JP2001124169A

JP2001124169A - リニアモータを用いた駆動装置

Info

Publication number: JP2001124169A
Application number: JP30430899A
Authority: JP
Inventors: Zenji Inaba; 善治稲葉; Susumu Ito; 進伊藤; Eihou Hou; 榮鳳方
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2001-05-08
Also published as: EP1095753B1; EP1095753A1; DE60000959D1; DE60000959T2

Abstract

(57)【要約】【課題】リニアモータを用いた機械可動部をリニアモ
ータで駆動する場合に加減速時に生じる直線方向の反力
を駆動機構内部でキャンセルする。【解決手段】両側に磁石板４８，５０が取り付けられ
た可動子フレーム４９には、機械可動部であるスクリュ
１２が取り付けられている。磁石板４８，５０に対面し
て固定子４７、５１が設けられている。対面する磁石板
４８，５０と固定子４７，５１で正方向駆動リニアモー
タを構成する。可動子フレーム４３の両側に磁石板４
２，４４を固着し、これら磁石板４２，４４と対面する
位置に固定子４１，４５を配置され、対面する磁石板４
２、４４と固定子４１，４５で逆方向リニアモータを構
成する。正、逆リニアモータの可動子フレーム４９と４
３間に運動方向変換機構を連結する。可動子フレーム４
９と４３は互いに逆方向に移動し、これによりモータ加
減速時に発生する慣性力による反力をキャンセルしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、産業機
械、ロボット、射出成形機等の機械における可動部をリ
ニアモータで駆動する駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械、産業機械、ロボット、射出成
形機等の各種機械の直線移動する可動部の駆動源として
は、従来、油圧装置や回転モータが用いられている。油
圧装置を用いる場合、エネルギ効率が悪く、作動油が必
要であり、制御性もあまりよくなかった。そこで、従来
駆動源として油圧を多く用いられていたロボットや射出
成形機においても、回転式の電気モータを駆動源として
用いる場合が多くなって来ている。

【０００３】回転式の電気モータを用いた場合、エネル
ギ効率がよく、作動油を必要とせず、制御性もよいが、
回転式モータの出力をボールネジ等の変換機構で直線運
動に変換して機械可動部を駆動するようにしていること
から、可動部の高速移動を得ることは難しい。例えば、
超薄肉成形品を射出成形機で成形する場合、射出機構の
駆動源に回転式電気モータを用いたときは高射出速度が
得られず成形することが難しい。そのため、油圧式の超
高速射出成形機を使用せざるを得ない。そこで、リニア
モータを用いた電動式射出成形機も種々開発されている
（特開平１１−５８４６８号公報参照）。しかし、実用
化に至ったものは見あたらない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】機械の直線運動する可
動部の駆動源に電気式であるリニアモータを用いれば、
エネルギ効率がよく、制御もしやすく、かつ高速移動も
可能であるが、モータの加減速時に大きな慣性力が機械
に作用し、機械各部を破損させたり、制御特性を悪くす
るという問題がある。

【０００５】回転式モータで機械可動部を直線移動させ
る場合、回転式モータの回転運動をボールネジ等で直線
運動に変換して可動部を駆動している。この場合、可動
部の直線運動による慣性力は、モータ回転子とボールネ
ジなどの回転による慣性力に比べ無視できる程度であ
り、モータの加減速時の主な反力はモータハウジングか
らモータが取り付けられた部材（機械ベース等）に加わ
る回転させようとする力である。このモータ取付部材を
直線運動させようとする反力は小さい。そのため、例え
ば、射出成形機の射出機構の駆動源に回転式電気モータ
を用い、ボールネジ等を介してスクリュやプランジャを
軸方向に駆動したとしても、直線方向の反力は小さい。
モータを駆動してスクリュやプランジャを金型方向に駆
動する際のモータの加減速時には、モータが取り付けら
れている射出ユニットにモータ加減速によって発生する
反力が加わるが、この反力は小さいので、射出ユニット
を後退させ、射出ユニットの加熱シリンダ先端であるノ
ズルを金型から離脱させることや、逆に射出ユニットが
前進ノズルが金型に大きな力で押され破損するようなこ
とはない。

