JP5497092B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、固定側部材と、成形品を得るときに一方向に駆動され、一旦停止して他の方向に駆動される被駆動側部材とからなる射出成形機に関するもので、より具体的には成形品を得るときに往復動的に駆動される被駆動側部材に関連して発電装置が設けられ、成形品を得るときに機械的エネルギが電気的エネルギとして回収されるようになっている射出成形機に関するものである。

電動式射出成形機は、従来周知で、概略的には射出装置と型締装置とから構成されている。射出装置は、加熱シリンダ、この加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ等から構成され、このスクリュは可塑化用および射出用の電動サーボモータで駆動されるようになっている。型締装置は、可動盤を固定盤に型締め方向あるいは型開き方向に駆動するトグル機構から構成され、このトグル機構も電動サーボモータ等で駆動されるようになっている。

したがって、加熱シリンダの外周部に設けられているヒータによりシリンダの内部を加熱すると共に、加熱シリンダの一方の端部から樹脂材料を供給し、可塑化用電動サーボモータによりスクリュを回転駆動すると、樹脂材料は溶融・計量される。そして、型締め用の電動サーボモータによりトグル機構を駆動して、可動盤に取り付けられている可動金型を、固定盤に取り付けられている固定金型の方へ往方向に駆動して型締し、そして射出用電動サーボモータによりスクリュを軸方向に駆動すると、所定温度の溶融状態の樹脂材料は型締された金型のキャビティに射出・充填される。所定温度に冷却されるのを待って可動金型を、固定金型から離間する方向に開くと、待避していたエジェクタピンが突き出て、成形品は突き出される。このエジェクタピンは可動金型を型締めするとき待避する。以下のサイクルを繰り返して成形品を得ることができる。

ところで、上記説明からも理解されるように、射出成形機においては、加熱シリンダを加熱するとき、あるいは金型を冷却するとき熱エネルギを消耗する。そこで、特許文献１により加熱シリンダの外周部に巻かれているバンドヒータの外側に熱発電素子を取り付け、前記加熱シリンダが高温に加熱されるときの発電素子に伝わる熱と、外気温度との間の温度差により発電する熱回収方法が提案されている。また、射出成形機やダイカストマシンにおいて、金型の温度を一定に保つために、金型内には所定温度の冷却媒体が供給され、そして排出されるが、この流入する冷却媒体と流出する冷却媒体との間の温度差を利用して発電する排熱回収方法が特許文献２により提案されている。

特開２００９−３２６１６４号公報 特開２０１０−３６３３８号公報 特開２００１−１５４７８５号公報

一方、力学的なエネルギから電気エネルギを得る方法として圧電素子あるいはピエゾ素子を用いる方法が知られている。これを使用したキーボード発電装置が特許文献３に示されている。この発電装置は、ノート型パソコンのキーの下方に配置された圧電素子からなっている。したがって、キーを押す操作をする毎に圧電素子には圧力が加わり、電圧すなわち電力が得られる。

上記のように、射出成形機あるいは成形機においては、熱エネルギは有効に電気エネルギに変換・回収されているといえる。しかしながら、射出成形機においては前述したように、例えば型締装置の構成要素は成形品を得るたびに往復動的に駆動され、方向が変わるときは一旦停止するが、駆動速度を落として停止させるための機械的なエネルギは無駄になっている。

上記した特許文献３により提案されている発電装置は、一応機械的な押圧力で発電するようになってはいる。しかし、人の指の力で押圧するもので、必ずしも機械的エネルギの回収とはいえない。すなわち、人力により得られる電気エネルギである。また、一般に圧電材料、例えば母材にニオブ、タンタル、ランタン、ビスマス等の添加物を添加した圧電材料は、荷重の増加と共に出力電圧も増加するが、高い電圧を得ようとすると、キーの操作は重くなり、実用的とはいえない。

