JP2015202497A

JP2015202497A - 成形機

Info

Publication number: JP2015202497A
Application number: JP2014081253A
Authority: JP
Inventors: 中塚　吉久; Yoshihisa Nakatsuka; 吉久中塚
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2015-11-16

Abstract

【課題】電動モータの起動・停止を高精度にフィードバック制御できて、良品を効率よく製造可能な成形機を提供する。【解決手段】ボールねじ機構を構成するねじ軸５を、リブ７１と、リブ７１を介してその片側に形成された螺旋溝形成部７２と、リブ７１を介してその他方側に形成された支持部７３、ワンウェイクラッチ設定部７４及びプーリ設定部７５を有する段付き軸状に形成する。螺旋溝形成部７２の外面に、ボールを介してナット体を螺合するための螺旋溝７６と、ねじ軸５の回転イナーシャを低減するための減肉溝７７とを２重螺旋状に形成する。【選択図】図６

Description

本発明は、射出成形機やダイカストマシン等の成形機に係り、特に、射出装置に備えられるボールネジ機構を構成するねじ軸の構造に関する。

射出成形機やダイカストマシン等の成形機には、モータの駆動力を直動体の直進力に変換するためのボールネジ機構が備えられる（例えば、特許文献１参照。）。射出成形機においては、射出用モータの駆動力をスクリュの直進力に変換する機構として用いられ、ダイカストマシンにおいては、射出用モータの駆動力を射出プランジャの直進力に変換する機構として用いられる。

ボールネジ機構は、外面に螺旋溝が形成されたねじ軸と、螺旋溝内に転動自在に収納されたボールを介してねじ軸に螺合されるナット体とから構成される。図１１に、従来知られているねじ軸の構成を示す。この図から明らかなように、従来のねじ軸５は、螺旋溝形成部７２の外面に１条の螺旋溝７６を形成して成る。

特開２０１２−１８７６０９号公報

ところで、成形機の分野においては、近年、精密成形品の製造等に対応するため、射出モータの起動・停止をより高精度に制御することが求められている。射出モータの起動・停止は、射出モータにより回転駆動されるねじ軸のイナーシャの大小によって大きな影響を受ける。即ち、射出モータの出力に比べてねじ軸のイナーシャが小さい場合には、射出モータの起動・停止を迅速に行うことができ、設計通りの射出特性を発揮することができる。これに対して、射出モータの出力に比べてねじ軸のイナーシャが大きい場合には、射出モータの起動・停止に遅れが生じ、設計通りの射出特性を発揮することが困難になる。

従来のねじ軸は、上述したように、螺旋溝形成部７２の外面に１条の螺旋溝７６のみが形成されており、螺旋溝７６の幅及び深さは使用するボールの直径によって定まるので、イナーシャの低減に自ずと限界があり、射出モータの起動・停止特性の改善に貢献するところは小さい。なお、このような問題は、射出モータだけでなく、ボールネジ機構のねじ軸を回転駆動する全ての電動モータについて存在する。

本発明は、このような従来技術の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、電動モータの起動・停止を高精度にフィードバック制御できて、良品を効率よく製造可能な成形機を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するため、軸受を介して固定部材に回転可能に保持されたねじ軸と、当該ねじ軸に螺合され、前記ねじ軸の回転に伴って前後進駆動されるナット体と、当該ナット体に連結された直動体と、前記ねじ軸を回転駆動する電動サーボモータを備えた成形機において、前記ねじ軸の外面に、前記ナット体を螺合するための螺旋溝を形成すると共に、前記ねじ軸の回転イナーシャを低減するための減肉部を形成したことを特徴とする。

かかる構成によると、ねじ軸の外面に減肉部を形成したので、これを回転駆動する電動モータのイナーシャが低減され、電動モータの起動・停止を高精度にフィードバック制御することができる。よって、所望の成形品を効率良く成形することができる。

