(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリモータ部のシャフトを軸方向へ変位自在に設けるとともに、前記シャフトを軸方向へ移動させる推力発生部を設け、前記シャフトを可動体に接続することにより、当該可動体を、前記ロータリモータ部により回転駆動し、かつこのロータリモータ部のケーシング内部に設けた推力発生部により進退駆動する駆動装置を備えることを特徴とする成形機。
【請求項２】
前記駆動装置は、前記可動体の進退方向における圧力を検出する圧力検出機能部と、この圧力検出機能部から得る圧力検出値と予め設定した圧力設定値により、前記推力発生部を制御して前記可動体の圧力制御を行う圧力制御機能部を備えることを特徴とする請求項１記載の成形機。
【請求項３】
前記駆動装置は、前記可動体の進退方向における位置を検出する位置検出機能部と、この位置検出機能部から得る位置検出値と予め設定した位置設定値により、前記推力発生部を制御して前記可動体の位置制御を行う位置制御機能部を備えることを特徴とする請求項１記載の成形機。
【請求項４】
前記駆動装置は、前記可動体の進退方向における速度を検出する速度検出機能部と、この速度検出機能部から得る速度検出値と予め設定した速度設定値により、前記推力発生部を制御して前記可動体の速度制御を行う速度制御機能部を備えることを特徴とする請求項１記載の成形機。
【請求項５】
前記可動体は、インラインスクリュ式射出成形機におけるスクリュであることを特徴とする請求項１記載の成形機。
【請求項６】
前記可動体は、プリプラ式射出成形機における可塑化装置の加熱シリンダに内蔵し、かつ当該加熱シリンダの樹脂通路を開放又は閉塞する弁部を有するスクリュであることを特徴とする請求項１記載の成形機。
【請求項７】
前記可動体は、複数の成形用金型を支持する金型変更用回転テーブルであることを特徴とする請求項１記載の成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスクリュ等の可動体を回転駆動及び進退駆動する駆動装置を備える成形機に関する。
【０００２】
【従来技術及び課題】
従来、スクリュを回転駆動及び進退駆動する電動式の駆動装置を搭載したインラインスクリュ式射出成形機は、特開平９−１１２９０号等で知られている。
【０００３】
この種の射出成形機は、スクリュを回転駆動する第一のサーボモータを用いた計量側の駆動部とスクリュを進退駆動する第二のサーボモータを用いた射出側の駆動部を備え、計量工程では計量側の駆動部によりスクリュを回転させることにより、成形材料を可塑化計量するとともに、射出工程では射出側の駆動部によりスクリュを前進させることにより、計量された樹脂を金型に射出充填する。このように、成形機の分野では、二種類の異なる運動によりスクリュ等の可動体を駆動する駆動装置を用いる場合も少なくない。
【０００４】
しかし、このような従来の駆動装置は、異なる駆動部単位で一台のサーボモータを使用するため、駆動部の数量に応じた数のサーボモータが必要になるとともに、可動体を進退方向へ移動させる駆動部では、サーボモータの他に当該サーボモータの回転運動を直進運動に変換するボールネジ機構等の運動変換機構が必要になるため、部品点数の増加による全体構造の複雑化及び大型化、さらには、これに伴う信頼性の低下及び全体の大幅なコストアップを招く問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来技術に存在する課題を解決したものであり、部品点数の削減による全体構造の簡略化及び小型化、さらには信頼性向上及び大幅なコストダウンを図ることができる成形機の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る成形機Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃは、ロータリモータ部３のシャフト４を軸方向Ｄｓへ変位自在に設けるとともに、シャフト４を軸方向Ｄｓへ移動させる推力発生部５を設け、シャフト４を可動体６に接続することにより、当該可動体６を、ロータリモータ部３により回転駆動し、かつこのロータリモータ部３のケーシング７内部に設けた推力発生部５により進退駆動する駆動装置２を備えることを特徴とする。
【０００７】
この場合、好適な実施の形態により、駆動装置２は、可動体６の進退方向における圧力を検出する圧力検出機能部Ｆｐｄと、この圧力検出機能部Ｆｐｄから得る圧力検出値Ｓｐｄと予め設定した圧力設定値Ｓｐｓにより、推力発生部５を制御して可動体６の圧力制御を行う圧力制御機能部Ｆｐｓを備えるとともに、可動体６の進退方向における位置を検出する位置検出機能部Ｆｘｄと、この位置検出機能部Ｆｘｄから得る位置検出値Ｓｘｄと予め設定した位置設定値Ｓｘｓにより推力発生部５を制御して可動体６の位置制御を行う位置制御機能部Ｆｘｓを備え、また、可動体６の進退方向における速度を検出する速度検出機能部Ｆｖｄと、この速度検出機能部Ｆｖｄから得る速度検出値Ｓｖｄと予め設定した速度設定値Ｓｖｓにより推力発生部５を制御して可動体６の速度制御を行う速度制御機能部Ｆｖｓを備える。なお、可動体６としては、インラインスクリュ式射出成形機Ｍａのスクリュ６ａ，プリプラ式射出成形機Ｍｂにおける可塑化装置１０の加熱シリンダ１１に内蔵し、当該加熱シリンダ１１の樹脂通路１２を開放又は閉塞する弁部１３を有するスクリュ６ｂ，さらに、複数の成形用金型１４ａ，１４ｂを支持する金型変更用回転テーブル６ｃ等に適用することができる。
