CN103619557B

CN103619557B - 注射装置

Info

Publication number: CN103619557B
Application number: CN201280031404.6A
Authority: CN
Inventors: 山口和幸
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: US20140130912A1; JP2013014117A; BR112013033250A2; CN103619557A; JP5672179B2; WO2013005597A1; EP2730388A4; EP2730388A1; US9266269B2

Abstract

本发明提供一种注射装置，其通过注射缸体的工作而向模具内部注射成型材料，并利用成型材料填充模具内部，该注射装置具备与上述注射缸体连接的多个工作机构。各工作机构包括：工作用缸体，其向上述注射缸体供给非压缩性流体；以及驱动部，其对上述工作用缸体的活塞进行驱动。在注射成型材料的低速工序和高速工序中，使各工作用缸体的活塞前进而向注射缸体供给工作油。在增压工序中，使工作用缸体的活塞前进而向注射缸体供给工作油。由于注射装置具备多个工作机构，所以无需对驱动部要求高性能便能够实现注射缸体的高速化和高压化。

Description

注射装置

技术领域

本发明涉及向模具内部注射成型材料并利用成型材料填充模具内部的注射装置。

背景技术

作为通过向模具内部注射成型材料、并利用成型材料填充模具内部而对期望的产品进行成型的装置，公知存在注射装置。在最近的注射装置中，例如，像专利文献1记载的注射装置那样，使用电动机来对注射缸体施加工作力。上述公报记载的注射装置具备：使向模具内部注射成型材料的注射柱塞工作的注射缸体装置；和向注射缸体装置供给工作油的转换缸体装置。在该注射装置中，当向注射缸体供给工作油时，作为转换缸体装置的转换活塞的驱动源而使用电动机。由此，在该注射装置中，转换缸体装置的转换活塞借助电动机的驱动力而工作，从而向注射缸体装置供给工作油。由此，利用上述供给的工作油而使注射缸体装置的注射活塞向成型材料的注射方向进行动作。

专利文献1：日本特开2010-115683号公报

但是，注射装置一般以低速工序、高速工序、以及增压工序这3道工序来工作，并在各工序中使注射活塞以期望的速度工作，且以对型腔内部的成型材料施加期望的压力的方式而工作。因此，如上述公报记载的注射装置那样，通过利用电动机的驱动力来使工作用缸体工作，与仅通过基于油压泵的对工作油的流量控制而使该工作用缸体工作的情况相比，能够更精密地控制注射缸体的动作量。然而，在该注射装置中，由于通过控制单个驱动部来实施上述不同的工序，所以为了在各工序中充分满足所需的速度、压力而针对驱动部要求较高的性能。即，若欲通过控制单个驱动部而实施上述不同的工序，则需要具有能够满足上述3道工序的要求的性能的驱动部。然而，在现有的通用机械中，并不存在上述那样的驱动部。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种注射装置，能够实现以单个驱动部无法实现的较高的注射速度和注射压力。

为了解决上述课题，本发明的一个实施方式提供一种注射装置，通过注射缸体的工作而向模具内部注射成型材料并利用成型材料填充模具内部。该注射装置具备与注射缸体连接的多个工作机构。各工作机构包括：工作用缸体，其向注射缸体供给非压缩性流体；以及驱动部，其对工作用缸体的活塞进行驱动。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的注射装置的示意图。

图2是示出图1的注射装置的注射缸体的工作模式的示意图。

图3是示出高速工序中的注射装置的工作状态的示意图。

图4是示出增压工序中的注射装置的工作状态的示意图。

图5是其他例子的注射装置的示意图。

具体实施方式

以下，根据图1～图4对本发明的一个实施方式所涉及的注射装置进行说明。

图1所示的作为注射装置的压铸机10是将熔融后的作为成型材料的金属材料（例如，铝）注射到由构成模具的固定模11与可动模12而形成的型腔13内部，并利用金属材料填充型腔13内部的装置。注射至模具内部的成型材料在凝固后被取出，从而形成期望的成型品。此外，固定模11与可动模12通过未图示的合模装置而实现模具的开闭及合模。

