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技術 トグル式型締装置の型締用ボールネジ機構の寿命予測方法およびトグル式型締装置

出願人 株式会社日本製鋼所
発明者 天内康裕
出願日 2015年10月5日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2016-553964
公開日 2017年7月13日 (4年7ヶ月経過) 公開番号 WO2016-059767
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の成形用の型
主要キーワード 荷重係数 生産停止 短リンク 長リンク 変数関数 トルク係数 平均回転数 逐次演算
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図面 (4)

課題

予測が比較的正確でありながら、予測に要する計算量が少なくて済み、それによって射出成形機コントローラにおいて簡単に予測ができるボールネジ機構寿命予測方法を提供する。

解決手段

トグル式型締装置(2)のトグル機構(14)を駆動する型締用ボールネジ機構(24)において、型締用ボールネジ機構(24)の稼働が可能な時間である稼働可能時間(Lt)を予測する。ボールネジ機構の寿命を表す理論式に基づいて理論式を簡略化し、稼働可能時間(Lt)は、型締力(KS)を1変数とする1変数関数で与えるようにする。そして、この1変数関数に基づいて型締用ボールネジ機構(24)の寿命を予測するようにする。なお、好ましい実施の形態は、1変数関数を次の指数関数から構成する。 Lt=α・KSβ ただし、α、βは定数である。

概要

背景

射出成形機は、従来周知のように樹脂射出する射出装置金型型締めする型締装置とから構成されている。型締装置は、色々な種類があるがトグル機構からなる型締機構を備えたトグル式型締装置が周知である。トグル式型締装置は、固定金型取付けられるようになっている固定盤と、型締ハウジングと、固定盤と型締ハウジングの間にスライド自在に設けられ可動金型が取付けられるようになっている可動盤と、固定盤と型締ハウジングとを連結する複数本タイバーと、トグル機構とからなる。トグル機構は型締ハウジングと可動盤とを連結しており、トグル機構を駆動すると可動盤が駆動されて型開閉されるようになっている。トグル機構は色々なタイプのものがあるが、比較的多用されているタイプは、一対の短リンクと、一対の長リンクと、一対のクロスリンクと、クロスヘッドとから構成されている。一対の短リンクはそれぞれ一方の端部が型締ハウジングに枢着され、一対の長リンクはそれぞれ一方の端部が可動盤に枢着され、短リンクと長リンクのそれぞれの他方の端部は互いに回動可能に連結されている。そしてクロスヘッドと一対の短リンクが一対のクロスリンクによって連結されている。クロスヘッドを所定の駆動機構によって軸方向に駆動すると、一対の短リンクと長リンクとが屈伸し、トグル機構が駆動されて型開閉されるようになっている。

各装置がモータによって駆動される電動射出成形機においては、クロスヘッドはモータとボールネジ機構とによって駆動されるようになっている。ボールネジ機構は、ボールネジとこのボールネジに螺合するボールナットと、ボールネジとボールナットの間を転動する複数個ボールとから構成されている。ボールネジ機構は複数個のボールによってボールネジとボールナットの間の摩擦を軽減して、効率よく回転力軸力に変換できるので優れているが、負荷が作用する環境で使用するとボールの表面が剥離する等して劣化が進行する。クロスヘッドを駆動するボールネジ機構は型締時に大きな負荷が作用するので、劣化が早く数年で交換が必要になる場合もある。ボールネジ機構の交換は、射出成形機の運転を所定時間停止して実施しなければならない。予期しないタイミングでボールネジ機構の故障が発生すると長期間の生産停止を余儀なくされ、生産計画に支障を来してしまう。ボールネジ機構の寿命を適切に予測できれば、ボールネジ機構の交換を計画することができ生産計画に影響を及ぼさないで済む。ボールネジ機構を製造しているメーカは、ボールネジ機構の寿命を予測する次の式を提供している。

