JP2007296550A - 電動射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形材料の供給量のバラツキによらず金型キャビティに発生するサージ圧を低く抑える。
【解決手段】サーボモータ３の回転をボールねじ機構４によりプランジャチップ１の直線運動に変換し、プランジャチップ１の前進により射出スリーブ２内の溶融金属をキャビティＣに射出する電動射出装置において、サーボモータ３（減速機５）の出力軸１０とボールねじ機構４側の入力軸１１との間に摩擦クラッチ１２を介装する。摩擦クラッチ１２は、キャビティＣ内への溶融材料の充填完了後の与圧に必要なトルクに余裕量を加えた大きさの伝達トルク容量を有するものを用いることで、金型キャビティＣ内への充填完了により大きなトルクが摩擦クラッチ１２に入力されると、摩擦クラッチ１２が滑って、ボールねじ機構４側には摩擦クラッチ１２の設定トルク容量分のトルクしか伝達されず、これによりキャビティＣに発生するサージ圧が低く抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイカストマシンまたは射出成形機に装備される射出装置に係り、より詳しくは電動モータを駆動源として作動する電動射出装置に関する。

例えば、ダイカストマシンに装備される電動射出装置は、図５に示されるように、プランジャチップ（直動部材）１を摺動可能に納めた射出スリーブ２とサーボモータ（電動モータ）３を駆動源とする駆動系とからなっている。駆動系は、前記サーボモータ３の回転を直線運動に変換するボールねじ機構（運動変換機構）４を備えており、必要によりサーボモータ３とボールねじ機構４との間には減速機５が介装される。ボールネジ機構４は、両端部が軸受６に支持されたねじ軸７と、このねじ軸７に螺合されたナット部材８とからなっており、ナット部材８と前記射出スリーブ２内のプランジャチップ１とは、ねじ軸７と平行に延ばした駆動ロッド９により連結されている。なお、射出スリーブ２は、溶融金属（成形材料）を受ける給湯口２ａを有しており、その先端部が金型Ｄに接続されている。

このような電動射出装置においては、サーボモータ３が回転すると、その回転が減速機５を介してボールねじ機構４のねじ軸７に伝達され、ねじ軸７が回転してナット部材８が直線移動し、その動きに射出スリーブ２内のプランジャチップ１が追従する。ダイカスト鋳造に際しては、射出スリーブ２内に給湯口２ａを通じて所定量の溶融金属が供給された後、サーボモータ３の回転が開始され、プランジャチップ１が前進して射出スリーブ２内の溶融金属が金型Ｄ内のキャビティＣに射出される。

ところで、ダイカスト鋳造においては、通常、溶融金属の先端が金型キャビティＣの入口付近（ゲート）に到達するタイミングで射出速度が低速から高速へ切替えられ、金型キャビティＣ内への溶融金属の充填完了後は、押湯のために与圧（補圧）が行われる。そして、上記した電動射出装置においては、射出速度の低速から高速への切替えはサーボモータ３の回転数制御により、充填完了後の与圧はサーボモータ３のトルク制御によってそれぞれ行われる。なお、この種の電動射出装置としては、例えば、特許文献１に記載されるように、駆動系にフライホイール装置を併設し、サーボモータの回転エネルギーを該フライホイール装置に蓄勢して、高速射出時および保圧時にフライホイール装置から動力補給を行うように構成したものもある。

一方、ダイカスト鋳造においては、金型キャビティ内への溶融金属の充填完了によるプランジャチップの急停止によって、上記した駆動系の慣性モーメント（慣性質量）が金型キャビティ内の溶融金属に作用し、キャビティＣ内に大きなサージ圧が発生する。そして、このサージ圧が金型の型締力をオーバーすると、金型の合せ部に溶融金属がさし込んで大きなバリが発生し、場合によっては該合せ部から溶融金属が噴出したり、あるいは金型が破損するなどの致命的なトラブルが発生する。

