JP3194521B2 - 射出装置のスクリュー位置取出し機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高速射出装置に好適
なスクリュー位置取出し機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平７−４７５８１号公報「射
出成形機の油圧制御回路」の図１において、１１は加熱
筒、１４はスクリュー（スクリュと記載されているが、
ここではスクリューと記載する。）、１６はピストン、
１８はオイルモータ、４６は速度検出部であり、可塑化
計量工程ではオイルモータ１８でスクリュー１４を回転
させることで加熱筒１１内に樹脂材料を蓄え、蓄えた樹
脂材料の量に応じてスクリュー１４が後退するため、こ
の後退距離を速度検出部４６でモニターし、次の射出工
程ではピストン１６を油圧で高速前進させることで樹脂
材料を射出ノズル１２から射出するが、このときの射出
速度制御（ピストン１６の移送速度制御）は、速度検出
部４６の検出信号に基づいて実施する。

【０００３】この様にスクリュー１４の位置を直接的に
モニターすることは射出成形工程上極めて重要である。
ところで、同公報の図１から明らかなとおり、スクリュ
ー１４はピストン１６の作用で直線的に移動するととも
にオイルモータ１８の作用で回転もする。そこで、スク
リュー１４の位置を取出すには次図で述べる機構が必要
となる。

【０００４】図６は従来の代表的なスクリュー位置取出
し機構の原理図であり、スクリュー位置取出し機構１０
０は、スクリュー１０１の後端に保持リング１０２を嵌
め、この保持リング１０２をピストンロッド１０３の先
端に固定することで、スクリュー１０１をピストンロッ
ド１０３に連結すると共に、前記保持リング１０２に単
列深溝玉軸受１０５の内輪１０６を嵌め、単列深溝玉軸
受１０５の外輪１０７に位置取出しアーム１０８を嵌合
し、この位置取出しアーム１０８のストローク指示棒１
０９を位置センサ１１１に臨ませたものである。

【０００５】単列深溝玉軸受１０５を介在させたため
に、スクリュー１０１が回転しても位置取出しアーム１
０８は非回転にすることができ、ストローク指示棒１０
９を図左右に単純に直線移動させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の射出速度は３０
０ｍｍ／ｓｅｃ程度であった。これを近年の高速化要求
により、１０００〜１３００ｍｍ／ｓｅｃに上げたとこ
ろ、スクリュー１０１が僅かではあるが「ぎくしゃく」
した挙動を示すことが分かった。

【０００７】そこで、本発明者らは実機におけるスクリ
ューと射出速度の動特性を調べた。図７（ａ），（ｂ）
は従来のスクリュー位置及び射出速度のグラフである。
（ａ）は横軸が時間、縦軸がスクリュー位置を示し、点
Ｐ１からスクリューが前進し始めるが、以降、曲線が細
かく舵行している。すなわち、移動中に減速ないしは停
止が多数回認められた、（ｂ）は横軸が時間、縦軸が射
出速度を示し、トップ速度の点Ｐ２までは、増速すべき
ところ９００ｍｍ／ｓｅｃ付近で減速現象が起こってい
た。また、点Ｐ２以降の減速範囲に少なくとも２ヶ所の
増速現象が認められた。これで「ぎくしゃく」した挙動
がグラフ上でも確認できたが、その対策を講じる必要が
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ところで、従来の技術の
項で示した公報の図１の符号４６は、速度検出部と説明
されていた。すなわち、符号４６はスクリューの位置検
出器ではあるが、これを速度に読み替え、その速度が予
め定めた値より小さければピストン速度を高め、速度が
予め定めた値より大きければピストン速度を下げるとい
う油圧制御を実施するものであるが、このフィードバッ
ク制御はあくまでもスクリューの位置情報に基づいて実
施する。

