(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出ユニット（１４）を備えた射出成形機であって、上記射出成形機は、９０７ｇ（３２オンス）を越えるショット能力を有し、
上記射出成形機は、
入口及び出口を有するバレル（３８）内で回転運動できる送りスクリュー（３０）と；
変速電気モータ（２６）を有し、材料を可塑化し、上記バレルの入口から同バレルの出口へ材料を搬送するために当該バレル（３８）内で上記送りスクリュー（３０）を回転させる回転駆動手段と；
上記バレルの出口から可塑化された材料を受け取るように接続された円筒状の室（３２）内に収容されたプランジャ（３４）を有する溶融アキュムレータ（２０）と；を備え、上記プランジャ（３４）は実質上円筒形状を有し、且つ上記円筒状の室（３２）の長さに対するストロークにわたって運動可能であり、
上記射出成形機はさらに、上記アキュムレータ（２０）の上記プランジャ（３４）が上記円筒状の室（３２）の長さに対する上記ストロークを移動するように運動を与えて可塑化された材料をモールド空洞内へ射出させる、電気モータ（６８）により駆動されるプランジャ駆動手段（６０）；
を有し、
上記プランジャ（３４）のストロークの長さは、上記プランジャ（３４）の直径に対する上記プランジャ（３４）の上記ストロークの長さの比が少なくとも５になるように規定されることを特徴とする射出成形機。
【請求項２】
上記プランジャ駆動手段（６０）が上記アキュムレータ（２０）の上記プランジャ（３４）に結合されたネジ機構（６２，６４，７２）を有することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
【請求項３】
上記ネジ機構（６２，６４，７２）が上記アキュムレータ（２０）の上記プランジャ（３４）に結合されたボールネジ機構（６２，７２）であることを特徴とする請求項２に記載の射出成形機。
【請求項４】
上記プランジャ駆動手段（６０）の上記ネジ機構（６２，６４，７２）が更に、ネジ（６２）と上記アキュムレータ（２０）の上記プランジャ（３４）との間に位置し、当該ネジ（６２）の回転を当該プランジャ（３４）へ伝達しない継手（７２）を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の射出成形機。
【請求項５】
上記プランジャ駆動手段（６０）の上記ネジ機構（６２，６４，７２）が更に、回転運動を上記アキュムレータ（２０）の上記プランジャ（３４）に伝達できることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
【請求項６】
上記プランジャ駆動手段（６０）がクラッチ機構（８６）を介して上記アキュムレータ（２０）の上記プランジャ（３４）に結合されたネジ機構（６２，６４，７２）を有することを特徴とする請求項５に記載の射出成形機。
【請求項７】
上記アキュムレータ（２０）の上記プランジャ（３４）の少なくとも一部が螺旋状のフライト（３６）を有することを特徴とする請求項５に記載の射出成形機。
【請求項８】
上記プランジャ駆動手段（６０）が上記アキュムレータ（２０）の上記プランジャ（３４）に結合されたネジ機構（６２，６４，７２）を有することを特徴とする請求項７に記載の射出成形機。
【請求項９】
上記プランジャ駆動手段（６０）が更に、上記ネジ機構（６２，６４，７２）と上記アキュムレータ（２０）の上記プランジャ（３４）との間に位置する１方向クラッチ（８６）を有することを特徴とする請求項８に記載の射出成形機。
【請求項１０】
上記プランジャ（３４）の直径に対する同プランジャ（３４）のストロークの長さの比が１０から１５までの間にあることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
【請求項１１】
押出し器（１８）及び９０７ｇ（３２オンス）を越えるショット能力を備える溶融アキュムレータ（２０）を有する２段階射出ユニット（１４）によりプラスチック溶融物を射出モールド空洞内へ供給する方法において、
（ａ）  プラスチック溶融物の流れを生じさせるように上記押出し器（１８）を作動させる工程と；
（ｂ）  上記押出し器（１８）から上記アキュムレータ（２０）へ溶融物を搬送する工程と；
