JP5722153B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、型締め動作を駆動する電磁石を備える射出成形機に関する。

従来、射出成形機においては、樹脂を射出装置の射出ノズルから射出して固定金型と可動金型との間のキャビティ空間に充填（てん）し、固化させることによって成形品を得るようになっている。そして、固定金型に対して可動金型を移動させて型閉じ、型締め及び型開きを行うために型締装置が配設される。

該型締装置には、油圧シリンダに油を供給することによって駆動される油圧式の型締装置、及び電動機によって駆動される電動式の型締装置があるが、該電動式の型締装置は、制御性が高く、周辺を汚すことがなく、かつ、エネルギー効率が高いので、多く利用されている。この場合、電動機を駆動することによってボールねじを回転させて推力を発生させ、該推力をトグル機構によって拡大し、大きな型締力を発生させるようにしている。

ところが、構成の電動式の型締装置においては、トグル機構を使用するようになっているので、該トグル機構の特性上、型締力を変更することが困難であり、応答性及び安定性が悪く、成形中に型締力を制御することができない。そこで、ボールねじによって発生させられた推力を直接型締力として使用することができるようにした型締装置が提供されている。この場合、電動機のトルクと型締力とが比例するので、成形中に型締力を制御することができる。

しかしながら、従来の型締装置においては、ボールねじの耐荷重性が低く、大きな型締力を発生させることができないだけでなく、電動機に発生するトルクリップルによって型締力が変動してしまう。また、型締力を発生させるために、電動機に電流を常時供給する必要があり、電動機の消費電力量及び発熱量が多くなるので、電動機の定格出力をその分大きくする必要があり、型締装置のコストが高くなってしまう。

そこで、型開閉動作にはリニアモータを使用し、型締動作には電磁石の吸着力を利用した型締装置が考えられる（例えば、特許文献１）。

国際公開第０５／０９００５２号パンフレット

しかしながら、特許文献１に記載されるような電磁石の吸着力を利用した型締装置を使用する場合、電磁石の駆動によりコイルが高温となり、コイルの焼損等が生じうるという問題点がある。

そこで、本発明は、必要な型締力を維持しつつ、コイルを効率的に冷却することができる射出成形機の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、固定金型が取り付けられる第１の固定部材と、
前記第１の固定部材と対向して配設される第２の固定部材と、
可動金型が取り付けられる第１の可動部材と、
前記第１の可動部材と連結されて前記第１の可動部材と共に移動する第２の可動部材と、を備え、
前記第２の固定部材と前記第２の可動部材とで型締力を発生させる型締力発生機構を構成し、
前記型締力発生機構を構成する前記第２の固定部材又は前記第２の可動部材には電磁石が形成され、前記電磁石が形成される前記第２の固定部材又は前記第２の可動部材の内部に、冷却用の流体が通る流体通路が形成され、
前記流体通路が形成される前記第２の固定部材又は前記第２の可動部材は電磁積層鋼板で形成され、前記流体通路は、前記電磁積層鋼板の積層方向に延在するように形成される、射出成形機が提供される。

本発明によれば、必要な型締力を維持しつつ、コイルを効率的に冷却することができる射出成形機が得られる。

本発明の実施の形態の射出成形機における型締装置の型閉じ時の状態を示す図である。 本発明の実施の形態の射出成形機における型締装置の型開き時の状態を示す図である。 一実施例による冷却水路７０を備えるリヤプラテン１３の単品図を示し、図３（Ａ）は、リヤプラテン１３を吸着板２２側から型締め方向に視た平面図であり、図３（Ｂ）は、リヤプラテン１３の要部断面図である。 リヤプラテン１３と吸着板２２に形成される磁気回路を概略的に示す断面図である。 他の一実施例による冷却水路７１を備えるリヤプラテン１３の単品図を示し、図５（Ａ）は、リヤプラテン１３を吸着板２２側から型締め方向に視た平面図であり、図５（Ｂ）は、リヤプラテン１３の要部断面図である。 冷却水路７０と冷却水路７１の組み合わせ態様の一例を示す図であり、リヤプラテン１３と吸着板２２の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。尚、本実施の形態において、型締装置については、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、射出装置については、射出を行う際のスクリューの移動方向を前方とし、計量を行う際のスクリューの移動方向を後方として説明する。

