JP6552921B2 - 射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出装置に関する。

射出成形機は、金型装置の型閉、型締、型開を行う型締装置、および金型装置内に成形材料を充填する射出装置などを有する。射出装置は、シリンダと、ノズルと、スクリュと、計量モータと、射出モータと、圧力検出器とを有する。

シリンダは、内部に供給された成形材料を加熱する。ノズルは、シリンダの前端部に設けられ、金型装置に対し押し付けられる。スクリュは、シリンダ内において回転自在に且つ進退自在に配設される。

計量モータは、スクリュを回転させることにより、スクリュの螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。成形材料は前方に送られながら徐々に溶融される。液状の成形材料がシリンダの前部に蓄積されるにつれ、スクリュが後退させられる。

射出モータは、スクリュを進退させる。射出モータは、スクリュを前進させることにより、スクリュの前方に蓄積された液状の成形材料をノズルから射出し金型装置内に充填させる。

圧力検出器は、射出モータとスクリュとの間に配設され、スクリュが成形材料から受ける圧力、スクリュに対する背圧などを検出する。スクリュが成形材料から受ける圧力は、スクリュから成形材料に作用する圧力に対応する。

ところで、射出モータがスクリュだけではなく計量モータも一緒に前進させる場合、計量モータが重いので、射出モータの駆動対象のイナーシャが大きい。そこで、計量モータを射出フレームに固定した射出装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

射出フレームは、前方射出サポートと、後方射出サポートと、これらを連結するロッドとで構成される。前方射出サポートには計量モータの固定子が固定され、後方射出サポートには圧力検出器を介して射出モータの固定子が固定される。

国際公開第２００５／０３７５１９

従来、後方射出サポートと射出モータとの間に圧力検出器が配設されており、圧力検出器がスクリュよりも前方に蓄積された液状の成形材料から遠かった。そのため、成形材料に作用する圧力の検出精度が低かった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、射出モータの駆動対象のイナーシャが小さく、且つ、成形材料に作用する圧力が精度良く検知できる、射出装置の提供を主な目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
成形材料を加熱するシリンダと、
前記シリンダの内部において回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュと、
前記スクリュを回転させる計量モータと、
前記スクリュを進退させる射出モータと、
前記計量モータの固定子および前記射出モータの固定子が固定される射出フレームと、
前記計量モータの回転子に対し進退自在に連結され前記計量モータの回転子と共に回転する回転移動軸と、
前記射出フレームに対し進退自在とされ、前記射出モータによる推進力を前記回転移動軸を介して前記スクリュに伝達する駆動軸と、
前記回転移動軸と前記駆動軸との間に配設される圧力検出器とを有する、射出装置が提供される。

本発明の一態様によれば、射出モータの駆動対象のイナーシャが小さく、且つ、成形材料に作用する圧力が精度良く検知できる、射出装置が提供される。

一実施形態による射出成形機を示す図である。 一実施形態による射出装置の詳細を示す図である。

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。

図１は、一実施形態による射出成形機を示す図である。射出成形機は、フレームＦｒと、型締装置１０と、射出装置４０と、コントローラ９０とを有する。

先ず、型締装置１０について説明する。型締装置１０の説明では、型閉時の可動プラテン１３の移動方向（図１中右方向）を前方とし、型開時の可動プラテン１３の移動方向（図１中左方向）を後方として説明する。

型締装置１０は、金型装置３０の型閉、型締、型開を行う。型締装置１０は、固定プラテン１２、可動プラテン１３、サポートプラテン１５、タイバー１６、トグル機構２０、型締モータ２１および運動変換機構２５を有する。

固定プラテン１２は、フレームＦｒに対し固定される。固定プラテン１２における可動プラテン１３との対向面に固定金型３２が取り付けられる。

可動プラテン１３は、フレームＦｒ上に敷設されるガイド（例えばガイドレール）１７に沿って移動自在とされ、固定プラテン１２に対し進退自在とされる。可動プラテン１３における固定プラテン１２との対向面に可動金型３３が取り付けられる。

固定プラテン１２に対し可動プラテン１３を進退させることにより、型閉、型締、型開が行われる。固定金型３２と可動金型３３とで金型装置３０が構成される。

サポートプラテン１５は、固定プラテン１２と間隔をおいて連結され、フレームＦｒ上に型開閉方向に移動自在に載置される。尚、サポートプラテン１５は、フレームＦｒ上に敷設されるガイドに沿って移動自在とされてもよい。サポートプラテン１５のガイドは、可動プラテン１３のガイド１７と共通のものでもよい。