向与型腔13连通的注射套筒14内部供给金属材料。在注射套筒14内部收纳有向型腔13压出被供给至注射套筒14内部的金属材料的注射柱塞15。压铸机10具备对注射柱塞15进行驱动的注射缸体16。注射柱塞15与注射缸体16的活塞杆16a连结。供给排出机构K1与注射缸体16的杆侧室16r连接，该供给排出机构K1向杆侧室16r供给作为非压缩性流体的工作油并且将杆侧室16r的工作油排出。供给排出机构K1包括：油箱17；汲取油箱17内部的工作油的泵18；以及电磁切换阀19，该电磁切换阀19选择性地切换为能够将上述汲取的工作油向杆侧室16r供给的状态、以及能够将杆侧室16r内部的工作油向油箱17排出的状态。供给排出机构K2与注射缸体16的头侧室16h连接，该供给排出机构K2向头侧室16h供给工作油并且将头侧室16h的工作油排出。

以下，对本实施方式的供给排出机构K2进行具体说明。

成为工作油的供给路径及排出路径的主管路20与注射缸体16的头侧室16h连接。在主管路20连接有成为工作油的供给路径及排出路径的多个副管路21、22。向注射缸体16供给工作油的多个（在本实施方式中为3个）工作用缸体23与副管路21连接。各工作用缸体23的头侧室23h与副管路21连接。各工作用缸体23的活塞杆23a与螺母N连结。螺母N与借助作为电动机的伺服马达M1而旋转的滚珠丝杠B螺合。

另外，在副管路21以位于主管路20与3个工作用缸体23之间的方式而配设有电磁切换阀26。电磁切换阀26选择性地切换为允许工作油从主管路20向副管路21流动的状态、以及允许工作油从副管路21向主管路20流动的状态。在电磁切换阀26切换为允许工作油从副管路21向主管路20流动的状态时（图1所示的状态），电磁切换阀26作为防止工作油从主管路20向副管路21流动的止回阀而发挥功能。

在副管路22连接有向注射缸体16供给工作油的一个工作用缸体24。工作用缸体24的头侧室24h与副管路22连接。工作用缸体24的活塞杆24a与螺母N连结。螺母N与借助作为电动机的伺服马达M2而旋转的滚珠丝杠B螺合。

与副管路21连接的各工作用缸体23的直径设定为同一直径。工作用缸体24的直径设定为小于各工作用缸体23的直径的直径。即，工作用缸体23、24具有两种缸体直径。在本实施方式的压铸机10中，通过向注射缸体16的头侧室16h供给各工作用缸体23、24的头侧室23h、24h内部的工作油而使注射缸体16工作。因此，将工作用缸体23、24的数量、直径、行程长度等条件设定成使得注射缸体16以期望的工作模式（注射速度、注射压力）工作。此外，注射缸体16设定为具有能够供来自工作用缸体23、24的工作油流入的容积的尺寸。

另外，对于本实施方式的压铸机10而言，多个（本实施方式中为4个）工作机构与注射缸体16连接。各工作机构包括一个工作用缸体23、24、以及对应的一个伺服马达M1、M2。另外，在本实施方式中，多个工作机构的工作用缸体23、24包括具有互不相同的直径的两种工作用缸体23、24。具体而言，多个工作机构包括由工作用缸体23和伺服马达M1构成的工作机构、以及由直径小于工作用缸体23的直径的工作用缸体24和伺服马达M2构成的工作机构。

利用对应的伺服马达M1、M2的伺服控制来控制各工作用缸体23、24的活塞23p、24p的工作。对于各工作用缸体23、24而言，通过伺服控制（位置控制）而使各活塞23p、活塞24p移动至期望的位置，所以能够正确地控制针对注射缸体16的工作油的供给量。

接下来，根据图2对注射缸体16进行注射时的工作模式（注射模式）进行说明。

注射缸体16以低速工序、高速工序、以及增压工序这3道工序而工作。低速工序是注射的初期阶段的工序，且是在将供给至注射套筒14内部的金属材料向型腔13压出时使注射缸体16的活塞16p以低速进行工作的工序。高速工序是在低速工序之后进行的工序，且是使注射缸体16的活塞16p以比低速工序时的速度高的速度进行工作的工序。增压工序是在高速工序之后进行的注射的最终阶段的工序，且是利用注射缸体16的活塞16p的前进方向上的力来增大对型腔13内部的金属材料所施加的压力的工序。

