JP3958268B2 - ノズルタッチ機構 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に関し、特に射出成形機のノズルタッチ機構に関する。

射出ユニット全体を移動させて金型に接触させ押し付けるノズルタッチ機構は、ノズルタッチ力発生装置により、ベース上に前後進可能に搭載された射出ユニットを駆動して射出ユニットのノズルを金型に接触させている。ノズルタッチ力発生装置としては、油圧シリンダを用いるものや、モータ力により伸縮されたスプリング力を利用してノズルを金型に圧接保持するようにしたものが公知である（特許文献１参照）。

図１は、ノズルタッチ力発生装置としてスプリングを利用したノズルタッチ機構の従来例である。又、図２はノズルタッチ力を発生させるエクストルーダベース部の説明図である。射出成形機のベース１上に設けられたレール２には、射出ユニット１０の一部を構成するエクストルーダベース１１が前後進可能に配置されている。該エクストルーダベース１１には、射出スクリュの交換、保守のために射出機構が旋回可能に取り付けられている。射出ユニットはフロントプレート１２とリアプレート１３と、該フロントプレート１２とリアプレート１３間を連結した複数のガイドバー１５と該ガイドバー１５にガイドされるプッシャープレート１４を備え、プッシャープレート１４には射出用のボールねじ１６と螺合するナット１７が固定されている。又、該プッシャープレート１４には、加熱シリンダ１８内に挿入されている射出スクリュ２０が回転自在に保持されている。加熱シリンダ１８の先端にはノズル１９が設けられ、該ノズル１９は、固定盤２１に取り付けられた金型２２に当接、離間するように構成されている。なお、図示しない射出用サーボモータ等でボールねじ１６を駆動してプッシャープレート１４、射出スクリュ２０を軸方向に駆動し射出が行われ、又、図示しないスクリュ回転用サーボモータにより射出スクリュ２０は回転するように構成されている。

エクストルーダベース１１には、ノズルタッチ力発生装置が配置され、このノズルタッチ力発生装置は、ベース１に固定されたモータ３と、該モータ３のロータ軸とボールねじ４を連結し、かつ該ボールねじ４を回転自在で軸方向移動不能に軸支するベース１に固定された連結部材９と、ボールねじ４と螺合するナット部材５と、エクストルーダベース１１の脚部１１ａ，１１ｂ間に設けられたナット部材５をガイドするガイドロッド７，７と、ナット部材５とエクストルーダベース１１の脚部１１ａとの間に配置され、ナット部材５の移動により伸縮するスプリング６，６で構成されている。モータ３が駆動されてボールねじ４が回転すると、該ボールねじ４に螺合するナット部材５は、ガイドロッド７，７にガイドされて、軸方向に移動する。ナット部材５の前進（図１、図２において左方向）によりスプリング６が圧縮され、エクストルーダベース１１を前進させ、該エクストルーダベース１１に取り付けられている射出機構を前進させる。即ち、射出ユニット１０を前進させ、ノズル１９を金型に当接させ、かつ、センサ８でスプリングの伸縮量を検出し、該伸縮量に応じたノズルタッチ力を発生させるようにしている。
上述したように、ノズルタッチ力発生装置としてスプリングの力を利用するものにおいては、伸縮したスプリングの力により、ノズルを金型に圧接するノズルタッチ力を発生させるものであることから、スプリングの伸縮量をセンサ等で検出し、ノズルタッチ力を制御している。

しかし、射出に伴う衝撃によって、このスプリングの伸縮量が変動することから、センサが誤検出するおそれがある。これを防止することを目的として、回転力を推力に変換する手段とフレームとの間にノズルタッチ力蓄積手段としてのスプリングを配置し、回転力を推力に変換する手段と射出装置の間に緩衝部材を配置し、射出の衝撃を緩衝手段で吸収するようにしたもの、即ち射出ユニット、緩衝手段、ボールネジ／ナット機構（回転力を推力に変換する手段）、スプリング、フレームと接続された構成として射出ユニットとフレーム間緩衝機構とスプリングを直列に配置して、射出の衝撃がスプリングまで伝達されることによりスプリングが伸縮し、センサがスプリングの伸縮量を誤検出するのを防止した発明が知られている（特許文献２参照）。

