JP5144822B1 - 射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スクリュを回転させる動作とスクリュを前進させる動作を１つの駆動手段で行うことで装置コストを低減するとともに電力消費を抑制する構造の射出装置を提供する。
【解決手段】 スクリュ３と駆動手段Ｍが所定のクラッチ動作を行う軸継手２で連結され、前記駆動手段Ｍが回転シャフト５を正回転させるとその回転力が前記スクリュ３に伝達して溶融状態又は混合状態の成形材料を前記射出室４に供給し、前記駆動手段Ｍが前記回転シャフト５を逆回転させるとその回転力は前記スクリュ３に伝達せずに前記スクリュ３が前進又は後退して前記射出室４への前記流路４ａを閉塞して溶融状態又は混合状態の成形材料の逆流止めをする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スクリュでシリンダ内の成形材料を可塑化溶融又は混合するとともに溶融状態又は混合状態の成形材料を別個に設けた射出シリンダ内に流路を介して供給し、プランジャで射出シリンダ内の射出室に貯まった溶融状態又は混合状態の成形材料を金型に射出充填する射出装置において、溶融状態又は混合状態の成形材料が射出室から逆流するのを防止する逆流止め機構を備えた射出装置に関する。

射出成形は、可塑化溶融又は混合された成形材料を、金型装置に射出充填して成形する方法であり、複雑な形状の製品を大量生産するのに適している。例えば、熱可塑性樹脂を成形材料とした射出成形では、可塑化によるせん断発熱やヒータによる熱によって溶融させた樹脂に射出圧を加えて押込んで金型に充填し、冷却して成形する方法であり、複雑な形状の製品を大量生産するのに適している。一般に、熱可塑性樹脂の射出成形は、型閉じ、型締め、射出、保圧、冷却、型開き、成形された製品の取出し、の順序で行われ、このサイクルの繰り返しで、製品を連続的に生産する。射出装置は、ホッパーから供給された樹脂材料を、加熱シリンダにて可塑化し溶融状態にして、射出室のノズルから金型装置に送り込む装置である。プリプラ式射出装置は、射出が行われている間にも、プリプラ用加熱シリンダ（可塑化シリンダ）で樹脂材料の可塑化を行うことができることから、可塑化能力を大きくできるなどの利点がある。その他にも、射出成形には、熱硬化性樹脂を成形材料とする液状樹脂射出成形（ＬＩＭ）や、樹脂等のバインダーと金属粉末を混ぜた成形材料を用いることで金属粉末でも樹脂と同じ射出装置（プリプラ式射出装置や液状樹脂射出装置等）を使って射出成形できるようにした金属射出成形（ＭＩＭ）など、各種成形材料を用いた射出成形がある。

ここからは、熱可塑性樹脂の射出成形を代表例にして説明する。スクリュプリプラ式射出装置は、可塑化スクリュ（以下、単にスクリュという）の混練作用によって、樹脂材料を均一に可塑化することができ、スクリュの回転によって正確な量の樹脂を射出室に供給できるなどの利点がある。これらプリプラ式射出装置においては、可塑化された樹脂が射出室から逆流するのを防止するため、逆流止め機構が設けられている。前記逆流止め機構としては、例えば、特許文献1のように逆止弁により流路を閉塞しその状態を保持する機構や、特許文献２のようにスクリュ先端部で射出室への流路を閉塞しその状態を保持する機構が挙げられる。特許文献１記載の切換え弁方式では、溶融樹脂材料の流路における装置構成が複雑なものとなり、逆流止め弁とスクリュとの連係動作のタイミングを取ることが難しいという課題がある。

特許文献２には、スクリュプリプラ式射出装置に関し、スクリュ先端部で射出室への流路を閉塞しその状態を保持する逆流止め機構が記載されており、その特許請求の範囲には「可塑化工程時、前記スクリュを後退させた位置で前記回転手段を駆動して、溶融材料を前記可塑化室側開口部から前記流路を通って前記射出室に流入させ、また、射出工程時、前記回転手段を停止した状態で前記駆動装置を作動して、前記スクリュを前進して前記可塑化室側開口部を閉塞する」と記載され、その実施例には「油圧シリンダ８の前進側の油圧供給口１６から圧油が供給されると、スクリュ３は前進してその先端が可塑化室の前壁面４ａに押圧され、凸部と凹部とが密着して、流路４ａが閉鎖される。このスクリュ３の前進によって流路４ａを塞いだ状態で射出室２０側では射出プランジャ２１が前進して蓄積された溶融材料を射出する。このとき流路４ａを通って射出室２０から可塑化室４へ溶融材料が逆流しようとするが、ピストン９によって押圧されているスクリュ３が射出圧に抗してこの逆流を阻止する。ついで、スクリュ３を回転させ、同時に油圧供給口１６の油圧を解放すると、材料を溶融する可塑化計量工程が再開され、溶融樹脂材料の圧力によってスクリュ３が後退し、凹部と凸部との接触が解かれ流路が開放される。」と記載されている（図７を参照）。すなわち、特許文献２は、スクリュ自体が逆止弁として機能する方式であり、ボール弁や逆止弁を用いることなく、射出工程時における溶融樹脂材料の可塑化室への逆流を防止する。

