JP4560980B2

JP4560980B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP4560980B2
Application number: JP2001102753A
Authority: JP
Inventors: 邦仁瀬田; 健武田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: JP2002292683A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は射出成形機、特にニードル式シャットオフノズルを有する射出成形機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、射出成形機の成形サイクルは、射出、保圧、冷却、型開閉の順に繰り返される。射出、保圧、型開閉の間は可塑化装置は停止しており、冷却工程が始まると同時に、可塑化装置のスクリューを駆動して樹脂を可塑化し、リザーバ内に可塑化された樹脂を送り込む（計量する）ようになっている。リザーバとは射出装置のシリンダの前部に設けられた１ショット分の樹脂を溜めておくための部屋のことである。
【０００３】
このような成形サイクルの中で、可塑化工程で樹脂がリザーバに溜められるまでの間や、射出工程後、金型を開く時などに、シリンダ内の溶融樹脂が漏れ出るのを防止するため、シリンダの先頭部にはニードル弁によって開閉できるシャットオフノズルが設けられている。
【０００４】
従来のニードル弁の駆動方式としては、図７に示す直進カム式、図８に示す直動式、図９に示すてこ式などがある。直進カム式は、カム７０を横方向に移動させ、カム７０に接するカムフォロワ７２を有するニードル弁７１を前進移動させるものである。また、直動式は、直動式アクチュエータ７３によってニードル弁７４を直接前後移動させるものである。てこ式は、ニードル弁７５の後端部に揺動リンク７６の一端を連結し、リンク７６の他端をアクチュエータ７７によって操作することにより、ニードル弁７５を前後に移動させるものである。
いずれの方式も、ニードル弁を閉じる時にアクチュエータの力を利用し、ニードル弁を開く時には樹脂を射出する時に生じる樹脂圧を利用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、直進カム式の場合には、カム７０とカムフォロワ７２との摩擦がニードル弁７１に倒れ方向のモーメントとして作用するため、ニードル弁７１の摺動案内部が摩耗しやすいという問題がある。
直動式の場合には、アクチュエータ７３の駆動能力と同等の力しかニードル弁７４に伝えることができない。また、シャットオフノズルを閉じる時にはニードル弁７４に大きな負荷がかかるので、低速で移動させるのが望ましいが、アクチュエータ７３の動きが直接的にニードル弁７４に伝えられるので、アクチュエータ７３の動作速度を制御しなければならない。
てこ式の場合には、ニードル弁７５に作用するモーメントは直進カム式に比べて小さいが、てこ機構のみでは閉鎖時にニードル弁７５を減速させる機能はない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、簡単な構造で、シャットオフノズルの閉鎖時にニードル弁にかかる負荷を軽減できる射出成形機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、可塑化装置によって可塑化された樹脂を、ニードル弁を有するシャットオフノズルを介して金型へ射出する射出成形機において、上記ニードル弁を前後に駆動させてシャットオフノズルを開閉するニードル弁駆動装置が設けられ、この駆動装置は、上記ニードル弁に連結された揺動レバーと、この揺動レバーと接触してレバーを揺動させる偏心カムと、偏心カムを回転させる回転駆動手段とからなるニードル弁駆動装置を備え、上記ニードル弁がシャットオフノズルを閉鎖する瞬間のニードル弁の移動速度が、閉鎖方向への移動途中のニードル弁の移動速度より小さくなるように偏心カムの形状を設定したことを特徴とする。
