CN1109817A

CN1109817A - 流体供给装置

Info

Publication number: CN1109817A
Application number: CN94117827A
Authority: CN
Inventors: 丸山照雄; 原芳宏; 阿部良一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1995-10-11
Also published as: JPH07156222A; KR950017152A

Abstract

本发明涉及以必须高精度控制流体排出量的注射成型机及描绘装置等为对象的流体供给装置，由流体吸入口和流体供给泵，驱动此供给泵的机构，设置在此供给泵和流体注射部间的微型泵以及具备为对此微型泵的排出量进行调整的泵旋转角控制功能的微型泵驱动机构组成，具有成型精度高、材料损失减少、生产效率提高、设备简化以及小型紧凑等优点。

Description

本发明涉及注射成形或描绘装置等的流体供给装置。

随着OA·AV商品的普及，以降低透镜、激光打印机的多面镜、VTR的旋转汽缸等重要精密构件的成本为目的，尝试以生产性能优良的塑料注射成形取代传统的研磨精机械加工。由于在用注射成形制造精密构件场合不能得到足够的加工精度，因而，通常还需要进行某些后加工。但是，当在成形后的后道工序中例如再次增加研磨工序，就使生产率下降，达不到降低成本要求。因此，要求提供能省去研磨工序的高精度精密成形技术。

在后述图7-9中，图7表示传统的称为螺杆自由流动式的注射成形装置，500为容纳在料斗501内的树脂成形材料，502是为使树脂塑化并进行供给的螺杆，503为容纳螺杆和柱塞504的塑化缸体部，505为加热器，506为设置在柱塞顶端部的逆止阀，507为缸体室，508为设置在此缸体室507的金属模一侧的开关阀，509为注射喷嘴，510为金属模511的型腔，511为活塞杆，512为压力传感器即应变计，513为滚珠丝杆，514为交流伺服电动机。

此形式的注射成形主要过程如下。用螺杆502使从料斗501供给的成形材料500熔融、塑化，一次地被储存在位于柱塞504前部的缸体室507内。

此时，使柱塞朝箭头A方向后退移动，是为使成形材料500能流入缸体室507内。

当完成朝缸体室507充填成形材料，接着使柱塞504向箭头B方向前进移动。在此阶段，开关阀509仍关闭，不产生成形材料500向金属模型腔510内流入。

当密闭空间缸体室507的成形材料500的压力因压缩而上升到设定值时，开关阀509呈开放状态，把成形材料向金属模型腔510内充填。此时，柱塞504继续前进移动，为了把由应变计512测出的缸体室507内的成形机压力保持为设定值，用交流伺服电动机514控制柱塞504的移动量。

当完成向金属模型腔511充填材料，由于通过使柱塞504后退，使缸体室507的压力下降，从而使开关阀509关闭。此后，金属模进入冷却工序，使注入口部树脂因冷却而成注入口封闭状态，使缸体室的树脂熔融部完全被隔开，冷却工序结束后能将成形件取出。

那么，即使使用考虑到目前能达到的高成形精度的上述螺杆自由流动方式，其尺寸精度的最高限度为±0.05%，还远未达到OA·OV商品的主要构件要求的例如±0.01%的精度。其理由是采用此自由流动方式，即使用交流伺服电动机对注射压力、注射速度进行精确控制，成形件充填量仍会发生波动，这使成形件的形状精度的一致性变差。

为了让传统技术中存在的问题更明确，如图8所示把注射成型机模式化。100为电动机，101为滚珠丝杆，102为压力传感器（形变计），103为缸体室，104为活塞，105为注射喷嘴，106为注射流和流道，107为注入口喷嘴，108为型腔，109为树脂供给螺杆，110为逆止阀，此外，用双点划线围成的部分表示金属模111。此外，把各室103，106，108的压力分别作为P₁、P₂、P₃，在传统的注射成形机中，使对型腔108内树脂的总充填量的控制经过以下信号传递机构。在控制即将开始前，使活塞等速下降，成为P₁＞P₂＞P₃，有通过喷嘴105的流量Q₁，通过喷嘴107的流量Q₂的熔融树脂流入。

