JP4533340B2

JP4533340B2 - 射出成形機の駆動機構

Info

Publication number: JP4533340B2
Application number: JP2006110520A
Authority: JP
Inventors: 善昭工藤
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2026-04-13
Also published as: JP2007283524A

Description

本発明は、射出ブロックとスクリュカップリング間における軸方向の圧力を検出するロードセルを内蔵する射出成形機の駆動機構に関する。

従来、射出ブロックとスクリュカップリング間における軸方向の圧力を検出するロードセルを内蔵する射出成形機の駆動機構としては、既に本出願人が提案した特公平５−５０９７３号公報で開示される射出成形機の駆動機構が知られている。

図５に、同公報で開示される駆動機構と基本的な構造が同一の駆動機構５０の概要を示す。駆動機構５０は、直進運動が伝達される射出ブロック（ガイド継手）５１により、回転運動が伝達されるスクリュカップリング５２を回動自在に支持するとともに、射出ブロック５１とスクリュカップリング５２間に、内環部５３ｉ，外環部５３ｏ及び中間起歪部５３ｍを有し、かつスクリュカップリング５２に付与される軸方向の圧力を検出するワッシャ形のロードセル５３を備えており、特に、このロードセル５３の内環部５３ｉ及びこの内環部５３ｉの両側に配した一対の軸受部、即ち、内環部５３ｉの前端面側に配したスラスト軸受５４及び内環部５３ｉの後端面側に配したアンギュラ玉軸受５５を、ベアリングナット５６によりスクリュカップリング５２の外周部上に固定するとともに、ロードセル５３の外環部５３ｏを射出ブロック５１に固定したものである。この場合、射出ブロック５１には、不図示のスクリュ進退用駆動モータ（サーボモータ）及びボールねじ機構を有する進退駆動部５７から直進運動が伝達されるとともに、スクリュカップリング５２には、スクリュ回転用駆動モータ（サーボモータ）５９，この駆動モータ５９に取付けた駆動プーリ６０，スクリュカップリング５２に取付けた従動プーリ６１、及び駆動プーリ６０と従動プーリ６１間に架け渡したタイミングベルト６２を有する回転駆動部５８から回転運動が伝達される。これにより、圧力検出に際してはベアリングナット５６の締付による予圧及び射出ブロック５１双方の影響を受けないため、検出精度及び信頼性の向上を図れるとともに、予圧に対する高精度の管理や射出ブロック５１，射出台，射出駆動台及びガイドシャフト等に対する高精度の加工及び組付が要求されないため、部品製造や機構組立が容易となる。
特公平５−５０９７３号

しかし、上述した従来における射出成形機の駆動機構は、次のような解決すべき課題が存在した。

第一に、回転駆動部５８にタイミングベルト６２を用いる場合、直進運動を行う射出ブロック５１に支持されるスクリュカップリング５２は、回転駆動部５８によりラジアル方向一方に引張られるため、スクリュカップリング５２に取付けたスクリュ自身もラジアル方向に引張荷重を受ける。したがって、長期使用によってスクリュの芯ズレによる加熱筒に対するいわゆるカジリが発生し、円滑動作の阻害要因になるのみならず摩耗などによる耐久性低下を招く。