特開平９−１３６３３４号公報 特公平５−０３７８１０号公報 特許第２７８２４１９号公報

ところで、上記特許文献１のプリプラ式射出装置における前記逆流止め機構は、溶融樹脂材料の射出室への押出手段の駆動手段と逆止弁の駆動手段とが異なっている。また、特許文献２のスクリュを回転させるときの駆動手段と、スクリュを逆流止めとして前進させるときの駆動手段とは別個の駆動手段となっている。これは、スクリュを回転させる動作と、スクリュを前進させる動作を１つの駆動手段で行うことが難しいためである。そして前記駆動手段として、油圧や空圧や電動による専用の駆動手段を回転用と前進用とでそれぞれ使用しており、専用の駆動手段を使用するために、その分だけ装置コストが上昇し、流路を閉塞した状態を保持する間にもエネルギーを消費していることで、エネルギーの消費量も大きくなっている。なお、スクリュを後退させることで流路を逆流止めする構成の射出装置もあるが（特許文献３）、上記と同じ問題を有する。

そこで本発明の目的は、スクリュを回転させる動作とスクリュを前進させる動作を１つの駆動手段で行うことで装置コストを低減するとともに電力消費を抑制する構造の射出装置を提供することにある。

本発明の射出装置は、スクリュでシリンダ内の成形材料を可塑化溶融又は混合するとともに溶融状態又は混合状態の成形材料を別個に設けた射出シリンダ内に流路を介して供給し、プランジャで射出シリンダ内の射出室に貯まった溶融状態又は混合状態の成形材料を金型に射出充填する射出装置において、
前記スクリュと駆動手段が所定のクラッチ動作を行う軸継手で連結され、前記軸継手には、クラッチ、カム及びカムフォロアが少なくとも備わっており、
前記駆動手段が回転シャフトを正回転させるとその回転力が前記スクリュに伝達して溶融状態又は混合状態の成形材料を前記射出室に供給し、
前記駆動手段が前記回転シャフトを逆回転させるとその回転力が前記カム又は前記カムフォロアのどちらか一方に伝達し、前記カムと前記カムフォロアの相対変位によって前記スクリュが前進又は後退して前記射出室への前記流路を閉塞して溶融状態又は混合状態の成形材料の逆流止めをすることを特徴とする。ここで、前記駆動手段と前記回転シャフトとの接続としては、スプライン接続や進退方向にのみ伸縮する継手などが挙げられる。

本発明によれば、スクリュと駆動手段の間がクラッチ動作を行う軸継手によって連結される機構を備えることで、１つの駆動手段によって溶融状態又は混合状態の成形材料（例えば、成形材料が熱可塑性樹脂であれば、溶融樹脂材料）の定量供給をスムーズに行うことができる。前記駆動手段が回転シャフトを正回転させるとその回転力が前記スクリュに伝達し溶融状態又は混合状態の成形材料が射出室に供給され、前記駆動手段が前記回転シャフトを逆回転させるとその回転力は前記スクリュに伝達せずに前記スクリュが前進又は後退して射出室への流路を閉塞して逆流止めをする動作を一つの駆動手段によって行う。本発明によれば、前記軸継手が機械式のクラッチで、射出室への流路を閉塞するときはスクリュは回転しないので、電磁式や電子制御式に比べて、堅牢かつ省電力な構成となる。

本発明としては、前記軸継手には、前記回転シャフトと同軸で、前記クラッチ、前記カム及び前記カムフォロアが少なくとも備わっており、
前記回転シャフトを正回転させたときに、前記クラッチによってその回転力が前記カム又は前記カムフォロアに伝達せずに、その回転力が前記スクリュに伝達して溶融状態又は混合状態の成形材料を前記射出室に供給し、
前記回転シャフトを逆回転させたときに、前記クラッチによってその回転力が前記スクリュに伝達せずに、その回転力が前記カム又は前記カムフォロアのどちらか一方に伝達し、前記カムと前記カムフォロアの相対変位によって前記スクリュが前進又は後退して前記射出室への前記流路を閉塞して溶融状態又は混合状態の成形材料の逆流止めをする構成が好ましい。

本発明によれば、スクリュによる逆流止め動作をカムとカムフォロア（カム従動部）を用いることで、カムフォロアに対するカムの位置（又はカムに対するカムフォロアの位置）を、所定の位置に移動させるだけで、スクリュによる逆流止めを行うことができるとともに、逆流止めの最中の駆動手段の駆動力が不要となる。

本発明としては、前記クラッチが、前記回転シャフトの正回転の回転力のみを前記スクリュに伝達させるためのスクリュ側クラッチとしてのワンウェイクラッチと、前記回転シャフトの逆回転の回転力のみを前記カム又は前記カムフォロアのいずれか一方に伝達させるためのカム側クラッチとしてのワンウェイクラッチとからなり、
前記回転シャフトを正回転させるとその回転力が前記スクリュに伝達し前記スクリュが回転して溶融された成形材料を射出室に供給し、
前記回転シャフトを逆回転させるとその回転力が前記スクリュに伝達せずに、前記回転シャフトを所定角度で逆回転させる毎に、前記スクリュを前進又は後退させて射出室の流路を塞いで逆流止めする状態と、その逆流止めのための押圧力のみを解除あるいはその解除に加えて前記スクリュを逆流止めする際とは反対に後退又は前進させて前記流路を開放する状態と、を切り換える構成が好ましい。

