JP6267172B2 - 射出成形システム - Google Patents

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Description

本発明は射出成形システムに関し、特に射出成形システムにおける射出成形機の保守を補助する構造に関する。
一般的な射出成形機においては、金型や射出成形機の構成部品を固定するためにボルトが用いられる。また、ボルトの代わりに油圧クランプやマグネットクランプ等の装置を用いて把持する機構も用いられている。
油圧クランプを用いる場合、クランプの位置が固定されるため、複数の金型で共通した固定位置を設けなければならない。また、マグネットクランプを用いる場合には、射出成形機の金型固定盤にマグネット板を装着する必要がある。そのため、マグネット板の板厚分だけ、機械に搭載できる金型の厚さが減じられたり、射出成形機のノズルが金型に接触するためにマグネット板の板厚分だけ長くする必要がある。また、油圧クランプはマグネットクランプなどの高価な装置を導入する必要がある。
そのため、種々の金型を入れ替えて生産を行うような場合、ボルトによる締結が一般的に用いられている。ボルトによる締結は、金型の固定が簡便で自由度も高く、加えて導入時の費用も小さくなる。ボルトによる締結とした場合には、金型を固定するボルトの位置や長さは金型ごとに異なるため、人手によって金型交換を行うことが一般的である。
金型の交換と同様に、射出成形機において金型に突き出しの動力を伝えるエジェクタロッドなども、取り付け位置、必要本数が金型の構造に依存するため、金型に応じて位置や本数が変わってくる可能性がある。
また、射出成形機の射出装置のノズル周りの保守についても、部品の種類によって使用されるボルトのサイズや位置がさまざまであるため、着脱作業の自動化は難しく、保守時の分解や組み立てについては人手を要する作業となっている。
油圧クランプやマグネットクランプと金型搬送手段を組み合わせて、金型の交換作業を自動化することは一般的に行われている。しかしながら、金型等のボルトの締結作業等においては、人が作業にあたることが一般的である。
特許文献１には、プラテンに対する金型の固定方法として、ボルト締めツールを手首に備えたロボットなどを用いて、金型の取り付けを行う技術が開示されている。また、ボルトの脱着に関しては、例えば自動車等の組み立て工場に用いられているように、ロボットに電動あるいはエア等駆動するインパクトレンチ等を取り付けて、ボルトを外すことも行われている。
特開平４−１３５８０５号公報
同じ物を組み立てる作業を行う自動車等の組み立て工場とは異なり、金型の交換作業は金型ごとにボルトの位置が変わることとなる。特許文献１に開示されている技術は、ロボットによってボルトを締結することについては開示されているが、ボルト位置の認識手段やボルト位置の記憶手段については開示されていない。そのため、金型ごとにボルトの位置が変わる場合に対応することが困難となるおそれがある。
また、保守作業は常時行っているものではなく一時的なものであるため、保守作業のための専用の機械を設置することは、スペースの観点から有効なものではなく、作業効率もよいものとはいえない。
そこで本発明は、ボルトの着脱を自動で行うことのできる射出成形機の射出成形システムを提供することを目的とする。
本願の請求項１に係る発明では、射出成形機と、前記射出成形機の装着物の固定に関わるボルトを脱着するボルト脱着手段と、前記ボルト脱着手段を運搬する運搬装置と、前記装着物ごとに、前記ボルトの装着位置を認識するボルト位置関連情報認識手段と、前記ボルト位置関連情報認識手段により認識された前記ボルトの装着位置、又は、前記ボルトの装着位置と前記ボルトの位相を記憶するボルト位置記憶手段と、成形品を保持するための成形品保持手段と、を有し、前記ボルト脱着手段は、前記ボルト位置記憶手段に記憶された前記ボルトの装着位置、又は、前記ボルトの装着位置と前記ボルトの位相に基づいて、前記装着物に対する前記ボルトの脱着を行い、前記運搬装置は、前記成形品保持手段も運搬可能であり、前記ボルト脱着手段と前記成形品保持手段を交換可能としたことを特徴とする射出成形システムが提供される。
