CN101784379A - 注射成形机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及注射成形机。在计量用的伺服电动机使用了内装式电动机的注射成形机中，为了能缩短机器(注射成形机)的全长，作为计量用电动机，使用具有圆筒形的定子和位于该定子内部的圆筒形转子且内部为中空的内装式电动机，在这种内装式电动机的转子内部固定着套筒，在把固定了螺杆的后端部的部件与套筒连接固定在一起的同时，还把注射用的电动机的旋转转换为直线运动的滚珠丝杠机构的直线运动部分，即螺母件与套筒连接固定在一起。
Description
技术领域
本发明涉及电动型串联螺杆式注射成形机，特别涉及在计量用的伺服电动机中使用了内装式电动机的注射成形机。
背景技术
例如，以往的电动型串联螺杆式注射成形机，大多采用这样的结构：把定时皮带绕挂在固定在计量用电动机的输出轴上的驱动皮带轮，以及与固定了螺杆的基端部分的旋转连接体一体形成的或者固定在其上的从动皮带轮上，把计量用电动机的旋转，通过由皮带轮及皮带构成的旋转传递机构，传递给可旋转地保持在用注射用电动机的驱动力驱动作直线运动的滑块上的旋转连接体，借此做成使与旋转连接体成为一体的螺杆旋转的结构。当采用这种结构时，虽然可以采用在其中心具有输出轴的普通的直流伺服电动机作为计量用电动机，但，由于必须用皮带轮及皮带构成的旋转传递机构来构筑减速机构，因而零部件的数量增多，成为阻碍机器节省空间的主要原因。此外，由于需要让直径比较大的从动皮带轮旋转，因而转动惯量变得很大，必然存在对提高传递旋转的瞬态响应性的限制。
因此，为了减小以上所述的转动惯量，提高传递旋转的瞬态响应性，作为计量用电动机，例如，在日本特开平08-039631号专公报(专利文献1)中，公开了一种使用内部为中空的内装式电动机(直接结合式电动机)的注射成形机。在这篇专利文献1的现有技术里所表示的结构，是通过用花键连接直接把与螺杆做成一体的花键轴，结合在用作计量用伺服电动机的内装式电动机的转子上，从而由内装式电动机来驱动螺杆旋转。此外，在专利文献1中提出来的发明中，是利用单独一台兼作计量用电动机与注射用伺服电动机使用的内装式电动机，通过由离合器来选择一种方式使与螺杆做成一体的滚珠丝杠、花键轴的滚珠丝杠或花键轴部分旋转，从而只选择让螺杆进行旋转或者直线移动。
可是，在专利文献1的现有技术中，由于在螺杆的后部形成了滚珠丝杠，在滚珠丝杠的后部形成了花键轴，机器的整体长度变得很长，此外，因为要用花键的方式把花键轴连接在内装式电动机的转子上，还必须使用花键轴连接的结构要素，这样，安装起来就相应费时。
此外，在专利文献1所提出来的发明中，由于用一台内装式电动机兼作计量用电动机与注射用伺服电动机使用，因而必须使用两个离合器和花键轴连接机构，除了存在结构复杂，组装繁难的问题之外，还存在使螺杆旋转的过程中，不能由电动机对螺杆施加轴向压力，因此，存在不能在进行计量工序时施加背压这样的问题。
因此，在把内装式电动机用于计量用伺服电动机的注射成形机中，通过把固定和保持螺杆的后端部的旋转连接体固定在圆筒形的定子的内侧旋转的圆筒形转子上，从而把计量用内装式电动机的旋转直接传递给螺杆，以使螺杆旋转这样的结构，可以认为是合理的。此外，一般考虑的结构是，在装载了计量用内装式电动机，直接驱动其前进后退的直线运动滑块上，连接固定着把注射用电动机的旋转转换成直线运动的滚珠丝杠机构的直线运动部分，通过用注射用电动机的驱动力驱动直线运动的滑块作直线运动，以使螺杆进行直线移动这样的结构。
