JP7083678B2 - 射出装置および射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出装置および射出成形機に関し、特に、射出装置のスクリュの構造に関する。

特許文献１には、ヘッド本体部と、軸方向へ変位自在に装填される逆流防止リング（特許文献１ではリングバルブと称する。）と、シールリング（特許文献１ではシートリングと称する。）と、を備えるスクリュヘッド装置が開示されている。スクリュヘッド装置は、計量時において、逆流防止リングが前方へ移動し、逆流防止リングの前端がヘッド本体部の後端に当接して樹脂流路用空間を開放する。また、射出時において、逆流防止リングが後方へ移動し、逆流防止リングの後端がシールリングの前端に当接して樹脂流路用空間を遮断する。

特開平１１－１２９２９８号公報

ところで、ヘッド本体部に対して逆流防止リングが自由に回転できる非共回りタイプのスクリュヘッド装置は、計量時において、ヘッド本体部の後端と逆流防止リングの前端が接触した状態でヘッド本体部が回転するため、摺動面に摩耗が生じる。特に、高粘度の樹脂を使用してハイサイクルで成形する場合、逆流防止リングをヘッド本体部に押し付ける力が大きくなり、また、接触回数も増えるので、摩耗が促進されるという課題があった。

そこで、本発明は、ヘッド本体部と逆流防止リングとの接触面における摩耗を抑制する射出装置および射出成形機を提供することを目的とする。

実施形態の一態様の射出装置は、
シリンダと、前記シリンダ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と、前記スクリュを回転させる回転手段と、前記スクリュを進退させる進退手段と、を備え、前記スクリュは、一体に回転するスクリュヘッド、シールリング、およびフライトスクリュと、非共回りの逆流防止リングと、を有し、前記スクリュヘッドは、前記フライトスクリュのフライトに沿って形成される螺旋状の溝とは逆向きの螺旋状に形成されるヘッド溝部を有し、前記逆流防止リングと向かい合う前記スクリュヘッドの対向面は、前記スクリュの回転方向前側ほど前記逆流防止リングから離れ、前記スクリュの回転方向後側ほど前記逆流防止リングに近づくように傾いたテーパを有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ヘッド本体部と逆流防止リングとの接触面における摩耗を抑制する射出装置および射出成形機を提供することができる。

第１実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図である。 第１実施形態による射出成形機の型締時の状態を示す図である。 シリンダおよびスクリュの断面図である。 スクリュヘッド装置の斜視図である。 計量工程開始前のスクリュヘッド装置の状態を示す側面図である。 計量工程開始前のスクリュヘッド装置の状態を示す断面図である。 計量工程開始時のスクリュヘッド装置の状態を示す側面図である。 計量工程開始時のスクリュヘッド装置の状態を示す断面図である。 計量工程中のスクリュヘッド装置の状態を示す側面図である。 計量工程中のスクリュヘッド装置の状態を示す断面図である。 第２実施形態のスクリュヘッド装置の側面図である。

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。

≪第１実施形態≫
（射出成形機）
図１は、第１実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図である。図２は、第１実施形態による射出成形機の型締時の状態を示す図である。図１及び図２において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は互いに垂直な方向である。Ｘ方向およびＹ方向は水平方向を表し、Ｚ方向は鉛直方向を表す。型締装置１００が横型である場合、Ｘ方向は型開閉方向であり、Ｙ方向は射出成形機１０の幅方向である。図１及び図２に示すように、射出成形機１０は、型締装置１００と、エジェクタ装置２００と、射出装置３００と、移動装置４００と、制御装置７００と、フレーム９００とを有する。以下、射出成形機１０の各構成要素について説明する。

（型締装置）
型締装置１００の説明では、型閉時の可動プラテン１２０の移動方向（図１および図２中右方向）を前方とし、型開時の可動プラテン１２０の移動方向（図１および図２中左方向）を後方として説明する。

型締装置１００は、金型装置８００の型閉、型締、型開を行う。型締装置１００は例えば横型であって、型開閉方向が水平方向である。型締装置１００は、固定プラテン１１０、可動プラテン１２０、トグルサポート１３０、タイバー１４０、トグル機構１５０、型締モータ１６０、運動変換機構１７０、および型厚調整機構１８０を有する。

固定プラテン１１０は、フレーム９００に対し固定される。固定プラテン１１０における可動プラテン１２０との対向面に固定金型８１０が取付けられる。

可動プラテン１２０は、フレーム９００に対し型開閉方向に移動自在とされる。フレーム９００上には、可動プラテン１２０を案内するガイド１０１が敷設される。可動プラテン１２０における固定プラテン１１０との対向面に可動金型８２０が取付けられる。

固定プラテン１１０に対し可動プラテン１２０を進退させることにより、型閉、型締、型開が行われる。固定金型８１０と可動金型８２０とで金型装置８００が構成される。

トグルサポート１３０は、固定プラテン１１０と間隔をおいて連結され、フレーム９００上に型開閉方向に移動自在に載置される。尚、トグルサポート１３０は、フレーム９００上に敷設されるガイドに沿って移動自在とされてもよい。トグルサポート１３０のガイドは、可動プラテン１２０のガイド１０１と共通のものでもよい。

尚、本実施形態では、固定プラテン１１０がフレーム９００に対し固定され、トグルサポート１３０がフレーム９００に対し型開閉方向に移動自在とされるが、トグルサポート１３０がフレーム９００に対し固定され、固定プラテン１１０がフレーム９００に対し型開閉方向に移動自在とされてもよい。

タイバー１４０は、固定プラテン１１０とトグルサポート１３０とを型開閉方向に間隔Ｌをおいて連結する。タイバー１４０は、複数本（例えば４本）用いられてよい。各タイバー１４０は、型開閉方向に平行とされ、型締力に応じて伸びる。少なくとも１本のタイバー１４０には、タイバー１４０の歪を検出するタイバー歪検出器１４１が設けられてよい。タイバー歪検出器１４１は、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。タイバー歪検出器１４１の検出結果は、型締力の検出などに用いられる。

