(57)【要約】      （修正有）【課題】射出時のプランジャの移動とトービードとを非連動とする一方、混練時には連動させて混練性を向上すること。【解決手段】先端にノズル１１を有し、該ノズルから射出する射出材料を収容するシリンダ部１０と、該シリンダ部内の射出材料を押し出して前記ノズルから射出させるプランジャ２０と、前記プランジャよりも前記ノズル側において前記シリンダ部内に配置されたトービード３０と、を備えた射出装置Ａにおいて、前記プランジャを射出材料の押出方向に進退させる第１駆動手段４０と、前記プランジャをその軸回りに回転させる第２駆動手段５０と、前記プランジャと前記トービードとを、前記プランジャの前記軸回りの回転方向については互いに係合させ、前記押出方向については互いに非係合とする係合部と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にノズルを有し、該ノズルから射出する射出材料を収容するシリンダ部と、
該シリンダ部内の射出材料を押し出して前記ノズルから射出させるプランジャと、
前記プランジャよりも前記ノズル側において前記シリンダ部内に配置されたトービードと、
を備えた射出装置において、
前記プランジャを射出材料の押出方向に進退させる第１駆動手段と、
前記プランジャをその軸回りに回転させる第２駆動手段と、
前記プランジャと前記トービードとを、前記プランジャの前記軸回りの回転方向については互いに係合させ、前記押出方向については互いに非係合とする係合部と、
を備えたことを特徴とする射出装置。
【請求項２】
前記係合部は、
前記プランジャと前記トービードとの前記押出方向の相対位置と、前記トービードに対する前記プランジャの前記回転方向の相対位置と、がそれぞれ所定の位置である場合に、前記押出方向について前記プランジャと前記トービードとを互いに係合状態とすることを特徴とする請求項１に記載の射出装置。
【請求項３】
前記係合部は、前記プランジャと前記トービードの一方に形成した孔部と、他方に形成した前記孔部に挿入される挿入部と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の射出装置。
【請求項４】
前記第１及び第２駆動手段を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、射出材料の射出後、次回の射出までの間に、前記プランジャを回転させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の射出装置。
【請求項５】
前記制御手段は、射出材料の射出後、次回の射出までの間に、回転速度を変化させながら前記プランジャを回転させることを特徴とする請求項４に記載の射出装置。
【請求項６】
前記第１及び第２駆動手段を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、射出材料の射出後、次回の射出までの間に、前記プランジャを前記所定の位置に移動及び回転し、かつ、前記プランジャを前記押出方向に往復移動させることで、前記トービードを前記押出方向に往復移動させることを特徴とする請求項２に記載の射出装置。
【請求項７】
前記制御手段は、射出材料の射出後、次回の射出までの間に、前記プランジャを前記押出方向に移動速度を変えながら往復移動させることで、前記トービードを前記押出方向に移動速度を変えながら往復移動させることを特徴とする請求項６に記載の射出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の射出装置を備えた射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は射出成形機の射出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機の射出装置としては、スクリュ式のものとプランジャ式のものが知られている。スクリュ式の射出装置はスクリュの回転により射出シリンダ内の射出材料の混練する。一方、プランジャ式の射出装置はプランジャ自体には射出材料の混練機能がない。そこで、射出シリンダ内にトービードを設けて混練性を向上させることが知られている。また、特許文献１にはトービードを回転させることで射出材料の混練性の更なる向上を狙った機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１３３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、射出材料の混練は、射出間の可塑化期間中に行うことが好適である。しかし、特許文献１の機構はトービードの回転とプランジャの移動とが連動するため、射出材料の射出時以外のタイミングでトービードを回転すると射出材料が射出されてしまう。射出されないようにトービードを微量回転させることも考えられるが、そうすると混練性が劣る。
