(57)【要約】【課題】射出成形圧を一定に制御できる射出成形装置を提供する。【解決手段】一端に射出口１４を有し、他端に射出スクリュー１を進退自在に挿入するための挿入口を有するシリンダー２６と、樹脂材料１１をシリンダー２６内の前記挿入口側に供給するホッパー９と、シリンダー２６内に供給される樹脂材料１１を加熱溶融する加熱筒２とを有する射出用プランジャー４０と、射出スクリュー１の後端部にその一端が連結され、その他端がアクチュエータ１５の駆動軸４４に連結されているスプラインシャフト４を回転駆動する回転駆動部５０とを有する射出成形用樹脂供給装置において、スプラインシャフト４の前記他端とアクチュエータ１５の駆動軸４４との間に空圧バネ３０を配置した。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に射出口を有し、他端に射出スクリューを進退自在に挿入するための挿入口を有するシリンダーと、樹脂材料を前記シリンダー内の前記挿入口側に供給する原料供給部と、前記シリンダー内に供給される前記樹脂材料を加熱溶融する加熱部とを有する射出用プランジャーと、前記射出スクリューの後端部にその一端が連結され、その他端がアクチュエータの駆動軸に連結されているスプラインシャフトを回転駆動する回転駆動部とを有する射出成形用樹脂供給装置において、
前記スプラインシャフトの前記他端と前記アクチュエータの前記駆動軸との間に空圧バネを配置したことを特徴とする射出成形用樹脂供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形用樹脂供給装置に係り、特に、小体積の良好な特性を有する精密光学部品等を射出成形するのに好適な射出成形用樹脂供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学部品等の小体積の精密部品を射出成形するための射出成型機においては、金型内に樹脂を所定の成形圧で射出注入するのに、主に射出スクリューの位置の制御と射出速度の制御によっていた。
【０００３】
図３は、従来例の射出成形用樹脂供給装置を示す構成図である。
同図に示すように、従来例の射出成形用樹脂供給装置１０は、以下のように構成されている。溶融した樹脂材料１１を金型（図示しない）内に射出するための射出口１４を先端部に有する射出ノズル１２に接続された加熱筒２はホルダー８に固定されている。ホルダー８はフランジ６に固定されている。加熱筒２の内部には、シリンダー２６が設けられている。シリンダー２６は射出ノズル１２のシリンダー１２’を通じて射出口１４に繋がっている。シリンダー２６内には、射出スクリュー１が配置される。、
【０００４】
ホルダー８及び加熱筒２の所定位置に、シリンダー２６内に、成形用樹脂材料１１を供給するためのホッパー９が設けられている。
射出スクリュー１の先端部１３は円錐状に形成されており、射出スクリュー１のシリンダー２６内に挿入される部分には，先端部１３から離れるに従って次第にピッチが小さくなるラセン状の溝が形成されている。溝は例えば時計回りに前進する方向に形成されている。射出スクリュー１はカップリング２４を介してスプラインシャフト４の一端に接続されている。
【０００５】
射出成型用樹脂供給装置１０の架台に固定されるベース５にはモータ３が取り付けられている。モータ３には、ギア部２３が取り付けられており、このギア部２３にスプラインシャフト４が軸方向に移動可能に組込まれており、モータ３の回転によりスプラインシャフト４が軸の周りに回転可能にされている。
スプラインシャフト４の他端は、油圧式アクチュエータ１５の駆動軸４４に接続されている。
【０００６】
油圧式アクチュエータ１５は、そのフランジ４５によりフランジ７に固定されている。フランジ４５は、シリンダー１８に取り付けられている。シリンダー１８内には駆動軸４４が軸方向に移動可能に配置されている。
【０００７】
駆動軸４４の底面１９とシリンダ１８Ａで形成される油室１７には、油圧源１６より、油圧源１６に接続されたホース２７及びシリンダー１８に設けられた油口２８を通して所定量の油が注入・排出される。この油の注入・排出により駆動軸４４は、軸方向に所定の力で前進後退が可能である。油室１７はＯリング２２により密閉構造にされている。
【０００８】
