JP5001069B2

JP5001069B2 - 成形機

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Publication number: JP5001069B2
Application number: JP2007146884A
Authority: JP
Inventors: 吉哉谷口
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Innovex Co Ltd
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: JP2008296504A

Description

本発明は、電動駆動タイプの射出成形機やダイカストマシンなどの成形機に係り、特に、射出用部材（インラインスクリュ式の射出成形機ではスクリュ、プリプラ式の射出成形機やダイカストマシンでは射出プランジャ）の前進加速を、非常な急加速で行い得るようにした成形機にかかわる技術に関する。

成形機としての例えば電動タイプのインラインスクリュ式の射出成形機では、スクリュを前後進させる駆動源としてのサーボモータ（射出用電動サーボモータ）を１つのみ用いる構成をとるのが、一般的である。ところで、薄肉・精密成形などでは、キャビティ内に溶融樹脂を素早く充填開始できるようにすることが良品成形のためには必須であるが、単独の射出用電動サーボモータを用いた構成では、射出の加速性能、減速性能（スクリュの加速性能、減速性能）の向上には自ずと一定の限界があり、たとえ、低慣性・高応答性のサーボモータを射出用電動サーボモータに用いたとしても、加速立ち上げ時間は３０ｍｓ強程度の達成が、現状ではその限界である。

そこで、２つの射出用電動サーボモータを用いて、２つの射出用電動サーボモータにより１つのボールネジ機構の回転部を協働で同一方向に回転駆動することで、射出の加速性能、減速性能を向上させるようにした射出成形機も知られている。しかしながら、このような構成をとっても、１つの電動サーボモータを用いた構成よりも、射出の加速性能、減速性能の改善は、約３割程度に留まるものとなる。

また、射出系メカニズムにおいて、１つのボールネジ機構に対して、ナット体を回転駆動するナット用サーボモータと、ネジ軸を回転駆動するネジ用サーボモータとを設けて、ナット用サーボモータとネジ用サーボモータとの協働で、射出動作を制御するようにした構成も、特公平４−６４４９２号公報（特許文献１）や、特開平９−１０４０２８号公報（特許文献２）により知られている。特許文献１においては、ナット用サーボモータの回転とネジ用サーボモータの回転との協働で、モータは回転しているが、スクリュは軸方向移動しない状態をつくり、この状態からネジ用サーボモータの回転速度をナット用サーボモータよりも大きくすることで、スクリュを前進させるようにし、特に、低速域での制御精度の向上を図るようにしている。また、特許文献２においては、ナット用サーボモータの回転とネジ用サーボモータの回転との協働で、低速射出に適した状態と高速射出に適した状態とをつくり出すことで、寿命の短いクラッチを用いることなく、低速と高速の切り替えを行えるようにしている。

しかしながら、特許文献１においては、上記したように、ナット用サーボモータの回転とネジ用サーボモータの回転との協働で、モータは回転しているが、スクリュは軸方向移動しない状態をつくり出してはいるが、この状態は２つのモータの加速が完了し終わるまで（２つのモータの起動が完了するまで）継続されていて、サーボモータの加速領域、減速領域におけるスクリュの動作挙動については考慮されておらず、したがって、射出（１次射出）初期のスクリュの加速性能および射出（１次射出）終期の減速性能を向上させようとする技術思想は、特許文献１には見られない。

また、特許文献１、特許文献２には、ナット用サーボモータとネジ用サーボモータとを、共にスクリュを前進させる方向に回転駆動することで、高速射出を行うようにした技術が開示されているが、このような構成・動作をとっても、前述した２つの射出用電動サーボモータにより１つのボールネジ機構の回転部を協働で同一方向に回転駆動するようにした構成と同様に、射出の加速性能、減速性能の向上には限界のあるものとなる。

さらにまた、特許文献１、特許文献２では、１つのボールネジ機構のナット体とネジ軸とを、ナット用サーボモータとネジ用サーボモータとで個別に回転駆動するようにしているため、ボールネジ機構のナット体とネジ軸をそれぞれ回転可能に保持したり、ナット体とネジ軸のそれぞれに回転被動部を付設する必要があり、このためボールネジ機構の仕様が特殊なものとなり、市販の汎用のボールネジ機構をそのまま利用することが難しい。

そこで、本願出願人は、射出用部材（スクリュや射出プランジャといった射出用部材）の前進加速を非常な急加速で行うことが可能な成形機を、特願２００７−７６８６８（以下、先願１と記す）によって提案した。図６は、先願１による射出成形機の射出系メカニズムの要部構成を示す図である。

