JP5108465B2

JP5108465B2 - 成形機

Info

Publication number: JP5108465B2
Application number: JP2007290696A
Authority: JP
Inventors: 吉哉谷口
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-11-08
Also published as: JP2009113403A

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、成形動作の駆動源としての電動モータの少なくとも１つに、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）を用いた成形機に関する。

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、また、計量用電動モータの出力軸に固定した駆動プーリと、上記の直動ブロックに回転可能に保持された被動プーリとに、タイミングベルトを掛け回して、計量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、被動プーリと一体回転するスクリュに伝達することで、スクリュを回転させるようにした構成を採ることが多い。

このような構成をとると、射出用電動サーボモータや計量用電動サーボモータとして、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、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、成形動作の駆動源として用いた射出成形機が、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。

ビルトイン型モータはモータ製造メーカから購入されるもので、モータの径や軸方向長さは、モータ容量に応じて適宜に選択されるようになっている。図３は、モータ製造メーカによって提供されるビルトイン型モータの一般的な構成を示しており、同図はビルトイン型モータの概要を示す断面図である。

図３において、１０１はビルトイン型モータ、１０２は、ビルトイン型モータ１０１のケーシング、１０３は、ケーシング１０２に固定された内部が中空円筒の固定子、１０４は、固定子１０３の内側で回転可能な円筒形の回転子、１０５は、回転子１０４の内周面に強嵌合などで固定されたスリーブ、１０６は、スリーブ１０５の一方端をケーシング１０２に対して回転可能に保持する軸受、１０７は、スリーブ１０５の他方端をケーシング１０２に対して回転可能に保持する軸受である。

上記のスリーブ１０５には、回転駆動させたい部材（回転部材）が適宜の手段で固定されるようになっていて、スリーブ１０５の形状は、モータ購入側のマシン仕様に応じた形状に、モータ製造メーカ側が適宜に作製するようになっている。

図３に示したように、ビルトイン型モータ１０１は、その回転部（回転子１０４およびスリーブ１０５）を軸支・支承する軸受１０６、１０７を含んで製造・販売されており、このようなビルトイン型モータ１０１を用いて、成形機メーカがマシンを構築すると、例えば、図４に示したような構成となる。

図４は、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ける射出系メカニズムの概要を示す要部断面図である。

図４において、２０１は、図示せぬ射出ユニットベース盤上に配設された図示せぬヘッドストック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、２０２は、図示せぬヘッドストックと保持プレート２０１との間で前後進可能であるように、図示せぬ射出ユニットベース盤上のレール部材２０３上に直動ガイド２０４を介して直線移動可能に配設された直動ブロック、２０５は、直動ブロック２０２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、計量用ビルトイン型モータ２０５と記す）、２０６は、計量用ビルトイン型モータ２０５のケーシング、２０７は、ケーシング２０６に固定された計量用ビルトイン型モータ２０５の内部が中空円筒の固定子、２０８は、固定子２０７の内側で回転可能な計量用ビルトイン型モータ２０５の円筒形の回転子、２０９は、回転子２０８の内周面に強嵌合などで固定された計量用ビルトイン型モータ２０５のスリーブ、２１０は、スリーブ２０９（すなわち回転子２０８）を回転可能に支承するため、ケーシング２０６とスリーブ２０９の一方端との間に介装された計量用ビルトイン型モータ２０５の軸受、２１１は、スリーブ２０９（すなわち回転子２０８）を回転可能に支承するため、ケーシング２０６とスリーブ２０９の他方端との間に介装された計量用ビルトイン型モータ２０５の軸受である。

また、２１２は、図示せぬヘッドストックにその後部を固定された図示せぬ加熱シリンダ内に、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、２１３は、計量用ビルトイン型モータ２０５のスリーブ２０９に固定されると共に、スクリュ２１２の基端部を固定・保持した回転体であり、スクリュ２１２は、計量用ビルトイン型モータ２０５の回転によって回転体２１３と一体となって回転駆動されるようになっている。

また、２１４は、前側の直動ブロック２０２に搭載された、計量用ビルトイン型モータ２０５の回転量を検出するためのエンコーダ、２１５は、前側の直動ブロック２０２に固定されたエンコーダ２１４の固定部、２１６は、回転体２１３に固定されたエンコーダ２１４の回転部、２１７は、回転体２１３および回転部２１６を固定部２１５に対して回転可能に保持するエンコーダ２１４の軸受である。

