JP2006240087A - 射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラスチックや金属等の溶融材料を任意の時点から短時間に立ち上げて射出することができる射出装置を提供する。
【解決手段】加熱筒１１の内孔３６の前部に貯留した溶融材料Ｍをプランジャ１４で加圧して射出成形する射出装置１０において、前記プランジャ１４を前進駆動させる第１駆動部３０は、該第１駆動部３０のみの前進速度により立ち上がって空送距離Ｄを移動した後に前記プランジャ１４を押圧するように設けられているとともに、前記プランジャ１４に第２駆動部３１が直結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチックや金属の溶融材料を容易に射出し得る射出装置に関する。

溶融材料の射出成形は、溶融材料をそれが十分な流動性を有する間に金型キャビティへ射出・充填させなければ成形品に充填不良や歪み等が発生する。そのため、ジェッティングやバリ等が発生しない範囲内で可能な限り高速で溶融材料を射出することが求められる。特に、この問題は成形品が薄肉の場合や溶融材料が熱伝導率の高い金属である場合に顕著である。そして、射出・充填中の溶融材料の流動速度もさることながら、射出の立上がりの時間が、特に薄肉成形品では、短いことが要求される。

そのため、射出前進のアクチュエータである油圧シリンダの立上り時間を早くする技術が開示されている（特許文献１参照）。特許文献１によると、制御回路が流量制御比例弁と圧力制御比例弁に信号を出力してから、タイマの設定時間が経過すると、方向切換弁に信号を出力し、方向切換弁は、十分に油圧力が高まったところで作動して油圧シリンダを射出作動させるので、作動油の先行部分の動きが速くなって方向切換弁を瞬間的に通過することとなり、立上り時間が短くなるというものである。

しかしながら、前記特許文献１に開示の技術によれば、樹脂を射出駆動する油圧シリンダに供給される作動油の圧力上昇時間は十分短くなるものの、油圧シリンダ自体における作動油の圧力上昇は、零から始まるので油圧シリンダの容積に応じた相当の時間を要する。そのため、油圧シリンダが所定の速度まで到達するための立上り時間は数十ミリ秒となり、十分短いとはいえない。さらに、アクチュエータやスクリュ等のように樹脂の射出に関わる可動部には慣性があるので、立上り時間の短縮には限度がある。この問題は、アクチュエータが油圧によるものではなくサーボモータ等の他の手段を用いた場合でも同様である。

また、上記したように射出成形においては、射出・充填の最初から高速で立ち上げることが原則ではあるが、溶融材料のコールドスラグを金型キャビティの成形品部分に流入させないため、金型のコアの倒れを防止するため、ジェッティングを防止するためなどの目的があるときには、射出・充填の速度を最初は比較的低速にしその後高速で立ち上げて成形品に相当するキャビティへ溶融材料を射出することが求められる。このような射出成形を、特許文献１の方式により実行したときには、射出速度を低速から高速に切り換える時点においては特許文献１の特徴すらも発揮できず射出速度の立上り時間を短くすることはできない。
特開平８−２５４３６号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、プラスチックや金属の溶融材料を任意の時点から短時間に立ち上げて射出することのできる射出装置を提供することを目的とする。

すなわち、請求項１の発明は、加熱筒内孔の前部に貯留した溶融材料をプランジャで加圧して射出成形する射出装置において、前記プランジャを前進駆動させる第１駆動部は、該第１駆動部のみの前進速度により立ち上がって空送距離を移動した後に前記プランジャを押圧するように設けられていることを特徴とする射出装置に係る。

請求項２の発明は、請求項１において、前記プランジャに第２駆動部が直結されている射出装置に係る。

請求項３の発明は、請求項２において、前記第２駆動部の出力が、前記第１駆動部の出力より小さい出力である射出装置に係る。

請求項４の発明は、請求項２において、前記第２駆動部により前記プランジャを前進させたとき、前記空送距離を隔てて前記第１駆動部を前進させる係合部が設けられている射出装置に係る。