また本発明は、前記構成の成形機において、前記螺旋溝と前記減肉部とを、前記ねじ軸の外面に２重螺旋状に形成したことを特徴とする。

かかる構成によると、減肉部をねじ軸の外面に螺旋状に形成するので、ねじ軸の長さ方向における重量分布を均一化でき、スクリュの不正な湾曲等を防止できる。

また本発明は、前記構成の成形機において、前記減肉部の幅寸法を、前記螺旋溝の幅寸法よりも大きくしたことを特徴とする。

かかる構成によると、減肉部の幅寸法を螺旋溝の幅寸法よりも大きくしたので、イナーシャの低減効果を高めることができる。

また本発明は、前記構成の成形機において、前記減肉部の幅寸法を、前記螺旋溝とその両側に形成されるランド部との合計の幅寸法と同等にしたことを特徴とする。

かかる構成によると、減肉部の幅寸法を螺旋溝とその両側に形成されるランド部との合計の幅寸法と同等にしたので、減肉部の幅寸法を最大限大きくできて、イナーシャの低減効果をさらに高めることができる。

また本発明は、前記構成の成形機において、前記ねじ軸の断面中央部に、前記ねじ軸の長さ方向の両端に貫通する貫通孔を開設したことを特徴とする。

かかる構成によると、ねじ軸の外面に減肉部を形成すると共に、ねじ軸の断面中央部に貫通孔を開設するので、イナーシャの低減効果をさらに高めることができる。

本発明は、螺旋溝が形成されたねじ軸の外面にねじ軸の回転イナーシャを低減するための減肉部を形成したので、電動モータのフィードバック制御を高精度に行うことができ、所望の成形品を効率良く成形できる。

実施形態に係る電動射出装置の正面側から見た要部断面図である。実施形態に係る電動射出装置の平面側から見た要部断面図である。図２の要部拡大図である。実施形態に係る衝撃緩衝装置の側断面図である。実施形態に係る衝撃緩衝装置の内面図である。実施例１に係るねじ軸の斜視図である。実施例２に係るねじ軸の斜視図である。実施例３に係るねじ軸の斜視図である。実施例４に係るねじ軸の斜視図である。実施例に係るねじ軸と従来例に係るねじ軸の性能を対比する表図である。従来例に係るねじ軸の斜視図である。実施形態に係る電動射出装置の背面側から見た斜視図である。実施形態に係る電動射出装置のモータ設置側から見た側面図である。実施形態に係るワンウェイクラッチの斜視図である。実施形態に係るワンウェイクラッチの構成を示す要部断面図である。実施形態に係るダイカストマシンの動作を示すタイミングチャートである。

以下、本発明に係る電動ダイカストマシンの一実施形態を、図を用いて説明する。

実施形態に係る電動ダイカストマシンは、図１〜図３、図１２及び図１３に示す電動射出装置１と、図示しない型締装置及び給湯装置を備えており、これらの各装置を適宜のタイミングで連動することにより、所要のダイカスト成形品を連続的に製造するようになっている。型締装置及び給湯装置については、公知に属する事項であり、かつ本発明の要旨でもないので、説明を省略する。

電動射出装置１は、図１〜図３に示すように、所定の間隔を隔てて対向に配置された第１乃至第３の保持プレート（固定部材）２，３，４と、第１及び第２の保持プレート２，３に回転可能に保持されたねじ軸５と、第２及び第３の保持プレート３，４に両端が固定されたガイドバー６と、ねじ軸５に螺合され、ねじ軸５を回転駆動することによりガイドバー６に沿って前後進駆動されるナット体７と、ナット体７の先端部に一端が固定された筒状の連結体８と、連結体８の先端部に一端が固定された射出プランジャ９と、ねじ軸５を回転駆動する射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１と、ねじ軸５と増圧用電動サーボモータ１１との間に設けられたワンウェイクラッチ(One-way clutch)１２と、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１の駆動を制御するコントローラ１３と、コントローラ１３の操作パネル１３ａとを備えている。操作パネル１３ａは、図２に示すように、電動ダイカストマシンの前面の操作しやすい位置に設置される。

なお、図中の符号１４は、射出装置１と型締装置の固定ダイプレートＤＰとを接続するＣフレームを示しており、該Ｃフレーム１４は、図２に示すように、ボルト１５，１６を用いて第３保持プレート４の外面及び固定ダイプレートＤＰに固定される。また、Ｃフレーム１４には、図１に示すように、連結体８ひいては射出プランジャ９の前後進位置を検出する位置センサ１７が備えられる。位置センサ１７としては、光学式、磁気式、磁歪式など、公知に属する適宜の位置センサを用いることができる。上述の電動射出装置１、Ｃフレーム１４及び固定ダイプレートＤＰは、図１に示すように、電動ダイカストマシンの基台部を構成するフレームＦ上に配置される。また、射出プランジャ９の先端部は、固定ダイプレートＤＰに形成された射出スリーブＩＳ内に配置される。