①当直接连接在驱动轴上的应变计102测出缸体室103的压力P₁时，为了使此P₁和设定值一致，驱动伺服电动机100，使活塞104移动△X，

②通过活塞移动△X，使压力P₁仅变化△P₁、P₂仅变化△P₂

③其结果，通过使各喷嘴流量变化△Q₁、△Q₂，使型腔106内压力P₃仅变化△P₃

在上述过程①中，从测出压力到使活塞104移动，因电动机转子、滚珠丝杆、活塞等的惯性效果，使控制系统的响应产生滞后。

在上述过程②中，因控制系统具有由喷嘴105的流体阻力R₁和射流部106的容积C₁决定的时间常数，在压力P₁的变化→压力P₂的变化间伴随响应滞后。

在上述过程③中也同样，因控制系统具有由喷嘴107的流体阻力R₂，和型腔108的容积C₂决定的时间常数，在P₂的变化→P₃的变化间仍然伴随响应滞后。就是只能用上流侧压力P₁对原来想要控制的型腔内压力P₃进行间接控制。

在持有上述复杂信号传递机构的传统注射成形机中，即使施行对响应滞后进行补偿的前馈控制等对策，但要使产生的树脂充填量波动例如抑制在0.01%以下还有许多需要解决的问题。

在注射压缩成形以外的挤压成形加工领域，以往一直进行着使用齿轮泵使成形件达到高精变化的尝试，例如如文献（《塑料老化》1993年10月号）上所介绍的。

图9中，150为树脂供给螺杆，151为设置在螺杆排出部上的齿轮泵。由于齿轮泵具有基本上为定容量的排出特性，且不受螺杆压力、流量变动的影响，因此使成形件的均质挤压成形成为可能。但是，当挤压形成以连续成形原始的板片、薄膜和管子等为目的时，只要使齿轮泵经常保持匀速旋转就可以。

因此，对于树脂的流动和驱动机构的过渡响应特性给于最终流向型腔内的树脂充填量精度（即成形精度）以重大影响的注射成形机来说，本质上存在不同的课题，上述原来的齿轮泵挤压成形系统对注射成形机不适用。

本发明正是适应伴随注射成形机的高精度化的上述课题而成立的，其目的在于提供使成形品达到高精度化的流体供给装置，即注射成形机。

为解决上述问题的本发明流体供给装置，所提供的注射成形机由流体吸入口和供给泵、驱动此供给泵的机构、设置在此供给泵和流体注射部间的微型泵以及具有为了对此微型泵排出量进行调节的泵的旋转角控制功能的微型泵驱动机构组成。

现用图1所示的模式图对本发明原理进行说明。

1为作为流体供给泵的树脂供给螺杆，2为缸体室，3为注射喷嘴（注射部），4为安装在此注射喷嘴3内部的微型泵，5为金属模型腔，6为微型泵4的驱动轴，7为驱动微型泵4且具有泵旋转角控制功能的带编码器的交流伺服电动机，8为设置在微型泵4的排出端的压力传感器，9为使注射喷嘴3和型腔5相连的细直径部，10为流体吸入孔。此外，由双点划线围成的部分表示金属模11。

以下，对本发明的使容积式泵适用于微型泵4的场合及其作用进行说明。

众所周知的容积式泵具有通过由螺旋槽等的组合形成的密闭空间的移动从吸端向排出端输送一定容积流体的功能，已知的例如有螺杆式、齿轮式、叶轮式以及后述的1MO式泵等。

在将此容积式用于本发明场合，能与旋转角θ成比例可靠地将一定量W的树脂向型腔5内供给。因此，在从供给一定量树脂到型腔内压力P₃（也就是密度）的变化过程中不伴随产生时间滞后。另外，在传统的注射成形机中，由于如前所述的压力P₁的变化→流量Q₁的变化→压力P₂的变化、流量Q₂的变化→压力P₃的变化过程成为必要，从而伴随产生由各喷嘴的流体阻力、直浇口、型腔部的容积决定的时间滞后，此点是和能达到大幅度提高控制性的本发明的根本不同之处。

通过在作为缸体室2和型腔5的中间连接部的直径减少的注射部的中心部形成微型泵4能达到以下的改进。

容积型微型泵4在即使使泵停止旋转时也不产生熔融树脂从型腔5向缸体室2倒流。因此还能使微型泵兼起逆止阀的作用，能省去在传统注射成形机上设置的注射喷嘴105和注入口喷嘴107，（图8）。

如将微型泵4的外径和注射部外径d充分缩小，能使注射部顶端深深插入金属模内。因此，能尽可能使在传统注射成形机的直浇口、横浇口等中产生的材料损失部分（相当图8中的尺寸L）变少。

