JP2006240308A

JP2006240308A - 射出成形機

Info

Publication number: JP2006240308A
Application number: JP2006129085A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Koide; 淳小出
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】成形機本体の小型コンパクト化及び騒音の低減に寄与するとともに、制御の応答性，制御精度，制御の正確性及び剛性化による制御の安定性を高め、また、サーボモータのロータシャフトに対して偏荷重がかかる不具合を解消する。
【解決手段】可動部２となる型締装置Ｍｃの可動盤１０４をサーボモータ３及びボールねじ機構４により進退駆動する駆動機構１を備える射出成形機Ｍを構成するに際して、サーボモータ３のロータシャフト７の端面から軸方向に形成した凹部１１に、可動盤１０４を進退移動させるボールねじ機構４のナット部６の端部を挿入し、規制部１２によりロータシャフト７に対するナット部６の相対回転を規制して、ナット部６の端部とロータシャフト７の端部を直結した直結構造８を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、可動部となる型締装置の可動盤をサーボモータ及びボールねじ機構により進退駆動する駆動機構を備える射出成形機に関する。

従来、可動部をサーボモータ及びボールねじ機構を備える駆動機構により進退駆動するようにした射出成形機は、特公平８−２５６７号公報及び特開平１０−１５１６５３号公報等で知られている。

ところで、この種の射出成形機は、通常、ボールねじ機構のナット部にスクリュの後端を結合するとともに、成形機本体の側方にサーボモータを配設し、サーボモータの回転は回転伝達機構を介してボールねじ機構のボールねじ部に伝達する。これにより、サーボモータから伝達される回転運動はボールねじ機構により直進運動に変換され、この直進運動に基づいてスクリュが進退移動する。また、回転伝達機構は、サーボモータのロータシャフトに取付けた歯付駆動プーリと、ボールねじ機構のボールねじ部に取付けた歯付被動プーリと、歯付駆動プーリと歯付被動プーリ間に架け渡したタイミングベルトにより構成されている。
特公平８−２５６７号特開平１０−１５１６５３号

しかし、上述した従来の射出成形機は、次のような問題点があった。

第一に、回転伝達機構を配設するためのスペースが必要になり、成形機本体の大型化を招くとともに、騒音の発生や剛性の低下を招く。特に、剛性の低下は、ゲイン（制御定数）を大きくできなくなるため、制御が不安定になる。

第二に、回転伝達機構を介して回転が伝達されるため、制御の応答性，制御精度及び制御の正確性の低下を招くとともに、サーボモータのロータシャフトに対してタイミングベルトから偏荷重がかかる不具合を生じる。

本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、成形機本体の小型コンパクト化及び騒音の低減に寄与するとともに、制御の応答性，制御精度，制御の正確性及び剛性化による制御の安定性を高め、しかも、サーボモータのロータシャフトに対して偏荷重がかかる不具合を解消できる射出成形機の提供を目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するため、可動部２となる型締装置Ｍｃの可動盤１０４をサーボモータ３及びボールねじ機構４により進退駆動する駆動機構１を備える射出成形機Ｍを構成するに際して、サーボモータ３のロータシャフト７の端面から軸方向に形成した凹部１１に、可動盤１０４を進退移動させるボールねじ機構４のナット部６（又はボールねじ部５）の端部を挿入し、規制部１２によりロータシャフト７に対するナット部６（又はボールねじ部５）の相対回転を規制して、ナット部６（又はボールねじ部５）の端部とロータシャフト７の端部を直結した直結構造８を有することを特徴とする。これにより、サーボモータ３の回転は、回転伝達機構を介することなくボールねじ機構４のナット６に対して直接伝達される。

このような構成を有する本発明に係る射出成形機Ｍによれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１）タイミングベルトを有する回転伝達機構は不要となり、成形機本体の小型コンパクト化及び騒音の低減に寄与できる。また、剛性化によりゲイン（制御定数）を大きくできるため、制御の安定性を高めることができる。

（２）サーボモータ３からボールねじ機構４に対して、低速かつ高トルクの回転出力が直接伝達されるため、制御の応答性，制御精度及び制御の正確性を飛躍的に高めることができるとともに、サーボモータ３のロータシャフト７に対してタイミングベルトから偏荷重がかかる不具合を解消できる。

