JP5823349B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、金型装置のキャビティ空間に充填した溶融樹脂を固化させることによって成形品を製造する。金型装置は固定金型及び可動金型で構成され、型締め時に固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。金型装置の型閉じ、型締め、及び型開きは型締装置によって行われる。型締装置として、型開閉動作にはリニアモータを用い、型締動作には電磁石を用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

電磁石は、コアと、コアの周りに巻装されるコイルとで構成される。コイルに電流が供給されると、コイル内に磁場が生じ、コアが着磁され、磁場が強化される。そして、電磁石と軟磁性部材との間に吸着力が生じ、その吸着力によって型締力が生じる。

国際公開第２００５／０９００５２号

電磁石が軟磁性部材との間に磁場を形成するとき、磁場が周辺に漏れ、周辺部材が磁化し、工具等が周辺部材に吸着されることがあった。周辺部材の磁化を低減するため、型締め時の電流とは逆向きの電流を電磁石のコイルに供給すると、工程が増え、成形サイクル（１回の成形にかかる時間）が長くなるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、周辺部材の磁化を抑制でき、また、成形サイクルの長期化を抑制できる射出成形機の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様による射出成形機は、
固定金型と可動金型とを締め付ける型締力を発生させる電磁石と、
該電磁石のコイルに電流を供給する電流供給部と、
該電流供給部を制御する制御部とを備え、
該制御部は、前記固定金型と前記可動金型とが離れている時、前記電流供給部によって、型締め時の電流とは逆向きの電流を前記コイルに供給することを特徴とする。

本発明によれば、周辺部材の磁化を抑制でき、また、成形サイクルの長期化を抑制できる射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機の型閉じ完了時の状態を示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の型開き完了時の状態を示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の制御系を示す図である。 型締め時に電磁石が形成する磁場の一例を示す図である。 電磁石のコイルへの供給電流、型締力、及び型開き速度の経時変化の第１例を示す図である。 電磁石のコイルへの供給電流、型締力、及び型開き速度の経時変化の第２例を示す図である。 連続運転時における電磁石のコイルへの供給電流、型締力、及び型開き速度の経時変化の第１例を示す図である。 連続運転時における電磁石のコイルへの供給電流、型締力、及び型開き速度の経時変化の第２例を示す図である。 図７の変形例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。また、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て説明する。

図１は、本発明の一実施形態による射出成形機の型閉じ完了時の状態を示す図である。図２は、本発明の一実施形態による射出成形機の型開き完了時の状態を示す図である。

図において、１０は射出成形機、Ｆｒは射出成形機１０のフレーム、Ｇｄは該フレームＦｒ上に敷設される２本のレールよりなるガイド、１１は固定プラテンである。固定プラテン１１は、型開閉方向（図において左右方向）に延びるガイドＧｄに沿って移動可能な位置調整ベースＢａ上に設けられてよい。尚、固定プラテン１１はフレームＦｒ上に載置されてもよい。

固定プラテン１１と対向して可動プラテン１２が配設される。可動プラテン１２は可動ベースＢｂ上に固定され、可動ベースＢｂはガイドＧｄ上を走行可能である。これにより、可動プラテン１２は、固定プラテン１１に対して型開閉方向に移動可能である。

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と平行にリヤプラテン１３が配設される。リヤプラテン１３は、脚部１３ａを介してフレームＦｒに固定される。

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。タイバー１４を介して固定プラテン１１がリヤプラテン１３に固定される。タイバー１４に沿って可動プラテン１２が進退自在に配設される。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。尚、ガイド穴の代わりに、切欠部を形成するようにしてもよい。

タイバー１４の前端部（図において右端部）には図示されないネジ部が形成され、該ネジ部にナットｎ１を螺合して締め付けることによって、タイバー１４の前端部が固定プラテン１１に固定される。タイバー１４の後端部はリヤプラテン１３に固定される。

固定プラテン１１には固定金型１５が、可動プラテン１２には可動金型１６がそれぞれ取り付けられ、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。尚、型締めが行われるのに伴って、固定金型１５と可動金型１６との間に図示されないキャビティ空間が形成され、キャビティ空間に溶融樹脂が充填される。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。

