JP5596105B2 - 射出成形機の型厚調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機における型厚の調整を自動的に行うことができる、射出成形機の自動型厚調整装置に関する。

射出成形機で良好な製品を得るには型締力を所定値に保つことが重要である。射出成形機に取り付けられる金型は、加熱され昇温した状態で稼働され、その昇温により金型は熱膨張する。そのため、型締力を調整するにあたっては金型の熱膨張を考慮しなければならない。

特許文献１には、型締力の調整にあたって、低温の室温時に実行する型厚調整時の金型温度を検出して記憶し、成形サイクル開始後は各成形サイクル毎に金型の温度を検出して、その温度と前回の型厚調整時における金型温度とを比較し、その差が設定値以上である時に、新たに型厚調整を行った後、成形サイクルを継続する技術が開示されている。

特開平４−１０３３１１号公報

特許文献１に開示されている技術は、成形サイクル時に、型厚調整時における金型温度との差が設定値以上である時に、低温の室温時に型厚調整時に型厚調整を行ったにもかかわらず、再度型厚調整を行うこととなるため、調整に要する時間が多く必要となり、設備停止時間が長くなって生産性が低下するという問題点がある。
また、成形サイクルを行ってから型厚調整を行っているため、金型が昇温による熱膨張した状態でいったん型締をしてからリアプラテンの位置調整を行っており、リアプラテンの位置調整をする前の状態では過大な型締力が金型に加えられると同時に、射出成形機に過大な負荷がかかり装置寿命が著しく低下するという問題点もあった。

そこで本発明は、入力された成形条件から金型の熱膨張量を算出し、金型取り付け時に調整を行うリアプラテンの位置を補正することによって、型厚調整に要する時間を低減し、射出成形機に過大な負荷をかけて装置寿命を低下させることのないような射出成形機の自動型厚調整装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明は、固定金型が取付けられた固定盤と、該固定盤に複数のタイバーを介して連結されたリアプラテンと、該リアプラテンに設けられた型締機構と、該型締機構により前記タイバーに沿って進退自在に設けられ、可動金型が取付けられた可動盤とを有し、前記固定盤とリアプラテンの間隔を調整することにより型厚調整を行う射出成形機の型厚調整装置において、成形時の金型の温度を設定する金型温度設定手段と、型厚調整時の金型温度を取得する金型温度取得手段と、前記成形時の金型の設定温度と型厚調整時の金型温度との温度差を算出する温度差算出手段と、該求めた温度差から金型の熱膨張量を算出する金型熱膨張量算出手段と、前記型厚調整時の室温で設定型締力を発生するリアプラテン位置を求める手段と、該リアプラテンの位置に前記熱膨張量を加算して補正リアプラテン位置を求めるリアプラテン位置補正手段と、該補正リアプラテン位置にリアプラテンを移動させる手段、とを備えたことを特徴とする射出成形機の型厚調整装置である。
すなわち、請求項１に係る発明では、型厚調整時の金型温度と、成形時の金型温度とから、昇温完了時に見込まれる金型の熱膨張量を演算し、金型取付時に調整を行うリアプラテンの位置を調整することによって、金型の昇温完了後に目的の型締力が発生できるようにリアプラテンの位置を調整することができる。

また、請求項２に係る発明では、金型温度取得手段は、金型温度測定器で測定した金型の温度、入力手段から入力された型厚調整時の金型温度、記憶装置に予め記憶されている室温、室温測定器で測定した室温のいずれかを金型温度として取得するようにしている。
すなわち、請求項２に係る発明では、型厚調整時の金型温度を取得する手段として、実際に測定した温度や、入力手段から入力された温度、記憶装置に予め記憶されている室温等、種々の温度を用いて算出を行うことができる。

本発明により、入力された成形条件から昇温完了時に見込まれる金型の熱膨張量を演算し、金型取り付け時に調整を行うリアプラテンの位置を補正することができる。この結果、金型の昇温完了時には目的に型締力が発生できるようにリアプラテンの位置が調整されているため、従来金型昇温完了後に必要とされていたリアプラテンの位置調整を行う煩わしさがなくなり、調整に必要な時間が短縮されて生産性が向上した。また、型締めを行ってからリアプラテンの位置調整を行うことがなくなるため、型締め時に過大な型締力が発生せず、金型や射出成形機に過大な負荷が加わることを避けることができ、金型及び射出成形機の寿命低下を防ぐことができる。

