JPH05345337A - 電動式射出成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】安価でコンパクトな構成でありながら、制御を
容易かつ確実にする。 【構成】射出工程にあっては、アクチュエータ３６によ
り爪３７と３９を係合してスプライン受け部材３０を固
定すると共に、電磁パウダークラッチ４０に過電流を流
して、スリーブ部材９にナット部材１５を連結する。こ
の状態では、モータ５の回転はナット部材１５に伝達さ
れ、スクリュ１９を前進する。可塑化工程にあっては、
爪３７と１１を係合して、スプライン受け部材３０を介
してボールネジ２５を回転すると共に、パウダークラッ
チ４０にてナット部材１５に伝達されるトルク容量を規
制する。この状態では、スクリュからの背圧が該トルク
容量を超えた分、パウダークラッチ４０がスリップし
て、スクリュ１９を回転しつつ後退する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動式射出成形機に係
り、詳しくは可塑化及び射出に際してスクリュを回転及
び移動する駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、射出成形機として、スクリュを回
転しつつ後退することによりプラスチック材料を溶融す
ると共に計量し、そして該スクリュの回転を止めて前進
することにより溶融樹脂を金型内に射出・充填するもの
が、インラインスクリュ方式として知られており、該ス
クリュを駆動する手段として、軸方向に直列に配置した
２個の電動モータを用いるものが、例えば特開昭６０−
１３２７２１号公報及び特開昭６１−２６６２１８号公
報に示されている。

【０００３】該電動モータを用いた射出成形機（電動式
射出成形機）は、スクリュ前後進用モータと、スクリュ
回転用モータとを備えており、回転用モータがスクリュ
に連結している雄ネジ部に摺動のみ自在に連結され、か
つ前後進用モータが該雄ネジ部に螺合している雌ネジ部
に連結されている。

【０００４】そして、スクリュ回転用モータを回転して
雄ネジ部を回転すると共に、雌ネジ部の回転を規制する
ことにより、スクリュを回転しつつ後退して、樹脂を溶
融・計量し、また雄ネジ部の回転を停止した状態で、前
後進用モータを回転して雌ネジ部を回転することによ
り、スクリュを前方向に移動して、樹脂を射出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述従来の電動式射出
成形機にあっては、スクリュの軸方向に並んで２個の電
動モータを必要とし、これら電動モータをそれぞれ駆動
制御するドライバを含めて、極めて高価になってしまう
と共に、軸方向に長い構造となってしまう。

【０００６】また、回転用及び前後進用の２個の電動モ
ータの制御を必要とするので、制御が極めて複雑で面倒
となって、所望の速度及び圧力を得ることが難しく、特
にスクリュを回転しつつ樹脂の圧力により後退する可塑
化時に、圧力が過大となるピークを生じやすい。

【０００７】そこで、本発明は、１個の電動モータにて
樹脂の溶融・計量と射出とを行い、もって安価でコンパ
クトな構成でありながら、制御の容易な電動式射出成形
機を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、加熱シリンダ（１７）内にス
クリュ（１９）を支持し、該スクリュを回転しつつ後退
し、また回転を止めて前進する駆動装置（Ｕ）を有する
射出成形機において、円筒状のケーシング（１）内に配
置された電動モータ（５）と、該電動モータのロータ
（３）と一体に回転するスリーブ部材（９）と、前記ス
クリュ（１９）に連結されたスプライン（２６）に係合
しているスプライン受け部材（３０）と、前記スクリュ
（１９）に連結された雄ネジ（２５）に螺合している雌
ネジ部材（１５）と、前記スプライン受け部材（３０，
３７）を、前記ケーシング等の固定部材（１，３９）又
は前記スリーブ部材（９，１１）に選択的に係合し得る
切換え手段（３８，３６）と、前記スリーブ部材（９）
から前記雌ネジ部材（１５）に伝達するトルクを制御し
得るトルク制御手段（４０）と、を備え、前記切換え手
段に基づき前記スプライン受け部（３０，３７）を前記
固定部材（１，３９）に係合した状態で、前記スリーブ
部材（９）の回転を前記雌ネジ部材（１５）に伝達する
ことにより前記スクリュ（１９）を前進し、また前記ス
プライン受け部材（３０，３７）を前記スリーブ部材
（９，１１）に係合した状態で、前記トルク制御手段
（４０）に基づき前記スリーブ部材（９）から前記雌ネ
ジ部材（１５）に伝達するトルクを規制することにより
前記スクリュ（１９）を回転しつつ後退してなる、こと
を特徴とする電動式射出成形機にある。