【０００８】
これにより、成形機Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃに備える駆動装置２の構造及び大きさ等は、実質的に単一のロータリモータ部３により構成されることになり、スクリュ６ａ等の可動体６は、当該ロータリモータ部３により回転駆動されるとともに、当該ロータリモータ部３に内蔵する推力発生部５により進退駆動される。
【０００９】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１０】
まず、第一実施例に係る成形機であるインラインスクリュ式射出成形機Ｍａについて、図１〜図７を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すインラインスクリュ式射出成形機Ｍａは、金型を取付けた型締装置Ｍｃと射出装置Ｍｉからなる。射出装置Ｍｉは、先端に射出ノズル２１を、また、後部にホッパー２２をそれぞれ有する加熱筒２０を備え、この加熱筒２０の内部には、スクリュ６ａ（可動体６）を回転自在及び進退自在に挿入する。また、加熱筒２０の後端には駆動装置２を備え、この駆動装置２の出力軸部４ｓはスクリュ６ａの後端に結合する。
【００１２】
駆動装置２は、基本的に四極の三相交流駆動型同期電動機を構成するロータリモータ部３を備える。ロータリモータ部３は、図２に示すように円筒状収納部となる固定子枠３０（ケーシング７）を有し、この固定子枠３０に設けた軸受３１及び３２によりシャフト４を回転自在及び軸方向Ｄｓへ変位自在（摺動自在）に支持する。そして、固定子枠３０の内周面には電機子部３３を配設するとともに、固定子枠３０の前端面の内面及び後端面の内面にはそれぞれ界磁部３４及び３５を配設する。一方、シャフト４には、図３に示すように磁性体３６ａ〜３６ｄ及び非磁性体３７ａ〜３７ｄを有するロータ部３８を設ける。なお、シャフト４の前端は出力軸部４ｓとなる。
【００１３】
電機子部３３は、図３に示すように二十四のスロット３９ｓ…を形成した電機子コア３９を有し、各スロット３９ｓ…間のコア部には三相電機子巻線４０…（図２参照）を順次巻回する。一方、界磁部３４及び３５は、それぞれ界磁コア４１及び４２を有する。そして、界磁コア４１（４２も同じ）には、図５に示すように二十四のスロット４１ｓ…を形成し、各スロット４１ｓ…間のコア部には三相界磁巻線４３…（図２参照）を順次巻回する。なお、４４…は界磁コア４２側に巻回した三相界磁巻線を示す。
【００１４】
電機子部３３の各電機子巻線４０…は、それぞれ電気角で１２０゜ずれた位置に巻回したＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線から構成する。具体的には、Ｕ相巻線は八つのスロット３９ｓ…を介して、巻線Ｕ１，巻線Ｕ２，巻線Ｕ３…巻線Ｕ８の順番で巻回し、また、Ｖ相巻線は八つのスロット３９ｓ…を介して、巻線Ｖ１，巻線Ｖ２，巻線Ｖ３…巻線Ｖ８の順番で巻回し、さらに、Ｗ相巻線は八つのスロット３９ｓ…を介して、巻線Ｗ１，巻線Ｗ２，巻線Ｗ３…巻線Ｗ８の順番で巻回する。Ｕ相巻線とＶ相巻線間、Ｖ相巻線とＷ巻線間は、それぞれ電気角で１２０゜ずれている。即ち、図３ではＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線は互いにスロット３９ｓ…で四つ分だけ時計方向にずれた位置に巻回する。これにより、各巻線は電気角で１２０゜ずれることになる。
【００１５】
界磁部３４の界磁巻線４３…も電機子巻線４０…と同様に、それぞれ電気角で１２０゜ずれた位置に巻回したｕ相巻線、ｖ相巻線及びｗ相巻線から構成する。具体的には、ｕ相巻線は、四つのスロット４１ｓ…を介して巻線端ｕａから巻線端ｕｂに向かうものと、四つのスロット４１ｓ…を介して巻線端ｕｃから巻線端ｕｄに向かうもので構成する。また、ｖ相巻線は四つのスロット４１ｓ…を介して巻線端ｖａから巻線端ｖｂに向かうものと、四つのスロット４１ｓ…を介して巻線端ｖｃから巻線ｖｄに向かうもので構成する。さらに、ｗ相巻線は四つのスロット４１ｓ…を介して巻線端ｗａから巻線端ｗｂに向かうものと、四つのスロット４１ｓ…を介して巻線端ｗｃから巻線端ｗｄに向かうもので構成する。他方、界磁部３５の界磁巻線４４…は、界磁部３４に巻回する界磁巻線４３…に対して対称的となる点を除いて同様に巻回する。
【００１６】
この場合、界磁部３４及び３５における各界磁巻線４３…，４４…は、電機子巻線４０…に対して電気角で９０゜ずつずれるように巻回する。即ち、界磁巻線４３…，４４…の各ｕ相巻線は、電機子巻線４０…のＵ相巻線に対してスロット４１ｓ…，４２ｓ…で三つ分（電気角で９０゜）だけ時計方向にずらして巻回する。なお、ロータリモータ部３の構造によっては正確に電気角９０゜であることを要せず、これに近い角度であればよい。
【００１７】
