JP2531784B2 - 電動式射出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、加熱シリンダ内に収納されたスクリューに
回転動作および直進動作を与えるために、回転動伝達手
段および直進動伝達手段を介して、電動モータにより動
力伝達を行うように構成した電動式射出装置に関するも
のである。

（従来の技術） 従来、プラスチック等の成形材料を成形用金型内に射
出して成形品を製造するようにした射出成形方法におい
ては、主として油圧式及び電動式による射出装置が用い
られている。

このような射出装置を用いて成形する場合の基本的な
問題点は、一般に、射出装置が、そのスクリューを水平
軸線に沿って配置していることで、この配置では、スク
リューを回転動作し、また直進動作するなどの、駆動手
段、制御手段を付帯する構造的な関係で、据え付け面積
が非常に大きくなる点である。特に、成形後の製品に対
して組み立て作業などの作業工程が連携している工場で
は、据え付け面積をできるだけ小さくする工夫が必要で
ある。

（発明が解決しようとする課題） そこで、射出装置を縦型として、装置の床投影面積を
可及的に小さくし、工場における射出装置の据え付け条
件を緩和することが提唱された。しかし、油圧式射出装
置では、油圧ポンプや配管設備などの周辺装置が必要で
あり、それだけでも、占有床面積が大きい欠点があり、
加えて、油圧駆動機器から発するオイルミストなどで環
境を汚損するおそれがあり、クリーンな成形環境を保全
する必要がある成形機の周辺機器として不適当である。

一方、従来の電動式射出装置では、予め、据え付け面
積の配慮がなされていないので、スクリューの基端側に
おける、スクリューの回転動作および直進動作を与える
ための手段の構成および配列が、不適当なので、その構
成および配列のまま、縦型に設置しても、十分に、床投
影面積を小さくするような効果が得られない。

本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、スク
リューに関連する回転動作および直進動作、更には、射
出量に応じたサツクバツクに対応できる背圧付与手段な
どの各構成要素を、前記スクリューの軸線方向に直列配
置し、縦型構造として、床投影面積を可及的に小さくで
きるように構成した電動式射出装置を提供しようとする
ものである。

（課題を達成するための手段） 上記課題を達成するために、本発明の電動式射出装置
では、成形材料を射出する射出口を下向きにして垂直に
配置された加熱シリンダーと、該加熱シリンダー内に収
納されたスクリュート、該スクリューの上端に接続した
垂直配置のスプライン軸と、該スプライン軸の上端に連
続するガイド軸に同軸的に設けられたボールネジと、該
ボールネジに螺合するボールナットと、前記ボールネジ
の上端に対応して、前記ガイド軸に背圧を付与するため
に、背圧シリンダー内の圧縮流体の制御で動作するシリ
ンダーロッドとを具備してなり、前記スプライン軸およ
びボールナットに、それぞれ、回転動作を与える回転動
伝達手段および直進動作を与える直進動伝達手段を介し
て、電動モータから動力伝達がなされる構成であり、サ
ックバック時のスクリューの移動工程における工程路長
を検出する検出センサを、射出成形材料の量に応じて位
置設定可能に、ボールネジの移動領域に対応して配置し
ていることを特徴とする。

（作用） 上記の構成では、スクリューの軸線に沿って、殆どの
構成要素がタンデムに配置されており、電動モータも、
回転動伝達手段および直進動伝達手段に共通に使用さ
れ、従って、床投影面積を小さくすることができる。し
かも、サックバックの際の工程路長を、検出センサの位
置設定で容易に決定でき、射出成形材料の量に応じたサ
ックバック量の調整についての対応が可能である。

（実施例） 第１図（ａ）は本実施例に係る電動式射出装置の概略
的断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけるII−II
断面図、第１図（ｃ）は第１図（ａ）におけるIII−III
断面図、第２図は第１図における回転機構、直進機構、
背圧機構、クラッチ及び電動モータ付近の斜視図、第３
図（ａ）〜（ｅ）は本実施例の動作説明図、第４図は本
実施例装置による射出成形のフローチャートである。

