JP6017408B2 - 射出装置及び成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、成形機（成形装置）及びその射出装置に関する。成形機は、例えば、ダイカストマシンや射出成形機である。

スリーブ内の成形材料をキャビティへ押し出すプランジャを液圧機器と他の駆動機器（例えば電動機）との組み合わせにより駆動する、いわゆるハイブリッド式の射出装置が知られている。

例えば、特許文献１又は２の射出装置は、プランジャに直列に連結された射出シリンダと、当該射出シリンダに並列に配置され、電動機により駆動されるボールねじ機構とを有している。ボールねじ機構は、ねじ軸に対してナットが軸方向に移動するように設けられている。また、射出装置は、射出シリンダのピストンロッド（プランジャ）と、ボールねじ機構のナットとを着脱する着脱部を有している。

そして、特許文献１又は２の射出装置は、低速射出においては、着脱部によりナットとプランジャとを連結した状態で、ボールねじ機構（電動機）によってプランジャを駆動し、その後、低速射出から高速射出への切り替え時になると着脱部による連結を解除し、高速射出においては、射出シリンダによりプランジャを駆動している。

このように、特許文献１又は２の技術では、低速射出においては、電動機によって精度良く速度制御を行い、高速射出においては、プランジャとボールねじ機構とを切り離すことによって、プランジャの速度がボールねじ機構の速度に制限される不都合を解消し、液圧機器によって高速の射出速度を実現している。

特許第４７９０８６９号明細書 特許第４９６０５２７号明細書

スリーブ近傍においては、スリーブへ供給される成形材料が飛散したり、スリーブとプランジャとの間の潤滑のための潤滑剤が飛散したりする。飛散した成形材料又は潤滑剤がボールねじ機構等に付着すると、これらの性能低下又は寿命短縮が生じるおそれがある。従って、駆動装置の動作環境を向上可能な射出装置及び成形装置が提供されることが望まれる。

本発明の射出装置は、キャビティに通じるスリーブと、前記スリーブ内の材料を前記キャビティに押し出すプランジャと、前記プランジャに連結されたピストンロッドを有する射出シリンダと、駆動装置と、を有し、前記駆動装置は、前記ピストンロッドに平行なねじ軸と、前記ねじ軸に螺合するナットと、前記ねじ軸を回転させ、これにより前記ナットを前記ピストンロッドに平行な方向へ移動させる駆動力を生じる電動機と、前記ナットと共に移動し、前記ピストンロッドに対する相対的な前進が規制されるとともに、前記ピストンロッドに対する相対的な後退が許容される被規制部材と、射出サイクルに亘って前記ねじ軸のうち前記ナットよりも前方の部分を収容する被覆部材と、を有する。

好適には、前記被覆部材は、前記ナット及び前記被規制部材に固定されてこれらを固定している。

好適には、前記ねじ軸は、射出サイクルに亘って前記被規制部材よりも後方に位置する。

本発明の成形装置は、上記のいずれかの射出装置と、型締装置とを有する。

本発明によれば、プランジャに対する連結及びその解除がなされる駆動装置の動作環境を向上できる。

本発明の実施形態に係るダイカストマシンの要部の構成を示す模式図。 図１のダイカストマシンの射出装置の要部の構成を示す模式図。 図２の射出装置の動作を説明する図。

図１は、本発明の実施形態に係るダイカストマシンＤＣ１の要部の構成を模式的に示す側面図（一部に断面図を含む）である。

なお、以下において、図１の紙面左側（プランジャ５によりキャビティ１０５に溶湯を押し出すときのプランジャ５の進む方向）を前方といい、図１の紙面右側を後方ということがある。

ダイカストマシンＤＣ１は、例えば、固定金型１０１及び移動金型１０３を型締めする型締装置１５１と、型締装置１５１に型締めされた固定金型１０１及び移動金型１０３により構成されたキャビティ１０５に成形材料（材料）としての溶湯（溶融状態の金属材料）を射出・充填する射出装置１と、成形されたダイカスト品（成形品）を固定金型１０１又は移動金型１０３から押し出す不図示の押出装置と、これら各装置を制御する制御装置１５３とを有している。なお、制御装置１５３は、各装置の一部を構成していると捉えられてもよい。

型締装置１５１は、例えば、不図示のベースと、ベース上に固定され、固定金型１０１を保持する固定ダイプレート１５５と、ベース上において型開閉方向に移動可能であり、移動金型１０３を保持する移動ダイプレート１５７とを有している。

固定ダイプレート１５５には、射出フレーム１５９が固定されている。射出フレーム１５９は、Ｃ型やＤ型等の適宜な形式のものとされてよい。なお、射出フレーム１５９は、後述するように、射出装置１の部材の支持等に寄与するから、射出装置１の一部と捉えられてもよい。

（射出装置の構成）
図２は、射出装置１の要部の構成を模式的に示す上面図（一部に断面図を含む）である。

射出装置１は、キャビティ１０５に通じるスリーブ３（図１も参照）と、スリーブ３内の溶湯をキャビティ１０５へ押し出すプランジャ５と、プランジャ５を駆動する射出シリンダ９と、射出シリンダ９に作動液を供給する液圧装置１１と、プランジャ５を駆動する駆動装置１３とを有している。

スリーブ３及びプランジャ５の構成は、公知の構成と同様でよい。スリーブ３は、例えば、固定ダイプレート１５５に挿通されるように設けられている。なお、スリーブ３は、固定金型１０１にも挿通されていてよい。プランジャ５は、スリーブ３を摺動するプランジャチップ５ａと、プランジャチップ５ａに固定されたプランジャロッド５ｂとを有している。

なお、本願においては、原則として、「固定」は、互いに別個に形成された２以上の部材が固定される場合だけでなく、２以上の部材が一体的に形成されることにより固定されている場合を含み得るものとし、「連結」は、互いに別個に形成された２以上の部材が固定（又は係合）されている場合を指し、２以上の部材が一体的に形成されることにより固定されている場合を含まないものとする。

