JP2005337353A - 油圧シリンダ装置およびこの油圧シリンダ装置を使用した射出成形機の射出ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 制御が容易で、大容量の設備にも対応可能な油圧シリンダ装置を提供する。
【解決手段】 移動体側ロッド（２４）の移動に追従してピストン（１４）が油圧で移動するので、ピストン（１４）に結合された駆動ロッド（１５）が大きな軸力を発生する。開閉弁（２２，２３）の移動速度よりも大きな速度でピストン（１４）が移動した場合に、開閉弁（２２，２３）が開かれてピストンに設けられた作動油通路を介してシリンダ（１１）の油室の油圧が抜ける。したがって、ピストン（１４）は常に開閉弁（２２，２３）つまり移動体側ロッド（２４）の移動に追随して、移動体側ロッド（２４）と同じ速度で移動することになる。移動体側ロッドを移動させる力に比して格段に大きな力で駆動ロッド（１５）が駆動され、しかも、駆動ロッド（１５）が移動体側ロッド（２４）に追従して移動される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に大容量の油圧駆動手段として好適な油圧シリンダ装置およびその油圧シリンダ装置を使用した射出成形機の射出ユニットに関するものである。

射出スクリュを射出駆動するためのアクチュエータとして油圧シリンダを用いた射出成形装置が実用されている。上記油圧シリンダは、駆動力をバランスさせるために、射出シリンダの両側に対称平行に配設されかつ同時駆動される。(例えば、特許文献１参照)
溶融樹脂の射出工程では、まず、射出スクリュを回転しながら低速で後進させる。これにより、射出シリンダの中に送り込まれた樹脂材料が溶融可塑化されながらスクリュ先端に貯溜される。そして、樹脂貯溜量が一定量に達したとき、射出スクリュの回転を止め、ついで、射出スクリュを高速で前進させて、溶融樹脂を射出シリンダ先端のノズルから金型キャビティ内に射出する。

以前の射出成形装置においては、射出スクリュの進退は一定速の低速溶融可塑化と一定速の高速射出の繰り返しで用が足りていた。しかし、現在では、射出成形品の薄肉化や射出高速化のために、射出速度の段階的な制御と型内圧制御が求められるようになっている。
樹脂の射出には大きな力を必要とするので、射出スクリュを駆動するには、径の大きな油圧シリンダを用いて、このシリンダに多量の作動油を急速に流す必要がある。射出の高速化には、大容量の油圧源と大容量の切換弁を必要とするので、作動油の重量によるイナーシャの影響等のために、制御の指示に対する油圧シリンダの応答が遅れることになる。したがって、射出工程における射出速度等の微妙な制御は難しく、また、制御のための周辺機能部品のコストが高くなる。

そこで、近年では、精度の高い射出制御を実現するために、電動モータによって駆動されるボールねじ等を用いた機械的な射出スクリュ駆動手段等が導入されるようになってきた。しかし、ボールねじは荷重が制限され、しかも、このボールねじを多数設置した場合には、荷重分担の確実性が必要となる。また、ボールネジを用いた射出スクリュ駆動手段は、構造が複雑でコストも高くなる。
特公昭５５−２４９８６号公報

上記のように、従来の油圧シリンダによる射出等の駆動装置は、射出成形品の薄肉化や射出高速化のための射出速度の微妙な制御が難しく、しかも、大容量の油圧射出駆動機構の制御手段はコストが高くなる。
一方、電動モータ駆動のボールねじ、またはボールねじナットを使用した機械的な射出駆動手段は、速度制御は容易であるものの、ボールねじが荷重に制限を受けるという欠点がある。また、大容量のボールねじは高価であり、しかも多数のボールねじを使用する場合は、構造が複雑となると共に、ボールねじ軸の同期回転やボールねじナットの荷重平均化のための制御手段が必要になるため、設備コストが嵩むことになる。

本発明は、このような状況に鑑み、大容量の油圧シリンダと電動モータ駆動の機械的な駆動手段とを組み合わせた制御が容易で、大容量の設備にも対応可能な油圧シリンダ装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、上記油圧シリンダ装置を使用して、回流する作動油量の減少、リリーフ油量の減少、および油圧運転のエネルギの節減を図るようにした射出成形機の射出ユニットを提供することを目的としている。

本発明に係る油圧シリンダ装置は、油圧シリンダと、前記油圧シリンダ内に摺動可能に設けられ、その一方および他方の側にそれぞれ形成された前記シリンダの第１および第２の油室を連通させる作動油通路を形成したピストンと、前記油圧シリンダの一方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに相対変位可能に結合された移動体側ロッドと、前記移動体側ロッドに設けられ、該移動体側ロッドと前記ピストンの相対変位によって前記作動油通路を開閉する開閉弁を前記ピストンとの間で構成する弁体と、前記油圧シリンダの他方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに固定結合された駆動ロッドと、
前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータと、前記第２の油室に作動油を供給し、前記作動油通路を介して前記作動油を還流させるように構成された油圧発生手段と、を備え、前記開閉弁は、前記弁体が前記一方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように、かつ、前記油圧発生手段が停止された状態で前記弁体が前記他方の側蓋の方向に移動するときに開かれるように構成されていることを特徴としている。

前記移動体側ロッドの径と駆動ロッドの径を等しく設定して、前記ピストンの両側の受圧面積を等しくすることが望ましい。また、前記開閉弁は、ポペット弁あるいはカップ弁で構成してもよい。

前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータは、回転駆動されるボールねじ軸と、該ボールねじ軸に螺合するボールねじナットとを備え、該ボールねじナットの直線運動を前記移動体側ロッドに伝達するように構成することができる。

前記油圧発生手段は、油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出された作動油を還流させる閉鎖配管回路と、を備えることができる。前記油圧ポンプは、前記一方の側蓋の方向に移動する前記弁体に対して前記ピストンを追従して移動させ得る流量の作動油を発生するように、前記アクチュエータと連携して運転される。

