JP4941825B2 - 加圧成型装置 - Google Patents

Description

本発明は加圧成型装置に関する。さらに詳しくは、樹脂や、樹脂シート、基板などのワーク（被成形体）を加圧、または加熱しながら加圧して所定の形状に成形する加圧成型装置に関する。

従来より、たとえば下金型を取り付けた固定定盤と上金型を取り付けた可動定盤とのあいだにワーク（被成形体）を載置したのち、下金型および上金型を所定の温度で加熱しつつ、前記可動定盤を下降させて所定の押圧力でワークを加圧することにより該ワークを成形する加圧成型装置がある(特許文献１参照)。

特開平１０−２７７７９６号公報

前記特許文献1記載の加圧成型装置では、可動定盤を昇降駆動する駆動部が、装置本体の天板に配置される４つのボールねじ機構と各ボールねじ機構を駆動するための１個のサーボモータとを備えている。たとえば、サイクルタイムを短くするため高速移動が必要な場合や、ワークの大型化に合わせて大出力が必要な場合、大きな出力容量のサーボモータに変更しなければならないが、この大容量モータは高価かつ市場性が低いため、コストが掛かると共に納期が非常に長く、問題となっている。
また、出力容量の大きなモータは非常に大きいため、モータとボールねじ機構を装置本体の下部に納めることができず、本体上部に配置することになるため、装置重心が高くなり耐震性に劣るとともに、装置高さが高くなり設置場所に制限を受けることとなる。
また、同一出力の油圧シリンダと比較した場合、ボールねじの直径は油圧シリンダのラム径に対して数倍の太さが必要であり、ボールねじが油圧シリンダよりも数倍のコストが掛る要因の一つとなっている。これは、ボールねじが同一直径の油圧シリンダのラム径に強度的に劣るためではなく、ボールねじナットの強度が不足するため、大きなボールねじナットを使う必要があるためである。
さらに、ボールねじも出力容量の大きなモータと同様に、ねじサイズが大きくなると、急激にコストが上昇し納期も長くなり、出力容量の大きなモータと併せて、装置製造のコストが高く、納期が長くなるという問題は避けられない。

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、サイクルタイムを短くするため高速移動が必要な場合や、ワークの大型化に合わせて大出力が必要である場合でも、製造コストの高騰を抑えることができる加圧成型装置を提供することを目的とする。

本発明の加圧成型装置は、下部に基台を有する本体と、前記基台に立設される4本のガイドロッドの上端部に固定される固定部材と、前記基台と固定部材とのあいだの前記ガイドロッドに昇降可能に挿通される可動部材と、前記可動部材を昇降させる駆動機構と、該駆動機構による前記可動部材の昇降動作を制御する駆動制御部を有する制御盤とを備える加圧成型装置であって、前記駆動機構が、前記可動部材に垂下されるボールねじ軸と、該ボールねじ軸の上端部位に螺合する第１ナットと、該第１ナットに回転を伝達する第１回転伝達機構と、該第１回転伝達機構を介して前記第１ナットを回転駆動させる第１駆動モータと、前記第１ナットより下方部位のボールねじ軸に螺合する第２ナットと、該第２ナットに回転を伝達する第２回転伝達機構と、該第２回転伝達機構を介して前記第２ナットを回転駆動させる第２駆動モータとからなり前記各ナットと駆動モータを一対一で配置し、さらに、前記駆動制御部が、第１駆動モータと電気的に接続される第１ドライバーと、第２駆動モータと電気的に接続される第２ドライバーと、前記第１ドライバーおよび第２ドライバーと電気的に接続されるコントローラとを具備し、前記第１ドライバーおよび第２ドライバーのうち一方のドライバーが、前記コントローラから受信した位置の指令信号に基づいて該一方のドライバーに接続する前記第１駆動モータおよび第２駆動モータのうち一方の駆動モータを駆動するとともに、該一方の駆動モータの現在のトルクを検出して、該トルクを前記第１駆動モータおよび第２駆動モータのうち他方の駆動モータへのトルクの指令信号として該他方の駆動モータを駆動することを特徴としている。