（３）ロータシャフト７の端面に形成した凹部１１に、ナット部６（又はボールねじ部５）の端部を挿入し、規制部１２により規制する直結構造８を採用するため、結合部分はロータシャフト７の外径よりも大きくならない利点がある。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る射出成形機Ｍの理解を容易にするため、射出成形機Ｍの全体構成について、図１〜図６を参照して説明する。

図１は、射出成形機Ｍの射出装置Ｍｉを示す。同図中、２０は機台であり、この機台２０の上面には離間した射出台２１と射出駆動台２２を設置する。射出台２１と射出駆動台２２間には四本のガイドシャフト２３…（図５参照）を架設し、このガイドシャフト２３…に前スライダ２４とこの前スライダ２４に対して別体の後スライダ２５をそれぞれスライド自在に装填する（図２参照）。

前スライダ２４は、内側に中空部を有する筒形に形成し、この中空部に配したベアリング２６によりスクリュカップリング２７を回動自在に支持するとともに、前スライダ２４の外側上面には計量用のサーボモータ２８を配設する。また、スクリュカップリング２７の前端には歯付被動プーリ２９を取付けるとともに、サーボモータ２８のロータシャフト３０には歯付駆動プーリ３１を取付け、さらに、歯付被動プーリ２９と歯付駆動プーリ３１間に、タイミングベルト３２を架け渡して回転伝達機構を構成する。一方、射出台２１の前端面には、加熱筒３３の後端を取付ける。加熱筒３３は後部にホッパー３４を備えるとともに、内部にはスクリュ２ｓ（可動部２）を挿入し、このスクリュ２ｓの後端をスクリュカップリング２７（歯付被動プーリ２９）の中央に結合する。

他方、前スライダ２４の後端にはベアリング保持リング３６を取付けるとともに、このベアリング保持リング３６の後端面に、図６に示すように、ロードセル３７の外環部３７ｏを複数の固定ねじ３８…により固定する。また、ベアリング保持リング３６には、四つの規制ストッパ３９…を取付け、この規制ストッパ３９…により後スライダ２５を規制する。なお、各規制ストッパ３９…はロードセル３７とは接触しない。一つの規制ストッパ３９（他も同じ）は、一定の長さを有するガイドパイプ４０と、このガイドパイプ４０の先端に配したストッパリング４１と、ガイドパイプ４０とストッパリング４１に挿通してベアリング保持リング３６に固定する固定ねじ４２からなり、このガイドパイプ４０が後スライダ２５に設けたガイド孔４３に挿通して当該後スライダ２５をスライド自在にガイドする（図５参照）。この場合、後スライダ２５が前後方向へ所定のストロークＬｓだけ相対変位自在となるように、ガイドパイプ４０…の長さを選定する。このストロークＬｓは後スライダ２５を後方へ変位させた際に、ロードセル３７に対する接触が解除される僅かなストロークで足りる。これにより、後スライダ２５は、前方へ変位することにより前端面がロードセル３７の内環部３７ｉに当接し、後方へ変位することによりストッパリング４１…により規制される。また、ロードセル３７の内環部３７ｉと外環部３７ｏ間は、比較的薄肉の中間起歪部３７ｍとなり、この中間起歪部３７ｍに設けた複数の歪ゲージ３７ｇ…は、コントローラ４４の入力側に接続する。

一方、後スライダ２５は駆動機構１に接続し、この駆動機構１により進退駆動せしめられる。そして、後スライダ２５の後端面にはボールねじ機構４のナット部６の前端を複数の固定ねじ５０…により固定する。他方、射出駆動台２２は、内側に中空部を有し、この中空部に配したベアリング５１によりボールねじ機構４のボールねじ部５の後端軸部５２を回動自在に支持する。なお、５３は射出駆動台２２の前端面に固定したベアリング保持リングである。

