JP2007083600A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】３つの射出用サーボモータを好適配置した射出成形機を提供すること。
【解決手段】加熱筒内に回転並びに直線運動可能に配設されたスクリューを１つのボールネジ機構によって直線運動させる射出成形機において、射出用サーボモータとして同一能力の第１、第２、第３のサーボモータを３つ用いて、各射出用サーボモータの出力軸にそれぞれ固着した同一径の各駆動プーリと、１つのボールネジ機構の回転部と一体回転するように回転部に固着された被動プーリとを、同一長さの３本のタイミングベルトによってそれぞれベルト連結し、第１の射出用サーボモータと第２の射出用サーボモータは、両者をベース盤部材上に対峙させて水平配置し、第３の射出用モータは、第１、第２の射出用サーボモータの水平配置に対して上側で、かつ、１つのボールネジ機構の軸心と第１もしくは第２の射出用サーボモータの出力軸との中間の位置に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動駆動式の射出成形機に係り、特に、非常に高速の射出速度を短い立ち上げ時間で達成可能とした射出成形機に関する。

小型・薄肉の成形品（プラスチック成形品）を良好な成形品質で得るためには、射出速度を高速にする必要があり、また、高速の射出速度に達するまでの立ち上げ時間を短くする必要がある。

高速の射出速度を得るためには、射出用サーボモータとしてある程度以上の高トルクが出力可能なモータを用いる必要があるが、単一の射出用サーボモータによって射出動作を行わせようとすると、モータが大型化して、このため、モータの回転子の径の増大に伴ってイナーシャ（慣性）が大きくなり、過渡応答性が悪くなって０（零）から高速の射出速度までの立ち上げ時間が長くなる。

そのため、低イナーシャの射出用サーボモータを２つ用いて、２つの射出用サーボモータの出力を足し合わせて射出動作を行わせるようにした、ツインモータ駆動式の射出系メカニズムをとるマシンが、高速の射出速度が求められる射出成形機には良く用いられている。

例えば、本願出願人が現在製造しているツインモータ駆動式の射出系メカニズムをとる射出成形機においては、モータ容量が１３ｋｗの低イナーシャの射出用サーボーモータを２つ用いて、７００ｍｍ／ｓｅｃの射出速度が出力可能なマシンを実現している。モータ容量１３ｋｗの低イナーシャの射出用サーボーモータを２つ用いると、０から７００ｍｍ／ｓｅｃまでの立ち上げ時間は、損出を無視した理論計算値では０．０１８７ｓｅｃとなるが、モータの損傷の虞のないゲイン調整を行った後の実運転時の実測値（空ショット時の実測値）は０．０２２０ｓｅｃとなる。

ところで、射出速度のさらなる高速化が求められつつあり、１０００ｍｍ／ｓｅｃ程度の非常に高速の射出速度が出力可能なマシンの実現が期待されている。この１０００ｍｍ／ｓｅｃの射出速度を実現するには、モータ容量１３ｋｗの低イナーシャの２つの射出用サーボーモータのパワーを足し合わせても、パワー（出力トルク）が不足する。

１０００ｍｍ／ｓｅｃの射出速度を実現するパワー（出力トルク）を得るには、モータ容量が１８ｋｗの射出用サーボーモータを２つ用いればよいが、モータ容量１８ｋｗのモータは、その回転子の径が大きくなるため、イナーシャ（慣性）が大きくなる。このため、モータ容量１８ｋｗの射出用サーボーモータを２つ用いると、０から１０００ｍｍ／ｓｅｃまでの立ち上げ時間は、損出を無視した理論計算値では０．０２３７ｓｅｃとなる。このように、立ち上げ時間が理論計算値において０．０２３７ｓｅｃであると、モータの損傷の虞のないゲイン調整を行った後の実運転時の立ち上げ時間の実測値（空ショット時の実測値）において、０．０２２０ｓｅｃ（前記したモータ容量１３ｋｗの低イナーシャの射出用サーボーモータを２つ用いた場合の、０から７００ｍｍ／ｓｅｃまでの立ち上げ時間と同等の立ち上げ時間）を達成することは不可能である。

