JP6636119B1

JP6636119B1 - 射出装置

Info

Publication number: JP6636119B1
Application number: JP2018217875A
Authority: JP
Inventors: 岳彦柳屋; 敏雄豊島; 裕中川
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2038-11-21
Also published as: CN111203524B; US11267177B2; US20200156299A1; JP2020082114A; DE102019217824A1; CN111203524A

Abstract

【課題】金型タッチによる加熱シリンダの座屈による変形の虞がなく、フレームに対する加熱シリンダの取付け、取り外しが容易で、加熱シリンダの捻れに対する強度も大きい射出装置を提供する。【解決手段】加熱シリンダ（２）には、長手方向の中央近傍にフランジ（１０、１３）を形成し、このフランジ（１０、１３）に所定の継手プレート（１６）を固着しておく。支持フレーム（３）にはフランジプレート（２５）を設ける。継手プレート（１６）をフランジプレート（２５）に着脱自在に固定して加熱シリンダ（２）を支持フレーム（３）に支持させるようにする。これによって加熱シリンダ（２）は軸方向の移動と回転とが規制される。なお継手プレート（１６）とフランジプレート（２５）の一方もしくは両方に、着脱時の位置合わせ用にガイド部を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機に設けられている射出装置に関するものであり、射出装置を構成している加熱シリンダとこれを支持する支持フレームに特徴を有し、限定するものではないが、金属材料を射出する金属射出成形機の射出装置に好適な射出装置に関するものである。

射出材料を金型に射出する射出装置は、金型を型締めする型締装置と共に射出成形機を構成する主要な装置であり、加熱シリンダ、該加熱シリンダ内で軸方向と回転方向とに駆動可能なスクリュ、加熱シリンダを支持するフレーム、スクリュを駆動する駆動機構等から構成されている。一般的にフレームは、前プレートと、所定の連結バーで前プレートに連結されている後プレートと、前プレートと後プレートの間に設けられている中間プレートとからなる。加熱シリンダは、その端部が前プレートに固定されることによって片持ち梁状にフレームに支持されている。スクリュはその後端部が中間プレートに回転自在に設けられ、中間プレートに設けられている回転駆動機構により回転されるようになっている。また、中間プレートと後プレートの間に設けられている軸方向駆動機構により軸方向に駆動されるようになっている。

射出装置は先端の射出ノズルを金型に所定のタッチ力でタッチさせるため、フレームを所定の駆動力で前方に駆動するようになっている。このとき前プレートが加熱シリンダを軸方向に押して加熱シリンダは軸圧縮を受ける。加熱シリンダはその断面積に比して軸方向の長さが長い、いわゆる長柱であり座屈に対する強度が問題になる。加熱シリンダにおける温度分布が軸対称でない場合、つまり上側の温度と下側の温度の差があるとき、座屈により加熱シリンダの曲がりが発生することがある。このような曲がりは大型の射出成形機における長尺の加熱シリンダにおいて発生しやすい。さらには、耐熱金属から形成する必要がある金属射出成形機の加熱シリンダの場合に発生しやすい。材料の金属が高価であり、コストを抑えるために加熱シリンダが薄肉に形成されているからである。