スリーブ３に形成された給湯口３ａ（図１も参照）から溶湯がスリーブ３内に供給された状態で、プランジャチップ５ａがスリーブ３内をキャビティ１０５に向かって摺動する（前進する）ことにより、溶湯はキャビティ１０５内に射出、充填される。

なお、プランジャ５のストロークの後端は、例えば、プランジャチップ５ａの前側部分がスリーブ３の後端に挿入された状態となる位置とされる。図１及び図２は、そのような状態を例示している。プランジャ５のストロークの前端は、適宜なビスケット厚が確保される位置とされる。

射出シリンダ９は、例えば、直結型増圧式シリンダにより構成されている。すなわち、射出シリンダ９は、シリンダ部材１５と、シリンダ部材１５の内部を摺動可能な射出ピストン１７及び増圧ピストン１９と、射出ピストン１７に固定され、シリンダ部材１５から露出するピストンロッド２１とを有している。

シリンダ部材１５は、射出シリンダ部１５ａと、その後方に位置し、射出シリンダ部１５ａよりも大径の増圧シリンダ部１５ｂとを有している。射出ピストン１７は、射出シリンダ部１５ａを摺動可能であり、射出シリンダ部１５ａの内部を前側のロッド側室１５ｒと、その反対側のヘッド側室１５ｈとに区画している。増圧ピストン１９は、射出シリンダ部１５ａを摺動可能な小径部１９ａと、増圧シリンダ部１５ｂを摺動可能な大径部１９ｂとを有している。大径部１９ｂは、増圧シリンダ部１５ｂの内部を前側の前側室１５ｆと、後側の後側室１５ｅとに区画している。

ヘッド側室１５ｈに作動液が供給されると、射出ピストン１７は前進する。また、ヘッド側室１５ｈからの作動液の流出が禁止されるとともに前側室１５ｆがタンク圧とされた状態で、後側室１５ｅに作動液が供給されると、増圧ピストン１９の前後の受圧面積の差に応じてヘッド側室１５ｈの作動液が増圧される。

射出シリンダ９は、プランジャ５に対してその後方に同軸（直列）に配置されている。ピストンロッド２１の先端は、プランジャ５の後端に連結されている。従って、ピストンロッド２１の前後進に伴ってプランジャ５も前後進する。

なお、プランジャ５及びピストンロッド２１は、同軸に配置されているとともに互いに連結されているから、これら以外の他の部材がプランジャ５に平行であることとピストンロッド２１に平行であることとを特に区別せずに表現することがあり、同様に、他の部材がプランジャ５に連結されていることとピストンロッド２１に連結されていることとを特に区別せずに表現することがあるものとする。

プランジャ５とピストンロッド２１との連結は、カップリング２３によってなされている。カップリング２３は、例えば、プランジャ５の後端とピストンロッド２１の前端との間に介在するスペーサ２５と、これらを覆うカバー２７とを有している。カバー２７は、駆動装置１３との連結に供される被当接部２７ｂを有している。被当接部２７ｂは、例えば、カバー２７の外周面に形成されたフランジにより構成されている。

液圧装置１１は、例えば、作動液を貯留するタンク２９と、タンク２９の作動液を送出するポンプ３１と、ポンプ３１を駆動するポンプ用電動機３３と、蓄圧した作動液を供給するアキュムレータ３５と、これらの要素及び射出シリンダ９を互いに接続する液圧回路３７とを有している。

タンク２９は、例えば、開放タンクであり、大気圧下で作動液を保持している。タンク２９は、例えば、液圧回路３７を介して射出シリンダ９における作動液の過不足を解消し、また、ポンプ３１及び液圧回路３７を介してアキュムレータ３５に作動液を供給する。

ポンプ３１は、歯車ポンプやベーンポンプ等のロータの回転により作動液を吐出するロータリポンプであってもよいし、アキシャル型のプランジャポンプやラジアル式のプランジャポンプ等のピストンの往復により作動液を吐出するプランジャポンプであってもよい。ポンプ３１は、ロータやピストンの１周期の運動における吐出量が固定された定容量ポンプによって構成されていてもよいし、当該吐出量が可変とされた可変容量ポンプによって構成されていてもよい。また、ポンプ３１は、１方向に作動液を吐出できれば十分であるが、双方向（２方向）ポンプと構造が同一であってもよい。

ポンプ用電動機３３は、回転式の電動機である。ポンプ用電動機３３は、直流モータでも交流モータでもよいし、誘導モータでも同期モータでもよい。ポンプ用電動機３３は、オープンループにおいて設けられた定速電動機として機能するものであってもよいし、クローズドループにおいて設けられたサーボモータとして機能するものであってもよい。

なお、後述する動作の説明において、ポンプ用電動機３３が停止しているとき、ポンプ用電動機３３は、トルクフリーの状態とされてもよいし、（サーボモータの場合は）一定位置に停止するように制御されてもよいし、ブレーキを含んで構成され、ブレーキが使用されてもよい。ポンプ用電動機３３が停止される状況等に応じて適切な停止方法が選択されてよい。

アキュムレータ３５は、重量式、ばね式、気体圧式（空気圧式含む）、シリンダ式、プラダ式などの適宜な形式のアキュムレータにより構成されてよい。例えば、アキュムレータ３５は、気体圧式、シリンダ式又はプラダ式のアキュムレータであり、アキュムレータ３５内に保持されている気体（例えば空気若しくは窒素）が圧縮されることにより蓄圧される。蓄圧された作動液は、液圧回路３７を介して射出シリンダ９に供給される。