また、２１８は、保持プレート２０１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、射出用ビルトイン型モータ２１８と記す）、２１９は、射出用ビルトイン型モータ２１８のケーシング、２２０は、ケーシング２１９に固定された射出用ビルトイン型モータ２１８の内部が中空円筒の固定子、２２１は、固定子２２０の内側で回転可能な射出用ビルトイン型モータ２１８の円筒形の回転子、２２２は、回転子２２１の内周面に強嵌合などで固定された射出用ビルトイン型モータ２１８のスリーブ、２２３は、スリーブ２２２（すなわち回転子２２１）を回転可能に支承するため、ケーシング２１９とスリーブ２２２の一方端との間に介装された射出用ビルトイン型モータ２１８の軸受、２２４は、スリーブ２２２（すなわち回転子２２１）を回転可能に支承するため、ケーシング２１９とスリーブ２２２の他方端との間に介装された射出用ビルトイン型モータ２１８の軸受である。

また、２２５は、射出用ビルトイン型モータ２１８の回転を直線運動に変換するボールネジ機構、２２６は、保持プレート２０１に軸受け２２８を介して回転可能に保持されたボールネジ機構２２５のネジ軸（ボールネジ機構２２５の回転部）、２２７は、ネジ軸２２６に螺合されて、ネジ軸２２６の回転でネジ軸２２６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型モータ２０５のスリーブ２０９に固定されたボールネジ機構２２５のナット体（ボールネジ機構２２５の直動部）、２２９は、ナット体２２７を後側の直動ブロック２０２に対して回転可能に保持する軸受であり、射出用ビルトイン型モータ２１８の回転で、ボールネジ機構２２５のネジ軸２２６が回転駆動されてナット体２２７が直線駆動されることで、直動ブロック２０２や計量用ビルトイン型モータ２０５と一体となって、スクリュ２１２が直線駆動されるようになっている。

また、２３０は、射出用ビルトイン型モータ２１８に搭載された、射出用ビルトイン型モータ２１８の回転量を検出するためのエンコーダ、２３１は、射出用ビルトイン型モータ２１８のケーシング２１９に固定されたエンコーダ２３０の固定部、２３２は、射出用ビルトイン型モータ２１８のスリーブ２２２に固定されたエンコーダ２３０の回転部、２３３は、回転部２３２を固定部２３１に対して回転可能に保持するエンコーダ２３０の軸受である。
特開平１１−１９８１９９号公報

図４に示し上述したように、従来は、その両端に軸受２１０、２１１を備えた計量用ビルトイン型モータ２０５や、その両端に軸受２２３、２２４を備えた射出用ビルトイン型モータ２１８を用いて、インラインスクリュ式の射出成形機の射出系メカニズムを構築していたため、計量用ビルトイン型モータ２０５と射出用ビルトイン型モータ２１８をインラインに配置した射出系メカニズムには、図４で左から順に、エンコーダ２１４の軸受２１７、計量用ビルトイン型モータ２０５の左側の軸受２１０、計量用ビルトイン型モータ２０５の右側の軸受２１１、ボールネジ機構２２５のナット体２２７の軸受２２９、ボールネジ機構２２５のネジ軸２２６の軸受２２８、射出用ビルトイン型モータ２１８の左側の軸受２２３、射出用ビルトイン型モータ２１８の右側の軸受２２４、エンコーダ２３０の軸受２３３という、多数の軸受がインラインに配設されていた。ところが、このように多数の軸受を用いる構成であると、軸受のコストが軸受の数だけかかることにより、コストダウンの阻害要因となるという問題がある。さらに、多数の軸受がインラインに配設されているので、射出系メカニズムの全長が長くなり、また、多数の軸受同士の芯合わせ・調整が繁雑な作業になるという問題もある。

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、ビルトイン型モータを成形動作の駆動源とした成形機において、軸受の数を低減することにある。

本発明は上記した目的を達成するため、成形動作の駆動源としての電動モータに、内部が中空円筒の固定子と、該固定子の内部に位置する円筒形の回転子とをもつ、中空の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以外の回転部材の軸受を、ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用するように、構成する。
例えば、ビルトイン型モータの回転量を検出するエンコーダの軸受を、ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用したり、ボールネジ機構のネジ軸の軸受を、ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用したり、ボールネジ機構のナット体の軸受を、ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用したりする。

本発明では、ビルトイン型モータの回転量を検出するエンコーダの軸受を、ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用したり、ボールネジ機構のネジ軸の軸受を、ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用したり、ボールネジ機構のナット体の軸受を、ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用したりするようにしているので、軸受の数を低減することが可能となり、軸受の数を低減した分だけ、コストダウンを図れると共に、マシンの全長を短縮化することに寄与し、また、軸受同士の芯合わせ・調整の作業負担も軽減される。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１および図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図示せぬヘッドストック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、２は、図示せぬヘッドストックと保持プレート１との間で前後進可能であるように、図示せぬ射出ユニットベース盤上のレール部材３上に直動ガイド４を介して直線移動可能に配設された直動ブロック、５は、直動ブロック２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、計量用ビルトイン型モータ５と記す）、６は、計量用ビルトイン型モータ５のケーシング、７は、ケーシング６に固定された計量用ビルトイン型モータ５の内部が中空円筒の固定子、８は、固定子７の内側で回転可能な計量用ビルトイン型モータ５の円筒形の回転子、９は、回転子８の内周面に強嵌合などで固定された計量用ビルトイン型モータ５のスリーブである。

