JP2013154533A

JP2013154533A - 射出成形機の射出装置

Info

Publication number: JP2013154533A
Application number: JP2012016576A
Authority: JP
Inventors: Wataru Sato; 亘佐藤
Original assignee: Niigata Machine Techno Co Ltd
Current assignee: Niigata Machine Techno Co Ltd
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-08-15
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: JP5896279B2

Abstract

【課題】簡単な構成でプーリーにラジアル荷重が発生したとしてもスクリューにモーメントが作用しないようにした。
【解決手段】射出成形機の射出装置４０は、スクリュー４１の後端を連結した駆動軸４３をハウジング４４で囲うように配設し、駆動軸４３は回転可能且つその中心軸線Ｏ方向へ移動可能に配設した。駆動軸４３にラジアルベアリング４５とスラストベアリング５１を取り付け、両ベアリング４５、５１の外輪をハウジング４５に装着した。駆動軸４３には従動プーリー６０を固着し、ハウジング４４の外周側に設けた駆動モータ５８の回転力を、ベルト６１を介して従動プーリー６０そして駆動軸４３に伝達し、スクリュー４１を加熱筒７１内で回転させる。ベルト６１の幅方向の中心位置とラジアルベアリング４５の中心位置とが駆動軸の中心軸線Ｏに直交する線Ｌに重なっているため、スクリュー４１にモーメントが作用しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、合成樹脂材料の射出成形機に関し、特に合成樹脂材料を可塑化するためにスクリューを回転駆動する射出装置に関する。

従来、射出成形機における合成樹脂の可塑化装置として、下記特許文献１乃至３に記載されたものが提案されている。
特許文献１に記載された射出成形機の可塑化装置１は、図３に示すように、フロントプレート２に取り付けられた加熱筒３に、スクリュー４が進退可能に挿入されている。スクリュー４はプッシャプレート５に軸受６，７を介して取り付けられ、スクリュー回転用のモータ８の回転駆動によってベルト９ａを備えた伝動機構９を介して回転させられて加熱筒３内の樹脂材料を可塑化する。
また、フロントプレート２とリアプレート１０とはガイドシャフト１１によって連結され、リアプレート１０に取り付けられたボールナット１２にはボールねじ軸１３がスクリュー４と同軸に螺入され、その前端部がプッシャプレート５の軸受１４に支承されている。スクリュー４を支持するプッシャプレート５は移動用駆動モータ１５によってベルト１６を介して回転させられるプーリー１７によって軸受１４に支承されており、ガイドシャフト１１にガイドされて進退可能とされている。

また、特許文献２に記載された射出成形機は、図４に示すように、フロントプレート２０に支持された加熱筒２１に対して進退可能なスクリュー２２が軸受２３を介して伝達部材１９に連結され、スクリュー２２はラジアル軸受２４を介してプッシャプレート２５に取り付けられている。フロントプレート２０に固定されたボールナット１２に螺合されたボールねじ軸２６の基端側にはプーリー２７が固定されている。このプーリー２７には図示しないベルトを介して移動用駆動モータの回転が伝達され、ボールねじ軸２６の回転によってプッシャプレート２５が進退してスクリュー２２が加熱筒２１内を移動し、図示しないスクリュー回転用のモータの回転力がベルトを介してスクリュー２２に伝達されて回転させられる。

