(57)【要約】【課題】可動側部材の位置を高精度に検出することのできるＤＣ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】直動駆動源としてＤＣリニアモータ５２を用いる電動射出成形機において、ＤＣリニアモータ５２は、コイル部７０を含む固定側部材７１と、マグネット部７２を含む可動側部材７３と、可動側部材７３の往復直線移動を案内するリニアガイド機構７４と、固定側部材７１に対する可動側部材７３の相対位置を検出する位置検出器１３０を備えている。位置検出器１３０は、可動側部材７３の往復直線移動時に生じるピッチング等の揺動運動の回転中心軸上に配置されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル部またはマグネット部の一方を含む固定側部材と、
前記コイル部またはマグネット部の他方を含みかつガイド部材に沿って往復直線移動する可動側部材と、
前記固定側部材に対する前記可動側部材の相対位置を検出する位置検出器と、
を有するＤＣリニアモータであって、
前記位置検出器を、前記可動側部材が往復直線移動する際に生じる揺動運動の回転中心軸上に配置したことを特徴とするＤＣリニアモータ。
【請求項２】
直動駆動源としてＤＣリニアモータを用いる電動射出成形機において、
前記ＤＣリニアモータは、
コイル部またはマグネット部の一方を含む固定側部材と、
前記コイル部またはマグネット部の他方を含みかつガイド部材に沿って往復直線移動する可動側部材と、
前記固定側部材に対する前記可動側部材の相対位置を検出する位置検出器と、
を有し、
前記位置検出器を、前記可動側部材が往復直線移動する際に生じる揺動運動の回転中心軸上に配置したことを特徴とする電動射出成形機。
【請求項３】
前記位置検出器の被検出部が前記可動側部材のピッチング運動の回転中心軸上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電動射出成形機。
【請求項４】
前記位置検出器の被検出部が前記可動側部材の上下方向中央部でかつ該可動側部材の前後方向中央部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電動射出成形機。
【請求項５】
前記位置検出器の被検出部が前記可動側部材のヨーイング運動の回転中心軸上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電動射出成形機。
【請求項６】
前記位置検出器の被検出部が前記可動側部材の幅方向中央部でかつ該可動側部材の前後方向中央部に配置されていることを特徴とする請求項５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、ＤＣリニアモータと、それ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あるいは型締、製品押出し等の直動駆動源として、ＤＣ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９と図１０に示すＤＣリニアモータ１は、磁界を発生するコイル部２を含む固定側部材３と、マグネット部４を含む可動側部材５と、可動側部材５の往復直線運動（図９に矢印Ａで示す方向の移動）を案内するガイド部材６などを備えている。可動側部材５に射出成形機のスクリューを連結することにより、スクリューを軸線方向に移動させることができる。
【０００３】
本発明者は、前記ＤＣリニアモータ１を直動駆動源に用いる電動射出成形機において、可動側部材５の位置制御を行なうために、リニアスケール等の位置検出器を用いることを考えた。ＤＣリニアモータ１に位置検出器を取付ける場合、位置検出器を取付ける相手部材の剛性や電気配線の容易さなどを考えると、一般的にＤＣリニアモータ１の下部１ａ付近に位置検出器を配置することが通例であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述のようにＤＣリニアモータ１の下部１ａ付近に位置検出器を取付けた場合、ＤＣリニアモータ１の作動状況によっては、可動側部材５の位置を精度良く検出できないことがあった。極端な場合、可動側部材５の前進時に、後退を示す信号が出力されるなど、可動側部材５の位置を高精度に検出できず、制御が困難になる事例のあることが判った。
【０００５】
その原因を追求したところ、可動側部材５が往復直線移動する際、ガイド部材６と可動側部材５との間の僅かな遊びやアンバランス、あるいはガイド部材６の僅かな変形等によって、可動側部材５が振動などの予期しない動きを含んで移動した場合に、可動側部材５の検出精度が悪くなることを見出した。
【０００６】
特に可動側部材５がピッチング運動を生じた場合に検出精度が悪化していた。ここで言うピッチング運動は、可動側部材５が図９に示す水平方向の軸Ｙを中心に矢印Ｂ方向に回転することである。
【０００７】
また、ピッチング運動ほどではないが可動側部材５が垂直方向の軸Ｚまわりの回転（ヨーイング運動）を生じる場合も、可動側部材５の検出精度が悪くなることも判った。
【０００８】
従ってこの発明の目的は、可動側部材の位置を高精度に検出することのできるＤＣリニアモータと、それ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】
電動射出成形機の射出動作の直動駆動源等に使用される本発明のＤＣリニアモータは、コイル部またはマグネット部の一方を含む固定側部材と、前記コイル部またはマグネット部の他方を含みかつガイド部材に沿って往復直線移動する可動側部材と、前記固定側部材に対する前記可動側部材の相対位置を検出する位置検出器とを有し、前記位置検出器を、前記可動側部材が往復直線移動する際に生じる揺動運動の回転中心軸上に配置している。
【００１０】
この発明の好ましい形態では、前記位置検出器の被検出部が前記可動側部材のピッチング運動の回転中心軸上に配置されている。例えば、前記位置検出器の被検出部が前記可動側部材の上下方向中央部でかつ該可動側部材の前後方向中央部に配置されている。