本実施例の電動式射出装置は、第１図および第２図に
示すように、過熱シリンダー１内に収容されたスクリュ
ー２と、スクリュー２にピン４により固定されたスプラ
イン軸３と、スプライン軸３の上方に不図示のボルト等
により連結され上端にストッパ板７が固着された中空ボ
ールネジガイド軸５と、ボールネジガイド軸５に摺動可
能に嵌装された中空ボールネジ６と、ガイド軸５の上方
に設けられガイド軸５のストッパ板７とはスラストベア
リング35を介して当接するシリンダーロッド33とを縦方
向に同一直線状に配して構成したものである。

過熱シリンダー１にはパイプ28を介して成形材料を過
熱シリンダー１内に供給するホッパ29が連結されてい
る。

19は、これらの構成要素と平行に配置され、制御装置
30により制御される電動モータであり、過熱シリンダー
１を固定保持した射出ユニットベース21に固設されてい
る。この電動モータ19にはジョイントスリーブ20を介し
て入力軸18が連結されている。入力軸18には上下に２つ
のクラッチ16,17（クラッチ16を計量・混練クラッチと
称し、クラッチ17を射出クラッチと称する）が固着され
ている。計量・混練クラッチ16は、入力タイミングプー
リ14に接続可能とされ、このプーリはタイミングベルト
12を介して上記スプライン軸３に嵌合されたスプライン
ナット８外周に固設された出力側タイミングプーリ10に
連結されている。したがって、クラッチ16をプーリ14に
接続すると、電動モータ19の回転駆動によりプーリ14、
タイミングベルト12、タイミングプーリ10、スプライン
ナット８を介してスプライン軸３が回転し、これにより
スクリュー２が回転する。クラッチ17は入力側タイミン
グプーリ15に接続可能とされ、プーリ15はタイミングベ
ルト13を介してボールナット６に固着された出力側タイ
ミングプーリ11に連結されている。したがって、クラッ
チ17をプーリ15に接続すると、電動モータ19の回転駆動
によりプーリ15、タイミングベルト13、タイミングプー
リ11を介してボールナット９が回転し、これに伴って中
空ボールネジ６が上下動する。

なお、中空ボールネジ６には、断面を第１図（ｂ）に
示すような突起片31が付設され、この突起片31の二又状
先端部に上記射出ユニットベース21に固着された（不図
示）案内棒32を嵌合させることにより、ボールナット９
の回転に伴い中空ボールネジ６が回転せずに、ガイド軸
５に対して直進動のみできるようにしてある。

中空ボールネジ６は、上記のようにガイド軸５に摺動
可能に設けられ、ボールナット９の回転に伴い上下動す
るように構成されているが、ガイド軸５の上端は中空ボ
ールネジ６より大径のストッパ板７が固着され、ガイド
軸５の下端は同じく中空ボールネジ６より大径のスプラ
イン軸３に固設されているから、中空ボールネジ６が上
下動すると、上方においてはストッパ板７に当接し、下
方においてはスプライン軸３に当接する。したがって、
ストッパ板７、ガイド軸５、スプライン軸３およびスク
リュー２は、上記したように互いに一体的に固定されて
いるから、電動モータ19の回転駆動に連動するボールナ
ット９の回転に伴い中空ボールネジ６が上下動して上方
のストッパ板７あるいはスプライン軸３を押し出すこと
により、スクリュー２を加熱シリンダー１内にて上下動
することができる。

背圧シリンダー22は、射出ユニットベース21に取り付
けられ（不図示）、上記のようにストッパ板７、ガイド
軸５、スプライン軸３及びスクリュー２と同一直線上に
配置され、上記シリンダーロッド33を上下動せしめる。
これにより、シリンダーロッド33を降下させてストッパ
板７を押圧し、スクリュー２に対して背圧をかけること
ができる。なお、23は背圧シリンダの圧力調整機であ
り、チューブ34を介して、背圧シリンダー22と連結さ
れ、不図示の圧縮流体（空気等）供給源に連結されてい
る。背圧シリンダ22の押圧コントロールは圧力調整機23
により圧縮流体の圧力コントロールをすることにより行
なう。