尚、本実施形態では、型締力を検出する型締力検出器として、タイバー歪検出器１４１が用いられるが、本発明はこれに限定されない。型締力検出器は、歪ゲージ式に限定されず、圧電式、容量式、油圧式、電磁式などでもよく、その取付け位置もタイバー１４０に限定されない。

トグル機構１５０は、可動プラテン１２０とトグルサポート１３０との間に配設され、トグルサポート１３０に対し可動プラテン１２０を型開閉方向に移動させる。トグル機構１５０は、クロスヘッド１５１、一対のリンク群などで構成される。各リンク群は、ピンなどで屈伸自在に連結される第１リンク１５２および第２リンク１５３を有する。第１リンク１５２は可動プラテン１２０に対しピンなどで揺動自在に取付けられ、第２リンク１５３はトグルサポート１３０に対しピンなどで揺動自在に取付けられる。第２リンク１５３は、第３リンク１５４を介してクロスヘッド１５１に取付けられる。トグルサポート１３０に対しクロスヘッド１５１を進退させると、第１リンク１５２および第２リンク１５３が屈伸し、トグルサポート１３０に対し可動プラテン１２０が進退する。

尚、トグル機構１５０の構成は、図１および図２に示す構成に限定されない。例えば図１および図２では、各リンク群の節点の数が５つであるが、４つでもよく、第３リンク１５４の一端部が、第１リンク１５２と第２リンク１５３との節点に結合されてもよい。

型締モータ１６０は、トグルサポート１３０に取付けられており、トグル機構１５０を作動させる。型締モータ１６０は、トグルサポート１３０に対しクロスヘッド１５１を進退させることにより、第１リンク１５２および第２リンク１５３を屈伸させ、トグルサポート１３０に対し可動プラテン１２０を進退させる。型締モータ１６０は、運動変換機構１７０に直結されるが、ベルトやプーリなどを介して運動変換機構１７０に連結されてもよい。

運動変換機構１７０は、型締モータ１６０の回転運動をクロスヘッド１５１の直線運動に変換する。運動変換機構１７０は、ねじ軸１７１と、ねじ軸１７１に螺合するねじナット１７２とを含む。ねじ軸１７１と、ねじナット１７２との間には、ボールまたはローラが介在してよい。

型締装置１００は、制御装置７００による制御下で、型閉工程、型締工程、型開工程などを行う。

型閉工程では、型締モータ１６０を駆動してクロスヘッド１５１を設定速度で型閉完了位置まで前進させることにより、可動プラテン１２０を前進させ、可動金型８２０を固定金型８１０にタッチさせる。クロスヘッド１５１の位置や速度は、例えば型締モータエンコーダ１６１などを用いて検出する。型締モータエンコーダ１６１は、型締モータ１６０の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。尚、クロスヘッド１５１の位置を検出するクロスヘッド位置検出器、およびクロスヘッド１５１の速度を検出するクロスヘッド速度検出器は、型締モータエンコーダ１６１に限定されず、一般的なものを使用できる。また、可動プラテン１２０の位置を検出する可動プラテン位置検出器、および可動プラテン１２０の速度を検出する可動プラテン速度検出器は、型締モータエンコーダ１６１に限定されず、一般的なものを使用できる。

型締工程では、型締モータ１６０をさらに駆動してクロスヘッド１５１を型閉完了位置から型締位置までさらに前進させることで型締力を生じさせる。型締時に可動金型８２０と固定金型８１０との間にキャビティ空間８０１（図２参照）が形成され、射出装置３００がキャビティ空間８０１に液状の成形材料を充填する。充填された成形材料が固化されることで、成形品が得られる。キャビティ空間８０１の数は複数でもよく、その場合、複数の成形品が同時に得られる。

型開工程では、型締モータ１６０を駆動してクロスヘッド１５１を設定速度で型開完了位置まで後退させることにより、可動プラテン１２０を後退させ、可動金型８２０を固定金型８１０から離間させる。その後、エジェクタ装置２００が可動金型８２０から成形品を突き出す。

型閉工程および型締工程における設定条件は、一連の設定条件として、まとめて設定される。例えば、型閉工程および型締工程におけるクロスヘッド１５１の速度や位置（型閉開始位置、速度切替位置、型閉完了位置、および型締位置を含む）、型締力は、一連の設定条件として、まとめて設定される。型閉開始位置、速度切替位置、型閉完了位置、および型締位置は、後側から前方に向けてこの順で並び、速度が設定される区間の始点や終点を表す。区間毎に、速度が設定される。速度切替位置は、１つでもよいし、複数でもよい。速度切替位置は、設定されなくてもよい。型締位置と型締力とは、いずれか一方のみが設定されてもよい。

型開工程における設定条件も同様に設定される。例えば、型開工程におけるクロスヘッド１５１の速度や位置（型開開始位置、速度切替位置、および型開完了位置を含む）は、一連の設定条件として、まとめて設定される。型開開始位置、速度切替位置、および型開完了位置は、前側から後方に向けて、この順で並び、速度が設定される区間の始点や終点を表す。区間毎に、速度が設定される。速度切替位置は、１つでもよいし、複数でもよい。速度切替位置は、設定されなくてもよい。型開開始位置と型締位置とは同じ位置であってよい。また、型開完了位置と型閉開始位置とは同じ位置であってよい。

尚、クロスヘッド１５１の速度や位置などの代わりに、可動プラテン１２０の速度や位置などが設定されてもよい。また、クロスヘッドの位置（例えば型締位置）や可動プラテンの位置の代わりに、型締力が設定されてもよい。