基本動定格荷重Caは、複数のボールネジ機構を同じ条件下で回転させたときに90%のボールネジ機構が劣化による金属の剥離等を引き起こすこと無く100万回転できるような、ボールネジ機構に印可する軸方向の荷重のことである。そして荷重係数fwは、回転時に受ける衝撃の有無によって加味する係数であり衝撃がなければ1.0が採用される。型締用のボールネジ機構においては衝撃は少ないので1.2と考えれば良い。定格疲れ寿命Lは、所定の軸方向の荷重である軸方向荷重Faが作用した状態でボールネジ機構を駆動した場合におけるボールネジ機構の寿命を、回転の回数で示すものであり、1−1式によって与えられる。この定格疲れ寿命Lと回転数nとから、ボールネジ機構の寿命を時間で表した寿命時間Ltが1−2式によって与えられる。ところで1−1式においては、軸方向荷重Faは一定値になっているが、一般的に荷重は変化することが普通であり、型締用のボールネジ機構においても荷重は変化する。ボールネジ機構のメーカは、軸方向の荷重が変化する場合におけるボールネジ機構の寿命を計算するための式も次のように提供している。

2−1式は、軸方向の荷重が変化するボールネジ機構の寿命を計算するにあたり、平均の軸方向荷重である平均軸方向荷重Fmを計算する式である。n回に渡ってボールネジ機構を駆動するとき、1回目、2回目、…n回目のそれぞれにおいてボールネジ機構に作用する軸方向荷重F1、F2、…Fn、そのときの回転数n1、n2、…nn、そのときの駆動時間t1、t2、…tnとし、これらから平均軸方向荷重Fmが計算される。実は、1−1式から2−1式は次のように必然的に導くことができる。1−1式の逆数を考えると左辺は1/Lになり、これは1回転あたりにボールネジ機構が受けることになるダメージということができ、L回転分ダメージが蓄積したらボールネジ機構が寿命に達したと判断することができる。一方1−1式の右辺の逆数は、軸方向荷重Faの3乗に比例する。つまり、1回転あたりにボールネジ機構が受けるダメージは軸方向荷重Faの3乗に比例することが分かる。そうすると軸方向荷重F1、F2、…Fnが変化するとき、ボールネジ機構が受けることになるダメージの累積値は、F13・n1・t1+F23・n2・t2+…Fn3・nn・tnに比例する。つまり、軸方向荷重F1、F2、…Fnを3乗すると共にそのときの回転の回数を乗じ、これらを加算したものに比例する。次いでこの式を、回転の全回数であるn1・t1+n2・t2+…nn・tnで除したものが1回転あたりに受けるボールネジ機構の平均のダメージに関係することになり、これを1/3乗したものが2−1式になる。これによって平均軸方向荷重Fmが得られる。このように2−1式に基づいて計算した平均軸方向荷重Fmを1−1式における軸方向荷重Faに代入すると、2−3式のように定格疲れ寿命Lが得られることになる。ボールネジ機構の平均の回転数である平均回転数nmの計算式は、2−2式のように得られる。得られた定格疲れ寿命Lと、この平均回転数nmとから2−4式のように寿命時間Ltが得られる。従って、型締用のボールネジ機構においても、それぞれのタイミングにおける軸方向荷重を検出すると共にそのときの回転数と駆動時間とを得ることができれば、平均軸方向荷重Fmを計算することができ、寿命を計算することができる。

概要

予測が比較的正確でありながら、予測に要する計算量が少なくて済み、それによって射出成形機のコントローラにおいて簡単に予測ができるボールネジ機構の寿命予測方法を提供する。トグル式型締装置(2)のトグル機構(14)を駆動する型締用ボールネジ機構(24)において、型締用ボールネジ機構(24)の稼働が可能な時間である稼働可能時間(Lt)を予測する。ボールネジ機構の寿命を表す理論式に基づいて理論式を簡略化し、稼働可能時間(Lt)は、型締力(KS)を1変数とする1変数関数で与えるようにする。そして、この1変数関数に基づいて型締用ボールネジ機構(24)の寿命を予測するようにする。なお、好ましい実施の形態は、1変数関数を次の指数関数から構成する。 Lt=α・KSβ ただし、α、βは定数である。

目的

本発明は、トグル式型締装置の型締用のボールネジ機構の寿命を予測するとき、予測が比較的正確でありながら、予測に要する計算量が少なくて済み、それによって射出成形機のコントローラにおいて簡単に予測ができるボールネジ機構の寿命予測方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

トグル式型締装置トグル機構を駆動する型締ボールネジ機構において、前記型締用ボールネジ機構を劣化無く稼働することが可能な時間である稼働可能時間を、変数型締力の1個からなる1変数関数によって与え、該1変数関数に基づいて寿命予測することを特徴とするトグル式型締装置の型締用ボールネジ機構の寿命予測方法