第二に、回転駆動部５８によりスクリュカップリング５２がラジアル方向一方に引張られることにより、アンギュラ玉軸受５５もラジアル方向に引張荷重を受ける。しかも、アンギュラ玉軸受５５は、この状態でスクリュカップリング５２から後方への加圧力を繰り返し受けるとともに、射出ブロック５１とスクリュカップリング５２間には、通常、機構上における不可避的なクリアランスが存在するため、アンギュラ玉軸受５５によってもカジリが発生したり軸方向における射出ブロック５１に対する摩擦抵抗が大きくなり、アンギュラ玉軸受５５に直接当接するロードセル５３の検出精度の低下を招く。なお、ベアリングナット５６をより強く締込むことによりラジアル方向の引張荷重の影響（アンギュラ玉軸受５５の傾倒）を少なくできるが、強い締込みはロードセル５３の検出特性に悪影響を及ぼし、ベアリングナット５６の締込みによっては対応できない。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形機の駆動機構の提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、進退駆動部２から軸方向Ｆａの直進運動が伝達される射出ブロック３及び回転駆動部４のタイミングベルト５を介して回転運動が伝達されるスクリュカップリング６を有し、射出ブロック３の内周部によりベアリング部７を介してスクリュカップリング６を回動自在に支持するとともに、射出ブロック３とスクリュカップリング６間における軸方向Ｆａの圧力を検出するロードセル８を内蔵する射出成形機Ｍの駆動機構１を構成するに際して、スクリュカップリング６とロードセル８の前端面８ｆ間にスラスト軸受９を介在させ、かつベアリング部７をロードセル８の後端面８ｒ側に配したアンギュラ玉軸受１０及びこのアンギュラ玉軸受１０に並べて配した円筒ころ軸受１１により構成するとともに、アンギュラ玉軸受１０の内輪１０ｉと円筒ころ軸受１１の内輪１１ｉ間に内輪側スペーサ１６を介在させ、かつアンギュラ玉軸受１０の外輪１０ｏと円筒ころ軸受１１の外輪１１ｏ間に外輪側スペーサ１７を介在させ、外輪側スペーサ１７の厚さＬｏを内輪側スペーサ１６の厚さＬｉよりも薄く形成してなることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、ロードセル８は、内環部８ｉ，外環部８ｏ及び中間起歪部８ｍを有するワッシャ形に構成し、スラスト軸受９，内環部８ｉ，アンギュラ玉軸受１０及び円筒ころ軸受１１を、ベアリングナット１５によりスクリュカップリング６の外周部上に固定するとともに、外環部８ｏを、射出ブロック３に固定することができる。また、アンギュラ玉軸受１０と射出ブロック３間には、所定の間隔Ｌｓを有するギャップＧｓを設けることができる。なお、ロードセル８の前端面８ｆ側における射出ブロック３とスクリュカップリング６間には円筒ころ軸受１８を介在させることが望ましい。

このような構成を有する本発明に係る射出成形機Ｍの駆動機構１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１）射出ブロック３の内周部によりアンギュラ玉軸受１０及びこのアンギュラ玉軸受１０に並べて配した円筒ころ軸受１１を用いたベアリング部７を介してスクリュカップリング６を回動自在に支持するため、回転駆動部４にタイミングベルト５を用いることによりスクリュカップリング６にラジアル方向の引張荷重が付与される場合であっても、スクリュの芯ズレを有効に防止できる。したがって、加熱筒に対するスクリュのカジリの発生を回避できるとともに、円滑動作の確保及び摩耗低減などによる耐久性の向上を図ることができる。

（２）回転駆動部４にタイミングベルト５を用いることによりスクリュカップリング６にラジアル方向の引張荷重が付与される場合であっても、アンギュラ玉軸受１０に並べて配した円筒ころ軸受１１によりラジアル方向の引張荷重を受けるため、ロードセル８に直接当接するアンギュラ玉軸受１０によるカジリの発生や軸方向における射出ブロック３に対する摩擦抵抗が大きくなる不具合を回避でき、もって、ロードセル８の検出精度を高めることができる。

（３）アンギュラ玉軸受１０の内輪１０ｉと円筒ころ軸受１１の内輪１１ｉ間に内輪側スペーサ１６を介在させ、かつアンギュラ玉軸受１０の外輪１０ｏと円筒ころ軸受１１の外輪１１ｏ間に外輪側スペーサ１７を介在させるとともに、外輪側スペーサ１７の厚さＬｏを内輪側スペーサ１６の厚さＬｉよりも薄く形成したため、所定の給脂空間を確保できるため、給脂を十分かつ有効に行うことができる。