請求項１に係る発明では、ボルト位置関連情報認識手段がボルトの装着位置を認識し、装着位置に基づいて、装着物に対するボルトの脱着を行うようにしたことによって、装着物に応じてボルトの位置が多様に変わる場合でも、ボルトの装着位置を認識してボルトを着脱することが可能となる。また、運搬装置が成形品保持手段も運搬可能であり、ボルト脱着手段と成形品保持手段を交換可能としたことによって、１台の運搬装置で成形品の取り出しと、射出成形機の保守作業の両方に対応することが可能となる。
本願の請求項２に係る発明では、前記ボルト位置関連情報認識手段は、撮影手段により撮影された前記ボルトの画像情報、前記運搬装置を駆動する駆動手段の動作情報、測定器により測定された前記ボルトの装着位置の位置情報の少なくともいずれか一つを基に前記ボルトの装着位置又は前記ボルトの装着位置と前記ボルトの位相情報を認識する直接認識手段と、前記装着物に関する図面から前記ボルトの装着位置を認識する間接認識手段との、少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形システムが提供される。
請求項２に係る発明では、ボルト位置関連情報認識手段として、直接的に位置等を認識する直接認識手段と、図面等から算出して位置等を認識する間接認識手段の少なくともいずれかを使って行うことが可能となる。
本願の請求項３に係る発明では、前記装着物は、金型、エジェクタロッド、断熱板、ノズル、シリンダヘッド、加熱シリンダの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形システムが提供される。
本願の請求項４に係る発明では、前記運搬装置が多関節ロボットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の射出成形システムが提供される。
請求項４に係る発明では、運搬装置として多関節ロボットを用いることによって、ロボットの台座の回転等により、先端部の届く範囲を広くすることが可能となる。
本願の請求項５に係る発明では、前記ボルトのボルト締め付け動作を所定の回数に分け、１回目はあらかじめ設定した規定トルクよりも小さいトルクで締め付け、２回目以降順々に大きいトルクで締め付けて最終回にはあらかじめ設定した規定トルクで締め付けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の射出成形システムが提供される。
請求項５に係る発明では、１回目はあらかじめ設定した規定トルクよりも小さいトルクで締め付け、順にトルクを大きくし、最終回には規定トルクで締め付けるようにしたことによって、ボルト全体をバランスよく締め付けることが可能となる。
本願の請求項６に係る発明では、前記ボルト脱着手段と前記成形品保持手段を自動で交換可能としたことを特徴とする請求項１に記載の射出成形システムが提供される。
本願の請求項７に係る発明では、前記ボルト脱着手段と前記成形品保持手段を自動で交換可能な交換装置を有することを特徴とする請求項６に記載の射出成形システムが提供される。
請求項６及び７に係る発明では、交換装置等を用いて、ボルト脱着手段と成形品保持手段を自動で交換可能としたことによって、人手を介することなく、ボルト脱着手段と成形品保持手段を交換することが可能となる。
本願の請求項８に係る発明では、前記ボルト脱着手段がナットランナであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の射出成形システムが提供される。
請求項８に係る発明では、ボルト脱着手段としてナットランナを用いることによって、作業時間を短縮することが可能となる。
本願の請求項９に係る発明では、金型の成形条件を記憶する金型ファイルに、当該金型を締め付ける規定トルクが記憶され、前記ボルト脱着手段は、前記ボルト位置記憶手段に記憶された前記ボルトの装着位置、及び、前記金型ファイルに記憶された前記規定トルクに基づいて前記ボルトの脱着を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の射出成形システムが提供される。
請求項９に係る発明では、金型等の交換と成形条件の変更を同時に調整することが可能となる。また、別の射出成形機に金型を移設する際にも、同じ金型ファイルを用いることができるため、移設が容易となり、管理を有効に行うことができる。
