JP6192386B2 - プラスチック材料の射出成形のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホットランナと、バルブピンが内部で軸方向に移動可能であるノズルを有する少なくとも一つの注入器と、バルブピンの閉じている位置と開いている位置との間の軸方向の変位を、圧力下で流体プラスチック材料をホットランナから型穴へ流すのを可能にするように統制する作動手段と、を備えるプラスチック材料の射出成形のための装置に関する。

特に、本発明は、上述の種類の成形装置であって、その中でバルブピンの軸方向における変位を統制する上記作動手段が電気モータから成る成形装置に関する。

注入器のバルブピンを統制するため電気モータを使用することには、本機能のため（水圧式または空気圧式の）流体のアクチュエータを使用する従来のシステムに比べて、連続的でそれによってより精密で正確な開／閉要素の位置の制御を可能にし、結果として、流体プラスチック材料をホットランナから型穴へ流す制御を可能にする点に利点がある。

特許文献１に知られるように、上記に明示したタイプの射出成形装置であって、その中でホットランナの上方において、バルブピンと同軸的に設定されたリニア電気モータが注入器それぞれに直接結びついた射出成形装置がある。

特許文献２および特許文献３は、電気モータが、回転モータであり、この場合もまたホットランナの上方で注入器と同軸的に設定され、そしてバルブピンをスクリューとナットの組み合わせ伝達器を通して作動させる解決策を記載している。

これら全ての解決策は、鉛直方向に相当な障害を生じ、成形装置の全体としての高さを増大させてしまう問題を伴う。

特許文献４に知られる技術も同じく、上述のタイプの射出成形装置であって、その中で、注入器それぞれのバルブピンを作動させる電気モータが、この場合もまたスクリューとナットを有する伝達器を通して作動させ、またホットランナの上方で注入器と同軸的に設定される。一つの解決策には、図６乃至８に表されるように、電気モータは、その軸が注入器の軸と直角に方向付けて設定され、そしてベベルギア一組を通して、バルブピンを作動させるスクリューとナットを有する伝達器を制御する。スクリューとナットを有する伝達器もまたバルブピンの上方で同軸的に設定されるため、この場合もまた電気モータと、対応する伝達器の配置がホットランナの上で相当な障害をもたらしてしまう。

米国特許第７２１４０４８号明細書 特願昭６１−０１４８８７号明細書 米国特許第７１２１８２０号明細書 米国特許第６２９４１２２号明細書

本発明の目的は、以上に記載の問題を解決することであり、特に、上記に明示したタイプのプラスチック材料の射出成形のための装置であって、装置の鉛直方向の障害が、実質上ホットランナの高さまでで抑えられており、すなわちいずれにせよ明らかに縮小される装置を提供することである。

上記の目的を達成する観点から、本発明の主題は、請求項１の前提部分に記載のプラスチック材料の射出成形のための装置であって、その主たる特徴は、前記バルブピンと、前記電気モータと、前記スクリューとナットの組み合わせ部と、の中から少なくとも２つが、互いに並んで平行に設定されることにある。

この配置によると、注入器は通常ホットランナの下部に突出するので、電気モータとスクリューとナットの組み合わせ部もまた実質的に注入器の鉛直方向の障害の範囲内に保持され得る。しかし、モータと伝達器の一部の要素が、その代わりに上端に設定される場合も、装置全体の大きさはいかなる場合も制限される。

バルブピンは第１の軸を規定し、電気モータのシャフトは第２の軸を規定し、そしてスクリューとナットの組み合わせ部は第３の軸を規定する。本発明は、多数の異なる実施形態を想定する。すなわち、第２と第３の軸は互いに平行で、第１の軸とも平行である物、さらにこの場合において第１の軸と第３の軸とは一致さえし得る物、他の実施形態では、第２と第３の軸は互いに平行で、第１の軸とは直交する物、更なる実施形態では、第１と第３の軸は互いに平行で、第２の軸とは直交する物、を想定する。

