JP6840511B2 - 射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出装置に関する。

特許文献１に記載の電動射出成形機は、金型装置のキャビティ空間に樹脂を充填する射出装置を有する。射出装置は、樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダと、加熱シリンダ内に回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュと、スクリュを回転させる計量用電動機と、スクリュを進退させる射出用電動機とを備える。スクリュと、計量用電動機と、射出用電動機とが同一軸線上に配設されているため、イナーシャが小さく、応答性が良い。

国際公開第２００５／０３７５１９号

従来、計量モータの筒状の回転子に対しスプライン結合され、計量モータの駆動力および射出モータの駆動力をスクリュに伝達するスプライン軸が設けられている。スプライン軸とスクリュとはカップリングで連結されており、カップリングは計量モータの回転子の内側に配設されている。

従来、計量モータの回転子と、カップリングとのかじりが発生しやすく、メンテナンスの頻度が高かった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、計量モータの回転子とカップリングとのかじりの発生を抑制した、射出装置の提供を主な目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
成形材料を加熱するシリンダと、
前記シリンダの内部に回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュと、
前記スクリュを回転させる計量モータと、
前記スクリュを進退させる射出モータと、
前記スクリュと連結されるカップリングであって、前記スクリュに前記計量モータの駆動力および前記射出モータの駆動力を伝達するように、前記計量モータの筒状の回転子の内側に前記回転子に対しスプライン結合されるスプライン軸を含むカップリングと、
前記回転子および前記カップリングの一方に保持され他方に摺動自在に接触し、前記回転子と前記カップリングとの隙間をシールする環状パッキンと、
前記回転子および前記カップリングの一方に保持され他方に摺動自在に接触し、前記回転子の中心線と前記カップリングの中心線とを合わせるスライドリングとを備え、
前記スライドリングの硬さは、前記環状パッキンの硬さよりも硬い、射出装置が提供される。

本発明の一態様によれば、計量モータの回転子とカップリングとのかじりの発生を抑制した、射出装置が提供される。

一実施形態による射出成形機の充填完了時の状態を示す図である。 一実施形態による射出成形機の計量完了時の状態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。

図１は、一実施形態による射出成形機の充填完了時の状態を示す図である。図２は、一実施形態による射出成形機の計量完了時の状態を示す図である。

射出成形機は、フレームＦｒと、射出装置４０と、制御装置９０とを有する。以下、充填時のスクリュ４３の移動方向（図１および図２中左方向）を前方とし、計量時のスクリュ４３の移動方向（図１および図２中右方向）を後方として説明する。

射出装置４０は、フレームＦｒに対し進退自在なスライドベースＳｂに設置され、金型装置に対し進退自在とされる。射出装置４０は、金型装置にタッチされ、金型装置内のキャビティ空間に成形材料を充填する。キャビティ空間に充填された成形材料を冷却固化させることで、成形品が得られる。射出装置４０は、例えば、シリンダ４１、ノズル４２、スクリュ４３、冷却器４４、計量モータ４５、射出モータ４６、圧力検出器４７、加熱器４８、および温度検出器４９などを有する。

シリンダ４１は、供給口４１ａから内部に供給された成形材料を加熱する。供給口４１ａはシリンダ４１の後部に形成される。シリンダ４１の後部の外周には、水冷シリンダなどの冷却器４４が設けられる。冷却器４４よりも前方において、シリンダ４１の外周には、バンドヒータなどの加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。

シリンダ４１は、シリンダ４１の軸方向（図１および図２中左右方向）に複数のゾーンに区分される。各ゾーンに加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。ゾーン毎に、温度検出器４９の検出温度が設定温度になるように、制御装置９０が加熱器４８を制御する。

ノズル４２は、シリンダ４１の前端部に設けられ、金型装置に対し押し付けられる。ノズル４２の外周には、加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。ノズル４２の検出温度が設定温度になるように、制御装置９０が加熱器４８を制御する。