図３に拡大して示すように、第１保持プレート２の中央部内面には、輪状のベアリング保持部２ａが突設されており、ねじ軸５の一端部は、当該ベアリング保持部２ａの内面とねじ軸５の外面とに挿入されたベアリング（軸受）２１を介して、第１保持プレート２に回転可能に保持されている。また、第２保持プレート３の中央部には、円形の開口部３ａが開設されており、該開口部３ａの周囲からは輪状の段付きボス３ｂが起立されていて、開口部３ａ内には、ベアリングホルダ２２が摺動可能に嵌入されている。ねじ軸５の中間部は、該ベアリングホルダ２２の内面とねじ軸５の外面とに挿入されたアンギュラベアリング（軸受）２３及びベアリング（軸受）２４を介して、第２保持プレート３に回転可能に保持される。さらに、第３保持プレート４の中央部には、ねじ軸５及び連結体８の貫通孔４ａが開設されている。これらの各保持プレート２，３，４は、図２及び図３に示すように、固定部材２５により一体化され、電動ダイカストマシンのフレームＦ上に固定されている。これら保持プレート２，３，４及び固定部材２５の周囲は、作業者等の安全を図るため、保護カバー２６をもって覆うことが望ましい。

図１乃至図３に示すように、第２保持プレート３に形成された段付きボス３ｂの内周には、内径がねじ軸５の外径よりも大きいリング状に形成されたロードセルユニット２７が、ねじ軸５と同心に配置されている。本例のロードセルユニット２７は、図３に拡大して示すように、内輪部２７ａと外輪部２７ｂとこれら両部の間に形成された弾性変形部２７ｃとを有しており、内輪部２７ａがベアリングホルダ２２にボルト締結されると共に、外輪部２７ｂが段付きボス３ｂにボルト締結されている。弾性変形部２７ｃには図示しない歪ゲージが貼られており、弾性変形部２７ｃの歪み量、即ち、射出プランジャ９に作用する射出圧力、サージ圧及び増圧圧力が検出される。このように、本実施形態に係る電動射出装置１は、リング状に形成されたロードセルユニット２７が、ねじ軸５と同心に配置され、かつベアリングホルダ２２と段付きボス３ｂとの間に設置されているので、ロードセルユニット２７の設定スペースを小さくすることができ、電動射出装置１ひいてはこれが搭載される電動ダイカストマシンの小型化を図ることができる。

ガイドバー６は、図２に示すように、その両端部がボルト２８をもって第２及び第３の保持プレート３，４に締結される。

また、図１乃至図３に示すように、ナット体７の外周には、一端がガイドバー６に摺動自在に連結されたサージ圧抑制用の衝撃緩衝装置３１が備えられる。本例の衝撃緩衝装置３１は、図４及び図５に示すように、ナット体７にボルト３２を用いて締結される第１部材３３と、連結体８にボルト３４を用いて締結される第２部材３５と、第１部材３３と第２部材３５との間に設定されたコイルばねなどの弾性体３６と、第１部材３３及び第２部材３５を所要の間隔を隔てて連結する連結ボルト３７とから構成される。図５に示すように、第１部材３３及び第２部材３５は、内面形状が横長の略六角形に形成されており、その中央部にはナット体７を貫通するためのナット体貫通孔３８が開設され、該ナット体貫通孔３８の周囲の所定位置には、連結ボルト３７を貫通するための連結ボルト貫通孔３９が開設されている。また、ナット体貫通孔３８の周囲の、連結ボルト貫通孔３９と干渉しない部分には、複数個（図５の例では、１０個）の弾性体収容穴４０がほぼ等分に形成されている。さらに、ナット体貫通孔３８を介して長径方向の端部には、ガイドバー６を貫通するためのガイドバー貫通孔４１が開設され、該ガイドバー貫通孔４１内には、すべり軸受（メタル）４２が備えられている。

