(57)【要約】特に射出成形機の可塑化スクリュのための電動モータによって操作される直線式及び回転式アクチュエータを説明する。駆動モータのロータ（７）とモータハウジング（３）との間で有効なスピンドル伝動機構（１６）を含めた可塑化スクリュ（２）のための電動シングルモータ駆動機構（４）を有し、並びにスクリュ回転駆動とスクリュストローク駆動との間でシングルモータ駆動機構を転換させるための選択的に操作される複数の切換要素（２０，２１，２４）を有する、射出成形機のための噴射ユニットの場合、本発明によれば、駆動モータに対する出力要求と、ストローク運動のために必要な直線ガイドの負荷は、ロータが、可塑化スクリュと、ロータによって回転可能に駆動されるスピンドル伝動機構のギヤ要素（１７）と共にモータハウジングに対して相対的にストローク運動可能に配設されており、ステータ又はロータ側の磁極配設部の一方（６）が、他方（９）に比べて、ロータのストロークパスに応じて延長されていることによって明らかに低減される。
2005530630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータのロータとモータハウジングとの間で有効なスピンドル伝動機構を含めた調整すべき要素、特に可塑化スクリュのための電動シングルモータ駆動機構を有し、並びに回転駆動とストローク駆動との間でシングルモータ駆動機構を転換させるための選択的に操作される複数の切換要素を有する、特に射出成形機の噴射ユニットのための電動モータアクチュエータ（直線式及び回転式アクチュエータ）において、
ロータ（７）が、調整すべき要素、特に可塑化スクリュ（２）と、ロータによって回転可能に駆動されるスピンドル伝動機構（１６）のギヤ要素（１７）と共にモータハウジング（３）に対して相対的にストローク運動可能に配設されており、ステータ又はロータ側の磁極配設部の一方（６）が、他方（９）に比べて、ロータのストロークパスに応じて延長されていることを特徴とする電動モータアクチュエータ。
【請求項２】
ロータ（７）が、スピンドル伝動機構（１６）の付設されたギヤ要素（１７）と、また選択的に接続可能な第１の切換要素（２０）を介して調整すべき要素、特に可塑化スクリュ（２）と回転固定で結合されており、調整すべき要素、特に可塑化スクリュが、第２の切換要素（２１，２２）によって選択的に回転固定でロック可能であり、他方のギヤ要素（１８）が、軸方向に不動に、かつ可変に回転モーメントを伝達するように調整可能な第３の切換要素（２３，２４）を間入して回転可能にモータハウジング（３）に支承されていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータアクチュエータ。
【請求項３】
第１の切換要素が切換可能なクラッチ（２０）であり、第２の切換要素がワンウエイロック又はブレーキ（２１，２２）であり、そして第３の切換要素がブレーキ（２３，２４）であることを特徴とする請求項２に記載の電動モータアクチュエータ。
【請求項４】
電動モータ（４）、スピンドル伝動機構（１６）、及び調整すべき要素、特に可塑化スクリュ（２）が、互いに同軸に配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動モータアクチュエータ。
【請求項５】
ステータ側の磁極配設部（６）が、ロータ側の磁極配設部（９）と比べて軸方向に延長されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電動モータアクチュエータ。
【請求項６】
ロータ（７）が、ロータ内部空間に係合するスピンドル伝動機構（１６）を有する中空軸ロータとして形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電動モータアクチュエータ。
【請求項７】
ロータ側のギヤ要素がスピンドルナット（１７）であり、ハウジング側のギヤ要素がスピンドル伝動機構（１６）のスピンドル軸（１８）であることを特徴とする請求項６に記載の電動モータアクチュエータ。
【請求項８】
可塑化スクリュのストローク及び回転運動のための請求項１〜７のいずれか１つに記載の電動モータアクチュエータを有する射出成形機のための噴射ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求項１の上位概念による、電動モータアクチュエータともいう電動モータによって操作される直線式及び回転式アクチュエータに関する。本発明の好ましい応用分野は、特に噴射ユニットの可塑化スクリュのために設けられているような、射出成形機における直線式及び回転式アクチュエータである。
【背景技術】
【０００２】
