(57)【要約】【課題】成形材料を射出するスクリュの立ち上がり時間を短縮させることによって、射出工程を短縮可能な金属射出成形機の射出機構を提供する。【解決手段】射出成形機はスクリュ２と射出ピストン１０との連結部に隙間１９を設けられる構造を有している。成形材料をスクリュ２で射出する際、スクリュ２は停止した状態で、射出ピストン１０が射出ピストン１０の軸方向の前方に駆動を開始する。スクリュ２は、所定の速度に達した射出ピストン１０に衝突した時から射出ピストンとともにスクリュ２の軸方向の前方に駆動を開始する。したがって、スクリュ２が最高速度へ到達する時間は、射出ピストン１０とスクリュ２が連動して停止状態から駆動を開始する場合に比べ短縮され、射出工程を短縮することが可能となる。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品を構成する成形材料を溶融させる加熱筒と、該加熱筒の内部に前記加熱筒の軸方向に前進及び後退可能、且つ前記加熱筒の軸回りに回転可能に設けられたスクリュと、前記加熱筒の内部の前記成形材料を射出するときに前進駆動されて前記スクリュを前進させる射出ピストンとを備えている金属射出成形機の射出機構において、
前記射出ピストンの前進側の端部と前記スクリュの後部とを連結する連結部を有し、該連結部は、停止状態の前記スクリュに対して前記射出ピストンが相対移動できるように連結していることを特徴とする金属射出成形機の射出機構。
【請求項２】
前記成形材料の射出を待機している前記スクリュ及び前記射出ピストンの間に、前記射出ピストンが前進駆動を開始して所定の速度に達するまで前記スクリュに衝突しないようにする隙間を有することを特徴とする請求項１に記載の金属射出成形機の射出機構。
【請求項３】
前記スクリュは、前記射出ピストンが前進駆動を開始した時点から前記射出ピストンが前記スクリュに衝突するまで停止状態にある請求項２に記載の金属射出成形機の射出機構。
【請求項４】
前記スクリュは前記射出ピストンと衝突した時から前記射出ピストンと共に前進させられる請求項２または３に記載の金属射出成形機の射出機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の金属を射出成形する金属射出成形機の射出機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属射出成形機の射出機構は、成形材料を溶融する加熱筒と、加熱筒内に加熱筒の軸方向に沿って移動可能かつ加熱筒の軸周りに回転可能なスクリュと、スクリュをスクリュの軸方向に沿って移動させる射出ピストンとを備えている。該ピストンは射出用油圧シリンダ内に配置されて、該シリンダ内で前進及び後退可能である。さらに、この射出機構は、スクリュを回転駆動するために射出ピストンを射出ピストンの軸回りに回転させるモータを備えている。また、成形品を成形するための金型を加熱筒の射出先へ設置できるようになっている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
このような射出成形機では、計量工程と射出工程、及び保圧工程とが行われる。計量工程は、成形品の容積に見合う量の成形材料を貯留し計量する工程である。固体状の成形材料を加熱筒内に投入し、モータでスクリュを回転駆動させると同時に、射出用油圧シリンダ内の射出ピストンでスクリュをスクリュの軸に沿って射出先とは逆の方向へ移動させることにより、加熱筒内の成形材料の貯留量を計量する。射出工程は、射出ピストンでスクリュを射出方向へ移動させることにより、金型のキャビティに、計量工程で溶融された成形材料を射出する工程である。保圧工程は、成形材料を射出した後に材料の冷却に伴う収縮を補うために保圧を行う工程である。
【０００４】
射出成形において、溶融状態の成形材料を高速で射出しなければ、射出工程中にキャビティ内で成形材料が急速に冷却して粘度が上昇し、キャビティ内に成形材料が十分に行き亘らない問題が生じる。さらに、キャビティ内での成形材料の温度偏差が大きくなってしまう。その結果、ヒケなどの外観不良や成形品の質量のばらつきが発生することが課題とされていた。したがって、射出成形方法においては、成形材料の射出を高速で行い、射出工程を短縮することが求められている。
【０００５】
射出工程は、成形材料を押し出すスクリュが停止状態から最高速度に到達するまでの立ち上がり時間と、スクリュが最高速度で定速に移動駆動される定速駆動時間と、スクリュが移動状態から停止するまでの立ち下がり時間とに分けることができる。
【０００６】