本発明の更なる特徴によると、回転電気モータのシャフトの回転をバルブピンの並進へ変換する伝達器は、望ましくは電気モータのシャフトとスクリューとナットの組み合わせ部とのスクリューの間に設定された力の倍増手段を含み、さらにスクリューとナットの組み合わせ部とバルブピンとの間に設定された更なる力の倍増手段を含んでも良い。

電気モータとスクリューとナットの組み合わせ部は、望ましくは、共通の支持ケーシングであって、バルブピンの軸の周りで、必要に応じて選択可能である様々な角度位置でホットランナへ固定され得る物の中に、収納され得る。

電気モータの制御は、直線位置か角度位置のトランスデューサを用いて、従来の方法で行われ得る。トランスデューサは、バルブピンへ、さもなくばスクリューとナットの組み合わせ部へ、または変換器の他の要素のどれかへ動作上結合し、電気モータの閉ループ制御のための電子回路に、動作上接続される。

本発明の別の側面によると、電気モータの強制冷却のために、勿論、これと連帯して又は別個にスクリューとナットの組み合わせ部の強制冷却のためにも、回路が提供される。それに対し、緊急事態において自動的にホットランナの電力供給を遮断するため設計される、流率のセンサまたは温度のセンサが結合され得る。これは、機械的および電気機械的な部材（伝達器や電気モータ）の過熱の危険性を防ぐ。これらの部材は環境温度をそれ程越え過ぎず、いかなる場合もホットランナの温度よりもかなり低い温度で稼働しなければならない。

本発明を、以下、添付の図面を参照して詳細に説明する。これら図面は、単に非限定的な例として示している。
本発明の第１の実施形態によるプラスチック材料の射出成形のための装置の一部の概略斜視図である。 図１の分解図である。 図１の鉛直断面の部分図である。 図１の上面図である。 本発明による装置の変形例であって、図４と同様の図である。 本発明による装置の変形例であって、図４と同様の図である。 本発明による装置の変形例であって、図４と同様の図である。 本発明の更なる変形例であって、図１と同様の概略斜視図である。 図８の上面図である。 図９のラインＸ−Ｘによる横断面図である。 図３と図１０の細部の概略斜視図である。 本発明の別の変形例の概略側面図である。 図１２の鉛直断面図である。 図１２の背面図である。 本発明の更なる変形例の鉛直断面図である。 図１５の水平断面の一部の図である。 本発明の別の変形例の垂直断面図である。

図１から図４をまず参照して、符号１に示されるのは、プラスチック材料の射出成形のための装置のホットランナの部分である。ホットランナ１から下方に延びており、型穴の入り口（図示していない）と、それ自体は既知の方法で連動する注入器２に、流体のプラスチック材料が、ホットランナ１を通して注ぎ込まれる。

既知の方法によって更に、図２と図３に示されるように、注入器２は、流体のプラスチック材料のホットランナ１から金型の型穴への流れを可能にすべく、進んで下がった開位置と、上がって引いた閉位置との間を軸方向に変位可能であるバルブピン３を備えている。バルブピン３の軸は、鉛直方向に向いているが、図３において符号Ａで示される。

軸Ａに沿ったバルブピン３の変位は、回転電気モータ４によって統制される。回転電気モータ４のシャフトは、符号５で示されるが、軸Ｂに従って設定されており、これもまた鉛直に向いている、すなわちバルブピン３の軸Ａと並行である。

電気モータ４の底部の側に面するシャフト５とかみ合うのは、エンドレスベルト７が渡って動作する駆動プーリー６であり、これは、ボール循環式のスクリューとナットで伝達させる組み合わせ部１０のウォームスクリュー９の底端にかみ合った被駆動プーリー８を作動させる。スクリューとナットの組み合わせ部１０の内部のスクリューは、符号１１で示され、ガイド体２２の内部に鉛直方向にスライドすることができる。

ベルト７を備えたプーリー６と８によって、そしてスクリューとナットの組み合わせ部１０によって形成される変換器は、電気モータ４のシャフト５によって加えられる力を倍増する効果を有する。

