(57)【要約】【課題】射出動作に必要な直線往復運動を円滑になすことのできるリニアモータを備えた電動射出成形機を提供する。【解決手段】駆動源にリニアモータ５２を用いる電動射出成形機において、リニアモータ５２は、磁界発生用のコイル７０を含む固定側部材７１と、磁石７２を含む可動側部材７３と、可動側部材７３の直線運動を案内するリニアガイド機構７４とを備えている。リニアガイド機構７４は、ベース部材６４上に設けられたレール８０と、レール８０に沿って直線運動をなすキャリッジ８１を有している。レール８０はコイル８０の軸線方向に延びている。リニアガイド機構７４によって、可動側部材７３がベース４２上に支持されている。磁石７２は、非磁性材料からなる支持板７８上に搭載されている。レール８０とキャリッジ８１は、支持板７８の下面側に設けられている。【選択図】　　図３
2004009704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出動作の駆動源としてのリニアモータを備えた電動射出成形機において、
前記リニアモータは、
磁界発生用のコイルと、
前記コイルに電流を供給したとき該コイルの軸線方向に相対的に移動する磁石と、
前記コイルまたは磁石の一方を含む固定側部材と、
前記コイルまたは磁石の他方を含む可動側部材と、
ベース部材上に設けられ、前記コイルの軸線方向に延びるレールおよび該レールに沿って直線運動をなすキャリッジを有するリニアガイド機構であって、前記可動側部材を支持するとともに該可動側部材が前記コイルの軸線方向に移動するよう該可動側部材を案内するリニアガイド機構と、
を具備したことを特徴とする電動射出成形機。
【請求項２】
前記可動側部材は、非磁性材料からなる支持板と、該支持板上に搭載された前記磁石と、該支持板の下面側に取付けられた前記キャリッジとを含むことを特徴とする請求項１記載の電動射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リニアモータを用いた電動射出成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動射出成形機の駆動源として、リニアモータを使用することが考えられている。例えば図７に示す同期形リニアモータ１は、コイルアセンブリ３と、コイルアセンブリ３に沿うガイドバー４と、ガイドバー４に沿って直線運動する磁石５を含む可動子６などを備えている。コイルアセンブリ３は、互いに独立した多数のコイル３ａを、矢印Ａで示す方向に所定ピッチで配置することによって、面状に構成されている。
【０００３】
上記リニアモータ１の可動子６は、コイル３ａに電流を供給した時に発生する磁界に基いて、矢印Ａ方向に直線運動することができる。従って可動子６を射出成形機のスクリューの基部に連結し、可動子６の上記直線運動をスクリューに伝えることにより、スクリューを軸線方向に移動させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の同期形リニアモータ１をはじめとして、従来のリニアモータを駆動源とする電動射出成形機は、可動子６などの可動側部材の直線運動を円滑に案内することが重要である。とりわけ射出動作の高速化を図る場合には、可動側部材が円滑に直線運動することができなければならない。
【０００５】
従来の射出成形機において、例えば図７に示すように可動子６が移動する方向に延びるガイドバー４を設けるとともに、このガイドバー４にブッシュ７をスライド自在に嵌合させ、ガイドバー４とブッシュ７によって可動子６の直線運動を案内させることが考えられた。
【０００６】
しかし、ガイドバー４とブッシュ７との間には、不可避的に隙間が存在するため、リニアモータ１の作動時に、コイル３ａと磁石５との磁気吸引力によって、リニアモータ１の可動子６が振れることがあり、振動が発生するばかりか、ガイドバー４とブッシュ７との間に大きな摩擦力が発生することがあるなど、射出動作を円滑に行う上で障害になる可能性があった。また、耐久性に関して寿命が短いという問題、および高精度の位置決めを行いにくいという問題もある。
【０００７】
従ってこの発明の目的は、リニアモータによる射出動作等を円滑にすることができる電動射出成形機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は射出動作の駆動源としてのリニアモータを備えた電動射出成形機において、前記リニアモータは、磁界発生用のコイルと、前記コイルに電流を供給したとき該コイルの軸線方向に相対的に移動する磁石と、前記コイルまたは磁石の一方を含む固定側部材と、前記コイルまたは磁石の他方を含む可動側部材と、ベース部材上に設けられ、前記コイルの軸線方向に延びるレールおよび該レールに沿って直線運動をなすキャリッジを有するリニアガイド機構であって、前記可動側部材を支持するとともに該可動側部材が前記コイルの軸線方向に移動するよう該可動側部材を案内するリニアガイド機構と、を具備している。
【０００９】