【０００８】
可塑化装置で可塑化された樹脂は、シャットオフノズルを介して金型へ射出される。シャットオフノズルはニードル弁によって開閉されるが、ニードル弁を前後に駆動するニードル弁駆動装置を揺動レバーと偏心カムと回転駆動手段とで構成し、ニードル弁がシャットオフノズルの閉鎖する瞬間のニードル弁の移動速度が、閉鎖方向への移動途中のニードル弁の移動速度より小さくなるように偏心カムの形状を設定してある。そのため、ニードル弁に大きな負荷がかかるシャットオフノズルの閉鎖時に、ニードル弁を低速で移動させ、ニードル弁にかかる負荷を軽減できる。したがって、ニードル弁の先端の摩耗や破損を防止できる。
また、揺動レバーのレバー比を設定することによって、偏心カムを回転させる回転駆動手段の駆動力を増力してニードル弁に伝えることができる。
【０００９】
請求項２のように、偏心カムを偏心位置に回転軸を有する円形カムとし、揺動レバーに少なくともニードル弁の閉鎖動作時に偏心カムが接する接触面を設け、揺動レバーの揺動中心からニードル弁との連結点までの距離Ｌ₁ に比べて、揺動中心から偏心カムとの接触点までの距離Ｌ₂ を長くするのがよい。
円形カムの偏心軸を回転させると、円形カムの外周面が揺動レバーの接触面を押し、始端部および終端部で低速で、中間点では高速で揺動レバーを揺動させる。
そのため、ニードル弁も全開位置および全閉位置では低速で移動し、中間点では高速に移動でき、望ましい特性を得ることができる。
また、回転駆動手段の回転速度は一定であっても上記の特性を得ることができるので、回転駆動手段の速度制御が簡単である。
【００１０】
請求項３のように、揺動レバーは偏心カムが内接する開口穴を有し、ニードル弁の閉鎖時に偏心カムと接する第１の接触面と、ニードル弁の開放時に偏心カムと接する第２の接触面とが、開口穴の対向する内側面に形成されているのが望ましい。すなわち、シャットオフノズルの閉鎖時には揺動レバーによってニードル弁を強く押圧する必要があるが、開放時には樹脂圧によって開放することも可能である。しかし、何らかの原因によってニードル弁が開かなくなることがあるので、上記のように揺動レバーの開口面に閉鎖時に偏心カムと接触する第１の接触面と開放時に接触する第２の接触面とを形成することで、ニードル弁を閉鎖方向および開放方向に確実に作動させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図６は本発明に係る射出成形機の一例を示す。
この射出成形機はインラインスクリュー式成形機の例であり、樹脂を可塑化し、射出する可塑化・射出ユニットＡと、射出された樹脂を冷却する金型ユニットＢとで構成されている。
【００１２】
可塑化・射出ユニットＡを構成するシリンダ１は、図示しないヒータによって所定の樹脂溶融温度に加熱されている。シリンダ１の内部には、スクリュー２が回転可能にかつ軸方向移動可能に配置されており、ホッパ３から投入された樹脂を可塑化させ、前方へ送り出す機能を有する。シリンダ１の後部には、スクリュー２を前後に移動させる直動用アクチュエータ４と、スクリュー２を回転させる回転用アクチュエータ５とが設けられている。シリンダ１の前端に設けられた室１ａ（リザーバ）に可塑化された樹脂が溜まると、その量に応じて直動用アクチュエータ４によってスクリュー２が後退し、射出時には直動用アクチュエータ４によってスクリュー２を前進させ、リザーバ１ａ内の樹脂を後述するシャットオフノズル１１に向かって射出する。シリンダ１は、アクチュエータ４，５と共に図示しない支持機構によってベース６上に前後移動自在に支持されており、ベース６上に固定された液圧シリンダ７によって、前後方向に作動される。この液圧シリンダ７は、射出後、シャットオフノズル１１を固定側金型３０から離すために用いられる。
【００１３】
