JP2005131898A - 電動式射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】射出チャンバ内に射出材料を充填するに際して、射出材料に適正な背圧をかけながらプランジャを後退させ得て、射出チャンバ内に適正な密度で且つ適正な量で射出材料を充填でき、従って射出成形品を良好に成形することのできる電動式射出装置を提供する。
【解決手段】電動モータ５４を駆動源としてプランジャ３２を進退移動させ、射出チャンバ２２内にゴム材料を供給しつつプランジャ３２にてゴム材料に背圧をかけながらプランジャ３２を後退移動させて、射出チャンバ２２への射出材料の充填と計量とを行うようになした電動式射出装置１０において、プランジャ３２の先端部に圧力センサ６４をプランジャ３２と一体に進退移動する状態に設け、圧力センサ６４による検知圧力が設定した適正な背圧となるようにコントローラ６６にて電動モータ５４によるプランジャ３２の後退方向の駆動トルクをする。
【選択図】 図１

Description

この発明はプランジャの前進移動によって、射出チャンバ内の射出材料をノズルから成形型に射出し成形する射出成形装置の射出装置、特に電動モータにてプランジャを進退移動させる電動式射出装置に関する。

従来より、ゴム成形品等の成形装置として射出成形装置が広く用いられている。
この射出成形装置における射出装置としては、従来、プランジャを油圧にて前進駆動する油圧駆動式のものが用いられて来た。

この油圧駆動式の射出装置では、油圧駆動によってプランジャを前進移動させ、シリンダの射出チャンバ内に充填されているゴム等の射出材料をシリンダの先端のノズルから勢い良く成形型のキャビティ内に射出する。

しかしながらプランジャを油圧駆動にて前進移動させる油圧駆動式の射出装置の場合、作動油が漏れたり作動油の飛沫が周辺に飛んだりして周辺環境を汚す問題がある外、エネルギー効率の点でもロスがあるなどの問題がある。

そこで近年、プランジャを電動モータにて進退移動させる電動式の射出装置が用いられるようになって来ている。
例えば下記特許文献１には、電動モータにてプランジャを進退移動させる電動式の射出装置が開示されている。

電動式の射出装置の場合、作動油が漏れたり飛沫が周辺に飛んだりすることもなく、また駆動力の発生及び伝達に際してエネルギーロスも少ない利点がある。
この電動式の射出装置では、通常ボールスクリュー機構を用いてプランジャを進退移動させる。

ところで油圧駆動式の射出装置の場合、油圧駆動のシリンダをフリーの状態即ちプランジャに対する油圧駆動力を解除しておくことで、射出チャンバ内への射出材料の充填に応じてプランジャをその圧力で後退移動させるようになすことが可能である。

これに対して電動式射出装置の場合、ボールスクリュー機構にてプランジャを進退移動させる関係上、射出チャンバへの射出材料の充填圧力に基づいてそのままプランジャを後退移動させるといったことは困難である。

従って電動式射出装置の場合には、射出チャンバへの射出材料の充填の際に、電動モータにてプランジャの後退方向に駆動トルクを与えプランジャの後退を助けることが必要である。即ち、射出チャンバ内の射出材料の圧力と電動モータによる駆動トルクとが協働してプランジャを後退させるようにすることが必要である。
この場合、射出材料に対してプランジャにより適正な背圧をかけた状態でプランジャを後退移動させることが必要である。

射出チャンバへの射出材料の供給量に対してプランジャの後退方向の駆動トルクが高過ぎると、射出チャンバ内の射出材料に対してプランジャによる背圧が十分に働かず、この結果射出チャンバ内に射出材料が満遍なく行き渡らなかったり、充填密度が低くなったり、或いは圧力不足に起因して射出材料中に多くの気泡や水分等が混入した状態となってしまい、その後に射出材料をプランジャの前進によって成形型に射出したときの射出量が不足したりして、製品の成形を良好に行えなくなってしまう。

一方プランジャの後退方向の駆動トルクが逆に低過ぎると、射出チャンバ内の射出材料に働く背圧が高くなり過ぎて、射出材料が先端のノズルから漏出してしまう不具合を生じる。

そこで上記特許文献１に開示のものでは、プランジャに加わる圧力を、プランジャの後方に配置したロードセルで検知し、これに基づいてプランジャの後退速度をコントロールするようにしている。