一方、ロータ部３８は円筒形に構成し、シャフト４の外周面上に一体的に設ける。ロータ部３８は、界磁部３４及び３５の磁極（Ｎ極及びＳ極）から発生する磁束の方向（回転軸方向）に沿って設けた四つの磁性体３６ａ〜３６ｄ及び非磁性体３７ａ〜３７ｄにより構成する。各磁性体３６ａ〜３６ｄはそれぞれ磁気的に結合しないように、非磁性体３７ａ〜３７ｄを介在させることによって円周方向に分離する。また、磁性体３６ａ〜３６ｄの外周面は電機子コア３９に対して磁気的に結合するとともに、磁性体３６ａ〜３６ｄの両端面はそれぞれ界磁コア４１及び４２に対して磁気的に結合する。この場合、非磁性体３７ａ〜３７ｄの間隔は３〜１０ｍｍ程度に、磁性体３６ａ〜３６ｄに対する電機子コア３９，界磁コア４１及び４２の間隔は、それぞれ０．５〜３ｍｍ程度に設定する。磁性体３６ａ〜３６ｄは互いに非磁性体３７ａ〜３７ｄにより磁気的に分離されるため、界磁部３４及び３５のＮ極から出た磁束は、磁性体３６ａ〜３６ｄを介して電機子部３３に容易に進入する。なお、磁性体３６ａ〜３６ｄは、鉄系材料、鉄−ニッケル合金、圧粉鉄心、フェライト等を利用できる。
【００１８】
このように構成されるロータリモータ部３の動作は次のようになる。まず、界磁部３４の界磁巻線４３…には互いに位相角で１２０゜ずつずれた交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ、即ち、ｉｍを電流の最大値とすれば、ｉｕ＝ｉｍ・ｓｉｎωｔ，ｉｖ＝ｉｍ・ｓｉｎ（ωｔ−２π／３），ｉｗ＝ｉｍ・ｓｉｎ（ωｔ−４π／３）の交流電流が流れる。界磁巻線４３…にこのような交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流れることにより、ロータ部３８の磁性体３６ｂ及び３６ｄに向かう方向に磁束を発生する磁極（Ｎ極）及び磁性体３６ａ及び３６ｃから界磁部３４に向かう磁束を吸収する磁極（Ｓ極）が生じ、これに対応して界磁部３４に対向するロータ部３８の端面上に磁極が現れるとともに、時計方向に回転する。界磁部３５の界磁巻線４４…にも同様の交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流れ、界磁部３４と同一の磁極（Ｎ極及びＳ極）が界磁部３５に対向するロータ部３８の端面上に現れ、同一方向に回転する。
【００１９】
この界磁巻線４３…，４４…により生じた磁極（Ｎ極及びＳ極）における磁界の磁束分布は、回転方向に沿って正弦波状となり、最大磁束をΦｍ、磁極中心をθ＝０とすると、磁束はΦ＝Φｍ・ｃｏｓθで表される。また、界磁巻線４３…，４４…に流れる交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを制御することにより、当該界磁巻線４３…，４４…によって発生する磁界の磁極中心を、ロータ部３８の最も磁化容易な面に合致させれば、ロータ部３８は所定の方向に磁化され、その磁束密度は近似的に、Ｂ＝Ｂｍ・ｃｏｓθとなる。
【００２０】
即ち、ロータ部３８の各磁性体３６ａ〜３６ｄは、界磁部３４及び３５に発生した磁極（Ｎ極及びＳ極）に対応して所定の方向に磁化される。例えば、図２に示すように、交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗにより、磁性体３６ｂ及び３６ｄに対向する界磁部３４及び３５にＮ極が発生し、磁性体３６ａ及び３６ｃに対向する界磁部３４及び３５にＳ極が発生すれば、これに応じて、界磁部３４及び３５に対向する磁性体３６ｂ及び３６ｄの端面側にＳ極が、磁性体３６ａ及び３６ｃの端面側にＮ極がそれぞれ発生するとともに、電機子部３３に対向する磁性体３６ｂ及び３６ｄの外周面側にＮ極が、磁性体３６ａ及び３６ｃの外周面側にＳ極がそれぞれ発生する。
【００２１】
さらに具体的に述べれば、界磁部３４の二つのＮ極から発生した磁束Φ１は、磁性体３６ｂ及び３６ｄのＳ極端面から当該磁性体３６ｂ及び３６ｄの内部に至るとともに、同様に界磁部３５の二つのＮ極から発生した磁束Φ２は、磁性体３６ｂ及び３６ｄのＳ極端面から当該磁性体３６ｂ及び３６ｄの内部に至る。そして、磁束Φ１及びΦ２は、当該磁性体３６ｂ及び３６ｄのＮ極外周面から電機子部３３に至るとともに、この電機子部３３から磁性体３６ａ及び３６ｃのＳ極外周面を通して当該磁性体３６ａ及び３６ｃの内部に至り、さらに、当該磁性体３６ａ及び３６ｃのＮ極端面から界磁部３４及び３５のＳ極端面に至る。
【００２２】
このように、ロータリモータ部３は、界磁部３４及び３５、ロータ部３８及び電機子部３３によって所定の磁気閉回路が形成され、界磁部３４及び３５から発生する磁束Φ１及びΦ２により、磁性体３６ａ〜３６ｄと界磁部３４及び３５の間の各対向面に吸引力を発生する。この吸引力の大きさは磁束Φ１及びΦ２の大きさに依存する。従って、界磁部３４の発生する磁束Φ１の大きさと、界磁部３５の発生する磁束Φ２の大きさが等しい場合には、両対向面に発生する吸引力は互いに打ち消し合い、ロータリモータ部３には磁束Φ１及びΦ２に依存した回転トルクのみが発生する。
【００２３】
一方、電機子部３３の電機子巻線４０…には、互いに位相角で１２０゜ずつずれた三相交流電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ、即ち、Ｉｍを電流の最大値とすれば、ＩＵ＝Ｉｍ・ｓｉｎωｔ，ＩＶ＝Ｉｍ・ｓｉｎ（ωｔ−２π／３），ＩＷ＝Ｉｍ・ｓｉｎ（ωｔ−４π／３）が流れる。電機子巻線４０…は界磁巻線４３…，４４…に対して電気角で約９０゜位相が進んでいるため、フレミングの法則により、回転トルクが発生してロータ部３８（シャフト４）は回転する。この回転トルクの大きさを制御するには、界磁巻線４３…，４４…及び電機子巻線４０…に流す電流の大きさを制御するだけでよい。なお、電機子電流によっても磁束を生ずるが、ロータ部３８の磁気抵抗を当該磁束の方向に大きくしているため、磁化されにくくなり、その影響は少ない。