特許第４２１９６８４号公報

特許文献１には、加熱シリンダの座屈による曲がりを防止する射出装置が記載されている。図３には、特許文献１に記載の射出装置５０が簡略的に示されているが、射出装置５０を構成する加熱シリンダ５１は、前方の第１のバレル部分５２と、後方の第２のバレル部分５３とから構成されている。第１のバレル部分５２は外径が大きく形成され、後端部には拡径したフランジ部５５が形成されている。第２のバレル部分５３は第１のバレル部分５２に比して外径が小さくなっており、先端部にフランジ部５６が形成されている。加熱シリンダ５１は、第１、２のバレル部分５２、５３のそれぞれのフランジ部５５、５６同士がボルトにより互いに締結され、一体化されている。締結用のボルトは図３には示されていない。このように加熱シリンダ５１が構成されているので、加熱シリンダ５１には、軸方向の前方寄りの中間部において、フランジ部５５、５６により拡径部が形成されることになる。この加熱シリンダ５１を支持するフレーム５８、すなわちキャリッジ組立体は、図３にはその一部しか示されていないが、加熱シリンダ５１の中央部から下端部近傍を収納する中空の所定のフレーム構造、すなわちクレードル６０を備えている。このクレードル６０の先端部には第１の連結部６１が、後端部には第２の連結部６２が設けられている。この加熱シリンダ５１をフレーム５８に取付けるには、加熱シリンダ５１のフランジ部５５、５６をクレードル６０の第１の連結部６１に、加熱シリンダ５１の後端部を第２の連結部６２にそれぞれ接続するようにする。そして、開口部が開けられた所定のヨーク部材６４を加熱シリンダ５１の先端から入れ、ヨーク部材６４と第１の連結部６１とをボルトにより固定する。そうすると、フランジ部５５、５６がヨーク部材６４と第１の連結部６１によって挟持され、軸方向の移動が規制された状態になる。一方、加熱シリンダ５１の後端部は第２の連結部６２に挿入され、回転が規制された状態になる。つまり加熱シリンダ５１は、フランジ部５５、５６において軸方向の移動が規制され、後端部において回転が規制された状態でフレーム５８に支持されることになる。このように加熱シリンダ５１が支持されているので、射出装置５０を前方に駆動して射出ノズル６６を金型にタッチさせるとき、加熱シリンダ５１に作用する軸圧縮の力は主に第１のバレル部分５２に作用することになり、座屈による変形を防止できる。なお、特許文献１には、ヨーク部材６４はノズルタッチ力に耐えることができるよう、所定の厚さに形成しなければならない旨記載されている。

特許文献１に記載の射出装置５０は、加熱シリンダ５１の前方寄りの中央部分にフランジ部５５、５６が形成され、フレーム５８は、このフランジ部５５、５６において加熱シリンダ５１を支持するようになっているので、射出装置５０を前方に駆動して射出ノズル６６を金型にタッチさせるとき、加熱シリンダ５１は座屈による変形が発生しにくい。つまり従来の射出装置に比して優れている。しかしながら解決すべき問題も見受けられる。まず、加熱シリンダ５１のフレーム５８への取付けのために格別にヨーク部材６４が必要となる点をあげることができる。ヨーク部材６４は所定の肉厚が必要なので大型にならざるを得ずコストが嵩む。さらに加熱シリンダ５１をフレーム５８に取付けるとき、前記したようにヨーク部材６４を加熱シリンダ５１の先端から入れなければならない。そうすると加熱シリンダ５１の取付け作業が煩雑になるという問題もある。同様に、加熱シリンダ５１のフレーム５８からの取り外し作業も煩雑である。特許文献１に記載の射出装置５０は加熱シリンダ５１の捻れに対する強度の問題も見受けられる。加熱シリンダ５１は、その後端部において第２の連結部６２に接続されていて、この部分においてのみ回転が規制され、フランジ部５５、５６を挟持している第１の連結部６１とヨーク部材６４は加熱シリンダ５１の回転を規制していない。射出材料を可塑化するときに、図に示されていないスクリュを回転すると、加熱シリンダ５１に捻れによるせん断力が作用する。捻れの力は加熱シリンダ５１において軸方向に実質的に均一に作用することになるが、回転を規制しているのは後端部だけであるので、先端部から後端部まで一様に作用する捻れの力が後端部に累積されてせん断力による応力が集中することになる。この加熱シリンダ５１は第２のバレル部分５３が薄肉に形成されているので、後端部近傍において捻れによる変形が生じやすいという問題がある。

本発明は、上記したような問題点を解決した、射出装置を提供することを目的としており、具体的には、加熱シリンダが長尺であっても射出ノズルの金型タッチにおける加熱シリンダの座屈による変形の虞がなく、フレームに対する加熱シリンダの取付け、取り外しにおいて、特別な部材が不要で作業が容易であり、加熱シリンダの捻れに対する強度の問題もない、射出装置を提供することを目的としている。

