JP4891696B2

JP4891696B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP4891696B2
Application number: JP2006218648A
Authority: JP
Inventors: 吉哉谷口
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: JP2008044109A

Description

本発明は、インラインスクリュ式の射出成形機の射出系における、樹脂圧の検出にかかわる技術に関する。

インラインスクリュ式の電動射出成形機においては、加熱シリンダの後端側を固定した第１の保持プレートと、該第１の保持プレートと対向配置された第２の保持プレートとの間に、複数本の連結・ガイド軸を架設し、この連結・ガイド軸に挿通・案内されてスクリュと共に前後進可能な直動ブロックを、射出用サーボモータの回転をボールネジ機構により直線運動に変換して、直線駆動（直線移送）するようになっている。

インラインスクリュ式の射出成形機においては、射出工程時の射出圧や保圧を制御するため、あるいは、計量工程時の背圧を制御するために、スクリュの頭部より先の（前の）溶融樹脂の圧力を検出する必要があり、このために、ロードセル（歪み検出センサ）によって樹脂圧を検出する構成をとっている。

ロードセルによる圧力検出手法（荷重検出手法）としては、スクリュと共に前後進する直動ブロックとボールネジ機構の直動部との間にロードセルユニットを配設して、樹脂圧による荷重（力）を、スクリュ、直動ブロックを介してロードセルユニットにて検出する手法を、採ることが多い。この検出手法は、ロードセルユニット（ロードセル）に対して、直動ブロックが連結・ガイド軸上を摺動する際の摺動抵抗の影響がある上に、ロードセルの交換には繁雑な分解・組み立て作業を要するという問題がある。

また、直動ブロックが連結・ガイド軸上を摺動する際の摺動抵抗の影響を受けないようにするために、スクリュとスクリュを保持する直動ブロックとの間にロードセルユニットを配設して、樹脂圧による荷重（力）を、スクリュを介してロードセルユニット（ロードセル）にて検出する手法を採ることも公知である。この検出手法では、スクリュの後端は直動ブロックに保持された回転体に固定されているため、ロードセルユニットの取り付け構造がより複雑になり、前記手法以上にロードセルユニットの交換には複雑な分解・組み立て作業を要するという問題がある。

そこで、特許第２６６７５２１号公報に開示されているように、第１、第２の保持プレートを連結している連結・ガイド軸における、第２の保持プレートからの突出端部にロードセルユニットを配設して、第２の保持プレートと連結・ガイド軸に取り付けられたナットとの間に挟持された上記のロードセルユニットによって、樹脂圧による荷重（力）を、スクリュ→直動体→ボールネジ機構→第２の保持プレートを介して、検出するようにした手法が採用されることもある。このような構成を用いると、ロードセルユニットの交換が簡単・容易に行える。
特許第２６６７５２１号公報

ところで、上記した特許文献１に示された技術では、第２の保持プレート側に配設したロードルユニット（ロードセル）によって、樹脂圧を検出するようにしているため、直動ブロックが連結・ガイド軸上を摺動する際の摺動抵抗（摺動負荷）が、ロードセルユニットとによる検出荷重に影響を与えていた。つまり、樹脂圧に基づく力（荷重）Ｆｐが摺動抵抗による力（荷重）Ｆμによって影響を受けたものを、ロードセルユニットが検出することとなり、これが樹脂圧の検出精度を劣化させていた。上記の摺動抵抗による力（荷重）Ｆμを樹脂圧に換算した値Ｐ１はごく小さい値であり、これに対して射出工程時の樹脂圧（射出圧や保圧）Ｐ０は十分に大きいので、Ｐ１による影響は実用上は全く問題とはならない。しかしながら、計量工程時（背圧制御時）の樹脂圧Ｐ０は、射出工程時の樹脂圧よりも１／５０〜１／１００程度に小さい場合もあり得、この場合には、摺動抵抗による力（荷重）の影響（すなわち、上記のＰ１による影響）が無視できず、樹脂圧の検出精度を劣化させて、精緻な背圧制御を阻害するという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ロードセルユニットの交換が簡単・容易に行える構成において、計量工程時（背圧制御時）の樹脂圧の検出精度を向上させることにある。