本発明によれば、前記スクリュによる流路の閉塞と開放を１つの駆動手段による正回転と逆回転により正確でスムーズな操作を実現する。すなわち、前記駆動手段からの正逆回転によって、前記スクリュを回転させる動作と、前記スクリュを回転させずに前進させたり又後退させたりする動作をスムーズに切り換えることができる。

本発明としては、前記スクリュを前進又は後退させて前記流路の開口を閉塞した際に、逆流止めに必要な押圧力を発生させるための第１付勢部材が備わっている構成が好ましい。

本発明によれば、スクリュを前進させて逆流止めを行う際に、射出充填の圧力を受けて逆流してくる射出室内の溶融状態又は混合状態の成形材料（例えば、成形材料が熱可塑性樹脂であれば、溶融樹脂材料）より大きな圧力となる逆流止めに必要な押圧力を第１付勢部材によって付与する構成としているので、熱膨張によりスクリュの全長が伸びた場合でも、その逆流止めに必要な押圧力が過大な圧力にならずに、スクリュやその他を破損させることを防止し、熱収縮によりスクリュが収縮した場合でも、その逆流止めに必要な押圧力を不足なく発生させることができる。そして、第１付勢部材は、所定のクラッチ動作を行う軸継手の後端部、又は、その軸継手とスクリュの間、又は、その他で上記と同じ効果を奏する箇所に配されると良い。

本発明としては、前記カムのカム面に前記カムフォロアを常に当接させるための第２付勢部材が備わっている構成が好ましい。

本発明によれば、特にカムに端面カム等を用いる場合において、前記第２付勢部材により、カムとカムフォロアが常に当接するように構成することで、カムとカムフォロアの位置を、逆流止めを解除する位置にすると、逆流止めに必要な押圧力が解除されるとともに、さらにスクリュを基準位置まで強制的に後退させることができる。
ここで、本発明としては、前記スクリュが可塑化スクリュであって、前記スクリュを内挿する前記シリンダが可塑化シリンダであることが好ましい。また、前記スクリュが混合スクリュであって、前記スクリュを内挿する前記シリンダが混合シリンダであることが好ましい。

本発明によれば、所定のクラッチ動作を行う軸継手を介して駆動手段に連結される構成の逆流止め機構とすることで、スクリュを回転させる動作と、スクリュを前進又は後退させる動作を１つの駆動手段で行うことができ、そして、前記軸継手が機械式の一方向クラッチを組み合わせることで、スクリュを回転させずに射出室への流路を閉塞したり開放したりの動作を１つの駆動手段により正確でスムーズに行なうことができ、さらに、スクリュをカム機構で前進又は後退させることで省エネルギーな構成となる。

本発明の第１の実施形態の射出装置の可塑化中（又は混合中）の状態を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の射出装置の逆流止め状態を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の射出装置において、逆流止め時にスクリュに付与していた押圧力が解除されたが、まだスクリュが逆流止め位置にある状態を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の射出装置において、可塑化反力受けの別の取り付け形態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の射出装置を示す断面図である。 本発明の射出装置の全体構成を示す断面図である。 従来の射出装置を示す断面図である。

本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら以下に説明する。

（第１の実施の形態）
図６は、本発明の第１の実施形態の射出装置１の全体構成の断面図である。本実施形態は、スクリュプリプラ式射出装置１に本発明を適用したものであり、スクリュ３を内蔵する可塑化シリンダ４４内の可塑化室４と射出プランジャ２１を内蔵する射出シリンダ２２内の射出室２０とが別個独立に設けられ、可塑化室４で可塑化混練された溶融樹脂材料は流路４ａを通って射出室２０に蓄積される。流路４ａの可塑化室４側の開口は、可塑化室先端のスクリュ３の軸線上に開口している。そして、スクリュ３の先端が可塑化室４の前壁面の流路４ａに押圧され、流路４ａを閉塞する。このスクリュ３の前進によって流路４ａを塞いだ状態で射出室２０側で射出プランジャ２１が前進して蓄積された溶融樹脂材料を射出する。このとき流路４ａを通って射出室２０から可塑化室４へ溶融樹脂材料が逆流しようとするが、本発明の逆流止め機構２（所定のクラッチ動作を行う軸継手）が筐体１１に配され、スクリュ３の動作を制御しながら逆流止めをする。

図１から図３は、本実施形態のスクリュプリプラ式射出装置１の塑化室４のスクリュ３の駆動機構を説明する断面図である。本実施の形態は、駆動手段Ｍが連結される回転シャフト５と同軸で、クラッチ６，９と、カム機構８（カム８ａ及びカムフォロア８ｂ）が設けられるとともに、スクリュ３と連結される逆止シャフト７が配されている。すなわち、スクリュ３の後端を逆止シャフト７が把持し、逆止シャフト７の後端をスクリュ側クラッチ９を介して回転シャフト５が把持し、回転シャフト５が駆動手段Ｍに連結され、回転シャフト５の外周にカム側クラッチ６とカム機構８（カム８ａ及びカムフォロア８ｂ）が配され、逆止シャフト７の外周にスクリュ側クラッチ９が配されている。前記駆動手段Ｍとしては、電動モータ、油圧モータ、空気圧モータ等の各種モータが挙げられる。そして、一つの駆動手段Ｍにより、前記スクリュ３の回転と前進と後退の動作を行なう。本実施形態では、駆動手段Ｍと回転シャフト５との間の連結は、スプライン結合などによって、駆動手段Ｍの回転を回転シャフト５に伝達するが、駆動手段Ｍに対して回転シャフト５が進退可能になっている。

