JP5039418B2 - 射出成形機の関節部構造 - Google Patents

Description

本発明は射出成形機の駆動系に配置される関節部構造に関する。

射出成形機の発達はめざましく、近年では、ＣＤ（コンパクトディスク）などのためのディスク基板の成形が可能な機種が実用化されている。
ただし、ディスク基板の成形では、数秒（４秒以下）で１サイクルというハイサイクル成形が行われ、射出成形機の駆動系に配置される関節部構造における使用条件は厳しいものとなる。

射出成形機には型締装置が必須であり、この型締装置は各種の形態が実用化されているが、その１つにトグル式型締装置がある。トグル式型締装置は、てこの原理が適用できるトグルリンク機構を主要素とするため、小さな駆動源で大きな型締力を得ることができ、好んで採用される。
トグル式型締装置は、多数の関節部を有し、ハイサイクル成形ではこれらの関節部に大きな負荷が作用するとともに、いわゆる関節運動の回数が多くなるため、結果として摩耗が激しくなる。

そこで、従来、摩耗対策として固体潤滑剤を用いた構造が提案されてきた（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６２−１４２０６１号公報（第５図）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１０は従来の技術の基本構成を説明する図であり、筒状の第１部材１０１に、軸状の第２部材１０２が挿入されている関節部構造１００において、第１部材１０１に複数の穴１０３が開けられ、これらの穴１０３に円柱状の固体潤滑剤１０４が打ち込まれている。
これらの固体潤滑剤１０４が第２部材１０２に接触し、潤滑作用を発揮する。
すなわち、第１部材１０１の内周面で負荷を負担し、固体潤滑剤１０４で潤滑作用を発揮するため、関節部構造１００は、ハイサイクル成形に好適である。

しかし、固体潤滑剤１０４は、摩耗作用で剥離し、微細な粉になる。この粉が周辺に飛散するため、防塵対策を講じる必要があり、クリーンハウス内での使用は限定される。

そこで、固体潤滑剤に代わる構造が提案されてきた（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−２３６６５３公報（図２）

特許文献２を次図に基づいて説明する。
図１１は従来の技術の基本構成を説明する別の図であり、筒状の第１部材１１１に、軸状の第２部材１１２が挿入されている関節部構造１１０において、第２部材１１２の外周面にダイヤモンドライク・カーボン膜１１３が被覆されている。
ダイヤモンドライク・カーボン膜１１３は、耐摩耗性に優れており、微細な粉が飛散する心配は無い。

しかし、ダイヤモンドライク・カーボン膜１１３は、プラズマ法で成膜するため、製造コストが嵩む。プラズマ法で得られる膜厚は、数μｍ〜数十μｍに限られる。耐摩耗性に優れていても摩耗は進行するため、数十μｍ程度の膜厚では、使用可能な時間が短く、度々第２部材１１２を交換する必要がある。この結果、運転コストも嵩むことになる。
そこで、固体潤滑剤やダイヤモンドライク・カーボン膜に代わる摩耗対策が求められる。

本発明は、固体潤滑剤やダイヤモンドライク・カーボン膜に代わる摩耗対策が講じられた射出成形機の関節部構造を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、筒状の第１部材と、この第１部材に挿入させる軸状の第２部材とからなり、射出成形機の駆動系に配置される関節部構造において、
第１部材の摺動面には、銅又は銅合金の素地中にＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ及びＴｉの少なくも１つからなる元素の粒子が０．５〜１０質量％と、固体潤滑剤の粒子が１〜１０質量％とが分散されている固体潤滑剤分散銅系焼結層が形成され、
第２部材の摺動面にも、銅又は銅合金の素地中にＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ及びＴｉの少なくも１つからなる元素の粒子が０．５〜１０質量％と、固体潤滑剤の粒子が１〜１０質量％とが分散されている固体潤滑剤分散銅系焼結層が形成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、固体潤滑剤分散銅系焼結層は、真空含浸法により、潤滑油が含浸されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、第２部材の摺動面は、軸の外周面の全部又は一部に設けられていることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、第２部材には、軸の端面から摺動面まで潤滑油を供給することができる給油通路が設けられていることを特徴とする。