（ｃ）  溶融物が上記アキュムレータ（２０）の円筒状の室（３２）内に収容されたプランジャ（３４）上へ最初に流入するように、溶融物の流れを当該アキュムレータ（２０）内へ導入する工程と；
（ｄ）  溶融物が上記アキュムレータ（２０）の上記円筒状の室（３２）へ供給されるときに、当該アキュムレータ（２０）の当該円筒状の室（３２）が所定量の溶融物を受け取るまで、上記プランジャ（３４）を同時に引き戻し回転させる工程と；
（ｅ）  上記室（３２）から溶融物を変位させ、溶融物を上記モールド空洞内へ射出するように上記アキュムレータ（２０）内で上記プランジャ（３４）を、電気モータにより駆動される駆動手段により前進させる工程と；
を有することを特徴とする２段階射出方法。
【請求項１２】
上記アキュムレータ（２０）内で上記プランジャ（３４）を前進させる上記工程（ｅ）が、当該プランジャ（３４）を回転させることなく達成されて上記モールド空洞内へ溶融物が射出されることを特徴とする請求項１１に記載の２段階射出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は一般にモールド成形機に関し、特に射出成形機のための２段階電気射出ユニットに関する。
【０００２】
背景技術
射出成形機の射出ユニットは通常の作動サイクルの過程で２つの機能、すなわち、射出及び押出しを本質的に提供する。標準の往復スクリュー式の射出成形機においては、押出し機能は、スクリューが回転して溶融プラスチックをスクリューの前端に方へ徐々に移動させ、溶融物が蓄積するときに予備射出位置へスクリューを後方に移動させる圧力を生じさせたときに、達成される。十分な量の材料（「ショット」という）が蓄積されたとき、スクリューは（回転を伴わずに）迅速に前方へ移動し、溶融物をモールド内へ直接射出し、射出機能を遂行する。
【０００３】
成形機の射出ユニットはまた、押出し機能及び射出機能を別個の機械素子により遂行する「２段階」装置として構成することができる。２段階射出装置においては、押出し即ち可塑化機能は加熱バレル内の送りスクリューにより遂行されるが、溶融プラスチックは、バレルからモールド空洞（キャビティ）へ直接搬送されずに、（普通、可塑化バレルに隣接して位置する）「アキュムレータ」内へ逸らされる。次いで、アキュムレータを作動させ、モールド内への溶融プラスチックの射出を遂行する。２段階射出ユニットの利点は、材料の一層均一な可塑化、スクリュー及びバレルの少ない摩耗及び一層大きな射出圧力の可能性である。主な欠点は高いユニットコスト及び製品の品質に影響を及ぼすことのあるショットからショットへの材料の持ち越しである。詳細には、熱可塑性材料を長期間流体状態（溶融温度以上）に維持した場合、材料の種類、溶融物の温度及び高い温度で保持される時間によっては、その特性が種々の程度に劣化してしまう。一般に、アキュムレータ及び内部ピストンの構造が、ショットがモールド内へ射出された後にアキュムレータ内に残る材料の量を決定する。
【０００４】
いずれの型式の装置においても、射出及び押出し機能はそれぞれ射出ユニット内に関連する駆動装置を必要とする。液圧機械においては、射出機能のためのスクリューの運動は典型的には１又はそれ以上の液圧シリンダにより遂行され、一方、押出し運転のための送りスクリューの回転は通常液圧モータにより達成される。更に最近では、機械的な装置と組み合わせた電気モータを、スクリュー式の射出ユニットを往復運動させる直接動力源として使用している。とりわけ、これらの従来の電気的な装置は各機能に対して別個のモータを使用していた。すなわち、送りスクリューを回転させるために１つのモータを使用し、回転運動を射出のためにスクリューを前方へ移動させるのに必要な直線運動に変換するために、ボールネジの如き機構と組み合わせて第２のモータを使用していた。
【０００５】
従って、新たな技術が既存の製品に適用される場合に典型的なように、危険性を制限し、製品の同一性を保持するために従来の射出装置の技術の執行を最大化する努力が払われてきた。液圧運動制御の代わりに電気機械運動制御を用いるような全電動射出成形機の設計においては特にそうである。この制限された設計の試みの結果として、電気的な変速モータ駆動の多くの重要な利点が射出成形へのその応用において実現できなかった。
【０００６】
