JP4027381B2 - 射出成形機の射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に関する。特に、射出スクリュにかかる樹脂圧力を検出する荷重検出器を備えた射出成形機の射出装置に関する。

射出成形機の射出装置において、スクリュ式射出装置（スクリュ・イン・ライン式射出装置）は、射出スクリュを回転させることによって、加熱シリンダ内の樹脂を溶融混練し、かつ、射出スクリュで樹脂に背圧を与えながら後退させ、その後退位置で溶融樹脂を計量する。その後、スクリュを前進させることによって、溶融した樹脂を金型内に射出するものである。
そのため、射出装置としては射出スクリュを回転させる機構と射出スクリュを軸方向に駆動し樹脂を射出するための機構を備える必要がある。

射出スクリュを回転自在で軸方向移動不能に取り付けたプッシャープレートを設け、該プッシャープレートに、射出スクリュを回転させるプーリと、該プーリを、ベルトを介して駆動するスクリュ回転用のモータを設け、さらに、該プッシャープレートを射出スクリュ軸方向に駆動して射出スクリュにより樹脂を射出させるための推力駆動手段を設けて射出装置を構成し、さらに、射出スクリュにかかる圧力を検出するためのロードセル等の加重検出器を有する射出機構は公知である（特許文献１、２）。

ロードセル等の荷重検出器は加熱シリンダ内の樹脂圧力を検出するものであり、計量工程時には、この荷重検出器で検出された樹脂圧力は背圧制御に利用される。又、射出保圧工程においては、この検出樹脂圧力は、射出圧力のフィードバック制御、保圧圧力のフィードバック制御等に利用されるものであり、樹脂圧力をより精度高く検出することが望まれる。

スクリュを回転させる手段として、プーリとベルトの伝動機構を用いるものにおいて、モータに設けられた駆動プーリと射出スクリュ側に設けられた従動プーリ間には張設されたベルトがかけられる。この張設されたベルトによって、射出スクリュ側に設けられたプーリに該プーリの径方向に力が作用して、プーリが取り付けられた軸にモーメントが発生したり、射出機構部の摩擦力に変化が生じ、ロードセルで検出する樹脂圧力に影響がでる。これを防止するようにした発明も公知である（特許文献３、４参照）。

特開平２−１６０２３号公報 特開平９−１７４６２８号公報 特開２０００−１１７７８９号公報 特開２０００−３３４７８９号公報

プッシャープレートに回転自在で軸方向移動不能に取り付けられた射出スクリュを回転させる手段として、プッシャープレートにスクリュ回転用のモータを取り付け、該モータの出力軸に取り付けた駆動プーリと射出スクリュ側に設けた該射出スクリュを回転させるための従動プーリとの間にタイミングベルト等のベルトを張設して、該ベルト伝動機構で射出スクリュを回転させるようにした射出装置において、張設されたベルトによって駆動プーリに、その径方向に力が作用し、この力がモータを介して該モータが取り付けられたプッシャープレートにも作用し、該プッシャープレートに設けられたロードセル等の荷重検出器の樹脂圧力検出に悪影響を与える。
そこで、本発明は、このモータ側から受ける張設されたベルトによって発生した力の影響を荷重検出器まで及ばないようにすることを目的とするものである。

本発明は、射出方向に直線移動可能な第一の部材に、該第一の部材の後側に配置されるプーリを固着したプーリ軸を回転自在に支持し、前記プーリ軸と回転伝達部材とが回転方向における相対的な移動だけを拘束され連結され、かつ、前記回転伝達部材の前面に射出スクリュ後端を取付け、前記第一の部材の前面に取付けられた荷重検出器の内環部に前記回転伝達部材を回転自由にかつ軸方向移動不能に取付け、射出スクリュに作用する樹脂圧力を荷重検出器にて計測する機構において、前記第一の部材とは別体の第二の部材を第一の部材の後面に固着し、前記第一の部材を直線移動させる推力駆動手段が前記第二の部材に取付けられ、さらに、この第二の部材に前記プーリをベルトを介して駆動するスクリュ回転用モータが取付けられ、前記第一の部材と第二の部材の固着は、前記スクリュ回転用モータが取り付けられている近傍は、前記第一の部材と第二の部材は密着されず他の部分で密着固定されていることを特徴とする射出成形機の射出装置である。
又、前記第二の部材に前記スクリュ回転用モータを取り付ける取付部を延出して設け、該取付部の根元部分から離れた位置で前記第一の部材と第二の部材が密着固定されているものとした。