図６において、１０１はヘッドストック、１０２は、ヘッドストック１０１と所定距離をおいて対向配置された支持盤、１０３は、その両端をヘッドストック１０１と支持盤１０２に固定されて、ヘッドストック１０１と支持盤１０２とを連結した複数本の連結・ガイドバー、１０４は、連結・ガイドバー１０３に挿通・案内されて、ヘッドストック１０１と支持盤１０２との間を前後進可能な第１直動ブロック、１０５は、同じく連結・ガイドバー１０３に挿通・案内されて、ヘッドストック１０１と支持盤１０２との間を前後進可能な第２直動ブロック、１０６は、その基端部をヘッドストック１０１に固定された加熱シリンダ、１０７は、加熱シリンダ１０６の先端に設けられたノズル、１０８は、少なくとも射出時にはその樹脂注入口の周辺にノズル１０７が押し付けられる固定側金型、１０９は、固定側金型１０８に対して前後進可能な可動側金型、１１０は、型締め状態にある両金型１０８、１０９で形づくられるキャビティ（成形品形成用空間）、１１１は、加熱シリンダ１０６内に回転並びに前後進可能であるように配設され、その基端部を第１直動ブロック１０４に回転可能に保持されたスクリュ（射出用部材）で、該スクリュ１１１は、第１直動ブロック１０４に搭載された図示せぬ計量用電動サーボモータの駆動力で回転駆動されると共に、第１直動ブロック１０４と一体となって前後進するようになっている。

１１２は、第２直動ブロック１０５に搭載されたスクリュ直動用の第１電動サーボモータ、１１３は、第１電動サーボモータ１１２の出力軸に固定された第１駆動プーリ、１１４は、第１電動サーボモータ１１２の回転を直線運動に変換する第１ボールネジ機構、１５は、第２直動ブロック１０５に回転可能に保持された第１ボールネジ機構１１４のネジ軸（第１ボールネジ機構１１４の回転部）、１１６は、ネジ軸１１５に螺合されると共に、その端部を第１直動ブロック１０４に固定されて、ネジ軸１１５の回転で第１直動ブロック１０４と一体となって前後進する、第１ボールネジ機構１１４のナット体（第１ボールネジ機構１１４の直動部）、１１７は、ネジ軸１１５に固定されて、第１電動サーボモータ１１２の回転を、第１駆動プーリ１１３、図示せぬ第１タイミングベルトを介して伝達される第１被動プーリである。

１１８は、支持盤１０２に搭載されたスクリュ直動用の第２電動サーボモータ、１１９は、第２電動サーボモータ１１８の出力軸に固定された第２駆動プーリ、１２０は、第２電動サーボモータ１１８の回転を直線運動に変換する第２ボールネジ機構、１２１は、支持盤１０２に回転可能に保持された第２ボールネジ機構１２０のネジ軸（第２ボールネジ機構１２０の回転部）、１２２は、ネジ軸１２１に螺合されると共に、その端部を第２直動ブロック１０５に固定されて、ネジ軸１２１の回転で第２直動ブロック１０５と一体となって前後進する第２ボールネジ機構１２０のナット体（第２ボールネジ機構１２０の直動部）、１２３は、ネジ軸１２１に固定されて、第２電動サーボモータ１１８の回転を、第２駆動プーリ１１９、図示せぬ第２タイミングベルトを介して伝達される第２被動プーリである。

図６に示す構成において、第１電動サーボモータ１１２の回転は、第１駆動プーリ１１３、図示せぬ第１タイミングベルト、第１被動プーリ１１７を介して、第１ボールネジ機構１１４のネジ軸１１５に伝達され、ネジ軸１１５が回転することで、ナット体１１６がネジ軸１１５に沿って軸方向移動し、ナット体１１６と一体となって第１直動ブロック１０４やスクリュ１１１が、軸方向に前後進可能なようになっている。また、第２電動サーボモータ１１８の回転は、第２駆動プーリ１１９、図示せぬ第２タイミングベルト、第２被動プーリ１２３を介して、第２ボールネジ機構１２０のネジ軸１２１に伝達され、ネジ軸１２１が回転することで、ナット体１２２がネジ軸１２１に沿って軸方向移動し、ナット体１２２と一体となって、第２直動ブロック１０５や第１ボールネジ機構１１４のネジ軸１１５や第１ボールネジ機構１１４の直動で移送される部材（スクリュ１１１など）が、軸方向に前後進可能なようになっている。