請求項５に係る発明では、第１の部材はリンク機構のブッシュであり、第２部材はリンク機構のピンであることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、射出成形装置の関節部を構成する筒状の第１部材の摺動面及び軸状の第２部材の摺動面に、固体潤滑剤分散銅系焼結層を被覆させた。
固体潤滑剤分散銅系焼結層には、微細な固体潤滑剤の粉が分散され、この固体潤滑剤の粉が潤滑作用を発揮する。固体潤滑剤は、１〜１０質量％と添加量が少量であって、且つ焼結層に分散させたので、焼結層から脱落し、飛散の心配は殆ど無い。

また、焼結層は膜厚が自由に選べるために、寿命を考量した任意の厚さに設定することができる。
さらには、銅は鉄に比較して熱伝導率が格段に高く、摩擦熱を発散して自己の温度を下げる作用を発揮する。第１部材の摺動面及び第２部材の摺動面に銅系焼結層を被覆し、銅系焼結層の厚さが２倍になったため、摩擦熱の発散する能力は２倍となり、摺動面の温度を下げることができる。

請求項２に係る発明では、固体潤滑剤分散銅系焼結層は、真空含浸法により、潤滑油が含浸されていることを特徴とする。含浸させた潤滑油が潤滑作用を発揮する。固体潤滑剤と共同して円滑な潤滑作用を発揮する。潤滑油を含浸した分だけ、固体潤滑剤の添加量を減少させることも可能となる。

請求項３に係る発明では、第２部材の摺動面は、軸の外周面の全部又は一部に設けられていることを特徴とする。軸の外周面の全部に焼結層を被覆する場合は、焼結処理が容易になり、製造コストを圧縮することができる。また、軸の外周面の一部に焼結層を被覆する場合は、焼結原料を節約することができ、地球資源の有効活用を促すことができる。

請求項４に係る発明では、第２部材には、軸の端面から摺動面まで潤滑油を供給することができる給油通路が設けられていることを特徴とする。潤滑油は摺動面で潤滑作用を発揮する。固体潤滑剤と共同して円滑な潤滑作用を発揮する。潤滑油を含浸した分だけ、固体潤滑剤の添加量を減少させることも可能となる。

請求項５に係る発明では、第１の部材はリンク機構のブッシュであり、第２部材はリンク機構のピンであることを特徴とする。すなわち、トグル式型締装置に本発明を適用することにより、トグル式型締装置に良好な摩耗対策を講じることができ、トグル式型締装置の長寿命化並びに製造コストの低減とを図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る関節部構造を有するトグル式型締装置の側面図であり、トグル式型締装置１０は、固定盤１１と、この固定盤１１に対向して配置する圧受盤１２と、圧受盤１２と固定盤１１とに渡したタイバー１３、１３と、これらのタイバー１３、１３に沿って移動する可動盤１４と、この可動盤１４を駆動するトグルリンク機構２０とからなる。

トグルリンク機構２０は、圧受盤１２にピン２１、２１を介して連結された第１リンク２２、２２と、これらの第１リンク２２、２２にピン２３、２３を介して連結された第２リンク２４、２４と、これらの第２リンク２４、２４を可動盤１４に連結するピン２５、２５と、第１リンク２２、２２の途中に連結されている第３リンク２６、２６と、これらの第３リンク２６、２６に連結するクロスヘッド２９と、このクロスヘッド２９に嵌合されたナット２７にねじ結合しているねじ軸２８とからなる。

ねじ軸２８を回すと、ナット２７が図左へ移動し、第１リンク２２と第２リンク２４とがＩの字からＶの字に変わり、この結果、可動盤１４が図左へ移動する。次に、ナット２７を図右へ移動させれば、第１リンク２２と第２リンク２４とがＶの字からＩの字に変わり可動盤１４は図右へ移動する。

この際に、可動盤１４はタイバー１３、１３で案内されるが、タイバー１３、１３に曲げ力を加わることは好ましくない。そこで、可動盤１４の下部にスライダ３０を設け、このスライダ３０を受け板３１に載せてスライドさせる構造を採用する。可動盤１４の荷重はスライダ３０を介して受け板３１で支承されるため、タイバー１３、１３に曲げ力が作用する心配は無い。

図２は図１の２矢視図であり、ねじ軸２８は、プーリ３２、ベルト３３、プーリ３４を介して電動機３５で駆動される。また、圧受盤１２と第１リンク２２とを連結するピン２１は第１関節部３７の要部となり、第１リンク２２と第２リンク２４とを連結するピン２３は第２関節部３８の要部となり、第２リンク２４と可動盤１４とを連結するピン２５は第３関節部３９の要部となり、第１〜第３関節部３７〜３９により、第１リンク２２や第２リンク２４は図面表裏方向へスイング可能となり、いわゆる関節運動を実施させることができる。

