JP6412053B2

JP6412053B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP6412053B2
Application number: JP2016097398A
Authority: JP
Inventors: 大輔廣瀬; 西村　浩一; 浩一西村
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2018-10-24
Anticipated expiration: 2036-05-13
Also published as: DE102017004375B4; DE102017004375A1; US10850439B2; CN107364068B; US20170326770A1; CN107364068A; JP2017202671A

Description

本発明は、射出成形機に関し、特にバネの弾性力を利用してノズルタッチ力を発生させる場合においてバネの予圧以下のノズルタッチ力を検出して制御することが可能な射出成形機に関する。

金型を開閉し、金型に型締力を加える型締機構と、溶融した樹脂を金型内に射出する射出機構を有する射出成形機において、金型内に樹脂を射出するために樹脂を溶融するシリンダの先端部に設けられたノズルを金型に押し当てる必要がある。
ノズルを金型に押し当てる際には、射出中の樹脂がノズルと金型の間から漏れないように所定の力（ノズルタッチ力）で押し付ける必要がある。
一方金型を開いた状態では、ノズルタッチ力をできるだけ低くするほうが、金型の変形を抑制し、金型の耐久性が向上する。

ノズルタッチ力を発生させる方法としては、液圧ポンプの圧力を利用する方法（例えば、特許文献１など）や、バネの弾性力を利用する方法（例えば、特許文献２，３など）が一般的である。液圧ポンプを利用する場合は、液圧ポンプに取付けられた液圧計の出力によりノズルタッチ力を計測し、ノズルタッチ力を制御することが可能なので、射出中と型開中のノズルタッチ力を変更することが可能である。
一方、バネの弾性力を利用する場合は、バネの圧縮量を測定することでノズルタッチ力を計測することが可能である。また、特許文献４に開示されるように、射出ユニットに取り付けられたひずみセンサにより計測された値に基づいてノズルタッチ力を推定する技術なども公知となっている。

特開２０１３−１８０５１５号公報特開２００１−３２８１４０号公報特開２０１２−０１１５７９号公報特開平０２−０４５１１３号公報

特許文献２にも記載されるように、バネは通常予圧を与えられた状態で使用しないと、バネの寿命が低下したり、バネが固定されずに動くことが原因で成形機の滑らかな動作ができなくなったりする。このため、バネを用いてノズルタッチ力を発生させる場合には、当該バネに予圧を与えて使用することになるが、この場合、ノズルタッチ力がバネの予圧以下の場合は、バネが圧縮されないので、バネの圧縮量によりノズルタッチ力を検出することが困難であるという課題がある。
特許文献４に開示される技術はノズルタッチ力の推定に直接バネの圧縮量を用いておらず、バネの圧縮開始後に射出ユニットに発生する歪みを検出して間接的にノズルタッチ力を推定しているが、単純に歪みが発生する場所にひずみセンサを取り付けた場合、例えば特許文献４の実施形態で示されるように連結部などにひずみセンサを取り付けたとしても、ノズルタッチ力がバネの予圧以下の場合には歪みがほとんど発生しないためひずみセンサで歪みを検出することができず、上記課題を解決することができない。

そこで本発明の目的は、バネの弾性力を利用してノズルタッチ力を発生させる場合において、バネの予圧以下のノズルタッチ力を検出して制御することが可能な射出成形機を提供することである。

本発明ではバネを圧縮する圧縮部材に、圧縮部材のひずみを検出するひずみセンサを取付け、取り付けたひずみセンサにより検出されるひずみ量に基づいてノズルタッチ力を推定する。ノズルが金型に当接後、ノズルタッチ力がバネの予圧以下でも圧縮部材には十分に検出可能なひずみが発生するため、そのひずみをひずみセンサで検出することでノズルタッチ力を制御することが可能となる。

そして、本発明の請求項１に係る発明は、射出装置に装着されたノズルを金型に圧接させるノズルタッチ機構を有する射出成形機において、前記射出装置を移動させる駆動装置と、前記駆動装置に連結される駆動圧縮部材と、前記射出装置に連結される射出圧縮部材と、前記駆動圧縮部材と前記射出圧縮部材との間に予圧を加えて挟みこまれた少なくとも１つの弾性部材と、前記駆動圧縮部材に取り付けられた少なくとも１つのひずみセンサと、を備えたことを特徴とする射出成形機である。

