JP5673481B2 - 射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、低速工程、高速工程、及び増圧工程を行って金属材料を型部内に射出、充填する射出装置に関する。

一般に、成形機の射出装置は、射出シリンダにより射出プランジャをスリーブ内において前進させ、スリーブ内の成形材料（例えば溶湯）を型部（金型）間に形成されたキャビティに押し出すことにより、成形材料をキャビティに射出・充填する。射出・充填工程は、低速工程、高速工程及び増圧工程からなる。

射出装置の高速工程は、例えば、アキュムレータに蓄圧された作動油を射出シリンダに供給し、その射出シリンダのロッド（ピストン）を高速で移動させることで行われる。高速工程において、ロッドの移動規制、及び移動速度制御は、一般に、アキュムレータが接続された油路の開度を制御バルブで制御することで行われている。

ところで、高速工程においては、射出時間のさらなる短縮化が望まれている。射出時間の短縮化のためにはロッドの移動の反応性を高める必要があり、ロッドの移動の反応性を高めるには、ピストンに作用する作動油の油圧及び流量を高めることが必要になる。ところが、制御バルブにおいては、油路を徐々に開いていくため、ピストンに作用する油圧は徐々に高められていくことになり、ロッドの移動の反応性を高めるには限界がある。

そこで、ロッドを機械的に連結してロッドの移動を規制した状態で、ピストンに作動油の油圧を作用させた状態としておき、機械的連結を解除することで、最大の油圧でピストンを移動させることが考えられる。この構成を可能とするには、ロッドと機械的に連結され、その連結を機械的に解除できるような連結機構が必要となる。

このような連結機構としては、例えば、特許文献１に開示の油圧クランプが挙げられる。図８に示すように、特許文献１の油圧クランプ８０において、油圧シリンダ８１内の下部にはピストン８２が上下方向へ摺動可能に収容されるとともに、このピストン８２の下側にクランプ作動油室８３が区画されている。また、油圧シリンダ８１において、クランプ作動油室８３より下側には圧油給排口８１ａが形成され、この圧油給排口８１ａには油圧源８４の圧油が電磁式給排弁８５及び給排油路８６を介して給排されるようになっている。

油圧シリンダ８１内において、ピストン８２の上面には、複数のクランプ爪８７ａを組み合わせてなるクランプ具８７が載置されるとともに、各クランプ爪８７ａ同士は退避手段（図示せず）によって互いを拡径させる方向に付勢されている。クランプ具８７の上側には筒状の進出用傾斜カム８８が配設されている。また、油圧シリンダ８１の上部において、クランプ具８７の上側には空圧シリンダ９０が配設されるとともに、その空圧ピストン９１がクランプ具８７を取り囲むように設けられている。

この空圧ピストン９１の下側には空圧作動室９２が形成されるとともに、空圧ピストン９１の内側にはピストン復帰バネ９３が配設されている。また、空圧ピストン９１からクランプ具８７に向けて延びるピストンロッド９１ａ内には進出用傾斜カム８８が挿入されている。さらに、空圧作動室９２内には、アンクランプ用ピストン９９が上下方向へ摺動可能に収容されている。

油圧シリンダ８１には、空圧作動室９２に連通する圧縮空気給排口８１ｂが形成されるとともに、圧縮空気給排口８１ｂには空圧源９４の圧縮空気が電磁式空圧給排弁９５及び給排気路９６を介して給排されるようになっている。

上記構成の油圧クランプ８０は、クランプロッド９７に油圧シリンダ８１を上側から被せ、クランプロッド９７をクランプ具８７でクランプすることで、油圧クランプ８０とクランプロッド９７が機械的に連結されるようになっている。なお、クランプロッド９７の先端には、クランプ具８７が係合する受動部９７ａが形成されている。

そして、油圧クランプ８０によってクランプロッド９７をクランプするには、電磁式空圧給排弁９５を制御して、空圧作動室９２から圧縮空気を排出し、ピストン復帰バネ９３のバネ力により、空圧ピストン９１を進出用傾斜カム８８に向けて移動させる。すると、進出用傾斜カム８８が下方へ移動するとともにクランプ具８７が縮径し、クランプ具８７がクランプロッド９７の受動部９７ａの下面に対向配置される。さらに、圧油給排口８１ａに油圧源８４からの圧油を供給すると、ピストン８２が上昇するのに伴いクランプ具８７の上昇し、クランプ具８７の先端が受動部９７ａの下面に押し当てられる。その結果、クランプロッド９７が油圧クランプ８０によってクランプされ、クランプロッド９７と油圧クランプ８０が機械的に連結される。

一方、圧油給排口８１ａから圧油を排出し、空圧作動室９２に圧縮空気を供給することで、アンクランプ用ピストン９９によりピストン８２が下降するとともに、空圧ピストン９１が上昇し、クランプ具８７によるクランプロッド９７のクランプが解除される。すなわち、クランプロッド９７と油圧クランプ８０との機械的連結が解除される。

上記構成の油圧クランプ８０を射出シリンダに採用することで、油圧クランプ８０によりロッドを機械的に連結することができるとともに、その機械的連結の解除もできるようになり、上述したように射出シリンダのロッドの移動の反応性を高め、高速工程での射出速度を速めることが可能になる。