例えば、液圧式に駆動される往復スクリュー型の射出ユニットの設計は、上述の液圧装置の変動及びスクリューの端部での逆止め弁（逆止め弁は往復スクリュー設計の適正な機能にとって必要な素子である）の不定動作のため、ショット寸法の一貫性及び約±０．２％の反復能力を有することが一般に知られている。現在の市場でのすべての全電動機械が往復スクリューを有しているとすれば、ショット寸法の変化を減少させる可能性がスクリューの前方軸方向のみの位置決め反復性の改善に制限されてしまう。
【０００７】
液圧駆動列を電気機械駆動列に単純に置き換えると、被駆動装置の反復性、安定性及び精度における顕著である程度の改善が得られることは十分認識されている。これは、駆動列における素子の数の減少、温度の関数としての液圧流体における固有の変化の排除、オイル自体の最終的な化学崩壊による粘度の変化、汚物の集積の最終的な増加等の結果による。しかし、液圧駆動列素子をサーボ電気機械素子に単に換えた場合、所望の性能改善が得られ、十分に可能性のある改善が実現できる。
【０００８】
改善の可能性は比較的大きなショット容量を有する往復スクリュー式の射出ユニットにおいて特に明白である。増大したショット寸法を得るのは往復スクリュー式の液圧機械においては比較的簡単であるが、液圧シリンダの代わりに電気モータ及びボールネジを用いた場合は、（射出のためにネジを往復運動させるのに）必要な大きなボールネジのコストが大きいため実践的ではない。ボールネジの寸法は並列の２つのネジを使用することにより減少することができるが、ネジ及び関連する素子のコストは異常に高いままである。更に、利用できる液圧ユニットの範囲に適合する能力を有する電気的な往復スクリュー式の射出ユニットの構造は試されておらず実際現時点の製造能力を越えた寸法のボールネジを必要とすることがある。
【０００９】
更に、商業的なプラスチック材料を射出成形するための処理は、少なくとも１５０００ｐｓｉ、時には３００００ｐｓｉまでの射出圧力を必要とする。ボールネジの利用性及びコストが長さよりも直径により一層影響を受けるものとすれば、約３２オンス（約９０７グラム）のショット能力を越える全電動設計の進歩を制限するような６インチ（約１５．２ｃｍ）を越える直径のボールネジは実質上商業的に利用できない。例えば、典型的な１００オンス（約２８３５グラム）のショット能力を有する液圧射出ユニットは２００００ｐｓｉを生じさせるために約４インチ（約１０．２ｃｍ）の直径の往復スクリューを有する。全電動（往復スクリュー）の等価物は負荷を支えるために６インチ（約１５．２ｃｍ）を越える直径のボールネジを必要とする。事実、現在世界で最大の商業的に生産された全電動射出ユニットは２２０００ｐｓｉの最大射出圧力で７７オンス（約２１８３グラム）までの溶融物を射出ように作動する往復スクリューの３．５インチ（約８．９ｃｍ）直径の負荷要求を満たすために直径６．５インチ（約１６．５ｃｍ）の２つのボールネジを使用する。
【００１０】
ボールネジの性能及び寿命は往復スクリュー式の射出応用において悪化する。ボールネジから最適な寿命を得るためには、ボールの循環及び潤滑循環の最小レベルを確立しなければならない。しかし、往復スクリューの設計は比較的短い射出ストロークに限定される。その理由は、ストロークが長いと、射出のためのショット容積を確立しながらスクリューが引き戻されるときに、有効なスクリューの直径に対する長さの比（Ｌ／Ｄ）の減少に由来する許容できないプラスチック処理変化が生じるからである。現在の基準により、往復スクリューの設計において射出ストロークがスクリューの直径の５倍を越えることは稀である。更に、従来の（液圧）２段階射出ユニットはアキュムレータピストンの直径及びストロークに対してほぼ同じ比率に固執していた。
【００１１】
典型的には、大半の往復スクリュー式の射出ユニットにおいて処理される「ショット」の寸法は多分最大の約２５％である。（これは、スクリューの寸法がショット能力ではなくて可塑化の要求により決められるためである。）説明にために２５％の制限を使用すると、往復スクリュー式の全電動射出ユニットにおいて、ボールネジの最大動程は大半の機械の使用寿命に対して１つのスクリュー直径又はそれ以下に限定される傾向がある。ボールネジのリードは典型的にはボールネジの直径の１／４ないし１／２であり、普通は負荷の下で少なくとも３つの完全な巻回部を有するように設計される。例えば、射出ユニットが射出のために１ネジ直径分横断運動していて、射出軸ボールネジが射出スクリューの直径の２倍である場合、機構において負荷されたボールは負荷解除位置へ完全に循環せず、負荷解除されたボールの一部は負荷位置へ移動しない。このため、素子の不均一摩耗が生じ、また、ボールの完全な循環により生じるはずの自然潤滑の代わりに、外部の潤滑を頻繁に行わねばならない。従って、往復スクリュー式の射出ユニットにおけるボールネジの寿命は、ボールの完全な循環が行われる応用の場合よりも短くなる。