第１部材３３は、ナット体貫通孔３８内にナット体７を貫通し、かつガイドバー貫通孔４１内にガイドバー６を貫通した状態で、ボルト３２を用いてナット体７に締結される。したがって、この第１部材３３は、ねじ軸５の回転駆動時にナット体７をガイドバー６に沿って移動させる案内部材としての機能も有する。一方、第２部材３５は、ナット体貫通孔３８内にナット体７を貫通し、かつガイドバー貫通孔４１内にガイドバー６を貫通した状態で、ボルト３４を用いて連結体８に締結される。したがって、この第２部材３５は、ナット体７の前後進運動を連結体８を介して射出プランジャ９に伝達すると共に、射出プランジャ９をガイドバー６に沿って移動させる、動力伝達機構及び案内部材としての機能も有する。

弾性体３６は、図４に示すように、例えばコイルばねをもって構成されており、射出工程から増圧工程に切り換える際の溶湯圧力と同等かこれよりも若干（例えば、１．０５倍〜１．１倍）大きい圧縮力を付与された状態で、第１部材３３及び第２部材３５の間に収容される。これにより、射出工程中に弾性体３６が縮むことはなく、金属溶湯に所要の射出圧力を付与できると共に、増圧工程においては、増圧圧力を受けて圧縮し、金属溶湯に所要の増圧圧力を付与することができる。また、第１部材３３と第２部材３５は、サージ圧を受けたときにも密着しない所定の間隔を隔てて組み合わされる。これにより、サージ圧の吸収が可能になる。なお、弾性体３６に付与される圧縮力は、連結ボルト３７を調整することにより、適宜調整される。

ねじ軸５は、図６に示すように、リブ７１と、リブ７１を介してその片側に形成された螺旋溝形成部７２と、リブ７１を介してその他方側に形成された支持部７３、ワンウェイクラッチ設定部７４及びプーリ設定部７５を有する段付き軸状に形成されている。螺旋溝形成部７２の外面には、図示しないボールを介してナット体７を螺合するための螺旋溝７６と、ねじ軸５の回転イナーシャを低減するための減肉溝７７とが２重螺旋状に形成されている。図６の例では、螺旋溝７６の幅寸法Ｓ１と減肉溝７７の幅寸法Ｓ２とが、ほぼ同等に形成されている。このように、ねじ軸５を構成する螺旋溝形成部７２の外面に減肉溝７７を形成すると、ねじ軸５の回転イナーシャを低減できるので、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１の制御性を高めることができ、良品の生産性をより一層高めることができる。この図６に示したねじ軸５を、便宜的に「ねじ軸５Ａ」と表記する。

なお、減肉溝７７は、ねじ軸の回転イナーシャを低減するために形成されるものであるので、必ずしも螺旋状に形成する必要はなく、螺旋溝７６のランド部７８に沿って点状に形成することもできる。

また、螺旋溝７６については使用するボールのサイズとの関係で、幅及び深さに自ずと制限があるが、減肉溝７７についてはこのような制限はなく、必要に応じて適宜幅と深さを調整することができる。図７の例では、減肉溝７７の幅寸法Ｓ２を螺旋溝７６の幅寸法Ｓ１よりも大きくして、図６の例よりも回転イナーシャの低減を図っている。また、図８の例では、減肉溝７７の幅寸法Ｓ２を、螺旋溝７６とその両側に形成されるランド部７８との合計の幅寸法Ｓ３と同等にして、さらなる回転イナーシャの低減を図っている。さらに、図９の例では、螺旋溝７６及び減肉溝７７を有するねじ軸５の断面中央部に、ねじ軸５の一端から他端まで貫通する貫通孔７９を開設している。これら図７、図８、図９に示したねじ軸５を、それぞれ便宜的に「ねじ軸５Ｂ」、「ねじ軸５Ｃ」、「ねじ軸５Ｄ」と表記する。なお、図９の例では、ねじ軸５Ａに貫通孔７９が開設したものをねじ軸５Ｄとしているが、ねじ軸５Ｂ又はねじ軸５Ｃに貫通孔７９を開設することもできる。

