特許 7510813 射出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-26

(45)【発行日】2024-07-04

(54)【発明の名称】射出装置

(51)【国際特許分類】

   B22D 17/20 20060101AFI20240627BHJP

   B29C 45/50 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

B22D17/20 Z

B22D17/20 L

B29C45/50

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020127268

(22)【出願日】2020-07-28

(65)【公開番号】P2022024590

(43)【公開日】2022-02-09

【審査請求日】2023-06-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】柳屋 岳彦

(72)【発明者】

【氏名】中川 裕

(72)【発明者】

【氏名】川邊 主税

(72)【発明者】

【氏名】菅原 貴弘

【審査官】岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】実公昭４６－０１３５５７（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】特開昭５６－００４４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４６－０１９３１１（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ １７／２０

Ｂ２２Ｄ １７／３２

Ｂ２９Ｃ ４５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加熱筒の軸方向に沿って駆動可能かつ回転可能に前記加熱筒内に設けられたスクリュに連結され、前記スクリュを前記軸方向に沿って駆動する射出ピストンと、
収容された前記射出ピストンを油圧によって前記軸方向に駆動する、内部が前記射出ピストンを駆動するために圧力をかけた作動油が供給される第１の室と、作動油が排出される第２の室と、に仕切られた射出用油圧シリンダと、
前記射出ピストンのピストン部が保圧切換位置まで前進したときに前記ピストン部によって塞がれるように前記射出用油圧シリンダに設けられた、前記第２の室から作動油を排出する第１の油排出口と、
前記射出ピストンの位置にかかわらず前記第２の室から作動油の排出が可能に前記射出用油圧シリンダに設けられた第２の油排出口と、
前記射出ピストンは、
前記第１の室の側に設けられた、前記軸方向に延在する第１の部材と、
前記第２の室の側に設けられ、前記ピストン部において前記第１の部材と結合された、前記軸方向に延在する第２の部材と、を備え、
前記第１の部材と前記第２の部材との接合部は、前記ピストン部において、前記ピストン部の前記第２の部材の側の端部から、前記軸方向に所定の距離だけ離隔した位置に設けられ、
前記接合部は、前記ピストン部の前記軸方向の中央に対して、前記第１の室の側に設けられる、
射出装置。

【請求項2】

加熱筒の軸方向に沿って駆動可能かつ回転可能に前記加熱筒内に設けられたスクリュに連結され、前記スクリュを前記軸方向に沿って駆動する射出ピストンと、
収容された前記射出ピストンを油圧によって前記軸方向に駆動する、内部が前記射出ピストンを駆動するために圧力をかけた作動油が供給される第１の室と、作動油が排出される第２の室と、に仕切られた射出用油圧シリンダと、
前記射出ピストンのピストン部が保圧切換位置まで前進したときに前記ピストン部によって塞がれるように前記射出用油圧シリンダに設けられた、前記第２の室から作動油を排出する第１の油排出口と、
前記射出ピストンの位置にかかわらず前記第２の室から作動油の排出が可能に前記射出用油圧シリンダに設けられた第２の油排出口と、
前記射出ピストンは、
前記第１の室の側に設けられた、前記軸方向に延在する第１の部材と、
前記第２の室の側に設けられ、前記ピストン部において前記第１の部材と結合された、前記軸方向に延在する第２の部材と、を備え、
前記第１の部材と前記第２の部材との接合部は、前記ピストン部において、前記ピストン部の前記第２の部材の側の端部から、前記軸方向に所定の距離だけ離隔した位置に設けられ、
前記接合部は、前記射出ピストンのピストン部が保圧切換位置まで前進したときに、前記第１の油排出口よりも前記第１の室の側となる位置に設けられる、
射出装置。

【請求項3】

前記接合部は、前記ピストン部の前記軸方向の中央に対して、前記第１の室の側に設けられる、
請求項２に記載の射出装置。

【請求項4】

前記射出ピストンのピストン部が保圧切換位置まで前進して前記第１の油排出口が前記ピストン部によって塞がれたときに、前記ピストン部の前記第１の油排出口に露出した第１の面にかかる圧力は、前記ピストン部の前記第１の油排出口とは反対側の第２の面にかかる圧力よりも低く、
前記第１の面にかかる圧力と前記第２の面にかかる圧力差により、前記ピストン部には偏荷重がかかる、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の射出装置。

【請求項5】

前記偏荷重により、前記ピストン部の前記第２の室側の端部と前記射出用油圧シリンダとの間隙が、前記ピストン部の前記第１の室側の端部と前記射出用油圧シリンダとの間隙よりも小さくなる、
請求項４に記載の射出装置。