【００１２】
往復スクリュー式の射出ユニットの比較的大きな直径及び短いストロークは高速射出を容易にすることを認識すべきである。しかし、所望の射出圧力を得るためには高トルクモータが必要となる。馬力がモータトルクとＲＰＭ（回転数）との積の関数なので、高トルクの要求は、射出機構を駆動するために高馬力モータが必要であることを意味する。
【００１３】
別に考えることは、射出成形機が占める床面積がかなり重要な基準になることである。設備のために一度利用できる資源が生産率を増大させるために他の資産に転換される場合、機械の長さ、幅及び高さは競合する機械の設計の中でかなり重要な考察の要因となる。全電動機械においては、最も便宜的には、射出ボールネジは射出ピストン背後のライン内に配置される。往復スクリューの場合、可塑化スクリューは射出ピストンであり、可塑化要求のため直径の１５倍ないし３０倍の長さを既に有している。一般に射出ストロークを出来るだけ長くするのが望ましいので、射出ストロークのために可塑化スクリューと整合するようにボールネジを位置決めすると、機械の全長が不当に長くなってしまう。
【００１４】
電気射出ユニットにおける増大した能力の要求のほかに、往復スクリュー式の射出ユニットに対する電気機械技術の応用を制限することにより生じる障害を克服する方法が見つかれば、機械の全長の減少と共に、被駆動装置の耐久性、反復性、安定性及び正確性の改善の可能性がある。更に、所望の改善を十分に利用するために、電気射出ユニットのための新たな構成は従来の２段階射出ユニットに典型的に関連する材料の持ち越しの問題を含むべきではない。
【００１５】
発明の開示
従って、本発明の目的は、構造が簡単で、一層耐久性があり、ショットの精度を改善し、ショット能力を有効に増大できる、全電動射出ユニットのための駆動装置を提供することである。本発明の別の目的は、作動効率を改善し、従来の装置に関する材料の持ち越しを減少させるような方法で、変速電気駆動技術を２段階射出ユニットに適用することである。
【００１６】
これらの目的に従えば、本発明は、送りスクリューが可塑化のために主として使用され、溶融アキュムレータが射出のために使用されるような２段階全電動射出ユニットに関する。好ましくは、送りスクリューは回転のみを行うことができるが、往復運動はせず、これにより、機械の全長が減少する。可塑化された材料の射出はボールネジ機構の如き電動リニアアクチュエータにより往復運動する螺旋フライトを備えたプランジャを有する別個の溶融アキュムレータにより達成される。好ましくは、送りスクリューの回転及びアキュムレータの作動のために別個のモータを設け、プランジャのための駆動装置がボールネジとプランジャとの間に位置する１方向クラッチによりプランジャの回転をも提供できるようにする。開示された２段階構造は、従来技術において送りスクリューを往復運動させるのに必要な大きなボールネジが過剰なコストを招くような大容量（８０オンス（約２２６８グラム）以上）の射出ユニットにとって特に適する。
【００１７】
２段階射出ユニットは長年にわたって液圧作動射出成形機に使用されてきたが、液圧機械における２段階ユニットにより提供される利点が往復スクリュー式のユニットへの全電動駆動技術の応用により大幅に達成されていたので、このようなユニットは電気的な機械に使用されていなかった。本発明の２段階電気射出ユニットは従来技術において生じていた標準の射出ユニットの明確な利点及び経済的な使用を越えるものである。開示された実施の形態においては、本発明は既存の液圧又は電気機械射出ユニットでは現在達成できない性能能力を可能にする。
【００１８】
