JP2024034859A - 駆動機構、射出装置および射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】射出装置や射出成形機の小型化を実現する。【解決手段】 一実施形態の射出装置３は、シリンダ２０と、シリンダ２０内に設けられたスクリュ２１と、スクリュ２１を回転，前進および後進させる駆動機構２２と、を備える。駆動機構２２は、中空のピストンロッド４２を含むピストン４０と、一端側がピストンロッド４２に挿入され、ピストン４０に対して回転可能であり、かつ、ピストン４０と一体的にピストンロッド４２の中心軸方向に移動可能な連結ロッド７０と、連結ロッド７０の周囲に配置され、連結ロッド７０の中心軸を回転軸として回転駆動される回転体５０と、を有する。連結ロッド７０に、当該連結ロッド７０の中心軸方向に延びる複数の外歯７５が設けられ、回転体５０に、外歯７５と噛み合う複数の内歯５１が設けられる。また、ピストンロッド４２から突出している連結ロッド７０の他端側にスクリュ２１が回転不能に連結される。【選択図】図２

Description

本発明は、射出成形機に関する。

所望形状の樹脂部材や金属部材を製造する射出成形機が知られている。一般的な射出成形機は、型締装置と射出装置とから構成される。型締装置は、金型を保持し、保持している金型を開閉させる。射出装置は、樹脂材料や金属材料を溶融させ、溶融した材料を型締装置に供給する。

特開２０１９－１７１７８４号公報

射出装置は、シリンダ，スクリュ，駆動機構などを備えている。駆動機構は、スクリュをシリンダ内で回転，前進および後進させる。射出装置や射出成形機の小型化のために、射出装置が備える駆動機構の小型化が求められる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施形態の射出装置は、シリンダと、前記シリンダ内に設けられたスクリュと、前記スクリュを回転，前進および後進させる駆動機構と、を備える。前記駆動機構は、中空のピストンロッドを含むピストンと、一端側が前記ピストンロッドに挿入され、前記ピストンに対して回転可能であり、かつ、前記ピストンと一体的に前記ピストンロッドの中心軸方向に移動する連結ロッドと、前記連結ロッドの周囲に配置され、前記連結ロッドの中心軸を回転軸として回転駆動される回転体と、を有する。前記連結ロッドには、当該連結ロッドの中心軸方向に延びる複数の外歯が設けられ、前記回転体には、前記外歯と噛み合う複数の内歯が設けられる。また、前記ピストンロッドから突出している前記連結ロッドの他端側に前記スクリュが回転不能に連結される。

一実施形態によれば、射出装置や射出成形機の小型化が実現される。

一実施形態の射出成形機を模式的に示す説明図である。 一実施形態の射出装置を模式的に示す説明図である。

以下、一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一または実質的に同一の機能を有する部材や機器には同一の符号を用いる。また、一度説明した部材や機器については、原則として繰り返しの説明は行わない。

＜射出成形機＞
図１は、本実施形態に係る射出成形機１を模式的に示す説明図である。射出成形機１は、型締装置２と射出装置３とから構成されている。型締装置２には金型１１，１２が取り付けられる。型締装置２は、取り付けられた金型１１，１２を開閉させる。射出装置３は、材料（例えば、マグネシウムやマグネシウム合金などの金属材料）を加熱して溶融状態または半溶融状態にする。さらに、射出装置３は、溶融状態または半溶融状態の金属材料（溶融金属）を型締装置２に供給する。より特定的には、射出装置３は、溶融金属を金型１１，１２のキャビティー内に注入する。つまり、本実施形態に係る射出成形機１は、金属射出成形機である。

＜型締装置＞
型締装置２は、ベッド４の上に設けられた固定盤１３，型締ハウジング１４及び可動盤１５を備えている。固定盤１３は、ベッド４に固定されている。一方、型締ハウジング１４及び可動盤１５は、ベッド４上をスライド可能である。

