JP2009039899A - 成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】射出用電動モータとしてビルトイン型モータを用いる成形機において、ビルトイン型モータの回転を直線運動に変換して射出用部材に伝達するための回転→直線運動伝達機構の取り付け構造を、簡素化し、以って、組み立て作業性を向上させること。
【解決手段】ビルトイン型モータの回転子の内部にスリーブを固定し、このスリーブの中空部内において、ボールネジ機構の回転部であるネジ軸とスリーブとを連結具によって連結・固定し、射出用部材と一体となって直線運動する部材にボールネジ機構の直動部であるナット体を固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動駆動タイプの射出成形機やダイカストマシンなどの成形機に係り、特に、射出用電動モータの回転をボールネジ機構により直線運動に変換することで射出用部材（インラインスクリュ式の射出成形機ではスクリュ、プリプラ式の射出成形機やダイカストマシでは射出プランジャ）を前後進させるようにした成形機にかかわる技術に関する。

例えば、従来の電動タイプのインラインスクリュ式の射出成形機においては、射出用電動モータの出力軸に固定した駆動プーリと、ボールネジ機構の回転部である例えばネジ軸に固定した被動プーリとに、タイミングベルトを掛け回して、射出用電動モータの回転をプーリ・ベルトによる回転伝達機構を介してボールネジ機構のネジ軸に伝え、ネジ軸の回転で直線移動するボールネジ機構のナット体と一体となって前後進する直動ブロックを直線移動させることで、スクリュを直線移動させる構成を採ることが多い。このような構成をとると、射出用電動モータとして、その中心に出力軸をもつ一般的なＡＣサーボモータを採用できるが、プーリ・ベルトによる回転伝達機構によって減速機構を構築する必要があるので、部品点数が増して、マシンの省スペース化を阻害する要因となる。また、比較的に径の大きい被動プーリを回転させる必要があるので、回転イナーシャが大きくなり、回転伝達の過渡応答性の向上には自ずと限界があるものとなる。

そこで、上記の回転イナーシャを小さくして、回転伝達の過渡応答性を向上させるために、射出用電動モータとして、内部が中空のビルトイン（Ｂｕｉｌｔ−Ｉｎ）型モータ（ダイレクト結合タイプのモータ）を用いるようにした射出成形機が、特開平１１−１９８１９９号公報（特許文献１）などにおいて知られている。この特許文献１に開示された射出成形機では、ビルトイン型モータの回転を直線運動に変換してスクリュを直線移動させるために、ボールねじ軸・スプライン軸ユニットを用いており、ボールねじ軸・スプライン軸ユニットのボールナットを固定フレームに固定し、ボールナットに螺合されたボールねじ軸部の一端を、スクリュと一体となって前後進するベアリングボックス（直動ブロック）に回転可能に保持すると共に、ボールねじ軸部と一体のスプライン軸部を、ビルトイン型モータのロータ（回転子）の内周面に固着した中空のロータシャフト（スリーブ）に、スプラインを設けた係止部材を介してスプライン軸結合している。
特開平１１−１９８１９９号公報

特許文献１に示された技術では、射出用電動モータにビルトイン型モータを用いているので、射出（１次射出）立ち上げ時の過渡応答性を高めることができ、また、ビルトイン型モータの中空部を有効利用することで、マシンの省スペース化にも貢献している。しかしながら、特許文献１に示された技術では、ボールねじ軸・スプライン軸ユニットを用いているので、スプライン軸結合のための構成要素を必要とする上、ボールねじ軸・スプライン軸ユニットの取り付けが繁雑で手間の掛かるものとなる。

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、射出用電動モータとしてビルトイン型モータを用いる成形機において、ビルトイン型モータの回転を直線運動に変換して射出用部材に伝達するための回転→直線運動伝達機構の取り付け構造を、簡素化し、以って、組み立て作業性を向上させることにある。