本発明の請求項２に係る発明は、前記駆動圧縮部材に複数の前記ひずみセンサが装着されている、ことを特徴とした請求項１に記載の射出成形機である。

本発明の請求項３に係る発明は、前記ひずみセンサから出力された出力値に基づいてノズルタッチ力を算出するノズルタッチ力算出部をさらに備える、ことを特徴とした請求項１または２に記載の射出成形機である。

本発明の請求項４に係る発明は、前記駆動装置がモータとボールネジとから構成され、前記ボールネジのボールネジ軸に螺合したボールネジナットが前記駆動圧縮部材に固定されている、ことを特徴とした請求項１〜３のいずれか１つに記載の射出成形機である。

本発明の請求項５に係る発明は、前記ひずみセンサが、前記駆動圧縮部材の前記ボールネジナットの取付面と同一面または前記ボールネジナットの取付面と反対側の面の少なくともいずれかに装着されている、ことを特徴とした請求項４に記載の射出成形機である。

本発明の請求項６に係る発明は、複数の前記弾性部材が装着され、前記ひずみセンサが前記駆動圧縮部材を前記ボールネジナットの取付面側から見た場合の前記複数の弾性部材の間に装着されている、ことを特徴とした請求項４または５に記載の射出成形機である。

本発明の請求項７に係る発明は、前記ひずみセンサが、前記駆動圧縮部材を前記ボールネジナットの取付面側から見た場合の前記弾性部材と前記ボールネジナットとの間に装着されている、ことを特徴とした請求項４〜６のいずれか１つに記載の射出成形機である。

本発明によれば、予圧のあるバネの弾性力を利用してノズルタッチ力を発生させる場合であっても、射出中は所定のノズルタッチ力を発生させて樹脂漏れを防止し、型開中は金型がノズルから離れない程度までノズルタッチ力を下げる制御が可能となり、ノズルタッチ力による金型の変形を抑え、金型の耐久性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態による射出成形機の要部構成を示す模式図である。ノズルタッチ力非発生時における弾性部材の周辺の様子（１）を示す図である。ノズルタッチ力非発生時における弾性部材の周辺の様子（２）を示す図である。複数の弾性部材を用いている場合の駆動圧縮部材を弾性部材が接する面から見た図である。複数の弾性部材を用いている場合の駆動圧縮部材をボールネジナットの取付面側から見た図である。駆動圧縮部材のボールネジナット５１１の取付面と反対側の面にひずみセンサを複数取り付けた場合の弾性部材の周辺の様子（１）を示す図である。駆動圧縮部材のボールネジナット５１１の取付面と反対側の面にひずみセンサを複数取り付けた場合の弾性部材の周辺の様子（２）を示す図である。本発明の一実施形態による射出成形機の要部機能を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による射出成形機の要部構成を示す模式図である。本実施形態の射出成形機１では、駆動装置５に駆動圧縮部材７が連結されている。駆動装置５としては図１に示すような、モータ５０とボールネジ５１を組み合わせたものや、油圧ポンプなどを使用することができる。図１に示す実施形態では、駆動装置５はモータ５０に接続されるボールネジ軸５１０と、該ボールネジ軸５１０に螺合するボールネジナット５１１とから構成されるとボールネジ５１を備えており、ボールネジナット５１１が駆動圧縮部材７に固定されることにより、駆動装置５と駆動圧縮部材７が連結されている。また、射出ベース１０にはノズル１２を備えた射出装置４が搭載されると共に、射出圧縮部材６が固定されている。そして、駆動圧縮部材７と射出圧縮部材６の間には、複数の弾性部材８が予圧を加えて取付けられており、また、駆動圧縮部材７にはひずみセンサ９が装着されている。
また、射出装置４が備えるノズル１２に対向する位置には型締装置２が設置されており、該型締装置２により固定盤３にスプル１１０を備える金型１１が固定されている。

図１に示す構成を備えた射出成形機１において駆動装置５を作動させると、駆動圧縮部材７が図１の左方向へと移動し、弾性部材８を介して射出ベース１０に固定されている射出圧縮部材６へと力が伝わることで射出ベース１０が金型１１へ向かって移動する。そして、射出ベース１０の移動に伴い、該射出ベース１０に搭載されている射出装置４が図１の左方向へと移動し、射出装置４が備えるノズル１２の先端が金型１１のスプル１１０へと圧接されてノズルタッチ力が発生する。このとき駆動圧縮部材７上には、予圧以下のノズルタッチ力も含めノズルタッチ力に応じたひずみが発生するため、ひずみセンサ９によってノズルタッチ力を測定することができる。