スクリュ４３は、シリンダ４１内において回転自在に且つ進退自在に配設される。スクリュ４３を回転させると、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料が前方に送られる。成形材料は、前方に送られながら、シリンダ４１からの熱によって徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。その後、スクリュ４３を前進させると、スクリュ４３前方の成形材料がノズル４２から射出され、金型装置内に充填される。スクリュ４３と、計量モータ４５と、射出モータ４６とは、同一直線上に配設されている。

計量モータ４５は、スクリュ４３を回転させる。計量モータ４５の回転運動は、計量モータ４５の回転子４５ａにスプライン結合されるカップリング５１に伝達され、カップリング５１からスクリュ４３に伝達される。

カップリング５１は、例えば、図１および図２に示すように、スクリュ４３が取付けられるスクリュ取付部５２と、回転子４５ａにスプライン結合される計量スプライン軸５３とを有する。図１および図２では計量スプライン軸５３がスクリュ取付部５２とは別に形成されスクリュ取付部５２と連結されるが、スクリュ取付部５２と一体に形成されてもよい。

計量スプライン軸５３は、計量モータ４５の筒状の回転子４５ａの内側に配設され、回転子４５ａに対しスプライン結合される。計量スプライン軸５３は、外周部に、周方向に間隔をおいて複数のキー５３ａを有する。計量モータ４５の回転子４５ａは、内周部に、複数のキー５３ａが摺動自在に挿入される複数のキー溝を有する。キー５３ａの数やキー溝の数は１つでもよい。計量スプライン軸５３のキー５３ａは図１および図２に示すようにカップリング５１の後部（より好ましくは後端）に配置されてよく、回転子４５ａのキー溝は回転子４５ａの後部（より好ましくは後端）に配置されてよい。

計量モータ４５は、スライドベースＳｂと共に進退する射出フレーム５４に対し固定されている。射出フレーム５４は、前方サポート５４ａ、後方サポート５４ｂ、および前方サポート５４ａと後方サポート５４ｂを連結する連結ロッド５４ｃとを有する。前方サポート５４ａに対し、シリンダ４１の後端部や計量モータ４５の固定子４５ｂが固定される。後方サポート５４ｂに対し、射出モータ４６の固定子４６ｂが固定される。

射出モータ４６は、射出フレーム５４に対し固定されており、スクリュ４３を進退させる。射出モータ４６の回転運動は、射出モータ４６の回転子４６ａにスプライン結合されると共に後述のねじナット５８に螺合される駆動軸５５の回転直線運動に変換され、駆動軸５５を回転自在に支持する軸受５６を保持するカップリング５１の直線運動に変換される。カップリング５１の進退に伴い、スクリュ４３が進退する。

駆動軸５５は、射出モータ４６の回転子４６ａにスプライン結合される射出スプライン軸５５ａと、後方サポート５４ｂに対し固定されるねじナット５８に螺合するねじ軸５５ｂと、軸受５６に回転自在に支持される回転軸５５ｃとを有する。射出スプライン軸５５ａ、ねじ軸５５ｂ、および回転軸５５ｃは、後側から前側に向けて、この順で、同一直線上に並んでいる。尚、ねじ軸５５ｂとねじナット５８の間には、ボールまたはローラが介在してよい。

駆動軸５５が回転直線運動することで、カップリング５１が直線運動する。カップリング５１と計量モータ４５とはスプライン結合されているため、カップリング５１が進退するとき計量モータ４５は進退しない。射出モータ４６の駆動対象に計量モータ４５が含まれていないため、射出モータ４６の駆動対象のイナーシャが小さく、スクリュ４３の前進開始時の加速が速い。

圧力検出器４７は、射出モータ４６とスクリュ４３との間の力の伝達経路に設けられ、圧力検出器４７に作用する荷重を検出する。例えば、圧力検出器４７は、後方サポート５４ｂとねじナット５８とに取付けられ、圧力検出器４７に作用する荷重を検出する。尚、圧力検出器４７の位置は特に限定されない。

圧力検出器４７は、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。圧力検出器４７の検出結果は、スクリュ４３が成形材料から受ける圧力、スクリュ４３に対する背圧、スクリュ４３から成形材料に作用する圧力などの制御や監視に用いられる。