本発明は上記した目的を達成するため、射出用電動モータの回転をボールネジ機構により直線運動に変換することで射出用部材を前後進させ、前記射出用電動モータとして、円筒形の固定子と、該固定子の内部に位置する円筒形の回転子とをもつ、内部が中空のビルトイン型モータを用いる成形機において、前記ビルトイン型モータの回転子の内部にスリーブを固定し、このスリーブの中空部内において、前記ボールネジ機構の回転部であるネジ軸とスリーブとを連結具によって連結・固定し、前記射出用部材と一体となって直線運動する部材に前記ボールネジ機構の直動部であるナット体を固定し、前記連結具は、その内周面側にテーパ部をもち径方向に変位可能なアウタレースと、その外周面側にテーパ部をもち径方向に変位可能なインナレースと、前記アウタレースと前記インナレースとの間に位置して軸方向に移動可能なテーパリングと、このテーパリングを軸方向に移動させる締め付けボルトとで構成されて、ビルトイン型モータの中空部の開放端側から、締め付けボルトを操作する構造とする。

本発明では、射出用電動モータとしてのビルトイン型モータの回転を直線運動に変換して射出用部材に伝達するための回転→直線運動伝達機構として、汎用のボールネジ機構を採用し、ビルトイン型モータの回転子の内部に固定したスリーブとボールネジ機構の回転部であるネジ軸とを、連結具によって連結・固定し、ボールネジ機構の直動部であるナット体は射出用部材と一体となって直線運動する部材に固定するようにしているので、ボールネジ機構の運動伝達のための取り付け構造が簡素化でき、組み立ても容易なものとなる。また、連結具として、その内周面側にテーパ部をもち径方向に変位可能なアウタレースと、その外周面側にテーパ部をもち径方向に変位可能なインナレースと、アウタレースとインナレースとの間に位置して軸方向に移動可能なテーパリングと、このテーパリングを軸方向に移動させる締め付けボルトとで構成し、ビルトイン型モータの中空部の開放端側から、締め付けボルトを操作するようにしているので、ボールネジ機構のネジ軸をビルトイン型モータの回転子に、作業性よく、簡単・容易に、かつ確実に、取り付けることができる。

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５は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）による電動タイプのインラインスクリュ式の射出成形機に係り、図１は、本実施形態の射出成形機の射出系メカニズムの概要を示す要部断面図である。

図１において、１は、図示せぬ射出ユニットベース盤上に配設されたヘッドストック、２は、ヘッドストック１と所定距離をおいて対向するように、同じく図示せぬ射出ユニットベース盤上に配設された保持プレート、３は、その後端部をヘッドストック１に固定された加熱シリンダ、４は、加熱シリンダ３の先端に取り付けられたノズル、５は、加熱シリンダ３の外周に巻装されたバンドヒータ、６は、加熱シリンダ３内に回転並びに前後進可能であるように配設されたスクリュ、１ａおよび３ａは、図示せぬホッパーから落下・供給される原料樹脂を加熱シリンダ３の後端部内に供給するために、ヘッドストック１および加熱シリンダ３にそれぞれ穿設された原料樹脂供給穴である。

また、７は、ヘッドストック１と保持プレート２との間に架け渡された連結バー、８は、ヘッドストック１と保持プレート２との間で前後進可能なように、図示せぬレール部材上に直動ガイドを介して設けられた直動体、９は、直動体８上に搭載された計量用の内部が中空のビルトイン（Ｂｕｉｌｔ−Ｉｎ）型モータ（以下、計量用ビルトインモータ９と記す）、１０は、計量用ビルトインモータ９のケーシング、１１は、ケーシング１０に固定された計量用ビルトインモータ９の円筒形の固定子、１２は、固定子１１の内側で回転可能な計量用ビルトインモータ９の円筒形の回転子、１３は、回転子１２の内周面に強嵌合などで固定されたスリーブ、１４は、スリーブ１３を回転可能に支承するため、ケーシング１０とスリーブ１３との間に介装された軸受け、１５は、スクリュ６の基端部を固定し、スリーブ１３に固定された回転連結体である。