（４）好適な態様により、ロードセル８を、内環部８ｉ，外環部８ｏ及び中間起歪部８ｍを有するワッシャ形に構成し、スラスト軸受９，内環部８ｉ，アンギュラ玉軸受１０及び円筒ころ軸受１１を、ベアリングナット１５によりスクリュカップリング６の外周部上に固定するとともに、外環部８ｏを、射出ブロック３に固定するようにすれば、本発明に係る駆動機構１の最適な構成を実現でき、駆動機構１における基本的効果、即ち、ベアリングナット１５の締付による予圧及び射出ブロック３双方の影響を排することによる検出精度及び信頼性の向上、更には、予圧に対する高精度の管理や射出ブロック３等に対する高精度の加工及び組付が要求されないことによる部品製造や機構組立の容易化に寄与できる。

（５）好適な態様により、アンギュラ玉軸受１０と射出ブロック３間に、所定の間隔Ｌｓを有するギャップＧｓを設ければ、アンギュラ玉軸受１０によるカジリの発生防止や摩擦抵抗の軽減をより有効に実現できる。

（６）好適な態様により、ロードセル８の前端面８ｆ側における射出ブロック３とスクリュカップリング６間に円筒ころ軸受１８を介在させれば、スクリュカップリング６に付与されるラジアル方向の引張荷重よる悪影響（スクリュの芯ズレ等）をより確実に防止することができる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る駆動機構１を備える射出成形機Ｍの構成について図１及び図２を参照して説明する。

図２において、Ｍは射出成形機であり、特に、射出装置Ｍｉを示す。射出装置Ｍｉは射出台２１とその後方に配した射出駆動台２２を備え、射出台２１と射出駆動台２２間には複数（例示は二本）のガイドシャフト２３…を架設する。また、ガイドシャフト２３…にはガイドブッシュ部２４…を介して射出ブロック３をスライド自在に装填する。一方、射出駆動台２２は、伝達シャフト２５を回動自在に支持する。伝達シャフト２５の後端には従動プーリ２６を取付け、この従動プーリ２６に不図示のスクリュ進退用駆動モータ（サーボモータ）から回転伝達する。伝達シャフト２５の前端にはボールねじ機構２７のボールスクリュ２７ｓの後端を結合するとともに、このボールスクリュ２７ｓに螺合するボールナット２７ｎは、射出ブロック３の後端に結合する。したがって、不図示のスクリュ進退用駆動モータ及びボールねじ機構２７は進退駆動部２を構成する。これにより、射出ブロック３には進退駆動部２から射出のための直進運動が伝達される。

他方、射出台２１には加熱筒２８の後端を取付けるとともに、この加熱筒２８にはスクリュ２９を挿通させる。また、射出ブロック３に設けた支持孔３ｓの内周部によりベアリング部７を介してスクリュカップリング６を回動自在に支持し、このスクリュカップリング６の前端中心位置にスクリュ２９の後端を一体に支持する。さらに、射出ブロック３の外面に取付けた支持体３０によりスクリュ回転用駆動モータ（サーボモータ）３１を支持し、この駆動モータ３１とスクリュカップリング６は、回転伝達機構３２を介して接続する。回転伝達機構３２は、駆動モータ３１の駆動シャフトに取付けた駆動プーリ３３，スクリュカップリング６の前端に軸心を一致させて取付けた従動プーリ３４，駆動プーリ３３と従動プーリ３４間に架け渡したタイミングベルト５を有する。駆動モータ３１及び回転伝達機構３２は回転駆動部４を構成する。これにより、スクリュカップリング６には回転駆動部４から計量のための回転運動が伝達される。

次に、本実施形態に係る駆動機構１の具体的な構成について、図１〜図３を参照して説明する。

駆動機構１は、上述した、進退駆動部２から軸方向Ｆａの直進運動が伝達される射出ブロック３及び回転駆動部４のタイミングベルト５を介して回転運動が伝達されるスクリュカップリング６を備え、このスクリュカップリング６は、ベアリング部７を介して射出ブロック３の内周部に回動自在に支持される構成を備える。そして、この駆動機構１には、射出ブロック３とスクリュカップリング６間の軸方向Ｆａの圧力を検出するロードセル８を内蔵する。