【請求項6】

前記軸方向に垂直な面内の前記ピストン部の外周には、前記ピストン部と前記射出用油圧シリンダの内面との間を密閉する密閉部材が設けられ、
前記偏荷重により、前記密閉部材に対して前記第２の室側の前記ピストン部と前記射出用油圧シリンダとの間隙が、前記密閉部材に対して前記第１の室側の前記ピストン部と前記射出用油圧シリンダとの間隙よりも小さくなる、
請求項５に記載の射出装置。

【請求項7】

前記第１の部材及び前記第２の部材は、一方の部材の端部が他方の部材の端部に嵌合するように構成される、
請求項１から６のいずれか一項に記載の射出装置。

【請求項8】

前記第１の部材及び前記第２の部材は、前記第１の部材及び前記第２の部材に設けられた雌ねじに雄ねじが設けられた部材を螺入することで結合される、
請求項７に記載の射出装置。

【請求項9】

前記第１の部材及び前記第２の部材は、一方の部材に設けられた雄ねじを他方の部材に設けられた雌ねじに螺入することで結合される、
請求項７に記載の射出装置。

【請求項10】

前記第１の部材及び前記第２の部材は、溶接又は接着により結合される、
請求項１から９のいずれか一項に記載の射出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、射出装置に関し、例えばマグネシウム合金やアルミニウム合金等の金属を射出成形する金属射出成形機の射出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金型中のキャビティに溶融した金属材料を充填して製品の成形を行う金属射出成形機が広く用いられている。このような金属射出成形機で使用される射出成形の一例として、射出ピストンの速度を急激に減速させて射出工程から保圧工程へと移行させる構成を有する金属射出成形機の射出装置が提案されている（特許文献１）。

【0003】

この射出装置では、前部室に開口が大きな油排出口と、開口が小さな油排出口とが設けられており、射出ピストンが保圧切換位置まで前進すると、開口が大きな油排出口が射出ピストンによって閉塞される。これにより、作動油の排出が大幅に小さくなるため、射出ピストンには急激なブレーキが掛かる、かつ、保圧工程の間の作動用の排出は開口が小さな油排出口を通じて行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－２１６２８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述の射出装置では、射出ピストンの減速時に、射出ピストンに偏荷重が作用するという問題が有る。上述のように、開口が大きな油排出口が射出ピストンによって閉塞されると、射出ピストンの側面のうちで油排出口に暴露した部分の圧力は低圧となる。一方で、射出ピストンの側面のうちで油排出口に暴露した部分と反対の部分には高圧の作動油が存在している。そのため、この圧力差によって、射出ピストンには、せん断力又はヨー方向へ作用する力である偏荷重が作用してしまうという問題が生じる。

【0006】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施の形態にかかる射出装置は、軸方向に沿って駆動可能かつ回転可能に設けられたスクリュを前記軸方向に沿って駆動する射出ピストンと、前記射出ピストン前記軸方向に駆動する、作動油が供給される第１の室及び第２の室とに仕切られた射出用油圧シリンダと、前記射出ピストンのピストン部が保圧切換位置まで前進したときに前記ピストン部によって塞がれる、前記第２の室から作動油を排出する第１の油排出口と、前記射出ピストンの位置にかかわらず前記第２の室から作動油の排出する第２の油排出口と、を有し、前記射出ピストンは、前記第１の室の側の第１の部材と、前記ピストン部において前記第１の部材と結合された、前記第２の室の側の第２の部材と、を有し、前記第１の部材と前記第２の部材との接合部は、前記ピストン部において、前記ピストン部の前記第２の部材の側の端部から、前記軸方向に所定の距離だけ離隔した位置に設けられるものである。

【発明の効果】

【0008】

一実施の形態によれば、射出ピストンを好適に保護できる金属射出成形機の射出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１にかかる金属射出成形機の射出装置の概略構成を示す図である。

【図2】実施の形態１にかかる射出装置の前部室近傍の拡大図である。

【図3】実施の形態１にかかる射出ピストンの構成を模式的に示す図である。

【図4】実施の形態１にかかる射出ピストンが第１の油排出口を塞いだ状態を示す図である。

【図5】実施の形態１にかかる射出装置において偏荷重によって変位したピストン部近傍を示す図である。

【図6】一般的な金属射出成形機の射出装置の概略構成を示す図である。

【図7】一般的な射出装置の前部室近傍の拡大図である。

【図8】一般的な射出装置における射出ピストンの構成を模式的に示す図である。

【図9】一般的な射出装置の射出ピストンが第１の油排出口を塞いだ状態を示す図である。

【図10】一般的な射出装置において偏荷重によって変位したピストン部近傍を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0011】

