JPH0623812A - サーボモータ駆動の射出成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーボモータを大型化することなく射出充填
速度の更なる高速化が可能なサーボモータ駆動の射出成
形機を提供すること。 【構成】 第１のサーボモータ９の駆動力によって可塑
化・計量を行い、第２のサーボモータ１０の駆動力と上
記第１のサーボモータ９の駆動力とを足し合わせて射出
充填を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可塑化・計量動作及び
射出動作の駆動源としてサーボモータを用いるインライ
ンスクリュー式の射出成形機に関する。

【０００２】

【従来の技術】加熱シリンダ内のスクリューを回転させ
つつ後退させて樹脂の可塑化・計量を行い、スクリュー
を前進させることにより溶融樹脂の金型内への射出充填
を行うインラインスクリュー式の射出成形機において、
可塑化・計量動作及び射出動作の駆動源としてサーボモ
ータを用いるサーボモータ駆動の射出成形機は公知であ
る。

【０００３】この従来のサーボモータ駆動の射出成形機
においては、可塑化・計量動作用のスクリュー回転サー
ボモータとスクリューとを連結して、スクリュー回転サ
ーボモータによってスクリューを回転させ、また、射出
動作用の射出サーボモータの回転を、ボールネジ機構等
の回転→直線変換メカニズムを介して、スクリューに直
線運動として伝達するようにした構成を採るのが一般的
であった。

【０００４】図６は斯る従来のサーボモータ駆動の射出
成形機の構成を示す図である。同図において、５１は原
料樹脂の投入口５１ａを形成した支持部材、５２は支持
部材５１に保持された加熱シリンダ、５３は加熱シリン
ダ５２内に回転並びに進退可能であるように内蔵された
スクリュー、５４はスクリュー５３の後端と連結体５５
を介して結合された回転駆動軸、５６は回転駆動軸５４
のスプライン軸部５４ａとボールスプライン軸結合され
たギヤ、５７はギヤ５６と噛み合うピニオンギヤ、５８
はピニオンギヤ５７をその出力軸に固定したスクリュー
回転サーボモータである。また、５９は、ラジアルベア
リング６０及びスラストベアリング６１を介して前記連
結体５５にその端部を保持された軸方向駆動軸で、その
内部に前記回転駆動軸５４が回転可能なように内挿され
ている。６２は軸方向駆動軸５９のネジ部５９ａとネジ
−ナット結合されたナット部をもつギヤ、６３はギヤ６
２と噛み合うピニオンギヤ、６４はピニオンギヤ６３を
その出力軸に固定した射出サーボモータである。

【０００５】上記した構成において、可塑化・計量工程
時には、スクリュー回転サーボモータ５８が所定方向に
回転駆動されて、ピニオンギヤ５７，ギヤ５６を介して
回転駆動軸５４に回転が伝達され、回転駆動軸５４と共
に連結体５５，スクリュー５３が一体回転する。このス
クリュー５３の回転に伴いスクリュー前方側に混練・可
塑化された溶融樹脂が送り込まれるのに合わせて、射出
サーボモータ６４が射出時とは逆方向に低速で回転駆動
され、ピニオンギヤ６３，ギヤ６２から回転が直線運動
に変換されて軸方向駆動軸５９に伝えられ、これにより
軸方向駆動軸５９と共に回転駆動軸５４，連結体５５，
スクリュー５３が背圧を制御されつつ後退する。また、
射出充填工程（所謂１次射出工程）においては、射出サ
ーボモータ６４が所定方向に高速で回転駆動されて、ピ
ニオンギヤ６３，ギヤ６２から回転が直線運動に変換さ
れて軸方向駆動軸５９に伝えられ、これにより軸方向駆
動軸５９と共に回転駆動軸５４，連結体５５，スクリュ
ー５３が急速前進駆動され、スクリュー５３によって溶
融樹脂が金型のキャビティ内に射出充填される。この射
出充填工程に続く射出保圧工程では、引き続き射出サー
ボモータ６４を同方向に低速で回転させ、これに伴うス
クリュー５３の前進力（保圧力）を金型内の樹脂に作用
させるようにしている。

【０００６】すなわち、従来のサーボモータ駆動の射出
成形機では、射出充填工程（所謂１次射出工程）及びこ
れに引き続く射出保圧工程は射出サーボモータの駆動力
を専ら用い、可塑化・計量（スクリュー回転工程）はス
クリュー回転サーボモータの駆動力を専ら用い、射出と
可塑化・計量とはそれぞれ専用のサーボモータの駆動力
のみを利用するようになっていた。

