JP4504784B2 - 成形機の型駆動装置 - Google Patents

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Description

この発明は、射出成形機、ダイキャストマシン等の成形機に使用される型駆動装置に関する。
射出成形機あるいはダイキャストマシン等の成形機に使用される型駆動装置は、型締および型開放のための駆動源として、例えば油圧によって駆動されるシリンダ機構を有している。このシリンダ機構は、一般的な市販のシリンダ機構と同様にピストンの一方側(ロッド側)に第1油室を有し、ピストンの他方側(ヘッド側)に第2油室を有している。
また、シリンダ機構の作動油量を少なくするために差動回路が装備されることもある。差動回路は、前記第1油室と第2油室とを互いに連通させる油路を備え、この油路に油圧ポンプによって加圧された作動油を供給するようにしている。差動回路を備えたシリンダ機構では、第1油室のピストン受圧面の面積(これ以降、ピストン受圧面積と呼ぶ)は、第2油室のピストン受圧面積よりも大きく、これら第1油室と第2油室が前記油路によって互いに接続されている。
前記差動回路の油路に、油圧ポンプによって加圧された作動油を供給すると、第1油室と第2油室のそれぞれのピストン受圧面積の差に応じて、ピストンが例えば第2油室側に移動する。このとき第2油室内の作動油の一部が第1油室に流入し、第1油室の作動油の一部をまかなうため、ピストンを駆動するためのポンプ吐出量を低減することができ、その結果ポンプの容量を削減できる。
また、油圧シリンダ機構を備えた型駆動装置において、油圧以外の付属駆動源(例えばサーボモータとボールねじとを用いる駆動源)によって、ピストンを駆動できるようにしたものも提案されている。(例えば下記特許文献1の図1参照)
例えば図6に示すシリンダ機構のように、第1油室1と第2油室2とピストン3とを有し、油圧によりピストン3を第1の方向あるいは第2の方向に駆動するものにおいて、ピストン3を高速移動させたり、ピストン3を所望の正確な位置に停止できるようにするために、油圧以外の付属駆動源4によって、ピストン3を駆動するものも提案されている。
付属駆動源4の一例は、サーボモータ5とボールねじ6とを用いる駆動機構である。第1油室1と第2油室2は互いに差動油路7によって連通している。差動油路7の途中に、パイロット圧によって開閉が制御されるロジック弁8が設けられている。差動油路7とロジック弁8などは差動回路を構成している。ロジック弁8は、第1油室1に油圧を加えるとき(ピストン3を第1の方向に移動させるとき)開弁し、第2油室2に油圧を加えるとき(ピストン3が第2の方向に移動するとき)閉弁する。
付属駆動源4によって、ピストン3を例えば第1の方向に高速で動作させる場合に、第2油室2の圧力が高まると同時に第1油室1の圧力が低下する。このためロジック弁8が開いていれば、第2油室2内の作動油が第1油室1に流れ込む。しかし第1油室1のピストン受圧面積の方が第2油室2のピストン受圧面積よりも大きいため、ピストン3が第1の方向に移動すると、第1油室1の作動油量が不足する。この作動油量の不足分がタンク(図示せず)から吸込まれることで、作動油の不足分をまかなうことになる。
特開平10−296739号公報
前記したように付属駆動源4を有する従来のシリンダ機構では、付属駆動源4によってピストン3を移動させる際、作動油の不足分をタンクから吸込む必要があり、プレフィル弁などの付加装置が必要となる。しかも吸込み時の圧力損失を少なくするために、差動油路7などの流路断面積を大きくすることが望まれ、配管サイズが大きくなるなどの問題が生じる。また第2油室2の容積が比較的大きいため、ピストン3を第2の方向に駆動する際に多くの作動油をポンプから供給する必要があり、容量の大きなポンプが必要となる。
従ってこの発明の目的は、容量の大きなポンプを使用しなくてよく、しかも付属駆動機構によってピストンを駆動する際にタンクからの作動油の吸込みをゼロもしくは僅少にすることが可能な型駆動装置を提供することにある。