ところで、トグル機構１５０は、型締モータ１６０の駆動力を増幅して可動プラテン１２０に伝える。その増幅倍率は、トグル倍率とも呼ばれる。トグル倍率は、第１リンク１５２と第２リンク１５３とのなす角θ（以下、「リンク角度θ」とも呼ぶ）に応じて変化する。リンク角度θは、クロスヘッド１５１の位置から求められる。リンク角度θが１８０°のとき、トグル倍率が最大になる。

金型装置８００の交換や金型装置８００の温度変化などにより金型装置８００の厚さが変化した場合、型締時に所定の型締力が得られるように、型厚調整が行われる。型厚調整では、例えば可動金型８２０が固定金型８１０にタッチする型タッチの時点でトグル機構１５０のリンク角度θが所定の角度になるように、固定プラテン１１０とトグルサポート１３０との間隔Ｌを調整する。

型締装置１００は、固定プラテン１１０とトグルサポート１３０との間隔Ｌを調整することで、型厚調整を行う型厚調整機構１８０を有する。型厚調整機構１８０は、タイバー１４０の後端部に形成されるねじ軸１８１と、トグルサポート１３０に回転自在に保持されるねじナット１８２と、ねじ軸１８１に螺合するねじナット１８２を回転させる型厚調整モータ１８３とを有する。

ねじ軸１８１およびねじナット１８２は、タイバー１４０ごとに設けられる。型厚調整モータ１８３の回転は、回転伝達部１８５を介して複数のねじナット１８２に伝達されてよい。複数のねじナット１８２を同期して回転できる。尚、回転伝達部１８５の伝達経路を変更することで、複数のねじナット１８２を個別に回転することも可能である。

回転伝達部１８５は、例えば歯車などで構成される。この場合、各ねじナット１８２の外周に受動歯車が形成され、型厚調整モータ１８３の出力軸には駆動歯車が取付けられ、複数の受動歯車および駆動歯車と噛み合う中間歯車がトグルサポート１３０の中央部に回転自在に保持される。尚、回転伝達部１８５は、歯車の代わりに、ベルトやプーリなどで構成されてもよい。

型厚調整機構１８０の動作は、制御装置７００によって制御される。制御装置７００は、型厚調整モータ１８３を駆動して、ねじナット１８２を回転させることで、ねじナット１８２を回転自在に保持するトグルサポート１３０の固定プラテン１１０に対する位置を調整し、固定プラテン１１０とトグルサポート１３０との間隔Ｌを調整する。

間隔Ｌは、型厚調整モータエンコーダ１８４を用いて検出する。型厚調整モータエンコーダ１８４は、型厚調整モータ１８３の回転量や回転方向を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。型厚調整モータエンコーダ１８４の検出結果は、トグルサポート１３０の位置や間隔Ｌの監視や制御に用いられる。尚、トグルサポート１３０の位置を検出するトグルサポート位置検出器、および間隔Ｌを検出する間隔検出器は、型厚調整モータエンコーダ１８４に限定されず、一般的なものを使用できる。

尚、本実施形態の型締装置１００は、型開閉方向が水平方向である横型であるが、型開閉方向が上下方向である竪型でもよい。

尚、本実施形態の型締装置１００は、駆動源として、型締モータ１６０を有するが、型締モータ１６０の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型締装置１００は、型開閉用にリニアモータを有し、型締用に電磁石を有してもよい。

（エジェクタ装置）
エジェクタ装置２００の説明では、型締装置１００の説明と同様に、型閉時の可動プラテン１２０の移動方向（図１および図２中右方向）を前方とし、型開時の可動プラテン１２０の移動方向（図１および図２中左方向）を後方として説明する。

エジェクタ装置２００は、金型装置８００から成形品を突き出す。エジェクタ装置２００は、エジェクタモータ２１０、運動変換機構２２０、およびエジェクタロッド２３０などを有する。

エジェクタモータ２１０は、可動プラテン１２０に取付けられる。エジェクタモータ２１０は、運動変換機構２２０に直結されるが、ベルトやプーリなどを介して運動変換機構２２０に連結されてもよい。

運動変換機構２２０は、エジェクタモータ２１０の回転運動をエジェクタロッド２３０の直線運動に変換する。運動変換機構２２０は、ねじ軸と、ねじ軸に螺合するねじナットとを含む。ねじ軸と、ねじナットとの間には、ボールまたはローラが介在してよい。

エジェクタロッド２３０は、可動プラテン１２０の貫通穴において進退自在とされる。エジェクタロッド２３０の前端部は、可動金型８２０の内部に進退自在に配設される可動部材８３０と接触する。エジェクタロッド２３０の前端部は、可動部材８３０と連結されていても、連結されていなくてもよい。

エジェクタ装置２００は、制御装置７００による制御下で、突き出し工程を行う。

突き出し工程では、エジェクタモータ２１０を駆動してエジェクタロッド２３０を設定速度で待機位置から突き出し位置まで前進させることにより、可動部材８３０を前進させ、成形品を突き出す。その後、エジェクタモータ２１０を駆動してエジェクタロッド２３０を設定速度で後退させ、可動部材８３０を元の待機位置まで後退させる。エジェクタロッド２３０の位置や速度は、例えばエジェクタモータエンコーダ２１１を用いて検出する。エジェクタモータエンコーダ２１１は、エジェクタモータ２１０の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。尚、エジェクタロッド２３０の位置を検出するエジェクタロッド位置検出器、およびエジェクタロッド２３０の速度を検出するエジェクタロッド速度検出器は、エジェクタモータエンコーダ２１１に限定されず、一般的なものを使用できる。

（射出装置）
射出装置３００の説明では、型締装置１００の説明やエジェクタ装置２００の説明とは異なり、充填時のスクリュ３３０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３３０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３００は、フレーム９００に対し進退自在なスライドベース３０１に設置され、金型装置８００に対し進退自在とされる。射出装置３００は、金型装置８００にタッチし、金型装置８００内のキャビティ空間８０１に成形材料を充填する。射出装置３００は、例えば、シリンダ３１０、ノズル３２０、スクリュ３３０、計量モータ３４０、射出モータ３５０、圧力検出器３６０などを有する。