本発明に用いられる射出成形機の全体構成を示す図である。 本発明の型厚調整の流れを示すフローチャートである。 本発明の型厚調整におけるリアプラテンの位置調整における金型取り付け時の状態を模式的に示した図である。 本発明の型厚調整におけるリアプラテンの位置調整におけるリアプラテン位置調整時の状態を模式的に示した図である。 本発明の型厚調整におけるリアプラテンの位置調整におけるリアプラテン位置補正時の状態を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に用いられる射出成形機Ｍの全体構成を示す図である。射出成形機Ｍは、図示しない機台上に型締部Ｍｃ及び射出部Ｍｉを備える。射出部Ｍｉは樹脂材料（ペレット）を加熱溶融し、当該溶融樹脂を金型４０のキャビティ内に射出するものである。型締部Ｍｃは主に金型４０（４０ａ，４０ｂ）の開閉を行うものである。

まず、射出部Ｍｉを説明する。射出シリンダ１の先端にはノズル２が取り付けられ、射出シリンダ１内には、スクリュ３が挿通されている。スクリュ３には、スクリュ３にかかる圧力により樹脂圧力を検出するロードセル等を用いた樹脂圧力センサ５が設けられている。
スクリュ３は、スクリュ回転用サーボモータＭ２により、プーリ，ベルト等で構成された伝動機構６を介して回転させられる。また、スクリュ３は、スクリュ前後進用サーボモータＭ１によって、プーリ，ベルト，ボールねじ／ナット機構などの回転運動を直線運動に変換する機構を含む伝動機構７を介して駆動され、スクリュ３の軸方向に移動させられる。なお、符号Ｐ１はスクリュ前後進用サーボモータＭ１の位置，速度を検出することによって、スクリュ３の軸方向の位置，速度を検出する位置・速度検出器であり、符号Ｐ２はサーボモータＭ２の位置，速度を検出することによって、スクリュ３の軸周り回転位置，速度を検出する位置・速度検出器であり、位置・速度検出器Ｍ１、Ｍ２によって検出された位置及び速度は、制御装置１００に送られる。符号４は射出シリンダ１に樹脂を供給するホッパである。

次に、型締部Ｍｃを説明する。型締部Ｍｃは、可動盤３０を前後進させる可動盤前後進モータＭ３、リアプラテン３１、成形品を金型から押し出すエジェクタピンを突き出すためのエジェクタ前後進モータＭ４、可動盤３０、タイバー３２、固定盤３３、クロスヘッド３４、エジェクタ機構３５、トグル機構３６を備える。リアプラテン３１と固定盤３３とは複数本のタイバー３２で連結されており、可動盤３０はタイバー３２にガイドされるように配置されている。可動盤３０に可動側金型４０ａ，固定盤３３に固定側金型４０ｂが取り付けられている。また、可動側金型４０ａ及び固定型金型４０ｂには、それぞれ金型の温度を検出する熱電対からなる温度センサ４２が取付けられている。トグル機構３６は、可動盤前後進モータＭ３によって駆動されるボールねじ軸３８に取り付けられたクロスヘッド３４を進退させることによって、トグル機構３６を作動させることができる。この場合、クロスヘッド３４を前進（図における右方向に移動）させると、可動盤３０が前進させられて型閉じが行われる。そして、可動盤前後進モータＭ３による推進力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。

タイバー３２の一つに型締力センサ４１が配設されている。型締力センサ４１は、タイバー３２の歪み（主に、伸び）を検出するセンサである。タイバー３２には、型締めの際に型締力に対応して引張力が加わり、型締力に比例してわずかであるが伸長する。したがって、タイバー３２の伸び量を型締力センサ４１によって検出することで、金型４０に実際に印加されている型締力を知ることができる。型締力センサ４１としては例えば歪センサを用いることができる。

