(57)【要約】【課題】駆動源としてリニアモータを用いていても高推力が得られる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を用いる射出成形機１０であって、直動形の補助アクチュエータ１３０を備えている。補助アクチュエータ１３０は、スクリュー５４の駆動軸９０に接続され、リニアモータ５２の推力と同じ方向の推力を発生する。補助アクチュエータ１３０の一例は直線運動をなす流体圧シリンダ機構であり、充填工程あるいは保圧工程において推力を発生するようになっている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリューの駆動軸の軸線方向に沿う推力を発生する射出駆動源としてのリニアモータと、
前記スクリューの駆動軸に接続されかつ前記リニアモータの推力と同じ方向の推力を発生する補助アクチュエータと、
を具備したことを特徴とする射出装置。
【請求項２】
前記補助アクチュエータが直線往復運動をなす流体圧シリンダ機構であることを特徴とする請求項１記載の射出装置。
【請求項３】
前記補助アクチュエータが射出動作の充填工程あるいは保圧工程において前記推力を発生することを特徴とする請求項１記載の射出装置。
【請求項４】
射出装置と型締装置とを有する射出成形機において、
前記射出装置のスクリューの駆動軸の軸線方向に沿う推力を発生する射出駆動源としてのリニアモータと、
前記スクリューの駆動軸に接続されかつ前記リニアモータの推力と同じ方向の推力を発生する補助アクチュエータと、
を具備したことを特徴とする射出成形機。
【請求項５】
前記補助アクチュエータが直線往復運動をなす流体圧シリンダ機構であることを特徴とする請求項４記載の射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、駆動源にリニアモータを用いた射出装置および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。例えばリニアモータの可動子を射出装置のスクリューの駆動軸に接続し、充填工程あるいは保圧工程においてリニアモータの直線運動をスクリューに伝えることによって、スクリューを軸線方向に移動させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
リニアモータを射出動作の駆動源として用いる電動射出成形機は、充填工程あるいは保圧工程におけるスクリューの推力をリニアモータのみによって得るのが通例である。
【０００４】
保圧時等にリニアモータによって高推力を生じさせるには、かなり大きな電流を流し続ける必要がある。しかしコイルが発熱するなどの問題があるために、大電流を長時間維持することは難しく、十分な保圧時間を確保することが困難であった。また、リニアモータのみでは大きな推力を得ることが難しいという問題もある。
【０００５】
従ってこの発明の目的は、駆動源にリニアモータを用いていながらも高推力を問題なく得ることができる射出装置および射出成形機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の射出装置および射出成形機は、スクリューの駆動軸の軸線方向に沿う推力を発生する射出駆動源としてのリニアモータと、前記スクリューの駆動軸に接続されかつ前記リニアモータの推力と同じ方向の推力を発生する補助アクチュエータとを具備している。
【０００７】
補助アクチュエータの一例は直線往復運動をなす流体圧シリンダ機構であり、充填工程あるいは保圧工程において、リニアモータと同期して、あるいはリニアモータと独立して前記推力を発生するようにしている。
【０００８】
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。
【０００９】
【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４を参照して説明する。
図１に示す射出成形機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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、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。
【００１２】
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。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。
【００１３】
メインフレーム４２上に、枠構造体５０とサブフレーム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。
【００１４】
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。
【００１５】
ボイスコイル形のリニアモータ５２は、複数のコイル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軸線Ｘ方向に駆動される複数個のマグネット７２を含む可動側部材７３などを備えている。
【００１６】
固定側部材７１は、サブフレーム６０とコイル７０とヨーク８７などによって構成されている。例えば４個のヨーク８７が、スタンド部材６２，６３間に互いに平行に設けられている。
【００１７】
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間を直線的に往復移動するようになっている。可動側部材７３は、マグネット７２の前後両側に設けた連結プレート７５，７６と、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。
【００１８】
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。この射出成形機２０は、リニアモータ５２の可動側部材７３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。
【００１９】
可動側部材７３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に、後述する駆動軸９０を介して、スクリュー５４が接続されている。従ってスクリュー５４と可動側部材７３が一体となって、軸線Ｘ方向に直線運動することができる。
【００２０】
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の外周側にマグネット７２が設けられている。マグネット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（図４に示す）の方向に相対移動する。
【００２１】
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。なお、コイル７０とヨーク８７を移動側とし、マグネット７２を固定側としてもよい。また、コイル７０の内側にマグネットを設け、コイル７０の外側にヨークを設けてもよい。コイル７０は角筒であってもよい。マグネット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。
