JP6840717B2 - 射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧式射出成形装置をベースにした射出成形装置に関する。

射出成形装置は、金型を型締めする型締装置と、型締めされた金型のキャビティへ樹脂材料を射出する射出機とを主要素とする。

従来、油圧式射出成形装置が、広く実用に供されている（例えば、特許文献１（図１）、特許文献２（第１図、第２図）参照）。
特許文献１に示されるように、油圧式射出成形装置は、油圧による型開閉装置、スクリューを回転する油圧モータ、スクリューを前後進させる油圧射出シリンダ、油圧ポンプなどを備えている。

特許文献２に示される射出成形装置も、油圧型締シリンダ、スクリューを回転する油圧モータ、スクリューを前後進させる油圧射出シリンダなどを備えている。
特許文献２の第２図によれば、射出チャージ（計量工程に相当）が終了した時点Ｔ３から型開きが開始される。

このように従来は、計量工程が終了したら、型開き工程が実施される。計量工程では油圧ポンプで発生した圧油を油圧モータへ供給し、型開き工程では油圧ポンプで発生した圧油を油圧型締シリンダへ供給する。計量工程と型開き工程とが時間的に重なっていないため、油圧ポンプの小型化が図れるという利点がある。

ところで、従来より、生産性の向上を目的として、計量工程に型開き工程を重ねる（ラップさせる）という要望が出されてきた。重ねることにより、サイクルタイムが短縮でき、生産性が高まるからである。

この要求に対応するには、次の２つの対策が挙げられる。
先ず、油圧モータ専用の油圧ポンプを、追加することが考えられる。ただし、新たに油圧ポンプを追加するため、設備コストが嵩むと共に設置スペースが増大する。

又は、油圧モータを電気モータに置き換えることが考えられる。
ただし、油圧モータで設計されていた油圧式射出成形装置において、油圧モータを電動モータに交換するには、次に述べる困難さがある。

油圧モータの出力軸速度は低速（例えば１６０ｒｐｍ）である。対して、電動モータは高速にすることにより、モータの小型化を図るため、出力軸速度は高速（例えば１９８０ｒｐｍ）になる。ｒｐｍは１分当たりの回転数である（以下同）。
電動モータに減速機を付属させる必要がある。
減速機には無段変速機と非無段変速機とがある。無段変速機は構造が複雑であり、保守点検費用が嵩む。非無段減速機、特に歯車減速機は、構造がごく簡単であり、好まれる。

歯車減速機は、一般的な歯車減速機であれば、安価で機械的性能が保証される。
しかし、一般的な歯車減速機の場合、油圧モータ側のフランジと減速機側のフランジの差異、油圧モータ側の出力軸と減速機側の出力軸の径や長さの差異が、不可避的に生じるため、簡単には採用できない。

そこで、特別仕様の歯車減速機が必要となるが、特別仕様の歯車減速機は、いわゆる一品ものであるため、高価である。
安価な射出成形装置が要求される中、油圧式射出成形装置をベースにした射出成形装置において、油圧モータを、減速機を備えた電動モータに置き換えることができる技術が求められる。
併せて、複数の射出容量で使用する減速機を一つにすることができる技術が求められる。