シリンダ３１０は、供給口３１１から内部に供給された成形材料を加熱する。成形材料は、例えば樹脂などを含む。成形材料は、例えばペレット状に形成され、固体の状態で供給口３１１に供給される。供給口３１１はシリンダ３１０の後部に形成される。シリンダ３１０の後部の外周には、水冷シリンダなどの冷却器３１２が設けられる。冷却器３１２よりも前方において、シリンダ３１０の外周には、バンドヒータなどの加熱器３１３と温度検出器３１４とが設けられる。

シリンダ３１０は、シリンダ３１０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３１３と温度検出器３１４とが設けられる。ゾーン毎に、温度検出器３１４の検出温度が設定温度になるように、制御装置７００が加熱器３１３を制御する。

ノズル３２０は、シリンダ３１０の前端部に設けられ、金型装置８００に対し押し付けられる。ノズル３２０の外周には、加熱器３１３と温度検出器３１４とが設けられる。ノズル３２０の検出温度が設定温度になるように、制御装置７００が加熱器３１３を制御する。

スクリュ３３０は、シリンダ３１０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３３０を回転させると、スクリュ３３０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３１０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３３０の前方に送られシリンダ３１０の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ３３０が後退させられる。その後、スクリュ３３０を前進させると、スクリュ３３０前方に蓄積された液状の成形材料がノズル３２０から射出され、金型装置８００内に充填される。

スクリュ３３０の前部には、スクリュ３３０を前方に押すときにスクリュ３３０の前方から後方に向かう成形材料の逆流を防止する逆流防止弁として、逆流防止リング３３９が進退自在に取付けられる。

逆流防止リング３３９は、スクリュ３３０を前進させるときに、スクリュ３３０前方の成形材料の圧力によって後方に押され、成形材料の流路を塞ぐ閉塞位置（図２参照）までスクリュ３３０に対し相対的に後退する。これにより、スクリュ３３０前方に蓄積された成形材料が後方に逆流するのを防止する。

一方、逆流防止リング３３９は、スクリュ３３０を回転させるときに、スクリュ３３０の螺旋状の溝に沿って前方に送られる成形材料の圧力によって前方に押され、成形材料の流路を開放する開放位置（図１参照）までスクリュ３３０に対し相対的に前進する。これにより、スクリュ３３０の前方に成形材料が送られる。

なお、本実施形態の逆流防止リング３３９は、スクリュ３３０と共に回転しない非共回りタイプである。

計量モータ３４０は、スクリュ３３０を回転させる。スクリュ３３０を回転させる駆動源は、計量モータ３４０には限定されず、例えば油圧ポンプなどでもよい。

射出モータ３５０は、スクリュ３３０を進退させる。射出モータ３５０とスクリュ３３０との間には、射出モータ３５０の回転運動をスクリュ３３０の直線運動に変換する運動変換機構などが設けられる。運動変換機構は、例えばねじ軸と、ねじ軸に螺合するねじナットとを有する。ねじ軸とねじナットの間には、ボールやローラなどが設けられてよい。スクリュ３３０を進退させる駆動源は、射出モータ３５０には限定されず、例えば油圧シリンダなどでもよい。

圧力検出器３６０は、射出モータ３５０とスクリュ３３０との間で伝達される圧力を検出する。圧力検出器３６０は、射出モータ３５０とスクリュ３３０との間の力の伝達経路に設けられ、圧力検出器３６０に作用する圧力を検出する。

圧力検出器３６０は、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。圧力検出器３６０の検出結果は、スクリュ３３０が成形材料から受ける圧力、スクリュ３３０に対する背圧、スクリュ３３０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。

射出装置３００は、制御装置７００による制御下で、計量工程、充填工程および保圧工程などを行う。

計量工程では、計量モータ３４０を駆動してスクリュ３３０を設定回転数で回転させ、スクリュ３３０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３３０の前方に送られシリンダ３１０の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ３３０が後退させられる。スクリュ３３０の回転数は、例えば計量モータエンコーダ３４１を用いて検出する。計量モータエンコーダ３４１は、計量モータ３４０の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。尚、スクリュ３３０の回転数を検出するスクリュ回転数検出器は、計量モータエンコーダ３４１に限定されず、一般的なものを使用できる。

計量工程では、スクリュ３３０の急激な後退を制限すべく、射出モータ３５０を駆動してスクリュ３３０に対して設定背圧を加えてよい。スクリュ３３０に対する背圧は、例えば圧力検出器３６０を用いて検出する。圧力検出器３６０は、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。スクリュ３３０が計量完了位置まで後退し、スクリュ３３０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。

充填工程では、射出モータ３５０を駆動してスクリュ３３０を設定速度で前進させ、スクリュ３３０の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置８００内のキャビティ空間８０１に充填させる。スクリュ３３０の位置や速度は、例えば射出モータエンコーダ３５１を用いて検出する。射出モータエンコーダ３５１は、射出モータ３５０の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。スクリュ３３０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。Ｖ／Ｐ切替が行われる位置をＶ／Ｐ切替位置とも呼ぶ。スクリュ３３０の設定速度は、スクリュ３３０の位置や時間などに応じて変更されてもよい。

尚、充填工程においてスクリュ３３０の位置が設定位置に達した後、その設定位置にスクリュ３３０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３３０の停止の代わりに、スクリュ３３０の微速前進または微速後退が行われてもよい。また、スクリュ３３０の位置を検出するスクリュ位置検出器、およびスクリュ３３０の速度を検出するスクリュ速度検出器は、射出モータエンコーダ３５１に限定されず、一般的なものを使用できる。