この発明の好ましい形態では、前記可動側部材は、非磁性材料からなる支持板と、該支持板上に搭載された前記磁石と、該支持板の下面側に取付けられた前記キャリッジとを含んでいる。この明細書で言う磁石は、一般的には永久磁石であるが、電磁石であってもよい。
【００１０】
本発明は、合成樹脂製品用の射出成形機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成形機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成形機に適用することもできる。
【００１１】
【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〜図６を参照して説明する。
図１に示す電動射出成形機２０は、図１中の右側に位置する射出装置２１と、図１中の左側に位置する型締装置２２とを備えている。
【００１２】
型締装置２２は、固定プラテン２５と、可動プラテン２６と、可動プラテン２６をタイバー２７に沿って移動させる駆動機構２８（一部のみ図示する）などを備えている。固定プラテン２５に固定側金型３０（図２に示す）が取付けられ、可動プラテン２６に移動側金型３１（図２に示す）が取付けられる。
【００１３】
図２に示すように、固定ベース４０上に射出装置２１が設けられている。この射出装置２１は、固定ベース４０上に設けたガイドレール４１に沿って往復移動可能なスライドベース４２を有し、射出成形機２０の前後方向（図２中に矢印Ｘで示す軸線方向）に移動することができるようになっている。
【００１４】
射出装置２１は、枠構造体５０と、バレル５１と、射出動作の駆動源として機能するボイスコイル形リニアモータ５２と、スクリュー回転機構５３などを含んでいる。バレル５１にスクリュー５４が収容されている。ボイスコイル形リニアモータ５２と、下記サブフレーム６０およびリニアガイド機構７４などにより、駆動ユニット５５が構成されている。
【００１５】
スライドベース４２上に、枠構造体５０と、サブフレーム６０が固定されている。サブフレーム６０はボルト等の固定用部品６１によってメインフレーム４２に固定されている。このサブフレーム６０は、前側のスタンド部材６２と、後側のスタンド部材６３を備えている。これらのスタンド部材６２，６３の下部は、水平方向に延びるベース部材６４によって互いに連結されている。
【００１６】
枠構造体５０は、バレル５１の基部を支持する第１の部分６５と、リニアモータ５２側に結合される第２の部分６６と、これら第１の部分６５と第２の部分６６のそれぞれの両側部をつなぐ左右一対の連結壁６７，６８と、底壁６９などを有している。これら第１および第２の部分６５，６６と、連結壁６７，６８と、底壁６９とが、鋳造によって互いに一体に成形され、全体として有底箱形に構成されている。
【００１７】
ボイスコイル形のリニアモータ５２は、複数の電磁コイル７０を含む固定側部材７１と、コイル７０が発生する磁界によって前記Ｘ方向に駆動される複数個の永久磁石７２を含む可動側部材７３を備えている。この明細書で言う固定側部材７１は、コイル７０と下記ヨーク８７などからなり、スタンド部材６２，６３を介してベース４２上に固定されている。これらのコイル７０は、スタンド部材６２，６３間に互いに平行に設けられている。
【００１８】
リニアモータ５２の可動側部材７３は、ベース部材６４上に設けられているリニアガイド機構７４によって、スタンド部材６２，６３間を往復移動するようになっている。この可動側部材７３は、磁石７２を挟んで前後両側に設けた連結プレート７５，７６と、前側に位置する磁石７２と後側に位置する磁石７２との間に設けた非磁性材料からなるスペーサ７７と、水平方向に延びる支持板７８などを含んでいる。図４等に示すように、磁石７２と、連結プレート７５，７６と、スペーサ７７とは、連結ロッド７９によって互いに締結されている。
【００１９】
支持板７８は、例えばアルミニウム合金等の非磁性金属あるいはＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの非磁性材料からなる。この支持板７８上に、前記磁石７２とスペーサ７７が搭載されている。
【００２０】
リニアガイド機構７４は、ベース部材６４上に設けられたレール８０と、このレール８０に沿って摺動する複数組のキャリッジ８１などによって構成されている。キャリッジ８１は、支持板７８の下面に取付けられている。レール８０は、一般的には熱処理された鋼などの磁性材料からなるが、場合によってはステンレス鋼などの非磁性材料が使われてもよい。
【００２１】
図６にリニアガイド機構７４の一例を示すように、キャリッジ８１の内部に複数の転動体８２が軌道溝８３内に収容されており、転動体８２が軌道溝８３を無限循環することにより、キャリッジ８１がレール８０の軸線方向に円滑に移動することができるようになっている。
【００２２】