実施の形態１
本実施の形態にかかる金属射出成形機の射出装置を理解するための前提として、特許文献１にかかる一般的な金属射出成形機の射出装置について説明する。図６に、上述の金属射出成形機の射出装置１０００の概略構成を示す。射出装置１０００は、加熱筒１０１と、加熱筒１０１内に軸方向及び回転方向に駆動自在に設けられるスクリュ１０２とを有する。加熱筒１０１内にはホッパ１０３から成形材料が投入され、投入された材料が、スクリュ１０２の回転に伴って発生する摩擦熱やせん断熱及び加熱筒１０１の外周に設けられているヒータ１０４から加えられる熱によって溶融する。そして、溶融した材料は、スクリュ１０２の回転により混練されて、加熱筒１０１の前方に送られる。加熱筒１０１の先端にはノズル１０５が取り付けられている。材料を射出するときには、加熱筒１０１の先端部に蓄えられた溶融状態の成形材料が、ノズル１０５を通して、型閉じされた金型１０６のキャビティ１０７内に注入される。

【0012】

スクリュ１０２は、モータ１０８によって回転駆動されるとともに、射出用油圧シリンダ１０９の内部に設けられた射出ピストン１１０によって軸方向に駆動される。

【0013】

射出用油圧シリンダ１０９内は、射出ピストン１１０によって２つの室に仕切られており、前方（－Ｘ方向）には前部室１１１Ｂが設けられ、後方（＋Ｘ方向）には後部室１１１Ａが設けられている。後部室１１１Ａには、油圧ポンプ１１２により、アキュムレータ１１３へ蓄圧された圧油が流量制御弁１１４を介して供給される。

【0014】

図７に、射出装置１００の前部室１１１Ｂ近傍の拡大図を示す。前部室１１１Ｂには、射出ピストン１１０の所望の保圧切換位置で射出ピストン１１０によって完全に又は大部分が塞がれる第１の油排出口１１５Ａと、射出ピストン１１０の最前進位置においても射出ピストン１１０によって塞がれることのない第２の油排出口１１５Ｂとが設けられている。第１の油排出口１１５Ａは射出用油圧シリンダ１０９の側面部に形成され、第２の油排出口１１５Ｂは射出用油圧シリンダ１０９の端面部に形成されている。

【0015】

第１の油排出口１１５Ａは、流量制御弁１１６を介して油タンク１１７に繋がっており、射出工程において前部室１１１Ｂに蓄えられている作動油を油タンク１１７に排出するのに十分な大きさの開口面積を有している。また、第２の油排出口１１５Ｂは、流量制御弁１１８を介して油タンク１１７に繋がっており、保圧工程において前部室１１１Ｂにある作動油を油タンク１１７に排出する。ただし、第２の油排出口１１５Ｂは保圧工程の流量及び計量工程の射出ピストン１１０の後退（＋Ｘ方向）に必要な流量の作動油を流せればよいので、第１の油排出口１１５Ａに比べて開口面積が小さくてもよい。

【0016】

射出成形は、主として、計量工程、射出工程及び保圧工程からなる。計量工程では、固体状の成形材料をホッパ１０３から加熱筒１０１内に投入し、モータ１０８によってスクリュ１０２を回転駆動させると同時に射出用油圧シリンダ１０９で軸方向後方（＋Ｘ方向）に駆動させることにより、加熱筒１０１内において材料を溶融させながらその前方（－Ｘ方向）に送って計量する。射出工程では、計量値が所定の大きさに達したときに射出用油圧シリンダ１０９に圧油を供給することによりスクリュ１０２を軸方向前方（－Ｘ方向）に駆動して、計量された溶融状態の材料をノズル１０５から金型１０６のキャビティ１０７内に射出する。保圧工程は、射出終了後に、材料の冷却に伴って生じる材料の収縮を補うために、加熱筒１０１内に残っている材料を通して金型１０６内の材料に圧力を加える工程である。これらの工程により、その材料をキャビティ１０７が有する所望の形状に成形することができる。

【0017】

しかしながら、上述の射出装置１０００では射出ピストン１１０の減速時に、射出ピストン１１０に偏荷重が作用するという問題が有ることが見出された。

【0018】

図８に、射出装置１０００における射出ピストン１１０の構成を模式的に示す。 射出ピストン１１０は、前方（－Ｘ方向）に配置された前方部材１２０と、後方（＋Ｘ方向）に配置された後方部材１３０とが、射出ピストン１１０の断面直径が最大であり、射出用油圧シリンダ１０９（すなわち、ハウジング１０９Ａ）の内面に最も近接なしは接触するピストン部１１０Ａにおいて結合されている。前方部材１２０及び後方部材１３０は円筒形状の部材であり、その中空部には軸部材１４０が挿通されている。

【0019】

前方部材１２０の後方（＋Ｘ方向）側には、最大の外径を有する前方ピストン部１２１が設けられている。前方ピストン部１２１には、前方ピストン部１２１よりも小さな外径を有する、前方（－Ｘ方向）に延在する円筒部材１２２と、後方（＋Ｘ方向）に延在する嵌合部材１２３とが連結されている。