また、特許文献３に記載された射出成形機は、図５に示すように、加熱筒内を進退するスクリュー３０が駆動軸をなす回転伝達部材３１に結合され、回転伝達部材３１は従動プーリー３２がスプライン結合されていて軸方向に移動可能とされている。従動プーリー３２は第一ハウジング３３と軸受３４を介して回転可能で軸方向移動不能に取り付けられ、回転伝達部材３１の基部側部分は軸受３５を介して第二ハウジング３６に取り付けられている。ボールナット３８はナット連結部材３９とロードセル４０、第二ハウジング３６、ベアリング３５等を介して回転伝達部材３１に接続されており、スクリュー３０に作用する射出力を回転伝達部材３１、ベアリング３５、第二ハウジング３６を介してロードセル４０に伝達する構造となっている。
第一ハウジング３３に取り付けられた図示しないスクリュー回転用のモータには従動プーリー３２を回転させるベルトがかけられ、スクリュー回転用のモータの駆動によってスクリュー３０を回転させて加熱筒内の樹脂を可塑化する。また、射出用モータによってボールネジ３７が回転駆動することによってボールネジ３７に螺合するボールナット３８及びナット連結部材３９が前進し、ロードセル４０、第二ハウジング３６を介して回転伝達部材３１、そしてスクリュー３０に伝達されて軸方向に駆動して加熱筒内の溶融樹脂を射出する。

特開平９−１７４６２８号公報特開２００２−１６６４５０号公報特開２００６−１３０９００号公報

しかしながら、上述した従来の射出成形機においては、スクリュー回転用のモータの回転力をベルトを介して駆動軸に伝達することでスクリューを回転させる構成であり、特に特許文献１及び２に記載されたものでは駆動軸を回転支持するラジアルベアリングとベルトを駆動させるプーリーとの位置がスクリューの軸方向にずれているため、ベルトの張力によってスクリューにモーメントが作用し、スクリューが加熱筒に対して傾斜したり、或いは偏心したりして回転するおそれがあった。図3に示す射出成形機においては、軸受６，７の中心位置とベルト９ａの中心位置は距離Ｌａ分、スクリュー軸方向に乖離しているため、回転用駆動モーター8の回転による張力ＦによりモーメントＬａ×Ｆがスクリュー４に作用する。このモーメントによりスクリュー４がわずかに曲げられ、スクリュー４が加熱筒3に対して傾斜したり、あるいは偏心したりして回転するおそれがあった。その場合、スクリュー４と加熱筒３内径間の樹脂材料の流動する隙間が不均一となり、樹脂の圧送と可塑化が不安定になる、また極端な場合には加熱筒3の内壁にスクリュー４の外形が接触して回転されることによって発生する摩擦熱によって樹脂材料が炭化する危険性があった。図４に示す射出成形機の場合も同様な不具合を有している。

このモーメントを相殺するために、特許文献３に記載された射出装置ではプーリーの内側に別個のベアリングを設けることが提案されているが、この場合には従動プーリーと駆動軸の間、そして従動プーリーと第一ハウジングの間でそれぞれ同芯度が必要になるため、従動プーリーの加工に高精度が要求される。しかも、この構造では、従動プーリーがハウジングに対して軸方向に固定されているため、駆動軸と従動プーリーを軸方向に固着できず、スプライン結合等を用いて駆動軸を軸方向に移動可能に構成する必要が生じるため、更に複雑な構造になり、スプライン部の摺動による摩耗が発生する可能性もあった。

また、一般的にプーリーは起動・停止の応答時間を短くする目的で、慣性モーメントを低減するために軽量のアルミ系の合金で製作することが多く、その反面、駆動軸やハウジングは強度と耐久性を要するため鉄系の材料で製作されることが多いため、両者の熱膨張係数が大きく異なり、周辺環境の温度上昇の結果としてプーリーとハウジング間に設けたベアリングに予期せぬ負荷が発生する危険があった。

本発明は、このような実情に鑑みて、簡単な構成でプーリーにラジアル荷重が発生したとしてもスクリューにモーメントが作用しないようにした射出成形機の射出装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、周辺環境に温度上昇が生じてもベアリングに予期せぬ負荷が発生しないようにした射出成形機の射出装置を提供することである。