本発明によれば、可動部材を昇降させる駆動機構を基台の内部に配置するとともに、該駆動機構として該可動部材に連結される1本のボールねじ軸を、その上下位置に螺合させる２つの第１ナットと第２ナットをそれぞれの回転伝達機構を介して駆動モータにより駆動させる機構としているため、出力容量の大きなモータを使用しなくても、複数のモータを配置することにより、高価かつ長納期の出力容量の大きなモータを使用せずに、入手のし易い出力容量の小さなモータを複数使うことにより、安価かつ短納期にすることができる。
また、ボールねじナットを複数設置し、負荷を分散させることにより、ボールねじ径を小さくすることが出来るため、安価かつ短納期にすることができる。
このとき、複数のボールねじナットに対し一個の出力容量の大きなモータを配置し、歯車などで力を分岐させて伝達させた場合、加工公差や組付誤差のため、一部のボールねじナットに負荷が集中し、ボールねじナットが破壊してしまうおそれがある。
このため各ボールねじナットとモータを一対一で配置し、かつ、各モータのトルクを制御しナットに掛る負荷を分散させることが可能となる。

以下、添付図面に基づいて本発明の加圧成型装置を説明する。本発明の一実施の形態にかかわる加圧成型装置は、図１〜３に示されるように、本体Ａ、固定部材Ｂ、可動部材Ｃ、駆動機構Ｄおよび制御盤Ｅを備えている。前記本体Ａは、フレーム１ａにより枠組された下枠組み体1および該枠組み体1の上に組み付けられた定盤２からなる基台３と、該基台３の上にフレーム４ａにより枠組みされた上枠組み体４とから構成されている。また、この上枠組み体４には、ワーク（図示せず）を搬出入するための透明な開閉扉５、起動ボタン６および操作部７が設けられている。この起動ボタン６と操作部７は、前記制御盤Ｅと電気的に接続されている。

前記固定部材Ｂは、前記基台３に立設される４本のガイドロッド８の上端部に固定されており、本実施の形態では、固定定盤１１と該固定定盤１１に取り付けられた上熱盤１２とから構成されている。この上熱盤１２は、前記可動部材Ｃに対向する部位に配置される加熱部（加熱金型）１３と、該加熱金型１３と前記固定定盤１１とのあいだに配置される冷却部１４とを具備している。また、前記加熱部１３は、ワークを均一に加熱できるように所定の位置に配置されたヒータ１３ａを内蔵しており、そして前記冷却部１４は、ワークを加熱成形したのちに該加熱部１３を冷却するために所定の位置に挿通されたエアノズル１４ａを内装している。

前記可動部材Ｃは、前記基台３と固定部材Ｂとのあいだに配置されており、前記ガイドロッド８にホルダ８ａを介して摺動自在、かつ昇降可能に挿通されており、本実施の形態では、可動定盤２１と該可動定盤２１に取り付けられた下熱盤２２とから構成されている。この下熱盤２２は、前記上熱盤１２と同様に、前記固定部材Ｂに対向する部位に配置される加熱部（加熱金型）２３と、該加熱金型２３と前記可動定盤２１とのあいだに配置される冷却部２４とを具備している。また、前記加熱部２３は、ワークを均一に加熱できるように所定の位置に配置されたヒータ２３ａを内蔵しており、そして前記冷却部２４は、ワークを加熱成形したのちに該加熱部２３を冷却するために所定の位置に挿通されたエアノズル２４ａを内装している。
なお、前記ヒータ１３ａ、２３ａの加熱時間や加熱温度などの加熱設定、および前記エアノズル１４ａ、２４ａの供給時間や供給量などの冷却設定は、適宜選定することができる。