特開平１０−５８５０８号公報 特公平７−１１９０４１号公報

本発明は、油圧式射出成形装置をベースにした射出成形装置において、油圧モータを、減速機を備えた電動モータに置き換えることができる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、油圧式射出成形装置をベースにした射出成形装置であって、
スクリューを回転するために、電動モータと、この電動モータの出力トルクを変更するトルク可変機構と、このトルク可変機構の出力トルクを前記スクリューへ伝達するスクリュー駆動部とを備え、
前記トルク可変機構で、油圧駆動と同等のトルクを前記スクリューへ付与するようにし、
少なくとも前記スクリューを移動する射出シリンダと、前記トルク可変機構が設けられている移動台を移動する射出装置移動シリンダとを備えると共に、
前記射出シリンダ及び前記射出装置移動シリンダへ油圧を供給する油圧ポンプ及び油圧配管を備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の射出成形装置であって、
前記トルク可変機構は、歯車減速機と、この歯車減速機と前記電動モータとの間に設けたプレ減速機構とからなり、このプレ減速機構は、前記電動モータのモータ軸に取付ける歯付きプーリと、前記歯車減速機の入力軸に取付ける歯付きプーリと、これらの歯付きプーリに掛け渡す歯付きベルトとからなることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２記載の射出成形装置であって、
前記歯車減速機と前記スクリュー駆動部との間に、筒部と、この筒部の両端に設けたフランジとからなるアダプタを有し、
このアダプタの一方のフランジは、油圧モータのフランジと同形とし、前記アダプタの他方のフランジは、前記歯車減速機のフランジと同形としたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３記載の射出成形装置であって、
前記歯車減速機の出力軸と前記スクリュー駆動部とは、軸継手で連結するようにしたことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項３記載の射出成形装置であって、
前記筒部に、２個の覗き窓が設けられていることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１記載の射出成形装置であって、
前記電動モータと前記トルク可変機構とを、油圧モータに交換するときに備えて、前記油圧配管に短い油圧モータ用分岐管が設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、射出成形装置に、電動モータとトルク可変機構とを備え、このトルク可変機構で、油圧駆動と同等のトルクをスクリューへ付与するようにした。
本発明により、油圧式射出成形装置をベースにした射出成形装置において、油圧モータを、減速機を備えた電動モータに置き換えることができる技術が提供される。

請求項２に係る発明では、トルク可変機構は、歯車減速機と、この歯車減速機と電動モータとの間に設けたプレ減速機構とからなり、このプレ減速機構は、電動モータのモータ軸に取付ける歯付きプーリと、歯車減速機の入力軸に取付ける歯付きプーリと、これらの歯付きプーリに掛け渡す歯付きベルトとからなる。
歯車減速機の減速比を、プレ減速機構で調整することにより、歯車減速機の出力トルクを油圧モータの出力軸トルクに合わせることができるため、歯車減速機が採用可能となる。

必要な出力トルクを、総減速比で割った値が電動モータのトルクになる。歯車減速機だけで減速する場合に比較して、歯車減速機にプレ減速機構を加えた場合は電動モータのトルクを小さくすることができ、電動モータの小型化が図れる。
本発明により油圧式射出成形装置をベースにした射出成形装置において、油圧モータを、歯車減速機を備えた電動モータに置き換えることができる技術が提供される。

また、仮に、ベースとなる油圧式射出成形装置の射出容量に応じて、歯車減速機を選定するようにすると歯車減速機の種類が増える。
この点、本発明では、歯付きプーリのプーリ径を変更するだけで、１つの歯車減速機で、射出容量の変化に対応させることができる。
すなわち、本発明により、複数の射出容量で使用する減速機を一つにすることができる技術が提供される。

請求項３に係る発明では、歯車減速機とスクリュー駆動部との間に、アダプタを有し、このアダプタの一方のフランジは、油圧モータのフランジと同形とし、アダプタの他方のフランジは、歯車減速機のフランジと同形とした。
油圧式射出成形装置がベースであるため、スクリュー駆動部には油圧モータのフランジに対応するフランジが設けられている。このフランジと歯車減速機のフランジとは、アダプタにより、機械的に連結することができる。

請求項４に係る発明では、歯車減速機の出力軸とスクリュー駆動部とは、軸継手で連結するようにした。
仮に、歯車減速機の出力軸をスクリュー駆動部に直接繋ぐと、歯車減速機の出力軸はスクリュー駆動部に嵌るように、形状を整える必要がある。
対して、軸継手を介在させることで、歯車減速機の出力軸を自由な形状にすることができ、歯車減速機のコストアップを抑制することができる。
請求項５に係る発明では、筒部に、２個の覗き窓が設けられている。１個からランプの灯りを投入し、残る１個から筒部の内部を目視することができる。
請求項６に係る発明では、油圧配管に短い油圧モータ用分岐管が設けられている。

