JP4751935B2 - 合成樹脂を可塑化し射出するための機械の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂を可塑化し射出するための機械の駆動装置に関する。

かかる駆動装置は、例えば独国特許第１００２８０６６号明細書で知られている。この駆動装置は、射出成形機として形成された合成樹脂加工機に利用される。

その機能は２つの主工程に分けられる。供給された合成樹脂粒子を可塑化する第１工程中、押出しスクリューが回転し、同時に軸方向後方に、即ち、射出開口から離れる方向に移動する。これに伴い、射出すべき合成樹脂を、同時に加熱および可塑化しつつ、前方に搬送する。その間に、可塑化過程において大きな圧力を実現すべく、反力も必要である。第２の主工程は、可塑性合成樹脂の成形型への射出にある。その際、押出しスクリューは軸方向前方に移動する。
独国特許第１０２２２７４８号明細書から、射出成形機のための射出装置が公知である。この装置は、駆動電動機の回転子と電動機のハウジングの間で機能するスピンドル駆動機を含んだ可塑化スクリューのための単一電動機駆動装置と、スクリュー駆動装置とスクリュー引き上げ装置との間の単一電動機駆動装置を制御するための選択的に操作可能な複数の開閉要素とを含んでいる。このため、駆動電動機の所要電力と、引き揚げのために必要な直線的な案内のための電力は明らかに減少し、その結果回転子は、可塑化スクリューおよび回転子により回転駆動されるスピンドル駆動装置の駆動要素と共に、電動機ハウジングに対し引き揚げ可能に配置され、そして固定子又は回転子側の磁極装置の一方が、他方に対し回転子の引き揚げ路に相応して延長されている。

公知の駆動装置の場合、２台の駆動電動機と、それらが発生する最大トルクに相応して設計した２台の周波数変換装置が必要である。一方の電動機は、押出しスクリューの回転運動を引き受け、他方の電動機は、押出しスクリューの送り運動を引き受ける。動力伝達は、例えばスピンドルナットを備えたボール再循環スピンドルによって行われる。スピンドル本体とこれに結合された押出しスクリューは、可塑化工程中に第１駆動電動機により回転される。第２駆動電動機は無負荷回転し、又は必要に応じて反力を発生する。射出工程中、第１駆動電動機は押出しスクリューの（逆）回転運動を阻止し、第２駆動電動機はスピンドルナットを回転し、これにより、押出しスクリューが前方に移動する。その後、上述の過程経過が繰り返される。

本発明の課題は、安価に製造し、かつ運転できる、冒頭に述べた形式の駆動装置を提供することにある。

この課題は請求項１に記載の特徴によって解決される。本発明に基づく駆動装置は、
ａ）回転軸線を中心として回転可能な中空軸を備え第１回転方向と第２回転方向 に駆動できる主駆動部と、
ｂ）中空軸により形成され軸方向に２つに分けられ第１部分領域と第２部分領域 とを備えた内側収容領域と、
ｃ）専ら第１回転方向における中空軸の回転運動を、回転軸線を中心として回転 可能な押出しスクリューに伝達するための、少なくとも部分的に第１部分領域 内に配置された回転伝達手段と、
ｄ）第１回転方向と第２回転方向における中空軸の回転運動を、回転軸線を中心 として回転可能で軸方向において両方向に移動可能な支え軸に伝達するためお よび伝達回転運動を支え軸の軸方向運動に転換するための、少なくとも部分的 に第２部分領域内に配置された回転伝達・転換手段と
を有している。

本発明による駆動装置の場合、従来必要であった大出力用の２台の駆動電動機の代わりに、唯一の主駆動部しか必要ない。この主駆動部は全ての大きさのトルクの作業工程に対して採用される。主駆動部は、特に収容領域並びに回転伝達・転換手段の２分割構造のために、可塑化過程中における押出しスクリューの回転運動並びに射出過程中における押出しスクリューの軸方向送りに対して利用できる。その結果、１台の駆動電動機がその周波数変換装置を含めて省かれる。これは製造費を低減する。

更に、運転中主駆動部を非常に効果的に利用できる。従来の場合、２台の駆動電動機の内互い違いに１台は利用されない。これに対し本発明に基づく駆動装置の場合、主駆動部のそのような停止状態又は無負荷状態は生じない。この主駆動部は連続的に利用される。この利用率の向上は非常に効果的であり、運転コストの低減に寄与する。