特開平３−２８７３３６号公報

しかし、特許文献１に開示の油圧クランプ８０は、クランプ具８７によってクランプロッド９７をクランプするために、油圧回路及び空圧回路の両方を必要とする。よって、油圧クランプ８０を採用することで高速工程での射出速度を速めることができても、連結機構の構成が非常に複雑であることから、射出装置の製作コストが嵩んでしまう。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単かつ安価な構成で高速工程での射出速度を速めることができる射出装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、低速工程、高速工程、及び増圧工程を行って金属材料を型部内に射出、充填する射出装置に関する。この射出装置において、前記高速工程時に作動する高速工程用シリンダの作動室には蓄圧手段が接続されるとともに、前記蓄圧手段の作動圧による前記高速工程用シリンダのロッドの移動を規制する連結状態と、該連結状態を解除して前記作動圧によって前記ロッドを移動可能とする非連結状態とを取り得る連結機構が設けられている。この連結機構は、前記ロッドの軸と略直角の関係にある第１回転軸を有し、かつ該ロッドに回転可能に支持され、第１当接面を有する第１連結部材と、前記第１当接面に面接触する第２当接面を有する第２連結部材と、前記第２連結部材を、第２回転軸を軸として回転させる駆動源と、からなり、前記ロッドの軸上で該軸に直交し、かつ前記第１回転軸と平行をなす仮想軸と、前記ロッドの軸、及び前記仮想軸とから決定される仮想平面と、がそれぞれ形成され、前記第１当接面及び前記第２当接面の合わせ面の少なくとも一部が、前記仮想平面に対して直角であり、前記第１当接面における前記第２連結部材に向かう法線方向が、前記蓄圧手段の作動圧により前記ロッドが移動する方向と一致する状態であり、かつ前記第１回転軸と前記第２回転軸が略同軸上に位置する状態を基準連結状態とし、前記基準連結状態から、前記第２連結部材を前記駆動源によって正逆いずれかの方向に９０度未満回転させた状態までで前記連結状態を取る。そして、射出装置において、前記第１連結部材は、前記連結状態において、前記第２連結部材が前記駆動源により回転することで前記第２当接面に接触する前記第１当接面を介して回転する。

これによれば、蓄圧手段の作動圧により、ロッドは型部に向けて移動可能になっているが、連結状態にある連結機構によってロッドの移動が規制されている。ロッドの移動が規制された状態では、作動圧によってロッドが即座に移動可能な状態で待機している。そして、連結機構が連結状態にあるときは、第１当接面と第２当接面の面接触といった簡単な構成で第１連結部材の移動が規制されている。また、駆動源を駆動させて連結機構を非連結状態に移行させ、第１当接面と第２当接面の面接触が解除されると、待機状態にあるロッドは作動圧によって移動する。このとき、ロッドには蓄圧手段からの全ての作動圧が既に作用しているため、その作動圧により、ロッドを一気に移動させることができる。したがって、例えば、蓄圧手段からの作動油を、バルブを開いてロッドに作用させる場合と比べると、ロッドの移動の反応性を高めることができる。よって、本発明によれば、第１連結部材の第１当接面と、第２連結部材の第１当接面の面接触という簡単な構成で、ロッドの移動を規制し（連結状態を取り）、しかも、一つの駆動源だけで面接触を解除できる（非連結状態を取る）ため、簡単かつ安価な構成で高速工程でのロッドの移動の反応性を高めることができる。

また、前記第１当接面及び前記第２当接面は、それぞれ平面であってもよい。
これによれば、例えば、第１当接面と第２当接面が凹凸状をなす場合と比べると、第１当接面と第２当接面を面接触させやすくすることができ、連結状態を容易に取り得る。

また、前記第１連結部材の前記第１回転軸は、前記ロッドの軸上に位置していてもよい。
これによれば、例えば、ロッドの軸からずれた位置に第１連結部材の第１回転軸が位置し、第１連結部材がロッドの側方で支持されているとする。この場合、連結状態では作動圧の作用する方向へロッドが移動しようとしているため、ロッドと第１連結部材とは異なる軸上で互いに反対方向への力が作用する。その結果、ロッドと第１連結部材との連結部位が損傷を受ける虞が生じてしまう。しかし、本発明のように、第１回転軸がロッドの軸上に位置することで、ロッドの軸上に第１連結部材が支持されることとなり、連結部位は同じ軸上で互いに反対方向への力が作用するため、連結部位が損傷を受けにくくなる。

また、前記第１当接面は、前記ロッドの軸を基準として前記第１連結部材の両側に形成されていてもよい。
これによれば、第１当接面と第２当接面とが面接触する箇所を２箇所にすることができる。よって、第１当接面と第２当接面の面接触する面積を大きく確保して、連結状態を安定させることができ、ロッドの移動規制をより安定して行うことができる。また、面接触する箇所が１箇所だと、連結状態にあるときに第１連結部材が片持ち支持され、第１連結部材を介してロッドが傾く虞がある。しかし、この発明では、面接触する箇所を２箇所とすることで、第１連結部材が両持ち支持され、第１連結部材を介してロッドが傾くことを防止することができる。

また、前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、それぞれ円柱部材に各当接面を形成してなるものでもよい。
これによれば、円柱部材を成形することで各当接面を簡単に形成することができ、第１連結部材及び第２連結部材の製造コストを抑えることができる。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成で高速工程での射出速度を速めることができる。

実施形態の射出装置を模式的に示す図。 射出装置における射出圧力及び射出速度の変化を示すグラフ。 （ａ）は連結状態の連結機構を示す断面図、（ｂ）は連結状態の第１当接面と第２当接面を示す断面図、（ｃ）は第１連結部材を示す斜視図、（ｄ）は第２連結部材を示す斜視図。 低速工程時の射出装置を模式的に示す図。 高速工程時の射出装置を模式的に示す図。 （ａ）は非連結状態における連結機構を示す図、（ｂ）は非連結状態の第１連結部材を示す図６（ａ）の６ｂ−６ｂ線断面図、（ｃ）は非連結状態における第１連結部材と第２連結部材を示す図。 増圧工程時の射出装置を模式的に示す図。 背景技術を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
図１に示すように、型部Ｋは、固定金型１２と、可動金型１３とから形成されるとともに、固定金型１２及び可動金型１３は、図示しない型締装置により型開閉及び型締がなされる。射出装置１１は、型部Ｋ内に形成されたキャビティ１４に、成形材料としての金属材料を射出・充填する装置である。そして、型部Ｋ内に射出された金属材料は、凝固後に取り出されることにより、所望の成形品となる。