アキュムレータピストンの直径及びストロークの長さを最適化することにより、本発明は従来実現できなかった全電動機械設計の重要な利点を達成する。ピストンの直径がモータの回転運動をピストンの直線運動に変換する機構のための荷重支持要求満たすので、比較的小さなピストン直径でストロークの長さを増大させることにより２段階設計で一層大きなショット能力を達成できる。例えば、本発明にかかる２段階電気射出ユニットは１５０オンス（約４２５２グラム）（ピストンの直径２．７５インチ（約７ｃｍ）、ストローク４６インチ（約１１６．８ｃｍ））の射出（アキュムレータ）能力を有することができ、（商業的に入手できる）５．５インチ（約１４ｃｍ）直径のボールネジで２００００ｐｓｉにて作動できる。従来の全電動射出成形機におけるボールネジのこの直径は典型的には約３０オンス（約８５０グラム）（スクリューの直径２．７５インチ（約７ｃｍ）、ストローク９インチ（約２２．９ｃｍ））のショット能力しか有しない。従って、本発明は、リスク、コスト及び往復スクリュー設計に必要な大型のボールネジのための空間要求を付加することなく、ショット能力を約５倍まで増大させる。
【００１９】
所望のショット能力のための射出ストロークを長くしたときの別の利点は、ボールネジの性能及び耐久性が増大することである。特に、２段階設計におけるアキュムレータの使用は可塑化スクリューの直径とは独立に（アキュムレータの）ショットシリンダ直径を最適化する能力を提供する。従って、装置はボールの負荷及び循環を改善し、循環を改善し、使用寿命を増大させるのに十分なボールネジ機構のトラバース即ち横断運動を提供するように設計できる。一層小さな直径は、一定のショット能力に対して必要な馬力が一層少なくて済むことを意味する。ピストンの直径に対するストロークの比率は高速射出にとっておよそ１０まで減少するかもしれないが、一層小さな直径は小さな馬力のモータによる所望の圧力レベルでの射出を容易にする。
【００２０】
アキュムレータ及びプランジャの上述の構成により、材料の持ち越しは１サイクルのみに実質上限定される。押出し器により熱可塑性溶融物をアキュムレータへ送る場合、プランジャ駆動機構内のボールネジが回転し、プランジャの後方運動を制御し、従って、溶融物上の背圧を制御する。ボールネジの回転は１方向クラッチによりプランジャへ伝達される。詳細には、熱可塑性溶融物は、先のショットからプランジャのフライトに残っている溶融物を「掃き」去る地点で、アキュムレータへ進入する。新たな溶融物のこの流れは持ち越し材料をプランジャの前面及び次のショットにおいて「ファーストアウト」(first out) となるアキュムレータの端部へ移動させる。これが、材料の持ち越しを実質上排除し、材料の劣化を最少化し、材料の１つの色をパージ即ち浄化して材料の新たな色に変えるのに必要な時間を大幅に減少させる。
【００２１】
本発明の全電動２段階射出ユニット設計はまた、機械の過剰な長さの問題を解決する。特に、可塑化スクリューの長さは射出ストローク及び対応するボールネジの長さに関連しない。これは、異なる中心線上のこれら２つの素子（可塑化スクリュー及びボールネジ）の独立の支持により達成され、もって、幅又は高さを増大させることなくコンパクトな長さを持つ機械を提供する。
【００２２】
開示された２段階射出ユニット形状の別の利点は、押出しスクリューをベルト駆動ではなく歯車駆動とすることができることである。ベルト及びプーリー装置は、中心がずれて駆動されたときに大型の可塑化スクリューへトルクを伝達するのに必要なベルトの長さ又はベルトの数のため、幾分制限される。可塑化スクリューの軸から離れるように射出機能を移動させると、スクリューへの機械的な減速歯車箱の強固な結合のための接近が可能になる。これは、射出ボールネジが可塑化スクリューと整合しているような全電動往復スクリュー式の射出ユニットにおいては不可能である。
【００２３】
本発明の２段階全電動設計は従来の全電動往復スクリュー式のユニットのものよりも優れたショット能力を有する全電動射出ユニットを可能にする。このように、本発明の電気的な２段階射出ユニットは改善された反復性、材料安定性及びショット寸法の精度に関する性能利得及び利益を提供することにより機械の一層大なる応用の可能性を有する。特に、２段階射出ユニットは、スクリューの端部における逆止め弁の必要性をを排除し、可塑化の要求からショット寸法を切り離せるようにし、ショット寸法の一層正確な制御のために（スクリューの直径に比べて）一層小さな直径の射出ピストンの使用を可能にすることにより、従来よりも優れた更なる利点を与える。
【００２４】
全体として、本発明は、従来の電動射出装置と比べた場合に、向上した能力を有し、増大したショット能力、改善されたショット制御、最少の材料持ち越し及び迅速な色変更を含む全電動射出ユニットを提供する。
【００２５】
発明を実施するための最良の形態