【０００６】しかし、このスクリュやプランジャ等の可
動部の駆動源にリニアモータを用いた場合には、回転力
で慣性力を受けるということがないので、リニアモータ
の大部分の推力は加減速時には慣性力として作用し、数
tonfの直線運動の慣性力がリニアモータ取付部材に作用
することになる。この慣性力により機械の一部を破損さ
せる恐れがある。上述した射出機構の場合、ノズルが金
型から離れたり、ノズルが金型に強圧され破損するとい
う問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】機械の直線移動する可動
部の駆動源としてリニアモータを使用するものにおい
て、上記課題を解決するために、本発明は、リニアモー
タで駆動される直線可動部材を少なくとも２以上設け、
一方の直線可動部材を機械可動部に連結し、該一方の直
線可動部材と他方の直線可動部材間を運動方向変換機構
で連結し、前記一方の直線可動部材と他方の可動部材は
互いに逆方向に移動するようにした。特に、１台以上の
リニアモータで構成し、各リニアモータの固定子及び可
動子を共に可動子移動方向に移動可能に機械ベースに取
り付け、前記一方の直線可動部材を前記可動子又は固定
子の一方とし、他方の直線可動部材を前記可動子又は固
定子の他方とした。又、前記一方の直線可動部材は１台
以上の正方向駆動用リニアモータの可動子で構成し、前
記他方の直線可動部材は前記正方向駆動用リニアモータ
の可動子の移動方向とは反対方向へ駆動される１台以上
の逆方向駆動用リニアモータ可動子で構成するようにし
た。更に、リニアモータ２台を１組とし、各組のリニア
モータをそれぞれ対向して配置し、１以上の組を正方向
駆動用リニアモータとし、残りの１以上の組を逆方向駆
動用リニアモータとした。その組み合わせも、リニアモ
ータ２台を１組とし、各組のリニアモータをそれぞれ対
向して配置し、正方向駆動用リニアモータの組、逆方向
駆動用リニアモータの組、正方向駆動用リニアモータの
組、あるいは、逆方向駆動用リニアモータの組、正方向
駆動用リニアモータの組、逆方向駆動用リニアモータの
組の順に配置するようにした。

【０００８】又、前記運動方向変換機構の一方の直線可
動部材側の連結点と他方の直線可動部材側の連結点との
速度比を、前記一方の直線可動部材と共に移動する正方
向移動部材の質量と他方の直線可動部材と共に移動する
逆方向移動部材の質量比の逆比になるように構成した。
又、この運動方向変換機構機の構成を、リンク機構、ラ
ック−ギア−ラック機構、てこ機構、ベルト機構のいず
れかで構成した。特に、リンク機構で構成する場合に
は、３つのリンクから構成する。なお、前記リニアモー
タの固定子または可動子の一方に励磁コイルが配設さ
れ、他方に磁石板を配設し、励磁コイル、磁石板の配設
側を固定子側、可動子側どちら側でも良いものとした。
特に、前記機械を射出成形機とした。

【０００９】

【発明の実施の形態】直線移動する機械可動部として射
出成形機のスクリュを例にとり、以下、本発明のリニア
モータを用いた駆動機構の実施の形態を説明する。図１
は、本発明の第１の実施形態における射出部構造の説明
図である。射出ユニットフレーム（図示せず）に固定さ
れた射出シリンダ１１内には射出スクリュ１２が嵌装さ
れ、該射出スクリュ１２の軸１３はベアリングブロック
２０で回転自在で軸方向移動不能に軸支されている。該
ベアリングブロック２０にはロードセル２１を介して第
１、第２の正方向駆動リニアモータの可動子フレーム４
９が固着されている。スクリュ回転軸１３は該第１、第
２の正方向駆動リニアモータの可動子フレーム４９を貫
通しており、その後端部にはスプライン加工が施され、
ベルトプーリ８２がスプライン結合している。該ベルト
プーリ８２はタイミングベルト８１を介してスクリュ回
転用モータ８０によって駆動される。なお８３はベルト
プーリ支持用ベアリングであり、このベルトプーリ支持
用ベアリング８３及びスクリュ回転用モータ８０は射出
ユニットフレームに固定されている。