したがって、本発明は、機械的エネルギを電気的エネルギとして回収するエネルギ回収装置すなわち発電装置を備えた射出成形機を提供することを目的としている。具体的には、従来周知のように、電車、自動車、エレベータ等は運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する回生制動装置を備えているが、運動エネルギは、速度の自乗に比例するので、ある程度の速度で運動している物体からは、回生制動により回収することはできる。しかしながら、往復動的に駆動される物体が方向を変更するときは、一旦速度をゼロにする必要があるが、速度がゼロになる近傍では回生制動は効かない。本発明は、速度がゼロになる近傍においても、機械的なエネルギを電気エネルギとして回収することができる射出成形機を提供しようとするものである。

本発明は、上記目的を達成するために、成形品を得るときに往復動的に駆動される射出成形機の構成要素すなわち被駆動部材が方向を変更するために減速し一旦停止する位置の近傍に、圧電素子と該圧電素子を加圧する加圧部材とからなる発電装置が設けられる。この圧電素子は、射出成形機の固定側部材であるベッド側に設けられ、加圧部材は往復動的に駆動される被駆動側部材に設けられる。または、逆に圧電素子は前記被駆動側部材に、そして加圧部材はベッドのような固定側部材に取り付けられる。

すなわち、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、固定側部材と、成形品を得るときに一方向に駆動され、一旦停止して他の方向に駆動される被駆動側部材と、前記被駆動側部材に関連して設けられている発電装置とからなる射出成形機であって、前記発電装置は、前記被駆動側部材が一旦停止する位置の近傍の、前記固定側部材に設けられている圧電素子と、被駆動側部材に設けられ、該被駆動側部材が一旦停止する位置の近傍において前記圧電素子を加圧する加圧部材とから構成される。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の射出成形機において、前記加圧部材が前記被駆動側部材の一部であるように構成される。

請求項３に記載の発明は、固定側部材と、成形品を得るときに一方向に駆動され、一旦停止して他の方向に駆動される被駆動側部材と、前記被駆動側部材に関連して設けられている発電装置とからなる射出成形機であって、前記発電装置は、前記被駆動側部材に設けられている圧電素子と、前記被駆動側部材が停止する位置の近傍の、前記固定側部材に設けられ、前記被駆動側部材が一旦停止する位置の近傍において前記圧電素子を加圧する加圧部材とから構成される。請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の射出成形機において、前記被駆動側部材が固定盤に対して型開閉される可動盤、成形品を突き出すエジェクタピンが設けられているエジェクタプレート、射出装置が取り付けられている基台、またはスクリュを軸方向に駆動する部材であるように構成される。

以上のように、本発明によると、発電装置は、被駆動側部材が一旦停止する位置の近傍の、固定側部材に設けられている圧電素子と、前記被駆動側部材に設けられ、該被駆動側部材が一旦停止する位置の近傍において前記圧電素子を加圧する加圧部材とからなるので、あるいは発電装置は、前記被駆動側部材に設けられている圧電素子と、前記被駆動側部材が停止する位置の近傍の、前記固定側部材に設けられ、前記被駆動側部材が一旦停止する位置の近傍において前記圧電素子を加圧する加圧部材とからなるので、成形品を得るときに、あるいは成形品を得る度に機械的エネルギが電気エネルギとして回収される。このとき、本発明によると、圧電素子あるいは該圧電素子を加圧する加圧部材は被駆動側部材が停止する位置の近傍に配置されているので、回生制動で回収できないような運動エネルギあるいは機械的エネルギを回収できるという効果が得られる。

本発明の実施の形態に係る電動射出成形機を示す図で、その（ア）は全体を示す正面図、その（イ）は可動盤と、圧電素子の取り付け関係を示す正面図、その（ウ）は金型と圧電素子の取り付け関係を示す断面図である。