請求項2

請求項1に記載の方法において、前記1変数関数は指数関数からなることを特徴とするトグル式型締装置の型締用ボールネジ機構の寿命予測方法。

請求項3

請求項1に記載の方法において、前記1変数関数は多項式からなることを特徴とするトグル式型締装置の型締用ボールネジ機構の寿命予測方法。

請求項4

請求項3に記載の方法において、前記多項式は2次式からなることを特徴とするトグル式型締装置の型締用ボールネジ機構の寿命予測方法。

請求項5

請求項1〜4に記載の寿命予測方法によって型締用ボールネジ機構の寿命が予測されるようになっているトグル式型締装置。

技術分野

0001

本発明は、トグル式型締装置を備えた射出成形機の、該型締装置を駆動する型締ボールネジ機構寿命予測する寿命予測方法、およびそのような寿命予測方法が実施されるトグル式型締装置に関するものである。

背景技術

0002

射出成形機は、従来周知のように樹脂射出する射出装置金型を型締めする型締装置とから構成されている。型締装置は、色々な種類があるがトグル機構からなる型締機構を備えたトグル式型締装置が周知である。トグル式型締装置は、固定金型取付けられるようになっている固定盤と、型締ハウジングと、固定盤と型締ハウジングの間にスライド自在に設けられ可動金型が取付けられるようになっている可動盤と、固定盤と型締ハウジングとを連結する複数本タイバーと、トグル機構とからなる。トグル機構は型締ハウジングと可動盤とを連結しており、トグル機構を駆動すると可動盤が駆動されて型開閉されるようになっている。トグル機構は色々なタイプのものがあるが、比較的多用されているタイプは、一対の短リンクと、一対の長リンクと、一対のクロスリンクと、クロスヘッドとから構成されている。一対の短リンクはそれぞれ一方の端部が型締ハウジングに枢着され、一対の長リンクはそれぞれ一方の端部が可動盤に枢着され、短リンクと長リンクのそれぞれの他方の端部は互いに回動可能に連結されている。そしてクロスヘッドと一対の短リンクが一対のクロスリンクによって連結されている。クロスヘッドを所定の駆動機構によって軸方向に駆動すると、一対の短リンクと長リンクとが屈伸し、トグル機構が駆動されて型開閉されるようになっている。

0003

各装置がモータによって駆動される電動射出成形機においては、クロスヘッドはモータとボールネジ機構とによって駆動されるようになっている。ボールネジ機構は、ボールネジとこのボールネジに螺合するボールナットと、ボールネジとボールナットの間を転動する複数個ボールとから構成されている。ボールネジ機構は複数個のボールによってボールネジとボールナットの間の摩擦を軽減して、効率よく回転力軸力に変換できるので優れているが、負荷が作用する環境で使用するとボールの表面が剥離する等して劣化が進行する。クロスヘッドを駆動するボールネジ機構は型締時に大きな負荷が作用するので、劣化が早く数年で交換が必要になる場合もある。ボールネジ機構の交換は、射出成形機の運転を所定時間停止して実施しなければならない。予期しないタイミングでボールネジ機構の故障が発生すると長期間の生産停止を余儀なくされ、生産計画に支障を来してしまう。ボールネジ機構の寿命を適切に予測できれば、ボールネジ機構の交換を計画することができ生産計画に影響を及ぼさないで済む。ボールネジ機構を製造しているメーカは、ボールネジ機構の寿命を予測する次の式を提供している。

0004

0005

基本動定格荷重Caは、複数のボールネジ機構を同じ条件下で回転させたときに90%のボールネジ機構が劣化による金属の剥離等を引き起こすこと無く100万回転できるような、ボールネジ機構に印可する軸方向の荷重のことである。そして荷重係数fwは、回転時に受ける衝撃の有無によって加味する係数であり衝撃がなければ1.0が採用される。型締用のボールネジ機構においては衝撃は少ないので1.2と考えれば良い。定格疲れ寿命Lは、所定の軸方向の荷重である軸方向荷重Faが作用した状態でボールネジ機構を駆動した場合におけるボールネジ機構の寿命を、回転の回数で示すものであり、1−1式によって与えられる。この定格疲れ寿命Lと回転数nとから、ボールネジ機構の寿命を時間で表した寿命時間Ltが1−2式によって与えられる。ところで1−1式においては、軸方向荷重Faは一定値になっているが、一般的に荷重は変化することが普通であり、型締用のボールネジ機構においても荷重は変化する。ボールネジ機構のメーカは、軸方向の荷重が変化する場合におけるボールネジ機構の寿命を計算するための式も次のように提供している。

