JP5177539B2 - 気密構造体のシャッタ装置およびその作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、開口部を開閉するシャッタ部材が備えられた気密構造体のシャッタ装置およびその作動方法に関する。

開口部を開閉するシャッタ部材が備えられた気密構造体のシャッタ装置に関するものとしては、特許文献１ないし特許文献３に示されるものが知られている。特許文献１は、射出成形機の射出装置の供給部に回転弁式のシャッタ装置を用いるものであるが、装置が大掛りになる上に、ハウジングと回転弁体に高い加工精度が求められ、実際にはシール性やカジリの点で問題が多いものであった。また特許文献２は、射出成形機の射出装置の供給部に水平方向に回転するシャッタ装置を用いるものであって、図４に示されるように、透孔５ｄとシャッタ部材３の間にシールのためのＯリング４Ａが設けられている。しかし特許文献２は、シャッタ部材３が回転された際に、シャッタ部材３とＯリング４Ａとの間が摺動するため、Ｏリング４Ａが摩耗するという問題があった。またＯリング４Ａの摩耗を防止するためにＯリング４Ａによるシャッタ部材３の押圧力を弱くすると、シャッタ部材３が回転移動される際に、シャッタ部材３の上面に付着した樹脂粉体がシャッタ部材３と透孔５ｄの間に入り込み、Ｏリング４Ａによるシール性に支障をきたすといった問題があった。従ってＯリング４Ａによるシール性を確保するためには、Ｏリング４Ａとシャッタ部材３の間の面圧が高くても低くても問題があった。また特許文献３は、シャッター３をシール部材に当接させて気密を保つものであるが、前記特許文献２と同様の問題があり、シャッター３の移動時にシール部材１６ａが摩耗すること等が避けられないものであった。

特開平９−１６４５２７号公報（請求項２、０００７、図１） 特開２００１−２９３７５０号公報（請求項２、００２１、図１） 特開２００２−３４７０７３号公報（請求項１、００１９、図１）

本発明では上記の問題を鑑みて、従来の射出成形機の射出装置の材料供給装置に設けられた気密構造体のシャッタ装置では、シール部材が摩耗して適切なシールを行うことができないという問題を解決した気密構造体のシャッタ装置を提供することを目的とする。

本発明の気密構造体のシャッタ装置は、射出成形機の射出装置の材料供給装置に設けられ、開口部を開閉するシャッタ部材が備えられた気密構造体のシャッタ装置であって、本体部材とシャッタ部材との間に設けられる中間部材と、前記中間部材に対して摺動自在に当接されるシャッタ部材と、前記中間部材と本体部材との間に設けられ該中間部材を該シャッタ部材に向けて押圧する押圧手段とが備えられ、前記中間部材は、中心側に成形材料が通過する開口部が形成されており、外周側には小径部とフランジ部が設けられ、フランジ部の小径部とは反対側の面にはシャッタ部材と当接する当接面が設けられ、該フランジ部の小径部側には前記押圧手段が設けられたことを特徴とする。

本発明の気密構造体のシャッタ装置は、射出成形機の射出装置の材料供給装置に設けられ、開口部を開閉するシャッタ部材が備えられた気密構造体のシャッタ装置であって、本体部材とシャッタ部材との間に設けられる中間部材と、前記中間部材に対して摺動自在に当接されるシャッタ部材と、前記中間部材と本体部材との間に設けられ該中間部材を該シャッタ部材に向けて押圧する押圧手段とが備えられ、前記中間部材は、中心側に成形材料が通過する開口部が形成されており、外周側には小径部とフランジ部が設けられ、フランジ部の小径部とは反対側の面にはシャッタ部材と当接する当接面が設けられ、該フランジ部の小径部側には前記押圧手段が設けられているので、シャッタ装置のシールを良好に保つことができる。

図１は、参考形態のシャッタ装置が取付けられた射出装置の断面図である。図２は、参考形態のシャッタ装置の断面図である。図３は、図２におけるＡ―Ａ線における水平断面図である。

射出成形機の射出装置１１は、材料投入装置１２から材料供給装置１３に投入された成形材料Ｍを材料調節装置１４を介して加熱筒１５へ供給し、加熱筒１５内に嵌挿したスクリュ１６をスクリュ回転用のモータ１７により回転駆動して可塑化し溶融材料となしてスクリュ１６前方の加熱筒１５の先端側内部に貯留する。そして貯留された溶融材料は、図示しないスクリュ前後進手段の駆動によりスクリュ１６が前進移動されて図示しない型締装置に取付けられた成形金型のキャビティ内へ射出されることによって成形品が成形される。

材料供給装置１３は、材料調節装置１４内と加熱筒１５内とを常時真空構造としつつ所定量の成形材料Ｍを材料調節装置１４へ供給するものである。材料供給装置１３の外殻体は、前記材料調節装置１４の外殻体と加熱筒１５の外殻体とともに気密構造体を形成し、内部には材料投入装置１２から材料調節装置１４へ至る成形材料Ｍの通路が形成されている。材料供給装置１３は、ガラスからなる上部筒体１８、中間筒体１９、および下部筒体２０からなっており、内部の成形材料Ｍの量が目視可能であるとともに、レベルセンサ２１，２２により検知可能となっている。前記上部筒体１８と中間筒体１９の間には、本体部材の一部である金属製のリング体２３，２３を介して上部のシャッタ装置２５が備えられている。また中間筒体１９と下部筒体２０の間にも、本体部材の一部である金属製のリング体２４，２４を介して下部のシャッタ装置２６が備えられている。なお材料供給装置１３、材料調節装置１４、加熱筒１５からなる気密構造体の部材間は、Ｏリング等によりシールされている。