図２に示すように、シリンダ１の先端部にはマニホールド１０を介してシャットオフノズル１１が固定されており、シャットオフノズル１１の内部はシリンダ１のリザーバ１ａとマニホールド１０に設けた通路１０ａを介して接続されている。なお、マニホールド１０を省略してシャットオフノズル１１をシリンダ１に直結することも可能である。シャットオフノズル１１の中にはニードル弁１２が前後方向に移動自在に挿入されており、シャットオフノズル１１の後端部とニードル弁１２との間には樹脂漏れを防止するシール部材１３が介装されている。ニードル弁１２の先端部にはシャットオフノズル１１のノズル口１１ａを開閉自在なテーパ部１２ａが設けられており、ニードル弁１２はニードル弁駆動装置１５によって前後方向に駆動され、シャットオフノズル１１を開閉する。ニードル弁駆動装置１５は、ニードル弁１２の後端部に連結された揺動レバー１６と、この揺動レバー１６と接触してレバー１６を揺動させる偏心カム１７と、偏心カム１７を回転させる回転駆動手段１８とで構成されている。回転駆動手段１８はシャットオフノズル１１、マニホールド１０またはシリンダ１の側面に固定されている。回転駆動手段１８としては、例えば約１８０°ずつ反転駆動するロータリーアクチュエータや、一方向に回転駆動するモータなどが使用される。
【００１４】
ニードル弁１２の後端部には、図３に示すように、細幅部１２ｂを介して前後に凸部１２ｃ，１２ｄが設けられている。揺動レバー１６は支軸１９を支点として揺動自在であり、その一端部には、ニードル弁１２の細幅部１２ｂが挿通される溝１６ａと、凸部１２ｃ，１２ｄを受け入れる穴部１６ｂとが設けられている。
ニードル弁１２を閉じる時には、穴部１６ｂの底面１６ｂ₁ が後側の凸部１２ｄを押し、ニードル弁１２を開く時には、穴部１６ｂの天井面１６ｂ₂ が前側の凸部１２ｃを引くようになっている。このようにニードル弁１２と揺動レバー１６とが点または線で接触することで、ニードル弁１２と揺動レバー１６とのなす角度が変化しても、揺動レバー１６からニードル弁１２に対して前後方向の力を伝えることができる。なお、ニードル弁１２の開き力は、射出時の樹脂圧を利用することができるので、前側の凸部１２ｃを省略することも可能である。
【００１５】
図２に示すように、揺動レバー１６の他端部には略長方形状の開口穴１６ｃが形成され、この開口穴１６ｃの前側面（第２の接触面）１６ｃ₁ または後側面（第１の接触面）１６ｃ₂ に偏心カム１７が内接している。偏心カム１７は偏心位置に軸２０を有する円形カムであり、この軸２０が上記回転駆動手段１８の駆動軸と連結されている。揺動レバー１６の揺動中心（支軸）１９からニードル弁１２との連結点までの距離Ｌ₁ に比べて、揺動中心１９から偏心カム１７との接触点までの距離Ｌ₂ が長く設定されている。そのため、レバー比（Ｌ₂ ／Ｌ₁ ）によって偏心カム１７から揺動レバー１６に加わる力が、ニードル弁１２に増力されて伝えられる。
図２は偏心カム１７の最大径部が揺動レバー１６の開口穴１６ｃの前側面１６ｃ₁ に接した状態を示し、この時、ニードル弁１２はシャットオフノズル１１を全開した状態にある。
なお、この実施例の回転駆動手段１８は、偏心カム１７を正逆方向に１８０°ずつ回転させるものである。つまり、偏心カム１７は最大径部が開口穴１６ｃの前側面１６ｃ₁ に接した状態と、開口穴１６ｃの後側面１６ｃ₂ に接した状態との間で反転駆動され、その回転速度はほぼ一定とする。
【００１６】
シャットオフノズル１１の前方には、金型ユニットＢが配置されている。金型ユニットＢは固定側金型３０と可動側金型３１とを備えており、その間でキャビティが形成される。固定側金型３０はベースプレート３２を介して取付板３３に固定されている。取付板３３はベース６上に固定されている。シャットオフノズル１１は取付板３３およびベースプレート３２を貫通して、固定側金型３０に対して接離可能となっている。可動側金型３１の背面にはベースプレート３４を介して取付板３５が固定されており、この取付板３５に型締め用アクチュエータ３６のシャフト３６ａが連結されている。型締め用アクチュエータ３６の取付板３７もベース６上に固定されており、この取付板３７と固定側金型３０の取付板３３との間に複数本のガイドシャフト３８が架設され、可動側金型３１の取付板３５はこれらガイドシャフト３８に摺動自在にガイドされている。そのため、型締め用アクチュエータ３６を駆動することによって、可動側金型３１を固定側金型３０に対して開閉することができる。