本願の請求項１０に係る発明では、前記ボルト脱着手段を動作させる専用キーを、前記射出成形機の操作画面または操作パネルに配置したことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の射出成形システムが提供される。
請求項１０に係る発明では、ボルト脱着手段を動作させる専用キーを、射出成形機の操作画面または操作パネルに配置することによって、別途表示器等を設ける必要がなく、安価でコンパクトな成形システムを構成することが可能となる。また、射出成形機の画面上でボルト脱着手段の状態を把握することができるため、安全性が高まり、操作も容易に行うことが可能となる。
本発明により、ボルトの着脱を自動で行うことのできる射出成形機の射出成形システムを提供することが可能となる。
本発明の第１の実施形態を説明するための模式図である。 レンチによってボルトを脱着中の状態を示した図である。 エジェクタロッドの取り付けを行う状態を示した図である。 本発明の第２の実施形態を説明するための模式図である。 多関節ロボットの向きを変更して、射出シリンダのノズル固定ボルトを脱着している状態を示した図である。 本発明の第３の実施形態を示した図である。 第３の実施形態の変形例を示した図である。 射出成形機の制御装置の構成を示した図である。 射出成形機の操作画面を示した図である。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を説明するための模式図である。射出成形機は、可動プラテン４２と固定プラテン４４とを備えており、それぞれ可動プラテン４２には可動側金型４６がボルト１６によって固定されており、固定プラテン４４には固定側金型４８がボルト１６によって固定されている。射出装置は、主として射出シリンダ６０と射出シリンダ６０に樹脂を供給するホッパ６６とから構成され、射出シリンダ６０の先端部にはノズル６２が設けられ、射出シリンダ６０の内部にはスクリュ６４が設けられている。
このように構成された射出成形機において、ホッパ６６内の樹脂は射出シリンダ６０内に供給され、その後、図示しないヒータによって加熱されながら、スクリュ６４が樹脂を撹拌搬送する。加熱により溶融された樹脂は、固定側金型４８に圧接されたノズル６２の先端部から金型内に射出される。
金型内に樹脂が射出された後、可動プラテン４２を駆動して、可動側金型４６と固定側金型４８とを型閉じ、型締めすることで、金型内で成形品を成形する。その後エジェクタロッド５６を突き出すことによって、成形品を金型外に突き出す。
固定プラテン４４の上には、直交軸式の運搬装置２０が取り付けられている。運搬装置２０の手先は、図１における上下、左右、紙面に垂直の方向の所定の範囲内を動作可能とされている。運搬装置２０の手先には、カメラ１０と電動で回転するレンチ１２が取り付けられている。レンチ１２は、取り付け、取り外しを行うボルト１６に対応したサイズのものが取り付けられている。また、取り付け、取り外しを行うボルト１６はボルト置き１４に載置されている。
カメラ１０によって、ボルト１６の装着位置を撮像し、撮像した結果に基づいて、取り外しを行うボルト１６の位置を運搬装置２０の図示しない記憶手段に記憶する。運搬装置２０は、脱着を行うボルト１６付近まで手先を移動させた後、カメラ１０によってボルト１６の位置やボルト頭の位相等、脱着に必要なボルト１６の状態を認識する。
本実施形態におけるボルト頭の位相は、例えば六角ボルトにおけるレンチを差し込む穴の回転方向の向きを示しており、レンチ１２をボルト１６に差し込む角度を調整するために用いる数値である。ボルト１６の状態を認識した後、必要に応じてボルト１６の位置や工具の状態を補正してレンチ１２をボルトに接触させる。そして、レンチ１２によってボルト１６の取り外しを行う。図２は、レンチ１２によってボルトを脱着中の状態を示した図である。ボルト１６の取り外しの際には、レンチ１２によってボルト１６を完全に取り外すか、または完全に外すことなく、人力で緩めることができる状態まで緩めるようにすることも可能である。