【０００９】そこで、本発明者らは前記図６のストロー
ク指示棒１０９が、スクリュー１０１の真の位置を伝え
ていないのではないかと考えた。図８は従来の不具合の
推定図であり、実線の位置にあるべきストローク指示棒
１０９が想像線で示すストローク指示棒１０９Ｂの位置
にずれたとすれば、位置センサ１１１の情報から制御部
１１２はスクリュー１０１が進み過ぎている（若しくは
速度が大き過ぎる）と判断し、油圧制御部１１３にピス
トン１１４の移動を遅くする指令を発する。別に想像線
で示したストローク指示棒１０９Ｃの場合は逆になる。
この様に制御の基準としているストローク指示棒１０９
が１０９Ｂや１０９Ｃの様に振れると、この影響を直接
受けたピストン１１４は前進中に減速若しくは停止する
ことになり、上述のグラフに示した不具合が発生する。

【００１０】本発明者らは、上記推定をより明確にする
ため単列深溝玉軸受１０５の構造を検討した。図９
（ａ），（ｂ）は従来採用している単列深溝玉軸受の構
造図兼作用図である。（ａ）に示すとおり、単列深溝玉
軸受１０５は、内輪１０６と外輪１０７との間に玉（鋼
球）１１６・・・を介在させたもの（保持具は不図示）で
あり、内部すきまと称する隙間Ｐを有する。この隙間Ｐ
は、ＪＩＳ Ｂ １５２０（転がり軸受のラジアル内部す
きま）で規定されるＣ２，普通，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の等
級があり、軸受の呼び径が１００ｍｍでＣ３級であれ
ば、３０〜５８μｍのすきまとなる。

【００１１】内部すきまは、軸に嵌合させたときに内輪
１０６は拡径する傾向にあり、又軸受箱に嵌合したとき
に外輪１０７は縮径する傾向にあるため、これらを予め
見込んでおくものである。もし、内部すきまを見込まな
いと、玉１１６に過大な押付け力が作用し、寿命が短く
なるからである。内部すきまがあるため、（ｂ）に示す
とおりに、内輪１０６に対して外輪１０７が角度θまで
傾く可能性がある。このことが、上記不具合の発生要因
であることが分かった。そこで、内輪１０６に対して外
輪１０７が傾かないようにすればよいことになる。

【００１２】具体的には請求項１は、加熱筒にスクリュ
ーを回転可能並びに軸方向移動可能に収納し、可塑化・
計量工程では回転手段でスクリューを廻し、射出工程で
はスクリューを移動するスクリュー式射出装置であり、
スクリューの後端若しくはこの後端に結合した軸部材に
軸受部を介してストローク指示棒を取付け、この指示棒
をモニターすることでスクリューの軸方向位置を計測す
るスクリュー位置取出し機構において、軸受部は、与圧
を掛けることのできる接触角を有する単列ラジアル軸受
を２個組合わせたもの又は与圧を掛けてある２列ラジア
ル軸受であることを特徴とする。

【００１３】軸受部に与圧を掛けることで、ストローク
指示棒の振れを抑えることができた。この結果、高速射
出装置であってもストローク指示棒がスクリューの位置
を正確に示し、位置制御の精度を飛躍的に高めることが
できた。

【００１４】請求項２では、単列ラジアル軸受は、単列
アンギュラ玉軸受であることを特徴とする。単列アンギ
ュラ玉軸受は、広く市場に出回っており、安価である。
従って、単列アンギュラ玉軸受を採用することにより、
射出装置のコストアップを抑えることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。図１は本発明に係るスクリュー
位置取出し機構（第１実施例）の原理図であり、スクリ
ュー位置取出し機構１０は、スクリュー１１の後端に結
合した軸部材１２（この例では、軸部材１２はスリーブ
１３と保持リング１４とを組合せたものである。）に、
軸受部１５（この例では、単列アンギュラ玉軸受１６，
１７を背中合せに組合せたものである。）を介して位置
取出しアーム１８を取付け、この位置取出しアーム１８
からストローク指示棒１９を側方へ延ばし、このストロ
ーク指示棒１９を位置センサ２０に臨ませることで、ス
クリュー１１の軸方向位置を計測する機構である。な
お、前記軸部材１２の構成は任意である。更には、軸受
部材１２を省略して直接、スクリュー１１の後端に軸受
部材１５を嵌合するものであってもよい。

