JP2014000598A - 射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の駆動手段で高い射出速度と射出圧を実現し得る射出装置の提供。
【解決手段】射出装置は、射出プランジャに連結された射出シリンダ１を駆動する増速シリンダ２および増圧シリンダ３が並列に連結されている。増速シリンダ２のピストン２Ｐおよび増圧シリンダ３のピストン３Ｐは、モータ１０、ボールねじ１１、ナット１２により同期して駆動される。射出シリンダ１のボトム室１Ｂと増速シリンダ２のボトム室２Ｂとの間には、パイロット操作チェックバルブ４および流量調整回路５が設けられている。これにより、単一のモータ１０の駆動で、射出シリンダ１を増速シリンダ２および増圧シリンダ３の両方で高速で駆動できるとともに、射出シリンダ１を増圧シリンダ３のみで高圧で駆動できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、射出装置に関する。

型内に成形材料を射出し、充填することによって所望の製品を成形する装置として射出装置が知られている。そして、近時の射出装置では、例えば、特許文献１の射出装置のように、電動機を用いて射出シリンダに作動力を付与することが行われている。特許文献１の射出装置は、成形材料を型内に射出する射出プランジャを作動させる射出シリンダ装置と、射出シリンダ装置に作動油を供給する変換シリンダ装置とを、備えている。そして、特許文献１の射出装置では、射出シリンダに作動油を供給する際に、変換シリンダ装置の変換ピストンの駆動源として電動機を用いている。これにより、特許文献１の射出装置では、電動機の駆動力によって変換シリンダ装置の変換ピストンが作動して作動油を射出シリンダ装置に供給するとともに、その供給された作動油によって射出シリンダ装置の射出ピストンが、成形材料の射出方向へ作動する。

特開２０１０−１１５６８３号公報

ところで、射出装置は、一般的に、低速工程、高速工程及び増圧工程の３工程によって作動させ、これらの各工程において射出ピストンを所望の速度で、かつ所望の圧力をキャビティ内の成形材料に付与するように作動させている。このため、特許文献１の射出装置のように、電動機の駆動力によって作動用シリンダを作動させることは、当該作動用シリンダを油圧ポンプなどによる作動油の流量制御のみによって作動させる場合に比して、射出シリンダの動作量をより緻密に制御することが可能である。しかしながら、特許文献１の射出装置では、上記各工程において、速度制御工程と圧力制御工程で別々の駆動手段を用いるため、それぞれに駆動手段が必要となる。そのため、部品点数が増加するとともに、射出装置の構造が複雑化し、大型化していた。

本発明は上記の問題点を鑑みてなされたもので、本発明の目的は、単一の駆動手段で高い射出速度と射出圧を実現し得る射出装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、射出プランジャの成形材料を射出駆動させる射出シリンダと、射出シリンダに連結され、射出シリンダに作動油を給排する第一シリンダと、射出シリンダに第一シリンダと並列に連結され、射出シリンダに作動油を給排する第二シリンダと、第一シリンダのピストンおよび第二シリンダのピストンを進退自在に駆動させる単一の駆動手段と、射出シリンダの一端側と第一シリンダの一端側との間に設けられ、第一シリンダから射出シリンダに向かう作動油の流れを許容し、射出プランジャから第一シリンダへの流れを遮断する方向制御弁と、方向制御弁と第一シリンダとの間に設けられ、第一シリンダの一端側と射出シリンダの一端側との間の作動油の流量を調整する流量調整手段と、を備え、駆動手段は、第一シリンダのピストンと第二シリンダのピストンを同期させて駆動することを特徴とする。これにより、単一の駆動手段で高い射出速度と射出圧を実現し得る射出装置を提供できる。