本発明に係る油圧シリンダ装置は、油圧シリンダと、前記油圧シリンダ内に摺動可能に設けられ、その一方および他方の側にそれぞれ形成された前記シリンダの第１および第２の油室を連通させる作動油通路を形成したピストンと、
前記油圧シリンダの一方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに相対変位可能に結合された移動体側ロッドと、前記移動体側ロッドに設けられ、該移動体側ロッドと前記ピストンの相対変位によって前記作動油通路を開閉する第１および第２の開閉弁を前記ピストンとの間でそれぞれ構成する第１および第２の弁体と、前記油圧シリンダの他方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに固定結合された駆動ロッドと、前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータと、前記第１および第２の油室に選択的に作動油を供給し、前記作動油通路を介して前記作動油を還流させるように構成された油圧発生手段と、を備え、前記第１の開閉弁は、前記第１の弁体が前記一方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように構成され、前記第２の開閉弁は、前記第２の弁体が前記他方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように構成されている、ことを特徴としている。

前記移動体側ロッドの径と駆動ロッドの径を等しく設定して、前記ピストンの両側の受圧面積を等しくすることが望ましい。前記第１および第２の開閉弁はポペット弁で構成することができる。また、前記第１および第２の開閉弁の一方をカップ弁で構成し、他方をカップ弁もしくはポペット弁で構成しても良い。

前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータは、回転駆動されるボールねじ軸と、該ボールねじ軸に螺合するボールねじナットとを備え、該ボールねじナットの直線運動を前記移動体側ロッドに伝達するように構成することができる。

実施の形態において、前記油圧発生手段は、油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出された作動油を還流させる閉鎖配管回路と、を備え、前記油圧ポンプは、前記弁体に対して前記ピストンを追従して移動させ得る流量の作動油を発生するように前記アクチュエータと連携して運転される。

本発明に係る射出成形機の射出ユニットは、射出シリンダに対して平行対称に設けられた一対の油圧シリンダ装置を備え、これらの油圧シリンダ装置により溶融樹脂射出のための射出スクリュを前後進させるように構成された射出成形機の射出ユニットであって、前記一対の油圧シリンダ装置は、油圧シリンダと、前記油圧シリンダ内に摺動可能に設けられ、その一方および他方の側にそれぞれ形成された前記シリンダの第１および第２の油室を連通させる作動油通路を形成したピストンと、前記油圧シリンダの一方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに相対変位可能に結合された移動体側ロッドと、前記移動体側ロッドに設けられ、該移動体側ロッドと前記ピストンの相対変位によって前記作動油通路を開閉する開閉弁を前記ピストンとの間で構成する弁体と、前記油圧シリンダの他方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに固定結合された駆動ロッドと、前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータと、前記第２の油室に作動油を供給し、前記作動油通路を介して前記作動油を還流させるように構成された油圧発生手段と、を備える。前記開閉弁は、前記弁体が前記一方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように、かつ、前記油圧発生手段が停止された状態で前記弁体が前記他方の側蓋の方向に移動するときに開かれるように構成される。

また、本発明に係る射出成形機の射出ユニットは、射出シリンダに対して平行対称に設けられた一対の油圧シリンダ装置を備え、これらの油圧シリンダ装置により溶融樹脂射出のための射出スクリュを前後進させるように構成された射出成形機の射出ユニットであって、前記第１の油圧シリンダ装置が通常の油圧シリンダ装置の構造を有し、前記第２の油圧シリンダ装置が、油圧シリンダと、前記油圧シリンダ内に摺動可能に設けられ、その一方および他方の側にそれぞれ形成された前記シリンダの第１および第２の油室を連通させる作動油通路を形成したピストンと、前記油圧シリンダの一方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに相対変位可能に結合された移動体側ロッドと、前記移動体側ロッドに設けられ、該移動体側ロッドと前記ピストンの相対変位によって前記作動油通路を開閉する第１および第２の開閉弁を前記ピストンとの間でそれぞれ構成する第１および第２の弁体と、前記油圧シリンダの他方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに固定結合された駆動ロッドと、前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータと、前記第１および第２の油室に選択的に作動油を供給し、前記作動油通路を介して前記作動油を還流させるように構成された油圧発生手段と、を備える。前記第１の開閉弁は、前記第１の弁体が前記一方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように構成され、前記第２の開閉弁は、前記第２の弁体が前記他方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように構成される。

本発明に係る油圧シリンダ装置によれば、移動体側ロッドの移動に追従してピストンが油圧で移動するので、ピストンに結合された駆動ロッドが大きな軸力を持つことができる。また、開閉弁の移動速度よりも大きな速度でピストンが移動した場合に、該開閉弁が開かれてピストンに設けられた作動油通路を介してシリンダの油室の油圧が抜けて、上記軸力が失われることになるので、ピストンは常に開閉弁つまり移動体側ロッドの移動に追随して、移動体側ロッドと同じ速度で移動することになる。したがって、移動体側ロッドを移動させる力に比して格段に大きな力で駆動ロッドを駆動することができ、しかも、駆動ロッドを移動体側ロッドに追従させて移動させることができる。このように、本発明の油圧シリンダ装置は、速度制御の可能な倍力直線追従移動手段としての機能を有する。

開閉弁が１つ設けられた構成によれば、ピストンを上記とは逆の方向に移動させる場合、油圧発生手段を停止した状態で移動体側ロッドを上記とは逆の方向に移動させればよい。この場合、ピストンは移動体側ロッドに押されて移動されることになる。
例えば、射出成形装置の射出工程では、射出時に強大な力を必要とし、射出スクリュを回転しながら樹脂の可塑化送りをするときは弱い力（射出の約１／１０）で充分である。したがって、このような力配分を必要とする設備に本発明の油圧シリンダ装置を適用すれば、動力エネルギの節約を図ることできる。
開閉弁が２つ設けられた構成によれば、ピストンを双方向に追随させ、かつ、双方向の軸力を増幅することができる。