第１〜第３関節部３７〜３９の構成は基本的で同一である。そこで、第３関節部３９を例に詳細を、次図で説明する。
図３は図２の３部拡大断面図であり、第３関節部３９は、筒状の第１部材４１、４１と、これらの第１部材４１、４１に挿入させる軸状の第２部材４２とからなり、第１部材４１、４１は具体的にはトグルリンク機構のブッシュであり、第２部材４２は具体的にはトグルリンク機構のピン（図２、符号２５）である。

そして、第２部材４２には、軸の端面から摺動面まで潤滑油を供給することができる給油通路４３、４３が設けられている。４４、４４は固定盤１１へ第２部材４２を固定するロックボルトである。

図４は図３の４−４線断面図である。ただし、分かり易くするために、第１部材４１と第２部材４２とは分けて描いた。
筒状の第１部材４１の内周面には、銅又は銅合金の素地中にＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ及びＴｉの少なくも１つからなる元素の粒子が０．５〜１０質量％と、固体潤滑剤の粒子が１〜１０質量％とが分散されている固体潤滑剤分散銅系焼結層４５が形成されている。固体潤滑剤分散銅系焼結層４５の厚さは１ｍｍ程度が望ましい。

また、軸状の第２部材４２の外周面にも、銅又は銅合金の素地中にＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ及びＴｉの少なくも１つからなる元素の粒子が０．５〜１０質量％と、固体潤滑剤の粒子が１〜１０質量％とが分散されている固体潤滑剤分散銅系焼結層４６が形成されている。固体潤滑剤分散銅系焼結層４６の厚さは１ｍｍ程度が望ましい。

固体潤滑剤分散銅系焼結層４５、４６の組成は次に理由で決定した。
先ず、銅に対して固溶限が殆ど無い元素としてのＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ及びＴｉの元素の少なくとも１つを適量添加するようにした。Ｃｒなどの元素は、焼結の際に、銅または銅合金の粉末粒子の表面又は粒界へ拡散し、焼結の進行に伴って発生する銅や銅合金の結晶粒の成長を抑制する作用を発揮する。また、Ｃｒなどの元素は、焼結体に不可避的に発生する空隙を減らす役割を果たす。この結果、焼結体の緻密化及び機械的強度の向上とが図れる。ただし、Ｃｒなどの元素は、耐摩耗性が良好ではないため、添加量が１０質量％を超えると、耐摩耗性が悪化するという不具合が発生する。また、０．５質量％未満では期待した効果が得られない。そこで、銅又は銅合金の素地中にＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ及びＴｉの少なくも１つからなる元素の粒子を０．５〜１０質量％の範囲で添加することにする。

固体潤滑剤は、黒鉛を原則とするが、ＭｏＳ_２（二硫化モリブデン）、ＷＳ_２、ＢＮの一種又は混合物であってもよい。固体潤滑剤を含めることで、潤滑性を高めることができることは言うまでもない。ただし、１質量％未満では期待した潤滑性が得られない。また、１０質量％を超えると、軟らかい固体潤滑剤が過多となって銅又は銅合金の機械的強度を低下させる。そこで、固体潤滑剤は１〜１０質量％の範囲で添加することにする。

次に、固体潤滑剤分散銅系焼結層４５、４６の製造方法を説明する。
先ず、銅又は銅合金の粉末に、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ及びＴｉの少なくも１つからなる元素の粒子０．５〜１０質量％と、固体潤滑剤の粒子１〜１０質量％と、必要であればバインダーを添加し混合する。筒状の第１部材の内周面又は軸状の第２部材の外周面に、混合粉末を載せ、３０００〜７０００ｋｇ／ｃｍ^２で加圧して積層する。次に、焼結炉に入れ、非酸化雰囲気又は還元性雰囲気中で焼結温度（７３０〜９００℃）で所定時間（０．５〜５時間）加熱する。これで、焼結層を得ることができる。焼結層は、機械加工を施して所定の厚さ（１ｍｍ）に仕上げる。

得られた固体潤滑剤分散銅系焼結層４５、４６は、真空含浸法により、潤滑油を含浸されることが望ましい。含浸させた潤滑油が潤滑作用を発揮する。固体潤滑剤と共同して円滑な潤滑作用を発揮する。潤滑油を含浸した分だけ、固体潤滑剤の添加量を減少させることも可能となる。