このような構成からなる背圧機構により、成形材料の
計量・混練によりスクリュー２前方に次第に蓄積される
溶融成形材料に生じる圧力に抗してスクリュー２に推力
を付与することができ、これにより、背圧をかけない時
に溶融成形材料内に生じる気泡等の発生を防止すること
ができる。又、本実施例の背圧機構は、上記のように背
圧シリンダ22の押し出し動作により行なうように構成し
てあるから、構成が簡単であり、そのコントロール源も
簡単な機構により構成でき、調整も容易に行なうことが
できる。

シリンダーロッド33の下方端に設けられ、ストッパ板
７に当接するようにしたスラストベアリング35は、第１
図（ｃ）に示すように、２個のアンギュラベアリング3
6,37を対称に重ね、ベアリング36,37の内レースをシリ
ンダロッド33の段違い部及びシリンダロッド33の先端よ
り螺合されたナット38により固定し、また外レースを肩
部39を持つ円筒部材40及び突出部41を有する円筒部材42
により挟んで固定してあり、シリンダロッド33がストッ
パ板７に当接したとき、円筒部材40,42が回転し、シリ
ンダロッド33はベアリング36,37が介在しているため回
転しない。

24,25,26,27はスクリュー２又は中空ボールネジ６の
ストロークを検出するためのセンサ群で、24はサックバ
ック完了検出センサ、25は計量完了検出センサ、26はス
クリュー・オーバーラン検出センサ、27は中空ボールネ
ジ待機位置センサである。以上の各センサ24,25,26,27
は射出ユニットベース21について適宜移動して検出位置
を調整することができるように取付けられている。

各センサは本構成では、反射型の光電センサであり、
サックバック完了検出センサ、計量完了検出センサに
は、ストッパ板７の側面をセンサドグとして代用し、中
空ボールネジ待機位置センサは中空ボールネジ６の側面
をセンサドグとして代用して、該ストッパ板または中空
ボールネジが各センサの光の当たる位置まで移動した時
に各センサがONするようにされている。又、オーバーラ
ン検出センサは中空ボールネジ６の側面をセンサドグと
して代用して、中空ボールネジがセンサの光の当たらな
い位置まで移動した時にセンサがONするようにされてい
る。

本実施例ではサックバック時におけるスクリューの移
動行程の行程路長の検出を計量検出センサ25及びサック
バック完了検出センサ24により行なうよう構成してあ
る。計量完了センサ25とサックバック完了検出センサ24
との間の距離がサックバック量であり、スクリュー２前
方に蓄積された溶融成形材料の量により計量完了検出セ
ンサ25の位置が設定された後、サックバック完了検出セ
ンサ24の位置が設定される。これにより、ストッパ板７
の上面端部が計量完了検出センサ25をONさせた後、サッ
クバックに必要な距離だけスクリューが移動したことが
検知される。

なお、第１図（ａ）には図示していないが、実際に射
出成形を行う場合には、加熱シリンダ１の先端に成形用
金型が配置され、またこの金型の開閉、あるいは型締め
のための装置等が配設されている。

また、本実施例では、金型キャビティ内の成形品の保
圧時間、冷却時間を計測するために、保圧タイマー、冷
却タイマーが制御装置30内に装備してある。

次に、以上のように構成された本実施例の電動式射出
装置の動作について第３図（ａ）〜（ｅ）の動作図及び
第４図のフローチャートを参照しながら説明する。な
お、括弧内のＳで示される記号は第４図のフローチャー
トのステップを示す。

第３図（ａ）は、中空ボールネジ６が中空ボールネジ
待機位置センサ27をONする位置にあり、同時に背圧シリ
ンダー22及び計量クラッチ16もONの状態にある（S1）。
このとき、モータ19が時計回り（CW;クロックワイズ）
に回転され（S2）、スクリュー２が、タイミングベルト
12、スプラインナット８、スプライン軸３を介して回転
され、過熱シリンダー１内に供給された成形材料を計量
・混練しつつ過熱シリンダー１内を上昇する。これと同
時に、背圧シリンダ22によりストッパー板７、ガイド軸
５、スプライン軸３を経てスクリュー２に背圧が与えら
れる。