如上所述，当使用内装式电动机作为计量用电动机时，能提高计量开始时的螺杆转速上升的瞬态响应性。此外，当做成在装载计量用内装式电动机且前进后退的直线运动滑块上连接固定了滚珠丝杠机构的直线运动部分的结构时，由于滚珠丝杠机构的直线运动部分是不旋转的，因此，在计量工序中，很容易用注射用电动机来进行背压的控制。
可是，在装载了计量用内装式电动机的作直线运动的滑块上，为了固定作为滚珠丝杠机构的直线运动部分的例如螺母件，就必须在直线运动的滑块上设置沿着丝杠轴向的凸出部分等，因此，由于无论如何都要在直线运动的滑块上产生比计量用内装式电动机还要凸出的部分，因而成为阻碍缩短机器(注射成形机)全长这种要求的主要因素。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而提出来的，其目的在于，在将内装式电动机用作计量用伺服电动机的注射成形机中，能缩短机器(注射成形机)的全长。
为达到上述目的，本发明提供了一种注射成形机，在通过使加热缸内的螺杆旋转，在对原料树脂进行混炼使其塑化的同时，将其输送到螺杆的前端，把已计量的熔融的树脂储存在螺杆的前端，并借助于螺杆的前进，把熔融的树脂注射和填充到金属模具内的串联螺杆式注射成形机中，其特征是，作为计量用电动机，使用具有圆筒形定子和位于该定子内部的圆筒形转子且内部为中空的内装式电动机，在这种内装式电动机的内部固定着套筒，并且在把固定了上述螺杆的后端部的部件与上述套筒连接并固定在一起的同时，还把将注射用电动机的旋转转换为直线运动的滚珠丝杠机构的直线运动部分，即螺母部件与上述套筒连接固定在一起。
本发明的效果如下。
在本发明中，使用了内装式电动机(计量用内装式电动机)作为计量用伺服电动机，在这台内装式电动机转子的内部固定着套筒，并在把固定了螺杆后端部的部件(旋转连接体)连接并固定在套筒上的同时，把注射用电动机的旋转转换成直线运动的滚珠丝杠机构的作为直线运动部分的螺母件连接并固定在套筒上。即，由于把滚珠丝杠机构的螺母件结合在与计量用内装式电动机的转子成为一体的套筒上，因而就能让装载了计量用内装式电动机的作直线运动的滑块小型化。此外，还能将套筒的内部(计量用内装式电动机的转子的内部)有效地用作固定了螺杆后端部的部件(旋转连接体)的安装空间，以及与螺母件螺纹配合的丝杠轴的进入空间，这样，就能对缩短机器(注射成形机)的全长作出贡献。此外，由于还采用了把固定了螺杆后端部的部件(旋转连接体)和滚珠丝杠机构的螺母件固定在计量用内装式电动机的转子所固定的套筒上这种简明的安装方式，因而还能优化安装作业性能。
不过，本发明中，由于把计量用内装式电动机的转子与滚珠丝杠机构的螺母件(滚珠丝杠机构的直线运动部分)一体化了，因而，当计量用内装式电动机的旋转让螺杆旋转时，滚珠丝杠机构的螺母件也旋转，由于这种螺母件随着螺杆的旋转躯动的旋转，螺母件便沿着丝杠轴作直线移动。因而，在计量工序中，在对计量用内装式电动机的旋转进行控制的同时，对注射用电动机的旋转进行控制，以便抵消由于伴随着驱动螺杆进行旋转的螺母件的旋转所导致的直线移动。
附图说明
图1是简要地表示本发明的一个实施方式的注射成形机的注射系统机构的主要部分的剖视图。
图2是表示本发明的一个实施方式的注射成形机的注射用内装式电动机一侧的套筒与滚珠丝杠机构的丝杠轴的端部连接及固定部分的主要部分的放大图。
图3是图2中的连接部件的放大剖视图。
图4表示本发明的一个实施方式的注射成形机的计量用内装式电动机一侧的套筒，与固定和保持螺杆的后端部的旋转连接体，以及滚珠丝杠机构的螺母件的连接及固定部分的主要部分的放大图。
图5是简化地表示本发明的一个实施方式的注射成形机的控制系统结构的框图。