また、本発明の流量調整手段は、作動油を一時的に貯留できるバッファタンクと、方向制御弁と第一シリンダとの間の作動油をバッファタンクに排出するパイロット切替弁と、方向制御弁と第一シリンダとの間の作動油が不足した場合に、方向制御弁と第一シリンダとの間にバッファタンクの作動油を供給する補充用制御弁とを、備えることを特徴とする。さらに、第一シリンダのシリンダ径は、第二シリンダのシリンダ径よりも大きいことを特徴とする。

本発明により、単一の駆動手段で高い射出速度と射出圧を実現し得る射出装置を提供できる。

本発明の射出装置の回路図。

以下、本発明の実施形態における射出装置を説明する。
射出装置としてのダイカストマシンは、型を構成する固定金型と可動金型によって形成されるキャビティ内に、溶融した成形材料としての金属材料（例えば、アルミニウム）を射出し、充填する装置である。型内に射出された成形材料は、凝固後に取り出されることにより、所望の成形品となる。ダイカストマシンは、図１に示す射出シリンダ１を備えている。射出シリンダ１は、キャビティに連通する射出スリーブ内に供給された金属材料をキャビティに押し出す射出プランジャを射出駆動するものである。射出プランジャは、射出シリンダ１のピストンロッドの先端に連結されている。射出シリンダ１には、非圧縮性流体（流体）としての作動油を給排する第一シリンダとしての増速シリンダ２および第二シリンダとしての増圧シリンダ３が配管を介して連結されている。射出シリンダ１のボトム室１Ｂには、増速シリンダ２のボトム室２Ｂが連結されている。また、射出シリンダ１のボトム室１Ｂに増圧シリンダ３のボトム室３Ｂが、増速シリンダ２のボトム室２Ｂと並列に接続されている。本実施形態では、増速シリンダ２におけるピストン２Ｐのストロークと増圧シリンダ３におけるピストン３Ｐのストロークは、同じ長さに設定されている。また、増速シリンダ２の直径Ｄ２は、増圧シリンダ３の直径Ｄ３よりも大きく設定されている。増速シリンダ２のピストン２Ｐは、ロッド室２Ｒ側からナット１２に連結されている。また、増圧シリンダ３のピストン３Ｐは、ロッド室３Ｒ側からナット１２に連結されている。ナット１２は、ボールねじ１１に嵌合されている。ボールねじ１１は、モータ１０により回転自在である。本実施形態では、モータ１０はサーボモータを用いる。ボールねじ１１とナット１２は、ボールねじ機構を構成している。ナット１２は、ボールねじ１１の回転に伴い、図１の左右方向に移動する構成である。ピストン２Ｐおよびピストン３Ｐは、ナット１２により増速シリンダ２および増圧シリンダ３内を進退自在である。なお、本実施形態では、ナット１２が移動すると、ピストン２Ｐおよびピストン３Ｐは、同期して同じだけ移動するようにナット１２に連結されている。また、本実施形態では、モータ１０、ボールねじ１１、ナット１２により駆動手段が構成されている。また、本実施形態の駆動手段は、単一である。