【００１０】第１、第２の正方向駆動リニアモータの可
動子フレーム４９の両側には第１の正方向駆動リニアモ
ータの可動子の磁石板４８，第２の正方向駆動リニアモ
ータの可動子の磁石板５０が固着されている。該第１の
正方向駆動リニアモータの可動子の磁石板４８、第２の
正方向駆動リニアモータの可動子の磁石板５０には、そ
れぞれ対面して第１の正方向駆動リニアモータの固定子
４７、第２の正方向駆動リニアモータの固定子５１が配
置されている。これら固定子４７，５１には励磁コイル
が配設され射出ユニットフレームに固着されている。こ
の、第１の正方向駆動リニアモータの可動子の磁石板４
８と第１の正方向駆動リニアモータの固定子４７によっ
て第１の正方向駆動リニアモータを構成し、第２の正方
向駆動リニアモータの可動子の磁石板５０と第２の正方
向駆動リニアモータの固定子５１で、第２の正方向駆動
リニアモータを構成している。そして、可動子フレーム
４９は磁石板４８，５０を連結し、共通の可動子を形成
して、本実施形態における直線可動部材を形成してい
る。

【００１１】第１の正方向駆動リニアモータの固定子４
７は、射出ユニットフレームに固定された固定子固定板
４６に固着されており、この固定子固定板４６の反対側
面には、第２の逆方向駆動リニアモータの固定子４５が
固定されている。該第２の逆方向駆動リニアモータの固
定子４５に対して、第２の逆方向駆動リニアモータの可
動子の磁石板４４が対面している。この第２の逆方向駆
動リニアモータの固定子４５と第２の逆方向駆動リニア
モータの可動子の磁石板４４で第２の逆方向駆動リニア
モータを構成している。前記磁石板４４は、第１、第２
の逆方向駆動リニアモータの可動子を構成するフレーム
４３の一方の面に設けられており、この可動子フレーム
４３の他方の面には、第１の逆方向駆動リニアモータの
可動子の磁石板４２が固定されている。該第１の逆方向
駆動リニアモータの可動子の磁石板４２に対面して第１
の逆方向駆動リニアモータの固定子４１が配置され、該
固定子４１は射出ユニットフレームに固定されている。
この、固定子４１と磁石板４２によって第１の逆方向駆
動リニアモータを構成している。可動子フレーム４３
は、第１、第２の逆方向駆動リニアモータの磁石板４
２，４４を連結し共通の可動子として直線可動部材を構
成している。

【００１２】第１、第２の逆方向駆動リニアモータの可
動子フレーム４３と、第１、第２の正方向駆動リニアモ
ータの可動子フレーム４９は運動方向変換機構６０で連
結されている。なお、可動子フレーム４３、可動子フレ
ーム４９とそれぞれ一体的に移動する部材にこの運動方
向変換機構６０を連結してもよい。運動方向変換機構６
０は３つのリンク６６，６７，６８とリンクピン６１，
６２，６３，６４，６５で構成されている。射出ユニッ
トフレームに固定されたリンクピン６３を中心に概略対
称形状になっており、リンクピン６３に回動自在に取り
付けられたリンク６７の両端に設けられたリンクピン６
２，６４にはそれぞれリンク６６，６８が回動自在に軸
支されている。又リンク６６，６８の他端は、第１、第
２の逆方向駆動リニアモータの可動子フレーム４３、第
１、第２の正方向駆動リニアモータの可動子フレーム４
９に設けられたリンクピン６１，６５にそれぞれ回動自
在に軸支されている。

【００１３】図２（ａ）〜（ｃ）は、この第１の実施形
態における動作状態を示す図である。図２（ａ）は図１
と同様に射出スクリュー１２がストロークの中間位置に
ある時の状態を示している。樹脂の計量混練りのために
射出スクリュ１２を回転させる場合には、スクリュ回転
用モータ８０を駆動しタイミングベルト８１、ベルトプ
ーリ８２を介してスプライン結合されているスクリュ回
転軸１３を駆動し、射出スクリュ１２を回転させる。

【００１４】又、射出時の場合には、各リニアモータを
駆動して、射出スクリュ１２を前進（図２において左方
向）させるが、第１の逆方向駆動リニアモータ及び第２
の逆方向駆動リニアモータを逆方向に駆動し、可動子フ
レーム４３を図２（ｂ）に示すように後退（図２におい
て右方向）させ、かつ、第１の正方向駆動リニアモータ
及び第２の正方向駆動リニアモータを正方向に駆動し
て、図２（ｂ）に示すように、可動子フレーム４９を前
進させ、ベアリングブロック２０を介して射出スクリュ
１２を前進させて射出を行う。この場合、第１、第２の
逆方向駆動リニアモータによる可動子フレーム４３を後
退させる推力は、運動変換機構６０の各リンクを介し
て、第１，第２の正方向駆動リニアモータの可動子フレ
ーム４９を前進させる推力となり、射出スクリュ１２
は、第１、第２の正方向駆動リニアモータ及び、第１、
第２の逆方向駆動リニアモータの４つのモータの推力に
よって駆動されることになる。