そしてシャッタ装置２６と下部筒体２０との間のリング体２４には、孔２７が形成され、前記孔２７に接続された管路２８は、材料調節装置１４の孔２９からフィルタ３０を経て真空源３１に接続される管路３２と接続されている。また中間筒体１９とシャッタ装置２５の間のリング体２３には、孔３３が形成され、前記孔３３に接続された管路３４には開閉弁３５が配設され、管路３４は管路３２と接続されている。なお、材料供給装置１３は、二のシャッタ装置２５，２６を用いるものを示したが、加熱筒１５への成形材料Ｍの供給時には加熱筒１５内が大気圧となるような一のシャッタ装置しかないものでもよい。

材料調節装置１４は、フィードスクリュ３６の駆動手段であるモータ３７の回転速度を制御し、加熱筒１５内のスクリュ１６溝における成形材料Ｍの量が、最適となるように、成形材料Ｍの搬送量を調節する。なお、材料調節装置１４は必須のものではなく、材料供給装置１３を加熱筒１５に直接取付けるようにしてもよい。

次に材料供給装置のシャッタ装置２５，２６の構造について、図２および図３により、説明する。なお上部のシャッタ装置２５と下部のシャッタ装置２６は、ほぼ同じ構造であるので、下部のシャッタ装置２６が開放されている状態について説明する。

シャッタ装置２６は、外殻体として、内部が中空の長方体からなる本体部材４１が設けられ、本体部材４１の内部にシャッタ部材４２が収納されている。そして前記本体部材４１の上板の上面が前記リング体２４とＯリングを挟んで固定され、前記本体部材４１の下板の下面が前記リング体２４とＯリングを挟んで固定されている。そして本体部材４１の上板および下板には、前記リング体２４の開口部２４ａと同じ直径の開口部４１ａが形成されている。本体部材４１の一端には、シャッタ装置２６のシャッタ部材４２を水平方向に往復進退移動させるエアシリンダ４３が固定されている。そして図１に示されるようにエアシリンダ４３は開閉弁４４を介して空圧源４５に接続されている。前記開閉弁４４，空圧源４５をはじめ、レベルセンサ２１，２２、真空源３１、モータ１７，３７等はそれぞれ制御装置４６に接続されている。

前記エアシリンダ４３のロッド４３ａは、シャッタ部材４２に固定されている。シャッタ部材４２は、窒化クロムコーティングにより表面処理がなされた所定板厚の長方形の金属平板である。図３に示されるようにシャッタ部材４２の幅は、中空である本体部材４１の内部の幅と一致しており、本体部材４１に縦方向の内面にシャッタ部材４２の両側面が摺動自在となっている。そしてシャッタ部材４２の前方寄り中央には、リング体２４の開口部２４ａ、本体部材４１の開口部４１ａと同径の通孔４２ａが形成されている。そして前記開口部４１ａ等とシャッタ部材４２の通孔４２ａの位置が一部でも重なった状態のときに成形材料Ｍが下方に落下し、開口部４１ａと通孔４２ａの位置が全く重ならない状態のときに、シャッタ装置２６は密閉可能となっている。

また本体部材４１とシャッタ部材４２の間には、本体部材４１の開口部４１ａやシャッタ部材４２の通孔４２ａと同じ直径の開口部４７ａが形成された中間部材４７が設けられている。本体部材４１の内側（シャッタ側）の面における開口部４１ａの周辺部には、凹部４１ｂが形成されている。そして前記凹部４１ｂには、中間部材４７が嵌合されるように取付けられている。ただし前記凹部４１ｂの縦方向の深さよりも中間部材４７の板厚の方が厚くなっているので、中間部材４７のシャッタ部材側の面４７ｂ（平面）は本体部材４１の面４１ｃよりも内側に向けて突出している。なお前記中間部材４７は、本体部材４１の上下の板にそれぞれ取付けられている。そして前記中間部材４７の面４７ｂとシャッタ部材４２の上下の面４２ｂ（平面）の間の間隔は、許容限度を超えるリークが発生しない程度に面接触により密着可能であって、かつシャッタ部材４２の移動時に摺動自在な間隔となっている。

中間部材４７は、前記シャッタ部材４２の金属材料または前記シャッタ部材４２の表面処理材料とカジリが発生しにくいような金属材料から形成されるかまたは表面処理がなされている。なおシャッタ部材４２および中間部材４７は金属材料以外の樹脂等の材料から形成してもよい。ただし参考形態では中間部材４７は、形状変更されない材料からなり、ゴム等の摩耗により形状変更される材料は除外される。また中間部材４７の面４７ｂは、シャッタ部材４２の面と摺動した際の摩擦係数が低く、なおかつ密着性が良好な面であることが望ましい。従って中間部材４７の面４７ｂは、平滑な平面であることが望ましいが、緩い曲面等であってもよい。また中間部材４７の面４７ｂは、シャッタ部材４２の面４２ｂとの密着性を確保するために所定の面積を有しており、ドーナツ形状の場合は、放射方向に５ｍｍ以上、更に望ましくは１０ｍｍ以上の幅を有することが望ましい。