ベースとなる油圧式射出成形装置の側面図である。 スクリュー駆動部の断面図である。 スクリュー駆動部から油圧モータを分離した状態の図である。 電動モータとプレ減速機構と歯車減速機の概念図である。 アダプタと軸継手の概念図である。 電動モータとプレ減速機構と歯車減速機とスクリュー駆動部の組立図である。 図７（ａ）は図６の７ａ−７ａ線断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ部拡大図である。 本発明に係る射出成形装置の側面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示すように、ベースとなる油圧式射出成形装置１０は、ベッド１１と、このベッド１１に固定されている型締シリンダ１２及び固定盤１３と、型締シリンダ１２と固定盤１３との間に渡されるタイバー１４と、このタイバー１４に沿って移動可能に型締シリンダ１２と固定盤１３との間に配置される可動盤１５と、固定盤１３の外側にてベッド１１に移動可能に載せられている移動台１６と、この移動台１６で支持され固定盤１３に向かって延びる加熱筒１７と、この加熱筒１７に軸方向移動可能に且つ回転可能に収納されるスクリュー１８と、このスクリュー１８の基部が連結されるスクリュー駆動部３０と、このスクリュー駆動部３０に取付けられている油圧モータ２１と、スクリュー駆動部３０と移動台１６とに渡される射出シリンダ２２と、固定盤１３と移動台１６とに渡される射出装置移動シリンダ２３と、油圧ポンプ２５と、油圧配管２６とを備えている。

油圧ポンプ２５で発生した圧油により、油圧モータ２１でスクリュー１８を回して計量工程を実施し、型締シリンダ２４で金型２７を型締めし、射出装置移動シリンダ２３で加熱筒１７、スクリュー１８、移動台１６、スクリュー駆動部３０及び油圧モータ２１を一括して移動することで金型２７へ加熱筒１７をノズルタッチさせ、射出シリンダ２２でスクリュー１８を前進させることで溶融した樹脂材料を金型２７のキャビティへ射出する。

射出が終わったら、樹脂材料の冷却と計量とを同時にスタートする。
樹脂材料が固まったら、型締シリンダ２４で金型２７を開き、エジェクタを前進後退させて製品を取り出す。ベースとなる油圧式射出成形装置１０では、油圧モータ２１による計量工程が終了した後に型締シリンダ２４による型開き、型締めを実施する。型開きと、計量工程とを同時に行わないため、油圧ポンプ２５は適正容量に抑えることができる。ただし、サイクルタイムは長くなる。
なお、油圧モータ２１の回転速度は、従来の技術で説明した値と同じ（例えば１６０ｒｐｍ）である。

図２に示すように、スクリュー駆動部３０は、例えば、ケース３１と、このケース３１に軸受３２、３３を介して回転自在に取付けた中継軸３４とからなる。
中継軸３４の一端に、スクリュー（図１、符号１８）の基部を嵌めることができるスプライン穴３５が設けられ、中継軸３４の他端に、油圧モータ２１の出力軸２１ａを嵌めるスプライン穴３６が設けられている。

図３に示すように、ボルト３７を緩めると、スクリュー駆動部３０から油圧モータ２１を取り外すことができる。
取り外すと、油圧モータ２１のフランジ２１Ｆが露出する。このフランジ２１Ｆにボルト穴２１ｃが設けられている。フランジ２１Ｆにおけるボルト穴２１ｃのピッチ円はＤ１であり、ピッチはｐ１である。

また、スクリュー駆動部３０から油圧モータ２１を取り外すことで、スクリュー駆動部３０のフランジ３１Ｆが露出する。このフランジ３１Ｆに雌ねじ３１ａが設けられている。フランジ３１Ｆにおける雌ねじ３１ａのピッチ円はＤ１であり、ピッチはｐ１である。

図４に示すように、電動モータ４０とトルク可変機構４５とを準備する。トルク可変機構４５は、油圧駆動（油圧モータ２１）と同等のトルクをスクリュー（図１、符号１８）へ付与する役割を果たす。
トルク可変機構４５は、例えば、プレ減速機構５０と、歯車減速機６０とからなる。
電動モータ４０は、サーボモータが好ましい。この電動モータ４０は、適当な形状のブラケット４１及びテンション金具４２を用いて、歯車減速機６０の上面に取付けることができる。
なお、テンション金具４２は、ジャッキボルト４３を備えており、このジャッキボルト４３により、歯付きベルト５３のテンション（張力）を調整することができる。