【０００９】一例として、前記トルク制御手段が、電磁
パウダークラッチ（４０）からなる。

【００１０】また、前記スプライン（２６）及び雄ネジ
（２５）が、１本のスクリュシャフト（２２）に形成さ
れ、前記スプライン受け部材（３０）が、前記スプライ
ンに係合するボス（３０ａ）及び該ボスに一体に設けら
れて後方に延びるスリーブ（３０ｂ）からなり、そし
て、前記スクリュ（１９）と前記スクリュシャフト（２
２）を、該スリーブ（３０ｂ）の中空開放部（Ｅ）から
長尺ボルト（２９）にて連結してなる。

【００１１】

【作用】以上構成に基づき、射出工程にあっては、切換
え手段（３８，３６）によりスプライン受け部材（３
０，１１）を固定部材（１，３９）に係合して、スクリ
ュ（１９）及び雄ネジ（２５）の回転を阻止する。この
状態にあっては、電動モータ（５）のロータ（３）の回
転が、スリーブ部材（９）及びトルク制御手段（４０）
を介して雌ネジ部材（１５）に伝達されると、雄ネジ
（２５）は、該雌ネジ部材（１５）の螺合・回転に基づ
き急速に前進し、従って該雄ネジと一体のスクリュ（１
９）も加熱シリンダ（１７）内を前進して、溶融樹脂を
射出して金型内に充填する。

【００１２】また、可塑化工程にあっては、切換え手段
（３８，３６）によりスプライン受け部材（３０，１
１）をスリーブ部材（９，１１）に係合し、電動モータ
（５）のロータ（３）の回転を、スリーブ部材（９）、
スプライン受け部材（３０）及びスプライン（２６）を
介して雄ネジ（２５）及びスクリュ（１９）に伝達す
る。また同時に、トルク制御手段（４０）を制御して、
スリーブ部材（９）から雌ネジ部材（１５）への伝達ト
ルクが規制されており、雌ネジ部材（１５）は所定トル
ク容量にて回転する。従ってこの状態にあっては、スク
リュ（１９）の回転に基づき、樹脂が溶融して先端方向
に搬送され、該溶融樹脂による押圧反力がスクリュ（１
９）に作用し、該押圧反力が前記所定トルク容量を超え
た分、トルク制御手段（４０）はスリップして雌ネジ部
材（１５）を雄ネジ（２５）に対して相対回転し、雄ネ
ジ（２５）及びスクリュ（１９）を後退する。これによ
り、スクリュ（１９）は回転しつつ後退し、樹脂を溶融
すると共に計量する。

【００１３】なお、上述カッコ内の符号は、図面と対照
するためのものであるが、何等本発明の構成を限定する
ものではない。

【００１４】

【実施例】以下、図面に沿って、本発明の実施例を説明
する。

【００１５】図１は、本発明に係る電動式射出成形機の
スクリュ駆動装置を示す概略図であり、図２は、それを
具体化した断面図である。

【００１６】スクリュ駆動装置Ｕは、円筒形よりなるケ
ーシング１を有しており、該ケーシング１内にはモータ
コア２が固定されており、該コア２の内周に臨んで配置
されたロータ３とで、例えば３相カゴ型誘導電動機等の
所定容量の電動ホローモータ５を構成している。また、
該ケーシング１及びそれと一体の蓋部１ａにはベアリン
グ６，７を介してスリーブ部材９が回転自在及び軸方向
移動不能に支持されており、該スリーブ部材９は前記ロ
ータ３とキー等により一体に連結されている。該スリー
ブ部材９はボルト１０にて固定された２個の部材９ａ，
９ｂからなると共に、ケーシング１より少く短かい長さ
に延びており、その基端部内径部にはスプライン様の係
合爪１１が形成されており、また先端側内径部にはベア
リング１２，１３を介してボールナット部材１５が回転
自在に支持されている。

