(57)【要約】【課題】コイルの発熱による不具合を防止できる射出成形機を提供する。【解決手段】電動射出成形機２０は、スクリューを収容するバレル５１と、スクリューを軸線方向に移動させるボイスコイル形リニアモータ５２などを備えている。ボイスコイル形リニアモータ５２は、コイル８０と、コイル８０に沿って設けられたヨークと、コイル８０に対し軸線方向に移動可能な磁石８２とを有している。そしてこの電動射出成形機２０は、コイル８０を冷却する冷却手段として、ヨークに設けた冷媒流路と、冷却装置１２３とを備えている。コイル８０あるいは冷却媒体に関する温度を検出し、その検出温度に基いて冷却媒体の制御がなされる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形に形成された磁界発生用のコイルと、
前記コイルに沿って設けられたヨークと、
前記コイルの軸線方向に相対移動可能な磁石と、
前記コイルを冷却する冷却手段と、
を具備したことを特徴とするボイスコイル形リニアモータ。
【請求項２】
スクリューを収容するバレルと、
前記スクリューを軸線方向に移動させるリニアモータを駆動源とする駆動部とを有し、
前記リニアモータは、
筒形に形成された磁界発生用のコイルと、
前記コイルに沿って設けられたヨークと、
前記コイルの軸線方向に相対移動可能な磁石と、
を具備したボイスコイル形リニアモータであり、かつ、
前記コイルを冷却する冷却手段を具備したことを特徴とする電動射出成形機。
【請求項３】
前記コイルまたは前記冷却手段の冷却媒体に関する温度を検出する温度センサと、該温度センサの検出温度に基いて前記冷却媒体を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする請求項２記載の電動射出成形機。
【請求項４】
前記磁石に、冷却媒体を流通させる冷却ジャケットが設けられていることを特徴とする請求項２または３記載の電動射出成形機。
【請求項５】
前記冷却手段がペルティエ素子を有する電子冷却装置であることを特徴とする請求項１に記載のボイスコイル形リニアモータ。
【請求項６】
前記冷却手段がペルティエ素子を有する電子冷却装置であることを特徴とする請求項２に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、リニアモータと、この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】
電動射出成形機の射出動作の駆動源として、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１０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に沿うガイド部材４と、ガイド部材４に沿って直線運動するマグネット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、使用状況によっては、コイルの発熱が問題になることがある。
【０００５】
従来の同期形リニアモータは、各コイルごとに冷却媒体の流入用配管と流出用配管が必要であるとか、各コイルと冷却媒体との十分な接触面積を確保することが難しいなど、コイルが発熱しやすい状況にあった。
【０００６】
コイルが激しく発熱した状態で射出成形機の使用を継続した場合、コイルが断線したり、絶縁不良が生じる可能性がある。また、発熱によってリニアモータの推力が低下する可能性もあり、磁石が減磁してしまうことも考えられる。
【０００７】
しかもリニアモータの近傍には位置測定用のリニアスケールなどの精密な測定機器が配置されることがあるため、これらの精密機器への熱の影響も懸念されるなど、従来のリニアモータを駆動源とする射出成形機では、コイル発熱によるトラブルの発生の予防が困難であった。
【０００８】
従ってこの発明の目的は、コイル発熱によるトラブルを防ぐことのできるリニアモータと、リニアモータを用いた電動射出成形機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のボイスコイル形リニアモータは、筒形に形成された磁界発生用のコイルと、前記コイルに沿って設けられたヨークと、前記コイルの軸線方向に相対移動可能な磁石と、前記コイルを冷却する冷却手段とを具備している。冷却手段としては、例えばヨークに形成された冷媒流路に、液体あるいは気体の冷却媒体を流すことにより、ヨークを冷却するとともに、コイルの冷却を行う。
【００１０】
この明細書で言うボイスコイル形リニアモータとは、筒形に巻かれた巻線によって構成される筒状のコイルと、コイルの軸線方向に沿ってコイルの内側または外側に配されたヨーク（鉄芯）と、前記コイルが発生する磁界によってコイルの軸線方向に相対的に移動する磁石とを有するリニアモータである。ここ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。
【００１１】
本発明の電動射出成形機は、スクリューを収容するバレルと、前記スクリューを軸線方向に移動させるための前記ボイスコイル形リニアモータを具備し、このボイスコイル形リニアモータに、コイルを冷却するための冷却手段が設けられている。
【００１２】
本発明の好ましい形態では、前記コイルまたは前記冷却手段の冷却媒体に関する温度を検出する温度センサと、該温度センサの検出温度に基いて前記冷却媒体を制御する制御装置とを備えている。また前記磁石に冷却媒体を流通させる冷却ジャケットを設けることにより、磁石側も冷却できるようにしてもよい。前記冷却手段がペルティエ素子と放熱フィン等を有する電子冷却装置であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態について、図１〜図７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。
【００１４】
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が取付けられる。
【００１５】
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。
【００１６】
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については、後に詳しく説明する。
スライドベース４２上に、枠構造体５０と、前スタンド６２と後スタンド６３が固定されている。
