JP4153466B2

JP4153466B2 - 電動射出成形機の射出装置

Info

Publication number: JP4153466B2
Application number: JP2004173360A
Authority: JP
Inventors: 純一茶島
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: JP2005349717A

Description

本発明は、シリンダ内の溶融材料を、電動モータ（射出サーボモータ）を駆動させることによりスクリュを前進させ金型内のキャビティ内に射出することにより成形品を成形する電動射出成形機の射出装置に関するものである。

電動射出成形機における射出成形は、概ね、金型を閉じる工程と、金型を締め付ける型締工程と、金型のスプルにノズルを押し付けるノズルタッチ工程と、電動モータでスクリュに接続されているボールネジを回転させることでシリンダ内のスクリュを前進させて、スクリュ前方に溜まった溶融材料を金型キャビティ内に射出する射出工程と、その後、気泡、ヒケの発生を抑制するための保圧圧力をしばらくかける保圧工程と、金型キャビティ内に充填された溶融材料が冷却されて固まるまでの間に次のサイクルのために、スクリュを回転させて後退させ、樹脂を溶融しながらシリンダの前方に溜め込む可塑化工程と、固化された成形品を金型から取り出すために、金型を開き成形品を金型に設けられた突き出しピンによって押出す型開き・成形品突き出し工程とからなる。

図４は従来の射出装置の該略構成を示す図であり、図５はナット部（Ａ）の詳細を示す図であり、図６は従来の射出工程から保圧工程に至るまでの射出保圧時間ｔに対する射出速度Ｖおよび射出圧力Ｐの関係を表すグラフである。

図４において、１は連結部材、３はスクリュ、４はシリンダ、７は前プレート、８は中間プレート、９はロードセル、１０は後プレート、１１はボールネジ、１２はタイミングベルト、１３は電動モータ（射出サーボモータ）、１４はナット、１５はコントローラ、１６は回転計、１７は回転サーボモータ、１９はエンコーダである。これらの詳細は、図１において後述するが、ここでは、以下従来技術の説明において必要なもののみにとどめる。

一般に、電動射出成形機の射出装置は、電動モータ１３でスクリュ３に接続されているボールネジ１１を回転させることでシリンダ４内のスクリュ３を前進させて、スクリュ３の前方に溜まった溶融材料を図示しない金型キャビティ内に射出する射出工程のときに発生する反力を、前プレート７と後プレート１０を連結する連結部材１とナット１４で受けている。

また、射出工程における電動モータ１３の制御においては、まず速度制御によって、スクリュ３を設定された速度で前進させると、射出時間とともに溶融材料の金型キャビティ内への充填量が増加し、それに伴い射出圧力Ｐが上昇していく。そして金型キャビティ内に充填された溶融材料がフルパックになる手前の保圧切換位置で速度制御から圧力制御に切換え、次いで保圧圧力をしばらくかける保圧工程に移行するという方法がとられる。

この場合、オペレータは速度制御されている射出工程中に、射出圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａを越えないような、射出速度と射出制限圧力を設定するのが一般的である。

しかしながら、射出工程中に異常な状態、例えば、金型キャビティ内がフルパックされても保圧切換位置に達しないため、高速を維持してしまうという間違った成形条件で射出した場合や、充填中にノズルや金型ゲートなどの絞られた流路部分で溶融材料の詰まりを生じた場合には、図７に示すように、急激に圧力が上昇し射出圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａに達することがあり得る。

このように、従来の装置での制御方法においては、射出圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａに達した場合には、射出速度Ｖを制動させて射出圧力Ｐの上昇を制限し、射出制限圧力Ｐａを維持する圧力制御が一般的に採用されている。つまり従来の装置では、電動モータの制御によってシリンダ内の圧力上昇を抑えている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−３００２３６号公報

しかしながら、従来の電動射出成形機においては、射出中の圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａに近づいたときに、前述の異常な状態が発生し、射出圧力Ｐが急激に上昇して射出制限圧力Ｐａに達するような事態が発生した場合、上述した制御にて電動モータに急制動をかけて射出速度Ｖを急減速させて圧力の上昇を止めようとしても、電動モータの回転子、スクリュをその軸線を中心に回転可能に支持する軸受け部、軸受け部に組み付けられたボールネジ機構部、電動モータの動力をボールネジ機構に伝えるタイミングベルトやプーリ、スクリュといった駆動系の慣性があるため、減速中にわずかではあるがスクリュが前進してしまう。つまり、慣性流れを避けることができない。

