JP6888422B2 - 射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形装置に関するものである。

一対の金型の中心線からオフセットした位置に配置された射出装置のノズルが、Ｌ字状又は円弧状に形成された射出成形装置において、金型に設けられた突出部を引っ張ることによって生じた反力により、ノズルの他端を金型のランナの入口に押圧するチャック装置を備えたものが知られている（特許文献１）。

特許第５２５３０７８号公報

しかしながら、ノズルが長尺になると、ノズルを成形型に接近させた場合にノズルの先端が振動し、ランナの入口に対して芯ずれが発生する。このため、ノズルを確実にランナの入口に押し当てることが困難になるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、ノズルを確実にランナの入口に押し当てることができる射出成形装置を提供することである。

本発明は、駆動部により閉状態と開状態とに駆動可能とされた第１チャックをノズルの先端部に固定し、閉状態の第１チャックが通過可能な対向面と、前記対向面を通過した第１チャックを開状態に駆動して係合する第１係合部とを有する第２チャックをランナの入口を跨ぐように成形型に対して固定することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、型締めされた成形型のランナの入口にノズルを接近させ、第１チャックを閉状態にして第２チャックの対向面を通過させたのち、第１チャックを開状態にして第１係合部に係合させる。この第１チャックを閉状態にして第２チャックの対向面を通過させるときに、ノズルの調芯が行われる。また、そのあとの開状態への駆動により生じた反力によってノズルの先端をランナの入口に押圧することができる。

本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の全体を示す正面図（射出機が原位置）である。 本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の全体を示す正面図（射出機が射出位置）である。 射出機に長尺ノズルを装着した場合の課題を説明するための射出成形装置の部分的な正面図である。 本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の第１チャック及び第２チャックを示す正面図である。 本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の第１チャック及び第２チャックが係合する前の状態を示す側面図である。 本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の第１チャック及び第２チャックが係合した状態を示す正面図である。 本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の第１チャック及び第２チャックが係合した状態を示す側面図である。 本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の第１チャックのリンクに作用する力を説明するための正面図である。 本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の第１チャック及び第２チャックの動作を示す正面図（その１）である。 本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の第１チャック及び第２チャックの動作を示す正面図（その２）である。 本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の第１チャック及び第２チャックの動作を示す正面図（その３）である。 本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の第１チャック及び第２チャックの動作を示す正面図（その４）である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１Ａは、本発明の一実施の形態に係る射出成形装置の全体を示す正面図であって射出機が原位置である状態を示し、図１Ｂは、同じく射出機が射出位置にある状態を示す正面図である。本実施形態の射出成形装置１は、一対のプラテン１１，１２と、一対の成形型１３，１４と、射出機１５とが、架台１６とを備え、一対のプラテン１１，１２と射出機１５とが架台１６上に搭載されている。

一対のプラテン１１，１２は、固定プラテン（固定盤）１１と、可動プラテン（可動盤）１２と、これらプラテン１１，１２を進退移動可能に保持するガイド１７とを含み、固定プラテン１１と可動プラテン１２とが、ガイド１７に沿って、図１Ａに示す型開き位置と、図１Ｂに示す型締め位置とに、型締め装置（油圧又は空圧による加圧機，図示省略）により移動可能とされている。また、射出機１５は、架台１６上において、そのシリンダの軸が、一対の成形型１３，１４の中心線と並行し且つオフセットした位置に配置されている。そして、図示しない駆動装置により、図１Ａに示す待機位置と図１Ｂに示す射出位置とに移動可能とされている。

なお、一対のプラテン１１，１２は、図示するように一方を固定プラテン１１、他方を可動プラテン１２とするほか、両方を可動プラテンで構成し、相対的移動によって型開き位置と型締め位置とに移動可能にしてもよい。また、本実施形態の射出機１５は、多点ゲート方式（成形型に複数のゲートを設けて複数の射出機により溶融樹脂を同時に射出する方式）に適用するために、一対の成形型１３，１４の中心線と並行し且つオフセットした位置に配置されているが、本発明において、射出ゲート数は何ら限定されず、単点ゲート方式であってもよい。また射出機１５は、一対の成形型１３，１４の中心線上に配置してもよい。

一対の成形型１３，１４のうち固定成形型１３は固定プラテン１１に固定され、可動成形型１４は可動プラテン１２に固定されている。可動プラテン１２が図１Ａに示す型開き位置から図１Ｂに示す型締め位置に移動すると、これにともなって可動成形型１４が固定成形型１３に接近して型締めされる。型締めされたのち溶融樹脂が射出されている間は、型締め装置による加圧力によって一対の成形型１３，１４に型締め力が作用し、射出圧によりキャビティからの溶融樹脂の漏洩が防止される。

