JP5160561B2 - プラスチック射出成形機械用のカップリング - Google Patents

Description

本発明は、捻れならびに圧縮および引っ張りに耐性を有するように駆動軸をスクリューに接続するプラスチック射出成形機械用のカップリングであって、ノズルの圧力を間接的に測定する少なくとも１つのフォースセンサを備えるプラスチック射出成形機械用のカップリングに関する。

通常、射出成形機械は、リニアフィードを介して駆動軸を回転運動させると共に並進運動させることができる駆動機構を有する。この軸において、スクリューが、捻れならびに圧縮および引っ張りに耐性を有するように軸に接続されるカップリングによって取り付けられる。ノズルにより、スクリューは、スクリューに接続された軸の運動によって制御されて、スクリューに供給されたプラスチックをキャビティに提供し、プラスチック部品を製造する。このプロセスによって製造される部品が品質要件を満たすように、上記提供の制御は高度の精密でなければならない。この制御は、スクリューのプレチャンバ内および／またはノズル内のそれぞれの圧力にかなり依存する。

従来の電気射出成形機械を使用する場合、上記ノズル圧力は、伝動機構上または伝動機構内に固定されるフォースセンサを使用して間接的に測定される。各用途に対して、特に各機械サイズに対して、異なるフォースセンサを使用する必要がある。この構成は、力の測定が、ノズル圧力が実際に加えられる場所から離れて行われるという欠点を有する。測定は、測定装置とノズル圧力との間の摩擦力によって歪められる。

ノズル圧力を測定する別の周知の方法は、ノズルに直接取り付けられるノズル圧力センサを含む。この直接的な測定構成は最適な構成であるが、センサが溶融物に直接接触し、それによってセンサが溶融物の高温に曝されると共に、センサ表面が常に流れるプラスチック溶融物による高い機械的摩耗をさらに受けるため、その測定には問題が多い。

国際公開特許ＷＯ２００５／００２８２９には、フォースセンサが供給スクリューの真後ろに一緒に回転するように配置される構成が提供される。この構成の利点は、実際に生じている圧力の近くでの直接的な測定である。しかし、この構成は、この組立体タイプのセンサが、軸方向力に加えて、駆動軸によって供給スクリューに伝達される捻れも受けるという欠点を有し、これが歪められた測定に繋がる。

国際公開特許ＷＯ２００５／００２８２９公報

本発明の目的は、センサが溶融物に直接曝されず、系統的な測定誤差を含まないノズル圧力を測定する測定構成を提供することである。

この目的は、最初に述べたタイプのプラスチック射出成形機械用のカップリングによって達成され、このカップリングは、軸方向力を伝達しない捻れ強度を有する第１の接続と、耐圧性を有し、かつ駆動自句と供給スクリューとの間でいかなるトルクも伝達しない、第１の接続から機械的に分離される第２の接続とを備え、フォースセンサの測定要素が、第２の耐圧性接続の力路内に配置される。したがって、測定要素は、測定中、軸方向力測定を歪める捻れの力に曝されない。

以下に図面に関連して本発明をより詳細に説明する。

従来技術による測定装置ならびに本発明による測定装置を有する射出成形機械の概略断面図である。 本発明による測定装置を有する本発明によるカップリングの領域内の射出成形機械の概略断面図である。 図２のようであるが、力路が示された図である。

図１は、射出成形機械の概略断面図を示す。プラテン７の背後のキャビティ６に、スクリュー２を介してノズルダクト８によって液体プラスチックが供給される。さらに、スクリュー２には、材料の供給を保証する供給ユニット１０が設けられる。上記スクリュー２は、回転運動によって上記材料をノズル９に供給し、さらに、前後運動によって制御することができる。図１では、必要な運動を生じさせるエンジン４、５の可能な構成が示される。他の構成も可能である。

この図では、例えば、駆動軸１をベルト駆動機構１１によって回転運動させる第１のエンジン４が設けられる。この構成では、第２のエンジン５が、伝動機構１２を介して同じ駆動軸１上で前後の並進運動を生じさせ、この並進運動は伝動機構１２の下の両矢印で示される。上記伝動機構１２は、摺動するように適宜支持される。エンジン４、５によって生じる回転および／または並進の力は、カップリング３を介してスクリュー２に伝達され、それにより、スクリュー２の所望の運動がキャビティ６を充填させる。

射出成形部品の品質のために、プラスチック射出成形機械の精密な制御が要求され、これは、ノズル圧力に依存する。この圧力を測定するために、電気射出成形機械用の異なる複数の技法が周知である。

