(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリューの端部に接続されて該スクリューと一体に回転するスクリュー駆動軸と、
前記スクリュー駆動軸と平行に設けられた複数本のガイドバーと、
前記スクリュー駆動軸を回転させるトルクを発生するモータと、
前記スクリュー駆動軸の軸線の延長線上に位置するプーリであって、小径または大径なものに交換可能でかつ前記ガイドバーによって囲まれる空間に配されるプーリと、
前記モータの回転を前記プーリに伝達する動力伝達機構と、
前記プーリと前記スクリュー駆動軸との間に設けられて前記プーリの回転を減速して前記スクリュー駆動軸に伝達する遊星歯車機構であって、前記ガイドバーによって囲まれる空間に配され、かつ、前記プーリを取付ける入力軸と前記スクリュー駆動軸に接続される出力軸とが、それぞれ前記スクリュー駆動軸の軸線の延長線上に位置している遊星歯車機構と、
を具備したことを特徴とする射出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スクリュー回転機構を備えた射出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出装置はスクリューを回転させるためのモータを備えており、スクリューを回転させることによって、樹脂等の材料が混練されかつ溶融する。このモータの回転力は、例えば、モータの出力軸に設ける第１のプーリと、スクリューの軸線上に配置された第２のプーリと、これらプーリ間に巻掛けられたベルト等を介して、スクリューに伝達される。この場合、第１のプーリの径よりも第２のプーリの径を大きくすることにより、ある程度の減速比を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例のようなプーリを用いた動力伝達機構は、減速比が各プーリの径の差に依存し、スクリュー側に設ける第２のプーリはスペース上の制約などから外径を大きくすることに限界がある。このため、プーリによって得られる減速比は最大でも数分の一程度である。
【０００４】
粘性の高い材料を混練するには、スクリューの回転トルクを大きくする必要があるが、減速比に限界があるため、出力の大きなモータに取り替える必要が生じることがある。しかしモータの交換には手間が掛かるばかりか、場合によってはモータ取付部や制御装置の変更も必要となり、コストが高くなるという問題が生じる。
【０００５】
モータの出力を大きくしてトルクを増大させると、ベルトにかかるテンションが大きくなり、その結果、ベルトが摩耗しやすくなって粉塵が発生したり、ベルトの交換頻度が高くなるという問題がある。ベルトにかけるテンションが大きくなると、ベルトの張力管理をかなり厳格に行う必要がある。しかもスクリューに加わる偏荷重が大きくなるなどの問題も生じる。偏荷重が発生すると、スクリューを回転させにくくなり、破損の原因にもなる。
【０００６】
スクリュー側に設ける第２のプーリの外径をなるべく大きくすることにより、減速比を大きくすることも考えられるが、そのようにすると、射出装置のフレームやプーリ周りの構造部材の幅や高さが大きくなってしまい、射出装置全体が大型化するとともにコストの増加および重量が増加する原因となる。
【０００７】
また従来構造による汎用射出装置では、所要減速性能をプーリとベルト等を用いた動力伝達要素に依存している。この場合、装置全体の大きさ、あるいは動力伝達要素の周辺部品との位置関係などの制約により、動力伝達要素は可能な限り大きく製作されている場合が多い。このため減速比の変更が困難であったり、変更できる範囲が狭いなどの問題がある。
【０００８】
そのため、射出装置のユーザーから減速能力を上げる要求があったときに、僅かな減速能力しか増加させることができなかった。このため従来構造では、ユーザーニーズに対する対応性が悪く、対応できても高コストとなり、ユーザーに不利益であった。
【０００９】
