(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側金型を搭載する固定ダイプレートと、可動側金型を搭載する可動ダイプレートと、回転可能に保持されたナット体及びこれに螺合されたネジ軸から構成されるボールネジ機構と、このボールネジ機構を保持するテールストックと、このテールストックと前記可動ダイプレートとの間に配置され、前記ネジ軸により駆動されて、前記可動ダイプレートを型開閉方向に駆動するトグルリンク機構と、前記ナット体を回転駆動する電動モータとを備えた成形機において、
前記電動モータとして、円筒形のモータ固定子内に前記ネジ軸を貫通可能な内径を有する円筒形のモータ回転子を組み込んだビルトインモータを用い、前記モータ回転子と前記ネジ軸とを同心に配置すると共に、前記モータ回転子の端面に前記ナット体の端面を突き合わせた状態で、前記モータ回転子の端面側から挿入されたボルトを用いて、前記モータ回転子と前記ナット体とを締結し、これらモータ回転子とナット体とを前記ネジ軸の軸線方向に配置したことを特徴とする成形機。
【請求項２】
請求項１に記載の成形機において、
前記テールストックと前記ナット体との間に、前記モータ回転子及び前記ナット体を回転自在に支持する軸受を設けたことを特徴とする成形機。
【請求項３】
請求項１に記載の成形機において、
前記モータ回転子の回転量を検出する手段として、前記ネジ軸を貫通可能な内径を有する円筒形のエンコーダ回転子と、その外周に配置されたコード板と、このコード板と対向に配置された検出素子とからなるロータリエンコーダを備え、前記エンコーダ回転子及び前記コード板を前記モータ回転子と同心に配置すると共に、これらエンコーダ回転子とモータ回転子とを所要の連結具を用いて連結したことを特徴とする成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、型締装置に備えられるボールネジ機構のナット体に回転力を与える駆動部の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の成形機においては、機械構造を小型化し、かつ駆動系の起動、停止、加速及び減速制御に対する応答性を改善するため、型締装置に備えられるボールネジ機構の駆動方式として、歯車列やタイミングベルトなどの動力伝達機構を介さずに電動モータの回転力を直接ボールネジ機構のナット体に伝達するダイレクト駆動方式が多く採られている（特許文献１，２，３参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示の型締装置は、エンドプレート（テールストック）に開設された透孔内にボールネジ機構を構成するナット（ナット体）が軸受を介して回転自在に保持されており、このナットに螺合されたネジ軸の一端が、移動ダイプレート（可動ダイプレート）に連結されている。エンドプレート内には、円筒形の固定子コイル（モータ固定子）内に円筒形の回転子（モータ回転子）を配置してなるビルトインモータが内蔵されており、ナットがこの回転子の内面に嵌入されている。したがって、この特許文献１に開示の型締装置においては、ナットの外周に回転子が配置された構造になっている。
【０００４】
特許文献２に開示の型締装置は、リンクハウジング（テールストック）の背面側に、円筒形のステータ（モータ固定子）と、当該ステータ内に配置された円筒形のロータ（モータ回転子）と、当該ロータの内周に取り付けられたナットハウジングと呼ばれる円筒形の部材とを備えた直動モータ（ビルトインモータ）が、リングハウジングに開設された透孔と同心に取り付けられている。ナットハウジングの内面には、ボールネジ機構を構成するボールネジナット（ナット体）が嵌入されており、ロータ、ナットハウジング及びボールネジナットは、所要の軸受を介して直動モータのケーシングに回転自在に保持されている。また、ボールネジナットには、連結ボルト（ネジ軸）が螺合されており、この連結ボルトの一端は、前記リンクハウジングに開設された透孔を貫通して、直動モータの取付側とは反対側に配置されており、その先端部には、クロスヘッドが取り付けられている。クロスヘッドは、トグル機構（トグルリンク機構）を構成するリンクに連結される。したがって、この特許文献２に開示の型締装置も、ナットの外周にナットハウジング及びロータが配置された構造になっている。