以下、図１によって本発明の実施の形態をトグル式型締装置を備えた電動射出成形機を例にとって説明する。本実施の形態に係わる電動射出成形機は、射出装置１と、この前方に配置されている型締装置１０とからなっている。射出装置１は、加熱シリンダ２、この加熱シリンダ２内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ、このスクリュを回転方向に駆動する可塑化用電動サーボモータ４、スクリュを軸方向すなわち射出方向に駆動する射出用電動サーボモータ５等から構成されている。可塑化用電動サーボモータ４と射出用電動サーボモータ５は、周知のように、歯車機構、ボールネジ機構等を介してスクリュ軸に結合されている。

上記のように構成されている射出装置１は、基台６上に取り付けられ、この基台６はベッド７上に軸方向に移動可能に設けられている。したがって、射出装置１は、型締装置１０に対して、そのノズル３が当接する方向と離間する方向とに移動可能である。そのための移動用電動サーボモータがベッド７に取り付けられているが、この移動用電動サーボモータ、その出力軸と基台６との間に設けられている回転運動を直線運動に変換するネジ機構等は図１には示されていない。

型締装置１０のトグル式型締装置の外形あるいは本体は、従来のトグル式型締装置と同様に構成されている。すなわち、ベッド７上に固定されている固定盤１１、この固定盤１１と間隔をおいてベッド７上に軸方向に移動自在に設けられている型締ハウジング１３、固定盤１１と型締ハウジング１３との間に設けられている４本のタイバ１４、１４、…、４本のタイバ１４、１４、…によって軸方向に案内移動される可動盤１２、可動盤１２を型閉じ方向あるいは型開き方向に駆動するトグル機構２０、このトグル機構２０を駆動する型締用サーボモータ３０等から構成されている。

タイバ１４、１４、…の一方の端部は、固定盤１１の４隅の透孔に通され、そして固定盤１１に固定されている。タイバ１４、１４、…の他方の端部は、型締ハウジング１３の４隅を貫通し、その外方まで延びている。そして、型締ハウジング１３の外側において、タイバ１４、１４、…にはネジが形成され、このネジに型厚調整用ナット１５、１５、…が螺合されている。

トグル機構２０も従来周知であるので詳しい説明はしないが、比較的長い一対の第１リンク、比較的短い一対の第２リンク、一対の第３リンク、クロスヘッド２１等から構成されている。そして、第１リンクの一方の端部は、可動盤１２にピン結合され、他方の端部は第２リンクの一方の端部に同様にピン結合されている。第２リンクの他方の端部は、型締ハウジング１３に、そして第３リンクの端部は第２リンクとクロスヘッド２１とにそれぞれ同様にピン結合されている。

型締ハウジング１３の略中央部に形成されている透孔にはボールネジ２２が設けられ、ボールネジ２２は軸方向への移動は規制されているが回転自在に設けられている。トグル機構２０のクロスヘッド２１には、ボールナット２３が固定され、このボールナット２３はボールネジ２２に螺合している。型締ハウジング１３の外側に突き出たボールネジ２２には、大プーリ２４が固着され、この大プーリ２４は、型締用サーボモータ３０に設けられている小プーリ２５とベルト２６によって掛け回されている。従って型締用サーボモータ３０を正方向あるいは逆方向に駆動すると、ボールネジ２２が回転してクロスヘッド２１が軸方向に駆動され、可動盤１２は型閉じ方向あるいは型開き方向に往復動的に駆動されることになる。

固定盤１１には、従来周知のように固定金型Ｋ１が、そして可動盤１２には可動金型Ｋ２が取り付けられ、可動盤１２にはエジェクタ装置３２が設けられている。図１には詳しく示されていないが、エジェクタ装置３２には、エジェクタプレートが設けられ、このエジェクタプレートがサーボモータ、ボールネジ機構等によって往復動的に駆動されるようになっている。エジェクタプレートが駆動されると、エジェクタプレートに取り付けられている複数本のエジェクタピンが可動金型Ｋ２を突き抜けてパーティングラインに突き出され、あるいはパーティングラインから待避するようになっている。