リアプラテン３１には型締位置調整用モータＭ５が配設されている。型締位置調整用モータＭ５の回転軸には、図示しない駆動用歯車が取り付けられている。図示しないタイバーナットの歯車および前記駆動用歯車には歯付きベルトなどの動力伝達部材が架け回されている。そのため、型締位置調整用モータＭ５を駆動して、前記駆動用歯車を回転させると、それぞれのタイバー３２のねじ部３７に螺合されたタイバーナットが同期して回転させられる。これにより、型締位置調整用モータＭ５を所定の方向に所定の回転数だけ回転させて、リアプラテン３１を所定の距離だけ進退させることができる。型締位置調整用モータＭ５は図示されるようにサーボモータが好ましく、回転位置検出用の位置検出器Ｐ５を備えている。位置検出器Ｐ５によって検出された型締位置調整用モータＭ５の回転位置の検出信号は制御装置１００に入力される。
射出成形機Ｍの制御装置１００には、図示しない数値制御用のマイクロプロセッサや、プログラムコントローラ用のマイクロプロセッサ、サーボ制御用のＣＰＵ等を内部に有するように構成されている。

上記射出成形機Ｍを用いた成形動作を説明する。可動盤前後進モータＭ３を正方向に回転させると、ボールねじ軸３８が正方向に回転させられ、ボールねじ軸３８に螺合したクロスヘッド３４は前進（図１における右方向）させられ、トグル機構２０が作動させられると、可動盤３０が前進させられる。

可動盤３０に取り付けられた可動側金型４０ａが固定側金型４０ｂと接触すると（型閉状態）、後述するリアプラテン位置補正を行った後に、型締工程に移行する。型締工程では、可動盤前後進モータＭ３を更に正方向に駆動することで、トグル機構３６によって金型４０に型締力が発生する。そして、射出部Ｍｉに設けられたスクリュ前後進用サーボモータＭ１が駆動されてスクリュ３の軸方向に前進することにより、金型４０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。型開きを行う場合、可動盤前後進モータＭ３を逆方向に駆動すると、ボールねじ軸３８が逆方向に回転させられる。それに伴って、クロスヘッド３４が後退し、トグル機構３６が屈曲する方向に作動し、可動盤３０がリアプラテン３１の方向に後退する。型開工程が完了すると、成形品を可動側金型４０ａから押し出すエジェクタピンを突き出すためのエジェクタ前後進モータＭ４が作動する。これによって、エジェクタピン（図示せず）が可動側金型４０ａの内面から突きだされ、可動側金型４０ａ内の成形品は可動側金型４０ａより突き出される。

図３−１〜３−３は、図１に示されている射出成形機Ｍの、型締部Ｍｃの一部を模式的に示した図である。ここで、図３−１〜３−３においては、見やすくするためにタイバー３２の記載を省略している。図３−１〜３−３は型締部の動作状態の種々の状態を示しており、図３−３の金型の位置が、図１に示されている金型の位置に対応している。図３−１は、金型４０を取り付ける時点の位置を示している。金型４０を取り付けるときには、金型４０が可動盤３０と固定盤３３との間に入るように金型４０の厚み以上に可動盤３０と固定盤３３との間隔を開けるようにしている。設定された型締力となるリアプラテン３１の位置は、設定型締力に対応した追い込み量の分だけ可動盤を後退させておき、リアプラテン３１を前後進させるモーターの出力を制限して、可動盤３０に取り付けられた可動側金型４０ａと固定盤３３に取り付けられた固定側金型４０ｂとの接触によるリアプラテン３１の前進停止によってリアプラテン３１の位置を求める。