本発明は、本発明の目的を達成するために、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で軸方向と回転方向に駆動可能に設けられているスクリュと、加熱シリンダを支持する支持フレームとからなる射出装置を対象とし、加熱シリンダをその長手方向の中央近傍の所定の支持位置において軸方向の移動と回転とが規制された状態で支持フレームに支持するように構成する。具体的には、支持位置は加熱シリンダの長さの１／３〜２／３の位置とする。加熱シリンダには、支持位置にフランジを形成し、このフランジに所定の継手プレートを固着しておく。支持フレームにはフランジプレートを設ける。継手プレートをフランジプレートに着脱自在に固定すると加熱シリンダを支持フレームに支持させることができる。継手プレートとフランジプレートの一方もしくは両方に、着脱時の位置合わせ用にガイド部を設ける。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で軸方向と回転方向に駆動可能に設けられているスクリュと、前記加熱シリンダを支持する支持フレームとからなる射出装置であって、前記加熱シリンダには所定の支持位置においてフランジが形成され、前記支持フレームにはフランジプレートが設けられ、前記加熱シリンダは前記フランジが前記フランジプレートに固定されることによって軸方向の移動と回転とが規制された状態で前記支持フレームに支持されていることを特徴とする射出装置として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の射出装置において、前記支持位置は前記加熱シリンダの後端部から前記加熱シリンダの長さの１／３〜２／３だけ先端部に寄った位置になっていることを特徴とする射出装置として構成される
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の射出装置において、前記フランジは所定の継手プレートが固定され、該継手プレートを介して前記フランジプレートに対して着脱自在に固定されるようになっており、該継手プレートと前記フランジプレートの一方もしくは両方にガイド部が形成されて、前記継手プレートが前記フランジプレートに固定されるとき前記ガイド部によって位置合わせされることを特徴とする射出装置として構成される。

以上のように本発明は、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で軸方向と回転方向に駆動可能に設けられているスクリュと、加熱シリンダを支持する支持フレームとからなる射出装置を対象としている。そして本発明において、加熱シリンダは所定の支持位置においてフランジが形成されており、支持フレームにはフランジプレートが設けられ、フランジがフランジプレートに固定されることによって加熱シリンダは軸方向の移動と回転とが記載された状態で支持フレームに支持されている。フランジをフランジプレートに固定するだけで加熱シリンダを支持フレームに固定できるので、加熱シリンダの取付けが容易であり、特別な部材を必要としない。そして他の発明によると、支持位置は加熱シリンダの後端部から加熱シリンダの長さの１／３〜２／３だけ先端部に寄った位置になっている。そうすると、加熱シリンダが長尺であっても、その長手方向の中央近傍において軸方向の移動が規制された状態で支持フレームに支持されているので、支持フレームを軸方向に駆動して射出ノズルを金型にタッチさせるとき、加熱シリンダに作用する軸力は中央近傍から先端の範囲だけになる。そうすると加熱シリンダが長尺であっても軸力が作用する範囲が短く、座屈による加熱シリンダの変形が防止できる。さらには、加熱シリンダは回転が規制された状態で支持フレームに支持されているが、回転が規制されているのは中央近傍である。そうすると加熱シリンダに作用する捻れの力によるせん断応力は小さく、加熱シリンダの変形を防止できる。これを詳しく説明すると、スクリュが回転して加熱シリンダ全体に作用する捻れの力は、本発明における加熱シリンダにおいても、その後端部において回転を規制している従来の加熱シリンダにおいても等しい。そしてこの捻れの力は本発明の加熱シリンダにおいても中央近傍において累積して支持フレームに作用することになるが、その大きさは従来の加熱シリンダと同等の大きさである。しかしながら、本発明における加熱シリンダ自体に作用するせん断応力は、従来の加熱シリンダにおけるせん断応力の約半分の大きさになる。せん断応力に寄与する捻れの力は、加熱シリンダの半分の長さ分に過ぎないからである。さらに他の発明によると、フランジは所定の継手プレートが固定され、該継手プレートを介してフランジプレートに対して着脱自在に固定されるようになっており、該継手プレートとフランジプレートの一方もしくは両方にガイド部が形成されて、継手プレートがフランジプレートに固定されるときガイド部によって位置合わせされるようになっている。射出装置のメンテナンスにおいて加熱シリンダを支持フレームから取り外したり取付けたりする必要があるが、ガイド部によって位置合わせできるので、加熱シリンダの着脱作業が非常に容易になる。