固定成形型１３と可動成形型１４のそれぞれは、その合わせ面がパーティング面とされており、両方のパーティング面で一つのパーティングラインが構成される。詳細な図示は省略するが、固定成形型１３と可動成形型１４のそれぞれには、凹状又は平面状の成形面が形成され、一対の成形型１３，１４が型締めされると、その内部に成形面により構成されたキャビティが形成される。このキャビティが製品の外形形状に対応する。

また、型締めされた状態の一対の成形型１３，１４の内部に形成されるキャビティに溶融樹脂を射出するためのランナ１９が一対の成形型１３，１４の外周面の所定位置に形成されている。図３Ａにランナ１９の入口１９１を含むその一部を示す。ランナ１９は、一端が溶融樹脂の入口（ゲート）１９１となり、他端がキャビティへの溶融樹脂の出口となる。本実施形態の射出成形装置１においては、例えばパーティングラインの所定位置に一又は複数のランナ１９が形成され、ランナ１９の数に応じた射出機が、図１Ａ及び図１Ｂに示すように本実施形態の射出成形装置１に設けられている。なお、図１Ａに示す射出成形装置１においては、型締め方向とランナ１９の軸方向が同じ方向でないため、成形製品を脱型する際の容易性からパーティングラインの所定位置にランナ１９を設けているが、本発明においてはランナ１９の設定位置はパーティングライン上に何ら限定されるものではない。

射出機１５は、インライン方式（可塑化ユニットと射出ユニットが同じユニットの形式であり、溶融樹脂はスクリューにより押し出される）又はプランジャ方式（可塑化ユニットと射出ユニットが別ユニットとされた形式であり、射出機１５の内部で溶融された溶融樹脂はプランジャにより押し出される）のいずれのものであってもよい。本実施形態の射出機１５は、ベース部１５１と、シリンダ１５２とを備え、インライン方式であればシリンダ１５２の内部にスクリューシャフトが設けられ、プランジャ方式であればシリンダ１５２に内部にプランジャが設けられている。いずれの方式であっても、シリンダ１５２の先端には、Ｌ字状又は略Ｌ字状のノズル１８が設けられている。なお、本発明においてノズルの形状は何ら限定されず、Ｌ字状や湾曲状のほか、射出機１５を一対の成形型１３，１４の中心線上に配置する場合に適用されるように、直線のノズルであってもよい。

さて、自動車用バンパや自動車用インストルメントパネルのような大型成形製品を射出成型するための射出成形装置１は、成形型１３，１４自体が大きく、多点ゲート方式によるものが少なくない。したがって、複数の射出機１５を成形型１３，１４の周囲にレイアウトすると、その一つが図１Ａに示すように成形型１３，１４の中心線からオフセットした位置にならざるを得ず、ノズル１８は、Ｌ字状で、しかも必然的にその長さＬが数ｍ程度の長尺なものとなる。こうした場合に、ノズル１８は射出機１５のシリンダ１５２の先端に片持ち支持されているだけであるため、図１Ａから図１Ｂのように射出機１５を移動すると、ランナ１９の入口１９１に近づくに従ってノズル１８の先端が左右方向に振動する。ノズル１８の長さＬが長いほどこの振動の振幅は大きくなる。

先端が振動したままランナ１９の入口１９１に接触させれば、当該接触によって振動は治まるが、ノズル１８の先端とランナ１９の入口１９１との芯ずれが生じたり、ノズル１８の先端が摩耗したりする。また、背景技術の項に記載した特許文献１（特許第５２５３０７８号公報）のように、ノズル１８に熱容量が大きく外形も大きい構造体（同文献のチャック装置５０）を装着すると、当該構造物への放熱量が大きくなり、射出機１５の溶融エネルギにロスが生じることに加え、外形が大きい構造体であるためにこれとの干渉を避けるためのスペースが必要となる。

このため本実施形態の射出成形装置１においては、ノズル１８の先端部に固定され、駆動部２１により閉状態と開状態とに駆動可能とされた第１チャック２０と、ランナ１９の入口１９１を跨ぐとともに成形型１３，１４の外周面から突出するように成形型１３，１４に対して固定され、閉状態の第１チャック２０が通過可能な対向面３１と、対向面３１を通過した第１チャック２０を開状態に駆動して係合する第１係合部３２とを有する第２チャック３０と、をさらに備える。