【０００５】
本発明の目的は、射出時のプランジャの移動とトービードとを非連動とする一方、混練時には連動させて混練性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、先端にノズルを有し、該ノズルから射出する射出材料を収容するシリンダ部と、該シリンダ部内の射出材料を押し出して前記ノズルから射出させるプランジャと、前記プランジャよりも前記ノズル側において前記シリンダ部内に配置されたトービードと、を備えた射出装置において、前記プランジャを射出材料の押出方向に進退させる第１駆動手段と、前記プランジャをその軸回りに回転させる第２駆動手段と、前記プランジャと前記トービードとを、前記プランジャの前記軸回りの回転方向については互いに係合させ、前記押出方向については互いに非係合とする係合部と、を備えたことを特徴とする射出装置が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、上記射出装置を備えた射出成形機が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、射出時のプランジャの移動とトービードとを非連動とする一方、混練時には連動させて混練性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る射出装置の説明図。
【図２】（Ａ）は制御部のブロック図、（Ｂ）は図１の線Ｉ−Ｉに沿う断面図。
【図３】図１の射出装置の動作説明図。
【図４】図１の射出装置の動作説明図。
【図５】図１の射出装置の制御例を示すフローチャート。
【図６】（Ａ）は係合部の他の構成例の説明図、（Ｂ）はプランジャの断面図、（Ｃ）は図６（Ａ）の線ＩＩ−ＩＩに沿うプランジャの断面図、（Ｄ）は図６（Ａ）の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿うトービードの断面図。
【図７】図６（Ａ）の構成例の動作説明図、（Ｂ）は図７（Ａ）の線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図、（Ｃ）は図７（Ｂ）の状態からプランジャを９０度回転した状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係る射出装置Ａの説明図（一部断面図）である。射出装置Ａは不図示の射出成形機を構成する。該射出成形機は、射出装置Ａと内部に成形部を画成して当該成形部に射出材料が射出可能な構造を有する不図示の金型と、成形品の取り出し等のために金型の開閉及び型締め等を行う不図示の型締装置と、を備え、射出装置Ａから金型内に溶融状態の射出材料（代表的には樹脂材料）が供給されることによって成形部内で成形品の射出成形を行う。
【００１１】
＜射出装置Ａの構成＞
射出装置Ａは、板状の下部ベース部１と、板状の上部ベース部２と、これらを連結する複数の支柱３と、を備える。下部ベース部１と上部ベース部２との間には、板状のステージ部４が支柱３に固定されて配設されている。射出装置Ａは、また、シリンダ部１０、プランジャ２０、トービード３０、駆動ユニット４０及び５０を備える。
【００１２】
シリンダ部１０は円筒状に形成され、その内部を上下に貫通して射出材料の収容空間１０ａが形成されている。シリンダ部１０の周壁には収容空間１０ａと連通した材料供給用の開口部１０ｂが形成されており、ここに材料供給装置Ｂが装着される。材料供給装置Ｂは粒状の射出材料を貯留したホッパｂ内の射出材料を開口部１０ｂを介して収容空間１０ａ内に供給する装置であり、その材料送出機構はスクリュー式であってもよいしプランジャ式であってもよい。なお、切断面の関係で開口部１０ｂ、材料供給装置Ｂ及びホッパｂは図１に表れない位置に存在するため、破線図示としている。