前記駆動機構Ｄは、前記基台３の内部に配置されており、1本のボールねじ軸に所定の間隔をおいて螺合する２つのナットをそれぞれの駆動モータにより回転駆動して前記可動部材Ｃを昇降させる機構である。そして、各ナットと駆動モータは一対一で配置されている。本実施の形態では、前記可動部材Ｃにおける可動定盤２１の下面に連結機構Ｄ１を介して垂下されるボールねじ軸３１と、該ボールねじ軸３１の上端部位に螺合する第１ナット３２と、該第１ナット３２に回転を伝達する第１回転伝達機構Ｄ２と、該第１回転伝達機構Ｄ２を介して前記第１ナット３２を回転駆動させる第１駆動モータ３３と、前記第１ナット３２より下方部位のボールねじ軸３１に螺合する第２ナット３４と、該第２ナット３４に回転を伝達する第２回転伝達機構Ｄ３と、該第２回転伝達機構Ｄ３を介して前記第２ナット３４を回転駆動させる第２駆動モータ３５とから構成されている。
また、本実施の形態では、前記連結機構Ｄ１として、外周端部がガイドロッド８に案内され、中央部がボールねじ軸３１の上端フランジ部３１ａに連結される回り止めアーム部材３６と、前記可動定盤２１の下面に形成される突起部２１ａに嵌合して固定するための連結リング部材３７とからなる機構を採用しているが、とくにこれに限定されるものではく、他の機構を採用してもよいし、または省略して、直接連結することもできる。
また、前記第１回転伝達機構Ｄ２と第２回転伝達機構Ｄ３は共に同じ機構とすることができるため、本実施の形態では、第１回転伝達機構Ｄ２を説明し、第２回転伝達機構Ｄ３については説明を省く。前記第１回転伝達機構Ｄ２は、第１ナット３２の外周に取り付けられるプーリ３８と、第１駆動モータ３３の減速機側の出力軸に取り付けられるプーリ３９と、両プーリ３８、３９に巻き回されるタイミングベルト４０と、第１ナット３２の端部外周部に取り付けられる軸受部４１と、該軸受部４１を摺動自在に案内するガイドロッド４２とからなる機構が採用されている。軸受部４１は、軸受４１ａ、インナー部材４１ｂ、アウター部材４１ｃ、側板４１ｄおよびナット４１ｅからなる。また、前記ガイドロッド４２の上端部は前記基台３の定盤２に固定されている。
また、前記第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５としては、減速機付サーボモータや、サーボモータ、ダイレクトドライブサーボモータを用いることができる。

前記制御盤Ｅは、前記駆動機構Ｄによる前記可動部材Ｃの昇降動作を制御する駆動制御部Ｅ１と、前記ヒータ１３ａ、２３ａを制御する温度制御部（図示せず）などを備えている。
前記駆動制御部Ｅ１は、図４に示されるように、前記第１駆動モータ３３と電気的に接続される第１ドライバー５１と、前記第２駆動モータ３５と電気的に接続される第２ドライバー５２と、前記第１ドライバー５１および第２ドライバー５２と電気的に接続されるコントローラ５３とにより構成されている。前記第１ドライバー５１および第２ドライバー５２が、各ドライバー５１、５２に接続する前記第１駆動モータ３３および第２駆動モータ３５へのトルクを検出して、該トルクを前記第１ナット３２および第２ナット３４の許容負荷容量を超えないように駆動する。この第１駆動モータ３３と第１ドライバー５１は、位置制御用の電気線５４ａとトルク制御用の電気線５４ｂにより接続されているとともに、前記第２駆動モータ３５と第２ドライバー５２は、位置制御用の電気線５５ａとトルク制御用の電気線５５ｂにより接続されている。この第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５の駆動による前記可動部材Ｃの位置を検出するための計器としては、第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５に内蔵されるエンコーダ（図示せず）を用いることができる。また、この第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５のトルクを検出するための計器としては、第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５に内蔵されるトルクモニタを用いることができる。

本実施の形態では、前記第１ドライバー５１と第２ドライバー５２が、前記コントローラ５３から受信した位置の指令信号に基づいて前記第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５を駆動するようにしている。これにより、前記第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５は位置制御される（以下、単に位置制御・位置制御という）。
ただし、前記駆動機構Ｄの組付作業に際し、前記第１ナット３２と第２ナット３４の組付けの初期位置が微妙に異なっている場合、この第１ナット３２と第２ナット３４に掛かる初期の負荷率が異なるため、たとえば第２駆動モータ３５が先に負荷を受け、第２駆動モータ３５と第２ナット３４に負荷が集中し寿命が短くなってしまう。また、第２駆動モータ３５が先に負荷を受け、第１駆動モータ３３が遊んでいる状態では、第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５の制御がぶつかり合い挙動が不安定となり、ハンチング（周期的な変動）現象を起こすおそれがある。