そこで従来は、金型キャビティ内への溶融金属の充填完了直前からサーボモータに減速制御をかけてサージ圧の発生を抑える対策を採っていた。しかし、金型キャビティ内への溶融金属の充填完了直前のタイミングは、射出シリンダに対する溶融金属の供給量のバラツキによって前後する。このため、前記したような対策では、溶融金属の供給量が多かった場合、サーボモータが減速制御に入る前に充填完了によりプランジャチップが停止して、過大なサージ圧が発生してしまう。逆に溶融金属の供給量が少なかった場合、サーボモータが減速された状態で、すなわち低速で射出が続行されるので、溶融金属温度が低下してしまい、湯回り不良や与圧不足などの不具合を招いて、品質確保が困難になる。

なお、上記したサージ圧の問題は、射出シリンダ（射出スリーブ）内のスクリュの前進により溶融樹脂（成形材料）を金型キャビティに射出する射出成形においても発生する。このため、例えば、特許文献２に記載のものでは、成形状態および射出速度の動作状態に応じた複数のゲインを圧力制限補償器に付与し、動作モードに合せてゲインを選択してサージ圧が発生しないように制限圧力制御を行うようにしているが、この場合でも、上記したと同様に溶融樹脂の供給量のバラツキに伴う問題発生を避けることはできない。

特開２０００−３３４７２号公報 特開平６−５５５９９号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、成形材料の供給量のバラツキによらず金型キャビティに発生するサージ圧を低く抑えることができ、もって成形の安定性の向上に大きく寄与する電動式射出装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、電動モータの回転を運動変換機構により射出スリーブ内の直動部材の直線運動に変換し、該直動部材の前進により前記射出スリーブ内の成形材料を金型キャビティに射出する電動射出装置において、前記電動モータ側の出力軸と前記運動変換機構側の入力軸との間に、前記金型キャビティ内への成形材料の充填完了に応じて入力されるトルクが所定値を超えたときに滑りを生じる摩擦クラッチを介装したことを特徴とする。

このように構成した電動射出装置においては、電動モータ側の出力軸と運動変換機構側の入力軸との間に介装した摩擦クラッチの伝達トルク容量を適当な大きさとすることで、金型キャビティ内への成形材料の充填完了により直動部材が急停止し、電動モータ側の慣性モーメントに応じた大きなトルクが摩擦クラッチに入力されると、該摩擦クラッチが滑って前記電動モータ側の慣性モーメントが吸収され、これにより金型キャビティに発生するサージ圧が低く抑えられる。この場合。摩擦クラッチの滑りによって機械的にサージ圧を低下させるので、射出材料の供給量に左右されることはない。

本発明において、上記摩擦クラッチは、キャビティに対する成形材料の充填完了後の与圧に必要なトルクに余裕量を加算した伝達トルク容量を有することが望ましく、これにより与圧に必要なトルクを十分に確保しながらできるだけサージ圧を低下させることができる。
この場合、上記摩擦クラッチに、伝達トルク容量を変更可能な調整機構を付設してもよく、この場合は、駆動系の慣性質量に合せて最適の伝達トルク容量を設定できる。

本発明は、電動モータと摩擦クラッチとの間に減速機を介装した構成としてもよいもので、減速機の存在により駆動系の慣性質量がさらに大きくなる条件でも、本発明は、効率よくサージ圧を低下させることができる。

本発明が適用される成形装置は、ダイカストマシンであっても、射出成形機であってもよいもので、ダイカストマシンに適用する場合は、上記成形材料、直動部材のそれぞれは溶融金属、プランジャチップとなり、射出成形機に適用する場合は、上記成形材料、直動部材のそれぞれは溶融樹脂、スクリュとなる。