【００１５】又、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の状態とは
逆方向に正方向駆動リニアモータ及び逆方向駆動リニア
モータを駆動したときの状態を示す図である。通常、計
量混練り工程で射出スクリュ１２が回転され、樹脂が混
練りされて溶融し、この溶融圧によって射出スクリュ１
２は後退方向に力を受けるが、各リニアモータによって
射出スクリュ１２を前進させる方向に設定背圧を与え、
溶融樹脂圧が設定背圧以上となることにより射出スクリ
ュ１２は後退する。そして、設定計量位置に達し、図２
（ｃ）のような状態から、図２（ｂ）の状態になるよう
に各リニアモータを駆動することによって射出を行う。

【００１６】以上の通り、第１、第２の正方向駆動リニ
アモータで駆動される可動子フレーム４９の直線可動部
材と、第１、第２の逆方向駆動リニアモータで駆動され
る可動子フレーム４３の直線可動部材は、互いに逆方向
に駆動されるものである。以下、正方向駆動リニアモー
タで駆動される可動子フレーム４９と該可動子フレーム
４９と共に移動する磁石板４８，５０、射出スクリュ１
２，スクリュ回転軸１３、ベアリングブロック２０、ロ
ードセル２１等を正方向移動部材という。又、逆方向駆
動リニアモータで駆動される可動子フレーム４３と該可
動子フレーム４３共に移動する磁石板４２，４４等を逆
方向移動部材という。

【００１７】図３は、運動方向変換機構６０の説明図で
ある。図３に示すように、リンクピン６５とリンクピン
６４中心軸間の距離をｒ、リンクピン６３とリンクピン
６４の中心軸間の距離をL、リンクピン６３とリンクピ
ン６２の中心軸間の距離をｋL、リンクピン６１とリン
クピン６２の中心軸間の距離をｋｒとし、リンクピン６
３とリンクピン６５の中心軸をそれぞれ通りスクリュ回
転軸１３の軸心と並行な線間の距離をｈ、リンクピン６
３とリンクピン６１の中心軸をそれぞれ通りスクリュ回
転軸１３の軸心と並行な線間の距離をｋｈとする。な
お、ｋは比例係数である。

【００１８】そして、各リニアモータが駆動され、図３
（ａ）の状態からリンクピン６５がｘ１変位し、リンク
ピン６１がｘ２変位して図３（ｂ）となったとする。の
ときの各変位ｘ１，ｘ２は次のようになる。ｘ１＝Lsinθ＋(ｒ²−(Lcosθ−ｈ)²)^1/2−(ｒ²−(L−
ｈ)²)^1/2 ｘ２＝ｋLsinθ＋(ｋ²ｒ²−(ｋLcosθ−ｋｈ)²)^1/2−
(ｋ²ｒ²−(ｋL−ｋｈ)²)^1/2＝ｋ｛Lsinθ＋(ｒ²−(Lcos
θ−ｈ)²)^1/2−(ｒ²−(L−ｈ)²)^1/2｝＝ｋｘ１となる。つまり、変位ｘ２とｘ１は比例係数ｋで比例す
る線形関係にあることを意味する。これは、このｋの値
をリンクピン６５と共に移動する正方向移動部材の等価
全質量ｍ１とリンクピン６１と共に移動する逆方向移動
部材の等価全質量ｍ２の比とすることで、加減速時の慣
性力から生じる反力をキャンセルすることができる。

【００１９】即ち、ｋ＝ｍ１／ｍ２＝ｘ２／ｘ１よって、ｍ１・ｘ１＝ｍ２・ｘ２ここで、ｘ１，ｘ２を加速度とみれば、ｍ１・ｘ１は正
方向移動部材の慣性力であり、ｍ２・ｘ２は逆方向移動
部材の慣性力である。この正、逆の慣性力が等しいとい
うことは、互いに慣性力がうち消され、射出ユニットフ
レームには加減速時の反力が加わらないことを意味す
る。又、ｘ１，ｘ２を速度とみれば、正方向移動部材の
速度と逆方向移動部材の速度の比（ｘ１／ｘ２）を正方
向移動部材と逆方向移動部材の質量の逆比（ｍ２／ｍ１
＝１／ｋ）とするようにすればよいことを意味する。