【０００７】ここで公知のように、サーボモータの出力
トルクには、モータ連続使用時のトルクを保証する連続
定格トルクと瞬間的な大トルク使用を許容するピークト
ルクとがある。そして、前者の連続定格トルクはモータ
の枠番（大きさ）で決まり、後者のピークトルクは駆動
アンプの性能で決まり、一般的にピークトルクは連続定
格トルクの略４００％までアップ可能である。

【０００８】射出成形機では、射出充填工程（１次射出
工程）時には、スクリュー先端側に（ノズル側に）貯え
られた溶融樹脂を、スクリューの急速前進によって、金
型内に極く短い時間内に急速に立上る負荷樹脂圧に抗し
て射出充填する必要があることから、射出充填工程時に
は射出サーボモータはピークトルクを出力するように用
いられ（射出充填工程の射出サーボモータの仕様トルク
はピークトルクとされ）、射出保圧工程は射出充填工程
に較べて長い時間を要することから、射出保圧工程時に
は射出サーボモータの仕様トルクは連続定格トルクとさ
れる。なお、可塑化・計量工程（スクリュー回転工程）
も射出充填工程に較べて長い時間を要することから、ス
クリュー回転サーボモータの仕様トルクも連続定格トル
クとされる。

【０００９】図７は、従来のサーボモータ駆動の射出成
形機における射出充填工程，射出保圧工程，可塑化・計
量工程（スクリュー回転工程）のサーボモータ仕様を表
にして示す（各工程での最大能力値を示す）図である。
同図に示すように、射出保圧工程時に圧力５００％、射
出充填工程時にはこの２倍の圧力１０００％を得るため
に、回転数（速度）２０００ｒｐｍの射出サーボモータ
のピークトルクを２００％（定格トルク１００％の２
倍）とし、減速比を１／５とすると、射出充填工程時の
速度は４００ｒｐｍとなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記したように従来
は、射出工程（射出充填工程並びに射出保圧工程）には
専用の射出サーボモータのみの駆動力を用いており、１
台のサーボモータの能力には限界があるため、射出充填
速度の更なる高速化を図るには自ずと限界があるもので
あった。勿論、射出サーボモータを大型化して射出充填
速度の高速化を図ることも考えられるが、こうすると今
度は大幅なコストアップにつながるという問題を生じ
る。また、サーボモータ駆動の射出成形機は射出充填工
程で速度フィードバック制御を行っているため、射出充
填工程時（ピークトルクによる運転時）には、射出保圧
工程時（定格トルクによる運転時）の２００％以上の力
（トルク）を持たせるようにしており、このように射出
サーボモータをピークトルクと定格トルクで工程に応じ
て使い分ける必要があることから、ピークトルクや減速
比の設定にある程度の制約も受けた。

【００１１】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、サーボモータを大型化するこ
となく射出充填速度の更なる高速化が可能なサーボモー
タ駆動の射出成形機を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、インラインスクリュー式のサーボモータ
駆動の射出成形機において、第１のサーボモータの駆動
力によって可塑化・計量を行い、この第１のサーボモー
タと第２のサーボモータとの駆動力によって射出充填を
行うように、構成される。

【００１３】

【作用】射出工程中の１次射出工程たる射出充填時に
は、スクリューの後端側と一方向クラッチを介して連結
された駆動軸を、第１のサーボモータと第２のサーボモ
ータとの駆動力によって回転させつつ軸方向に前進さ
せ、２つのサーボモータの駆動力を駆動軸の前進力とし
て足し合わせて活用する。この際の駆動軸の回転は一方
向クラッチをＯＦＦ（回転伝達遮断状態）させる方向な
ので、駆動軸の前進力のみがスクリューに伝えられ、ス
クリューは急速前進する。また、この射出充填時には第
１，第２のサーボモータは共にピークトルクで運転さ
れ、これによって充分な出力トルクを保証しつつ、２つ
のサーボモータの駆動力（駆動スピード）を足し合わせ
ることによって非常に高速のスクリュー前進、すなわち
溶融樹脂の金型内への高速射出充填を達成することがで
きる。よって、従来と同一性能のサーボモータを用いて
射出充填速度の更なる高速化が可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図１〜図５に示した１実施例
によって説明する。図１は本実施例に係る射出成形機の
射出系メカニズムの一部簡略化した断正面図、図２は同
平面図、図３は図１の要部拡大図、図４は図１〜３では
断面では示されていない部分を拡大断面として示す要部
拡大断面図である。