【０００５】
特許文献３に開示の型締装置は、トグルサポート（テールストック）に開設された透孔内にボールネジ機構を構成するボールねじナット（ナット体）が回転自在に保持されている。また、トグルサポートの背面には、円筒形のステータコア（モータ固定子）と、当該ステータコア内に配置された円筒形のロータコア（モータ回転子）と、当該ロータコアの内面に取り付けられた回転スリーブと呼ばれる二段円筒形の部材とを備えた駆動装置（ビルトインモータ）が取り付けられ、回転スリーブの大径部には、ボールねじナット（ナット体）が嵌入されている。このボールねじナットに螺合され、トグルサポートに開設された透孔を貫通して駆動装置の取付側とは反対側に配置されたボールねじ軸（ネジ軸）の先端部には、クロスヘッドが取り付けられている。このクロスヘッドは、トグル機構（トグルリンク機構）を構成するリンクに連結される。したがって、この特許文献３に開示の型締装置も、ボールねじナットの外周に回転スリーブ及びロータコアが配置された構造になっている。
【０００６】
特許文献１−３に開示の型締装置は、ボールネジ機構のナット体を、これにモータ回転子が直結されたビルトインモータを用いて回転駆動するので、電動モータとナット体とを歯車列やタイミングベルトなどの動力伝達機構を介して連結する場合に比べて、機械構造を小型化できると共に、駆動系の慣性負荷を小さくできて、ナット体を含む駆動系の起動、停止、加速及び減速制御に対する応答性を改善することができ、製品の成形効率を高めることができる。
【特許文献１】特公平２−５５２１４号公報
【特許文献２】特開平７−３２９１３５号公報
【特許文献３】特許第２８６６３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、駆動系の慣性負荷は、ＧＤ２、即ち駆動系の重量Ｇと回転直径Ｄの２乗との積に比例するので、駆動系の重量Ｇ及び回転直径Ｄを小さくすることが、駆動系の起動、停止、加速及び減速制御に対する応答性を改善する上で重要である。特に、駆動系の回転直径Ｄは、２乗で作用するので、これを小さくすることが更に重要となる。
【０００８】
ところが、従来例に係る型締装置は、特許文献１−３に開示されているように、いずれもナット体の外周側にモータ回転子を配置する構成であるので、回転直径Ｄの減少に自ずと限界があり、駆動系の慣性負荷ＧＤ２を小さくすることが困難である。特に、特許文献２，３に開示の型締装置は、ナット体とモータ回転子との間にナットハウジング又は回転スリーブと呼ばれる部材を配置してなるので、回転直径Ｄを減少することが更に難しく、駆動系の起動、停止、加速及び減速制御に対する応答性をより一層改善すること、ひいては製品をより一層高能率に成形することが困難である。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、小型にして起動、停止、加速及び減速制御に対する応答性が高い駆動系を有し、製品をより高能率に成形可能な成形機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、この目的を達成するため、第１に、固定側金型を搭載する固定ダイプレートと、可動側金型を搭載する可動ダイプレートと、回転可能に保持されたナット体及びこれに螺合されたネジ軸から構成されるボールネジ機構と、このボールネジ機構を保持するテールストックと、このテールストックと前記可動ダイプレートとの間に配置され、前記ネジ軸により駆動されて、前記可動ダイプレートを型開閉方向に駆動するトグルリンク機構と、前記ナット体を回転駆動する電動モータとを備えた成形機において、前記電動モータとして、円筒形のモータ固定子内に前記ネジ軸を貫通可能な内径を有する円筒形のモータ回転子を組み込んだビルトインモータを用い、前記モータ回転子と前記ネジ軸とを同心に配置すると共に、前記モータ回転子の端面に前記ナット体の端面を突き合わせた状態で、前記モータ回転子の端面側から挿入されたボルトを用いて、前記モータ回転子と前記ナット体とを締結し、これらモータ回転子とナット体とを前記ネジ軸の軸線方向に配置するという構成にした。