射出シリンダ１の一端側であるボトム室１Ｂと増速シリンダ２の一端側であるボトム室２Ｂとの間の配管には、方向制御弁としてパイロット操作チェックバルブ４が設けられている。パイロット操作チェックバルブ４は、増速シリンダ２のボトム室２Ｂから射出シリンダ１のボトム室１Ｂに向かう作動油の流れを許容するものである。また、パイロット操作チェックバルブ４は、ボトム室１Ｂからボトム室２Ｂへの流れを遮断するものである。なお、本実施形態のパイロット操作チェックバルブ４には、パイロット管路４Ｐが接続されている。パイロット管路４Ｐは、射出シリンダ１のロッド室１Ｒと後述する給排機構２０とを繋ぐ管路の圧力を導くものである。そのため、パイロット管路４Ｐからパイロット操作チェックバルブ４にパイロット圧が加わるときには、パイロット操作チェックバルブ４は、ボトム室１Ｂからボトム室２Ｂへの作動油の流れを許容できるものである。パイロット操作チェックバルブ４と増速シリンダ２のボトム室２Ｂとの間には、流量調整手段として流量調整回路５が設けられている。流量調整回路５には、バッファタンク１５とパイロット切替弁１６とチェックバルブ６が設けられている。バッファタンク１５には、増速シリンダ２における作動油の過不足を補正するために必要なだけの作動油が一時的に貯留されている。チェックバルブ６は、パイロット操作チェックバルブ４と増速シリンダ２のボトム室２Ｂとの間の配管からバッファタンク１５への作動油の流れを遮断するものである。また、チェックバルブ６は、バッファタンク１５からパイロット操作チェックバルブ４と増速シリンダ２のボトム室２Ｂとの間の配管への作動油の流れを許容するものである。チェックバルブ６は、補充用制御弁であり、パイロット操作チェックバルブ４と増速シリンダ２のボトム室２Ｂとの間の作動油が不足した場合に、パイロット操作チェックバルブ４と増速シリンダ２のボトム室２Ｂとの間に、バッファタンク１５の作動油を適宜供給するものである。パイロット切替弁１６は、パイロット操作チェックバルブ４と増速シリンダ２のボトム室２Ｂとの間の配管からバッファタンク１５への作動油の流れを連通もしくは遮断を切替えるものである。パイロット切替弁１６は、バネにより通常は遮断位置に付勢されている。パイロット切替弁１６には、パイロット管路１６Ｐが連結されている。パイロット管路１６Ｐは、射出シリンダ１のボトム室１Ｂとパイロット操作チェックバルブ４および増圧シリンダ３のボトム室３Ｂとの間の配管の圧力を導くものである。パイロット切替弁１６の切替えは、パイロット管路１６Ｐからのパイロット圧がバネの付勢力よりも大きくなったときに切替えられるものである。パイロット切替弁１６は、連通状態に切替えられたときに、作動油をバッファタンク１５へ排出するものである。本実施形態では、パイロット圧は、増速シリンダ２および増圧シリンダ３により加圧可能な最高圧力よりも小さい値に設定されている。

射出シリンダ１のロッド室１Ｒには、給排機構２０が接続されている。給排機構２０は、ロッド室１Ｒに作動油を給排するための油圧回路である。給排機構２０は、電磁切替弁２１、油圧ポンプ２２、作動油タンク２５から構成されている。電磁切替弁２１は、射出シリンダ１のロッド室１Ｒと作動油タンクとを繋ぐ管路を切り替えるものである。油圧ポンプ２２は、電磁切替弁２１と作動油タンク２５との間の管路に設けられている。油圧ポンプ２２は、作動油タンク２５の作動油を射出シリンダ１のロッド室１Ｒに供給するポンプである。

次に本実施形態における作用を説明する。
射出装置は、射出プランジャで成形材料を射出するため射出シリンダ１を駆動する。そのために、射出装置は、射出シリンダ１のピストン１Ｐをボトム室１Ｂを広げるために作動油を供給する。射出装置は、まず、モータ１０を駆動させてボールねじ１１を回転させる。すると、ボールねじ１１に嵌合したナット１２が図１の左側へ移動する。ナット１２が移動すると、ナット１２に連結されたピストン２Ｐおよびピストン３Ｐがそれぞれ増速シリンダ２および増圧シリンダ３内を移動する。ピストン２Ｐおよびピストン３Ｐは、それぞれ同期して駆動され、同じ距離だけ移動する。増速シリンダ２では、ピストン２Ｐが移動すると、ボトム室２Ｂ内の作動油が射出シリンダ１に向けて供給される。ボトム室２Ｂから排出された作動油は、パイロット操作チェックバルブ４を通過して射出シリンダ１のボトム室１Ｂへと流れていく。なお、このときボトム室２Ｂから排出される作動油は、流量調整回路５には流れない。流量調整回路５では、パイロット切替弁１６がバネにより遮断位置に付勢された状態である。また、チェックバルブ６は、ボトム室２Ｂからバッファタンク１５への作動油の流れを遮断している。増圧シリンダ３では、ピストン３Ｐが移動すると、ボトム室３Ｂ内の作動油が射出シリンダ１に向けて供給される。ボトム室３Ｂから排出された作動油は、増速シリンダ２のボトム室２Ｂから排出された作動油とともに射出シリンダ１のボトム室１Ｂへと流れていく。ここで、給排機構２０は、ロッド室１Ｒと作動油タンク２５とを連通させ、ロッド室１Ｒ内の作動油を作動油タンク２５へ排出可能とする。射出シリンダ１は、ボトム室１Ｂに増速シリンダ２および増圧シリンダ３の両方から作動油が供給され、ロッド室１Ｒ内の作動油が作動油タンク２５に排出されることにより、ピストン１Ｐが高速で移動する。これにより射出プランジャを高速で射出する。