本発明に基づく駆動装置の他の利点は、非常にコンパクトな構造にある。即ち、特に中空軸における収容領域の二重利用に基づき、総構造長を短縮可能である。

本発明に基づく駆動装置の有利な実施態様を、従属請求項に示す。

押出しスクリューと支え軸を、収容領域の内部に配置したスラスト軸受で連結するとよい。この連結は非常に場所を節約する。

また、回転伝達手段が、第２回転方向についての第１フリーホィールを有するとよい。これは、押出しスクリューの回転運動が一方の回転方向、即ち、第１回転方向においてしか行われない点で有利である。その際（＝可塑化過程）しか、第１フリーホィールが中空軸から押出しスクリューにトルクを伝達しない。これは、それに対し逆回転方向、即ち第２回転方向では行わない。第１フリーホィールは第２回転方向におけるトルク伝達に関して中空軸と押出しスクリューとを切り離す。第２回転方向での運転時、駆動装置は射出過程にあり、この射出過程中に、可塑性合成樹脂が、押出しスクリューの軸方向送りにより射出される。この過程での射出物の逆流をできるだけ防止すべく、第２回転方向における押出しスクリューの回転運動は望まれない。

他の有利な実施態様では、押出しスクリューが、第１回転方向についての第２フリーホィール又は作動可能なブレーキを備える。この結果、射出過程中での押出しスクリューの軸方向送り時、押出しスクリューの第２回転方向における回転運動を確実に阻止できる。さもないと、かかる回転運動が場合により自然に生じてしまう。

また、一方で中空軸、他方で回転伝達・転換手段が、各々互いにかみ合うスプライン溝（軸方向に延びる縦溝）を備える。これは、一方で回転連結とトルク伝達を可能にし、他方では、軸方向、即ち回転軸線の方向での相対移動を可能にする。

他の有利な実施態様では、回転運動を軸方向運動に転換するための転換手段は、支え軸に設けられた雄ねじ並びに雌ねじ付きナットを備える。上述の転換は、かくして特に単純かつ効果的に行える。この転換様式は少数の機械的構成要素しか必要とせず、特にオイルレスでも実現できる。

また、ナットを補助駆動部で回転軸線を中心として回転駆動するとよい。その際、例えば可塑化過程中、押出しスクリューが軸方向後方に移動する速度および／又は反力が発生する。また、そのようにして後方への自由運動を発生できる。しかし基本的には、ナットを固定して取り付け、移動不能とする。補助駆動部は、僅かな動力の保持過程に対し設計できる。従って、この補助駆動部は、大きなルクの作業工程に対し設計した主駆動部よりかなり小形に寸法づけ、かつ単純に形成可能である。特に、大きなトルクに対する補助駆動部の設計は不要である。主作業は主駆動部で実行される。利用状態に応じ、補助駆動部は場合によっては無負荷回転するか、運動が制動される。

有利な実施態様では、補助駆動部を、主駆動部より小形に設計した直接駆動部として形成する。この直接駆動部は非常に単純に形成できる。回転子又は永久磁石だけをナットに直接取り付け、例えば焼きばめた直接駆動部の形態が、特にコスト的に有利である。

また、支え軸が特に回転駆動可能な歯車がかみ合う平歯を有すると好ましい。これは、高い回転数、例えば５００ｒｐｍ以上の回転数を可能にする。

更にまた、回転運動を軸方向運動に転換する転換手段が、支え軸に設けた雄ねじと、該ねじにかみ合うウォーム歯車装置を有していると好ましい。上述の転換は、かくして非常に単純かつ効果的に達成できる。

以下の図を参照した実施例の説明から、本発明の他の特徴、利点および詳細を明らかにする。なお図１〜図３において、同一部分には同一符号を付している。

図１は、合成樹脂を可塑化し射出するための図示しない合成樹脂加工機の駆動装置１の実施例を示す。該駆動装置１は、固定子３と、回転軸線４を中心として回転駆動される回転子５とを有し、電動機として形成した主駆動部２を備える。回転子５は、固定子３の中央孔内に配置されている。回転子５は中空軸６上に固着され、該中空軸６は、回転軸線４に対し同軸的に配置され、その円筒状中空室が内側収容領域７を形成している。