このように、図６に示した構成では、スクリュ１１１が、第１電動サーボモータ１１２の回転でも、第２電動サーボモータ１１８の回転でも軸方向に移送可能となっているので、第１電動サーボモータ１１２と第２電動サーボモータ１１８とを同期回転させて、第１電動サーボモータ１１２の回転によるスクリュ１１１の前進量と、第２電動サーボモータ１１８の回転によるスクリュ１１１の後退量とを等しくすることで、２つのサーボモータ１１２、１１８は回転しているが、スクリュ１１１は軸方向に移動していない状態をつくり出すことができるようになっている。

図７は、先願１の射出用部材（ここではスクリュ１１１）の加速原理を示す図である。図７において、横軸は時間を表し、縦軸は速度（相対速度）を表している。図７に示すように、実際の射出に先立って（スクリュ１１１の前進に先立って）、第１電動サーボモータ１１２をスクリュ１１１を前進させる第１回転方向Ｒａ１に回転開始させて第１電動サーボモータ１１２の回転速度を加速すると共に、第２電動サーボモータ１１８をスクリュ１１１を後退させる第２回転方向Ｒｂ２に回転開始させて第２電動サーボモータ１１８の回転速度を加速して、スクリュ１１１が射出開始位置に留まった状態となるように、第１電動サーボモータ１１２と第２電動サーボモータ１１８を、図示せぬコントローラの制御の下に、同期して回転加速制御すると、第１電動サーボモータ１１２の回転速度と第２電動サーボモータ１１８の回転速度は高まってゆき、回転系の回転慣性力も増してゆく。ここで、第１電動サーボモータ１１２の第１回転方向Ｒａ１の回転速度が設定された所定最高速度Ｖｍ（モータが出力可能な最高速度とは限らない）まで加速されたタイミングｔｍ、すなわち、第２電動サーボモータ１１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度が所定速度−Ｖｍまで加速されたタイミングｔｍで、第２電動サーボモータ１１８により直線駆動される部材（ここでは、第２直動ブロック１０５）の後退が強制的に阻止されると、静止慣性などを無視すると、スクリュ１１１は一気に前進して垂直な加速特性で、速度Ｖｍまで加速される。このように、第１電動サーボモータ１１２の第１回転方向Ｒａ１の十分に高められた加速を一気に解き放して、スクリュ１１１を前進させるように制御するのが、先願１のスクリュ１１１（射出用部材）の加速原理である。

図８は、先願１中において提案されているスクリュ１１１の前進制御（１次射出の制御）の１例を示す図である。この図８に示した例では、第１電動サーボモータ１１２を第１回転方向Ｒａ１に回転開始すると共に、第２電動サーボモータ１１８を第２回転方向Ｒｂ２に回転開始させて、第１電動サーボモータ１１２と第２電動サーボモータ１１８の回転速度がそれぞれ所定速度Ｖｎ１、−Ｖｎ１に達する（加速される）タイミングｔｎ１までは、スクリュ１１１に射出開始位置を保持させる。タイミングｔｎ１に至ると、第１電動サーボモータ１１２の第１回転方向Ｒａ１の回転加速を継続させつつ、第２電動サーボモータ１１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度を減速させ、第２電動サーボモータ１１８の回転速度が−Ｖｎ２となったタイミングｔｎ２で、第２直動ブロック１０５を支持盤１０２に当接させることで、第２直動ブロック１０５の後退運動を強制的に停止させる。そして、上記のような制御手法をとることで、タイミングｔｎ１からタイミングｔｎ２までの間に、第１電動サーボモータ１１２の第１回転方向Ｒａ１の十分に高められた加速を一気に解き放して、スクリュ１１１を速度０（零）から所定最高速度Ｖｎ３まで急加速して、スクリュ１１１を急速前進させるようにしている。

先願１では、上述したような構成と制御手法をとることで、スクリュ１１１（射出用部材）の前進加速を、非常な急加速で行うことが可能な成形機を実現している。また、先願１では、第１電動サーボモータ１１２と第２電動サーボモータ１１８にそれぞれ対応して、第１ボールネジ機構１１４と第２ボールネジ機構１２０という２つのボールネジ機構を設けているので、特許文献１、２の構成と較べると、ボールネジ機構の数は増すものの、特殊仕様ではない汎用のボールネジ機構を用いることができ、マシン（成形機）の製作が容易なものとなり、また、ロードセルユニットの取り付けも従来手法を踏襲できる。
特公平４−６４４９２号公報特開平９−１０４０２８号公報