【0020】

後方部材１３０の前方（＋Ｘ方向）端部には、Ｘ方向に延在する円筒形状であり、かつ最大の外径を有する後方ピストン部１３１が設けられている。後方ピストン部１３１には、後方ピストン部１３１よりも小さな外径を有する、後方（＋Ｘ方向）に延在する円筒部材１３２が連結されている。

【0021】

軸部材１４０のＸ方向中央部には、相対的に外形が大きな保持部１４０Ａが設けられている。また、保持部１４０Ａには、径方向に張り出したフランジ部１４０Ｂが設けられている。前方ピストン部１２１及び嵌合部材１２３の内面と保持部１４０Ａとの間には、径方向の力（ラジアル荷重）を受け止めるアンギュラベアリング（アンギュラ玉軸受）１５１が設けられており、これにより軸部材１４０の径方向に位置が保持される。後方ピストン部１３１の前方（－Ｘ方向）側端部とフランジ部１４０Ｂとの間には、軸方向（Ｘ方向）の力（アキシャル荷重又はスラスト荷重）を受け止めるスラストベアリング（スラストころ軸受）１５２が設けられている。軸部材１４０は、前方部材１２０及び後方部材１３０に対して、Ｘ方向に沿って所定の範囲内で移動可能に構成されるが、後方（＋Ｘ方向）への動きはスラストベアリング１５２によって制限される。

【0022】

嵌合部材１２３の外径及び後方ピストン部１３１の内径は、嵌合部材１２３を後方ピストン部１３１に挿入できる寸法となっている。これにより、例えば、スラストベアリング１５２を組付けた後方部材３０に、アンギュラベアリング１５１を組付けた軸部材１４０を挿入し、その後、軸部材１４０に前方部材１２０を被せて、嵌合部材１２３と後方ピストン部１３１とを嵌合させることで、射出ピストン１１０を構成することができる。

【0023】

このとき、径方向（例えば、Ｙ方向又はＺ方向）で見た場合、後方ピストン部１３１が嵌合部材１２３を覆っているので、ピストン部１１０Ａの外面に生じる接合部１１０Ｂは、ピストン部１１０Ａの前方（－Ｘ方向）に偏った位置となる。

【0024】

また、作動油の漏洩を防止するため、射出ピストン１１０と射出用油圧シリンダ１０９（すなわち、ハウジング１０９Ａ）との間には、ガイドリングやオイルシールなどの密閉部材１１９Ａ～１１９Ｃが設けられている。密閉部材１１９Ａは、ハウジング１０９Ａの－Ｘ側の開口部内面にはめ込まれた環状部材であり、ハウジング１０９Ａの内面と前方部材１２０の円筒部材１２２の外面との間を密閉するように設けられる。密閉部材１１９Ｂは、後方部材１３０の後方ピストン部１３１の外面にはめ込まれた環状部材であり、ハウジング１０９Ａの内面と後方ピストン部１３１の外面との間を密閉するように設けられる。密閉部材１１９Ｃは、ハウジング１０９Ａの＋Ｘ側の開口部内面にはめ込まれた環状部材であり、ハウジング１０９Ａの内面と後方部材１３０の円筒部材１３２の外面との間を密閉するように設けられる。

【0025】

次いで、図９に、射出ピストン１１０が第１の油排出口１１５Ａを塞いだ状態を示す。上述の射出装置１０００では、第１の油排出口１１５Ａからは作動油が大流量にて排出され、第２の油排出口１１５Ｂからは第１の油排出口１１５Ａよりも小さな流量で作動油が排出される。射出ピストン１１０が－Ｘ方向に前進して第１の油排出口１１５Ａが完全に又はその大部分が塞がれると、射出ピストン１１０の側面のうち、側面部Ｓ１１（黒塗り太線で表示）に加わる圧力は急速に（例えば大気圧に）低下する。

【0026】

これに対し、射出ピストン１１０の回りの作動油は、側面部Ｓ１１以外の場所では、小流量の第２の油排出口１１５Ｂを通じてしか排出されないため、作動油の圧力が高圧となる（太線ハッチングで表示）。その結果、射出ピストン１１０の中心軸を挟んで側面部Ｓ１１と対向する側面部Ｓ１２に加わる作動油の圧力は高圧となる。これにより、射出ピストン１１０には、側面部Ｓ１２から側面部Ｓ１１の方向へ向かう偏荷重Ｆが作用することとなる。

【0027】

このとき、偏荷重Ｆによって、ピストン部１１０Ａが下方（－Ｚ方向）側に押しつけられる。そのため、後方ピストン部１３１にはめ込まれた密閉部材１１９Ｃに、荷重が集中することとなり、密閉部材１１９Ｂの偏摩耗などの劣化原因となる。また、密閉部材１１９Ｂの偏摩耗が進行すると、ピストン部１１０Ａを十分に保持することができなくなり、ピストン部１１０Ａが下方（－Ｚ方向）側に変位してしまうことが考え得る。