本発明の実施の形態に係る射出装置を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る射出装置の一部を示す図で、その（Ａ）は、加熱シリンダの一部と支持フレームの一部とを示す斜視図であり、その（Ｂ）は加熱シリンダの一部と支持フレームの一部を示す正面断面図である。従来の射出装置を示す正面断面図である。

本発明の実施の形態について説明する。本発明に係る射出装置は樹脂材料を射出する一般的な射出成形機に設けることもできるが、本実施の形態においては金属材料を射出するいわゆる金属射出成形機に設けられている。本実施の形態に係る射出装置１は、図１に示されているように、加熱シリンダ２、この加熱シリンダ２を支持する支持フレーム３等から構成されている。図１には示されていないが、加熱シリンダ２内にはスクリュが設けられ、支持フレーム３の後端部分に設けられている所定の駆動機構５によって回転方向と軸方向とに駆動されるようになっている。

本実施の形態に係る射出装置１はいくつかの特徴があるが、まず加熱シリンダ２に特徴がある。すなわち加熱シリンダ２は２個のシリンダ部材、すなわち前方寄りの前側シリンダ７と、後方寄りの後側シリンダ８とからなり、これらが長手方向に接続されている。前側シリンダ７には、図２の（Ｂ）に示されているように、後端部においてその外径が拡径したフランジ部１０が形成されている。また後端部においてボアが拡径されて所定幅の段部１１が形成されている。後側シリンダ８の先端部には前側シリンダ７と同様に外径が拡径したフランジ部１３が形成されている。そして後側シリンダ８の先端の端面にはボアの近傍だけ所定高さでリング状に立ち上がった環状凸部１４が形成されている。段部１１と環状凸部１４とはインロー継手を構成しており、前側シリンダ７と後側シリンダ８とをそれぞれのフランジ部１０、１３において当接すると、段部１１に環状凸部１４が滑らかに挿入されて液密的に接続される。前側シリンダ７と後側シリンダ８のフランジ部１０、１３には、図２の（Ａ）に示されているように円周方向に多数のボルト穴１８、１８、…が開けられており、次に説明する継手プレート１６にボルトによって固定され、それによって前側シリンダ７と後側シリンダ８とが一体的に固定されるようになっている。前側シリンダ７の前方には、図１に示されているように、従来の加熱シリンダと同様に射出ノズル１５が設けられている。後で説明するように射出ノズル１５を金型にタッチさせるとき、支持フレーム３によって加熱シリンダ２を前方に駆動するが、このときフランジ部１０、１３を介して軸力が加熱シリンダ２に作用することになる。

継手プレート１６は、図２の（Ａ）に示されているように、長方形の所定板厚のプレートからなり中央に円形の穴１７が明けられ、後側シリンダ８が挿入されるようになっている。継手プレート１６の一方の面には穴１７の周囲に円盤状に浅く削られた円形状段部１９が形成されている。円形状段部１９の円盤の径は後側シリンダ８のフランジ部１３よりわずかに大きいだけであり、フランジ部１３はその一部がこの円形状段部１９にほとんど隙間無く滑らかに嵌合されることになる。従って、後側シリンダ８と継手プレート１６とを精度良く芯出しできる。継手プレート１６の他方の面にも、図２の（Ｂ）に示されているように、穴１７の周囲に円形に浅く削られた円形状段部２０が形成されており、後で説明する支持フレーム３のフランジプレート２５の所定の部分が嵌合されて芯出し、つまり位置合わせされるようになっている。継手プレート１６には、円形状段部１９において円周方向に沿って多数のボルト穴２１、２１、…が形成されている。前側シリンダ７と後側シリンダ８とこの継手プレート１６は、図１に示されているように、ボルト２３、２３、…によって一体的に固定されている。継手プレート１６には、長方形の両短辺近傍にボルト穴２４、２４、…が開けられており、継手プレート１６をフランジプレート２２にボルトで固定できるようになっている。