【００１７】
ここで、上記構成よりなる射出成形機の動作を説明する。
まず、金型３０，３１の型締めを行った状態において、回転用アクチュエータ５によってスクリュー２を連続的に回転させ、ホッパー３から投入された樹脂材料を溶融しながらスクリュー２の螺旋にそって前方へ押し出す。これによって、可塑化された樹脂はリザーバ１ａに溜められる。リザーバ１ａに所定量の溶融樹脂を溜める間、ニードル弁駆動装置１５によってニードル弁１２を前進させておき、シャットオフノズル１１を閉じておく。
【００１８】
次に、ニードル弁駆動装置１５によってニードル弁１２を後退させ、シャットオフノズル１１を開くと共に、直動用アクチュエータ４を駆動してシリンダ１のリザーバ１ａに溜められた溶融樹脂をシャットオフノズル１１を介して金型３０，３１内へ射出する。射出後、保圧、金型冷却を行う。
【００１９】
金型３０，３１の冷却後、ニードル弁１２を前進させ、シャットオフノズル１１を閉じるとともに、金型３０，３１を開き、金型内で成形された成形品を取り出す。成形品を取り出した後、再び金型３０，３１を閉じる。そして、ニードル弁駆動装置１５によってニードル弁１２を後退させ、シャットオフノズル１１を開き、シリンダ１のリザーバ１ａに溜められた溶融樹脂をシャットオフノズル１１を介して金型３０，３１へ射出する。以後、同様の動作を繰り返す。
【００２０】
次に、ニードル弁１２の動作を図４に従って説明する。
図４の（ａ）〜（ｃ）に示すように、偏心カム１７の回転に伴って、ニードル弁１２は全開位置〜中間位置〜全閉位置へと連続的に移動する。図５は偏心カム１７を定速度で回転させた時のニードル弁１２の位置と時間との関係を示し、図６はニードル弁１２の移動速度と時間との関係を示す。図５，図６には、比較のために従来の直動式の動作も示してある。
【００２１】
図４から明らかなように、全閉位置（０ｍｍ）では偏心カム１７の最大径部が揺動レバー１６の開口穴１６ｃの前側面１６ｃ₁ に接している。この状態から偏心カム１７が矢印方向に回転し始めると、偏心カム１７の回転中心から揺動レバー１６との接触点までの距離が緩やかに変化するので、ニードル弁１２の初速がほぼ０である。そして、偏心カム１７の回転角の変化に伴って、偏心カム１７の回転中心から揺動レバー１６との接触点までの距離が大きく変化するようになるので、ニードル弁１２は徐々に加速しながら中間点（２．６３ｍｍ）で最高速度に達する。そして、全開位置（５．２６ｍｍ）へ近づくに従い減速し、再び偏心カム１７の回転中心から揺動レバー１６との接触点（後側面１６ｃ₂ ）までの距離が緩やかに変化するので、やがて全開位置での終速はほぼ０となる。また、全開位置から全閉位置へのニードル弁１２の動きは、上記と逆になる。
上記のようなニードル弁１２の動きは図５，図６から明らかである。
【００２２】
従来の直動式のような速度制御を伴わない安価なアクチュエータを使用すると、図６に示すように、ニードル弁の始動直後に最高速度に達し、停止直前まで最高速度を維持するので、全閉位置に達した時にニードル弁がシャットオフノズルに強く衝突し、摩耗や破損を起こしやすい。これに対し、本発明では偏心カム１７の作用によって、ニードル弁１２は全閉位置付近および全開位置付近での移動速度がほぼ０であるから、ニードル弁１２の負荷を軽減でき、ニードル弁１２の破損や摩耗を低減できる。また、中間点では高速で移動するので、シャットオフノズル１１を高速で開閉できる。
【００２３】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々変更が可能であることは言うまでもない。