尚、本実施形態では、固定プラテン１２がフレームＦｒに対し固定され、サポートプラテン１５がフレームＦｒに対し型開閉方向に移動自在とされるが、サポートプラテン１５がフレームＦｒに対し固定され、固定プラテン１２がフレームＦｒに対し型開閉方向に移動自在とされてもよい。

タイバー１６は、固定プラテン１２とサポートプラテン１５とを間隔をおいて連結する。タイバー１６は、複数本用いられてよい。各タイバー１６は、型開閉方向に平行とされ、型締力に応じて伸びる。少なくとも１本のタイバー１６には型締力検出器１８が設けられる。型締力検出器１８は、歪みゲージ式であってよく、タイバー１６の歪みを検出することによって型締力を検出する。

尚、型締力検出器１８は、歪みゲージ式に限定されず、圧電式、容量式、油圧式、電磁式などでもよく、その取り付け位置もタイバー１６に限定されない。

トグル機構２０は、可動プラテン１３とサポートプラテン１５との間に配設される。トグル機構２０は、クロスヘッド２０ａ、複数のリンク２０ｂ、２０ｃなどで構成される。一方のリンク２０ｂは可動プラテン１３に揺動自在に取り付けられ、他方のリンク２０ｃはサポートプラテン１５に揺動自在に取り付けられる。これらのリンク２０ｂ、２０ｃは、ピンなどで屈伸自在に連結される。クロスヘッド２０ａを進退させることにより、複数のリンク２０ｂ、２０ｃが屈伸され、サポートプラテン１５に対し可動プラテン１３が進退される。

型締モータ２１は、サポートプラテン１５に取り付けられ、クロスヘッド２０ａを進退させることにより、可動プラテン１３を進退させる。型締モータ２１とクロスヘッド２０ａとの間には、型締モータ２１の回転運動を直線運動に変換してクロスヘッド２０ａに伝達する運動変換機構２５が設けられる。運動変換機構２５は例えばボールねじ機構で構成される。クロスヘッド２０ａの速度は、型締モータ２１のエンコーダ２１ａなどにより検出される。

型締装置１０の動作は、コントローラ９０によって制御される。コントローラ９０は、型閉工程、型締工程、型開工程などを制御する。

型閉工程では、型締モータ２１を駆動して可動プラテン１３を前進させることにより、可動金型３３を固定金型３２に接触させる。

型締工程では、型締モータ２１をさらに駆動させることで型締力を生じさせる。型締時に可動金型３３と固定金型３２との間にキャビティ空間３４が形成され、キャビティ空間３４に液状の成形材料が充填される。キャビティ空間３４内の成形材料は、固化され、成形品となる。

型開工程では、型締モータ２１を駆動して可動プラテン１３を後退させることにより、可動金型３３を固定金型３２から離間させる。

尚、本実施形態の型締装置１０は、駆動源として、型締モータ２１を有するが、型締モータ２１の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型締装置１０は、型開閉用にリニアモータを有し、型締用に電磁石を有してもよい。

次に、射出装置４０について説明する。射出装置４０の説明では、型締装置１０の説明と異なり、充填時のスクリュ４３の移動方向（図１中左方向）を前方とし、計量時のスクリュ４３の移動方向（図１中右方向）を後方として説明する。

射出装置４０は、フレームＦｒに対し進退自在なスライドベースＳｂに設置され、金型装置３０に対し進退自在とされる。射出装置４０は、金型装置３０にタッチされ、金型装置３０内に成形材料を充填する。射出装置４０は、例えばシリンダ４１、ノズル４２、スクリュ４３、計量モータ４５、射出モータ４６、および圧力検出器４７を有する。

シリンダ４１は、供給口４１ａから内部に供給された成形材料を加熱する。供給口４１ａはシリンダ４１の後部に形成される。シリンダ４１の外周には、ヒータなどの加熱源が設けられる。

ノズル４２は、シリンダ４１の前端部に設けられ、金型装置３０に対し押し付けられる。

スクリュ４３は、シリンダ４１内において回転自在に且つ進退自在に配設される。

計量モータ４５は、スクリュ４３を回転させることにより、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。成形材料は、前方に送られながら、シリンダ４１からの熱によって徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。

射出モータ４６は、スクリュ４３を進退させる。射出モータ４６は、スクリュ４３を前進させることにより、スクリュ４３の前方に蓄積された液状の成形材料をシリンダ４１から射出し金型装置３０内に充填させる。その後、射出モータ４６は、スクリュ４３を前方に押し、金型装置３０内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。射出モータ４６とスクリュ４３との間には、射出モータ４６の回転運動をスクリュ４３の直線運動に変換する運動変換機構が設けられる。