本発明に係る射出成形機の射出装置は、ハウジングに対して駆動軸を回転可能且つ該駆動軸の軸線方向へ移動可能に配設し、駆動軸にスクリューの後端が連結され、駆動軸にラジアルベアリングとスラストベアリングが取り付けられ且つ少なくともラジアルベアリングの外輪がハウジングに装着されており、駆動軸にはプーリーが固着されていると共にプーリーをベルトを介して駆動モータで回転させることによってスクリューを回転させるようにした射出成形機の射出装置であって、ベルトの幅方向の中心位置とラジアルベアリングの中心位置とが駆動軸の中心軸線に直交する線上に重なっていることを特徴とする。
本発明による射出成形機の射出装置によれば、駆動モータを駆動させてスクリューを回転させる際、駆動モータの駆動力はベルトを介してプーリーに伝達されてプーリーを回転させ、プーリーと一体に駆動軸が回転することでスクリューを一体回転させる。その際、ベルトの回転による張力によってプーリーにラジアル荷重が発生するが、ベルト張力の発生位置である幅方向中心位置とラジアルベアリングの中心位置とが駆動軸の中心軸線方向に直交する線上に一致しているため、駆動軸と駆動軸に連結されたスクリューにはモーメントが作用しない。そのため、加熱筒に対して駆動軸やスクリューが曲げられたり偏心したりして回転することがなくスクリュー回転による加熱筒内の樹脂材料の可塑化作用が安定し、均一な溶融状態の樹脂が生成され、精密な成形を行える。また、スクリューと加熱筒の接触による摩擦熱によって樹脂材料が炭化する危険性も回避される。

また、本発明による射出成形機の射出装置によれば、ハウジングに対して駆動軸を回転可能且つ該駆動軸の軸線方向へ移動可能に配設し、駆動軸にスクリューの後端が連結され、駆動軸にラジアルベアリングとスラストベアリングが取り付けられ且つ少なくともラジアルベアリングの外輪がハウジングに装着されており、駆動軸にはスプロケットが固着されていると共にスプロケットをチェーンを介して駆動モータで回転させることによってスクリューを回転させるようにした射出成形機の射出装置であって、チェーンの幅方向の中心位置とラジアルベアリングの中心位置とが駆動軸の中心軸線に直交する線上に重なっていることを特徴とする。
本発明による射出成形機の射出装置によれば、駆動モータを駆動させてスクリューを回転させる際、駆動モータの駆動力はチェーンを介してスプロケットに伝達されてスプロケットを回転させ、スプロケットと一体に駆動軸が回転することでスクリューを一体回転させる。その際、チェーンの回転による張力によってスプロケットにラジアル荷重が発生するが、チェーン張力の発生位置である幅方向中心位置とラジアルベアリングの中心位置とが駆動軸の中心軸線に直交する線上に一致しているため、駆動軸と駆動軸に連結されたスクリューにはモーメントが作用しない。そのため、加熱筒に対して駆動軸やスクリューが曲げられたり偏心したりして回転することがなくスクリュー回転による加熱筒内の樹脂材料の可塑化作用が安定し、均一な溶融状態の樹脂が生成され、精密な成形を行える。また、スクリューと加熱筒の接触による摩擦熱によって樹脂材料が炭化する危険性も回避できる。

また、ラジアルベアリングはラジアル方向の荷重のみを負担することが好ましい。
これによってベルトまたはチェーンの張力によってプーリーやスプロケットに発生するラジアル荷重をラジアルベアリングでラジアル方向の荷重として受けることができるため、スクリューや駆動軸にモーメントが発生しない。

また、ラジアルベアリングを保持する駆動軸とハウジングは線膨張係数が同一または近似する材質で構成されていることが好ましい。
本発明による射出装置では、駆動軸とハウジングとの間にラジアルベアリングが設けられているため、周辺環境の温度変化や射出装置の駆動熱等が上昇しても、駆動軸とハウジングは線膨張係数が同一または近い材質からなるために線膨張係数の差が小さくベアリングや駆動軸に偏心を生じたりハウジングに過大な負荷が発生したりすることはない。