本発明は「典型的な」機械としての射出成形機のための２段階電気射出ユニット１４に関する。射出成形機の一般的な構造及び作動は周知なので、異なるか又は２段階電気射出に新たに使用する装置の態様を主として説明する。
【００２６】
本発明の装置は図１、２に示すような射出成形機１０に関連して使用される。成形機１０の一般的な形状は普通のクランプユニット１２及び２段階電気射出ユニット１４を含み、これら双方は細長い支持体即ちベース１６上に装着される。射出ユニット１４の素子は２段階射出ユニットにおいて電気モータ駆動技術を履行するように特に設計される。好ましくは、主要な素子は電動押出し器１８及び溶融アキュムレータ２０である。押出し器１８は連続可塑化を行うものであり、それ故、非往復運動送りスクリュー３０（図２）を有する。しかし、必要なら、本発明の概念はまた、往復送りスクリューを備えた２段階射出装置に適用することができる。
【００２７】
当業界で一般に知られているように、材料はホッパ２４の如き任意の便宜的な方法で押出し器へ供給される。スクリュー３０のための回転パワーはまたバレル３８内で回転するようにスクリュー３０を駆動する減速歯車箱２８に接続された電気モータ２６の如き普通の方法で提供される。スクリュー３０の運動が回転運動のみなので、駆動装置は往復運動をも行わねばならないスクリューを有する射出ユニットに比べて大幅に簡略化される。
【００２８】
アキュムレータ２０は本質的にバレル３２内で回転運動と直線運動とを行うことができるプランジャ３４を含む円筒状のバレル３２の形をした可変容積のリザーバである。プランジャ３４の端部は螺旋状のフライト３６を有することに留意されたい。バレル３２及びプランジャ３４の相対寸法は、プランジャ３４のストロークと共に、モールドを満たす必要のある溶融物の量に応じて変化する。溶融アキュムレータ２０の収縮においては、プランジャ３４が完全に伸びたときにバレル３２内に残る樹脂の量を最少化するような方法で、バレル３２及びプランジャ３４の端部形状を形状づけることが望ましい。これについては後述する。
【００２９】
プランジャ３４の直径及びストロークの長さを最適化することにより、全電動機械設計の重要な利点を実現できる。プランジャ３４の直径はモータの回転運動をプランジャ３４の直線運動に変換するボールネジのための荷重支持要求を満たす。しかし、一層大きなショット能力は比較的小さな直径で増大した長さのストロークを提供することにより２段階設計で容易に達成することができる。例えば、開示された２段階設計は５．５インチ（約１４ｃｍ）の直径のボールネジで２００００ｐｓｉにて作動できる２．７５インチ（約７ｃｍ）の直径のプランジャ３４で少なくとも１５０オンス（約４２５２グラム）の射出能力を生じさせる。これに対し、このような設計基準を備えた従来の全電動射出成形機は典型的には約３０オンス（約８５０グラム）のショット能力しか有しない。
【００３０】
溶融アキュムレータ２０の素子の寸法化に際し、本発明の利点は、プランジャ３４の直径に対するプランジャ３４の全ストロークの比率（この基準は往復スクリューの比率Ｌ／Ｄに似ている）が５倍又はそれ以上の場合に一層完全に実現される。この比率の１０ないし１５の範囲は特に有利であると思われる。アキュムレータ２０のこの形状は、一層高い射出圧力での（ショット寸法の精度及び反復性を改善する）一層長いストロークを提供しながら、商業的に入手できるボールネジの使用を可能にする。
【００３１】
押出し器１８の出口は適当な導管４２を介してアキュムレータ２０に接続する。押出し器１８とアキュムレータ２０への入口４０との間の適当な地点で、ボール逆止め弁４６又は他の適当な逆止め装置を設けて、導管４２を通る流れの方向を制御する。モールド空洞内へプラスチックを射出し、パック即ち詰め込み及びホールド即ち保持中に圧力を維持するようにアキュムレータ２０が作動するとき、逆止め弁４６が圧力差により押出し器１８内への溶融物の逆流を阻止する。アキュムレータ２０の出口は適当なノズル５６を介して射出モールド（図示せず）に接続される。
【００３２】