図１０に、図６〜図９に掲げたねじ軸５Ａ〜５Ｄの重量及び回転イナーシャを、従来例に係るねじ軸５Ｅの重量及び回転イナーシャと比較して示す。従来例に係るねじ軸５Ｅは、図１１に示すように、螺旋溝形成部７２の外面に螺旋溝７６のみが形成され、減肉溝７７を有していないものである。ねじ軸５Ａ〜５Ｄの重量及び回転イナーシャは、従来例に係るねじ軸５Ｅの重量及び回転イナーシャを１００としたときの数値である。

図１０に示すように、従来例に係るねじ軸５Ｅに比べて、ねじ軸５Ａ〜５Ｄの重量は、それぞれ９７．２、９５．４、７９．２、７６．４に減少している。また、従来例に係るねじ軸５Ｅに比べて、ねじ軸５Ａ〜５Ｄの回転イナーシャは、それぞれ９５．４、９３．７、６４．４、９３．９に減少している。これ結果から明らかなように、ねじ軸５Ａ〜５Ｄの中では、回転イナーシャの低減効果に関して、図８に示したねじ軸５Ｃが最も優れていると言える。

図３に示すように、ねじ軸５は、リブ７１の端面をアンギュラベアリング２３の端面に突き当てることにより軸方向の位置決めがなされる。これにより、支持部７３がアンギュラベアリング２３及びベアリング２４を介して第２保持プレート３に回転可能に保持される。また、プーリ設定部７５には、所要の連結具４３ａを介して第１プーリ４３が固定される。さらに、ワンウェイクラッチ設定部７４には、ワンウェイクラッチ１２を介して第２プーリ４４が取り付けられる。

図１２及び図１３に示すように、本例においては、２つの射出用電動サーボモータ１０が備えられている。このように、複数の射出用電動サーボモータ１０を備えると、１つの大出力の射出用電動サーボモータ１０を用いる場合に比べて、射出用電動サーボモータ１０の回転イナーシャを低減できるので、射出用電動サーボモータ１０のフィードバック制御を安定かつ高精度に行うことができる。

射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１は、図１２及び図１３に示すように、フレームＦよりも上方であって、操作パネル１３ａの設置側から見てねじ軸５の背面側に設置される。このように、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１を電動射出装置１の側方に配置すると、図１に模式的に示すように、これらの各モータ１０、１１をフレームＦ内に配置する場合に比べて、各モータ１０、１１及びこれに付属する設備のメンテナンスを容易化できると共に、タイミングベルト４５、４６の短縮化を図ることができて、電動射出装置１の耐久性を高めることができる。また、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１を電動射出装置１の上方に配置する場合に比べて、電動ダイカストマシンの全高を小さくすることができる。

電動射出装置１には、図１３に示すように、増圧用電動サーボモータ１１によって回転駆動される中間軸６１が備えられており、当該中間軸６１には、第１中間プーリ６２と、これよりも小径の第２中間プーリ６３とが固定されている。そして、増圧用電動サーボモータ１１の出力軸に固定された駆動側プーリ１１ａと第１中間プーリ６２には、タイミングベルト６４が輪掛けされ、第２中間プーリ６３と第２プーリ４４には、タイミングベルト６５が輪掛けされている。これにより、駆動側プーリ１１ａと第２プーリ４４との間に２段の減速機構が配置される。このように、駆動側プーリ１１ａと第２プーリ４４との間に多段の減速機構を配置すると、比較的低出力の増圧用電動サーボモータ１１の使用が可能になるので、増圧用電動サーボモータ１１の回転イナーシャを低減でき、増圧用電動サーボモータ１１のフィードバック制御を安定かつ高精度に行うことができる。

ワンウェイクラッチ１２は、図１４及び図１５示すように、内輪５１と、外輪５２と、これら内輪５１及び外輪５２の間に揺動可能に配置された複数のカム５３と、カム５３を保持するリテーナ５４と、カム５３を一方向に付勢するばね部材５５とから主に構成されている。カム５３は、内輪５１及び外輪５２を特定の一方向に回転する場合において、内輪５１の回転速度が外輪５２の回転速度よりも高速であるときには、これら内輪５１及び外輪５２との係合が解除されて、外輪５２に対して内輪５１が空転する。また、このカム５３は、内輪５１の回転速度が外輪５２の回転速度よりも低速になったときには、内輪５１及び外輪５２に係合し、内輪５１と外輪５２とを前記特定の一方向に一体に回転させる。内輪５１は、ねじ軸５の外周に固定され、外輪５２は、第２プーリ４３の内周に固定される。本構成のワンウェイクラッチ１２は、構造が簡単で、しかも摩擦クラッチのように断続時に滑りをほとんど生じないので、長期間使用しても経時劣化しにくく、メンテナンスが容易で、ダイカストマシンの耐久性及び信頼性を高めることができる。