モータ容量１８ｋｗのサーボモータを低イナーシャ化するためには、理論上は、モータの回転子の径の小さくして、その分だけモータの軸方向長さを長くして、所要のパワー（出力トルク）が得られるようにするとよいが、こうした場合には、モータの軸方向寸法が著しく大きくなり、このようなモータを実際に作製するのは非現実的である。

そこで、射出用サーボモータとして例えば低イナーシャのサーボモータを３つ使用することで、１０００ｍｍ／ｓｅｃ程度の非常に高速の射出速度を、短い立ち上げ時間で実現可能とすることが考えられるが、この場合には、３つの射出用サーボモータの配置を工夫しないと、射出系メカニズムの寸法が嵩んでしまう。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、３つの射出用サーボモータを好適配置した射出成形機を、提供することにある。

本発明は上記した目的を達成するため、射出機構として加熱筒内に回転並びに直線運動可能に配設されたスクリューを備え、該スクリューをサーボモータで駆動される１つのボールネジ機構によって直線運動させる射出成形機において、
前記射出機構をベース盤部材上に配置し、射出機構の射出用サーボモータとして同一能力の第１、第２、第３の射出用サーボモータを３つ用いて、各射出用サーボモータの出力軸にそれぞれ固着した同一径の各駆動プーリと、前記１つのボールネジ機構の回転部と一体回転するように回転部に固着された被動プーリとを、同一長さの３本のタイミングベルトによってそれぞれベルト連結し、
前記第１の射出用サーボモータと前記第２の射出用サーボモータは、両者を対峙させて水平状に配置し、前記第３の射出用モータは、前記第１、第２の射出用サーボモータの水平配置に対して上側で、かつ、前記１つのボールネジ機構の軸心と前記第１もしくは第２の射出用サーボモータの出力軸との中間の位置に配置し、
前記第１または第２の射出用サーボモータの前記駆動プーリに巻回した前記タイミングベルトを前記被動プーリの先端側（自由端側）に巻回し、前記第２または第１の射出用サーボモータの前記駆動プーリに巻回した前記タイミングベルトを前記被動プーリの中間位置に巻回し、残り１つの前記第３の射出用サーボモータの前記駆動プーリに巻回した前記タイミングベルトを前記被動プーリの根本側に巻回した、構成をとる。

本発明によれば、３つの射出用サーボモータの力を足し合わせてスクリューを前進させるので、大きなトルクを得ることができ、例えば、１０００ｍｍ／ｓｅｃという非常に高速の射出速度を確実に得ることが可能となる。また、３つの射出用サーボモータを１つのボールネジ機構の軸心を中心として等角度配置するのではなく、第１の射出用サーボモータと第２の射出用サーボモータは、両者を対峙させて水平状に配置し、第３の射出用モータは、第１、第２の射出用サーボモータの水平配置に対して上側で、かつ、１つのボールネジ機構の軸心と第１もしくは第２の射出用サーボモータの出力軸との中間の位置に配置しているので、射出系メカニズムの高さ寸法を抑えることができ、しかも、第１または第２の射出用サーボモータの駆動プーリに巻回したタイミングベルトを被動プーリの先端側（自由端側）に巻回し、第２または第１の射出用サーボモータの駆動プーリに巻回したタイミングベルトを被動プーリの中間位置に巻回し、残り１つの第３の射出用サーボモータの駆動プーリに巻回したタイミングベルトを被動プーリの根本側に巻回しているので、軸方向寸法の長い被動プーリに３本という奇数本のベルトを巻回する構成であっても、被動プーリに対するベルトによる引張力の影響を可及的に低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１、図２は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）による射出成形機に係り、図１は、本実施形態の射出成形機の主として射出系メカニズムを示す一部を割愛し一部を破断した平面図、図２は、本実施形態の射出成形機の主として射出系メカニズムを示す一部を割愛し一部を破断した正面図、図３は、図１、図２における射出系メカニズムの右側面図である。

図１、図２において、１は、射出成形機のベース骨格を構成するフレーム、２は、フレーム１の右側の上面上に下板材３を介して取り付けられた射出系ベース盤部材、４は、射出系ベース盤部材２上に前後動（図１、図２で左右方向に移動）可能なように（すなわち、公知のノズルタッチ／ノズルバック動作が可能なように）配設された横型の射出ユニットである。なお、射出系ベース盤部材２は、成形運転状態では固定されているが、メンテンス時などには、射出系ベース盤部材２はその右側を回転中心として所定量回転できるようになっている。