図３に、ロードセル（圧力検出器）８の断面側面図を示す。ロードセル８は、比較的肉厚の内環部８ｉ及び外環部８ｏ、それに比較的肉薄の中間起歪部８ｍにより、ワッシャ形に一体形成し、中間起歪部８ｍには複数のストレンゲージ８ｓ…を備える。これにより、外環部８ｏに対して矢印Ｆｆ方向（前方向）の圧力が作用し、内環部８ｉに対して矢印Ｆｒ方向（後方向）の圧力が作用した場合には、内環部８ｉは外環部８ｏに対して軸方向に０．１〜０．２〔ｍｍ〕程度オフセットし、中間起歪部８ｍに撓みが発生することによりストレンゲージ８ｓ…が圧力を検知する。このロードセル８は、図１に示すように、スクリュカップリング６と射出ブロック３の間に配設する。なお、４４は、内環部８ｉの後端面８ｒ上に一部を盛上げることにより周方向へリング状に形成した突起条部を示す。

ロードセル８を組付けるに際しては、スクリュカップリング６の外周部前端位置に、径方向外方に突出したフランジ状のストッパ部４１を設け、このストッパ部４１の後側に、スラスト軸受９，ロードセル８の内環部８ｉ，アンギュラ玉軸受１０，円筒ころ軸受１１を順番に装填する。この際、アンギュラ玉軸受１０の内輪１０ｉと円筒ころ軸受１１の内輪１１ｉ間に内輪側スペーサ１６を介在させ、かつアンギュラ玉軸受１０の外輪１０ｏと円筒ころ軸受１１の外輪１１ｏ間に外輪側スペーサ１７を介在させるとともに、外輪側スペーサ１７の厚さＬｏを内輪側スペーサ１６の厚さＬｉよりも薄く形成する。これにより、所定の給脂空間を確保できるため、給脂を十分かつ有効に行うことができる。なお、外輪側スペーサ１７は、実質的にスペーサの機能を有していないため、外輪側スペーサ１７の厚さＬｏを内輪側スペーサ１６の厚さＬｉよりも薄く形成するとは、外輪側スペーサ１７を使用しない場合も含まれる。

また、図１に示すように、アンギュラ玉軸受１０と射出ブロック３間には、所定の間隔Ｌｓを有するギャップＧｓを設ける。これにより、アンギュラ玉軸受１０によるカジリの発生防止や摩擦抵抗の軽減をより有効に実現できる。したがって、ロードセル８の後端面側におけるスクリュカップリング６は、実質的に、円筒ころ軸受１１を介してのみ射出ブロック３に支持される。さらに、内環部８ｉの後端面８ｒには、一部を盛上げて形成した突起条部４４を有するため、この突起条部４４にアンギュラ玉軸受１０の外輪１０ｏを当接させるとともに、他方、スラスト軸受９は、内環部８ｉの前端面８ｆに当接させる。

そして、スクリュカップリング６の外周部後端位置にはネジ部を形成し、このネジ部にベアリングナット１５を螺着することにより、このベアリングナット１５とストッパ部４１間におけるスクリュカップリング６の外周部上に装填した、スラスト軸受９，ロードセル８，アンギュラ玉軸受１０及び円筒ころ軸受１１を固定する。この際、ベアリングナット１５は、円筒ころ軸受１１の内輪１１ｉに当接させる。また、円筒ころ軸受１１の内輪１１ｉとベアリングナット１５間に内輪側スペーサ４２を介在させ、かつ円筒ころ軸受１１の外輪１１ｏとボールナット２７ｎ間に外輪側スペーサ４３を介在させるとともに、外輪側スペーサ４３の厚さを内輪側スペーサ４２の厚さよりも薄く形成できる。