【００１１】
このように、モータ回転子の端面にナット体の端面を取り付けると、ナット体の外周側にモータ回転子を配置する場合に比べて、ナット体及びモータ回転子を含む駆動系の回転直径を減少できるので、この駆動系の起動、停止、加速及び減速に関する制御応答性を著しく改善することができ、製品の成形効率を高めることができる。
【００１２】
本発明は第２に、前記第１の成形機において、前記テールストックと前記ナット体との間に、前記モータ回転子及び前記ナット体を回転自在に支持する軸受を設けるという構成にした。
【００１３】
このように、モータ回転子の端面に取り付けられたナット体とテールストックとの間に、モータ回転子及びナット体を回転自在に支持する軸受を設けると、モータ回転子の内周側に嵌入されたナット体とテールストックとの間に、モータ回転子及びナット体を回転自在に支持する軸受を設ける場合に比べて、軸受の設定間隔を大きくすることができるので、モータ回転子及びナット体を含む駆動系の回転を安定かつ円滑なものにすることができる。
【００１４】
本発明は第３に、前記第１の成形機において、前記モータ回転子の回転量を検出する手段として、前記ネジ軸を貫通可能な内径を有する円筒形のエンコーダ回転子と、その外周に配置されたコード板と、このコード板と対向に配置された検出素子とからなるロータリエンコーダを備え、前記エンコーダ回転子及び前記コード板を前記モータ回転子と同心に配置すると共に、これらエンコーダ回転子とモータ回転子とを所要の連結具を用いて連結するという構成にした。
【００１５】
このように、モータ回転子の回転量を検出する手段として、ネジ軸を貫通可能な内径を有する円筒形のエンコーダ回転子の外周にコード板を配置してなるロータリエンコーダを備えると、エンコーダ回転子内にネジ軸を貫通させることができるので、ネジ軸を貫通させることができない円板形のコード板を備えたロータリエンコーダをネジ軸の移動範囲の外側に配置する場合に比べて、型締装置の全長を短かくすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の成形機は、型締装置に備えられる電動モータとして、円筒形のモータ固定子内にボールネジ機構を構成するネジ軸を貫通可能な内径を有する円筒形のモータ回転子を組み込んだビルトインモータを用い、モータ回転子とネジ軸とを同心に配置すると共に、モータ回転子の端面に前記ナット体の端面を取り付けて、これらモータ回転子とナット体とをネジ軸の軸線方向に配置するので、ナット体の外周側にモータ回転子を配置する場合に比べて、ナット体とモータ回転子とを含む駆動系の回転直径を減少できる。よって、この駆動系の起動、停止、加速及び減速制御に対する応答性を改善できて、製品の成形効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る成形機に備えられる型締装置の実施形態を、図１〜図３を用いて説明する。図１は実施形態に係る型締装置の型開状態の断面図、図２は実施形態に係る型締装置の型閉状態の断面図、図３は実施形態に係る型締装置に備えられる電動モータの断面図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、実施形態に係る型締装置は、図示しない成形機のベッド上に固定される固定ダイプレート１及びテールストック２と、両端がこれら固定ダイプレート１及びテールストック２に固定された複数本のタイバー３と、タイバー３に案内されて固定ダイプレート１とテールストック２との間で前後進する可動ダイプレート４と、テールストック２と可動ダイプレート４とを連結するトグルリンク機構５と、テールストック２に搭載された型開閉用の駆動源である電動モータ（サーボモータ）６と、電動モータ６の回転量を検出するロータリエンコーダ７と、電動モータ６の回転を直線運動に変換してトグルリンク機構５に伝達するボールネジ機構８とを備えている。固定ダイプレート１には、固定側金型９が搭載され、可動ダイプレート４には、可動側金型１０が搭載される。