図１は本発明の実施の形態の射出成形機における型締装置の型閉じ時の状態を示す図、図２は本発明の実施の形態の射出成形機における型締装置の型開き時の状態を示す図である。尚、図１及び図２において、ハッチングを付された部材は主要断面を示す。

図において、１０は型締装置、Ｆｒは射出成形機のフレーム（架台）、Ｇｄは、該フレームＦｒに対して可動なガイド、１１は、図示されないガイド上又はフレームＦｒ上に載置された固定プラテンであり、該固定プラテン１１と所定の間隔を置いて、かつ、固定プラテン１１と対向させてリヤプラテン１３が配設され、固定プラテン１１とリヤプラテン１３との間に４本のタイバー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。尚、リヤプラテン１３は、フレームＦｒに対して固定される。

そして、タイバー１４に沿って固定プラテン１１と対向させて可動プラテン１２が型開閉方向に進退自在に配設される。そのために、可動プラテン１２がガイドＧｄに固定され、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Ｇｄには、後述の吸着板２２も固定される。

また、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がそれぞれ固定され、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、射出装置１７の射出ノズル１８から射出された図示されない樹脂がキャビティ空間に充墳される。また、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と平行にガイドＧｄに固定される。これにより、吸着板２２は、リヤプラテン１３より後方において進退自在となる。吸着板２２は、磁性材料で形成されてよい。例えば、吸着板２２は、強磁性体から成る薄板を積層することによって形成される電磁積層鋼板により構成されてもよい。

リニアモータ２８は、可動プラテン１２を進退させるため、ガイドＧｄに設けられる。リニアモータ２８は、固定子２９、及び可動子３１を備え、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、可動プラテン１２の移動範囲に対応させて形成され、可動子３１は、可動プラテン１２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。そして、コア３４は、固定子２９に向けて突出させて、所定のピッチで形成された複数の磁極歯３３を備え、コイル３５は、各磁極歯３３に巻装される。尚、磁極歯３３は可動プラテン１２の移動方向に対して直角の方向に、互いに平行に形成される。また、固定子２９は、図示されないコア、及び該コア上に延在させて形成された図示されない永久磁石を備える。該永久磁石は、Ｎ極及びＳ極の各磁極を交互に、かつ、磁極歯３３と同じピッチで着磁させることによって形成される。コイル３５に所定の電流を供給することによってリニアモータ２８を駆動すると、可動子３１が進退させられ、それに伴って、ガイドＧｄにより可動プラテン１２が進退させられ、型閉じ及び型開きを行うことができる。

尚、本実施の形態においては、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、ガイドＧｄに可動プラテン１２と吸着板２２を固定する構成に限られず、可動プラテン１２又は吸着板２２にリニアモータ２８の可動子３１を設ける構成としてもよい。また、型開閉機構としては、リニアモータ２８に限定されず、油圧式や電動式等であってもよい。

可動プラテン１２が前進させられて可動金型１６が固定金型１５に当接すると、型閉じが行われ、続いて、型締めが行われる。そして、型締めを行うために、リヤプラテン１３と吸着板２２との間に、電磁石ユニット３７が配設される。そして、リヤプラテン１３及び吸着板２２を貫通して延び、かつ、可動プラテン１２と吸着板２２とを連結するセンターロッド３９が進退自在に配設される。該センターロッド３９は、型閉じ時及び型開き時に、可動プラテン１２の進退に連動させて吸着板２２を進退させ、型締め時に、電磁石ユニット３７によって発生させられた型締力を可動プラテン１２に伝達する。

尚、固定プラテン１１、可動プラテン１２、リヤプラテン１３、吸着板２２、リニアモータ２８、電磁石ユニット３７、センターロッド３９等によって型締装置１０が構成される。

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。また、リヤプラテン１３の後端面の所定の部分、本実施の形態においては、センターロッド３９まわりに溝４５が形成され、溝４５よりも内側にコア（内極）４６、及び溝４５よりも外側にヨーク（外極）４７が形成される。そして、溝４５内でコア４６まわりにコイル４８が巻装される。尚、コア４６及びヨーク４７は、鋳物の一体構造で構成されてもよいし、若しくは、強磁性体から成る薄板を積層することによって形成される電磁積層鋼板により構成されてもよい。

尚、本実施の形態において、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が形成されもよいし、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側に吸着部を設けてもよい。