第１チャック２０は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ノズル１８を挟んで設けられ、ノズル１８に固定された支点軸２２を中心に同時に回動する二対のＸ形リンク２３，２４と、Ｘ形リンク２３，２４の基端側に設けられた駆動部２１と、Ｘ形リンク２３，２４の先端側に設けられ、第２チャック３０の第１係合部３２と係合する第２係合部２５と、を含んで構成されている。図３Ａに示す支点軸２２は、例えばノズル１８の側面に溶接したピンからなり、この支点軸２２に、Ｘ形リンク２３を構成する２本の平板直線状リンクの孔を挿入し、回動可能に固定することでＸ形リンク２３が構成されている。他方のＸ形リンク２４も同様である。そして、図３Ｂに示すように、一方のＸ形リンク２３の基端側（同図において上側）同士はピン２６，２６で連結され、先端側（同図において下側）同士は第２係合部２５，２５を構成するピンで連結されている。したがって、一対のＸ形リンク２３，２４は一体的に開閉する。なお、駆動部２１には、収縮及び伸長する流体圧シリンダなどを用いることができ、一対のＸ形リンク２３，２４のそれぞれに設けられている。ただし、駆動部２１によるＸ形リンク２３，２４の開状態への動作力が十分に大きい場合には、いずれか一方に設けてもよい。

第２チャック３０は、ランナ１９の入口１９１を跨ぐとともに成形型１３，１４の外周面から突出する一対のブロック３３，３３を含み、当該ブロック３３は、対向面３１と、対向面３１の成形型側に形成された凹状の第１係合部３２とを含む。また、対向面３１は、ブロック３３の外側に設けられた、閉状態の第１チャック２０が通過する際の最大外幅より大きい内幅から幅狭になるテーパ面３４と、テーパ面３４の内側に連続し、閉状態の第１チャック２０の最大外幅より大きい内幅を有する平行面３５と、を含む。

一対のブロック３３，３３は、図３Ｂに示すように、ノズル１８の外径と略等しく、第１チャック２０のＸ形リンク２３，２４の幅よりも小さい厚みを有し、図３Ａに示すように、ランナ１９の入口１９１を跨いで成形型１３，１４の外周面に固定されている。図３Ａに示す一対のブロック３３，３３の離間距離は、対向する平行面３５，３５の距離が、図５Ｂに示すように、閉状態の第１チャック２０の最大外幅より大きい内幅、好ましくは１〜１０ｍｍ程度大きい内幅を有するように設定されている。

図３Ｃに示すように、第１チャック２０及び第２チャック３０が係合する場合、ブロック３３，３３の凹状の第１係合部３２，３２に、Ｘ形リンク２３，２４の先端側同士を連結するピンからなる第２係合部２５，２５が係合する。この状態において、第１チャック２０のＸ形リンク２３，２４に作用する力を図４に示す。同図に示すように、Ｘ形リンク２３，２４の基端側に設けられた駆動部２１による開状態での駆動力Ｆ１が、同図の水平方向に作用する。この駆動力Ｆ１が、支点軸２２を中心にして第２係合部２５，２５に下向きの力Ｆ２（第２チャック３０の第１係合部３２からの反力）となり、２つの第２係合部２５，２５における下向きの力Ｆ２の合力Ｆ３（＝２Ｆ２）が支点軸２２に作用する。すなわち、ノズル１８は、駆動部２１の駆動力Ｆ１によって生じた力Ｆ３の反力により、ランナ１９の入口１９１に押し付けられることになる。

ここで、図４に示すように、駆動部２１からＸ形リンク２３，２４の基端側への駆動力Ｆ１の作用点と、支点軸２２との距離をＬ１、Ｘ形リンク２３，２４の第２係合部２５と支点軸２２との距離をＬ２、開状態においてＸ形リンク２３，２４の軸と、ノズル１８の軸（同図においては鉛直方向）と直角な軸とのなす角度をθとした場合に、支点軸２２廻りのモーメントの釣り合いより、Ｆ１×Ｌ１×ｃｏｓ（９０−θ）＝Ｆ２×Ｌ２×ｃｏｓθが成立し、これをＦ２について整理すると、Ｆ２＝Ｆ１×Ｌ１×ｔａｎθ／Ｌ２となる。したがって、支点軸２２における反力Ｆ３（＝２Ｆ２）、すなわちノズル１８に対して必要とされる押圧力については、Ｆ３≦２Ｆ１×Ｌ１×ｔａｎθ／Ｌ２が成立するように、第１チャック２０のＸ形リンク２３，２４のＬ１，Ｌ２と、駆動部２１の定格駆動力Ｆ１と、第２チャック３０の凹状の第１係合部３２の位置を設定すればよい。