従ってこの発明の目的は、動力伝達機構のプーリ等の回転部材を小さくすることが可能であり、必要に応じて広範な減速比の増加の要求に応じることができる射出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の射出装置は、スクリューの端部に接続されて該スクリューと一体に回転するスクリュー駆動軸と、前記スクリュー駆動軸と平行に設けられた複数本のガイドバーと、前記スクリュー駆動軸を回転させるトルクを発生するモータと、前記スクリュー駆動軸の軸線の延長線上に位置するプーリであって、小径または大径なものに交換可能でかつ前記ガイドバーによって囲まれる空間に配されるプーリと、前記モータの回転を前記プーリに伝達する動力伝達機構と、前記プーリと前記スクリュー駆動軸との間に設けられて前記プーリの回転を減速して前記スクリュー駆動軸に伝達する遊星歯車機構であって、前記ガイドバーによって囲まれる空間に配され、かつ、前記プーリを取付ける入力軸と前記スクリュー駆動軸に接続される出力軸とが、それぞれ前記スクリュー駆動軸の軸線の延長線上に位置している遊星歯車機構とを具備している。
【００１１】
この発明の好ましい形態では、前記減速機は、前記回転部材を取付ける入力軸と、前記スクリュー駆動軸に接続される出力軸とを有し、これら入力軸と出力軸とが、それぞれ前記スクリュー駆動軸の軸線の延長線上に位置している。この場合、前記減速機に遊星歯車機構を用いるとよい。前記減速機にトラクションドライブ機構を用いることもできる。ここで言うトラクションドライブ機構は、複数組の回転体どうしが互いにトラクション部において接することにより、これら回転体間でトルクを伝達する機構であり、トラクション部の回転半径に応じた減速比を得ることができる力伝達機構である。
【００１２】
この発明の好ましい形態では、前記動力伝達機構が、前記モータの出力軸に設ける第１のプーリと、前記減速機の入力軸に設ける前記回転部材としての第２のプーリと、これら第１および第２のプーリに巻掛けられたベルトを有している。
【００１３】
本発明は、合成樹脂製品用の射出装置に適用することもできるし、ゴム（シリコンゴムをはじめとする合成ゴム，天然ゴムも含む）あるいはエラストマ等の弾性体製品用の射出装置に適用することもできる。あるいはアルミダイキャスト等の金属製品用の射出装置に適用することもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について、図１を参照して説明する。
図１に示した電動射出成形機用の射出装置１０は、ベース１１上に設けた第１の構造部材１２および第２の構造部材１３と、これら構造部材１２，１３を連結する複数本（例えば４本）のガイドバー１４を備えている。これらのガイドバー１４は、互いに平行に設けられている。構造部材１２，１３とガイドバー１４などによって、枠構造体１５が構成されている。
【００１５】
第１の構造部材１２に、バレル２０が取付けられている。バレル２０の内部にスクリュー２１が収容されている。バレル２０の先端部にノズル２２が設けられている。バレル２０の基部付近に、射出成形品の材料を供給するホッパ２３が設けられている。バレル２０には材料を加熱するためのヒータ２４が設けられている。
【００１６】
この射出装置１０は、ガイドバー１４に沿ってスクリュー２１の軸線方向に往復直線運動することのできる可動側構造部材３０と、スクリュー２１を軸線方向に往復移動させるためのスクリュー押出し機構３１と、スクリュー２１を回転させるためのスクリュー回転機構３２などを備えている。
【００１７】
可動側構造部材３０の内部にスクリュー駆動軸３５が設けられている。このスクリュー駆動軸３５は、ベアリング３６によって可動側構造部材３０の内部に回転自在に支持されている。スクリュー駆動軸３５にスクリュー２１の端部２１ａが連結されている。
【００１８】
スクリュー２１の端部２１ａとスクリュー駆動軸３５は、互いにキー部材等によって回り止めがなされ、かつ、軸線方向に互いに固定されている。このためスクリュー駆動軸３５とスクリュー２１は一体に回転することができ、かつ、軸線方向に一体に移動することができる。
【００１９】
スクリュー押出し機構３１は、射出用モータ４０と、動力伝達要素としてのプーリ４１，４２およびベルト４３と、ボールねじ４４などを備えている。ボールねじ４４は、第２の構造部材１３と可動側構造部材３０との間に、例えば一対設けられており、射出用モータ４０によってボールねじ４４を回転させることにより、可動側構造部材３０をガイドバー１４に沿ってスクリュー２１の軸線方向に移動させることができるようになっている。