次に本発明の型厚調整の方法について、図２及び図３−１〜３−３を用いて、図２のステップ毎に説明する。
・（ステップＳＡ１）固定盤３３に固定側金型４０ｂと可動側金型４０ａを取り付ける（図３−１）。
・（ステップＳＡ２）リアプラテン３１を前進させ可動盤３０と可動側金型４０ａとを接触させ、可動盤３０に可動側金型４０ａを取り付ける。ここで、Ｌは型厚である。（図３−２）。
・（ステップＳＡ３）型厚調整時の金型温度を取得する。具体的には、可動側金型４０ａ及び固定型金型４０ｂに取り付けられた温度センサ４２で金型４０の温度を測定する。
・（ステップＳＡ４）成形時の金型温度を取得する。具体的には、制御装置１００に記憶されている成形時の金型温度を読みだす。
・（ステップＳＡ５）型厚調整時の金型温度と、成形時の金型温度とから、補正量ΔＬを求める。具体的には以下の式で求める。
ΔＬ＝Ｌ×α×（Ｔ−Ｔ１）
ここで、Ｌは型厚、αは線膨張係数、Ｔは成形時すなわち昇温後の金型温度、Ｔ１は型厚調整時の金型温度であり、これらにより求められたΔＬは、金型の熱膨張で見込まれる型厚の増加分である。
・（ステップＳＡ６）リアプラテン３１の位置を調整する。具体的には、可動盤３０と可動側金型４０ａとを接触させた状態から、補正量ΔＬだけリアプラテン３１を後退させる（図３−３）。

なお、本実施形態においては、型厚調整時の金型温度を求めるのに、可動側金型４０ａ及び固定型金型４０ｂに取り付けられた温度センサ４２で金型の温度を測定したが、射出成形機の制御装置１００に入力された型厚調整時の金型温度や、射出成形機の制御装置１００に内蔵された図示しない記憶装置に予め記憶されている値や、室温測定器で測定した室温の値等、他の手段によって得られた金型温度を用いることもできる。

また、本実施形態においては、金型を取り付ける際に、固定盤３３に固定側金型４０ｂ及び可動側金型４０ａを取り付けて、リアプラテン３１を前進させて可動盤３０と可動側金型４０ａと接触させて可動盤３０に可動側金型４０ａを取り付けているが、可動側金型４０ａをあらかじめ可動盤３０に取り付けて、ステップＳＡ２において可動側金型４０ａと固定側金型４０ｂとが接触するまでリアプラテンを前進させるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、型厚調整時の金型温度の取得は、リアプラテンを前進させて可動盤３０と可動側金型４０ａとが接触した状態において行っているが、これに限られたものではなく、例えば可動側金型４０ａ及び固定側金型４０ｂの取り付け時に行っても良い。
さらに、補正量の算出にあたっては、前記の式に限られたものではなく、型厚調整時の金型温度及び成形時の金型温度を用いて算出するものであれば、どのような算出方法であってもよい。

Ｍ 射出成形機
Ｍｉ 射出部
Ｍｃ 型締部
３０ 可動盤
３１ リアプラテン
３２ タイバー
３３ 固定盤
３４ クロスヘッド
３８ ボールねじ軸
４０ 金型
４０ａ 可動側金型
４０ｂ 固定側金型
４２ 温度センサ（熱電対）

Claims (2)

1. 固定金型が取付けられた固定盤と、該固定盤に複数のタイバーを介して連結されたリアプラテンと、該リアプラテンに設けられた型締機構と、該型締機構により前記タイバーに沿って進退自在に設けられ、可動金型が取付けられた可動盤とを有し、前記固定盤とリアプラテンの間隔を調整することにより型厚調整を行う射出成形機の型厚調整装置において、
   成形時の金型の温度を設定する金型温度設定手段と、
   型厚調整時の金型温度を取得する金型温度取得手段と、
   前記成形時の金型の設定温度と型厚調整時の金型温度との温度差を算出する温度差算出手段と、
   該求めた温度差から金型の熱膨張量を算出する金型熱膨張量算出手段と、
   前記型厚調整時の室温で設定型締力を発生するリアプラテン位置を求める手段と、
   該リアプラテンの位置に前記熱膨張量を加算して補正リアプラテン位置を求めるリアプラテン位置補正手段と、
   該補正リアプラテン位置にリアプラテンを移動させる手段、
   とを備えたことを特徴とする射出成形機の型厚調整装置。
2. 前記金型温度取得手段は、金型温度測定器で測定した金型の温度、入力手段から入力された型厚調整時の金型温度、記憶装置に予め記憶されている室温、室温測定器で測定した室温のいずれかを金型温度として取得することを特徴とする請求項１記載の射出成形機の型厚調整装置。

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