【００１７】一方、ケーシング１の先端には加熱シリン
ダケース１６が固定されており、ケース１６内には加熱
シリンダ１７が固定され、更に該シリンダ１７内にはス
クリュ１９が回転自在に支持されている。また、ケース
１６及びシリンダ１７にはスクリュ１９まで延びる材料
供給孔２０が形成されており、かつ該供給孔２０に連通
してホッパ２１が配設されている（図１参照）。そし
て、スクリュ１９の先端にはスクリュシャフト２２が同
軸状に固定されている。該スクリュシャフト２２はその
スクリュ側にボールネジ２５が形成され、またその反対
側にスプライン２６が形成されており、更にその中心部
に貫通孔２７が形成されて、該貫通孔２７にその基端側
から長尺のボルト２９を嵌挿して、スクリュ１９に形成
したネジ孔１９ａに螺合して固定している。

【００１８】また、スクリュシャフト２２のスプライン
２６には円筒状のスプラインボス３０ａが摺動のみ自在
に嵌挿されており、該ボス３０ａにはスリーブ３０ｂが
一体に連結されており、これらボス及びスリーブにてス
プライン受け部材３０を構成している。更に、該スリー
ブ３０ｂの端部にはベアリング３２を介して回転自在に
かつ軸方向に一体に動くように環状のピストン部材３３
が連結されており、またケーシング１と一体のキャップ
部材１ｂには環状のシリンダ部３５（及びエンド部３５
ａ）がボルトにより固定されており、これらピストン部
材３３及びシリンダ部３５にてエア又は油圧アクチュエ
ータ３６を構成している。一方、スリーブ３０ｂの一端
外周面にはスプライン様の係合爪３７が形成されてお
り、また固定部材であるキャップ部材１ｂの内周面にも
スプライン様の係合爪３９が形成されており、前記スリ
ーブ３１の爪３７が、前記アクチュエータ３６に基づく
移動に基づき、固定爪３７又は前記回転爪１１のいずれ
かに係合することにより切換えドッククラッチ３８を構
成している。

【００１９】一方、スクリュシャフト２２のボールネジ
２５には前記ボールナット部材１５がボールを介して螺
合しており、これらボールはナット部材１５内を循環し
得る。また、ナット部材１５にはエンドプレート１５ａ
と共に延長部材１５ｂが一体に固定されている。そし
て、該ナット延長部材１５ｂと前記ロータスリーブ部材
９ｂとの間には、図２に示すように、電磁パウダークラ
ッチ４０及び電磁クラッチ４１が軸方向に並設されてお
り、電磁パウダークラッチ４０及び電磁クラッチ４１は
共に励磁コイル部４０ａ，４１ａがそれぞれ位置決めピ
ン４２，４３によりケーシング１に固定されている。パ
ウダークラッチ４０はスリーブ部材９ｂの内周面に固定
されたアウタケージ４０ｂと、ナット延長部１５ｂの外
周面に固定されたインナケージ４０ｃと、これら両ケー
ジの間に密封された電磁パウダー４０ｄとを有してお
り、励磁コイル部４０ａに供給される電流値により、ス
リーブ部材９ｂとナット延長部１５ｂとの間の伝達トル
ク量を適宜調整し得、従ってロータスリーブ部材９から
ナット部材１５へのトルクを所定量に規制しつつ伝達す
るトルクリミッタを構成している。