次に、図５Ａ〜図５Ｄを参照しながら、本実施形態の射出成形装置１の動作を説明する。型開き状態から型閉じ指令があると、固定成形型１３と可動成形型１４とが閉じられ、パーティングラインの外周側にランナ１９の入口１９１が形成される。これと同時に、一対の成形型１３，１４の内部にはキャビティが形成され、キャビティ内にランナ１９の出口が連通した状態となる。この状態になると、ノズル１８の先端がランナ１９の入口１９１に対向する。このようにして型締めが完了すると、所定のタイミングで射出機１５が一対の成形型１３，１４に接近する。この接近した状態を図５Ａに示す。この状態においては、第１チャック２０の駆動部２１は収縮し、Ｘ形リンク２３，２４は閉じた状態とされている。

図５Ａに示すように、ノズル１８の先端が第２チャック３０に接近した状態においては、ノズル１８の先端は振動しているが、図５Ｂに示すように、そのままさらにノズル１８をランナ１９の入口１９１に接近させると、第１チャック２０の第２係合部２５が、ブロック３３，３３のテーパ面３４に接触し、これにより振動が停止するとともに、第１チャック２０の第２係合部２５が、ブロック３３，３３の平行面３５を通過する際に、ノズル１８の軸とランナ１９の入口１９１との調芯（芯出し）が行われる。

続いて、そのままさらにノズル１８をランナ１９の入口１９１に接近させると、図５Ｃに示すようにノズル１８の先端がランナ１９の入口１９１に接触するので、ここで射出機１５の移動を停止する。この状態では、ノズル１８の先端は、ランナ１９の入口１９１に押圧しなくてもよく、軽く接触した状態でよい。そして、図５Ｄに示すように、第１チャック２０の駆動部２１を伸長させ、Ｘ形リンク２３，２４を開くことで、第１チャック２０の第２係合部２５を第２チャック３０の凹状の第１係合部３２に係合させる。この時、駆動部２１による駆動力Ｆ２は継続する。上述したとおり、駆動部２１による駆動力Ｆ２は、Ｘ形リンク２３，２４の支点軸２２にＦ３＝２Ｆ１×Ｌ１×ｔａｎθ／Ｌ２として作用し、ノズル１８にはこの反力としての押圧力が作用する。この下向きの力（Ｆ３の反力）によってノズル１８がランナ１９の入口１９１に押圧される。

ノズル１８のランナ１９の入口１９１に対する押圧が完了したことが検知されると、射出機１５のスクリューシャフトが前進し、溶融樹脂がノズル１８を介してランナ１９の入口１９１からキャビティ内に射出される。キャビティに溶融樹脂が射出された後、所定の圧力保持時間が経過するまでノズル１８はランナ１９の入口１９１に押圧された状態に保持される。キャビティ内の溶融樹脂が冷却固化すると製品が完成するので、所定のタイミングで第１チャック２０の駆動部２１を収縮させ、Ｘ形リンク２３，２４を閉じた状態にする。これにより、ノズル１８のランナ１９の入口１９１に対する押圧状態が解除される。その後、射出機１５を一対の成形型１３，１４から離間させたのち、型開きが行われる。型開きが完了すると、図示しないエジェクタピンが前進して、製品をキャビティから押し出し、次の型閉じ指令を待つ。

以上のとおり、本実施形態の射出成形装置１によれば、型締めされた成形型１３，１４のランナ１９の入口１９１にノズル１８を接近させ、第１チャック２０を閉状態にして第２チャック３０の対向面であるテーパ面３４及び平行面３５を通過させたのち、第１チャック２０を開状態にして第２係合部２５を第２チャック３０の第１係合部３２に係合させる。この第１チャック２０を閉状態にして第２チャック３０のテーパ面３４を通過する際にノズル１８の先端の振動が制止され、さらに平行面３５を通過するときに、ノズル１８の入口１９１に対する調芯が行われる。また、そのあとの開状態への駆動により生じた反力によってノズル１８の先端をランナ１９の入口１９１に押圧することができる。

また本実施形態の射出成形装置１によれば、ノズル１８の先端の振動を制止するのは第１チャック２０の第２係合部２５と第２チャック３０のテーパ面３４であるため、ノズル１８の先端の摩耗が抑制される。また、第１チャック２０の構成は簡素且つ軽量で、しかも閉状態になるため、熱容量が大きいことによる抜熱が少なく、射出機１５の溶融エネルギロスも抑制できるし、周囲の構造物との干渉を避けるためのスペースも必要ない。