また、１０は、図示せぬヘッドストックにその後部を固定された図示せぬ加熱シリンダ内に、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、１１は、計量用ビルトイン型モータ５のスリーブ９に固定されると共に、スクリュ１０の基端部を固定・保持した回転体であり、スクリュ１０は、計量用ビルトイン型モータ５の回転によって回転体１１と一体となって回転駆動されるようになっている。

また、１２は、前側の直動ブロック２に搭載された、計量用ビルトイン型モータ５の回転量を検出するためのエンコーダ、１３は、前側の直動ブロック２に固定されたエンコーダ１２の固定部、１４は、回転体１１に固定されたエンコーダ１２の回転部、１５は、回転部１４および計量用ビルトイン型モータ５のスリーブ９の一方端を、固定部１３を介して前側の直動ブロック２に対して回転可能に保持するエンコーダ１２の軸受である。本実施形態では、このエンコーダ１２の軸受１５が、計量用ビルトイン型モータ５の回転部（回転子８およびスリーブ９）の一方側の軸受を兼用するようになっている。

また、１６は、保持プレート１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、射出用ビルトイン型モータ１６と記す）、１７は、射出用ビルトイン型モータ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型モータ１６の内部が中空円筒の固定子、１９は、固定子１８の内側で回転可能な射出用ビルトイン型モータ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射出用ビルトイン型モータ１６のスリーブである。

また、２１は、射出用ビルトイン型モータ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１に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、計量用ビルトイン型モータ５のスリーブ９に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）、２４は、ネジ軸２２を保持プレート１に対して回転可能に保持する軸受、２５は、ナット体２３を後側の直動ブロック２に対して回転可能に保持する軸受であり、射出用ビルトイン型モータ１６の回転で、ボールネジ機構２１のネジ軸２２が回転駆動されてナット体２３が直線駆動されることで、直動ブロック２や計量用ビルトイン型モータ５と一体となって、スクリュ１０が直線駆動されるようになっている。

本実施形態では、ボールネジ機構２１のネジ軸２２を保持プレート２に対して回転可能に保持する軸受２４が、ネジ軸２２の端部に固定された射出用ビルトイン型モータ１６のスリーブ２０を、保持プレート２に対して回転可能に保持する機能も担っており、このネジ軸２２用の軸受２４が、射出用ビルトイン型モータ１６の回転部（回転子１９およびスリーブ２０）の一方側の軸受を兼用するようになっている。また、本実施形態では、ボールネジ機構２１のナット体２３を後側の直動ブロック２に対して回転可能に保持する軸受２５が、ナット体２３に固定された計量用ビルトイン型モータ５のスリーブ９を、後側の直動ブロック２に対して回転可能に保持する機能も担っており、このナット体２３用の軸受２５が、計量用ビルトイン型モータ５の回転部（回転子８およびスリーブ９）の他方側の軸受を兼用するようになっている。

また、２６は、射出用ビルトイン型モータ１６に搭載された、射出用ビルトイン型モータ１６の回転量を検出するためのエンコーダ、２７は、射出用ビルトイン型モータ１６のケーシング１７に固定されたエンコーダ２６の固定部、２８は、射出用ビルトイン型モータ１６のスリーブ２０に固定されたエンコーダ２６の回転部、２９は、回転部２８および射出用ビルトイン型モータ１６のスリーブ２０の他方端を、固定部２７に対して回転可能に保持するエンコーダ２６の軸受である。本実施形態では、このエンコーダ２６の軸受２９が、射出用ビルトイン型モータ１６の回転部（回転子１９およびスリーブ２０）の他方側の軸受を兼用するようになっている。

以上のように、本実施形態では、軸受１５が、エンコーダ１２の軸受と計量用ビルトイン型モータ５の一方側の軸受とを兼用し、軸受２５が、ボールネジ機構２１のナット体２３の軸受と計量用ビルトイン型モータ５の他方側の軸受とを兼用し、軸受２４が、ボールネジ機構２１のネジ軸２２の軸受と射出用ビルトイン型モータ１６の一方側の軸受とを兼用し、軸受２９が、エンコーダ２６の軸受と射出用ビルトイン型モータ１６の他方側の軸受とを兼用しているので、図４に示した従来構成と較べると、軸受の数を半減することができ、軸受の数が減った分だけ、コストダウンを図るこができると共に、マシンの全長を短縮することができ、また、軸受同士の芯合わせ・調整の作業負担も軽減することができる。