コントローラ１３は、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１に備えられたエンコーダ１０ｂ，１１ｂからの信号、操作パネル１３ａからの信号、ロードセルユニット２７からの信号及び位置センサ１７からの信号等を取り込み、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１の起動タイミング、停止タイミング、加速条件、減速条件、回転速度及び回転トルクなど、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１の駆動制御全般を司る。なお、このコントローラ１３としては、ダイカストマシン全体の駆動制御を司るマシンコントローラを用いることもできる。

以下、上述のように構成された実施形態に係る電動射出装置１の動作につき、図１６を参照しながら説明する。以下の動作は、コントローラ１３から出力される指令信号に基づいて行われる。図１６（ａ）の横軸は時間であり、縦軸は衝撃緩衝装置３１を構成する弾性体３６の圧縮量である。図１６（ｂ）の横軸は時間であり、縦軸は射出用電動サーボモータ１０に備えられたエンコーダ１０ｂの出力値（実線）と、増圧用電動サーボモータ１１に備えられたエンコーダ１１ｂの出力値（破線）と、衝撃緩衝装置３１を構成する弾性体３６の圧縮量（点線）である。図１６（ｃ）の横軸は時間であり、縦軸は射出プランジャ９の速度（実線）と、ロードセルユニット２７にて検出された射出プランジャ９の射出推力（破線）と、緩衝装置３１を構成する弾性体３６の圧縮量（点線）である。図１６（ｄ）の横軸は時間であり、縦軸はエンコーダ１０ｂの出力値から算出されるナット体７の前後進位置（実線）と、位置センサ１７の出力値から算出される射出プランジャ９の前後進位置（破線）である。図１６（ｅ）の横軸は時間であり、縦軸は射出用電動サーボモータ１０の出力トルク値（破線）と、増圧用電動サーボモータ１１の出力トルク値（実線）である。コントローラ１３は、図１６に示すように、時間の経過に沿って、低速射出工程、高速射出工程、増圧工程、突出し工程及び後退工程をこの順に実行する。また、高速射出工程の終了から突出し工程の開始までの間で、冷却工程を実行する。

図１６（ｂ）に示すように、ダイカストマシンが連続自動運転を実行している状態において、低速射出の開始タイミングに至ると、射出用電動サーボモータ１０が所定の回転方向に起動され、その回転速度が予め定められた低速射出用の回転速度に制御される。次いで高速射出の開始タイミングに至ると、射出用電動サーボモータ１０が増速され、その回転速度が予め定められた高速射出用の回転速度に制御される。射出用電動サーボモータ１０の回転は、駆動側プーリ１０ａ、タイミングベルト４５及び第１プーリ４３を介してねじ軸５に伝達され、ねじ軸５を低速射出時の回転速度及び高速射出時の回転速度で回転駆動する。ねじ軸５が回転駆動されると、ねじ軸５に螺合されたナット体７が前進駆動され、図１６（ｃ）に示すように、ナット体７と衝撃緩衝装置３１及び連結体８を介して連結された射出プランジャ９が、所定の低速射出時の前進速度及び高速射出時の前進速度で前進駆動される。これにより、射出スリーブＩＳ内に供給された一定量の溶融金属が、図示しない金型キャビティ内に所定の射出速度で低速射出された後、所定の射出速度で高速射出される。

射出プランジャ９の前進により、射出スリーブＩＳ内の溶融金属が金型キャビティ内に射出されたとき、金型キャビティ内の溶融金属には、衝撃的なサージ圧が作用する。サージ圧が過大であると、製品にバリなどの成形不良が発生しやすくなる。本実施形態に係る電動射出装置１は、衝撃緩衝装置３１に備えられた弾性体３６でサージ圧を吸収する。即ち、高速射出工程において発生したサージ圧は、射出プランジャ９及び連結体８を介して衝撃緩衝装置３１の第２部材３５に伝達されるので、図１６（ａ）に示すように、第１部材３３と第２部材３５との間で弾性体３６が圧縮され、その弾性変形によってサージ圧が吸収される。よって、金型キャビティ内の溶融金属に過大なサージ圧が作用せず、良品の製造が可能になる。なお、本実施形態に係る衝撃緩衝装置３１は、ナット体７の外周に配置したので、衝撃緩衝装置３１とナット体７とを直列に配置した場合に比べて、電動射出装置１ひいては電動ダイカストマシンの全長を短縮することができる。