【００２０】
スクリュー回転機構３２は、スクリュー駆動軸３５を回転させるトルクを発生する駆動源としてのモータ５０と、遊星歯車機構５１を用いた減速機５２と、モータ５０の回転を減速機５２に伝達するための動力伝達機構５３を備えている。モータ５０と減速機５２と動力伝達機構５３は、可動側構造部材３０に搭載されており、可動側構造部材３０と共にガイドバー１４に沿って移動するようになっている。
【００２１】
動力伝達機構５３は、モータ５０の出力軸５５に設ける第１のプーリ５６と、減速機５２の入力軸５７に設ける第２のプーリ５８と、これら第１および第２のプーリ５６，５８に巻掛けられたベルト５９とを有している。第２のプーリ５８は、この発明で言う回転部材に相当し、スクリュー駆動軸３５の軸線Ｘ１の延長線Ｘ２上に位置している。
【００２２】
減速機５２は、第２のプーリ５８とスクリュー駆動軸３５との間に設けられており、第２のプーリ５８の回転を減速してスクリュー駆動軸３５に伝達する機能を担っている。
【００２３】
遊星歯車機構５１を用いた減速機５２は、第２のプーリ５８を設ける入力軸５７と、スクリュー駆動軸３５に接続される出力軸６０とを有している。入力軸５７と出力軸６０は、それぞれスクリュー駆動軸３５の軸線Ｘ１の延長線Ｘ２上に位置している。
【００２４】
遊星歯車機構５１の一例は、ケーシング７０に収容された太陽歯車７１と、遊星歯車７２と、リング歯車７３などを備えて構成され、入力軸５７の回転を減速しかつトルクを増大させて出力軸６０に伝えるようになっている。
【００２５】
次に、上記構成の射出装置１０の動作について説明する。
スクリュー押出し機構３１の射出用モータ４０によってボールねじ４４を回転させると、可動側構造部材３０がスクリュー駆動軸３５の軸線Ｘ１方向に移動することにより、スクリュー２１が軸線Ｘ１方向に前進する。スクリュー２１が前進することにより、バレル２０内の予め計量されていた材料が、スクリュー２１によってノズル２２の先端から押し出され、金型（図示せず）に充填される。
【００２６】
また、スクリュー回転機構３２のモータ５０を回転させることによって、動力伝達機構５３と減速機５２を介してスクリュー駆動軸３５を回転させる。スクリュー駆動軸３５が回転すると、スクリュー２１が回転する。
【００２７】
さらに詳しくは、モータ５０によって第１のプーリ５６を回転させると、ベルト５９を介して第２のプーリ５８が回転する。これにより、減速機５２の入力軸５７が回転し、出力軸６０が回転することにより、スクリュー駆動軸３５が回転し、スクリュー２１が回転する。
【００２８】
スクリュー２１を回転させることにより、バレル２０内の材料をバレル２０の先端側に送りつつ混練し溶融させるとともに、材料の計量を行う。金型内に射出された材料が冷却されたのち、金型をひらき、成形された製品をエジェクタ機構によって突き出すことにより、１サイクル分の射出成形工程が終了する。
【００２９】
この実施形態のスクリュー回転機構３２は、遊星歯車機構５１を用いた減速機５２が固有の一次減速比ξ１を有している。一方、動力伝達機構５３は、第１のプーリ５６と第２のプーリ５８の外径差に応じた二次減速比ξ２を有している。このため、モータ５０の回転に対し、スクリュー駆動軸３５は、一次減速比ξ１と二次減速比ξ２との積である複合減速比（ξ１×ξ２）で回転することになり、スクリュー２１も同様の減速比（ξ１×ξ２）で回転する。
【００３０】
すなわち上記実施形態によれば、減速機５２と動力伝達機構５３をそれぞれ単独で用いる場合の減速比ξ１，ξ２と比べて、大きな減速比（ξ１×ξ２）が得られ、それに応じてトルクを増大させることができる。
【００３１】
この場合、減速機５２をもたない従来の射出装置と比較して、第２のプーリ５８の径を極力小さくすることが可能である。第２のプーリ５８の径を小さくすることができれば、第２のプーリ５８とガイドバー１４との間の空間を広くとることができる。
【００３２】
このため、減速比を大きくする必要が生じたときに、図２に示すように、径の大きなプーリ５８´に付け替えることにより、小さなプーリ５８を用いた場合の減速比ξ２と比較して、減速比ξ２´を大きくすることができ、その分、減速機５２との複合減速比（ξ１×ξ２´）が増大し、トルクをさらに増大させることができる。