以上の構成からなる第１部材４１に第２部材４２を組合わせ、摩耗試験を実施しして、この組合わせての効果を確かめた。そのときの試験の詳細を次に説明する

（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
○実験１の共通条件：
・使用した試験設備：射出成形機（日精樹脂工業（株）製ＮＥＸ５０）
・ショット回数：３００万ショット
・潤滑：５０００ショット当たり０．０５ｃｍ^３の潤滑油を供給。
・試験対象の関節部の数：８

○比較例１：
・第１部材（ブッシュ）：内径５５ｍｍ。固体潤滑剤入り高力黄銅。摺動面に焼結層無し。
・第２部材（ピン）：外径５５ｍｍ。ＳＣＭ４４０鋼。表面に高周波焼入れ。摺動面に焼結層無し。

○比較例２：
・第１部材（ブッシュ）：出来上がり内径５５ｍｍ。Ｓ４５Ｃ鋼。摺動面に固体潤滑剤分散銅系焼結層形成。焼結層の厚さ１ｍｍ。
・第２部材（ピン）：外径５５ｍｍ。ＳＣＭ４４０鋼。表面に高周波焼入れ。摺動面に焼結層無し。

○比較例３：
・第１部材（ブッシュ）：出来上がり内径５５ｍｍ。Ｓ４５Ｃ鋼。摺動面に固体潤滑剤分散銅系焼結層形成。焼結層の厚さ１ｍｍ。
・第２部材（ピン）：出来上がり外径５５ｍｍ。ＳＣＭ４４０鋼。表面にＳｉＣ共析無電解ニッケルめっき膜被覆。

○実施例１：
・第１部材（ブッシュ）：出来上がり内径５５ｍｍ。Ｓ４５Ｃ鋼。摺動面に固体潤滑剤分散銅系焼結層形成。焼結層の厚さ１ｍｍ。
・第２部材（ピン）：出来上がり外径５５ｍｍ。ＳＣＭ４４０鋼。摺動面に固体潤滑剤分散銅系焼結層形成。焼結層の厚さ１ｍｍ。

なお、固体潤滑剤分散銅系焼結層は、銅合金の素地中にＣｒとＮｂとＶ元素の粒子が５質量％と、固体潤滑剤の粒子が６質量％とが分散されている。

射出成形を３００万ショット行って、第１部材と第２部材とにおける摩耗量を計測した。摩耗量（範囲）は複数の関節部における最大、最小から求め、摩耗量（平均値）は、複数の関節部を平均化した。この計測結果を次表に示す。

図５は第１部材の摩耗量を示すグラフであり、縦長の白抜き棒で範囲を示し、黒点で平均値を示した。比較例１〜３に比較して、実施例１の摩耗量（平均値）は１／２以下であった。

図６は第２部材の摩耗量を示すグラフであり、縦長の白抜き棒で範囲を示し、黒点で平均値を示した。比較例１〜３に比較して、実施例１の摩耗量（平均値）は１／２以下であった。
したがって、第１部材と第２部材の両方に固体潤滑剤分散銅系焼結層を被せた実施例１は、耐久性が十分に高まることが確認できた。

次に、繰返し試験機を用いて、第１部材の温度の上昇傾向を調べた。この試験を、実験２として以下説明する。
○実験２の共通条件：
・サンプルの数：比較例４、比較例５、実施例２の各々で２個
・試験機：ジャーナル揺動試験機
・揺動形態：第１部材（ブッシュ）固定、第２部材（軸）揺動
・潤滑：初期グリス塗布
・付与面圧：９８Ｎ／ｍｍ^２
・摺動速度：７．８ｍｍ／秒
・揺動サイクル数：毎分５サイクル
・揺動角度：９０°
・試験サイクル数：１０万サイクル

○比較例４：
・第１部材（ブッシュ）：出来上がり内径５５ｍｍ。Ｓ４５Ｃ鋼。摺動面に固体潤滑剤分散銅系焼結層形成。焼結層の厚さ１ｍｍ。
・第２部材（ピン）：外径５５ｍｍ。ＳＣＭ４４０鋼。表面に高周波焼入れ。摺動面に焼結層無し。