【００２０】一方、電磁クラッチ４１は前記電磁パウダ
ークラッチ４０を補助するものであり、ナット延長部１
５ｂの端に固定されたリングプレーン１５ｃに軸方向摺
動のみ自在に支持された可動プレート４１ｂと、スリー
ブ部材９ｂの端に形成された吸着用立上り部４１ｃとを
有しており、励磁コイル部４１ａの励磁により、可動プ
レート４１ｂを立上り部４１ｃに吸着して、スリーブ部
材９のトルクをナット部材１５に伝達する。なお、射出
成形機の容量が小さい場合は、該電磁クラッチ４１は、
図１に示すように、省略してもよく、この場合、射出
時、電磁パウダークラッチ４０のコイル４０ａに過電流
を供給して、スリーブ部材９とナット部材１５を一体に
連結する。

【００２１】また、ケーシングのエンドキャップ部材１
ｂには第１のロータリエンコーダ４５が配設されてお
り、該エンコーダ４５はギヤ４６，４７を介してスリー
ブ部材９に連結している。また、エンドキャップ部材１
ｂには第２のロータリエンコーダ４９が配設されてお
り、該エンコーダ４９の入力軸に固定されたギヤ５０が
スプラインスリーブ３０ｂに形成された前記係合爪を構
成するスプライン歯３７に噛合している。更に、加熱シ
リンダケース１６には第３のロータリエンコーダ５１が
配設されており、該エンコーダの入力軸に固定されたギ
ヤ５２がリングプレート１５ｃに固定されたギヤ５３に
噛合している。従って、第１のエンコーダ４５は電動モ
ータ５のロータ３に一体のスリーブ部材９の回転量を検
知し得、また第２のエンコーダ４９はスプライン受け部
材３０、従ってそれと一体回転するスクリュ１９の回転
量を検知し得、更に第３のエンコーダ５１はナット部材
１５の回転量を検知し得る。そして、スクリュ１９の位
置は、第２のエンコーダ４９と第３のエンコーダ５１と
の差にて検出し得、また背圧制御時における電磁パウダ
ークラッチ４０の滑り量は、第１のエンコーダ４５と第
３のエンコーダ５１との差にて検出し得る。

【００２２】なお、第１のエンコーダ４５は、切換えク
ラッチ３８が任意の位置にて切換え可能なシンクロクラ
ッチを用いる等により省略することができ、また図１に
示すように、ケーシング１における加熱シリンダケース
１６の固定部から所定位置に歪ゲージ５５を貼り付け
て、該パウダークラッチ４０による伝達トルク、即ち背
圧制御時におけるスクリュ１９に作用する背圧圧力及び
射出圧力を直接検知して、クローズドループ方式により
制御することも可能である。

【００２３】ついで、本実施例の作用について説明す
る。

【００２４】射出工程にあっては、アクチュエータ３６
の通路Ａにエア（又は油圧）を供給し、ピストン部材３
３を図中左方向に移動する。すると、切換えドッククラ
ッチ３８は、スプライン爪３７が固定爪３９に係合し
て、スプライン受け部材３０は回転が阻止され、従って
該ボス３０ａにスプライン２６にて係合しているスクリ
ュシャフト２２及びスクリュ１９の回転も阻止される。
一方、電磁パウダークラッチ４０のコイルに過電流が供
給され、パウダー４０ｄにてロータスリーブ部材９にナ
ット部材１５が一体に連結される。なお、電磁クラッチ
４１を備えるものにあっては、コイル４１ａに電流が供
給され、可動プレート４１ｂを立上り部４１ｃに吸着し
てスリーブ部材９にナット部材１５を連結して、パウダ
ークラッチ４０による伝達トルクの不足分を補助する。

【００２５】すると、電動ホローモータ５のロータ３の
回転は、スリーブ部材９に伝達され、更に電磁パウダー
クラッチ４０（及び電磁クラッチ４１）を介してナット
部材１５に伝達され、かつこの状態にあっては、スクリ
ュシャフト２２のボールネジ２５の回転は阻止されてい
るので、ナット部材１５の矢印Ｃ方向の回転に基づきス
クリュシャフト２２及びスクリュ１９は矢印Ｄ方向に急
速に移動する。これにより、スクリュの回転により溶融
された所定量の樹脂は、ノズルから射出され、金型内に
充填される。

【００２６】なおこの際、第１又は第３のロータリエン
コーダ４５又は５１の検出値をみて、ナット部材１５の
回転数を管理することにより、スクリュ１９の射出速度
を制御することができる。