前記クラッチ６，９は、カム機構８側に配されるカム側クラッチ６と、スクリュ３側に配されるスクリュ側クラッチ９とがそれぞれの回転許容方向が互いに逆方向になるように組み合わされている。前記両クラッチ６，９は一方方向のみ回転が許容されることで、その一方方向のみ回転が伝達されるワンウェイクラッチを互いに回転許容方向が逆になるように組み合わせて使用している。そのワンウェイクラッチは、例えば、外輪と内輪を有して、どちらか一方の回転運動に対して、その回転方向が許容方向であれば、もう一方も供回りして回転運動が伝達され、その回転方向が非許容方向であれば、もう一方に回転運動が伝達されない。

回転シャフト５の前端のフランジ部とスクリュ側クラッチ９の外輪９ａとが締結され、回転シャフト５の軸部と前記カム側クラッチ６の内輪６ｂとが締結されている。また、逆止シャフト７の後部の軸部とスクリュ側クラッチ９の内輪９ｂとが締結されている。そして、スクリュ３の基部と逆止シャフト７の先端部とは相対的に回転不能に連結されている。スクリュ３と逆止シャフト７とはスプライン接続でも完全に結合されていても良い。スクリュ３とスクリュ側クラッチ９の内輪９ｂとが直接締結されるものでも良い。クラッチ６，９は、かかる動作をかみあいクラッチや摩擦クラッチなどで行なうものでも良い。

前記カム機構８は、カム８ａとこれに追従させるカムフォロア８ｂとを有する。円筒状のカム８ａは、カム側クラッチ６の外輪６ａと締結され、カム側クラッチ６を介して回転シャフト５に接続されている。カムフォロア８ｂは、円周上にローラベアリング１５を配したベアリングベース１５として非回転状態で配されている。また、カム８ａとカムフォロア８ｂは、回転シャフト５の軸方向に進退自在に配されている。本実施の形態では、カム８ａに円筒状の端面カムを採用して、その端面カム８ａとカムフォロア８ｂの接合面、つまりは、円筒状の端面カム８ａのカム面に対して円周上に波形が所定間隔で設けられている（凹部と凸部の連続した波形で形成されている）。このため、本実施の形態では、端面カム８ａをカムフォロア８ｂに対して回転させて、カム面の凹部と凸部の高さ寸法の差Ｘｄを利用して、端面カム８ａ自体をカムフォロア８ｂに対して接近又は離間させることで回転シャフト５の前進と後退を行なう。これにより、カム面の凹部とカムフォロア８ｂが当接するときには、スクリュ３が後退して可塑化室４の流路４ａを開放した状態にし、カム面の凸部とカムフォロア８ａが当接するときには、スクリュ３が前進して可塑化室４の流路４ａを閉塞した状態にすることができる。本実施の形態の凹部と凸部の間隔は４５度間隔で、凹凸が繰り返されているが、これに限定されることなく所定間隔で行なえば足りる。

カム機構８のカムフォロア８ｂは、筐体１１に対して回転不能にかつ進退自在に配され、その後方に第１付勢部材１０ａを有している。第１付勢部材１０ａは、スクリュ３による逆流止めが解除されている状態では伸びきっていて（非圧縮状態）、スクリュ３が前進して可塑化室４の流路４ａを閉塞して逆流止めしている状態では所定の圧縮量を圧縮して、射出圧力を受けて流路４ａを逆流しようとする溶融樹脂より大きな圧力（押圧力）を発生させる。また、第１付勢部材１０ａは、スクリュ３が熱膨張等によって、その長さ寸法が僅かに変動し、スクリュ３が実際に逆流止めのために必要とする前進距離が変動しても、その変動した分を吸収して、スクリュ３等の装置の破損を防止するために設けられている。図１に示される本実施の形態では、カムフォロア８ｂの後端面と筐体１１の間には、隙間Ｓ１が形成されて、第1付勢部材１０ａの圧縮ストロークＸｓ分を超える隙間Ｓ１が確保されている。そして、第１付勢部材１０ａが非圧縮時の隙間Ｓ１の距離ｄｏとし、第1付勢部材１０ａが所定の圧縮量を圧縮された時の隙間Ｓ１の距離ｄｍとし、ｄｏ＞ｄｍ＞ゼロであると良い。第1付勢部材１０ａの圧縮ストロークＸｓは、前記距離ｄｏから前記距離ｄｍを差し引いた距離（Ｘｓ＝ｄｏ−ｄｍ）として表すこともできる。なお、第１付勢部材１０ａとしては、圧縮コイルバネ部材、皿バネ部材、板バネ部材等でも良いし、それ以外の付勢する部材を用いても良い。また、本実施の形態では、第１付勢部材１０ａをカムフォロア８ｂの後端部と筐体１１の間に配しているが、それに替えて、例えば、スクリュ３と逆止シャフト７の間に配する等、第１付勢部材１０ａが上記と同じ作用効果を奏することができる箇所に配されても良い。また、本実施の形態では、カム機構８のカム８ａとして、端面カム８ａを採用しているが、それに限定されることなく、円筒面カムや確動カムなど、各種のカムを採用しても良い。特に、確動カムなどを採用すれば、後述する構成の他に、カム８ａとカムフォロア８ｂを常に接合させた状態を維持する構成とすることができる。また、カム機構８は、カムフォロア８ｂがカム側クラッチ６の外輪６ａと締結され、カム８ａが筐体１１内に非回転状態で配されても良い。