また、射出駆動台２２の後端面には、複数の固定ねじ５４…により射出用のサーボモータ３を取付ける。サーボモータ３は、図３に示すように、非磁性体により形成したケーシング６０を備え、このケーシング６０の内部に、前後一対のベアリング６１，６２を介して非磁性体のロータシャフト７を回動自在に支持する。ケーシング６０の内部に位置するロータシャフト７の外周には周方向へ等間隔に配した四つのマグネット６３…を固定してロータ部（マグネットロータ）６４を構成する（図４参照）。この場合、できるだけ磁束密度が高くなるように、マグネット６３…の種類及び大きさを選定する。なお、６５…は各マグネット６３…間に設けたスペーサである。

一方、ケーシング６０の内周面であって、ロータ部６４に対向する位置には、ステータ部６６を設ける。ステータ部６６は、リング状に形成した多数のケイ素鋼板を積層することにより筒状に構成した継鉄部６７を有し、この継鉄部６７の内側には周方向へ一定のピッチで形成した多数のコア部６８…を有する。そして、各コア部６８…には、それぞれステータコイル６９…を巻回（装着）する。この際、コア部６８…の数量（スロット数）はできるだけ多くし、望ましくは三十六以上に設定することにより、前記マグネット６３…による高い磁束密度と合わせて、低速かつ高トルクの回転を出力する同期型のＡＣサーボモータを構成する。このサーボモータ３は、図６に示すように、コントローラ４４の出力側に接続する。

また、ロータシャフト７の前端部７ｓとボールねじ機構４のボールねじ部５（後端軸部５２）の後端部５ｓは、図３に示すように直結する。直結する際の構造は、ロータシャフト７の端面７ｆから軸方向に形成した凹部１１に、ボールねじ部５の後端部５ｓを挿入し、かつ規制部１２によりロータシャフト７に対するボールねじ部５の相対回転を規制する直結構造８を用いる。この場合、規制部１２は、図４に示すように、凹部１１の内周面に形成した軸方向の凹溝７０と、後端部５ｓの外周面に形成した軸方向の凹溝７１と、この凹溝７０と凹溝７１に跨がる一本の平行ピン７２を有する。このように構成する直結構造８は、ロータシャフト７の外径よりも大きくならない利点がある。

これにより、サーボモータ３の回転は、ボールねじ機構４のボールねじ部５に対して直接伝達される。よって、タイミングベルトを有する回転伝達機構は不要となり、成形機本体の小型コンパクト化及び騒音の低減に寄与できる。また、剛性化によりゲイン（制御定数）を大きくできるため、制御の安定性を高めることができる。

さらに、ケーシング６０の後端面には、ロータ部６４の回転数（回転速度）を検出するロータリエンコーダ１３を付設する。ロータリエンコーダ１３は、ロータ部６４の回転速度が低速であっても正確に検出できるように、特に、高分解能に構成する。即ち、ロータ部６４の一回転当たりに得られるパルス数ができるだけ多くなるように構成する。具体的には、一回転当たり２０，０００パルス以上、理想的には４０，０００パルス以上が望ましい。

このように構成する射出装置Ｍｉの動作、特に、射出工程における動作は、次のようになる。

今、射出成形機Ｍは、計量工程の終了した状態にあるものとする。したがって、スクリュ２ｓは後退した射出開始位置に位置する。射出工程の開始により、サーボモータ３はコントローラ４４により駆動制御され、ロータシャフト７が回転する。ロータシャフト７の回転はボールねじ機構４のボールねじ部５に伝達され、ボールねじ部５の回転によりナット部６が前進する。この結果、ナット部６を取付けた後スライダ２５，ロードセル３７，ベアリング保持リング３６，前スライダ２４，スクリュカップリング２７が一体に前進するため、スクリュ２ｓも前進移動し、スクリュ２ｓの前方に計量された樹脂は、不図示の金型内に射出充填される。

この際、サーボモータ３からボールねじ機構４のボールねじ部５に対して、低速かつ高トルクの回転出力が直接伝達されるため、制御の応答性，制御精度及び制御の正確性が飛躍的に高められるとともに、サーボモータ３のロータシャフト７に対してタイミングベルトから偏荷重がかかる不具合も解消される。