スクリューとナットの組み合わせ部１０は、電気モータ４の直ぐ傍に設定される。スクリューとナットの組み合わせ部１０自体の軸は、図３において符号Ｃで示されるが、鉛直方向に向けられて、そしてそれゆえ軸ＡとＢに平行に向けられて設置される。

内側のスクリュー１１は、モータ４によりプーリー６と８とベルト７を通して統制されるスクリュー９が回転する帰結としての並進において移動するが、順次、上述した倍増効果として、バルブピン３の並進を統制するために、中心の水平軸１３のまわりで振動するロッカー１２を作動させる。より詳細には、そしてより明確に図２と３に表されるとおり、内側のスクリュー１１はその上面で支持部１４を支えており、支持部１４にはロッカー１２の一端が符号１５で連結され、ロッカー１２の反対の端はピン１６を担持し、それに連結されるのはバルブピン３の上端である。ピン１６の反対端は、ロッカー１２から突出しているが、ホットランナ１へ直接固定される支持部１８の、鉛直方向のスリット１７各々の範囲内でガイドされる。

実施例に表された場合においては、ロッカー１２のアーム二つは、実質上同等の物である。しかしながら、これらのアームは異なる長さを有しても良い。例えば、更なる力の倍増システムであって、電気モータ４のシャフト５によってプラグ２へ伝達される力の倍増システムを得るためである。

更には、底部において、ホットランナ１の横で支持部１８に固定されるのは、注入器２の横に延在し、底部においてホットランナ１よりも低く下方に突出するケーシング１９であり、その中には電気モータ４とスクリューとナットの組み合わせ部１０と、ベルト伝達器６、７、８もまた収納される。

上記の配置によると、記述したとおり、電気モータ４とスクリューとナットの組み合わせ部１０は双方注入器２に沿って横方向に設定され、それぞれの軸Ｂ、Ｃは軸Ａと平行になる。ホットランナ１の、そして全体としての成形装置の鉛直方向の障害が、明らかに抑えられる。

上記の伝達器（プーリー６、８、エンドレスベルト７、スクリューとナットの組み合わせ部１０、そしてロッカーレバー１２）を介し、電気モータ４によって実行されるバルブピン３の変位の制御は、異なるやり方で実現されても良い。典型的には、トランスデューサの支配下の電子回路を介し、例えばエンコーダタイプ（周知の技術であるため図示しない）の、バルブピン３か、さもなくば伝達器の何か一要素と、動作上関連付けられた電子回路で、実現されても良い。その代わりに、または付け加えて、バルブピン３の移動端の位置それぞれ、開く処理の端と、閉じる処理の端と、もまた、機械的な方式の停止手段によって定められても良い。停止手段は、例えば、ロッカー１２のアームへ、すなわち、ピン１５が連結した支持部１４へ、及び／又はピン１６が沿って移動するガイド１７へ、動作上関連付けられる。

電気モータ４の制御は、望ましくは、予め定められた設定によって実現される。すなわち、通常の、射出される融解したプラスチック材料が流れる状況に関係しないやり方で良く、この場合、検出の必要は無い。

電気モータ４の冷却のため、勿論スクリューとナットの組み合わせ部１０のためにも、ケーシング１９及び対応するチャネルによって担持され、注入コネクタ２０と排出コネクタ２１を通る冷却剤が循環するための回路が提供される。回路は全体として、図１１において符号２２によって示される。上記の回路は、金型の回路と独立していて良く、更には、独立した２つの冷却回路であってモータ４のための物とスクリューとナットの組み合わせ部１０のための物を想定することが可能である。

冷却回路は、望ましくは、冷却剤の流率および／または温度を検知するセンサの支配下の保護システムを備えても良い。保護システムは、検知された流率および／または温度の検知が、それぞれ所定のしきい値よりも低いか高い場合に、本装置の動作、特にホットランナ１の供給を遮断するよう予め設定されても良い。この場合、機械的および電気機械的な部材（伝達器や電気モータ）の過熱の危険性が防がれる。これらの部材は、環境温度をそれ程越え過ぎず、いかなる場合もホットランナの温度よりもかなり低い温度で稼働させねばならない。