開閉弁としては、ポペット弁やカップ弁を用いることができる。ポペット弁は、弁座とのシールが容易である。一方、カップ弁は、自動調心機能を持たせる必要があるものの、シール長さが長いので作動油量が大きい場合に適合している。
油圧発生手段は、作動油を還流させる閉鎖配管回路を備えるので、前記移動体側ロッドの径と駆動ロッドの径を等しく設定して、ピストンの両側の受圧面積を等しくすることにより、小容量のリザーブタンクを設けるだけで対応することができる。したがって、運転コストが低減される。

前述した油圧シリンダ装置を射出シリンダに対して平行対称に設けた本発明に係る射出成形機の射出ユニットによれば、射出スクリュを高精度で速度制御することが可能となり、また、高圧作動油の浪費が抑制され、かつ油圧駆動エネルギが低減されるという効果が得られる。
また、前述した油圧シリンダ装置を１つ使用した本発明に係る射出成形機の射出ユニットによれば、上記射出ユニットの効果に加えて、製造コストを低減できるという効果が得られる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る油圧シリンダ装置の第１の実施形態を示す側面断面図である。
この図１に示す油圧シリンダ装置１０の油圧シリンダ１１は、シリンダ本体１１ａと、このシリンダ本体１１ａの一端側（駆動ロッド側）に固設されたシリンダ側蓋１２と、シリンダ本体１１ａの他端側（操作ロッド側）に固設されたシリンダ側蓋１３とによってシリンダ室を形成している。

ピストン１４は、油圧シリンダ１１内を摺動する。シリンダ側蓋１２には、駆動ロッド１５が摺動可能に貫通している。この駆動ロッド１５は、一端がピストン１４に結合されるとともに、他端が作用体（被駆動体）１６に結合されている。なお、符号１７は、シリンダ側蓋１２における駆動ロッド１５の摺動部に施されたシールリングを、また、符号２１は、ピストン１４の摺動部に施されたシールリングをそれぞれ示している。

ピストン１４には、ポペット形弁体２３の弁座を有する弁座板２２が固設され、この弁座板２２とピストン１４の凹部とによって弁体２３を収容する中空室部が形成されている。
シリンダ側蓋１３には、ピストン１４を中心として上記駆動ロッド１５と反対の方向に延びる筒状の移動体側ロッド２４が摺動可能に貫通している。移動体側ロッド２４は、駆動ロッド１５と同じ外径を有し、その一端部は上記弁体２３に設けられた雄ねじ２４ａに螺合している。したがって、移動体側ロッド２４が図示の位置まで左行しているときには、弁体２３が上記弁座板２２の弁座に当接し、また、移動体側ロッド２４が図示の位置から右行するに伴って弁体２３が上記弁座板２２の弁座から離されることになる。
このように、弁体２３は上記弁座板２２の弁座とともに開閉弁（ポペット弁）を構成している。符号１８は、シリンダ側蓋１３における移動体側ロッド２４の摺動部に施されたシールリングを示している。

弁体２３は小軸２３ａを備え、この小軸２３ａを駆動ロッド１５の端部１５ａの軸心上に設けられた穴に嵌合することによって該駆動ロッド１５の軸心に位置合わせされている。弁体２３の側面２３ｂと駆動ロッド１５の端部１５ｂとの隙間が上記開閉弁の開弁時の隙間に対応することになる。上記弁体２３の小軸２３ａには、油抜き孔２３ｃが形成されている。

シリンダ１１の外側に位置した移動体側ロッド２４の他端部は、ボールねじ軸２５に螺合したボールねじナット２６に結合されている。ボールねじ軸２５は、シリンダ側蓋１３に取付けられたボールねじ支台２７にボールベアリング２８を介して支持されている。したがって、このボールねじ軸２５は、回転自在で、かつ、軸方向の動きが拘束されている。このボールねじ軸２５は、大歯車３１と小歯車３３を介してサーボモータ３２により駆動される。

油圧ポンプ３６は、サーボモータ３７で駆動される。この油圧ポンプ３６から吐出される高圧の作動油は、油圧配管および管継ぎ手３５を経て油圧シリンダ１１の駆動ロッド１５側のシリンダ室に送られる。駆動ロッド１５と移動体側ロッド２４は同じ外径を有するので、ピストン１４の両側の受圧面積は同じである。したがって、理論的には油圧系統に満たされた作動油の量は一定であるが、温度変化による膨張、漏れ等による油圧配管内の不足油量を補うためにリザーブタンク３９が備えられている。符号４０は油圧計を、また、符号３８は逆止弁をそれぞれ示している。

油圧ポンプを駆動するサーボモータ３７と、ボールねじ軸２５を駆動するサーボモータ３２は比例同調運転される。すなわち、ピストン１４が油圧で駆動されているときに、油圧ポンプ３６の吐出油に基づくピストン１４の移動速度がボールねじ軸２５で駆動されるボールねじナット２６の移動速度と一致するように、つまり、ピストン１４がボールねじナット２６に追随して移動するように、両サーボモータ３２、３７が比例同調運転される。

次に、この油圧シリンダ装置１０の作用を説明する。
サーボモータ３７によって油圧ポンプ３６を駆動すると、該油圧ポンプ３６から吐出された作動油が実線矢印で示した方向に送られる。このとき、弁座板２２の弁座と弁体２３との間に隙間が形成されていると、つまり、上記開閉弁が開かれていると、作動油が通路１４ａを介してピスン１４を通り抜けることから、該ピストン１４に油圧が作用しない。