【００１１】
あるいは、前記位置検出器の被検出部が前記可動側部材のヨーイング運動の回転中心軸上に配置されている。例えば、前記位置検出器の被検出部が前記可動側部材の幅方向中央部で該可動側部材の前後方向中央部に配置されている。
【００１２】
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。
【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。
【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（図２に示す）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メインフレーム４２を有し、電動射出成形機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のＤＣリニアモータ（直流電流形リニアモータ）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。ＤＣリニアモータ５２と下記サブフレーム６０および下記リニアガイド機構７４などにより、駆動ユニット５５が構成されている。
【００１７】
メインフレーム４２上に、サブフレーム６０がボルト等の固定用部品６１によって固定されている。サブフレーム６０は、前側の支持部材（前スタンド）６２と、後側の支持部材（後スタンド）６３を備えている。支持部材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。
【００１８】
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、ＤＣ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。
【００１９】
ボイスコイル形のＤＣリニアモータ５２は、複数のコイル部７０を含む固定側部材７１と、コイル部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マグネット部７２を含む可動側部材７３などを備えている。マグネット部７２は左右対称形である。またこのマグネット部７２は、前後対称でかつ上下対称でもある。
【００２０】
固定側部材７１は、サブフレーム６０とコイル部７０などからなる。支持部材６２，６３がメインフレーム４２に固定され、例えば４個のコイル部７０が支持部材６２，６３間に互いに平行に設けられている。
【００２１】
可動側部材７３は、ベース部材６４上に設けたリニアガイド機構７４によって支持部材６２，６３間を往復移動するようになっている。このリニアガイド機構７４は、ベース部材６４上に設けられたガイドレール８０と、このガイドレール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。
【００２２】
可動側部材７３は、マグネット部７２の前後両側に設けた連結プレート７５，７６と、前後のマグネット部７２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。マグネット部７２と、連結プレート７５，７６と、スペーサ７７とは、連結ロッド７９（図４等に示す）によって互いに締結されている。
【００２３】
前側の連結プレート７５にＤＣリニアモータ５２の出力軸８５が設けられている。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。
【００２４】
ＤＣリニアモータ５２の各コイル部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、コイル部７０の内側に鉄芯（ヨーク８７）が設けられている。コイル部７０の外周側にマグネット部７２が設けられている。マグネット部７２を含む可動側部材７３は、コイル部７０に電流を供給したときに発生する磁界に基いて、コイル部７０の軸線Ｃ（図５に示す）方向に相対移動する。
【００２５】
コイル部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部７０を固定側とし、マグネット部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、コイル部７０とヨーク８７を移動側とし、マグネット部７２を固定側としてもよい。
【００２６】
なお、コイル部７０の内側にマグネット部を設け、コイル部７０の外側にヨークを設けてもよい。また、コイル部７０は角筒であってもよい。マグネット部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。
【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、ＤＣ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】
この実施形態のＤＣリニアモータ５２は、防塵カバー１２０，１２１を備えている。前側の防塵カバー１２０は、前側の支持部材６２とマグネット部７２との間の隙間を塞ぐように、前側の支持部材６２とマグネット部７２に取付けられている。後側の防塵カバー１２１は、後側の支持部材６３とマグネット部７２との間の隙間を塞ぐように、後側の支持部材６３とマグネット部７２に取付けられている。
【００３７】
コイル部７０の外周のうちマグネット部７２の外側に露出する部位が、防塵カバー１２０，１２１によって覆われている。この防塵カバー１２０，１２１によって、コイル部７０の外面にゴミや金属粉、液体などの異物が付着することが防止される。
【００３８】
ＤＣリニアモータ５２の位置制御を行なうために、リニアスケール等の位置検出器１３０がＤＣリニアモータ５２に設けられている。一例として、位置検出器１３０のスケール本体１３０ａが支持部材６３に取付けられ、被検出部としてのスケールヘッド１３０ｂがマグネット部７２に取付けられている。