○比較例５：
・第１部材（ブッシュ）：出来上がり内径５５ｍｍ。Ｓ４５Ｃ鋼。摺動面に固体潤滑剤分散銅系焼結層形成。焼結層の厚さ１ｍｍ。
・第２部材（ピン）：出来上がり外径５５ｍｍ。ＳＣＭ４４０鋼。表面にＳｉＣ共析無電解ニッケルめっき膜被覆。

○実施例２：
・第１部材（ブッシュ）：出来上がり内径５５ｍｍ。Ｓ４５Ｃ鋼。摺動面に固体潤滑剤分散銅系焼結層形成。焼結層の厚さ１ｍｍ。
・第２部材（ピン）：出来上がり外径５５ｍｍ。ＳＣＭ４４０鋼。摺動面に固体潤滑剤分散銅系焼結層形成。焼結層の厚さ１ｍｍ。

１０万サイクルの繰返し試験を行って、第１部材の温度を計測した。温度は複数のサンプルにおける最大、最小から求めた。併せて、摩擦係数も測定した。

図７は第１部材の温度を示すグラフであり、縦長の白抜き棒で範囲を示した。比較例４〜５に比較して、実施例２の温度は低いことが確認できた。

図８は摩擦係数を示すグラフであり、縦長の白抜き棒で範囲を示した。比較例４〜５に比較して、実施例２の摩擦係数は低いことが確認できた。
したがって、第１部材と第２部材の両方に固体潤滑剤分散銅系焼結層を被せた実施例２は、温度が低く、摩擦係数も低いことが確認できた。

（別実施例）
次に、本発明の別実施例を説明する。
図９は図３の変形実施例を示す図であり、第２部材４２には、必要な部分にだけ固体潤滑剤分散銅系焼結層４６、４６を被せた。これで、関節部３９の製造コストを下げることができる。他の構成要素は図３と同一であるため、符号を流用して、詳細な説明は省略する。

なお、詳細な実験結果は省略するが、固体潤滑剤分散銅系焼結層は、銅又は銅合金の素地中にＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ及びＴｉの少なくも１つからなる元素の粒子が０．５〜１０質量％と、固体潤滑剤の粒子が１〜１０質量％とが分散されていれば、実験で得られたものと同様の作用、効果が確認できた。

また、本発明の関節部構造は、トグル式型締装置の他、射出機を金型へ進退させるリンク式射出機移動装置に適用することもできる。したがって、関節部構造は、射出成形機の駆動系に配置される関節部に広く適用することができる。

本発明は、射出成形機の駆動系に配置される関節部構造に好適である。

本発明に係る関節部構造を有するトグル式型締装置の側面図である。 図１の２矢視図である。 図２の３部拡大断面図である。 図３の４−４線断面図である。 第１部材の摩耗量を示すグラフである。 第２部材の摩耗量を示すグラフである。 第１部材の温度を示すグラフである。 摩擦係数を示すグラフである。 図３の変形実施例を示す図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。 従来の技術の基本構成を説明する別の図である。

符号の説明

２０…トグルリンク機構、２５…ピン、３９…第３関節部（関節部構造）、４１…第１部材、４２…第２部材、４３…給油通路、４５…第１部材に被せた固体潤滑剤分散銅系焼結層、４６…第２部材に被せた固体潤滑剤分散銅系焼結層。

Claims (5)

1. 筒状の第１部材と、この第１部材に挿入させる軸状の第２部材とからなり、射出成形機の駆動系に配置される関節部構造において、
   前記第１部材の摺動面には、銅又は銅合金の素地中にＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ及びＴｉの少なくも１つからなる元素の粒子が０．５〜１０質量％と、固体潤滑剤の粒子が１〜１０質量％とが分散されている固体潤滑剤分散銅系焼結層が形成され、
   前記第２部材の摺動面にも、銅又は銅合金の素地中にＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ及びＴｉの少なくも１つからなる元素の粒子が０．５〜１０質量％と、固体潤滑剤の粒子が１〜１０質量％とが分散されている固体潤滑剤分散銅系焼結層が形成されていることを特徴とする射出成形機の関節部構造。
2. 前記固体潤滑剤分散銅系焼結層は、真空含浸法により、潤滑油が含浸されていることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の関節部構造。
3. 前記第２部材の摺動面は、軸の外周面の全部又は一部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の関節部構造。
4. 前記第２部材には、軸の端面から前記摺動面まで潤滑油を供給することができる給油通路が設けられていることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の関節部構造。
5. 前記第１の部材はリンク機構のブッシュであり、前記第２部材はリンク機構のピンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の射出成形機の関節部構造。

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