【００１６】以上の構成要素の組立順序の例を述べる。
スリーブ１３に単列アンギュラ玉軸受１６，１７を背中
合せの状態でその内輪１６ａ，１７ａを嵌合し、これら
の軸受１６，１７の外輪１６ｂ，１７ｂに位置取出しア
ーム１８を嵌合し、この状態のスリーブ１３をピストン
ロッド２１に複数本の六角穴付きボルト２２で固定す
る。次図で詳しく説明するが、ボルト２２で締め付ける
ときに前記内輪１６ａ，１７ａ同士が密着して与圧が掛
ることとなる。

【００１７】一方、スクリュー１１の後端に保持リング
１４を固定しておき、この保持リング１４を、複数本の
六角穴付きボルト２３にて、前記スリーブ１３に固定す
ることで、スクリュー位置取出し機構１０は組立完了と
なる。ただし、この組立順序は一例を示したものであ
り、順序を変更することは差支えない。なお、２５，２
５はオイルシール、２６はエンドプレートである。

【００１８】図２（ａ），（ｂ）は本発明で採用した単
列アンギュラ玉軸受の構造図兼作用図（第１実施例）で
ある。（ａ）は２個の単列アンギュラ玉軸受１６，１７
の要部拡大図であり、左の単列アンギュラ玉軸受１６
は、フリーの状態で外輪１６ｂに対して内輪１６ａがδ
だけ図左に寄った構造のものであり、このときに、例え
ば外輪１６ｂと玉２８との間に隙間２９が発生する。こ
の隙間はＪＩＳの軸受に採用される内部すきまによるも
のである。右の単列アンギュラ玉軸受１７は、左の単列
アンギュラ玉軸受１６をいわゆる勝手反対にしたもので
あって、フリーの状態で外輪１７ｂに対して内輪１７ａ
がδだけ図右に寄った構造のものであり、このときに、
例えば外輪１７ｂと玉２８との間に隙間２９が発生す
る。

【００１９】（ｂ）は２つの軸受１６，１７の組立要領
図であり、内輪１６ａ，１７ａを白抜き矢印のごとく押
して、両者を密着させる。これで、前記δ，δがゼロに
なり、この結果、左の軸受１６では内輪１６ａと玉２８
がＰ４で接触し、外輪１６ｂと玉２８がＰ５で接触し、
この結果、外輪１６ｂに対して内輪１６ａは径方向へは
移動不可能となる。このことは「与圧」を掛けたことの
１つの作用・効果である。

【００２０】そして、Ｐ４とＰ５を通る線Ｌ１が、軸に
直交する線Ｌ２となす角を、接触角βといい、単列深溝
玉軸受ではβ＝０であるが、アンギュラ玉軸受ではこの
接触角βが存在（ゼロでないこと）し、そのために、左
のアンギュラ玉軸受１６では内輪１６ａはこれ以上右に
移動しない。従って、アンギュラ玉軸受１６はアキシャ
ル荷重（軸荷重）をある程度負担することができる。以
上のことは右の軸受１７も同様であり、右の軸受１７は
内輪１７ａが左へ移動することを阻止するため、軸受１
６と１７とを背中合わせにしたことにより、左右双方の
アキシャル荷重にも耐える軸受構造となった。

【００２１】ただし、与圧を掛けたことにより、本来確
保しておくべき内部すきまを限りなくゼロに近づけたた
め、その代償として軸受１６，１７の寿命は短くなる。
しかし、これらの軸受１６，１７は比較的軽量の位置取
出しアーム１８を支えるだけであり、使用回転数も低
い。従って、実用上の寿命は十分なものとなり、与圧を
掛けたことの短所は、許容範囲に納る程度のものであ
る。

