(57)【要約】【課題】大きな駆動力を得ることができ、高速でしかも大きさに制限されない成形品を得ることができる電動射出成形機を提供することにある。【解決手段】スクリュー５４またはプランジャを有する複数個の射出可塑化装置２１Ａ，２１Ｂと、複数個の射出可塑化装置の先端部に設けられ、該射出可塑化装置内の溶融樹脂を合流部３０ｂを介して金型３０，３１のキャビティ３０ｄに射出する射出ノズル１１０と、複数個の射出可塑化装置の基端部に独立して設けられ、スクリューまたはプランジャを進退させる複数個のリニアモータ５２とを具備したことを特徴とする電動射出成形機にある。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリューまたはプランジャを有する複数個の射出可塑化装置と、
前記複数個の射出可塑化装置の先端部に設けられ、該射出可塑化装置内の溶融樹脂を合流部を介して金型のキャビティに射出する射出ノズルと、
前記複数個の射出可塑化装置に独立して設けられ、前記スクリューまたはプランジャを進退させる複数個のリニアモータ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】
前記複数個のリニアモータは、同時または時間差をもって射出動作することを特徴とする請求項１記載の電動射出成形機。
【請求項３】
前記複数個のリニアモータは、前記複数個の射出可塑化装置とともに平行に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の電動射出成形機。
【請求項４】
前記複数個のリニアモータは、ボイスコイル型リニアモータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動射出成形機。
【請求項５】
前記合流部は、金型のノズルタッチ面とキャビティとの間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動射出成形機。
【請求項６】
前記合流部は、複数個の射出可塑化装置の射出ノズルと金型のノズルタッチ面との間に設けられている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、金型のキャビティに溶融樹脂を射出して成形品を成形する電動射出成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出速度８００ｍｍ／ｓ以上の高速射出成形機は、油圧アキュームレータを使用した油圧駆動式が一般的である。従って、射出速度や射出位置の精度が油温変化等に影響され、安定成形を行う上で問題となる。また、油圧駆動式は、作動油を使用することや消費電力量の面で、電動式の射出成形機と比較すると環境性能に劣るという問題がある。
【０００３】
一方、電動式の射出成形機であっても、サーボモータと、このサーボモータによって駆動されるボールねじによって直線運動する形式のものは、その射出速度は、５００ｍｍ／ｓ程度が限度であるため、最近ではリニアモータを駆動源とした電動射出成形機が開発されている。
【０００４】
電動射出成形機の駆動源とするリニアモータは、コイルと磁石の組合せにより構成され、一方を可動側部材、他方を固定側部材とし、コイルに電流を供給したときに、可動側部材が固定側部材に対して直線運動するようになっている。従って、可動側部材を射出成形機のスクリューまたはプランジャの基部に連結し、可動側部材の直線運動をスクリューまたはプランジャに伝えることにより、スクリューまたはプランジャを軸線方向に移動させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リニアモータは、高速に対応できるが推力が弱いという問題がある。従って、射出成形機の射出可塑化装置のスクリューまたはプランジャをリニアモータによって駆動する場合、推力が弱いため、大きな駆動力によって大きな射出量を得ることができず、駆動可能なスクリューまたはプランジャの径は２０ｍｍφ程度が限界である。従って、成形できる成形品の大きさに制限があった。
【０００６】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、リニアモータを駆動源として大きな駆動力を得ることができ、高速でしかも大きさに制限されない成形品を得ることができる電動射出成形機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記目的を達成するために、請求項１は、スクリューまたはプランジャを有する複数個の射出可塑化装置と、前記複数個の射出可塑化装置の先端部に設けられ、該射出可塑化装置内の溶融樹脂を合流部を介して金型のキャビティに射出する射出ノズルと、前記複数個の射出可塑化装置に独立して設けられ、前記スクリューまたはプランジャを進退させる複数個のリニアモータとを具備したことを特徴とする電動射出成形機にある。
【０００８】
請求項２は、請求項１の前記複数個のリニアモータは、同時または時間差をもって射出動作することを特徴とする。
【０００９】
請求項３は、請求項１または２の前記複数個のリニアモータは、前記複数個の射出可塑化装置とともに平行に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４は、請求項１〜３のいずれかの前記複数個のリニアモータは、ボイスコイル型リニアモータであることを特徴とする。
【００１１】
請求項５は、請求項１の前記合流部は、金型のノズルタッチ面とキャビティとの間に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６は、請求項１の前記合流部は、複数個の射出可塑化装置の射出ノズルと金型のノズルタッチ面との間に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
前記構成によれば、複数個の射出可塑化装置を、例えば同時に前進させることにより、それぞれの射出ノズルの先端を固定側金型のノズルタッチに当接させる。そして、射出可塑化装置のリニアモータに同時に電流を供給することにより、リニアモータの可動側部材を前進させる。可動側部材が前進すると、スクリューが前進することにより、予め計量されていた溶融樹脂が、スクリューによって射出ノズルの先端から射出される。
【００１４】
射出ノズルから射出された溶融樹脂は、ノズルタッチ面から合流部を介して合流し、キャビティに充填される。単一のリニアモータは推力が弱いが、複数個のリニアモータを平行に設け、同時に駆動して独立してスクリューを前進させることにより、２倍の駆動力（射出量）によって射出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１に示すように、電動射出成形機２０は、図１中の右側に位置する複数個、本実施形態においては、２基の射出可塑化装置２１Ａ，２１Ｂと、図１中の左側に位置する単一の型締装置２２とを備えている。
【００１７】
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（（図示しない）を備えている。固定プラテン２５に固定側金型３０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。固定側金型３０には２基の射出可塑化装置２１Ａ，２１Ｂに対応して２つのノズルタッチ面３０ａが設けられ、これらノズルタッチ面３０ａは合流部３０ｂを介して樹脂通路３０ｃに連通している。この樹脂通路３０ｃは固定側金型３０と移動側金型３１との間に形成されたキャビティ３０ｄに連通している。
【００１８】
前記２基の射出可塑化装置２１Ａ，２１Ｂは、同一構造であるため、その一方（射出可塑化装置２１Ａ）について説明すると、図２に示すように構成されている。すなわち、固定ベース４０上に射出可塑化装置２１Ａが設けられている。この射出可塑化装置２１Ａ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メインフレーム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。