転動体８２は、与圧を与えた状態でレール８０に接しているため、レール８０とキャリッジ８１との間に「がた」は生じない。キャリッジ８１と転動体８２は例えば熱処理された鋼などの磁性材料からなるが、場合によってはセラミックスなどの非磁性材料が使われてもよい。
【００２３】
前側の連結プレート７５にリニアモータ５２の出力軸８５が接続されている。この出力軸８５は、後述するシャフト９０を介して、スクリュー５４に接続されるようになっている。後側のスタンド部材６３に連通口８６が形成されている。この連通口８６に、冷却用配管Ｐ（図３に示す）などの配管類、あるいはケーブル等を通してもよい。冷却用配管Ｐは、リニアモータ５２の発熱部分（例えばコイル７０や鉄芯等）を冷却するための冷媒を流通させる循環流路を構成し、リニアモータ５２の外部に設置した冷却装置と被冷却部との間で冷媒を循環させる機能を担っている。
【００２４】
ボイスコイル形リニアモータ５２の各コイル７０は、図５に模式的に示すように導線７０ａを巻回することによって筒形に構成され、コイル７０の内側に鉄芯（ヨーク８７）が設けられている。コイル７０の外周側に磁石７２が設けられている。磁石７２を含む可動側部材７３は、コイル７０に電流を供給したときに発生する磁界に基いて、コイル７０の軸線Ｃ方向に相対移動する。
【００２５】
コイル７０は電源ケーブル７０ｂを介して電流供給装置７０ｃに接続される。電源ケーブル７０ｂの断線を防ぐには、この実施形態のようにコイル７０を固定側とし、磁石７２を可動側とすることが望ましい。電源ケーブル７０ｂが無理なく移動できるような対策をとれば、コイル７０とヨーク８７を移動側とし、磁石７２を固定側としてもよい。電源ケーブル７０ｂは、スタンド部材６３に設けた連通口８６または連通口８６以外の孔を通して外部に引き出されている。
【００２６】
なお、コイル７０の内側に磁石を設け、コイル７０の外側にヨークを設けてもよい。また、コイル７０は角筒であってもよい。磁石７２の形状等についても任意であり、必要に応じて適宜形状のものを使用すればよい。このリニアモータ５２は直流電流形リニアモータである。
【００２７】
バレル５１の基部付近に、射出成形品の材料である樹脂を供給するホッパ８８が設けられている。このホッパ８８は、枠構造体５０の第１の部分６５に取付けられている。バレル５１には樹脂を加熱し溶融させるためのヒータ（図示せず）が付属している。
【００２８】
スクリュー回転機構５３は、スクリュー５４が接続されるシャフト９０と、シャフト９０に嵌合するスリーブ部材９１と、スリーブ部材９１を回転させるためのモータ９２と、第１のベアリング部９３と、第２のベアリング部９４などを含んでいる。
【００２９】
さらに詳しくは、図３に模式的に示すように、シャフト９０の外周部に軸線方向に沿うスプライン部９５が形成されている。このスプライン部９５にスリーブ部材９１が嵌合することにより、スリーブ部材９１に対してシャフト９０が軸線方向に相対移動することができるとともに、シャフト９０とスリーブ部材９１が一体に回転することができるようになっている。
【００３０】
スリーブ部材９１は、第１のベアリング部９３によって、中間支持壁１００に回転自在に支持されている。中間支持壁１００は、枠構造体５０の底壁６９に固定されている。
【００３１】
枠構造体５０の上部にモータ支持部１０１が設けられており、このモータ支持部１０１に前記モータ９２が搭載されている。モータ９２の出力軸１０２に取付けた駆動側プーリ１０３と、スリーブ部材９１に取付けた従動側プーリ１０４との間に、ベルト等の動力伝達部材１０５が巻掛けられている。
【００３２】
このためモータ９２の出力軸１０２を回転させることにより、スリーブ部材９１を回転させることができる。スリーブ部材９１が回転すると、スプライン部９５に嵌合しているシャフト９０が回転するため、スクリュー５４が回転することになる。
【００３３】
シャフト９０の後端部は、第２のベアリング部９４を備えた連結機構１０６によって、リニアモータ５２の出力軸８５に接続されている。この連結機構１０６は、出力軸８５とシャフト９０を互いに連結するとともに、両者の回転方向の相対運動を許容する。すなわち、出力軸８５の軸線方向の直線運動をシャフト９０に伝達することができ、しかもシャフト９０の回転運動が出力軸８５に伝わらないようになっている。
【００３４】
バレル５１の先端部に形成されたノズル１１０は、固定プラテン２５に形成された孔１１１の中心線上に位置している。固定プラテン２５と枠構造体５０は、例えばボールねじ１１５とサーボモータ等を用いたノズルタッチ機構１１６によって互いに連結されている。
【００３５】
ノズルタッチ機構１１６を駆動することにより、固定プラテン２５に対して射出装置２１をガイドレール４１に沿って前進および後退させることができる。射出装置２１を所定位置まで前進させた状態において、ノズル１１０の先端が固定側金型３０の注入ポート３０ａに当接する。
【００３６】
次に、上記構成の射出成形機２０の動作について説明する。
型締装置２２によって金型３０，３１を閉じ、ノズルタッチ機構１１６によって射出装置２１を固定プラテン２５に向かって前進させることにより、ノズル１１０の先端を固定側金型３０の注入ポート３０ａに当接させる。