一方、射出ブロック３の支持孔３ｓの内周部には段差を設けることによりストッパ面４５を形成し、このストッパ面４５をロードセル８における外環部８ｏの後端面に当接させるとともに、固定ブロック４６を射出ブロック３の前端開口から内部に挿入し、外環部８ｏの前端面に当接させる。これにより、固定ブロック４６はスラスト軸受９の外側を覆うとともに、外環部８ｏは、固定ブロック４６と射出ブロック３に挟まれて固定される。

ロードセル８，スラスト軸受９，アンギュラ玉軸受１０及び円筒ころ軸受１１を、このように組付けることにより、駆動機構１の最適な構成を実現でき、特に、駆動機構１における基本的効果、即ち、ベアリングナット１５の締付による予圧及び射出ブロック３双方の影響を排することによる検出精度及び信頼性の向上、更には、予圧に対する高精度の管理や射出ブロック３等に対する高精度の加工及び組付が要求されないことによる部品製造や機構組立の容易化に寄与できる。

また、ロードセル８の前端面８ｆ側における射出ブロック３とスクリュカップリング６間、即ち、固定ブロック４６の内周部前端とスクリュカップリング６におけるストッパ部４１間には、円筒ころ軸受１８を介在させる。これにより、スクリュカップリング６に付与されるラジアル方向の引張荷重よる悪影響（スクリュの芯ズレ等）をより確実に防止することができる。

次に、本実施形態に係る駆動機構１の機能（作用）について、図１〜図４を参照して説明する。

まず、駆動機構１において、ベアリングナット１５を締め付ければ、スラスト軸受９，アンギュラ玉軸受１０及び円筒ころ軸受１１には予圧が付与され、かつロードセル８の内環部８ｉはスクリュカップリング６の外周部上に固定される。この場合、予圧は圧力を検知する中間起歪部８ｍには影響しない。また、ロードセル８の外環部８ｏは射出ブロック３のみに固定され、この外嵌部８ｏを固定する力は中間起歪部８ｍには影響しない。

したがって、図４に示すように、スクリュ２９から付与される矢印Ｆｒ方向の圧力は、スクリュカップリング６（ストッパ部４１）及びスラスト軸受９を介して、ロードセル８の内環部８ｉの前端面８ｆに付加される。他方、ロードセル８の外環部８ｏは、射出ブロック３により位置規制されるため、スクリュ２９から付与される圧力に対する反作用の圧力は、矢印Ｆｆ方向から付与され、射出ブロック３のストッパ面４５を介して外環部８ｏの後端面８ｒに付加される。この際、矢印Ｆｒ方向の圧力が付加された内環部８ｉは、アンギュラ玉軸受１０の外輪１０ｏのみに当接するため、内環部８ｉの後方に対する相対変位（オフセット）が許容される。よって、中間起歪部８ｍには圧力に対応した歪（撓み）が発生し、この歪は中間起歪部８ｍに取付けられたストレンゲージ８ｓ…により圧力として検出される。ストレンゲージ８ｓ…の出力は予圧及び射出ブロック３の存在には影響されないため、スクリュ２９から付与される圧力に比例する。

また、このような構成を有する駆動機構１は、射出ブロック３の内周部によりアンギュラ玉軸受１０及びこのアンギュラ玉軸受１０に並べて配した円筒ころ軸受１１を用いたベアリング部７を介してスクリュカップリング６が回動自在に支持されるため、回転駆動部４にタイミングベルト５を用いることによりスクリュカップリング６に、図４に矢印Ｆｐ方向で示すラジアル方向の引張荷重が付与される場合であっても、スクリュ２９の芯ズレを有効に防止できる。したがって、加熱筒２８に対するスクリュ２９のカジリの発生を回避できるとともに、円滑動作の確保及び摩耗低減などによる耐久性の向上を図ることができる。