前記逆止シャフト７には、スクリュ３が接続されているとともに、スラスト軸受け１３を介して可塑化反力受け１４が設けられている。可塑化反力受け１４は、逆止シャフト７が進退するのと一緒に筐体１１内を進退する。つまり、逆止シャフト７に接続されたスクリュ３は、可塑化反力受け１４が筐体１１の内周面から突き出たストッパ部１１ａに当接するまで後退が可能であって、可塑化反力受け１４がストッパ１１ａに当接する位置（スクリュ後退限位置）を超えて後退しない。逆止シャフト７は、スラスト軸受け１３を介して可塑化反力受け１４が設けられているので、後退が規制された位置でも回転が可能である。ここで、可塑化反力とは、スクリュ３の回転によって樹脂材料をスクリュ３の前方に向けて送り出しながら可塑化溶融するとともにその溶融樹脂材料を射出室２０に向けて送り出すことに起因して発生する圧力であって、スクリュ３に作用して、スクリュ３を後退させようとする圧力のことである。
したがって、本実施の形態では、スクリュ３の前記スクリュ後退限位置からスクリュ３が前進して流路４ａを閉塞する位置までの距離が、逆流止めのために、スクリュ３が前進する距離（図３中逆流止めストロークＸａ）となる。逆流止めストロークＸａは、可塑化反力受け１４がストッパ部１１ａから離れることでできる隙間Ｓ２によっても表すことができる。
なお、本実施の形態では、逆止シャフト７と可塑化反力受け１４との間にスラスト軸受け１３を設けるとともに、スクリュ側クラッチ９の外輪９ａと可塑化反力受け１４との間にスラスト軸受けを設ける形で、可塑化反力受け１４を取り付けてある。その他の実施の形態としは、図４に示されるように、逆止シャフト７と可塑化反力受け１４との間にスラスト軸受け１３を設けるとともに、逆止シャフト７と可塑化反力受け１４の間に軸受けを設ける形でも良い。また、可塑化反力受け１４が前述の実施の態様と同じ機能を果たすように取り付けられるのであれば、どのような構成および取り付け方であっても構わない。また、ストッパ部１１ａは、筐体内の内孔を縮径してできた段差部を用いたが、同じ機能を果たすことができれば、本実施の形態に限定されない。

次に、本実施の形態のスクリュプリプラ式射出装置１の動作を説明する。
射出装置１の可塑化に関する動作の概略は、つぎの通りである。射出装置１は、スクリュ３の回転により樹脂材料を可塑化溶融しながらスクリュ３の前方に向かって送り出し、流路４ａを介してその溶融樹脂材料を射出室２０内に供給し、その射出室２０内に所定量の溶融樹脂材料が貯まったらその供給を停止し、流路４ａを逆流止め機構２（所定のクラッチ動作を行う軸継手）で閉塞し、射出室２０内に配されたプランジャ２１を前進させて射出充填を行い、その後、流路４ａの閉塞を開放してから再び溶融樹脂材料を射出室２０に供給する。

まず、スクリュ３の回転により溶融樹脂材料を射出室２０に供給する可塑化時には、図１に示すように、スクリュ３の後方から見て、モータ（駆動手段）Ｍを反時計回りに回転（正回転）させると回転シャフト５が回転して、回転シャフト５と締結されているスクリュ側クラッチ９の外輪９ａが反時計回りに回転する。スクリュ側クラッチ９の外輪９ａが反時計回りに回転すると、その回転方向がスクリュ側クラッチ９の回転許容方向と一致するので、スクリュ側クラッチ９の外輪９ａと内輪９ｂは締結状態になり供回りして、その内輪９ｂを通じて逆止シャフト７が回転して、スクリュ３を回転させる。このスクリュ３の回転により樹脂材料が可塑化溶融されるとともに、溶融樹脂材料が流路４ａを通って射出室２０に送られて蓄積される。このとき、回転シャフト５と連結されているカム側クラッチ６の内輪６ｂも反時計回り（正回転）に回転するが、カム側クラッチ６の回転許容方向と異なるため、カム側クラッチ６の内輪６ｂと外輪６ａとは非締結状態となる。したがって、逆流止め機構２としては、カム側クラッチ６の外輪６ａと連結されるカム８ａが回転しないため機能しない状態になる（モータＭは回転が続いている。）。
ここで、本実施の形態では、スクリュ３の後退方向の移動を、カム機構８で直接行わずに、可塑化時にスクリュ３が受ける可塑化反力を利用して後退方向（図中右側）に移動する構成となっている。そのため、可塑化時の開始時点では、図３に示すように、スクリュ３の先端部で流路４ａの可塑化室側の開口を閉じているが、カム８ａの凹部とカムフォロア８ｂとが対面している状態でかつカム８ａの凹部とカムフォロア８ｂとの間に逆流止めストロークＸａ分に相当する隙間（スクリュ３が後退するだけの隙間）Ｓ３が空いた状態になっていて、第１付勢部材１０ａによってスクリュ３を前方に押す圧力（押圧力）が作用していない状態となっている。このため、図３に示す可塑化時の初期では、スクリュ３の正回転によって発生する可塑化反力を受けて、前述したように前進位置に置かれていたスクリュ３が、すぐに後退を開始し、可塑化反力受け１４がその停止位置のストッパ１１ａに当接するまで、スクリュ３が後退するとともにカム８ａが後退して凹部とカムフォロア８ｂが当接する。つまりは、そのスクリュ３が逆流止めストロークＸａと同じ距離を後退して、流路４ａの可塑化室４側の開口が完全に開放される。このときスクリュ３は、前述のスクリュ後退限位置を超えて後退することなく、そのスクリュ後退限位置で正回転が継続されることになる。