而且，如图2所示，在上述这些工序中，注射缸体16所要求的速度、压力相异。即，在高速工序中需要使注射缸体16的活塞16p以更高的速度工作，另一方面，在增压工序中无需改变速度。另外，在增压工序中需要以施加更高的压力的方式而使注射缸体16的活塞16p工作，另一方面，在低速工序和高速工序中无需以施加与增压工序时的程度相当的压力的方式使注射缸体16的活塞16p工作。

以下，根据图3和图4，对本实施方式的压铸机10的作用进行说明。

对于压铸机10而言，使各工作用缸体23、24的各活塞23p、24p工作，以使注射缸体16的活塞16p基于图2所示的工作模式而工作。

首先，对低速工序进行说明。

在低速工序开始前，注射缸体16的活塞16p、各工作用缸体23、24的各活塞23p、24p位于图1所示那样的规定的初始位置。此外，位于初始位置的各活塞16p、23p、24p不对供给至注射套筒14内部的金属材料施加注射压力（图2的时刻T1）。另外，对供给排出机构K1的电磁切换阀19进行切换，以使注射缸体16的杆侧室16r的工作油在开始进行成型时返回到油箱17。

然后，若固定模11与可动模12的合模、以及向注射套筒14供给金属材料等的成型准备工作完毕，则开始进行低速工序。在低速工序中，控制各工作用缸体23的伺服马达M1，以使注射缸体16的活塞16p以图2所示的注射速度V1移动。由此，各伺服马达M1以与低速工序时的注射缸体16的注射速度V1对应的速度旋转。因对应的伺服马达M1的旋转而使与滚珠丝杠B螺合的螺母N前进（向图1中的左方进行动作），从而借助该螺母N而对各工作用缸体23的活塞23p施加驱动力并使该活塞23p前进。螺母N和活塞23p的前进是将各工作用缸体23的头侧室23h内部的工作油向主管路20压出的方向、亦即将上述工作油向注射缸体16的杆侧室16h供给的方向上的动作。

若各工作用缸体23的活塞23p进行工作，则对应的头侧室23h内部的工作油按顺序依次经过副管路21、电磁切换阀26、以及主管路20而向注射缸体16的头侧室16h供给。由此，注射缸体16的活塞16p受到来自向头侧室16h供给的工作油的压力而前进。另外，与注射缸体16的活塞杆16a连结的注射柱塞15因活塞16p的前进而同样地前进。通过该注射柱塞15的前进而使得注射套筒14内部的金属材料被向型腔13内部注射。注射柱塞15和活塞16p的前进是将注射套筒14内部的金属材料向型腔13压出的方向上的动作。此外，活塞16p的前进方向也是使杆侧室16r内部的工作油向供给排出机构K1的油箱17返回的方向。

注射缸体16的活塞16p因来自工作用缸体23的工作油的供给而以图2所示的注射速度V1前进。在本实施方式中，利用伺服机构来对各工作用缸体23的活塞23p的位置进行反馈控制，从而正确地控制向注射缸体16的头侧室16h供给的工作油的油量。由此，注射缸体16的活塞16p能够以注射速度V1正确地前进。

然后，若各工作用缸体23的活塞23p到达开始进行高速工序的位置（图2中的时刻T2），则从低速工序向高速工序转移。

接下来，根据图3对高速工序进行说明。

在高速工序中，控制各工作用缸体23的伺服马达M1，以使注射缸体16的活塞16p以图2所示的注射速度V2移动。由此，各伺服马达M1以与高速工序中的注射缸体16的注射速度V2对应的速度进行旋转。

在高速工序中，与低速工序时相比，各工作用缸体23的活塞23p进行高速动作，因此，从各头侧室23h压出的每单位时间的工作油的油量得以增加。其结果是，流入到注射缸体16的头侧室16h的每单位时间的工作油的油量也得以增加，因此活塞16p前进时的速度与低速工序时相比成为高速。由此，使得注射缸体16的活塞16p以图2所示的注射速度V2前进。