５は、射出系ベース盤部材２に配置されたヘッドストック（加熱筒保持盤）、６は、ヘッドストック５に対向するように射出系ベース盤部材２に配置された保持盤部材で、両者５、６は２本のガイド軸７によって一体に連結されている。この２本のガイド軸７は、後記する１つのボールネジ機構１９の軸心を挟んで対角線状に配置されている。

８は、その基端部をヘッドストック５に固定され、その先端部にノズル９を固定した加熱筒で、該加熱筒８内には、回転並びに前後進可能であるようにスクリュー１０が配設されている。１１は、型開閉系メカニズムの一部を構成する固定ダイプレートで、該固定ダイプレート１１には図示せぬ固定側金型が固定されており、ノズルタッチ時には図示せぬ固定側金型の樹脂注入口に加熱筒８先端のノズル９が押し付けられるようになっている。

１２は、ガイド軸７に挿通されてガイド軸７に沿って前後進可能な直動ブロックで、該直動ブロック１２には、スクリュー１０の基端部を固定した回転体１３が回転可能であるように保持されている。１４は、直動ブロック１２に搭載された計量用サーボモータで、該計量用サーボモータ１４の出力軸に固着された駆動プーリ１５と、回転体１３に固着された被動プーリ１６とが、タイミングベルト１７によりベルト連結されている。そして、計量用サーボモータ１４の回転により、駆動プーリ１５、タイミングベルト１７、被動プーリ１６、回転体１３を介して、スクリュー１０が回転駆動されるようになっている。なお、図示から明らかなように、計量用サーボモータ１４の出力軸は、ノズル９に向かう方向（図示で左側方向）に配置されている。

１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは、保持盤部材６に搭載された同一能力の第１、第２、第３の射出用サーボモータで、この３つの各射出用サーボモータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは、モータ容量が１５ｋｗとされ、かつ、回転子の径の小さな低イナーシャのサーボモータとされている。１９は、その回転部であるネジ軸２０を保持盤部材６に回転可能に保持されると共に、ネジ軸２０に螺合された直線移動部であるナット体２１を直動ブロック１２に固定されたボールネジ機構で、該ボールネジ機構１９のネジ軸２０には、小径で軸方向寸法の長い被動プーリ２２が固着されている。第１、第２、第３の射出用サーボモータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの出力軸には小径の駆動プーリ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃがそれぞれ固着されており、第１の射出用サーボモータ１８Ａの出力軸に固着した駆動プーリ２３Ａは、タイミングベルト２４Ａにより被動プーリ２２とベルト連結され、第２の射出用サーボモータ１８Ｂの出力軸に固着した駆動プーリ２３Ｂは、タイミングベルト２４Ｂにより被動プーリ２２とベルト連結され、第３の射出用サーボモータ１８Ｃの出力軸に固着した駆動プーリ２３Ｃは、タイミングベルト２４Ｃにより被動プーリ２２とベルト連結されている。なお、各駆動プーリ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの径は同径とされ、各タイミングベルト２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの長さは同一長さとされている。また、第１、第２、第３の射出用サーボモータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの出力軸は、計量用サーボモータ１４の出力軸とは反対側に配置されている。

そして、射出用サーボモータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが同期して回転駆動されることで、駆動プーリ２３Ａとタイミングベルト２４Ａ、駆動プーリ２３Ｂとタイミングベルト２４Ａ、駆動プーリ２３Ｃとタイミングベルト２４Ｃを、それぞれ介して被動プーリ２２が回転駆動され、これにより、被動プーリ２２は、第１、第２、第３の射出用サーボモータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの出力トルクを足し合わせた力で回転駆動される。被動プーリ２２の回転は、ボールネジ機構１９により直線運動に変換され、ボールネジ機構１９のナット体２１と一体となって、直動ブロック１２、回転体１３などとともに、スクリュー１０が軸方向に移送されるようになっている。