0006

0007

2−1式は、軸方向の荷重が変化するボールネジ機構の寿命を計算するにあたり、平均の軸方向荷重である平均軸方向荷重Fmを計算する式である。n回に渡ってボールネジ機構を駆動するとき、1回目、2回目、…n回目のそれぞれにおいてボールネジ機構に作用する軸方向荷重F1、F2、…Fn、そのときの回転数n1、n2、…nn、そのときの駆動時間t1、t2、…tnとし、これらから平均軸方向荷重Fmが計算される。実は、1−1式から2−1式は次のように必然的に導くことができる。1−1式の逆数を考えると左辺は1/Lになり、これは1回転あたりにボールネジ機構が受けることになるダメージということができ、L回転分ダメージが蓄積したらボールネジ機構が寿命に達したと判断することができる。一方1−1式の右辺の逆数は、軸方向荷重Faの3乗に比例する。つまり、1回転あたりにボールネジ機構が受けるダメージは軸方向荷重Faの3乗に比例することが分かる。そうすると軸方向荷重F1、F2、…Fnが変化するとき、ボールネジ機構が受けることになるダメージの累積値は、F13・n1・t1+F23・n2・t2+…Fn3・nn・tnに比例する。つまり、軸方向荷重F1、F2、…Fnを3乗すると共にそのときの回転の回数を乗じ、これらを加算したものに比例する。次いでこの式を、回転の全回数であるn1・t1+n2・t2+…nn・tnで除したものが1回転あたりに受けるボールネジ機構の平均のダメージに関係することになり、これを1/3乗したものが2−1式になる。これによって平均軸方向荷重Fmが得られる。このように2−1式に基づいて計算した平均軸方向荷重Fmを1−1式における軸方向荷重Faに代入すると、2−3式のように定格疲れ寿命Lが得られることになる。ボールネジ機構の平均の回転数である平均回転数nmの計算式は、2−2式のように得られる。得られた定格疲れ寿命Lと、この平均回転数nmとから2−4式のように寿命時間Ltが得られる。従って、型締用のボールネジ機構においても、それぞれのタイミングにおける軸方向荷重を検出すると共にそのときの回転数と駆動時間とを得ることができれば、平均軸方向荷重Fmを計算することができ、寿命を計算することができる。

0008

特開2000−238106号公報

先行技術

0009

ボールネジ機構の寿命を推定する他の方法が、特許文献1において提案されている。特許文献1に記載の方法では、ボールネジ機構を駆動するときにおけるボールネジの移動速度と、モータに供給する電流とを検出し、これらと所定のトルク係数を乗じてボールネジ機構に作用するそのタイミングにおけるエネルギーを計算する。このボールネジ機構に作用するエネルギーを累積すると、ボールネジ機構に作用した総エネルギーが得られる。総エネルギーが、予め設定されている寿命エネルギーを越えたら寿命に達したものと判断する。

発明が解決しようとする課題

0010

トグル式型締装置において、型締用のボールネジ機構の寿命を予測することは前記したように重要である。そしてボールネジ機構の寿命は、2−1式〜2−4式を使用すれば予測することはできる。また特許文献1に記載の方法によっても寿命を予測することはできる。しかしながらこれらの方法には問題も見受けられる。まず、2−1式〜2−4式に基づいて予測する場合であるが、計算が難しいという問題がある。型締用のボールネジ機構に作用する軸方向荷重は複雑に変化しており、それぞれのタイミングにおける軸方向荷重とボールネジの回転数と駆動時間を全て精度よく検出するのは実質的に不可能である。仮にこれらが精度良く検出できたとしても2−1式等によって逐次演算をすると計算量が莫大になってしまい、射出成形機のコントローラにおいて計算することはできない。つまり実質的に2−1式〜2−4式に基づいて寿命を計算することはできない。特許文献1に記載の方法においては、ボールネジ機構を駆動するときにおけるボールネジの移動速度と、モータに供給する電流とだけを検出し、これらから演算して累積した総エネルギーから寿命を予測するので、射出成形機のコントローラにおいても十分に計算することができる。しかしながら寿命が正確に予測できるかどうか必ずしも定かではない。ボールネジ機構を製造しているメーカが提供している1−1式によると、前記したように軸方向荷重Faの定格疲寿命Lに対する寄与は、3乗の逆数で与えられる。つまり軸方向荷重Faは小さいときには寿命にほとんど影響を与えないが、大きくなると急激に寿命に影響を与えることになる。しかしながら特許文献1に記載の方法においては、検出している電流はモータのトルクに比例しているはずであるので、電流は概ね軸方向荷重Faに比例している物理量であると考えられるが、エネルギーの計算において電流を3乗してはいない。つまり特許文献1に記載の方法においては寿命に対する軸方向荷重Faの寄与の度合いを小さく見積もっていることになり、1−1式とは相違している。そうすると型締用のボールネジ機構の寿命を必ずしも正確に予想できる保証はない。