支持部１８の一端とホットランナ１の間の接続は、他方の支持部１８とケーシング１９の間と同じく、バルブピン３の軸Ａ周りの角度配置とスクリューとナットの組み合わせ部１０の軸Ｃ周りと、それぞれの様々な角度配置において、それらを位置付けるのに、選択的に変更できるよう構成されることが望ましい。

図５、６及び７は、上記の代替的な配置を例示する。図１乃至４の場合、軸Ｂと軸Ｃは、軸Ａとほぼ同一平面上にあり、そのためケーシング１９はホットランナ１と直角に突出する一方、図５の場合、軸ＢとＣを含む鉛直平面は、軸ＣとＡを通る平面と直交しており、そのためケーシング１９はホットランナ１に並んで平行に設定される。図６の場合、その配置は似通っているが、図５に示される配置に対してケーシング１９が１８０度回転される点が異なる。一方、図７の場合、支持部１８は、ホットランナ１と直交するのに代わり、その延長で設定され、軸Ａ、Ｂ及びＣを備えており、これらはこの場合もまた同一平面上にある。

勿論、別の角度による別の配置も想定され得る。但し、電気モータ４と、ボール循環式のスクリューとナットの組み合わせ部１０とが、いかなる場合でも注入器２に対して横にあり、さらに実質的にホットランナ１の鉛直方向の障害の範囲内で設定される、という条件がある。そのため、電気モータ４の軸Ｂとスクリューとナットの組み合わせ部１０の軸Ｃと、もまた、バルブピン３の軸Ａに対して一定角度（例えば４５度や９０度）に向けられ得る。

図８から１０に示される変形例は、既に記述した内容と同一または類似した部分には同じ符号で示されているが、電気モータ４と、ボール循環式のスクリューとナットの組み合わせ部１０が互いに並んで平行に設定され、それぞれの軸ＢとＣが水平方向に向けられた、すなわち、プラグ３の軸Ａとは垂直に向けられた解決策を図示する。この場合、ロッカー１２はほぼＬ字形状の振動レバー２３に置き換えられるが、これは、プラグ２上で電気モータ４のシャフト５によって加えられる更なる力の倍増機能を担う。

前述の解決策に比べて、この場合、電気モータ４、ベルト伝達器６、７、８、及びスクリューとナットの組み合わせ部１０を含むケーシング１９は、ホットランナ１よりも横方向に、かつ底部には浅く突出する一方、高さの障害は実質的に同等となる。

図１２から１４に示される変形例においては、ここでもまた既に記述した内容と同一または類似した部分には同じ符号で示されているが、電気モータ４と、ボール循環式のスクリューとナットの組み合わせ部１０とがこの場合もまた、互いに並んで平行に設定されるが、それぞれの軸ＢとＣがプラグ３の軸Ａのように鉛直方向に向いている。しかしながら、この場合、軸ＡとＣは一致している、つまりスクリュー９とプラグ３は同軸上にある。スクリュー９は、この場合、回転電気モータ４のシャフト５が駆動する円筒状ギアのトレーン２５によって形成される力の倍増部を通した回転において駆動される。内側のスクリュー１１は、プラグ３の上端へ結合される。

図１５と１６に図示される変形例の場合もまた、現在好ましい実施形態として考えられるが、電気モータ４とボール循環式のスクリューとナットの組み合わせ部１０とが、お互いとプラグ３に並んで平行に設定され、それぞれの軸Ａ、ＢおよびＣは鉛直に向いている。

図１から４の実施形態とは違って、モータ４のシャフト５と、スクリューとナットの組み合わせ部１０のスクリュー９との間の力の倍増システムは、円筒状ギアのトレーン２５によって形成され、そしてプラグ３の作動は、内側のスクリュー１１によって行われる。内側のスクリュー１１は、トレーン２５による回転に統制されるボールスクリュー９に沿って並進し、振動レバー２７によって形成される更なる力の倍増システムを介して、プラグ３の作動を行う。