本発明による射出成形機の射出装置によれば、駆動モータの回転時に、ベルトやチェーンの張力によってプーリーやスプロケットにラジアル荷重が発生したとしても、ラジアル荷重の発生位置とラジアルベアリングの取付位置が同一線上に重なるために駆動軸及び駆動軸に連結されたスクリューにはモーメントが作用せず、駆動軸及びスクリューが加熱筒に対して曲げられたり偏心したりすることが抑制され、スクリューによる樹脂の可塑化が安定して生成される溶融樹脂によって精密な射出成形を行える。

しかも、ベアリングは駆動軸とハウジングとの間に設けられ、プーリーやスプロケットに取り付けない構造であるため、プーリーまたはスプロケットやハウジングの加工と組み立てが容易になる。また、プーリーやスプロケットは駆動軸に固着されており、スプライン結合等の摺動可能構造が不要なため、プーリーやスプロケットと駆動軸の摩耗がなく長寿命となる。
また、線膨張係数の離れた材質のプーリーやスプロケットとハウジングとの間にベアリングを設けない構造であるため、熱膨張によってベアリング等に偏心や過大な負荷が作用することもなく長寿命である。

本発明の第一の実施形態による射出成形機の射出装置の断面図である。本発明の第二の実施形態による射出成形機の射出装置の断面図である。従来の射出成形機の射出装置の断面図である。他の従来の射出成形機の射出装置の水平断面図である。更に他の従来の射出成形機の射出装置の断面図である。

以下、本発明の第一の実施形態による射出成形機の射出装置について、図１に基づいて説明する。
図１に示す射出成形機は、図示しないマシンボディ上に設けたリニアガイドに沿って射出装置４０が進退可能とされ、マシンボディの前方に設けられたフロントプレート７０には加熱筒７１が設けられ、射出装置４０はフロントプレート７０に固定されたボールナット７２と該ボールナット７２に螺合するボールねじ軸７３に沿って進退可能とされている。射出装置４０の前側にスクリュー４１が設けられ、スクリュー４１は射出装置４０が射出用モータの回転がボールねじ軸７３の後端に設けられた従動プーリ７４にベルトを介して伝達されることにより、ボールねじ軸７３に沿って進退することでフロントプレートに設けた加熱筒内で進退するように構成されている。
このような射出装置４０において、スクリュー４１の基端側部分はスクリューカップリング４２を介して駆動軸４３に連結されている。駆動軸４３の外周面にはハウジング４４が設けられ、駆動軸４３の先端部（図１において左側）において、ハウジング４４の内周面と駆動軸４３の外周面との間にはラジアルベアリング４５が設けられている。

また、駆動軸４３において、ラジアルベアリング４５の軸方向後側（図１において右側）にはスラストベアリング４８が設けられている。スラストベアリング４８の基端側には駆動軸４３とその外周側の伝達部材５０との間に軸受５１が設けられ、更に駆動軸４３の基端側には他の伝達部材５４を介してロードセル５２が設けられ、ロードセル５２は他の伝達部材５４とハウジング４４の後ろ側に設けた受圧板５３とに挟まれて取付ボルト５５、５６によって他の伝達部材５４と受圧板５３とにそれぞれ固定されている。

ハウジング４４の外周面にはスクリュー駆動用モータ５８が固定されており、スクリュー駆動用モータ５８の出力軸には駆動プーリー５９が固着され、駆動軸４３の先端部分にはプーリーとして従動プーリー６０が固着されている。そして、駆動プーリー５９と従動プーリー６０との間にはベルト、例えばタイミングベルト６１が架け渡されており、スクリュー駆動用モータ５８を回転させることで駆動プーリー５９及び従動プーリー６０を介してスクリュー４１を回転させて加熱筒内に供給された合成樹脂材料を可塑化できるようになっている。駆動プーリー５９の両側にはフランジ５９aが設けられ、スクリュー駆動用モーター５８の軸方向に移動しないようにタイミングベルト６１の位置を抑制している。
ここで、タイミングベルト６１の幅方向の中心位置とラジアルベアリング４６の軸方向の中心位置とは、駆動軸４３の中心軸線Ｏに直交する方向において一致しており、同一の中心線Ｌ上に位置している。

