従って、クロスヘッド位置がわずかに変化しても、トルクは大きく変化することになる。従って本実施の形態に係る型締力の適否判定方法においては、このトルクの変化を監視するようにしている。

ところで本実施の形態においては、可動盤６が後退したとき、これが確実にクロスヘッド位置の変化として検出されるように、トグル機構１１は若干折り曲げた状態で型締するように調整する。トグル機構１１が伸びきった状態で型締めされていると、トグル機構１１が自己ロック状態になるので、可動盤６の後退をクロスヘッド位置の変化で検出しにくくなるからである。従って次に説明する型締力の調整方法を実施する場合、トグル機構１１が伸びきる前のわずかに折り曲げられた状態で型締が完了するように調整しておく。

本実施の形態に係る型締力の調整方法を図２により説明する。まずコントローラ３０において、型締力不足を判定するための判定用しきい値Ｔａを入力する（ステップＳ１）。次いでタイバー９、９、…の連結長さを調整して所定の型締力が発生するように型締力を初期調整する。例えば成形品の投影面積と射出材料の射出圧とから必要な型締力を計算して、そのような型締力に調整する（ステップＳ２）。型開閉用サーボモータ２６によってクロスヘッド１７を軸方向に駆動して型締めする（ステップＳ３）。型締状態を維持するために型開閉用サーボモータ２６に所定のトルクを発生させる。この初期トルクＴ_１をコントローラ３０に記憶する（ステップＳ４）。射出装置２において従来周知のように計量した射出材料を金型３２、３３内のキャビティに射出する。そして射出装置２において射出材料に圧力をかけて保圧する。このような射出工程と保圧工程において型開閉用サーボモータ２６のトルクを監視して最大トルクＴ_２を検出する（ステップＳ５）。コントローラ３０は、次の条件式によって型締力の適否を判定する（ステップＳ６）。
最大トルクＴ_２ − 初期トルクＴ_１ ＞ 判定用しきい値Ｔａ

条件式が真であれば、クロスヘッド位置が変化したと判断し型締力の不足を判定する。すなわちステップＳ２において初期調整した型締力が不足していたことが明らかになる。この場合には、タイバー９、９、…の連結長さをわずかに短くして型締力がΔＦだけ大きくなるように型締力を調整する（ステップＳ７）。ステップＳ３〜ステップＳ６と同様の手順を繰り返す。すなわち型締めし（ステップＳ３’）、型締状態を維持するための初期トルクＴ_１をコントローラ３０に記憶し（ステップＳ４’）、射出工程と保圧工程における型開閉用サーボモータ２６の最大トルクＴ_２を検出する（ステップＳ５’）。そして上記した条件式によって型締力の適否を判定する（ステップＳ６’）。条件式が真である場合にはステップＳ７に戻ってステップＳ３’〜ステップＳ６’を繰り返す。条件式が偽になったとき、型締力が最適であるとして型締力の調整を終了する。

ステップＳ６において条件式が偽であれば、クロスヘッド位置は変化しておらず型締力は十分であったと判定できる。この場合には型締力が過剰である可能性がある。そこで、タイバー９、９、…の連結長さをわずかに長くして型締力がΔＦだけ小さくなるように型締力を調整する（ステップＳ８）。ステップＳ３’〜ステップＳ６’と類似した手順を行う。すなわち型締めし（ステップＳ３’’）、型締状態を維持するための初期トルクＴ_１をコントローラ３０に記憶し（ステップＳ４’’）、射出工程と保圧工程における型開閉用サーボモータ２６の最大トルクＴ_２を検出する（ステップＳ５’’）。そして上記した条件式によって型締力の適否を判定する（ステップＳ６’’）。条件式が偽である場合にはステップＳ８に戻ってステップＳ３’’〜ステップＳ６’’を繰り返す。条件式が真になったとき、型締力が不足したと判定する。このわずかに不足した型締力を最小不足判定型締力Ｆｓとして決定する（ステップＳ９）。次式のように、最小不足判定型締力Ｆｓに、小さな型締力である加算型締力Ｆｂを加算して、最適な型締力Ｆを得る（ステップＳ１０）。
最適な型締力Ｆ ＝ 最小不足判定型締力Ｆｓ ＋ 加算型締力Ｆｂ
型締力を調整して最適な型締力Ｆになるようにする。調整を終了する。

本発明の実施の形態は色々な変形が可能である。例えば、本実施の形態においては、型締力の適否を型開閉用サーボモータ２６のトルクを監視して判定するようにしている。これはクロスヘッド位置の変化よりもトルクの変化の方が大きいので検出し易いからであるが、型開閉用サーボモータ２６はクロスヘッド位置を正確に検出することができるので、直接クロスヘッド位置を監視するようにしてもよい。また型締力の調整においてはトグル機構はわずかに折り曲げられた状態で型締めされるように調整しておくように説明したが、必ずしもこのようにする必要はない。すなわちトグル機構が伸びきった状態で型締めされるようになっていても、同様に型締力を調整することはできる。さらにトルクの監視は射出工程と保圧工程の両方の工程で実施するように説明したが、いずれか一方の工程においてのみ監視するようにしてもよい。

１ 電動射出成形機 ２ 射出装置
３ トグル式型締装置 ５ 固定盤
６ 可動盤 ８ 型締ハウジング
９ タイバー １１ トグル機構
１７ クロスヘッド ２６ 型開閉用サーボモータ
２９ サーボアンプ ３０ コントローラ
３２ 固定側金型 ３３ 可動側金型

Claims (6)

1. クロスヘッドを駆動するサーボーモータによってクロスヘッド位置を検出するようになっているトグル式型締装置を備えた電動射出成形機において、
   型締力の適否の判定は、型締めした金型に射出材料を射出する射出工程、あるいは射出後に射出材料に圧力をかける保圧工程において、前記クロスヘッド位置の変化を監視することによって行うことを特徴とする型締力適否判定方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記トグル式型締装置はトグル機構が伸びきる前の折り曲げられた状態で型締されるようにして、型締力の適否を判定することを特徴とする型締力適否判定方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、前記クロスヘッド位置の変化の監視は、前記サーボモータのトルクを監視することによって行うことを特徴とする型締力適否判定方法。
4. 請求項３に記載の判定方法において、前記トルクが所定のしきい値を越えて変化した場合には、型締力が不足していると判定することを特徴とする型締力適否判定方法。
5. トグル式型締装置の固定盤と型締ハウジングとを連結している複数本のタイバーの連結長さを調整して型締力を調整し、そして請求項４に記載の方法によって型締力の不足を判定するようになっている電動射出成形機において、
   型締力不足と判定した場合には、射出成形する毎に前記タイバーの連結長さを少しずつ短くして、型締力の不足を解消することを特徴とする型締力調整方法。
6. トグル式型締装置の固定盤と型締ハウジングとを連結している複数本のタイバーの連結長さを調整して型締力を調整し、そして請求項４に記載の方法によって型締力の不足を判定するようになっている電動射出成形機において、
   型締力不足が判定されない場合には、射出成形する毎に前記タイバーの連結長さを少しずつ長くして、最初に型締力の不足が判定されたときの型締力である最小不足判定型締力を得て、前記トグル式型締装置の型締力は、前記最小不足判定型締力に所定の大きさの加算型締力を加えた大きさに調整することを特徴とする型締力調整方法。

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