JP4728835B2 - 金属射出成形機の射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の金属を射出成形する金属射出成形機の射出装置に関するものである。

図４は従来の金属射出成形機の射出装置の概略構成を示す図である。図４に示す金属射出成形機の射出装置は、加熱筒１０１と加熱筒１０１内に軸方向及び回転方向に駆動自在に設けられるスクリュ１０２とを備えている。その加熱筒１０１内には、ホッパ１０３から成形材料が投入され、その材料が、スクリュ１０２の回転に伴って発生する摩擦熱やせん断熱、及び加熱筒１０１の外周に設けられているヒータ１０４から加えられる熱によって溶融され、スクリュ１０３の回転により混練されて加熱筒１０１の前方に送られるようになっている。加熱筒１０１の先端にはノズル１０５が取り付けられており、射出時には、そのノズル１０５を通して、加熱筒１０１の先端部に蓄えられた溶融状態の成形材料が型閉じされた金型１０６のキャビティ１０７内に注入される。

スクリュ１０２は、モータ１０８によって回転駆動されるとともに、射出用油圧シリンダ１０９内の射出ピストン１１０によって軸方向に駆動されるようになっている。

射出用油圧シリンダ１０９内には、射出ピストン１１０の前部に前部室１１１ａが形成され、後部に後部室１１１ｂが形成されている。前部室１１１ａには、油圧ポンプ１１２により、アキュムレータ１１３へ蓄圧された圧油が流量制御弁１１４を介して供給されるようになっている。また、射出用油圧シリンダ１１９の後部室１１１ｂには、油排出口１１５が設けられている。油排出口１１５は、流量制御弁１１６を介して油タンク１１７につながっており、射出工程において後部室１１１ｂに蓄えられている作動油を油タンク１１７に排出するのに十分な大きさを有している。

上記の射出成形機による射出成形方法は、固体状の成形材料をホッパ１０３から加熱筒１０１内に投入し、モータ１０８によってスクリュ１０２を回転駆動させると同時に射出用油圧シリンダ１０９で軸方向後方に駆動させることにより、加熱筒１０１内において材料を溶融させながらその前方に送って計量する工程と、その計量値が所定の大きさに達したときに射出用油圧シリンダ１０９に圧油を供給することによりスクリュ１０２を軸方向前方に駆動して、計量された溶融状態の材料をノズル１０５から金型１０６のキャビティ１０７内に射出する工程と、保圧圧力を加えながらキャビティ１０７内の材料を冷却する工程とを有し、これらの工程により、その材料をキャビティ１０７が有する所望の形状に成形するものである。

このような射出成形機では、金属合金を射出成形する場合、溶融材料を高速で射出しなければ射出工程中に溶湯が急速に冷却してキャビティ１０７への充填が不十分となる。そこで、金属材料用の通常の射出成形機では、射出用油圧シリンダ１０９ヘの圧油供給源としてアキュムレータ１１３を使用して、スクリュ１０２を軸方向に高速（１〜５ｍ／ｓ）で駆動して、溶融状態の材料を射出する方法が採用されている。

また、射出終了後は、材料の冷却に伴う収縮を補うために保圧という圧力制御工程に入り、加熱筒１０１内に残っている材料を通して金型１０６内の材料に圧力を加えることが必要となっている。その場合、保圧工程への切換が早すぎると、材料の金型１０６内への充填が不十分となり、成形品にヒケが生じてしまう。また、保圧工程への切換が遅すぎると、材料の金型１０６内への充填が過剰となり、バリが発生し、射出成形機や金型１０６の耐久性が低下してしまう。そのために、射出成形方法においては、射出終了時の保圧切換位置が一定に保たれるようにすることが求められている。

図４に示した従来の射出成形機においては、スクリュ位置を検出する位置センサ（不図示）を備え、位置センサで検出したスクリュ位置と設定器（不図示）により設定した保圧切換位置とを比較し、スクリュ１０２が所定の位置に達したところで、アキュムレータ１１３と射出用油圧シリンダ１０９の前部室１１１ａとを繋ぐ配管路に設けられた流量制御弁１１４で作動油の供給を遮断すると同時に、射出用油圧シリンダ１０９の後部室１１１ｂと油タンク１１７とを繋ぐ配管路に設けられた流量制御弁１１６により作動油の排出を遮断し、射出ピストン１１０の速度を急激に減速させて保圧工程へと移行している。高速で射出する場合には油排出口１１５から排出される作動油の流量が大きくなるため、後部室１１１ｂと油タンク１１７とを繋ぐ配管路に設けられた流量制御弁１１６には、ロジック弁等の大流量制御弁が用いられる。従来では、そのようなロジック弁（流量制御弁１１６）は電磁弁またはサーボコントロール弁で制御されている。