【0028】

図１０に、偏荷重によって変位したピストン部近傍を示す。このとき、ピストン部の変位が大きくなると、前方ピストン部１２１の前方（－Ｘ方向）側の角部１２１Ａが第１の油排出口１１５Ａの開口部に衝突する事態が生じ得る。なお、図１０では、変位がない場合の射出ピストンの輪郭線を破線で表示している。上述したように、接合部１１０Ｂがピストン部１１０Ａの前方（－Ｘ方向）側、すなわち衝突部に近接した位置に存在するため、接合部１１０Ｂに大きな力が加わるおそれが有る。

【0029】

また、接合部１１０Ｂにおいては、前方ピストン部１２１及び後方ピストン部１３１が、２つの部材を結合する結合手段によって結合されている。例えば、結合手段としては、ボルトを用いることができ、前方ピストン部１２１の冠面１２１Ｃからは、前方ピストン部１２１及び後方ピストン部１３１を後方（＋Ｘ方向）へ向けて貫通する雌ねじ（不図示）を設け、この雌ねじに雄ねじが設けられたボルト（不図示）を螺入することで、前方部材１２０と後方部材１３０とが締結される。なお、ボルトは結合手段の一例であり、後述するようにボルト以外の各種の結合手段を用いることができる。

【0030】

このように、結合手段を用いて前方部材１２０と後方部材１３０とを結合する場合、接合部１１０Ｂがピストン部１１０Ａの前方（－Ｘ方向）側、すなわち衝突部に近接した位置に存在するためにこの結合手段にも大きな力が加わるおそれが有ることが理解できる。

【0031】

さらに、衝突部は、互いに直径が異なる前方ピストン部１２１と円筒部材１２２と間の、接続部の材料の厚みが比較的薄い接続部１２１Ｂにも近接しているため、この薄い部分にも大きな力が加わるおそれが有る。

【0032】

そこで、以下、実施の形態においては、射出ピストンの接合部へ大きな力が加わることを防止できる金属射出成形機の射出装置について説明する。

【0033】

図１は、実施の形態１にかかる金属射出成形機の射出装置の概略構成を示す図である。図１に示す射出装置１００は、加熱筒１と、加熱筒１の内部に軸方向及び回転方向に駆動自在に設けられるスクリュ２とを有する。加熱筒１の内部にはホッパ３から成形材料が投入され、投入された材料が、スクリュ２の回転に伴って発生する摩擦熱やせん断熱及び加熱筒１の外周に設けられているヒータ４から加えられる熱によって溶融する。そして、溶融した材料は、スクリュ２の回転により混練されて、加熱筒１の前方（－Ｘ方向）に送られる。加熱筒１の先端にはノズル５が取り付けられている。材料を射出するときには、加熱筒１の先端部に蓄えられた溶融状態の成形材料が、ノズル５を通して、型閉じされた金型６のキャビティ７内に注入される。

【0034】

スクリュ２は、モータ８によって回転駆動されるとともに、射出用油圧シリンダ９の内部に設けられた射出ピストン１０によって軸方向に駆動される。

【0035】

射出用油圧シリンダ９内は、射出ピストン１０によって２つの室に仕切られており、前方（－Ｘ方向）には前部室１１Ｂ（第２の室とも称する）が設けられ、後方（＋Ｘ方向）には後部室１１Ａ（第１の室とも称する）が設けられている。後部室１１Ａには、油圧ポンプ１２により、アキュムレータ１３へ蓄圧された圧油が流量制御弁１４を介して供給される。

【0036】

なお、図１～１０では、射出ピストン１０の中心軸に沿って前部室１１Ｂから後部室１１Ａへ向かう方向をＸ方向、紙面に垂直かつ手前から奥へ向かう方向をＹ方向、紙面を下から上に向かう鉛直方向をＺ方向としている。

【0037】

以下、前部室１１Ｂの構成について具体的に説明する。図２に、射出装置１００の前部室１１Ｂ近傍の拡大図を示す。前部室１１Ｂには、射出ピストン１０の所望の保圧切換位置で射出ピストン１０によって完全に又は大部分が塞がれる第１の油排出口１５Ａと、射出ピストン１０の最前進位置においても射出ピストン１０によって塞がれることのない第２の油排出口１５Ｂと、が設けられている。

【0038】

第１の油排出口１５Ａは、流量制御弁１６を介して油タンク１７につながっており、後述する射出工程において前部室１１Ｂに蓄えられている作動油を油タンク１７に排出するのに十分な大きさの開口面積を有している。

【0039】

第２の油排出口１５Ｂは、射出用油圧シリンダ９の端面部に形成されている。第２の油排出口１５Ｂは、流量制御弁１８を介して油タンク１７に繋がっており、後述する保圧工程において前部室１１Ｂにある作動油を油タンク１７に排出する。第２の油排出口１５Ｂは保圧工程の流量及び後述する計量工程の射出ピストン１０の＋Ｘ方向への後退に必要な流量の作動油を流せればよいので、第１の油排出口１５Ａに比べて開口面積が小さくてもよい。例えば、第２の油排出口１５Ｂの開口面積は第１の油排出口１５Ａの開口面積の１／１０以下であってもよい。