この時、例えばノズル詰まりを起こすと、スクリュ先端からノズル先端までの溶融材料が圧縮されることにより圧力上昇を起こし、射出圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａを越え、さらに射出装置や金型を破損させない限界圧力ＰＬをも越えて異常圧力Ｐｂにまで達することがある。

特に射出速度が高い時には昇圧分が極めて大きな圧力になり、この結果、射出装置や金型を破損してしまう恐れがあった。尚、射出制限圧力Ｐａとは、繰り返し作用する圧力に対して金型を損傷させない制限圧力、あるいは成形品の寸法が許容寸法を外れるなどの成形品質上の制限圧力であり、限界圧力ＰＬとは、異常時に射出装置や金型を破損させない単発の限界圧力である。

そこで、本発明は正常でない成形条件、あるいは溶融材料の詰まりに起因する異常な圧力上昇により射出圧力が限界圧力を越えてしまうことのない信頼性の高い電動射出成形機の射出装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、シリンダ（４）と該シリンダ（４）内に設けられるスクリュ（３）とをそれぞれ支持する支持構造（１，７，８，１０）を有する射出成形機の射出装置において、前記スクリュ（３）がその後方に作用する所定の大きさ以上の力を受けた場合に、前記スクリュ支持部（１，８、１０）が前記シリンダ支持部（７）に対して所定量だけ後方に変位する変位機構（２，５）を介して前記シリンダ支持部と前記スクリュ支持部が連結されていることを特徴とする。

また、本発明の電動射出成形機の射出装置は、シリンダ（４）を取り付ける前プレート（７）と、スクリュ（３）を支持する後プレート（１０）との間にこれらプレート（７，１０）を連結する連結部材（１）を設け、該連結部材（１）をガイドとするようにスクリュ（３）を支持する中間プレート（８）が設けられた射出成形機の射出装置において、前記前プレート（７）と前記連結部材（１）とを、スクリュ（３）がその後方に作用する所定の大きさ以上の力を受けることにより、前記前プレート（７）に対して前記連結部材（１）が所定量だけ後方に変位する変位機構（２，５）を介して取り付けたことを特徴とする。

また、前記変位機構は、バネ機構（２）により構成されることを特徴とする。

さらに、前記バネ機構（２）は、前記連結部材（１）の先端側と前記前プレート（７）の間に挿入され、且つ、その一端が前記連結部材（１）の先端側に取り付けられ、その他端が前記前プレート（７）に取り付けられたバネ（２ａ）により構成されることを特徴とする。

このような構成によれば、射出圧力が限界圧力以上になるとバネ機構（２）が圧縮されることによってスクリュ（３）の前進を止めてシリンダ（４）内の圧力上昇を抑えることができる。

また、本発明の射出成形機の射出装置において、前記変位機構は、液体圧機構（５）により構成されることを特徴とする。また、前記液体圧機構（５）は、前記連結部材（１）先端に液圧シリンダ（２１）を設けて、そのシリンダに前記前プレート（７）を取り付けると共にそのピストンロッド（２２ａ）に前記連結部材（１）先端を取り付け、所定の力を受けたときに前記シリンダ（２１）内のピストン（２２）が液体圧装置（１８）により前記液体（６）をリリースさせて前記シリンダ（２１）内を前方側より後方側に変位可能とされていることを特徴とする。

このような構成によれば、射出圧力が限界圧力以上になると液体圧機構（５）内の液体（６）をリリーフすることによってスクリュ（３）の前進を止めてシリンダ（４）内の圧力上昇を抑えることができる。

実施の形態においては、シリンダ４内のスクリュ前進速度、および射出圧力に基づき、ボールネジ１１を介してスクリュ３を移動させる射出サーボモータ１３の回転速度を制御して、金型のキャビティ内への溶融材料の射出を制御する電動射出成形機の射出装置において、コントローラ１５から射出サーボモータ１３に制動信号を送信してからスクリュ３の速度が０となるまでの減速時の慣性流れ量を予め求めておき、その流れ量以上の圧縮量を持ち、且つ、限界圧力以下では圧縮しないバネ機構又は液体圧機構を設けている。