また、１６は、保持プレート２に搭載された射出用の内部が中空のビルトイン（Ｂｕｉｌｔ−Ｉｎ）型モータ（以下、射出用ビルトインモータ１６と記す）、１７は、射出用ビルトインモータ１６のケーシング、１８は、ケーシング１７に固定された射出用ビルトインモータ１６の円筒形の固定子、１９は、固定子１８の内側で回転可能な射出用ビルトインモータ１６の円筒形の回転子、２０は、回転子１９の内周面に強嵌合などで固定されたスリーブで、図示では簡略化して描かれているが、スリーブ２０は、図示せぬ軸受けを介して、ケーシング１７に回転可能に保持されるようになっている。

また、２１は、射出用ビルトインモータ１６の回転を直線運動に変換するボールネジ機構、２２は、保持プレート２に軸受け２４を介して回転可能に保持されたボールネジ機構２１のネジ軸（ボールネジ機構２１の回転部）、２３は、ネジ軸２２に螺合されて、ネジ軸２２の回転でネジ軸２２に沿って直線移動すると共に、その端部を、計量用ビルトインモータ９側のスリーブ１３に直接または適宜の部材を介して固定されたボールネジ機構２１のナット体（ボールネジ機構２１の直動部）、２５は、射出用ビルトインモータ１６側のスリーブ２０とネジ軸２２の端部とを連結・固定する連結具である。

図２は、射出用ビルトインモータ１６側のスリーブ２０とボールネジ機構２１のネジ軸２２の端部との連結・固定部を示す要部拡大図である。図２に示すように、スリーブ２０の内周面とネジ軸２２の端部の外周面との間に連結具２５が介装されており、この連結具２５の後記するアウタレース２６がスリーブ２０の内周面に圧接され、連結具２５の後記するインナレース２７がネジ軸２２の端部の外周面に圧接されることで、スリーブ２０とネジ軸２２とが連結具２５とにより、強固に固定・一体化されるようになっている。連結具２５の圧接の調整操作は、射出用ビルトインモータ１６の中空部の開放端側から、連結具２５の後記する調整ネジ３０を回動操作することで、容易にかつ確実に行えるようになっており、射出用ビルトインモータ１６の中空部を有効利用してスペースファクターの向上を図りつつ、射出用ビルトインモータ１６の回転子１９とそれにより回転駆動される部材（ここではボールネジ機構２１のネジ軸２２）との連結・固定を、操作性よく、容易・確実に行えるようになっている。

また、本実施形態では、このようにボールネジ機構２１のネジ軸２２を回転駆動するための射出用モータとしてビルトイン型モータ（射出用ビルトインモータ１６）を採用し、プーリ・ベルトによる回転伝達機構を用いることなく、射出用ビルトインモータ１６の回転子１９とネジ軸２２とを一体化して、射出用ビルトインモータ１６でボールネジ機構２１のネジ軸２２をダイレクト駆動するようにしているので、射出用回転伝達系の回転イナーシャを低減でき、回転伝達の過渡応答性を向上させることができる。また、射出用回転伝達系から減速機構を排することができるので、部品点数を削減することが可能となり、射出用ビルトインモータ１６として低回転高トルクの仕様のモータを採用できることと、射出用回転伝達系の回転伝達の過渡応答性を向上させることができることとが相俟って、射出（１次射出）初期のスクリュ６の前進立ち上げ特性を良好なものとすることができる。