また、取り付けの場合には、取り外しの場合と同様にボルト穴の位置を認識して、ボルト１６の取り付けを行う。ボルト１６の取り付け時においても、レンチ１２によって完全に締め付けを行ってもよいし、ある程度のところまで締め付けを行った後に、最終的に人手で締め付けを行ってもよい。ボルト１６を完全に締め付けるためには、取り付け工具の出力が大きなものが必要となるが、ある程度の締め付けまででよいということであれば、取り付け工具も小さいもので済む。最終的に人手で締め付けを行ったとしても、作業者の負担を大幅に低減することが可能となる。
図３は、金型を固定するボルトの代わりにエジェクタロッド５６の取り付け、取り外しを行う例を示した図である。図３に示されているように、金型が取り付けられていない可動プラテン４２に対して、成形後の成形品を突出すためのエジェクタロッド５６の取り付けを行っている。エジェクタロッド５６の取り付けにあたっても、エジェクタロッド５６を作業しやすいように所定量まで突き出した後、ボルトの締め付けのときと同様の方法で取り付け取り外しを行えばよい。
また、ボルト１６やエジェクタロッド５６の他にも、射出成形機の断熱板や、射出シリンダ６０の固定、射出シリンダ６０のヘッドや先端部のノズル６２の固定にも適用することが可能である。
また、本実施形態においては、ボルトの装着位置を認識する手段としてカメラ１０を用いていたが、カメラ１０に限ったものではなく、赤外線や超音波等を用いたセンサなどを用いて、ボルト１６の装着位置を認識するものを代わりに用いることもできる。
さらに別の方法として、運搬装置２０の駆動手段の動作情報等をもとに、運搬装置２０の手先の位置情報を把握して、得られた位置情報と力センサ等を組み合わせることによって、運搬装置２０の手先がボルト１６に触れている状態を把握することも可能となる。このように、運搬装置２０の手先の位置情報と力センサによって、カメラ１０の代わりにボルトやボルトの装着位置の情報を認識することも可能である。
さらにまた別の方法として、測定器を用いてボルト１６の位置を直接測定するようにしてもよい。この場合に、作業性の点から測定器は非接触の機器を使った方が効率性は向上する。
これらのボルトやボルトの装着位置の情報は、これらの例のいずれかを用いて使用してもよいし、複数の手段を組み合わせて使用することも可能である。これは、システムの規模や交換する対象物に応じて、適当なものを選択すればよい。
さらに、運搬装置２０の手先を反対側に向けることを可能にするなどして、運搬装置２０の手先を固定側金型４８側に向けることができれば、固定側金型４８を固定するボルトや、固定側金型４８を構成する部品を固定しているボルト、射出シリンダ６０を構成する部品を固定しているボルトについても、同様の手段で脱着を行うことが可能となる。
通常、運搬装置２０は射出成形機の固定プラテン４４の上面に取り付けられるため、固定プラテン４４に対しての位置の精度は出しやすい。一方、射出シリンダ６０は、固定プラテン４４に対してガタや位置ずれを含みやすい。そのため、カメラ１０等を用いてボルトやボルトの装着位置を認識して補正することが有効である。
また、ボルトやボルトの装着位置の認識手段として、本実施形態においてはカメラ１０による撮像結果をもとに認識を行っていたが、ボルト等の装着物に関する図面を射出成形機の記憶手段等に記憶しておき、図面情報をもとにボルトやボルトの装着位置を認識するようにしてもよい。この場合は、認識手段としてのカメラ１０を設ける必要がなくなるという利点がある。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態を示した図である。本実施形態においては、第１の実施形態の運搬装置２０に代えて、多関節ロボット３０とした点が異なっている。本実施形態においても、多関節ロボット３０の先端部にカメラ１０とレンチ１２が取り付けられており、第１の実施形態と同様にボルトの取り付け、取り外しを行うことができる。
また、第１の実施形態では、直交軸式の運搬装置２０を用いていたため、射出成形機の固定プラテン４４の上面に取り付けた場合、その構造上、可動側金型４６と固定側金型４８や射出シリンダ６０の両側に手先を移動させることが難しいことがある。
一方、本実施形態のように、多関節ロボット３０を用いた場合には、多関節ロボット３０が取り付けられている台座を回転させることが可能であるため、多関節ロボット３０の手先が届く範囲が、可動側金型４６、固定側金型４８、射出シリンダ６０に容易に広げることができる。図５は、多関節ロボット３０の向きを変更して、射出シリンダ６０のノズル固定ボルトを脱着している状態を示した図である。射出シリンダ６０のノズル固定ボルトを脱着する場合も、金型のボルトを脱着する場合と同様の方法で行うことが可能である。