本発明は、成形機の移動型を駆動するためのシリンダ機構を有する型駆動装置であって、前記シリンダ機構は、シリンダ本体と、前記シリンダ本体に収容され該シリンダ本体の軸線に沿って第1の方向とその反対の第2の方向に移動可能なピストン部材と、前記ピストン部材の一方側の受圧面と前記シリンダ本体の内面とによって形成され該ピストン部材が前記第1の方向に移動する際に容積が増加する第1の圧力発生部と、前記ピストン部材の他方側の受圧面と前記シリンダ本体の内面とによって形成され該ピストン部材が前記第1の方向に移動する際に容積が減少する第2の圧力発生部とを有し、前記第1の圧力発生部が一つの第1油室を有し、前記第2の圧力発生部が第2油室と第3油室とを有し、前記第1油室と前記第2油室が互いに油路でつながれて差動回路を構成している。該差動回路は、前記ピストン部材が前記第1の方向に移動するときに前記第2油室内の油を前記第1油室に流入させかつ前記ピストン部材が前記第2の方向に移動するときに前記第1油室内の油を前記第2油室に流入させるロジック弁を有している。前記シリンダ機構は、前記ピストン部材を前記第1の方向と前記第2の方向に移動させることが可能なサーボモータを有する付属駆動機構を備え、かつ、前記第1油室のピストン受圧面積が、前記第2油室と第3油室を合わせたピストン受圧面積と同等であることを特徴とするものである。
本発明によれば、複数の油室によって第2の圧力発生部を構成し、これら油室のうちの一部に作動油を供給すればよいため、ピストン部材を第2の方向に駆動する際の作動油量が少なくてすむ。このことにより、ポンプ容量を減らすことができ、容量の小さなポンプを使用することが可能である。
本発明において、第1油室と第2油室等によって差動回路を構成すれば、ピストン部材を第1の方向に駆動するのに必要な作動油量が少なくてすみ、ポンプの吐出量を減らすことが可能となる。
本発明において、油圧以外の駆動源によって前記ピストン部材を移動させることのできる付属駆動機構を備えていれば、例えばピストン部材を高速で移動させたり、ピストン部材をシリンダ本体に対して所定位置に正確に停止させることが可能となる。
本発明において、第1の圧力発生部のピストン受圧面積と第2の圧力発生部のピストン受圧面積を同等にすれば、ピストン部材を付属駆動機構によって駆動する際に、ピストン受圧面積の差から生じる作動油の過不足をゼロもしくは少量にすることができる。このためタンクからの作動油の吸込みを不要または少量とすることができる。これにより、作動油の吸込みを助けるための補助的な装置を配管に設ける必要がなく、吸込み時の配管の圧力損失を考慮しなくてすむので配管サイズを小さくすることができる。
以下に本発明の第1の実施形態に係る型駆動装置について、図1〜図3を参照して説明する。
図1は成形機の一例として、型駆動装置10を備えた射出成形機11の一部を示している。この射出成形機11は、固定盤12と、可動部の一例である移動盤13と、移動盤13を駆動するための型駆動装置10などを含んでいる。
固定盤12に固定型15が取付けられている。移動盤13には移動型16が取付けられている。移動型16は固定型15と対向し、これらの型15,16間に、材料を成形するためのキャビティ17が形成される。固定型15には、キャビティ17に連通する材料通路18が形成されている。材料通路18の入口部に、射出ノズル19の先端が接合することができる。固定盤12に、複数本のタイバー25(図1に1本のみ示す)が互いに平行に設けられている。これらタイバー25に沿って、移動盤13が移動するようになっている。
タイバー25に係合部26が形成されている。移動盤13には、係合部26に対して係脱可能なハーフナット等のロック部材27が設けられている。ロック部材27は、油圧シリンダ等のアクチュエータ28によって、タイバー25の径方向に駆動される。ロック部材27がアクチュエータ28によって係合部26と噛合う方向に駆動されたとき、移動盤13がタイバー25に固定される。ロック部材27がアクチュエータ28によって係合部26から離脱する方向に駆動されたとき、移動盤13とタイバー25との固定が解除され、移動盤13がタイバー25の軸線方向に移動可能となる。