图中：1-头部台座，1a-原料树脂供应孔，2-保持板，3-加热缸，3a-原料树脂供应孔，4-喷嘴，5-带状加热器，6-螺杆，7-连接杆，8-直线运动的滑块，9-计量用的内装式电动机(计量用内装式电动机)，10、17-外壳，11、18-定子，12、19-转子，13、20-套筒，14-轴承，15-旋转连接体，16-注射用的内装式电动机(注射用内装式电动机)，21-滚珠丝杠机构，22-丝杠轴(滚珠丝杠机构的旋转部分)，23-螺母件(滚珠丝杠机构的直线运动部分)，24-轴承，25-连接件，26-外座圈，27-内座圈，28-第一圆锥环，29-第二圆锥环，30-紧固螺栓，31、32-安装螺栓，41-系统控制器，42-输入装置，43-显示装置，44-传感器组，45-驱动器组，45-1伺服驱动器(计量用)，45-2伺服驱动器(注射用)，46-设定运转条件的存储部分，47-测定值存储部分，48-运转过程控制部分，49-显示处理部分
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
图1～图5是按照本发明的一个实施方式(下文称为本实施方式)的电动型串联螺杆式的注射成形机。图1是简要表示本实施方式的注射成形机的注射系统机构主要部分的剖视图。
图1中，标号1是设置在图中未表示的注射单元底盘上的头部台座；标号2是隔开规定距离与头部台座1相对，设置在同样未在图中表示的注射单元底盘上的保持板；标号3是将它的后端部固定在头部台座1上的加热缸；标号4是安装在加热缸3前端的喷嘴；标号5是卷绕安装在加热缸3的外周上的带状加热器；标号6是设置在加热缸3内，能够旋转且能前后移动的螺杆；标号1a和3a是分别穿设在头部台座1和加热缸上的原料树脂供应孔，用来把从未图示的料斗所供应的落下来的原料树脂供应到加热缸3的后端部内。
此外，标号7是横跨架设在头部台座1与保持板2之间的连接杆；标号8是通过直线运动导轨设置在未图示的轨道部件上的作直线运动的滑块(直线运动件)，它能在头部台座1与保持板2之间前进或后退；标号9是装在直线运动滑块8上的，用于计量的内部中空的内装式电动机(下文称为计量用内装式电动机)；标号10是计量用内装式电动机9的外壳；标号11是固定在外壳10上的计量用内装式电动机9的圆筒形的定子；标号12是能在定子11的内侧旋转的计量用内装式电动机9的转子；标号13是用紧配合之类的方式固定在转子12的内周面的套筒；标号14是安装在外壳10与套筒13之间，用于可旋转地支承着套筒13的轴承；标号15是用于固定螺杆6的后端部，本身固定在套筒13上的旋转连接体。
此外，标号16是安装在保持板2上的，用于注射的内部中空的内装式电动机(下文称为注射用内装式电动机16)；标号17是注射用内装式电动机16的外壳；标号18是固定在外壳17上的注射用内装式电动机16的圆筒形的定子；标号19是能在定子18的内侧旋转的，注射用内装式电动机16的圆筒形的转子；标号20是使用紧配合之类固定在转子19的内周面上的套筒，图中所示的套筒是经过简化的，套筒20是通过未图示的轴承可旋地保持在壳体17中内。
此外，标号21是把注射用内装式电动机16的旋转转换成直线运动的滚珠丝杠机构；标号22是通过轴承24可旋转地保持在保持板2上的滚珠丝杠机构的21的丝杠轴(滚珠丝杠机构21的旋转部分)；标号23是滚珠丝杠机构21的螺母件(滚珠丝杠机构21的作直线运动部分)，它与丝杠轴22螺纹配合，在借助于丝杠轴22的旋转沿着丝杠轴22作直线运动的同时，直接或者通过适当的部件，把它的端部固定在计量用内装式电动机9一侧的套筒13上；标号25是把注射用内装式电动机16这一侧的套筒20与丝杠轴22的端部连接并固定起来的连接件。