本実施形態の射出成形機で用いている第１、第２、第３の射出用サーボモータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは、低イナーシャとするために回転子の径を小さくしており、このため、１５ｋｗのモータ容量を達成するために軸方向寸法が長くなっているも、現状では、モータ性能を損なわないで作製可能で、かつ、低イナーシャのモータとしてはその出力トルクが大きなサーボモータとなっている。本実施形態では、このように、射出用サーボモータとして低イナーシャのサーボモータを３つ使用して、３つの射出用サーボモータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのトルク（パワー）を足し合わせてスクリュー１０を前進させるので、大きなトルクを得ることができ、１０００ｍｍ／ｓｅｃという非常に高速の射出速度を確実に得ることが可能となる。しかも、回転子の径の小さな低イナーシャの射出用サーボモータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを用いているので、イナーシャ（慣性）を小さくすることができ、過渡応答性にも優れたものとなり、０から１０００ｍｍ／ｓｅｃまでの立ち上げ時間も非常に短くすることができる。本実施形態では、０から１０００ｍｍ／ｓｅｃまでの立ち上げ時間は、損出を無視した理論計算値では０．０１４８ｓｅｃであるが、モータの損傷の虞のないゲイン調整を行った後の実運転時の実測値（空ショット時の実測値）では、０から１０００ｍｍ／ｓｅｃまでの立ち上げ時間は、０．０２２０ｓｅｃとなることが確認された。よって、本実施形態では、１０００ｍｍ／ｓｅｃという非常に高速の射出速度を実現しつつ、モータ容量１３ｋｗの低イナーシャの射出用サーボーモータを２つ用いた従来の場合の０から７００ｍｍ／ｓｅｃまでの立ち上げ時間（実測値）と、同等の立ち上げ時間を達成することが確認された。

また、本実施形態では、図１に示すように、被動プーリ２２の先端側（自由端側）に巻回されたタイミングベルト２４Ａを巻回した駆動プーリ２３Ａを取り付けた第１の射出用サーボモータ１８Ａと、被動プーリ２２の中間位置に巻回されたタイミングベルト２４Ｂを巻回した駆動プーリ２３Ｂを取り付けた第２の射出用サーボモータ１８Ｂとを、図３に示すように、軸方向寸法の長い被動プーリ２２に対して互いに対称（図３の被動プーリ２２の中心を通る中心線３０に対して線対称）の位置に配置し、これにより、軸方向寸法の長い被動プーリ２２にかかるタイミングベルト２４Ａによる引張力とタイミングベルト２４Ｂよる引張力とをほぼ打ち消せるようにしてある。そして、ベルトによる引張力による影響を最も受けにくい被動プーリ２２の根本側に、残りの１つの第３の射出用サーボモータ１８Ｃに取り付けた駆動プーリ２３Ｃに巻回されたタイミングベルト２４Ｃを巻回するようにしてある。このようにすることで、軸方向寸法の長い被動プーリ２２に３本という奇数本のベルトを巻回する構成であっても、被動プーリ２２に対するベルトによる引張力の影響を可及的に低減することができる。なお、第１の射出用サーボモータ１８Ａの駆動プーリ２３Ａに巻回したタイミングベルト２４Ａを被動プーリ２２の中間位置に巻回し、第２の射出用サーボモータ１８Ｂの駆動プーリ２３Ｂに巻回したタイミングベルト２４Ｂを被動プーリ２２の先端側（自由端側）に巻回しても、同等の効果が得られる。

また、本実施形態では、図３に示すように、第１の射出用サーボモータ１８Ａと第２の射出用サーボモータ１８Ｂは、両者を対峙させて水平状に配置し、第３の射出用モータ１８Ｃは、第１、第２の射出用サーボモータ１８Ａ、１８Ｂの水平配置に対して上側で、かつ、１つのボールネジ機構１９の軸心と第１もしくは第２の射出用サーボモータの出力軸との中間の位置に配置できるので、３つの射出用サーボモータを１つのボールネジ機構１９の軸心を中心として等角度配置する構成に比すと、射出系メカニズムの高さ寸法を抑えることができる。さらに、１つのボールネジ機構１９の軸心を挟んで対角線状に配置された２本のガイド軸７の対角線の方向を、１つのボールネジ機構１９の軸心に対して第３の射出用サーボモータ１８Ｃが配置された傾斜方向と同じ方向にして、第３の射出用サーボモータ１８Ｃを一方のガイド軸７の近傍に配置しているので、これにより、２本のガイド軸７の配置関係を水平方向や垂直方向とする構成に比すと、射出系メカニズムの幅寸法や高さ寸法を抑えつつ、第３の射出用サーボモータ１８Ｃをコンパクト配置することが可能となる。さらにまた、計量用サーボモータ１４を、第１、第２の射出用サーボモータ１８Ａ、１８Ｂの水平配置に対して上側で、かつ、１つのボールネジ機構１９の軸心に対して第３の射出用サーボモータ１８Ｃの反対側に配置しているので、４つのサーボモータをバランスよく好適配置することができる。