本発明は上記した目的を達成するために、加熱シリンダの後端側を固定した第１の保持プレートと、該第１の保持プレートと対向配置された第２の保持プレートと、前記第１の保持プレートと前記第２の保持プレートとの間に架設された複数本の連結・ガイド軸と、前記加熱シリンダ内に回転並びに前後進可能に配設されたスクリュと、該スクリュの後端を固定した回転体と、該回転体を回転可能に保持すると共に、前記連結・ガイド軸に挿通・案内されて前記第１の保持プレートと前記第２の保持プレートとの間で前後進可能な直動ブロックと、前記第２の保持プレートにその回転部を回転可能に保持されてその直動部が前記直動ブロックを直線駆動するボールネジ機構と、前記第２の保持プレートに搭載された前記ボールネジ機構の回転駆動源である射出用サーボモータとを、備えた射出成形機において、
前記第１の保持プレートから突出した前記連結・ガイド軸に取り付けられたナットと、前記第１の保持プレートとの間に、ロードセルユニットを配置した、構成をとる。

本発明では、第１の保持プレートと第２の保持プレートとの間に架設された複数本の連結・ガイド軸に挿通・案内されて前後進可能な直動ブロックを有する構成において、第１の保持プレートから突出した連結・ガイド軸に取り付けられたナットと、第１の保持プレートとの間に、ロードセルユニットを配置している。ここで、加熱シリンダの先端側の（スクリュの頭部より前の）溶融樹脂圧力をｐとし、加熱シリンダの内径断面積をＡとすると、加熱シリンダには前向き方向（スクリュの前進方向）の力Ｆｐ（Ｆｐ＝ｐ×Ａ）が作用して、加熱シリンダと一体である第１の保持プレートにも同一の力が作用し、スクリュに対してはＦｐが上記とは逆方向（スクリュの後退方向）に作用する。連結・ガイド軸と直動ブロックの摺動ブッシュとの間に抵抗（摺動抵抗）が全くない場合には、第１の保持プレートと第２の保持プレートにはＦｐという力がそれぞれ均等に作用するが、実際には上記の抵抗は０（零）ではない。この摺動部の抵抗による力（荷重）は、直動ブロック、ボールネジ機構を介して、第２の保持プレート側における連結・ガイド軸とこれに螺合・締結されたナットの取り付け部に作用する力には影響を与えて、特許文献１のように第２の保持プレート側にロードセルを設けると、抵抗（摺動抵抗）による力（荷重）が影響を与えた力（荷重）を検出することになる。これに対して、加熱シリンダと一体である第１の保持プレートには、上記の力Ｆｐ（Ｆｐ＝ｐ×Ａ）のみが作用して、摺動部の抵抗（力）による影響は、第１の保持プレートには及ばない。したがって、本発明のように、第１の保持プレート側にロードセルユニットを設けると、摺動部の抵抗の影響を受けない正確な樹脂圧の測定を行えることができ、以って、計量工程時（背圧制御時）の樹脂圧の検出精度を向上させるができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１、図２は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）によるインラインスクリュ式の電動射出成形機に係り、図１は、本実施形態の電動射出成形機の射出系の構成を簡略化して示す説明図である。

図１において、１は、図示せぬ射出系ベース部材（マシンメインフレーム上にノズルタッチ／バックのために前後進可能に配設された射出系ベース部材である）に固設された第１の保持プレート、２は、第１の保持プレート１と所定距離を置くように、同じく図示せぬ射出系ベース部材に固設された第２の保持プレート、３は、その両端をそれぞれ第１の保持プレート１と第２の保持プレート２に固定された複数本の連結・ガイド軸で、ここでは、４本の連結・ガイド軸からなっているが、２本ないし３本の連結・ガイド軸である場合もあり得る。連結・ガイド軸のうちの１本が、後述するようにロードセルユニット５を取り付ける連結・ガイド軸３Ａとされ、他の連結・ガイド軸がロードセルユニットが取り付けられない連結・ガイド軸３Ｂとなっている。連結・ガイド軸３Ａと連結・ガイド軸３Ｂは、付加される荷重に対しての弾性変形量が同一であるように設定されており、図１に示すように、連結・ガイド軸３Ｂの方が連結・ガイド軸３Ａよりも若干短い場合には、連結・ガイド軸３Ｂの径を連結・ガイド軸３Ａの径よりも若干だけ細いものとする。なお、連結・ガイド軸３Ａ、３Ｂの両端にはそれぞれネジ部が形成してあり、連結・ガイド軸３Ｂの両端は、両端のネジ部にそれぞれ螺合・締結された止めナット４によって、第１の保持プレート１と第２の保持プレート２にそれぞれ固定されている。また、連結・ガイド軸３Ａの一端は、この一端のネジ部に螺合された止めナット４によって、この止めナット４と第１の保持プレート１との間にロードセルユニット５を介在させた状態で、第１の保持プレート１に固定されており、連結・ガイド軸３Ａの他端は、この他端のネジ部に螺合・締結された止めナット４によって、第２の保持プレート２に固定されている。