請求項１の発明は、加熱筒内孔の前部に貯留した溶融材料をプランジャで加圧して射出成形する射出装置において、前記プランジャを前進駆動させる第１駆動部は、該第１駆動部のみの前進速度により立ち上がって空送距離を移動した後に前記プランジャを押圧するように設けられているので、溶融材料を極めて高速で射出立ち上げすることができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記プランジャに第２駆動部が直結されているので、溶融材料を低速射出後の任意の時点から短時間に立ち上げて射出することができる。

請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第２駆動部の出力が、前記第１駆動部の出力より小さい出力であるので、低コストかつ省容積で、溶融材料を低速射出後の任意の時点から短時間に立ち上げて射出することのできる射出装置が得られる。

請求項４の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第２駆動部により前記プランジャを前進させたとき、前記空送距離を隔てて前記第１駆動部を前進させる係合部が設けられているので、溶融材料を低速射出後の任意の時点から短時間にかつ容易に立ち上げて射出することのできる射出装置が得られる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の射出装置における射出開始から第１射出実行までの状態を示す概略断面図、図２は本発明の射出装置における第２射出実行中の状態を示す概略断面図、図３は本発明の射出装置により実行した射出工程におけるプランジャの挙動を示すグラフである。

射出装置１０は、厚肉円筒の加熱筒１１と、加熱筒１１の前端面に固着され加熱筒１１の内孔３６に連通する貫通孔を有するノズル１３と、加熱筒１１の内孔３６前部に貯留した溶融材料Ｍを封じつつ内孔３６に往復動自在に嵌挿されたプランジャ１４と、プランジャ１４に基盤１５と連結部材１６を介して接続された第１駆動部３０と、プランジャ１４に基盤１５を介して固着された第２駆動部３１と、アクチュエータである第１駆動部３０及び第２駆動部３１を制御し駆動する駆動手段３３と、駆動手段３３に信号を伝送してプランジャ１４の作動を制御する制御手段３２とからなる。

溶融材料Ｍは、プラスチックや軽金属等が溶融した状態のものであり、加熱筒１１の前端部近傍に設けた供給口１２から成形サイクル毎に内孔３６の前部へ供給される。供給口１２には、図示しない可塑化装置が接続される。可塑化装置は、溶融材料Ｍがプラスチックのときは、スクリュとそれを回転可能に嵌挿する他の加熱筒からなる公知の押出機である。また、溶融材料Ｍが軽金属のときは、前記の押出機を採用するか、あるいは供給口１２を設けることなく加熱筒１１の後端面の内孔３６開口部へ円柱状のビレットを挿入し、それを溶融させることにより溶融材料Ｍを得る。

プランジャ１４は、溶融材料Ｍがプランジャ１４の後部へ漏洩しないように、少なくともその先端部の直径が内孔３６の内径より僅かに小さく形成されている。プランジャ１４の後端面は、十分な曲げ強度を有する角柱よりなる基盤１５の長手中心部に固着されている。基盤１５のプランジャ１４が固着された面の反対面には、円筒状の連結部材１６がその貫通孔の中心軸をプランジャ１５の中心軸と同軸にして固着されている。連結部材１６の基盤１５に固着されない端部には、貫通穴が縮径されてなる係合部３５が形成されている。

連結部材１６の係合部３５は、第１駆動部３０の出力軸である第１ロッド１７の前端面に第１ロッド１７より拡径されて固着された頭部３４と係合して、第１ロッド１７が連結部材１６により牽引されるように構成されている。第１ロッド１７は、連結部材１６の貫通孔を頭部３４で案内されて空送距離Ｄの間往復移動可能となっている。すなわち、係合部３５に係合していた頭部３４は、第１駆動部３０が前進駆動して第１ロッド１７が前進したとき、空送距離Ｄを移動する。その直後、頭部３４の前端面は基盤１５の側面に当接される。この際、第１駆動部の前進速度が高速であればあるほど、頭部３４と基盤１５との衝撃力は激しくなり、両者を損傷させる。これを防止するため、頭部３４の前端面もしくは基盤１５の側面のいずれか一方または双方に、図示はしないが、弾性部材からなる緩衝部材を設けることが好ましい。