固定盤12に移動盤駆動モータ30が取付けられている。移動盤駆動モータ30の出力軸に、送りねじ31が取付けられている。送りねじ31は、タイバー25と平行な方向に延びている。移動盤13にナット部材32が設けられている。ナット部材32は送りねじ31に螺合している。このため移動盤駆動モータ30が回転すると、ナット部材32を介して、移動盤13がタイバー25に沿って、図1に矢印Aまたは矢印Bで示す方向に移動する。
この型駆動装置10は、油圧によって駆動されるシリンダ機構40と、油圧以外の駆動源によって駆動される付属駆動機構41とを備えている。シリンダ機構40は、固定盤12に設けたシリンダ本体45と、シリンダ本体45に収容されたピストン部材46と、ピストン部材46に設けられたロッド47などを含んでいる。ピストン部材46は、シリンダ本体45の内部において、シリンダ本体45の軸線Xに沿って、第1の方向M1(図2に示す)とその反対の第2の方向M2に移動することができる。
シリンダ本体45は、実質的に固定盤12と一体に形成された第1シリンダ部51と、第1シリンダ部51に取付けられた第2シリンダ部52と、第2シリンダ部52に取付けられた支持部材53などを備えている。支持部材53に軸受54が設けられている。
ピストン部材46は、第1ピストン61と、第2ピストン62と、軸部63などを有している。第1ピストン61と第2ピストン62は実質的に一体に形成されていてもよい。第2ピストン62の外径は第1ピストン61の外径よりも小さいが、ロッド47の外径よりも大きい。軸部63の外径は第2ピストン62の外径よりも小さく、ロッド47の外径と同等である。ロッド47は、シリンダ本体45の端壁64に形成された孔65に挿通されている。ロッド47は、実質的に前記タイバー25に連なっている。
図2は、シリンダ機構40の油圧回路70を示している。シリンダ機構40は、第1ピストン61を境にして、図2において左側に位置する第1の圧力発生部71と、右側に位置する第2の圧力発生部72とを有している。
第1の圧力発生部71は、ピストン部材46の一方側(図2において左側)の受圧面とシリンダ本体45の内面とによって形成され、ピストン部材46が第1の方向M1に移動する際に容積が増加する。第2の圧力発生部72は、ピストン部材46の他方側(図2において右側)の受圧面とシリンダ本体45の内面とによって形成され、ピストン部材46が第1の方向M1に移動する際に容積が減少する。
第1の圧力発生部71は、一つの油室(第1油室81のみ)からなる。第2の圧力発生部72は、複数の油室(第2油室82と第3油室83)を含んでいる。さらに詳しくは、第1シリンダ部51の内部が、第1ピストン61によって、第1油室81と第2油室82とに仕切られている。第2ピストン62は、第2シリンダ部52に挿入されている。軸部63は、第2シリンダ部52に形成された孔85を通って、支持部材53側に突出している。第2シリンダ部52の内部に第3油室83が形成されている。
第1油室81のピストン受圧面積は、実質的に、第2油室82および第3油室83の各ピストン受圧面積の和に等しい。
またこの油圧回路70は、第1油室81に接続された第1油路91と、第2油室82に接続された第2油路92と、第3油室83に接続された第3油路93と、ドレン配管94などを含んでいる。第1油路91と第2油路92は差動油路95によって互いに連通している。差動油路95の途中にロジック弁96が設けられている。
ロジック弁96はパイロット圧によって開閉が制御される。例えばパイロット圧が加わればロジック弁96が閉弁し、パイロット圧が除去されればロジック弁96が開弁する。ロジック弁96が開弁すれば第1油路91と第2油路92が互いに連通し、ロジック弁96が閉じれば第1油路91と第2油路92が互いに遮断される。