本体部材４１と中間部材４７との間には、中間部材４７の面４７ｂをシャッタ部材４２の面４２ｂに向けて押圧するに押圧手段４９が設けられている。具体的には、中間部材４７の本体部材側の面４７ｃ（上方の中間部材４７では上面、下方の中間部材では下面）には、凹溝４８が形成されている。そして前記凹溝４８の内部には、奥側にバネ５０が挿入され、表面側にシール部材としてゴムからなるＯリング５１が挿入されている。なおバネ５０としてはウェーブスプリングが使用されている。ただしバネ５０は必須ではなく、押圧手段としてＯリング５１のみを凹溝４８に挿入してもよい。更にまた、本体部材４１の凹部４１ｂの面に凹溝を形成して設け、バネ５０またはＯリング５１の少なくとも一方からなる押圧手段４９を設けてもよい。また押圧手段４９の数は、１個（１周）に限定されない。または押圧手段とは別に、中間部材４７の外周面４７ｄに凹溝を形成してＯリング等からなるシール部材のみを設けてもよい。

本体部材４１の下板における内側上面には、摩擦係数の低い樹脂からなり所定板厚の平板状の載置板５２が取付けられている。そして前記載置板５２の上面はシャッタ部材４２の下面と摺動自在となっている。前記載置板５２が設けられる理由は、シャッタ部材４２の面４２ｂが中間部材４７の面４７ｂと摺動する部分以外で保持されないと、移動時にシャッタ部材４２が安定しない上に、停止時もシャッタ部材４２の重量が下方の中間部材４７を介して下方の押圧手段４９に掛かり過ぎ、シャッタ部材４２の上下側でシャッタ部材４２の面４２ｂ，４２ｂと中間部材４７，４７の面４７ｂ，４７ｂとの間隙が均一にならないという問題があった。しかしシャッタ部材４２を載置板５２に摺動自在に載置することにより、上下の中間部材４７，４７に対してほぼ均等な間隙を保つようにすることができる。

次に、材料供給装置１３とシャッタ装置２５，２６の作動について説明する。図１に示される状態は、材料供給装置１３の上部のシャッタ装置２５を開放し、中間筒体１９等から形成される中間室５３に成形材料Ｍを落下させた状態である。この際材料供給装置１３の下部のシャッタ装置２６は閉鎖されている。そして加熱筒１５、材料調節装置１４、下部筒体２０等から構成される気密構造体は、管路３２等を介して常時真空源３１により吸引されている。次に上部のシャッタ装置２５を閉鎖する。シャッタ装置２５の閉鎖は、エアシリンダ４３の作動によりシャッタ部材４２が図３において一点鎖線で示される位置まで前進され、同時に開口部２４ａ，４１ａ，４７ａと一致していたシャッタ部材４２の通孔４２ａが前方に移動され、開口部２４ａ，４１ａ，４７ａはシャッタ部材４２の後方寄りの板部分により閉鎖される。この際シャッタ部材４２の面４２ｂ，４２ｂは、載置板５２により重量の一部が支えられ、上下の中間部材４７，４７の面４７ｂ，４７ｂに均等に当接するように移動されるのでカジリが極めて生じ難い。またシャッタ部材４２と中間部材４７は適圧による摺動状態となっているので、成形材料Ｍに含まれる粉等が噛み込まれることがない。

次に開閉弁３５を開放し、中間室５３内の大気を吸引して中間室５３を真空化する。その際、前記上部のシャッタ装置２５が閉鎖されているので、中部筒体１９（中間室５３）よりも下方の部分が気密構造体となっている。そして連続成形とともに材料調節装置１４から加熱筒１５へ成形材料Ｍが供給されて下部筒体２０内の成形材料Ｍが減少し、レベルセンサ２２が成形材料Ｍを感知不能となると、下部のシャッタ装置２６が開放され、中間室５３の成形材料Ｍが材料調節装置１４内および下部筒体２０内へ落下される。なお下部のシャッタ装置２６開放のタイミングは、タイマによる設定でもよい。また前記動作の間に材料投入装置１２から閉鎖されている上部のシャッタ装置２５よりも上方の上部筒体１８には次の成形材料Ｍが供給され、レベルセンサ２１が成形材料Ｍを感知すると供給が停止される。そして再び下部のシャッタ装置２６が閉鎖され、前記シャッタ装置２６よりも下方の気密構造体が真空状態に区画されると、次に上部のシャッタ装置２５を開放し、上部筒体１８の成形材料Ｍを中間室５３へ落下させる。そのことにより再び図１の状態となり、同じサイクルが繰り返される。

次に図４、図５により本願発明の実施形態のシャッタ装置６１について、図１ないし図３の参考形態との相違点を中心に説明する。シャッタ装置６１の本体部材６２の上板および下板には、図示しないリング体の開口部やシャッタ部材６３の通孔６３ａよりも直径が大きい孔６２ａが形成されている。そして前記本体部材６２の孔６２ａには、前記リング体の開口部やシャッタ部材６３の通孔６３ａと同じ直径の開口部６４ａ（内径）を有し、前記本体部材６２の孔６２ａに嵌合可能な小径部６４ｄ（外径）を有する中間部材６４が内側から挿入されている。前記本体部材６２の上面と中間部材６４の上面は同じ高さとなっている。また中間部材６４の外周には前記小径部６４ｄよりも直径が大きいフランジ部６４ｃが形成されている。そして前記フランジ部６４ｃは、本体部材６２の上板等の内側であって孔６２ａの周囲に設けられた凹部６２ｂに嵌合可能となっている。また前記フランジ部６４ｃの板厚は、前記凹部６２ｂの深さよりも厚くなっており、中間部材６４におけるシャッタ部材６３と当接する側の面６４ｂが、本体部材６２の内側の面６２ｃよりも突出した位置となるようになっている。