液圧回路３７は、特に図示しないが、射出シリンダ９、タンク２９、ポンプ３１及びアキュムレータ３５を互いに接続する複数の流路、及び、当該複数の流路における作動液の流れを制御する複数の弁を有している。複数の流路は、例えば、鋼管、可撓性のホース又は金属ブロックにより構成されている。複数の弁は、例えば、パイロット式でない又はパイロット式の逆止弁、切換弁、流量制御を行うサーボバルブである。液圧回路３７は、後述する作動液の流れが実現されるように適宜に構成されてよい。

図２では、液圧回路３７の構成要素として、ロッド側室１５ｒから排出される作動液の流量を制御するサーボバルブ３９を例示している。サーボバルブ３９は、メータアウト回路を構成している。すなわち、サーボバルブ３９によりロッド側室１５ｒから排出される作動液の流量が制御されることにより、ピストンロッド２１の前進速度は制御される。

駆動装置１３は、駆動電動機４１と、駆動電動機４１の駆動力によって前後方向に駆動されるとともに、プランジャ５（ピストンロッド２１）に対して着脱可能な着脱部４５とを有している。駆動電動機４１から着脱部４５までの間には、例えば、順に、伝達機構７１、ねじ機構４３及びガイドシャフト７２が介在している。駆動装置１３は、これら駆動電動機４１、伝達機構７１、ねじ機構４３、ガイドシャフト７２及び着脱部４５の組み合わせを、例えば、左右対称に２組有している。

駆動電動機４１は、回転式の電動機であり、特に図示しないが、公知のように、電機子又は界磁の一方を構成するステータと、電機子又は界磁の他方を構成するロータとを有している。ステータは、適宜な方法により固定されて各種の平行移動及び回転移動が規制されており、ロータはステータに対して軸回りに回転する。駆動電動機４１の配置位置及び向きは適宜に設定されてよい。例えば、駆動電動機４１は、出力軸４１ａがピストンロッド２１に平行に且つ後方に向くように配置されている。

駆動電動機４１は、直流モータでも交流モータでもよいし、誘導モータでも同期モータでもよい。駆動電動機４１は、ブレーキ付きの電動機であることが好ましい。駆動電動機４１は、例えば、サーボモータとして構成されており、駆動電動機４１の回転を検出するエンコーダ４７と、駆動電動機４１に電力を供給するサーボドライバ４９と共にサーボ機構を構成している。

後述する動作の説明において、駆動電動機４１が停止しているとき、駆動電動機４１が停止される状況等に応じて適切な停止方法が選択されてよいことは、ポンプ用電動機３３と同様である。

伝達機構７１は、例えば、プーリ・ベルト機構により構成されており、駆動電動機４１の出力軸４１ａに固定された第１プーリ７３と、ねじ機構４３に固定された第２プーリ７４と、第１プーリ７３及び第２プーリ７４に掛架されたベルト７５とを有している。従って、駆動電動機４１が回転されると、その回転は伝達機構７１を介してねじ機構４３に伝達される。

ねじ機構４３は、例えば、ボールねじ機構により構成されており、ねじ軸５１と、ねじ軸５１に不図示のボールを介して螺合するナット５３とを有している。

ねじ軸５１は、ピストンロッド２１に平行に配置されている。また、ねじ軸５１は、軸方向の移動が規制されているとともに軸回りの回転が許容されている。一方、ナット５３は、軸方向の移動が許容されるとともに軸回りの回転が規制されている。従って、ねじ軸５１が回転されると、ナット５３はピストンロッド２１に平行な方向において移動する。

ねじ軸５１は、第２プーリ７４と同心又は同軸に固定されている。具体的には、例えば、ねじ軸５１の後端にねじ軸５１と同軸に伝達軸７７が固定されており、この伝達軸７７に第２プーリ７４が同心に固定されることにより、ねじ軸５１と第２プーリ７４とは固定されている。なお、伝達軸７７は、適宜な軸受によって軸方向の移動が規制されるとともに軸回りの回転が許容されており、ねじ軸５１の軸方向の移動の規制にも寄与している。

ガイドシャフト７２は、ピストンロッド２１に平行な方向に延びており、一端がナット５３に固定され、他端が着脱部４５に固定されている。従って、ナット５３が前後方向に移動すると、ガイドシャフト７２及び着脱部４５も前後方向に移動する。

ガイドシャフト７２は、例えば、ねじ軸５１を収容する中空状に形成されている。中空形状は、例えば、ナット５３との固定部分を除いて、断面が円形であり、径が一定である。ガイドシャフト７２は、例えば、ナット５３がねじ軸５１に対して射出サイクルの後退限に位置するときに（別の観点では射出サイクルに亘って）、ねじ軸５１のうちナット５３よりも前方の全体を覆うことが可能な長さを有している。そして、好ましくは、ガイドシャフト７２の先端は塞がれている。

ガイドシャフト７２とナット５３との固定は適宜にされてよい。例えば、ガイドシャフト７２の後端は拡径され、ナット５３は、その拡径された部分に嵌合されるとともに抜け止めがなされている。これにより、ガイドシャフト７２とナット５３との前後方向の相対移動は規制される。また、上記の拡径された部分の内周面及びナット５３の外周面が多角形とされたり、上記の拡径された部分及びナット５３に半径方向にねじが挿通されたりすることにより、ガイドシャフト７２とナット５３との回転方向の相対移動は規制される。

ガイドシャフト７２は、例えば、射出フレーム１５９に設けられたブシュ６３に摺動可能に挿通されている。これにより、ガイドシャフト７２の荷重等が射出フレーム１５９に支持され、プランジャ５等に不要な力が加えられることが抑制される。

着脱部４５は、基部５５と、基部５５に揺動可能に支持されたフック５７と、フック５７を駆動するアクチュエータ５９とを有している。

基部５５は、ガイドシャフト７２と固定されている。従って、基部５５は、駆動電動機４１の駆動力によりナット５３及びガイドシャフト７２と共に前後方向に駆動される。また、基部５５の前後方向の移動により、基部５５に支持されているフック５７及びアクチュエータ５９も前後方向に移動する。

