JP2005131886A

JP2005131886A - 成形機

Info

Publication number: JP2005131886A
Application number: JP2003369170A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Imai; 義徳今井; Yoshiya Taniguchi; 吉哉谷口
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】ボールネジ機構の可及的な高速回転化を可能とし、以って、より一層の高速運転が可能な成形機を実現すること。
【解決手段】サーボモータの回転を直線運動に変換して直線移動部材を直線移動させるボールネジ機構を備えた成形機において、ボールネジ機構のボールにセラミックスボールを用い、サーボモータの出力軸と、ボールネジ機構の回転部とを、同一直線上でカップリングによって連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、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、サーボモータの回転を直線運動に変換して直線移動部材を直線移動させるボールネジ機構を備えた成形機に関する。

従来の射出成形機などの成形機に用いられるホールネジ機構においては、ボールネジ機構の転動子としてのボールは、一般的に、軸受け炭素鋼（ＳＵＪ２）よりなる鋼球が用いられている。

ところで、近時の射出成形機は、高速射出充填が可能であることが求められることが多く、これに対応した機種の開発が進んでおり、電動式の射出成形機においては、射出駆動源であるサーボモータの回転数を上げて高速化に対応している。しかしながら、高速化に伴い、サーボモータの回転力を伝達されるボールネジ機構の回転部を高速回転させる必要があるが、ボールネジ機構のボールが鋼球であるので、鋼球の質量が嵩むことは否めず、また、鋼球の許容圧縮荷重にも限界があることなどから、ＤＮ値（軸径×回転数）で置き換えて表わされる許容回転数にも自ずと限界があるものとなっていた。そして、このようにボールネジ機構の許容回転数に限界があるので、高速回転するサーボモータからのトルク伝達のために、サーボモータの出力軸とボールネジ機構の回転部とを、減速メカニズムを介して連結する構造を採ることを余儀なくされ、メカニズムの簡略化する上での阻害要因の１つともなっていた。また、ボールに鋼球を用いると、高速回転時の発熱や騒音も無視できない問題となる。

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、ボールネジ機構の可及的な高速回転化を可能とし、以って、より一層の高速運転が可能な成形機を実現することにある。

本発明は上記した目的を達成するため、サーボモータの回転を直線運動に変換して直線移動部材を直線移動させるボールネジ機構を備えた成形機において、ボールネジ機構のボールにセラミックスボールを用いた、構成をとる。

さらに、サーボモータの出力軸と、ボールネジ機構の回転部（ボールネジ軸）とを、同一直線上でカップリングによって連結した、構成をとる。

本発明によれば、ボールネジ機構のボールをセラミックスボールとしており、セラミックスボールは、鋼球に較べて質量が格段に小さく、単位衝撃エネルギーを大幅に小さくでき、また、セラミックスボールの縦弾性係数は、鋼球のそれと比較すると約１．５倍であり、負荷に対する剛性が高いので（つまり、許容圧縮荷重が鋼球のそれと比較すると約１．５倍であるので）、鋼球を用いたボールネジ機構よりもＤＮ値を大幅に向上させることができ（許容回転数を大幅に高めることができ）、したがって、鋼球を用いたボールネジ機構よりも大幅な高速回転が可能となり、運転の可及的な高速化を図ることができる。また、許容圧縮荷重が鋼球の約１．５倍であるため、ボールネジ径を小さくしてもメカ信頼性を保つことが保証されるので、ボールネジ径を小さくすることで慣性を小さくでき、これにより、加減速の過渡応答性が高まり、射出成形機にとって重要な射出充填加減速時間を短縮することができ、この点でも、運転の高速化に大きく寄与する。また、電動式の射出成形機は、油圧式の射出成形機に較べると、油汚れに対するクリーン度は高いが、それでも、実際には鋼球を用いたボールネジ機構には大量のグリースの供給が必要であったものが、セラミックスボールを用いると、セラミックスボールは油膜形成に優れ、潤滑条件が良好となるので、使用するグリース量を約１／５程度に低減できて、クリーン性が良くなり、ランニングコストも抑えられる上、故障寿命が約１．５倍程度延びる。

さらに、サーボモータの出力軸と、ボールネジ機構の回転部（ボールネジ軸）とを、同一直線上でカップリングによって連結した構成としているので、部品点数が削減できて、伝達機構の構成が簡素化でき、この点でコストダウンに大いに寄与する。また、従来のような減速機構を排することで、径の大きいプーリや歯車がなくなるので、この点でも慣性を小さくでき、ボールネジ径を小さくできることと相俟って、より一層加減速の過渡応答性能が向上し、より一層、射出充填加減速時間を短縮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は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）に係る射出成形機の射出系メカニズムの構成を示す一部破断した正面図である。