そして中間部材６４の小径部６４ｄには、凹溝６４ｅが形成され、シール部材であるＯリング６５が挿入されている。なおシール部材の位置は本体部材６２の側でもよく限定されない。また中間部材６４と本体部材６２との間にはシール部材とは別に、中間部材６４をシャッタ部材６３に向けて押圧する押圧手段が設けられている。押圧手段としては、弾発部材であるバネ６６が挿入されている。本願発明の実施形態においてバネ６６は、ウェーブスプリングが用いられるがその種類は限定されない。ただし前記バネ６６による押圧力は、中間部材６４の面６４ｂがシャッタ部材６３の面６３ｂとカジリを生じない良好な面圧で接触できる程度に調節されている。また本体部材６２の下面側も同一構造の中間部材６４、シール部材であるＯリング６５、押圧手段であるバネ６６が取付けられているが、説明は省略する。そしてシャッタ部材６３は、両方の中間部材６４，６４の間にほぼ同じ面圧となるように当接される。なお図５は、シャッタ装置６１を閉鎖した際の図である。シャッタ部材６３の前進とともに通孔６３ａが前進して開口部６４ａがシャッタ部材６３の板部分によって閉鎖される。

本願発明の実施形態によればシール部材であるＯリング６５はシールのみを行うので、Ｏリング６５の硬度や直径によって、中間部材６４をシャッタ部材６３へ押し付ける際の面圧が変わるということがなく、押圧手段であるバネ６６によって制御される面圧で押し付けることができる。そして本願発明の実施形態は、特に大型のシャッタ装置６１でシャッタ部材６３の自重が重い場合であっても、中間部材６４とシャッタ部材６３の間の間隙を適切に保持できる。

次に図６ないし図８により本願発明の第２の実施形態のシャッタ装置について図４、図５の本願発明の実施形態との相違点を中心に説明する。図６ないし図８の本願発明の第２の実施形態のシャッタ装置７１は、本体部材７２、シャッタ部材７３、および中間部材７４の形状については、図４、図５の本願発明の実施形態とほぼ同じである。ただし中間部材７４をシャッタ部材７３に向けて押圧する押圧手段が、弾発部材であるバネではなく、空気圧（または油圧）といった流体圧を用いている点が相違する。具体的には本体部材７２の凹部７２ｃと中間部材７４のフランジ部７４ｃの平面７４ｅとの間には、空気室７５が形成され、前記空気室７５は本体部材７２の孔７２ｄを介して図示しない外部の管路、開閉弁、および空圧源に接続されている。そして中間部材７４の小径部７４ｄとフランジ部７４ｃの外周面７４ｆにはそれぞれ凹溝が形成され、凹溝にはシール部材であるＯリング７６，７６が挿入されており、前記Ｏリング７６，７６が前記空気室７５からエアが漏れることも防止している。

そして図７に示されるように、シャッタ部材７３を開閉する際は、上下の空気室７５，７５内の気圧を同様に低くし、中間部材７４の面７４ｂとシャッタ部材７３の面７３ｂの摺動抵抗を減少させカジリを防止する。また図８に示されるようにシャッタ装置７１を閉鎖状態に保つ場合は、前記空気室７５の気圧を高くし、中間部材７４の面７４ｂとシャッタ部材７３の面７３ｂの当接力を強化し、気密構造体の内部空間からリークが発生するのを防止する。

次に図９に示される参考形態のシャッタ装置８１について説明する。図９に示される参考形態のシャッタ装置８１は、本体部材８２のケース板８３、エアシリンダ８４、およびシャッタ部材８５については図６等に示される本願発明の実施形態とほぼ同じ形態であるが、ケース板８３の板厚が厚くなっている。そしてケース板８３で囲まれたケース内のエアシリンダ８４のロッドにシャッタ部材８５が取付けられ、シャッタ部材８５は載置板８６に摺動可能に載置されている。本体部材８２には上下の金属製のリング体８８，８８が含まれており、前記リング体８８の一方の面がガラスからなる筒体８７に固定され、他方の面がケース板８３に固定されている。

次にシャッタ部材８５の上下にそれぞれ設けられたケース板８３、リング体８８、および中間部材８９等からなる押圧手段の構造について、シャッタ部材８５の上部に配設されるものについて詳しく説明する。本体部材８２のケース板８３のリング体８８に対向する位置には、前記リング体８８の直径よりも小さい直径の大径孔８３ｂと、該大径孔８３ｂよりも更に直径の小さい小径孔８３ｃとからなる貫通孔８３ａが形成されている。また本体部材８２のリング体８８とシャッタ部材８５の間には、前記リング体８８の開口部８８ａやシャッタ部材８５の通孔８５ａと同じ直径の成形材料Ｍが通過する開口部８９ａが形成された中間部材８９が設けられている。そしてケース板８３の貫通孔８３ａには、中間部材８９が挿入されるようになっている。中間部材８９は、一方の面にシャッタ部材８５の面８５ｂに当接する平坦な面８９ｂが設けられ、反対側の他方の面には前記当接する面８９ｂと平行に対向面８９ｃが設けられ、内周側には断面円形状の開口部８９ａが設けられた円筒状の部材である。そして中間部材８９の外周側には、ピストンに相当するフランジ部９０を境にして両側にロッドに相当する小径部９１，９１がそれぞれ同じ直径に形成されている。そして中間部材８９のフランジ部９０は、貫通孔８３ａの大径孔８３ｂに摺動可能に挿通される直径であり、小径部９１は、貫通孔８３ａの小径孔８３ｃに摺動可能に挿通される直径となっている。なお前記中間部材８９の上下に設けられた小径部９１，９１の直径は、前記当接する面８９ｂと前記対向面８９ｃとの面積比において、いずれか一方がいずれか他方の１．２５倍以内となるように設けることが望ましい。