しかしながら、ロジック弁を電磁弁で駆動する構成では、応答が遅く保圧切換位置にばらつきが生じるという問題があった。また、ロジック弁をサーボコントロール弁で駆動する構成では、応答が速くなるものの油圧回路が複雑になるという問題があった。

そこで本発明は、油圧回路を複雑にするサーボコントロール弁を用いなくても、射出ピストンの速度を急激に減速させて射出工程から保圧工程へと移行させることが可能な金属射出成形機の射出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の金属射出成形機の射出装置は、加熱筒と、該加熱筒内に回転可能にかつ前後進可能に設けられたスクリュと、該スクリュを少なくともその軸方向前方に駆動する射出ピストンを収容した射出用油圧シリンダとを有し、前記射出用油圧シリンダ内には前記射出ピストンによって仕切られた第１の室と第２の室とが形成されており、前記射出ピストンは、前記第１の室に圧力をかけた作動油が供給される一方で、第２の室内の作動油が第２の室から排出されることで、前記スクリュをその軸方向前方に駆動するように構成されている金属射出成形機の射出装置において、前記第２の室には作動油を排出するための複数の油排出口が形成されており、前記複数の油排出口のうちの１つは、前記射出ピストンが最前進位置まで前進する間に前記射出ピストンによって完全にまたは大部分が塞がれる第１の油排出口であることを特徴とする。

上記本発明の構成によれば、射出工程における射出ピストンの前進に伴って射出ピストン自身によって、射出用油圧シリンダの第２の室に形成された第１の油排出口が塞がれるため、如何なる射出速度においても、射出ピストンが第１の油排出口を塞いだ後に直ちにブレーキ圧が発生し、射出ピストンの減速を開始することができる。したがって、この構成によれば、第１の油排出口に接続された配管路に設けられた流量調整弁を高応答のサーボコントロール弁ではなくて電磁弁で制御する構成とした場合でも、射出ピストンが第１の油排出口を塞いだ後に直ちに射出ピストンの減速を開始することが可能となる。

さらに、前記第１の油排出口は、射出装置が射出工程から保圧工程に切り替わる時に前記射出ピストンによって塞がれる位置に配置されていてもよい。これにより、射出工程から保圧工程への切換位置を射出ピストンが第１の油排出口を塞ぐ位置に一定に保つことが可能となる。

さらには、第１の油排出口は正方形または長方形の形状に形成されており、かつ正方形または長方形の対向する一対の辺が前記射出ピストンの軸方向に沿って配置されている構成としてもよい。

また、複数の油排出口のうちの、前記第１の油排出口以外の油排出口は、前記射出ピストンの位置に関わらず前記射出ピストンによって塞がれることがない位置に配置されている第２の油排出口としてもよい。これにより、射出ピストンを減速させた後は、第２の室内の作動油は原則として第２の油排出口から排出されることとなり、第１の室に供給する作動油の圧力を制御することで射出工程から保圧工程に円滑に移行させることが可能となる。

さらに、第２の油排出口の開口面積は前記第１の油排出口の開口面積の１／１０以下である構成としてもよい。

さらには、前記第２の油排出口からの作動油の排出流量は、前記第２の油排出口に接続
された配管路に設けられた流量調整弁によって調節されてもよい。

あるいは、前記第２の油排出口からの作動油の排出流量は、前記第２の油排出口の数および／または開口面積によって調節されてもよい。

上記本発明によれば、油圧回路を複雑にするサーボコントロール弁を用いなくても、射出ピストンの速度を急激に減速させて射出工程から保圧工程へと移行させることが可能な金属射出成形機の射出装置を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態による金属射出成形機の射出装置の概略構成を示す図である。

本実施形態の金属射出成形機の射出装置は、射出用油圧シリンダ９の後部室１１ｂには、射出ピストン１０の所望の保圧切換位置で射出ピストン１０によって完全にまたは大部分が塞がれる第１の油排出口１５ａと、射出ピストン１０の最前進位置においても射出ピストン１０によって塞がれることのない第２の油排出口１５ｂとが設けられている。第１の油排出口１５ａは射出用油圧シリンダ９の側面部に形成され、第２の油排出口１５ｂは射出用油圧シリンダ９の端面部に形成されている。