【００２２】なお、前記内輪１６ａと内輪１７ａを一体
化し、外輪１６ｂと外輪１７ｂを一体化したような幅広
の内・外輪間に２列の玉（又はころ）を配置した２列外
向きアンギュラ玉軸受（又は２列外向き円錐ころ軸受）
を採用しても、同様の作用が発揮できる。これらの軸受
は、２列ラジアル軸受と一般に呼称するが、この２列ラ
ジアル軸受は予め与圧を掛けておくことが前提となる。
後に与圧を掛けることができないからである。但し、多
列ラジアル軸受は、単列ラジアル軸受に比較して汎用性
が乏しいため、高価である。

【００２３】図３は（ａ），（ｂ）は本発明のスクリュ
ー位置及び射出速度のグラフである。（ａ）は横軸が時
間、縦軸がスクリュー位置を示し、点Ｐ６からスクリュ
ーが前進し始める。途中で、曲線が僅かに舵行するが、
実害のあるほどのものではない。（ｂ）は横軸が時間、
縦軸が射出速度を示し、曲線は滑らかであることが、確
認できた。この様な良好な（ａ），（ｂ）が得られたの
は、図８で想定した不具合（ストローク指示棒１０９が
１０９Ｂや１０９Ｃへ振れる現象）が、この実施例では
是正でき、図１のストローク指示棒１９がスクリュー１
１の位置を忠実に再現したことによるものである。

【００２４】図４（ａ），（ｂ）は本発明で採用した単
列アンギュラ玉軸受の構造図兼作用図（第２実施例）で
ある。（ａ）は２個の単列アンギュラ玉軸受３６，３７
の要部拡大図であり、内輪３６ａ，３７ａと外輪３６
ｂ，３７ｂとの間に各々玉３８，３８を介在させたとこ
ろは、図２（ａ）と同じであるが、内輪３６ａ，３７ａ
が外輪３６ｂ，３７ｂからオフセットしていない点で異
なる。ただし、内部すきま３９，３９は存在する。これ
らの単列アンギュラ玉軸受３６，３７は、図２の単列ア
ンギュラ玉軸受１６，１７の１／５〜１／１０程度の費
用で購入することができる、極めて安価な軸受である。
ただし、次に述べる手当が必要となる。

【００２５】（ｂ）において、左右の外輪３６ｂ，３７
ｂ間に、適当な厚さのスペーサリング４１を介在させ、
内輪３６ａ，３７ａを白抜き矢印のごとく押す。する
と、外輪３６ｂ，３７ｂに対して内輪３６ａ，３７ａが
δ，δだけずれ、このことにより、内部すきまをゼロに
することができる。

【００２６】図５は本発明に係るスクリュー位置取出し
機構（第２実施例）の原理図であり、スクリュー位置取
出し機構１０Ｂは、スクリュー１１の後端に結合した軸
部材１２に、軸受部１５（この例では、単列アンギュラ
玉軸受３６，３７間にスペーサリング４１を介在させた
ものである。）を介して位置取出しアーム１８を取付
け、この位置取出しアーム１８からストローク指示棒１
９を側方へ延ばし、このストローク指示棒１９を位置セ
ンサ２０に臨ませることで、スクリュー１１の軸方向位
置を計測する機構である。

【００２７】なお、外輪３６ｂとスペーサリング４１と
外輪３７ｂとを重ねたものをエンドプレート２６及びボ
ルト２７で密着し、内輪３６ａ，３７ａをスリーブ１３
及びボルト２２で押すことで、図４（ｂ）を実現するこ
とができる。図示しないが、外輪３７ｂの図右側面、内
輪３７ａの図右側面に薄いシム（スペーサシム）を入
れ、必要の応じてその薄いシムの厚さを変更できるよう
にすれば、与圧の管理が容易になり、好ましい。

【００２８】図５で示したスペーサリング４１を採用す
る構造、すなわち第２実施例の構造は、部品数は増える
が、軸受３６，３７が安価であるため、製造コストを下
げることができるという利点がある。図１で示した第１
実施例は高価な軸受１６，１７を使用するが、部品数は
少なくなる。従って、必要性に応じて、第１，第２実施
例を適宜選択すればよい。