また、金型には加熱冷却用の配管や、電気的配線が取り付けられていることが多いが、本実施形態のように多関節ロボット３０を用いた場合は、ボルトへ接触する際の姿勢に自由度ができるため、配管や電気的配線を避けてボルトに接触することが可能となる。
これらの実施形態におけるボルトの締め付けにおいて、ボルトを締め付ける工具の制御を行う際に、ボルトの締め付け動作を所定の回数に分け、１回目はあらかじめ設定した規定トルクよりも小さいトルクで締め付け、２回目以降順に大きいトルクで締め付けるようにし、最終回にはあらかじめ設定した規定トルクで締め付けることによって、ボルトの締め付けを全体的にバランスよく締め付けることが可能となる。
これにより、特に締め付けトルクの大きいボルトの場合の取り付け時に、１本のボルトを一気に締めることによって発生することが懸念される部品の「ずれ」や「かじり」等を回避することが可能となる。
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態を示した図である。本実施形態においては、運搬装置２０の手先の部品を自動で交換可能とした点がこれまでの実施形態と異なっている。
本実施形態においては、運搬装置２０のそばに棚８０を用意しておき、工具や成形品保持用手先１８等を用意しておく。そして、運搬装置２０は作業に必要なものを棚８０から選択して、交換装置７０によって自動で手先の交換を行う。交換可能な手先の装着構造としては、工作機械に用いられている工具や工具交換装置の構造と同様に、交換用の手先に準備されたフック状の形状を、電気、空圧、油圧等を用いて把持して装着するような構造を用いることができる。
また、棚の代わりに自動倉庫を用いて同様の手段によって交換を行うこともできる。金型や射出シリンダ等の射出成形機の部品の取り付けで用いられるボルトは種々の形状やサイズのものが用いられている。そのため、ボルトの形状やサイズに合わせて、手先を自動で交換可能とすることは有効である。
図７は、図６に示された実施形態の運搬装置２０を多関節ロボット３０に代えた変形例である。多関節ロボット３０を用いた場合も同様に手先の部品を自動で交換可能とすることが可能である。
また、ボルトの脱着手段としてナットランナを用いることもできる。ナットランナを用いることによって、作業時間を短縮することが可能となる。
金型の取り付けにあたっては、金型ごとに取り付ける際の取り付け情報が異なっている。また、射出成形機の図示しない記憶装置には、金型ごとに成形条件のファイルが記憶されていることが多い。
図８は、射出成形機の制御装置の構成を示した図である。制御装置１０２内の記憶装置１０４内に、金型ごとの成形条件ファイル１０６が記憶されている。ここで、成形条件を記憶する成形条件ファイル１０６に、金型を取り付けるためのボルトの取り付け情報１０８として締め付けトルクなどを成形条件を合わせて記憶するようにしておくことができる。これにより、金型交換の際に取り付け情報１０８が含まれた成形条件ファイル１０６を読み出すことによって、金型の取り付け作業を行うことが可能となる。
また、ボルトの取り付け情報１０８として、締め付けトルクに加えてボルトの取り付け位置やボルトのサイズ等も合わせて記憶することも可能である。このような構成とすると、金型の交換と成形条件の変更を一元管理することが可能となる。また、別の射出成形機に金型を移設する場合であっても、同じ成形条件ファイル１０６を用いてボルトの締め付け情報を用いることが可能となる。
図９に示されているように、射出成形機の操作画面１１０や操作パネルに、金型の交換作業を動作させるための動作キー１１２を設けるようにすることも可能である。このような構成とすることによって、射出成形機の動作指示と金型の交換作業の指示を一元的に行うことが可能となる。また、これにより金型の交換作業を動作させるために別途表示器等を設ける必要がなくなるため、安価でコンパクトな成形システムを構成することが可能となる。さらに、射出成形機の操作画面１１０や操作パネル上で、運搬装置２０や多関節ロボット３０の状態を把握することが可能となるため、安全性、操作性の上で有効となる。
１０ カメラ