另外，在本实施方式中，借助于注射用内装式电动机16的转子19直接驱动旋转的滚珠丝杠机构21的丝杠轴22的螺距，设定为螺杆6的直径的1.5倍以上，这样，即使注射用的滚珠丝杠机构21的旋转部分是用电动机直接驱动这样的结构，也能够充分保证其注射性能。
图2是表示注射用内装式电动机16一侧的套筒20与滚珠丝杠机构21的丝杠轴22的端部的连接及固定部分的主要部分的放大图。如图2所示，在套筒20的内周面与丝杠轴22的端部外周面之间，安装了连接件25，这个连接件25的后述的外座圈26压接在套筒2的内周面上，连接件25的后述的内座圈27，则以压接在丝杠轴22端部的外周面上的方式，借助于连接件25把套筒20与丝杠轴22牢固地固定成一个整体。连接件25压接的调节操作，通过从注射用内装式电动机16的中空部分的敞开端一侧，转动操作连接体25的后述的调整螺钉30就能方便而可靠地进行。这样，就能在有效地利用注射用内装式电动机16的中空部分，提高空间利用率的同时，用操作性很好的方式，方便而可靠地对注射用内装式电动机16的转子19与由其驱动旋转的部件(此处为滚珠丝杠机构21的丝杠轴22)进行连接和固定。
此外，在本实施方式中，由于采用了内装式电动机(注射用内装式电动机16)作为旋转驱动这种滚珠丝杠机构21的丝杠轴22的注射用电动机，而不使用由皮带轮和皮带构成的旋转传递机构，使得注射用内装式电动机16的转子19与丝杠轴22一体化，而且由注射用内装式电动机16直接驱动滚珠丝杠机构21的丝杠轴22，从而能减小注射用的旋转传递系统的转动惯量，并能提高传递旋转运动的瞬态响应性。此外，由于能够从注射用旋转传递系统中排除减速机构，因而能削减零部件的数量，并且，由于能采用低转速大扭矩规格的电动机作为注射用内装式电动机16，能提高注射用的旋转传递系统的传递旋转的瞬态响应这两者的相辅相成，还能使注射(第一次注射)初期的螺杆6的前进提升特性良好。
图3是表示连接件25的断面结构的图。连接件25是一种摩擦式结合件，是用于将轴的外周与圆筒的内周固定成一个整体的工具，是一种不必对轴的外周和圆筒的内周进行任何加工，就能将轴的外周与圆筒的内周牢固地结合起来的工具，能简化用来结合和固定的结构。这种连接件25的构成包括：在其内周面上具有圆锥部分，能沿着径向移位的外座圈(外环部分)26；在其外周面上具有圆锥部分，能沿着径向移位的内座圈(内环部分)27；位于外座圈26与内座圈27之间，能沿着轴向(图3中的左右方向)移动的第一圆锥环28和第二圆锥环29；使第一圆锥环28和第二圆锥环29沿着轴线方向移动的多个紧固螺栓30。相对于第一圆锥环28，各紧固螺栓30拧入形成于第一圆锥环28上的各个螺纹孔中，相对于第二圆锥环29，各紧固螺栓30松动地插入形成于第二圆锥环29上的各个通孔中；并且，紧固螺栓30的头部抵接在第二圆锥环29上。
在图3所示的结构中，当紧固螺栓30向预定的方向旋转时，第一圆锥环28便向图中的右方移动，而第二圆锥环29则向图中的左方移动，这样，外座圈26便向扩大的方向变形，并且内座圈27向缩小的方向变形，于是，外座圈26便抵接在套筒20的内周面上，而内座圈27则抵接在丝杠轴22端部的外周面上。
图4是表示计量用内装式电动机9一侧的套筒13，与固定和保持螺杆6的后端部的旋转连接体15，以及滚珠丝杠机构21的螺母件23的连接及固定部分的主要部分的放大图。如图4所示，滚珠丝杠机构21的螺母件23，用安装螺栓31固定在套筒13上。因此，用于传递滚珠丝杠机构21的运动的螺母件23一侧的安装结构也能极简单，组装也变得很方便。