固定金型１２には、キャビティ１４に連通する射出スリーブ１５が設けられるとともに、この射出スリーブ１５内には射出プランジャ１６が摺動可能に設けられている。そして、射出スリーブ１５に形成された供給口（図示せず）から金属材料が射出スリーブ１５に供給された状態で、射出プランジャ１６がキャビティ１４に向かって射出スリーブ１５内を摺動することにより、金属材料がキャビティ１４に射出、充填されるようになっている。

射出プランジャ１６には、連結部材１７を介して増圧工程用シリンダ１８のロッド１８ｃの先端が連結されている。増圧工程用シリンダ１８において、シリンダチューブ１８ａ内には、ロッド１８ｃと一体のピストン１８ｂが移動可能に収容されるとともに、このピストン１８ｂによってシリンダチューブ１８ａ内が、ロッド１８ｃが延出する側のロッド側室１８ｅと、その反対側のヘッド側室１８ｄとに区画されている。

ロッド側室１８ｅは、シリンダチューブ１８ａに形成された給排口（図示せず）を介して大気開放されるとともに、ヘッド側室１８ｄは、増幅用油路１９を介して作動用シリンダ２０が接続されている。この作動用シリンダ２０のシリンダ径は、増圧工程用シリンダ１８のシリンダ径より小さくなっている。そして、増圧工程用シリンダ１８より小径をなす作動用シリンダ２０と、この作動用シリンダ２０を増圧工程用シリンダ１８に接続する増幅用油路１９とから、増圧工程用シリンダ１８におけるロッド１８ｃの推力を増幅させる増幅回路が構成されている。

作動用シリンダ２０のシリンダチューブ２０ａ内には、ピストン２０ｂが移動可能に収容されるとともに、このピストン２０ｂにはロッド２０ｃが一体に設けられている。作動用シリンダ２０のシリンダチューブ２０ａ内は、ピストン２０ｂによってロッド２０ｃが延出する側のロッド側室２０ｅと、その反対側のヘッド側室２０ｄとに区画されている。そして、作動用シリンダ２０のヘッド側室２０ｄと、増圧工程用シリンダ１８のヘッド側室１８ｄとは、上述の増幅用油路１９によって接続されるとともに、両ヘッド側室１８ｄ，２０ｄ内には非圧縮性流体としての作動油が封入されている。

また、ロッド２０ｃには、ロッド２０ｃを前後進動作させる作動用ボールネジ・ナット機構ＢＮ１が連結されている。詳細には、ロッド２０ｃの先端には作動用ナットＮ１が連結されるとともに、この作動用ナットＮ１は作動用ボールネジＢ１に螺合されており、この作動用ボールネジＢ１は作動用モータＭ１によって回転される。作動用ボールネジＢ１は、作動用ナットＮ１が作動用ボールネジＢ１の軸方向に前進又は後進動作するように回転する。よって、作動用ボールネジ・ナット機構ＢＮ１は、作動用ナットＮ１と、作動用ボールネジＢ１と、作動用モータＭ１とから構成されている。

そして、本実施形態では、増圧工程用シリンダ１８と、増幅用油路１９と、作動用シリンダ２０と、作動用ボールネジ・ナット機構ＢＮ１とから、増圧工程用ユニットＵ１が構成されている。

増圧工程用ユニットＵ１において、型部Ｋと反対側には、低速工程用ユニットＵ２における低速工程用シリンダ３０のロッド３０ｃが機械的に連結されている。低速工程用シリンダ３０において、シリンダチューブ３０ａ内には、ロッド３０ｃと一体のピストン３０ｂが移動可能に収容されるとともに、このピストン３０ｂによってシリンダチューブ３０ａ内が、ロッド３０ｃが延出する側のロッド側室３０ｅと、その反対側のヘッド側室３０ｄとに区画されている。

ロッド３０ｃには、ロッド３０ｃを前後進動作させる低速工程用ボールネジ・ナット機構ＢＮ２が連結されている。詳細には、ロッド３０ｃには低速工程用ナットＮ２が連結されるとともに、この低速工程用ナットＮ２と低速工程用ボールネジＢ２が螺合されている。また、低速工程用ボールネジＢ２は、低速工程用モータＭ２によって回転される。

低速工程用モータＭ２により、低速工程用ボールネジＢ２は、低速工程用ナットＮ２が低速工程用ボールネジＢ２の軸方向に前進又は後進動作するように回転する。よって、低速工程用ボールネジ・ナット機構ＢＮ２は、低速工程用ナットＮ２と、低速工程用ボールネジＢ２と、低速工程用モータＭ２とから構成されている。

低速工程用シリンダ３０のロッド側室３０ｅには、低速工程用油路３１の一端が接続されるとともに、この低速工程用油路３１の他端はヘッド側室３０ｄに接続されている。すなわち、ロッド側室３０ｅとヘッド側室３０ｄとは、低速工程用油路３１によって閉回路とされている。また、低速工程用油路３１には、低速工程用電磁切換弁３２が配設されている。この低速工程用電磁切換弁３２は、ヘッド側室３０ｄとロッド側室３０ｅとの連通を遮断する第１位置３２ａと、ヘッド側室３０ｄとロッド側室３０ｅの間を作動油が流れることを許容する第２位置３２ｂと、に切換可能になっている。

また、低速工程用油路３１には、低速工程用電磁切換弁３２をバイパスするバイパス油路３３が設けられるとともに、このバイパス油路３３には逆止弁３４が設けられている。この逆止弁３４は、低速工程用電磁切換弁３２が第１位置３２ａにあるとき、ヘッド側室３０ｄからロッド側室３０ｅへ作動油が流れることを阻止する一方で、ロッド側室３０ｅからヘッド側室３０ｄへ作動油が流れることを許容する。