プレ減速機構５０は、一対の歯付きプーリ５１、５２と、これらの歯付きプーリ５１、５２に掛け渡す歯付きベルト５３からなる。歯付きプーリ５１、５２の歯数は任意であるが、例えば、電動モータ４０側の歯付きプーリ５１は４２歯で、歯車減速機６０側の歯付きプーリ５２は６４歯である。この場合、プレ減速機構５０の減速比は、６４／４２＝１．５２となる。

仮に、６４歯を６５歯に変えると、減速比は、６５／４２＝１．５５になる。（１．５５−１．５２）÷１．５２＝０．０２の計算により、１歯の変更で減速比は２％変化した。歯数を変更したときには、ジャッキボルト４３により、電動モータ４０のモータ軸と歯車減速機６０の入力軸６２との軸間距離を変更することで、歯付きベルト５３の張りを適正にすることができる。すなわち、プレ減速機構５０では、モータ軸と入力軸６２との軸間距離を極めて容易に変更することができる。

歯付きプーリ５１、５２は、平プーリ又はＶプーリであってもよく、歯付きベルト５３は、平ベルト又はＶベルトであってもよい。これらは構造が単純であり、安価である。
ただし、平ベルトやＶベルトは、プーリとの間で滑りが起こりやすい。この点、歯付きプーリ５１、５２及び歯付きベルト５３であれば、滑る心配がないので、より好ましい。

歯車減速機６０は、減速機ケース６１と、この減速機ケース６１に回転自在に取付けられた入力軸６２、中間軸６３及び出力軸６４と、入力軸６２に取付けられた第１小径ギヤ６５と、中間軸６３に取付けられた第１大径ギヤ６６及び第２小径ギヤ６７と、出力軸６４に取付けられた第２大径ギヤ６８とからなり、第１小径ギヤ６５と第１大径ギヤ６６との間で第１段減速比が得られ、第２小径ギヤ６７と第２大径ギヤ６８との間で第２段減速比が得られる。
第１段減速比と第２段減速比の積が、歯車減速機６０の減速比となる。歯車減速機６０の減速比は、例えば、８．１４５である。

なお、減速機ケース６１には、出力軸６４を囲うように、フランジ６１Ｆが設けられている。このフランジ６１Ｆにおける雌ねじ６１ａのピッチ円はＤ２であり、ピッチはｐ２である。

電動モータ４０の回転速度が１９８０ｒｐｍであれば、１９８０÷１．５２÷８．１４５＝１６０の計算により、歯車減速機６０の出力軸６４の回転速度は１６０ｒｐｍとなる。この１６０ｒｐｍは、油圧モータ（図１、符号２１）の回転速度に合致する。
なお、トルクは減速比に比例して変化する。
電動モータ４０の出力トルクがＴｍであれば、歯車減速機６０の出力トルクは、（Ｔｍ×１．５２×８．１４５＝１２．３×Ｔｍ）となり、歯車減速機６０の出力トルクを油圧モータの出力トルクに合わせることができる。

歯車減速機６０の減速比は、歯数を変更することにより変更することができるが、入力軸６２と中間軸６３の軸間距離は決まっているため、例えば、第１小径ギヤ６５の歯数を１歯増やすと、第１大径ギヤ６６の歯数を１歯減じる。結果、第１減速比は５％程度増加する。この５％程度は、プレ減速機構５０の２％程度より十分に大きい。
５％増加すると、歯車減速機６０の減速比は、８．１４５の次が８．５５２となり、上記した出力トルクの調整が難しくなる。
この点、プレ減速機構５０を設けることにより、プレ減速機構５０の減速比で歯車減速機６０の減速比を調整することができ、出力トルクの調整が容易になる。