また本実施形態の射出成形装置１によれば、平板直線状のＸ形リンク２３，２４という簡素な構造体により第１チャック２０を構成しているため、必要な押圧力に応じて支点軸２２の位置を設定すれば、駆動部２１を構成する流体圧シリンダなどの機器をより小さいものとすることができる。また、同じ駆動部２１を用いたまま、Ｘ形リンク２３，２４の支点軸２２の位置を変更すれば、必要とされる押圧力を適宜の値に調整することもでき、設計の自由度がより一層高くなる。

１…射出成形装置
１１…固定プラテン
１２…可動プラテン
１３…固定成形型
１４…可動成形型
１５…射出機
１５１…ベース部
１５２…シリンダ
１６…架台
１７…ガイド
１８…ノズル
１９…ランナ
１９１…ランナの入口
２０…第１チャック
２１…駆動部
２２…支点軸
２３，２４…Ｘ形リンク
２５…第２係合部（ピン）
２６…ピン
３０…第２チャック
３１…対向面
３２…第１係合部
３３…ブロック
３４…テーパ面
３５…平行面

Claims (5)

1. 型締め及び型開きが可能とされ、所定の位置に設けられたランナの入口が外周面に開口し、前記ランナの出口がキャビティに連通する一対の成形型と、
   シリンダの先端から成形材料を射出する射出機と、
   一端が前記シリンダの先端に接続され、他端が前記ランナの入口に圧接され、前記ランナを介して前記成形材料を前記キャビティに射出するノズルと、を備えた射出成形装置において、
   前記ノズルの先端部に固定され、駆動部により閉状態と開状態とに駆動可能とされた第１チャックと、
   前記ランナの入口を跨ぐとともに前記成形型の外周面から突出するように前記成形型に対して固定され、閉状態の第１チャックが通過可能な対向面と、前記対向面を通過した第１チャックを開状態に駆動して係合する第１係合部とを有する第２チャックと、をさらに備え、
   型締めされた成形型の前記ランナの入口に前記ノズルを接近させ、前記第１チャックを閉状態に駆動して前記対向面を通過させたのち、第１チャックを開状態に駆動して第１係合部に係合させ、当該開状態への駆動により生じた反力によって前記ノズルの先端を前記ランナの入口に押圧する射出成形装置。
2. 前記第１チャックは、
   前記ノズルを挟んで設けられ、前記ノズルに固定された支点軸を中心に同時に回動する二対のリンクと、
   前記リンクの基端側に設けられた駆動部と、
   前記リンクの先端側に設けられ、前記第１係合部と係合する第２係合部と、を含み、
   前記第２チャックは、
   前記ランナの入口を跨ぐとともに前記成形型の外周面から突出するブロックを含み、
   前記ブロックは、前記対向面と、前記対向面を通過して開状態に駆動した第１チャックの前記第２係合部と係合する凹状の第１係合部とを含む請求項１に記載の射出成形装置。
3. 前記対向面は、
   前記ブロックの外側に設けられた、閉状態の第１チャックが通過する際の最大外幅より大きい内幅から幅狭になるテーパ面と、
   前記テーパ面の内側に連続し、閉状態の第１チャックの最大外幅より大きい内幅を有する平行面と、を含む請求項２に記載の射出成形装置。
4. 前記リンクがＸ形リンクからなり、
   前記リンクの基端側に設けられた駆動部による前記開状態での駆動力をＦ１、
   前記駆動力Ｆ１により生じた前記支点軸における反力をＦ３、
   前記駆動部から前記リンクの基端側への駆動力Ｆ１の作用点と前記支点軸との距離をＬ１、
   前記リンクの第２係合部と前記支点軸との距離をＬ２、
   開状態において前記リンクの軸と、前記ノズルの軸と直角な軸とのなす角度をθとした場合に、
   前記ノズルの先端を前記ランナの入口に押圧するために必要とされる最小反力Ｆ３に対し、Ｆ３≦２Ｆ１×Ｌ１×ｔａｎθ／Ｌ２が成立する第１チャック及び第２チャックを備える請求項２又は３に記載の射出成形装置。
5. 前記射出機は、前記シリンダの軸が前記成形型の中心線と並行し且つオフセットした位置に配置され、前記軸と直角方向に進退移動可能とされ、
   前記ノズルは、前記シリンダの軸方向とは異なる方向に屈折又は屈曲し、先端が前記ランナの入口に指向している請求項１〜４のいずれか一項に記載の射出成形装置。

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