図示しない制御装置は、作用体１６の位置、移動速度を制御するためのプログラムを内蔵している。この制御プログラムに従ってサーボモータ３２が作動され、それによってボールねじ軸２５が回転して移動体側ロッド２４が矢印Ａの方向に引張されると、弁体２３が図における左方向に移動して開閉弁が閉じられる。
これに伴って、シリンダ１の右側の油室内に油圧が発生するので、該ピストン１４が左方向に移動する。このとき、ピストン１４が行き過ぎると、開閉弁が開かれてシリンダの右側の油室と左側の油室の油圧がバランスするので、ピストン１４を動かす力が無くなる。このようにして、ピストン１４は、行き過ぎが抑制されながら、弁体２３が取付けられた移動体側ロッド２４に追随して移動する。
ピストン１４には、作用体１６の負荷に比例した油圧が発生する。したがって、ボールねじ軸２５、ボールねじナット２６（移動体）はピストン１４の移動速度の制御を担当し、油圧シリンダ１１、油圧ピストン１４は作用体１６による負荷を担うことになる。

ピストン１４を逆方向に移動させたいときは、油圧ポンプ３６を停止して作動油の回流を止める一方、サーボモータ３２を逆回転してボールねじナット２６を矢印Ａ方向とは逆の方向に送る。これにより、移動体側ロッド２４の一端に設けられた弁体２３の側面２３ｂが駆動側ロッド１５の端面１５ｂに当接するので、該駆動側ロッド１５が右方向（破線で示した矢印方向）に押されて作用体１６を移動させることになる。このとき、油圧シリンダ１１の右方の油室内の作動油は、弁座板２２の弁座と弁体２３の間の隙間を素通りするので、油圧によるピストン１４の押し力は発生しない。

この第１の実施の形態に係る油圧シリンダ装置１０は、このように作用するので、例えば、射出成形装置の射出スクリュを駆動する油圧駆動手段として好適である。なぜなら、射出成形装置の射出工程では、射出時に強大な力を必要とし、射出スクリュを回転しながら樹脂の可塑化送りをするときは弱い力（射出の約１／１０）で充分であるからである。したがって、上記油圧シリンダ装置１０は、このような力配分を必要とする設備に用いる駆動手段として最適である。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る油圧シリンダ装置２０の要部を示す側面断面図である。この図２において、図１に示す構成要素と共通する要素には、同一の参照符号を付してある。以下においては、この共通要素についての説明を省略する。

図２において、移動体側ロッド４５は、ピストン４１に近い位置に細径部４５ａを有し、この細径部４５ａの先端に球面座４４がボルト４７によって取付けられている。この球面座４４には、その球面に合致する窪み、つまり、該球面の曲率と同じ曲率の窪みを有するカップ形弁体４３が傾斜自在に係合している。弁体４３がピストン４１の弁座４１ａと当接すると、シリンダ１１の左右の油室に通じる作動油通路が閉じられる。このとき、球面座４４の球面と弁体４３の窪みの接触による自動調心作用により弁体４３のエッジの全周が弁座４１ａに接することになるので、上記作動油通路を確実に締め切ることができる。

図２において、上半分の弁体４３は開動作状態にあり、また、下半分の弁体４３は閉動作状態にある。ピストン４１は、弁体４３の取付けの都合で、ピストン４１の本体と駆動ロッド４６の取付け部４２とに分割されている。取付け部４２は、油の通路４２ａが形成され、また、この取付け部４２には駆動ロッド４６のねじ部４６ａが螺着されている。

この第２の実施形態に係る油圧シリンダ装置２０は、弁体４３と弁座４１ａとで構成される開閉弁（カップ弁）、およびその構造に係わる周辺の要素以外は前記第１の実施形態に係る油圧シリンダ装置１０と同一であり、また、基本的作用において、第１の実施形態に係る油圧シリンダ装置１０と共通している。

弁体４３と弁座４１ａとで構成されたカップ弁としての開閉弁を備えるこの第２の実施形態に係る油圧シリンダ装置２０は、該開閉弁が開いたときの通路面積が大きいので、ピストン４１を移動体側ロッド４５と弁体４３に即座に追随させたい場合、また、油圧を使用しないでピストン４１を逆方向移動させたい場合に特に有効である。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る油圧シリンダ装置３０を示す側面断面図である。この油圧シリンダ装置３０が第１の実施形態の油圧シリンダ装置１０と異なる点は、ピストン１４の中心部の貫通孔を外側と内側から交番に開閉可能な一対のポペット形弁体５２、５３が移動体側ロッド５４の先端に設けられていることである。上記弁体５２で構成される開閉弁と上記弁体５３で構成される開閉弁の内の１つが塞がれたとき、塞がれた側のピストンの側面に油圧が作用する。ピストン１４は、弁体５２、５３の開閉動作によってその両側の油圧がバランスされながら移動し、これにより、移動体に追随して作用体１６が駆動される。そして、ピストンの油圧作用側を切り換えることにより、押し引き両側方向の移動が実現される。

図３に示すように、この油圧シリンダ装置３０は、ピストン１４に付設された弁座板５１と、この弁座板５１の貫通孔５１ａの外側縁部の弁座と内側縁部の弁座に交番に当接させるべく移動体側ロッド５４の先端部に設けた上記ポペット形弁体５２、５３と、油圧回路に設けた切換弁５６と、を備えた構成を有する。この構成以外の構成は、第１の実施形態に係る油圧シリンダ装置１０の構成と同様であるので、それについての説明を省略する。なお、図３においては、第１の実施形態の油圧シリンダ装置１０の構成要素と共通する要素に同一の参照符号を付してある。

図３において、前記第１の実施形態の移動体側ロッド２４に対応する移動体側ロッド５４は、ピストン１４に近い位置に細径部５４ａを有し、この細径部５４ａに相対向する上記弁体５２、５３を備える弁部材が嵌合されかつナット５５により固定されている。上述したように、ピストン１４に付設された弁座板５１の貫通孔５１ａの外側と内側の縁部は、それぞれ上記弁体５２と弁体５３の弁座を構成している。