【００１７】
枠構造体５０は、バレル５１の基部を支持する第１の部分７１と、リニアモータ５２側に結合される第２の部分７２と、これら第１の部分７１と第２の部分７２のそれぞれの両側部をつなぐ左右一対の連結壁７３，７４と、底壁７５などを有し、これら第１および第２の部分７１，７２と、連結壁７３，７４と、底壁７５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。
【００１８】
ボイスコイル形のリニアモータ５２は、前記スタンド６２，６３間に互いに平行に設けられた複数の電磁コイル８０を含む固定側部材８１と、コイル８０が発生する磁界によって前記Ｘ方向に駆動される永久磁石８２を含む可動側部材８３を備えている。
【００１９】
リニアモータ５２の可動側部材８３は、スライドベース４２上に設けられたガイド部材８４に沿って、スタンド６２，６３間を往復移動することができる。可動側部材８３の一部である連結プレート８５に、出力軸８６が接続されている。
【００２０】
ボイスコイル形リニアモータ５２の各コイル８０は、図４に模式的に示すように導線８０ａを巻回することによって筒形に構成され、コイル８０の内側に鉄芯（ヨーク８７）が設けられている。コイル８０の外周側に磁石８２が設けられている。磁石８２を含む可動側部材８３は、コイル８０に電流を供給したときに発生する磁界に基いて、コイル８０の軸線Ｃ方向に相対移動する。
【００２１】
コイル８０は電源ケーブル８０ｂを介して電流供給装置８９に接続される。導電ケーブル８０ｂの断線を防ぐためには、この実施形態のようにコイル８０を固定側とし、磁石８２を可動側とすることが望ましいが、導電ケーブル８０ｂが無理なく移動できるような対策をとれば、コイル８０とヨーク８７を移動側とし、磁石８２を固定側としてもよい。
【００２２】
なお、コイル８０の内側に磁石を設け、コイル８０の外側にヨークを設けてもよい。また、コイル８０は角筒であってもよい。磁石８２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。
【００２３】
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７１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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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７５に固定されている。
【００２７】
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。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。
【００２８】
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８６に接続されている。この連結機構１０６は、出力軸８６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８６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８６に伝わらないようになっている。
【００２９】
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。
【００３０】
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に当接される。
【００３１】
図５から図７に示すように、ボイスコイル形リニアモータ５２は、コイル８０の冷却手段として、ヨーク８７に形成された冷媒流路１２０，１２１を有している。コイル８０が発生する熱はヨーク８７の外周側に作用するから、冷却効率を高めるために、ヨーク８７の外周側に流入側の冷媒流路１２０が形成され、ヨーク８７の中心寄りに戻り側の冷媒流路１２１が形成されている。
【００３２】
これらの冷媒流路１２０，１２１は、冷媒配管１２２を介して冷却装置１２３に接続されている。冷媒流路１２０，１２１と冷媒配管１２２および冷却装置１２３等は、本発明で言う冷却手段を構成している。冷却媒体は、液体に限らず、気体や気液混合体であってもよい。図７に示す流入側の冷媒流路１２０は、戻り側の冷媒流路１２１よりも流路断面積が大きいが、各冷媒流路１２０，１２１の流路断面積は互いに同一であってもよい。
【００３３】
図５に示すように、コイル８０の温度を検出するために温度センサ１３０が設けられている。温度センサ１３０によって検出される温度に関する信号は、制御装置１３１に出力される。制御装置１３１は、冷却媒体の温度が予め設定された範囲に維持されるように、冷却装置１２３の制御を行う。すなわち、温度センサ１３０によってコイル８０の近傍温度を測定し、冷却装置１２３を管理する。なお、コイル８０の近傍の温度を検出する代わりに、冷却媒体の温度を検出することにより、コイル８０の温度を推定してもよい。
【００３４】
ヨーク８７の内部において、冷却媒体は図６中に矢印Ｑ１，Ｑ２で示す方向に流れる。この冷却媒体は冷却装置１２３によって温度管理がなされ、温度管理された冷却媒体が冷媒流路１２０，１２１を流れることによって、コイル８０が積極的に冷却され、コイル８０およびその周囲をほぼ一定の温度に保つことができる。
【００３５】
また、冷却媒体の温度を監視するセンサを設けることにより、射出成形機２０の異常を感知することも可能である。異常が感知されたとき、射出成形機２０の制御系にアラーム（警報）を出したり、射出成形機２０の動作を停止させることもできる。
【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８０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８３を前進させる。可動側部材８３が前進すると、出力軸８６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】