【００２０】以上のことから、正方向移動部材及び逆方
向移動部材のそれぞれの全質量ｍ１、ｍ２と、リンク６
７を枢着するリンクピン６３の位置を調整することによ
って上記比例係数ｋを調整して、ｋ＝ｍ１／ｍ２とすれ
ばよい。

【００２１】又、本実施形態では、リンクピン６３とリ
ンクピン６５の中心軸をそれぞれ通りスクリュ回転軸１
３の軸心と並行な線間の距離ｈよりリンクピン６３とリ
ンクピン６４の中心軸間の距離Lが少し大きくなるよう
にしている。これにより、各リニアモータの駆動による
推力がリンクピン６１，リンクピン６５に加わった場合
に発生する垂直方向の力の最大値を最小化しているもの
である。

【００２２】図４は、この運動方向変換機構６０におけ
る前進動作、後退動作による可動部であるスクリュの全
ストローク状態を表す説明図で、図４（ａ）は前進最大
位置の状態を示し、図４（ｅ）は後退最大位置を示す状
態を示す。図４（ａ）、（ｅ）に示すこのストロークの
両端とすると、図４（ｃ）に示すストロークの中央で、
リンク６６，リンク６８とリニアモータの推力方向（図
４において水平方向）となす角度が等しい値で最大とな
る。即ち、この運動方向変換機構６０のリンク機構は、
リンク６６、リンク６８とリニアモータの推力方向との
角度の最大値を最小化するようになっている。

【００２３】上述した実施形態では、可動子側に磁石板
を取り付け、固定子側に励磁コイルを配置するようにし
たが、逆に、固定子側に磁石板を配置し、可動子側に励
磁コイルを配置しても良い。又、上述した実施形態で
は、リニアモータの可動子を中心に配置し、その両側に
固定子を配置して、可動子を共用する２つのリニアモー
タを２組設け、一方の組の可動子を機械可動部であるス
クリュを駆動する直線可動部材とし、この直線可動部材
と共に移動する部材を正方向移動部材としている。又、
この正方向移動部材とは逆方向に移動する他方の組のリ
ニアモータの可動子（直線可動部材）を含めた部材を逆
方向移動部材としたものである。しかし、リニアモータ
の固定子も可動子も固定せず、長手方向（可動子の移動
方向）に移動可能にベース（射出ユニットフレーム）に
取り付け、固定子か可動子かの一方を正方向の直線可動
部材とし、他方を逆方向の直線可動部材としてもよい。
この例を第２の実施形態として図５に示す。

【００２４】射出シリンダ１１，射出スクリュ１２，ス
クリュ回転軸１３，ベアリングブロック２０，ロードセ
ル２１、スクリュ回転用モータ８０，タイミングベルト
８１，ベルトプーリ８２，ベルトプーリ支持用ベアリン
グ８３は、図１に示した第１の実施形態と同一構成であ
る。この第２の実施形態では、リニアモータ１台で構成
し、その可動子側を正方向の直線可動部材（正方向移動
部材）、固定子側を逆方向の直線可動部材（逆方向移動
部材）としている。そして、この固定子と可動子間を運
動方向変換機構６０で連結している。

【００２５】ベアリングブロック２０にロードセル２１
を介して正方向移動部材を構成するリニアモータ可動子
のフレーム３３が取り付けられている。該リニアモータ
可動子のフレーム３３の中心部に設けられた孔にスクリ
ュ回転軸１３が貫通している。このリニアモータ可動子
のフレーム３３の長手方向の一方の面にはリニアモータ
可動子の磁石板３２が取り付けられており、この磁石板
３２に対面してリニアモータ固定子３１が配置されてい
る。なお、リニアモータ固定子３１は固定子といって
も、ベースである射出ユニットフレームに移動不能に固
着されるのではなく、可動子であるリニアモータ可動子
のフレーム３３の移動方向と並行に移動できるように射
出ユニットフレームに摺動自在に取り付けられている。