振動レバー２７は、内側のスクリュー１１と接続される一端２８を有し、反対側の端２９において固定された支点３０へ連結される。プラグ３の上端は、振動レバー２７の中間領域において形成されるスロット３１へ連結される。この配置は、力の倍増効果の更なる増大を可能にする。

この場合もまた、回転電気モータ４の冷却とスクリューとナットの組み合わせ部１０の冷却とは共通の回路を通して行われる。

最後に、図１７に示される実施形態においては、ボール循環式のスクリューとナットの組み合わせ部１０は、プラグ３と並んで平行に設定され、それぞれの軸ＣとＡは鉛直方向に向けられる。一方、モータ４は、上部に、それ自身の軸Ｂが水平方向に向けられて、すなわち軸ＡおよびＣと直交して、設定される。

この場合、モータ４のシャフト５と、スクリューとナットの組み合わせ部１０のスクリュー９との間の力の倍増部は、対のベベルギア２６によって形成され、そして内側のスクリュー１１と、プラグ３との間の力の倍増部は、図１５と１６の実施形態の場合のように、固定された支点３０の周りで振動するレバー２７によって構成される。

この解決策は、モータ４の、冠歯車や小歯車２６との分解を簡便にできる利点があり、それらは、金型の塞ぎ板の収納部３４の中で、スクリューとナットの組み合わせ部１０のスクリュー９から独立に搭載され、スクリュー９は伝達器の他の構成部分とともに、ホットランナ１上でプレート３３を通して搭載される。ゆえにモータ４の電気的な接続は、金型の塞ぎ板の範囲内で保持され得、このことにより、ホットランナの熱による損傷の危険性を低減し、同時に、組み立てがより容易で、管理がより便利であることを保証する。

勿論、構成と実施形態の詳細は、別記の請求の範囲に明示された本発明の範囲から逸脱すること無く、ここで記載し、図示した内容を備える観点から、幅広く変化し得る。

１・・・ホットランナ
２・・・注入器
３・・・バルブピン
４・・・回転電気モータ
５・・・シャフト
７・・・エンドレスベルト
９・・・スクリュー
１０・・・スクリューとナットの組み合わせ部

Claims (22)