そして中間部材８９については、ケース板８３およびシャッタ部材８５の上方から中間部材８９を挿入した際に、当接する面８９ｂがシャッタ部材８５の上面に当接した際に、対向面８９ｃがケース板８３の上面８３ｄと同じ高さとなるよう設計されている。そして本体部材８２の一部であるリング体８８のケース板８３の上面８３ｄに取付けられる側には、リング状の突出部８８ｂが形成されている。前記突出部８８ｂは、内側が中間部材８９の小径部９１の外周と摺動可能に挿通される直径であり、外側がケース板８３の貫通孔８３ａの大径孔８３ｂと摺動可能に挿通される直径のリング状の突起であり、一定高さ（１ｍｍ〜５ｍｍ程度）に形成され、ケース板８３の貫通孔８３ａの大径孔８３ｂ内に隙間無くはめ込まれている。そして中間部材８９のフランジ部９０の一方の面側（上面側）には、対向面８９ｃとは別に設けられたフランジ部９０の上面である押圧面９０ａ、前記リング体８８の突出部８８ｂの下面、貫通孔８３ａの大径孔８３ｂの内周面、および中間部材８９の小径部９０の外周面に囲まれて第１の空気室９２が形成されるようになっている。

そして前記第１の空気室９２は、ケース板８３に形成された連通路９３を介して、エア供給源への管路９５に接続されている。なお連通路９３についてはリング体８８内を介して設けてもよい。また中間部材８９のフランジ部９０の他方の面側（下面側）には、フランジ部９０の下面、貫通孔８３ａの大径孔８３ｂの底面、大径孔８３ｂの内周面、および中間部材８９の小径部９１の外周面に囲まれて第２の空気室９４が形成されるようになっている。従って換言すれば前記構造は、リング体８８、ケース板８３などの本体部材８２がシリンダ筒に相当し、中間部材８９がピストンとロッドに相当する押圧手段としてのエアシリンダを構成している。なお図９に示される参考形態では第２の空気室９４には連通路が形成されていない。

そして前記管路９５には空気圧を大気圧以上に制御するレギュレータ９６や切換弁９７、空気圧供給装置であるポンプ９８またはファン、および図示しないフィルタ等が設けられている。低圧精密制御タイプであるレギュレータ９６は、０．２ＭＰａ〜０．０１ＭＰａの範囲内（大気圧＋０．２ＭＰａ〜０．０１ＭＰａ）に低圧エアを設定可能なものが取付けられ、制御された空気を第１の空気室９２に送り、対向面８９ｃとは別に設けられた押圧面９０ａを押圧することにより、中間部材８９のシャッタ部材８５に当接する面８９ｂをシャッタ部材８５の面に向けて押圧するものである。従ってシャッタ部材８５と中間部材８９の間の摩擦抵抗を最適な値にすることができる。

また図９に示される参考形態明では次の各所にＯリング等からなるシール部材が挿入されている。筒体８７とリング体８８の間のリング体８８側には、Ｏリング９９が設けられ、リング体８８とケース板８３の間のケース板８３表面側にはＯリング１００が設けられ、中間部材８９の外側の小径部９１とリング体８８の突出部８８ｂの間の中間部材８９側にはＯリング１０１が設けられ、中間部材８９のフランジ部９０とケース板８３の大径孔８３ｂとの間の中間部材８９側にはＯリング１０２がそれぞれ形成された凹溝内に表面から突出するように設けられている。また図９に示される参考形態ではケース板８３で囲まれたケース内は厳密なシールがされておらず、後述する演算式でもケース内は常圧と倣している。

従って、前記Ｏリング１０１よりも開口部８９ａ側のリング体８８の面と中間部材８９の対向面８９ｃの間隙部分は、開口部８９ａ内と同一気圧で連通されている点である。図９に示される参考形態では小径部９１の外周面にＯリング１０１が設けられており、一方と他方の小径部９１は同一直径であるから、中間部材８９におけるシャッタ部材８５に当接する面８９ｂと対向面８９ｃの同一気圧で連通される部分の面積は同一である。しかし小径部９１，９１の直径をそれぞれ変更して、当接する面８９ｂと対向面８９ｃの面積を、いずれか一方がいずれか他方の１．２５倍以内の範囲で異なるようにしてもよい。またＯリング等のシール部材を設ける位置は、対向面８９ｃ上やリング体８８側でもよい。そして対向面８９ｃまたはリング体８８の面にシール部材を設ける場合、シャッタ部材８５に当接する面８９ｂの面積に対するＯリング１０１等のシール部材よりも内側の対向面８９ｃの面積を、いずれか一方がいずれか他方の１．２５倍以内の範囲で異なるようにしてもよい。なおシャッタ部材８５に対して下方となる本体部材８２のリング体８８およびケース板８３に嵌め込まれる中間部材８９等からなる押圧手段については、上下が逆ではあるが基本的な構造は同じであるので説明を省略する。

次に、材料供給装置１３とシャッタ装置８１の作動について説明する。図９に示される参考形態のシャッタ装置８１は、上部のシャッタ装置および下部のシャッタ装置として用いられるが、特に中間筒体１９内および下部筒体２０内が真空となる下部のシャッタ装置（図２においてはシャッタ装置２６）として用いると効果が大きい。先の図１に示される材料供給装置１３と同様に、材料供給装置１３にシャッタ装置８１を用いた場合の作動は、（１）上部のシャッタ装置８１を開放し、上部筒体１８内の成形材料Ｍを、中間筒体１９内の中間室５３に落下させる（この際、上部筒体１８内と中間筒体１９内は共に大気圧の状態でシャッタ装置８１の開放がされるが、下部のシャッタ装置８１は閉鎖されている。）。（２）上部のシャッタ装置８１を閉鎖する。（３）成形材料Ｍが供給された中間筒体１９内を真空吸引して真空状態とする。（４）下部のシャッタ装置８１を開放し、真空状態の中間筒体１９内の成形材料Ｍを、同じく真空状態の下部筒体２０内に落下させる。（５）下部のシャッタ装置８１を閉鎖する。（６）中間筒体１９内を真空破壊して大気圧に戻す。という順で次に再び（１）の上部のシャッタ装置８１の開放が行われる。