図３は、連結具２５の断面構造を示す図である。連結具２５は摩擦式締結具の一種であり、軸外周と円筒内周とを固定・一体化するためのツールであり、軸外周と円筒内周に何等加工を施すことなく、軸外周と円筒内周とを強固に結合可能なツールであって、結合・固定のための構造が簡素化できるものとなっている。この連結具２５は、その内周面側にテーパ部をもち径方向に変位可能なアウタレース（外輪部）２６と、その外周面側にテーパ部をもち径方向に変位可能なインナレース（内輪部）２７と、アウタレース２６とインナレース２７との間に位置して軸方向（図３で左右方向）に移動可能な第１テーパリング２８および第２テーパリング２９と、第１テーパリング２８および第２テーパリング２９を軸方向に移動させる複数の締め付けボルト３０とで構成されている。各締め付けボルト３０は、第１テーパリング２８に対しては、第１テーパリング２８に形成した各ネジ穴に螺合されており、第２テーパリング２９に対しては、第２テーパリング２９に形成した各バカ穴に遊挿されていると共に、締め付けボルト３０の頭部が第２テーパリング２９に当接するようになっている。

図３に示す構成において、締め付けボルト３０を所定方向に回転させると、第１テーパリング２８が図示で右方向に移動すると共に、第２テーパリング２９が図示で左方向に移動し、これによって、アウタレース２６が拡がる方向に変形すると共に、インナレース２７が狭まる方向に変形して、アウタレース２６がスリーブ２０の内周面に圧接され、インナレース２７がネジ軸２２の端部の外周面に圧接されるようになっている。

図４は、計量用ビルトインモータ９側のスリーブ１３と、スクリュ６の基端部を固定・保持した回転連結体１５およびボールネジ機構２１のナット体２３との連結・固定部を示す要部拡大図である。図４に示すように、ボールネジ機構２１のナット体２３は、取り付けボルト３１によってスリーブ１３に固定されている。したがって、ボールネジ機構２１の運動伝達のためのナット体２３側の取り付け構造も、きわめて簡単化でき、組み立ても容易なものとなっている。

また、図４に示すように、スクリュ６の基端部を固定・保持した回転連結体１５は、スリーブ１３内に嵌め込まれており、回転連結体１５は、取り付けボルト３２によってスリーブ１３に固定されている。本実施形態では、このようにスクリュ６を回転駆動するための計量用モータとしてビルトイン型モータ（計量用ビルトインモータ９）を採用し、プーリ・ベルトによる回転伝達機構を用いることなく、計量用ビルトインモータ９の回転子１２とスクリュ６とを一体化して、計量用ビルトインモータ９でスクリュ６をダイレクト駆動するようにしているので、計量用回転伝達系の回転イナーシャを低減でき、回転伝達の過渡応答性を向上させることができる。また、計量用回転伝達系から減速機構を排することができるので、部品点数を削減することが可能となり、計量用ビルトインモータ９に低回転高トルクの仕様のモータを採用できることと、計量用回転伝達系の回転伝達の過渡応答性を向上させることができることとが相俟って、計量初期のスクリュ６の回転立ち上げ特性を良好なものとすることができ、粘性の高い樹脂材料であっても、早期にスクリュ６の安定回転を得ることができ、以って、良品成形に貢献することが可能となる。また、計量用ビルトインモータ９の内部でスクリュ６の基端部を固定・保持した回転連結体１５を取り付けるようにしているので、省スペース化に貢献でき、さらに、回転連結体１５のスリーブ１３への固定も、取り付けボルト３２による至ってシンプルな結合手法を採用することができ、取り付け作業性にも優れたものとなる。