此外，如图4所示，固定和保持螺杆6的后端部的旋转连接体15嵌入套筒13内，旋转连接体15则借助于安装螺栓32固定在套筒13上。在本实施方式中，作为这种用于驱动螺杆6旋转的计量用电动机，采用的是内装式电动机(计量用内装式电动机9)，在这种计量用内装式电动机9的转子12的内部，固定着套筒13，在把固定了螺杆6的后端部的旋转连接体15连接并固定在套筒13上的同时，还把将注射用内装式电动机16的旋转转换为直线运动的滚珠丝杠机构21的直线运动部分，即螺母件23连接并固定在套筒13上。即，由于把滚珠丝杠机构21的螺母件23结合在与计量用内装式电动机9的转子12成为一体的套筒13上了，从而能使装载了计量用内装式电动机9的直线运动滑块8小型化，此外，还能有效地利用套筒13的内部(计量用内装式电动机9的转子12的内部)作为旋转连接体15的安装空间，以及作为与螺母件23螺纹配合的丝杠轴22的进入空间，这样，就能对缩短机器(注射成形机)的全长做出贡献。还有，在本实施方式中，由于采用了内装式电动机(计量用内装式电动机9)作为驱动螺杆6旋转用的计量用电动机，而不使用皮带轮和皮带这样的旋转传递机构，使计量用内装式电动机9的转子12与螺杆6成为一体，以计量用内装式电动机9来直接驱动螺杆6，因而能减少计量用旋转传递系统的转动惯量，能提高传递旋转的瞬态响应性。此外，由于能从计量用旋转传递系统中排除减速机构，因而能减少零部件的数量，由于能采用低转速大扭矩规格的电动机作为计量用内装式电动机9，以及提高计量用旋转传递系统的传递旋转的瞬态响应性两者的相辅相成，还能使计量初期的螺杆6具有良好的转速提升特性，即使是黏性很高的树脂材料，也能在运转的初期使螺杆6进行稳定的旋转，从而能对优良成品的成形做出贡献。更进一步，螺母件23和旋转连接体15在套筒13上的固定也能采用简单的连接方法，借助于安装螺栓31、32来完成，使得安装作业性更加优越。
在本实施方式中，在进行计量工序时，对机器(注射成形机)的整体控制，是使用下述系统控制器41发出的指令，借助于下述伺服驱动器45-1使用旋转速度(转数)的反馈控制对计量用内装式电动机9进行驱动控制，通过这种控制，套筒13、与旋转连接体15成为一体的螺杆6，便向规定的方向旋转。借助于该螺杆6的旋转，在对从未图示的料斗通过原料树脂供应孔1a、3a供应到螺杆6后端的原料树脂进行混炼并使其塑化的同时，还借助于螺杆6的螺纹送进作用将其向前方输送，虽然这些是一般的计量动作，但在本实施方式中，当螺杆6向规定的方向旋转时，固定在套筒13上的螺母件23也旋转了，利用随着该螺杆6的旋转而驱动的螺母件23的旋转，螺母件23便沿着丝杠轴22作直线移动。因此，就抵消了由于随着该螺杆6的旋转而驱动的螺母件23的旋转导致的螺母件23的直线移动(计量用内装式电动机9和螺杆6的直线移动)，系统控制器41便通过下述的伺服驱动器45-2，借助于以设定的背压作为目标值的压力反馈控制，对注射用内装式电动机16进行驱动控制，由此，就能在让施加在螺杆6上的背压保持在规定的压力的同时，随着熔融的树脂被送入到螺杆6的前端，通过适当地控制而使螺杆6后退。即，例如，当让计量用内装式电动机9在每单位时间旋转10转时，通过使注射用内装式电动机16在每单位时间旋转9.9转，从而进行控制，以便消除在伴随着螺杆6的旋转螺母件23的旋转导致的螺母件23的直线移动的同时，对螺杆6施加规定的背压。并且，在螺杆6前端储存了一次注射量的熔融树脂的时刻，停止计量用内装式电动机9对螺杆6的旋转驱动。