上記のように本実施の形態によると、加熱シリンダ２が載っている基台６およ、可動金型Ｋ２が取り付けられている可動盤１２は、ベッド７に対して往復動的に駆動される。また、エジェクタピンが取り付けられているエジェクタプレートは、可動盤１２あるいは可動盤に関連した部材に対して往復動的に駆動される。このように、射出成形機の構成部材が往復動的に駆動されるときは、前述したように減速あるいは制動がかけられて一旦停止し、そして逆方向に駆動されるが、本実施の形態によると、停止する位置の近傍に第１、２の発電装置４０ａ、４０ｂが設けられる。

第１、２の発電装置４０ａ、４０ｂは、本実施の形態によると、図１の（イ）に示されているように、保護用の箱形のケーシング４１と、コイルスプリング、板バネ、ゴム等のような弾性部材４２と、従来周知の圧電素子４３とからなっている。圧電素子４３は弾性部材４２を介してケーシング４１の底壁に取り付けられている。したがって、射出成形機の、往復動的に駆動される構成部材が圧電素子４３に当接するときの衝撃は緩衝され、一旦当接すると電圧素子はチャッタリングを起こすことなく所定の圧力で加圧されることになる。なお、図１の（イ）に示されている実施の形態では、圧電素子４３は可動盤１２に取り付けられている作動棒４５により加圧されるようになっている。

本実施の形態によると、型締装置１０の構成要素である可動盤１２は成形品を得る毎に、型締位置と型開位置とに往復動的に駆動される。このように往復動的に駆動される部材は色々ある。例えば、エジェクタプレートは成形品を得る毎に往復動的に駆動される。また、射出装置１は、必要に応じて射出ノズル３が固定金型Ｋ１にタッチする位置と待避する位置とに往復動的に駆動される。さらには図１には示されていないが、スクリュとこれを軸方向に駆動する部材は、計量動作と射出動作において往復動的に駆動される。このように往復動的に駆動される射出成形機の構成要素は、方向を変える位置に近づくと減速されて停止し、そして逆方向に駆動される。本実施の形態によると、減速され停止される位置の近傍に前記発電装置４０ａ、４０ｂが設けられる。すなわち、図１の（イ）に示されているように、可動盤１２が型締方向に駆動されるとき、型締完了位置の近傍のベッド７に第１の発電装置４０ａが設けられる。型開終了位置の近傍のベッド７に第２の発電装置４０ｂが設けられる。同様に、射出ノズル３がタッチする位置の近傍のベッド７に第１の発電装置４０ａが、離間する終点位置の近傍に第２の発電装置４０ｂが設けられる。エジェクタプレートに関連しても、さらにはスクリュに関連しても、同様に第１、２の発電装置が設けられるが、図１には示されていない。

次に、上記実施の形態の作用について簡単に説明する。従来周知のようにして、スクリュを回転駆動して計量する。型締用サーボモータ３０を駆動する。そうすると、トグル機構１０により可動盤１２が固定盤１１に対して型締めされる。加熱シリンダ２の射出ノズル３を固定盤１１にタッチさせる。射出用電動サーボモータ５を起動してスクリュを射出方向に駆動する。これにより、射出材料が金型Ｋ１、Ｋ２のキャビティに射出充填される。冷却固化を待って型締用サーボモータ３０を駆動して可動盤１２を開く。また、エジェクタ装置３２のサーボモータを駆動する。そうすると、可動盤１２したがって可動金型Ｋ２が開かれ、成形品がエジェクタ装置３２のエジェクタピンにより突き出される。以下同様なサイクルを繰り返して成形する。