ノズル圧力を測定する第１の代替は、ノズル圧力センサ１３をノズル９に利用することである。上記ノズル圧力センサ１３は、ノズルダクト８に直接曝されるため、高い要件が課せられる。例えば、耐熱性および耐摩耗性を有さなければならない。

ノズル圧力を測定する測定装置の第２の代替が同じ図１に示される。ノズル圧力センサ１３に代えて、フォースセンサ１４を伝動機構１２にまたは伝動機構１２内に取り付けることができる。フォースセンサにより、力を直接測定することができる。

当然ながら、この範囲内の測定装置は、動作温度が低いという利点を有する。一方で、この測定はノズル圧力から距離が離れることによって歪められる。何故なら、並進運動に伴う伝動機構１２の基部における摩擦が測定対象の力の部分を吸収するためである。さらに、摺動表面上に作用する機器の慣性が測定を歪める。

ノズル圧力センサ１３およびフォースセンサ１４に代えて、これもまた同じ図１に示されるような、力を測定するフォースセンサ１５をここでカップリング３に配置することができる。本発明によるこの構成は、力の流れの中で、ノズル９とフォースセンサ１５との間により小さな摩擦力しか発生しないため、測定が歪められにくいという利点を有する。実際には、ノズル圧力はバイアスを受けないようにフォースセンサ１５に対して作用する。しかし、測定はノズル９において直接行われないため、ノズル圧力測定に関して述べた問題、すなわちセンサ表面の高温および機械的摩耗が、本発明によるこの構成では発生しない。

図２では、本発明による好ましい構成のカップリング３の領域がより詳細に表される。参照記号は第１の図の参照記号に対応する。この好ましい実施形態では、カップリング３は、スクリューサイズに応じて異なる内径を提示する交換可能なアダプタ１７を備える。通常のサイズは、直径２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、および３５ｍｍである。アダプタ１７は、捻れならびに引っ張りおよび圧力に耐性を有するように、スクリュー２にカップリング３の残りの部分を接続する必要がある。通常、アダプタ１７によって供給スクリュー２を固定して接続することも可能である。

本発明によれば、カップリング３は、軸方向力を伝達しない、アダプタ１７または供給スクリュー２に対する第１の接続部材２８を有する。図２および図３において、上記接続部材２８は、例えば、接続要素１８とアダプタ１７との間の長手方向の歯（ｃｏｇｇｉｎｇ）である。この接続要素１８において、駆動軸１がフォースセンサ１５を介して外側領域に取り付けられる。このため、図３に示すように、捻れの力路が、駆動軸１から外側領域を介してフォースセンサ１５まで連続線ＡＴ_１に沿い、さらに接続要素１８および接続部材としての長手方向コギング２８を介して直接、またはアダプタ１７を介して供給スクリュー２まで破線Ｔに沿い、最後にさらに連続線ＡＴ_２に沿って進む。

また、本発明によれば、カップリング３は、駆動軸１と供給スクリュー２との間に第２の接続部材２９を有する。上記接続部材２９はいかなるトルクも伝達せず、第１の接続２８から機械的に分離される。この実施形態では、上記接続部材２９は、好ましくは、フォースセンサ１５とスクリュー２との間の硬化プランジャ２９からなる。通常、上記接続部材は、フォースセンサ１５と供給センサ２との間のベアリング２９として直接設計することもできる。上記接続部材２９は、スクリュー２からフォースセンサ１５までの力の伝達を担い、いかなるトルクも伝達しない。このため、図３に示すように、軸方向力の力路は、駆動軸１からフォースセンサ１５の外側領域まで連続線ＡＴに沿い、さらにフォースセンサ１５の内側領域を介して直接、またはプランジャ２７を介して供給スクリュー２まで第２の線Ａに沿い、最後に連続線ＡＴ_２に沿って進む。

フォースセンサ１５は、測定中に軸方向力を吸収する測定要素１６を備える。本発明によれば、上記測定要素１６は、軸方向力の力路Ａの部分に配置され、かつ捻れ力の力路Ｔ内に配置されない。このため、捻れから分離されて配置される。それにより、測定を歪め得る捻れ力が測定要素１６に影響しないことが保証される。

例えば、測定要素１６はひずみ計１６として形成することができる。

上記ひずみ計１６に代えて、カップリング３へのノズル圧力によって生じる力を測定することができるあらゆる他の適した種類の測定要素１６を使用することもできる。例えば、プランジャの領域の中心に配置される、測定要素１６としての円筒形ロードセルまたはダイアフラムロードセルの使用も非常に適している。