また、従動プーリー６０の材質は、回転時の慣性を低減させるためにアルミ系の合金で製作されている。一方、駆動軸４３の材質は、回転時の遠心力による偏心等を防止するために鉄系の材料（例えば機械構造用炭素鋼ＳＣ、クロム-モリブデン鋼ＳＣＭ等）で製作され、ハウジング４４も強度を確保するために鉄系の材料（例えば鋳鉄ＦＣまたはＦＣＤ）で製作されている。駆動軸４３とハウジング４４が共に鉄系の材料で構成されていれば、アルミ系の材料と比較して線膨張係数が同一または近い材質であるため、駆動モータ５８の駆動熱や周辺環境の昇温等が生じても、熱膨張率の差が小さいためベアリング４５，４８や従動プーリー６０に偏心や過大な負荷が作用することがない。

本実施形態による射出成形機の射出装置４０は上述の構成を備えているから、スクリュー駆動用モータ５８を回転させて加熱筒７１内でスクリュー４１を回転させることで加熱筒７１内に投入された樹脂材料を可塑化することができる。また、図示しない射出用モータを回転させてボールねじ軸７３を回転させることで、スクリュー４１を射出装置４０と一体に前進させることで溶融樹脂を射出することができる。

ここで、スクリュー駆動用モータ５８を回転させる際、駆動プーリー５９と従動プーリー６０との間を旋回するタイミングベルト６１の張力によって従動プーリー６０にラジアル荷重が発生しても、タイミングベルト６１の幅方向中心位置とラジアルベアリング４５の中心位置とが駆動軸４３の中心軸線Ｏに直交する中心線Ｌ上に位置するため、タイミングベルト６１による張力の中心位置とラジアルベアリング４５の取付位置とが一致するので、ラジアル荷重をラジアルベアリング４５で受けることができる。
そのため、駆動軸４３及びこの駆動軸４３に連結されたスクリュー４１にモーメントが発生しないから、モーメントによって加熱筒７１に対してスクリュー４１及び駆動軸４３が偏心したり曲がったりすることがなく、スクリュー４１の回転による加熱筒７１内の樹脂材料の可塑化作用が安定して均一な溶融状態の樹脂が生成され、精密な成形を行える。また、スクリュー４１と加熱筒７１の接触による摩擦熱によって樹脂材料が炭化する危険性も回避できる。

上述のように本実施形態による射出成形機の射出装置４０によれば、スクリュー駆動用モータ５８を回転させる際、タイミングベルト６１の張力によって従動プーリー６０にラジアル荷重が付与されても同一中心線Ｌ上のラジアルベアリング４５で受けることができるため、駆動軸４３及びスクリュー４２にモーメントが作用せず、加熱筒７１内の樹脂材料の可塑化作用が安定し均一な溶融状態の樹脂が生成され、精密な成形を行える、という作用効果を奏する。

また、ラジアルベアリング４５を駆動軸４３とハウジング４４とに取り付け、従動プーリー６０には取り付けない構造であるから、構造が単純であり、従動プーリー６０やハウジング４４の加工が容易になる。しかも、従動プーリー６０は駆動軸４３に固着されており、スプライン結合等の摺動構造が不要であるため、従動プーリー６０や駆動軸４３の摩耗がなく長寿命となる。
更に、ラジアルベアリング４５やスラストベアリング４８を材質の異なる従動プーリー６０とハウジング４４の間に設けず、線膨張係数が近似するまたは同一の材質からなる駆動軸４３とハウジング４４の間に設けたから、熱膨張率の差によってベアリング４５，４８や従動プーリー６０に過大な負荷が作用することがなく、長寿命の射出装置４０が得られる。