ところで、先願１で提案された成形機の射出系メカニズムの構成は、図６に示すように、第１ボールネジ機構１１４と第２ボールネジ機構１２０とが一直線上にインライン配列された構成となっていた。このため、マシン（成形機）の全長が長くなって、その分、設置スペースも大きくとる必要があるものとなっていた。

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、先願１（特願２００７−７６８６８）で提案したような、射出用部材の前進加速を非常な急加速で行うことが可能な成形機において、マシン（成形機）の全長を短くすることにある。

本発明は上記した目的を達成するために、前後進可能な射出用部材と、該射出用部材の基端部を保持した第１直動ブロックと、該第１直動ブロックにその直動部が固定された第１ボールネジ機構と、該第１ボールネジ機構の回転部を回転駆動する第１サーボモータと、前記第１ボールネジ機構の回転部を回転可能に保持した第２直動ブロックと、該第２直動ブロックにその直動部が固定された第２ボールネジ機構と、該第２ボールネジ機構の回転部を回転駆動する第２サーボモータと、を備えた成形機であって、前記第１ボールネジ機構の軸中心線と前記第２ボールネジ機構の軸中心線とを平行に配置すると共に、前記第１ボールネジ機構の構成要素の一部と前記第２ボールネジ機構の構成要素の一部とを、成形機の長さ方向で見てオーバーラップさせて配置し、前記射出用部材は回転並びに前後進可能なスクリュであり、該スクリュを回転駆動するための第３サーボモータと、前記第１サーボモータと、前記第２サーボモータとを、成形機の右側面または左側面から見て、上と左右に配置する。

本発明では、射出用部材を前後進可能な第１ボールネジ機構および第１サーボモータと、射出用部材を前後進可能な第２ボールネジ機構および第２サーボモータとをもち、射出用部材の前進加速を非常な急加速で行うことが可能な成形機において、第１ボールネジ機構の構成要素の一部と第２ボールネジ機構の構成要素の一部とを、成形機の長さ方向で見てオーバーラップさせて配置しているので、このオーバーラップしている分だけ、先願１の構成よりもマシン（成形機）の全長を短くすることが可能となる。

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５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射出成形機に係り、図１は、本実施形態の射出成形機の射出系メカニズムの構成を示す斜視図、図２は、本実施形態の射出成形機の射出系メカニズムの簡略化した断正面図、図３は、本実施形態の射出成形機の射出系メカニズムにおける３つの電動サーボモータの配置関係などを示す説明図である。

図１〜図３において、１は射出系ベース盤、２は、射出系ベース盤１上に敷設されたレール部材、３は、その下部にレール部材２上を走行可能な直動ガイド４を固定したヘッドストック、５は、ヘッドストック３と所定距離をおいて対向配置され、その下部にレール部材２上を走行可能な直動ガイド６を固定した支持盤、７は、その両端をヘッドストック３と支持盤５に固定されて、ヘッドストック３と支持盤５とを連結した４本の連結・ガイドバー、８は、その下部にレール部材２上を走行可能な直動ガイド９を固定して、ヘッドストック３と支持盤５との間を前後進可能な第１直動ブロック、１０は、その下部にレール部材２上を走行可能な直動ガイド１１を固定して、ヘッドストック３と支持盤５との間を前後進可能な第２直動ブロック、１２は、その基端部をヘッドストック３に固定された加熱シリンダ、１３は、加熱シリンダ１２の先端に設けられたノズル、１４は、加熱シリンダ１２内に回転並びに前後進可能であるように配設され、その基端部を第１直動ブロック８に回転可能に保持された回転体１５に固定されたスクリュ（射出用部材）、１６は、第１直動ブロック８に搭載された計量用電動サーボモータ、１７は、スクリュ回転用の計量用電動サーボモータ１６の出力軸に固定された駆動プーリ、１８は、回転体１５に固定された被動プーリ、１９は、駆動プーリ１７の回転を被動プーリ１８に伝達するタイミングベルトである。計量用電動サーボモータ１６の回転は、駆動プーリ１７、タイミングベルト１９、被動プーリ１８、回転体１５を介して、スクリュ１４に伝達される。

また、２０は、第２直動ブロック１０に搭載されたスクリュ直動用の第１直動用電動サーボモータ、２１は、第１直動用電動サーボモータ２０の出力軸に固定された駆動プーリ、２２は、駆動プーリ２１の回転をタイミングベルト２３を介して伝達される被動プーリ、２４は、第１直動用電動サーボモータ２０の回転を直線運動に変換する第１ボールネジ機構、２５は、第２直動ブロック１０に回転可能に保持されると共に、その端部に被動プーリ２２を固定した第１ボールネジ機構２４のネジ軸（第１ボールネジ機構２４の回転部）、２６は、ネジ軸２５に螺合されると共に、その端部をロードセルブロック２７を介して第１直動ブロック８に固定されて、ネジ軸２５の回転で第１直動ブロック８と一体となって前後進する、第１ボールネジ機構２４のナット体（第１ボールネジ機構２４の直動部）である。