フランジ７とフランジ６はシャフト（図示しない）で固定されており、フランジ６，７は同時に、ベース５に対して、射出スクリュー１の軸方向に駆動装置（図示しない）により移動可能（図中左右方向に移動可能である：以下、左方向には前進、右方向には後退という）とされている。
【０００９】
次に、射出成形樹脂成形装置１０を用いた場合の射出成形動作を説明する。
まず、連結しているフランジ６及びフランジ７が初期位置にある（射出口１４が金型から離れた状態）。
油圧式アクチュエータ１５の油室１７の油が抜かれ、駆動軸４４は後退した初期位置にある。従って、スプラインシャフト４及びそれに結合している射出スクリュー１は後退した状態に保たれ、モータ３のギヤ部２３により反時計方向に回転している。
【００１０】
ホッパー１１から成形用樹脂材料１１が射出スクリュー１の溝に供給される。射出スクリュー１の溝に供給された樹脂材料１１は、射出スクリュー１の回転によって、撹拌されながらシリンダー２６内を先端部１３の方向へ移動していく。このとき、加熱筒２によりシリンダー２６内は加熱されているので、樹脂材料１１は加熱・溶融・撹拌される。射出スクリュー１の回転により、溶融した樹脂材料１１が射出ノズル１２の射出口１４から先端部１３までのシリンダー１２’及びシリンダー２６内に充填される。
【００１１】
所定温度で溶融された所定量の樹脂材料１１がシリンダー２６の先端部に充填されると、フランジ６，７が駆動されて前進し、射出口１４が金型（図示しない）の所定位置に達する。この位置で、モータ３の回転は停止すると同時に、油圧源１６から油が油室１７に供給されてスプラインシャフト４及び射出スクリュー１が駆動され前進する。これにより、射出スクリュー１の先端部２が前進して、先端部２と射出口１４との間のシリンダー１２’及びシリンダー２６内に充填した、溶融した樹脂材料１１を金型内に射出する。その後、金型内に射出された樹脂材料１１は冷却されて取り出され、射出成形品が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、溶融した樹脂材料１１を金型内に射出する際に、金型内で所定の成形圧になるように、射出スクリュー１の射出速度、射出スクリュー１の先端部１３の射出力を制御していた。
この場合の金型内での圧力変化を以下に示す。
図４は、従来例の射出成形用樹脂供給装置を用いて射出成形する際に、金型コアに掛る圧力の時間変化を示すグラフ図である。
【００１３】
同図に示す、金型内の圧力は、金型に取り付けた金型コアと金型との間にロードセルを入れて測定したものである。
同図に示すように、射出スクリュー１が前進し樹脂材料１１を射出し始めた時点が点ａで示され、射出スクリュー１が前進して樹脂材料１１を射出すると共に、金型内の圧力は急激に上昇し、点ｂで示されるオーバシュートの後、ｃで示される圧力となる。点ｂの時点で、射出スクリュー１の動きは射出力が掛った状態で停止している。
オーバーシュートは、高速で移動する駆動軸４４の慣性や、油圧ホース（配管）２７等の剛性、等により発生すると考えられる。
【００１４】
点ｃで示される圧力が設定した成形圧である。
成形圧で一定時間保持した後、射出スクリュー１に印加した射出力を減圧していく。それは、ステップ的であり、それに応じて、成形圧はｃで示される圧力からｅ，ｇ，ｉ，ｋでそれぞれ示される圧力に減圧していく。
ｂで示される成形圧のオーバシュートは、射出成形を過加圧で行う結果となるのであるが、一定に制御することが出来ないものであり、そのため、光学部品の射出成形の場合には、成形品に歪を発生させる。光学部品においては、この歪は収差を大きくしてしまい、安定した一定の高品質を得るのが困難であるという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、上記問題を解決し、射出成形圧を一定に制御できる射出成形用樹脂供給装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、本発明は、一端に射出口１４を有し、他端に射出スクリュー１を進退自在に挿入するための挿入口を有するシリンダー２６と、樹脂材料１１を前記シリンダー２６内の前記挿入口側に供給する原料供給部（ホッパー９）と、前記シリンダー２６内に供給される前記樹脂材料１１を加熱溶融する加熱部（加熱筒２）とを有する射出用プランジャー４０と、前記射出スクリュー１の後端部にその一端が連結され、その他端が（油圧式）アクチュエータ１５の駆動軸４４に連結されているスプラインシャフト４を回転駆動する回転駆動部５０とを有する射出成形用樹脂供給装置において、