本発明に係る電動射出装置によれば、成形材料の供給量のバラツキによらず金型キャビティに発生するサージ圧を低く抑えることができるので、成形の安定性の向上に大きく寄与するものとなる。また、クラッチの滑りにより機械的にサージ圧を低下させるので、成形材料の供給量のバラツキに左右されることなく成形は安定し、品質確保が確実となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る電動射出装置の１つの実施形態を示したものである。なお、本実施形態は、前記ダイカストマシンに適用したもので、その基本構造は、前出図５に示したものと同じであるので、ここでは、同一構成要素に同一符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態において、前記サーボモータ（電動モータ）３に接続された減速機５の出力軸１０と、前記ボールねじ機構（運動変換機構）４を構成するねじ軸７と一体をなす入力軸１１との間には、後に詳述する摩擦クラッチ１２が介装されている。摩擦クラッチ１２は、ここでは、金型キャビティＣに対する溶融金属（成形材料）の充填完了後の与圧に必要なトルクに余裕量を加算した伝達トルク容量を有するようにその容量が設定されている。

ここで、上記摩擦クラッチ１２の種類は任意であり、例えば、図２に示す多板式クラッチ１２Ａ、あるいは図３に示すチャック式クラッチ１２Ｂを用いることができる。図２に示す多板式クラッチ１２Ａは、前記減速機５の出力軸１０に同軸に連結されたクラッチケース１３と、このクラッチケース１３の内周にスプライン嵌合された複数のクラッチプレート１４と、クラッチケース１３内に導入された入力軸１１にスプライン嵌合され、前記複数のクラッチプレート１４に対して交互に配置された複数のクラッチディスク１５と、前記クラッチプレート１４とクラッチディスク１５とを摩擦係合（圧接）させる皿ばね（付勢手段）１６とを備えている。この多板式クラッチ１２Ａにおいては、皿ばね１６の押付力でクラッチプレート１４とクラッチディスク１５とが圧接することで、出力軸１０と入力軸１１とが作動連結され、したがって、その伝達トルク容量は皿ばね１６による押付力に応じた大きさとなる。

本実施形態において、上記多板式クラッチ１２Ａには、その伝達トルク容量を変更するための調整機構としてのねじ部材１７が付設されている。このねじ部材１７は、クラッチケース１３にねじ込まれて、その先端を前記皿ばね１６に係合させており、周方向に等配して複数配設されている。ねじ部材１７のねじ込み量を調整することで、皿ばね１６によるクラッチプレート１４とクラッチディスク１５との圧接力が変更され、これにより摩擦クラッチ１２の伝達トルク容量が変更される。

一方、図３に示すチャック式クラッチ１２Ｂは、減速機５の出力軸１０に同軸に連結されたオネジ部材２０と、このオネジ部材２０に一端部が螺合され、他端部に裁頭円錐状のガイド部２１ａを有するチャックリング２１と、このチャックリング２１のガイド部２１ａ内に配設され、背面を前記ガイド部２１ａの内面に摺接させた複数のクラッチピース２２と、前記オネジ部材２０に螺合され、前記チャックリング２１の動きをロックするロックナット２３とからなっている。このチャック式クラッチ１２Ｂにおいては、前記ねじ軸７と一体の入力軸１１をチャックリング２１に導入した状態で、該チャックリング２１をオネジ部材２０に締込むことで、そのガイド部２１ａに押圧されてクラッチピース２２が入力軸１１に摩擦係合（圧接）し、したがって、その伝達トルク容量はチャックリング２１の締込力に応じた大きさとなる。換言すれば、チャックリング２１の締込力を変更することで、摩擦クラッチ１２の伝達トルク容量が変更され、したがってこのチャックリング２１は調整機構を兼ねるものとなっている。