第１駆動部３０は、油圧シリンダ装置であり、加熱筒１１を取り付けている図示しない部材に共通に取り付けられた支持体２３と、支持体２３に固着した第１シリンダ２１と、第１シリンダ２１に往復動自在かつ液圧密に嵌挿された第１ピストン１９と、第１ピストン１９の中心に固着され支持体２３と第１シリンダ２１を液圧密に挿通する第１ロッド１７とからなる。そして、第１シリンダ２１はその内部空間を第１ピストン１９により二分割され、プランジャ１４に近い空間を第１後退室２６とし、プランジャ１４から遠い空間を第１前進室２４とする。なお、第１駆動部３０は油圧シリンダ装置に限らず、サーボモータ等の他のアクチュエータであってもよい。

第２駆動部３１は、油圧シリンダ装置であり、基盤１５の両端部にそれぞれ固着され、連結部材１６のような可動部を介さずにプランジャ１４に直結される。第２駆動部３１は、加熱筒１１を取り付けている図示しない部材に共通に取り付けられた支持体２３と、支持体２３に固着した第２シリンダ２２と、第２シリンダ２２に往復動自在かつ液圧密に嵌挿された第２ピストン２０と、第２ピストン２０の中心に固着され支持体２３と第２シリンダ２２を液圧密に挿通する第２ロッド１８とからなる。そして、第２シリンダ２２はその内部空間を第２ピストン２０により二分割され、プランジャ１４に近い空間を第２後退室２７とし、プランジャ１４から遠い空間を第２前進室２５とする。なお、第２駆動部３１は油圧シリンダ装置に限らず、サーボモータ等の他のアクチュエータであってもよい。また、第２駆動部３１は、図３に示すように、比較的低速で射出開始させるために設けられているので、第２駆動部３１の出力は、比較的高速で射出駆動させるための第１駆動部の出力よりも小さく設定されている。さらに、第２駆動部３１は、溶融材料のコールドスラグを金型キャビティの成形品部分に流入させないため、金型のコアの倒れを防止するため、ジェッティングを防止するため等の目的で射出・充填の速度を最初は比較的低速にするように設けられるが、その必要がなければ設けられないときもある。

第１駆動部３０と第２駆動部３１において、第１前進室２４、第２前進室２５、第１後退室２６及び第２後退室２７は、油圧ポンプ、切換弁、圧力調整弁、流量調整弁等からなる駆動手段３３に管路接続されることにより、第１ロッド１７及び第２ロッド１８の前進・後退制御が行われる。駆動手段３３は、制御手段３２から伝送される信号により制御される。制御手段３２は、マイクロプロセッサに基づき構成され、第１位置検出器２８と第２位置検出器２９によりそれぞれ検出した第１ロッド１７と第２ロッド１８の位置信号を入力し、予め設定され格納されていた位置設定値と前記位置信号とにより演算した結果に基づいた信号を駆動手段３３に出力する。

次に、射出装置１０の成形作動について詳細に説明する。まず、射出装置１０を移動させて、キャビティを有する金型（図示せず）にノズル１３を当接させる。このとき、加熱筒１１の内孔３６の前部には、一または複数の成形サイクルに必要な量の溶融材料Ｍが貯留され、その所定量はプランジャ１４の位置を検出する位置検出器２９により検出され制御される。そして、図３に示すように、検出・制御されたプランジャ１４の位置は計量位置Ｐ０である。また、図１に示すように、第１駆動手段３０の第１ロッド１７は計量位置Ｐ０より空送距離Ｄに相当する距離さらに後退した位置にあるように制御される。

制御手段３２は、駆動手段３３へ射出開始信号を伝送する。駆動手段３３は、射出開始信号に基づいて、第２前進室２５に圧力と流量が調整された圧油を供給する。第２ロッド１８が前進してプランジャ１４は、図３に示すように、計量位置Ｐ０から前進移動して溶融材料Ｍを所定の速度でノズル１３を介して金型キャビティ（図示せず）へ第１射出する。この際、係合部３５で連結部材１６と係合した第１ロッド１７（第１駆動部３０）は、プランジャ１４とともに前進移動する。