又、ノズルタッチ力をスプリング力や油圧によって保持しない方法として、ノズルを接触させるホットランナー装置に楔ブロックを受け入れる受け部を設け、射出装置には楔ブロックを受け入れる傾斜プレートを備え、射出装置がエアシリンダで駆動されて前進しノズルがホットランナー装置に接触した後、エアシリンダで楔ブロックを駆動して受け部と傾斜プレート間に挿入して、射出装置をホットランナー装置に押圧してノズルタッチ力を保持するようにした発明も公知である（特許文献３参照）。

特公平６−１７０３８号公報 特許第３１５３８００号公報 特開平１０−２３５６８０号公報

一般のノズルタッチ機構では、ノズルタッチ力発生装置の出力を一定に保持する必要があるが、射出加速時には射出機構の慣性力の影響でノズルタッチ面を押圧するノズルタッチ力が低下する。図３は、図１、図２に示した従来のスプリングを利用したノズルタッチ力発生装置におけるノズルタッチ力の説明図である。図３（ａ）は、射出ユニットにおいて、射出スクリュ２０が前進して加熱シリンダ１８内の溶融樹脂を金型２２内に射出するときの射出速度を表し、図３（ｂ）は、この射出時のノズルタッチ力を示す図である。
スプリング６の圧縮により所定のノズルタッチ力ｆｓが発生している状態で射出動作を開始すると、射出加速時には射出ユニット１０の射出スクリュ２０、プッシャープレート１４等の可動部の慣性力の影響でノズルタッチ面を押圧するノズルタッチ力が低下する。一方、射出減速時には、射出ユニット１０の慣性力の影響で逆にノズルタッチ力は増大する。図３（ｂ）では、射出加速時、減速時においてノズルタッチ力がｆ１だけ増減することを示している。この射出時に発生する射出ユニットを後退させようとする力は、射出が低加速の場合は小さな力だが、高加速になるほど大きな力となる。

そして、このノズルタッチ力が樹脂圧による力よりも小さくなったとき、射出ユニットが押し戻され、樹脂漏れが発生する。そのため、従来は射出加速の影響でノズルタッチ力が低下しても樹脂漏れが発生しないように、十分に大きなノズルタッチ力で押圧していた。しかし、金型に大きなノズルタッチ力で押圧すると、金型が撓み、また、型盤平行度が保てないため、成形品品質が劣化したり、金型寿命が低下するといった問題があった。

特許文献２に記載された発明では、射出成形機のベースと射出ユニット間にスプリングと緩衝部材が直列配置され、射出の衝撃をこの緩衝部材で吸収し、射出ユニットの後退がスプリングまで伝達されないことによって、スプリングの伸縮量を検出するセンサの誤動作を防止するものであり、射出ユニットの後退は防止されない。ここで用いられる緩衝部材は特許文献２の図４の記載から明らかなように、変位に比例した制動力を発揮するもの、例えばスプリングで構成されるダンパであり、速度に応じた制動力を発揮するもの、例えば粘性ダンパや、一定の制動力を発揮するもの、例えば摩擦ダンパなどでは衝撃緩和の効果が得られない。

又、特許文献３に記載された発明は、スプリングを利用したノズルタッチ力発生装置を用いるものではないことから、上述した射出時の射出ユニットの後退は発生しない。この特許文献３に記載された発明は、ノズルタッチ位置は厳密に同じ位置でなければ同じノズルタッチ力を発生できず、例えば、ノズルタッチ面に樹脂膜などの僅かな異物を挟んだり、ノズルタッチ面が僅かに摩滅した場合には、ガイドバーの伸縮量が変化するため、ノズルタッチ力が変化するという問題を有している。また、ノズル・バレルは熱膨張・収縮するので結局所望のノズルタッチ力を発生することはできない。
そこで、本発明は、従来の技術の問題点を改善し、所望のノズルタッチ力を発生し、樹脂漏れの無いノズルタッチ機構を提供することにある。