本実施形態においては、上記したように摩擦クラッチ１２（多板式クラッチ１２Ａ、チャック式クラッチ１２Ｂ）の伝達トルク容量を、金型キャビティＣに対する溶融金属の充填完了後の与圧に必要なトルクに余裕量を加算した大きさに設定するので、事前にその設定作業を行う。この伝達トルク容量の設定作業は、射出スリーブ２内のプランジャチップ１を前進端に位置決めして、金型キャビティＣに溶融金属が充填された状態を再現し、この状態で、溶融金属の充填完了後の与圧に必要なトルクに余裕量を加算したトルクを出力するようにサーボモータ３を制御すし、摩擦クラッチ１２に必要伝達トルクを入力する。そして、この入力された必要伝達トルクで滑りが生じないように上記した調整機構としてのねじ部材１７（図２）のねじ込み量、あるいはチャックリング２１（図３）の締込み量を調整する。

本電動射出装置によるダイカスト鋳造の実施手順は、従来の電動射出装置（図５）による場合と基本的に変わりはなく、射出スリーブ２内に給湯口２ａを通じて所定量の溶融金属が供給された後、サーボモータ３の回転が開始され、その回転が減速機５および摩擦クラッチ１２を介してボールねじ機構４のねじ軸７に伝えられる。すると、ナット部材８がねじ軸７に沿って直線移動し、その動きにプランジャチップ１が追従し、該プランジャチップ１が前進して射出スリーブ２内の溶融金属が金型Ｄ内のキャビティＣに射出される（射出工程）。そして、前記射出に際しては、従来と同様、溶融金属の先端がキャビティＣの入口付近（ゲート）に到達するタイミングで射出速度が低速から高速へ切替えられ、キャビティＣ内への溶融金属の充填完了後は、押湯のために与圧が行われる（与圧工程）。

ところで、キャビティＣ内への溶融金属の充填完了によるプランジャチップ１の急停止し、これによって駆動系の慣性モーメントがキャビティＣ内の溶融金属に作用し、キャビティＣ内にサージ圧が発生する。しかるに、プランジャチップ１が急停止すると同時にボールねじ機構４のねじ軸７とこれと一体の入力軸１１も急停止（回転停止）する。この場合、金型キャビティＣ内への溶融金属の充填完了と同時にサーボモータ３に対する通電が遮断されるが、このサーボモータ３から減速機５の出力軸１０に至る範囲の駆動系は、その慣性モーメントにより回転を続けようとし、この結果、摩擦クラッチ１２に大きなトルクが入力される。しかして、この摩擦クラッチ１２の伝達トルク容量は、上記したように溶融金属の充填完了後の与圧に必要なトルクに余裕量を加算した大きさとなっており、前記慣性モーメントによって入力されるトルクが摩擦クラッチ１２の伝達トルク容量を越えると、摩擦クラッチ１２が滑り始める。この結果、ボールねじ機構４側の入力軸１１には、摩擦クラッチ１２の設定トルク容量分のトルクしか伝達されず、これによりキャビティＣに発生するサージ圧は、低く抑えられる。

図４は、上記した射出工程および与圧工程中における射出速度、モータ回転数、キャビティ内圧の経時変化をそれぞれ示したもので、図中、（１）は射出工程を、（２）は与圧工程をそれぞれ表している。射出工程（１）では、サーボモータ３の回転数制御により射出速度が低速から高速へ切替えられ、キャビティＣ内への溶融金属の充填完了時点で、射出速度およびモータ回転数はピークに達する。

一方、キャビティＣ内への溶融金属の充填完了によりキャビティＣ内にサージ圧Ｐｐが発生するが、上記したように摩擦クラッチ１２の伝達トルク容量が、与圧工程（２）で必要なトルクＰｃに余裕量を加えた大きさとなっているので、キャビティ内圧が、前記伝達トルク容量に相当する内圧Ｐｍを超えると同時に摩擦クラッチ１２に滑りが生じ、これによってサージ圧Ｐｐは低く抑えられる。因みに、摩擦クラッチ１２が存在しない従来の電動射出装置（図５）の場合は、充填完了と同時に駆動系全体の慣性モーメントがキャビティ内の溶融金属に作用するため、過大なサージ圧Ｐｒが発生する。