また、２８は、支持盤５に搭載されたスクリュ直動用の第２直動用電動サーボモータ、２９は、第２直動用電動サーボモータ２８の出力軸に固定された駆動プーリ、３０は、駆動プーリ２９の回転をタイミングベルト３１を介して伝達される１対の被動プーリ、３２は、第２直動用電動サーボモータ２８の回転を直線運動に変換する１対の第２ボールネジ機構、３３は、支持盤５に回転可能に保持されると共に、その端部に被動プーリ３０を固定した第２ボールネジ機構３２のネジ軸（第２ボールネジ機構３２の回転部）、３４は、ネジ軸３３に螺合されると共に、第２直動ブロック１０に固定・保持されて、ネジ軸３３の回転で第２直動ブロック１０と一体となって前後進する第２ボールネジ機構３２のナット体（第２ボールネジ機構３２の直動部）である。なお、本実施形態において、第２直動用電動サーボモータ２８は、その加減速性能が第１直動用電動サーボモータ２０のそれよりも優れたものとなっている。

図１、図２に示す射出系メカニズム全体は、公知のノズルタッチ／ノズルバック機構とノズルタッチ／ノズルバック用モータとにより、レール部材２上を前後進可能となっており、少なくとも射出工程の前には、射出系メカニズムは前進位置を保持されて、ノズル１３の先端が図示せぬ固定側金型の樹脂注入口の周辺に押し付けられた状態（ノズルタッチ状態）をとるようになっている。また、ノズルタッチ状態では、ヘッドストック３、支持盤５、加熱シリンダ１２は固定位置を維持されるようになっていて、このような固定位置を維持されたヘッドストック３と支持盤５との間で、第１直動ブロック８と第２直動ブロック１０とが、レール部材２上をそれぞれ前後進可能となっている。なお、第２直動ブロック１０は、連結・ガイドバー７に遊挿されていて、第２直動ブロック１０と支持盤５との間には、４本の連結・ガイドバー７にそれぞれ対応して４つの衝撃緩和機構３５が設けられている。この衝撃緩和機構３５については、図５を用いて後述する。

図１、図２に示すように、本実施形態では、第１直動用電動サーボモータ２０の回転を直線運動に変換する第１ボールネジ機構２４の軸中心線は、スクリュ１４の軸中心線の延長線上に配置され、この第１ボールネジ機構２４の軸中心線に対して、第２直動用電動サーボモータ２８の回転を直線運動に変換する１対の第２ボールネジ機構３２の軸中心線は、平行に配置されている。そして、１対の第２ボールネジ機構３２は、第１ボールネジ機構２４の軸中心線に対して線対称に配置されていて、１対の第２ボールネジ機構３２の構成要素の一部と、第１ボールネジ機構２４の構成要素の一部とは、射出成形機の長さ方向で見て、オーバーラップするように配置されている。したがって、このオーバーラップしている分だけ、先願１の構成よりもマシン（射出成形機）の全長が短くなっている。

また、図１、図３に示すように、本実施形態では、マシン（射出成形機）の右側面または左側面から見て（図３は右側面から見た図である）、計量用電動サーボモータ１６と第１直動用電動サーボモータ２０と第２直動用電動サーボモータ２８とを、上と左右に配置してあり、このように射出系メカニズムで用いる３つの電動サーボモータをマシンの側面から見て上と左右に配置することで、モータ配置のスペースファクター性を好適なものとすることができ、ヘッドストック３と支持盤５との間に３つの電動サーボモータを容易に配置することが可能となり、この点でも、マシン（射出成形機）の全長を短くすることに寄与することができる。