【００２４】
ところで、界磁部３４により発生する磁束Φ１の大きさと、界磁部３５により発生する磁束Φ２の大きさを互いに異ならせた場合には、その磁束Φ１とΦ２の大小関係に応じて、ロータ部３８に軸方向Ｄｓの推力を発生させることができる。即ち、界磁部３４の発生する磁束Φ１の大きさを、界磁部３５の発生する磁束Φ２よりも小さくした場合、ロータ部３８にはＺｆ方向の推力が発生する。逆に界磁部３４の発生する磁束Φ１の大きさを、界磁部３５の発生する磁束Φ２よりも大きくした場合、ロータ部３８にはＺｒ方向の推力が発生する。
【００２５】
推力の大きさは、界磁部３４に供給される界磁電流ＩｆＬと、界磁部３５に供給される界磁電流ＩｆＲの差分に応じて決定される。したがって、界磁電流ＩｆＬ及びＩｆＲの大きさを可変制御すれば、軸方向Ｄｓの推力（圧力）を制御することができる。また、この界磁電流ＩｆＬ及びＩｆＲの大きさを制御することによって、回転トルクの大きさを制御できるとともに、回転トルクを一定にしたまま、推力の大きさを制御することも可能である。この場合には、磁束Φ１及びΦ２の合計値を一定のまま、磁束Φ１と磁束Φ２の大きさを制御すればよい。このように、界磁部３４，３５はシャフト４を軸方向Ｄｓへ移動させる推力発生部５を兼用する。
【００２６】
次に、推力発生部５に対する制御系について説明する。固定子枠３０の後端面には後部カバー４６を設け、この後部カバー４６の内部に、シャフト４の回転位置（回転数）を検出するロータリエンコーダ４７及びシャフト４の軸方向位置を検出するリニアスケール４８を配設し、ロータリエンコーダ４７及びリニアスケール４８は駆動制御部４９に接続する。この場合、リニアスケール４８はスクリュ６ａ（シャフト４）の進退方向における位置を検出する位置検出機能部Ｆｘｄとなり、リニアスケール４８から得る位置検出値Ｓｘｄは駆動制御部４９に付与される。また、位置検出値Ｓｘｄは速度変換部５０に付与される。この速度変換部５０は位置検出値Ｓｘｄを時間で微分してスクリュ６ａの進退方向における速度を検出する速度検出機能部Ｆｖｄを構成し、この速度検出機能部Ｆｖｄから得られる速度検出値Ｓｖｄは駆動制御部４９に付与される。さらに、スクリュ６ａと出力軸部４ｓ間には圧力検出機能部Ｆｐｄを構成する圧力センサ５２を介在させ、この圧力センサ５２から得る圧力検出値Ｓｐｄは駆動制御部４９に付与される。一方、駆動制御部４９には、設定部５１により予め設定された位置設定値Ｓｘｓ，速度設定値Ｓｖｓ及び圧力設定値Ｓｐｓが付与される。
【００２７】
また、駆動制御部４９は、位置検出値Ｓｘｄと位置設定値Ｓｘｓにより推力発生部５を制御してスクリュ６ａの位置制御を行う位置制御機能部Ｆｘｓを備えるとともに、速度検出値Ｓｖｄと速度設定値Ｓｖｓにより推力発生部５を制御してスクリュ６ａの速度制御を行う速度制御機能部Ｆｖｓを備え、さらに、圧力検出値Ｓｐｄと圧力設定値Ｓｐｓにより推力発生部５を制御してスクリュ６ａの圧力制御を行う圧力制御機能部Ｆｐｓを備える。したがって、駆動制御部４９は、位置検出値Ｓｘｄと位置設定値Ｓｘｓの偏差に基づいて界磁部３４，３５の界磁電流ＩｆＬ，ＩｆＲの大きさをそれぞれ可変制御し、スクリュ６ａの進退方向（軸方向Ｄｓ）における位置が位置設定値Ｓｘｓに一致するように位置に対するフィードバック制御を実行するとともに、速度検出値Ｓｖｄと速度設定値Ｓｖｓの偏差に基づいて界磁部３４，３５の界磁電流ＩｆＬ，ＩｆＲの大きさをそれぞれ可変制御し、スクリュ６ａの進退方向における移動速度が速度設定値Ｓｖｓに一致するように速度に対するフィードバック制御を実行し、さらに、圧力検出値Ｓｐｄと圧力設定値Ｓｐｓの偏差に基づいて界磁部３４，３５の界磁電流ＩｆＬ，ＩｆＲの大きさをそれぞれ可変制御し、スクリュ６ａの進退方向における圧力（推力）が圧力設定値Ｓｐｓに一致するように圧力に対するフィードバック制御を実行することができる。
【００２８】
このような駆動装置２を使用すれば、推力発生用の特別な構成要素を付加することなく、回転トルクを制御する界磁部３４，３５の界磁電流ＩｆＬ，ＩｆＲの大きさを可変制御することによって、回転力並びに推力を同時に制御できる。また、駆動装置２の構造及び大きさ等は、実質的に単一のロータリモータ部３により構成されることになり、駆動装置２は飛躍的に単純化されるため、部品点数の削減による全体構造の簡略化及び小型化、さらには信頼性向上及び大幅なコストダウンを図ることができる。
【００２９】
なお、図６には電機子巻線４０…と界磁巻線４３…（４４…）の結線方法を示す。界磁巻線と電機子巻線が電気角で９０゜位相ずれとなるように機械的に巻回されている場合には、電機子巻線と界磁巻線を直巻にすることができ、一つのインバータで直巻特性のＡＣモータとして制御できる。この場合、界磁巻線に推力制御用の巻線を別途設け、両側の界磁巻線の界磁電流の大きさをそれぞれ制御することによって所望の推力を発生させることができる。また、界磁巻線と電機子巻線とが電気角で９０゜位相がずれることなく同位相となるように機械的に別々に巻回されている場合には、別々のインバータで界磁電流と電機子電流との位相が９０゜ずれるように制御すればよい。この場合には両側の界磁巻線の界磁電流の大きさをそれぞれ制御することによって、所望の推力を発生させることができる。
【００３０】