【００２７】ついで、樹脂を所定量溶融して計量する可
塑化工程に入るが、まず、バルブ（図示せず）を切換え
てエアを通路ＡからＢに切換える。すると、アクチュエ
ータ３６はスプラインスリーブ３０ｂを図中左方向に移
動し、該スリーブ３０ｂの係合爪３７をロータスリーブ
部材９の係合爪１１に係合する。また同時に、電磁クラ
ッチ４１のコイル４１ａへの通電を断ち、該クラッチを
切断すると共に、電磁パウダークラッチ４０のコイル４
０ａに印加する制御電圧を所定値に低下し、該パウダー
クラッチ４０による伝達トルクを所定量に制限する。

【００２８】すると、電動モータ５のロータ３の回転
は、スリーブ部材９及び係合爪１１，３７の係合を介し
てスプライン受け部材３０に伝達され、更にスプライン
２６を介してボールネジ２５及びスクリュ１９に伝達さ
れると共に、スリーブ部材９の回転が、電磁パウダーク
ラッチ４０に基づくトルクリミッタ機能により伝達トル
クが所定トルク容量制限されてナット部材１５に伝達さ
れる。この状態にあっては、スクリュ１９の回転に基づ
き、ホッパ２１（図１）から供給されるプラスチック材
料が混練されると共に先端方向に送られ、該プラスチッ
ク材料は、混練作用に伴う摩擦熱及び加熱シリンダ１７
に作用するヒータ加熱により溶融される。

【００２９】そして、該溶融状態にある樹脂はスクリュ
１９の先端部に溜められ、該樹脂からの圧力によりスク
リュ１９には反矢印Ｄ方向の戻し押圧力が作用する。該
スクリュ１９に作用する戻し押圧力（背圧）は、ボール
ネジ２５と共に回転するナット部材１５に回転抵抗とし
て作用し、該背圧に基づく回転抵抗が、前記電磁パウダ
ークラッチ４０による伝達トルク容量を超えた分、該ク
ラッチ４０がスリップして、ナット部材１５とボールネ
ジ部材２５との間に相対回転を生ずる。これにより、ス
クリュ１９は所定回転数で回転しつつ、樹脂圧が所定値
より高くならないように後退する。

【００３０】そして、第２のロータリエンコーダ４９と
第３のロータリエンコーダ５１との差、即ちボールネジ
２５とナット部材１５との相対回転量に基づき、スクリ
ュ１９の位置を検知して、溶融樹脂を計量する。なおこ
の際、電磁パウダークラッチ４０のトルクリミッタ機能
により、スクリュ１９に作用する背圧が所定値以上にな
らないように規制されるので、該背圧制御時に、樹脂圧
力はピークを生じない一定圧力に保持される。また、歪
ケージ５５又はキスラセンサ（図示せず）によりスクリ
ュ１９に作用する背圧を直接検知して、電磁パウダーク
ラッチ４０の制御電圧を直接制御するようにしてもよ
い。更に、電磁パウダークラッチ４０が経年変化により
性能が劣化しても、ＮＣ制御装置による電流補正により
容易に対応することができる。

【００３１】そして、スクリュ１９を回転しつつ後退し
て、樹脂を溶融しそして所定量に計量した後、先に述べ
た射出工程にて樹脂が射出される。

【００３２】なお、スクリュ１９を交換する際、図２に
示すように、スリーブ３１及び環状ピストン部材３３の
中空開放部分Ｅから長尺ボルト２９を回転操作し、該ボ
ルトの先端をスクリュのネジ孔１９ａから外すことによ
り容易に行われる。