固定盤１３と型締ハウジング１４とは、可動盤１５を貫通する複数本のタイバー１６によって互いに連結されている。より特定的には、４本のタイバー１６によって、固定盤１３と型締ハウジング１４とが連結されている。可動盤１５は、固定盤１３と型締ハウジング１４との間で、これらの対向方向にスライド可能である。

型締ハウジング１４と可動盤１５との間に、型締機構１７が設けられている。より特定的には、型締ハウジング１４と可動盤１５との間に、リンク式の型締機構１７が設けられている。別の見方をすると、型締ハウジング１４と可動盤１５との間に、トグル機構が設けられている。なお、型締機構１７は、直圧式に置換することができる。

型締機構１７は、可動盤１５に取り付けられている金型１１を固定盤１３に取り付けられている金型１２に対して進退させる。金型１１が金型１２に接すると、金型１１，１２が閉じられる。一方、金型１１が金型１２から離れると、金型１１，１２が開かれる。型締機構１７は、金型１１，１２を閉じている間、金型１１，１２が開かないように、金型１１を金型１２に押し付けることができる。

＜射出装置＞
射出装置３は、シリンダ２０，スクリュ２１，駆動機構２２，ホッパ２３等から構成されている。ホッパ２３は、シリンダ２０に金属材料を供給するための供給口であって、シリンダ２０の後部に設けられている。スクリュ２１は、シリンダ２０の内部に設けられており、シリンダ２０に対して回転および移動する。より特定的には、スクリュ２１は、シリンダ２０の中心軸を回転軸として回転駆動される。また、スクリュ２１は、シリンダ２０の中心軸の方向に直線駆動される。別の見方をすると、スクリュ２１は、シリンダ２０内で、型締装置２に近接する方向（前方）と、型締装置２から離反する方向（後方）とに直線的に駆動される。

上記のようなスクリュ２１の動作（回転，前進，後進）は、駆動機構２２によって実現される。駆動機構２２の詳細については、後に改めて説明する。

ホッパ２３を介してシリンダ２０に供給された金属材料は、加熱されて溶融する。シリンダ２０の周囲には、シリンダ２０を加熱するためのヒータが設けられる。本実施形態では、複数のヒータ２４がシリンダ２０の外周面に巻かれている。シリンダ２０に供給された金属材料は、ヒータ２４から発せられる熱や、スクリュ２１の回転によって生じるせん断発熱によって加熱され、溶融する。

＜成形品の製造方法＞
図１に示されている射出成形機１を用いて金属部材などの成形品を製造する工程は、既に知られている工程と同一または実質的に同一である。よって、製造工程の詳細な説明は省略するが、製造工程には、例えば次の工程の１つ又は２つ以上が含まれる。
（工程１）シリンダ２０に供給された金属材料（例えば、粉状またはペレット状に加工されたマグネシウムやマグネシウム合金）を加熱して溶融状態または半溶融状態にする工程
（工程２）スクリュ２１を回転させて、溶融状態または半溶融状態の金属材料をシリンダ２０の先端側に送る工程
（工程３）スクリュ２１を前進させて、射出ノズルから金型１１，１２のキャビティー内に金属材料を注入（射出）する工程
（工程４）スクリュ２１を後進させて、射出ノズル内の金属材料の圧力を緩和させる工程

上記工程の１つ又は２つ以上を含むプロセスを繰り返すことにより、連続して同一形状の金属部材（成形品）が製造される。つまり、所望形状の金属部材（成形品）が量産される。

＜駆動機構＞
図２は、射出装置３を模式的に示す説明図である。既述のとおり、射出装置３は、スクリュ２１を回転，前進および後進させる駆動機構２２を備えている。駆動機構２２は、ピストン４０，回転体５０及び連結ロッド７０を有する。

＜ピストン＞
ピストン４０は、一体のピストンヘッド４１及びピストンロッド４２を含んでおり、油圧によってピストンロッド４２の中心軸方向に移動される。つまり、ピストン４０は、油圧ピストンである。なお、図２中のＸ－Ｘ線は、ピストンロッド４２及び連結ロッド７０の中心軸を示す仮想線である。