また、図７には、駆動制御部４９の具体的構成、即ち、ロータリモータ部３を利用したＡＣサーボモータシステムのブロック回路を示す。ここでは、ロータリモータ部３の電機子巻線と界磁巻線が同位相になるように機械的に別々に巻回されており、界磁巻線及び電機子巻線に互いに９０゜位相となるような界磁電流及び電機子電流を供給する場合を説明する。
【００３１】
まず、ロータリエンコーダ４７からはシャフト４の回転速度（回転位置）を示す検出信号Ｓ２が速度アンプ５５に付与されるとともに、検出信号Ｓ２から得られる界磁部の回転位置、即ち、磁極位置を示す磁極位置信号Ｓ６が電機子ＰＷＭ（パルス幅変調）アンプ５６及び界磁ＰＷＭアンプ５７に付与される。速度アンプ５５は、回転速度の設定信号Ｓ１と検出信号Ｓ２の速度偏差を求め、この速度偏差に応じた電機子電流指令信号（トルク信号）Ｓ３を電機子電流アンプ５８に付与する。電機子電流アンプ５８は、電流検出アイソレータ５９で検出された電流フィードバック信号（Ｕ相検出電流とＶ相検出電流）Ｓ４と速度アンプ５５から付与される電機子電流指令信号Ｓ３の差分を増幅した入力信号Ｓ５を、電機子ＰＷＭアンプ５６に付与する。電機子ＰＷＭアンプ５６は、電機子電流アンプ５８からの入力信号Ｓ５と磁極位置信号Ｓ６に基づいて三相のＰＷＭ信号、即ち、インバータ制御信号Ｓ７を、電機子インバータ６０に付与する。電機子インバータ６０はインバータ制御信号Ｓ７に応じて駆動され、ロータリモータ部３の電機子巻線の各相に電機子電流を供給する。
【００３２】
一方、界磁電流の制御系は、電機子電流制御系の速度アンプ２１を省略した形であり、界磁電流アンプ６１，界磁ＰＷＭアンプ５７，界磁インバータ６２，界磁電流検出アイソレータ６３、さらに、界磁コントローラ６４を備える。なお、図７における界磁コントローラ６４以降は界磁電流に対する片側の制御系のみを示すが、両側の界磁巻線に対して同様の制御系を二系統分設ける。そして、界磁コントローラ６４には、リニアスケール４８から位置検出値Ｓｘｄが付与されるとともに、速度変換部５０から速度検出値Ｓｖｄが付与され、さらに、圧力センサ５２から圧力検出値Ｓｐｄが付与される。また、界磁コントローラ６４には、前述した位置設定値Ｓｘｓ，速度設定値Ｓｖｓ及び圧力設定値Ｓｐｓが付与される。界磁コントローラ６４は、位置制御時，速度制御時又は圧力制御時において、生成した異なる二系統の界磁電流指令信号Ｓｆａ，Ｓｆｂを出力し、界磁電流指令信号Ｓｆａを一方の界磁巻線４３を励磁する制御系の界磁電流アンプ６１に付与するとともに、界磁電流指令信号Ｓｆｂを他方の界磁巻線４４を励磁する制御系の界磁電流アンプ（不図示）に付与することにより、各制御系を体系的に制御する。
【００３３】
図７に示すＡＣサーボモータシステムを構成することによって、ロータリモータ部３はＡＣサーボモータとして動作し、所望の回転速度により回転させることができるとともに、所定の推力で軸方向Ｄｓに移動させることができる。また、シャフト４の位置に拘わらず当該シャフト４の磁極中心と回転磁界の磁界中心が一致するように当該シャフト４の回転位置を検出し、三相界磁電流の位相を制御するので、常に最大トルクで効率的に回転させることができる。
【００３４】
よって、このような駆動装置２を搭載したインラインスクリュ式射出成形機Ｍａの動作は次のようになる。まず、計量工程ではロータリモータ部３によりスクリュ６ａが回転制御され、ホッパー２２から供給される成形材料は加熱筒２０の内部で可塑化計量される。そして、射出工程では推力発生部５によりスクリュ６ａが前進し、計量された樹脂は金型内に射出充填される。なお、このような駆動装置２を用いた場合、スクリュ６ａにおける軸方向Ｄｓの移動ストロークは限界があるため、特に、小型の成形品を成形する場合に適用することができる。また、成形工程におけるスクリュ６ａの位置制御，速度制御及び圧力制御の具体的設定は公知の手法を利用できる。
【００３５】
次に、第二実施例に係るプリプラ式射出成形機Ｍｂについて、図８を参照して説明する。
【００３６】
プリプラ式射出成形機Ｍｂは、成形材料を可塑化溶融する可塑化装置１０と、溶融した樹脂を成形用金型７２に射出充填する射出装置７３を別体に備える。
【００３７】
可塑化装置１０は加熱シリンダ１１を備え、この加熱シリンダ１１の後部にホッパー７５を有する。この加熱シリンダ１１の後端は機体７６を介して前述した駆動装置２（図２）の前端に結合する。また、加熱シリンダ１１の内部にはスクリュ６ｂ（可動体６）を挿入し、このスクリュ６ｂの後端は駆動装置２におけるシャフト４の前端、即ち、出力軸部４ｓに結合する。これにより、スクリュ６ｂを回転駆動及び進退駆動することができる。
【００３８】
一方、スクリュ６ｂの先端には周方向のリング溝７７を形成することにより前側に弁部１３を設ける。また、加熱シリンダ１１の内周面にはリング形の弁座部７８を取付け、この弁座部７８は加熱シリンダ１１の内周面からリング溝７７の内部に臨ませる。これにより、スクリュ６ｂを後方へ移動させ、弁部１３を弁座部７８に当接させれば、加熱シリンダ１１内の樹脂通路１２が遮断されるとともに、この位置からスクリュ６ｂを前方へ数〔ｍｍ〕ほど移動させ、弁部１３を弁座部７８から離間させれば、当該樹脂通路１２が開放される。
【００３９】