【００３７】
そしてリニアモータ５２のコイル７０に電流を供給することにより、図３に模式的に示すようにリニアモータ５２の可動側部材７３を前進させる。可動側部材７３が前進すると、出力軸８５を介してシャフト９０が前進し、さらにスクリュー５４が前進することにより、バレル５１内の予め計量されていた溶融樹脂が、スクリュー５４によってノズル１１０の先端から押し出され、金型３０，３１に充填される。
【００３８】
次いで、スクリュー回転用モータ９２によってシャフト９０を回転させることにより、スクリュー５４を回転させる。これにより、溶融樹脂をバレル５１の先端側に送りながら混練するとともに、溶融樹脂の計量を行う。金型３０，３１内に射出された樹脂が冷却されたのち、金型３０，３１を開き、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。
【００３９】
この射出成形機２０は、リニアモータ５２の高速直線運動を、リニアガイド機構７４によって円滑に案内することができる。しかも磁石７２とリニアガイド機構７４との間に、非磁性材料からなる支持板７８が設けられているため、磁石７２とリニアガイド機構７４との間に磁気遮蔽に必要な距離を確保することができる。このことにより、コイル７０および磁石７２が発生する磁束が、レール８０やキャリッジ８１側に漏れることによる推力の低下を抑制することができる。
【００４０】
枠構造体５０は箱形の一体成形品（例えば鋳造品）であるから、前後方向の引張り荷重に対して大きな耐力を有するのは勿論のこと、上下方向および左右方向に大きな剛性を発揮することができる。このため、リニアモータ５２によってスクリュー５４が高速で直線運動を行っても、枠構造体５０が振動したり変形したりすることを抑制できる。
【００４１】
また、剛性の大きな枠構造体５０に設けたモータ支持部１０１に、スクリュー回転用のモータ９２が固定されており、スプライン部９５を介してシャフト９０とスリーブ部材９１とが互いに嵌合している。この構造によれば、リニアモータ５２によってスクリュー５４が軸線方向に直線運動させられる際に、モータ９２自身は直線運動することなくモータ支持部１０１上に止まっている。
【００４２】
このため、スクリュー５４と一体に直線運動する可動側質量（慣性マス）を小さくすることができ、リニアモータ５２による直線往復運動を、より高速化することが可能である。
以上の理由から、射出動作がすこぶる円滑であり、射出成形に要するサイクルタイムを短縮することが可能となった。
【００４３】
なお本発明を実施するに当たって、リニアモータやリニアガイド機構等の本発明の構成要素を、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変形して実施できることは言うまでもない。この発明に係るリニアモータは、スクリューを軸線方向に動かす駆動機構以外に、例えば型締装置の駆動機構、あるいは製品を押出すためのエジェクタ機構などの直線往復運動をなす駆動源に用いることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の電動射出成形機によれば、射出成形時に発生するコイルと磁石の磁気吸引力による可動側部材の振動や騒音の発生が抑制され、リニアモータを駆動源とする円滑な直線運動によって所望の射出成形動作を行うことができる。
【００４５】
本発明において、非磁性材料からなる支持板を用いた場合には、リニアモータの推力がリニアガイド機構によって影響を受けることが抑制され、推力が低下するなどの問題を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す電動射出成形機の斜視図。
【図２】図１に示された射出成形機の一部の軸線方向に沿う断面図。
【図３】図１に示された射出成形機のスクリューが前進した状態を模式的に示す断面図。
【図４】図１に示された射出成形機のリニアモータの斜視図。
【図５】図４に示されたリニアモータの一部を模式的に示す斜視図。
【図６】図４に示されたリニアモータに使われるリニアガイド機構の一部の斜視図。
【図７】従来の同期形リニアモータの斜視図。
【符号の説明】
２０…電動射出成形機
５２…リニアモータ
６４…ベース部材
７０…コイル
７１…固定側部材
７２…磁石
７３…可動側部材
７４…リニアガイド機構
７８…支持板
８０…レール
８１…キャリッジ
【図１】
2004009704.tif 000003
【図２】
2004009704.tif 000004
【図３】
2004009704.tif 000005
【図４】
2004009704.tif 000006
【図５】
2004009704.tif 000007
【図６】
2004009704.tif 000008
【図７】
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