図５に示すように、アダプタ７０と軸継手８０とを準備する。
アダプタ７０は、筒部７１と、この筒部７１の両端に設けたフランジ７２、７３とからなる。
このアダプタ７０の一方のフランジ７２は、スクリュー駆動部３０のフランジ３１Ｆと同形である。
アダプタの他方のフランジ７３は、歯車減速機６０のフランジ６１Ｆと同形とする。

なお、図３で説明したように、スクリュー駆動部３０のフランジ３１Ｆと油圧モータ２１のフランジ２１Ｆは、共にピッチ円がＤ１でピッチがｐ１であり、同形である。

また、軸継手８０は、一方にスクリュー駆動部３０のスプライン穴３６に嵌るスプライン軸８１を備え、他方に歯車減速機６０の出力軸６４に嵌るスプライン穴８２を備えている。

組立方法は任意であるが、例えば、歯車減速機６０の出力軸６４に軸継手８０を取付ける。歯車減速機６０にボルト７４にてアダプタ７０を取付ける。
次に、歯車減速機６０を移動し、軸継手８０をスクリュー駆動部３０に取付けつつ、アダプタ７０をスクリュー駆動部３０に当て、ボルト７５で固定する。

図６に示すように、歯車減速機６０にプレ減速機構５０及び電動モータ４０を取付ける。プレ減速機構５０及び電動モータ４０は、予め歯車減速機６０に取付けておくことは差し支えない。
次に、スクリュー駆動部３０及びアダプタ７０に、透明又はほぼ透明の潤滑油（図７、符号９９）を注入する。この潤滑油で、軸受３２、３３、スプライン軸８１及びスプライン穴８２などを潤滑する。

ところで、多くの軸は軸受で支持されるが、軸継手８０は軸受で支持されていない。
軸受で支持されている構造に比較して、軸受で支持されない構造では、長期間使用すると摩耗が発生する可能性がある。具体的には、スプライン穴の溝とスプライン軸の突条とが擦れ合う。
摩耗の程度は許容範囲に留まる。しかし、対策を講じるに越したことはない。その対策の一例を、図７に基づいて説明する。

図７（ｂ）に示すように、覗き窓９０は、筒部７１に設けた適当な大きさの穴９１及びこの穴９１より少し小径の穴９２と、穴９１と穴９２とで形成される段部９３に当てるパッキン９４と、このパッキン９４に当てるガラス（又は透明樹脂）板９５と、このガラス板９５を抑えるリングナット９６とからなる。

このような構造の覗き窓９０は、筒部７１に、１個、２個又は３個以上設ける。ただし、個数を増やすと、アダプタ７０の構造が複雑になり、好ましくない。
図７（ａ）に示すように中心を通る線９７上に左右２個設けることが推奨される。１個からランプ９８の灯りを投入し、残る１個から目視することができる。

万一、軸継手８０に摩耗が進行すると、摩耗粉が潤滑油９９に拡散するが、潤滑油９９が汚れ、この汚れを覗き窓９０で検知することができる。

以上により、図８に示すような、油圧式射出成形装置をベースにした射出成形装置１０Ｂが得られる。すなわち、この射出成形装置１０Ｂは、スクリュー１８の回転を電動モータ４０で実施するため、油圧で実施する型締シリンダ２４の作動と、電動モータ４０で実施する計量工程とを同時並行的に実施することができる。

図８に示す油圧配管２６に、短い油圧モータ用分岐管２６ａが設けられ、この短い油圧モータ用分岐管２６ａがキャップ２６ｂで塞がれている。
本発明によれば、油圧ポンプ２５及び油圧配管２６が残っているため、何時でも、図８を図１に戻すことができるという利点もある。

本発明は、射出成形装置１０Ｂを新設する場合と、既存の設備を改造して射出成形装置１０Ｂを得る場合のいずれにも適用できる。
・射出成形装置１０Ｂを新設する場合：
図１に示す油圧式射出成形装置１０の設計図に、アダプタ７０、軸継手８０、歯車減速機６０、プラ減速機構５０及び電動モータ４０の図面を加えるだけで、図８に示す射出成形装置１０Ｂを得ることができ、設計の負担が大幅に軽減される。