制御装置９０は、図１および図２に示すようにＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２と、入力インターフェイス９３と、出力インターフェイス９４とを有する。制御装置９０は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、各種の制御を行う。また、制御装置９０は、入力インターフェイス９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェイス９４で外部に信号を送信する。制御装置９０は、充填工程、保圧工程、計量工程などを制御する。

充填工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定速度で前進させ、スクリュ４３の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置内のキャビティ空間に充填させる。スクリュ４３の位置や速度は、例えば射出モータ４６のエンコーダ４６ｃを用いて検出する。エンコーダ４６ｃは、射出モータ４６の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。スクリュ４３の位置が設定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切替（所謂、Ｖ／Ｐ切替）が行われる。スクリュ４３の設定速度は、スクリュ４３の位置や時間などに応じて変更されてよい。

尚、充填工程においてスクリュ４３の位置が設定位置に達した後、その設定位置にスクリュ４３を一時停止させ、その後にＶ／Ｐ切替が行われてもよい。Ｖ／Ｐ切替の直前において、スクリュ４３の停止の代わりに、スクリュ４３の微速前進または微速後退が行われてもよい。

保圧工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定圧力で前方に押し、金型装置内の成形材料に圧力をかける。冷却収縮による不足分の成形材料が補充できる。成形材料の圧力は、例えば圧力検出器４７を用いて検出する。圧力検出器４７は、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。

保圧工程では金型装置内のキャビティ空間の成形材料が徐々に冷却され、保圧工程完了時にはキャビティ空間の入口が固化した成形材料で塞がれる。この状態はゲートシールと呼ばれ、キャビティ空間からの成形材料の逆流が防止される。保圧工程後、冷却工程が開始される。冷却工程では、キャビティ空間内の成形材料の固化が行われる。成形サイクルの短縮のため、冷却工程中に計量工程が行われてよい。

計量工程では、計量モータ４５を駆動してスクリュ４３を設定回転数で回転させ、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。スクリュ４３の回転数は、例えば計量モータ４５のエンコーダを用いて検出する。エンコーダは、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。

計量工程では、スクリュ４３の急激な後退を制限すべく、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３に対して設定背圧を加えてよい。スクリュ４３に対する背圧は、例えば圧力検出器４７を用いて検出する。圧力検出器４７は、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。スクリュ４３が設定位置まで後退し、スクリュ４３の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が完了する。

以下、図１および図２を再度参照して、射出装置４０について再度説明する。

射出装置４０は、スクリュ４３と連結されるカップリング５１を有する。カップリング５１は、計量モータ４５の回転子４５ａの内側に、回転子４５ａに対しスプライン結合される計量スプライン軸５３を含む。計量スプライン軸５３は、計量モータ４５の駆動力および射出モータ４６の駆動力をスクリュ４３に伝達する。計量スプライン軸５３が、特許請求の範囲に記載のスプライン軸に対応する。カップリング５１の外周面には、環状パッキン６１が嵌め込まれる環状溝、スライドリング６２が嵌め込まれる環状溝が形成されている。

環状パッキン６１は、例えばカップリング５１に保持され、計量モータ４５の回転子４５ａに摺動自在に接触し、回転子４５ａとカップリング５１との隙間をシールする。これにより、計量スプライン軸５３に供給された潤滑剤がスクリュ４３側に漏れるのを防止できる。

環状パッキン６１は、計量スプライン軸５３のキー５３ａよりも前方に取付けられればよく、計量スプライン軸５３に取付けられてもよいが、図１および図２に示すようにスクリュ取付部５２に取付けられてよい。スクリュ取付部５２は、スクリュ４３が取付けられる小径部５２ａと、小径部５２ａよりも大きい大径部５２ｂとを有してよい。大径部５２ｂの前部に環状パッキン６１が配置されてよい。大径部５２ｂの後端部は、計量スプライン軸５３と連結される。尚、上述の如く、計量スプライン軸５３は、スクリュ取付部５２と一体に形成されてもよい。

環状パッキン６１としては、例えば断面形状が円形のＯリングなどが用いられ、適度に圧縮して使用される。環状パッキン６１は、シール性を確保するため、スライドリング６２よりも柔らかい材料で形成されている。環状パッキン６１の材料としては、例えばブチルゴムなどのゴムが挙げられる。