基部５５は、例えば、ピストンロッド２１が挿通される孔部が形成された板状部分を有しており、カップリング２３の被当接部２７ｂに対して後方から当接可能である。すなわち、基部５５は、被当接部２７ｂに対する当接により、ピストンロッド２１に対する相対的な前進が規制されるとともに、その当接位置から後方におけるピストンロッド２１に対する相対的な後退が許容される。

従って、基部５５が被当接部２７ｂに対して当接した状態で基部５５を前進させることにより、プランジャ５を前進させることができる。すなわち、駆動電動機４１の駆動力によりプランジャ５を前進させることができる。また、ヘッド側室１５ｈへ作動液を供給してピストンロッド２１を比較的高速に移動させることなどにより、プランジャ５を基部５５に対して相対的に前進させることが可能である。

なお、基部５５は、被当接部２７ｂに当接する部分として、被当接部２７ｂとのはねかえりの係数が基部５５の他の部分に比較して小さい材料からなる緩衝部を有していることが好ましい。

基部５５は、例えば、ガイドシャフト７２の前方端部と固定されている。ガイドシャフト７２は、上述のように、射出サイクルの後退限に位置するときも、ねじ軸５１の前方の部分を収容可能な長さを有している。従って、ねじ機構４３、伝達機構７１及び駆動電動機４１は、射出サイクルに亘って、基部５５の位置から後方の範囲に配置されている。すなわち、スリーブ３に対して比較的後方に離れて配置されている。さらに、図２では、ガイドシャフト７２（基部５５）が射出サイクルの後退限に位置するとき、ねじ軸５１の前端が基部５５よりも後方に、さらには、射出フレーム１５９よりも後方に位置する場合を例示している。

基部５５とガイドシャフト７２との固定は、例えば、ガイドシャフト７２が基部５５に挿入され、両者が不図示のねじ等により固定されることによりなされる。なお、ガイドシャフト７２と基部５５との固定は、ガイドシャフト７２の軸回りの回転の規制に寄与し、ひいてはナット５３の回転の規制に寄与している。

フック５７は、例えば、概ねＬ字状に形成されるとともに、一端が基部５５によって回転可能に支持されている。そして、フック５７は、被当接部２７ｂに対してプランジャ５の後退方向に係合可能な位置（「ＯＮ」の位置）と、当該係合が解除される位置（「ＯＦＦ」の位置）との間で移動可能である。なお、フック５７は、ＯＮの位置において、基部５５とで被当接部２７ｂを挟持可能である。

フック５７がＯＦＦ（係合解除）されることにより、プランジャ５を基部５５に対して相対的に前進させることが可能である。また、フック５７がＯＮ（係合）されることにより、基部５５の後退に伴ってプランジャ５を後退させることができる。すなわち、駆動電動機４１の駆動力によりプランジャ５を後退させることができる。

駆動装置１３は、射出ピストン１７のストロークの全体に亘ってフック５７を被当接部２７ｂに係合可能に構成及び配置されている。例えば、ねじ機構４３のストロークは、射出シリンダ９のストロークと同等とされており、駆動装置１３は、射出ピストン１７が後退限に位置するときにねじ軸５１も後退限に位置するように配置されている。

アクチュエータ５９は、例えば、往復動（別の観点では伸縮）を行うアクチュエータにより構成されている。アクチュエータ５９は、例えば、リニアモータ、空圧シリンダ若しくは液圧シリンダである。アクチュエータ５９の往復動によって、フック５７はＯＮ若しくはＯＦＦされる。

制御装置１５３は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、外部記憶装置、入力回路、及び、出力回路を含んで構成されている。制御装置１５３は、入力された各種の入力信号に基づいて、各部を制御するための制御信号を出力する。

制御装置１５３に信号を入力するのは、例えば、ユーザの入力操作を受け付ける不図示の入力装置、エンコーダ４７、プランジャ５の位置を検出するための位置センサ６５、液圧系の適宜な位置において作動液の圧力を検出する不図示の圧力センサである。

制御装置１５３が信号を出力するのは、例えば、ユーザに情報を表示する不図示の表示器、サーボドライバ４９、ポンプ用電動機３３に電力を供給する不図示のドライバ、液圧回路３７（サーボバルブ３９含む）、アクチュエータ５９（又はそのドライバ）である。

位置センサ６５は、例えば、不図示のスケール部とともにリニアエンコーダを構成している。例えば、位置センサ６５は、シリンダ部材１５の前方に固定的に設けられ、スケール部は、ピストンロッド２１に設けられ、その軸方向に延びている。そして、位置センサ６５は、ピストンロッド２１の移動に伴って移動するスケール部の位置を検出することによってプランジャ５の位置を間接的に検出する。なお、位置センサ６５、又は、制御装置１５３は、検出した位置を微分することにより、速度を検出することが可能である。

圧力センサは、液圧系において適宜な位置に設けられる。例えば、特に図示しないが、ヘッド側室１５ｈの圧力を検出する圧力センサ及びロッド側室１５ｒの圧力を検出する圧力センサが設けられ、制御装置１５３は、これらの圧力センサの検出値に基づいて、プランジャ５が溶湯に加える圧力を特定可能である。また、例えば、特に図示しないが、アキュムレータ３５の圧力を検出する圧力センサが設けられ、制御装置１５３は、その検出値に基づいて、アキュムレータ３５の充填完了を判定可能である。

（射出装置の動作）
図３は、射出装置１の動作を説明する図である。図３において、横軸は時間を示している。また、実線Ｌｖは射出速度の変化を示し、実線Ｌｐは射出圧力の変化を示している。実線Ｌｖ及びＬｐが描かれたグラフにおいて、縦軸は射出速度及び射出圧力の大きさを示している。また、当該グラフの下方においては、射出シリンダ９の射出ピストン１７、駆動電動機４１、着脱部４５、サーボバルブ３９、ポンプ用電動機３３及びアキュムレータ３５の動作を示している。図３のさらに下方においては、駆動電動機４１の負荷を示している。