そして、低速工程用電磁切換弁３２が第１位置３２ａにあるとき、型部Ｋからの背圧力がロッド３０ｃに作用し、ロッド３０ｃを介してピストン３０ｂがヘッド側室３０ｄ側に押圧されても、逆止弁３４により、ヘッド側室３０ｄの作動油がロッド側室３０ｅに排出されることが阻止され、作動油によって背圧力が支承される。また、本実施形態では、低速工程用シリンダ３０と、低速工程用ボールネジ・ナット機構ＢＮ２と、背圧支承手段とから低速工程用ユニットＵ２が構成されている。

低速工程用ユニットＵ２において、増圧工程用ユニットＵ１の反対側には、高速工程用ユニットＵ３における高速工程用シリンダ４０の第１ロッド４０ｃが機械的に連結されている。高速工程用シリンダ４０は、両ロッド形のシリンダであり、この高速工程用シリンダ４０のシリンダチューブ４０ａ内には、第１ロッド４０ｃと一体のピストン４０ｂが移動可能に収容されるとともに、このピストン４０ｂにおける第１ロッド４０ｃの反対側には第２ロッド４０ｆが一体に設けられている。シリンダチューブ４０ａ内は、ピストン４０ｂによって第１ロッド４０ｃ側の作動室としての第１室４０ｅと、その反対側の作動室であり、第２ロッド４０ｆが延出する側の作動室としての第２室４０ｄとに区画されている。

第１室４０ｅには、給排機構Ｔが接続されるとともに、この給排機構Ｔは、第１室４０ｅに作動油を供給するとともに、第１室４０ｅの作動油を排出する。また、給排機構Ｔは、油タンク４３と、油タンク４３内の作動油を汲み上げるポンプ４４と、給排油路４７上に設けられた電磁切換弁４５と、からなる。電磁切換弁４５は、ポンプ４４によって油タンク４３から汲み上げた作動油を第１室４０ｅへ供給可能とする第１位置４５ａと、第１室４０ｅ内の作動油を油タンク４３に排出可能とする第２位置４５ｂとに切換可能になっている。一方、高速工程用シリンダ４０の第２室４０ｄには、蓄圧手段としてのアキュムレータ４６が接続されるとともに、アキュムレータ４６には作動油が蓄圧されている。そして、このアキュムレータ４６からの作動油が第２室４０ｄに供給されており、ピストン４０ｂには低速工程用ユニットＵ２に向けた油圧（作動圧）が作用し、この油圧によって第１ロッド４０ｃ及び第２ロッド４０ｆが低速工程用ユニットＵ２に向けて移動するようになっている。なお、ピストン４０ｂに作用する油圧及び流量は、高速工程で、所望する射出速度が実現できるように調整されている。

次に、高速工程用シリンダ４０に設けられる連結機構Ｒについて説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、高速工程用シリンダ４０の第２ロッド４０ｆの先端には、円筒状をなす第１支持部材５０が固定されている。この第１支持部材５０は、その中心軸Ｌ１が第２ロッド４０ｆの径方向へ延びる（第２ロッド４０ｆの軸Ｌに対し直交する）ように第２ロッド４０ｆに固定されている。この第１支持部材５０の内周面には第１軸受５１が支持されるとともに、この第１軸受５１により第１連結部材５２が回転可能に支持されている。第１連結部材５２は円柱部材を所定形状に成形することで形成されるとともに、第１連結部材５２の中心軸を第１回転軸Ｇ１として回転するように第１軸受５１に支持されている。なお、第１回転軸Ｇ１は第２ロッド４０ｆの軸Ｌに対し略直角の関係を有する。ここで、略直角とは、第２ロッド４０ｆに対して第１回転軸Ｇ１が相対的に回転可能であればよく、完全に直角でない状態を含む。

また、第１連結部材５２において、第１回転軸Ｇ１の延びる方向（以下、軸方向とする）の両側であり、かつ第２ロッド４０ｆを基準とした両側は、半円柱状に成形され、第１連結部材５２の径方向に延びる平面部には第１当接面５２ａが形成されている。ここで、第２ロッド４０ｆの軸Ｌ上で、この軸Ｌと直交し、かつ第１回転軸Ｇ１と平行をなす直線を仮想軸Ｎとする。また、図３（ｃ）に示すように、この仮想軸Ｎと軸Ｌとから決定される平面を仮想平面Ｄとする。そして、第１連結部材５２は、回転することにより、仮想平面Ｄに対する第１当接面５２ａの角度が変更するようになっており、図３（ａ）〜（ｃ）では、第１当接面５２ａは仮想平面Ｄに対し直角をなしている。

図３（ａ）及び（ｄ）に示すように、第１連結部材５２の軸方向に沿った両外側には、第２連結部材５３が配設されている。第２連結部材５３は、第２支持部材５４により第２軸受５５を介して回転可能に支持されている。第２連結部材５３は、円柱部材を所定形状に成形して形成されるとともに、第２連結部材５３の中心軸を第２回転軸Ｇ２として回転するように第２軸受５５に支持されている。また、第２連結部材５３は駆動源としてのモータＭ３によって回転される。