以上に詳述したように本発明によれば、射出中に射出できなくなるような異常な状態が発生した時に、バネ機構（２）が圧縮されることによって、スクリュ（３）の前進が止まるため、慣性流れによる射出圧力の上昇を抑えることができる。従って、万一射出できなくなるような異常な状態が発生したときにおいても、射出成形機あるいは金型に限界圧力ＰＬを越える圧力が加わることがなく、射出成形機あるいは金型の破損を未然に防ぐことができる信頼性、安全性を向上できる射出成形機の射出装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の一実施の形態である電動射出成形機の射出装置の構成図であり、図２はナット部（Ａ）のバネ機構２の構成を示す詳細図である。

本発明の実施の形態における電動射出成形機の射出装置は、前プレート７に取り付けられたシリンダ４と、シリンダ４内に回転及び前後進可能に挿入され中間プレート８に取り付けられたスクリュ３と、スクリュ３後端に射出時のスクリュ３の反力による歪を射出圧力として測定するロードセル９と、中間プレート８に取り付けられスクリュ３を軸方向に移動させるボールネジ１１と、タイミングベルト１２を介してボールネジ１１を回転させる射出サーボモータ（電動モータ）１３を有する。

そして、前プレート７と後プレート１０を連結部材１とナット１４で連結し、連結部材１をガイドとしてスクリュ３が取り付けられた中間プレート８が移動可能なように取り付けられている。また、ロードセル９からの信号及び射出サーボモータ１３に設けられているエンコーダ１９からの信号に基づき、射出サーボモータ１３を制御するコントローラ１５を有する。

また、中間プレート８には、シリンダ４内に供給された樹脂を溶融しながらスクリュ３を回転させ、前方に向けて送り出しながら可塑化するための回転計１６を備えた回転サーボモータ１７を有する。

前プレート７側の連結部材１とナット１４の間には、その流れ量Ｘ以上の圧縮量Ｙ（Ｙ≧Ｘ）を持ち、且つ限界圧力以下では圧縮しないバネ機構２を設ける。バネ機構２は、連結部材１の先端側と前プレート７の間に挿入され、且つ、その一端が連結部材１の先端側に取り付けられ、その他端が前プレート７に取り付けられたバネ２ａにより構成される
次に、以上のような構成の本実施の形態の電動射出成形機における射出中に異常な状態が発生した際の動作に関して説明する。

まず、コンロトーラ１５から射出サーボモータ１３に対してスクリュ３が設定速度で前進するように信号を送信し、金型キャビティ内に溶融材料を射出する。この際、射出速度Ｖ及び射出圧力Ｐを常時測定しながら射出を行う。

さらにこの際、射出中に異常な状態、例えば、金型キャビティ内がフルパックされたにも拘わらず保圧切換位置に達することがなく、このため高速を維持してしまうような正常でない間違った成形条件で射出した場合や、充填中にノズルや金型ゲートなどの絞られた流路部分で溶融材料の詰まりを生じてしまった場合に、図６に示すように、急激に圧力が上昇し射出圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａを越え、モータ制御にて射出サーボモータ１３に急制動をかけて動作を止めようとしても慣性流れにより限界圧力ＰＬを越えることとなる。

そのときに発生する反力はスクリュ３から中間プレート８、ボールネジ９、後プレート１０、連結部材１を介してバネ機構２に伝達される。これによりバネ機構２が圧縮量Ｙだけ圧縮されることによってスクリュ３、中間プレート８、ボールネジ９、後プレート１０、連結部材１は後退するので、シリンダ４に対するスクリュ３の前進が抑制または止まるため、慣性流れＸによる射出圧力の上昇を抑えることができる。従って、万一射出できなくなるような異常な状態が発生したときにおいても、射出成形機或いは金型に限界圧力ＰＬを越える圧力がかかることがない。
実施の形態２．
図３は本発明の他の一実施形態である電動射出成形機の射出装置のナット部Ａの液体圧機構５の構成を示す詳細図である。ナット部Ａ以外の構成は図２と同様であり、前プレート７側の連結材１とナット１４の間にその流れ量Ｘ以上の圧縮量Ｙを持ち、且つ限界圧力以下ではストロークしないような液体圧機構５と液体圧装置１８を設けて、前述の実施形態と同様に射出中に異常な状態になった場合に液体圧機構５の液体６を液体圧装置１８によりリリーフする構成としている。