別の見方をすると、ピストン４０は、図１に示される型締装置２に近接する方向（前方）と、型締装置２から離反する方向（後方）とに移動する。スクリュ２１は、連結ロッド７０を介してピストン４０と接続されている。したがって、ピストン４０が前後に移動すると、スクリュ２１も前後に移動する。より特定的には、ピストン４０が前方に移動すると、スクリュ２１が前進する。一方、ピストン４０が後方に移動すると、スクリュ２１が後進する。

ピストン４０は、例えば、上記工程３を実行する際に前方に移動される。つまり、上記工程３では、ピストン４０を前方に移動させることにより、スクリュ２１を前進させ、射出ノズルから金属材料を射出させる。

ピストン４０は、例えば、上記工程４を実行する際に後方に移動される。つまり、上記工程４では、ピストン４０を後方に移動させることにより、スクリュ２１を後進させ、射出ノズル内の金属材料の圧力を緩和する。射出ノズル内の金属材料の圧力を緩和することにより、金属材料の漏出が防止される。金属材料の漏出を防止するためにスクリュ２１を後進させる上記工程４は“サックバック”と呼ばれることがある。

＜ピストンヘッド＞
ピストンヘッド４１は、前壁６０ａ，後壁６０ｂ及び側壁６０ｃによって囲まれた油圧室６０に収容されている。ピストンヘッド４１は、油圧室６０内で、前後に移動可能であり、かつ、回転可能である。

油圧室６０は、ピストンヘッド４１により、上室６１と下室６２とに区画されている。別の見方をすると、ピストンヘッド４１よりも後方（右側）の空間が上室６１であり、ピストンヘッド４１よりも前方（左側）の空間が下室６２である。なお、上室６１及び下室６２の容積は、ピストンヘッド４１の移動に伴って増減する。

油圧室６０は、２つのポート６３，６４を介して油圧系と繋がっている。ポート６３から上室６１に作動油が供給されると、ピストンヘッド４１の上面４１ａに圧力が加わり、ピストン４０が前進する（ピストン４０が押し出される。）。このとき、下室６２内の作動油は、ポート６４を通して下室６２から排出される。

一方、ポート６４から下室６２に作動油が供給されると、ピストンヘッド４１の下面４１ｂに圧力が加わり、ピストン４０が後進する（ピストン４０が押し戻される。）。このとき、上室６１内の作動油は、ポート６３を通して上室６１から排出される。

＜ピストンロッド＞
ピストンロッド４２は中空である。より特定的には、ピストンロッド４２は、一端側（基端側）がピストンヘッド４１によって閉塞された円筒形状を有する。別の見方をすると、ピストンロッド４２は、ピストンヘッド４１の下面４１ｂから前方に向かって延びている。また、ピストンロッド４２の内側には、中心軸方向に延びる挿入穴４５が設けられており、挿入穴４５の底はピストンヘッド４１によって閉塞されている。

言い換えれば、ピストンヘッド４１は、ピストンロッド４２の基端側に設けられている。つまり、ピストンヘッド４１が設けられている側がピストンロッド４２の基端側である。また、ピストンヘッド４１が設けられている側と反対側がピストンロッド４２の先端側である。なお、ピストンヘッド４１とピストンロッド４２とは同軸である。

ピストンロッド４２は、前壁６０ａを貫通して前壁６０ａの前方に突出している。前壁６０ａとピストンロッド４２との間には、作動油の漏れを防止するシール部材６５が配置されている。

＜連結ロッド＞
連結ロッド７０は円柱状である。連結ロッド７０の一端側（基端側）は、ピストンロッド４２の挿入穴４５に挿入され、連結ロッド７０の他端側（先端側）は、ピストンロッド４２から突出している。以下の説明では、ピストンロッド４２に挿入されている連結ロッド７０の基端側を“挿入部７１”と呼び、ピストンロッド４２から突出している連結ロッド７０の先端側を“突出部７２”と呼んで区別する場合がある。

連結ロッド７０の挿入部７１の外径は、突出部７２よりも大きい。この結果、挿入部７１と突出部７２との間には段差がある。つまり、連結ロッド７０は、段付きロッドである。別の見方をすると、挿入部７１の先端面は、突出部７２の径方向外側に拡がっており、フランジ部７３を形成している。