【0040】

次いで、射出ピストン１０について詳細に説明する。図３に、実施の形態１にかかる射出ピストン１０の構成を模式的に示す。

【0041】

射出ピストン１０は、前方（－Ｘ方向）に配置された前方部材２０（第２の部材とも称する）と、後方（＋Ｘ方向）に配置された後方部材３０（第１の部材とも称する）とが、射出ピストン１０の断面直径が最大であり、射出用油圧シリンダ９（すなわち、ハウジング９Ａ）の内面に最も近接なしは接触するピストン部１０Ａにおいて結合されている。前方部材２０及び後方部材３０は円筒形状の部材であり、その中空部には軸部材４０が挿通されている。

【0042】

前方部材２０の後方（＋Ｘ方向）端部には、Ｘ方向に延在する円筒形状であり、かつ最大の外径を有する前方ピストン部２１が設けられている。前方ピストン部２１には、前方ピストン部２１よりも小さな外径を有する、前方（－Ｘ方向）に延在する円筒部材２２が連結されている。

【0043】

後方部材３０の前方（－Ｘ方向）側には、最大の外径を有する後方ピストン部３１が設けられている。後方ピストン部３１には、後方ピストン部３１よりも小さな外径を有する、後方（＋Ｘ方向）に延在する円筒部材３２と、前方（－Ｘ方向）に延在する嵌合部材３３とが連結されている。

【0044】

軸部材４０のＸ方向中央部には、相対的に外形が大きな保持部４０Ａが設けられている。また、保持部４０Ａには、径方向に張り出したフランジ部４０Ｂが設けられている。前方ピストン部２１の内面と保持部４０Ａとの間には、径方向の力（ラジアル荷重）を受け止めるアンギュラベアリング（アンギュラ玉軸受）５１が設けられており、これにより軸部材４０の径方向に位置が保持される。後方ピストン部３１の前方（－Ｘ方向）側端部とフランジ部４０Ｂとの間には、軸方向（Ｘ方向）の力（アキシャル荷重又はスラスト荷重）を受け止めるスラストベアリング（スラストころ軸受）５２が設けられている。軸部材４０は、前方部材２０及び後方部材３０に対して、Ｘ方向に沿って所定の範囲内で移動可能に構成されるが、後方（＋Ｘ方向）への動きはスラストベアリング５２によって制限される。

【0045】

嵌合部材３３の外径及び前方ピストン部２１の内径は、嵌合部材３３を前方ピストン部２１に挿入できる寸法となっている。これにより、例えば、スラストベアリング５２を組付けた後方部材３０に、アンギュラベアリング５１を組付けた軸部材４０を挿入し、その後、軸部材４０に前方部材２０を被せて、嵌合部材３３と前方ピストン部２１とを嵌合させることで、射出ピストン１０を構成することができる。

【0046】

後方ピストン部３１の冠面３１Ａからは、後方ピストン部３１及び前方ピストン部２１を前方（－Ｘ方向）へ向けて貫通する雌ねじ（不図示）が設けられており、この雌ねじに雄ねじが設けられたボルト６０を螺入することで、前方部材２０と後方部材３０とが締結される。

【0047】

本構成では、径方向（例えば、Ｙ方向又はＺ方向）で見た場合、前方ピストン部２１が嵌合部材３３を覆っているので、ピストン部１０Ａの外面に生じる接合部１０Ｂは、ピストン部１０Ａの後方（＋Ｘ方向）に偏った位置となる。

【0048】

また、作動油の漏洩を防止するため、射出ピストン１０と射出用油圧シリンダ９（すなわち、ハウジング９Ａ）との間には、ガイドリングやオイルシールなどの密閉部材１９Ａ～１９Ｃが設けられている。密閉部材１９Ａは、ハウジング９Ａの－Ｘ側の開口部内面にはめ込まれた環状部材であり、ハウジング９Ａの内面と前方部材１２０の円筒部材１２２の外面との間を密閉するように設けられる。密閉部材１９Ｂは、後方部材１３０の後方ピストン部１３１の外面にはめ込まれた環状部材であり、ハウジング９Ａの内面と後方ピストン部１３１の外面との間を密閉するように設けられる。密閉部材１９Ｃは、ハウジング９Ａの＋Ｘ側の開口部内面にはめ込まれた環状部材であり、ハウジング９Ａの内面と後方部材１３０の円筒部材１３２の外面との間を密閉するように設けられる。