吸着板２２は、可動プラテン１２と平行に配設される。吸着板２２は取付板２７を介してスライドベースＳｂに固定され、スライドベースＳｂはガイドＧｄ上を走行可能である。これにより、吸着板２２は、リヤプラテン１３よりも後方において進退自在となる。吸着板２２は、軟磁性材料で形成されてよい。尚、取付板２７はなくてもよく、この場合、吸着板２２はスライドベースＳｂに直に固定される。

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、型閉じ時に吸着板２２が前進するのに伴って前進させられて可動プラテン１２を前進させ、型開き時に吸着板２２が後退するのに伴って後退させられて可動プラテン１２を後退させる。そのために、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ロッド孔４１が形成される。

リニアモータ２８は、可動プラテン１２を進退させるための型開閉駆動部であって、例えば可動プラテン１２に連結された吸着板２２とフレームＦｒとの間に配設される。尚、リニアモータ２８は可動プラテン１２とフレームＦｒとの間に配設されてもよい。

リニアモータ２８は、固定子２９、及び可動子３１を備える。固定子２９は、フレームＦｒ上において、ガイドＧｄと平行に、かつ、スライドベースＳｂの移動範囲に対応させて形成される。可動子３１は、スライドベースＳｂの下端において、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。

可動子３１は、コア３４及びコイル３５を備える。コア３４は、固定子２９に向けて突出する複数の磁極歯３３を備える。複数の磁極歯３３は、型開閉方向と平行な方向に所定のピッチで配列される。コイル３５は、各磁極歯３３に巻装される。

固定子２９は、図示されないコア、及び該コア上に設けられる図示されない複数の永久磁石を備える。複数の永久磁石は、型開閉方向と平行な方向に所定のピッチで配列され、可動子３１側の磁極がＮ極とＳ極とに交互に着磁されている。

可動子３１のコイル３５に所定の電流が供給されると、コイル３５を流れる電流によって形成される磁場と、永久磁石によって形成される磁場との相互作用で、可動子３１が進退させられる。それに伴って、吸着板２２及び可動プラテン１２が進退させられ、型閉じ及び型開きが行われる。リニアモータ２８は、可動子３１の位置が目標値になるように、可動子３１の位置を検出する位置センサ５３の検出結果に基づいてフィードバック制御される。位置センサ５３は、可動子３１の位置を検出することで、可動金型３３と固定金型３２との間の距離（型開閉位置）を検出できる。

尚、本実施の形態では、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。

尚、型開閉駆動部として、リニアモータ２８の代わりに、回転モータ及び回転モータの回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構、又は油圧シリンダ若しくは空気圧シリンダなどの流体圧シリンダなどが用いられてもよい。

電磁石ユニット３７は、リヤプラテン１３と吸着板２２との間に吸着力を生じさせる。この吸着力は、ロッド３９を介して可動プラテン１２に伝達し、可動プラテン１２と固定プラテン１１との間に型締力が生じる。

電磁石ユニット３７は、リヤプラテン１３側に形成された電磁石４９、及び吸着板２２側に形成された吸着部５１からなる。吸着部５１は、吸着板２２の吸着面（前端面）の所定の部分、例えば、吸着板２２においてロッド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の吸着面（後端面）の所定の部分、例えば、ロッド３９のまわりには、電磁石４９のコイル４８を収容する溝４５が形成される。溝４５より内側にコア４６が形成される。コア４６の周りにコイル４８が巻装される。リヤプラテン１３のコア４６以外の部分にヨーク４７が形成される。

尚、本実施形態においては、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してもよい。また、電磁石と吸着部の配置は逆であってもよい。例えば、吸着板２２側に電磁石４９を設け、リヤプラテン１３側に吸着部５１を設けてもよい。また、電磁石４９のコイル４８の数は、複数であってもよい。

電磁石ユニット３７において、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、型締力を発生させることができる。

図３は、本発明の一実施形態による射出成形機の制御系を示す図である。制御部６０は、例えばＣＰＵ及びメモリ等を備え、メモリに記録された制御プログラムをＣＰＵによって処理することにより、リニアモータ２８及び電磁石４９の動作を制御する。

制御部６０は、電磁石４９のコイル４８に電流を供給する電流供給部７０を制御する。制御部６０は、コイル４８に供給する電流の方向及び電流値（大きさ）を示す信号を電流供給部７０に出力する。