そこで、本発明は、本実施の形態にかかわる他の制御として、前記第１駆動モータ３３を位置制御し、前記第２駆動モータ３５をトルク制御することができる（以下、単に位置制御・トルク制御という）。すなわち、前記第１ドライバー５１が、前記コントローラ５３から受信した位置の指令信号に基づいて前記第１駆動モータ３３を駆動するとともに、該第１駆動モータ３３の現在のトルクを検出して、該トルクを前記第２駆動モータ３５へのトルクの指令信号として該第２駆動モータ３５を駆動することができる。なお、本発明においては、これに限定されるものではなく、前記第２駆動モータ３５を位置制御し、前記第１駆動モータ３３をトルク制御することができる。
本実施の形態にかかわる他の制御では、初期のトルク制御時に、第１ナット３２と第２ナット３４の位置（荷重の当たり具合）が揃い、その後、位置制御に切り替えるため、前述の位置制御・位置制御の初期に発生したハンチングが生じない。
ただし、第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５は、減速機付きのため、モータのトルクと荷重が比例関係になりにくく、この駆動モータ３３、３５を正回転から逆回転にしたときに減速機の減速機構が抵抗になり急激にトルクがハンチングすることがある。
しかしながら、前記第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５が減速機付きの駆動モータでない場合やダイレクトドライブモータの場合には、この正回転から逆回転にしたときの減速機の急激にトルクがなくなるため、この場合はハンチングを起さずに制御することができる。

また、本発明は、本実施の形態にかかわるさらに他の制御として、ワークを加圧するまでの初期は前記第１駆動モータ３３を位置制御し、前記第２駆動モータ３５をトルク制御したのち、ワークの加圧時は制御を切り替えて、前記第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５を位置制御することができる。すなわち、前記第１ドライバー５１が、前記コントローラ５３から受信した位置の指令信号に基づいて前記第１駆動モータ３３を駆動するとともに、該第１駆動モータ３３の現在のトルクを検出して、該トルクを前記第２駆動モータ３５へのトルクの指令信号として該第２駆動モータ３５を駆動したのち、ワークを加圧時に前記第１ドライバー５１と第２ドライバー５２が、前記コントローラ５３から受信した位置の指令信号に基づいて前記第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５を駆動することができる。
なお、本実施の形態では、前記第１駆動モータ３３を位置制御し、前記第２駆動モータ３５をトルク制御したのち、前記第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５を位置制御するようにしているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、前記第２駆動モータ３５を位置制御し、前記第１駆動モータ３３をトルク制御したのち、前記第１駆動モータ３３と第２駆動モータ３５を位置制御することができる。
本実施の形態にかかわるさらに他の制御では、初期のトルク制御時に、第１ナット３２と第２ナット３４の位置（荷重の当たり具合）が揃い、その後、位置制御に切り替えるため、前述の位置制御・位置制御の初期に発生したハンチングが生じない。また、減速機が遊びだす前に制御を切り替えるため、前述の位置制御・トルク制御のハンチングも発生しない。
したがって、本発明においては、駆動機構の組付作業の精度や減速機の抵抗に左右されずに、高精度の制御を得るためには前記位置制御・トルク制御から位置制御・位置制御に切り替える制御をするのが好ましいことがわかる。

本発明の一実施の形態にかかわる加圧成型装置を一部切り欠いた正面図である。 図１の加圧成型装置における駆動機構の一部を省略した右側面図である。 図１の駆動機構の拡大図である。 本発明における制御を説明するためのブロック図である。

符号の説明

Ａ 本体
Ｂ 固定部材
Ｃ 可動部材
Ｄ 駆動機構
Ｅ 制御盤
Ｅ１ 駆動制御部
１ 下枠組み体
１ａ、４ａ フレーム
２ 定盤
３ 基台
４ 上枠組み体
５ 開閉扉
６ 起動ボタン
７ 操作部
８ ガイドロッド
８ａ ホルダ
１１ 固定定盤
１２ 上熱盤
１３、２３ 加熱部
１３ａ、２３ａ ヒータ
１４、２４ 冷却部
１４ａ、２４ａ エアノズル
２１ 可動定盤
２１ａ 突起部
２２ 下熱盤
３１ ボールねじ軸
３１ａ フランジ部
３２ 第１ナット
３３ 第１駆動モータ
３４ 第２ナット
３５ 第２駆動モータ
３６ アーム部材
３７ 連結リング部材
３８、３９ プーリ
４０ タイミングベルト
４１ 軸受部
４１ａ 軸受
４１ｂ インナー部材
４１ｃ アウター部材
４１ｄ 側板
４１ｅ ナット
４２ ガイドロッド
５１ 第１ドライバー
５２ 第２ドライバー
５３ コントローラ
５４ａ、５４ｂ、
５５ａ、５５ｂ 電気線