前記スプラインシャフト４の前記他端と前記（油圧式）アクチュエータ１５の前記駆動軸４４との間に空圧バネ３０を配置したことを特徴とする射出成形用樹脂供給装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。なお、参照符号については、上述の従来例における構成と同一の構成については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００１８】
＜実施例＞
図１は、本発明の射出成形用樹脂供給装置の実施例を示す構成図である。
同図に示すように、本実施例の射出成形用樹脂供給装置２０は、射出用プランジャー４０と、回転駆動部５０と、空圧バネ３０と油圧式アクチュエータ１５とから構成されている。
【００１９】
射出用プランジャー４０において、溶融した樹脂材料１１を金型（図示しない）内に射出するための射出口１４を先端部に有する射出ノズル１２に接続された加熱筒２がホルダー８に固定されている。射出ノズル１２内には、射出口１４に繋がるシリンダー１２’が設けられている。加熱筒２の内部には、シリンダー２６が設けられており、このシリンダー２６はシリンダー１２’と接続している。シリンダー２６内には射出スクリュー１が配置されている。ホルダー８はフランジ６に固定されている。
【００２０】
ホルダー８及び加熱筒２の所定位置に、シリンダー２６内に、成形用樹脂材料１１を供給するためのホッパー９が設けられている。
射出スクリュー１の先端部１３は円錐状に形成されており、シリンダー２６内に入る部分には、先端部１３から離れるに従って次第にピッチが小さくなるラセン状の溝が形成されている。溝は例えば時計回りに前進する方向に形成されている。
【００２１】
射出スクリュー１はカップリング２４を介して、回転駆動部５０のスプラインシャフト４の一端に接続されている。
回転駆動部５０においては、ベース５が射出成形用樹脂供給装置２０の架台に固定されている。ベース５には、モータ３が取り付けられている。モータ３の回転シャフトには、ギア部２３が取り付けられており、このギア部２３にスプラインシャフト４が軸方向に移動可能に組込まれており、モータ３の回転によりスプラインシャフト４が軸の周りに回転可能にされている。
【００２２】
上述のように、スプラインシャフト４の一端はカップリング２４により射出スクリュー１に連結されており、スプラインシャフト４の他端は、空圧バネ３０の駆動軸３１Ａに連結されている。ベース５とカップリング２４の間にジャバラ２５を配置して、スプラインシャフト４の防塵を行っている。
【００２３】
空圧バネ３０においては、駆動部３１Ａはスラストベアリング３３を介して空気ピストン３１に接続されている。駆動部３１Ａは、図中横方向の軸の周りに、空気ピストン３１に対して回転可能にされている。
空気ピストン３１は、シリンダー３２内に配置されている。空気ピストン３１とシリンダー３２との間にはＯリング３４が配置されて、シリンダー３２の内部の空気室３５は、所定圧力の空気が充填されており、外気に対し密閉構造になっている。
【００２４】
空気室３５は、シリンダー３２に設けられた空気口３６に接続したホース３７により、空気口４２を通してタンク４３の内部に接続されている。
タンク４３の内部は空気口４１に接続されたホース３９を通して空圧源３９に接続されている。
空気室３５の容積は、この外部に設けたタンク４３により大きくすることが可能であり、タンク４３に吸気及び排気弁を設け、空気室３５の圧力を直接制御することも出来る。
【００２５】
空気室３５の気体の圧力に応じた力が空気ピストン３１に加わリ、この力で空気ピストン３２が押され、従って、駆動軸３１Ａが押される。シリンダー３２にはフランジ３２Ａが取り付けられており、空圧ピストン３１はフランジ３２Ａの位置で停止するようになっている。
シリンダー３２は、底部に設けられた結合部３２Ｂにより、油圧式アクチュエータ１５の駆動軸４４に接続されている。
【００２６】
油圧式アクチュエータ１５は、そのフランジ４５によりフランジ７に固定されている。フランジ４５は、シリンダー１８に取り付けられている。シリンダー１８内には駆動軸４４が軸方向に移動可能に配置されている。
【００２７】