次いで、スクリュー２が第３図（ｂ）に示す状態まで
上昇すると、計量完了検出センサ25がONの信号を受ける
（S3）。ここでモータ19が停止され（S4）。また、計量
クラッチ16及び背圧シリンダ22がOFFとなり（S5）、計
量・混練が完了する。

一方、上記のようにシリダ１内で成形材料の計量・混
練が行なわれているとき、前ステップで計量・混練され
た成形材料がこのシリンダー１の下方に設けられた金型
（不図示）内に収容され、ここで保圧、冷却、および成
形品の取り出しが行なわれる。しかしてこの時、シリン
ダー１内にて混練された成形材料がシリンダ１の射出口
から漏れるのを防止するためにサックバックを行なう必
要がある。

そこで、上記のようにシリンダ１内での計量・混練が
終了し、モータ19がOFFし（S4）、計量・混練クラッチ1
6および背圧シリンダ22をOFFにする。ここで、射出クラ
ッチ17をONすると（S6）、モータ19が時計回り（CW）に
回転される（S7）。これにより、タイミングベルト13、
ボールナット９を介して中空ボールネジ６が上昇する
と、ストッパ板７が突上げられサックバックが行なわれ
る。このサックバックは、上記のように中空ボールネジ
６が第３図（ｃ）に示すサックバック完了検出センサ24
をONする位置に上昇する（S8）まで行なわれる。

このとき、モータ19が停止され（S9）、サックバック
が完了する。なお、第３図（ｃ）において、ａはサック
バックストローク、ｂはサックバック時の中空ボールネ
ジ移動ストロークである。

上記のようにサックバックが完了し、その後冷却タイ
マーがカウントアップする（S10）と、金型の型締めを
解いて（S11）型開きを行ない（S12）、成形品を取り出
した（S13）後、再び型閉じをして（S14）型締め（S1
5）を行う。

次に、上記のように型締めされた金型内に混練された
成形材料を射出するために、モータ19を反時計回り（CC
W:カウンタ・クロック・ワイズ）に回転させる（S1
6）。この時、射出クラッチ17は引続きONの状態にある
から、モータ19を反時計回りに回転すると、中空ボール
ネジ６に下向きの推力が与えられる。この際、中空ボー
ルネジ６はまず空送りされ、その後、第３図（ｄ）に示
すように、中空ボールネジ６の下端部がスプライン軸肩
部3aに当ってスクリュー２が下方に押し出され、金型内
への射出が行なわれる。なお、背圧シリンダ22はOFFさ
れているため、シリンダロッド33は第３図（ｃ）の位置
に留まったままとなる。

射出時のモータ19の制御は制御装置30で行い、射出完
了時のモータ19の消費電流値の変化を検出して（S1
8）、射出のためのモータの制御を速度制御（S17）から
電流値制御（S19）に切換え、これにより射出が完了
し、成形材料に一定の圧力をかける保圧の状態に移行す
る。すなわち、モータ19の回転数を一定にしてボールネ
ジ６の降下速度を一定にし、射出を一定速度で行なう。
ところが、この射出の際には、金型キャビティ内に成形
材料が充填されるにつれて成形材料の圧力が高くなるた
め、上記のように一定の射出速度を保持するには、次第
により多くの電流をモータ19に流さなければならない。
従って、一定の電流値を定めておいて、消費電流値がこ
の一定値に達したときを射出の完了時とすることによ
り、消費電流値の計測により射出の完了時を検知するこ
とができる。そして、この射出完了時に、モータ19に付
与する電流の値が一定となるような制御に切換えること
により、金型キャビティ内の成形材料に一定の圧力をか
けて保圧を行なうことができる。