【００２２】
バレル５１の基部付近に、射出成形品の材料（例えば樹脂）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には材料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。
【００２３】
スクリュー回転機構５３は、スクリュー５４が接続される駆動軸９０と、駆動軸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。
【００２４】
さらに詳しくは、図３に模式的に示すように、駆動軸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に対して駆動軸９０が軸線方向に相対移動することができるとともに、駆動軸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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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に嵌合している駆動軸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】
駆動軸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と駆動軸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駆動軸９０に伝達することができ、しかも駆動軸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。
【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に当接する。
【００３１】
後側の支持部材６３に、リニアモータ５２の推力と同じくスクリュー５４の軸線Ｘ方向の推力を発生する直動形の補助アクチュエータ１３０が設けられている。補助アクチュエータ１３０の一例は、液圧あるいはガス圧（例えばエア圧）等の流体の圧力によって駆動される流体圧シリンダ機構である。
【００３２】
この補助アクチュエータ１３０は、支持部材６３に固定されるシリンダ本体１３１と、シリンダ本体１３１の軸線方向に往復移動するロッド部１３２とを有している。ロッド部１３２は出力軸８５を介してスクリュー５４の駆動軸９０に接続されている。この補助アクチュエータ１３０は、スクリュー５４の駆動軸９０およびリニアモータ５２の出力軸８５と同一軸線上に配置されている。
【００３３】
シリンダ本体１３１に、流体の圧力発生源および方向制御弁等を備えた圧力供給ユニット１３３が接続されている。この補助アクチュエータ１３０は、圧力供給ユニット１３３から供給される流体の圧力をシリンダ本体１３１に導入することにより、リニアモータ５２の直線運動と同期して、ロッド部１３２を軸線Ｘ方向に移動させることができるようになっている。
【００３４】
例えば射出動作の充填工程において、リニアモータ５２の出力軸８５を前進させると同時に、ロッド部１３２を前進させるように補助アクチュエータ１３０を駆動することにより、リニアモータ５２の推力を補助することができる。あるいは充填工程において、シリンダ本体１３１に対してロッド部１３２を軸線Ｘ方向に自由に動けるフリー状態とし、リニアモータ５２の推力のみを用いてスクリュー５４を高速で前進させてもよい。
【００３５】
保圧工程では、リニアモータ５２によって保圧力を得るとともに、補助アクチュエータ１３０を作動させることにより、ロッド部１３２を付勢し続ける。
こうすることにより、保圧時にリニアモータ５２の推力を補助することができる。あるいは保圧工程において、リニアモータ５２の推力を使わず（リニアモータ５２に電流を流さず）、補助アクチュエータ１３０の推力のみを用いて保圧することも可能である。
【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を介して駆動軸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（例えば溶融樹脂）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】
この射出成形機２０は、充填工程において、主としてリニアモータ５２の推力によってスクリュー５４を高速で前進させることができる。このため充填工程の高速化が図れ、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である。リニアモータ５２は、流体圧シリンダ機構と比較して制御性が良いという利点もある。
【００３９】
また、リニアモータ５２の推力を補助アクチュエータ１３０によって補助すれば、リニアモータ５２の負担が減って発熱量を減らすことができる。特に保圧工程において、補助アクチュエータ１３０によってリニアモータ５２の推力を補助するか、もしくは補助アクチュエータ１３０の推力のみを用いて保圧すれば、リニアモータ５２の発熱の問題を無くすことができる。
【００４０】
流体圧シリンダ機構を用いた補助アクチュエータ１３０は、リニアモータと比較して作動速度や加速度は小さいが、推力が大きく、しかも発熱量が小さいという利点がある。
【００４１】
金型３０，３１に材料が充填されたのち、スクリュー回転用モータ９２によって駆動軸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、材料の計量を行なう。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。
【００４２】
なお本発明を実施するに当たって、リニアモータや補助アクチュエ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。
【００４３】
前記実施形態では補助アクチュエータ１３０がリニアモータ５２の出力軸８５およびスクリューの駆動軸９０と同一軸線上に配置されているが、このような配置に限ることはない。例えば、補助アクチュエータ１３０をリニアモータ５２の出力軸８５およびスクリューの駆動軸９０の軸線から外れた位置に該軸線と平行に配置してもよい。また補助アクチュエータは、回転形のモータとボールネジ機構を用いる電動アクチュエータであってもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動源にリニアモータを用いることにより射出動作の高速化が図れるとともに、充填工程あるいは保圧工程においてリニアモータが発熱するなどの問題を解決することができ、高推力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一部を模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
２０…射出成形機
２１…射出装置
２２…型締装置
５２…リニアモータ
５４…スクリュー
１３０…補助アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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