第１の油排出口１５ａは、流量制御弁１６を介して油タンク１７に繋がっており、射出工程において後部室１１ｂに蓄えられている作動油を油タンク１７に排出するのに十分な大きさの開口面積を有している。また、第２の油排出口１５ｂは、流量制御弁１８を介して油タンク１７に繋がっており、保圧工程において後部室１１ｂにある作動油を油タンク１７に排出する。ただし、第２の油排出口１５ｂは保圧工程の流量及び計量工程の射出ピストン１０の後退に必要な流量の作動油を流せればよいので、第１の油排出口１５ａに比べて開口面積が小さくてもよい。例えば、第２の油排出口１５ｂの開口面積は第１の油排出口１５ａの開口面積の１／１０以下であってもよい。

なお、本実施形態の金属射出成形機の射出装置における加熱筒１、スクリュ２、ホッパ３、ヒータ４、ノズル５、金型６、キャビティ７、モータ８、射出用油圧シリンダ９、射出用油圧ピストン１０、第１の室としての前部室１１ａ、第２の室としての後部室１１ｂ、油圧ポンプ１２、アキュムレータ１３、流量制御弁１４，１６、および油タンク１７の各構成は図４に示した従来技術の各構成と同様であるので、それらに関する説明は省略する。

本実施形態の射出装置による射出成形方法も、図４に示した従来技術と同様に、固体状の成形材料をホッパ３から加熱筒１内に投入し、モータ８によってスクリュ２を回転駆動させると同時に射出用油圧シリンダ９で軸方向後方に駆動させることにより、加熱筒１内において材料を溶融させながらその前方に送って計量する工程と、その計量値が所定の大きさに達したときに射出用油圧シリンダ９に圧油を供給することによりスクリュ２を軸方向前方に駆動して、計量された溶融状態の材料をノズル５から金型６のキャビティ７内に射出する工程と、保圧圧力を加えながらキャビティ７内の材料を冷却する工程とを有し、これらの工程により、その材料をキャビティ７が有する所望の形状に成形するものである。

ただし、本実施形態は以下の点において従来技術と動作が異なる。射出工程において、射出用油圧シリンダ９の前部室１１ａにアキュムレータ１３から圧油が供給されると、射出ピストン１０は、後部室１１ｂの第１の油排出口１５ａから作動油を排出させながら射出方向に前進する。射出ピストン１０の前進に伴って射出ピストン１０が保圧切換位置に達すると、射出用油圧シリンダ９の後部室１５ａに設けられた第１の油排出口１５ａは、射出ピストン１０によって完全にまたは大部分が塞がれた状態となる。一方、第２の油排出口１５ｂから排出される作動油は、第２の油排出口１５ｂと油タンク１７とを繋ぐ配管路に設けられた流量制御弁１８によって、保圧工程中に必要な流量しか排出されないように制御されている。

これらの構成によって、射出ピストン９が保圧切換位置まで達すると、後部室１１ｂからの作動油の排出が制限され、射出ピストン１０を急激に減速させることができる。また、射出ピストン１０を減速させた後は、流量制御弁１８で設定した流量の作動油だけを第２の油排出口１５ｂから排出させることが可能となるので、前部室１１ａに供給する圧油の圧力を制御することで射出工程から保圧工程に円滑に移行させることができる。このように、本実施形態の構成では、射出工程から保圧工程への切換位置は、射出ピストン１０が第１の油排出口１５ａを塞ぐ位置となる。したがって、この切換位置は固定された位置となるため、成形品に対する保圧切換の時期は計量完了位置を調節することで調節可能である。

以上のように、本実施形態の射出装置によれば、射出工程における射出ピストン１０の前進に伴って射出ピストン１０自身によって射出用油圧シリンダ９の後部室１１ｂ側の第１の油排出口１５ａが塞がれるため、如何なる射出速度においても、射出ピストン１０が油排出口１５ａを塞いだ後（射出ピストン９が保圧切換位置まで達した後）に直ちにブレーキ圧が発生し、射出ピストン１０の減速を開始することができる。したがって、この構成によれば、保圧工程への切換位置を一定に保つことができ、かつ、流量調整弁１６を高応答のサーボコントロール弁ではなくて電磁弁で制御する構成とした場合でも、射出ピストン９が保圧切換位置まで達した後に直ちに射出ピストン１０の減速を開始することができる。また、高応答のサーボコントロール弁などを必要としないので油圧回路を簡単な構造で構成することができる。

さらに、第２の油排出口１５ｂと油タンク１７との間に設けられた流量制御弁１８を保圧工程に必要となる排出流量に設定しておくことで、射出工程から保圧工程に円滑に移行することが可能となる。なお、第２の油排出口１５ｂからの作動油の排出流量の調節は、上記のように流量制御弁１８を用いることに代えて、第２の油排出口１５ｂの数量や開口面積を適宜設定することで行うこともできる。