なお、モータ19を電流値制御に切換えた後、保圧タイ
マーのカウントを開始する（S19）。第３図（ｄ）が射
出完了状態とすると、ｃは中空ボールネジ移動ストロー
ク、ｄは射出ストロークである。なお、26はスクリュー
・オーバーラン検出センサであり、正常動作においては
センサ26とよりも上方の位置で射出完了状態となる。

次に、保圧タイマーがカウント・アップすると（S2
0）、モータ19を停止して保圧を完了し、冷却タイマー
のカウントを開始する（S21）。

上記のように保圧が完了すると、次の計量・混練に備
えるため、射出クラッチ17をONの状態に保ったままモー
タ19を時計回りに回転させ（S22）、中空ボールネジ６
を中空ボールネジ待機位置センサ27がONになるまで引き
上げて、中空ボールネジ待機位置センサ27をONした（S2
3）ところで、モータ19が停止し（S24）、中空ボールネ
ジ６を、第３図（ｅ）に示すように、その位置に待機さ
せる。また、このとき、射出クラッチ17をOFFする（S2
5）。なお、第３図（ｅ）において、ｅは中空ボールネ
ジ移動ストロークである。

上記のようなステップを経た後、再び計量クラッチ16
及び背圧シリンダをONし（S1）、上記のステップを繰り
返すことにより、成形材料の混練・計量、背圧、サック
バック及び射出を行なうことができる。

以上の動作説明に示すように、本発明においては、中
空ボールネジ６は計量待機位置に上昇停止した状態にさ
れ、射出クラッチ17を切離した状態、即ちスクリュー２
を直進するモータ19の駆動源からは完全に切離された状
態で計量・混練が行なわれる。つまり、計量・混練時に
おいては、スクリュー２には回転駆動力のみ与えられ、
上下方向は完全に直進駆動系（モータ19、ボールネジ
６、ボールナット９等）より切離されているため、スク
リュー２の上下方向には成形材料の計量による上下方向
の推力のみが発生し、計量の進行とともにスクリュー２
が上昇していくこととなる。このとき、計量のばらつき
を押えるためにスクリュー２に与えられる背圧は、背圧
シリンダ22の出力のみにより決定され、計量された成形
材料の容量は計量完了検出センサ25によって検出される
スクリュー２の移動行程路長により決定される。

上記の本実施例はスクリューの移動行程路長の検出
を、計量は計量完了検出センサ25、検出はサックバック
完了検出センサ24の位置調整により行なうため、サック
バック調整を容易に行なうことができる。

なお、本実施例では、センサ24、25、26、27は光電セ
ンサを用いているが、マイクロスイッチを用いてストッ
パ板７の端部等をマイクロスイッチに当接させることに
よりスイッチの切り替えを行なうようにしても良い。

なお、本発明が適用される電動式射出装置は種々の変
形が可能である。

例えば、上記実施例においては、スクリュー２の後端
にスプライン軸３を設け、その後端に中空ボールネジガ
イド軸５を設けたが、スクリューの後端に中空ボールネ
ジガイド軸を設け、その後端にスプライン軸を設けて、
直進機構、回転機構の順にすることも可能である。この
場合、背圧シリンダはスプライン軸後端を押圧するよう
に設けられる。なお、上記実施例はガイド軸５をスプラ
イン軸３より小径とし、ガイド軸５とスプライン軸３と
の境界部を中空ボールネジ６の下方の係止部としたが、
ガイド軸５がスプライン軸３より大径の場合等は、中空
ボールネジの径よりも大径のフランジ部等を該境界部に
設けることにより、中空ボールネジの係止部が形成され
る。

また、上記実施例は回転機構の回転軸をスプライン軸
とし、回転駆動力伝達機構をタイミングプーリー14、タ
イミングベルト12、タイミングプーリー10、スプライン
ナット８としたが、回転軸を幅広のギアとし、また入力
軸18にこれと噛み合うギアを取り付け、入力軸18に取り
付けられたギアが上記幅広のギアと摺動可能に回転力を
伝達する構成としてもよい。