図９に示される参考形態では、シャッタ装置８１が下部のシャッタ装置として取付けられている場合について、シャッタ部材８５の上部（中間筒体１９内）が大気圧あって、下部（下部筒体２０内）が真空の場合と、シャッタ装置８１の上部（中間筒体１９内）および下部（下部筒体２０内）が真空（−９８ｋＰａ）の場合で中間部材８９のシャッタ部材８５への押圧力を略等しくすることができる。

この点について図６に示される本願発明の第２の実施形態のシャッタ装置７１との比較において説明する。図６の例では中間部材７４のシャッタ部材７３と当接する面７４ｂの面積０．００７４ｍ^２に対して、上面（または下面）のリング体と対向する部分の面積０．００１６ｍ^２と通孔の面積０．００２８ｍ^２を加えた面積０．００４４ｍ^２との間には０．００３０ｍ^２の面積差があり、その面積差が中間部材７４のフランジ部７４ｃの平面７４ｅ（押圧面）の面積となっている。従って空気室内に大気圧＋０．０１ＭＰａの圧力を加えて中間部材７４によりシャッタ部材７３に押圧力を及ぼす場合について考えると、上部が大気圧であって下部が真空（３，３３０Ｐａ）の場合は、シャッタ部材７３と中間部材７４の当接する面の間隙、中間部材７４と図示しないリング体の間の間隙はいずれも大気圧に連通される空間と倣されるから、次の計算式１が成り立つ。

シャッタ部材に向けて中間部材に働く全押圧力・・・Ａ
０．００３０ｍ^２（空気室の押圧面の有効面積）×（１０，０００Ｐａ（押圧力）＋１０１，３２５Ｐａ（大気圧））＋０．００１６ｍ^２（リング体と対向する部分の面積）×１０１，３２５Ｐａ＝４９６Ｎ（小数点以下四捨五入）
リング体に向けて中間部材に働く力・・・Ｂ
０．００４６ｍ^２（シャッタ部材と中間部材の当接面積）×１０１，３２５Ｐａ（大気圧）＝４６６Ｎ（小数点以下四捨五入）
上部が大気圧で下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力・・・Ｃ＝Ａ−Ｂ
４９６−４６６＝３０Ｎ
（従って実際には中間部材のリング体との対向面に対して及ぼされる大気圧は相殺される。）

次に空気室７５内の圧力は前記と同じ大気圧＋０．０１ＭＰａであり、上部および下部が真空（３，３３０Ｐａ）の場合は、次の計算式２が成り立つ。

シャッタ部材に向けて中間部材に働く全押圧力・・・Ｄ
０．００３０ｍ^２（空気室の押圧面の有効面積）×（１０，０００Ｐａ＋１０１，３２５Ｐａ）＋０．００１６ｍ^２（リング体と対向する部分の面積）×３，３３０Ｐａ（真空圧）＝３３９Ｎ（小数点以下四捨五入）
リング体に向けて中間部材に働く力・・・Ｅ
０．００４６ｍ^２（シャッタ部材と中間部材の当接面積）×３，３３０Ｐａ（真空圧）＝１５Ｎ（小数点以下四捨五入）
上部および下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力・・・Ｆ＝Ｄ−Ｅ
３３９−１５＝３２４Ｎ

従って図６に示される本願発明の第２の実施形態では上部が大気圧で下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力Ｃと、上部および下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力Ｆとでは、押圧力に大きな差が発生していることになる。

次に図９に示される参考形態のシャッタ装置８１について同様に検証する。図９の例では中間部材８９がシャッタ部材８５に当接する面８９ｂの面積と、中間部材８９がリング体８８に対向する対向面８９ｃの面積は、共に０．００４６ｍ^２であり面積差はない。また第１の空気室９２の押圧面９０ａの有効面積は、図６の例と同じく０．００３０ｍ^２である。従って第１の空気室９２の押圧面９０ａに大気圧＋０．０１ＭＰａの圧力を加えて中間部材８９によりシャッタ部材８５を押圧する場合について、前記と同様に上部が大気圧であって下部が真空（３，３３０Ｐａ）の場合は、シャッタ部材８５と中間部材８９の当接する面８９ｂの間隙、中間部材８９とリング体８８の間の間隙はいずれも大気圧に連通される空間と倣されるから、次の計算式３が成り立つ。

シャッタ部材に向けて中間部材に働く全押圧力・・・Ｇ
０．００３０ｍ^２（空気室の押圧面の有効面積）×（１０，０００Ｐａ（押圧力）＋１０１，３２５Ｐａ（大気圧））＋０．００４６ｍ^２（リング体と対向する部分の面積）×１０１，３２５Ｐａ＝８００Ｎ（小数点以下四捨五入）
リング体に向けて中間部材に働く力・・・Ｈ
０．００４６ｍ^２（シャッタ部材と中間部材の当接面積）×１０１，３２５Ｐａ（大気圧）＝４６６Ｎ（小数点以下四捨五入）
上部が大気圧で下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力・・・Ｉ＝Ｇ−Ｈ
８００−４６６＝３３４Ｎ
（従って実際には中間部材の上下の面に対してそれぞれ及ぼされる大気圧は相殺される。）