収容領域７は軸方向、即ち回転軸線の方向に２分割されている。その第１部分領域８は中空軸６の左側端面の側にあり、第２部分領域９は右側端面の側にある。

中空軸６は移動スリーブとして形成され、該スリーブは内周壁、即ち収容領域７の側の内周壁に、図１には示さない軸方向に延びる内側スプライン溝（縦溝）を有している。

部分領域８において、フリーホィール１０が外周に設けられた外側スプライン溝で、中空軸６とフリーホィール１０が軸方向に相対移動できるように、中空軸６の内側スプライン溝にかみ合っている。同様にして、部分領域９において、回転軸線４を中心に回転可能な支え軸１１がその外周に設けられた外側スプライン溝で、中空軸６と支え軸１１が軸方向に相対移動できるように、中空軸６の内側スプライン溝にかみ合っている。支え軸１１の外側スプライン溝は、支え軸１１又は図１の実施例のように、支え軸１１上の他の移動ブッシュ１２により設け得る。

フリーホィール１０は、軸方向に移動可能な回転ブレーキ１４の第１制動要素１３により、回転軸線１４を中心として回転可能でかつ軸方向に移動可能な押出しスクリュー１６に固く結合されている。制動要素１３はそのフランジ状部分が主駆動部２の外側空間に迄達し、そこで調整可能な係合深さで、回転ブレーキ１４の第２制動要素１７にかみ合っている。制動要素１７は押出しスクリュー１６に同期して軸方向に移動できるが、半径方向および接線方向には、図示しない様式で、主駆動部２の外側空間において、例えば主駆動部２や合成樹脂加工機のハウジングに支持されている。

図示しない、異なる実施例では、回転ブレーキ１４に代えて、他のフリーホィールを設ける。フリーホィールは、同様に軸方向に移動可能に主駆動部２の外側に支持され、その自由回転方向はフリーホィール１０の回転方向とは逆になっている。

押出しスクリュー１６と支え軸１１は、収容領域７の内部に配置したスラスト軸受１８により、押出しスクリュー１６と支え軸１１が回転軸線１４を中心として異なった回転運動を実施するように互いに連結されている。

支え軸１１の一端１１ａは、収容領域７の部分領域９から突出している。支え軸１１は端部１１ａの外周面に雄ねじ１９を持ち、該雄ねじ１９は、回転軸線１４を中心として回転可能なナット２０の雌ねじの内部に案内されている。ナット２０は回転装置として形成された補助駆動部２１に機械的に結合している。基本的には、図示しない、異なる実施例において、ナット２０を、回転不能に、固く固定して形成してもよい。

ナット２０を回転可能に支持すべく、軸方向に他のスラスト軸受２２をも設け、ナット２０を座金２２ａによりスラスト軸受２２に接続してもよい。スラスト軸受２２は、制動要素１７と同様に主駆動部２の外側空間に配置され、スラスト軸受２２の支持は、制動要素１７とは異なって、位置を固定している。両スラスト軸受１８、２２は、転がり軸受又はすべり軸受として形成できる。これら軸受は簡単に点検、交換可能である。これは、特に外側に設けられ、従って特に容易に接近できるスラスト軸受２２に当てはまる。

次に、駆動装置１の機能および特別な利点について詳細に説明する。

可塑化過程中、回転子５は第１回転方向に回転する。この回転運動は、中空軸６と、フリーホィール１０へのスプライン継手と、フリーホィール１０と、回転ブレーキ１４とによって、押出しスクリュー１６に伝達される。押出しスクリュー１６は、可塑化方向に回転する。即ち、フリーホィール１０の自由回転方向に対し逆の回転方向において、フリーホィール１０は押出しスクリュー１６を連動させる。回転ブレーキ１４は解除状態、即ち非制動状態にあり、このため、押出しスクリュー１６は回転運動を妨げられない。

回転子５と中空軸６とのスプライン継手により、支え軸１１も一方の回転方向に駆動される。この運転状態において、押出しスクリュー１６と支え軸１１は互いに同期して回転する。雄ねじ１９とナット２０は、回転運動を回転軸線４に沿った方向の支え軸１１の軸方向運動に変換し、スプライン継手に基づき、スラスト軸受１８を介して、押出しスクリュー１６の軸方向運動にも変換する。一方で中空軸６と、他方でフリーホィール１０並びに支え軸１１との間のスプライン継手は、この軸方向移動を可能にする。回転子５と補助駆動部２１で駆動されるナット２０との間の、選択した相対速度に応じ反力、そして押出しスクリュー１６と支え軸１１から成るユニットの後方への走行速度も形成できる。