６は、第１の保持プレート１にその後端側を固定された加熱シリンダ、７は、加熱シリンダ６の先端の先端のノズル（図１では加熱シリンダと一体であるように図示してあるが、実際は加熱シリンダの先端に固定された別部材である）、８は、加熱シリンダ６内に回転並びに前後進可能に配設されたスクリュ、９は、連結・ガイド軸３に挿通・案内されて、第１の保持プレート１と第２の保持プレート２との間で前後進可能な直動ブロック、１０は、直動ブロック９に嵌合・保持されて、連結・ガイド軸３（３Ａ、３Ｂ）に沿って摺動する摺動ブッシュ、１１は、スクリュ８の後端を固定すると共に、直動ブロック９に回転可能に保持された回転体、１２は、回転体１１に固定されると共に、直動ブロック９に搭載された図示せぬ計量用サーボモータの回転を、図示せぬ駆動プーリ、タイミングベルトを介して伝達される被動プーリである。

１３は、第２の保持プレート２に搭載された対をなす射出用サーボモータ、１４は、射出用サーボモータ１３の回転を、図示せぬ駆動プーリ、タイミングベルトを介して伝達されて、対をなす射出用サーボモータ１３により同期して回転駆動される被動プーリ、１５は、各被動プーリ１４の回転をそれぞれ直線運動に変換する対をなすボールネジ機構、１６は、第２の保持プレート２に回転可能に保持されると共に、その端部に被動プーリ１４を固定したボールネジ機構１５のネジ軸、１７は、ネジ軸１６に螺合されると共に、直動ブロック９に固定されたボールネジ機構１５のナット体である。

図１に示す構成において、成形運転時には、図示せぬノズルタッチ／バック用モータ、ノズルタッチ／バック機構によって、加熱シリンダ６の先端のノズル７は、図示せぬ固定ダイプレートに固定された図示せぬ固定側金型の樹脂注入口周辺に、所定の力で押し付けられている。このようなノズルタッチ状態において、計量工程時には、スクリュ８が図示せぬ計量用サーボモータによって回転駆動され、これによって、スクリュ８の根本側に供給された原料樹脂が、混練・可塑化されつつ、スクリュ８のネジ送り作用でスクリュ８の頭部側へ移送され、スクリュ８の頭部より前に（先に）溶融樹脂が溜まるにしたがってスクリュ８が後退する。このスクリュ８の後退に際して、対をなす射出用サーボモータ１３が同期して圧力フィードバック制御されて、背圧の制御が行われ、スクリュ８の頭部より先に（前に）所定量の溶融樹脂が蓄えられた時点で、スクリュ回転は停止される。また、射出時には、対をなす射出用サーボモータ１３が同期して回転駆動されることで、ボールネジ機構１５のナット体１７が前進駆動され、これによって、直動ブロック９と一体となってスクリュ８が前進駆動され、スクリュ８の頭部より先に蓄えられた溶融樹脂が金型内に射出・充填される。

図２は、ロードセルユニット５の取り付け構造を示している。図２に示すように、ロードセルユニット５は、外輪部５ａと、内輪部５ｂと、外輪部５ａと内輪部５ｂとをつなぐ薄板部５ｃとを有し、薄板部５ｃに図示せぬ歪みセンサが貼着されていて、薄板部５ｃの弾性変形量（歪み量）を歪みセンサで検出することで、荷重（圧力）を検出するようになっている。ロードセルユニット５の内輪部５ｂは、連結・ガイド軸３Ａの一端に所定のクリアランスをもって遊嵌されていて、外輪部５ａが第１の保持プレート１に密着し、内輪部５ｂが止めナット４に密着している。また、ロードセルユニット５の外輪部５ａは、締め付けボルト２１によって第１の保持プレート１に固定されており、内輪部５ｂは、締め付けボルト２２によって止めナット４に固定されている。なお、締め付けボルト２２は、連結・ガイド軸３Ａの一端面に当接したナット抜け防止板２３と止めナット４とを貫通して、その先端が内輪部５ｂに螺合・締結されている。