射出工程の終期に至ると、コントローラ１３は、図１６（ｂ）に示すように、射出用電動サーボモータ１０を減速制御し、最終的には射出用電動サーボモータ１０の回転を停止する。また、コントローラ１３は、射出用電動サーボモータ１０の減速制御を開始する以前に、増圧用電動サーボモータ１１の起動を開始し、その回転速度を予め定められて所定の回転速度に保持する。射出用電動サーボモータ１０の回転速度は減速制御によって漸減し、増圧用電動サーボモータ１１の回転速度は起動制御によって漸増するので、射出用電動サーボモータ１０の減速制御中に、射出用電動サーボモータ１０の回転速度と増圧用電動サーボモータ１１の回転速度は逆転する。

したがって、増圧用電動サーボモータ１１を起動した後においても、射出用電動サーボモータ１０によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度の方が、増圧用電動サーボモータ１１によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度よりも高速である場合には、ワンウェイクラッチ１２が空転し、増圧用電動サーボモータ１１の回転力はねじ軸５に伝達されない。よって、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１をこのような回転条件になるように駆動制御することにより、射出工程中の低速射出工程及び高速射出工程が実行される。

この状態からさらに射出用電動サーボモータ１０によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度が低下し、増圧用電動サーボモータ１１によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度よりも、射出用電動サーボモータ１０によって回転駆動されるねじ軸５の回転速度の方が低速になると、その段階で、ワンウェイクラッチ１２が自動的に接続状態に切り替わり、増圧用電動サーボモータ１１の回転力がねじ軸５に伝達される。この回転力は、ナット体７によって直進力に変換され、衝撃緩衝装置３１及び連結体８を介して射出プランジャ９に伝達される。この増圧用電動サーボモータ１１による動力補給により、図１６（ｃ）に示すように、金型キャビティ内の溶融金属に所要の増圧圧力が付与され、射出工程に引き続く増圧工程が実行される。これにより、鋳物巣などの成形不良を防止することができる。増圧工程中においては、図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、弾性体３６が圧縮状態に保持される。

なお、上述の実施形態においては、射出用電動サーボモータ１０の減速制御を開始する以前に増圧用電動サーボモータ１１の起動を開始したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、射出用電動サーボモータ１０の減速制御を開始すると同時、又はそれ以降に増圧用電動サーボモータ１１の起動を開始することもできる。

また、上述の実施形態においては、増圧用電動サーボモータ１１の駆動力で増圧工程におけるプランジャ９の推力を得る構成にしたが、図１４（ｅ）に示すように、射出用電動サーボモータ１０の駆動力及び増圧用電動サーボモータ１１の駆動力の総和で、増圧工程におけるプランジャ９の推力を得る構成とすることもできる。

上述したように、増圧工程においては、弾性体３６が圧縮されるので、図１６（ｄ）に示すように、増圧工程における射出プランジャ９の初期位置からの前進量（前進位置）は、弾性体３６の圧縮量だけナット体７の初期位置からの前進量（前進位置）よりも少なくなる。増圧工程における射出プランジャ９の前進位置とナット体７の前進位置との差分Ｓは、弾性体３６の弾性率の大小によって変化する。即ち、弾性体３６の弾性率が経時的に劣化した場合には、差分Ｓは小さくなる方向に変化する。そして、弾性体３６の弾性率がある程度まで劣化すると、サージ圧を受けたときに衝撃緩衝装置３１を構成する第１部材３３と第２部材３５とが衝合するようになり、サージ圧の吸収が不可能になるか、不完全になる。