第２連結部材５３の第１連結部材５２側は半円柱状に成形され、第２連結部材５３の径方向に延びる平面部には第２当接面５３ａが形成されている。この第２当接面５３ａは、第１連結部材５２の第１当接面５２ａと同一形状をなし、第１当接面５２ａと面接触可能になっている。また、第２連結部材５３は、回転することにより、仮想平面Ｄに対する第２当接面５３ａの角度が変更するようになっている。そして、図３（ｂ）に示すように、第２当接面５３ａは、所定角度の範囲内では第１連結部材５２の第１当接面５２ａと当接して合わせ面を形成する。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１当接面５２ａと第２当接面５３ａが当接して合わせ面を形成し、第２連結部材５３の半円柱状をなす部位が、第１連結部材５２の半円柱状をなす部位より、アキュムレータ４６寄りに配置された状態では、第２連結部材５３により第１連結部材５２のアキュムレータ４６側への移動が規制されている。詳細に説明すると、第１連結部材５２と第２連結部材５３は基準連結状態を取った状態でアキュムレータ４６側への移動が規制されている。したがって、この基準連結状態を取ることで、ピストン４０ｂにアキュムレータ４６からの油圧が作用しても、第２ロッド４０ｆの移動が規制されている。そして、第２ロッド４０ｆの移動が規制された状態では、アキュムレータ４６からの油圧によって第２ロッド４０ｆが即座に移動可能な状態で待機している。

基準連結状態とは、両当接面５２ａ，５３ａの合わせ面の少なくとも一部が、仮想平面Ｄに直角に交わり、第１当接面５２ａにおける第２当接面５３ａに向かう法線方向Ｈがアキュムレータ４６からの油圧により第２ロッド４０ｆが移動する方向と一致する状態であり、かつ第１及び第２回転軸Ｇ１，Ｇ２が略同軸上に位置する状態のことである。ここで、略同軸上とは、第２連結部材５３の回転により、第１連結部材５２が回転される関係に第１及び第２回転軸Ｇ１，Ｇ２があればよく、完全に同軸上にない状態も含む。

また、連結機構Ｒにおいては、モータＭ３によって第２連結部材５３を基準連結状態から両方向へ９０度未満回転させた状態では、第１当接面５２ａと第２当接面５３ａとが当接した状態が維持され、第１連結部材５２のアキュムレータ４６側への移動が規制されている。よって、第１連結部材５２と第２連結部材５３は、基準連結状態から正逆両方向へ９０度未満回転させた状態までは連結状態を取るようになっている。

そして、図６に示すように、連結機構Ｒにおいては、モータＭ３により第２連結部材５３が９０度回転すると、第１連結部材５２は第２当接面５３ａを介して９０度回転する。すると、第２連結部材５３は、第１連結部材５２及び第２ロッド４０ｆがアキュムレータ４６の油圧により移動しようとする方向に位置しなくなる。したがって、第１連結部材５２が第２ロッド４０ｆとともにアキュムレータ４６側へ移動可能となり、連結状態が解除されるようになっている。よって、本実施形態では、この連結機構Ｒと、高速工程用シリンダ４０と、給排機構Ｔと、アキュムレータ４６とから、高速工程用ユニットＵ３が構成されている。

本実施形態では、型部Ｋに対し、増圧工程用ユニットＵ１のロッド１８ｃが機械的に連結されるとともに、増圧工程用ユニットＵ１に、低速工程用ユニットＵ２のロッド３０ｃが機械的に連結されている。さらに、低速工程用ユニットＵ２に高速工程用ユニットＵ３のロッド４０ｃが機械的に連結されている。また、ロッド１８ｃ，３０ｃ，４０ｃは同一軸線上に配置されるとともに、増圧工程用シリンダ１８と、低速工程用シリンダ３０と、高速工程用シリンダ４０は直列に配置されている。

次に、射出装置１１の射出時における作動パターン（射出パターン）を、図２にしたがって説明する。
射出装置１１は、低速工程、高速工程、及び増圧工程の３工程で作動させる。低速工程は、射出の初期段階の工程であって、射出スリーブ１５内に供給された金属材料をキャビティ１４に押し出す際に、低速工程用ユニットＵ２で射出プランジャ１６を作動させる工程である。

高速工程は、低速工程の次に行われる工程であって、射出プランジャ１６を低速工程時よりも高速で作動させる工程である。そして、高速工程は、高速工程用ユニットＵ３で射出プランジャ１６を作動させる工程である。

増圧工程は、高速工程の次に行われる射出の最終段階の工程であって、射出プランジャ１６の型部Ｋに向けた前進方向の力によりキャビティ１４内の金属材料を増圧する工程である。そして、増圧工程は、増圧工程用ユニットＵ１で射出プランジャ１６を作動させる工程である。

これらの各工程では、図２に示すように、射出装置１１に要求される作動パターンが相違する。すなわち、射出プランジャ１６は、高速工程において低速工程よりも速い速度で作動させることが必要である一方で、増圧工程においては速度を必要としない。また、射出プランジャ１６は、増圧工程において低速工程及び高速工程よりも高い圧力を付与するように作動させることが必要である一方で、低速工程及び高速工程において増圧工程時ほどの圧力を付与するように作動させる必要はない。

以下、本実施形態の射出装置１１の作用を説明する。
最初に、低速工程について図１及び図４に従って説明する。
低速工程の開始前、射出スリーブ１５の射出プランジャ１６、増圧工程用シリンダ１８のロッド１８ｃ、作動用シリンダ２０のロッド２０ｃ、低速工程用シリンダ３０のロッド３０ｃ、及び高速工程用シリンダ４０の両ロッド４０ｃ，４０ｆは、図１に示すような所定の初期位置に位置している。なお、初期位置に位置する各ロッド１８ｃ，２０ｃ，３０ｃ，４０ｃ，４０ｆは、射出スリーブ１５内に供給される金属材料に対して射出圧を付与していない（図２の時間Ｔ１）。

また、低速工程用ユニットＵ２の低速工程用電磁切換弁３２は、成形時、ロッド側室３０ｅとヘッド側室３０ｄとの連通を遮断するように第１位置３２ａに切り換えられている。さらに、高速工程用ユニットＵ３の給排機構Ｔの電磁切換弁４５は、成形時、高速工程用シリンダ４０における第１室４０ｅの作動油が油タンク４３に戻らないよう第１位置４５ａに切り換えられている。