移動体側ロッド５４は、先端に小軸５４ｂを備えている。小軸５４ｂは、駆動ロッド１５の端部中心に形成された穴に嵌合され、これによって弁体５２、５３の軸心が駆動ロッド１５の軸心、つまり、シリンダ１１の軸心に合わせられる。上記小軸５４ｂには、点線で示す油抜き孔が形成されている。
この実施の形態では、対向する一対のポペット形弁体５２、５３を備えているが、これらの一方、または、双方をカップ形弁体に置き換えても同じ機能を得ることができる。もちろん、その場合には、カップ形弁体に対応する弁座が設けられる。

油圧ポンプ３６から吐出される高圧の作動油は、電磁切換弁５６、油圧配管および管継ぎ手３５を経て、油圧シリンダ１１の左右の油室のいずれか一方に送られる。
駆動ロッド１５と移動体側ロッド５４は同じ外径を有するので、ピストン１４の左右の受圧面積は同じである。したがって、理論的には油圧系統に満たされた作動油の量は一定であるが、この実施の形態においても、温度変化による膨張、漏れ等による油圧配管内の不足油量を補うためにリザーブタンク３９が備えられている。符号４０は油圧計を、また、符号３８は逆止弁をそれぞれ示している。

以下、この油圧シリンダ装置３０の作用を説明する。
切換弁５６が図３の切換え位置に作動されている場合、作動油が実線矢印の方向に送られる。このとき、弁座板５１の弁座と弁体５３との間に隙間があると、作動油がその隙間を通り抜けることから、ピストン１４に油圧が作用しない。

上記制御装置は、作用体１６の位置、移動速度を制御するためのプログラムを内蔵している。この制御プログラムに従ってサーボモータ３２が作動され、それによってボールねじ軸２５が回転して移動体側ロッド２４が矢印Ａの方向に引張されると、弁体５３が図における左方向に移動して弁座に当接する。つまり、弁体５３を備える第１の開閉弁（ポペット弁）が閉じられる。
この結果、ピストン１４の右側の油室内に油圧が発生して、該ピストン１４が左方向に移動する。このとき、ピストン１４が行き過ぎると上記第１の開閉弁が開かれてシリンダの右側の油室と左側の油室の油圧がバランスするので、ピストン１４を動かす力が無くなる。このようにして、ピストン１４は、行き過ぎが抑制されながら、移動体側ロッド２４に追随して移動する。
ピストン１４には、作用体１６の負荷に比例した油圧が発生する。したがって、ボールねじ軸２５、ボールねじナット２６を含む移動体は、ピストン１４の移動速度の制御を担当し、油圧シリンダ１１、油圧ピストン１４は作用体１６による負荷を担うことになる。

次に、上記制御装置によって切換弁５６が図３の位置とは異なる側の位置に切り換えられると、作動油が破線矢印の方向に送られる。このとき、弁座板５１の弁座と弁体５２との間に隙間があると、作動油がその隙間を通り抜けることから、ピストン１４に油圧が作用しない。
サーボモータ３２が逆回転されると、ボールねじ軸２５も逆回転するので、移動体側ロッド５４が破線矢印Ｂの方向に移動される。これにより、弁体５２が右方向に移動されるので、この弁体５２が弁座に当接する。つまり、弁体５２を弁要素とする第２の開閉弁（ポペット弁）が閉じられる。
この結果、ピストン１４の左側の油室内に油圧が発生して、該ピストン１４は右方向に移動するが、ピストン１４が行き過ぎると上記第２の開閉弁が開かれてシリンダの右側の油室と左側の油室の油圧がバランスするので、ピストン１４を動かす力は無くなる。このようにして、ピストン１４は、弁体５２の開閉作用で移動体ロッド５４に追随して右方向移動動作をする。

この第３の実施の形態においても、油圧ポンプ３６を駆動するサーボモータ３７と、ボールねじ軸２５を駆動するサーボモータ３２は比例同調運転される。すなわち、ピストン１４が油圧で駆動されているときに、油圧ポンプ３６の吐出油に基づくピストン１４の移動速度がボールねじ軸２５で駆動されるボールねじナット２６の移動速度と一致するように、つまり、ピストン１４がボールねじナット２６に追随して移動するように、両サーボモータ３２、３７が比例同調運転される。

この第３の実施形態に係る油圧シリンダ装置３０は、移動体ロッド５４の僅かな移動力(図における左方向移動力および右方向移動力双方)を、強大な油圧力に変換することができるので、作用体１６を移動体ロッド５４と同じ距離だけ同じ速度で移動させることが可能である。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る射出成形機の射出ユニットの断面図および油圧系統ブロック図である。また、図６は、上記射出ユニット１の射出工程における射出スクリュのストロークに対する射出速度、油圧ポンプ吐出流量および油圧を示す特性曲線図である。

図４に示す射出ユニット１には、図１に示した油圧シリンダ装置１０または図２に示した油圧シリンダ装置２０が用いられている。
射出ユニット１は、射出シリンダ２、該シリンダ２に回転かつ進退可能に挿入された射出スクリュ３、射出シリンダ２を固設支持する固定台４および固定台４に対して近接離反する摺動台５と、を備えている。
摺動台５には、射出スクリュ３を回転可能に支持しかつ該射出スクリュ３の軸方向移動を規制する軸受が内蔵され、また、射出スクリュ駆動モータ６が取付けられている。

固定台４の両側、つまり、射出シリンダ２を中心する対称位置には、油圧シリンダ装置１０（２０）がそれぞれ該射出シリンダ２に平行する形態で固定配設されている（括弧内は、図２の油圧シリンダ装置２０に係る参照番号である）。前述したように、油圧シリンダ装置１０（２０）は、サーボモータ３２によって駆動されるボールねじ軸２５と、このボールねじ軸２５に螺合するボールねじナット２６によって移動体側ロッド２４（４５）を駆動するように構成されている。なお、油圧シリンダ装置１０（２０）のシリンダ１１は固定台４に一体形成しても良い。