【００３３】
上記射出装置１０によれば、減速機５２を交換することによって、スクリュー２１の回転数とトルクを幅広く設定することができる。減速機５２の減速比ξ１は、数分の一から数百分の一の広い範囲で対応することができる。また、減速比ξ１にかかわらず減速機５２のケーシング７０のサイズが同一のものを複数種類用意しておけば、減速機５２を交換するだけで、幅広い運転条件に対応でき、モータ５０の変更を必要としない。なお、減速機５２の変更は制御装置のパラメータ変更で対応することができる。
【００３４】
この射出装置１０では、減速機５２によって十分な減速比ξ１を得ることができ、将来的に予想される計量減速比増分に対しては、第２のプーリ５８の拡張スペースを確保することができる。すなわち、減速比を大きくする必要が生じたときに第２のプーリ５８を大きなものに交換することにより、容易に減速比ξ２を上げることが可能となり、計量機構全体の減速比（ξ１×ξ２）を上げることができる。
【００３５】
スクリュー２１の回転トルクを増大させたい時も、モータ５０の出力を上げる必要がなく、ベルト５９のテンションを一定に保つことができるため、ベルト５９の摩耗によって生じる粉塵が減少するとともに、ベルト５９の交換周期も長くなるという利点が生じる。
【００３６】
遊星歯車機構５１を用いた減速機５２では、入力軸５７と出力軸６０を同一軸線上、すなわちスクリュー駆動軸３５の軸線Ｘ１の延長線Ｘ２上に配置することができる。このため、スクリュー２１を減速機５２を介して回転させることとあいまって、スクリュー２１に偏荷重が発生しにくくなる。
【００３７】
また、減速機５２と動力伝達機構５３とを併用したことにより、省スペース化にも寄与できる。すなわち、従来のように減速比を得るために大きなプーリを必要としないため、ガイドバー１４どうしの間隔を狭くすることができ、射出装置１０をコンパクトに構成することが可能となる。また、遊星歯車機構５１を用いた減速機５２は、減速機５２自体がコンパクトになる。
【００３８】
このように、ガイドバー１４どうしの間隔を狭くすることができるため、減速機５２を追加しても射出装置１０の駆動部分を軽量にすることができる。そのため射出用モータ４０の負荷も小さくなり、射出装置１０のさらなる省エネルギー化が図れる。
【００３９】
なお本発明を実施するに当たって、動力伝達機構５３は、前述の実施形態のようなプーリとベルトを用いる以外に、例えばチェーンとスプロケットを用いる巻掛け伝動機構や、歯車の組合わせによるギヤ式伝動機構が採用されてもよい。また、スクリューを軸線方向に押出すための駆動源として、リニアモータを用いてもよいし、油圧シリンダを用いることもできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の射出装置は、減速機としての遊星歯車機構による減速機能と、プーリを用いた動力伝達機構による減速機能とを協働させることによって、より広範な減速比を得ることが可能である。そして本発明によれば、前記プーリの径を極力小さくすることが可能であり、プーリとガイドバーとの間の空間を広くとることができ、減速比を大きくする必要が生じたときに、径の大きなプーリに交換することによって、減速比の変更に容易に対応することができる。従来のように減速比を得るために大きなプーリを必要としないため、ガイドバーどうしの間隔を狭くすることができ、射出装置をコンパクトに構成することが可能となり、遊星歯車機構を採用したこととあいまって、減速機自体がコンパクトになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示す射出装置の軸線方向に沿う断面図。
【図２】  図１に示された射出装置において大径な第２のプーリに交換した場合の射出装置の一部の正面図。
【符号の説明】
１０…射出装置
２１…スクリュー
３２…スクリュー回転機構
３５…スクリュー駆動軸
５０…モータ
５１…遊星歯車機構
５２…減速機
５３…動力伝達機構
５６…第１のプーリ
５７…入力軸
５８…第２のプーリ（回転部材）
５９…ベルト
６０…出力軸
【図１】
0003675781.tif 000002
【図２】
0003675781.tif 000003