なお、サーボバルブ３９の「ＯＮ／ＯＦＦ」は、開口度が制御されている状態／開口度が制御されずに開かれている若しくは閉じられている状態を示している。また、アキュムレータ３５の「充填」は、アキュムレータ３５を充填可能な状態を示している（「充填」とされた範囲全体に亘って充填が行われている必要は無い）。

射出装置１は、概観すると、低速射出、高速射出、及び、増圧（昇圧）を順に行う。すなわち、射出装置１は、射出の初期段階においては、溶湯の空気の巻き込みを防止するために比較的低速でプランジャ５を前進させ、次に、溶湯の凝固に遅れずに溶湯を充填するため等の観点から比較的高速でプランジャ５を前進させる。その後、射出装置１は、成形品のヒケをなくすために、プランジャ５の前進する方向の力によりキャビティ内の溶湯を増圧する。具体的には、以下のとおりである。

（低速射出：ｔ０〜ｔ１）
低速射出の開始直前において、射出装置１は、図１及び図２に示す状態となっている。すなわち、射出シリンダ９の射出ピストン１７及び駆動装置１３のナット５３は、後退限等の初期位置に位置している。この初期位置において、着脱部４５の基部５５はカップリング２３の被当接部２７ｂに当接しており、また、着脱部４５のフック５７は被当接部２７ｂに係合可能である。ただし、必ずしも係合がなされている必要はなく、本実施形態では、係合は解除（ＯＦＦ）されているものとする。また、駆動電動機４１は停止している。ポンプ用電動機３３は、アキュムレータ３５の充填が完了しているのであれば停止されており、充填が完了していないのであれば駆動されている。液圧回路３７は、例えば、射出シリンダ９における作動液の流入出を禁止している。

固定金型１０１及び移動金型１０３の型締が終了し、溶湯がスリーブ３に供給されるなど、所定の低速射出開始条件が満たされると、制御装置１５３は、駆動電動機４１を駆動する。その駆動力は、伝達機構７１、ねじ機構４３、ガイドシャフト７２及び基部５５を介して被当接部２７ｂに伝達される。これにより、プランジャ５及びピストンロッド２１が前進する。すなわち、駆動装置１３の駆動力によって低速射出が行われる。

なお、制御装置１５３は、射出ピストン１７の前進に伴って、ロッド側室１５ｒからの作動液の排出及びヘッド側室１５ｈへの作動液の補給が適宜に行われるように、液圧回路３７を制御する。

例えば、液圧回路３７は、ロッド側室１５ｒから排出される作動液をタンク２９に排出し、又は、不図示のランアラウンド回路を介してヘッド側室１５ｈに還流する。低速射出の間、サーボバルブ３９は、例えば全開とされる。なお、ランアラウンド回路を利用する場合においても、ヘッド側室１５ｈは、ロッド側室１５ｒよりも受圧面積が大きいから、ヘッド側室１５ｈへの作動液の補給は必要である。

また、例えば、液圧回路３７は、タンク２９からヘッド側室１５ｈへの作動液の流れを許容し、ヘッド側室１５ｈへ作動液を補給する。アキュムレータ３５の充填を低速射出前に終了させ、ポンプ３１からヘッド側室１５ｈへ作動液を補給してもよい。若しくは、不図示のアシスト用のアキュムレータからヘッド側室１５ｈへ作動液を補給してもよい。なお、ポンプ３１若しくはアキュムレータから作動液を補給する場合、ヘッド側室１５ｈに負圧が生じない程度に作動液が補給されてもよいし（この場合も駆動装置１３のみにより低速射出を行っているといえる）、駆動装置１３によるプランジャ５の駆動をアシストするように（例えばプランジャ５を駆動する駆動力の数十％を生じるように）作動液が補給されてもよい。

プランジャ５の速度は、駆動電動機４１の回転数の調整により制御される。具体的には、制御装置１５３は、位置センサ６５により検出されるプランジャ５の速度に基づいて、駆動電動機４１の回転数をフィードバック制御する。

アキュムレータ３５の充填は、アキュムレータ３５の圧力を検出する不図示の圧力センサの検出値が所定の充填完了圧力に到達したときに、ポンプ用電動機３３が停止（ＯＦＦ）されることにより終了する。ポンプ用電動機３３の回転数等は、後述するアキュムレータ３５の充填開始時点後、低速射出が終了するまでの適宜な時期において、アキュムレータ３５の充填が完了するように適宜に設定されている。

なお、図３では、着脱部４５がＯＦＦ（係合解除）された状態で低速射出が行われている場合を例示しているが、着脱部４５はＯＮされていてもよい。この場合、例えば、減速を含む多段制御を行ったときに、慣性力によってプランジャ５が基部５５から離間して前進してしまうことを防止できる。

（高速射出：ｔ１〜ｔ２）
制御装置１５３は、位置センサ６５の検出値に基づくプランジャ５の位置が所定の高速切換位置に到達すると、アキュムレータ３５からヘッド側室１５ｈへ作動液が供給されるように液圧回路３７を制御する。また、制御装置１５３は、サーボバルブ３９を適宜な開度に調整する。さらに、制御装置１５３は、低速射出から引き続き着脱部４５をＯＦＦ（係合解除）とし、若しくは、低速射出においてＯＮであった着脱部４５をＯＦＦとする。

これにより、射出ピストン１７、ピストンロッド２１及びプランジャ５は比較的高速で前進する。このとき、着脱部４５の係合が解除されているから、プランジャ５等は、比較的低速で移動する着脱部４５、ガイドシャフト７２及びナット５３を置き去りにして前進する。従って、駆動装置１３は、プランジャ５等の前進を妨げる負荷とはならない。そして、スリーブ３の溶湯が高速でキャビティ１０５に射出される。