圧力検出器４７は、例えば射出モータ４６とスクリュ４３との間に配設され、スクリュ４３が成形材料から受ける圧力、スクリュ４３に対する背圧などを検出する。スクリュ４３が成形材料から受ける圧力は、スクリュ４３から成形材料に作用する圧力に対応する。

射出装置４０の動作は、コントローラ９０によって制御される。コントローラ９０は、充填工程、保圧工程、計量工程などを制御する。

充填工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定速度で前進させ、スクリュ４３の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置３０内に充填させる。スクリュ４３の位置や速度は、例えば射出モータ４６のエンコーダにより検出される。スクリュ４３の位置が所定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切替（所謂、Ｖ／Ｐ切替）が行われる。

尚、充填工程においてスクリュ４３の位置が所定位置に達した後、その所定位置にスクリュ４３を一時停止させ、その後にＶ／Ｐ切替が行われてもよい。Ｖ／Ｐ切替の直前において、スクリュ４３の停止の代わりに、スクリュ４３の微速前進または微速後退が行われてもよい。

保圧工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定圧力で前方に押し、金型装置３０内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。成形材料の圧力は、例えば圧力検出器４７により検出される。保圧工程では金型装置３０内の成形材料が徐々に冷却され、保圧工程完了時にはキャビティ空間３４の入口が固化した成形材料で塞がれる。この状態はゲートシールと呼ばれ、キャビティ空間３４からの成形材料の逆流が防止される。保圧工程後、冷却工程が開始される。冷却工程では、キャビティ空間３４内の成形材料の固化が行われる。成形サイクルの短縮のため、冷却工程中に計量工程が行われてよい。

計量工程では、計量モータ４５を駆動してスクリュ４３を設定回転数で回転させ、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。スクリュ４３の回転数は、例えば計量モータ４５のエンコーダにより検出される。

計量工程では、スクリュ４３の急激な後退を制限すべく、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３に対して設定背圧を加えてよい。スクリュ４３に対する背圧は、例えば圧力検出器４７により検出される。スクリュ４３が所定位置まで後退し、スクリュ４３の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が終了する。

コントローラ９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリなどの記憶媒体とを有する。コントローラ９０は、記憶媒体に記憶されたプログラムをＣＰＵに実行させることにより、型締装置１０、射出装置４０などを制御する。

図２は、一実施形態による射出装置の詳細を示す図である。射出装置４０は、シリンダ４１、ノズル４２、スクリュ４３、計量モータ４５、射出モータ４６、および圧力検出器４７の他に、射出フレーム５１、回転移動軸５２、駆動軸５３、ボールねじナット５４、カップリング５５、第１軸受５６、第２軸受５７、回転制限機構５８などを有する。

射出フレーム５１は、前方サポート部５１ａ、後方サポート部５１ｂ、および連結部５１ｃで構成される。連結部５１ｃが前方サポート部５１ａと後方サポート部５１ｂとを間隔をおいて連結しており、前方サポート部５１ａには計量モータ４５の固定子４５ａが固定され、後方サポート部５１ｂには射出モータ４６の固定子４６ａが固定される。計量モータ４５が固定されているので、射出モータ４６の駆動対象のイナーシャが小さく、スクリュ４３の前進開始時の加速が速い。

尚、本実施形態の計量モータ４５は前方サポート部５１ａに固定されるが、その固定位置は特に限定されず、例えば計量モータ４５は後方サポート部５１ｂに固定されてもよい。同様に、本実施形態の射出モータ４６は後方サポート部５１ｂに固定されるが、その固定位置は特に限定されず、例えば射出モータ４６は前方サポート部５１ａに固定されてもよい。

回転移動軸５２は、計量モータ４５の回転子４５ｂに対し進退自在に連結され、計量モータ４５の回転子４５ｂと共に回転する。回転移動軸５２は、計量モータ４５の回転子４５ｂに対し回転拘束されており、計量モータ４５によって回転させられる。回転移動軸５２は、カップリング５５を介してスクリュ４３と連結されており、計量モータ４５の回転運動をスクリュ４３に伝達する。

回転移動軸５２は、計量モータ４５の回転子４５ｂの内側に挿入されている。回転子４５ｂは、筒状に形成される。回転子４５ｂの内周にスプラインナットが形成され、回転移動軸５２の外周にスプライン軸が形成され、回転子４５ｂと回転移動軸５２とがスプライン結合される。