しかしながらこの場合、プランジャの摺動抵抗やプランジャを進退移動させるためのボールスクリュー機構の摺動抵抗等を含んだ形でプランジャに加わる圧力（背圧）を検知することとなるため、プランジャの背圧を正確に検知することが難しい問題がある外、ロードセルが大きなスペースを占めてしまい、装置が大型化したり構造が複雑化したりするといった問題を生ずる。

特開平５−８４７９２号公報

本発明はこのような事情を背景とし、射出チャンバ内に射出材料を充填する（チャージする）に際して、かかる射出材料に対し適正な背圧をかけながらプランジャを後退させ得て、射出チャンバ内に適正な密度で且つ適正な量で射出材料を充填でき、従って射出成形品を良好に成形することのできる電動式射出装置を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、電動モータを駆動源としてボールスクリュー機構によりプランジャを進退移動させるようになし、射出チャンバ内に射出材料を供給しつつ該プランジャにて該射出材料に背圧をかけながら該プランジャを後退移動させて、該射出チャンバへの該射出材料の充填と計量とを行うようになした電動式射出装置において、前記プランジャの先端部に、前記射出チャンバ内の前記射出材料に対する背圧を検知する圧力センサを該プランジャと一体に進退移動する状態に設け、該圧力センサによる検知圧力が設定した背圧となるようにコントローラにて前記電動モータによる該プランジャの後退方向の駆動トルクを制御するようになしたことを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記コントローラは前記電動モータの回転数若しくは前記プランジャの後退距離に基づいて前記射出チャンバ内への前記射出材料の充填量を計量し、該計量値が設定した計量値となったところで該プランジャの停止と前記射出材料の供給停止とを行うようになしてあることを特徴とする。

請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記電動式射出装置がゴム材料の射出を行うゴム用の射出成形装置であることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、プランジャの先端部に圧力センサをプランジャと一体に進退移動する状態に設け、その圧力センサによる検知圧力が設定した背圧となるように、コントローラにて電動モータによるプランジャの後退方向の駆動トルクを制御するようになしたものである。

前述したようにプランジャの後方にロードセルを配設して、射出材料からプランジャにかかる圧力をロードセルで検知するようになした場合、その圧力検知は間接的なものであるため、プランジャによる射出材料の背圧を正確に検出することは困難である。

これに対して本発明では、プランジャの先端部に圧力センサを設けて射出チャンバ内の射出材料の圧力を検知するようになしているため、プランジャから射出材料に加わる背圧を直接的に高精度で検知することが可能であり、その検知圧力に基づいてプランジャに対して適正な大きさで後退方向の力を加えることができる。

これにより、射出チャンバ内に射出材料を隙間なく万遍なく充填できるとともに、その充填密度も適正な密度となすことができ、射出材料の中に気泡や水分が混入して射出成形品に欠陥を生ぜしめたりするのを良好に防止することができる。
更に予め定めた適正な量で射出材料を成形型に射出できるため、欠肉等を生ぜしめることもなく射出成形品を良好に成形することが可能となる。

本発明では、射出チャンバ内への射出材料の充填に伴って圧力が絶えず変化するプランジャの先端部において圧力検知するようにしているため、更には後退方向に加える力をコントロールすべきプランジャそのものの先端部に圧力センサを直接的に設けているため、射出材料の供給及びプランジャの後退に伴って絶えず変化するプランジャ先端部分の圧力を正しく追跡することができ、プランジャに適正な後退方向の力を加えてこれを後退移動させることが可能である。

本発明においては、電動モータの回転数若しくはプランジャの後退距離に基づいて、射出チャンバ内への射出材料の充填量を計量し、その計量値が設定した計量値となったところで、コントローラによりプランジャの後退移動の停止と射出材料の供給停止とを行わせるようになすことができる（請求項２）。

また本発明は、ゴム材料の射出用の射出装置に適用して特に好適なものである（請求項３）。
プラスチック材料の射出装置の場合、プラスチック材料はゴム材料に比べて流動性が高いため、射出チャンバ内における射出材料の圧力も各部で比較的均一であり、従って例えば射出チャンバ内のノズルに近い位置に圧力センサを固定状態に設けて、射出チャンバ内に供給された射出材料の圧力を検知し、これに基づいて電動モータによるプランジャの後退方向の駆動トルクをコントロールするようになすといったことも考えられる。