保圧工程では、射出モータ３５０を駆動してスクリュ３３０を前方に押し、スクリュ３３０の前端部における成形材料の圧力（以下、「保持圧力」とも呼ぶ。）を設定圧に保ち、シリンダ３１０内に残る成形材料を金型装置８００に向けて押す。金型装置８００内での冷却収縮による不足分の成形材料を補充できる。保持圧力は、例えば圧力検出器３６０を用いて検出する。圧力検出器３６０は、その検出結果を示す信号を制御装置７００に送る。保持圧力の設定値は、保圧工程の開始からの経過時間などに応じて変更されてもよい。

保圧工程では金型装置８００内のキャビティ空間８０１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８０１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８０１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８０１内の成形材料の固化が行われる。成形サイクル時間の短縮のため、冷却工程中に計量工程が行われてよい。

尚、本実施形態の射出装置３００は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式などでもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融された成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。可塑化シリンダ内にはスクリュが回転自在にまたは回転自在に且つ進退自在に配設され、射出シリンダ内にはプランジャが進退自在に配設される。

また、本実施形態の射出装置３００は、シリンダ３１０の軸方向が水平方向である横型であるが、シリンダ３１０の軸方向が上下方向である竪型であってもよい。竪型の射出装置３００と組み合わされる型締装置は、竪型でも横型でもよい。同様に、横型の射出装置３００と組み合わされる型締装置は、横型でも竪型でもよい。

（移動装置）
移動装置４００の説明では、射出装置３００の説明と同様に、充填時のスクリュ３３０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３３０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。

移動装置４００は、金型装置８００に対し射出装置３００を進退させる。また、移動装置４００は、金型装置８００に対しノズル３２０を押し付け、ノズルタッチ圧力を生じさせる。移動装置４００は、液圧ポンプ４１０、駆動源としてのモータ４２０、液圧アクチュエータとしての液圧シリンダ４３０などを含む。

液圧ポンプ４１０は、第１ポート４１１と、第２ポート４１２とを有する。液圧ポンプ４１０は、両方向回転可能なポンプであり、モータ４２０の回転方向を切り替えることにより、第１ポート４１１および第２ポート４１２のいずれか一方から作動液（例えば油）を吸入し他方から吐出して液圧を発生させる。尚、液圧ポンプ４１０はタンクから作動液を吸引して第１ポート４１１および第２ポート４１２のいずれか一方から作動液を吐出することもできる。

モータ４２０は、液圧ポンプ４１０を作動させる。モータ４２０は、制御装置７００からの制御信号に応じた回転方向および回転トルクで液圧ポンプ４１０を駆動する。モータ４２０は、電動モータであってよく、電動サーボモータであってよい。

液圧シリンダ４３０は、シリンダ本体４３１、ピストン４３２、およびピストンロッド４３３を有する。シリンダ本体４３１は、射出装置３００に対して固定される。ピストン４３２は、シリンダ本体４３１の内部を、第１室としての前室４３５と、第２室としての後室４３６とに区画する。ピストンロッド４３３は、固定プラテン１１０に対して固定される。

液圧シリンダ４３０の前室４３５は、第１流路４０１を介して、液圧ポンプ４１０の第１ポート４１１と接続される。第１ポート４１１から吐出された作動液が第１流路４０１を介して前室４３５に供給されることで、射出装置３００が前方に押される。射出装置３００が前進され、ノズル３２０が固定金型８１０に押し付けられる。前室４３５は、液圧ポンプ４１０から供給される作動液の圧力によってノズル３２０のノズルタッチ圧力を生じさせる圧力室として機能する。

一方、液圧シリンダ４３０の後室４３６は、第２流路４０２を介して液圧ポンプ４１０の第２ポート４１２と接続される。第２ポート４１２から吐出された作動液が第２流路４０２を介して液圧シリンダ４３０の後室４３６に供給されることで、射出装置３００が後方に押される。射出装置３００が後退され、ノズル３２０が固定金型８１０から離間される。

尚、本実施形態では移動装置４００は液圧シリンダ４３０を含むが、本発明はこれに限定されない。例えば、液圧シリンダ４３０の代わりに、電動モータと、その電動モータの回転運動を射出装置３００の直線運動に変換する運動変換機構とが用いられてもよい。

（制御装置）
制御装置７００は、例えばコンピュータで構成され、図１及び図２に示すようにＣＰＵ（Central Processing Unit）７０１と、メモリなどの記憶媒体７０２と、入力インターフェース７０３と、出力インターフェース７０４とを有する。制御装置７００は、記憶媒体７０２に記憶されたプログラムをＣＰＵ７０１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７００は、入力インターフェース７０３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース７０４で外部に信号を送信する。

制御装置７００は、型閉工程や型締工程、型開工程などを繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造する。また、制御装置７００は、型締工程の間に、計量工程や充填工程、保圧工程などを行う。成形品を得るための一連の動作、例えば計量工程の開始から次の計量工程の開始までの動作を「ショット」または「成形サイクル」とも呼ぶ。また、１回のショットに要する時間を「成形サイクル時間」とも呼ぶ。

一回の成形サイクルは、例えば、計量工程、型閉工程、型締工程、充填工程、保圧工程、冷却工程、型開工程、および突き出し工程をこの順で有する。ここでの順番は、各工程の開始の順番である。充填工程、保圧工程、および冷却工程は、型締工程の開始から型締工程の終了までの間に行われる。型締工程の終了は型開工程の開始と一致する。尚、成形サイクル時間の短縮のため、同時に複数の工程を行ってもよい。例えば、計量工程は、前回の成形サイクルの冷却工程中に行われてもよく、この場合、型閉工程が成形サイクルの最初に行われることとしてもよい。また、充填工程は、型閉工程中に開始されてもよい。また、突き出し工程は、型開工程中に開始されてもよい。ノズル３２０の流路を開閉する開閉弁が設けられる場合、型開工程は、計量工程中に開始されてもよい。計量工程中に型開工程が開始されても、開閉弁がノズル３２０の流路を閉じていれば、ノズル３２０から成形材料が漏れないためである。