図２、図３にノズルタッチ力非発生時における弾性部材８が２個の場合の弾性部材８の周辺の様子を示す。射出ベース１０はその一部に対となる誘導部材１００を備えており、該誘導部材１００の一端には射出圧縮部材６がボルト１３で固定されている。そして、射出圧縮部材６と一対の誘導部材１００に囲まれた位置にその一端を射出圧縮部材６に接するように弾性部材８が設置され、弾性部材８の他端にはボールネジナット５１１が固定された駆動圧縮部材７接するように配置される。誘導部材１００の射出圧縮部材６が固定されている側から見て駆動圧縮部材７の向こう側には予圧支持部１０１が設けられており、弾性部材８が一定の長さ以上にならないように該予圧支持部１０１が指示することで予圧を保持している。符号６０，７０はそれぞれ射出圧縮部材６、駆動圧縮部材７に設けられたボールネジ軸５１０の通過孔である。

上記したように、駆動圧縮部材７にはひずみセンサ９が取り付けらえている。本実施形態では、固定ジグを使ってひずみセンサ９を駆動圧縮部材７にボルト止めしているが、駆動圧縮部材７のひずみを測定することができるのであれば、ひずみセンサ９の取付にほかの手段を用いるようにしてもよい。ひずみセンサ９を取付ける駆動圧縮部材７の面は、ノズルタッチ力発生時に変形しやすいボールネジナット５１１の取付面か、その反対側の面とするとよい。２つの面の相違点としては、発生するひずみの種類の違いがあり、ボールネジナット５１１の取付面では圧縮ひずみが発生し、ボールネジナット５１１の取付面の反対側の面では引っ張りひずみが発生する。またそれぞれの面では異なる部品が配置されるため、ひずみセンサ９の取付可能な領域も異なる。これらの相違点を考慮した上でひずみセンサ９を装着する面を選択すればよい。また、ひずみは駆動圧縮部材７をボールネジナット５１１の取付面側から見た場合における弾性部材８と弾性部材８との間乃至その近傍の位置、および弾性部材８とボールネジナット５１１との間乃至その近傍の位置に大きく発生するので、いずれかに装着する構成がより好適である。
図４は、複数の弾性部材８を用いている場合に駆動圧縮部材７を弾性部材８が接する面（ボールネジナット５１１の取り付け面の反対側の面）の側から見た図であり、また、図５は、同様の状況において駆動圧縮部材７をボールネジナット５１１の取付面側から見た図である。図４，５に示すように、弾性部材８が３個以上ある場合においても、弾性部材８と弾性部材８の間乃至その近傍の位置または弾性部材８とボールネジナット５１１の間乃至その近傍の位置に装着すればよいが、ボールネジナット５１１付近が特にひずみが大きく発生しやすいため、弾性部材８とボールネジナット５１１との間乃至その近傍に装着するのが好ましい。

また、ひずみは測定位置によって大きさがわずかに異なる可能性がある。このような問題に対する対策として、ひずみセンサ９を駆動圧縮部材７の同一面に対して複数装着し、得られた値の平均値をノズルタッチ力と定義するなどしてもよい。
図６，７は、駆動圧縮部材７のボールネジナット５１１の取付面と、その反対側の面にひずみセンサ９を複数取り付けた場合における弾性部材８の周辺の様子を示す図である。図６，７に示すように、それぞれの面におけるボールネジナット５１１の取り付け位置の周辺にそれぞれ４つのひずみセンサ９を設置することで、それぞれの位置におけるノズルタッチ力の変化に対するひずみの変化量にばらつきがあったとしても、各ひずみセンサ９から取得されるひずみ量の平均値に基づいて、実際に発生しているノズルタッチ力を安定して計測することができる。なお、必要に応じて平均値の代わりに最大値、最小値、中央値、もしくはいずれかの測定値そのものを用いてノズルタッチ力を計測するようにしてもよい。

図８にひずみセンサ９から出力された出力値をもとに、ノズルタッチ力を算出する手段を示す。
ひずみセンサ９からの電圧出力はアンプ１４で増幅され、制御装置１５へ入力される。電圧出力が制御装置１５内のＡ／Ｄ変換器１５０でデジタル化されたのち、ＣＰＵ１５１によって電圧出力をもとにノズルタッチ力が計算される。メモリ１５２には計算式や計算結果などを記録する。ノズルタッチ力を計算する式は、以下の数１式で表すことができる。