これに対してゴム材料の場合には流動抵抗が非常に大きいために、射出チャンバ内の先端部つまりノズルに近い位置と、最も後端即ちプランジャの先端部分とで異なった圧力となり易い。
従って圧力センサをノズルに近い位置に固定状態に設けておくと、プランジャの先端部分での圧力が低いにも拘わらず、ノズルに近い位置での圧力が高いために、電動モータによるプランジャの後退方向の駆動トルクを不適正なものとしてしまう可能性がある。

しかるに本発明では圧力センサをプランジャの先端部に設けているため、射出チャンバ内に供給された射出材料が流動抵抗の高いゴム材料であっても、かかるゴム材料に対して常にプランジャによる適正な背圧を加えながら、プランジャを後退移動させることができる。
即ちこのような流動抵抗の高いゴム材料を射出チャンバ内に供給し充填する場合においても、確実に適正な背圧を加えながらプランジャを正しく後退移動させることが可能となる。

次に本発明をゴム用の射出装置に適用した場合の実施形態を図面に基づいて以下に詳しく説明する。
図１において、１０は本実施形態の射出装置で、ここではゴム材料の予備可塑化のための押出機１２を備えている。
押出機１２は、スクリュー１４と電動モータ１６とを有しており（電動モータ以外の駆動源を用いても良い）、供給口１５から供給されたゴム材料をスクリュー１４の回転により可塑化し、流動化させた上で逆止弁１８を押し開いて後述の射出シリンダ２０内部に形成された射出チャンバ２２内に押し出す。

２４，２６はそれぞれ上，下の固定盤で、これら固定盤２４，２６はタイロッド２８によって上下に連結されている。
３０は可動盤で、図中下面にはプランジャ３２が下向きに突き出す状態で固設されている。

可動盤３０はタイロッド２８に案内されて図中上下方向に進退移動し、そして図中下向きの前進移動時にプランジャ３２を射出チャンバ２２内部に深く押し込んで、射出チャンバ２２内部に充填されている流動状態のゴム材料を、ノズル３４から成形型３６のキャビティ３８内に勢い良く射出し充填する。

可動盤３０の下面、即ちプランジャ３２の固設された側の面とは反対側の上面には、ボールスクリュー機構におけるボールねじ軸４０が取り付けられており、このボールねじ軸４０が可動盤３０の上面から図中上向きに延び出している。
４２はボールスクリュー機構におけるボールナットで、図２に示しているように、このボールナット４２がボール４３を介してボールねじ軸４０に螺合している。

本例において、ボールスクリュー機構は高負荷荷重用のもので、ねじの一端から他端へとボール４３を戻すためのリターンパイプ４６がボールナット４２の外側に突出する状態で設けられている。
このボールナット４２の図中上側には、中空シャフト４４がボールナット４２と一体回転する状態でボルト４７により軸方向に締結されている。

中空シャフト４４は、ボールねじ軸４０を挿入させる中空部４８を中心部に有する筒状の部材で、固定盤２４を軸方向（上下方向）に貫通する状態で設けられており、その固定盤２４を貫通する部分が外周側において軸受５０にて固定盤２４に回転可能に取り付けられ支持されている。
中空シャフト４４は、その上端部が固定盤２４より上側に突き出しており、その突き出した部分に対して従動プーリ５２が一体回転状態で固設されている。

図１において、５４はプランジャ３２の駆動源としての電動モータで、図中上側に減速機５６が連結されており、その減速機５６から駆動軸５８が突き出している。そしてその駆動軸５８に駆動プーリ６０が固設されている。

この駆動プーリ６０と上記従動プーリ５２との間にはベルト６２が巻き掛けられており、電動モータ５４の駆動力が減速機５６，駆動プーリ６０，ベルト６２，従動プーリ５２を経て中空シャフト４４へと伝えられ、かかる中空シャフト４４が電動モータ５４により回転駆動されるようになっている。即ち中空シャフト４４と一体回転状態に設けられたボールスクリュー機構のボールナット４２が、電動モータ５４にて回転駆動されるようになっている。

図１の部分拡大図に示しているように、プランジャ３２の先端部には圧力センサ６４が設けられており、射出チャンバ２２内に供給されたゴム材料に対して、プランジャ３２から加えられる背圧がこの圧力センサ６４にて検知されるようになっている。
この圧力センサ６４による検知信号はコントローラ６６へと入力される。

一方電動モータ５４の側には、その回転数を検出する回転数検出器（ここではエンコーダ）６８が設けられており、この回転数検出器６８による電動モータ５４の検出結果がコントローラ６６へと入力される。
コントローラ６６はこれら入力信号に基づいて電動モータ５４及び押出機１２の電動モータ１６を作動制御する。