ここで第１の油排出口１５ａの形状について説明すると、第１の油排出口１５ａは例えば図２に示すような正方形形状や、あるいは長方形形状を有していることが好ましい。さらに、そのような形状を有する第１の油排出口１５ａは、対向する一対の辺が射出ピストン１０の射出移動方向（軸方向）に沿って配置されていることが好ましい。

以下、第１の油排出口１５ａが正方形形状や長方形形状を有し、かつその対向する一対の辺を射出ピストン１０の射出移動方向に沿って配置することの利点について、図３を参照して説明する。比較として、第１の油排出口１５ａの形状を一辺の長さがＲの正方形とした場合（図３（ａ）の実線）と、直径Ｒの円形とした場合（図３（ａ）の二点鎖線）とを参照して説明する。

第１の油排出口１５ａが円形形状の場合と正方形または長方形形状の場合とを比較すると、図３（ｂ）（ｉ）および（ii）に示すように、第１の油排出口１５ａが射出ピストン１０によって次第に塞がれていく際、円形形状に比べて正方形または長方形形状の方が塞がれる直前における第１の油排出口１５ａの開口面積が大きくなるので、第１の油排出口１５ａが塞がれる直前での射出速度の減速を抑えることが可能である。

本発明の一実施形態による金属射出成形機の射出装置の概略構成を示す図である。 図１に示した射出装置における第１の油排出口の形状例を示す図である。 第１の油排出口が射出ピストンによって次第に塞がれていく際の、射出ピストンの位置と第１の油排出口の開口面積との関係を説明する図である。 従来の金属射出成形機の射出装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 加熱筒
２ スクリュ
３ ホッパ
４ ヒータ
５ ノズル
６ 金型
７ キャビティ
８ モータ
９ 射出用油圧シリンダ
１０ 射出用油圧ピストン
１１ａ 前部室
１１ｂ 後部室
１２ 油圧ポンプ
１３ アキュムレータ
１４，１６，１８ 流量調整弁
１５ａ 第１の油排出口
１５ｂ 第２の油排出口
１７ 油タンク

Claims (7)

1. 加熱筒（１）と、該加熱筒（１）内に回転可能にかつ前後進可能に設けられたスクリュ（２）と、該スクリュ（２）を少なくともその軸方向前方に駆動する射出ピストン（１０）を収容した射出用油圧シリンダ（９）とを有し、
   前記射出用油圧シリンダ（９）内には前記射出ピストン（１０）によって仕切られた第１の室（１１ａ）と第２の室（１１ｂ）とが形成されており、前記射出ピストン（１０）は、前記第１の室（１１ａ）に圧力をかけた作動油が供給される一方で、第２の室（１１ｂ）内の作動油が第２の室（１１ｂ）から排出されることで、前記スクリュ（２）をその軸方向前方に駆動するように構成されている金属射出成形機の射出装置において、
   前記第２の室（１１ｂ）には作動油を排出するための複数の油排出口（１５ａ，１５ｂ）が形成されており、
   前記複数の油排出口のうちの１つは、前記射出ピストン（１０）が最前進位置まで前進する間に前記射出ピストン（１０）によって完全にまたは大部分が塞がれる第１の油排出口（１５ａ）であることを特徴とする金属射出成形機の射出装置。
2. 前記第１の油排出口（１５ａ）は、射出装置が射出工程から保圧工程に切り替わる時に前記射出ピストン（１０）によって塞がれる位置に配置されている、請求項１に記載の金属射出成形機の射出装置。
3. 前記第１の油排出口（１５ａ）は正方形または長方形の形状に形成されており、かつ正方形または長方形の対向する一対の辺が前記射出ピストン（１０）の軸方向に沿って配置されている、請求項１または２に記載の金属射出成形機の射出装置。
4. 前記複数の油排出口のうちの、前記第１の油排出口（１５ａ）以外の油排出口は、前記射出ピストン（１０）の位置に関わらず前記射出ピストン（１０）によって塞がれることがない位置に配置されている第２の油排出口（１５ｂ）である、請求項１から３のいずれか１項に記載の金属射出成形機の射出装置。
5. 前記第２の油排出口（１５ｂ）の開口面積は前記第１の油排出口（１５ａ）の開口面積の１／１０以下である、請求項４に記載の金属射出成形機の射出装置。
6. 前記第２の油排出口（１５ｂ）からの作動油の排出流量は、前記第２の油排出口（１５ｂ）に接続された配管路に設けられた流量調整弁（１８）によって調節される、請求項４または５に記載の金属射出成形機の射出装置。
7. 前記第２の油排出口（１５ｂ）からの作動油の排出流量は、前記第２の油排出口（１５ｂ）の数および／または開口面積によって調節される、請求項４または５に記載の金属射出成形機の射出装置。

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