在高速工序中，注射柱塞15也与注射缸体16的活塞16p的前进联动地以注射速度V2前进。在高速工序中，因该注射柱塞15的前进而使得注射套筒14内部的金属材料的相对于型腔13的注射量与低速工序时相比有所增加。

在本实施方式中，通过对各工作用缸体23的活塞23p的位置进行反馈控制，从而正确地控制向注射缸体16的头侧室16h供给的工作油的油量。其结果是，注射缸体16的活塞16p能够以注射速度V2正确地前进。

另外，在本实施方式中，3个工作机构（工作用缸体23与伺服马达M1的组合）向注射缸体16供给工作油而对该注射缸体16施加驱动力。因此，在使注射缸体16的活塞16p以高速工序中所需要的注射速度V2工作的情况下，能够降低对于一个伺服马达M1所要求的性能。具体而言，在欲以单个工作机构实现注射速度V2的情况下，与本实施方式那样的以3个工作机构实现注射速度V2的情况相比，需要在每单位时间向注射缸体16的头侧室16h压出3倍的工作油。即，在单个工作机构的情况下，需要以3倍的速度来控制构成上述工作机构的工作用缸体23的活塞23p，从而要求伺服马达M1、滚珠丝杠B具有高速性能。因此，若像本实施方式那样，并列配置多个工作机构，并且使多个工作用缸体23的活塞23p同时工作，则能够实现注射缸体16的高速化，而无需要求伺服马达M1、滚珠丝杠B具有较高的性能。

在高速工序中，若各工作用缸体23的活塞23p的位置接近高速工序中的减速位置（图2中的时刻T3），则使得伺服马达M1进行减速。由此，各工作用缸体23的活塞23p也减速。之后，若各工作用缸体23的活塞23p到达高速工序中的停止位置（图2中的时刻T4），则高速工序结束，进而向增压工序转移。

接下来，根据图4对增压工序进行说明。

在增压工序中，控制工作用缸体24的伺服马达M2，以使注射缸体16的活塞16p施加的压力成为图2所示的注射压力P。因伺服马达M2的旋转而使得与滚珠丝杠B螺合的螺母N前进，从而借助该螺母N而对工作用缸体24的活塞24p施加驱动力并使该活塞24p前进。

若工作用缸体24的活塞24p工作，则头侧室24h内部的工作油经过副管路22和主管路20而向注射缸体16的头侧室16h供给。由于该工作用缸体24的直径设定为小于各工作用缸体23的直径的直径，所以即使利用输出功率相同的马达进行驱动，与各工作用缸体23相比，工作用缸体24也会产生更高的压力。在本实施方式中，若从工作用缸体24向注射缸体16的头侧室16h供给工作油，则根据帕斯卡原理，头侧室16h内部的压力上升，并且注射缸体16的活塞16p从头侧室16h受到的压力也上升。其结果是，注射柱塞15对型腔13内部的金属材料施加的压力有所增大。

另外，在增压工序中，配设于副管路21的电磁切换阀26作为止回阀而发挥功能，从而使得从工作用缸体24压出的工作油不流入到副管路21、亦即各工作用缸体23的头侧室23h，而是经过主管路20流入到注射缸体16的头侧室16h。由此，各工作用缸体23的活塞23p不会受到基于从具有较小直径的工作用缸体24压出的高压的工作油的力，保持当前位置而不后退。即，通过电磁切换阀26的防止回流作用，能够使注射缸体16的活塞16p借助注射柱塞15而施加的压力成为注射压力P。

之后，在型腔13内部的金属材料凝固以后，使注射缸体16的活塞16p后退。此时，使泵18工作，并且将电磁切换阀19切换为能够将由泵18汲取的工作油向注射缸体16的杆侧室16r供给的状态。另外，将电磁切换阀26切换为允许注射缸体16的头侧室16h的工作油从主管路20向副管路21流动的状态，并且使各伺服马达M1、M2反向旋转，以使各工作用缸体23、24的活塞23p、24p后退。由此，因注射缸体16的活塞16p的后退而使得注射柱塞15也后退，并且头侧室16h的工作油返回到各工作用缸体23、24的头侧室23h、24h。之后，通过打开固定模11与可动模12而从模具取出成型品。