１２ レンチ
１４ ボルト置き
１６ ボルト
１８ 成形品保持用手先
２０ 運搬装置
３０ 多関節ロボット
４２ 可動プラテン
４４ 固定プラテン
４６ 可動側金型
４８ 固定側金型
５６ エジェクタロッド
６０ 射出シリンダ
６２ ノズル
６４ スクリュ
６６ ホッパ
７０ 交換装置
８０ 棚
１０２ 制御装置
１０４ 記憶装置
１０６ 成形条件ファイル
１０８ 取り付け情報
１１０ 操作画面
１１２ 動作キー

Claims (10)

  1. 射出成形機と、
    前記射出成形機の装着物の固定に関わるボルトを脱着するボルト脱着手段と、
    前記ボルト脱着手段を運搬する運搬装置と、
    前記装着物ごとに、前記ボルトの装着位置を認識するボルト位置関連情報認識手段と、
    前記ボルト位置関連情報認識手段により認識された前記ボルトの装着位置、又は、前記ボルトの装着位置と前記ボルトの位相を記憶するボルト位置記憶手段と、
    成形品を保持するための成形品保持手段と、を有し、
    前記ボルト脱着手段は、
    前記ボルト位置記憶手段に記憶された前記ボルトの装着位置、又は、前記ボルトの装着位置と前記ボルトの位相に基づいて、前記装着物に対する前記ボルトの脱着を行い、
    前記運搬装置は、前記成形品保持手段も運搬可能であり、
    前記ボルト脱着手段と前記成形品保持手段を交換可能とした
    ことを特徴とする射出成形システム。
  2. 前記ボルト位置関連情報認識手段は、
    撮影手段により撮影された前記ボルトの画像情報、前記運搬装置を駆動する駆動手段の動作情報、測定器により測定された前記ボルトの装着位置の位置情報の少なくともいずれか一つを基に前記ボルトの装着位置又は前記ボルトの装着位置と前記ボルトの位相情報を認識する直接認識手段と、
    前記装着物に関する図面から前記ボルトの装着位置を認識する間接認識手段との、
    少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形システム。
  3. 前記装着物は、金型、エジェクタロッド、断熱板、ノズル、シリンダヘッド、加熱シリンダの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形システム。
  4. 前記運搬装置が多関節ロボットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の射出成形システム。
  5. 前記ボルトのボルト締め付け動作を所定の回数に分け、１回目はあらかじめ設定した規定トルクよりも小さいトルクで締め付け、２回目以降順々に大きいトルクで締め付けて最終回にはあらかじめ設定した規定トルクで締め付けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の射出成形システム。
  6. 前記ボルト脱着手段と前記成形品保持手段を自動で交換可能とした
    ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形システム。
  7. 前記ボルト脱着手段と前記成形品保持手段を自動で交換可能な交換装置を有する
    ことを特徴とする請求項６に記載の射出成形システム。
  8. 前記ボルト脱着手段がナットランナであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の射出成形システム。
  9. 金型の成形条件を記憶する金型ファイルに、当該金型を締め付ける規定トルクが記憶され、
    前記ボルト脱着手段は、
    前記ボルト位置記憶手段に記憶された前記ボルトの装着位置、及び、前記金型ファイルに記憶された前記規定トルクに基づいて前記ボルトの脱着を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の射出成形システム。
  10. 前記ボルト脱着手段を動作させる専用キーを、前記射出成形機の操作画面または操作パネルに配置したことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の射出成形システム。
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