以上、本発明の第一の実施形態による射出装置４０について説明したが、本発明は上述の第一の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同一または同様な部材、部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。
例えば、図２は第二の実施形態による射出装置６５を示す断面図である。
本第二実施形態による射出成形機の射出装置６５は、第一実施形態におけるスクリュー駆動用モータ５８の出力軸に駆動プーリー５９に代えて駆動スプロケット６６を設け、従動プーリー６０に代えて従動スプロケット６７をスプロケットとして設けた。そして、タイミングベルト６１に代えてチェーン６８を設けて、駆動スプロケット６６と従動スプロケット６７の間に張架させる構成を採用した。
その余の構成は第一実施形態による射出装置４０と同一である。
本題に実施形態による射出装置６５においても、第一実施形態による射出装置４０と同一の作用効果を奏することができる。

なお、上述した各実施形態による射出装置４０では、従動プーリー６０は回転時の慣性を低減させるためにアルミ系の合金で製作され、ラジアルベアリング４５を挟持して保持する駆動軸４３とハウジング４４は鉄系の材料（例えばＳＣ材やＦＣ材）で製作されているとしたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。ラジアルベアリング４５を保持する駆動軸４３とハウジング４４が少なくとも線膨張係数が同一または近似する材質で構成されていればどのような材質であってもよい。
また、従動プーリー６０はアルミ系の合金に限定されることなく、適宜の素材を採用することができる。また、従動スプロケット６７も適宜の材料で製作できる。
なお、本発明において、従動プーリー６０はプーリーを、従動スプロケット６７はスプロケットをそれぞれ構成し、タイミングベルト６１はベルトを構成する。

４０，６５射出装置
４１スクリュー
４３駆動軸
４４ハウジング
４５ラジアルベアリング
４８スラストベアリング
５８スクリュー駆動用モータ
５９駆動プーリー
６０従動プーリー
６１タイミングベルト
６６駆動スプロケット
６７従動スプロケット
６８チェーン

Claims

ハウジングに対して駆動軸を回転可能且つ該駆動軸の軸線方向へ移動可能に配設し、前記駆動軸にスクリューの後端が連結され、前記駆動軸にラジアルベアリングとスラストベアリングが取り付けられ且つ前記少なくとも前記ラジアルベアリングの外輪がハウジングに装着されており、前記駆動軸にはプーリーが固着されていると共に前記プーリーをベルトを介して駆動モータで回転させることによって前記スクリューを回転させるようにした射出成形機の射出装置であって、
前記ベルトの幅方向の中心位置と前記ラジアルベアリングの中心位置とが前記駆動軸の中心軸線に直交する線上に重なっていることを特徴とする射出成形機の射出装置。
ハウジングに対して駆動軸を回転可能且つ該駆動軸の軸線方向へ移動可能に配設し、前記駆動軸にスクリューの後端が連結され、前記駆動軸にラジアルベアリングとスラストベアリングが取り付けられ且つ少なくとも前記ラジアルベアリングの外輪がハウジングに装着されており、前記駆動軸にはスプロケットが固着されていると共に前記スプロケットをチェーンを介して駆動モータで回転させることによって前記スクリューを回転させるようにした射出成形機の射出装置であって、
前記チェーンの幅方向の中心位置と前記ラジアルベアリングの中心位置とが前記駆動軸の中心軸線に直交する線上に重なっていることを特徴とする射出成形機の射出装置。
前記ラジアルベアリングはラジアル方向の荷重のみを負担することを特徴とする請求項１または２に記載された射出成形機の射出装置。
前記ラジアルベアリングを保持する前記駆動軸とハウジングは線膨張係数が同一または近似する材質で構成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載された射出成形機の射出装置。