次に、この射出ユニット１の油圧系統を説明する。制御装置１４７には、射出ユニット１を制御するプログラムが内蔵されている。インバータ４８は、制御装置１４７の制御プログラムに基づく指示に従った電力をＡＣモータ３７ａに供給して、該ＡＣモータ３７ａの回転を制御する。油圧ポンプ３６はこのＡＣモータ３７ａによって駆動される。なお、インバータ４８とＡＣモータ３７ａの組合せに代えて、サーボモータを用いても良い。
符号５８は油圧ポンプ３６の過負荷を防止するためのリリーフ弁を、符号５７は２方向電磁開閉弁を、また、符号４０は油圧を検出する油圧計をそれぞれ示している。
上記一対の油圧シリンダ装置１０（２０）におけるシリンダ１１の右方および左方の油室には、それぞれ油圧配管７１および７２が結合されている。また、配管７２には、逆止弁３８を介してリザーブタンク３９が分岐接続されている。

次に、この射出ユニット１を用いた樹脂射出工程について説明する。
射出スクリュ３の射出前進時には、射出スクリュ３が略一定速度に制御される。そして、溶融樹脂が図示しない金型のキャビティに充満されてから樹脂の流動性が失われるまでの間は、該キャビティ内の圧力制御（型内圧制御）が実行される。それ以後、樹脂が固化するまでは圧力保持が行われて、射出の前進方向の制御が終了する。

図６は、充填工程とそれに続く保圧工程における、射出スクリュ３の射出ストロークＳに対する射出速度Ｖ、油圧ポンプの吐出流量Ｆおよび油圧Ｐの変化をそれぞれ例示した特性曲線図である。
充填工程では、サーボモータ３２を所定回転速度で回転させて、弁体２３（４３）を指定された速度で移動させる。このとき、弁体２３（４３）にピストン１４（４１）を追随させるため、該ピストン１４（４１）の移動速度が弁体（２３または４３）の移動速度より少し速められるように作動油の供給量、つまり、油圧ポンプ３６の回転速度が制御される。なお、ピストン１４（４１）に作用する作動油の余剰分は弁体２３（４３）を通過することになる。
一方、保圧制御時には、弁体２３（４３）にサーボモータ３２の回転トルクを加えた状態で、型内圧が保持されるように油圧ポンプ３６を回転させて圧力制御を行う。

射出スクリュ３が後退する樹脂可塑化貯溜時には、油圧ポンプ３６を停止する。そして、移動体側ロッド２４（４５）の端部を駆動ロッド１５（４６）の端部に当接させて、移動体側ロッド２４（４５）により直接駆動ロッド１５（４６）を後進させる。このとき、移動体側ロッド２４（４５）に備えられている弁体２３（弁体４３）は開いた状態にあるので、シリンダ１１の左右の油室の作動油は自由に流通し、その結果、ピストン１４（４１）には油圧力が作用しない。
なお、各油圧シリンダ装置１０（２０）のサーボモータ３２相互は、電気的に、もしくはそれら間に巻掛けた図示しないチエンまたは歯付きベルト等によって機械的に同期運転される。

（第５の実施形態）
図５は、本発明の第５の実施形態に係る射出成形機用射出ユニットの断面図および油圧系統ブロック図である。
図５に示す射出ユニット５０には、図３に示した油圧シリンダ装置３０が用いられている。
射出ユニット５０は、射出シリンダ２、該シリンダ２に回転かつ進退可能に挿入された射出スクリュ３、射出シリンダ２を固設支持する固定台４および固定台４に対して近接離反する摺動台５と、を備えている。
摺動台５には、射出スクリュ３を回転可能に支持しかつ該射出スクリュ３の軸方向移動を規制する軸受が内蔵され、また、射出スクリュ駆動モータ６が取付けられている。

固定台４の両側、つまり、射出シリンダ２を中心する対称位置には、それぞれ上記油圧シリンダ装置３０と油圧シリンダ装置６４が該射出シリンダ２に平行する形態で固定配設されている。
前述したように、油圧シリンダ装置３０は、サーボモータ３２によって駆動されるボールねじ軸２５と、このボールねじ軸２５に螺合するボールねじナット２６によって移動体側ロッドを駆動するように構成されている。
一方、油圧シリンダ装置６４は、シリンダ本体１１ａ'、シリンダ側蓋６６およびシリンダ側蓋１２を有する油圧シリンダ１１'と、ピストン６５とを備えた一般的な構造を有している。

次に、この射出ユニット１の油圧系統を説明する。制御装置６０には、射出ユニット５０を制御するプログラムが内蔵されている。インバータ４８は、制御装置１４７の制御プログラムに基づく指示に従った電力をＡＣモータ３７ａに供給して、該ＡＣモータ３７ａの回転を制御する。油圧ポンプ３６はこのＡＣモータ３７ａによって駆動される。
上記油圧シリンダ装置３０、６４におけるシリンダ１１、１１'の右方および左方の油室には、それぞれ油圧配管７１および７２が結合されている。
符号５８は油圧ポンプ３６の過負荷を防止するためのリリーフ弁を、符号６１は油圧ポンプ３６と配管７１、７２間に介在された４方向電磁開閉弁を、符号４０は油圧を検出する油圧計を、また、符号６３は配管７１に接続された電磁リリーフ弁をそれぞれ示している。

各油圧シリンダ装置３０、６４は、油圧配管７１、７２によって上記のように結合されているので、油圧シリンダ装置３０のシリンダ１１における左右の油室の油圧は、油圧シリンダ装置６４のシリンダ１１'における左右の油室の油圧とそれぞれ等しくなる。
したがって、油圧シリンダ装置３０のピストン１４が移動体側ロッド５４（図３参照）に追従して移動する場合、油圧シリンダ装置６４のピストン６５がピストン１４と同じ力で同方向に作動し、その結果、摺動台５、つまり、スクリュ３が円滑に進退される。