【００１９】
射出可塑化装置２１Ａ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が挿入されている。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。
【００２０】
メインフレーム４２上に、枠構造体５０と、サブフレーム６０が設けられている。サブフレーム６０は、ボルト等の固定用部材６１によって、メインフレーム４２に固定されている。サブフレーム６０は、後側に位置する第１のスタンド部材６２と、前側に位置する第２のスタンド部材６３を有している。これら一対のスタンド部材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。
【００２１】
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、サブフレーム６０の第２のスタンド部材６３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。
【００２２】
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を介してメインフレーム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。
【００２３】
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３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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
リニアガイド機構７４の一例は、キャリッジ８１の内部に形成された軌道溝に複数の転動体が収容されており、これら転動体が軌道溝を無限循環することにより、キャリッジ８１がレール８０の長手方向に円滑に移動することができるようになっている。これらの転動体は、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。
【００２７】
スペーサ７７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。スタンド部材６２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（図示しない）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。
【００２８】
ボイスコイル形リニアモータ５２の各コイル７０は、図４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。
【００２９】
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６２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。
【００３０】
なお、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
さらに詳しくは、図２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。
【００３４】
スリーブ部材９１は、第１のベアリング部９３によって、中間壁１００に回転自在に支持されている。中間壁１００は、枠構造体５０の底壁６９に固定されている。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
バレル５１の先端部に形成された射出ノズル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。
【００３９】
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に対して射出可塑化装置２１Ａ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。射出可塑化装置２１Ａを所定位置まで前進させた状態において、射出ノズル１１０の先端が固定側金型３０のノズルタッチ面３０ａに当接する。
【００４０】
次に、前述のように構成された電動射出成形機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２基の射出可塑化装置２１Ａ、２１Ｂを同時に固定プラテン２５に向かって前進させることにより、それぞれの射出ノズル１１０の先端を固定側金型３０のノズルタッチ面３０ａに当接させる。
【００４１】
そして、２基の射出可塑化装置２１Ａ、２１Ｂのリニアモータ５２のコイル７０に同時に電流を供給することにより、図２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によって射出ノズル１１０の先端から射出される。
【００４２】
射出ノズル１１０から射出された溶融樹脂は、ノズルタッチ面３０ａから合流部３０ｂを介して合流し、樹脂通路３０ｃを介してキャビティ３０ｄに充填される。単一のリニアモータ５２は推力が弱いが、本実施形態のように２基のリニアモータ５２を平行に設け、同時に駆動して独立してスクリュー５２を前進させることにより、２倍の駆動力（射出量）によって射出することができる。従って、大きな成形品であっても、十分な射出量によって高速に射出成形することができる。
【００４３】
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。
【００４４】
この射出成形機２０は、２基のリニアモータ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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。また、モータ９２のエンコーダが振動で破損することを防止できる。
【００４８】
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。
【００４９】
なお、前記実施形態においては、２基の射出可塑化装置２１Ａ，２１Ｂを平行に配置したが、２基に限定されず、３基、４基と増設してもよい。また、固定側金型３０に合流部３０ｂを設けたが、合流部は、複数個の射出可塑化装置の射出ノズルと金型のノズルタッチ面との間に設けてもよい。
【００５０】
さらに、２基の射出可塑化装置２１Ａ，２１Ｂのリニアモータ５２を同時に駆動して同時に射出するようにしたが、１つの金型に対して時間差を持って射出するようにしてもよい。このように１つの金型に対して時間差を持って射出することにより、サンドイッチ成形や多材成形にも簡単に対応できる。
【００５１】
なお、この発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組合わせてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、複数個の射出可塑化装置にスクリューまたはプランジャを進退させるリニアモータを独立して設け、リニアモータを同時または時間差を持って駆動することにより、大きな駆動力を得ることができ、高速でしかも大きさに制限されない成形品を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す電動射出成形機の縦断平面図。
【図２】同実施形態の電動射出成形機の型締装置の縦断側面図。
【図３】同実施形態の駆動ユニットの斜視図。
【図４】同実施形態のリニアモータの一部を示す斜視図。
【符号の説明】
２１Ａ，２１Ｂ…射出可塑化装置、２２…型締装置、３０…固定側金型、３１…移動側金型、３０ａ…ノズルタッチ面、３０ｂ…合流部、３０ｄ…キャビティ、５２…リニアモータ、５４…スクリュー、１１０…射出ノズル
【図１】
2004322321.tif 000003
【図２】
2004322321.tif 000004
【図３】
2004322321.tif 000005
【図４】
2004322321.tif 000006