なお、射出シリンダ９によってプランジャ５が駆動されることにより、駆動装置１３の駆動電動機４１の負荷は低速射出時よりも低下する。

プランジャ５の速度は、サーボバルブ３９の開口度の調整により制御される。なお、制御装置１５３は、位置センサ６５により検出されるプランジャ５の速度に基づいて、サーボバルブ３９の開口度をフィードバック制御してもよい。

（減速射出：ｔ２〜ｔ３）
溶湯がキャビティ１０５にある程度充填されると、プランジャ５は、その充填された溶湯から反力を受けて減速され、その一方で、射出圧力は、急激に上昇していく。なお、各部の動作は、高速射出時と同様である。ただし、充填時の衝撃を緩和するために、プランジャ５が所定の減速位置に到達するなど所定の減速開始条件が満たされたときにサーボバルブ３９の開口度を小さくするなど、適宜な減速制御がなされてもよい。

（増圧：ｔ３〜ｔ４）
所定の増圧開始条件が満たされると、制御装置１５３は、増圧工程を開始するように液圧回路３７を制御する。増圧開始条件は、例えば、ヘッド側室１５ｈの圧力を検出する不図示の圧力センサ（及び必要に応じてロッド側室１５ｒの圧力を検出する不図示の圧力センサ）の検出値に基づく射出圧力が所定の値に到達したこと、又は、位置センサ６５により検出されるプランジャ５の検出位置が所定の位置に到達したことである。

液圧回路３７は、増圧開始のために、アキュムレータ３５から後側室１５ｅへの作動液の放出の許容、前側室１５ｆからタンク２９への作動液の排出の許容、ヘッド側室１５ｈからの作動液の排出の禁止、及び、ロッド側室１５ｒからタンク２９への作動液の排出の許容を行う。これにより、ヘッド側室１５ｈの圧力が増圧ピストン１９により加圧され、射出圧力は上昇し、射出圧力は終圧に到達する。また、射出速度は、キャビティ１０５に溶湯が完全に充填されることにより０となる。

（保圧：ｔ４〜ｔ６）
制御装置１５３は、射出圧力が終圧となっている状態を維持する。この間に、溶湯は冷却されて凝固する。溶湯が凝固すると、制御装置１５３は、アキュムレータ３５から後側室１５ｅへの液圧の供給の停止等を行うように液圧回路３７を制御し、保圧は終了する。

なお、制御装置１５３は、適宜に溶湯が凝固したか否かを判定する。例えば、制御装置は、終圧が得られた時点等の所定の時点から所定の時間が経過したか否かにより、溶湯が凝固したか否か判定する。

（着脱部の到達：ｔ５）
増圧が開始されてプランジャ５の速度が低下し、さらには、保圧が開始されてプランジャ５が停止することにより、駆動装置１３によって低速射出から引き続き駆動されていた着脱部４５（基部５５）は被当接部２７ｂに追いつく。換言すれば、着脱部４５は、被当接部２７ｂに対して係合可能な状態となる。着脱部４５が被当接部２７ｂに到達する時点は、好ましくは保圧完了前である。

制御装置１５３は、位置センサ６５及びエンコーダ４７の検出値に基づいて着脱部４５の被当接部２７ｂへの到達を検出すると、駆動電動機４１を停止させる。なお、着脱部４５の位置の検出は、位置センサ６５と同様の位置センサ（リニアエンコーダ）が設けられることなどによって行われてもよい。

高速射出開始から着脱部４５が被当接部２７ｂに到達するまでの着脱部４５の速度は、低速射出時の速度と同等であってもよいし、異なっていてもよい。また、基部５５がプランジャ５に衝撃を与えないように、適宜に減速制御が行われてもよい。

（押出追従：ｔ７〜ｔ９）
保圧終了後、制御装置１５３は、不図示の型締装置に型開きを行わせるとともに、不図示の押出装置により固定金型１０１から成形品を押し出す。このとき、制御装置１５３は、プランジャ５によりビスケットを押し出すための駆動力を射出シリンダ９及び／又は駆動装置１３が生じるようにこれらを制御する。なお、図３では、駆動装置１３によりプランジャ５を駆動することを基本としつつ、押出追従の初期（ｔ７〜ｔ８）においては射出シリンダ９も駆動する場合を例示している。

（プランジャ後退：ｔ１０〜ｔ１１）
制御装置１５３は、着脱部４５が被当接部２７ｂに到達した以後（ｔ５以後）からの適宜な時期、好適には、保圧終了後（ｔ６後）、より好適には押出追従の開始時（ｔ７）において、着脱部４５をＯＮ（係合）状態とする。そして、制御装置１５３は、押出追従が完了すると、着脱部４５を後退させる方向に駆動電動機４１を駆動する。これにより、プランジャ５が後退する。

なお、駆動装置１３によりプランジャ５の後退が行われる間、例えば、射出シリンダ９は駆動力を生じない状態とされ、駆動装置１３の駆動力によって初期状態に戻される。例えば、液圧回路３７は、タンク２９からロッド側室１５ｒへの作動液の補給の許容、ヘッド側室１５ｈからの作動液の排出の禁止、タンク２９から前側室１５ｆへの作動液の補給の許容、及び、後側室１５ｅからタンク２９への作動液の排出の許容を行う。これにより、プランジャ５の後退に伴って、射出ピストン１７及び増圧ピストン１９は後退する。増圧ピストン１９が後退限に到達すると、ヘッド側室１５ｈからタンク２９への作動液の排出も許容される。ヘッド側室１５ｈから排出される作動液はロッド側室１５ｒへ還流されてもよい。

上記のようにプランジャ５の後退が行われた結果、プランジャ５、ピストンロッド２１、ガイドシャフト７２及びナット５３は、図１及び図２に示す初期位置に復帰する。すなわち、次の成形サイクル（射出サイクル）の準備が整う。