アキュムレータ２０のプランジャ３４は好ましくは電気機械駆動組立体６０（図２、３）により作動される。駆動組立体６０は好ましくはボールネジ６２と、支持ハウジング６６を備えたボールナット６４と、変速電気モータ６８と、モータ６８の直線運動を許容するモータ支持体７０とを有する。詳細には、ボールナット６４は好ましくは支持ハウジング６６内に担持され、荷重セル７６の如き適当な手段を介してハウジング６６に取り付けることにより回転しないように保持される。ボールネジ６２の被駆動端部はモータシャフト７８に接続し、ネジ６２の他端は継手７２によりアキュムレータ２０のプランジャ３４に接続される。好ましくは、継手７２は、アキュムレータ２０内に収容された溶融物に悪影響を及ぼすことなくボールネジ６２からの直線（水平）力をプランジャ３４へ有効に伝達するために射出中プランジャ３４に関してボールネジ６２を自由に回転（ネジ６２の右回転）させることのできる１方向クラッチ８６を有する。しかし、ボールネジ６２の逆回転（左回り回転）時には、１方向クラッチ８６が係合し、シリンダ３２内でプランジャ３４を回転させる。
【００３３】
モータ６８のシャフト７８がボールネジ６２に直接取り付けられているので、プランジャ３４を運動させるためにボールネジ６２が使用されるときに、モータ６８は前後に往復運動できなければならない。従って、モータ６８のための支持体７０は、プランジャ３４の運動に平行な（矢印Ａで示す）方向への直線運動を許容しながら、モータ６８の安定性を提供するように形状づけられる。もちろん、ボールネジ６２へのモータシャフト７８の接続は図示の位置から一層後方の位置でモータ６８の静止の装着を許容する細長いスプライン継手を介して達成できると考えることもできる。
【００３４】
ここで、本発明の２段階射出ユニット１４を組み込んだ射出成形機１０の作動サイクルを説明する。送りスクリュー３０が押出し器モータ２６によりバレル３８内で回転させられ、プラスチック溶融物としてアキュムレータ２０へ供給される材料の可塑化を開始させる。スクリュー３０の回転によりスクリュー３０の端部で圧力が発生し、ボール逆止め弁４６を移動（開弁）させ、導管４２を通してアキュムレータ２０内へ材料を流入させる。
【００３５】
アキュムレータ２０の入口４０は、バレル３２内へ流入する溶融物がプランジャ３４の端部でのフライト３６の上方を通過するように位置決めされる。流入する溶融物はフライト３６に沿って流れ、先のショットから持ち越された溶融物を掃除し、これをバレル３２の出口端の方へ移動させ、アキュムレータ２０内に圧力を発生させる。プラスチック溶融物の圧力があるレベルに達したとき、その圧力がプランジャ３４を後方へ押し始め、ボールネジ６２及びモータ６８をユニット１４の後部（図３）の方へ移動させる（支持ハウジング６６は静止したままである）。プランジャ３４が後方へ移動すると、継手７２を介してボールネジ６２に力が作用し、ボールネジ６２を同様に後方へ移動させる。ボールネジ６２がボールナット６４を通って移動するとき、ボールネジは逆（左回り）方向に回転する。ボールネジ６２のこの逆回転は１方向クラッチ８６の係合を介してプランジャ３４に伝達される。プランジャ３４の回転は更に新たな溶融物の掃拭作用を向上させることによりフライト３６から持ち越された材料を掃除する補助を行う。
【００３６】
必要なら、プランジャ３４（及びボールネジ６２）の後方運動の速度をモータ６８により制御することができる。特に、モータ６８はボールネジ６２の回転を妨げてプランジャ３４の後方運動を減速させ、プラスチック溶融物の背圧を増大させるブレーキとして使用することができる。代わりに、モータ６８はボールネジ６２の回転及び後方運動を加速して、プランジャ３４の後方移動速度を増大させ、溶融物の背圧を減少させるために使用することができる。いずれの場合も、ボールネジ６２の回転速度はクラッチ８６によりプランジャ３４へ伝達される。
【００３７】
モールド空洞を満たすのに必要なプラスチック溶融物の十分なチャージがアキュムレータ２０内のプランジャ３４の前方に蓄積されたときに、押出し機能が完了し、送りスクリュー３０の回転が停止する。押出し機能と同時に、クランプユニット１２が閉じるように作動し、プラスチック溶融物を受け入れるモールドに圧力を発生させる。
【００３８】
射出機能を開始させるため、モータ６８が右回りに回転し、ハウジング６６により拘束されたボールナット６４を通してボールネジ６２を前進させる。ネジ６２の並進（直線）運動はアキュムレータ２０内に収容されたプランジャに伝達される。しかし、ネジ６２の回転はプランジャ３４に伝達されない。ネジ６２が右回りに回転するときは１方向クラッチ８６が係合解除されるからである。静止のモータ装着部を有する組立体を除いて、上述のように、モータ６８はまた、プランジャ３４がアキュムレータ２０のシリンダ３２内で直線的に移動するときに、ボールネジ６２と共に（同じ組立体の一部なので）並進運動を有する。