因此，根据本实施方式，能够得到以下所示的效果。

（1）多个工作机构与注射缸体16连接，其中，每个工作机构都包括一个工作用缸体23、24与一个伺服马达M1、M2。因此，通过来自多个工作用缸体23、24的工作油的供给而能够对注射缸体16施加工作力。即，能够与同时工作的工作用缸体的个数对应地增大能够对注射缸体16施加的工作力。因此，通过将多个马达连接而能够实现以一个马达无法实现的注射速度和注射压力。

（2）作为各工作用缸体23、24的活塞23p、24p的驱动源而使用伺服马达M1、M2，作为上述伺服马达M1、M2的控制而进行伺服控制。因此，能够可靠地进行从各工作用缸体23、24向注射缸体16供给的工作油的流量管理。因此，能够使注射缸体16适当地工作。另外，由于通过伺服控制而能够实现注射缸体16的所有工作模式，所以与油压控制相比，能够更精密地控制注射缸体16。

（3）多个工作机构的工作用缸体23、24包括具有互不相同的直径的工作用缸体23和工作用缸体24。由此，通过使直径相异的工作用缸体23、24以充分满足注射成型中所需的注射速度和注射压力的方式工作，能够使注射缸体16适当地工作。

（4）在与工作用缸体23连接的副管路21配设有作为止回阀而发挥功能的电磁切换阀26。因此，在使具有小径的工作用缸体24工作时，能够防止工作油向具有大径的工作用缸体23流动。因此，能够可靠地向注射缸体16供给来自具有小径的工作用缸体24的工作油，从而能够使注射缸体16适当地工作。

（5）通过从工作用缸体23、24供给工作油而使注射缸体16工作。因此，与通过机械式地连结多个伺服马达而对注射缸体16施加工作力的情况相比，能够吸收基于伺服马达的动作的偏差，并能够使注射缸体16以期望的注射速度和注射压力进行工作。

（6）为了使注射缸体16工作而将注射缸体16与多个工作机构连接。因此，通过工作机构的组装而能够容易地设定注射成型所需的注射速度、注射压力等注射条件。即，能够提升设计自由度。

（7）根据本实施方式的工作机构的结构，由于能够降低伺服马达M1、M2的要求性能，所以无需为了充分满足注射成型所需的注射速度、注射压力等注射条件而特意准备高性能的伺服马达。即，通过对市售的量产效果较高的价格低廉的部件（伺服马达）进行组合而能够充分满足注射条件，因此能够抑制成本的增加。

（8）另外，对于工作用缸体23、24而言，也无需特别地改变市售的工作用缸体。因此，能够与伺服马达M1、M2同样地使用市售的量产效果较高的部件，从而能够抑制成本的增加。

此外，上述实施方式能够进行如下的变更。

○在实施方式中，如图5所示，可以使与注射缸体16连接的工作用缸体33、34、35的直径全都不同。在向注射缸体16供给工作油的情况下，只要适当选择工作用缸体33～35并使它们工作以便能够获得在各工序中所需的注射速度和注射压力即可。如图5所示，在设定工作用缸体33～35的直径的情况下，在副管路21配设与实施方式中相同的电磁切换阀26（止回阀），以使具有最小直径的工作用缸体35工作时的工作油不向其他具有大径的工作用缸体33、34回流。此外，图5示出了各工作用缸体33～35与副管路21连接的状态，其中，该副管路21从与注射缸体16的头侧室16h连接的主管路20分叉。即，在图5中，省略了由对实施方式进行说明的图1等示出的注射柱塞15、工作机构（伺服马达、滚珠丝杠、螺母）。

○在实施方式中，与注射缸体16连接的工作机构的数量可以是两个，或者也可以是4个以上。即，根据实施方式中说明的技术思想，通过增加工作机构的数量便能够实现注射缸体16的高速化和高压化，从而并不要求伺服马达具有较高的性能。即，根据本实施方式中说明的技术思想，能够对用于充分满足注射成型所需的注射速度、注射压力的工作机构的结构（工作用缸体的规格）、数量进行任意的组合、变更。