（アキュムレータ充填：ｔ９〜ｔ１１〜ｔ１）
アキュムレータ３５の充填は、アキュムレータ３５の放出が行われる高速射出、増圧及び保圧、並びに、アキュムレータ３５の放出が行われる可能性のある押出追従を除いて、適宜な時期に行われてよい。

例えば、制御装置１５３は、押出追従が完了すると（ｔ９）、ポンプ用電動機３３の駆動を開始し、アキュムレータ３５の充填を開始する。アキュムレータ３５の充填完了時期は、既に述べたように、低速射出終了までの間の適宜な時期とされる。

なお、以上に述べた射出装置１の動作、すなわち、低速射出の開始（ｔ０）からプランジャ５の後退完了による初期状態への復帰（ｔ１１）までの動作は、射出サイクルを構成している。

以上のとおり、本実施形態では、射出装置１は、キャビティ１０５に通じるスリーブ３と、スリーブ３内の溶湯をキャビティ１０５に押し出すプランジャ５と、プランジャ５に連結されたピストンロッド２１を有する射出シリンダ９と、駆動装置１３とを有している。

駆動装置１３は、ピストンロッド２１に平行なねじ軸５１と、ねじ軸５１に螺合するナット５３と、ねじ軸５１を回転させ、これによりナット５３をピストンロッド２１に平行な方向へ移動させる駆動力を生じる駆動電動機４１と、ナット５３と共に移動し、ピストンロッド２１に対する相対的な前進が規制されるとともに、ピストンロッド２１に対する相対的な後退が許容される基部５５と、射出サイクルに亘ってねじ軸５１のうちナット５３よりも前方の部分を収容するガイドシャフト７２と、を有している。

従って、ねじ軸５１は、ガイドシャフト７２によって、スリーブ３等から飛散した溶湯又は潤滑剤から保護される。その結果、駆動装置１３の性能低下又は寿命短縮が生じることが抑制される。

本実施形態とは異なり、プランジャ又はピストンロッドを長くすることによって、ピストンロッドと駆動装置との連結位置（着脱部の位置）をスリーブから後方へ離れた位置とし、ひいては、より後方に駆動装置を配置することが考えられる。ただし、この場合、プランジャ又はピストンロッドは、液圧機器のみによってプランジャを駆動する従来の液圧式射出装置におけるものとの互換性を失う。また、シリンダ部材の配置位置も従来の液圧式射出装置よりも後方になる。その結果、例えば、既設の液圧式射出装置をハイブリッド化することが困難になる。また、シリンダ部材が後方に位置することによって射出装置の長大化も招かれる。

しかし、本実施形態においては、上記のようにねじ軸５１を保護していることから、プランジャ５の構成、射出シリンダ９の構成及び配置位置は、従来の液圧式射出装置と同様でよい。その結果、例えば、既設の液圧式射出装置をハイブリッド化することが容易化される。また、例えば、シリンダ部材１５は、従来の液圧式射出装置と同様に、射出フレーム１５９に固定されることが可能である。シリンダ部材１５が後方に位置することによる射出装置の長大化も抑制される。

なお、ナット５３及びガイドシャフト７２が前方に移動すると、ねじ軸５１の後方部分はガイドシャフト７２から露出する。しかし、ねじ軸５１のうち溶湯等が付着しやすい部分は、スリーブ３に近い部分（前方部分）であり、また、溶湯等が付着しやすい時期は、溶湯を注いだりする時期（プランジャ５が後退限で待機している時期）である。従って、後方部分の露出はさほど問題にならない。ただし、ねじ軸５１の後方部分は、蛇腹状のカバー等によって覆われていてもよい。

また、本実施形態では、ナット５３は、基部５５よりも後方に位置しており、ガイドシャフト７２は、ナット５３及び基部５５に固定されてこれらを固定している。

従って、まず、互いに前後方向の位置が異なるナット５３と基部５５との固定に寄与する部材（ガイドシャフト７２）が、ねじ軸５１の保護に兼用されることになる。その結果、全体として構成が簡素になる。

また、別の観点では、ガイドシャフト７２は、ナット５３を基部５５よりも後方に配置し、ひいては、ねじ軸５１を後方に配置することに寄与している。このようにねじ軸５１及びナット５３が後方に配置されると、伝達機構７１や駆動電動機４１も後方に配置することが可能になる。その結果、ねじ軸５１だけでなく、伝達機構７１や駆動電動機４１も溶湯や潤滑剤の付着が抑制される。

特に、本実施形態では、ねじ軸５１は、射出サイクルに亘って基部５５よりも後方に位置していることから、伝達機構７１及び駆動電動機４１をスリーブ３から十分に離すことができる。ただし、射出装置１全体の長大化を抑制する観点からは、伝達機構７１や駆動電動機４１は、射出シリンダ９の後端から前方の範囲に収まってることが好ましい。

上記のようにナット５３を後方に配置可能とするガイドシャフト７２は、射出サイクルに亘ってねじ軸５１の前方部分を収容する都合上、長尺に形成されるから、ナット５３を後方に配置可能とすることに適した部材である。すなわち、ガイドシャフト７２の有効利用が図られている。

なお、以上の第１の実施形態において、基部５５は本発明の被規制部材の一例であり、ガイドシャフト７２は本発明の被覆部材の一例である。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

成形機は、ダイカストマシンに限定されない。例えば、成形機は、他の金属成形機であってもよいし、射出成形機であってもよいし、木粉に熱可塑性樹脂等を混合させた材料を成形する成形機であってもよい。また、成形機は、横型締横射出に限定されず、例えば、縦型締縦射出、縦型締横射出、横型締縦射出であってもよい。成形機は、射出フレームを有さないものであってもよい。作動液は、油に限定されず、例えば水でもよい。

駆動装置は、電動機、ねじ機構、被規制部材及び被覆部材を有していればよく、伝達機構（７１）等は必須のものではない。例えば、ねじ軸と電動機の出力軸とは同軸にカップリングを介して連結されてもよいし、ねじ軸と出力軸とが一体化された電動機が設けられてもよい。また、伝達機構が設けられる場合、伝達機構は、プーリベルト機構に限定されず、例えば、歯車機構であってもよい。