本願請求項１に係わる発明は、ベース上に前後進可能に射出ユニットが搭載されている射出成形機において、射出ユニットとベースとの間に、所望のノズルタッチ力を発生するノズルタッチ力発生装置を設けるとともに、該ノズルタッチ力発生装置の出力以上の反力を射出ユニットが受けても、該射出ユニットが動くことを阻止する手段を、前記ノズルタッチ力発生装置と並列に射出ユニットとベースとの間に設けることを特徴としたノズルタッチ機構である。この射出ユニットが動くことを阻止する手段を、請求項２に係わる発明は、ダンパとした。又、請求項３に係わる発明は、射出ユニットが動くことを阻止する手段として、射出ユニットとベース、あるいは射出ユニットとベースに固定した固定盤との間を、ダンパを介して直結するものとした。そして、請求項４に係わる発明は、前記ダンパを、射出加速時に発生する射出ユニットの後退速度に応じた制動力を発生するダンパとした。

又、請求項５に係わる発明は、射出ユニットが動くことを阻止する手段を、射出ユニットとベース、あるいは射出ユニットとベースに固定した固定盤との間を、相対位置を保持するロック機構とし、請求項６に係わる発明は、このロック機構をブレーキ装置とした。請求項７に係わる発明は、前記ノズルタッチ力発生装置を、モータと該モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構と、該変換機構で変換され直線移動する部材と射出ユニット間に設けられたスプリングで構成し、該スプリングの伸縮量に応じたノズルタッチ力を発生するようにした。
さらに、請求項８に係わる発明は、モータと該モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構と、該変換機構で変換され直線移動する部材と射出ユニット間にスプリングを介在させ、モータの駆動により、スプリングを介して射出機構を前進させてノズルを金型に当接させ、かつ前記スプリングの伸縮量によって、ノズルタッチ力を付与する射出成形機のノズルタッチ機構において、前記射出ユニットから直線移動する部材方向に突出しその突出量を調整することによって、該直線移動する部材と当接した時の前記スプリングの伸縮量を規定してノズルタッチ力を調整する調整手段を設け、該調整手段は、前記直線移動する部材と当接した状態では射出ユニットの後退を前記直線移動する部材により阻止するようにした。

本発明は、樹脂圧よりも僅かに大きい程度のノズルタッチ力を設定しておけばよく、射出加速時において射出ユニットが後退する力を受けても、ノズルタッチ力が減少することはないので、樹脂漏れを防止することができる。しかも、いたずらに大きなノズルタッチ力を付与しないので、金型が撓み、金型の型盤平行度が保たれなくなることはない。

図４は、本発明の第１の実施形態の概要図である。図１、図２に示した従来のノズルタッチ機構と相違する点は、固定盤２１と射出ユニット１０のフロントプレート１２間にダンパ３０を設けた点であり、他の構成は、図１，図２に示した従来例のノズルタッチ機構と差異はない。
ダンパとは、エネルギを消費させる方法によって振動又は衝撃の大きさを減らすために使われる装置の総称で、スプリングや空気ばね、ゴムを用いたもののように変位に応じた制動力を発揮するものや、粘性ダンパ、電磁ダンパなどのように速度に応じた制動力を発揮するものなどがある。本発明で用いるダンパ３０は、速度に応じた制動力を発揮するもの、例えば粘性ダンパや電磁ダンパを使用する。そのため、ノズルタッチを行わせる際に、モータ３を駆動しボールねじ４を回転させ、該ボールねじ４に螺合するナット部材５をガイドロッド７でガイドさせて前進させ、スプリング６を介して射出ユニット１０（エクストルーダベース１１）を前進させるときは、射出ユニット１０の前進移動速度が遅いので、ダンパ３０の制動力はほとんど作用せず、射出ユニット１０を前進させノズル１９を金型２２に接触させることができる。ノズル１９が、金型２２に当接することにより、射出ユニット１０の前進移動は停止するが、モータ３はさらに駆動され、センサ８でスプリング６が所定量圧縮されたことが検出されると、モータ３の駆動を停止しロックする。このスプリング６の圧縮量に対応したノズルタッチ力が発生し、ノズル１９は金型２２に押圧され保持される。