尚、環状パッキン６１は、本実施形態ではカップリング５１に保持されるが、計量モータ４５の回転子４５ａに保持され、カップリング５１に摺動自在に接触し、回転子４５ａとカップリング５１との隙間をシールしてもよい。

スライドリング６２は、例えばカップリング５１に保持され、計量モータ４５の回転子４５ａに摺動自在に接触し、回転子４５ａの中心線とカップリング５１の中心線とを合わせる。これにより、回転子４５ａとカップリング５１とのかじりを抑制できる。また、環状パッキン６１に偏荷重が加わることを抑制できる。

スライドリング６２は、回転子４５ａとカップリング５１との偏心を抑制するため、環状パッキン６１よりも硬い材料で形成されている。スライドリング６２の材料としては、自己潤滑性に富む、結晶性樹脂などが用いられる。結晶性樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル（ＰＥｓ）、ポリエチレン（ＰＥ）などが挙げられる。結晶性の度合いが大きいほど、自己潤滑性が大きくなる。スライドリング６２は、結晶性樹脂以外の樹脂で形成されてもよく、例えば布入りのフェノール樹脂で形成されてもよい。

スライドリング６２は、環状パッキン６１とは異なり、シール性を確保するものではないので、周方向一部に切れ目を有している。当該切れ目は、スライドリング６２の取付けや取外しのために形成されており、取付け時や取外し時に広げられ、その後、スライドリング６２の弾性復元力によって元に戻る。

尚、スライドリング６２は、本実施形態ではカップリング５１に保持されるが、計量モータ４５の回転子４５ａに保持され、カップリング５１に摺動自在に接触し、回転子４５ａの中心線とカップリング５１の中心線とを合わせてもよい。また、スライドリング６２の数は複数でもよい。

図１および図２に示すように、計量スプライン軸５３のキー５３ａ側（後側）からスクリュ４３の側（前側）に向けて、スライドリング６２と環状パッキン６１とがこの順で配設されている。環状パッキン６１は、計量スプライン軸５３に供給されスライドリング６２を通過した潤滑剤の、スクリュ４３の側への漏れを防止する。潤滑剤をスライドリング６２に供給してスライドリング６２の摺動抵抗を低減でき、かつ、スクリュ４３の側への潤滑剤の漏れを抑制できる。ここで、計量スプライン軸５３に供給された潤滑剤は、スライドリング６２と計量モータ４５の回転子４５ａとの間、スライドリング６２とカップリング５１との間、スライドリング６２に形成されている切れ目などを通過する。

以上、射出成形機の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

４０ 射出装置
４１ シリンダ
４３ スクリュ
４５ 計量モータ
４５ａ 回転子
４５ｂ 固定子
４６ 射出モータ
５１ カップリング
５３ 計量スプライン軸
６１ 環状パッキン
６２ スライドリング
９０ 制御装置

Claims (2)

1. 成形材料を加熱するシリンダと、
   前記シリンダの内部に回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュと、
   前記スクリュを回転させる計量モータと、
   前記スクリュを進退させる射出モータと、
   前記スクリュと連結されるカップリングであって、前記スクリュに前記計量モータの駆動力および前記射出モータの駆動力を伝達するように、前記計量モータの筒状の回転子の内側に前記回転子に対しスプライン結合されるスプライン軸を含むカップリングと、
   前記回転子および前記カップリングの一方に保持され他方に摺動自在に接触し、前記回転子と前記カップリングとの隙間をシールする環状パッキンと、
   前記回転子および前記カップリングの一方に保持され他方に摺動自在に接触し、前記回転子の中心線と前記カップリングの中心線とを合わせるスライドリングとを備え、
   前記スライドリングの硬さは、前記環状パッキンの硬さよりも硬い、射出装置。
2. 前記スプライン軸のキー側から前記スクリュの側に向けて、前記スライドリングと前記環状パッキンとがこの順で配設されており、
   前記環状パッキンは、前記スプライン軸に供給され前記スライドリングを通過した潤滑剤の、前記スクリュの側への漏れを防止する、請求項１に記載の射出装置。

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