他方、射出装置７３は成形機移動装置８０により支持される。成形機移動装置８０は、機台８１の上面に設置されたタイバー機構８２と、このタイバー機構８２上に前後方向へ移動自在に支持された前後一対の支持盤８３ｆ，８３ｒを備え、この支持盤８３ｆ（８３ｒ）は駆動機構８４により前後方向に移動する。射出装置７３は前側の支持盤８３ｆの前面に取付けることにより前方に突出した射出シリンダ８５と、後側の支持盤８３ｒに取付けたプランジャ駆動機構８６を備える。そして、射出シリンダ８５には射出プランジャ８７を挿入し、この射出プランジャ８７の後端はプランジャ駆動機構８６に結合する。プランジャ駆動機構８６はモータ部８８と、このモータ部８８から出力する回転運動を直進運動に変換することにより射出プランジャ８７を前後方向に移動させるボールネジ機構部８９を備える。なお、ボールネジ機構部８９の代わりに、射出プランジャ８７を前後方向に移動させることができるローラネジ機構やエア駆動機能等の各種同一機能構造を利用できる。
【００４０】
また、射出シリンダ８５は前端に射出ノズル９０を有するとともに、射出シリンダ８５の内部前端部と可塑化装置１０における加熱シリンダ１１の樹脂出口９１は傾斜したパイプ形の樹脂通路部９２を介して連通接続する。一方、支持盤８３ｒを含む射出装置７３の後部は可塑化装置１０の底面部に結合する。なお、９３は成形用金型７２を支持する型締装置である。
【００４１】
このようなプリプラ式射出成形機Ｍｂの動作は次のようになる。まず、計量の開始時点では駆動装置２における推力発生部５（図２）を制御してスクリュ６ｂを前方に移動させる。この結果、弁部１３は弁座部７８から離間して樹脂通路１２が開放される。次いで、駆動装置２におけるロータリモータ部３を制御してスクリュ６ｂを回転させる。これにより、ホッパー７５から供給される成形材料は加熱シリンダ１１の内部で可塑化溶融される。また、溶融した樹脂は、加熱シリンダ１１の樹脂出口９１から樹脂通路部９２を通して射出装置７３側の射出シリンダ８５の先端側に供給され、供給された樹脂は当該射出シリンダ８５の内部に計量蓄積される。
【００４２】
そして、計量に伴い射出プランジャ８７は後退するため、予め設定された計量値まで計量したならロータリモータ部３を停止する。また、駆動装置２における推力発生部５を制御してスクリュ６ｂを後方に移動させる。この結果、弁部１３は弁座部７８に当接して樹脂通路１２が閉塞される。次いで、射出装置７３が駆動制御され、射出プランジャ８７が前進することにより、射出シリンダ８５内に計量された樹脂が成形用金型７２のキャビティ内に射出充填される。そして、射出充填の終了により、推力発生部５を制御してスクリュ６ｂを前方に移動させて樹脂通路１２を開放する。以上により、一成形サイクルが終了し、以下、同様の動作が繰返される。
【００４３】
次に、第三実施例に係る成形機Ｍｃについて、図９を参照して説明する。同図に示す成形機Ｍｃは回転テーブル機構１００を備える。この成形機Ｍｃは、駆動装置２におけるシャフト４の先端（出力軸部４ｓ）を、複数の成形用金型（固定型）１４ａ，１４ｂを支持する金型変更用回転テーブル６ｃ（可動体６）に結合して構成した。
【００４４】
これにより、回転テーブル６ｃを回転させる際は、最初に、駆動装置２の推力発生部５（図２）を制御することにより、シャフト４を前進（上昇）させ、基台１０２に載った回転テーブル６ｃを仮想線で示す位置まで若干持ち上げて基台１０２から離す。そして、この状態でロータリモータ部３（図２）を駆動制御して回転テーブル６ｃを、例えば、１８０゜回転させて成形用金型（固定型）１４ａ，１４ｂを切換える。この場合、成形用金型（固定型）１４ａ，１４ｂの停止位置は、前述したロータリエンコーダ４７を利用してもよいし、別途配設した他の位置検出器（別途のロータリエンコーダ又はリミットスイッチ等）を利用してもよい。また、回転テーブル６ｃの回転が終了したなら、再び、シャフト４を後退（下降）させ、基台１０２に回転テーブル６ｃを載せる。なお、１０３は射出装置、１０４は可動型をそれぞれ示す。なお、図９は竪型の成形機を示したが横型の成形機に対しても同様に適用できることは勿論である。
【００４５】
他方、図１０〜図１６には、駆動装置２の各種変更実施例を示す。図１０及び図１１は、図３における四極形ロータ部３８の変更実施例を示す。図１０のロータ部３８ａは、界磁巻線の発生する磁束の通過方向（回転軸方向）に沿って設けた各磁性体３６ａ〜３６ｄを複数の細分用非磁性体３７ｘ…によって回転方向へさらに細かく磁気的に分離した。なお、細分用非磁性体３７ｘ…による磁気的分離の程度は非磁性体３７ａ〜３７ｄよりも極めて小さい。具体的には、非磁性体３７ａ〜３７ｄの円周方向における厚さ（ギャップ）が３〜１０ｍｍ程度とすれば、細分用非磁性体３７ｘ…の円周方向における厚さ（ギャップ）は０．３〜３ｍｍ程度に設定する。このようなロータ部３８ａを用いれば、電機子電流によって生ずる磁束の影響、即ち、電機子反作用を取り除くことができる。
【００４６】
図１１のロータ部３８ｂは、界磁巻線の発生する磁束の通過方向（回転軸方向）に沿って設けた各磁性体３６ａ〜３６ｄを複数の細分用非磁性体３７ｙ…によって回転方向へさらに細かく磁気的に分離した点は図１０と同じであるが、ロータ部３８ｂでは細分用非磁性体３７ｙ…によって分離した磁性体３６ａ〜３６ｄの回転方向における厚さを、界磁コアから発生する磁束の正弦波状の分布密度に対応させた点がロータ部３８ａとは異なる。即ち、ロータ部３８ｂの場合は、細分用非磁性体３７ｙ…によって分離された各磁性体３６ａ〜３６ｄの回転方向における厚さは正弦波状の磁束分布密度に対応して、各非磁性体３７ａ〜３７ｄ間の中央付近では厚く、各非磁性体３７ａ〜３７ｄ近傍では薄くなる。このようなロータ部３８ｂを用いれば、界磁電流によって生じた正弦波状の磁束分布に対応した磁極（Ｎ極及びＳ極）をその外周面上に形成することができるため、回転特性を飛躍的に向上させることができる。