若在微型泵中使用作为旋转型螺旋槽的容积型蛇形（スネ亻ク）泵（莫伊诺单螺杆泵：单轴偏心螺旋槽泵），能尽可能使注射部外径减小。其结果，由于能将注射喷嘴进一步加深插入金属模内，能在要形成成形件前进行树脂的开始供给、停止等操作及控制供给量。

此外，根据本发明，在注射工序结束后也能进行熔融树脂充填量补给控制。而在传统注射成形机中，当注入口封闭时即不可能进行向型腔补给熔融树脂。其理由是由于冷却开始后使注入口封闭部的流路缩小，流体阻力增大，使根据压力的流量控制难以进行。在本发明中，例如若采用容积式微型泵，在注射喷嘴和型腔间的流体阻力和压力差之间不发生关系，因而能继续供给熔融树脂。

此外，如构成使泵的旋转轴5贯穿树脂供给螺杆1的中心部，使从缸体室2流向微型泵3的熔融树脂的流路形成轴对称。从而能实现树脂极顺畅地沿轴向流动。

对附图的简单说明。

图1为表示本发明原理的模式图，

图2为包含应用本发明注射成形机金属模的成形系统总体的图，

图3为本发明第1实施例注射成形机注射单元部分的主视剖面图，

图4为上述喷嘴部放大图，

图5为本发明第2实施例的主视剖面图，

图6为本发明第3实施例的主视剖面图，

图7为表示传统注射成形机一例的主视剖面图，

图8为表示传统注射成形机原理的模式图，

图9为传统挤出成形机的主视剖面图。

以下，对本发明第1实施例进行说明。

图2为表示本发明第1实施例的注射成形机和成型金属模的成形系统的总体图，图3为仅表示注射单元部的放大图。图2中，50为放入料斗51内的树脂材料，52为使树脂塑化、然后向后述微型泵供给的螺杆（流体供给泵）、53为容纳此螺杆的缸体，54为使料斗51和缸体53连通的流体通路，55为加热器。将后述微型泵单元57安装在螺杆52内。

此外，将此微型泵单元的注射喷嘴（注射部）58按照从缸体53下端部向下方伸出形式安装在缸体53上。在成型时，将此注射喷嘴58如图2所示那样插入金属模内。

59为通过齿轮59，60驱动螺杆52的电动机，61为驱动微型泵单元57的带编码器的交流伺服电动机，62为金属模63的型腔。

图3中，64为安装在螺杆52内部的上部固定套，65为下部固定套，66为微型泵驱动轴，67为安装在注射喷嘴58的中心部内的微型泵转子，68为在注射喷嘴部58的内壁上形成的螺旋槽，69为中继部，其内安装着使转子67产生偏心运动的连接部分，70、71为支承此中继部的轴承。为了吸收轴向热膨胀，仅传递旋转，而用花键轴73连接微型泵单元57的电动机旋转轴72和输入驱动轴66。74为在喷嘴部58上形成的树脂吸入口，75为密封件，是为了防止熔融树脂渗入其内安装着构件69、70、71等的上下固定套64、65的内部空间76内。

为了能进行转子67摆动状态时的密封，由在转子67上部形成的球面部78、容纳此球面部78，且可沿径向微小移动的球面套79和此球面套79的按压板80构成滑动密封部77。

81为缸体53和注射喷嘴部68间的密封件。图4为放大表示喷嘴开孔部82附近部分的放大图。

用螺钉83把作为单独构件的喷嘴头84安装在注射喷嘴58的顶端部。在注射喷嘴58与喷嘴头84间形成空隙部85，利用此空隙部85将压力传感器87安装在注射喷嘴58的薄壁部86的外表面上。

此空隙部85通过喷嘴头84和在注射喷嘴58内形成的流路88、89和大气连通。

因此，空隙部85的压力经常维持在大气压状态。90、91为密封件，92为在注射喷嘴59的顶端上形成的锥部。此外，用双点划线表示微型泵转子67。

由于从耐热性、压力范围和压力检测精度等考虑选定使用应变型抗体的氧化钌作为在实施例中使用的压力传感器。

此外，在上述实施例中使用的微型泵为现有的称作莫伊诺（Moyno）泵或蛇形泵的螺旋槽型容积式泵。

此外，在实施例中，作为流体供给泵的螺杆52和微型泵66分别用各别的电动机驱动，然而，也可以将此供给泵和微型泵安装在一根轴上形成一体化，用一个电动机驱动。（未图示）。