連結ロッド７０は、ピストンロッド４２に対して回転可能である。より特定的には、連結ロッド７０の挿入部７１は、ピストンロッド４２の挿入穴４５に回転可能に挿入されている。なお、挿入穴４５の内周面と挿入部７１の外周面との間には、軸受４６が配置されている。軸受４６は、連結ロッド７０を回転可能に支持するとともに、ピストンロッド４２と連結ロッド７０との中心軸を一致させている。言い換えれば、軸受４６は、連結ロッド７０の芯出しを行っている。軸受４６は、滑り軸受であっても転がり軸受であってもよいが、芯出しの精度の観点からは滑り軸受の方が好ましい。

一方、連結ロッド７０は、ピストンロッド４２に対して進退不能である。より特定的には、ピストンロッド４２の先端面と連結ロッド７０のフランジ部７３とに跨る抜け止めリング７４がピストンロッド４２にボルト留めされている。また、連結ロッド７０の後端面は、挿入穴４５の底に突き当たっている。

つまり、ピストン４０と連結ロッド７０とは相対回転可能であるが、一体的に前後方向（中心軸方向）に移動する。

連結ロッド７０の外周面には複数の外歯７５が設けられている。より特定的には、ピストンロッド４２から突出している連結ロッド７０の突出部７２の外周面に、複数の外歯７５が設けられている。

それぞれの外歯７５は、連結ロッド７０の中心軸方向に延びている。また、複数の外歯７５は、連結ロッド７０の周方向で隣接しており、かつ、互いに平行である。

＜回転体＞
回転体５０は、連結ロッド７０の周囲に配置されており、連結ロッド７０を取り囲んでいる。より特定的には、回転体５０は、突出部７２の周囲に配置されており、突出部７２を取り囲んでいる。つまり、回転体５０は、連結ロッド７０の突出部７２が挿通可能な内径を有する環状または円筒状の部材である。

回転体５０は、射出装置３の前方に配置されている。より特定的には、回転体５０は、連結ロッド７０の中心軸方向において、当該連結ロッド７０の基端と先端との間に配置されている。別の見方をすると、回転体５０は、ピストン４０よりも前方であって、スクリュ２１よりも後方に配置されている。

連結ロッド７０の外周面と対向する回転体５０の内周面に、複数の内歯５１が設けられている。それぞれの内歯５１は、外歯７５と同方向に延びている。また、複数の内歯５１は、回転体５０の周方向（回転方向）で隣接しており、かつ、互いに平行である。

回転体５０に設けられている内歯５１は、連結ロッド７０に設けられている外歯７５と噛み合っている。つまり、回転体５０と連結ロッド７０とは、スプライン嵌合している。別の見方をすると、連結ロッド７０は、外周面にキーが形成されたスプラインシャフトであり、回転体５０は、内周面にキー溝が形成されたスプラインボスまたはスリーブである。

連結ロッド７０に設けられている外歯７５及び回転体５０に設けられている内歯５１は、連結ロッド７０の中心軸方向に延びており、かつ、互いに噛み合っている。したがって、連結ロッド７０と回転体５０とは相対回転不能である一方、連結ロッド７０は、回転体５０に対して中心軸方向に移動可能である。つまり、連結ロッド７０は、回転体５０と一体的に回転可能である一方、回転体５０から独立して進退可能である。

さらに、既述のとおり、ピストン４０と連結ロッド７０とは相対回転可能である一方、連結ロッド７０は、ピストン４０と一体的に中心軸方向に移動可能である。この結果、回転体５０及び連結ロッド７０は、ピストン４０から独立して一体的に回転可能である。一方、ピストン４０及び連結ロッド７０は、回転体５０から独立して一体的に進退可能である。