【００４７】
図１２は、図２における駆動装置２を軸方向Ｄｓにシリーズ接続した変更実施例を示す。例示は二台の駆動装置２をシリーズ接続したが、三台以上であっても同様に接続することができる。なお、図１２において、図２と同一部分には同一符号を付し、その構成を明確にした。このように複数台の駆動装置２をシリーズ接続すれば、接続台数に応じて制御可能な推力及び回転力を大きくすることができる。
【００４８】
図１３は、ロータ部３８における各磁性体３６ａ〜３６ｄの外周面に、円筒帯状（円筒の一部を帯状に切り抜いたもの）の永久磁石１１０…をそれぞれ設けた変更実施例を示す。この場合、磁性体３６ａ及び３６ｃに設けた永久磁石１１０…は、ロータ部３８に接する内周面側がＮ極になるとともに、電機子部３３に対向する外周面側がＳ極になり、さらに、界磁部３４及び３５に対向する磁性体３６ａ及び３６ｃの端面がＮ極になる。同様に磁性体３６ｂ及び３６ｄに設けた永久磁石１１０…は、ロータ部３８に接する内周面側がＳ極になるとともに、電機子部３３に対向する外周面側がＮ極になり、さらに、界磁部３４及び３５に対向する磁性体３６ｂ及び３６ｄの端面がＳ極になる。
【００４９】
また、この変更変更例の場合、界磁部３４と３５は位相角で９０゜異なる界磁電流により励磁する。即ち、図１３に示すようにロータ部３８に対向する界磁部３４がＮ極の場合は他方の界磁部３５をＳ極に、ロータ部３８に対向する界磁部３４がＳ極の場合は他方の界磁部３５をＮ極にそれぞれ励磁する。これにより、ロータ部３８と界磁部３５間には反発力が生じ、ロータ部３８と界磁部３４間には吸引力が発生する。このときにロータ部３８が界磁部３４又は３５に対して接触又は近接した状態にあれば、励磁電流を流すことなしに永久磁石１１０による吸引力（推力）を維持できる。なお、シャフト４の軸方向Ｄｓの位置制御や推力制御等は、前述した実施例と同様に界磁電流ＩｆＬとＩｆＲを可変して行うことができる。また、図１３の変更実施例であっても大きなトルクや推力を得ることを目的として、図１２の変更実施例のように多段に組み合わせてもよい。
【００５０】
よって、図１３の変更変更例では、永久磁石１１０…を磁性体３６ａ〜３６ｄの外周に沿って設けたため、界磁巻線に界磁電流を流さなくてもロータ部３８を回転させることができる。この場合、回転トルクは永久磁石１１０…の磁極の強さ及び電機子電流の大きさに依存するため、広範囲に渡って最適なトルク制御を行うことはできないが、界磁巻線に流れる電流の大きさを適宜制御すれば、永久磁石１１０…による磁束に、さらには界磁巻線から発生した磁束の大きさを適宜制御することにより、磁極の強さを制御できるハイブリッド形のロータ部３８を構成でき、回転トルクを広範囲に制御可能になる。なお、図１３において、図２と同一部分には同一符号を付し、その構成を明確にした。
【００５１】
図１４（図１５）は、ロータ部３８ｃの両端面をシャフト４に対して所定の角度で傾斜させた傾斜面（例えば、テーパ面等）１１１，１１２により形成するとともに、この傾斜面１１１，１１２に対向する界磁部３４ｃ，３５ｃの幾何学的形状を当該傾斜面１１１，１１２に平行となるように構成した変更変更例を示す。これにより、ロータ部３８ｃと界磁部３４ｃ及び３５ｃ間における磁気回路上のギャップ長ｄ、さらにシャフト４の軸方向Ｄｓにおける移動距離ｚの間には、移動距離ｚがギャップ長ｄよりも大きい関係、即ち、ｚ＞ｄの関係が成立する。したがって、短いギャップ長ｄにより、これよりも長い移動距離ｚを確保できるため、励磁電流の低減と推力の特性改善を共に行うことができる。図１５には、図２の実施例で示したロータ部３８の端面がシャフト４に対して垂直面となる場合と、図１４の変更実施例で示したロータ部３８ｃの端面を傾斜面１１１，１１２により構成した場合における移動距離ｚに対する推力Ｆｚの関係を示す。図１５から明らかなように、ロータ部３８の端面がシャフト４に対して垂直面となる場合には、移動距離ｚが大きくなるに従って推力Ｆｚは激減する。これに対して傾斜面１１１，１１２により構成した場合には、移動距離ｚが大きくなった場合でも垂直面の場合に比べて推力Ｆｚの減少は少なく、推力Ｆｚは移動距離に対して緩やかに減少する。これは前述のように、ギャップ長ｄが同じ場合に、垂直構造のものに比べて傾斜構造の方が移動距離ｚが大きいためである。
【００５２】
この変更変更例では、ロータ部３８ｃと界磁部３４ｃ及び３５ｃ間に働く力、即ち、吸引力Ｆは、ロータ部３８ｃの端面、即ち、傾斜面１１１，１１２の表面に垂直な方向に発生する。この吸引力Ｆは軸方向の力Ｆｚ（推力）と径方向の力Ｆｘに分力される。径方向の力Ｆｚは互いに打ち消し合うが、軸方向の力Ｆｚ（推力）は一方向にまとまり、その大きさはロータ部３８ｃの端面がシャフト４に垂直な構造の場合とほとんど変わらない。したがって、界磁部３４ｃ及び３５ｃによって生成される磁束Φ１及びΦ２の大きさを制御することにより、軸方向及び径方向双方に機能する磁気軸受けとして利用できる。なお、図１４では、ロータ部３８ｃの両端面を傾斜面１１１，１１２としたが、このような傾斜面はいずれか一方の端面のみに適用してもよい。
【００５３】
図１６は、図２のロータ部３８の磁性体３６ａ〜３６ｄとシャフト４間に介在させた非磁性体３７ａ〜３７ｄの代わりに、磁性体３６ａ及び３６ｃに対してＳ極が対向し、かつ磁性体３６ｂ及び３６ｄに対してＮ極が対向する永久磁石１１３ａ〜１１３ｄを介在させたものであり、ロータ部３８の変更変更例を示す。