制御装置７００は、操作装置７５０や表示装置７６０と接続されている。操作装置７５０は、ユーザによる入力操作を受け付け、入力操作に応じた信号を制御装置７００に出力する。表示装置７６０は、制御装置７００による制御下で、操作装置７５０における入力操作に応じた操作画面を表示する。

操作画面は、射出成形機１０の設定などに用いられる。操作画面は、複数用意され、切り替えて表示されたり、重ねて表示されたりする。ユーザは、表示装置７６０で表示される操作画面を見ながら、操作装置７５０を操作することにより射出成形機１０の設定（設定値の入力を含む）などを行う。

操作装置７５０および表示装置７６０は、例えばタッチパネルで構成され、一体化されてよい。尚、本実施形態の操作装置７５０および表示装置７６０は、一体化されているが、独立に設けられてもよい。また、操作装置７５０は、複数設けられてもよい。

（シリンダおよびノズルの構造）
図３は、シリンダ３１０およびスクリュ３３０の断面図である。なお、図３では、成形サイクルにおいて、スクリュ３３０が最も後退したときの状態で図示している。

スクリュ３３０は、シリンダ３１０の内部において進退自在に且つ回転自在に配設される。スクリュ３３０は、前端から後方に向けて、スクリュヘッド３３１、シールリング３３４、およびフライトスクリュ３３５をこの順で有する。スクリュヘッド３３１およびシールリング３３４は、フライトスクリュ３３５と共に回転し、フライトスクリュ３３５と共に進退する。

スクリュヘッド３３１は、先細り形状のヘッド本体部３３２と、ヘッド本体部３３２の後端面とシールリング３３４の前端面とを連結するロッド部３３３とを有する。ロッド部３３３の前端はヘッド本体部３３２の後端面よりも小さく、ロッド部３３３の後端はシールリング３３４の前端面よりも小さい。ヘッド本体部３３２の後端面は、図３ではシリンダ３１０の軸方向に対し垂直とされるが、斜めとされてもよい。

フライトスクリュ３３５は、回転軸３３６と、回転軸３３６の外周に螺旋状に設けられるフライト３３７とを有する。フライト３３７に沿って螺旋状の溝３３８が形成される。計量モータ３４０を駆動してフライトスクリュ３３５を回転させると、フライトスクリュ３３５の溝３３８に沿って成形材料が前方に送られる。

フライトスクリュ３３５は、後端から前方に向けて、第１区間Ｚ１、第２区間Ｚ２、および第３区間Ｚ３をこの順で有する。第１区間Ｚ１は、成形材料の固相が存在する区間である。第２区間Ｚ２は、成形材料の固相と液相の両方が存在する区間である。第３区間Ｚ３は、成形材料の液相が存在する区間である。

溝３３８の深さは、第１区間Ｚ１で深く、第３区間Ｚ３で浅く、第２区間Ｚ２において上流側から下流側に向かうほど浅い。この場合、第１区間Ｚ１は供給部、第２区間Ｚ２は圧縮部、第３区間Ｚ３は計量部とも呼ばれる。尚、溝３３８の深さは一定でもよい。

スクリュ３３０は、スクリュヘッド３３１のロッド部３３３の周囲に逆流防止リング３３９を有する。逆流防止リング３３９は、リング状に形成され、ロッド部３３３が挿し通される貫通穴を有する。逆流防止リング３３９は、ロッド部３３３に沿って、シールリング３３４の前端面に接触する閉塞位置（図２参照）と、スクリュヘッド３３１のヘッド本体部３３２の後端面に接触する開放位置（図１および図３参照）との間を移動する。なお、逆流防止リング３３９は、フライトスクリュ３３５と共に回転しない非共回りタイプである。

射出モータ３５０を駆動してフライトスクリュ３３５を前進させると、スクリュヘッド３３１の前方に蓄積される成形材料の圧力によって逆流防止リング３３９は後方に押される。これにより、逆流防止リング３３９は、ロッド部３３３に沿って閉塞位置まで移動し、スクリュヘッド３３１の前方に蓄積された成形材料が後方に逆流するのを防止する。

一方、計量モータ３４０を駆動してフライトスクリュ３３５を回転させると、フライトスクリュ３３５に形成される螺旋状の溝３３８に沿って成形材料が送られ、その成形材料の圧力によって逆流防止リング３３９は前方に押される。これにより、逆流防止リング３３９は、ロッド部３３３に沿って開放位置まで移動し、スクリュヘッド３３１の前方に成形材料が送られる。

（スクリュヘッド装置の形状）
図４は、スクリュヘッド装置の斜視図である。なお、スクリュヘッド３３１、シールリング３３４、逆流防止リング３３９の組をスクリュヘッド装置と称するものとする。また、図４において、計量工程の際にスクリュ３３０が回転する方向を回転方向Ｒで図示している。即ち、計量工程において、スクリュヘッド３３１は、スクリュヘッド３３１の先端側から見て時計回りに回転する。

ヘッド本体部３３２には、螺旋状のヘッド溝部３３２ａが形成されている。ここで、図３に示すように、フライトスクリュ３３５の螺旋状の溝３３８と、ヘッド本体部３３２の螺旋状のヘッド溝部３３２ａとは、回転方向が逆向きとなっている。

