(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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)。
【0008】
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。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
コントローラ90は、CPU(Central P
rocessing 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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。