次に、図１に示した本実施形態のマシン（射出成形機）の射出系メカニズムによる計量動作および射出動作について説明する。

計量工程時には、マシン（射出成形機）全体の制御を司る図示せぬシステムコントローラからの指令で、図示せぬ計量モータ用サーボドライバを介して、計量用ビルトイン型モータ５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９、回転体１１と一体となってスクリュ１０が所定方向に回転する。このスクリュ１０の回転によって、図示せぬ加熱シリンダ内のスクリュ１０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１０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１０が所定方向に回転すると、スリーブ９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１０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１０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（直動ブロック２や計量用ビルトイン型モータ５やスクリュ１０の直線移動）を打ち消すように、図示せぬシステムコントローラは、図示せぬ射出モータ用サーボドライバを介して、射出用ビルトイン型モータ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１０に付与する背圧を所定の圧力に保ちつつ、スクリュ１０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１０を適正制御で後退させる。つまり例えば、計量用ビルトイン型モータ５を単位時間当たり１０回転させるとすると、射出用ビルトイン型モータ１６を単位時間当たり９．９回転させることで、スクリュ１０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１０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１０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、計量用ビルトイン型モータ５によるスクリュ１０の回転駆動は停止される。

一方、射出工程時には、計量が完了した後の適宜タイミングにおいて、図示せぬシステムコントローラからの指令で、図示せぬ射出モータ用サーボドライバを介して、射出用ビルトイン型モータ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、射出用ビルトイン型モータ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１０に伝達されて、スクリュ１０が急速に前進駆動されることで、スクリュ１０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、図示せぬシステムコントローラからの指令で図示せぬ射出モータ用サーボドライバを介して、射出用ビルトイン型モータ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１０から図示せぬ金型内の樹脂に付加される。

図２は、保持プレート１に取り付けられた射出用ビルトイン型モータ１６の端子箱を示す図であり、図２の（ａ）は保持プレート１の側面図であり、図２の（ｂ）は保持プレートの背面図である。図２に示すように、本実施形態では、保持プレート１の背面に射出用ビルトイン型モータ１６の端子箱３１を取り付けており、これによって、射出用ビルトイン型モータ１６と端子箱３１とをマシンの長手方向に沿って積層配置する構成に較べると、端子箱３１の厚みの分だけマシンの全長を短縮できるようにしている。また、図示していないが、本実施形態では、計量用ビルトイン型モータ５の端子箱は、後側の直動ブロック２の背面に取り付けており、これによって、上記と同様に、計量用ビルトイン型モータ５と端子箱とをマシンの長手方向に沿って積層配置する構成に較べると、端子箱の厚みの分だけマシンの全長を短縮できるようにしている。

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、保持プレートに取り付けられた射出用ビルトイン型モータの端子箱を示す説明図である。モータ製造メーカによって提供される一般的な構成のビルトイン型モータの断面図である。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ける射出系メカニズムの概要を示す要部断面図である。

符号の説明

１保持プレート
２直動ブロック
３レール部材
４直動ガイド
５計量用ビルトイン型モータ
６計量用ビルトイン型モータのケーシング
７計量用ビルトイン型モータの固定子
８計量用ビルトイン型モータの回転子
９計量用ビルトイン型モータのスリーブ
１０スクリュ
１１回転体
１２エンコーダ
１３エンコーダの固定部
１４エンコーダの回転部
１５エンコーダの軸受
１６射出用ビルトイン型モータ
１７射出用ビルトイン型モータのケーシング
１８射出用ビルトイン型モータの固定子
１９射出用ビルトイン型モータ回転子
２０射出用ビルトイン型モータのスリーブ
２１ボールネジ機構
２２ボールネジ機構のネジ軸
２３ボールネジ機構のナット体
２４軸受
２５軸受
２６エンコーダ
２７エンコーダの固定部
２８エンコーダの回転部
２９エンコーダの軸受
３１射出用ビルトイン型モータの端子箱

Claims

成形動作の駆動源としての電動モータに、内部が中空円筒の固定子と、該固定子の内部に位置する円筒形の回転子とをもつ、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以外の回転部材の軸受を、前記ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用するようにしたことを特徴とする成形機。
請求項１に記載の成形機において、
前記ビルトイン型モータの回転量を検出するエンコーダの軸受を、前記ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用するようにしたことを特徴とする成形機。
請求項１に記載の成形機において、
ボールネジ機構のネジ軸の軸受を、前記ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用するようにしたことを特徴とする成形機。
請求項１に記載の成形機において、
ボールネジ機構のナット体の軸受を、前記ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用するようにしたことを特徴とする成形機。
請求項１に記載の成形機において、
その軸受が前記ビルトイン型モータの回転部の軸受に兼用される前記ビルトイン型モータ以外の回転部材を軸受を介して保持する保持部材に、前記ビルトイン型モータの端子箱を取り付けたことを特徴とする成形機。