【００５４】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，手法，数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。
【００５５】
例えば、成形機の種類や内容は例示に限定されることなく任意の成形機に適用できる。一方、図２及び図１４の実施例では、界磁部をロータ部の両側に設けたが、いずれか一方に設けてもよいし、図１２のように多段接続した場合もいずれか一方だけに界磁部を設けてもよい。界磁部を一方に設けた場合、他方向にはスプリング等の弾性手段により復帰させればよい。また、図２又は図１４のシャフトを一方の軸受のみで支持してもよい。特に、図１４の場合には径方向に吸引力が作用しているので、軸受として有効である。さらに、四極二十四スロット又は二極十二スロットの同期電動機を例示したが、極数とスロット数の関係はこれに限定されるものではなく、任意の組み合わせを採用できるとともに、他の原理に基づく電動機の使用を排除するものではない。また、図４では界磁巻線を単層重巻を例に説明したが、これに限らず二層重巻にしてもよい。さらに、ロータ部を電機子部の内側に存在するタイプを例示したが、ロータ部が電機子部の外側に存在する、いわゆるアウタロータの場合にも同様に適用できる。
【００５６】
【発明の効果】
このように、本発明に係る成形機は、ロータリモータ部のシャフトを軸方向へ変位自在に設けるとともに、シャフトを軸方向へ移動させる推力発生部を設け、シャフトを可動体に接続することにより、当該可動体を、ロータリモータ部により回転駆動し、かつこのロータリモータ部のケーシング内部に設けた推力発生部により進退駆動する駆動装置を備えるため、部品点数の削減による全体構造の簡略化及び小型化、さらには信頼性向上及び大幅なコストダウンを図ることができるという顕著な効果を期待でき、特に、プリプラ式射出成形機，インラインスクリュ式射出成形機及び付属する回転テーブル機構等に適用して最適となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例に係る成形機（インラインスクリュ式射出成形機）を示す模式的構成図、
【図２】同成形機に備える駆動装置の断面側面図、
【図３】図２中Ａ−Ａ線断面図、
【図４】図２中Ｂ−Ｂ線から見た界磁部の原理構成図、
【図５】同駆動装置における界磁部を構成する界磁コアのＣ−Ｃ線断面図及びＤ−Ｄ線断面図、
【図６】同駆動装置における電機子巻線と界磁巻線の結線図、
【図７】同駆動装置をＡＣサーボモータシステムとして構成したブロック回路図、
【図８】本発明の第二実施例に係る成形機（プリプラ式射出成形機）を示す一部断面構成図、
【図９】本発明の第三実施例に係る成形機（回転テーブル機構）を示す構成図、
【図１０】図２に示す四極形ロータ部の変更実施例を示す断面正面図、
【図１１】図２に示す四極形ロータ部の他の変更実施例を示す断面正面図、
【図１２】図２に示す駆動装置の変更実施例を示す断面側面図、
【図１３】同駆動装置の他の変更実施例を示す断面側面図、
【図１４】同駆動装置の他の変更実施例を示す断面側面図、
【図１５】図２と図１４に示す駆動装置の軸方向におけるロータ部の移動距離と推力の関係を示す特性図、
【図１６】図２に示す四極形ロータ部の他の変更実施例を示す断面正面図、
【符号の説明】
Ｍａ    成形機（インラインスクリュ式射出成形機）
Ｍｂ    成形機（プリプラ式射出成形機）
Ｍｃ    成形機（回転テーブル機構）
２      駆動装置
３      ロータリモータ部
４      シャフト
５      推力発生部
６      可動体
６ａ    スクリュ
６ｂ    スクリュ
６ｃ    金型変更用回転テーブル
７      ケーシング
１０    可塑化装置
１１    加熱シリンダ
１２    樹脂通路
１３    弁部
１４ａ  成形用金型
１４ｂ  成形用金型
Ｄｓ    軸方向
Ｆｘｄ  位置検出機能部
Ｆｖｄ  速度検出機能部
Ｆｐｄ  圧力検出機能部
Ｓｘｄ  位置検出値
Ｓｖｄ  速度検出値
Ｓｐｄ  圧力検出値
Ｆｘｓ  位置制御機能部
Ｆｖｓ  速度制御機能部
Ｆｐｓ  圧力制御機能部
Ｓｘｓ  位置設定値
Ｓｖｓ  速度設定値
Ｓｐｓ  圧力設定値
【図１】
0003593671.tif 000002
【図２】
0003593671.tif 000003
【図３】
0003593671.tif 000004
【図４】
0003593671.tif 000005
【図５】
0003593671.tif 000006
【図６】
0003593671.tif 000007
【図７】
0003593671.tif 000008
【図８】
0003593671.tif 000009
【図９】
0003593671.tif 000010
【図１０】
0003593671.tif 000011
【図１１】
0003593671.tif 000012
【図１２】
0003593671.tif 000013
【図１３】
0003593671.tif 000014
【図１４】
0003593671.tif 000015
【図１５】
0003593671.tif 000016
【図１６】
0003593671.tif 000017