【００１５】図１，２において、１は原料樹脂の投入口
１ａを形成した支持部材（ヘッドストック）、２は支持
部材１にその後端側を保持された加熱シリンダ、３は加
熱シリンダ２の先端側に取り付けられたノズル、４は加
熱シリンダ２の外周に巻装されたバンドヒータ（図示の
都合上図２にのみ示す）、５は加熱シリンダ２内に回転
並びに進退可能であるように内蔵されたスクリューであ
る。６は後述する一方向クラッチを含む連結機構で、ス
クリュー５の後端側とモータ駆動される駆動軸７の先端
側とを連結しており、駆動軸７の前後進運動をスクリュ
ー５に伝達し、また駆動軸７の回転をスクリュー５に選
択的に伝達可能となっている。

【００１６】８は図示せぬ固定ベース上に固定された支
持部材で、第１のサーボモータ９及び第２のサーボモー
タ１０が取り付けられている。１１は支持部材８に回転
可能に保持された第１の駆動回転体で、第１のサーボモ
ータ９の出力軸に固着された出力プーリ１２とタイミン
グベルト１３を介してベルト結合されている。１４は支
持部材８に回転可能に保持された第２の駆動回転体で、
第２のサーボモータ１０の出力軸に固着された出力プー
リ１５とタイミングベルト１６を介してベルト結合され
ている。

【００１７】図３に示すように、前記第１の駆動回転体
１１は、ラジアルベアリング１７，１７を介して前記支
持部材８の所定位置において回転可能であるよう保持さ
れており、この第１の駆動回転体１１のプーリ部に前記
タイミングベルト１３が掛け回されている。この第１の
駆動回転体１１には前記駆動軸７のスプライン軸部７ａ
が挿通されていて、第１の駆動回転体１１と駆動軸７と
はスプライン軸結合（一体回転自在であるも軸方向には
相対スライド可能であるように結合）されている。な
お、このスプライン軸結合は任意の構成が採用可能であ
るが、本実施例では例えばボールスプライン軸結合機構
が用いられている。

【００１８】同じく図３に示すように、前記第２の駆動
回転体１４は、ラジアルベアリング１７及びスラストベ
アリング１８を介して前記支持部材８の所定位置におい
て回転可能であるよう保持されていると共に、スラスト
荷重にも耐え得るようになっており、この第２の駆動回
転体１４のプーリ部に前記タイミングベルト１６が掛け
回されている。この第２の駆動回転体１４の内周ナット
部には前記駆動軸７のネジ部７ｂが螺合されており、第
２の駆動回転体１４と駆動軸７とはネジ−ナット結合さ
れている。なお、このネジ−ナット結合も任意の構成が
採用可能であるが、本実施例では例えばボールネジ結合
機構が採用されている。

【００１９】図４は前記連結機構６の構成を示してい
る。同図において、１９は前記スクリュー５の後端部に
固着された連結軸で、該連結軸１９に前記駆動軸７の先
端部７ｃがラジアル軸受１８を介して取り付けられてい
ると共に、先端部７ｃと連結軸１９との間にはスラスト
軸受１８が介装されていて、駆動軸７の前後進運動を無
理なく連結軸１９（すなわちスクリュー５）に伝達でき
るように構成されている。上記駆動軸７の先端部７ｃの
先端面側と駆動軸７の外周との間には、一方向クラッチ
手段２０が設けられており、駆動軸７の正転時にはクラ
ッチがＯＦＦし（回転伝達遮断状態となり）、駆動軸７
の逆転時にはクラッチがＯＮする（回転伝達可能状態と
なる）ようになっている。従って、駆動軸７が逆転して
一方向クラッチ手段２０がＯＮ状態にある時のみ、駆動
軸７と連結軸１９（すなわちスクリュー５）とが一体化
回転するようになっている。

【００２０】次に、上記構成に基づく動作を説明する。 〈可塑化・計量工程〉可塑化・計量工程では、前記第１
のサーボモータ９が定格トルクで所定方向に比較的低速
で回転駆動され、前記出力プーリ１２，タイミングベル
ト１３，第１の駆動回転体１１を介して、前記駆動軸７
が逆転方向に回転する。この駆動軸７の逆転時には前記
一方向クラッチ手段２０がＯＮとなるので、駆動軸７の
回転はクラッチ手段２０を介して前記連結軸１９に伝え
られ、連結軸１９と一体の前記スクリュー５が所定方向
に回転する。この際の駆動軸７の回転方向は、前記した
ネジ−ナット結合メカニズムにおいて駆動軸７を後退さ
せる方向となっている。