○在实施方式中，各工作用缸体23、24的活塞23p、24p的驱动部可以是线性马达。

○在实施方式中，在使注射缸体16的活塞16p后退的情况下，可以不依赖于来自供给排出机构K1的工作油的供给而通过基于各伺服马达M1、M2的控制的活塞23p、24p的后退来实现活塞16p的后退。即，可以通过各活塞23p、24p的后退而将注射缸体16的头侧室16h内部的工作油收纳于各工作用缸体23、24的头侧室23h、24h。

○在实施方式中，在低速工序中可以使3个工作用缸体23中的任意一个工作而实现注射速度V1，在高速工序中可以使全部的工作用缸体23工作而实现注射速度V2。即使在这样的动作方式中，由于根据向头侧室16h供给的工作油的油量而对注射缸体16进行速度调整，因此能够随着供给的工作油的油量的增加而使注射速度增速。此外，在该动作方式的情况下，可以在低速工序和高速工序中以恒定速度控制伺服马达，也可以以从低速工序向高速工序转移的过程中增速的可变速度的方式控制伺服马达。

○在实施方式中，在使工作用缸体24工作时，考虑到会对各工作用缸体23的伺服马达M1急剧地施加负荷的情况，也可以在电磁切换阀26与各工作用缸体23之间的副管路21配设吸收冲击用的蓄能器。

○在实施方式中，各工作用缸体23、24的杆侧室也可以与施加能和头侧室23h、24h的压力抵消那样的压力的机构连接。根据该结构，能够以更小型的伺服马达产生所需的推力，从而能够抑制成本的增加。

○在实施方式中，也可以在高速工序中且在使各工作用缸体23开始减速之前使工作用缸体24工作。根据该结构，由于电磁切换阀26作为止回阀而发挥功能，从而可防止来自工作用缸体24的工作油向各工作用缸体23流动，并可仅使来自工作用缸体24的工作油流入到注射缸体16。其结果是，能够使注射缸体16进行急减速。

○实施方式也可以具体化为通过向型腔13内部注射树脂材料而制造树脂成型品的注射装置。

○在实施方式中，也可以将各工作用缸体23、24的头侧室23h、24h与补给工作油的机构（从油箱汲取工作油的泵）连接。

Claims

1.一种注射装置，其通过注射缸体的工作而向模具内部注射成型材料，并利用成型材料填充所述模具内部，

所述注射装置的特征在于，

具备与所述注射缸体连接的多个工作机构，

各工作机构包括：

工作用缸体，其向所述注射缸体供给非压缩性流体；以及

伺服马达，其对所述工作用缸体的活塞进行驱动，

通过所述伺服马达对所述工作用缸体的所述活塞的位置控制，来进行对基于所述注射缸体在注射时的工作模式而从所述工作用缸体向所述注射缸体供给的非压缩性流体的供给量的控制，

所述多个工作机构的工作用缸体具有两种以上的缸体直径。

2.根据权利要求1所述的注射装置，其特征在于，

所述注射装置还具备：

主管路，其与所述注射缸体连接；以及

多个副管路，它们从所述主管路分叉，

所述多个工作机构的工作用缸体分别与所述多个副管路连接，

所述多个工作机构的工作用缸体包括第一工作用缸体和直径小于该第一工作用缸体的直径的第二工作用缸体，

在供所述第一工作用缸体连接的副管路，配设有防止流体从所述第二工作用缸体向所述第一工作用缸体流动的止回阀。

3.根据权利要求2所述的注射装置，其特征在于，

按照第一速度工序、第二速度工序、以及增压工序的顺序执行所述注射缸体的工作，其中，所述第一速度工序是注射的初期阶段的工序，且是在将供给至注射套筒内部的金属材料向型腔压出时使所述注射缸体的活塞以第一速度进行工作的工序，所述第二速度工序是在该第一速度工序之后进行的工序，且是使所述注射缸体的活塞以比所述第一速度工序时的速度高的速度进行工作的工序，

所述第一工作用缸体在所述第一速度工序和所述第二速度工序中工作，所述第二工作用缸体在所述增压工序中工作。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的注射装置，其特征在于，

所述成型材料包括金属材料。