上記サージ圧Ｐｐの発生後は、サーボモータ３に対する通電が遮断（オフ）されるため、摩擦クラッチ１２の滑りに応じてサーボモータ３および減速機５の運動量が徐々に放出され、モータ回転数が次第に低下（減速）し、この間、キャビティ内圧は、前記摩擦クラッチ１２の伝達トルク容量に相当する内圧Ｐｍを維持する。一方、サーボモータ３および減速機５の運動量の放出が続いてキャビティ内圧が与圧に必要な圧力Ｐｃまで落ちると、サーボモータ３に対するトルク制御がスタートし、キャビティ内圧は与圧に必要な圧力Ｐｃに保持される。図４中、（３）の範囲は、このトルク制御工程を表している。

このようにしてダイカスト鋳造は終了するが、本電動射出装置によれば、上記したようにキャビティＣ内への溶融金属の充填完了により生じるサージ圧が低く抑えられるので、金型Ｄの合せ部に溶融金属がさし込んで大きなバリが発生したり、あるいは該合せ部から溶融金属が噴出したりすることはなくなる。また、サージ圧が低く抑えられることから、金型Ｄの型締力の低減、金型Ｄの小型化が可能になり、その分、ダイカストマシン全体の小型化と設備コストの低減とを達成できる。さらに、摩擦クラッチ１２の滑りによって機械的にサージ圧が抑えられるので、射出スリーブ２に供給される溶融金属の供給量に左右されることなく成形は安定し、結果として湯回り不良や与圧不足などの不具合を招くこともなくなって、品質確保が確実となる。

なお、上記実施形態においては、ダイカストマシンに適用した例を示したが、本発明は、溶融樹脂を射出成形する射出成形機にも適用できることはもちろんである。

ダイカストマシンに適用した本発明に係る電動射出装置の構造を模式的に示す側面図である。 本電動射出装置で用いる摩擦クラッチの１つの例としての多板式クラッチの構造を示す断面図である。 本電動射出装置で用いる摩擦クラッチの１つの例としてのチャック式クラッチの構造を示す断面図である。 本電動射出装置によるダイカスト鋳造中における射出速度、モータ回転数およびキャビティ内圧の経時変化を示すグラフである。 ダイカストマシンに適用した従来の一般的な電動射出装置の構造を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ プランジャチップ（直動部材）
２ 射出スリーブ
３ サーボモータ（電動モータ）
４ ボールねじ機構（運動変換機構）
５ 減速機
１０ 出力軸
１１ 入力軸
１２ 摩擦クラッチ
１２Ａ 多板式クラッチ
１２Ｂ チャック式クラッチ
１７ ねじ部材（調整機構）
２１ チャックリング（調整機構）
Ｃ キャビティ
Ｄ 金型

Claims (6)

1. 電動モータの回転を運動変換機構により射出スリーブ内の直動部材の直線運動に変換し、該直動部材の前進により前記射出スリーブ内の成形材料を金型キャビティに射出する電動射出装置において、前記電動モータ側の出力軸と前記運動変換機構側の入力軸との間に、前記金型キャビティ内への成形材料の充填完了に応じて入力されるトルクが所定値を超えたときに滑りを生じる摩擦クラッチを介装したことを特徴とする電動射出装置。
2. 摩擦クラッチが、キャビティに対する成形材料の充填完了後の与圧に必要なトルクに余裕量を加算した伝達トルク容量を有することを特徴とする請求項１に記載の電動射出装置。
3. 摩擦クラッチに、伝達トルク容量を変更可能な調整機構を付設したことを特徴とする請求項２に記載の電動射出装置。
4. 電動モータと摩擦クラッチとの間に減速機を介装したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動射出装置。
5. ダイカストマシンに装備されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動射出装置。
6. 射出成形機に装備されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動射出装置。
   
   

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