図１において、１は加熱シリンダ、２は加熱シリンダ１の先端に取り付けられたノズル、３は加熱シリンダ１およびノズル２に巻装されたバンドヒータ、４は加熱シリンダ１の基端部を保持した保持盤、５は、図示せぬホッパーから原料樹脂（樹脂ペレット）を加熱シリンダ１の内部へ供給するため保持盤４に穿設された樹脂供給穴、６は、樹脂供給穴５と連通するように加熱シリンダ１の基端側に穿設された樹脂供給穴である。

７は、加熱シリンダ１内に回転並びに前後進可能であるように配設されたスクリューで、このスクリュー７の回転によって、スクリュー７の後部に供給された原料樹脂が混練、可塑化されてスクリュー７の前方側に送り込まれ、スクリュー７の前方側に溶融樹脂が溜まるに従ってスクリュー７が背圧を制御されつつ後退し、１ショット分の溶融樹脂が貯えられた時点でスクリュー回転が停止され、かような動作で計量行程が実行されるようになっている。また、後退位置にあるスクリュー７が急速前進駆動されることにより、貯えられた溶融樹脂がノズル２から図示せぬ金型内に射出充填され、これにより射出行程（１次射出行程）が実行されるようになっている。

８は保持盤４と所定距離をおいて対向するように配置された保持盤、９は２つの保持盤４、８が固設されたベース盤、１０は保持盤４と保持盤８との間に架け渡された複数本のガイドバー、１１はガイドバー１０に摺動可能に挿通された直線移動体、１２は、直線移動体１１に回転可能であるように保持されると共に、スクリュー７の基端部が固定された回転体、１３は回転体１２に固定された被動プーリである。図示では描かれていないが、直線移動体１１には計量駆動源（スクリュー回転駆動源）としての計量モータ（サーボモータ）が搭載されており、この計量モータの出力軸に固定された駆動プーリ（図示せず）と被動プーリ１３とがタイミングベルト（図示せず）を介して連結されていて、計量モータの回転によって被動プーリ１３、回転体１２が回転駆動され、これによってスクリュー７が回転するようになっている。

１４は回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構、１４Ａは、その一端部を直線移動体１１に固定され、直線移動体１１と一体となって直線移動するボールネジ機構１４のナット体（ボールネジ機構１４の直線移動部）、１４Ｂは、ナット体１４Ａが螺合され、その非ネジ部を保持盤８に取り付けられた軸保持体１５によって回転可能に保持された、ボールネジ機構１４のボールネジ軸（ボールネジ機構１４の回転部）、１６は、ベース盤９上に保持材１７を介して取り付けられた射出駆動源（スクリュー前後進駆動源）としての射出モータ（サーボモータ）、１８は、ボールネジ軸１４Ｂの非ネジ部の端部と、射出モータ１６の出力軸とを、両者が一体回転するように連結したカップリングで、このカップリング１８によって、ボールネジ軸１４Ｂの非ネジ部の端部と、射出モータ１６の出力軸とは、同一直線上で連結されている。そして、射出モータ１６の回転によって、カップリング１８を介してボールネジ軸１４Ｂが回転駆動され、この回転運動は直線運動に変換されて、ナット体１４Ａから直線移動体１１に伝達され、これによって、スクリュー７が前後進駆動されるようになっている。なお、射出モータ１６は、保持盤８に適宜部材を介して搭載してもよい。