そして、固定金型１２と可動金型１３の型締め、及び射出スリーブ１５への金属材料の供給などの成形準備が完了すると、低速工程用ユニットＵ２による低速工程を開始する。低速工程において、低速工程用シリンダ３０のロッド３０ｃは、図２に示す射出速度Ｖ１となる。そして、低速工程用モータＭ２が駆動されると、低速工程用ボールネジＢ２が回転するとともに、低速工程用ボールネジＢ２に螺合された低速工程用ナットＮ２が前進動作する。すると、図４に示すように、低速工程用ナットＮ２を介して低速工程用シリンダ３０のロッド３０ｃには駆動力が付与され、前進動作する。そして、このロッド３０ｃの前進動作により、増圧工程用ユニットＵ１全体が型部Ｋに向けて押し出され、前進動作する。

増圧工程用ユニットＵ１が前進動作すると、増圧工程用シリンダ１８が前進動作する。これにより、この増圧工程用シリンダ１８のロッド１８ｃに連結された射出プランジャ１６も前進動作する。この射出プランジャ１６の前進動作により、射出スリーブ１５内の金属材料はキャビティ１４内に射出される。

そして、低速工程用シリンダ３０のロッド３０ｃが、低速工程の終了位置に到達すると（図２の時間Ｔ２）、低速工程から高速工程に移行する。
次に、高速工程について図５及び図６に従って説明する。

高速工程において、射出プランジャ１６が、図２に示す射出速度Ｖ２となるように、アキュムレータ４６に作動油を蓄圧しておき、所定のタイミングでモータＭ３を駆動させて第２連結部材５３を９０度回転させる。このとき、電磁切換弁４５は第２位置４５ｂに切り換えられている必要がある。

すると、図６（ａ）に示すように、第２連結部材５３の回転に伴い、第２当接面５３ａを介して第１連結部材５２が９０度回転する。そして、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第１当接面５２ａと第２当接面５３ａの合わせ面が仮想平面Ｄ上に位置し、水平方向に延びるように位置すると、第２連結部材５３により第１連結部材５２の移動規制が解除される。すなわち、第１連結部材５２と第２連結部材５３の連結状態が解除される（非連結状態）。すると、アキュムレータ４６からの油圧が作用し、即座に移動可能な待機状態にあるピストン４０ｂが、油圧によって一気に第１室４０ｅに向けて移動するとともに、第１室４０ｅの作動油が電磁切換弁４５を介して油タンク４３に排出される。その結果、高速工程用シリンダ４０のピストン４０ｂが第１室４０ｅ側に向けて高速で前進動作するとともに、第１ロッド４０ｃも高速で前進動作する。そして、第１ロッド４０ｃにより低速工程用ユニットＵ２を介して増圧工程用ユニットＵ１が型部Ｋに向けて押し出され、前進動作する。

図５に示すように、低速工程用ユニットＵ２を介して増圧工程用ユニットＵ１が射出速度Ｖ２で前進動作すると、増圧工程用シリンダ１８が前進動作する。これにより、この増圧工程用シリンダ１８のロッド１８ｃに連結された射出プランジャ１６も射出速度Ｖ２で前進動作し、射出スリーブ１５内の金属材料はキャビティ１４内に射出されるようになる。高速工程時には、低速工程時に比して、増圧工程用ユニットＵ１及び低速工程用ユニットＵ２が高速動作する。

この高速工程時、型部Ｋからの背圧力が増圧工程用ユニットＵ１を介して低速工程用ユニットＵ２の低速工程用シリンダ３０に作用する。しかし、低速工程用シリンダ３０においては、逆止弁３４によりヘッド側室３０ｄからロッド側室３０ｅへの作動油の流出が阻止されるため、背圧力によりロッド３０ｃがヘッド側室３０ｄに向けた後進動作することが阻止される。その結果、ロッド３０ｃに螺着された低速工程用ナットＮ２を介して低速工程用ボールネジＢ２が回転することが阻止され、低速工程用モータＭ２が回転することが阻止される。

次に、増圧工程について図７に従って説明する。
増圧工程において、増圧工程用シリンダ１８のロッド１８ｃが付与する圧力が、図２に示す射出圧Ｐとなる。そして、作動用シリンダ２０のロッド２０ｃは、作動用モータＭ１の回転によって作動用ボールネジＢ１に螺合された作動用ナットＮ１が前進動作することで、その作動用ナットＮ１を介して駆動力が付与され、前進動作する。

作動用シリンダ２０のロッド２０ｃが前進動作すると、ヘッド側室２０ｄの作動油は、増幅用油路１９を通じて、増圧工程用シリンダ１８のヘッド側室１８ｄへ供給される。本実施形態では、作動用シリンダ２０から増圧工程用シリンダ１８のヘッド側室１８ｄに作動油を供給すると、パスカルの原理により、ヘッド側室１８ｄ内の圧力が上昇し、射出プランジャ１６が増圧工程用シリンダ１８から受ける圧力も上昇する。その結果、射出プランジャ１６が、キャビティ１４内の金属材料を加圧する力は増大する。

また、増圧工程時も、型部Ｋからの背圧力が増圧工程用ユニットＵ１を介して低速工程用ユニットＵ２の低速工程用シリンダ３０に作用する。しかし、低速工程用シリンダ３０においては、逆止弁３４によりヘッド側室３０ｄからロッド側室３０ｅへの作動油の流出が阻止されるため、背圧によりロッド３０ｃがヘッド側室３０ｄに向けた後進することが阻止される。その結果、ロッド３０ｃに螺着された低速工程用ナットＮ２を介した低速工程用ボールネジＢ２、及び低速工程用モータＭ２の回転が阻止される。