【００１３】
シリンダ部１０の先端（下端）にはノズル１１が設けられており、収容空間１０ａ内の射出材料はノズル１１から射出される。シリンダ部１０の周囲にはヒータ１２が設けられており、その熱により収容空間１０ａ内の射出材料は溶融する。
【００１４】
収容空間１０ａには、プランジャ２０が進退自在に設けられている。本実施形態の場合、プランジャ２０は、その先端面（下端面）に開放した孔部２１を備え、外周が円形の筒状をなしている。プランジャ２０は、同図で上下方向に移動可能であり、下方に降下することで、その先端面が収容空間１０ａ内の射出材料を押し出してノズル１１から射出させる。
【００１５】
収容空間１０ａには、また、プランジャ２０よりもノズル１１側においてトービード３０が配置されている。トービードはその中心部分が円柱状をなし、その周面には射出材料の通路を形成する溝３２が複数形成されている。プランジャ２０により押し出される射出材料はこの溝３２を通過することで、加熱及び混練が促進される。なお、トービード３０の形状はこれに限られず、種々の形状を採用できる。
【００１６】
トービード３０の上部にはプランジャ２０の孔部２１に挿入される軸状の挿入部３１を備える。ここで、孔部２１と挿入部３１とは、プランジャ２０とトービード３０とを、プランジャ２０の軸回りの回転方向については互いに係合させ、押出方向（シリンダ部１０の軸方向であり、図１で上下方向）については互いに非係合とする係合部を構成している。図２（Ｂ）は図１の線Ｉ−Ｉに沿う断面図である。
【００１７】
同図に示すように、本実施形態の場合、孔部２１は断面形状が長円形状であり、挿入部３１も断面形状が長円形状となっている。このため、挿入部３１と孔部２１とは押出方向に対しては相対変位可能であるが、プランジャ２０の軸回りの回転方向には相対変位が不能となっている。
【００１８】
なお、本実施形態では、孔部２１及び挿入部３１の断面形状を長円形状としたが、これに限られず、方形、楕円形等、円形以外の種々の形状を採用できる。また、本実施形態では、プランジャ２０側に孔部２１を、トービード３０側に挿入部３１を設けたが、これらは逆の関係としてもよい。更に、孔部と挿入部とではなく、例えば、プランジャ２０、トービード３０にそれぞれ互いに回転方向で係合する係合片を突出させてもよい。しかし、孔部と挿入部の構成とすることで、プランジャ２０の軸方向の長さを短くできる。
【００１９】
図１に戻り、駆動ユニット４０はプランジャ２０を射出材料の押出方向に進退させる機構であり、駆動ユニット５０はプランジャ２０をその軸回りに回転させる機構である。本実施形態ではこれらの構成として以下の構成を採用するが、同様の機能を有する他の構成も採用可能である。
【００２０】
駆動ユニット４０は上部ベース部２に支持されたモータ４１を備える。モータ４１は例えばステッピングモータである。モータ４１の出力軸にはプーリ４２が取り付けられている。上部ベース部２には、また、ボールナット４５が回転自在に支持されている。ボールナット４５の上部にはプーリ４３が固定されており、プーリ４２とプーリ４３とには無端ベルト４４が巻き回されている。
【００２１】
ボールナット４５にはボールネジ軸４６が螺合しており、その下端部には可動ステージ部４７が固定されている。可動ステージ部４７は支柱３に案内及び支持されて支柱３の軸方向に移動自在（昇降自在）となっている。可動ステージ部４７には、プランジャ２０の上端部がその軸回りに回転自在に支持されている。
【００２２】
しかして、モータ４１を駆動すると、プーリ４２、４３の回転によりボールナット４５が回転する。ボールナット４５は上部ステージ部２に上下方向には不動に支持されているので、ボールネジ軸４６がモータ４１の回転方向に従って上方又は下方へ移動する。これにより可動ステージ部４７及びプランジャ２０も上方又は下方へ移動する。
【００２３】
図３は射出時の射出装置Ａの動作態様を示しており、モータ４１の回転により、プランジャ２０が下方に降下している。これにより収容空間１０ａ内の射出材料がノズル１１から射出されることになる。なお、孔部２１には挿入部３１が挿入されているので、孔部２１内に射出材料が進入することはほとんどない。また、トービード３０は挿入部３１の孔部２１への進入深さが深くなるものの、不動である。