特許文献３では、射出工程を短縮する方法として、立ち下がり時間に着目し、スクリュ及び射出ピストンを急激に減速させ、立ち下がり時間を短縮させる方法が開示されている。具体的には、射出用油圧シリンダに設けられた油排出口が、成形材料を射出するために射出方向へ移動する射出ピストンによって閉塞され、油圧シリンダの作動油の排出を停止させることで射出ピストンを急激に減速させる。
【０００７】
また、スクリュの立ち上げ時間に着目し、射出用油圧シリンダへの圧油供給源として、アキュムレータを使用する方法が採用されている。アキュムレータへ圧油を蓄圧させることによって、油圧ポンプ単体での運転時に比べ、射出用油圧シリンダへ圧油を高速で供給することができる。すなわち、射出ピストン及び射出ピストンに連結されているスクリュを該スクリュの軸方向に高速駆動することが可能となり、立ち上がり時間が短縮される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−４７９０１公報
【特許文献２】特開２００８−０３６９７５公報
【特許文献３】特開２００７−２１６２８５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
射出工程において、前述のようにアキュムレータを用いて射出ピストンおよびスクリュを射出先に向けて高速駆動する方法は、射出工程における立ち上がり時間を短縮する上で有用であったが、さらなる時間短縮に有用な機構が望まれていた。しかしながら、射出ピストンとスクリュは停止状態から移動を開始されるため、最高速度に達するまでに時間がかかり、このことが射出工程の立ち上がり時間短縮の妨げになるという課題が生じていた。
【００１０】
そこで、本発明は、射出工程において、スクリュの立ち上がり時間を短縮させることが可能な金属射出成形機の射出機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、成形品を構成する成形材料を溶融させる加熱筒と、該加熱筒の内部に加熱筒の軸方向に前進及び後退可能、且つ加熱筒の軸回りに回転可能に設けられたスクリュと、加熱筒の内部の成形材料を射出するときに前進駆動されてスクリュを前進させる射出ピストンとを備えている金属射出成形機の射出機構において、
射出ピストンの前進側の端部とスクリュの後部とを連結する連結部を有し、該連結部は、停止状態のスクリュに対して射出ピストンが相対移動できるように連結していることを特徴とする。
【００１２】
上記のとおりの構成によれば、成形材料を射出するスクリュは、射出ピストンが前進駆動した時点ではまだ停止状態にあり、射出ピストンに衝突されるまでスクリュは前進しない。また、射出ピストンはスクリュに衝突するまでの所定の距離を加速しながら前進し、スクリュに衝突する時点では射出ピストンは所定の速度に達する。その後、スクリュは所定の速度に達した射出ピストンと衝突することによって当該射出ピストンと共に前進させられる。したがって、スクリュと射出ピストンとが連動して停止状態から移動を開始される場合に比べ、スクリュが停止状態から定速駆動時間に達するまでの時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、射出工程において、成形材料を射出するスクリュが停止状態から最高速度に達するまでの立ち上がり時間を短縮することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の一実施形態の金属射出成形機の概略構成を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態の金属射出成形機において、スクリュと射出ピストンの連結部を模式的に示す断面図である。
【図２】従来の金属射出成形機において、スクリュと射出ピストンの連結部を模式的に示す断面図である。
【図３Ａ】従来の金属射出成形機の射出工程において、横軸に時間、縦軸にスクリュ及び射出ピストンの速度を示した図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態の金属射出成形機の射出工程において、横軸に時間、縦軸にスクリュ及び射出ピストンの速度を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１Ａは本発明の一実施形態による金属射出成形機の射出機構の概略構成を示す図である。図１Ａで示すように、本実施形態の金属射出成形機の射出機構は、成形品を構成する成形材料を加熱する加熱筒１と、加熱筒１の内部に加熱筒１の軸方向に前進及び後退可能、且つ加熱筒の軸回りに回転可能に設けられたスクリュ２とを備えている。スクリュ２を加熱筒１内でスクリュの軸方向に沿って移動させることにより、加熱筒１内で溶融された成形材料が射出される。なお、本書の説明において、加熱筒１及びスクリュ２の軸方向に沿って成形材料を射出する方向を前方とし、その逆を後方とする。