【００３３】また、射出成形機が電磁パウダークラッチ
４０のトルク容量で充分な場合は、電磁クラッチ４１を
必要としないことは既に述べたが、電磁パウダークラッ
チ４０も、ヒステリシスクラッチ等の伝達トルクを制御
し得る他の手段に換えてもよいことは勿論である。ま
た、アクチュエータ３６は、空気圧又は油圧に限らず、
ソレノイドでもよく、また前記電磁クラッチ４１は、バ
ルブにて制御される油圧クラッチに換えてもよいことは
勿論である。更に、ボールネジ２５及びナット部材１５
は、ホールを介在するものに限らず、静圧ネジ装置等の
他のネジ装置でもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
射出時及び可塑化時の両方に作動する１個の電動モータ
で足りるので、２個の電動モータを軸方向に並べて配置
する必要がなく、その分軸方向寸法をコンパクトに構成
できると共に、コストダウンを図ることができる。

【００３５】また、１個の電動モータを回転状態にし
て、切換え手段の切換え及びトルク制御手段の制御によ
り、射出及び可塑化時の両制御を行うことができ、制御
が簡単となる。特に、可塑化時にあっては、トルク制御
手段により、スクリュ背圧が所定以上にならないように
カットするので、ピーク圧力を生じることを防止して、
圧力を平坦化することができる。

【００３６】更に、トルク制御手段に電磁パウダークラ
ッチを用いると、スリーブ部材から雌ネジ部材への伝達
トルク容量を容易かつ正確に制御することができ、また
例え電磁パウダークラッチが長期使用により劣化して
も、電流値を補正する等により容易に補正することがで
き、信頼性を向上することができる。

【００３７】また、スプライン受け部材の後方を開放す
ると、該開放部から長尺ボルトを操作して、極めて容易
にスクリュとスクリュシャフトの結合及び分離を行うこ
とができ、スクリュの交換を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動式射出成形機を示す概略断面
図。

【図２】本発明に係る電動式射出成形機の具体例を示す
断面図。

【符号の説明】

１ ケーシング（固定部材） ３ ロータ ５ 電動モータ（ホローモータ） ９ スリーブ部材 １５ 雌ネジ部材（ナット部材） １９ スクリュ ２２ スクリュシャフト ２５ 雄ネジ（ボールネジ） ２９ 長尺ボルト ３０ スプライン受け部材 ３０ａ ボス ３０ｂ スリーブ ３６ 切換え手段（アクチュエータ） ３８ 切換え手段（切換え爪ドッククラッチ） ４０ トルク制御手段（電磁パウダークラッチ） Ｅ 中空開放部 Ｕ 駆動装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱シリンダ内にスクリュを支持し、該
   スクリュを回転しつつ後退し、また回転を止めて前進す
   る駆動装置を有する射出成形機において、 円筒状のケーシング内に配置された電動モータと、 該電動モータのロータと一体に回転するスリーブ部材
   と、 前記スクリュに連結されたスプラインに係合しているス
   プライン受け部材と、 前記スクリュに連結された雄ネジに螺合している雌ネジ
   部材と、 前記スプライン受け部材を、前記ケーシング等の固定部
   材又は前記スリーブ部材に選択的に係合し得る切換え手
   段と、 前記スリーブ部材から前記雌ネジ部材に伝達するトルク
   を制御し得るトルク制御手段と、を備え、 前記切換え手段に基づき前記スプライン受け部を前記固
   定部材に係合した状態で、前記スリーブ部材の回転を前
   記雌ネジ部材に伝達することにより前記スクリュを前進
   し、また前記スプライン受け部材を前記スリーブ部材に
   係合した状態で、前記トルク制御手段に基づき前記スリ
   ーブ部材から前記雌ネジ部材に伝達するトルクを規制す
   ることにより前記スクリュを回転しつつ後退してなる、 ことを特徴とする電動式射出成形機。
2. 【請求項２】 前記トルク制御手段が、電磁パウダーク
   ラッチである、 請求項１記載の電動式射出成形機。
3. 【請求項３】 前記スプライン及び雄ネジが、１本のス
   クリュシャフトに形成され、 前記スプライン受け部材が、前記スプラインに係合する
   ボス及び該ボスに一体に設けられて後方に延びるスリー
   ブからなり、 前記スクリュと前記スクリュシャフトを、該スリーブの
   中空開放部から長尺ボルトにて連結してなる、 請求項１記載の電動式射出成形機。