另一方面，在注射填充工序中，在计量完成之后的适当时刻，利用从下述系统控制器41发出的指令，借助于下述的伺服驱动器45-2，利用速度反馈控制对注射用内装式电动机16进行驱动控制，通过这种控制，便能借助于滚珠丝杠机构21将注射用内装式电动机16的旋转转换为直线运动，这种直线运动通过上述直线运动传递系统传递给螺杆6，通过驱动螺杆6快速前进，于是储存在螺杆6前端的熔融树脂便在型腔封闭的状态下注射并填充到未图示的模具的型腔内，进行第一次注射工序。在第一次注射工序随后的保压工序中，利用从系统控制器41发出的指令，注射用内装式电动机16通过伺服驱动器45-2，使用压力反馈控制对注射用内装式电动机16进行驱动控制，由此，所设定的保持压力便由螺杆6施加在未图示的模具内的树脂上。
图5是简化表示本实施方式的注射成形机的控制系统结构的框图。图5中，标号41是进行机器(注射成形机)整体控制的系统控制器；标号42是作业人员进行各种输入操作用的输入装置；标号43是对作业人员显示各种显示模式的图像用的显示装置；标号44是设置在机器的各部分中的许多传感器(位置传感器、速度传感器、压力传感器、旋转量检测传感器、温度传感器等等)组成的传感器组；标号45是由布置在机器各部分中的驱动器(上述电动机9、16之类的电动机)以及用于驱动控制加热器等的多个驱动器(电动机驱动器、加热器驱动器等)组成的驱动器组，在驱动器组45中包括用反馈控制驱动计量用内装式电动机9的伺服驱动器45-1，和用反馈控制驱动注射用内装式电动机16的伺服驱动器45-2。
此外，在系统控制器41内部，标号46是运转条件设定存储部，标号47是测定值存储部，标号48是运转过程控制部，标号49是显示处理部。
在运转条件设定存储部46可重写地存储有预先输入的成形周期的各个工序(闭合模具(紧固模具)、注射、计量、打开模具、喷嘴前进、喷嘴后退等各种工序)的运转控制条件；在测定值容纳部47利用传感器组44等实时地检测并存储机器各部分的计量和测量信息(位置信息、速度信息、压力信息、旋转角度信息、旋转速度(每单位时间的转数)信息、温度信息等)。运转过程控制部48，根据预先准备的各个工序的运转控制程序，以及存储在运转条件设定存储部46中的各个工序的运转条件的设定值，参照测定值存储部47中的计测信息和来自各部的状态确认信息，以及自身的计时信息，同时对驱动器组45进行驱动控制，并实施各工序的运转。显示处理部49，根据预先准备好的各种显示处理程序和显示用的固定数据，根据需要参考运转条件设定存储部46和测定值存储部47的内容，生成各种显示模式的图像，并把这些图像显示在显示装置43中。
Claims (3)
1.一种注射成形机，在通过使加热缸内的螺杆旋转，在对原料树脂进行混炼使其塑化的同时，将其输送到螺杆的前端，把已计量的熔融的树脂储存在螺杆的前端，并借助于螺杆的前进，把熔融的树脂注射和填充到金属模具内的串联螺杆式注射成形机中，其特征在于，
作为计量用电动机，使用具有圆筒形定子和位于该定子内部的圆筒形转子且内部为中空的内装式电动机，在这种内装式电动机的内部固定着套筒，并且在把固定了上述螺杆的后端部的部件与上述套筒连接并固定在一起的同时，还把将注射用电动机的旋转转换为直线运动的滚珠丝杠机构的直线运动部分，即螺母部件与上述套筒连接固定在一起。
2.如权利要求1所述的注射成形机，其特征在于，它还具有控制器，该控制器在计量工序中，在对由内装式电动机构成的上述计量用电动机的旋转进行控制的同时，对注射用电动机的旋转进行控制，以便抵消由于伴随着上述螺杆的旋转运动而使螺母部件旋转导致的螺母部件的直线运动。
3.如权利要求2所述的注射成形机，其特征在于，作为上述注射用电动机使用内装式电动机，将固定在这种用作注射用电动机的内装式电动机的转子内部的套筒与上述滚珠丝杠机构的旋转部分，即丝杠轴固定并连接在一起，将该丝杠轴的螺纹导程设定为上述螺杆的直径的1.5倍以上。
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