第一の部材に取り付けられたプーリ軸とスクリュ回転用モータ間に設けられたベルトの張力によって、スクリュ回転用モータは第二の部材側に引き寄せられ、その力で第二の部材は変形するが、荷重検出器が取り付けられた第一の部材と第二の部材は、別体で構成されていることから、第一の部材は前記ベルトの張力による影響は受けず、高精度な樹脂圧力を検出することができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の射出装置の説明図であり、中央部で切断した断面図で示している。
射出スクリュ１７は、フロントプレート１６に取り付けられた加熱シリンダ１８に挿入され、その後端軸は回転伝達部材４に固定されている。回転伝達部材４は、荷重検出器としてのロードセル３の内環部３ｂに軸受け５，６を介して回転可能で、軸方向移動不能に取り付けられている。ロードセル３の外環部３ａはプッシャープレート（第一の部材）１に固定されている。プッシャープレート１には、軸受け８を介して従動プーリ９が取り付けられた従動プーリ軸７が回転可能で軸方向移動不能に取りつけられている。該従動プーリ軸７と回転伝達部材４は回転方向における相対的な移動だけを拘束する連結手段で連結されている。この実施形態ではスプライン結合によって連結されている。スプライン結合の代わりにキーとキー溝によって連結するようにしてもよい。

さらに、プッシャープレート（第一の部材）１には、ハウジング（第二の部材）２が固定されており、該ハウジング２には、射出スクリュ１７、プッシャープレート１を軸方向（図１において左右方向）に駆動して加熱シリンダ１８内の溶融樹脂を金型（図示せず）内に射出するための推力駆動手段が連結されている。この第１の実施形態では、この推力駆動手段をボールねじ／ナット機構１３とモータで構成し、該ボールねじ／ナット機構１３のボールねじナット１３ｂが固定されている。又、ハウジング２の両側（射出スクリュ軸方向から見て両側、図２参照）には、射出スクリュ１７の回転を駆動するスクリュ回転用モータ１２を取り付ける一対のモータ取付部２ａが延出している。該一対のモータ取付部２ａ間にスクリュ回転用モータ１２が取り付けられ、該モータ１２の出力軸に設けられた駆動プーリ１１と従動プーリ９間にはタイミングベルト１０が張設されている。

ボールねじ／ナット機構１３のボールねじ軸１３ａは、エンドプレート１５に軸受け１４で回転自在に取り付けられ、その先端には、ボールねじ軸１３ａを回転させるための従動プーリ１９が取り付けられている。該従動プーリ１９には、図示していないが、射出スクリュ１７を軸方向に駆動する射出用のモータの出力軸に設けた駆動プーリとの間にタイミングベルトが張設されており、この射出用モータの駆動によって、射出スクリュ１７，プッシャープレート１等を軸方向に駆動する。なお、ボールねじナット１３ｂはボールねじ軸１３ａのねじ部に螺合している。又、フロントプレート１６とエンドプレート１５間にはプッシャープレート１をガイドするガイドバー（図示せず）が設けられており、プッシャープレート１はこのガイドバーでガイドされて、射出スクリュ１７の軸方向（図１において左右方向）に移動可能である。プッシャープレート１をガイドする手段はリニアガイドでも良い。

次に、この射出装置の動作を説明する。計量混練時にはスクリュ回転用モータ１２が駆動され、駆動プーリ１１、タイミングベルト１０を介して、従動プーリ９が駆動され回転し、該従動プーリ９が固定された従動プーリ軸７、該従動プーリ軸７とスプライン結合する回転伝達部材４、及び該回転伝達部材４に取り付けられた射出スクリュ１７が回転する。射出スクリュ１７が回転することによって、加熱シリンダ１８内に供給された樹脂が溶融され、その溶融樹脂の圧力で射出スクリュ１７は後退（図１で右方向）する。この射出スクリュ１７の後退力は回転伝達部材４に伝達され、軸受け５を介してロードセル３に加わり、該ロードセル３を介してプッシャープレート１に加わり、該プッシャープレート１及びハウジング２を後退させようとする。

一方、射出用サーボモータを駆動することによって、背圧を発生させる。すなわち、射出用サーボモータを駆動して従動プーリ１９及びボールねじ軸１３ａを回転させて、ボールねじナット１３ｂを前進させ、ハウジング２、プッシャープレート１を前進（図１において左方向）させる設定背圧に対応する力を発生させるが、樹脂圧力がこの設定背圧より大きくなると、射出スクリュ１７、回転伝達部材４、ロードセル３、プッシャープレート１、ハウジング２は後退することになる。この間、射出スクリュ１７の後退力が回転伝達部材４を介してロードセル３の内環部３ｂに作用し、プッシャープレート１に固定された外環部３ａとの間に歪みが生じ、樹脂圧力が検出される。