押出しスクリュー１６のねじ状部に入った合成樹脂射出物が完全に可塑化した際に、可塑化過程が終了し、射出過程が始まる。このために、主駆動部２の回転方向が切り換えられる。この回転方向では、フリーホィール１０は押出しスクリュー１６にトルクを伝達しない。これに対し、回転方向が逆転した際も、支え軸１１に回転運動が伝達される。スラスト軸受１８は、押出しスクリュー１６と支え軸１１との相対回転運動を可能にする。ナット２０は補助駆動部２１により拘束され、回転運動を阻止される。このため射出過程中に支え軸１１の回転運動は、押出しスクリュー１６と支え軸１１から成るユニットの前方に向かう軸方向運動を生じさせる。

更に射出過程の初めに、回転ブレーキ１４も作動する。回転ブレーキ１４は拘束状態にあり、そうでなければ軸方向送りにより起こってしまう押出しスクリュー１６の切り換えられた回転方向の回転運動を阻止する。この回転運動は可塑性射出物の望ましくない逆流を生じさせる。そして射出物は、軸方向送りによって、図１に示さない噴射ノズルを介して、押出しスクリュー１６を取り囲むハウジングの前端において、射出成形型に圧入される。射出過程の終了後に新たなサイクルが始まる。

フリーホィール１０と回転ブレーキ１４は、中空軸６とフリーホィール１０の互いにかみ合うスプライン溝と共に、回転子５、従って中空軸６の回転運動を押出しスクリュー６に伝達するための回転伝達手段を形成する。その伝達は、フリーホィール１０により、専ら一方の回転方向における回転運動に対して行われる。

同様に、場合により存在する移動ブッシュ１２と、雄ねじ１９と、ナット２０が、中空軸６とフリーホィール１０の互いにかみ合うスプライン溝と共に、回転子５、従って中空軸６の回転運動を支え軸１１に伝達し、かつ伝達回転運動を支え軸１１の軸方向運動に転換する手段を形成する。ここでは、回転運動の伝達は押出しスクリュー１６と異なり両回転方向において行われる。

即ち、主駆動部２は回転子５の回転方向に応じ、押出しスクリュー１６並びに支え軸１１を回転運動させるか、支え軸１１だけを回転運動させる。駆動装置１の所定の運転中、押出しスクリュー１６は一方の回転方向にだけ回転する。

大出力用に設計された主駆動部２は、あらゆる大きさのトルクの作業工程において採用される。主駆動部２は、それを制御する図１に示さない周波数変換装置と共に、可塑化過程中並びに射出過程中に主作業を実行する。これに対し、選択的補助駆動部２１は、低い動力の保持過程に対してしか設計されず、従って、主駆動部２より明らかに低出力に設計されている。

全体として、この駆動装置１は、公知の方式に比べ、大出力用の第２駆動電動機をそれに付属する周波数変換装置も含めて省くことを可能にする。この結果、合成樹脂加工機全体に対して設定される電気出力も低減できる。これはかなりのコスト削減要因となる。

補助駆動部２１に比べ大きな体積を持つ大出力の第２駆動電動機を省略することで、駆動装置１は非常に小形になる。このため、合成樹脂加工機は公知の方式に比べて総構造長が短くなる。

更に、この駆動装置１の場合、図１に示さないハウジングに、公知の方式に比べてかなり小さな力しか作用しない。そのためハウジングは少なくとも幾つかの部分領域を弱く設計できる。これはコスト削減に貢献する。

図２と３に、各々支え軸１１の異なるガイドを備えた駆動装置２３、２４の実施例を示す。

図２の駆動装置２３では、支え軸１１は、主駆動部２の収容領域７から突出した端部にウォーム歯車装置２６の構成品である雄ねじ２５を備える。更に、ウォーム歯車装置２６は、伝動装置回転軸線２７を中心として回転駆動される歯車２８を有し、該歯車２８はその歯が雄ねじ２５のねじ溝にかみ合っている。伝動装置回転軸線２７は回転軸線４に対し垂直に延びている。歯車２８は両回転方向に駆動できる。ウォーム歯車装置２６は図１の駆動装置１の、雄ねじ１９とナット２０と補助駆動部２１との複合体と同様に作用する。