【００２４】
図１に戻り、駆動ユニット５０は、可動ステージ部４７に支持されたモータ５１を備える。モータ５１は例えばステッピングモータである。モータ５１の出力軸にはプーリ５２が取り付けられている。プランジャ２０にはプーリ５３が固定されており、プーリ５２とプーリ５３とには無端ベルト５４が巻き回されている。なお、切断面の関係でモータ５１、プーリ５２及び無端ベルト５４は図１に表れない位置に存在するため、破線図示としている。
【００２５】
しかして、モータ５１を駆動すると、プーリ５２、５３の回転によりプランジャ２０がその軸回りに回転する。このとき、孔部２１と挿入部３１との係合によって、トービード３０も回転し、その周囲の射出材料が混練されることになる。図４は混練時の射出装置Ａの動作態様を示しており、モータ５１の回転により、プランジャ２０及びトービード３０が回転している。こうして本実施形態では、孔部２１と挿入部３１との係合方向を規制することで、射出時のプランジャ２０の移動とトービード３０とを非連動とする一方、混練時には連動させて共に回転させることにより混練性を向上することができる。なお、射出時にプランジャ２０を回転させればトービード３０も回転するため、射出動作中にもトービード３０の回転による射出材料の混練も可能である。
【００２６】
＜制御部＞
次に、図２を参照して制御系の構成について説明する。制御部１００は、射出装置Ａを含む射出成形機全体を制御可能であり、ＣＰＵ１０１、記憶部１０２及びＩ／Ｆ（インタフェース）１０３を備える。ＣＰＵ１０１は、センサ１０８の検出結果を取得し、記憶部１０２に記憶されたプログラムにしたがって、モータ１０６やヒータ１０７等の制御を行う。
【００２７】
記憶部１０２には、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等が含まれる。Ｉ／Ｆ１０３はＣＰＵ１０１と、外部のデバイスとのインタフェースである。入力部１０４は、例えば、キーボード、マウス等である。作業者は入力部１０４を介して制御部１００に動作指令や成形条件に関わる各種のパラメータ等の入力を行うことができる。表示部１２０は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイであり、射出装置Ａを備えた射出成形機の情報を表示する。
【００２８】
モータ１０６にはモータ４１、５１が含まれる。ヒータ１０７にはヒータ１２が含まれる。センサ１０８には、プランジャ２０の位置（押出方向及び回転方向）を検出するためにも利用可能なものとして、例えば、モータ４１、５１の回転量を検出するエンコーダが含まれる。
【００２９】
＜射出制御例＞
次に、ＣＰＵ１０１が実行する制御例を図５を参照して説明する。図５は射出装置Ａの制御例を示すフローチャートである。ＣＰＵ１０１が射出装置Ａを備えた射出成形機全体を制御する場合には、型締装置の制御等も行うが、図５には射出材料の射出処理に関わる処理のみを示している。
【００３０】
本実施形態の場合、射出材料の射出後、次回の射出までの間、つまり、射出材料の可塑化期間中にトービード３０を回転させて射出材料の混練を行う。これにより新たに収容空間１０ａに供給された射出材料と、既存の溶融又は半溶融状態の射出材料との混練性を向上できる。
【００３１】
Ｓ１では型締装置の型締めが完了したか否かを判定する。該当する場合はＳ２へ進み、該当しない場合は待ちとなる。Ｓ２では混練を終了する。詳細は後述する。Ｓ３では、駆動ユニット４０を作動してプランジャ２０を降下し（図３）、射出材料の射出を行う。Ｓ４では駆動ユニット４０（モータ４１）を作動してプランジャ２０を上昇し、新たな射出材料が供給可能な位置（図１の位置）にプランジャ２０を移動する。
【００３２】
Ｓ５では、駆動ユニット５０（モータ５１）を作動してプランジャ２０及びトービード３０を回転し、トービード３０の回転による射出材料の混練を行う。その後、Ｓ１へ戻る。駆動ユニット５０はＳ２の混練終了まで作動される。ここで、Ｓ３の射出からＳ１の型締め完了までの間は、成形品の冷却、型開き、新たな射出材料の供給が並行して行われる、射出材料の可塑化期間である。この期間にトービード３０の回転による射出材料の混練を行うことで、混練時間をより長時間確保できると共に、新たに収容空間１０ａに供給された射出材料と、既存の溶融又は半溶融状態の射出材料との混練性を向上できる。