本実施形態では、計量工程時には、マシン（射出成形機）全体の制御を司る後記するシステムコントローラ４１からの指令で、後記するサーボドライバ４５−１を介して、計量用ビルトインモータ９が回転速度（回転数）フィードバック制御で駆動制御され、これにより、スリーブ１３、回転連結体１５と一体となってスクリュ６が所定方向に回転する。このスクリュ６の回転によって、図示せぬホッパーから原料樹脂供給穴１ａ、３ａを通ってスクリュ６の後端側に供給された原料樹脂を、混練・可塑化しつつスクリュ６のネジ送り作用によって前方に移送するのが、一般的な計量動作であるが、本実施形態では、スクリュ６が所定方向に回転すると、スリーブ１３に固定されたナット体２３も回転することになり、このスクリュ６の回転駆動に伴うナット体２３の回転で、ナット体２３がネジ軸２２に沿って直線移動する。そこで、このスクリュ６の回転駆動に伴うナット体２３の回転によるナット体２３の直線移動（計量用ビルトインモータ９やスクリュ６の直線移動）を打ち消すように、システムコントローラ４１は、後記するサーボドライバ４５−２を介して、射出用ビルトインモータ１６を設定背圧を目標値とする圧力フィードバック制御によって駆動制御し、これによって、スクリュ６に付与する背圧を所定の圧力に保ちつつ、スクリュ６の先端側に溶融樹脂が送り込まれるのにしたがって、スクリュ６を適正制御で後退させる。つまり例えば、計量用ビルトインモータ９を単位時間当たり１０回転させるとすると、射出用ビルトインモータ１６を単位時間当たり９．９回転させることで、スクリュ６の回転駆動に伴うナット体２３の回転によるナット体２３の直線移動をキャンセルしつつ、スクリュ６に所定の背圧が付与されるように制御するようになっている。そして、スクリュ６の先端側に１ショット分の溶融樹脂が貯えられた時点で、計量用ビルトインモータ９によるスクリュ６の回転駆動は停止される。

一方、射出充填工程時には、計量が完了した後の適宜タイミングにおいて、後記するシステムコントローラ４１からの指令で、後記するサーボドライバ４５−２を介して、射出用ビルトインモータ１６が速度フィードバック制御で駆動制御され、これにより、射出用ビルトインモータ１６の回転がボールネジ機構２１によって直線運動に変換されて、この直線運動が前記した直線運動伝達系を介してスクリュ６に伝達されて、スクリュ６が急速に前進駆動されることで、スクリュ６の先端側に貯えられた溶融樹脂が、型締め状態にある図示せぬ金型のキャビティ内に射出充填され、１次射出工程が実行される。１次射出工程に引き続く保圧工程では、システムコントローラ４１からの指令でサーボドライバ４５−２を介して、射出用ビルトインモータ１６が、圧力フィードバック制御で駆動制御され、これにより、設定された保圧力がスクリュ６から図示せぬ金型内の樹脂に付加される。

図５は、本実施形態の射出成形機の制御系の構成を簡略化して示すブロック図である。図５において、４１は、マシン（射出成形機）全体の制御を司るシステムコントローラ、４２は、作業者が各種の入力操作を行うための入力装置、４３は、作業者に各種の表示モードの画像を表示するための表示装置、４４は、マシンの各部に配設された多数のセンサ（位置センサ、速度センサ、圧力センサ、回転量検出センサ、温度センサなど）よりなるセンサ群、４５は、マシンの各部に配置されたアクチュエータ（前記したモータ９、１６などのモータ）やヒータ等を駆動制御するための多数のドライバ（モータドライバ、ヒータドライバなど）からなるドライバ群であり、ドライバ群４５には、計量用ビルトインモータ９をフィードバック制御で駆動するサーボドライバ４５−１や、射出用ビルトインモータ１６をフィードバック制御で駆動するサーボドライバ４５−２が含まれている。