次に溶融樹脂材料の逆流止めをするときは、図２に示すように、スクリュ３の後方から見て、時計回りにモータＭを回転させると、回転シャフト５が可塑化時とは反対に回転して（逆回転して）、回転シャフト５と締結されているカム側クラッチ６の内輪６ｂが時計回りに回転する。カム側クラッチ６の内輪６ｂが時計回りに回転すると、カム側クラッチ６の外輪６ａと内輪６ｂは締結状態になり、外輪６ａと結合状態のカム８ａ（図では円筒状の端面カム８ａ）が回転する。本実施の形態では、カム８ａを所定の回転角度だけ時計回りに回転（逆回転）させると、カムフォロア８ｂと当接するカム面が、凹部から凸部に切り換えられて、カム８ａ自体とカムフォロア８ｂとの距離を大きくするように変化させ（図中左側に前進させ）、カム側クラッチ６、スクリュ側クラッチ９および逆止シャフト７を介してスクリュ３を逆流止め方向（図１の左方向、スクリュ３の先端側の方向）へ移動させて逆流止めをする。ここで、カムフォロア８ｂの後方には第１付勢部材（バネ部材）１０ａが配され、この第１付勢部材１０ａの圧縮により、スクリュ３が流路４ａを閉塞した状態から、さらに流路４ａを閉塞する方向に押圧する。したがって、本実施の形態では、カム８ａを所定の角度だけ逆回転させて、カムフォロア８ｂと当接するカム面が凹部から凸部に変位するまでの間に、カム８ａが前進して、スクリュ３がそのスクリュ後退限位置から前進を開始して、スクリュ３が可塑化室４の前壁に開口する流路４ａを閉じた後、今度はカムフォロア８ｂが後退して、そのカムフォロア８ｂの後方に備える第１付勢部材１０ａを圧縮させて、スクリュ３を流路４ａの開口に押圧する力（押圧力）を発生させる。その第１付勢部材１０ａの押圧力は、射出室２０内に貯められた溶融樹脂材料が、射出充填の際に流路４ａを介して可塑化室４に逆流しようとする圧力よりも大きな圧力である。また、この第１付勢部材１０ａは、スクリュ４の熱膨張や熱収縮などによって、実際のスクリュ３が前進する距離が変化しても、第１付勢部材１０ａが伸縮することでその変化分を吸収して、スクリュ３が過大な圧力で逆流止めを行うことを防ぎ、また、逆流止めに必要な圧力を過不足なくスクリュ３に与えることができる。カム８ａのカム面に形成される凹部と凸部の高さ寸法の差Ｘｄは、逆流止めストロークＸａと、逆流止め状態にするために第１付勢部材１０ａが圧縮された量を示す圧縮ストロークＸｓとの和に等しく（Ｘｄ＝Ｘａ＋Ｘｓ）なると良い。また、逆流止め状態において、カムフォロア８ｂの後方には、第１付勢部材１０ａが圧縮された状態であっても隙間Ｓ１の距離ｄｍ（ｄｍ＞ゼロ）を有する状態である。

一方、回転シャフト５に連結されているスクリュ側クラッチ９の外輪９ａも時計回りに回転（逆回転）するが、スクリュ側クラッチ９の回転許容方向と異なるため、スクリュ側クラッチ９の外輪９ａは内輪９ｂとは締結が解除された状態になって、スクリュ３を回転させるトルクがスクリュ側クラッチ９で切断され、スクリュ３が回転することなく上記流路４ａを閉塞する。すなわち、駆動手段Ｍが回転シャフト５を逆回転させると前記スクリュ３が回転せずに前進して射出室への流路４ａを所定の押圧力で閉塞する。したがって、スクリュ３は静止した状態で流路４ａを閉塞するので、流路４ａの開口部分をスクリュ３が齧ったり削ったりすることはなく、また、スクリュ３も齧ったり削ったりすることはない。