その後、キャビティ１４内の金属材料が凝固したならば、作動用モータＭ１を増圧工程時とは逆回転させる。そして、作動用シリンダ２０のロッド２０ｃは、作動用モータＭ１の回転によって作動用ボールネジＢ１に螺合された作動用ナットＮ１が後進動作することで、その作動用ナットＮ１を介して駆動力が付与され、後進動作する。作動用シリンダ２０のロッド２０ｃが後進動作すると、増圧工程用シリンダ１８のヘッド側室１８ｄの作動油が、増幅用油路１９を通じて、作動用シリンダ２０のヘッド側室２０ｄに引き込まれ、これに伴い増圧工程用シリンダ１８のロッド１８ｃが後進動作する。その結果、射出プランジャ１６が、射出スリーブ１５内を後進動作する。

続いて、低速工程用ユニットＵ２における低速工程用電磁切換弁３２を第２位置３２ｂに切り換え、ヘッド側室３０ｄからロッド側室３０ｅへの作動油の流れを可能にする。そして、低速工程用モータＭ２を低速工程時とは逆回転させる。低速工程用シリンダ３０のロッド３０ｃは、低速工程用モータＭ２の回転によって低速工程用ボールネジＢ２に螺合された低速工程用ナットＮ２が後進動作することで、その低速工程用ナットＮ２を介して駆動力が付与され、後進動作する。低速工程用シリンダ３０のロッド３０ｃが後進動作すると、低速工程用シリンダ３０のヘッド側室３０ｄの作動油が、低速工程用油路３１及び低速工程用電磁切換弁３２を通じて、ロッド側室３０ｅに流れる。その結果、ロッド３０ｃが後進動作するとともに、このロッド３０ｃが連結された増圧工程用ユニットＵ１が後進動作する。よって、射出プランジャ１６が、射出スリーブ１５内を後進動作する。

続いて、高速工程用ユニットＵ３において、電磁切換弁４５を制御することで、第１位置４５ａに切り換えるとともに、ポンプ４４を駆動させ、油タンク４３から第１室４０ｅに作動油を供給する。すると、ピストン４０ｂが第２室４０ｄに向けて後進動作するとともに、第２室４０ｄの作動油がアキュムレータ４６に蓄圧される。同時に、ピストン４０ｂが後進動作することで、第１ロッド４０ｃ及び第２ロッド４０ｆに駆動力が付与され、後進動作し、この第１ロッド４０ｃが連結された低速工程用ユニットＵ２が後進動作するとともに、その低速工程用ユニットＵ２のロッド３０ｃが連結された増圧工程用ユニットＵ１も後進動作する。その結果、射出プランジャ１６が、射出スリーブ１５内を後進動作する。

また、第２ロッド４０ｆが後進動作し、第１連結部材５２の第１当接面５２ａが第２連結部材５３の第２当接面５３ａに面接触し、合わせ面が形成されると、モータＭ３を９０度回転させ、第１連結部材５２と第２連結部材５３を基準連結状態とし、ピストン４０ｂの前進動作を規制する。

したがって、射出スリーブ１５の射出プランジャ１６、増圧工程用シリンダ１８のロッド１８ｃ、作動用シリンダ２０のロッド２０ｃ、低速工程用シリンダ３０のロッド３０ｃ、及び高速工程用シリンダ４０の両ロッド４０ｃ，４０ｆは、図１に示す初期位置に位置する。その後、固定金型１２と可動金型１３を型開きすることにより、型から成形品が取り出される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）モータＭ３を駆動させて第２連結部材５３を回転させ、連結機構Ｒを非連結状態に移行させると、第１当接面５２ａと第２当接面５３ａの面接触（機械的連結）が解除され、第２ロッド４０ｆを油圧によって移動させることができる。このとき、ピストン４０ｂにはアキュムレータ４６からの全ての油圧が作用しているため、その油圧により、第２ロッド４０ｆを一気に移動させることができる。したがって、例えば、アキュムレータ４６からの作動油をバルブを開いてピストン４０ｂに作用させる場合と比べると、第２ロッド４０ｆの移動の反応性を高めることができる。よって、第２ロッド４０ｆを機械的に連結、及び連結解除可能とする連結機構Ｒを用いることで、簡単かつ安価な構成で、高速工程における第２ロッド４０ｆの移動の反応性を高めることができる。

（２）高速工程用シリンダ４０の第２室４０ｄにアキュムレータ４６を接続するとともに、アキュムレータ４６からの全ての油圧をピストン４０ｂに作用させて第２ロッド４０ｆを型部Ｋに向けて即座に移動可能な待機状態としつつ、連結機構Ｒを連結状態として第２ロッド４０ｆの移動を規制した。そして、連結機構Ｒにおいては、連結状態にあるとき、第１連結部材５２の第１当接面５２ａと、第２連結部材５３の第２当接面５３ａを面接触させて、第１連結部材５２の移動を規制して第２ロッド４０ｆの移動を規制している。したがって、油圧回路や空圧回路といった複雑な構成を必要とせず、第１当接面５２ａと第２当接面５３ａの面接触といった簡単な構成で第２ロッド４０ｆの移動規制を行うことができる。

（３）第１当接面５２ａ及び第２当接面５３ａは、それぞれ平面状をなす。このため、例えば、第１当接面５２ａと第２当接面５３ａとが連結状態で互いに係合し合う凹凸状をなす場合と比べると、第１当接面５２ａと第２当接面５３ａとを面接触させやすく、連結状態を容易に取ることができる。

（４）第１連結部材５２は、その第１回転軸Ｇ１が第２ロッド４０ｆの軸Ｌ上に位置している。ここで、例えば、第２ロッド４０ｆの軸Ｌからずれた位置に第１連結部材５２の第１回転軸Ｇ１が位置し、第１連結部材５２が第２ロッド４０ｆの側方で支持されているとする。この場合、連結状態では油圧の作用する方向へ第２ロッド４０ｆが移動しようとしているため、第２ロッド４０ｆと第１連結部材５２とは異なる軸上で互いに反対方向への力が作用する。その結果、第２ロッド４０ｆと第１連結部材５２との連結部位が損傷を受ける虞が生じてしまう。しかし、第１回転軸Ｇ１が第２ロッド４０ｆの軸Ｌ上に位置することで、第２ロッド４０ｆの軸Ｌ上に第１連結部材５２が支持されることとなり、連結部位は同じ線上で互いに反対方向への力が作用するため、連結部位が損傷を受けにくくなる。