ここで電動モータ５４の回転数はプランジャ３２の前進及び後退量に対応したものであり、従って電動モータ５４の回転数を制御することによって、プランジャ３２の前進量及び後退量を制御することができる。

次に本実施形態の射出装置の動作を説明する。
この射出装置１０では、上記したように先ずゴム材料が供給口１５から押出機１２のシリンダ内部に供給される。
供給されたゴム材料はスクリュー１４の回転により可塑化、即ち流動化された上で、逆止弁１８を経て射出チャンバ２２内部に押し出され供給される。

尚このときプランジャ３２は図中下向きに前進した状態にあって、射出チャンバ２２内へのゴム材料の供給に伴って、かかるゴム材料に対し背圧をかけながら供給量の増大とともに漸次図中上方へと後退移動する。
このときプランジャ３２は、射出チャンバ２２内のゴム材料に対して適正な背圧を付与しつつ後退移動する。

このときのプランジャ３２の後退の制御は次のようにして行われる。
即ちプランジャ３２が前進した状態で射出チャンバ２２内にゴム材料が供給されると、そのゴム材料によってプランジャ３２に対し圧力が作用する。換言すれば、射出材料に対してプランジャ３２の背圧が作用する。

プランジャ３２は射出チャンバ２２内のゴム材料に対し背圧をかけながら後退移動するが、このとき電動モータ５４によるプランジャ３２の後退方向の駆動トルクが適正トルクよりも高過ぎると、図３（Ｂ）に示しているように射出チャンバ２２内のゴム材料に対して十分な圧力が加わらず、射出チャンバ２２内へのゴム材料の充填が不十分となって、ゴム材料が射出チャンバ２２内に万遍なく行き渡らず、部分的な隙間を生ぜしめたり或いは圧力不足によってゴム材料の内部に気泡や水分が混入したままの状態となってしまう。

そこで本実施形態では、プランジャ３２によって射出チャンバ２２内のゴム材料に対し十分な背圧が加わるように駆動トルクを制御してプランジャ３２を後退移動させる。このときの状態が図３（Ａ）に示してある。

このようにゴム材料に対しプランジャ３２から適正な背圧を加えることで、射出チャンバ２２内のゴム材料の充填密度が十分なものとなって、ゴム材料は射出チャンバ２２内の隅々にまで行き渡り、またゴム材料の中に気泡や水分が混入するのを防止することができる。

本実施形態では、プランジャ３２から射出チャンバ２２内のゴム材料に対して加わる背圧が圧力センサ６４にて検知され、コントローラ６６はその背圧が予め設定してある適正な背圧となるように、即ちその適正な背圧を維持するように、電動モータ５４の駆動トルクを制御してプランジャ３２の後退をコントロールする。

そして射出チャンバ２２内に予め設定した量だけゴム材料が充填されたところで、コントローラ６６により電動モータ５４が回転停止させられる。
即ち射出チャンバ２２内に予め定めた量のゴム材料が充填される位置までプランジャ３２が後退したところで、具体的にはそれに対応した回転数だけ電動モータ５４が回転したところで、回転数検出器６８による検出に基づいてコントローラ６６が電動モータ５４の回転を停止させる。
またこれに併せてコントローラ６６が押出機１２の電動モータ１６を回転停止させる。

本実施形態の電動式射出装置１０の場合、電動モータ５４を回転停止させると、プランジャ３２はその時点で移動ロックされた状態となり、射出チャンバ２２内のゴム材料の圧力によってこれを上向きに移動させるといったことは困難である。
即ち電動モータ５４の回転停止によって、その時点で正しく射出チャンバ２２内へのゴム材料の供給を停止させることができ、射出チャンバ２２内へのゴム材料の充填の量精度を高精度となすことができる。

図４にコントローラ６６による制御の内容がフローチャートで示してある。
図示のようにこの実施形態では、押出機１２によるゴム材料の押出しとともに背圧検知が行われ（ステップＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１４）、そしてその背圧が適正であるときにはプランジャ３２を後退させるための駆動トルクがそのまま維持される（ステップＳ１６，Ｓ１８）。

一方背圧が適正圧力よりも低いときには、プランジャ３２を後退させるための駆動トルクが低く制御される（ステップＳ２４）。
またそうでないとき、つまり適正な背圧よりも高いときには駆動トルクが高められる（ステップＳ２２）。