電流供給部７０は、例えば複数のパワーモジュールを含むインバータ等によって構成される。電流供給部７０は、制御部６０から供給される信号に応じた電流を電磁石４９のコイル４８に供給する。

電流供給部７０には、直流電源８０が接続されている。直流電源８０は、交流電源９０の交流電流を直流電流に変換するダイオード等の整流器８２、整流器８２から出力される直流電流を平滑化するコンデンサ８４等で構成される。

制御部６０は、型締力を検出する型締力センサ５５と接続されており、型締力センサ５５の検出結果に基づいて、所定の型締力が生じるように、電流値を設定してよい。型締力センサ５５は、例えば型締力に応じて伸びるタイバー１４の歪み（伸び量）を検出する歪みセンサであってよい。尚、型締力センサ５５としては、例えばロッド３９にかかる荷重を検出するロードセル等の荷重センサ、電磁石４９の磁場を検出する磁気センサが使用可能であり、型締力センサ５５の種類は多種多様であってよい。

次に、上記構成の射出成形機１０の動作について説明する。射出成形機１０の各種動作は、制御部６０による制御下で行われる。

制御部６０は、型閉じ工程を制御する。図２の状態（型開き完了状態）において、制御部６０は、リニアモータ２８を駆動して、可動プラテン１２を前進させる。図１に示すように、可動金型１６が固定金型１５に当接し、型閉じ工程が完了する。このとき、リヤプラテン１３と吸着板２２との間、即ち電磁石４９と吸着部５１との間には、ギャップδ０が形成される。尚、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、制御部６０は、型締め工程を制御する。制御部６０は、図１の状態（型閉じ完了状態）で電流供給部７０によって、電磁石４９のコイル４８に電流を供給する。そうすると、コイル４８を流れる電流によってコイル４８内に磁場が生じ、コア４６が着磁され、磁場が強化される。そして、所定のギャップをおいて対向する電磁石４９と吸着部５１との間に吸着力が生じ、この吸着力がロッド３９を介して可動プラテン１２に伝達し、可動プラテン１２と固定プラテン１１との間に型締力が生じる。型締め状態の金型装置１９のキャビティ空間に溶融樹脂が充填され、冷却、固化され成形品となる。

次いで、制御部６０は、型開き工程を制御する。制御部６０は、リニアモータ２８のコイル３５に電流を供給して、可動プラテン１２を後退させる。可動金型１６が後退して型開きが行われる。型開き後、図示されないエジェクタ装置が可動金型１６から成形品を突き出す。

このように、射出成形機１０は、型閉じ工程、型締め工程、及び型開き工程等の一連の工程を行う。射出成形機１０は、一連の工程を繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造する連続運転を行う。

図４は、型締め時に電磁石が形成する磁場の一例を示す図である。図４において、太い実線は型締力を発生させる磁場Ｈ１、太い破線は周辺部材を磁化させる磁場Ｈ２を表す。

電磁石４９が図４に太い実線で示すように吸着部５１との間に磁場Ｈ１を形成するとき、図４に太い破線で示すように磁場Ｈ２が周辺に漏れ、タイバー１４やロッド３９、金型装置１９等の周辺部材が磁化する。

そこで、制御部６０は、周辺部材の磁化を低減する消磁工程を制御する。消磁工程では、電流供給部７０によって、型締め時の電流とは逆向きの電流を電磁石４９のコイル４８に供給する。型締め時とは逆向きの磁場が周辺部材に作用し、周辺部材の磁化が低減できる。

制御部６０は、固定金型１５と可動金型１６とが離れている時（接触していない時）、電流供給部７０によって、型締め時の電流とは逆向きの電流をコイル４８に供給する。消磁工程の少なくとも一部が他の工程（例えば型開き工程）と同時に行われ、消磁工程の追加による成形サイクルの長期化が抑制できる。

図５は、電磁石のコイルへの供給電流、型締力、及び型開き速度の経時変化の第１例を示す図である。

図５に示すように、制御部６０は、例えば型開き中に、型締め時の電流とは逆向きの電流をコイル４８に供給し、コイル４８の周辺部材の磁化を低減する。この制御は、固定金型１５と可動金型１６との間の距離が所定距離以下の時に行われてよい。固定金型１５と可動金型１６とが離れすぎると、透磁率の低い空気によって、金型装置１９を貫く磁場が弱くなり、周辺部材の磁化を低減する効果が弱くなる。