尚、本実施形態の回転移動軸５２は、回転子４５ｂの内側に挿入されているが、回転子４５ｂの外に配設されてもよい。つまり、回転移動軸５２の中心線と、回転子４５ｂの中心線とがずれていてもよい。この場合、回転子４５ｂとは別に、回転移動軸５２に対しスプライン結合されるスプラインナットが設けられる。このスプラインナットは射出フレーム５１に対し回転自在に且つ進退不能に取付けられ、このスプラインナットと回転子４５ｂとの間には回転子４５ｂの回転を伝達する伝達部材が配設されてもよい。伝達部材としては、ベルトやプーリーなどが用いられる。また、伝達部材としてはギヤが用いられてもよく、この場合、ギヤはスプラインナットの外周に形成されてもよい。

駆動軸５３は、射出フレーム５１に対し進退自在とされ、射出モータ４６による推進力を回転移動軸５２に伝達する。伝達された推進力は、回転移動軸５２からスクリュ４３にさらに伝達される。

駆動軸５３は、後方から前方に向かって、例えばスプライン軸５３ａと、ボールねじ軸５３ｂと、ストレート軸５３ｃとをこの順で有する。スプライン軸５３ａと、ボールねじ軸５３ｂと、ストレート軸５３ｃとは、同一直線上に配設され、一体化されている。

スプライン軸５３ａは、射出モータ４６の回転子４６ｂの内側に配設される。回転子４６ｂは、筒状に形成される。回転子４６ｂの内周にスプラインナットが形成され、回転子４６ｂとスプライン軸５３ａとがスプライン結合される。スプライン軸５３ａは射出モータ４６の回転子４６ｂに対し回転拘束されており、射出モータ４６によって回転させられる。

ボールねじ軸５３ｂは、スプライン軸５３ａの前方に配設される。ボールねじ軸５３ｂにはボールねじナット５４が螺合されており、ボールねじナット５４は射出フレーム５１に対し固定されている。これにより、射出モータ４６の回転運動が駆動軸５３の回転直線運動に変換される。ボールねじ軸５３ｂが特許請求の範囲に記載のねじ軸に対応し、ボールねじナット５４が特許請求の範囲に記載のナットに対応する。尚、ねじ軸とナットとの間にはボールが介装されていなくてもよい。

ストレート軸５３ｃは、ボールねじ軸５３ｂの前方に配設され、回転移動軸５２に対し回転自在に連結される。これにより、射出モータ４６の駆動時に、駆動軸５３の回転直線運動が回転移動軸５２の直線運動に変換できる。また、計量モータ４５の駆動時に、回転移動軸５２の回転運動の駆動軸５３への伝達が制限できる。

ストレート軸５３ｃは、回転移動軸５２の内側に配設される。回転移動軸５２は、円筒部５２ａと、円筒部５２ａの前側を塞ぐ蓋部５２ｂとを有する。蓋部５２ｂにはカップリング５５を介してスクリュ４３が連結され、円筒部５２ａの内周には第１軸受５６および第２軸受５７を介してストレート軸５３ｃが連結される。

尚、本実施形態では、射出モータ４６の回転運動が、駆動軸５３の回転直線運動に変換されるが、駆動軸５３の直線運動に変換されてもよい。例えばボールねじナット５４が射出フレーム５１に対し回転自在に且つ進退不能に取付けられており、射出モータ４６がボールねじナット５４を回転させることで、ボールねじ軸５３ｂを含む駆動軸５３が進退させられてもよい。この場合、射出モータ４６がボールねじナット５４を回転させるので、駆動軸５３はスプライン軸５３ａを有しない。また、この場合、射出モータ４６はベルトやプーリーなどを介してボールねじナット５４に連結されてもよい。

圧力検出器４７は、回転移動軸５２と駆動軸５３との間に配設される。従来のように圧力検出器４７が後方サポート部５１ｂと射出モータ４６との間に配設されるに比べて、圧力検出器４７がスクリュ４３よりも前方に蓄積された液状の成形材料に近い。そのため、成形材料に作用する圧力が精度良く検出できる。

圧力検出器４７は、第１軸受５６と第２軸受５７との間に配設されてもよい。第１軸受５６は、圧力検出器４７に対し回転移動軸５２を回転自在に支持する。計量モータ４５によって回転移動軸５２を回転運動させるとき、圧力検出器４７の回転が制限できる。一方、第２軸受５７は、圧力検出器４７に対し駆動軸５３を回転自在に支持する。射出モータ４６によって駆動軸５３を回転直線運動させるとき、圧力検出器４７の回転が制限できる。