0011

したがって本発明は、トグル式型締装置の型締用のボールネジ機構の寿命を予測するとき、予測が比較的正確でありながら、予測に要する計算量が少なくて済み、それによって射出成形機のコントローラにおいて簡単に予測ができるボールネジ機構の寿命予測方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0012

本発明の請求項1は、上記目的を達成するために、トグル式型締装置のトグル機構を駆動する型締用ボールネジ機構において、前記型締用ボールネジ機構を劣化無く稼働することが可能な時間である稼働可能時間を、変数型締力の1個からなる1変数関数によって与え、該1変数関数に基づいて寿命を予測することを特徴とするトグル式型締装置の型締用ボールネジ機構の寿命予測方法として構成される。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の方法において、前記1変数関数は指数関数からなることを特徴とするトグル式型締装置の型締用ボールネジ機構の寿命予測方法として構成される。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の方法において、前記1変数関数は多項式からなることを特徴とするトグル式型締装置の型締用ボールネジ機構の寿命予測方法として構成される。
請求項4に記載の発明は請求項3に記載の方法において、前記多項式は2次式からなることを特徴とするトグル式型締装置の型締用ボールネジ機構の寿命予測方法として構成される。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4に記載の寿命予測方法によって型締用ボールネジ機構の寿命が予測されるようになっているトグル式型締装置として構成される。

発明の効果

0013

以上のように、本発明によると、トグル式型締装置のトグル機構を駆動する型締用ボールネジ機構において、前記型締用ボールネジ機構を劣化無く稼働することが可能な時間である稼働可能時間を、変数が型締力の1個からなる1変数関数によって与え、該1変数関数に基づいて寿命を予測するように構成されている。すなわち変数は1個だけの関数によって稼働可能時間を与えるので、寿命の予測に必要な計算量は少なくて済む。従って射出成形機のコントローラによって簡単に予測ができる。そして後で説明するように、稼働可能時間を型締力を1変数とする1変数関数で与えたのは、トグル式型締装置の特性を分析して所定の条件を設定したことによって実現できたからであり、2−1式〜2−4式の理論式に基づいてボールネジ機構の寿命を予測しているのと実質的に同じことになる。つまり型締用ボールネジ機構の寿命の予測は十分に正確であると言える。さらに他の発明によると、1変数関数は指数関数からなる。また他の発明によると1変数関数は多項式からなる。さらに他の発明によると多項式は2次式からなる。このように比較的シンプルな1変数関数によって与えられるので、寿命の予測に必要な計算量はわずかで済むという効果が得られる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の実施の形態に係るトグル式型締装置を備えた射出成形機を示す正面図である。
本発明の実施の形態に係るトグル式型締装置の型締用ボールネジ機構に作用する軸方向荷重を示すグラフで、その(A)は型締力を発生させるときに型締用ボールネジ機構に作用する軸方向荷重を示すグラフで、その(B)は成形サイクルの各工程において型締用ボールネジ機構に作用する軸方向荷重の変化を示すグラフである。
本発明の実施の形態に係るトグル式型締装置の型締用ボールネジ機構の寿命の予測を示すグラフである。

実施例

0015

本実施の形態に係る型締用ボールネジ機構の寿命の予測方法は、トグル式型締装置を備えた一般的な電動式の射出成形機に対して適用できる。最初に、本実施の形態に係る射出成形機1を説明する。射出成形機1は、ベッド4上に設けられているトグル式型締装置2と、同様にベッド4上をスライド自在に設けられている射出装置3とから構成されている。射出装置3は、従来周知のように加熱シリンダ6、この加熱シリンダ6内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられている図示されないスクリュ、加熱シリンダ6の先端に設けられている射出ノズル7等から構成されている。