上記油圧シリンダ装置３０においては、射出の全工程に亙って、移動体側ロッド５４の移動にピストン１４が追従するように油圧ポンプ３６の回転速度が制御される。なお、油圧ポンプ３６には、油圧シリンダ装置１０，６４の双方を作動できる容量のものが使用される。

次に、この射出ユニット５０を用いた樹脂射出工程について説明する。
射出スクリュ３の射出前進時には、射出スクリュ３が略一定速度に制御される。そして、溶融樹脂が図示しない金型のキャビティに充満されてから樹脂の流動性が失われるまでの間は、該キャビティ内の圧力制御（型内圧制御）が実行される。それ以後、樹脂が固化するまでは圧力保持が行われて、射出の前進方向の制御が終了する。

射出スクリュ３の速度制御と保圧制御は、第４の実施形態の場合と同様であるので、図６の特性曲線図をその制御に適用することができる。
充填工程では、サーボモータ３２を所定回転速度で回転させて、弁体５２、５３を指定された速度で移動させる。このとき、弁体５２、５３にピストン１４を追随させるため、該ピストン１４の移動速度が弁体５２、５３の移動速度より少し速められるように作動油の供給量、つまり、油圧ポンプ３６の回転速度が制御される。なお、ピストン１４に作用する作動油の余剰分は弁体５２を備える開閉弁もしくは弁体５３を備える開閉弁を通過することになる。
一方、型内圧制御時および圧力保持の時は、弁体５２、５３にサーボモータ３２の回転トルクを加えた状態で、型内圧を保持するように油圧ポンプ３６が回転制御される。

射出スクリュ３が後退する樹脂可塑化貯溜時には、油圧シリンダ装置３０、６４に射出スクリュ３を後退させる油圧が発生するように４方向電磁切換弁６１が切換えるとともに、油圧調整用の電磁リリーフ弁６３によって油圧配管７１側に背圧を掛ける。そして、サーボモータ３２を逆方向に低速で回転させるとともに、弁体５２、５３の移動速度に見合った低速で油圧ポンプ３６を回してピストン１４を弁体５２，５３の移動、つまり移動体側ロッド５４の移動に追随させる。

油圧シリンダ装置３０、６４には、常に等圧かつ等方向の油圧が作用する。したがって、油圧シリンダ装置３０のピストン１４と油圧シリンダ装置６４のピストン６５には、方向および大きさが等しい油圧力が作用し、その結果、摺動台５を介して射出スクリュ３がバランス良く前後進される。

この第５の実施形態に係る射出ユニット５０によれば、射出スクリュ３の速度を制御するためのボールねじ機構を有した油圧シリンダ装置として油圧シリンダ装置３０を１つ設ければよいので、コストを低減することができる。また、樹脂可塑化貯溜時における射出スクリュ３の回転に伴って該射出スクリュ３の後進力が大きくなると、ピストン１４、６５に引き力が作用することになるが、その場合でも、油圧配管７１に背圧を掛けているので、油圧シリンダ装置３０を適当な正圧を掛けた状態で正常に制御することができる。

本発明の第１の実施形態に係る油圧シリンダ装置の側面断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る油圧シリンダ装置の側面断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る油圧シリンダ装置の側面断面図である。 図１または図２の油圧シリンダ装置を備えた本発明に係る射出ユニットの実施の形態を示す断面図および油圧系統ブロック図である。 図３の油圧シリンダ装置を備えた本発明に懸かる射出ユニットの他の実施の形態を示す断面図および油圧系統ブロック図である。 図４および図５の射出ユニットの射出工程における射出スクリュのストロークに対する射出速度、油圧ポンプ吐出流量、および油圧の変化を例示した特性曲線図である。

符号の説明

１ 射出ユニット
２ 射出シリンダ
３ 射出スクリュ
４ 固定台
５ 摺動台
１０ 油圧シリンダ装置
１１，１１' 油圧シリンダ
１２ シリンダ側蓋
１３ シリンダ側蓋
１４ ピストン
１５ 駆動ロッド
１６ 作用体（被駆動体）
２２ 弁座板
２３ 弁体
２４ 移動体側ロッド
２５ ボールねじ軸
２６ ボールねじナット
３２ サーボモータ
３６ 油圧ポンプ
４１ ピストン
４２ ピストン継手
４３ 弁体
４５ 移動体側ロッド
４６ 駆動ロッド
１４７ 制御装置
４８ インバータ
５０ 射出ユニット
５１ 弁座板
５２ 弁体（外側）
５３ 弁体（内側）
５４ 移動体側ロッド
５６ 切換弁
５７ ２方向切換弁
５８ リリーフ弁
６０ 制御装置
６１ ４方向切換弁
６３ 油圧調整リリーフ弁

Claims (14)