この実施形態では、フランジ１９がフォースセンサ１５の後ろ側に取り付けられ、上記フランジは玉軸受２１によってステータ筐体２０に取り付けられ、それにより、カップリング３の回転を可能になる。ここで、上記フランジ１９には駆動軸１が接続され、フランジ１９は、動作に際して、図１において説明したように、エンジン４、５によって回転運動および並進運動することができる。

したがって、接続要素１８とフォースセンサ１５との間の接続、フォースセンサ１５とフランジ１９との間の接続、およびフランジ１９と駆動軸１との間の接続のためのそれぞれ部材も耐ひずみ性を有する必要があると共に、耐圧縮性も有する必要があり、好ましくは耐引っ張り性も有する必要がある。

カップリング３、例えば、フランジ１９において、一方では測定線２５を介してひずみ計１６に接続されると共に、他方では第１のコイル２２に接続される前置増幅器２４をここで取り付けることができる。上記第１のコイル２２は第２のコイル２３の真逆側に配置され、ステータ筐体２０に取り付けられる。したがって、前置増幅された測定データを第１のコイル２２から第２のコイル２３に遠隔計測を介して送信することができる。この第２のコイル２３から、測定データを従来の様式でさらなる測定線２５を介して増幅器２６に、そして最終的にプロット装置または機械制御機構に転送することができ、増幅器２６はステータ筐体２０の内部またはステータ筐体２０に取り付けることができる。

回転可能カップリング３からプロット装置への測定データの他の種類の無線伝送も可能である。

１ 駆動軸、軸
２ スクリュー、供給スクリュー
３ カップリング
４ 回転用エンジン
５ 並進（供給運動／戻り）用エンジン
６ キャビティ
７ プラテン
８ ノズルダクト
９ ノズル
１０ 供給ユニット
１１ ベルト駆動機構
１２ 伝動機構
１３ ノズル圧力センサ
１４ フォースセンサ
１５ フォースセンサ（本発明により配置される）
１６ 測定要素、ひずみ計
１７ アダプタ
１８ 接続要素
１９ フランジ
２０ ステータ筐体
２１ 玉軸受
２２ 第１のコイル
２３ 第２のコイル
２４ 前置増幅器
２５ 線、測定線
２６ 増幅器
２７ プランジャ
２８ 接続部材、長手方向の歯
２９ 接続部材、軸方向支持
ＡＴ 捻れ力および軸方向力の共通力路
Ａ 軸方向力の力路であるが、捻れ力の力路ではない
Ｔ 捻れ力の力路であるが、軸方向力の力路ではない

Claims (8)

1. 駆動軸（１）を供給スクリュー（２）に接続し、それにより、少なくとも、ノズル圧力を間接的に測定する測定要素（１６）を有する１つのフォースセンサ（１５）を備えるプラスチック射出成形機械用のカップリング（３）であって、駆動軸（１）と供給スクリュー（２）との間でトルクを力路Ｔに沿って伝達するが軸方向力を伝達しない第１の接続部材（２８）と、前記第１の接続部材（２８）から機械的に分離され、駆動軸（１）と供給スクリュー（２）との間でトルクを伝達しないが軸方向力を力路Ａに沿って伝達する第２の接続部材（２９）を特徴とし、前記測定要素（１６）は、前記第２の接続部材（２９）の力路Ａ内に配置され、かつ前記第１の接続部材（２８）の力路Ｔ内に配置されない、カップリング。
2. 前記フォースセンサがひずみ計（１６）に基づくことを特徴とする、請求項１に記載のカップリング。
3. 異なるサイズの供給スクリュー（２）を取り付けることが可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のカップリング。
4. 耐捻れ性ならびに耐圧縮性および耐引っ張り性を有する、所望の直径を有するスクリュー（２）の取り付けのための交換可能なアダプタ（１７）を特徴とする、請求項３に記載のカップリング。
5. 前記フォースセンサ（１５）によって測定されるデータを遠隔測定によって転送可能なことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のカップリング。
6. 前記データを互いに面する一対のコイル（２２、２３）によって転送することができ、前記コイルのうちの一方（２２）が該カップリングに取り付けられることを特徴とする、請求項５に記載のカップリング。
7. 前置増幅器（２４）が該カップリングの内部または該カップリングに取り付けられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のカップリング。
8. 増幅器（２６）が該カップリングのステータ筐体の内部または該ステータ筐体に取り付けられることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のカップリング。

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