即ち、スクリュ３３０は、スクリュヘッド３３１の先端側から見て、時計回り（回転方向Ｒ）に回転する。フライトスクリュ３３５の溝３３８は、スクリュヘッド３３１の先端側から見て、反時計回りに回転しながらノズル３２０の方向に前進するように右ねじの向きで形成されている。一方、ヘッド溝部３３２ａは、スクリュヘッド３３１の先端側から見て、時計回り（回転方向Ｒ）に回転しながらノズル３２０の方向に前進するように左ねじの向きで形成されている。なお、スクリュ３３０はスクリュヘッド３３１の先端側から見て反時計回りに回転し、フライトスクリュ３３５の溝３３８はスクリュヘッド３３１の先端側から見て時計回りに回転しながらノズル３２０の方向に前進するように左ねじの向きで形成され、ヘッド溝部３３２ａはスクリュヘッド３３１の先端側から見て反時計回りに回転しながらノズル３２０の方向に前進するように右ねじの向きで形成される構成であってもよい。

また、ヘッド溝部３３２ａを形成する側面のうち逆流防止リング３３９の前端面と向かい合う面を溝部側面３３２ｂと称するものとする。溝部側面３３２ｂは、回転方向Ｒの前側ほど逆流防止リング対向面３３９ｃから離れる方向に傾いて形成されている。また、ヘッド本体部３３２の後端には、逆流防止リング３３９と向かい合うヘッド対向面３３２ｃが形成されている。また、逆流防止リング３３９の前端には、ヘッド本体部３３２と向かい合う逆流防止リング対向面３３９ｃが形成されている。

次に、図５から図１０を用いてスクリュヘッド装置における逆流防止リング３３９の動作について説明する。

図５は、計量工程開始前のスクリュヘッド装置の状態を示す側面図である。図６は、計量工程開始前のスクリュヘッド装置の状態を示す断面図である。なお、図６（及び後述する図８、図１０）において、ロッド部３３３の断面は、回転中心よりも上側において螺旋状のヘッド溝部３３２ａに沿って切断した断面図として模式的に流路を図示しており、回転中心よりも下側においてヘッド溝部３３２ａが設けられていない位置に沿って切断した断面図として模式的に図示している。

また、図６に示すように、逆流防止リング３３９の後端には、シールリング３３４と接する逆流防止リング当接面３３９ｄが形成されている。また、シールリング３３４の前端には、逆流防止リング３３９と接するシールリング当接面３３４ｄが形成されている。なお、逆流防止リング当接面３３９ｄおよびシールリング当接面３３４ｄは図６に示すように径方向に対して傾斜するテーパ面となっていてもよく、回転軸に対して垂直な面であってもよい。

計量工程開始前のスクリュヘッド装置の状態は、前回の成形サイクルの保圧工程が完了した後の状態であり、逆流防止リング当接面３３９ｄとシールリング当接面３３４ｄが当接して、成形材料の流路を閉塞している。

図７は、計量工程開始時のスクリュヘッド装置の状態を示す側面図である。図８は、計量工程開始時のスクリュヘッド装置の状態を示す断面図である。

計量工程においては、計量モータ３４０によりスクリュ３３０を回転させる。フライトスクリュ３３５の回転により成形材料が送られ、その成形材料の圧力によって逆流防止リング３３９は前方に力Ｆ１で押される。なお、流動する成形材料のスクリュヘッド装置における圧力損失が大きくなるほど、逆流防止リング３３９を押す力Ｆ１も大きくなる。これにより、逆流防止リング３３９は前方へと移動し、逆流防止リング当接面３３９ｄとシールリング当接面３３４ｄとの間の流路を開くとともに、ヘッド対向面３３２ｃと逆流防止リング対向面３３９ｃ間の隙間を狭める。

このため、成形材料は、黒矢印で示すように、シリンダ３１０の内周とシールリング３３４の外周との間、逆流防止リング当接面３３９ｄとシールリング当接面３３４ｄとの間の流路、逆流防止リング３３９の内周とスクリュヘッド３３１（ロッド部３３３）の外周との間を通って、ヘッド溝部３３２ａへと流れる。そして、スクリュヘッド３３１の前方に成形材料が送られる。

一方、ヘッド本体部３３２には、フライトスクリュ３３５の溝３３８とは逆向きのヘッド溝部３３２ａが形成されている。このため、溝部側面３３２ｂは、回転方向Ｒで回転する際、溝部側面３３２ｂと逆流防止リング対向面３３９ｃとの間が狭くなるような向きで形成されている。また、回転方向Ｒにおいて、ヘッド対向面３３２ｃの前側に溝部側面３３２ｂが形成されている。

これにより、回転方向Ｒで回転する溝部側面３３２ｂは、ヘッド溝部３３２ａの内部の成形材料の一部を、ヘッド対向面３３２ｃと逆流防止リング対向面３３９ｃとの隙間に送り込むように機能する。また、溝部側面３３２ｂは、逆流防止リング対向面３３９ｃに対して、回転方向の前側が広く後側が狭くなるように傾斜しているので、くさび効果により、逆流防止リング３３９がヘッド本体部３３２に近づくほど、換言すれば、ヘッド対向面３３２ｃと逆流防止リング対向面３３９ｃとの間の隙間が狭くなるほど、逆流防止リング３３９を押し返す力Ｆ２も大きくなる。

図９は、計量工程中のスクリュヘッド装置の状態を示す側面図である。図１０は、計量工程中のスクリュヘッド装置の状態を示す断面図である。

図９および図１０に示すように、成形材料の流れにより逆流防止リング３３９を押す力Ｆ１と、くさび効果により逆流防止リング３３９を押し返す力Ｆ２とが、つり合った状態となる。このため、計量工程において、ヘッド対向面３３２ｃと逆流防止リング対向面３３９ｃとは接触しない状態でスクリュ３３０を回転させることができる。

なお、つり合った状態となる位置まで逆流防止リング３３９の移動する経路は限定するものではない。例えば、逆流防止リング３３９は、成形材料の流れによる押す力Ｆ１で前方へと移動し、逆流防止リング対向面３３９ｃがヘッド対向面３３２ｃと接した後に、くさび効果による押し返す力Ｆ２で後方へと戻るように移動してもよい。また、逆流防止リング３３９は、成形材料の流れによる押す力Ｆ１で前方へと移動し、成形材料の流れによる押す力Ｆ１とくさび効果による押し返す力Ｆ２がつり合う位置まで移動してもよい。