また、スクリュ２ｓの前進移動時におけるスクリュ位置及び射出速度は、分解能の高いロータリエンコーダ１３により検出されるため、スクリュ位置及び射出速度は正確かつ高精度に制御される。さらに、射出工程におけるナット部６は、図６に示すように、矢印Ｈ方向に移動するため、後スライダ２５の前端部はロードセル３７の内環部３７ｉに圧接し、ロードセル３７から検出される圧力に基づいて射出圧力及び保圧力等の圧力制御が行われる。この際、後スライダ２５はロードセル３７に対して接触するのみであり、また、後スライダ２５はガイドシャフト２３…に装填されているため、ナット部６に対してボールねじ部５から付与される回転方向の応力（荷重）は、後スライダ２５により受け止められ、ロードセル３７に付与される不具合は生じない。よって、正確で高精度の圧力検出を行うことができる。

次に、本実施形態に係る射出成形機Ｍの要部構成である型締装置Ｍｃについて、図７を参照して説明する。

図７中、１００は機台であり、この機台１００の上面には、離間した固定台１０１と型締駆動台１０２を設置する。固定台１０１と型締駆動台１０２間には四本のタイバー１０３…を架設し、このタイバー１０３…に可動盤１０４をスライド自在に装填する。そして、固定台１０１には固定型１０５を取付けるとともに、可動盤１０４には可動型１０６を取付ける。また、型締駆動台１０２と可動盤１０４間には、型締機構２ｃを構成するトグル機構１０９を架設する。さらに、型締駆動台１０２の外端面には、サーボモータ３を取付けるとともに、型締駆動台１０２により、ベアリング１１０を介してボールねじ機構４のナット部６を回動自在に支持する。ボールねじ機構４のボールねじ部５の先端部は、トグル機構１０９の入力端（クロスヘッド）１０９ｉに結合する

一方、ナット部６の端部とサーボモータ３のロータシャフト７は、図３に示した直結構造８と同様の構造により直結する。即ち、図３に示したボールねじ部５の端部５ｓを、図７に示すナット部６の端部に置換すればよい。なお、直結構造８の具体的な構成は、既に図３を用いて説明したため、その具体的な説明は省略する。

よって、サーボモータ３を回転駆動すれば、ナット部６が回転し、ボールねじ部５が進退移動することにより、可動型１０６と固定型１０５からなる金型の開閉を行うことができる。なお、図７に示すサーボモータ３も図３に示したサーボモータ３と同じであり、また、同様に動作する。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、直結構造８は、ロータシャフト７の端面７ｆに凹部１１を形成したが、ボールねじ部５の端部に凹部を形成し、この凹部にロータシャフト７の端部を挿入してもよい。また、直結構造８は、例示の構造が好適であるが、他の構造を有する直結構造、例えば、スプライン結合等の使用を排除するものではない。なお、ボールねじ機構には、いわゆるローラねじ機構も含まれる。

本発明に係る射出成形機に備える射出装置の一部断面側面図、同射出装置の一部を示す平面図、同射出装置に用いるサーボモータの模式的断面側面構成図、同射出装置に用いるサーボモータの一部を示す模式的断面正面構成図、同射出装置における後スライダの背面図、同射出装置におけるロードセル及び周辺構造を含む断面側面図、本発明の最良の実施形態に係る射出成形機の型締装置の側面構成図、

符号の説明

１：駆動機構，２：可動部，３：サーボモータ，４：ボールねじ機構，５：ボールねじ部，６：ナット部，７：ロータシャフト，８：直結構造，１１：凹部，１２：規制部，１０４：可動盤，Ｍ：射出成形機，Ｍｃ：型締装置

Claims

可動部となる型締装置の可動盤をサーボモータ及びボールねじ機構により進退駆動する駆動機構を備える射出成形機において、前記サーボモータのロータシャフトの端面から軸方向に形成した凹部に、前記可動盤を進退移動させるボールねじ機構のナット部又はボールねじ部の端部を挿入し、規制部により前記ロータシャフトに対する前記ナット部又は前記ボールねじ部の相対回転を規制して、前記ナット部又は前記ボールねじ部の端部と前記ロータシャフトの端部を直結した直結構造を有することを特徴とする射出成形機。