【００１９】
ボールネジ機構８は、テールストック２に軸受１１を介して回転可能に保持されたナット体１２と、ナット体１２に螺合されたネジ軸１３と、ネジ軸１３の一端に取り付けられたクロスヘッド１４とからなり、電動モータ６により回転駆動されるナット体１２の回転運動をネジ軸１３及びクロスヘッド１４の直線運動に変換して、トグルリンク機構５に力を伝達する。
【００２０】
トグルリンク機構５は、一端側がテールストック２に回動可能に結合されたＢリンク２１と、一端側が可動ダイプレート４に回動可能に結合されると共に、他端側がＢリンク２１の他端側と相対的に回動するように結合されたＡリンク２２と、一端側がクロスヘッド１４に回動可能に結合されると共に、他端側がＢリンク２１の中間部と相対的に回動するように結合されたＣリンク２３とからなる。なお、Ｏ１はテールストック２に対するＢリンク２１の結合部、Ｏ２はＢリンク２１に対するＡリンク２２の結合部、Ｏ３はＢリンク２１に対するＣリンク２３の結合部、Ｏ４は可動ダイプレート４に対するＡリンク２２の結合部、Ｏ５はクロスヘッド１４に対するＣリンク２３の結合部を示している。このように、本例のトグルリンク機構５は、Ａリンク２２とＢリンク２１とＣリンク２３とを有し、５つの結合部（回動中心）Ｏ１〜Ｏ５をもつ５点軸支構造のリンク機構となっている。なお、図１及び図２には、５点軸支構造を有するダブル式のトグルリンク機構が示されているが、他の形式のトグルリンク機構を備えることも勿論可能である。
【００２１】
電動モータ６は、図３に拡大して示すように、ケーシング３１と、ケーシング３１に固定された円筒形のモータ固定子３２と、モータ固定子３２の外周に巻回されたモータコイル３３と、モータ固定子３２内に配置された円筒形のモータ回転子３４と、モータ回転子３４の外面に取り付けられたモータ磁石３５と、モータ回転子３４及びモータ磁石３５をケーシング３１に回転自在に支持する軸受３６（図１及び図２参照）とから構成されており、モータ回転子３４の内径Ｄ２は、ボールネジ機構８を構成するネジ軸１３を貫通可能な大きさに形成されている。この電動モータ６は、図１に示すように、モータ回転子３４をボールネジ機構８を構成するナット体１２及びネジ軸１３と同心に配置され、テールストック２の背面側に取り付けられる。
【００２２】
前述したボールネジ機構８のナット体１２は、図３に示すように、その一端面がモータ回転子３４の一端面に突き合わされた状態で、ボルト３７を用いてモータ回転子３４に締結される。したがって、ナット体１２とモータ回転子３４とは、ネジ軸１３の軸線方向に配置されることになる。なお、モータ回転子３４のナット体取付側の端面には、浅い凹み状の段部３８が形成されており、この段部３８内にナット体１２の端部を嵌入することにより、自動的にモータ回転子３４に対するナット体１２の位置決めがなされるようになっている。
【００２３】
ロータリエンコーダ７は、ネジ軸１３を貫通可能な大きさの内径を有するリング状のエンコーダ回転子７ａと、その外周に配置された図示しないコード板と、このコード板と対向に配置された図示しない検出素子とからなり、電動モータ６の外側に取り付けられる。図１及び図２に示すように、エンコーダ回転子７ａとモータ回転子３４とは同心に配置されており、これらは、エンコーダ回転子７ａの内面にモータ回転子３４の一端を圧入することにより連結される。このように、ネジ軸１３を貫通可能な大きさの内径を有するリング状のエンコーダ回転子７ａを備えたロータリエンコーダ７を用いると、図１に示すように、型開状態において、エンコーダ回転子７ａ内にネジ軸１３を貫通させることができるので、ネジ軸１３を貫通させることができない円板形のコード板を備えたロータリエンコーダを、ネジ軸１３の移動範囲の外側に配置する場合に比べて、型締装置の全長を短かくすることができる。