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。

センターロッド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、センターロッド３９は、型閉じ時に可動プラテン１２と共に前進させられて吸着板２２を前進させ、型開き時に可動プラテン１２と共に後退させられて吸着板２２を後退させる。そのために、リヤプラテン１３の中央部分に、センターロッド３９を貫通させるための穴４１が形成され、穴４１の前端部の開口に臨ませて、センターロッド３９を摺動自在に支持するブッシュ等の軸受部材Ｂｒ１が配設される。

型締装置１０のリニアモータ２８及び電磁石４９の駆動は、制御部６０によって制御される。制御部６０は、ＣＰＵ及びメモリ等を備え、ＣＰＵによって演算された結果に応じて、リニアモータ２８のコイル３５や電磁石４９のコイル４８に電流を供給するための回路も備える。制御部６０には、また、荷重検出器５５が接続される。荷重検出器５５は、型締装置１０において、少なくとも１本のタイバー１４の所定の位置（固定プラテン１１とリヤプラテン１３との間における所定の位置）に設置され、当該タイバー１４にかかる荷重を検出する。図中では、上下二本のタイバー１４に荷重検出器５５が設置された例が示されている。荷重検出器５５は、例えば、タイバー１４の伸び量を検出するセンサによって構成される。荷重検出器５５によって検出された荷重は、制御部６０に送られる。尚、制御部６０は、図２においては便宜上省略されている。

次に、型締装置１０の動作について説明する。

制御部６０の型開閉処理部６１によって型閉じ工程が制御される。図２の状態（型開き時の状態）において、型開閉処理部６１は、コイル３５に電流を供給する。続いて、リニアモータ２８が駆動され、可動プラテン１２が前進させられ、図１に示されるように、可動金型１６が固定金型１５に当接させられる。このとき、リヤプラテン１３と吸着板２２との間、すなわち、電磁石４９と吸着部５１との間には、ギャップδ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の型締処理部６２は、型締工程を制御する。型締処理部６２は、コイル４８に電流を供給し、吸着部５１を電磁石４９の吸着力によって吸着する。それに伴って、吸着板２２及びセンターロッド３９を介して型締力が可動プラテン１２に伝達され、型締めが行われる。型締め開始時等、型締力を変化させる際に、型締処理部６２は、当該変化によって得るべき目標となる型締力、すなわち、定常状態で目標とする型締力を発生させるために必要な定常的な電流の値をコイル４８に供給するように制御している。

尚、型締力は荷重検出器５５によって検出される。検出された型締力は制御部６０に送られ、制御部６０において、型締力が設定値になるようにコイル４８に供給される電流が調整され、フィードバック制御が行われる。この間、射出装置１７において溶融させられた樹脂が射出ノズル１８から射出され、金型装置１９のキャビティ空間に充墳される。

キャビティ空間内の樹脂が冷却されて固化すると、型開閉処理部６１は、型開き工程を制御する。型締処理部６２は、図１の状態において、コイル４８への電流の供給を停止する。それに伴って、リニアモータ２８が駆動され、可動プラテン１２が後退させられ、図２に示されるように、可動金型１６が後退限位置に置かれ、型開きが行われる。

ここで、図３以降を参照して、本発明の特徴的な構成について説明する。

図３は、一実施例（実施例１）による冷却水路７０を備えるリヤプラテン１３の単品図を示し、図３（Ａ）は、リヤプラテン１３を吸着板２２側から型締め方向に視た平面図であり、図３（Ｂ）は、リヤプラテン１３の要部断面図であり、図３（Ａ）のラインＡ−Ａに沿った断面図である。図４は、リヤプラテン１３と吸着板２２に形成される磁気回路を概略的に示す断面図である。図４には、型締め時に電磁石ユニット３７により発生される磁束の流れ（吸着板２２とリヤプラテン１３内の磁束ループＲ）が概略的に示される。即ち、コア４６からギャップδを介して吸着板２２に到達し、吸着板２２の内部を通ってギャップδを介してヨーク４７に至るループを画成する。