図３の駆動装置２４の場合、支え軸１１は主駆動部２の収容領域７から突出した端部１１ａに平歯２９を有し、該平歯２９に、伝動装置回転軸線３０を中心として回転駆動される歯車３１がかみ合っている。伝動装置回転軸線３０は、回転軸線４に対し平行に延びている。歯車３１は両回転方向に駆動できる。平歯２９による機械的連結は、駆動装置１および駆動装置２３の場合より大きな回転数を可能にする。駆動装置２４の場合、平歯２９と歯車３１に加えて、駆動装置１の場合と同様に、支え軸１１の回転運動を軸方向運動に転換すべく、支え軸１１に配置された雄ねじと案内雌ねじとの複合体を設けている。

押出しスクリューと支え軸とを駆動する主駆動部および支え軸のナットガイドを備えた駆動装置の実施例の断面図。 支え軸の駆動部が異なっている駆動装置の別の実施例の概略図。 支え軸の駆動部が異なっている駆動装置の別の実施例の概略図。

符号の説明

１ 駆動装置、２ 主駆動部、４ 回転軸線、６ 中空軸、７ 収容領域、８ 第１部分領域、９ 第２部分領域、１０ フリーホィール、１１ 支え軸、１２ 移動ブッシュ、１４ 回転ブレーキ、１６ 押出しスクリュー、１９ 雄ねじ、２０ ナット、２１ 補助駆動部、２５ 雄ねじ、２６ ウォーム歯車装置、２９ 平歯、３１ 歯車

Claims (10)

1. 合成樹脂を可塑化し射出するための機械の駆動装置において、
   ａ）回転軸線（４）を中心として回転可能な中空軸（６）を備え第１回転方向と第２回転方向に駆動できる主駆動部（２）と、
   ｂ）中空軸（６）により形成され軸方向に２つに分けられ第１部分領域（８）と第２部分領域（９）とを備えた内側収容領域（７）と、
   ｃ）専ら第１回転方向における中空軸（６）の回転運動を、回転軸線（４）を中心として回転可能な押出しスクリュー（１６）に伝達するための、少なくとも部分的に第１部分領域（８）内に配置された回転伝達手段（１０、１４）と、
   ｄ）第１回転方向と第２回転方向における中空軸（６）の回転運動を、回転軸線（４）を中心として回転可能で軸方向において両方向に移動可能な支え軸（１１）に伝達するためおよび伝達回転運動を支え軸（１１）の軸方向運動に転換するための、少なくとも部分的に第２部分領域（９）内に配置された回転伝達・転換手段（１２、１９、２０、２５、２６、２８、２９、３１）と
   を有することを特徴とする合成樹脂を可塑化し射出するための機械の駆動装置。
2. 押出しスクリュー（１６）と支え軸（１１）が、収容領域（７）の内部に配置されたスラスト軸受（１８）によって連結されたことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 回転伝達手段（１０、１４）が、第２回転方向についての第１フリーホィール（１０）を有することを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
4. 押出しスクリュー（１６）が、第１回転方向についての第２フリーホィール（１０）又は作動可能なブレーキ（１４）を備えることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
5. 一方では中空軸（６）および他方では回転伝達・転換手段（１０、１１、１２）が、各々互いにかみ合うスプライン溝を有することを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
6. 回転運動を軸方向運動に転換するための転換手段が、支え軸（１１）に設けられた雄ねじ（１９）並びに雌ねじ付きナット（２０）を有することを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
7. ナット（２０）が、補助駆動部（２１）によって回転軸線（４）を中心として回転駆動されることを特徴とする請求項６記載の駆動装置。
8. 補助駆動部（２１）が、主駆動部（２）より小形に設計された直接駆動部として形成されたことを特徴とする請求項７記載の駆動装置。
9. 支え軸（１１）が、歯車（３１）がかみ合う平歯（２９）を有することを特徴とする請求項６記載の駆動装置。
10. 回転運動を軸方向運動に転換するための転換手段が、支え軸（１１）に設けられた雄ねじ（２５）およびこの雄ねじ（２５）にかみ合うウォーム歯車装置（２６）を有することを特徴とする請求項１記載の駆動装置。

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