第2油路92と第3油路93に、例えばソレノイドによって駆動される切換弁100が接続されている。この切換弁100は、例えばソレノイドが励磁されていないときには第2油路92と第3油路93を遮断し、ソレノイドが励磁されたときに第2油路92と第3油路93とを連通させるように、流路を切換えることができる。第1油路91と第3油路93は、それぞれ、切換弁110を介して油圧ポンプ111に接続されている。符号112は油を貯めるタンクを示している。
付属駆動機構41は、油圧以外の駆動源として機能するサーボモータ120と、サーボモータ120の回転を動力伝達機構121を介して軸方向動力に変換するボールねじ122などからなる。ボールねじ122は、ピストン部材46の軸部63に設けたナット部材123に螺合している。
この付属駆動機構41によってピストン部材46を第1の方向M1と第2の方向M2に移動させることができる。すなわち、サーボモータ120によってボールねじ122を第1の方向に回転させれば、ピストン部材46が第1の方向M1に移動する。第1の方向M1は、前記移動型16の型締方向である。サーボモータ120によってボールねじ122を第2の方向に回転させれば、ピストン部材46が第2の方向M2に移動する。第2の方向M2は、移動型16の型開放方向である。
以下に、前記型駆動装置10を備えた射出成形機11の作用について説明する。
移動型16の型開放を行う際には、ロック部材27をアクチュエータ28によってタイバー25の係合部26から離脱させる。この状態で移動盤駆動モータ30を回転させることにより、移動盤13を図1の矢印A方向に移動させる。こうすることにより、移動型16が固定型15から離れる。
移動型16を型締方向に移動させる際には、ロック部材27をアクチュエータ28によってタイバー25の係合部26に噛合わせる。このときロック部材27が係合部26に対して所定の位置で噛合うことができるように、付属駆動機構41によって、タイバー25を軸線方向に高速移動させる。そののちアクチュエータ28によって、ロック部材27を係合部26に噛合わせる。この状態で移動盤駆動モータ30を逆方向に回転させることにより、移動盤13を矢印B方向に移動させる。そして移動型16を固定型15に対して僅かなギャップGが生じる位置に停止させる。
そののち、射出ノズル19から材料をキャビティ17に射出する。キャビティ17内に材料が充填されたのち、図2に示す切換弁110の流路を第1ポジションP1に切換えることにより、ポンプ111によって加圧された作動油を、切換弁110を介して第1油路91に供給する。
第1油路91に供給された作動油の圧力が第1油室81に加わるとともに、作動油の圧力が差動油路95と第2油路92を介して第2油室82に作用する。このため、第1油室81のピストン受圧面積と第2油室82のピストン受圧面積の差に応じた差圧が発生することにより、ピストン部材46が第1の方向M1に移動する。このとき第2油室82内の作動油が、差動油路95と第1油路91を経て第1油室81に戻される。このため、ポンプ111から第1油室81に供給する作動油量を少なくすることができる。第3油室83内の作動油はタンク112に戻される。
第1油室81に供給された作動油によって、ピストン部材46が第1の方向M1に移動することにより、キャビティ17内に充填されていた材料が高圧でプレスされ、それに伴って、図1に示すギャップGが減少する。その後、保圧と冷却工程とを経て成形品が所定形状に成形される。
そののち、型開放工程において、切換え弁110を第2ポジションP2に切換えることにより流路を切換え、ポンプ111からの作動油を第3油路93を介して第3油室83に供給する。こうすることにより、ピストン部材46が第2の方向M2に移動する。このとき第1油室81内の作動油は第1ピストン61により第1油路91に押し出され、第1油路91を経てタンク112に回収される。また作動油の一部は、ロジック弁96を経て第2油室82に流入する。
ピストン部材46が第2の方向M2に移動すると、タイバー25も第2の方向M2に移動する。移動盤13も同じ方向に移動することにより、移動型16が型開放方向に移動する。その後、アクチュエータ28によってロック部材27をタイバー25の係合部26から離脱させる。そして移動盤駆動モータ30を回転させることにより、移動盤13を型開放方向(図1に矢印Aで示す方向)に大きなストロークで高速移動させる。こうすることにより、固定型15と移動型16との間が大きく広がり、キャビティ17から成形品を取出すことが可能となる。