【００２４】
以下、上記の型締装置を備えた実施形態に係る成形機の動作について説明すると、図１に示す型開状態から電動モータ６を駆動してナット体１２を所定の一方向に回転すると、ネジ軸１３がトグルリンク機構５を押圧する方向に移動される。その結果、ネジ軸１３の先端部に取り付けられたクロスヘッド１４によりＣリンク２３が押圧され、Ｃリンク２３によりＢリンク２１が押圧され、Ｂリンク２１によりＡリンク２２が押圧されて、Ｂリンク２１とＡリンク２２とが徐々に展開される。そして、Ｂリンク２１とＡリンク２２とが一直線状に展開された段階で、図２に示すように、固定側金型９と可動側金型１０とが密着し、所定の型締力がこれら固定側金型９と可動側金型１０とに付与される。これにより、金型キャビティ内への成型材料の充填が可能になる。
【００２５】
充填物の固化後、電動モータ６を駆動してナット体１２を逆方向に回転すると、ネジ軸１３がトグルリンク機構５を引く方向に移動される。その結果、ネジ軸１３の先端部に取り付けられたクロスヘッド１４によりＣリンク２３が引かれ、Ｃリンク２３によりＢリンク２１が引かれ、Ｂリンク２１によりＡリンク２２が引かれて、Ｂリンク２１とＡリンク２２とが徐々に折り畳まれる。そして、Ｂリンク２１とＡリンク２２とが完全に折り畳まれた段階で、図１に示すように、固定側金型９と可動側金型１０とが所定の間隔だけ離隔する。これにより、金型キャビティからの製品の取り出しが可能になる。
【００２６】
ロータリエンコーダ７は、モータ回転子３４の回転数を検出し、検出されたモータ回転子３４の回転数に応じた信号を、図示しない制御装置に出力する。制御装置は、電動モータ６にサーボ信号を出力し、電動モータ６の起動、停止、加速及び減速をサーボ制御する。
【００２７】
図４に比較例に係る型締装置、図５に比較例に係る型締装置に備えられる電動モータ及びナット体の構成を示す。この型締装置は、特許文献１，２，３に開示された型締装置を、実施形態に係る型締装置と比較しやすい形状に書き換えてモデル化したものであり、ボールネジ機構８のナット体１２をモータ回転子３４の内周に挿入したことを特徴とする。その他については、実施形態に係る成形機の型締装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して、説明を省略する。
【００２８】
図３と図５の比較から判るように、実施形態に係る型締装置は、モータ回転子３４の端面にナット体１２の端面を突き合わせるするので、モータ回転子３４の内部にナット体１２を挿入することを特徴とする比較例に係る型締装置のように、モータ回転子３４にナット体１２を挿入するための空間部を形成する必要がなく、比較例に係る型締装置に比べて、ナット体１２とモータ回転子３４とモータ磁石３５とから構成される駆動系の外径Ｄ１及び内径Ｄ２を小さくすることができる。
【００２９】
周知のように、モータの立上り時のトルクは、回転速度によって変化する。そして、電動モータの起動から定速に至るまでの平均トルクを平均加速トルクＴ（ｋｇ・ｍ）、モータに作用する慣性負荷をＧＤ２（ｋｇｆ・ｍ２）、モータの回転速度をＮ（ｍｉｎ−１）とすると、ＧＤ２なる慣性負荷を時間ｔ（ｓｅｃ）の間に回転速度Ｎまで加速するときに必要な平均加速トルクＴは、下記の（１）式で求められます。
【数１】
0005463007.tif 000002
【００３０】
慣性負荷ＧＤ２のＧは、駆動系の重量（ｋｇｆ）であり、Ｄは駆動系の外径（ｍ２）である。上述のように、実施形態に係る型締装置は、比較例に係る型締装置に比べて、駆動系の外径Ｄ１及び内径Ｄ２を小さくすることができるので、上記の（１）式から、平均加速トルクＴ及びモータの回転速度Ｎを一定とした場合、実施形態に係る型締装置は、慣性負荷を回転速度Ｎまで加速するに要する時間（加速時間）ｔを、比較例に係る型締装置よりも短縮することができる。
【００３１】