本実施の形態に係る射出装置１は、支持フレーム３にも特徴がある。支持フレーム３は、加熱シリンダ２をその後端部において支持する中間プレート２７と、スクリュを駆動する駆動機構５が設けられている駆動機構フレーム部２８の他に、加熱シリンダ２をその長手方向の中央近傍で支持するフランジプレート２５を備えている。中間プレート２７と駆動機構フレーム部２８、中間プレート２７とフランジプレート２５とはそれぞれ複数本のロッドによって互いに固定的に連結されている。本実施の形態において中間プレート２７には加熱シリンダ２を支持する支持機構２９が設けられているが、この支持機構２９は加熱シリンダ２の後端部を緩やかに支持するだけで、この部分において加熱シリンダ２は回転方向と軸方向の移動は規制されない。支持機構２９は、単に加熱シリンダ２の後端部と中間プレート２７との芯出しをするために設けられている。

フランジプレート２５は、本実施の形態に係る射出装置１において特徴的な部材であり、図２の（Ａ）に示されているように、長方形からなる。金型に射出ノズル１５をタッチさせるとき加熱シリンダ２を押すことになるので、フランジプレート２５には荷重が作用する。また射出時における反力も作用する。従って、フランジプレート２５は所定の板厚に形成されている。フランジプレート２５には上端から中央部まで達する比較的大きなＵ字形開口部３１が形成され、加熱シリンダ２の後側フランジ８が入れられるようになっている。フランジプレート２５の前方の面には、その中心部において一部を円形に残すようにして、大きな長方形状に浅く削られた段部３２が形成されている。継手プレート１６がこの段部３２に入れられるとき、この段部３２の両側の端面が継手プレート１６の一対の側面に緩やかに接するようになっている。段部３２の中央において残された円形台状の凸部３３は、継手プレート１６に形成されている円形状段部２０に嵌合するようになっている。フランジプレート２５側の段部３２と凸部３３、および継手プレート１６の一対の側面と円形状段部２０は、継手プレート１６をフランジプレート２５に精度良く位置合わせさせるためのガイド部になっている。フランジプレート２５の段部３２には、継手プレート１６を固定するためのボルト穴３４、３４、…が開けられている。

このようなフランジプレート２５を備えた支持フレーム３には、図１に示されているように、一対のピストンシリンダユニット３５、３５が設けられている。ピストンシリンダユニット３５、３５のピストンは、図に示されていない固定盤に接続されている。従ってピストンシリンダユニット３５、３５を駆動すると支持フレーム３が軸方向に駆動され、加熱シリンダ２が前方に駆動されて射出ノズル１５が金型にタッチすることになる。

射出装置１は、適宜メンテナンスのために加熱シリンダ２とスクリュとを支持フレーム３から取り外したり、取付けたりする必要がある。その方法について説明する。まず、加熱シリンダ２を組立てる。すなわち前側シリンダ７と後側シリンダ８とをそれぞれのフランジ部１０、１３において当接し、継手プレート１６の穴１７に後側シリンダ８を挿入させて継手プレート１６を後側シリンダ８のフランジ部１３に当接させる。そうすると、前側シリンダ７と後側シリンダ８と継手プレート１６とは、精度良く位置合わせ、すなわち芯出しされる。ボルト２３、２３、…によってこれらを固定する。加熱シリンダ２が組立てられる。本実施の形態においては、このようにして組立てられた加熱シリンダ２は必要が無い限り分解されることはなく、支持フレーム３への着脱においては、組立てられた状態の加熱シリンダ２のままで支持フレーム３から取り外したり、取付けたりするようになっている。