【００２１】上記スクリュー５の回転に伴いスクリュー
前方側に混練・可塑化された溶融樹脂が送り込まれるの
に合わせて、前記第２のサーボモータ１０が所定方向に
極く低トルクで回転駆動される。第２のサーボモータ１
０の回転は、前記出力プーリ１５，タイミングベルト１
６を介して前記第２の駆動回転体１４に伝えられ、この
第２の駆動回転体１４の回転は前記したネジ−ナット結
合メカニズムによって直線運動に変換されて前記駆動軸
７に伝えられる。この際の第２の駆動回転体１４の回転
方向は、第１の駆動回転体１１の回転方向と同一方向
（すなわち図４で示す逆転方向）とされて、駆動軸７及
びこれと前記連結機構６を介して連結されたスクリュー
５の後退を適正量だけ遅らせる力として働く。すなわ
ち、第２の駆動回転体１４の回転数は第１の駆動回転体
１１の回転数よりもやや小さくされ、これによってスク
リュー２が背圧を制御されつつ後退する。

【００２２】〈射出充填工程〉射出工程中の射出充填工
程（１次射出工程）では、前記第１のサーボモータ９と
前記第２のサーボモータ１０とがピークトルク仕様で同
時に高速回転駆動される。この際、第１のサーボモータ
９は可塑化・計量工程時とは逆方向に回転駆動され、出
力プーリ１２，タイミングベルト１３，第１の駆動回転
体１１を介して、駆動軸７が正転方向に回転する。この
駆動軸７の正転時には前記一方向クラッチ手段２０がＯ
ＦＦとなるので、駆動軸７の回転は連結軸１９に伝えら
れない。回転する駆動軸７は、第２の駆動回転体１４と
前記したようにネジ−ナット結合されているので、この
ネジ−ナット結合メカニズムによって駆動軸７は正転方
向に回転しつつ前進する。

【００２３】またこの際には、第２のサーボモータ１０
が可塑化・計量工程と同一方向に回転駆動されて、第２
のサーボモータ１０の回転は、出力プーリ１５，タイミ
ングベルト１６を介して第２の駆動回転体１４に伝えら
れ、第２の駆動回転体１４は第１の駆動回転体１１（す
なわち駆動軸７）の回転方向と逆方向に回転する。この
第２の駆動回転体１４の回転は前記したネジ−ナット結
合メカニズムによって直線運動に変換されて駆動軸７に
伝えられ、駆動軸７が前進する。

【００２４】すなわち、第１のサーボモータ９の回転力
と第２のサーボモータ１０の回転力とが共に駆動軸７の
前進力に変換され、２つのサーボモータ９，１０の駆動
力が足し合わされて駆動軸７が前進駆動され、これによ
ってスクリュー５が急速に前進駆動される（勿論、この
際には一方向クラッチ手段２０がＯＦＦとなっているの
でスクリュー５が回転することはない）。このように射
出充填時には、第１，第２のサーボモータ９，１０を共
にピークトルクで運転して充分な出力トルクを保証しつ
つ、２つのサーボモータ９，１０の駆動力（駆動スピー
ド）を足し合わせることによって非常に高速のスクリュ
ー前進、すなわち溶融樹脂の金型キャビティ内への高速
射出充填を達成することができる。

【００２５】〈射出保圧工程〉射出工程中の射出充填工
程に引き続く射出保圧工程では、前記第１のサーボモー
タ９のみが定格トルク仕様で低速回転駆動され、前記第
２のサーボモータ１０は回転停止される。この射出保圧
工程では、第１のサーボモータ９は射出充填と同一方向
に回転駆動され、これによって出力プーリ１２，タイミ
ングベルト１３，第１の駆動回転体１１を介して、駆動
軸７が正転方向に回転する。回転する駆動軸７は、第２
の駆動回転体１４とネジ−ナット結合されているので、
駆動軸７は正転方向に回転しつつ前進する力を受ける。
そして、この駆動軸７の正転時には一方向クラッチ手段
２０がＯＦＦとなっているので、駆動軸７の回転は連結
軸１９，スクリュー５には伝達されず、スクリュー５は
前進力のみを受けて、金型内の樹脂に所定の保圧力を加
える。