以上、第１実施形態の構成によれば、スクリュ３３０を回転させる計量工程時において、ヘッド溝部３３２ａを設けることにより、逆流防止リング３３９をシールリング３３４の方向に押し返す力Ｆ２を発生させることができる。この押し返す力Ｆ２により、逆流防止リング３３９の逆流防止リング対向面３３９ｃがヘッド本体部３３２のヘッド対向面３３２ｃから離間した状態とすることができる。このため、計量工程の際、フライトスクリュ３３５と共に回転するスクリュヘッド３３１のヘッド対向面３３２ｃと、非共回りの逆流防止リング３３９の逆流防止リング対向面３３９ｃとが摺動して摩耗することを抑制することができる。

特に、粘性の高い成形材料を用いた場合、逆流防止リング３３９をスクリュヘッド３３１の方向に押す力Ｆ１も大きくなるため、計量工程時にスクリュヘッドと逆流防止リングが摺動する従来の構成においては、面圧も高くなり摩耗が促進される。また、ハイサイクルで成形する場合は、摺動距離も増えるため摩耗が促進される。これに対し、第１実施形態の構成によれば、逆流防止リング３３９をスクリュヘッド３３１から離間させることにより、粘性の高い成形材料を用いたり、ハイサイクルで成形する場合であっても、摩耗を抑制することができる。

また、従来の構成においては、摩耗を抑制するために逆流防止リング３３９やスクリュヘッド３３１の材料に耐摩耗性の高い材料を用いていた。これに対し、第１実施形態の構成によれば、耐摩耗性の高い材料を用いなくても摩耗を抑制することができるので、逆流防止リング３３９やスクリュヘッド３３１の材料の選択性が拡大し、例えば、コストダウンを図ることができる。

≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係る射出成形機について説明する。第２実施形態に係る射出成形機は、第１実施形態に係る射出成形機と比較して、スクリュヘッド３３１のヘッド本体部３３２の形状が異なっている。その他の形状は同様であり重複する説明を省略する。図１１は、第２実施形態のスクリュヘッド装置の側面図である。

第２実施形態のスクリュヘッド３３１Ａは、ヘッド本体部３３２Ａと、ロッド部３３３とを有している。また、ヘッド本体部３３２Ａには、フライトスクリュ３３５の溝３３８と回転方向が逆向きの螺旋状のヘッド溝部３３２ａが形成されている。

また、ヘッド溝部３３２ａを形成する側面のうち逆流防止リング３３９の前端面と向かい合う面を溝部側面３３２ｂと称するものとする。また、ヘッド本体部３３２の後端には、逆流防止リング３３９と向かい合うヘッド対向面３３２ｃ２が形成されている。

ここで、ヘッド対向面３３２ｃ２は、回転方向Ｒの前側ほど逆流防止リング対向面３３９ｃから離れ、回転方向Ｒの後側ほど逆流防止リング対向面３３９ｃに近づくように傾いたテーパ面として形成されている。即ち、ヘッド対向面３３２ｃ２と逆流防止リング対向面３３９ｃとの隙間は、回転方向Ｒの前側ほど広く、回転方向Ｒの後側ほど狭くなる。これにより、回転方向Ｒで回転するヘッド対向面３３２ｃ２と逆流防止リング対向面３３９ｃとの関係においても、くさび効果により逆流防止リング３３９をシールリング３３４の方向に押し返す力を発生させることができる。

以上、第２実施形態の構成によれば、スクリュ３３０を回転させる計量工程時において、ヘッド溝部３３２ａおよびテーパ面であるヘッド対向面３３２ｃ２を設けることにより、逆流防止リング３３９をシールリング３３４の方向に押し返す力を発生させることができる。このため、計量工程の際、フライトスクリュ３３５と共に回転するスクリュヘッド３３１のヘッド対向面３３２ｃと、非共回りの逆流防止リング３３９の逆流防止リング対向面３３９ｃとが摺動して摩耗することを抑制することができる。

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。

１０ 射出成形機
３４０ 計量モータ（回転手段）
３５０ 射出モータ（進退手段）
３００ 射出装置
３１０ シリンダ
３２０ ノズル
３３０ スクリュ
３３１，３３１Ａ スクリュヘッド
３３２，３３２Ａ ヘッド本体部
３３３ ロッド部
３３４ シールリング
３３５ フライトスクリュ
３３６ 回転軸
３３７ フライト
３３８ 溝
３３９ 逆流防止リング
３３２ａ ヘッド溝部
３３２ｂ 溝部側面
３３２ｃ，３３２ｃ２ ヘッド対向面
３３９ｃ 逆流防止リング対向面
３３９ｄ 逆流防止リング当接面
３３４ｄ シールリング当接面

Claims (2)

1. シリンダと、
   前記シリンダ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と、
   前記スクリュを回転させる回転手段と、
   前記スクリュを進退させる進退手段と、を備え、
   前記スクリュは、
   一体に回転するスクリュヘッド、シールリング、およびフライトスクリュと、
   非共回りの逆流防止リングと、を有し、
   前記スクリュヘッドは、
   前記フライトスクリュのフライトに沿って形成される螺旋状の溝とは逆向きの螺旋状に形成されるヘッド溝部を有し、
   前記逆流防止リングと向かい合う前記スクリュヘッドの対向面は、前記スクリュの回転方向前側ほど前記逆流防止リングから離れ、前記スクリュの回転方向後側ほど前記逆流防止リングに近づくように傾いたテーパを有する、
   射出装置。
2. 請求項１に記載の射出装置を備える、射出成形機。

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