駆動装置及び射出シリンダは、射出サイクルにおいて、適宜に単独で又は共に利用されてよい。

例えば、駆動装置は、プランジャの後退及び押出追従に利用されなくてもよい。具体的には、特許文献１において開示されているように、駆動装置は、低速射出から高速射出への切り換えのときに停止され、プランジャの後退及び押出追従は、シリンダ装置のみによって行われてもよい。この場合、駆動装置は、低速射出のストロークで駆動可能であればよく、ねじ軸を短くすることができる。

また、例えば、上記とは逆に、駆動装置は、射出シリンダを補助するように、増圧及び／又は保圧に利用されてもよい。このような駆動装置及びシリンダ装置の協働は、一の工程の一部分のみにおいて行われてもよい。

上述のように、駆動装置は、必ずしもプランジャの後退に供されなくてもよい。従って、射出装置は、ねじ軸のピストンロッドに対する相対的な前進を規制可能且つねじ軸のピストンロッドに対する相対的な後退を許容可能であればよい。すなわち、射出装置において、被規制部材（実施形態では基部５５）を含む構成は、ねじ軸のプランジャに対する相対的な後退をも規制可能な構成（着脱部）である必要はない。例えば、実施形態において、フック５７及びアクチュエータ５９は省略可能である。

また、着脱部が設けられる場合において、着脱部は、少なくとも被駆動部のピストンロッドに対する相対的な後退を許容するように連結を解除できれば十分であるが、ねじ軸のピストンロッドに対する相対的な前進及び後退の双方を許容するような連結解除を行うものであってもよい。例えば、着脱部は、ピストンロッドに対して前進方向及び後退方向の双方に対して係合する位置と当該係合位置から退避した位置との間で移動可能な係合部材（被規制部材）と、当該係合部材を駆動するアクチュエータとを有するものであってもよい。

また、着脱部が設けられる場合において、被規制部材は、ピストンロッド又はピストンロッドに固定された部材に対して後方から当接する部材でなくてもよい。例えば、被規制部材は、ピストンロッド若しくはピストンロッドに固定された所定部材を側方から挟持したり、所定部材に側方から吸着したりして、摩擦力のみによってねじ軸のピストンロッドに対する前後方向の相対移動を規制するものであってもよい。その他、ねじ軸とピストンロッドとの相対移動は適宜に規制若しくは許容されてよい。例えば、特許文献１に開示されている種々の態様が適用されてよい。

液圧装置は、適宜に構成することができ、種々の流路の接続及び共用、並びに、種々の弁の配置は、適宜に変更可能である。例えば、実施形態では、メータアウト回路を構成するサーボバルブ３９を設けたが、サーボバルブ３９に代えて若しくは追加してメータイン回路を構成するサーボバルブが設けられてもよい。

被覆部材は、被規制部材とナットとを固定することに寄与していなくてもよい。例えば、ナットと被規制部材とが直接に固定され、被覆部材は、ナット又は被覆部材に固定された管状部材又は蛇腹状のカバーであってもよい。また、被覆部材は、被規制部材とナットとを固定するものである場合において、ナットを被規制部材よりも前方に配置するためのものであってもよい。

ねじ軸は、射出サイクルに亘って被規制部材の後方に位置していなくてもよい。例えば、実施形態において、基部５５が後退限に位置するときに、ねじ軸５１の前端は、基部５５のガイドシャフト７２が挿通された孔内に位置してもよい。また、例えば、ガイドシャフト７２は、その中途部分が基部５５と固定され、前端部分が基部５５から突出し、ねじ軸５１は、その前端が基部５５よりも前方に位置していてもよい。

このような態様であっても、ねじ軸は、被覆部材に収容されることによって保護される。射出装置の全体構成等の諸事情によっては、ねじ機構や電動機等を後方に配置することが困難な場合があり、このような場合に上記の態様は有効である。例えば、単動式の射出シリンダが用いられ、プランジャから射出シリンダの後端までの長さが短い場合にも、ねじ機構や電動機を射出シリンダの後端までの範囲に収めることができる。なお、このように、本願発明は、被覆部材にねじ軸を収容することにより、ねじ機構や電動機等の配置の自由度を向上させている。

１…射出装置、３…スリーブ、５…プランジャ、９…射出シリンダ、１３…駆動装置、５１…ねじ軸、５３…ナット、４１…電動機、７２…ガイドシャフト（被覆部材）、１０５…キャビティ。

Claims (3)

1. キャビティに通じるスリーブと、
   前記スリーブ内の材料を前記キャビティに押し出すプランジャと、
   前記プランジャに連結されたピストンロッド、当該ピストンロッドに固定された射出ピストン及び当該射出ピストンを収容するシリンダ部材を有する射出シリンダと、
   駆動装置と、
   を有し、
   前記駆動装置は、
   前記ピストンロッドに平行なねじ軸と、
   前記ねじ軸に螺合するナットと、
   前記ねじ軸を回転させ、これにより前記ナットを前記ピストンロッドに平行な方向へ移動させる駆動力を生じる電動機と、
   前記ナットと共に前記シリンダ部材に対して移動し、前記ピストンロッド又は前記ピストンロッドに固定された部材に対する着脱及び後方からの当接の少なくとも一方が可能で、前記ナットよりも前方に位置している被規制部と、
   射出サイクルに亘って前記ねじ軸のうち前記ナットよりも前方の部分を収容し、前記ナット及び前記被規制部に固定されている被覆部材と、
   を有する射出装置。
2. 前記ねじ軸は、射出サイクルに亘って前記被規制部よりも後方に位置する
   請求項１に記載の射出装置。
3. 請求項１に記載の射出装置と、
   型締装置と、
   を有する成形装置。

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