逆流止めをした状態で射出工程を行った後は、図３に示すように、駆動手段（モータ）Ｍを更に所定の角度だけ時計回り（逆回転、つまりは、可塑化時とは反対の回転方向）に回転させると、スクリュ側クラッチ９の働きでスクリュ３が回転しない状態の中で、カム側クラッチ６は外輪６ａと内輪６ｂが締結状態になり、カム８ａが所定角度だけ時計回りに回転して、カムフォロア８ｂと対面する端面カム８ａのカム面が凸部から凹部に切り換えられる。それで、カム８ａ自体とカムフォロア８ｂとの距離を小さくするように変化させるが、このとき、後述されるように、本実施の形態では、端面カム８ａのカム面の凹部とカムフォロア８ｂが対面したときに、そのカム面とカムフォロア８ｂの間に隙間ができる（つまり、当接した状態を維持できない）構成となっている。したがって、本実施の形態では、カム８ａを所定の角度だけ逆回転させて、カムフォロア８ｂと当接するカム面が凸部から凹部に変位するまでの間に、カム８ａ自体の位置はそのままに、すなわち、逆流止めのために前進したスクリュ３の位置はそのままに、第１付勢部材１０ａの圧縮が開放されて伸びきるまで（つまり、圧縮ストロークＸｓ分に相当する距離）カムフォロア８ｂがカム８ａ側に前進（図中左側に前進）した後、カム面の凹部とカムフォロア８ｂが対面したときには、その凹部とカムフォロア８ｂの間に、スクリュ３が後退するだけの隙間Ｓ３（つまり、逆流止めストロークＸａ分に相当する距離）が空いた状態となる。このとき、スクリュ３は、逆流止め時の押圧力が開放された状態であるが、まだ逆流止め時の前進位置にある。スクリュ３の後退の移動は、この後の可塑化時の初期段階において、スクリュ３が可塑化反力を受けて後退（図中右側に後退）させられることによって、スクリュ後退限位置まで、すなわち、カム面の凹部とカムフォロア８ｂが当接するまで、又は、可塑反力受け１４がストッパ１１ａに当接するまで行われる。

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態を示す断面図である。第２の実施の形態は、前記逆止シャフト７を駆動手段Ｍ側に押圧する第２付勢部材１０ｂが配されて逆流止め機構１２（所定のクラッチ動作を行う軸継手）が構成されている。カムフォロア８ｂの後ろに設ける前記第１付勢部材１０ａは、溶融樹脂材料の逆流に抗してスクリュ３を押圧して、逆流止めに必要な押圧力をスクリュ３に付与するものである。一方、第２の実施の形態で追加される第２付勢部材１０ｂは、スクリュ３を強制的にスクリュ後退限位置に後退させるためのもので、スクリュ３から回転シャフト５までの総重量、つまり、少なくともスクリュ３、逆止シャフト７、可塑化反力受け１４、クラッチ６，９、カム８ａ、回転シャフト５及びその他軸受け等の総重量を後退させるだけの押圧力があれば良い。そして、これら第１と第２付勢部材１０ａ，１０ｂの付勢力は、第１付勢部材１０ａの方が第２付勢部材１０ｂよりも大きくなっている。それで、逆流止めを行っている間は、第１付勢部材１０ａによって、第２付勢部材１０ｂを圧縮させると同時にスクリュ３に逆流止めに必要な押圧力が付与される。
このように第２の実施の形態では、カム８ａとカムフォロア８ｂが常に当接した状態を維持できる構成となっているので、第１の実施の形態と異なり、カム機構８の動作と一緒に、スクリュ３の逆流止め時の押圧の開放に加えて、逆流止め時に前進させたスクリュ３をスクリュ後退限位置まで強制的に後退させることができる。つまり、逆流止めをした状態で射出工程を行った後に、カム８ａを所定の角度だけ逆回転させて、カムフォロア８ｂと当接するカム面が凸部から凹部に変位するまでの間に、第１付勢部材１０ａの圧縮が開放されて伸びきるまでカムフォロア８ｂがカム８ａ側に前進した後、第２付勢部材１０ｂによって逆止シャフト７を介してカム８ａがカムフォロア８ｂ側に押圧されていることで、常にカム面とカムフォロア８ｂの当接が維持されて、カム面の凹部とカムフォロア８ｂが当接した状態まで、すなわち、図５に示すように、カム８ａの回転と一緒にスクリュ３がスクリュ後退限位置まで後退する。なお、本実施の形態では、スクリュ３が逆止シャフト７に対して回転不能にかつ進退不能に締結されて、スクリュ３が逆止シャフト７と一緒に回転しかつ一緒に進退する構成となっている。第２付勢部材１０ｂを設ける位置は、本実施の形態の同じ作用効果を奏することができれば、本実施の形態とは別の位置に設けても良い。

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、逆流止め機構としては、制御ユニットによって逆方向の回転をセンサが検知したら入力側と出力側の接続を解除する機構などにすることも可能である。また、回転方向は、可塑化時のスクリュ３の回転方向がスクリュ３を後方から見て反時計回り（正回転）である場合で説明したが、可塑化（又は混合）時のスクリュ３の回転方向がスクリュ３を後方から見て時計回りである場合なら時計回りを正回転とすれば良い。また、スクリュプリプラ式射出装置には、実施の形態で説明したようなスクリュ３を前進して流路４ａを逆流止めする構成の他にも、スクリュ３を後退させることで流路４ａを逆流止めする構成にも、本発明を適用可能であることは言うまでもない。また、スクリュプリプラ式射出装置には、前記可塑化室に溶融樹脂材料の逆流を阻止する逆流防止壁が配されたスクリュプリプラ式射出装置などもあるが、本発明は、このようなタイプのスクリュプリプラ式射出装置にも適用可能であることは言うまでもない。また、本発明は、可塑化シリンダ及び可塑化スクリュに代えて、混合シリンダ及び混合スクリュとすることで、熱硬化性樹脂材料を射出成形するための液状樹脂射出成形機にも適用できる。また、本発明は、スクリュでシリンダ内の成形材料を可塑化溶融又は混合するとともに溶融状態又は混合状態の成形材料を別個に設けた射出シリンダ内に流路を介して供給し、プランジャで射出シリンダ内の射出室に貯まった溶融状態又は混合状態の成形材料を金型に射出充填する射出装置であれば適用できる。