本実施形態では、ボールネジ機構１４の転動子としてのボールを、窒化珪素系セラミックス（Ｓｉ_３Ｎ_４）よりなるセラミックスボールを用いており、このセラミックスボールは、鋼球に較べて、質量が半分以下で単位衝撃エネルギーが大幅に小さく、したがって、高速回転の際、循環部への衝突エネルギーが小さく、損傷の大幅な低減が図れ、また、質量が軽いので衝突音も小さくなる（騒音も小さくなる）。また、セラミックスボールの線膨張係数は、鋼球のそれに較べると１／４以下であるので、熱変形が少なく、熱的損傷の虞が殆どなく、かつ、発熱の低減にも繋がる。また、セラミックスボールの縦弾性係数は、鋼球のそれに較べると約１．５倍であるので、（つまり、許容圧縮荷重が鋼球のそれと比較すると約１．５倍であるので）、鋼球を用いたボールネジ機構よりもＤＮ値を大幅に向上させることができ（許容回転数を大幅に高めることができ）、したがって、鋼球を用いたボールネジ機構よりも大幅な高速回転が可能となり、運転の可及的な高速化を図ることができる。また、許容圧縮荷重が鋼球の約１．５倍であるため（負荷に対する剛性が鋼球のそれより約５０％アップしているので）、ボールネジ径を小さくしてもメカ信頼性を保つことが保証されるので、ボールネジ径を小さくすることができる。いま、例えば鋼球を用いた場合のボールネジ径が５０ｍｍであったものが、セラミックスボールを用いるとボールネジ径を４０ｍｍにできると仮定すると、概ね、鋼球のボールネジ機構のＤＮ値＝７００００に対して、セラミックスボールのボールネジ機構のＤＮ値＝１５００００であるので、鋼球のボールネジ機構の許容回転数Ｎ＝７００００／５０＝１４００（ｒｐｍ）に対して、セラミックスボールのボールネジ機構の許容回転数Ｎ＝１５００００／４０＝３７５０（ｒｐｍ）となるので、許容回転数の大幅なアップにより、射出成形機にとって重要な射出充填速度を大幅にあげることができる。また、前記のようにボールネジ径を５０ｍｍから４０ｍｍに小さくすることで、回転円柱体のＧＤ^２（慣性）は径の４乗に比例することから、ボールネジ軸のＧＤ^２（慣性）は約半分に小さくできる。さらに、ボールネジ径を小さくすることで、ボールネジ機構１４の回転部であるボールネジ軸１４Ｂを保持する軸保持体（軸受けベアリング）の回転部分の径を小さくできるので、それらの部材の慣性を小さくできることも相俟って、射出駆動部全体の慣性が約半分以下に小さくすることが可能で、射出成形機にとって重要な射出充填加減速時間を大幅に短縮することができるとともに、加減速の過渡応答性が高まり、この点でも、運転の高速化に大きく寄与する。また、セラミックスボールを用いると、セラミックスボールは油膜形成に優れているので、潤滑条件が良好となり、使用するグリース量を鋼球の場合の約１／５程度に低減できて、クリーン性が良くなり、ランニングコストも抑えられる上、故障寿命も鋼球の場合と比較すると、約１．５倍程度延ばすことができる。

さらに、ボールネジ軸１４Ｂの非ネジ部の端部と、射出モータ（サーボモータ）１６の出力軸とを、両者が一体回転するように同一直線上でカップリング１８により連結しているので、従来の減速機構を用いたものと比較すると、部品点数が削減できて、伝達機構の構成が簡素化でき、この点でコストダウンに大いに寄与する。また、従来のような減速機構を排することで、径の大きいプーリや歯車がなくなるので、この点でも慣性を小さくでき、ボールネジ径を小さくできることと相俟って、より一層加減速の過渡応答性能が向上し、より一層、射出充填加減速時間を短縮することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、ボールネジ機構を射出系メカニズムに用いた例を示したが、本発明のボールネジ機構は型開閉系メカニズムなどにも適用可能であり、さらに、ダイカストマシンの射出系メカニズムや型開閉系メカニズムなどにも適用することが可能である。

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構成を示す一部破断した正面図である。

符号の説明

１加熱シリンダ
２ノズル
３バンドヒータ
４、８保持盤
５、６樹脂供給穴
７スクリュー
９ベース盤
１０ガイドバー
１１直線移動体
１２回転体
１３被動プーリ
１４ボールネジ機構
１４Ａナット体
１４Ｂボールネジ軸
１５軸保持体
１６射出モータ（サーボモータ）
１７保持材
１８カップリング

Claims

サーボモータの回転を直線運動に変換して直線移動部材を直線移動させるボールネジ機構を備えた成形機において、
前記ボールネジ機構のボールにセラミックスボールを用い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、
前記ボールネジ機構の回転部はボールネジ軸である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、
前記サーボモータの出力軸と、前記ボールネジ機構の回転部とを、回転数伝達比が１対１であるように連結したことを特徴とする成形機。
請求項３に記載の成形機において、
前記サーボモータの出力軸と、前記ボールネジ機構の回転部とを、同一直線上でカップリングによって連結したことを特徴とする成形機。