射出シリンダ１および射出プランジャにより成形材料を高速で射出していくと、キャビティ内に成形材料が充填される。充填が完了すると、射出プランジャおよび射出シリンダ１にはピストン１Ｐの移動方向に対し抵抗が発生する。すると、射出シリンダ１のボトム室１Ｂ内は、増速シリンダ２および増圧シリンダ３から供給される作動油により作動油圧力が上昇していく。射出装置は、モータ１０を駆動し続けて、増速シリンダ２および増圧シリンダ３から作動油を射出シリンダ１に供給し続ける。ボトム室１Ｂ内の圧力が上昇していくと、パイロット管路１６Ｐ内の圧力も上昇していく。そして、パイロット管路１６Ｐ内の圧力が所定値を越えると、パイロット切替弁１６は、遮断位置から連通位置へと切り替わる。すると、増速シリンダ２のボトム室２Ｂから排出される作動油は、射出シリンダ１のボトム室１Ｂとパイロット操作チェックバルブ４との間の作動油圧力の方が高くなるため、パイロット切替弁１６を介してバッファタンク１５へと流れて排出されていく。一方、増圧シリンダ３のボトム室３Ｂから供給される作動油は、射出シリンダ１のボトム室１Ｂ内の作動油を加圧する。そして、キャビティ内の成形材料を加圧し続ける。ボトム室３Ｂから供給される作動油は、パイロット操作チェックバルブ４によりバッファタンク１５に流れることはない。射出シリンダ１では、ボトム室１Ｂ内の圧力がパイロット切替弁１６のパイロット圧以上になると、ボトム室１Ｂには増圧シリンダ３からの作動油のみが供給される。すると、増速シリンダ２および増圧シリンダ３から作動油が供給されていたときよりも作動油の供給量は低下する。射出シリンダ１は、増圧シリンダ３の作動油により、高い圧力がピストン１Ｐに加わる。そして、射出シリンダ１および射出プランジャによりキャビティ内に圧力を加えていく。これにより、キャビティ内を増圧する。この増圧工程により、成形材料がキャビティ内で加圧され形成されていく。

射出プランジャおよび射出シリンダ１が増圧シリンダ３からの作動油によりキャビティ内を増圧していくと、キャビティから射出プランジャおよび射出シリンダ１への抵抗が増加していく。すると、射出シリンダ１のボトム室１Ｂから増圧シリンダ３へと抵抗が伝わり、ナット１２およびボールねじ１１からモータ１０の負荷抵抗となる。射出装置では、モータ１０の負荷トルクを監視している。そして、モータ１０の負荷トルクが所定値以上になったら、成形材料の充填が完了したと判断する。そして、射出装置は、モータ１０を駆動し続けて、キャビティ内で成形材料を所定トルクで加圧し続ける。その後、射出装置は、成形材料が凝固したらモータ１０を停止する。射出装置は、成形材料の凝固により成形が完了したと判断する。そして、射出装置は、成形された成形品を取り出す。このとき、可動金型を固定金型から離すときに、射出装置は、成形品を固定金型から押し出すために、モータ１０を駆動して成形品の一部に負荷を与える。これにより、成形品を固定金型から取り外す。