【００１６】
加熱筒１の外周には、成形材料に熱を加えるヒータ４が備えられている。加熱筒１の前方端部にはノズル５が取り付けられている。さらにノズル５の前方には成形品を成形するための金型６が取り付けられている。また、加熱筒１の後方には、加熱筒１内へ成形材料を投入するホッパ３が設置されている。ホッパ３に投入された成形材料は、加熱筒１の外周のヒータ４から加えられる熱、及びスクリュ２の回転に伴って発生する摩擦熱やせん断熱によって溶融される。さらに成形材料は、スクリュ２の回転により混練されて加熱筒１の前方に送られるようになっている。そして、加熱筒１内の前方に蓄えられた溶融状態の成形材料は、射出時にノズル５を通じて、型閉じされた金型６のキャビティ７内に注入される。
【００１７】
スクリュ２は、カップリング１８によってスクリュ２の後部で射出ピストン１０に連結されている。図１Ｂは、本発明の一実施形態における、計量工程が終了し、スクリュ２と射出ピストン１０とが射出を待機している位置での射出ピストン１０とスクリュ２との連結部２０を模式的に示す断面図である。図１Ｂで示すように、スクリュ２の後部に設けられた、射出ピストン１０に接続される接続部２０を、射出ピストン１０の前進側の端部に設けられた穴２１に格納する。そして、接続部２０をカップリング１８で穴２１から抜けないようにすることによって連結部２２を構成している。接続部２０の長さは穴２１の深さよりも短くなっており、このため、射出ピストン１０とスクリュ２との間には隙間１９が出来ている。従って、スクリュ２と射出ピストン１０とは相対移動させることが可能となっている。すなわち、停止状態のあるスクリュ２に対し、射出ピストン１０は射出ピストン１０の軸方向の前方又は後方に個別に移動可能となっている。また、隙間１９の間隔Ｘは、計量工程が終了し、射出ピストン１０が射出ピストン１０の軸方向の前方に駆動を開始した際、射出ピストン１０がある所定の速度（例えば最高速度）に達するまでスクリュ２に接触しない距離を有している。本実施例では、図の構成で実験および計算したところ射出ピストン１０が最高速度に到達する距離は１０［ｍｍ］であったので、隙間１９の間隔Ｘは１０［ｍｍ］としている。
【００１８】
射出ピストン１０にはモータ８が設置されており、モータ８の回転運動が射出ピストン１０を通じてスクリュ２に伝達される構造となっている。例えば、スクリュ２の接続部２０の外周面にスクリュ２の軸方向に沿って溝を備え、また射出ピストン１０の穴２１の内側面には射出ピストン１０の軸方向に沿って、その溝と嵌合する突起を備える構造が挙げられる。これによって、スクリュ２と射出ピストン１０は、スクリュ２及び射出ピストン１０の軸方向には個別に移動可能で、軸回りには連動して回転する。
【００１９】
射出ピストン１０を射出ピストン１０の軸方向に駆動させる射出用油圧シリンダ９が射出ピストン１０の外周に設置されている。射出用油圧シリンダ９には、射出ピストン１０の前方に前部屋１１ａが形成され、射出ピストン１０の後方に後部室１１ｂが形成されている。後部室１１ｂには、油圧ポンプ１２により、アキュムレータ１３へ蓄圧された圧油が流量調整弁１４を介して供給されるようになっている。また、射出用油圧シリンダ９の前部室１１ａには、油排出口１５が設けられている。油排出口１５は、流量調整弁１６を介して油タンク１７につながっており、射出工程において後部室１１ｂに蓄えられている作動油を油タンク１７に排出するのに十分な大きさを有している。
【００２０】
次に、射出成形機の計量工程から射出工程における動作を説明する。
【００２１】
ホッパ３から加熱筒１内に投入された固形状の成形材料は、モータ８によって回転駆動を与えられるスクリュ２の回転に伴って発生する摩擦熱やせん断熱と、加熱筒１の外周に設けられたヒータ４から加えられる熱とによって、溶融される。成形品容積に見合う量の成形材料の溶融が完了したときに、射出用油圧シリンダ９に圧油を供給することにより、射出ピストン１０は射出ピストンの軸方向の前方に駆動を開始する。
【００２２】