圧力検出器４７は、リング状に形成されてもよく、回転移動軸５２の円筒部５２ａの内周面と、駆動軸５３のストレート軸５３ｃの外周面との間に配設されてもよい。第１軸受５６の外輪が円筒部５２ａの内周に固定され、第１軸受５６の内輪が圧力検出器４７に固定される。また、第２軸受５７の外輪が圧力検出器４７に固定され、第２軸受５７の内輪が駆動軸５３のストレート軸５３ｃの外周に固定される。第１軸受５６や第２軸受５７には、例えばころ軸受または玉軸受などが用いられる。第１軸受５６および第２軸受５７が一方向の軸力を支持する軸受である場合、反対方向の軸力を支持する軸受がさらに設けられてもよい。軸受の数は特に限定されない。

尚、圧力検出器４７は、回転移動軸５２の蓋部５２ｂの後端面と、駆動軸５３のストレート軸５３ｃの前端面との間に配設されてもよい。この場合、第１軸受５６が蓋部５２ｂの後端面に取付けられ、第２軸受５７がストレート軸５３ｃの前端面に取付けられ、第１軸受５６と第２軸受５７との間に圧力検出器４７が配設される。第１軸受５６や第２軸受５７には、例えばスラスト軸受などが用いられる。この場合、圧力検出器４７は、リング状に形成されなくてもよく、例えば板状に形成されてもよい。

回転制限機構５８は、圧力検出器４７の回転を制限する。圧力検出器４７が有線通信を行う場合に、通信線の配線が容易である。尚、圧力検出器４７が無線通信を行う場合、圧力検出器４７の回転は制限されなくてもよい。

回転制限機構５８は、例えば圧力検出器４７とボールねじナット５４との両方に係合される。回転制限機構５８は、例えば長穴付きの筒状部５８ａと、筒状部５８ａの長穴に挿入されるピン部５８ｂとで構成される。

筒状部５８ａが圧力検出器４７に固定され、ピン部５８ｂがボールねじナット５４に固定される。尚、筒状部５８ａとピン部５８ｂとの配置は逆でもよく、筒状部５８ａがボールねじナット５４に固定され、ピン部５８ｂが圧力検出器４７に固定されてもよい。

筒状部５８ａに形成される長穴と、長穴に挿入されるピン部５８ｂとで、圧力検出器４７の回転が制限でき、且つ、圧力検出器４７の進退が許容できる。尚、長穴が形成される部材は、筒状ではなくてもよく、例えば棒状などでもよい。

尚、本実施形態の回転制限機構５８は長穴付きの筒状部５８ａとピン部５８ｂとで構成されるが、その構成は特に限定されない。例えば回転制限機構５８は、スプライン軸と、このスプライン軸にスプライン結合されるスプラインナットとで構成されてもよい。この場合も、圧力検出器４７の回転が制限でき、且つ、圧力検出器４７の進退が許容できる。

以上、射出装置の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等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、改良が可能である。

４０ 射出装置
４１ シリンダ
４２ ノズル
４３ スクリュ
４５ 計量モータ
４５ａ 計量モータの固定子
４５ｂ 計量モータの回転子
４６ 射出モータ
４６ａ 射出モータの固定子
４６ｂ 射出モータの回転子
４７ 圧力検出器
５１ 射出フレーム
５２ 回転移動軸
５３ 駆動軸
５４ ボールねじナット
５６ 第１軸受
５７ 第２軸受
５８ 回転制限機構

Claims (4)

1. 成形材料を加熱するシリンダと、
   前記シリンダの内部において回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュと、
   前記スクリュを回転させる計量モータと、
   前記スクリュを進退させる射出モータと、
   前記計量モータの固定子および前記射出モータの固定子が固定される射出フレームと、
   前記計量モータの回転子に対し進退自在に連結され前記計量モータの回転子と共に回転する回転移動軸と、
   前記射出フレームに対し進退自在とされ、前記射出モータによる推進力を前記回転移動軸を介して前記スクリュに伝達する駆動軸と、
   前記回転移動軸と前記駆動軸との間に配設される圧力検出器とを有する、射出装置。
2. 前記射出モータの回転運動は、前記駆動軸の回転直線運動に変換され、
   前記圧力検出器は、前記圧力検出器に対し前記回転移動軸を回転自在に支持する第１軸受と、前記圧力検出器に対し前記駆動軸を回転自在に支持する第２軸受との間に配設される、請求項１に記載の射出装置。
3. 前記圧力検出器の回転を制限する回転制限機構を有する、請求項１または２に記載の射出装置。
4. 前記駆動軸はねじ軸を含み、前記ねじ軸に螺合するナットが前記射出フレームに対し固定され、
   前記回転制限機構は、前記圧力検出器と前記ナットとの両方に係合される、請求項３に記載の射出装置。

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