次に、射出装置は、モータ１０を逆回転するように駆動する。そして、射出プランジャおよび射出シリンダ１を後退させる。モータ１０を逆回転させると、ボールねじ１１およびナット１２により増速シリンダ２のピストン２Ｐおよび増圧シリンダ３のピストン３Ｐが逆方向へ移動する。すると、増速シリンダ２では、ロッド室２Ｒが縮小してボトム室２Ｂが拡大する。これと同時に、増圧シリンダ３では、ロッド室３Ｒが縮小してボトム室３Ｂが拡大する。射出装置は、給排機構２０を駆動して射出シリンダ１のロッド室１Ｒに作動油を流し込む。ロッド室１Ｒに作動油が供給され、さらに、増速シリンダ２のボトム室２Ｂおよび増圧シリンダ３のボトム室３Ｂが拡大すると、射出シリンダ１のボトム室１Ｂから作動油が流れ込む。なお、このとき、パイロット操作チェックバルブ４にはパイロット管路４Ｐにパイロット圧が付与され、ボトム室１Ｂからボトム室２Ｂへの作動油の流れが許容されている。これにより、射出シリンダ１のロッド室１Ｒ内の作動油が増加するとともに、ボトム室１Ｂ内の作動油が減少してピストン１Ｐが移動する。そして、射出シリンダ１および射出プランジャが後退する。そして、射出プランジャおよび射出シリンダ１が所定位置まで後退したら、射出シリンダ１のボトム室１Ｂから作動油は流れなくなる。このとき、増速シリンダ２のピストン２Ｐおよび増圧シリンダ３のピストン３Ｐは、所定位置まで戻っておらず、更に所定位置まで戻り続ける。ボトム室２Ｂおよびボトム室３Ｂの拡大に伴い不足する作動油は、バッファタンク１５からチェックバルブ６を介して補充される。増速シリンダ２のピストン２Ｐおよび増圧シリンダ３のピストン３Ｐが所定位置まで後退したら、射出成形の１サイクルを終了する。

本実施形態は、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態の射出装置は、増速シリンダ２および増圧シリンダ３を射出シリンダ１に並列で配置した。そして、増速シリンダ２および増圧シリンダ３をモータ１０、ボールねじ１１、ナット１２により同期して駆動させる。そのため、単一のモータ１０、ボールねじ１１、ナット１２の駆動手段で高い射出速度と射出圧を実現し得る。
（２）射出装置の駆動手段は、モータ１０、ボールねじ１１、ナット１２による単一の構成とした。そのため、増速シリンダ２および増圧シリンダ３を複数の駆動手段で駆動する場合に比べ、部品点数を低減し射出装置を低コスト化できる。また、単一の駆動手段を設けるだけで済むため、射出装置を省スペース化、小型化できる。
（３）射出装置には、流量調整回路５を設けている。流量調整回路５により増速シリンダ２の作動油の流れを容易に切り替えられる。
（４）流量調整回路５は、バッファタンク１５、チェックバルブ６およびパイロット切替弁１６により構成されている。パイロット切替弁１６は、パイロット圧により切り替え自在である。そのため、流量調整回路５に新たな駆動手段などを設ける必要がなく、流量調整回路５を簡単な構造にできる。
（５）増速シリンダ２の直径Ｄ２は、増圧シリンダ３の直径Ｄ３よりも大きく設定している。そのため、射出シリンダ１を駆動させるときに、増速シリンダ２の大きな直径Ｄ２でより多くの作動油を供給して高速駆動を達成できるとともに、増圧シリンダ３で射出シリンダ１内を加圧する必要な加圧圧力のための増圧シリンダ３の直径Ｄ２を増速シリンダ２の直径Ｄ２に関らず設定できる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。以下に本発明の変更例を記載する。
○実施形態における増速シリンダ２と増圧シリンダ３は、異径の同ストロークを採用しているが、これに限定されない。両シリンダの寸法は適宜変更可能である。例えば、増速シリンダ２の直径Ｄ２と増圧シリンダ３の直径Ｄ３は同じでも良い。また、直径Ｄ２が直径Ｄ３よりも小さくても良い。ピストン２Ｐ、３Ｐの直径は、射出シリンダ１のピストン１Ｐの直径Ｄ１に合わせて適宜設定すると良い。
○流量調整回路５は、実施形態の構成に限定されない。例えば、パイロット切替弁１６の代わりに電磁切替弁を用いても良い。さらに、射出シリンダ１の位置をリミットスイッチなどで検出し、所定位置で切替弁を切替える構成としても良い。さらに、モータ１０にエンコーダなどを設けて、モータ１０の駆動量などにより切替弁を切替える構成としても良い。また、チェックバルブ６の代わりに切替弁を用いても良い。また、油圧ポンプなどを設けて作動油の流量を調節しても良い。
○実施形態における駆動手段は、ボールねじ構造に限定されない。モータ１０により、増速シリンダ２のピストン２Ｐおよび増圧シリンダ３のピストン３Ｐを同期して駆動できれば構成は適宜変更して良い。
○射出シリンダ１のロッド室１Ｒ、増速シリンダ２のロッド室２Ｒおよび増圧シリンダ３のロッド室３Ｒは、それぞれ内部に作動油を給排する構成としても良い。