又、射出、保圧工程時には、スクリュ回転用モータ１２の駆動を停止し、射出用モータを駆動して、従動プーリ１９を介してボールねじ軸１３ａを回転させる。その結果、該ボールねじ軸１３ａのネジと螺合するボールねじナット１３ｂは、ハウジング２に固定されていることから、回転せず、ボールねじ軸１３ａの軸に沿って前進し、該ボールねじナット１３ｂに固定されたハウジング２，該ハウジング２が固定されているプッシャープレート１を前進させ、プッシャープレート１に取り付けられたロードセル３、軸受け５を介して回転伝達部材４及び該回転伝達部材４に固定された射出スクリュ１７を前進させて射出を行う。又、保圧工程時においても、射出用モータが駆動されて、プッシャープレート１を介して射出スクリュ１７により設定保圧圧力で樹脂に圧力を加える。

この射出、保圧工程時においても、ロードセルの外環部３ａには、射出用モータの駆動によって発生するプッシャープレート１を前進させようとする力が作用し、ロードセルの内環部３ｂには、射出スクリュ１７に加わる樹脂圧力が作用し、ロードセルの外環部３ａと内環部３ｂとの間に歪みが生じ、樹脂圧力が検出される。

以上のように、この実施形態の射出装置は動作するものであるが、スクリュ回転用モータ１２の出力軸に設けられた駆動プーリ１１と従動プーリ９間にはタイミングベルト１０が張設されており、このタイミングベルト１０により、スクリュ回転用モータ１２は、ハウジング側に引き寄せられる力が作用し、従動プーリ９には、スクリュ回転用モータ１２側へ引き寄せられる力が作用する。そのため軸受け８でプッシャープレート１に軸支された従動プーリ軸７にはモーメントがかかるが、従動プーリ軸７と回転伝達部材４間は、スプラインで結合されており、このスプライン結合の遊びより軸受け８の遊びの方が小さいことから、従動プーリ軸７に加わったモーメント力は、軸受け８によって支えられることになる。

一方、タイミングベルト１０の張力によりモータ軸に取り付けられた駆動プーリ１１をハウジング２側に引き寄せられる力は、スクリュ回転用モータ１２、モータ取付部２ａを介してハウジング２本体に作用する。本発明は、このハウジング２に作用するこの力がプッシャープレート１を介してロードセル３に影響を与えないように、プッシャープレート１とスクリュ回転用モータが取り付けられるハウジング２を別体に構成し連結している点に特徴を有するものである。

図２は、プッシャープレート１とハウジング２の接合面で、図１において紙面垂直方向に切断した断面図（射出スクリュ１７側の前方から見た図）である。
プッシャープレート１とハウジング２は、編み目を施して示された接合部２ｂの部分で密接されボルト等で固定されている。スクリュ回転用モータ１２を取り付ける、ハウジング２の両側で延出する一対のモータ取付部２ａの根元部２ａ’部分においては、ハウジング２とプッシャープレート１は密接されておらず、固定されていない。タイミングベルト１０の張力により駆動プーリ１１、スクリュ回転用モータ１２、モータ取付部２ａを介してハウジング２に作用する力は、このモータ取付部根元２ａ’に集中して作用し、モータ取付部根元２ａ’近傍において、ハウジング２は集中して歪む。このモータ取付部根元２ａ’の近傍は、プッシャープレート１に接続されておらず、モータ取付部根元２ａ’から離れた位置でハウジング２とプッシャープレート１は接合されていることから、前記モータ取付部根元２ａ’近傍に集中した歪みは拡散し、プッシャープレート１には伝わらず、ロードセル３に悪影響を与えることはない。

図３は、本発明の第２の実施形態の射出装置の説明図であり、中央部で切断した断面図である。又、図４は、図２と同様に、プッシャープレート１とハウジング２の接合面で、図３において紙面垂直方向に切断した断面図（射出スクリュ１７側の前方から見た図）である。
この第２の実施形態は、射出スクリュ１７を軸方向に駆動する推力駆動手段の構成が第１の実施形態と異なる点、及び、プッシャープレート１とハウジング２の接合面が異なる点で、相違するのみである。
この第２の実施形態では、エンドプレート１５に推力駆動手段を構成するボールねじ／ナット機構１３のボールねじナット１３ｂが固定されており、該ボールねじナット１３ｂにボールねじ軸１３ａのねじ部が螺合している。そして、ボールねじ軸１３ａの他端は、軸受け１４で、ハウジング２に回転可能で軸方向移動不能に取り付けられている。又、ボールねじ軸１３ａのハウジング２側には、従動プーリ１９が取り付けられており、図示しない射出用モータの出力軸に取り付けられた駆動プーリ間にタイミングベルトが張設されている。