此外，与上述相反，也可以把使树脂熔融、塑化的供给泵和微型泵分别构成各别单元。（未图示）

图5表示本发明第2实施例。

在此实施例中使用不属于容积型微型泵的单轴粘性泵。200为供给树脂的螺杆，201为缸体室，202为贯穿设置在螺杆200内部的微型泵驱动轴，203为固定套，204、205为设置在固定套203和螺杆间的轴承，206为驱动微型泵的脉冲电动机，207为推力球轴承，208为应变计，209为容纳应变计208的壳体，210为容纳螺杆200的缸体，211为注射喷嘴，212为在此注射喷嘴中心部的驱动轴202上形成的微型泵树脂供给槽，213为密封槽。

此外，214为旋转驱动螺杆200的电动机，215、216为传动齿轮，217为吸入口。在此实施例中，由于微型泵使用单轴转子的粘性泵，如测出单轴转子的推力负荷，就能容易测定型腔内的压力。

此时由于能将压力传感器设置在离开必需维持高温环境的金属模型附近十分远的部分上，就是如图5所示，设置在驱动轴202的注射喷嘴211的相反一侧。在此部分，容易进行压力传感器的空冷、水冷，因此，能使用便宜的应变计的同时，能从广泛种类中选定传感器。

图6表示适用于本发明描绘装置的第3实施例。

300为本发明树脂供给单元，301为在构件302上形成的封槽，303为注入封槽301内的熔融树脂。在传统的用压力控制的描绘装置中，由于当注射喷嘴和其对面间的间隔H变化时，喷嘴的流体阻力发生变化，因而存在排出量波动的问题。

本发明树脂供给单元300，由于当转速一定时，其流体供给量仅由按微型泵304的机械尺寸决定的排出容积来决定，因而能与间隔H的变化无关地供给一定流量。

即使压力、温度等环境条件变化，也能使排出流量保持一定。因此，和传统的用压力控制的描绘装置相比，能大幅度提高描绘精度。

如在图6中所示那样的将封入材料向封槽内进行注入作业的就是形成原来的自动化的螺杆。由于根据本发明能将均匀量的封入材料注入封槽内，因此能引入组装工序中的自动化注射程序。

通过把由流体供给泵和、能高精度控制流体供给量的微型泵组成的本发明适用于例如注射成形机，能求得如下所述注射成形机的飞跃进展。

1.能高精度地成形。

对于传统的注射成形机用压力控制树脂的充填量，而本发明能进行流量控制或容量控制。因此，当应用本发明构成注射成形机系统时，能构成时间滞后少的控制系统，能大幅度提高系统的控制响应性。其结果，能对型腔内的熔融树脂的最终充填量进行高精度管理。

此外，由于若将微型泵的流体输送部（例如螺旋槽）安装在注射部内部，因为能省去在传统注射成形机中所必须采取的流路中的挤出喷嘴、注入口密封件，能尽可能减小从注射喷嘴至型腔的流路的流体阻力，其结果能使成形品内部压力均匀化，达到成形品高质量化。

2.使材料消耗减低。

本发明由于能控制成形件即将形成前的树脂供给的开始、停止，故能省去直浇口、横绕口等。

3.能使加工设置简化、维修性能提高。

能省去在传统注射成形机中采用的阀芯及其控制机构、以及逆止阀、关闭阀等。设置在树脂流通路径上的这些复杂的机构部分造成树脂残留，由于此残留树脂以后跟随排出，此成为成形件质量恶化的主要原因。

在本发明的注射成形机中，能全部省去这些复杂的机构，能使维修性大幅度得到改进。

Claims

1、流体供给装置，其特征在于该装置由流体吸入口和流体供给泵，驱动此供给泵的驱动机构，设置在此供给泵和流体注射部间的微型泵，以及具备为对此微型泵的排出量进行调节的泵的旋转角控制功能的微型泵驱动机构组成。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置是将熔融树脂作为供给流体的注射成形机。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于将所述微型泵的流体输送部分安装在注射部的中心部。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述微型泵为莫伊诺单螺杆一类的泵。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于在注射部开口端附近配置压力传感器，构成用此压力传感器信号、利用旋转角控制功能、对排出压力或流体总排出量进行控制的开环控制系统。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置为将高粘度流体作为供给流体的描绘装置。