0016

トグル式型締装置2も従来周知であり、固定側金型K1が取付けられている固定盤9と、可動側金型K2が取付けられている可動盤10と、型締ハウジング12と、固定盤9と型締ハウジング12とを連結している4本のタイバー13、13、…と、型締ハウジング12と可動盤10の間に設けられているトグル機構14とから構成されている。トグル機構14も周知であり、型締ハウジング12にその一方の端部が枢着されている一対の短リンク16、16と、この短リンク16、16に一方の端部が枢着されると共に可動盤10にその他方の端部が枢着されている一対の長リンク17、17と、トグル機構14を駆動するクロスヘッド18と、クロスヘッド18と短リンク16、16とを連結するクロスリンク20、20とから構成されている。

0017

本実施の形態においてクロスヘッド18を駆動する駆動機構は、型締用モータ22と、型締用ボールネジ機構24と、型締用ボールネジ機構24に型締用モータ22の回転力を伝達する一対のプーリ25、26とベルト27とから構成されている。型締用ボールネジ機構24は、ボールネジ29と、このボールネジ29に螺合するボールナット30と、ボールナット30内で転動する図示されない複数個のボールから構成されており、本実施の形態においてはクロスヘッド18にボールナット30が設けられている。

0018

このように構成されているので、型締用モータ22を駆動して型締用ボールネジ機構24を介してクロスヘッド18を駆動すると、トグル機構14が屈伸して可動盤10がスライドし、トグル式型締装置2が型開閉されることになる。

0019

本実施の形態に係る型締用ボールネジ機構24について、前述した2−1式〜2−4式の理論式を利用して寿命を予測するにあたり、本発明者はトグル式型締装置2の特性を検討することにより、そして所定の条件を設定することにより、理論式を単純化することに成功した。まず本発明者が検討したトグル式型締装置2の特性を説明し、次いで単純化された理論式を導いた手法について説明する。

0020

トグル式型締装置2は、クロスヘッド18を所定の軸方向の力で駆動すると、金型K1、K2を型締めする型締力KSが所定の倍率で得られる。この倍率はトグル機構14の構造から理論的に得られるが、一定値ではなくトグル機構14の屈伸の状態に応じて変化する。得ようとする型締力KSに応じて駆動すべき軸方向の力が変わってくるが、これらの関係が図2の(A)に示されている。なお、クロスヘッド18を駆動する軸方向の力は、型締用ボールネジ機構に作用する軸方向荷重Fと等しいので、色々な型締力KSを得るときにおいて型締用ボールネジ機構に作用する軸方向荷重Fも、この図2の(A)のグラフと同じになる。なお、軸方向荷重は型締工程において変化するが、型締工程における最大の軸方向荷重Fmaxがグラフに示されている。トグル式型締装置2は、その機種によって発生可能な型締力KSの範囲が決められており、所定の機種においては図2の(A)のグラフに示されているように、型締力KSはKS1kN〜KS2kNの範囲で発生させることができ、そのときに型締用ボールネジ機構に作用する最大の軸方向荷重FmaxはFmax1kN〜Fmax2kNになっている。

0021

本発明者は、成形サイクルを構成するそれぞれの工程において、型締用ボールネジ機構に作用する軸方向荷重Fxの一般的な変化の様子について調べた。軸方向荷重Fxは、型締用モータ22を駆動するトルクから、つまり型締用モータ22に供給する電流から計算するようにした。各工程における軸方向荷重Fxの変化の様子は、図2の(B)の符号35のグラフのように得られた。グラフにおいて型閉(A)は、型開き状態から金型K1、K2が当接するまでの型閉工程を、型締(B)は、金型K1、K2が当接した状態から型締力を発生せるまでの型締工程を、保持(Z)は型締めされた金型K1、K2に射出する射出工程と保圧をする保圧工程を、型緩(C)は型締めされた金型K1、K2を型締力が発生しない当接状態移行する型緩工程を、そして型開(D)は型開き状態に開く型開工程を、それぞれ示している。全ての工程の中で、最大の軸方向荷重Fmaxは型締工程において発生していることが分かる。軸方向荷重Fxの変化をそれぞれの工程において平均化した平均軸方向荷重を考えると、図2の(B)において符号36で示されている階段状のグラフのようになる。このような各工程において平均化して得られる平均軸方向荷重の具体的な求め方は後で説明するが、このように各工程毎の平均軸方向荷重が与えられると、型締用ボールネジ機構24の寿命を計算する上で必要となる平均軸方向荷重Fmを計算することができる。ところで型締用ボールネジ機構24が停止した状態で保持されている保圧工程は寿命に影響を与えないはずであるので、型閉工程、型締工程、型緩工程、型開工程についてだけ計算すれば、成形サイクルにおける平均の軸方向荷重である平均軸方向荷重Fmが得られる。前述の2−2式に基づいて平均軸方向荷重Fmを計算すると、3−1式のようになる。