そこで、射出が開始され、射出スクリュ２０が前進して加熱シリンダ１８内の溶融樹脂が金型２２内に射出される時、この射出加速時に慣性力の影響で、射出ユニット１０を後方に移動させる力が作用する。射出動作が低加速の場合、慣性力の影響は小さいため射出ユニットが後退することは無い。高加速動作の場合は大きな慣性力が働くためノズルタッチ力が大きく低下するが、射出ユニット１０が後退しようとした瞬間にダンパ３０が制動力を発生する。このときの射出動作は高加速動作であるため、ダンパ３０は強い制動力を発生し、結果として射出ユニット１０は後退しない。なお、この第１の実施形態では射出ユニット１０と固定盤２１の間にダンパ３０を設けたが、固定盤２１はベース１に固定されているものであるから、固定盤２１の代わりにベース１の別な場所と射出ユニット１０間にダンパを設けるようにしてもよいものである。

図５は、本発明の第２の実施形態の要部説明図である。この第２の実施形態は、エクストルーダベース１１の脚部１１ａ間に設けられたスプリング６と並列に、上述した粘性ダンパ等の、ゆっくりとした動きには制動力が殆ど働かず、高速動作に対しては強い制動力を発揮するダンパ３０、３０を設けたものであり、他の構成は、図１、図２の従来のノズルタッチ機構と同一である。この第２の実施形態においても、モータ３の駆動によりナット部材５が前進することによって、射出ユニット１０（エクストルーダベース１１）をスプリング６、ダンパ３０を介してゆっくりと前進させ、ノズル１９が金型２２に当接し、射出ユニット１０の前進が停止した後のナット部材５の前進でスプリング６を圧縮し、センサ８がこのスプリング６の圧縮量が所定値に達したことを検出すると、モータ３の駆動を停止しロックする。これにより所定のノズルタッチ力で保持された後、射出が行われ、その射出加速時において、慣性力の影響で、射出ユニット１０が後退しようとする力を受けても、ダンパ３０、３０が射出ユニット１０が後退しようとする高加速動作を阻止して、射出ユニット１０が後退することは無い。

図６は、本発明の第３の実施形態の要部説明図である。この第３の実施形態は、ベース１と射出ユニット１０間にブレーキ装置３１で構成されるロック機構を設けたものである。即ち、図６に示すように、ベース１と射出ユニット１０のエクストルーダベース１１間をロックするブレーキ装置３１を設けるものである。このブレーキ装置３１を設ける点以外の他の構成は図１、図２に示した従来のノズルタッチ機構と同一である。ブレーキ装置としては、例えばエクストルーダベースに固定され、油圧、空圧あるいは電磁力を用いてレール乃至はベースとの間で機械的摩擦力を用いて制動するものを用いる。他に機械的摩擦力を用いて制動するものならば何でも良い。

図１、図２に示した従来のノズルタッチ機構と同じように、モータ３を駆動して射出ユニット１０を前進させ、ノズル１９を金型２２に当接させかつスプリング６を圧縮し、その圧縮量が所定値に達したことをセンサ８で検出したとき、モータ３の駆動を停止してロックし、かつ、ブレーキ装置３１を作動させてベース１と射出ユニット１０のエクストルーダベース１１をロックする。
その結果、射出加速時の慣性力の影響で射出ユニット１０が後退しようとしても、ベースにロックされていることから、その後退が阻止される。

図７は、本発明の第４の実施形態の要部説明図である。この第４の実施形態は、固定盤２１に対して射出ユニット１０をロックするブレーキ装置３２を設けたもので他の構成は、図１，図２に示す従来のノズルタッチ機構と同一である。
固定盤２１には、ロッド３３の一端が固定され該ロッド３３の他端は、射出ユニット１０のフロントプレート１２に設けられた貫通孔に移動自在に挿入されている。また、フロントプレート１２にはこのロッド３３をロックするブレーキ装置３２が設けられている。ノズル１９が金型２２と当接し、スプリング６により所定のノズルタッチ力を発生させるまでは、上述した従来例や他の実施形態と同じである。そして、所定のノズルタッチ力でノズル１９を金型２２に押圧した状態でモータ３の駆動を停止しロックした後、ブレーキ装置３２を作動させてロッド３３をロックする。これにより、固定盤２１と射出ユニット１０がロックされ、その間の距離は一定に保持される。よって、射出加速時に射出ユニット１０が慣性力の影響で後退する方向の力を受けても、固定盤２１にロックされているから、射出ユニット１０が後退することは無い。