加熱シリンダ２を支持フレーム３に取付ける。加熱シリンダ２に予めスクリュを入れておき、加熱シリンダ２の後側シリンダ８の胴部をフランジプレート２５のＵ字形開口部３１に入れ、後側シリンダ８の後端部を中間プレート２７の支持機構２９に挿入するようにする。そうすると、継手プレート１６がフランジプレート２５の段部３２に当接し、精度良く位置合わせ、つまり芯出しされる。図１に示されているように、ボルト３６、３６によって継手プレート１６をフランジプレート２５に固定する。加熱シリンダ２の支持フレーム３の取付けを完了する。加熱シリンダ２を支持フレーム３から取り外すときは、これと逆の作業を実施すればよい。

本実施の形態に係る射出装置１は、加熱シリンダ２をフランジ部１０、１３において支持フレーム３で支持し、このフランジ部１０、１３において軸方向と回転方向の移動を規制している。一方、加熱シリンダ２の後端部は中間プレート２７の支持機構２９によって支持されてはいるが、軸方向と回転方向の移動は規制されていない。すなわち加熱シリンダ２は、その長手方向の中央近傍において軸方向と回転方向の移動が規制された状態で支持されていると言える。従って、支持フレーム３をピストンシリンダユニット３５、３５を駆動して射出ノズル１５を金型にタッチさせるとき、加熱シリンダ２に作用する軸力は、ほとんどフランジ部１０、１３から前方部分、つまり前側シリンダ７にしか作用しない。軸力が作用しても、前側シリンダ７の長さは短いので座屈による変形の虞はない。また、スクリュを回転して射出材料を可塑化するとき、加熱シリンダ２には回転力による捻れの力が作用するが、加熱シリンダ２自体に作用するせん断応力はフランジ１０、１３近傍において最大になるだけで、その大きさは比較的小さい。つまり本実施の形態に係る射出装置１において加熱シリンダ２は捻れに対する強度も大きい。なお、加熱シリンダ２の長さ方向におけるフランジ部１０、１３の位置、つまり支持位置は、加熱シリンダ２の長さの中央近傍であると概略的に説明したが、支持位置が加熱シリンダ２の長さの１／３〜２／３だけ加熱シリンダ２の後端部から先端部に寄った位置になっていれば、上で説明した効果が得られる。

１射出装置２加熱シリンダ
３支持フレーム７前側シリンダ
８後側シリンダ１０フランジ部
１１段部１３フランジ部
１４環状凸部１５射出ノズル
１６継手プレート１７穴
１９円形状段部２０円形状段部
２５フランジプレート２７中間プレート
２８駆動機構フレーム部２９支持機構
３１Ｕ字形開口部３２段部
３３凸部３５ピストンシリンダユニット

Claims

加熱シリンダと、該加熱シリンダ内で軸方向と回転方向に駆動可能に設けられているスクリュと、前記加熱シリンダを支持する支持フレームとからなる射出装置であって、
前記加熱シリンダには所定の支持位置においてフランジが形成され、
前記支持フレームにはフランジプレートが設けられ、
前記加熱シリンダは前記フランジが前記フランジプレートに固定されることによって軸方向の移動と回転とが規制された状態で前記支持フレームに支持されていることを特徴とする射出装置。
請求項１に記載の射出装置において、前記支持位置は前記加熱シリンダの後端部から前記加熱シリンダの長さの１／３〜２／３だけ先端部に寄った位置になっていることを特徴とする射出装置。
請求項１または２に記載の射出装置において、前記フランジは所定の継手プレートが固定され、該継手プレートを介して前記フランジプレートに対して着脱自在に固定されるようになっており、該継手プレートと前記フランジプレートの一方もしくは両方にガイド部が形成されて、前記継手プレートが前記フランジプレートに固定されるとき前記ガイド部によって位置合わせされることを特徴とする射出装置。