また、システムコントローラ４１内において、４６は運転条件設定格納部、４７は測定値格納部、４８は運転プロセス制御部、４９は表示処理部である。

運転条件設定格納部４６には、あらかじめ入力された成形サイクルの各工程（型閉じ（型締め）、射出、計量、型開き、エジェクト前進、エジェクト後退の各工程）の運転制御条件が書き換え可能に格納され、測定値格納部４７には、センサ群４４などによりマシンの各部の計測情報（位置情報、速度情報、圧力情報、回転角情報、回転速度（単位時間当たりの回転数）情報、温度情報など）がリアルタイムで取り込まれて格納される。運転プロセス制御部４８は、あらかじめ用意された各工程の運転制御プログラムと、運転条件設定格納部４６に格納された各工程の運転条件の設定値とに基づき、測定値格納部４７中の計測情報や各部からの状態確認情報や自身の計時情報を参照しつつ、ドライバ群４５を駆動制御して、各工程の運転を実行させる。表示処理部４９は、あらかじめ用意された各種の表示処理プログラムと、表示用固定データに基づき、必要に応じて、運転条件設定格納部４６や測定値格納部４７の内容を参照して、各種の表示モードの画像を生成し、これを表示装置４３に表示させる。

本発明の一実施形態に係る射出成形機の射出系メカニズムの概要を示す要部断面図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形機における、射出用ビルトインモータ側のスリーブとボールネジ機構のネジ軸の端部との連結・固定部を示す要部拡大図である。 図２中の連結具の拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形機における、計量用ビルトインモータ側のスリーブと、スクリュの基端部を固定・保持した回転連結体およびボールネジ機構のナット体との連結・固定部を示す要部拡大図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形機の制御系の構成を簡略化して示すブロック図である。

符号の説明

１ ヘッドストック
１ａ 原料樹脂供給穴
２ 保持プレート
３ 加熱シリンダ
３ａ 原料樹脂供給穴
４ ノズル
５ バンドヒータ
６ スクリュ
７ 連結バー
８ 直動体
９ 計量用のビルトイン型モータ（計量用ビルトインモータ）
１０ ケーシング
１１ 固定子
１２ 回転子
１３ スリーブ
１４ 軸受け
１５ 回転連結体
１６ 射出用のビルトイン型モータ（射出用ビルトインモータ）
１７ ケーシング
１８ 固定子
１９ 回転子
２０ スリーブ
２１ ボールネジ機構、
２２ ネジ軸（ボールネジ機構の回転部）
２３ ナット体（ボールネジ機構の直動部）
２４ 軸受け
２５ 連結具
２６ アウタレース
２７ インナレース
２８ 第１テーパリング
２９ 第２テーパリング
３０ 締め付けボルト
３１ 取り付けボルト
３２ 取り付けボルト
４１ システムコントローラ
４２ 入力装置
４３ 表示装置
４４ センサ群
４５ ドライバ群
４５−１ サーボドライバ（計量用）
４５−２ サーボドライバ（射出用）
４６ 運転条件設定格納部
４７ 測定値格納部
４８ 運転プロセス制御部
４９ 表示処理部

Claims (2)

1. 射出用電動モータの回転をボールネジ機構により直線運動に変換することで射出用部材を前後進させ、前記射出用電動モータとして、円筒形の固定子と、該固定子の内部に位置する円筒形の回転子とをもつ、内部が中空のビルトイン（Ｂｕｉｌｔ−Ｉｎ）型モータを用いる成形機において、
   前記ビルトイン型モータの前記回転子の内部にスリーブを固定し、このスリーブの中空部内において、前記ボールネジ機構の回転部であるネジ軸と前記スリーブとを連結具によって連結・固定し、前記射出用部材と一体となって直線運動する部材に前記ボールネジ機構の直動部であるナット体を固定したことを特徴とする成形機。
2. 請求項１に記載の成形機において、
   前記連結具は、その内周面側にテーパ部をもち径方向に変位可能なアウタレースと、その外周面側にテーパ部をもち径方向に変位可能なインナレースと、前記アウタレースと前記インナレースとの間に位置して軸方向に移動可能なテーパリングと、このテーパリングを軸方向に移動させる締め付けボルトとで構成されて、前記ビルトイン型モータの中空部の開放端側から、前記締め付けボルトを操作するようにしたことを特徴とする成形機。

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