Claims (3)

1. 下部に基台を有する本体と、
   前記基台に立設される4本のガイドロッドの上端部に固定される固定部材と、
   前記基台と固定部材とのあいだの前記ガイドロッドに昇降可能に挿通される可動部材と、
   前記可動部材を昇降させる駆動機構と、
   該駆動機構による前記可動部材の昇降動作を制御する駆動制御部を有する制御盤とを備える加圧成型装置であって、
   前記駆動機構が、前記可動部材に垂下されるボールねじ軸と、該ボールねじ軸の上端部位に螺合する第１ナットと、該第１ナットに回転を伝達する第１回転伝達機構と、該第１回転伝達機構を介して前記第１ナットを回転駆動させる第１駆動モータと、前記第１ナットより下方部位のボールねじ軸に螺合する第２ナットと、該第２ナットに回転を伝達する第
   ２回転伝達機構と、該第２回転伝達機構を介して前記第２ナットを回転駆動させる第２駆動モータとからなり前記各ナットと駆動モータを一対一で配置し、
   さらに、前記駆動制御部が、第１駆動モータと電気的に接続される第１ドライバーと、第２駆動モータと電気的に接続される第２ドライバーと、前記第１ドライバーおよび第２ドライバーと電気的に接続されるコントローラとを具備し、
   前記第１ドライバーおよび第２ドライバーのうち一方のドライバーが、前記コントローラから受信した位置の指令信号に基づいて該一方のドライバーに接続する前記第１駆動モータおよび第２駆動モータのうち一方の駆動モータを駆動するとともに、該一方の駆動モータの現在のトルクを検出して、該トルクを前記第１駆動モータおよび第２駆動モータのうち他方の駆動モータへのトルクの指令信号として該他方の駆動モータを駆動する加圧成型装置。
2. 下部に基台を有する本体と、
   前記基台に立設される4本のガイドロッドの上端部に固定される固定部材と、
   前記基台と固定部材とのあいだの前記ガイドロッドに昇降可能に挿通される可動部材と、
   前記可動部材を昇降させる駆動機構と、
   該駆動機構による前記可動部材の昇降動作を制御する駆動制御部を有する制御盤とを備える加圧成型装置であって、
   前記駆動機構が、前記可動部材に垂下されるボールねじ軸と、該ボールねじ軸の上端部位に螺合する第１ナットと、該第１ナットに回転を伝達する第１回転伝達機構と、該第１回転伝達機構を介して前記第１ナットを回転駆動させる第１駆動モータと、前記第１ナットより下方部位のボールねじ軸に螺合する第２ナットと、該第２ナットに回転を伝達する第
   ２回転伝達機構と、該第２回転伝達機構を介して前記第２ナットを回転駆動させる第２駆動モータとからなり前記各ナットと駆動モータを一対一で配置し、
   さらに、前記駆動制御部が、第１駆動モータと電気的に接続される第１ドライバーと、第２駆動モータと電気的に接続される第２ドライバーと、前記第１ドライバーおよび第２ドライバーと電気的に接続されるコントローラとを具備し、
   前記第１ドライバーおよび第２ドライバーのうち一方のドライバーが、前記コントローラから受信した位置の指令信号に基づいて該一方のドライバーに接続する前記第１駆動モータおよび第２駆動モータのうち一方の駆動モータを駆動するとともに、該一方の駆動モータの現在のトルクを検出して、該トルクを前記第１駆動モータおよび第２駆動モータのうち他方の駆動モータへのトルクの指令信号として該他方の駆動モータを駆動したのち、ワークを加圧時に前記第１ドライバーと第２ドライバーが、前記コントローラから受信した位置の指令信号に基づいて前記第１駆動モータと第２駆動モータを駆動する加圧成型装置。
3. 前記固定部材が固定定盤と該固定定盤に取り付けられた上熱盤とからなり、前記可動部材が可動定盤と該可動定盤に取り付けられた下熱盤とからなる請求項1または２記載の加圧成型装置。