１ 射出装置（スクリュプリプラ式射出装置）、
２，１２ 所定のクラッチ動作を行う軸継手（逆流止め機構）、
３ スクリュ（可塑化スクリュ）、
４ 可塑化室、４ａ 流路、
５ 回転シャフト、
６ カム側クラッチ、６ａ 外輪、６ｂ 内輪、
７ 逆止シャフト、
８ カム機構，８ａ カム（端面カム）、８ｂ カムフォロア、
９ スクリュ側クラッチ、９ａ 外輪、９ｂ 内輪、
１０ａ 第１付勢部材（バネ部材）、１０ｂ 第２付勢部材（バネ部材）、
１１ 筐体、１１ａ 可塑化反力受け用のストッパ、
１４ 可塑化反力受け、
２０ 射出室、
Ｍ 駆動手段（モータ）、
Ｓ１ カムフォロア後端面と筐体との間の隙間（第1付勢部材の圧縮ストロークＸｓ分を超える隙間）、
Ｓ２ 可塑化反力受けとストッパとの間の隙間（逆流防止時に生じる隙間）、
Ｓ３ カムのカム面とカムフォロアの間の隙間（スクリュが後退するだけの隙間）、
Ｘａ 逆流止めストローク（逆流防止時に生じる隙間）、
Ｘｄ カム面の凹部と凸部の高さ寸法の差、
Ｘｓ 第1付勢部材の圧縮ストローク

Claims (7)

1. スクリュでシリンダ内の成形材料を可塑化溶融又は混合するとともに溶融状態又は混合状態の成形材料を別個に設けた射出シリンダ内に流路を介して供給し、プランジャで射出シリンダ内の射出室に貯まった溶融状態又は混合状態の成形材料を金型に射出充填する射出装置において、
   前記スクリュと駆動手段が所定のクラッチ動作を行う軸継手で連結され、前記軸継手には、クラッチ、カム及びカムフォロアが少なくとも備わっており、
   前記駆動手段が回転シャフトを正回転させるとその回転力が前記スクリュに伝達して溶融状態又は混合状態の成形材料を前記射出室に供給し、
   前記駆動手段が前記回転シャフトを逆回転させるとその回転力が前記カム又は前記カムフォロアのどちらか一方に伝達し、前記カムと前記カムフォロアの相対変位によって前記スクリュが前進又は後退して前記射出室への前記流路を閉塞して溶融状態又は混合状態の成形材料の逆流止めをすることを特徴とする射出装置。
2. 前記軸継手には、前記回転シャフトと同軸で、前記クラッチ、前記カム及び前記カムフォロアが少なくとも備わっており、
   前記回転シャフトを正回転させたときに、前記クラッチによってその回転力が前記カム又は前記カムフォロアに伝達せずに、その回転力が前記スクリュに伝達して溶融状態又は混合状態の成形材料を前記射出室に供給し、
   前記回転シャフトを逆回転させたときに、前記クラッチによってその回転力が前記スクリュに伝達せずに、その回転力が前記カム又は前記カムフォロアのどちらか一方に伝達し、前記カムと前記カムフォロアの相対変位によって前記スクリュが前進又は後退して前記射出室への前記流路を閉塞して溶融状態又は混合状態の成形材料の逆流止めをすることを特徴とする請求項１記載の射出装置。
3. 前記クラッチが、前記回転シャフトの正回転の回転力のみを前記スクリュに伝達させるためのスクリュ側クラッチとしてのワンウェイクラッチと、前記回転シャフトの逆回転の回転力のみを前記カム又は前記カムフォロアのいずれか一方に伝達させるためのカム側クラッチとしてのワンウェイクラッチとからなり、
   前記回転シャフトを正回転させるとその回転力が前記スクリュに伝達し前記スクリュが回転して溶融された成形材料を射出室に供給し、
   前記回転シャフトを逆回転させるとその回転力が前記スクリュに伝達せずに、前記回転シャフトを所定角度で逆回転させる毎に、前記スクリュを前進又は後退させて射出室の流路を塞いで逆流止めする状態と、その逆流止めのための押圧力のみを解除あるいはその解除に加えて前記スクリュを逆流止めする際とは反対に後退又は前進させて前記流路を開放する状態と、を切り換えることを特徴とする請求項１または２記載の射出装置。
4. 前記スクリュを前進又は後退させて前記流路の開口を閉塞した際に、逆流止めに必要な押圧力を発生させるための第１付勢部材が備わっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の射出装置。
5. 前記カムには、そのカム面に前記カムフォロアを常に当接させるための第２付勢部材が備わっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の式射出装置。
6. 前記スクリュが可塑化スクリュであって、前記スクリュを内挿する前記シリンダが可塑化シリンダであることを特徴する請求項１から５のいずれか一項記載の射出装置。
7. 前記スクリュが混合スクリュであって、前記スクリュを内挿する前記シリンダが混合シリンダであることを特徴する請求項１から５のいずれか一項記載の射出装置。

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