リヤプラテン１３は、上述の如く、吸着板２２側の表面に、コイル４８を収容する溝４５を備える。尚、溝４５の断面形状や配置位置は、任意であってよい。

本実施例では、リヤプラテン１３は、図３に示すように、コイル４８を冷却するための冷却水が通る冷却水路７０を備える。冷却水路７０は、リヤプラテン１３の内部に形成される。例えば、冷却水路７０は、電磁積層鋼板を構成する各鋼板に、互いに連通する穴を形成することで形成されてもよい。冷却水路７０は、リヤプラテン１３内部の任意の位置に形成されてもよい。図３に示す例では、冷却水路７０は、リヤプラテン１３の上下方向の両角部に設けられる。このような角部は、図４に示すように、電磁石ユニット３７の主要な磁気回路としてあまり使用されていないため、型締力に実質的に影響を与えることなく冷却水路７０を形成することができる。

冷却水路７０は、リヤプラテン１３内部において任意の方向に形成されてよい。リヤプラテン１３が電磁積層鋼板で形成される場合、生産性の観点から、好ましくは、冷却水路７０は、電磁積層鋼板の積層方向に延在するように形成される（即ち、電磁積層鋼板を構成する各鋼板に面直方向に延在する）。図３に示す例では、リヤプラテン１３は、型締め方向に垂直な水平方向（図３（Ａ）の紙面の上下方向）に各鋼板が積層された電磁積層鋼板で形成され、それに対応して、冷却水路７０は、電磁積層鋼板の積層方向に沿って直線的に延在する。

冷却水路７０は、リヤプラテン１３の外部で、図示しない冷却水供給手段に接続されてよい。冷却水供給手段は、管や、ポンプ、熱交換器（ラジエータ）等を含んでよい。冷却水路７０を流れる水の流量（流速）は、一定であってもよいし、可変とされてもよい。例えば、冷却水路７０を流れる水の流量は、電磁石ユニット３７の温度に応じて可変されてよく、例えばコイル４８の発熱量（温度）に応じて可変されてもよい。尚、コイル４８の温度は、サーミスタ等を用いて検出されてもよい。また、冷却水路７０では、射出成形機の稼働中は常時、水が循環されてもよいし、又は、コイル４８の温度が所定閾値を超えた場合に循環されてもよい。

本実施例においては、電磁石ユニット３７が駆動すると、コイル４８が発熱する。コイル４８からの熱は、リヤプラテン１３の内部に伝達され、冷却水路７０を流れる水に移動される。このようにして、コイル４８の冷却を効果的に実現し、コイル４８の焼損等を防止することができる。

このように本実施例１によれば、リヤプラテン１３の内部に冷却水路７０を設けることで、コイル４８からの熱を冷却水路７０内の水を介して外部に移動させることができ、コイル４８を効果的に冷却することができる。また、冷却水路７０は、リヤプラテン１３の内部に形成されるので、新たなスペースを必要としない。また、冷却水路７０は、電磁積層鋼板内に一体的に形成されることが可能であり、この場合、励磁妨害を起こし得る銅管や冷却プレート等を用いることなく構成することができる。また、冷却水路７０は、リヤプラテン１３の内部において、磁気回路としてあまり使用されていない部位（又は磁気回路形成を大きく阻害しないような部位）を利用して形成することが可能であり、リヤプラテン１３の体格を大きくすることなく必要な型締力を維持することができる。また、冷却水路７０は、リヤプラテン１３の内部に形成されるので、冷却水路７０に水を循環させることで、リヤプラテン１３の温度の安定化を図ることも可能である。

図５は、他の一実施例（実施例２）による冷却水路７１を備えるリヤプラテン１３の単品図を示し、図５（Ａ）は、リヤプラテン１３を吸着板２２側から型締め方向に視た平面図であり、図５（Ｂ）は、リヤプラテン１３の要部断面図であり、図５（Ａ）のラインＡ−Ａに沿った断面図である。

本実施例では、冷却水路７１は、コイル４８の背面に形成されるように、溝４５の直下に形成される。即ち、冷却水路７１は、型締め方向に視たとき（図５（Ａ））、溝４５と重なる位置に設けられる。尚、冷却水路７１は、図５（Ａ）に示すように溝４５と全体的に重なる態様で形成されてもよいし、或いは、溝４５と部分的に重なる態様で形成されてもよい。また、冷却水路７１と溝４５との間の距離（型締め方向の距離）は、任意であるが、冷却効率の観点からは、可能な限り小さく設定されてもよい。