【0049】

次いで、射出装置１００による射出成形について説明する。射出成形は、主として、計量工程、射出工程及び保圧工程からなる。以下、工程ごとに説明する。

【0050】

計量工程は、キャビティ内へ充填する材料を計量する工程である。本工程では、固体状の成形材料をホッパ３から加熱筒１の内部へ投入し、スクリュ２を、モータ８によって回転駆動させつつ、射出用油圧シリンダ９で軸方向後方（＋Ｘ方向）に駆動させる。これにより、加熱筒１の内部において、材料が溶融した状態でスクリュ２の前方に送られる。ここで、スクリュ２の移動量を測定することで、加熱筒１内に導かれた材料を計量することができる。

【0051】

射出工程は、キャビティ７内へ材料を充填する工程である。射出工程においては、計量値が所定の値に達したならば、射出用油圧シリンダ９に圧油を供給することでスクリュ２を軸方向前方に駆動し、計量された溶融状態の材料をノズル５から金型６のキャビティ７内に射出する。合金材料を射出成形する場合、溶融材料を比較的高速で射出しなければ溶湯が急速に冷却されてしまい、キャビティ７への充填が不十分となる。そこで、金属材料用の一般的な射出成形では、射出用油圧シリンダ９ヘの圧油供給源としてアキュムレータ１３を使用して、スクリュ２を軸方向に高速（例えば、１～５ｍ／ｓ）で駆動して、溶融状態の材料を射出する。

【0052】

保圧工程は、材料の射出の終了後に、材料が冷却されることで生じる収縮を補うために、加熱筒１内に残っている材料へ加える圧力を保つことで、キャビティ７に充填された材料に圧力を加える工程である。その後、保圧圧力を加えながら、キャビティ７内の材料を冷却する。これにより、その材料をキャビティ７が有する所望の形状に成形することができる。

【0053】

このとき、射出工程から保圧工程への切換が早すぎると、材料のキャビティ７内への充填が不十分となり、成形品にショート（未充填）やヒケが生じてしまう。また、射出工程から保圧工程への切換が遅すぎると、材料のキャビティ７内への充填が過剰となり、バリが発生し、射出装置１００や金型６の耐久性が低下してしまう。そのために、射出成形においては、射出終了時の保圧切換位置が一定に保つことが求められる。

【0054】

以下、本実施の形態での射出工程から保圧工程への移行時の動作について具体的に説明する。本実施の形態では、射出工程において、射出用油圧シリンダ９の後部室１１Ａにアキュムレータ１３から圧油が供給されると、前部室１１Ｂの第１の油排出口１５Ａから作動油が排出されつつ、射出ピストン１０が射出方向（－Ｘ方向）に前進する。その後、射出ピストン１０が保圧切換位置に達すると、第１の油排出口１５Ａは、射出ピストン１０によって完全に又は大部分が塞がれた状態となる。

【0055】

本構成では、いかなる射出速度においても、射出ピストン１０によって第１の油排出口１５Ａが閉塞されたとき（射出ピストン１０が保圧切換位置まで達したとき）に前部室１１Ｂからの作動油の排出が制限され、直ちにブレーキ圧（破線で表示）が発生する。これにより、射出ピストン１０を急激に減速させることができる。射出工程から保圧工程への切換位置（保圧切換位置）は、射出ピストン１０が第１の油排出口１５Ａを塞ぐ固定された位置とすることができる。

【0056】

なお、保圧切換位置は固定された位置となるので、成形品に対する保圧切換の時期は計量完了位置を調節することで制御可能である。

【0057】

また、流量制御弁１８の排出流量を保圧工程で保持すべき圧力を実現できる値に設定しておくことで、射出ピストン１０の減速後に、流量制御弁１８を通じて、作動油を所望の流量だけ第２の油排出口１５Ｂから排出することができる。これにより、後部室１１Ａに供給する圧油の圧力を制御して、射出工程から保圧工程へ円滑に移行させることができる。なお、第２の油排出口１５Ｂからの作動油の排出流量の調節は、上記のように流量制御弁１８を用いることに代えて、第２の油排出口１５Ｂの数量や開口面積を適宜設定することで行うこともできる。

【0058】

次いで、本構成における射出ピストン１０の破損防止について説明する。図４に、射出ピストン１０が第１の油排出口１５Ａを塞いだ状態を示す。上述の通り、第１の油排出口１５Ａからは作動油が大流量にて排出され、第２の油排出口１５Ｂからは第１の油排出口１５Ａよりも小さな流量で作動油が排出される。よって、図４に示すように、射出ピストン１０が－Ｘ方向に前進して第１の油排出口１５Ａが完全に又はその大部分が塞がれると、射出ピストン１０の側面のうち、第１の油排出口１５Ａに露出した側面部Ｓ１（黒塗り太線で表示、第１の面とも称する）に加わる圧力は急速に（例えば大気圧に）低下する。