図１〜図３に示す構成において、第１直動用電動サーボモータ２０の回転は、駆動プーリ２１、タイミングベルト２３、被動プーリ２２を介して、第１ボールネジ機構２４のネジ軸２５に伝達され、ネジ軸２５が回転することで、ナット体２６がネジ軸２５に沿って軸方向移動し、ナット体２６と一体となって第１直動ブロック８やスクリュ１４が、軸方向に前後進可能なようになっている。また、第２直動用電動サーボモータ２８の回転は、駆動プーリ２９、タイミングベルト３１、対となった被動プーリ３０を介して、対となった第２ボールネジ機構３２の各ネジ軸３３に伝達され、各ネジ軸３３が回転することで、各ナット体３４が各ネジ軸３３に沿って軸方向移動し、各ナット体３４と一体となって、第２直動ブロック１０や第１ボールネジ機構２４のネジ軸２５や第１ボールネジ機構２４の直動で移送される部材（スクリュ１４など）が、軸方向に前後進可能なようになっている。このように、本実施形態では、スクリュ１４が、第１直動用電動サーボモータ２０の回転でも、第２直動用電動サーボモータ２８の回転でも軸方向に移送可能となっているので、第１直動用電動サーボモータ２０と第２直動用電動サーボモータ２８とを同期回転させて、第１直動用電動サーボモータ２０の回転によるスクリュ１４の前進量と、第２直動用電動サーボモータ２８の回転によるスクリュ１４の後退量とを等しくすることで、２つの直動用電動サーボモータ２０、２８は回転しているが、スクリュ１４は軸方向に移動していない状態をつくり出すことができる。

本実施形態のスクリュ１４の前進制御（１次射出の制御）の１例について、図１〜図４を用いて説明する。図４は、本実施形態のスクリュ前進制御の１例の様子を示す説明図であり、同図において、横軸は時間を表し、縦軸は速度（相対速度）を表しており、時間軸に沿った、第１直動用電動サーボモータ２０の回転速度、第２直動用電動サーボモータ２８の回転速度、スクリュ１４の前進速度の変化をそれぞれ示している。

計量および必要に応じて行われるサックバックが完了した射出待機状態においては、スクリュ１４は射出開始位置（所定の後退位置）にある。射出待機状態において、図４に示す１次射出開始タイミングの直前のタイミングｔ１に至ると、マシン（射出成形機）全体の制御を司る図示せぬコントローラの制御の下に、第１直動用電動サーボモータ２０がスクリュ１４を前進させる第１回転方向Ｒａ１に回転開始されて第１直動用電動サーボモータ２０の回転速度が加速されると共に、第２直動用電動サーボモータ２８がスクリュ１４を後退させる第２回転方向Ｒｂ２に回転開始されて第２直動用電動サーボモータ２８の回転速度が加速され、第１直動用電動サーボモータ２０と第２直動用電動サーボモータ２８の回転速度がそれぞれ所定速度Ｖ１、−Ｖ１に達する（加速される）タイミングｔ２までは、スクリュ１４は射出開始位置を保持される。このとき、スクリュ１４は射出開始位置を保持されているも、第１ボールネジ機構２４のナット体２６はネジ軸２５に対して前進しており、また、第２ボールネジ機構３２のナット体３４はネジ軸３３に対して後退しており、したがって、第２直動ブロック１０は後退している。

第１直動用電動サーボモータ２０の第１回転方向Ｒａ１の回転速度がＶ１まで加速されると共に、第２直動用電動サーボモータ２８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度が−Ｖ１まで加速されたタイミングｔ２に至ると、図示せぬコントローラは、第１直動用電動サーボモータ２０の第１回転方向Ｒａ１の回転加速を継続させつつ、第２直動用電動サーボモータ２８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度を急減速させ、これによって、第１直動用電動サーボモータ２０の第１回転方向Ｒａ１の十分に高められた加速を一気に解き放すことで、スクリュ１４は、急速な加速度で前進駆動を開始される。第２直動用電動サーボモータ２８の第２回転方向Ｒｂ２の回転は、第２直動ブロック１０を後退させる回転方向であるので、タイミングｔ２以降に、第２直動用電動サーボモータ２８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度が−Ｖ２まで減速されたタイミングｔ３となると、本例のスクリュ前進制御では、衝撃緩和機構３５を介して第２直動ブロック１０が支持盤２に受け止められることで、第２直動ブロック１０はその後退運動を強制的に阻止されるようになっている。また、タイミングｔ３となった時点で、図示せぬコントローラは、第１直動用電動サーボモータ２０の回転加速を終了させ、これによって、第１直動用電動サーボモータ２０の第１回転方向Ｒａ１の回転速度は設定された所定最高速度Ｖ３（モータが出力可能な最高速度とは限らない）となり、タイミングｔ３以降は、第１直動用電動サーボモータ２０の制御を第１回転方向Ｒａ１の定速回転制御に切り替える。したがって、タイミングｔ２で前進加速を開始したスクリュ１４は、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの間に、速度０（零）から速度Ｖ３まで急速に加速される。例えば、スクリュ１４は、２桁オーダーのＧの加速度で加速されて、タイミングｔ２からタイミングｔ３までのスクリュ１４の前進加速時間は、数ｍｓ（数ミリ秒）程度が達成される。