次に第１の空気室９２内の圧力は前記と同じ大気圧＋０．０１ＭＰａであり、上部および下部が真空（３，３３０Ｐａ）の場合は、次の計算式４が成り立つ。

シャッタ部材に向けて中間部材に働く全押圧力・・・Ｊ
０．００３０ｍ^２（空気室の押圧面の有効面積）×（１０，０００Ｐａ＋１０１，３２５Ｐａ）＋０．００４６ｍ^２（リング体と対向する部分の面積）×３，３３０Ｐａ（真空圧）＝３４９Ｎ（小数点以下四捨五入）
リング体に向けて中間部材に働く力・・・Ｋ
０．００４６ｍ^２（シャッタ部材と中間部材の当接面積）×３，３３０Ｐａ（真空圧）＝１５Ｎ（小数点以下四捨五入）
上部および下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力・・・Ｌ＝Ｊ−Ｋ
３４９−１５＝３３４Ｎ

従って図９に示される参考形態では上部が大気圧で下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力Ｉと、上部および下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力Ｌとでは、計算上、押圧力は等しいことになる。従ってレギュレータ９６の設定値を最適に設定することにより、シャッタ部材８５と中間部材８９との間の摺動やシールに最も適した押圧力に設定することができる。なおシャッタ部材８５の上下面とも同様に押圧力が制御される。

また図９に示される参考形態のシャッタ装置８１は、前記当接する面８９ｂと対向面８９ｃの開口部８８ａ内の同一気圧で連通されている面が異なる場合について前記と同様に検証する。中間部材８９がシャッタ部材８５に当接する面の面積が中間部材８９の対向面８９ｃの面積の１．２５倍とする場合、前記当接する面８９ｂの面積を０．００４６ｍ^２とすると、前記対向面８９ｃの面積は、０．００３６８ｍ^２となる。ただしＯリング１０１は小径部９１の外周面にあり対向面８９ｃ全体が開口部８９ａ内と連通されているものとする。また当接する面８９ｂと対向面８９ｃの面積には差がないが、対向面８９ｃの上面にＯリング１０１が設けられ、当接する面８９ｂに対して、対向面８９ｃにおける開口部内の同一気圧で連通されている面（Ｏリング１０１より内側の面）の面積比が１．２５倍の場合も同様である。そしてこの場合も第１の空気室９２の押圧面９０ａには大気圧に加えて０．０１ＭＰａの圧力が加えられているものとする。次に計算式５を示す。

シャッタ部材に向けて中間部材に働く全押圧力・・・Ｍ
０．００３０ｍ^２（空気室の押圧面の有効面積）×（１０，０００Ｐａ（押圧力）＋１０１，３２５Ｐａ（大気圧））＋０．００３６８ｍ^２（リング体と対向する部分の面積）×１０１，３２５Ｐａ＝７０７Ｎ（小数点以下四捨五入）
リング体に向けて中間部材に働く力・・・Ｎ
０．００４６ｍ^２（シャッタ部材と中間部材の当接面積）×１０１，３２５Ｐａ（大気圧）＝４６６Ｎ（小数点以下四捨五入）
上部が大気圧で下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力・・・Ｏ＝Ｍ−Ｎ
７０７−４６６＝２４１Ｎ
（従って実際には中間部材の上下の面に対して及ぶ大気圧は相殺される。）

次に前記面同士の面積比が前記１．２５倍であって、空気室内の圧力は前記と同じ大気圧＋０．０１ＭＰａであり、上部および下部が真空（３，３３０Ｐａ）の場合は、次の計算式６が成り立つ。

シャッタ部材に向けて中間部材に働く全押圧力・・・Ｐ
０．００３０ｍ^２（空気室の押圧面の有効面積）×（１０，０００Ｐａ＋１０１，３２５Ｐａ）＋０．００３６８ｍ^２（リング体と対向する部分の面積）×３，３３０Ｐａ（真空圧）＝３４６Ｎ（小数点以下四捨五入）
リング体に向けて中間部材に働く力・・・Ｑ
０．００４６ｍ^２（シャッタ部材と中間部材の当接面積）×３，３３０Ｐａ（真空圧）＝１５Ｎ（小数点以下四捨五入）
上部および下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力・・・Ｒ＝Ｐ−Ｑ
３４６−１５＝３３１Ｎ

上記のように上部および下部が真空の場合のシャッタ部材に向けて実際に中間部材に働く押圧力Ｒは、上部が大気圧で下部が真空の場合の実際にシャッタに向けて働く押圧力Ｏの１．３７倍（以下四捨五入）となる。このシャッタ部材８５の両側の気圧差が同じ場合と異なる場合で前記中間部材８９によるシャッタ部材８５の押圧力が１．４倍以内に納まるようにすることが許容される範囲内であると言える。なお上記の計算式１ないし計算式６については、真空度が−９８ｋＰａの例により計算したが実際の真空度は、真空ポンプの能力や射出成形機の加熱筒からのリークにより異なり、大気圧についても日々異なる。そして前記真空度や大気圧が相違すれば前記計算式による押圧力は異なるから、前記中間部材８９の当接する面と対向面８９ｃ（開口部８９ａに連通する面）の比と、前記中間部材８９によるシャッタ部材８５の押圧力の比は理論通りには対応しない。

ただし前記の当接する面８９ｂと対向面８９ｃ（開口部に連通する面）の面積同士が等しい場合、或いは異なっている場合の両方において、上部が大気圧で下部が真空の場合と上部および下部が真空の場合で、第１の空気室９２へ送る気圧を変化させて、中間部材８９がシャッタ部材８５に当接する押圧力を調整するようにしてもよい。そして前記押圧力を強めることにより、シャッタ部材８５は、載置板８６に強く押し当てられる。