図８は、本発明の第５の実施形態の要部説明図である。この第５の実施形態は、射出ユニット１０のエクストルーダベース１１とボールねじ４間の相対移動をロックするブレーキ装置３４がエクストルーダベース１１に設けられている点で、図１，図２に示す従来のノズルタッチ機構と相違するのみである。この第５の実施形態においても、スプリング６の圧縮量に基づいてノズルタッチ力を発生させた後、ブレーキ装置３４を作動させてボールねじ４をロックする。これにより、射出ユニット１０のエクストルーダベース１１とボールねじ４は一体となり、ボールねじ４は、連結部材９，モータ３によって軸方向移動不能にベース１に固定されているから、射出ユニット１０が射出加速時の慣性力の影響で後退する力を受けても、このブレーキ装置３４の作動で射出ユニットの後退を阻止する。

図９は、本発明の第６の実施形態の要部説明図である。この第６の実施形態は、ノズルタッチ力（スプリングの圧縮量）を調整するノズルタッチ力調整手段が射出ユニット後退防止手段をも兼ねるものである。図１、図２に示した従来のノズルタッチ機構と比較し、この第６の実施形態は、射出ユニット１０のエクストルーダベース１１の脚部１１ａにナット３５が溶接等でとりつけられ、該ナット３５と螺合するボルト３６が、その軸方向とスプリング６の伸縮方向とが並行になるように取り付けられ、又、ナット部材５のボルト３６の端面と対向する位置にセンサ３７が設けられている点で相違するものである。他の構成は図１、図２の構成と同一である。図９（ａ）は、ノズル１９が金型２２に当接していない非ノズルタッチの状態を現し、図９（ｂ）は、ノズルタッチ状態を示す図である。

ボルト３６を回転させてエクストルーダベース１１の脚部１１ａからナット部材５の方向に突出するボルト３６の長さを調整することによって、スプリング６のノズルタッチ時の圧縮量を調整する。即ち所望のノズルタッチ力を得るようにボルト３６の突出量を調整する。その後、モータ３を駆動し、ボールねじ４を回転させれば、該ボールねじ４と螺合し、かつガイドロッド７でガイドされるナット部材５は前進し、前述したように射出ユニット１０を前進させてノズル１９を金型２２に当接させ、これにより射出ユニット１０の前進が停止した後は、スプリング６が圧縮され、このスプリング６の圧縮に応じてノズル１９は金型を押圧する。そして、センサ３７でナット部材５がボルト３６の端面と当接したことを検出すると、モータ３の駆動を停止しロックする。図９（ｂ）は、このノズルタッチ力発生時の状態を表している。図９（ａ）に示す非ノズルタッチの状態から図９（ｂ）に示すノズルタッチ状態にナット部材５が移動してスプリング６を圧縮してボルト３６の端面に当接して、これ以上スプリング６を圧縮できない状態が形成される。よって、図９（ａ）から図９（ｂ）の状態へのスプリング６の圧縮量が発生ノズルタッチ力に相当するものであり、ボルト３６の突出量を調整することによって、ノズルタッチ力が調整できることを意味する。

又ノズル１９が金型２２に対して設定ノズルタッチ力で押圧している状態で射出が開始され、その射出加速時における慣性の影響で射出ユニット１０が後退方向に力を受けても、エクストルーダベース１１の脚部１１ａに設けられたナット３５に螺合するボルト３６の端面がナット部材５と当接しているから、射出ユニット１０の後退は阻止される。

なお、上述した各実施形態において、図６，７，８図に示すブレーキなどのロック機構により、射出ユニット１０の後退を防止させたものにおいては、連続成形中、ブレーキをＯＮのままだと力制御されないため、ノズルタッチ力が徐々に変化することがある。また型開時のプラテン倒れ等の原因により、型開時と型閉時とではノズルタッチ力が大きく変化することがある。これらを防止するため、成形サイクルの任意の区間(例えば射出中)のみブレーキをＯＮにするようにすればよい。