このような不都合を回避するため、実施形態に係るコントローラ１３は、弾性体３６のメンテナンスが必要となる差分Ｓの基準値を記憶しており、連続自動運転中に差分Ｓを繰り返し算出して、算出された差分Ｓが基準値に達しているか否かの判定を行っている。そして、算出された差分Ｓが基準値に達したと判定したときには、作業者に弾性体３６のメンテナンスが必要である旨のインフォメーションを自動的に発報する。これにより電動ダイカストマシンのオペレータは、弾性体３６がメンテナンス時期に至ったことを知ることができるので、不適切な状態での連続自動運転が継続されることがなく、良品を効率的に製造することができる。

突出し工程に至ると、コントロール１３は、図示しない型締装置を型開方向に駆動すると共に、図１６（ｂ）に示すように、射出用電動サーボモータ１０、或いは射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１をフィードバック制御して、図１６（ｃ）に示すように、射出プランジャ９を所定の突出し停止位置まで前進させ、その位置に停止させる。これにより、増圧工程時に圧縮されていた弾性体３６の復元力により、型開工程の開始時から射出プランジャ９によってビスケットに対して押出方向の圧力がかかり、型開動作にビスケット押出動作を追従させることができる。これにより、固定金型から製品を押し出すことができる。

突出し工程が終了して後退工程に至ると、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１が逆方向に駆動される。このとき、コントロール１３は、図１６（ｂ）に示すように、増圧用電動サーボモータ１１によるねじ軸５の回転速度が、射出用電動サーボモータ１０によるねじ軸５の回転速度よりも高速になるように、射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１の駆動を制御する。また、後退工程の終期においては、まず射出用電動サーボモータ１０の駆動を停止し、しかる後に増圧用電動サーボモータの駆動を停止して、射出プランジャを所定の初期位置に停止させる。これにより、後退工程において、ワンウェイクラッチ１２が接続状態に切り替わることを防止できるので、ナット体７及び射出プランジャ９を所定の初期位置に確実に停止させることができる。よって、所定の成形サイクルを安定に行うことができる。

なお、本発明の要旨は、突出し工程及び後退工程において、ワンウェイクラッチ１２が接続状態に切り替わないように射出用電動サーボモータ１０及び増圧用電動サーボモータ１１の駆動を制御することにあるのであって、他の構成に関しては、前記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更することができる。

例えば、前記実施形態においては、ねじ軸５として、減肉溝７７を有するねじ軸５Ａ〜５Ｄを用いたが、これに代えて従来例に係るねじ軸５Ｅを用いることもできる。

また、前記実施形態においては、衝撃緩衝装置３１として、コイルばね等の弾性体３６を備えたものと用いたが、オイルダンパ、エアダンパ、ガススプリングを備えたものを用いることもできる。

本発明は、射出成形機やダイカストマシンなどの成形機に備えられる電動射出装置に利用できる。

１電動射出装置
５、５Ａ〜５Ｅねじ軸
７ナット体
８連結体
９射出プランジャ
１０射出用電動サーボモータ
１１増圧用電動サーボモータ
１２ワンウェイクラッチ
１３コントローラ
２７ロードセルユニット
３１衝撃緩衝装置
３６弾性体
４３第１プーリ
４４第２プーリ
４５，４６タイミングベルト
７１リブ
７２螺旋溝形成部
７３支持部
７４ワンウェイクラッチ設定部
７５プーリ設定部
７６螺旋溝
７７減肉溝
Ｆフレーム

Claims

軸受を介して固定部材に回転可能に保持されたねじ軸と、当該ねじ軸に螺合され、前記ねじ軸の回転に伴って前後進駆動されるナット体と、当該ナット体に連結された直動体と、前記ねじ軸を回転駆動する電動サーボモータを備えた成形機において、
前記ねじ軸の外面に、前記ナット体を螺合するための螺旋溝を形成すると共に、前記ねじ軸の回転イナーシャを低減するための減肉部を形成したことを特徴とする成形機。
前記螺旋溝と前記減肉部とを、前記ねじ軸の外面に２重螺旋状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の成形機。
前記減肉部の幅寸法を、前記螺旋溝の幅寸法よりも大きくしたことを特徴とする請求項２に記載の成形機。
前記減肉部の幅寸法を、前記螺旋溝とその両側に形成されるランド部との合計の幅寸法と同等にしたことを特徴とする請求項３に記載の成形機。
前記ねじ軸の断面中央部に、前記ねじ軸の長さ方向の両端に貫通する貫通孔を開設したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の成形機。