次に図１０に示される参考形態のシャッタ装置１１１について説明する。図１０に示される参考形態のシャッタ装置１１１の説明では、本願発明の図９に示される参考形態と同一符号は同様の部分または相当する部分に付すものとして説明を省略し、相違点を中心に説明する。図１０に示される参考形態は、本願発明の図９に示される参考形態の第２の空気室９４に相当する第２の空気室１１２にも連通路１１３を形成し、前記第２の空気室１１２へ低圧気体を送るようにしたことを特徴とするものである。そして中間部材８９のシャッタ部材８５側の小径部９１にはシール部材であるＯリング１１７が設けられ第２の空気室１１２を密閉している。また第１の空気室９２と第２の空気室１１２は、別の管路９５，１１４を介して別のレギュレータ９６，１１５に接続されている。そしてレギュレータ９６，１１５は、分配弁１１６を介してポンプ９８に接続されている。図１０に示される参考形態では、前記構成を取ることにより、更に最適な圧力で中間部材８９をシャッタ部材８５に押圧させ当接させることができる。なお図１０においては、上側のケース板８３の下面にもガイド板１１８を配設し、シャッタ部材８５が載置板８６とガイド板１１８とに挟まれて摺動される形とすることにより更にシャッタ部材８５の上下動を防止している。なお載置板８６やガイド板１１８には自己潤滑タイプの樹脂が好適に用いられる。

本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加して実施することができる。シャッタ装置の本体部材は、気密構造体の外殻部の一部であってもよい。またシャッタ装置のシャッタ部材は、往復運動するもの以外に一点を中心に平板が回転運動をするものでもよい。そしてまたシャッタ部材が、縦方向や斜め方向に移動するものでもよい。更にシャッタ装置の開口部は、円形に限定されず矩形その他の形状でもよい。シャッタ装置の本体部材と中間部材とからなるシリンダの形状は、図６ないし図８の本願発明の実施の形態に限定されず、更に種々の形状のものが想定される。更にまた本発明のシャッタ装置が取付けられる気密構造体としては、射出成形機の他、押出機、混練機等でもよく、更には、プレス装置、ラミネータ装置、半導体製造装置、蒸膜装置などの真空室と外部との開口部に、本発明のシャッタ装置を設けてもよい。そしてまた気密構造体としては、真空構造体の他に、ガスや蒸気等の流体が構造体内に封入されたものでもよい。

参考形態のシャッタ装置が取付けられた射出装置の断面図である。 参考形態のシャッタ装置の断面図である。 図２におけるＡ―Ａ線における水平断面図である。 本願発明の実施形態のシャッタ装置の断面図であって、シャッタが開の状態を示す図である。 本願発明の実施形態のシャッタ装置の断面図であって、シャッタが閉の状態を示す図である。 本願発明の第２の実施形態のシャッタ装置の断面図であって、シャッタが開の状態を示す図である。 本願発明の第２の実施形態のシャッタ装置の断面図であって、シャッタが開閉する際の状態を示す図である。 本願発明の第２の実施形態のシャッタ装置の断面図であって、シャッタが閉の状態を示す図である。 参考形態のシャッタ装置の断面図であって、シャッタが開の状態を示す図である。 参考形態のシャッタ装置の断面図であって、シャッタが開の状態を示す図である。

１１ 射出装置
１３ 材料供給装置（気密構造体）
１５ 加熱筒（気密構造体）
２４ａ，４１ａ，４７ａ，６４ａ，８８ａ，８９ａ 開口部
２５，２６，６１，７１，８１，１１１ シャッタ装置
４１，６２，７２，８２ 本体部材
４２，６３，７３，８５ シャッタ部材
４２ｂ，６３ｂ，７３ｂ，８５ｂ 面（シャッタ部材の面）
４７，６４，７４，８９ 中間部材
４７ｂ，６４ｂ，７４ｂ，８９ｂ 面（中間部材の面）
５０，６６ バネ（押圧手段）
５１，６５，７６ Ｏリング（押圧手段）
７５，９２，９４，１１２ 空気室（押圧手段）

Claims (3)

1. 射出成形機の射出装置の材料供給装置に設けられ、開口部を開閉するシャッタ部材が備えられた気密構造体のシャッタ装置であって、
   本体部材とシャッタ部材との間に設けられる中間部材と、
   前記中間部材に対して摺動自在に当接されるシャッタ部材と、
   前記中間部材と本体部材との間に設けられ該中間部材を該シャッタ部材に向けて押圧する押圧手段とが備えられ、
   前記中間部材は、中心側に成形材料が通過する開口部が形成されており、外周側には小径部とフランジ部が設けられ、フランジ部の小径部とは反対側の面にはシャッタ部材と当接する当接面が設けられ、該フランジ部の小径部側には前記押圧手段が設けられたことを特徴とする気密構造体のシャッタ装置。
2. 本体部材の凹部とフランジ部の小径部側の面との間には、空気室が形成され、前記空気室は空圧源に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の気密構造体のシャッタ装置。
3. 請求項１に記載の気密構造体のシャッタ装置の作動方法であって、
   本体部材とシャッタ部材との間に設けられる中間部材と、
   前記中間部材に対して摺動自在に当接されるシャッタ部材とが設けられ、
   前記中間部材を該シャッタ部材に向けてレギュレータにより制御された大気圧以上の低圧エアにより押圧することを特徴とする気密構造体のシャッタ装置の作動方法。

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