1. 油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダ内に摺動可能に設けられ、その一方および他方の側にそれぞれ形成された前記シリンダの第１および第２の油室を連通させる作動油通路を形成したピストンと、
   前記油圧シリンダの一方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに相対変位可能に結合された移動体側ロッドと、
   前記移動体側ロッドに設けられ、該移動体側ロッドと前記ピストンの相対変位によって前記作動油通路を開閉する開閉弁を前記ピストンとの間で構成する弁体と、
   前記油圧シリンダの他方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに固定結合された駆動ロッドと、
   前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータと、
   前記第２の油室に作動油を供給し、前記作動油通路を介して前記作動油を還流させるように構成された油圧発生手段と、を備え、
   前記開閉弁は、前記弁体が前記一方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように、かつ、前記油圧発生手段が停止された状態で前記弁体が前記他方の側蓋の方向に移動するときに開かれるように構成されていることを特徴とする油圧シリンダ装置。
2. 前記移動体側ロッドの径と駆動ロッドの径を等しく設定して、前記ピストンの両側の受圧面積を等しくしたことを特徴とする請求項１に記載の油圧シリンダ装置。
3. 前記開閉弁がポペット弁であることを特徴とする請求項１または２に記載の油圧シリンダ装置。
4. 前記開閉弁がカップ弁であることを特徴とする請求項１または２に記載の油圧シリンダ装置。
5. 前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータは、回転駆動されるボールねじ軸と、該ボールねじ軸に螺合するボールねじナットとを備え、該ボールねじナットの直線運動を前記移動体側ロッドに伝達するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の油圧シリンダ装置。
6. 前記油圧発生手段は、油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出された作動油を還流させる閉鎖配管回路と、を備え、
   前記油圧ポンプは、前記一方の側蓋の方向に移動する前記弁体に対して前記ピストンを追従して移動させ得る流量の作動油を発生するように、前記アクチュエータと連携して運転されることを特徴とする１〜５のいずれかに記載の油圧シリンダ装置。
7. 油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダ内に摺動可能に設けられ、その一方および他方の側にそれぞれ形成された前記シリンダの第１および第２の油室を連通させる作動油通路を形成したピストンと、
   前記油圧シリンダの一方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに相対変位可能に結合された移動体側ロッドと、
   前記移動体側ロッドに設けられ、該移動体側ロッドと前記ピストンの相対変位によって前記作動油通路を開閉する第１および第２の開閉弁を前記ピストンとの間でそれぞれ構成する第１および第２の弁体と、
   前記油圧シリンダの他方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに固定結合された駆動ロッドと、
   前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータと、
   前記第１および第２の油室に選択的に作動油を供給し、前記作動油通路を介して前記作動油を還流させるように構成された油圧発生手段と、を備え、
   前記第１の開閉弁は、前記第１の弁体が前記一方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように構成され、
   前記第２の開閉弁は、前記第２の弁体が前記他方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように構成されている、
   ことを特徴とする油圧シリンダ装置。
8. 前記移動体側ロッドの径と駆動ロッドの径を等しく設定して、前記ピストンの両側の受圧面積を等しくしたことを特徴とする請求項７に記載の油圧シリンダ装置。
9. 前記第１および第２の開閉弁がポペット弁であることを特徴とする請求項７または８に記載の油圧シリンダ装置。
10. 前記第１および第２の開閉弁の一方がカップ弁であり、他方がカップ弁もしくはポペット弁であることを特徴とする請求項７または８に記載の油圧シリンダ装置。
11. 前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータは、回転駆動されるボールねじ軸と、該ボールねじ軸に螺合するボールねじナットとを備え、該ボールねじナットの直線運動を前記移動体側ロッドに伝達するように構成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の油圧シリンダ装置。
12. 前記油圧発生手段は、油圧ポンプと、該油圧ポンプから吐出された作動油を還流させる閉鎖配管回路と、を備え、
    前記油圧ポンプは、前記弁体に対して前記ピストンを追従して移動させ得る流量の作動油を発生するように前記アクチュエータと連携して運転されることを特徴とする７〜１１のいずれかに記載の油圧シリンダ装置。
13. 射出シリンダに対して平行対称に設けられた一対の油圧シリンダ装置を備え、これらの油圧シリンダ装置により溶融樹脂射出のための射出スクリュを前後進させるように構成された射出成形機の射出ユニットであって、前記一対の油圧シリンダ装置が、
    油圧シリンダと、
    前記油圧シリンダ内に摺動可能に設けられ、その一方および他方の側にそれぞれ形成された前記シリンダの第１および第２の油室を連通させる作動油通路を形成したピストンと、
    前記油圧シリンダの一方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに相対変位可能に結合された移動体側ロッドと、
    前記移動体側ロッドに設けられ、該移動体側ロッドと前記ピストンの相対変位によって前記作動油通路を開閉する開閉弁を前記ピストンとの間で構成する弁体と、
    前記油圧シリンダの他方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに固定結合された駆動ロッドと、
    前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータと、
    前記第２の油室に作動油を供給し、前記作動油通路を介して前記作動油を還流させるように構成された油圧発生手段と、を備え、
    前記開閉弁は、前記弁体が前記一方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように、かつ、前記油圧発生手段が停止された状態で前記弁体が前記他方の側蓋の方向に移動するときに開かれるように構成されている
    ことを特徴とする射出成形機の射出ユニット。
14. 射出シリンダに対して平行対称に設けられた一対の油圧シリンダ装置を備え、これらの油圧シリンダ装置により溶融樹脂射出のための射出スクリュを前後進させるように構成された射出成形機の射出ユニットであって、
    前記第１の油圧シリンダ装置が通常の油圧シリンダ装置の構造を有し、前記第２の油圧シリンダ装置が、
    油圧シリンダと、
    前記油圧シリンダ内に摺動可能に設けられ、その一方および他方の側にそれぞれ形成された前記シリンダの第１および第２の油室を連通させる作動油通路を形成したピストンと、
    前記油圧シリンダの一方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに相対変位可能に結合された移動体側ロッドと、
    前記移動体側ロッドに設けられ、該移動体側ロッドと前記ピストンの相対変位によって前記作動油通路を開閉する第１および第２の開閉弁を前記ピストンとの間でそれぞれ構成する第１および第２の弁体と、
    前記油圧シリンダの他方の側蓋に摺動可能に貫通され、前記ピストンに固定結合された駆動ロッドと、
    前記移動体側ロッドを進退移動させるアクチュエータと、
    前記第１および第２の油室に選択的に作動油を供給し、前記作動油通路を介して前記作動油を還流させるように構成された油圧発生手段と、を備え、
    前記第１の開閉弁は、前記第１の弁体が前記一方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように構成され、
    前記第２の開閉弁は、前記第２の弁体が前記他方の側蓋の方向に移動するときの速度よりも前記ピストンが同方向に移動する速度が大きい場合に、その速度差によって生じる前記相対変位によって開かれるように構成されている、
    ことを特徴とする射出成形機の射出ユニット。

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