例えば、比較例に係る型締装置の駆動系の外径を２５０ｍｍ、内径を２００ｍｍ、長さを２００ｍｍ、比重を７．８、平均加速トルクＴを１００ｋｇ・ｍとすると、ＧＤ２＝１．４１ｋｇｆ・ｍ２となり、加速時間ｔ＝０．０３ｓｅｃとなるのに対して、実施形態に係る型締装置の駆動系の外径を２００ｍｍ、内径を１５０ｍｍ、長さを２００ｍｍ、比重を７，８、平均加速トルクＴを１００ｋｇ・ｍとすると、ＧＤ２＝０．６９ｋｇｆ・ｍ２となり、加速時間ｔ＝０．０１５ｓｅｃとなる。
【００３２】
ここで、型締装置の型開量を５０ｍｍ、型開速度を５００ｍｍ／ｓｅｃとすると、型締装置の型開閉時間（片道）は、比較例に係る型締装置の場合、加速時間が０．０３ｓｅｃ、加速時間内の可動側金型１０の移動距離が１５ｍｍ（＝０．０３×５００）、定速で開閉される可動側金型１０の移動距離が３５ｍｍ（＝５０−１５）、可動側金型１０を３５ｍｍ移動するに要する時間が０．０７ｓｅｃ（＝３５÷５００）であることから、０．１３ｓｅｃ（＝０．０７＋０．０３×２）となり、往復では、０．２６ｓｅｃとなる。同様の条件で、加速時間が０．０１５ｓｅｃである実施形態に係る型締装置の場合、型締装置の型開閉時間（往復）が０．２３ｓｅｃとなる。
【００３３】
両者の差は、０．０３ｓｅｃであり、この差が、成形の１サイクル当たりの時間差となる。これは、比較例に係る型締装置を備えた成形機を用いた場合、１サイクル当たり２．０ｓｅｃを要するディスク成形を、実施形態に係る型締装置を備えた成形機を用いた場合には、１サイクル当たり１．９７ｓｅｃで行えることを意味する。１日の稼働時間を２４時間とした場合、比較例に係る型締装置を備えた成形機が生産可能なディスクは４３２００枚であるのに対して、実施形態に係る型締装置を備えた成形機が生産可能なディスクは４５６８５枚となり、生産性を著しく高めることができる。
【００３４】
また、図１と図４の比較から判るように、実施形態に係る型締装置は、ナット体１２の端面をモータ回転子３４の端面に突き合わせし、テールストック２とナット体１２との間に設けられた軸受１１及びケーシング３１とモータ回転子３４との間に設けられた軸受３６によって、ナット体１２とモータ回転子３４とモータ磁石３５とからなる駆動系を支持するので、ナット体１２をモータ回転子３４内に挿入する比較例に係る型締装置に比べて、軸受１１，３６の設定間隔を大きくすることができる。よって、実施形態に係る型締装置は、比較例に係る型締装置に比べて、駆動系の回転を安定かつ円滑なものにすることができる。
【００３５】
なお、前記実施形態においては、モータ回転子３４の内面に直接ナット体１２を嵌入したが、かかる構成に換えて、モータ回転子３４とナット体１２との間に、ナットハウジング又は回転スリーブと呼ばれる部材を配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態に係る型締装置の型開状態の断面図である。
【図２】実施形態に係る型締装置の型閉状態の断面図である。
【図３】実施形態に係る型締装置に備えられる電動モータ及びナット体の断面図である。
【図４】比較例に係る型締装置の型閉状態の断面図である。
【図５】比較例に係る型締装置に備えられる電動モータ及びナット体の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    固定ダイプレート
２    テールストック
３    タイバー
４    可動ダイプレート
５    トグルリンク機構
６    電動モータ
７    ロータリエンコーダ
８    ボールネジ機構
９    固定側金型
１０    可動側金型
１１    軸受
１２    ナット体
１３    ネジ軸
１４    クロスヘッド
２１    Ｂリンク
２２    Ａリンク
２３    Ｃリンク
３１    ケーシング
３２    モータ固定子
３３    モータコイル
３４    モータ回転子
３５    モータ磁石
３６    軸受
３７    ボルト
【図１】
0005463007.tif 000003
【図２】
0005463007.tif 000004
【図３】
0005463007.tif 000005
【図４】
0005463007.tif 000006
【図５】
0005463007.tif 000007