【００３３】
混練性向上の点で、可塑化期間中のトービード３０の回転速度は変化させることが好ましい。このため、プランジャ２０の回転速度、つまり、モータ５１の回転速度を例えば、徐々に速くしてもよい。また、遅い→速い→遅い→速いというように周期的に変化させてもよい。
【００３４】
＜係合部の他の例＞
上記実施形態では、孔部２１と挿入部３１とが回転方向では係合し、押出方向では非係合となるようにしたが、押出方向についても、プランジャ２０とトービード３０との押出方向の相対位置と、トービード３０に対するプランジャ２０の回転方向の相対位置と、がそれぞれ所定の位置である場合には、プランジャ２０とトービード３０とを互いに係合状態となるようにすることもできる。これにより、トービード３０を回転させるだけでなく、押出方向に往復移動させて射出材料を混練することも可能となる。
【００３５】
図６（Ａ）は係合部の他の構成例の説明図である。プランジャ２０は、上記実施形態と同様、孔部２１を有するが、その断面形状が領域Ｒにおいては他の部分と異なるものとなっている。図６（Ｂ）は領域Ｒ以外の部位における孔部２１の断面形状を示しており、上記実施形態と同様に長円形状となっている。図６（Ｃ）は領域Ｒにおける孔部２１（Ｒ）の断面形状を示しており、他の部位の断面形状である長円形状が内接する大きさの円形（真円）となっている。
【００３６】
一方、トービード３０については、挿入部３１０が円柱状の軸３１１を介してトービード３０に連結された構成であり、その断面形状は図６（Ｄ）に示すように、孔部２１と同様の長円形状をなしている。
【００３７】
次に、図７を参照して、この係合部の作用について説明する。図７（Ａ）は挿入部３１０が孔部２１（Ｒ）に位置している状態を示し、図７（Ｂ）はその断面図である。孔部２１（Ｒ）は円形であるため、挿入部３１０と孔部２１（Ｒ）とは回転方向でも係合しない。よって、プランジャ２０を駆動ユニット５０により９０度回転させると、図７（Ｃ）に示すようにプランジャ２０とトービード３０とは９０度だけ相対変位することになる。
【００３８】
この状態では、挿入部３１０が孔部２１（Ｒ）の内壁上面と下面とにそれぞれ係合するので、押出方向で係合状態となる。よって、駆動ユニット４０によりプランジャ２０を押出方向に往復移動することで、トービード３０を押出方向に往復移動させることができ、射出材料を混練することができる。なお、プランジャ２０の往復移動は、射出材料の射出を伴わないように、射出時の移動距離よりも十分に小さくすることが好ましい。
【００３９】
図７（Ｃ）の状態から、プランジャ２０を駆動ユニット５０により９０度回転させると、図７（Ｂ）の状態に戻り、挿入部３１０と孔部２１（Ｒ）との押出方向の係合状態が解除される。よって、射出時にプランジャ２０を降下させる場合にはトービード３０は移動しない。また、挿入部３１０を孔部２１（Ｒ）から脱して孔部２１の他の部位に位置させれば、上記実施形態と同様、孔部２１と挿入部３１とが回転方向で係合する。よって、トービード３０の回転による射出材料の混練も行える。
【００４０】
トービード３０の往復移動による射出材料の混練も、可塑化期間中に行うことができる。その際、混練性向上の点で、可塑化期間中のトービード３０の往復移動速度は変化させることが好ましい。このため、プランジャ２０の往復移動速度、つまり、モータ５１の正逆の回転速度を例えば、徐々に速くしてもよい。また、遅い→速い→遅い→速いというように周期的に変化させてもよい。
【００４１】
トービード３０の往復移動による射出材料の混練と、トービード３０の回転による射出材料の混練とは、順次行うことができる。例えば、最初にトービード３０の往復移動による射出材料の混練を行い、続いてトービード３０の回転による射出材料の混練を行う。前者の混練で新たに供給された射出材料と既存の射出材料との混練が促進され、後者の混練で全体の混練が更に促進される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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