本実施例２においても、上述の実施例１と実質的に同様の効果が得られる。また、本実施例２によれば、コイル４８の直下に冷却水路７１が設けられるので、コイル４８をより効率的に冷却することができる。

尚、本実施例２による冷却水路７１は、上述の実施例１による冷却水路７０と組み合わせて使用することも可能である。図６は、これらの組み合わせ態様の一例を示す図であり、リヤプラテン１３と吸着板２２の断面図である。図６に示すように、冷却水路７０及び冷却水路７１は、両側にそれぞれ複数本形成されてもよい。この場合も、冷却水路７０及び冷却水路７１は、磁気回路（磁束の流れＲ）を実質的に遮断しないように設けられればよい。

尚、上述した実施例１，２においては、特許請求の範囲における「第１の固定部材」は、固定プラテン１１に対応し、特許請求の範囲における「第１の可動部材」は、可動プラテン１２に対応する。また、特許請求の範囲における「第２の固定部材」は、リヤプラテン１３に対応し、特許請求の範囲における「第２の可動部材」は、吸着板２２に対応する。但し、変形例として、吸着板２２側に電磁石４９を設け、リヤプラテン１３側に吸着部を設けてもよく、この変形例の場合、「第２の固定部材」は、吸着板２２に対応し、特許請求の範囲における「第２の可動部材」は、リヤプラテン１３に対応する。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、水が冷却用の流体として使用されているが、水以外の流体（例えば、油や気体等）が使用されてもよい。

また、上述の実施例では、リヤプラテン１３の内部に冷却水路７１を形成しているが、吸着板２２の内部にも同様の冷却水路を形成してもよい。これは、吸着板２２もコイル４８の発熱によりリヤプラテン１３から熱が移動し高温となりうるためである。

また、上述の実施例では、リヤプラテン１３の内部に直線の冷却水路７１を形成しているが、冷却水路７１は、リヤプラテン１３の内部で任意の方向に曲げられてもよい。

また、上述の実施例では、リヤプラテン１３には、一極の電磁石４９が形成されているが、リヤプラテン１３には、複数の極が形成されるように電磁石が設けられてもよい（即ち多極化が実現されてもよい）。

また、上述では、特定の構成の型締装置１０を例示しているが、型締装置１０は、電磁石を利用して型締めを行うものであれば、任意の構成であってよい。

Ｂｒ１ 軸受部材
Ｆｒ フレーム
Ｇｄ ガイド
１０ 型締装置
１１ 固定プラテン
１２ 可動プラテン
１３ リヤプラテン
１４ タイバー
１５ 固定金型
１６ 可動金型
１７ 射出装置
１８ 射出ノズル
１９ 金型装置
２２ 吸着板
２８ リニアモータ
２９ 固定子
３１ 可動子
３３ 磁極歯
３４ コア
３５ コイル
３７ 電磁石ユニット
３９ センターロッド
４１ 穴
４５ 溝
４６ コア
４７ ヨーク
４８ コイル
４９ 電磁石
５１ 吸着部
５５ 荷重検出器
６０ 制御部
６１ 型開閉処理部
６２ 型締処理部
７０、７１ 冷却水路

Claims (3)

1. 固定金型が取り付けられる第１の固定部材と、
   前記第１の固定部材と対向して配設される第２の固定部材と、
   可動金型が取り付けられる第１の可動部材と、
   前記第１の可動部材と連結されて前記第１の可動部材と共に移動する第２の可動部材と、を備え、
   前記第２の固定部材と前記第２の可動部材とで型締力を発生させる型締力発生機構を構成し、
   前記型締力発生機構を構成する前記第２の固定部材又は前記第２の可動部材には電磁石が形成され、前記電磁石が形成される前記第２の固定部材又は前記第２の可動部材の内部に、冷却用の流体が通る流体通路が形成され、
   前記流体通路が形成される前記第２の固定部材又は前記第２の可動部材は電磁積層鋼板で形成され、前記流体通路は、前記電磁積層鋼板の積層方向に延在するように形成されることを特徴とする、射出成形機。
2. 前記電磁石が形成される前記第２の固定部材又は前記第２の可動部材は、コイルを収容する溝を備え、
   前記流体通路は、型締め方向に視たとき、前記溝と重なる位置に設けられる、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記流体通路を流れる冷却用の流体の流量は、前記電磁石の温度に応じて変化される、請求項１に記載の射出成形機。

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