1. ホットランナ（１）と、バルブピン（３）が内部にて軸方向に移動可能であるノズルを有する少なくとも一つの注入器（２）と、バルブピン（３）の閉じている位置と開いている位置との間の軸方向の変位を、圧力下で流体プラスチック材料をホットランナ（１）から型穴へ流すのを可能にするように制御する作動手段を含み、前記作動手段は回転電気モータ（４）と、回転電気モータ（４）のシャフト（５）の回転をバルブピン（３）の並進へ変換するためのスクリューとナットの組み合わせ部（１０）を含む伝達器と、を含み、
   前記バルブピン（３）は第１の軸（Ａ）を規定し、前記電気モータ（４）のシャフトは第２の軸（Ｂ）を規定し、前記スクリューとナットの組み合わせ部（１０）は第３の軸（Ｃ）を規定する、プラスチック材料の射出成形のための装置であって、
   前記第１、第２及び第３の軸の内の少なくとも２つは互いに平行に設定され、バルブピン（３）と、回転電気モータ（４）と、スクリューとナットの組み合わせ部（１０）とにおいて当該平行な軸を有する少なくとも２つの部材は、互いに隣り合うように設定され、
   ロッカーレバーを含む力倍増部（１２；２３；２７）が、スクリューとナットの組み合わせ部（１０）とバルブピン（３）との間に設けられた
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、第２の軸（Ｂ）は、第３の軸（Ｃ）に平行であり、かつ第１の軸（Ａ）に平行であることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、第２と第３の軸（Ｂ、Ｃ）は、互いに平行であり、第１の軸（Ａ）と直交することを特徴とする装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、第１と第３の軸（Ａ、Ｃ）は、互いに平行であり、第２の軸（Ｂ）と直交することを特徴とする装置。
5. 請求項２に記載の装置であって、第１および第３の軸（Ａ、Ｃ）が一致することを特徴とする装置。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の装置であって、前記伝達器が、電気モータ（４）のシャフト（５）と、スクリューとナットの組み合わせ部（１０）のスクリュー（９）との間に設定された力の倍増手段（６，７，８；２５；２６）を構成することを特徴とする装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、前記力の倍増手段が、電気モータ（４）のシャフト（５）及びスクリューとナットの組み合わせ部（１０）のスクリュー（９）に対して、それぞれ回転において結合される、プーリーの対の周りで駆動するエンドレスベルト（７）と、駆動プーリー（６）と、被駆動プーリー（８）と、を含むことを特徴とする装置。
8. 請求項６に記載の装置であって、前記力の倍増手段が、電気モータ（４）のシャフト（５）及びスクリューとナットの組み合わせ部（１０）のスクリュー（９）を回転において結合する円筒状ギアのトレーン（２５）を含むことを特徴とする装置。
9. 請求項６に記載の装置であって、前記力の倍増手段が、電気モータ（４）のシャフト（５）及びスクリューとナットの組み合わせ部（１０）のスクリュー（９）を回転において結合するベベルギアの対（２６）を含むことを特徴とする装置。
10. 請求項１に記載の装置であって、前記ロッカーレバー（１２；２３）が、バルブピン（３）を統制するための、スクリューとナットの組み合わせ部（１０）のスクリュー１１によって駆動されることを特徴とする装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、前記ロッカーレバー（１２；２３）が、一端（１５）を前記スクリュー（１１）へ、他の一端（１６）をバルブピン（３）へ、線形のガイド手段（１４、１７）を通して連結されることを特徴とする装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、前記線形のガイド手段（１４、１７）が、バルブピン３の移動端の停止を規定することを特徴とする装置。
13. 請求項１に記載の装置であって、振動レバー（２７）が、前記スクリュー（１１）へ接続される一端（２８）を有し、反対の端（２８）において固定軸（３０）へ連結され、前記振動レバー（２７）の中間領域（３１）がバルブピン（３）へ連結されることを特徴とする装置。
14. 請求項１から１３のいずれか一つに記載の装置であって、さらに、前記バルブピン（３）の移動の検知と、前記回転電気モータ（４）の制御とのためのトランスデューサ手段を含むことを特徴とする装置。
15. 請求項１から１４のいずれか一つに記載の装置であって、前記回転電気モータ（４）と、前記伝達器（１０；６，７，８；２５，１２；２３；２７）が、直接ホットランナ（１）へ固定される支持部（１８）によって担持されることを特徴とする装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、前記支持部（１８）が、ホットランナ（１）に対して、バルブピン（３）の軸（Ａ）周りで様々に選択可能な角度位置にて固定されるように構成されることを特徴とする装置。
17. 請求項１５に記載の装置であって、前記回転電気モータ（４）と前記スクリューとナットの組み合わせ部（１０）とは、前記支持部（１８）に対して、スクリューとナットの組み合わせ部（１０）の軸（Ｃ）周りで様々に選択可能な角度位置にて固定され得る共通のケーシング（１９）の中に収納されることを特徴とする装置。
18. 請求項１７に記載の装置であって、前記ケーシング（１９）が、回転電気モータ（４）のためと、スクリューとナットの組み合わせ部（１０）のためと、の冷却剤の循環のためのチャネル（２０，２１，２２）を含むことを特徴とする装置。
19. 請求項１８に記載の装置であって、前記チャネルが、回転電気モータ（４）のためと、スクリューとナットの組み合わせ部（１０）のための物が共通であることを特徴とする装置。
20. 請求項１８に記載の装置であって、前記チャネルが、回転電気モータ（４）のためと、スクリューとナットの組み合わせ部（１０）のための物が別個であることを特徴とする装置。
21. 請求項１８に記載の装置であって、さらに、前記冷却剤の流率及び／又は温度を検知するための手段を含み、前記手段は前記装置の保護のためのシステムに、動作上接続されることを特徴とする装置。
22. 請求項１から１４のいずれか一つに記載の装置であって、前記回転電気モータ（４）と、前記スクリューとナットの組み合わせ部（１０）が、互いに独立に支持されることを特徴とする装置。

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