尚、図５では、制御部６０は、型開き開始後に消磁工程を開始するが、周辺部材の磁化を低減する効果が顕著に得られるように、型開き開始と同時に消磁工程を開始してもよい。

制御部６０は、位置センサ５３で検出される固定金型１５と可動金型１６との間の距離（型開閉位置）が設定値に達したとき、消磁工程を終了してよい。消磁工程を終了するタイミングを決めるパラメータとして、型開閉位置の他、消磁工程の開始からの経過時間、金型装置１９の近傍での磁場の測定値等も使用可能である。

図６は、電磁石のコイルへの供給電流、型締力、及び型開き速度の経時変化の第２例を示す図である。図６では、消磁工程において、コイル４８への供給電流の向きを１回以上反転させ、消磁工程で周辺部材に作用する磁場の向きを１回以上反転させる。磁場の向きの反転前に、コイル４８への電流供給時間が長すぎたり、コイル４８への供給電流の電流値が大きすぎたりすることで、周辺部材の磁化の大きさが減少した後、増加に転じた場合に、磁場の向きの反転後に、再び、周辺部材の磁化の大きさが減少する。よって、コイル４８への電流供給時間、コイル４８への供給電流の電流値等、電流パターンの設計の自由度が高くなる。

図６では、電流方向の反転の前後で最大電流値（電流の振幅）が同じであるが、反転の度に最大電流値が小さくなってもよい。また、図６では、電流方向の反転の前後で電流供給時間が同じであるが、反転の度に電流供給時間が小さくなってもよい。周辺部材の磁化を確実に低減できる。

図７は、連続運転時における電磁石のコイルへの供給電流、型締力、及び型開き速度の経時変化の第１例を示す図である。

制御部６０は、連続運転時に、第１の電流パターンＰ１００で型締め工程及び消磁工程を所定の回数制御した後、第２の電流パターンＰ２００で型締め工程及び消磁工程を所定の回数制御する。例えば、制御部６０は、型締め工程及び消磁工程を１回制御する度に、電流パターンを第１の電流パターンＰ１００と第２の電流パターンＰ２００との間で切り替える。

第１の電流パターンＰ１００と第２の電流パターンＰ２００とは、型締め時の電流の方向が互いに逆向きである。連続運転時に、型締め時の磁場の向きが繰り返し反転するので、型締め時の磁場による周辺部材の磁化の蓄積が抑制できる。

第１の電流パターンＰ１００と第２の電流パターンＰ２００とは、型締め時の電流の方向が互いに逆向きであるので、消磁工程で最初にコイル４８に供給する電流の方向も逆向きとなる。

第２の電流パターンＰ２００は、第１の電流パターンＰ１００を反転したものであってよい。つまり、第１の電流パターンＰ１００と第２の電流パターンＰ２００とは、（１）型締め工程における最大電流値、（２）型締め工程における電流供給時間、（３）消磁工程で電流の方向を反転する回数、（４）消磁工程におけるｎ回目（ｎは０以上の自然数）の反転後の電流供給時間、及び（５）消磁工程におけるｎ回目（ｎは０以上の自然数）の反転後の最大電流値が同じであってよい。連続運転時に、同じ大きさで逆向きの磁場が周辺部材に繰り返し作用し、周辺部材の磁化の蓄積をより確実に抑制できる。

尚、図７の第１及び第２の電流パターンＰ１００、Ｐ２００は、消磁工程における電流方向の反転回数が複数回であるが、０回でもよい。

図８は、連続運転時における電磁石のコイルへの供給電流、型締力、及び型開き速度の経時変化の第２例を示す図である。

制御部６０は、連続運転時に、第１の電流パターンＰ１００で型締め工程及び消磁工程を所定の回数制御した後、第２の電流パターンＰ２０１で型締め工程及び消磁工程を所定の回数制御する。例えば、制御部６０は、型締め工程及び消磁工程を１回制御する度に、電流パターンを第１の電流パターンＰ１００と第２の電流パターンＰ２０１との間で切り替える。