（５）第１連結部材５２の第１当接面５２ａは、第２ロッド４０ｆの軸Ｌを基準とした第１連結部材５２の両側に設けられている。このため、第１当接面５２ａが面接触する箇所を２箇所にすることができる。よって、面接触する箇所が１箇所の場合と比べると、第１当接面５２ａと第２当接面５３ａの面接触する面積を大きく確保して、連結状態を安定させることができ、第２ロッド４０ｆの移動規制をより安定して行うことができる。また、面接触する箇所を２箇所とすることで、第１連結部材５２が２つの第２連結部材５３によって両持ち支持され、第１連結部材５２が傾くことを防止して、第２ロッド４０ｆが傾くことを防止することができる。

（６）第１連結部材５２は、円柱部材の両側に第１当接面５２ａを形成してなり、第２連結部材５３は、円柱部材の一側に第２当接面５３ａを形成してなる。よって、円柱部材を成形することで各当接面５２ａ，５３ａを簡単に形成することができ、第１連結部材５２及び第２連結部材５３の製造コストを抑えることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１連結部材５２及び第２連結部材５３の少なくとも一方は、回転可能であれば、円柱部材でなくてもよい。

○ 第１当接面５２ａは、第１連結部材５２に対し別部材を固定して設けられていてもよく、第２当接面５３ａも、第２連結部材５３に対して別部材を固定して設けられていてもよい。

○ 第１連結部材５２において、その軸方向（第２ロッド４０ｆの径方向）に沿った片側のみに第１当接面５２ａを形成してもよい。この場合、第２連結部材５３は、第１当接面５２ａと対応する位置に１つだけ設けられる。

○ 実施形態では、第２ロッド４０ｆの軸Ｌ上に第１連結部材５２の第１回転軸Ｇ１が位置するように、第１連結部材５２を第２ロッド４０ｆに設けたが、第１連結部材５２をその第１回転軸Ｇ１が、第２ロッド４０ｆの軸Ｌからずれて位置するように第１連結部材５２を第２ロッド４０ｆに設けてもよい。

○ 実施形態では、第１当接面５２ａ及び第２当接面５３ａをそれぞれ平面状に形成したが、例えば、第１当接面５２ａを凸状に形成するとともに、第２当接面５３ａを第１当接面５２ａが係合する凹状に形成してもよい。又は、第１当接面５２ａを円弧状に膨出するように形成するとともに、第２当接面５３ａを円弧状に凹むように形成してもよい。すなわち、第１当接面５２ａと第２当接面５３ａは、互いに面接触するのであれば、その形状は任意に変更してもよい。

○ 射出装置１１は、樹脂材料をキャビティ１４内に射出して樹脂成形品を製造する射出装置に適用してもよい。

Ｄ…仮想平面、Ｈ…法線方向、Ｋ…型部、Ｌ…軸、Ｍ３…駆動源としてのモータ、Ｎ…仮想軸、Ｒ…連結機構、Ｇ１…第１回転軸、Ｇ２…第２回転軸、１１…射出装置、４０ｆ…ロッドとしての第２ロッド、４０…高速工程用シリンダ、４０ｄ…作動室としての第２室、４６…蓄圧手段としてのアキュムレータ、５２…第１連結部材、５２ａ…第１当接面、５３…第２連結部材、５３ａ…第２当接面。

Claims (5)

1. 低速工程、高速工程、及び増圧工程を行って金属材料を型部内に射出、充填する射出装置において、
   前記高速工程時に作動する高速工程用シリンダの作動室には蓄圧手段が接続されるとともに、前記蓄圧手段の作動圧による前記高速工程用シリンダのロッドの移動を規制する連結状態と、該連結状態を解除して前記作動圧によって前記ロッドを移動可能とする非連結状態とを取り得る連結機構が設けられており、
   該連結機構が、
   前記ロッドの軸と略直角の関係にある第１回転軸を有し、かつ該ロッドに回転可能に支持され、第１当接面を有する第１連結部材と、
   前記第１当接面に面接触する第２当接面を有する第２連結部材と、
   前記第２連結部材を、第２回転軸を軸として回転させる駆動源と、からなり、
   前記ロッドの軸上で該軸に直交し、かつ前記第１回転軸と平行をなす仮想軸と、
   前記ロッドの軸、及び前記仮想軸とから決定される仮想平面と、がそれぞれ形成され、
   前記第１当接面及び前記第２当接面の合わせ面の少なくとも一部が、前記仮想平面に対して直角であり、前記第１当接面における前記第２連結部材に向かう法線方向が、前記蓄圧手段の作動圧により前記ロッドが移動する方向と一致する状態であり、かつ前記第１回転軸と前記第２回転軸が略同軸上に位置する状態を基準連結状態とし、
   前記基準連結状態から、前記第２連結部材を前記駆動源によって正逆いずれかの方向に９０度未満回転させた状態までで前記連結状態を取り、
   前記第１連結部材は、前記連結状態において、前記第２連結部材が前記駆動源により回転することで前記第２当接面に接触する前記第１当接面を介して回転することを特徴とする射出装置。
2. 前記第１当接面及び前記第２当接面は、それぞれ平面である請求項１に記載の射出装置。
3. 前記第１連結部材の前記第１回転軸は、前記ロッドの軸上に位置する請求項１又は請求項２に記載の射出装置。
4. 前記第１当接面は、前記ロッドの軸を基準として前記第１連結部材の両側に形成されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の射出装置。
5. 前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、それぞれ円柱部材に各当接面を形成してなる請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の射出装置。

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