0022

0023

ここで、FA、FB、FC、FDはそれぞれ型閉工程、型締工程、型緩工程、型開工程における平均の軸方向荷重を、nA、nB、nC、nDはそれぞれ型閉工程、型締工程、型緩工程、型開工程における型締用ボールネジ機構24の回転数を、tA、tB、tC、tDはそれぞれ型閉工程、型締工程、型緩工程、型開工程における型締用ボールネジ機構24の駆動時間を示している。同様に、2−2式に基づいて、成形サイクルにおける型締用ボールネジ機構24の平均の回転数、つまり平均回転数nmが得られる。

0024

さて、各工程における平均の軸方向荷重FA、FB、FC、FDを求める方法を説明する。これらは、それぞれの工程において測定された軸方向荷重Fx、つまり図2の(B)において符号35で示される軸方向荷重Fxを、それぞれの工程において平均化したものであり次のようにして得る。まずそれぞれの工程を、複数個の時間幅に等分割する。例えば型閉工程であれば型閉工程を10個の時間帯に等分割する。次いで分割された時間帯のそれぞれにおける軸方向荷重Fxを符号35のグラフから読み取って、2−1式を使用して各工程における平均の軸方向荷重FA、FB、FC、FDを求める。このとき、各時間帯は等間隔なので駆動時間t1、t2、…tnは全て同じ値になる。そして、各工程における型締用ボールネジ機構24の回転数は一定であると仮定すれば回転数n1、n2、…nnはいずれの同じ値として計算できる。このようにすれば各工程における平均の軸方向荷重FA、FB、FC、FDを求めることができる。本発明者が所定の機種のトグル式型締装置において成形サイクルを実施して軸方向荷重の変化を測定し、それを元に各工程における平均の軸方向荷重FA、FB、FC、FDを計算したところ、図2の(B)の符号36のグラフに示されているように、型閉工程、型締工程、型緩工程、型開工程のそれぞれにおける平均の軸方向荷重FA、FB、FC、FDは、最大の軸方向荷重Fmaxに対してそれぞれ0.3倍、0.75倍、0.45倍、0.3倍になった。この結果を3−1式に代入すると、4−1式が得られる。

0025

0026

ところでトグル式型締装置2では、金型K1、K2の種類が変われば型開工程や型開工程における型開閉ストロークが異なる可能性はある。しかしながら一般的な成形サイクルにおいては、型開工程や型開工程における型開閉ストロークは、その機種において可能となる最大の型開閉ストロークの略1/2としている。つまり金型K1、K2の種類によらずに型開工程や型開工程における型開閉ストロークは一定となるように運転している。そこで、本発明に係る寿命の予測をする場合においては、型開工程や型開工程における型開閉ストロークは最大の型開閉ストロークの1/2にすることを条件とする。型開閉ストロークが決定されれば、型閉工程と型開工程における型締用ボールネジ機構24の回転数nA、nDは一定で運転するので、それぞれの工程における型締用ボールネジ機構24の駆動時間tA、tDは必然的に計算できる。型締工程や型緩工程における型締用ボールネジ機構24の回転数nB、nCと、その駆動時間tB、tCも機種により実質的に一定値で与えることができる。これらnA〜nD、tA〜tDの数値を4−1式に代入する。そうすると、成形サイクルにおける平均軸方向荷重Fmは、最大の軸方向荷重Fmaxを唯一の変数とする関数として得られることになる。