ほぼ特許文献１から公知であるような、中空軸モータとその後に接続されたスピンドル伝動機構とから成る電動シングルモータ駆動機構を有するこの様式の直線式及び回転式アクチュエータを有する噴射ユニットの場合、スクリュの回転駆動とスクリュのストローク駆動との間で転換させるための切換装置は、３つのワンウエイクラッチから成り、その内の第１の２つのワンウエイクラッチは、可塑化スクリュの噴射ストロークが行なわれる場合にスクリュの逆転を防止するため、及びスピンドル伝動機構と電動モータを連結するために接続されているのに対し、第３のワンウエイクラッチは、電動モータを、可塑化段階で、その際に第１の２つのワンウエイクラッチが自由回転する場合に、直接可塑化スクリュと駆動可能に結合する。しかしながら、この様式のシングルモータ駆動機構の場合、可塑化工程の間にスクリュの対抗圧力を発生させるために、付加的な補助モータが必要とされ、特に噴射工程の場合、−スピンドルナットの切欠き部でもって−全ての駆動機構構成要素、即ちスピンドル軸、付属する軸受位置及びワンウエイクラッチを含めた２つの電動モータは、可塑化スクリュと共に、可塑化シリンダに対して相対的に軸方向に移動され、従って、運動及び支承されるマスは、非常に大きい。
【特許文献１】米国特許第５  ６４５  ８６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、シングルモータ駆動機構の出力要求が明らかに低減され、スクリュのストローク運動のために必要な軸受位置の目立った除荷が得られるように、冒頭で述べた様式の噴射ユニットを形成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、本発明によれば、特許請求項１に記載された特徴を有する電動モータアクチュエータによって解決される。
【０００５】
本発明による直線式及び回転式アクチュエータの場合、本質的に電動モータのロータだけが、スクリュ側のロータ支承部とロータによって回転可能に駆動されるギヤ要素と共に可塑化スクリュの噴射ストロークの際に軸方向に移動されるのに対し、シングルモータ駆動機構の主なマスは、即ちステータ及びハウジング側の支承位置を含めた全モータハウジングは、可塑化シリンダに対して相対的に静止しており、従って、直線的に運動させられかつ支承されるマスは、明らかに低減され、シングルモータ駆動機構に対する出力要求が著しく軽減され、軸方向に運動させられる駆動機構構成要素のための直線ガイドは、電動モータの応答モーメントから開放される。
【０００６】
好ましいことに、ロータは、スピンドル伝動機構の付設されたギヤ要素と、また選択的に接続可能な第１の切換要素を介して可塑化スクリュと回転固定で結合されているのに対し、可塑化スクリュは、第２の切換要素によって選択的に回転固定でロック可能であり、スピンドル伝動機構の他方のギヤ要素は、軸方向に不動に、かつ可変に回転モーメントを伝達するように調整可能な第３の切換要素を間入して回転可能にモータハウジングに支承されている。モータハウジングに対して、従って可塑化スクリュに対しても相対的に軸方向に不動のこの第３の切換要素の配設によって、スクリュがストロークする際に直線的に運動させられるマスが、更に軽減され、その際、本発明の特に好ましい形成は、第１の切換要素が切換え可能なクラッチであり、第２の切換要素がワンウエイロック又はブレーキであり、そして第３の切換要素が調整可能なブレーキである点にある。これにより、シングルモータ駆動機構を回転方向を逆にすることなくスクリュのストロークモードとスクリュの回転モードとの間で切り換え、スクリュの対抗圧力を付加的な駆動モータを省略して単独で第２の切換要素を相応にブレーキ操作することによって調節することが可能である。電動モータ、スピンドル伝動機構及び可塑化スクリュを互いに同軸に配設することによって、特に省スペースの構造様式を得ることができ、同時に、さもなければ偏心して配設される場合に必要な摩耗し易いトランスミッションの、即ちほぼベルトの伝動機構を省略することができる。同様に、簡潔な構造様式の理由から、ロータは、ロータ内部空間に係合するスピンドル伝動機構を有する中空軸ロータとして形成されていてもよい。最終的に、質量慣性力の更なる軽減に鑑み、ステータ側の磁極配設部をロータ側の磁極配設部に比べて軸方向に長く形成し、スピンドルナットを回転固定でロータと結合することが推奨されるのに対し、スピンドル伝動機構のスピンドル軸は、軸方向に不動にモータハウジングに配設される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を、図面に関連した実施例を基にして詳細に説明する。
【０００８】
本発明は、以下で射出成形機の噴射ユニットを基にして詳細に説明されるべきである。電動モータアクチュエータによって調整すべき要素は、この場合、可塑化スクリュである。しかしながらまた、本発明による直線式及び回転式アクチュエータは、組み合わされた直線及び回転運動が望まれている技術の他の領域にも使用することができる。
【０００９】