【００３９】
プランジャ３４の前進運動は蓄積されたプラスチック溶融物をノズル５６を通してモールド空洞内へ圧送させる。プランジャ３４の運動により生じた射出圧力は、押出し器１８内への溶融樹脂の移送を阻止するような位置へボール逆止め弁４６を移動させる。大半の材料がモールド空洞内へ移送された後、射出アキュムレータ２０が詰め込みを開始し、次いで「保持」を行い、成形部品が適正に形成されるまで材料上に適正な圧力を維持する。射出アキュムレータ２０がサイクルの「保持」位置に達したとき、材料が空になる。換言すれば、プラスチック溶融物の射出は、シリンダ３２内でプランジャ３４を前方へ迅速に移動させ、溶融物を射出アキュムレータ２０の出口を通して流通させ、ノズル５６を通してモールド内へ流入させるのに十分な力を加えることにより、達成される。サイクルにおけるこの近似点は図２に示す形状により特定することができる。アキュムレータ２０内のプランジャ３４はバレル３２内で完全に前方に位置し、射出機能を完了させる。
【００４０】
射出プロセスの一部として、プラスチック溶融物が繰り返しのサイクルにわたって静止状態を維持して劣化するような材料（後に良好な材料と混合し、悪質な部品を形成するように射出される）の流れ経路内での「デッド」スポットを回避するのが極めて望ましい。従って、プランジャ３４の端部とバレル３２の出口との間の適合形状がショットの完了後にアキュムレータ２０内に残る材料の量を最少にする。重要な持ち越し材料はフライト３６内にあるもののみであり、これは、次のショットが蓄積（し、次の作動サイクル中にモールド内へ射出）するときに新たな溶融物の流入及びプランジャ３４の回転により「掃拭」清掃される。
【００４１】
十分な保持／冷却時間の後、射出アキュムレータ２０により保持された圧力がモールドの減圧中に解除され、この減圧はプランジャ３４を僅かに引き戻すことで行うことができる。クランプ１２はモールドを開き、部品を排出し、次いで次のサイクルを開始させるために再度閉じるように作動する。プランジャ３４による圧力が解除された直後に、射出ユニット１４は送りスクリュー３０の回転を開始させ、上述の押出し機能を開始させ、作動の別のサイクルを開始させる。
【００４２】
産業上の利用可能性
本発明は、大容量射出が必要な電気的な機械への応用にとって特に適した全電動作動のための安価で信頼性のある２段階射出装置を提供する。主な特徴は、作動上の性能を維持する設計において所望のショット能力を達成するような方法で射出軸ストローク／直径（比率）を大幅に増大させるために長いストロークにわたって運行する比較的小さな直径のプランジャを使用することである。この新規な形状はまた、ボールの負荷及び循環を最適化して潤滑を改善し、使用寿命を増大させるために関連するボールネジ機構の十分な横断運動を提供することにより、素子の信頼性を向上させる。
【００４３】
添付図面に示された好ましい実施の形態に従って本発明をある程度詳細に説明し、好ましい実施の形態をある程度詳細に説明したが、本発明はこのような詳細に限定されることを意図するものではない。これとは逆に、本発明の要旨内でのすべての修正、変形及び等価を含むことを意図するものである。例えば、ベルト及びプーリーとして駆動継手を一般的に説明したが、適当な歯車装置の如き他の機械的な継手を使用して同じ機能を遂行することができる。更に、上述のボールネジ及びボールナットの代わりに、ローラネジ及びナットの如き他の装置又は機構を使用して、アキュムレータのプランジャ３４に直線運動を伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る２段階電気射出ユニットを有する射出成形機の破断側立面図である。
【図２】  図１に示す成形機の２段階電気射出ユニットの部分断面拡大図である。
【図３】  溶融アキュムレータ及び機械的な駆動素子に焦点をあてた図２に示す射出ユニットの一層詳細な拡大図である。
【図１】
0004383658.tif 000002
【図２】
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【図３】
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