付属駆動機構41によってピストン部材46を第1の方向M1あるいは第2の方向M2に駆動するときの様子を、図2と図3を参照して説明する。付属駆動機構41によってピストン部材46を第1の方向M1に移動させるときは、切換弁100のソレノイドを励磁することによって、図3に示すように切換弁100の流路を切換える。これにより、第2油路92と第3油路93が互いに連通する。ロジック弁96は開弁しているため、第1油路91と第2油路92が互いに連通する。
ここでサーボモータ120を作動させ、ボールねじ122を回転させることにより、ピストン部材46を第1の方向M1に駆動する。このとき第1油室81の容積が増大することに伴い、第2油室82内の作動油が差動油路95を経て第1油室81に流入する。また第3油室83内の作動油が切換弁100を経て第1油室81に流入する。第1油室81のピストン受圧面積は、第2油室82と第3油室83のピストン受圧面積の和と同等であるため、ピストン部材46が第1の方向M1に移動しても各油室81,82,83の作動油の総量は実質的に変化しない。このため、タンクからの作動油の吸込みを不要または少量とすることができる。
サーボモータ120を逆方向に回転させ、ピストン部材46を第2の方向M2に駆動するときも、切換弁100のソレノイドを励磁することによって、図3に示すように切換弁100の流路を切換えておく。付属駆動機構41によってピストン部材46が第2の方向M2に移動すると、第1油室81の容積が減少することに伴い、第1油室81内の作動油の一部が差動油路95を経て第2油室82に流入する。また第1油室81内の作動油の一部が切換弁100を経て第3油室83に流入する。
すなわちピストン部材46が第2の方向M2に移動するときも、各油室81,82,83の作動油の総量は実質的に変化しない。このため、タンクからの作動油の吸込みを不要または少量とすることができる。
設計上、第1油室81のピストン受圧面積を、第2油室82と第3油室83を合わせたピストン受圧面積と等しくしても、現実的にはシリンダ機構40の加工誤差等を考慮すると、僅かに作動油量の過不足を生じることがある。この場合、ドレン配管94を介して作動油を第2油室82に出入りさせることで、作動油の過不足に対応することができる。
本実施形態では、ピストン受圧面積が互いに異なる第1油室81と第2油室82とを差動油路95によって連通させ、ピストン部材46を第1の方向M1に駆動する際に第2油室82内の作動油を第1油室81に流入させるため、ポンプ111から第1油室81に供給する作動油の量を少なくすることができる。また第3油室83の容積を小さくすることができるので、ピストン部材46を第2の方向M2に移動させる際に第3油室83に供給する作動油の量を低減でき、容量が小さいポンプ111を使用することができる。
次に本発明の第2の実施形態について、図4を参照して説明する。図4に示す型駆動装置10Aのピストン部材46は、第1ピストン61と、第1ピストン61に固定された複数の第2ピストン130を備えている。これら第2ピストン130はシリンダ本体45の仕切り壁131を貫通し、それぞれ補助シリンダ132に挿入されている。補助シリンダ132の内部に第3油室83が形成されている。これら第3油室83は油路133によって互いに連通している。それ以外の構成について、この第2の実施形態の型駆動装置10Aは第1の実施形態と同様であるため、両者に共通の部位に共通の符号を付して説明を省略する。
この第2の実施形態の型駆動装置10Aも、第1油室81のピストン受圧面積と、第2および第3油室82,83のピストン受圧面積の和とが、互いに同等である。このため第2の実施形態も第1の実施形態と同等の作用および効果を奏することができる。しかも第2の実施形態の型駆動装置10Aは、従来のシリンダ機構(例えば図6に示すシリンダ機構)のピストン部材に、第2ピストン130と補助シリンダ132を追加することなどによって構成できる。このため従来のシリンダ機構を利用することが可能であり、低コスト化に寄与できるという利点がある。