回転体５０は、前壁６０ａの前面から突出している支持部５２に、軸受５３を介して回転自在に取り付けられている。回転体５０は、モータにより、連結ロッド７０の中心軸を回転軸として回転駆動される。例えば、電動モータから出力されるトルクがベルト，プーリ，ギヤ等から構成される伝達手段や減速手段を介して回転体５０に入力される。回転体５０に入力されたトルクは、連結ロッド７０に伝達され、当該連結ロッド７０を回転させる。このとき、ピストン４０は回転しない。なお、モータは電動モータに限られず、例えば油圧モータであってもよい。

既述のとおり、スクリュ２１は、連結ロッド７０を介してピストン４０と接続されている。より特定的には、スクリュ２１は、連結ロッド７０の突出部７２の先端に回転不能に連結されている。したがって、連結ロッド７０が回転すると、スクリュ２１も回転する。より特定的には、連結ロッド７０が時計回りに回転すると、スクリュ２１も時計回りに回転する。一方、連結ロッド７０が反時計回りに回転すると、スクリュ２１も反時計回りに回転する。連結ロッド７０の回転方向の切り替えは、回転体５０の回転方向の切り替えによって実現され、回転体５０の回転方向の切り替えは、モータの回転方向の切り替えによって実現される。

連結ロッド７０は、例えば、上記工程１や上記工程２を実行する際に回転される。つまり、上記工程１では、連結ロッド７０を回転させることにより、スクリュ２１を回転させ、金属材料にせん断応力を与える。また、上記工程２では、連結ロッド７０を回転させることにより、スクリュ２１を回転させ、金属材料をシリンダ２０の先端側に送る。

上記のように、本実施形態の射出装置３では、連結ロッド７０を回転させるための回転体５０が装置前方に配置されており、回転体５０の内歯５１と噛み合う外歯７５が連結ロッド７０の先端側に設けられている。一方、回転体５０が装置後方に配置されている場合、連結ロッド７０やピストン４０を後方に延長し、外歯７５を連結ロッド７０の基端側やピストンヘッド４１の後方に設ける必要がある。この場合、射出装置３の全長が延び、射出装置３が大型化する。さらに、射出装置３の大型化は、射出装置３を含む射出成形機１の大型化を招く。つまり、本実施形態では、射出装置３および射出成形機１の小型化が実現されている。

また、本実施形態の射出装置３では、スクリュ２１が前後進する際に移動する部材は、当該スクリュ２１，ピストン４０及び連結ロッド７０だけである。別の見方をすると、スクリュ２１が前後進する際に回転体５０は移動しない。よって、前後に移動する重量が少なく、スクリュ２１のブレーキ性能が向上する。つまり、スクリュ２１の制動距離が短縮されるとともに、スクリュ２１を所望の位置で正確に停止させることができる。

さらに、ピストン４０は、前後に移動するが回転はしない。したがって、ピストン４０上に設けられるシール部材は、前後方向にのみ摺動される。この結果、ピストン４０が回転する場合に比べて、ピストン４０上に設けられているシール部材の破損や劣化が防止または抑制される。例えば、ピストンロッド４２と前壁６０ａとの間に配置されているシール部材６５の破損や劣化が防止または抑制される。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、射出装置３は、型締装置２に取り付けられている金型１１，１２に溶融樹脂を注入する射出装置（樹脂射出装置）に置換することができる。

１ 射出成形機
２ 型締装置
３ 射出装置
４ ベッド
１１，１２ 金型
１３ 固定盤
１４ 型締ハウジング
１５ 可動盤
１６ タイバー
１７ 型締機構
２０ シリンダ
２１ スクリュ
２２ 駆動機構
２３ ホッパ
２４ ヒータ
４０ ピストン
４１ ピストンヘッド
４１ａ 上面
４１ｂ 下面
４２ ピストンロッド
４５ 挿入穴
４６ 軸受
５０ 回転体
５１ 内歯
５２ 支持部
５３ 軸受
６０ 油圧室
６０ａ 前壁
６０ｂ 後壁
６０ｃ 側壁
６１ 上室
６２ 下室
６３，６４ ポート
６５ シール部材
７０ 連結ロッド
７１ 挿入部
７２ 突出部
７３ フランジ部
７４ 抜け止めリング
７５ 外歯
Ｘ－Ｘ 仮想線