第１の電流パターンＰ１００と、第２の電流パターンＰ２０１とは、図７に示す第１例と異なり、型締め時の電流の方向が同じ向きであり、従って、消磁工程で最初にコイル４８に供給する電流の方向も同じ向きである。

第２の電流パターンＰ２０１は、図７に示す第１例と異なり、第１の電流パターンＰ１００と比べて、消磁工程における電流の方向の反転回数が１回多い。そのため、図７に示す第１例と同様に、第２の電流パターンＰ２０１と、第１の電流パターンＰ１００とは、消磁工程で最後にコイル４８に供給する電流の方向が逆向きとなっている。そうすると、連続運転時に、消磁工程後に周辺部材に僅かに残る磁化の向きが繰り返し反転するので、周辺部材の磁化の蓄積を抑制できる。

尚、第２の電流パターンＰ２０１は、第１の電流パターンＰ１００と比べて、消磁工程における電流の方向の反転回数が１回少なくてもよく、反転回数が奇数回増減していればよい。

第２の電流パターンＰ２０１と、第１の電流パターンＰ１００とは、型締め工程の開始から消磁工程の途中まで同じパターンであってよい。

尚、図８の第１及び第２の電流パターンＰ１００、Ｐ２０１は消磁工程における電流方向の反転回数が複数回であるが、第１及び第２の電流パターンＰ１００、Ｐ２０１のいずれか一方は消磁工程における電流方向の反転回数が０回でもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記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、置換が可能である。

例えば、上記実施形態では、電磁石４９のコイル４８の電流パターンの切り替えを、型締め工程及び消磁工程を１回制御する度に行うが、型締め工程及び消磁工程を複数回制御する度に行ってもよい。また、第１の電流パターンをＭ回（Ｍは１以上の自然数）使用した後、第２の電流パターンをＮ回（Ｎは１以上の自然数、但しＮ≠Ｍ）使用し、更に第１の電流パターンをＮ回使用した後、第２の電流パターンをＭ回使用してもよく、これを繰り返してもよい。尚、上記実施形態のように１回毎に使用する電流パターンを切り替えることで、周辺部材の磁化を確実に抑制することができる。

また、上記実施形態では、消磁工程において電磁石４９のコイル４８に供給する電流の波形が矩形波であるが、図９に示すように正弦波であってもよく、コイル４８に供給する電流の波形は特に限定されない。

また、上記実施形態では、型開き開始後に消磁工程を開始しているが、型開き開始後に型締め時の電流とは逆向きの電流をコイル４８に供給する限り、型締め終了後、型開き開始前に消磁工程を開始してもよく、型開き開始前に型締め時の電流とは逆向きの電流をコイル４８に供給してもよい。型締め終了後、型開き開始前に、型締力が徐々に低下する間に、型締め時とは逆向きの磁場が電磁石４９のコア４６に作用し、コア４６の残留磁化が短時間で低減する。型締力が短時間で低下し、型開き開始までの待ち時間が短くなる。また、型締め終了後、型開き開始前にコイル４８への供給電流の向きを１回以上反転させてもよい。

１０ 射出成形機
１５ 固定金型
１６ 可動金型
１９ 金型装置
４６ 電磁石のコア
４８ 電磁石のコイル
４９ 電磁石
６０ 制御部
７０ 電流供給部

Claims (4)

1. 固定金型と可動金型とを締め付ける型締力を発生させる電磁石と、
   該電磁石のコイルに電流を供給する電流供給部と、
   該電流供給部を制御する制御部とを備え、
   該制御部は、前記固定金型と前記可動金型とが離れている時、前記電流供給部によって、型締め時の電流とは逆向きの電流を前記コイルに供給することを特徴とする、射出成形機。
2. 前記制御部は、前記固定金型と前記可動金型とが離れている時、前記電流供給部によって、前記コイルへの供給電流の向きを１回以上反転させる、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記制御部は、型開き中に、前記電流供給部によって、型締め時の電流とは逆向きの電流を前記コイルに供給する、請求項１又は２に記載の射出成形機。
4. 前記制御部は、型締め後、型開き開始前に、前記電流供給部によって、型締め時の電流とは逆向きの電流を前記コイルに供給すると共に、前記固定金型と前記可動金型とが離れている時、前記電流供給部によって、型締め時の電流とは逆向きの電流を前記コイルに供給する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の射出成形機。
   

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