第２位置検出器２９で検出されたプランジャ１４の位置が予め設定した切換位置Ｐ１に到達したとき、制御手段３２は、駆動手段３３の圧力と流量が調整された圧油を第１前進室２４に供給させて、第１駆動部３０のみの速度を立ち上げる。第１駆動部３０の速度は、駆動手段３３の圧油の吐出容量、第１前進室２４の容積及び第１ロッド１７の慣性などに応じて決定される時間で立ち上がる。そして、第１駆動部３０は空送距離Ｄを前進移動する。空送距離Ｄは、第１駆動部３０が移動開始してその立ち上がり速度が所定の定常値に達するまでに要する距離よりも大きく設定しておくことが好ましい。しかしながら、空送距離Ｄは、前記のような十分長い距離よりも短い距離であってもよく、その場合でもプランジャ１４の速度の立上り時間を短縮する効果を有する。

第１ロッド１７の前端面に固着した頭部３４は、空送距離Ｄを移動後高速で基盤１５の側面に衝突して、プランジャ１４の前進速度を低速から高速Ｐ２へ瞬時に切り換え第２射出が開始する。この際、プランジャ１４の速度は衝撃的に変化するため、振動的になるが、前記したように緩衝部材がその振動を緩和する。

なお、プランジャ１４の前進速度が実際に低速から高速Ｐ２へ切り換わる位置は、切換位置Ｐ１の設定値より少し前進側となる。この理由は、第１駆動部３０が空送距離Ｄを移動する間に、プランジャ１４は第２駆動部３１により前進移動しているためである。しかしながら、この第２駆動部３１による移動速度は比較的低速であるうえ、第１駆動部３０が空送距離Ｄを移動する速度は比較的高速であるから、切換位置Ｐ１の設定値と実際に低速から高速Ｐ２へ切り換わる位置との距離は小さいものである。それにも拘わらず、この距離が問題となる場合は、第１駆動部３０と第２駆動部３１の前進速度設定値に基づいて、切換位置Ｐ１から実際に低速から高速Ｐ２へ切り換わる位置までの距離を予め演算して求め、その値を切換位置Ｐ１の設定値に加算したもので制御することにより解決できる。

このようにして高速Ｐ２で溶融材料Ｍを射出・充填するプランジャ１４は、その位置を第１位置検出器２８又は第２位置検出器２９で検出され、検出された位置が所定の減速位置Ｐ３に到達すると制御手段３２は駆動手段３３に信号を伝送して第１駆動部３０と第２駆動部３１を制動させる。なお、減速位置Ｐ３は、一位置の場合で示したが、複数設けて射出速度を段階的に減速又は再増速させるように構成してもよい。

減速されたプランジャ１４は停止位置Ｐ４に停止して第２射出を終え、金型キャビティへ充填された溶融材料Ｍは金型により冷却され固化する。そして、供給口１２から新しい溶融材料Ｍが供給され、プランジャ１４は第１位置検出器２８または第２位置検出器２９で検出された計量位置Ｐ０まで後退させられる。その後、第１駆動部３０は第１ロッド１７を係合部３５に係合するまで後退させて、一成形サイクルが終了する。

なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

本発明の射出装置における射出開始から第１射出実行までの状態を示す概略断面図である。 本発明の射出装置における第２射出実行中の状態を示す概略断面図である。 本発明の射出装置により実行した射出工程におけるプランジャの挙動を示すグラフである。

符号の説明

１０ 射出装置
１１ 加熱筒
１３ ノズル
１４ プランジャ
１５ 基盤
１６ 連結部材
１７ 第１ロッド
１８ 第２ロッド
２１ 第１シリンダ
２２ 第２シリンダ
３０ 第１駆動部
３１ 第２駆動部
３２ 制御手段
３３ 駆動手段
３４ 頭部
３５ 係合部
３６ 内孔
Ｄ 空送距離
Ｍ 溶融材料

Claims (4)

1. 加熱筒内孔の前部に貯留した溶融材料をプランジャで加圧して射出成形する射出装置において、
   前記プランジャを前進駆動させる第１駆動部は、該第１駆動部のみの前進速度により立ち上がって空送距離を移動した後に前記プランジャを押圧するように設けられていることを特徴とする射出装置。
2. 前記プランジャに第２駆動部が直結されている請求項１に記載の射出装置。
3. 前記第２駆動部の出力が、前記第１駆動部の出力より小さい出力である請求項２に記載の射出装置。
4. 前記第２駆動部により前記プランジャを前進させたとき、前記空送距離を隔てて前記第１駆動部を前進させる係合部が設けられている請求項２に記載の射出装置。

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