さらに、回転駆動部４にタイミングベルト５を用いることによりスクリュカップリング６にラジアル方向の引張荷重が付与される場合であっても、アンギュラ玉軸受１０に並べて配した円筒ころ軸受１１によりラジアル方向の引張荷重を受けるため、ロードセル８に直接当接するアンギュラ玉軸受１０によるカジリの発生や軸方向における射出ブロック３に対する摩擦抵抗が大きくなる不具合を回避でき、もって、ロードセル８の検出精度を高めることができる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、ロードセル８は、内環部８ｉ，外環部８ｏ及び中間起歪部８ｍを有するワッシャ形に構成したタイプを例示したが、他の形状を排除するものではない。この場合、ロードセル８の形状に対応してスクリュカップリング６及び射出ブロック３の形状を変更すればよい。また、進退駆動部２及び回転駆動部４の一部又は全部が複数の部品により構成される場合であっても同様に適用できる。なお、電動式の射出成形機に適用した場合を例示したが、油圧式の射出成形機など、他の駆動形式による射出成形機に対しても同様に適用できる。

本発明の最良の実施形態に係る駆動機構の要部を示す断面平面図、同駆動機構を備える射出成形機（射出装置）の一部断面平面図、同駆動機構に用いるロードセルの断面側面図、同駆動機構の機能（作用）説明図、背景技術に係わる駆動機構の要部を示す構成図、

符号の説明

１：駆動機構，２：進退駆動部，３：射出ブロック，４：回転駆動部，５：タイミングベルト，６：スクリュカップリング，７：ベアリング部，８：ロードセル，８ｉ：内環部，８ｏ：外環部，８ｍ：中間起歪部，８ｆ：ロードセルの前端面，８ｒ：ロードセルの後端面，９：スラスト軸受，１０：アンギュラ玉軸受，１０ｉ：アンギュラ玉軸受の内輪，１０ｏ：アンギュラ玉軸受の外輪，１１：円筒ころ軸受，１１ｉ：円筒ころ軸受の内輪，１１ｏ：円筒ころ軸受の外輪，１５：ベアリングナット，１６：内輪側スペーサ，１７：外輪側スペーサ，１８：円筒ころ軸受，Ｆａ：軸方向，Ｇｓ：ギャップ，Ｍ：射出成形機，Ｌｓ：所定の間隔，Ｌｏ：外輪側スペーサの厚さ，Ｌｉ：内輪側スペーサの厚さ

Claims

進退駆動部から軸方向の直進運動が伝達される射出ブロック及び回転駆動部のタイミングベルトを介して回転運動が伝達されるスクリュカップリングを有し、前記射出ブロックの内周部によりベアリング部を介して前記スクリュカップリングを回動自在に支持するとともに、前記射出ブロックと前記スクリュカップリング間における軸方向の圧力を検出するロードセルを内蔵する射出成形機の駆動機構において、前記スクリュカップリングと前記ロードセルの前端面間にスラスト軸受を介在させ、かつ前記ベアリング部を前記ロードセルの後端面側に配したアンギュラ玉軸受及びこのアンギュラ玉軸受に並べて配した円筒ころ軸受により構成するとともに、前記アンギュラ玉軸受の内輪と前記円筒ころ軸受の内輪間に内輪側スペーサを介在させ、かつ前記アンギュラ玉軸受の外輪と前記円筒ころ軸受の外輪間に外輪側スペーサを介在させ、前記外輪側スペーサの厚さを前記内輪側スペーサの厚さよりも薄く形成してなることを特徴とする射出成形機の駆動機構。
前記ロードセルは、内環部，外環部及び中間起歪部を有するワッシャ形に構成し、前記スラスト軸受，前記内環部，前記アンギュラ玉軸受及び前記円筒ころ軸受を、ベアリングナットによりスクリュカップリングの外周部上に固定するとともに、前記外環部を、前記射出ブロックに固定することを特徴とする請求項１記載の射出成形機の駆動機構。
前記アンギュラ玉軸受と前記射出ブロック間には、所定の間隔を有するギャップを設けることを特徴とする請求項１又は２記載の射出成形機の駆動機構。
前記ロードセルの前端面側における前記射出ブロックと前記スクリュカップリング間に円筒ころ軸受を介在させることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の駆動機構。