１ 射出シリンダ
１Ｂ ボトム室
１Ｐ ピストン
Ｄ１ 直径
１Ｒ ロッド室
２ 増速シリンダ
２Ｂ ボトム室
２Ｐ ピストン
Ｄ２ 直径
２Ｒ ロッド室
３ 増圧シリンダ
３Ｂ ボトム室
３Ｐ ピストン
Ｄ３ 直径
３Ｒ ロッド室
４ パイロット操作チェックバルブ
４Ｐ パイロット管路
５ 流量調整回路
６ チェックバルブ
１０ モータ
１１ ボールねじ
１２ ナット
１５ バッファタンク
１６ パイロット切替弁
１６Ｐ パイロット管路

Claims (3)

1. 射出プランジャの成形材料を射出駆動させる射出シリンダと、
   前記射出シリンダに連結され、前記射出シリンダに作動油を給排する第一シリンダと、
   前記射出シリンダに前記第一シリンダと並列に連結され、前記射出シリンダに作動油を給排する第二シリンダと、
   前記第一シリンダのピストンおよび第二シリンダのピストンを進退自在に駆動させる単一の駆動手段と、
   前記射出シリンダの一端側と前記第一シリンダの一端側との間に設けられ、前記第一シリンダから前記射出シリンダに向かう作動油の流れを許容し、前記射出シリンダから前記第一シリンダへの流れを遮断する方向制御弁と、
   前記方向制御弁と前記第一シリンダとの間に設けられ、前記第一シリンダの一端側と前記射出シリンダの一端側との間の作動油の流量を調整する流量調整手段と、を備え、
   前記駆動手段は、前記第一シリンダのピストンと前記第二シリンダのピストンを同期させて駆動することを特徴とする射出装置。
2. 前記流量調整手段は、
   作動油を一時的に貯留できるバッファタンクと、
   前記方向制御弁と前記第一シリンダとの間の作動油を前記バッファタンクに排出するパイロット切替弁と、
   前記方向制御弁と前記第一シリンダとの間の作動油が不足した場合に、前記方向制御弁と前記第一シリンダとの間に前記バッファタンクの作動油を供給する補充用制御弁とを、備えることを特徴とする請求項１に記載の射出装置。
3. 前記第一シリンダのシリンダ径は、前記第二シリンダのシリンダ径よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出装置。

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