また、直進機構においても、タイミングベルト13を用
いる代わりに、ボールナット９にギアを取り付け、ま
た、入力軸18にもこれと噛み合うギアを取り付け、これ
を直進機構における回転駆動力伝達機構としてもよい。

更に、上記実施例は１個のモータ19及び２個のクラッ
チ16,17により回転機構及び直進機構を駆動するように
構成してあるが、クラッチを廃し、回転機構及び直進機
構にそれぞれ１個ずつの電動モータを用いてもよい。

（発明の効果） 本発明は、以上詳述したようになり、成形材料を射出
する射出口を下向きにして垂直に配置された加熱シリン
ダーと、該加熱シリンダー内に収納されたスクリュー
と、該スクリューの上端に接続した垂直配置のスプライ
ン軸と、該スプライン軸の上端に連続するガイド軸に同
軸的に設けられたボールネジと、該ボールネジに螺合す
るボールナットと、前記ボールネジの上端に対応して、
前記ガイド軸に背圧を付与するために、背圧シリンダー
内の圧縮流体の制御で動作するシリンダーロッドとを具
備してなり、前記スプライン軸およびボールナットに、
それぞれ、回転動作を与える回転動伝達手段および直進
動作を与える直進動伝達手段を介して、電動モータから
動力伝達がなされる構成であり、サックバック時のスク
リューの移動行程における行程路長を検出する検出セン
サを、射出成形材料の量に応じて位置設定可能に、ボー
ルネジの移動領域に対応して配置している。

従って、スクリューに関連する回転動作および直進動
作、更には、射出量に応じたサックバックに対応できる
背圧付与手段（背圧シリンダーやそのシリンダーロッ
ド）などの各構成要素を、前記スクリューの軸線方向に
直列配置し、縦型構造として、床投影面積を可及的に小
さくできるなどの効果が得られる。

また、サックバックの際の行程路長を、検出センサの
位置設定で容易に決定でき、射出成形材料の量に応じた
サックバック量の調整についての対応が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の１実施例に係る電動式射出装置
の概念説明図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけるII
−II断面図、第１図（ｃ）は第１図（ａ）におけるIII
−III断面図、第２図は第１図における回転機構，直進
機構，背圧機構，クラッチ，電動モータ付近の斜視図、
第３図及び第４図はそれぞれ上記実施例における動作説
明図及びフローチャートである。 １……加熱シリンダ ２……スクリュー ３……スプライン軸 3a……スプライン軸肩部 ５……中空ボールネジガイド軸 ６……中空ボールネジ ７……ストッパ板 ８……スプラインナット ９……ボールナット 10,11……出力側タイミングプーリー 12,13……タイミングベルト 14,15……入力側タイミングプーリー 16,17……クラッチ 18……入力軸 19……電動モータ 21……射出ユニットベース 22……背圧シリンダ 23……圧力調整機 24……サックバック完了検出センサ 25……計量完了検出センサ 26……スクリュー・オーバーラン検出センサ 27……中空ボールネジ待機位置センサ 30……制御装置 33……シリンダロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 光夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−266218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−1517（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−139915（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成形材料を射出する射出口を下向きにして
   垂直に配置された加熱シリンダーと、該加熱シリンダー
   内に収納されたスクリューと、該スクリューの上端に接
   続した垂直配置のスプライン軸と、該スプライン軸の上
   端に連続するガイド軸に同軸的に設けられたボールネジ
   と、該ボールネジに螺合するボールナットと、前記ボー
   ルネジの上端に対応して、前記ガイド軸に背圧を付与す
   るために、背圧シリンダー内の圧縮流体の制御で動作す
   るシリンダーロッドとを具備してなり、前記スプライン
   軸およびボールナットに、それぞれ、回転動作を当える
   回転動伝達手段および直進動作を与える直進動伝達手段
   を介して、電動モータから動力伝達がなされる構成であ
   り、サックバック時のスクリューの移動工程における工
   程路長を検出する検出センサを、射出成形材料の量に応
   じて位置設定可能に、ボールネジの移動領域に対応して
   配置していることを特徴とする電動式縦型射出装置。