このようなロードセルユニット５の取り付け構造とすることで、止めナット４は連結・ガイド軸３Ａの一端に固定され、この止めナット４にロードセルユニット５の内輪部５ｂが固定されているので、内輪部５ｂは連結・ガイド軸３Ａに固定されていることになり、また、ロードセルユニット５の外輪部５ａは第１の保持プレート１に固定されているので、第１の保持プレート１に作用する力（荷重）を、ロードセルユニット５の薄板部５ｃに設けた図示せぬ歪みセンサで検出することができる。

上述したように本実施形態では、第１の保持プレート１と第２の保持プレート２との間に架設された複数本の連結・ガイド軸３に挿通・案内されて前後進可能な直動ブロック９を有する構成において、第１の保持プレート１から突出した連結・ガイド軸３Ａに固定された止めナット４と、第１の保持プレート１との間に、ロードセルユニット５を配置している。ここで、加熱シリンダ６の先端側の（スクリュ８の頭部より前の）溶融樹脂圧力をｐとし、加熱シリンダ６の内径断面積をＡとすると、加熱シリンダ６には前向き方向（スクリュ８の前進方向）の力Ｆｐ（Ｆｐ＝ｐ×Ａ）が作用して、加熱シリンダ６と一体である第１の保持プレート１にも同一の力が作用し、スクリュ８に対してはＦｐが上記とは逆方向（スクリュの後退方向）に作用する。連結・ガイド軸３（３Ａ、３Ｂ）と直動ブロック９の摺動ブッシュ１０との間に抵抗（摺動抵抗）が全くない場合には、第１の保持プレート１と第２の保持プレート２にはＦｐという力がそれぞれ均等に作用するが、実際には上記の抵抗は０（零）ではない。この摺動部の抵抗による力（荷重）は、直動ブロック９、ボールネジ機構１５を介して、第２の保持プレート２側における連結・ガイド軸３（３Ａ、３Ｂ）とこれに固定された止めナット４の取り付け部に作用する力には影響を与えて、前記した特許文献１のように第２の保持プレート側にロードセルを設けると、抵抗（摺動抵抗）による力（荷重）が影響を与えた力（荷重）を検出することになる。これに対して、加熱シリンダ８と一体である第１の保持プレート１には、上記の力Ｆｐ（Ｆｐ＝ｐ×Ａ）のみが作用して、摺動部の抵抗力（荷重）による影響は、第１の保持プレート１には及ばない。したがって、本発明のように、第１の保持プレート１側にロードセルユニット５を設けると、摺動部の抵抗の影響を受けない正確な樹脂圧の測定を行えることができ、以って、計量工程時（背圧制御時）の樹脂圧の検出精度を向上させるができる。

本発明の一実施形態に係るインラインスクリュ式の電動射出成形機における、射出系の構成を簡略化して示す説明図である。本発明の一実施形態に係るインラインスクリュ式の電動射出成形機における、ロードセルユニットの取り付け構造を示す要部断面図である。

符号の説明

１第１の保持プレート
２第２の保持プレート
３、３Ａ、３Ｂ連結・ガイド軸
４止めナット
５ロードセルユニット
５ａ外輪部
５ｂ内輪部
５ｃ薄板部
６加熱シリンダ
７ノズル
８スクリュ
９直動ブロック
１０摺動ブッシュ
１１回転体
１２被動プーリ
１３射出用サーボモータ
１４被動プーリ
１５ボールネジ機構
１６ネジ軸
１７ナット体
２１締め付けボルト
２２締め付けボルト
２３ナット抜け防止板

Claims

加熱シリンダの後端側を固定した第１の保持プレートと、該第１の保持プレートと対向配置された第２の保持プレートと、前記第１の保持プレートと前記第２の保持プレートとの間に架設された複数本の連結・ガイド軸と、前記加熱シリンダ内に回転並びに前後進可能に配設されたスクリュと、該スクリュの後端を固定した回転体と、該回転体を回転可能に保持すると共に、前記連結・ガイド軸に挿通・案内されて前記第１の保持プレートと前記第２の保持プレートとの間で前後進可能な直動ブロックと、前記第２の保持プレートにその回転部を回転可能に保持されてその直動部が前記直動ブロックを直線駆動するボールネジ機構と、前記第２の保持プレートに搭載された前記ボールネジ機構の回転駆動源である射出用サーボモータとを、備えた射出成形機において、
前記第１の保持プレートから突出した前記連結・ガイド軸に取り付けられたナットと、前記第１の保持プレートとの間に、ロードセルユニットを配置したことを特徴とする射出成形機。
請求項１に記載の射出成形機において、
複数本の前記連結・ガイド軸は、付加される荷重に対しての弾性変形量が全て同一であることを特徴とする射出成形機。