上記のようにして成形するとき、可動盤１２を型締方向に駆動すると、可動盤１２に取り付けられている作動棒４５が第１の発電装置４０ａの圧電素子４３に当接するようになる。さらに弾性部材４２を圧縮しながら駆動すると、可動盤１２はやがて停止する。停止すると、弾性部材４２は所定量だけ圧縮され、圧電素子４３は所定圧で加圧され所定の電圧を発生する。可動盤１２を型開方向に駆動すると、逆方向の起電力が得られる。適宜起電方向を整える。

可動盤１２を型開方向に駆動する。型開が完了する位置の近傍に達すると、作動棒４５が第２の発電装置４０ｂの圧電素子４３に当接するようになる。弾性部材４２を圧縮しながら型開を続行すると、可動盤１２はやがて停止する。停止すると、弾性部材４２は所定量だけ圧縮され、圧電素子４３は所定圧で加圧され所定の電圧を発生する。以下、同様にして成形品を得る毎に電圧すなわち電力を得る。エジェクタプレートを駆動することによっても、そして射出装置１を往復動的に駆動することによっても、さらにはスクリュを軸方向に駆動することによっても同様にして電力を得る。

上記実施の形態では、圧電素子４３あるいは発電装置４０ａ、４０ｂはベッド７の外部に取り付けられているが、固定金型Ｋ１の内部に埋め込まれた形の実施の形態が図１の（ウ）に示されている。前記実施の形態と同じような構成要素には同じ参照数字を付けて重複説明はしないが、本実施の形態によると、可動金型Ｋ２のパーティング面Ｐの一部が作動棒あるいは加圧部となっている。圧電素子４３は、型開き状態では弾性部材４２によりパーティング面Ｐから突き出ているが、弾性部材４２を圧縮して型締めすることができる。型締めすると、圧電素子４３は所定の圧力で加圧されることになる。図１には示されていないが、可動金型Ｋ２の型開き側に同様な圧電素子を設けることにより、往復的に電力を得ることができることは明らかである。

本実施の形態によると、発電装置は圧電素子と加圧部材あるいは作動棒とからなっているので、圧電素子と加圧部材は相対的である。したがって、圧電素子を往復動的に駆動される構成要素の方に設け、加圧部材あるいは作動棒の方をベッド７のような固定部材側に設けても実施できる。

１ 射出装置 ３ 射出ノズル
６ 基台 ７ ベッド
１０ 型締装置 １１ 固定盤
１２ 可動盤
４０ａ 第１の発電装置 ４０ｂ 第２の発電装置
Ｋ１ 固定金型 Ｋ２ 可動金型

Claims (4)

1. 固定側部材と、成形品を得るときに一方向に駆動され、一旦停止して他の方向に駆動される被駆動側部材と、前記被駆動側部材に関連して設けられている発電装置とからなる射出成形機であって、
   前記発電装置は、前記被駆動側部材が一旦停止する位置の近傍の、前記固定側部材に設けられている圧電素子と、前記被駆動側部材に設けられ、該被駆動側部材が一旦停止する位置の近傍において前記圧電素子を加圧する加圧部材とからなることを特徴とする、射出成形機。
2. 請求項１に記載の射出成形機において、前記加圧部材が前記被駆動側部材の一部である、射出成形機。
3. 固定側部材と、成形品を得るときに一方向に駆動され、一旦停止して他の方向に駆動される被駆動側部材と、前記被駆動側部材に関連して設けられている発電装置とからなる射出成形機であって、
   前記発電装置は、前記被駆動側部材に設けられている圧電素子と、前記被駆動側部材が停止する位置の近傍の、前記固定側部材に設けられ、前記被駆動側部材が一旦停止する位置の近傍において前記圧電素子を加圧する加圧部材とからなることを特徴とする射出成形機。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の射出成形機において、前記被駆動側部材が固定盤に対して型開閉される可動盤、成形品を突き出すエジェクタピンが設けられているエジェクタプレート、射出装置が取り付けられている基台、またはスクリュを軸方向に駆動する部材である、射出成形機。

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