0027

このように得られた関数に対し、最大の軸方向荷重Fmaxについて色々な値を代入して計算し、それぞれにおける平均軸方向荷重Fmを具体的な数値として得る。なお代入する最大の軸方向荷重Fmaxが取り得る値については、トグル式型締装置2の機種に応じて決定される。つまり本実施の形態に係るトグル式型締装置2においては、図2の(A)のグラフに示されている範囲、つまりFmax1kN〜Fmax2kNが取り得る値になる。これらの範囲から適当な個数、例えば7点を選択してそれぞれの最大の軸方向荷重Fmaxを上で得られた関数に代入して平均軸方向荷重Fmを計算する。このようにして計算された平均軸方向荷重Fmから4−2式、4−3式に基づいてそれぞれにおける寿命時間Ltを計算する。なお、荷重係数fwは1.2として計算する。そうすると、最大の軸方向荷重Fmaxと寿命時間Ltとからなる組合わせが複数組、例えば7組得られる。それぞれの組における最大の軸方向荷重Fmaxに対応する型締力KSを図2の(A)のグラフから読み取り、寿命時間Ltと組合わせる。そうすると型締力KSと寿命時間Ltとからなる組合わせが複数組、例えば7組得られる。これらの組を、横軸を型締力KS、縦軸を寿命時間Ltとするグラフにプロットする。例えば、型締力KSと寿命時間Ltとからなる組合わせが7組であれば、図3に示されているように7個の点がグラフにプロットされる。ここで、次式のように寿命時間Ltを型締力KSを1変数とする1変数関数f()によって表すことにする。
Lt=f(KS) 5−1式
1変数関数f()は色々な関数を利用することができ、プロットされた複数個の点を全て近似的に満たすことができればどのような関数であってもよい。このような1変数関数f()の好ましい例として、次の指数関数をあげることができる。
Lt=α・KSβ 5−2式
ただし、α、βは定数
グラフにプロットされた複数個の点を近似するように最小二乗法等によって定数α、βを決定すればよい。
1変数関数f()の他の好ましい例として、次の多項式をあげることもできる。
Lt=an・KSn+an−1・KSn−1+…a1・KS1+a0・KS0 5−3式
ただし、an、an−1、…は定数
この多項式においてもグラフにプロットされた複数個の点を近似するように最小二乗法等によって定数an、an−1、…を決定すればよい。

0028

以上のように、本発明者はトグル式型締装置2の特性を検討することにより、そして所定の条件を設定することにより、2−1式〜2−4式の理論式を単純化して、5−2式、または5−3式を得ることができた。5−2式は、寿命時間Ltつまり型締用ボールネジ機構24の稼働可能時間を、型締力KSを1変数とする指数関数で表したものであり、5−3式は多項式で表したものである。5−2式、または5−3式を射出成形機1のコントローラに格納する。コントローラはこの1変数関数に基づいて、型締力KSから型締用ボールネジ機構24の稼働可能時間を計算することができる。つまり型締用ボールネジ機構24の寿命を予測することができる。

0029

なお、5−3式で示される多項式は、次の5−4式のような2次式であっても十分に実用に耐える。
Lt=a2・KS2+a1・KS+a0 5−4式
図3に示されている曲線は、このような5−4式の2次式で近似したものである。

0030

前記したようにトグル式型締装置2は、機種によって発生可能な型締力KSの範囲が異なる。つまり図2の(A)のグラフが機種によって異なる。また、4−1式中のnA〜nD、tA〜tDも機種によって異なる。しかしながらいずれの機種においても上で説明した方法で計算すれば、型締用ボールネジ機構の稼働可能時間を、型締力KSを1変数とする1変数関数f()で表現することができる。

0031

本発明によって、型締力KSを1変数とする1変数関数f()によって寿命時間Ltを予測でき、それによって型締用ボールネジ機構24の寿命を予測できることを説明した。しかしながら予測できる寿命は、成形サイクルの実施可能な回数であってもよい。1回の成形サイクルに要する時間は概ね一定であるので、寿命時間Ltを予測できるということは、成形サイクルの実施可能回数を予測できることと同じであるからである。

0032

本発明においては、寿命時間Ltは型締力KSを1変数とする1変数関数f()によって予測するように説明した。つまり変数は1個であるように説明した。しかしながら、気温等の他の要因による補正項を加える等して、より予測精度の高い関数を与えて寿命時間Ltを予測してもよい。このような補正項を含む関数は変数は型締力KSの1個だけでなく、気温も変数として含むはずである。しかしながら、補正項による補正の大きさはかなり小さくなることが予想され、寿命時間Ltは、実質的に型締力KSを1変数とする1変数関数f()によって予測しているのと大きな違いはないはずである。

0033

1射出成形機2トグル式型締装置
9固定盤10可動盤
12型締ハウジング13タイバー
14トグル機構18クロスヘッド
22型締用モータ24型締用ボールネジ機構

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