【0059】

これに対し、射出ピストン１０の回りの作動油は、側面部Ｓ１以外の場所では、小流量の第２の油排出口１５Ｂを通じてしか排出されないため、作動油の圧力が高圧となる（太線ハッチングで表示、第２の面とも称する）。その結果、射出ピストン１０の中心軸を挟んで側面部Ｓ１と対向する側面部Ｓ２に加わる作動油の圧力は高圧となる。これにより、射出ピストン１０には、側面部Ｓ２から側面部Ｓ１の方向へ向かう偏荷重Ｆが作用することとなる。換言すれば、射出ピストン１０の軸方向（Ｘ方向）を基準とした場合、偏荷重Ｆは、射出ピストン１０に対するせん断力又はヨー方向へ作用する力であると理解できる。

【0060】

このとき、偏荷重Ｆによって、ピストン部１０Ａが下方（－Ｚ方向）側に押しつけられる。そのため、後方ピストン部３１にはめ込まれた密閉部材１９Ｂに、荷重が集中することとなり、密閉部材１９Ｂの偏摩耗が生じ得る。また、密閉部材１９Ｂの偏摩耗が進行すると、ピストン部１０Ａを十分に保持することができなくなり、ピストン部１０Ａが下方（－Ｚ方向）側に変位することが考え得る。なお、このときの変位は、射出ピストン１０がＹ方向に平行移動する場合や、射出ピストン１０が軸方向（Ｘ方向）と直交する方向（例えばＹ方向）を軸として回転する、すなわちヨーイングが生じる場合などが想定され得る。

【0061】

図５に、偏荷重によって変位したピストン部近傍を示す。ピストン部１０Ａの変位が大きくなると、前方ピストン部２１の前方（－Ｘ方向）側の角部２１Ａが第１の油排出口１５Ａの開口部やハウジング９Ａの内面に衝突する事態が生じ得る。なお、図５では、変位がない場合の射出ピストンの輪郭線を破線で表示している。しかし、本構成では、接合部１０Ｂがピストン部１０Ａの後方（＋Ｘ方向）側、すなわち衝突部から離隔した位置に存在するため、衝突時に力が加わったとしても、接合部１０Ｂに対する影響が無い、ないしは小さいものと考えられる。そのため、接合部１０Ｂが破損するおそれを防止できる。

【0062】

また、本構成においては、接合部１０Ｂが第１の油排出口１５Ａに露出することもないため、圧力差によって接合部１０Ｂに荷重がかかることも防止できる。この観点からも、接合部１０Ｂが破損防止にとって有利である。

【0063】

以上、本構成によれば、密閉部材１９Ｂの偏摩耗によって前方ピストン部２１がハウジング９Ａと接触する場合でも、２つの部材を結合して構成された射出ピストン１０の破損を防止することができる。

【0064】

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、前方部材２０と後方部材３０とがボルトによって締結される場合について説明したが、結合方法はこれに限られない。前方ピストン部２１の内面に雌ねじを設け、嵌合部材３３の外面に雄ねじを設け、嵌合部材３３を前方ピストン部２１に螺入することで、前方部材２０と後方部材３０とを締結してもよい。また、前方ピストン部２１と嵌合部材３３とを溶接又は接着剤で接着することで、前方部材２０と後方部材３０とを結合してもよい。

【符号の説明】

【0065】

１、１０１ 加熱筒
２、１０２ スクリュ
３、１０３ ホッパ
４、１０４ ヒータ
５、１０５ ノズル
６、１０６ 金型
７、１０７ キャビティ
８、１０８ モータ
９、１０９ 射出用油圧シリンダ
９Ａ、１０９Ａ ハウジング
１０、１１０ 射出ピストン
１０Ａ、１１０Ａ ピストン部
１０Ｂ、１１０Ｂ 接合部
１１Ａ、１１１Ａ 後部室
１１Ｂ、１１１Ｂ 前部室
１２、１１２ 油圧ポンプ
１３、１１３ アキュムレータ
１４、１１４ 流量制御弁
１５Ａ、１１５Ａ 油排出口
１５Ｂ、１１５Ｂ 油排出口
１６、１１６ 流量制御弁
１７、１１７ 油タンク
１８、１１８ 流量制御弁
１９Ａ－１９Ｃ、１１９Ａ－１１９Ｃ 密閉部材
２０、１２０ 前方部材
２１、１２１ 前方ピストン部
２１Ａ、１２１Ａ 角部
２２、１２２ 円筒部材
３０、１３０ 後方部材
３１、１３１ 後方ピストン部
３１Ａ、１２１Ｃ 冠面
３２、１３２ 円筒部材
３３ 嵌合部材
４０、１４０ 軸部材
４０Ａ 保持部
４０Ｂ フランジ部
６０ ボルト
５１ アンギュラベアリング
５２ スラストベアリング
１００ 射出装置
１２１Ｂ 接続部
１２３ 嵌合部材
１０００ 射出装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】