以上本発明の各実施形態において、ノズルタッチ力発生装置の出力以上の反力を射出ユニットが受けても、射出ユニットが押し戻されることを阻止する手段を有するものであるから、射出加速時等において従来射出ユニットの後退から発生していた樹脂漏れを防止することができる。
又これらのノズルタッチ機構により、樹脂圧によりノズルが受ける力よりも僅かに大きなノズルタッチ力を発生しておけば、射出加速時にノズルタッチ力が低下しても樹脂漏れしない。金型に押圧するノズルタッチ力を最小限にできるので、成形品品質劣化が少なく、金型寿命低下も抑えられる。

従来のモータとスプリングを用いたノズルタッチ機構の概要図である。 同従来例のエクストルーダベース部の説明図である。 同従来例における射出時におけるノズルタッチ力の変化を表す図である。 本発明の第１の実施形態の要部説明図である。 本発明の第２の実施形態の要部説明図である。 本発明の第３の実施形態の要部説明図である。 本発明の第４の実施形態の要部説明図である。 本発明の第５の実施形態の要部説明図である。 本発明の第６の実施形態の要部説明図である。

符号の説明

１ ベース
２ レール
３ モータ
４ ボールねじ
５ ナット部材
６ スプリング
７ ガイドロッド
８ センサ
９ 連結部材
１０ 射出ユニット
１１ エクストルーダベース
１２ フロントプレート
１３ リアプレート
１４ プッシャープレート
１５ ガイドバー
１６ ボールねじ
１７ ナット
１８ 加熱シリンダ
１９ ノズル
２０ 射出スクリュ
２１ 固定盤
２２ 金型
３０ ダンパ
３１、３２，３４ ブレーキ装置
３３ ロッド
３５ ナット
３６ ボルト
３７ センサ

Claims (8)

1. ベース上に前後進可能に射出ユニットが搭載されている射出成形機において、射出ユニットとベースとの間に、所望のノズルタッチ力を発生するノズルタッチ力発生装置を設けるとともに、該ノズルタッチ力発生装置の出力以上の反力を射出ユニットが受けても、該射出ユニットが動くことを阻止する手段を、前記ノズルタッチ力発生装置と並列に射出ユニットとベースとの間に設けることを特徴としたノズルタッチ機構。
2. 射出ユニットが動くことを阻止する手段はダンパであることを特徴とした請求項１記載のノズルタッチ機構。
3. 射出ユニットが動くことを阻止する手段として、射出ユニットとベース、あるいは射出ユニットとベースに固定した固定盤との間を、ダンパを介して直結することを特徴とした請求項１記載のノズルタッチ機構。
4. 前記ダンパは、射出加速時に発生する射出ユニットの後退速度に応じた制動力を発生するダンパである請求項２又は請求項３に記載のノズルタッチ機構。
5. 射出ユニットが動くことを阻止する手段として、射出ユニットとベース、あるいは射出ユニットとベースに固定した固定盤との間を、相対位置を保持するロック機構を有することを特徴とした請求項１記載のノズルタッチ機構。
6. 前記ロック機構はブレーキ装置である請求項５に記載のノズルタッチ機構。
7. 前記ノズルタッチ力発生装置は、モータと該モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構と、該変換機構で変換され直線移動する部材と射出ユニット間に設けられたスプリングで構成され、該スプリングの伸縮量に応じたノズルタッチ力を発生するようにした請求項１乃至６の内いずれか１項に記載のノズルタッチ機構。
8. モータと該モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構と、該変換機構で変換され直線移動する部材と射出ユニット間にスプリングを介在させ、モータの駆動により、スプリングを介して射出機構を前進させてノズルを金型に当接させ、かつ前記スプリングの伸縮量によって、ノズルタッチ力を付与する射出成形機のノズルタッチ機構において、前記射出ユニットから直線移動する部材方向に突出しその突出量を調整することによって、該直線移動する部材と当接した時の前記スプリングの伸縮量を規定してノズルタッチ力を調整する調整手段を設け、該調整手段は、前記直線移動する部材と当接した状態では射出ユニットの後退を前記直線移動する部材により阻止することを特徴とするノズルタッチ機構。

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