Claims (6)

1. 射出装置のスクリュを駆動する駆動機構であって、
   中空のピストンロッドと、前記ピストンロッドの基端側に設けられたピストンヘッドとを含み、油圧によって前記ピストンロッドの中心軸方向に移動されるピストンと、
   一端側が前記ピストンロッドに挿入され、前記ピストンに対して回転可能であり、かつ、前記ピストンと一体的に前記ピストンロッドの中心軸方向に移動する連結ロッドと、
   前記連結ロッドの周囲に配置され、前記連結ロッドの中心軸を回転軸として回転駆動される回転体と、を有し、
   前記連結ロッドに、当該連結ロッドの中心軸方向に延びる複数の外歯が設けられ、
   前記回転体に、前記外歯と噛み合う複数の内歯が設けられ、
   前記ピストンロッドから突出している前記連結ロッドの他端側に前記スクリュが回転不能に連結される、駆動機構。
2. 請求項１に記載の駆動機構において、
   前記連結ロッドは、円柱状であり、
   前記回転体は、前記連結ロッドを取り囲む環状または円筒状であり、
   前記外歯は、前記連結ロッドの外周面に設けられ、
   前記内歯は、前記連結ロッドの前記外周面と対向する前記回転体の内周面に設けられている、駆動機構。
3. 請求項２に記載の駆動機構において、
   複数の前記外歯は、前記連結ロッドの周方向で隣接しており、かつ、互いに平行であり、
   複数の前記内歯は、前記回転体の周方向で隣接しており、かつ、互いに平行である、駆動機構。
4. 請求項１に記載の駆動機構において、
   前記回転体は、前記連結ロッドの中心軸方向において、前記連結ロッドの一端と他端との間に配置されている、駆動機構。
5. 材料を溶融させて射出する射出装置であって、
   シリンダと、
   前記シリンダ内に設けられたスクリュと、
   前記スクリュを回転，前進および後進させる駆動機構と、を備え、
   前記駆動機構は、
   中空のピストンロッドと、前記ピストンロッドの基端側に設けられたピストンヘッドとを含み、油圧によって前記ピストンロッドの中心軸方向に移動されるピストンと、
   一端側が前記ピストンロッドの内側に挿入され、前記ピストンに対して回転可能であり、かつ、前記ピストンと一体的に前記ピストンロッドの中心軸方向に移動する連結ロッドと、
   前記連結ロッドの周囲に配置され、前記連結ロッドの中心軸を回転軸として回転駆動される回転体と、を有し、
   前記連結ロッドに、当該連結ロッドの中心軸方向に延びる複数の外歯が設けられ、
   前記回転体に、前記外歯と噛み合う複数の内歯が設けられ、
   前記ピストンロッドから突出している前記連結ロッドの他端側に前記スクリュが回転不能に連結されている、射出装置。
6. 金型が取り付けられる型締装置と、前記金型に溶融金属または溶融樹脂を注入する射出装置と、から構成される射出成形機であって、
   前記射出装置は、
   シリンダと、
   前記シリンダ内に設けられたスクリュと、
   前記スクリュを回転，前進および後進させる駆動機構と、を備え、
   前記駆動機構は、
   中空のピストンロッドと、前記ピストンロッドの基端側に設けられたピストンヘッドとを含み、油圧によって前記ピストンロッドの中心軸方向に移動されるピストンと、
   一端側が前記ピストンロッドの内側に挿入され、前記ピストンに対して回転可能であり、かつ、前記ピストンと一体的に前記ピストンロッドの中心軸方向に移動する連結ロッドと、
   前記連結ロッドの周囲に配置され、前記連結ロッドの中心軸を回転軸として回転駆動される回転体と、を有し、
   前記連結ロッドに、当該連結ロッドの中心軸方向に延びる複数の外歯が設けられ、
   前記回転体に、前記外歯と噛み合う複数の内歯が設けられ、
   前記ピストンロッドから突出している前記連結ロッドの他端側に前記スクリュが回転不能に連結されている、射出成形機。

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