・改造により射出成形装置１０Ｂを得る場合：
図１に示す油圧式射出成形装置１０から油圧モータ２１を外し、アダプタ７０、軸継手８０、歯車減速機６０、プラ減速機構５０及び電動モータ４０を取付けるだけで、図８に示す射出成形装置１０Ｂを得ることができ、設備費用が大幅に軽減される。

尚、実施例では、軸継手８０の一端にスプライン軸８１、他端にスプライン穴８２を設けたが、両端共にスプライン軸にすることや、両端共にスプライン穴にすることは差し支えない。スプライン軸８１はキー付き軸であってもよく、スプライン穴８２はキー溝付き穴であってもよい。
要は、軸継手８０の形状は、スクリュー駆動部３０の中継軸３４の形状、及び歯車減速機６０の出力軸６４の形状によって決めればよい。

また、トルク可変機構４５は、油圧駆動と同等のトルクをスクリューへ付与することができる機構であればよく、無段変速機のみで構成することが可能であるため、プレ減速機構５０と歯車減速機６０とに限定されるものではない。

本発明は、油圧式射出成形装置を一部変更した射出成形装置に好適である。

１０…ベースとなる油圧式射出成形装置、１０Ｂ…射出成形装置、１６…移動台、１８…スクリュー、２１…油圧モータ、２１Ｆ…油圧モータのフランジ、２２…射出シリンダ、２３…射出装置移動シリンダ、２５…油圧ポンプ、２６…油圧配管、２６ａ…短い油圧モータ用分岐管、３０…スクリュー駆動部、３１Ｆ…スクリュー駆動部のフランジ、４０…電動モータ、４５…トルク可変機構、５０…プレ減速機構、５１、５２…歯付きプーリ、５３…歯付きベルト、６０…歯車減速機、６１Ｆ…歯車減速機のフランジ、６４…歯車減速機の出力軸、７０…アダプタ、７１…筒部、７２、７３…筒部に設けたフランジ、８０…軸継手、９０覗き窓。

Claims (6)

1. 油圧式射出成形装置をベースにした射出成形装置であって、
   スクリューを回転するために、電動モータと、この電動モータの出力トルクを変更するトルク可変機構と、このトルク可変機構の出力トルクを前記スクリューへ伝達するスクリュー駆動部とを備え、
   前記トルク可変機構で、油圧駆動と同等のトルクを前記スクリューへ付与するようにし、
   少なくとも前記スクリューを移動する射出シリンダと、前記トルク可変機構が設けられている移動台を移動する射出装置移動シリンダとを備えると共に、
   前記射出シリンダ及び前記射出装置移動シリンダへ油圧を供給する油圧ポンプ及び油圧配管を備えていることを特徴とする射出成形装置。
2. 請求項１記載の射出成形装置であって、
   前記トルク可変機構は、歯車減速機と、この歯車減速機と前記電動モータとの間に設けたプレ減速機構とからなり、このプレ減速機構は、前記電動モータのモータ軸に取付ける歯付きプーリと、前記歯車減速機の入力軸に取付ける歯付きプーリと、これらの歯付きプーリに掛け渡す歯付きベルトとからなることを特徴とする射出成形装置。
3. 請求項２記載の射出成形装置であって、
   前記歯車減速機と前記スクリュー駆動部との間に、筒部と、この筒部の両端に設けたフランジとからなるアダプタを有し、
   このアダプタの一方のフランジは、油圧モータのフランジと同形とし、前記アダプタの他方のフランジは、前記歯車減速機のフランジと同形としたことを特徴とする射出成形装置。
4. 請求項２又は請求項３記載の射出成形装置であって、
   前記歯車減速機の出力軸と前記スクリュー駆動部とは、軸継手で連結するようにしたことを特徴とする射出成形装置。
5. 請求項３記載の射出成形装置であって、
   前記筒部に、２個の覗き窓が設けられていることを特徴とする射出成形装置。
6. 請求項１記載の射出成形装置であって、
   前記電動モータと前記トルク可変機構とを、油圧モータに交換するときに備えて、前記油圧配管に短い油圧モータ用分岐管が設けられていることを特徴とする射出成形装置。

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