上記のように、タイミングｔ３以降は、図示せぬコントローラは、第１直動用電動サーボモータ２０の制御を第１回転方向Ｒａ１の定速回転制御に切り替えており、また、タイミングｔ３以降も、図示せぬコントローラは、第２直動用電動サーボモータ２８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度の減速制御を継続して、タイミングｔ４において、第２直動用電動サーボモータ２８の回転速度を０（零）とする。これによって、スクリュ１４は、タイミングｔ３以降は、第１直動用電動サーボモータ２０の第１回転方向Ｒａ１の一定速の回転速度Ｖ３によって、定速度で前進駆動される。

次に、図示せぬコントローラは、タイミングｔ４から所定時間が経過したタイミングｔ５に至ると、第１直動用電動サーボモータ２０の回転制御を、回転速度Ｖ３の定速回転制御から減速制御に切り替えて、第１直動用電動サーボモータ２０の第１回転方向Ｒａ１の回転速度を減速すると共に、第２直動用電動サーボモータ２８を、スクリュ１４を前進させる（第２直動ブロック１０を前進させる）第１回転方向Ｒｂ１に回転開始させて、第２直動用電動サーボモータ２８の回転速度を加速することで、第２直動用電動サーボモータ２８の第１回転方向Ｒｂ１の回転速度が所定速度Ｖ４に達するタイミングｔ６までは、スクリュ１４に、モータ回転速度Ｖ３に対応する定速前進を維持させる。

次に、図示せぬコントローラは、上記のタイミングｔ６に至ると、第１直動用電動サーボモータ２０の第１回転方向Ｒａ１の回転減速を継続させつつ、第２直動用電動サーボモータ２８の第１回転方向Ｒｂ１の回転速度を急速に減速することで、スクリュ１４を急速停止させるように制御する。これによって、スクリュ１４が前進を停止させた、１次射出完了のタイミングｔ７に至るようになっている。このように、第１直動用電動サーボモータ２０の第１回転方向Ｒａ１の回転減速を継続させつつ、第２直動用電動サーボモータ２８の第１回転方向Ｒｂ１の回転速度を加速から急減速することで、スクリュ１４を急速停止させるようにしているので、第１直動用電動サーボモータ２０の第１回転方向Ｒａ１の十分に低減された減速を一気に解き放すと同時に、第２直動用電動サーボモータ２８の第１回転方向Ｒｂ１の急減速をこれに足し合わせて、スクリュ１４を停止制御することができ、これにより、スクリュ１４の前進減速をきわめて急減速で行うことが可能となって、先の加速性能と同等もしくはそれ以上の減速性能を得ることが可能となる。

次に、支持盤５と第２直動ブロック１０との間に配設された衝撃緩和機構３５について説明する。先にも述べたように、衝撃緩和機構３５は４本の連結・ガイドバー７にそれぞれ対応して４つが設けられいる。図５は、１つの衝撃緩和機構３５およびその周辺を示す要部断面であり、図５の（ａ）は、衝撃緩和機構３５に荷重がかかっていない状態を示し、図５の（ｂ）は、衝撃緩和機構３５に最大荷重がかかっている状態を示している。

図５に示すように、衝撃緩和機構３５は、連結・ガイドバー７に遊挿されると共に、第２直動ブロック１０に嵌合・固定された第１バネ保持体４１と、連結・ガイドバー７に摺動可能に挿通された第２バネ保持体４２と、第１バネ保持体４１と第２バネ保持体４２との間に配設されて、連結・ガイドバー７に遊挿された複数のサラバネ４３と、支持盤５と第２バネ保持体４２との間に配設されて、連結・ガイドバー７に挿通されたコイルバネ４４とで、構成されている。コイルバネ４４のバネ定数にに較べると、１枚のサラバネ４３のバネ定数は格段に大きいものに設定されており、したがって、４枚のサラバネ４３を撓ませるための力は、１本のコイルバネ４４を圧縮するために要する力より、はるかに大きなものとなっている。本実施形態では、４組の衝撃緩和機構３５の協働によって衝撃を緩和するようになっていて、各衝撃緩和機構３５に荷重が加わると、まず、コイルバネ４４が圧縮されて、第２バネ保持体４２が支持盤５に当接し、次に、サラバネ４３が撓んで大きな荷重を吸収するようになっている。例えば、衝撃緩和機構３５が図５の（ａ）の状態から図５の（ｂ）の状態に遷移すると、４枚のサラバネ４３を合わせた撓み量は２.５ｍｍとなり、この２.５ｍｍという撓み量は、４組の衝撃緩和機構３５を合わせたときに、２５００ｋｇｆ（２４７６８Ｎ）の荷重を受けとめることができるようになっている。なお、バネ仕様は、設定される荷重に応じて任意に選択可能であり、２５００ｋｇｆを大きく超える荷重を受けとめることができる仕様とすることも、可能であることは言うまでもない。