本発明にかかる射出成形機は、実施例のようなインラインスクリュー式成形機に限らないことは勿論であり、公知の種々の形式の成形機に適用できる。
本発明にかかる偏心カムは、円形カムに限るものではなく、必要に応じてその外形形状を変更することができる。少なくとも、ニードル弁がシャットオフノズルの閉鎖する瞬間のニードル弁の移動速度が、閉鎖途中のニードル弁の移動速度より小さくなるように偏心カムの形状を設定すればよい。
また、上記実施例では揺動レバーに対向する２つの接触面を設け、偏心カムがニードル弁の前進時と後退時とで異なる接触面に接触する例を示したが、ニードル弁の後退を樹脂圧によって行う場合には、揺動レバーと偏心カムとを接触させる必要はない。この場合には、揺動レバーと偏心カムとの接触は、ニードル弁の前進時（閉鎖時）のみでよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、ニードル弁を前後に駆動させてシャットオフノズルを開閉するニードル弁駆動装置として、揺動レバーと偏心カムと回転駆動手段とで構成し、ニードル弁がシャットオフノズルの閉鎖する瞬間のニードル弁の移動速度が、閉鎖途中のニードル弁の移動速度より小さくなるように偏心カムの形状を設定したので、ニードル弁に大きな負荷がかかるシャットオフノズルの閉鎖時に、ニードル弁を低速で移動させ、ニードル弁にかかる負荷を軽減できる。したがって、ニードル弁の先端の摩耗や破損を防止できる。また、揺動レバーのレバー比によって、偏心カムを回転させる回転駆動手段の駆動力を増力してニードル弁に伝えることができるので、回転駆動手段の駆動力を小さくでき、小型の回転駆動手段を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる射出成形機の一例の全体断面図である。
【図２】図１のＸ部の拡大図である。
【図３】ニードル弁と揺動レバーとの連結部の斜視図である。
【図４】ニードル弁の開閉動作を示す動作図である。
【図５】本発明と従来例（直動式）との変位特性の比較図である。
【図６】本発明と従来例（直動式）との速度特性の比較図である。
【図７】従来の直進カム式ニードル弁の概略図である。
【図８】従来の直動式ニードル弁の斜視図である。
【図９】従来のてこ式ニードル弁の概略図である。
【符号の説明】
Ａ可塑化・射出ユニット
Ｂ金型ユニット
１１シャットオフノズル
１２ニードル弁
１５ニードル弁駆動装置
１６揺動レバー
１７偏心カム
１８回転駆動手段

Claims

可塑化装置によって可塑化された樹脂を、ニードル弁を有するシャットオフノズルを介して金型へ射出する射出成形機において、
上記ニードル弁を前後に駆動させてシャットオフノズルを開閉するニードル弁駆動装置が設けられ、このニードル弁駆動装置は、
上記ニードル弁に連結された揺動レバーと、この揺動レバーと接触してレバーを揺動させる偏心カムと、偏心カムを回転させる回転駆動手段とを備え、
上記ニードル弁がシャットオフノズルを閉鎖する瞬間のニードル弁の移動速度が、閉鎖方向への移動途中のニードル弁の移動速度より小さくなるように偏心カムの形状を設定したことを特徴とする射出成形機。
上記偏心カムは偏心位置に回転軸を有する円形カムであり、
上記揺動レバーは、少なくともニードル弁の閉鎖動作時に上記偏心カムが接する接触面を有し、
上記揺動レバーの揺動中心からニードル弁との連結点までの距離Ｌ₁ に比べて、揺動中心から偏心カムとの接触点までの距離Ｌ₂ を長くしたことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
上記揺動レバーは偏心カムが内接する開口穴を有し、
上記ニードル弁の閉鎖時に偏心カムと接する第１の接触面と、ニードル弁の開放時に偏心カムと接する第２の接触面とが、上記開口穴の対向する内側面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形機。