図5は本発明の第3の実施形態を示している。この実施形態の型駆動装置10Bは、第1ピストン61の一端側に第2ピストン62が形成され、第1ピストン61の他端側に軸部63が形成されている。このピストン部材46も、サーボモータ120を駆動源とする付属駆動機構41によって、第1の方向M1と第2の方向M2とに移動させることができる。第2ピストン62の端部に第3ピストン140が取付けられている。第3ピストン140は、シリンダ本体45に設けた補助シリンダ141の内部に挿入されている。それ以外の構成について、この第3の実施形態の型駆動装置10Bは第1および第2の実施形態と同様であるため、第1および第2の実施形態と共通の部位に共通の符号を付して説明を省略する。
第3の実施形態の型駆動装置10Bも、第1油室81のピストン受圧面積と、第2および第3油室82,83のピストン受圧面積の和とが、互いに同等である。このため第3の実施形態も第1および第2の実施形態と同等の作用および効果を奏することができる。なお、第1油室81のピストン受圧面積と、第2および第3油室82,83のピストン受圧面積の和とが完全に同一であれば、第1および第2の実施形態で述べたドレン配管94を省略することが可能である。
本発明の第1の実施形態に係る型駆動装置を備えた射出成形機の一部の断面図。 図1に示された型駆動装置のシリンダ機構の断面と油圧回路を示す図。 図2に示された油圧回路の切換弁の流路が切換わった状態を示す図。 本発明の第2の実施形態に係る型駆動装置のシリンダ機構の断面と油圧回路を示す図。 本発明の第3の実施形態に係る型駆動装置のシリンダ機構の断面と油圧回路を示す図。 従来の型駆動装置のシリンダ機構の断面と油圧回路を示す図。
符号の説明
10,10A,10B・・・型駆動装置
40・・・シリンダ機構
41・・・付属駆動機構
45・・・シリンダ本体
46・・・ピストン部材
70・・・油圧回路
71・・・第1の圧力発生部
72・・・第2の圧力発生部
81・・・第1油室
82・・・第2油室
83・・・第3油室

Claims (2)

  1. 成形機の移動型を駆動するためのシリンダ機構を有する型駆動装置であって、
    前記シリンダ機構は、
    シリンダ本体と、
    前記シリンダ本体に収容され該シリンダ本体の軸線に沿って第1の方向とその反対の第2の方向に移動可能なピストン部材と、
    前記ピストン部材の一方側の受圧面と前記シリンダ本体の内面とによって形成され該ピストン部材が前記第1の方向に移動する際に容積が増加する第1の圧力発生部と、
    前記ピストン部材の他方側の受圧面と前記シリンダ本体の内面とによって形成され該ピストン部材が前記第1の方向に移動する際に容積が減少する第2の圧力発生部とを有し、
    前記第1の圧力発生部が一つの第1油室を有し、
    前記第2の圧力発生部が第2油室と第3油室とを有し、
    前記第1油室と前記第2油室が互いに油路でつながれて差動回路を構成し、該差動回路は、前記ピストン部材が前記第1の方向に移動するときに前記第2油室内の油を前記第1油室に流入させかつ前記ピストン部材が前記第2の方向に移動するときに前記第1油室内の油を前記第2油室に流入させるロジック弁を有し、
    前記シリンダ機構は、前記ピストン部材を前記第1の方向と前記第2の方向に移動させることが可能なサーボモータを有する付属駆動機構を備え、かつ、
    前記第1油室のピストン受圧面積が、前記第2油室と第3油室を合わせたピストン受圧面積と同等であることを特徴とする成形機の型駆動装置。
  2. 請求項1に記載の型駆動装置において、
    前記付属駆動機構が前記サーボモータと該サーボモータの回転を前記ピストン部材に伝えるボールねじとを有したことを特徴とする型駆動装置。
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