又、ハウジング２とプッシャープレート１において、図４に編み目を施した２ｃ、２ｄが接合部を構成し、この接合部２ｃ，２ｄでハウジング２とプッシャープレート１が接合しボルト等で固定されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。また、この射出装置の動作においても、射出用モータの駆動によって、従動プーリ１９が駆動されて、ボールねじ軸１３ａが回転する。このボールねじ軸１３ａがエンドプレート１５に固着されたボールねじナット１３ｂと螺合していることから、ボールねじ軸１３ａは回転するとともに軸方向に移動し、該ボールねじ軸１３ａに軸方向移動不能に固定されたハウジング２，該ハウジング２に固定されたプッシャープレート１を軸方向に移動させることになり、射出スクリュ１７を軸方向に移動させ、射出等を行うことになる。この推力駆動手段の動作が第１の実施形態と少し相違するのみで、他の動作は図１に示した第１の実施形態と同一である。

一方、図４に示すように、ハウジング２とプッシャープレート１の接合部２ｃ、２ｄは、延出したモータ取付部２ａの根元２ａ’から離れた位置に設けられている。第１の実施形態と同様に、タイミングベルト１０の張力により駆動プーリ１１、スクリュ回転用モータ１２、モータ取付部２ａを介してハウジング２に作用する力は、このモータ取付部根元２ａ’に集中して作用し、モータ取付部根元２ａ’近傍において、ハウジング２は集中して歪む。モータ取付部根元２ａ’と接合部２ｃ、２ｄとは離れた位置にあるため、この集中した歪みは拡散し、プッシャープレート１には伝わらず、該プッシャープレート１に取り付けられたロードセル３に悪影響を与えることはない。

上述した各実施形態では、ボールねじ軸が回転し、ボールねじナットが固定されている例を示したが、ボールねじ軸を固定し、ボールねじナットを回転させるものでもよい。
また、推力駆動手段としてボールねじ／ナット機構１３を用いたが、これに代えて、リニアモータで構成してもよいものである。

本発明の第１の実施形態の射出装置の説明図である。 同第１の実施形態において、プッシャープレートとハウジングの接合面で、図１において紙面垂直方向に切断した断面図である。 本発明の第２の実施形態の射出装置の説明図である。 同第２の実施形態において、プッシャープレートとハウジングの接合面で、図３において紙面垂直方向に切断した断面図である。

符号の説明

１ プッシャープレート（第一の部材）
２ ハウジング（第二の部材）
２ａ モータ取付部
２ａ’ モータ取付部根元
３ ロードセル（荷重検出器）
４ 回転伝達部材
５ 軸受け
６ 軸受け
７ 従動プーリ軸
８ 軸受け
９ 従動プーリ
１０ タイミングベルト
１１ 駆動プーリ
１２ スクリュ回転用モータ
１３ ボールねじ／ナット機構
１３ａ ボールねじ軸
１３ｂ ボールねじナット
１４ 軸受け
１５ エンドプレート
１６ フロントプレート
１７ 射出スクリュ
１８ 加熱シリンダ
１９ 従動プーリ

Claims (2)

1. 射出方向に直線移動可能な第一の部材に、該第一の部材の後側に配置されるプーリを固着したプーリ軸を回転自在に支持し、前記プーリ軸と回転伝達部材とが回転方向における相対的な移動だけを拘束され連結され、かつ、前記回転伝達部材の前面に射出スクリュ後端を取付け、前記第一の部材の前面に取付けられた荷重検出器の内環部に前記回転伝達部材を回転自由にかつ軸方向移動不能に取付け、射出スクリュに作用する樹脂圧力を荷重検出器にて計測する機構において、前記第一の部材とは別体の第二の部材を第一の部材の後面に固着し、前記第一の部材を直線移動させる推力駆動手段が前記第二の部材に取付けられ、さらに、この第二の部材に前記プーリをベルトを介して駆動するスクリュ回転用モータが取付けられ、前記第一の部材と第二の部材の固着は、前記スクリュ回転用モータが取り付けられている近傍は、前記第一の部材と第二の部材は密着されず他の部分で密着固定されていることを特徴とする射出成形機の射出装置。
2. 前記第二の部材に前記スクリュ回転用モータを取り付ける取付部が延出して設けられ、該取付部の根元部分から離れた位置で前記第一の部材と第二の部材は密着固定されていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の射出装置。

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