本発明の一実施形態に係る射出成形機の主として射出系メカニズムを示す一部を割愛し一部を破断した平面図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形機の主として射出系メカニズムを示す一部を割愛し一部を破断した正面図である。 図１、図２における射出系メカニズムの右側面図である。

符号の説明

１ フレーム
２ 射出系ベース盤部材
３ 下板材
４ 射出ユニット
５ ヘッドストック
６ 保持盤部材
７ ガイド軸
８ 加熱筒
９ ノズル
１０ スクリュー
１１ 固定ダイプレート
１２ 直動ブロック
１３ 回転体
１４ 計量用サーボモータ
１５ 駆動プーリ
１６ 被動プーリ
１７ タイミングベルト
１８Ａ 第１の射出用サーボモータ
１８Ｂ 第２の射出用サーボモータ
１８Ｃ 第３の射出用サーボモータ
１９ ボールネジ機構
２０ ネジ軸
２１ ナット体
２２ 被動プーリ
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ 駆動プーリ
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ タイミングベルト

Claims (7)

1. 射出機構として加熱筒内に回転並びに直線運動可能に配設されたスクリューを備え、該スクリューをサーボモータで駆動される１つのボールネジ機構によって直線運動させる射出成形機において、
   前記射出機構をベース盤部材上に配置し、射出機構の射出用サーボモータとして同一能力の第１、第２、第３の射出用サーボモータを３つ用いて、各射出用サーボモータの出力軸にそれぞれ固着した同一径の各駆動プーリと、前記１つのボールネジ機構の回転部と一体回転するように回転部に固着された被動プーリとを、同一長さの３本のタイミングベルトによってそれぞれベルト連結したことを特徴とする射出成形機。
2. 請求項１に記載の射出成形機において、
   前記第１の射出用サーボモータと前記第２の射出用サーボモータは、両者を対峙させて水平状に配置し、前記第３の射出用モータは、前記第１、第２の射出用サーボモータの水平配置に対して上側で、かつ、前記１つのボールネジ機構の軸心と前記第１もしくは第２の射出用サーボモータの出力軸との中間の位置に配置したことを特徴とする射出成形機。
3. 請求項１または２に記載の射出成形機において、
   前記第１または第２の射出用サーボモータの前記駆動プーリに巻回した前記タイミングベルトを前記被動プーリの先端側（自由端側）に巻回し、前記第２または第１の射出用サーボモータの前記駆動プーリに巻回した前記タイミングベルトを前記被動プーリの中間位置に巻回し、残り１つの前記第３の射出用サーボモータの前記駆動プーリに巻回した前記タイミングベルトを前記被動プーリの根本側に巻回したことを特徴とする射出成形機。
4. 請求項２または３に記載の射出成形機において、
   前記１つのボールネジ機構の軸心を挟んで対角線状に２本のガイド軸を設けたことを特徴とする射出成形機。
5. 請求項４に記載の射出成形機において、
   前記２本のガイド軸の前記１つのボールネジ機構の軸心を挟んだ対角線の方向を、該軸心に対して前記第３の射出用サーボモータが配置された傾斜方向と同じ方向に構成することにより、前記第３の射出用サーボモータを１本のガイド軸の近傍に配置したことを特徴とする射出成形機。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の射出成形機において、
   計量用サーボモータを、前記第１、第２の射出用サーボモータの水平配置に対して上側で、かつ、前記１つのボールネジ機構の軸心に対して前記第３の射出用サーボモータの反対側に配置したことを特徴とする射出成形機。
7. 請求項６に記載の射出成形機において、
   前記計量用サーボモータの出力軸を、前記加熱シリンダ先端のノズルに向く方向に配置し、前記第１、第２、第３の射出用サーボモータの出力軸を、前記計量用サーボモータの出力軸の配置方向と逆方向に配置したことを特徴とする射出成形機。

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