各図は、それ以外は詳細には図示されてない射出成形機の可塑化シリンダ１とその内部に支承される可塑化スクリュ２の後の部分を示す。可塑化シリンダ１とは、全体を４で表示したシングルモータ駆動機構のハウジング３が不動に結合されており、このシングルモータ駆動機構は、電気的に励磁される磁極配設部６を有するハウジングに固定のステータ５、並びに磁極配設部６と空隙８を介して磁気的に連結される磁極配設部９を有する中空軸ロータ７を包含する。ロータ７は、中空軸ジャーナル１０及び支持ブリッジ１１を介して、ロータ７及び可塑化スクリュ２の回転軸に対して軸平行な、可塑化シリンダ１とモータハウジング３との間に延在する直線ガイド１２には、モータハウジング３及び可塑化シリンダ１に対して相対的に軸方向に可動に、支持ブリッジ１１には転がり軸受１３を介して回転可能に支承されている。
【００１０】
可塑化スクリュ２は、軸ジャーナル１４と不動に結合されており、この軸ジャーナル及びスラスト／ラジアル軸受セット１５を介して軸方向に移動固定で、しかしながら回転可能に中空軸ジャーナル１０と、従ってロータ７とも連結されている。
【００１１】
中空軸ロータ７の内部空間には、回転固定でロータ７と結合されたスピンドルナット１７と、別のスラスト／ラジアル軸受セット１９を介して軸方向に不動にモータハウジング３に回転支承されているスピンドル軸１８とから成るボールスピンドル伝動機構１６が存在する。
【００１２】
噴射段階のスクリュストローク駆動と可塑化段階のスクリュ回転駆動との間のシングルモータ駆動機構４の転換は、選択的に操作される３つの切換要素によって、即ち、ロータ７と軸ジャーナル１４との間の選択的に接続可能なクラッチ２０の形の第１の切換要素、可塑化スクリュ１の逆転を防止するワンウエイクラッチ又は回転固定で軸ジャーナル１４に固定された付属のブレーキディスク２２を有するブレーキ２１の形の第２の切換要素、及びスピンドル軸１８に固定されたブレーキディスク２３と協働する調整可能なブレーキ２４の形の第３の切換要素によって行なわれる。
【００１３】
噴射ユニットの図２に示された後退ストローク位置から出発して、噴射工程は、ブレーキ２１及び２４が操作され、これにより可塑化スクリュ２が支持ブリッジ１１に、またネジ付きスピンドル１８がモータハウジング３に回転固定でロックされるのに対し、クラッチ２０が解除されることによって導入される。ロータ７は、スピンドルナット１７を回転させ、従って、ロータは、軸方向に前方に向かって移動し、これにより、支持ブリッジ１１によって案内されて、可塑化スクリュ２が前方に向かって移動され、この可塑化スクリュが回転することはない。噴射ストロークの終了時に、噴射ユニットは、図１に図示された送り位置に存在する。ステータ側の磁極配設部６は、示したように、ロータ７のストロークパスに応じてロータ側の磁極配設部９よりも長く形成されているので、ロータ７の全ストローク領域の間、同じ大きさの磁気的な連結が得られる。
【００１４】
可塑化段階では、可塑化スクリュ２が、回転方向に駆動され、可塑化されかつ（示されてない）スクリュ次室に送られる材料によって軸方向に後に向かって移動され、その際、一定の抗力（背圧）が加えられなければならない。この目的のため、図１による送り位置から出発して、ブレーキ２１が解除され、クラッチ２０が接続され、従って、ロータ７が、可塑化スクリュ２を必要な可塑化回転数で駆動する。ブレーキ２４は、ネジ付きスピンドル１８がロータ７とほぼ同じ回転数で回転するように調整される。回転数差から、還流速度が、もしくは制動力から、可塑化スクリュ２の背圧が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】著しく概略的な図に、可塑化スクリュの後退ストローク位置にある本発明による噴射ユニットの縦断面図を示す。
【図２】著しく概略的な図に、可塑化スクリュの送り位置にある図１に応じた図を示す。
【符号の説明】
【００１６】
１      可塑化シリンダ
２      可塑化スクリュ
３      ハウジング
４      シングルモータ駆動機構
５      ステータ
６      磁極配設部
７      中空軸ロータ
８      空隙
９      磁極配設部
１０    中空軸ジャーナル
１１    支持ブリッジ
１２    直線ガイド
１３    転がり軸受
１４    軸ジャーナル
１５    スラスト／ラジアル軸受セット
１６    ボールスピンドル伝動機構
１７    スピンドルナット
１８    スピンドル軸
１９    スラスト／ラジアル軸受セット
２０    クラッチ
２１    ブレーキ
２２    ブレーキディスク
２３    ブレーキディスク
２４    ブレーキ
【図１】
2005530630.tif 000003
【図２】
2005530630.tif 000004
【国際調査報告】
2005530630.tif 000005
2005530630.tif 000006
2005530630.tif 000007
2005530630.tif 000008