そうしてプランジャ３２の後退が適正に制御され、そしてプランジャ３２が予め定めた後退端に到ったところで、電動モータ５４の停止と押出機１２における電動モータ１６の停止とが行われる（ステップＳ２６，Ｓ２８）。
その後に続いてプランジャ３２が前進移動させられて、射出チャンバ２２内に充填されたゴム材料の射出動作が行われる（ステップＳ３０）。

この実施形態において、電動モータ５４によるプランジャ３２の進退移動は具体的には次のようにして行われる。
即ち、この例では射出チャンバ２２内に充填されたゴムによるプランジャ３２への上向き（後退方向）の圧力と、電動モータ５４から中空シャフト４４，ボールナット４２を介してボールねじ軸４０に加えられるトルクに基づく上向きの力とが共働して、可動盤３０をプランジャ３２とともに図中上向きに引き上げてそれらを後退移動させる。

このようにして射出チャンバ２２内部に設定した量のゴム材料が充填されたところで、押出機１２によるゴム材料の押出しの停止及びプランジャ３２の後退移動が停止する。

この状態で、次にボールナット４２が上記とは逆向きに回転させられ、これによりボールねじ軸４０がねじ送り作用で今度は図中下向きに押し出される。
これによりボールねじ軸４０の取り付けられた可動盤３０が下向きに前進移動し、これにより可動盤３０と一体移動するプランジャ３２が図中下向きに押し下げられて、射出チャンバ２２内部に充填されているゴム材料がノズル３４から成形金型３６のキャビティ３８内に一挙に射出される。

以上のように本例では、プランジャ３２の先端部に圧力センサ６４を設けて射出チャンバ２２内のゴム材料の圧力を検知するようにしているため、プランジャ３２からゴム材料に加わる背圧を直接的に高精度で検知することが可能であり、その検知圧力に基づいてプランジャ３２を適正に後退移動させることができる。

これにより射出チャンバ２２内にゴム材料を隙間なく万遍なく充填できるとともに、その充填密度も適正な密度とすることができ、ゴム材料の中に気泡や水分が混入することで射出成形品に欠陥が生ずるのを良好に防止することができる。
更に予め定めた適正な量でゴム材料を成形型３６に射出できるため、欠肉等を生ぜしめることもなく射出成形品を良好に成形することが可能となる。

また本例では、射出チャンバ２２内へのゴム材料の充填に伴って圧力が絶えず変化するプランジャ３２の先端部に圧力センサ６４を直接的に設けているため、ゴム材料の供給及びプランジャ３２の後退に伴って絶えず変化する圧力（背圧）を正しく追跡することができ、プランジャ３２を適正に後退させることができる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば本発明においては、プランジャの後退距離を直接的に検知して、その検知に基づいて電動モータ５４を停止させるようになすことも可能であるし、また本発明はプランジャがスクリュー式のものである射出装置への適用も可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

本発明の一実施形態の電動式射出装置を示す図である。 同実施形態の電動式射出装置の要部を拡大して示す図である。 同実施形態の電動式射出装置の作用を比較例とともに示す図である。 同実施形態の電動式射出装置におけるコントローラの制御の内容をフローチャートで示す図である。

符号の説明

１０ 電動式射出装置
１６，５４ 電動モータ
２２ 射出チャンバ
３２ プランジャ
６４ 圧力センサ
６６ コントローラ

Claims (3)

1. 電動モータを駆動源としてボールスクリュー機構によりプランジャを進退移動させるようになし、射出チャンバ内に射出材料を供給しつつ該プランジャにて該射出材料に背圧をかけながら該プランジャを後退移動させて、該射出チャンバへの該射出材料の充填と計量とを行うようになした電動式射出装置において、
   前記プランジャの先端部に、前記射出チャンバ内の前記射出材料に対する背圧を検知する圧力センサを該プランジャと一体に進退移動する状態に設け、該圧力センサによる検知圧力が設定した背圧となるようにコントローラにて前記電動モータによる該プランジャの後退方向の駆動トルクを制御するようになしたことを特徴とする電動式射出装置。
2. 請求項１において、前記コントローラは前記電動モータの回転数若しくは前記プランジャの後退距離に基づいて前記射出チャンバ内への前記射出材料の充填量を計量し、該計量値が設定した計量値となったところで該プランジャの停止と前記射出材料の供給停止とを行うようになしてあることを特徴とする電動式射出装置。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記電動式射出装置がゴム材料の射出を行うゴム用の射出成形装置であることを特徴とする電動式射出装置。

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