金型３０，３１内に射出された樹脂が冷却されたのち、リニアモータ５２の可動側部材８３を後退させることにより、スクリュー５４が所定量後退する。さらにモータ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、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。そして金型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、枠構造体５０が箱形の一体成形品（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。
【００４０】
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。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。
【００４１】
以上の理由から、射出成形に要するサイクルタイムを、より短縮することが可能となる。また、鋳造等による一体の枠構造体５０を採用したことにより、枠構造体５０を構成する部品数が少なくてすむ。
【００４２】
この実施形態のボイスコイル形リニアモータ５２において、コイル８０の内側を流れる冷却媒体は、冷却装置１２３によって温度管理がなされ、温度管理された冷却媒体が冷媒流路１２０，１２１を流れることで、コイル８０が冷却され、コイル８０およびその周囲がほぼ一定の所望温度に保たれる。これにより、コイル８０の過熱による断線あるいは推力の低下、磁石８２の減磁等のトラブル発生を未然に防ぐことができる。
【００４３】
また、コイル８０の温度上昇を抑えることで、コイル８０近傍の温度上昇も抑制することができ、その結果、コイル８０の近傍に配置されている各種機器への高温の影響を回避することができる。
【００４４】
図８は本発明の第２の実施形態の射出成形機におけるボイスコイル形リニアモータ５２´を示している。このボイスコイル形リニアモータ５２´は、磁石８２の内面側に冷却ジャケット１４０を設けることにより、コイル８０の発熱の影響を受ける磁石８２も冷却することができるようになっている。
【００４５】
冷却ジャケット１４０に冷媒配管１４１が接続され、冷却装置１２３によって冷却された冷却媒体が、冷却ジャケット１４０の冷媒流路１４２を流れることにより、磁石８２が積極的に冷却される。それ以外の構成と作用について、この第２の実施形態は、第１の実施形態の射出装置２１と同様に構成されているため、両者に共通の部位に共通の符号を付して説明は省略する。
【００４６】
図９は本発明の第３の実施形態の射出成形機におけるボイスコイル形リニアモータ５２を示している。このボイスコイル形リニアモータ５２は、電子冷却装置２００を備えている。電子冷却装置２００はペルティエ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ　ｅｆｆｅｃｔ）を有するペルティエ素子２０１と、ペルティエ素子２０１を冷却する放熱フィン２０２と、ペルティエ素子２０１に供給する直流電流を制御するためのコントローラ２０３などを含んでいる。
【００４７】
各ペルティエ素子２０１の低温側となる面が、それぞれ磁石８２とヨーク８７に取付けられている。各ペルティエ素子２０１の高温側となる面に、それぞれ放熱フィン２０２が設けられている。これらのペルティエ素子２０１に、直流電源２０４から電流が供給されると、ペルティエ効果によって磁石８２とヨーク８７が冷却される。この電流をコントローラ２０３によって制御することにより、ボイスコイル形リニアモータ５２の温度管理を行なうことができる。それ以外の構成と作用について、この第３の実施形態は、第１の実施形態の射出装置２１と同様に構成されているため、両者に共通の部位に共通の符号を付して説明は省略する。
【００４８】
なお本発明を実施するに当たって、ボイスコイル形リニアモータ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。また本発明は、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、金属製品用の射出成形機に適用することもできる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１に記載したボイスコイル形リニアモータによれば、コイルが過熱することによる不具合を防止することができる。
請求項２に記載した電動射出成形機によれば、ボイスコイル形リニアモータの発熱によって不具合が生じることを未然に防ぐことができる。
【００５０】
請求項３に記載した発明によれば、コイルの発熱状況に応じて冷却媒体を制御することができ、コイル等の過熱をさらに効果的に防止することができる。
請求項４に記載した発明によれば、磁石側も冷却することができ、コイルの発熱の影響が磁石に及ぶことを防止できる。
【００５１】
本発明において、冷却手段としてペルティエ素子と放熱フィンを備えた電子冷却装置を採用した場合、リニアモータの温度制御を電気的に行なうことができるため温度制御が容易であり、かつ、冷却媒体に流体を用いる場合と比較して冷却装置をコンパクトに構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の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】ボイスコイル形リニアモータの一部を模式的に示す斜視図。
【図５】図１に示された射出成形機のボイスコイル形リニアモータと冷却装置を示す断面図。
【図６】図５に示されたボイスコイル形リニアモータのヨークの断面図。
【図７】図６中のＦ７−Ｆ７線に沿うヨークの断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態の電動射出成形機のリニアモータと冷却装置を示す断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態の電動射出成形機のリニアモータと電子冷却装置を示す断面図。
【図１０】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
５１…バレル
５２…ボイスコイル形リニアモータ
５４…スクリュー
８０…コイル
８２…磁石
８７…ヨーク
１２０，１２１…冷媒流路
１２３…冷却装置
１３０…温度センサ
１３１…制御装置
１４０…冷却ジャケット
２００…電子冷却装置
２０１…ペルティエ素子
２０２…放熱フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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