【００２６】図５は本実施例における射出充填工程，射
出保圧工程，可塑化・計量工程（スクリュー回転工程）
のサーボモータ仕様を表にして示す（各工程の最大能力
値を示す）説明図である。同図に示すように本実施例で
は、前記図７に示した２つのサーボモータ（射出サーボ
モータ，スクリュー回転サーボモータ）と同性能の２つ
のサーボモータ（第１，第２のサーボモータ９，１０）
を用いた際に、射出充填において速度を１２００ｒｐｍ
と格段に向上させることが可能となった。これは、２つ
のサーボモータ９，１０を射出充填時には足し合わせて
用いていることと、第２のサーボモータ１０は射出充填
にのみピークトルクで使用し、定格トルクでは使用する
ことがないので、第２のサーボモータ１０のピークトル
ク値や減速比の設定が定格トルク仕様からの制約を受け
ることがなく、この点でも射出充填の高速化（性能アッ
プ）に寄与していることとによる。なお、第２のサーボ
モータ１０を可塑化・計量工程で用いているが、この際
には極く低トルクでよいので、ピークトルク値や減速比
の設定には何等の影響を与えない。

【００２７】さらに本実施例のメカニズムは、図６に示
した従来構成のように回転駆動軸５４と軸方向駆動軸５
９とをもつ２重軸構造を採らない、駆動軸７のみによる
単軸構造であるので、機構が簡略化されるという利点も
ある。

【００２８】

【発明の効果】叙上のように本発明によれば、サーボモ
ータを大型化することなく射出充填速度の更なる高速化
が可能なサーボモータ駆動の射出成形機が実現でき、そ
の産業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る射出成形機の射出系メ
カニズムの一部簡略化した断正面図である。

【図２】本発明の１実施例に係る射出成形機の射出系メ
カニズムの一部簡略化した平面図である。

【図３】図１の要部拡大図である。

【図４】図１の連結機構部分の拡大断面図である。

【図５】本発明の１実施例による射出充填工程，射出保
圧工程，可塑化・計量工程のサーボモータ仕様の１例を
表にして示す説明図である。

【図６】従来のサーボモータ駆動の射出成形機の射出系
メカニズムの要部断正面図である。

【図７】従来のサーボモータ駆動の射出成形機による射
出充填工程，射出保圧工程，可塑化・計量工程のサーボ
モータ仕様の１例を表にして示す説明図である。

【符号の説明】

１ 支持部材（ヘッドストック） ２ 加熱シリンダ ３ ノズル ５ スクリュー ６ 連結機構 ７ 駆動軸 ８ 支持部材 ９ 第１のサーボモータ １０ 第２のサーボモータ １１ 第１の駆動回転体 １２ 出力プーリ １３ タイミングベルト １４ 第２の駆動回転体 １５ 出力プーリ １６ タイミングベルト １７ ラジアルベアリング １８ スラストベアリング １９ 連結軸 ２０ 一方向クラッチ手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱シリンダ内のスクリューを回転させ
   つつ後退させて樹脂の可塑化・計量を行い、前記スクリ
   ューを前進させることにより溶融樹脂の金型内への射出
   充填を行うインラインスクリュー式の射出成形機におい
   て、 第１のサーボモータの駆動力によって可塑化・計量を行
   い、第２のサーボモータと前記第１のサーボモータとの
   駆動力によって射出充填を行うようにしたことを特徴と
   するサーボモータ駆動の射出成形機。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、 前記スクリューの後端側と一方向クラッチを介して連結
   され前後進並びに正逆回転可能な駆動軸と、前記第１の
   サーボモータで正逆回転され前記駆動軸とスプライン軸
   結合された第１の駆動回転体と、前記第２のサーボモー
   タで正逆回転され前記駆動軸のネジ部とネジ−ナット結
   合された第２の駆動回転体とを備え、射出充填時には、
   回転しながら前進する前記駆動軸の回転を、前記一方向
   クラッチで遮断して駆動軸の前進力のみを前記スクリュ
   ーに伝達するようになし、また、この射出充填時には、
   前記第１の駆動回転体を所定方向に回転させ、この第１
   の駆動回転体による回転力を固定位置にある前記第２の
   駆動回転体と前記駆動軸のネジ−ナット結合を利用して
   駆動軸の前進力に変換すると共に、前記第２の駆動回転
   体を第１の駆動回転体とは逆方向に回転させ、固定位置
   で回転するこの第２の駆動回転体の回転力を前記駆動軸
   の前進力に変換し、前記第１，第２の駆動回転体の回転
   力をそれぞれ前記駆動軸の前進力として足し合わせて活
   用するようにしたことを特徴とするサーボモータ駆動の
   射出成形機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載において、 前記第１のサーボモータとの駆動力によって射出保圧を
   行うようにしたことを特徴とするサーボモータ駆動の射
   出成形機。