【００３９】
この位置検出器１３０によって、コイル部７０とマグネット部７２との相対位置が検出され、その検出信号がコントローラ１３１（図３に模式的に示す）にフィードバックされるようになっている。
【００４０】
スケールヘッド１３０ｂは、可動側部材７３が直線移動する際に生じる可能性のあるピッチング運動の回転中心軸（図４に示す水平方向の軸Ｙ）上に配置されている。具体的には、可動側部材７３の側面の上下方向中央部でかつ可動側部材７３の前後方向中央部に、スケールヘッド１３０ｂが配置されている。スケール本体１３０ａは、ガイドレール８０に沿って可動側部材７３の移動方向に延びている。
【００４１】
次に、上記構成の電動射出成形機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。
【００４２】
そしてＤＣリニアモータ５２のコイル部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ＤＣリニアモータ５２の可動側部材７３を前進させる。コイル部７０に対するマグネット部７２の位置が位置検出器１３０によって検出され、コントローラ１３１にフィードバックされることにより、ＤＣリニアモータ５２の位置制御がなされる。
【００４３】
本実施形態は、可動側部材７３のピッチングの回転中心軸Ｙ上にスケールヘッド１３０ｂが配置されているため、可動側部材７３が直線移動する際に可動側部材７３がピッチング（図３に矢印Ｂで示す方向の回転）を生じても、可動側部材７３の位置を精度良く検出することができ、射出動作を高精度に制御することができる。
【００４４】
ＤＣリニアモータ５２によって可動側部材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材料がスクリュー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。
【００４５】
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、材料をバレル５１の先端側に送りながら混練するとともに、材料の計量を行う。金型３０，３１内に射出された材料が冷却されたのち、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。
【００４６】
図７と図８は本発明の第２の実施形態を示している。この実施形態では、可動側部材７３のヨーイングが問題になる場合に、スケールヘッド１３０ｂをヨーイングの回転中心軸Ｚ上に配置している。
【００４７】
具体的には、可動側部材７３の上面の幅方向中央部でかつ可動側部材７３の前後方向中央部にスケールヘッド１３０ｂが配置されている。なお、スケールヘッド１３０ｂを可動側部材７３の下面に設けてもよい。スケール本体１３０ａは、ガイドレール８０に沿って可動側部材７３の移動方向に延びている。
【００４８】
この実施形態は、可動側部材７３のヨーイングの回転中心軸Ｚ上にスケールヘッド１３０ｂが配置されているため、可動側部材７３が直線移動する際に可動側部材７３がヨーイング（図８中に矢印Ｅで示す方向の回転）を生じても、可動側部材７３の位置を精度良く検出することができ、射出動作を高精度に制御することができる。
【００４９】
この第２の実施形態は、位置検出器１３０以外の構成が実質的に第１の実施形態の電動射出成形機２０と同様であるため、第１の実施形態と共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
なお本発明を実施するに当たって、固定側部材や可動側部材をはじめとして、ガイド部材や位置検出器等を、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。例えば、スケールヘッドをＤＣリニアモータの固定側部材に取付け、スケール本体を可動側部材に取付けてもよい。
【００５１】
また本発明に係るＤＣリニアモータは、スクリューを軸線方向に動かす射出動作以外に、例えば型締装置、あるいは製品押出用エジェクタ機構などの直線往復運動（直動駆動）をなす駆動源に用いることができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＤＣリニアモータの位置制御に用いる位置検出器を、可動側部材の揺動運動の回転中心軸上に配置したことにより、可動側部材の位置を高精度に検出することができ、良好な制御性を得ることができる。
【００５３】
本発明の電動射出成形機は、射出装置等の直動駆動源として前記ＤＣリニアモータを用いるとともに位置検出器を可動側部材の揺動運動の回転中心軸上に配置したことにより、射出動作に関する位置制御を高精度に行なうことができ、高速射出時にも安定した動作を得ることができる。
【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ＤＣリニアモータの斜視図。
【図５】図４に示されたＤＣリニアモータの一部を模式的に示す斜視図。
【図６】図３中のＦ６−Ｆ６線に沿う断面図。
【図７】本発明の他の実施形態を示すＤＣリニアモータの斜視図。
【図８】図７に示されたＤＣリニアモータの平面図。
【図９】従来のＤＣリニアモータの側面図。
【図１０】図９中のＦ１０−Ｆ１０線に沿う断面図。
【符号の説明】
２０…電動射出成形機
５２…ＤＣリニアモータ
７０…コイル部
７１…固定側部材
７２…マグネット部
７３…可動側部材
７４…リニアガイド機構
８０…ガイドレール（ガイド部材）
１３０…位置検出器
１３０ａ…スケール本体
１３０ｂ…スケールヘッド（被検出部）
【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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