駆動軸４４の底面１９とシリンダ１８内部とで形成される油室１７には、油圧源１６より、油圧源１６に接続されたホース２７及びシリンダー１８に設けられた油口２８を通して所定量の油が注入・排出される。この油の注入・排出により駆動軸４４は、軸方向に所定の力で前進後退が可能である。油室１７はＯリング２２により密閉構造にされている。
【００２８】
射出用プランジャー４０のフランジ７と油圧式アクチュエータ１５のフランジ６はシャフト（図示しない）で連結・固定されており、フランジ６，７は同時に、ベース５に対して、射出スクリュー１の軸方向に駆動装置（図示しない）により移動可能（図中左右方向に移動可能である：以下、左方向には前進、右方向には後退という）に取り付けられている。
【００２９】
次に、射出成形用樹脂供給装置２０用いた場合の射出成形動作を説明する。
まず、連結しているフランジ６及びフランジ７が初期位置にある（射出口１４が金型から離れた状態：図中、ベース５に対し相対的に右方、すなわち後退した位置にある）。
油圧式アクチュエータ１５の駆動軸４４は後退した初期位置にある（駆動軸４４の底面１９が図中相対的に右方の初期位置にある）。
【００３０】
駆動軸４４に連結している空気バネ３０と、空気バネ３０の駆動軸３１Ａに連結しているスプラインシャフト４と、スプラインシャフト４に連結している射出スクリュー１は後退した状態（初期状態）に保たれる。
スプラインシャフト４はモータ３のギヤ部２３により反時計方向に回転している。従って、射出スクリュー１は反時計方向に回転している。
【００３１】
ホッパー１１から成形用樹脂材料１１が射出スクリュー１のラセン溝内に供給される。
射出スクリュー１の溝に供給された樹脂材料１１は、射出スクリュー１の回転によって、撹拌されながら溝内を、先端部１３の方向へと移動していく。このとき、加熱筒２によりシリンダー２６内は加熱されているので、樹脂材料１１は加熱・溶融・撹拌されながら移動する。射出スクリュー１の回転により、溶融した樹脂材料１１が射出ノズル１２の射出口１４から先端部１３までのシリンダー１２’及びシリンダー２６内に充填される。
【００３２】
次に、フランジ６及びフランジ７が駆動されて、射出用プランジャー４０、スプラインシャフト４、空気バネ３０及び油圧式アクチュエータ１５が同時に前進する。このとき、スプラインシャフト４はギア部２３を滑らかに移動し、空気室３５及び油室１７はそれぞれ所定の圧力が保持されており、駆動軸３１Ａがシリンダー３２に対して相対的に移動しないように、また、駆動軸４４がシリンダー１８に対して相対的に移動しないようにされている。
【００３３】
射出口１４が金型（図示しない）の材料注入口に達すると、モータ３は回転を停止し、スプラインシャフト４及びこれに連結した射出スクリュー１の回転は停止する。
そして、油圧式アクチュエータ１５が作動する。直ちに、油室１７に油圧源１６より所定量、所定圧力の油が送られ、駆動軸２２は、金型内で所定の射出成形の設定圧になるような射出力で駆動されて前進する。同時に、駆動軸２２に連結されている空気バネ３０、スプラインシャフト４、射出スクリュー１が前進し、先端部１３から射出口１４までに充填されている樹脂材料１１が金型内に射出される。
【００３４】
ここで、空気バネ３０の空気室３５は、空気ピストン３１に連結する駆動軸３１Ａに掛る力が、油圧アクチュエータ１５に印加された射出力より低めになるように、その圧力が設定されている。
駆動軸４４が前進して、これに対応して、射出スクリュー１の先端部１３が前進する。それに伴い、射出スクリュー１にかかる射出力は増加する。
【００３５】
しかし、空気ピストン３１で設定された射出力に達する位置まで、先端部１３が達すると、空気バネ３０が作用し、空気ピストン３１がシリンダー３２に対して相対的に後退する。これにより空気室３５が圧縮され、圧力が増加する。圧力増加により、空気ピストン３１による射出力が油圧アクチュエータ１５に設定された射出力に達するまで、空気ピストン３１が後退する。空気ピストン３１にかかる射出力が油圧アクチュエータ１５で設定された射出力に達すると、射出スクリュー１には、その予め設定された射出力が加わる。先端部１３は、その射出力を樹脂材料１１に印加して、樹脂材料１１を射出し、停止する。
【００３６】
射出が終わった後は、射出成形した所定の減圧曲線に従って、射出スクリュー１に印加されている射出力を減圧し、しかる後、射出用プランジャー４０及び油圧アクチュエータ１５は初期位置に戻り、油圧アクチュエータ１５の駆動軸４４も初期位置に戻り、モータ３によりスプラインシャフト４が回転され、再び、新たな樹脂材料１１が射出スクリュー１の溝に供給される。