【００２９】尚、請求項１で記載した「与圧を掛けるこ
とのできる接触角を有する単列ラジアル軸受」は、ＪＩ
Ｓ Ｂ １５３８のカウンタボア玉軸受、ＪＩＳ Ｂ １５
２２のアンギュラ玉軸受、ＪＩＳ Ｂ １５３４の円錐こ
ろ軸受が採用可能である。円錐ころ軸受は定格荷重が大
きいが、高価である。この点、アンギャラ玉軸受、特に
単列アンギュラ玉軸受は生産量が多く、安価で、容易に
入手できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、スクリューの後端に軸受部を介して
ストローク指示棒を取付け、この指示棒をモニターする
ことでスクリューの軸方向位置を計測するスクリュー位
置取出し機構において、軸受部に、与圧を掛けることの
できる接触角を有する単列ラジアル軸受を２個組合わせ
たもの又は与圧を掛けてある２列ラジアル軸受を採用し
たことを特徴とし、軸受部に与圧を掛けることで、スト
ローク指示棒の振れを抑えることができる。この結果、
高速射出装置であってもストローク指示棒がスクリュー
の位置を正確に示し、位置制御の精度を飛躍的に高める
ことができる。

【００３１】軸受部として、単列ラジアル軸受を２個組
合わせたときには、組込みはやや面倒であるが、軸受自
体が安価であるため、コストダウンを図ることができ
る。軸受部として、２列ラジアル軸受を採用すれば、軸
受は単列に比べて高価になるが、組込みが簡単になり、
組立工数の削減が図れる。

【００３２】請求項２では、単列ラジアル軸受は単列ア
ンギュラ玉軸受であることを特徴とし、単列アンギュラ
玉軸受は、広く市場に出回っており、安価である。従っ
て、単列アンギュラ玉軸受を採用することにより、射出
装置のコストアップを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスクリュー位置取出し機構の原理
図（第１実施例）

【図２】本発明で採用した単列アンギュラ玉軸受の構造
図兼作用図（第１実施例）

【図３】本発明のスクリュー位置及び射出速度のグラフ

【図４】本発明で採用した単列アンギュラ玉軸受の構造
図兼作用図（第２実施例）

【図５】本発明に係るスクリュー位置取出し機構の原理
図（第２実施例）

【図６】従来の代表的なスクリュー位置取出し機構の原
理図

【図７】従来のスクリュー位置及び射出速度のグラフ

【図８】従来の不具合の推定図

【図９】従来採用している単列深溝玉軸受の構造図兼作
用図

【符号の説明】

１０，１０Ｂ…スクリュー位置取出し機構、１１…スク
リュー、１２…軸部材、１３…軸部材としてのスリー
ブ、１４…軸部材としての保持リング、１５…軸受部、
１６，１７…単列アンギャラ玉軸受、１６ａ，１７ａ…
内輪、１６ｂ，１７ｂ…外輪、１８…位置取出しアー
ム、１９…ストローク指示棒、２０…位置センサ、２８
…玉、３６，３７…単列アンギャラ玉軸受、３６ａ，３
７ａ…内輪、３６ｂ，３７ｂ…外輪、３８…玉、４１…
スペーサリング、β…接触角。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱筒にスクリューを回転可能並びに軸
   方向移動可能に収納し、可塑化・計量工程では回転手段
   で前記スクリューを廻し、射出工程では前記スクリュー
   を移動するスクリュー式射出装置であり、前記スクリュ
   ーの後端若しくはこの後端に結合した軸部材に軸受部を
   介してストローク指示棒を取付け、この指示棒をモニタ
   ーすることでスクリューの軸方向位置を計測するスクリ
   ュー位置取出し機構において、 前記軸受部は、与圧を掛けることのできる接触角を有す
   る単列ラジアル軸受を２個組合わせたもの又は与圧を掛
   けてある２列ラジアル軸受であることを特徴とする射出
   装置のスクリュー位置取出し機構。
2. 【請求項２】 前記単列ラジアル軸受は、単列アンギュ
   ラ玉軸受であることを特徴とした請求項１記載の射出装
   置のスクリュー位置取出し機構。