上記したような衝撃緩和機構３５を備えることで、先にも述べたように、第２直動用電動サーボモータ２８が第２直動ブロック１０を後退させる回転方向）に回転している最中に、第２直動ブロック１０の後退運動を強制的に阻止するように制御を行っても、後退運動が強制的に阻止される際には、衝撃緩和機構３５のコイルバネ４４がまず圧縮されて、比較的ソフトに第２バネ保持体４２が支持盤５に当接し、第２バネ保持体４２が支持盤５に当接した後に、衝撃緩和機構３５に付加される大きな荷重は、頑強なサラバネ４３が撓むことで吸収するので、メカ当接部が受ける衝撃はほとんどなく、また、衝撃音の発生も可及的に抑えられる。

本発明の一実施形態に係る射出成形機の射出系メカニズムの構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機の射出系メカニズムの簡略化した断正面図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機の射出系メカニズムにおける、３つの電動サーボモータの配置関係などを示す説明図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機における、スクリュ前進制御の１例の様子を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機の射出系メカニズムにおける、衝撃緩和機構およびその周辺を示す要部断面である。先願による射出成形機の射出系メカニズムの構成を示す説明図である。先願によるスクリュの加速原理を示す説明図である。先願による射出成形機における、スクリュ前進制御の１例の様子を示す説明図である。

符号の説明

１射出系ベース盤
２レール部材
３ヘッドストック
４直動ガイド
５支持盤
６直動ガイド
７連結・ガイドバー
８第１直動ブロック
９直動ガイド
１０第２直動ブロック
１１直動ガイド
１２加熱シリンダ
１３ノズル
１４スクリュ
１５回転体
１６計量用電動サーボモータ
１７駆動プーリ
１８被動プーリ
１９タイミングベルト
２０第１直動用電動サーボモータ
２１駆動プーリ
２２被動プーリ
２３タイミングベルト
２４第１ボールネジ機構
２５ネジ軸（第１ボールネジ機構の回転部）
２６ナット体（第１ボールネジ機構の直動部）
２７ロードセルブロック
２８第２直動用電動サーボモータ
２９駆動プーリ
３０被動プーリ
３１タイミングベルト
３２第２ボールネジ機構
３３ネジ軸（第２ボールネジ機構の回転部）
３４ナット体（第２ボールネジ機構の直動部）
３５衝撃緩和機構
４１第１バネ保持体
４２第２バネ保持体
４３サラバネ
４４コイルバネ

Claims

前後進可能な射出用部材と、該射出用部材の基端部を保持した第１直動ブロックと、該第１直動ブロックにその直動部が固定された第１ボールネジ機構と、該第１ボールネジ機構の回転部を回転駆動する第１サーボモータと、前記第１ボールネジ機構の回転部を回転可能に保持した第２直動ブロックと、該第２直動ブロックにその直動部が固定された第２ボールネジ機構と、該第２ボールネジ機構の回転部を回転駆動する第２サーボモータと、を備えた成形機であって、
前記第１ボールネジ機構の軸中心線と前記第２ボールネジ機構の軸中心線とを平行に配置すると共に、前記第１ボールネジ機構の構成要素の一部と前記第２ボールネジ機構の構成要素の一部とを、成形機の長さ方向で見てオーバーラップさせて配置し、
前記射出用部材は回転並びに前後進可能なスクリュであり、該スクリュを回転駆動するための第３サーボモータと、前記第１サーボモータと、前記第２サーボモータとを、成形機の右側面または左側面から見て、上と左右に配置したことを特徴とする成形機。
請求項１に記載の成形機において、
前記第１ボールネジ機構の軸中心線または前記第２ボールネジ機構の軸中心線の何れか一方が、前記射出用部材の軸中心線の延長線上に配置され、前記第１ボールネジ機構の軸中心線または前記第２ボールネジ機構の軸中心線の何れか他方が、前記射出用部材の軸中心線の延長線と平行に配置され、その軸中心線が前記射出用部材の軸中心線の延長線と平行に配置されたボールネジ機構は複数であることを特徴とする成形機。