数１式で用いられる各値の単位は目的に応じて自由に変更してよいが、単位を変更した場合には比例定数の値も合わせて変化するので注意が必要である。εはＶと比例関係にあるため、適切な比例定数Ｂを決定すれば、アンプの電圧出力からノズルタッチ力を計算することができる。
比例定数Ｂは射出成形機１の機種ごとによって決まる定数である。比例定数Ｂを決定する方法としては、ノズル１２と金型１１の間に校正されたロードセルをはさみこんでノズルタッチ力を測定し、そのとき同時にアンプ１４から発生した電圧出力で、ノズルタッチ力を除算した値を比例定数Ｂと決定する方法がある。同一の機種を用いて複数の成形品を製造する場合には、事前に比例定数Ｂを測定しておきメモリ１５２に記憶させておけばよい。また、同一の機種であっても射出成形機１を構成する部品の仕上がり寸法次第で比例定数Ｂに機差が生じる可能性もあるので、１台１台比例定数Ｂを測定してメモリ１５２に登録するようにしてもよい。算出されたノズルタッチ力は、他の機構部の制御に利用しても良いし、その値を操作画面上に表示しても良い。

本発明では、ノズルが金型に当接後にノズルタッチ力がバネの予圧以下でも圧縮部材には十分に検出可能なひずみが発生することに着目し、バネを圧縮する圧縮部材に、当該圧縮部材のひずみを検出するひずみセンサを取付け、取り付けたひずみセンサにより検出されるひずみ量に基づいてノズルタッチ力を推定することで、従来技術では検出できなかったバネの予圧以下のノズルタッチ力を検出できるようにした。これにより、予圧のあるバネの弾性力を利用してノズルタッチ力を発生させる場合であっても、射出中は所定のノズルタッチ力を発生させて樹脂漏れを防止し、型開中は金型がノズルから離れない程度までノズルタッチ力を下げる制御が可能となり、ノズルタッチ力による金型の変形を抑え、金型の耐久性を向上させることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

１射出成形機
２型締装置
３固定盤
４射出装置
５駆動装置
６射出圧縮部材
７駆動圧縮部材
８弾性部材
９ひずみセンサ
１０射出ベース
１１金型
１２ノズル
１３ボルト
１４アンプ
１５制御装置
５０モータ
５１ボールネジ
６０，７０通過孔
１００誘導部材
１０１予圧支持部
１１０スプル
１５０Ａ／Ｄ変換器
１５１ＣＰＵ
１５２メモリ
５１０ボールネジ軸
５１１ボールネジナット

Claims

射出装置に装着されたノズルを金型に圧接させるノズルタッチ機構を有する射出成形機において、
前記射出装置を移動させる駆動装置と、
前記駆動装置に連結される駆動圧縮部材と、
前記射出装置に連結される射出圧縮部材と、
前記駆動圧縮部材と前記射出圧縮部材との間に予圧を加えて挟みこまれた少なくとも１つの弾性部材と、
前記駆動圧縮部材に取り付けられた少なくとも１つのひずみセンサと、
を備えたことを特徴とする射出成形機。
前記駆動圧縮部材に複数の前記ひずみセンサが装着されている、
ことを特徴とした請求項１に記載の射出成形機。
前記ひずみセンサから出力された出力値に基づいてノズルタッチ力を算出するノズルタッチ力算出部をさらに備える、
ことを特徴とした請求項１または２に記載の射出成形機。
前記駆動装置がモータとボールネジとから構成され、
前記ボールネジのボールネジ軸に螺合したボールネジナットが前記駆動圧縮部材に固定されている、
ことを特徴とした請求項１〜３のいずれか１つに記載の射出成形機。
前記ひずみセンサが、前記駆動圧縮部材の前記ボールネジナットの取付面と同一面または前記ボールネジナットの取付面と反対側の面の少なくともいずれかに装着されている、
ことを特徴とした請求項４に記載の射出成形機。
複数の前記弾性部材が装着され、前記ひずみセンサが前記駆動圧縮部材を前記ボールネジナットの取付面側から見た場合の前記複数の弾性部材の間に装着されている、
ことを特徴とした請求項４または５に記載の射出成形機。
前記ひずみセンサが、前記駆動圧縮部材を前記ボールネジナットの取付面側から見た場合の前記弾性部材と前記ボールネジナットとの間に装着されている、
ことを特徴とした請求項４〜６のいずれか１つに記載の射出成形機。