金型内に射出された樹脂材料１１は冷却された後、取り出され、射出成形品が得られる。
【００３７】
次に、本実施例における金型内の成形圧を説明する。
図２は、本発明の射出成形用樹脂供給装置の実施例において、射出成形時に、金型コアに掛る圧力の時間変化を示すグラフ図である。
同図に示すように、射出口１４が金型に達し射出が開始される点をｌで示してある。射出スクリュー１が前進して樹脂材料１１を射出すると共に、金型内の射出成形圧が高まるが、ｎで示される所定の成形圧に達する前に、上述した空気バネ３０が作用して、成形圧が所定の値以上になる（オーバーシュートを起す）のを防止し、点ｍで示す圧力緩和した上で、ｎの成形圧に達する。
【００３８】
空気バネ３０の空気室３５の圧力を制御することによって、射出後に射出スクリュー１の減圧を容易に行うことが出来るので、従来のように、射出スクリュー１を機械的に戻すことによって生じる階段状の減圧をすることなく、曲線ｐで示されるような滑らかな減圧カーブにしたがって減圧することが出来る。また、減圧カーブは図示しない空圧源３８に接続したレギュレータを制御することによって、任意に設定することが出来る。
【００３９】
ここで、空気バネ３０の空気室３５に接続したタンク４３の容量を変えることによって、図３の点ｍで示される圧力緩和（圧縮クッション性）の程度を、変えることが出来る。タンク４３の容量を大きくすると、圧力緩和の程度が大きくなり、容量を小さくすると圧力緩和の程度は小さくなる。
また、空気バネ３０の空気室３５の圧力をモニターし、油圧アクチュエータ１５の駆動軸４４の移動速度を制御しても、成形圧のオーバシュートを防止できる。
【００４０】
本実施例の射出成形用樹脂供給装置においては、圧力緩和を空気バネの圧縮特性を利用して行うことが出来るので、射出成形時に成形圧のオーバシュートを発生する事が無く、射出成形を設定した一定の成形圧ですることができるので、光学部品の射出成形の場合に、特に有効であり、成形品に歪を発生させることが無く、光学収差のない、安定した一定の高品質の光学部品を射出成形することが可能である。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の射出成形用樹脂供給装置は、スプラインシャフトの他端とアクチュエータの駆動軸との間に空圧バネを配置したことにより、射出成形圧を一定に制御し、特に小体積の光学部品成形で、残留応力のアンバランスを抑制し、光学収差の少ない精密な光学部品を射出成形できる射出成形用樹脂供給装置を提供出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の射出成形用樹脂供給装置の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の射出成形用樹脂供給装置の実施例を用いて、射出成形する際に、金型コアに掛る圧力の時間変化を示すグラフ図である。
【図３】従来例の射出成形用樹脂供給装置を示す構成図である。
【図４】従来例の射出成形用樹脂供給装置を用いて、射出成形する際に、金型コアに掛る圧力の時間変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…射出スクリュー、２…加熱筒、３…モータ　４…スプラインシャフト、５…ベース、６…フランジ、７…フランジ、８…ホルダー、９…ホッパー、１０…射出成形用樹脂供給装置、１１…成形用樹脂材料、１２…射出ノズル、１２’　…シリンダー、１３…先端部、１４…射出口、１５…油圧式アクチュエータ、１６…油圧源、１７…油室、１８…シリンダー、１９…底面、２０…射出成形用樹脂供給装置、２１…Ｏリング、２２…Ｏリング、２３…ギア部、２４…カップリング、２５…ジャバラ、２６…シリンダー、２７…ホース、２８…油口、３０…空気バネ、３１…空圧ピストン、３２…シリンダー、３３…スラストベアリング、３４…Ｏリング、３５…空気室、３６…空気口、３７…ホース、３８…空気源、３９…ホース、４０…射出用プランジャー、４１…空気口、４２…空気口、４３…タンク、４４…駆動軸、４５…フランジ、５０…回転駆動部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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