図２は、従来の金属射出成形機の射出ピストン１０とスクリュ２の連結部２２を模式的に示す断面図である。図２で示すように、従来の金属射出成形機では、射出ピストン１０の穴２１とスクリュ２の接続部２０とは常に隙間無く接触している構造になっている。そのため、射出ピストン１０が射出ピストンの軸方向に沿って前進駆動を開始するのと同時に、スクリュ２もスクリュ２の軸方向の前方へ駆動が開始される。射出ピストン１０及びスクリュ２は停止状態から駆動を開始するため、射出ピストン１０及びスクリュ２が最高速度に達するにはある程度の立ち上がり時間が必要である。図２の従来例では、スクリュ２の最高速度が３［ｍ／ｓ］〜５［ｍ／ｓ］の場合、最高速度に達するまでの立ち上がり時間は約１０［ｍｓ］が必要となる。その結果、射出工程が長期化される。そして、射出工程中にキャビティ７内で溶融状態の成形材料が急速に冷却され、溶融状態の成形材料の粘度が上昇し、キャビティ７への成形材料の充填が不十分となりやすくなる。さらに、キャビティ７内での成形材料の温度偏差が大きくなり、成形品の外観不良が発生するなどの問題が発生する可能性があった。
【００２３】
これに対して本実施例では、図１Ｂで示すように、計量工程が終了する時点では射出ピストン１０の穴２１の底面とスクリュ２の接続部２０の端面との間に隙間１９を有する構成となっている。したがって、スクリュ２の動作は射出ピストン１０の動作と同期していない。計量工程が終了し、射出ピストン１０が射出ピストン１０の軸方向の前方に駆動を開始した時点では、射出ピストン１０の穴２１とスクリュ２の接続部２０との間には隙間１９が存在しているため、スクリュ２は停止状態のままである。射出ピストン１０がある所定の速度に達した後、射出ピストン１０とスクリュ２とが衝突する。射出用油圧シリンダ９内は潤滑油で満たされているため、射出ピストン１０とスクリュ２の間にはほとんど摩擦が生じないと仮定すると、次の運動量保存則が成り立つ。
【００２４】
【数１】
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上記の数式において、表１に示したように、Ｍ１は射出ピストン１０の質量、Ｍ２はスクリュ２の質量である。Ｖ１は射出ピストン１０とスクリュ２とが衝突する直前の射出ピストン１０の速度を、Ｖ１’は衝突した直後の射出ピストン１０の速度である。Ｖ２は射出ピストン１０とスクリュ２とが衝突する直前のスクリュ２の速度を、Ｖ２’は衝突した直後のスクリュ２の速度である。
【００２５】
図３Ａは、従来の射出成形機における射出工程におけるスクリュ２及び射出ピストン１０の速度変化を、横軸を時間、縦軸を速度として示した図である。図３Ｂは、本発明の一実施形態の射出成形機におけるスクリュ２及び射出ピストン１０の速度変化を、横軸を時間、縦軸を速度として示した図である。図３Ｂで示すように、本発明の機構では、所定の速度に達した射出ピストンに衝突されてスクリュ２がスクリュ２の軸方向の前方に駆動を開始する。したがって、本発明の機構では、射出ピストン１０とスクリュ２とが連動して停止状態から駆動を開始する従来の機構よりも、最高速度に達する時間を短縮することができる。
【００２６】
例えば、射出ピストン１０の質量Ｍ１を１０［ｋｇ］、スクリュ２の質量Ｍ２を５［ｋｇ］とする。また、射出ピストン１０の衝突直前の速度Ｖ１を５［ｍ／ｓ］、射出ピストン１０の衝突直後の速度Ｖ１’を３［ｍ／ｓ］、スクリュ２の衝突直前の速度Ｖ２を０［ｍ／ｓ］とする。数１から、スクリュ２の衝突直後の速度Ｖ２’は４［ｍ／ｓ］となる。スクリュ２の衝突直後の速度Ｖ２’が射出工程のスクリュ２の最高速度であれば、前述したスクリュが停止した状態から定速駆動時間に達するまでの従来の時間約１０［ｍｓ］が短縮されることになる。
【００２７】
このように、スクリュ２は所定の速度に達した射出ピストン１０の衝突によってスクリュ２の軸方向の前方に駆動を開始するため、スクリュ２の立ち上がり時間が短縮される。その結果、射出工程中におけるキャビティ７内での成形材料の冷却が抑制され、高温のままで成形材料をキャビティ７に射出することが可能となる。したがって、キャビティ７への成形材料の充填不足や、キャビティ７内での材料温度の偏りが抑制され、外観不良の少ない成形品を生産性よく形成することが可能となる。
【符号の説明】
【００２８】
１      加熱筒
２      スクリュ
３      ホッパ
４      ヒータ
５      ノズル
６      金型
７      キャビティ
８      モータ
９      射出用油圧シリンダ
１０    射出ピストン
１１ａ  前部屋
１１ｂ  後部屋
１２    油圧ポンプ
１３    アキュムレータ
１４    流量調整弁
１５    油排出口
１６    流量調整弁
１７    油タンク
１８    カップリング
１９    隙間
２０    接続部
２１    穴
２２    連結部
Ｘ      間隔
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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