すなわち、液体圧機構５は、連結部材１先端に液圧シリンダ２１を設けて、そのシリンダに前プレート７を取り付けると共にそのピストンロッド２２ａに連結部材１先端を取り付け、所定の力（限界圧に対応する力）を受けたときにシリンダ２１内のピストン２２が液体圧装置１８により液体６をリリースさせてシリンダ２１内を前方側より後方側に変位可能とされている。

かかる構成によっても、射出工程の異常時に上述したような反力が発生すると、スクリュ３、中間プレート８、ボールネジ９、後プレート１０、連結部材１が後退し、シリンダ４に対するスクリュ３の前進が止まるため、慣性流れＸによる射出圧力の上昇を抑えることができる。このため、万一射出できなくなるような異常な状態が発生したときにおいても射出成形機、あるいは金型に限界圧力ＰＬを越える圧力がかかることがない。ここで液体６には、油、水、グリスなどが適用できる。

本発明の実施の形態１における電動射出成形機の射出装置の構成を示す側面図である。実施の形態１におけるナット部の詳細を示す構成図である。実施の形態２におけるナット部の詳細を示す構成図である。従来の射出装置の該略構成を示す図である。ナット部（Ａ）の詳細を示す図である。従来の射出工程から保圧工程に至るまでの射出保圧時間ｔに対する射出速度Ｖおよび射出圧力Ｐの関係を表すグラフである。従来の問題点として急激に圧力が上昇し射出圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａに達することがあり得る場合を表すグラフである。

符号の説明

１連結部材、２バネ機構、２ａバネ、３スクリュ、４シリンダ、５液体圧機構、６液体（油、水、グリス）、７前プレート、８中間プレート、９ロードセル、１０後プレート、１１ボールネジ、１２タイミングベルト、１３電動モータ（射出サーボモータ）、１４ナット、１５コントローラ、１６回転計、１７回転サーボモータ、１８液体圧装置、１９エンコーダ、２１シリンダ、２２ピストン、２２ａピストンロッド。

Claims

シリンダと該シリンダ内に設けられるスクリュとをそれぞれ支持する支持構造を有する射出成形機の射出装置において、
前記スクリュがその後方に作用する所定の大きさ以上の力を受けた場合に、前記スクリュ支持部が前記シリンダ支持部に対して所定量だけ後方に変位する変位機構を介して前記シリンダ支持部と前記スクリュ支持部が連結されていることを特徴とする射出成形機の射出装置。
シリンダを取り付ける前プレートと、スクリュを支持する後プレートとの間にこれらプレートを連結する連結部材を設け、該連結部材をガイドとするようにスクリュを支持する中間プレートが設けられた射出成形機の射出装置において、
前記前プレートと前記連結部材とを、スクリュがその後方に作用する所定の大きさ以上の力を受けることにより、前記前プレートに対して前記連結部材が所定量だけ後方に変位する変位機構を介して取り付けたことを特徴とする射出成形機の射出装置。
請求項１又は請求項２に記載の射出成形機の射出装置において、
前記変位機構は、バネ機構により構成されることを特徴とする射出成形機の射出装置。
請求項３に記載の射出成形機の射出装置において、
前記バネ機構は、前記連結部材の先端側と前記前プレートの間に挿入され、且つ、その一端が前記連結部材の先端側に取り付けられ、その他端が前記前プレートに取り付けられたバネにより構成されることを特徴とする射出成形機の射出装置。
請求項１又は請求項２に記載の射出成形機の射出装置において、
前記変位機構は、液体圧機構により構成されることを特徴とする射出成形機の射出装置。
請求項５に記載の射出成形機の射出装置において、
前記液体圧機構は、前記連結部材先端に液圧シリンダを設けて、そのシリンダに前記前プレートを取り付けると共にそのピストンロッドに前記連結部材先端を取り付け、所定の力を受けたときに前記シリンダ内のピストンが液体圧装置により前記液体をリリースさせて前記シリンダ内を前方側より後方側に変位可能とされていることを特徴とする射出成形機の射出装置。