【００２６】又、リニアモータ固定子３１とリニアモー
タ可動子のフレーム３３間（又はこれら固定子３１と一
体的な部材とフレーム３３と一体的な部材間）は、運動
方向変換機構６０で連結されている。この運動方向変換
機構６０の構成は第１の実施形態で述べた構成と同一で
ある。この実施形態においては、正方向移動部材は、ス
クリュ回転軸１３、射出スクリュ１２，ベアリングブロ
ック２０，ロードセル２１，リニアモータ可動子のフレ
ーム３３，リニアモータ可動子の磁石板３２等で構成さ
れ、逆方向移動部材はリニアモータ固定子３１で構成さ
れている。この正方向移動部材の全質量ｍ１と逆方向移
動部材の全質量ｍ２の比ｋによって、運動方向変換機構
６０のリンクピン６１，リンクピン６２，リンクピン６
３，リンクピン６４，リンクピン６５の配設位置が決め
られている点は、第１の実施形態と同様であるが、この
第２の実施形態では、更に、リンクピン６５の配設位置
が射出スクリュ１２の中心軸線、リニアモータの推力線
との関係によって決められている。

【００２７】図６（ａ）は、この第２の実施形態におけ
る運動方向変換機構６０の拡大図である。リンクピン６
５は射出スクリュ１２の中心軸線よりも下側（反リニア
モータ固定子３１側）に配置されており、リニアモータ
固定子３１とリニアモータ可動子の磁石板３２で構成さ
れるリニアモータの推力線と射出スクリュ１２の中心軸
線間の距離をａとすると、リンクピン６５は、射出スク
リュ１２の中心軸線からａ／ｋ（ｋは前述した質量比）
の距離の位置に配設されている。これによって、射出ス
クリュ１２の中心線付近に、正方向移動部材に加わるリ
ニアモータの推力の合力が加わることになる。図６
（ｂ）は、この合力の説明図で、リニアモータの推力を
Ｆとすると、リンクピン６３とリンクピン６１間、及び
リンクピン６３とリンクピン６５間の垂直方向の距離が
それぞれｋｈ、ｈであるから、リンクピン６５にはｋＦ
の力が加わる。一方、射出スクリュ１２の中心線からリ
ニアモータの推力線までの距離をａ、リンクピン６５の
中心までの距離をａ／ｋとしているから、射出スクリュ
１２の中心線近傍にリニアモータの推力の合力（１＋
ｋ）Ｆが発生することになる。

【００２８】この第２の実施形態においても、第１の実
施形態と同様に、射出シリンダ１１、リンクピン６３、
ベルトプーリ支持用ベアリング８３はベースである射出
ユニットフレームに固定されており、スクリュ回転用モ
ータ８０を駆動することによって、タイミングベルト８
１，ベルトプーリ８２及びベルトプーリ８２とスクリュ
回転軸１３のスプライン結合を介して、スクリュ回転軸
１３及び射出スクリュ１２を回転させる。又、リニアモ
ータ固定子３１とリニアモータ可動子の磁石板３２で構
成されるリニアモータの駆動によって、リニアモータ固
定子３１とリニアモータ可動子のフレーム３３は互いに
逆方向に移動し、射出スクリュ１２を前後進させる。図
５（ｂ）は、射出スクリュ１２を前進させたときの状態
を示し、正方向移動部材であるリニアモータ可動子のフ
レーム３３及び射出スクリュ１２は前進（図５において
左方向）し、逆方向移動部材であるリニアモータ固定子
３１は後退している。又、図５（ｃ）は、射出スクリュ
１２を後退させるようにリニアモータを駆動したときの
状態を示し、リニアモータ固定子３１が前進し、リニア
モータ可動子のフレーム３３，射出スクリュ１２が後退
している。

【００２９】上記第２の実施形態では、リニアモータを
１台のみ設けたが、更にリニアモータを追加してもよ
い。例えば、射出スクリュ１２の中心軸線と対称リニア
モータを設けてもよい。図５におけるリニアモータ可動
子のフレーム３３の下側にも磁石板を設け、かつこの磁
石板と対面して固定子を摺動自在に配置して、リニアモ
ータを構成してもよい。さらには、複数のリニアモータ
を設け各リニアモータの可動子を連結しロードセル２１
を介してベアリングブロック２０に結合するようにし、
かつ各リニアモータの固定子は、摺動自在に射出ユニッ
トフレーム（ベース）に取り付けるようにすればよい。
なお、これらの場合にも、スクリューと共に移動する正
方向移動部材側の部材の全質量と逆方向移動部材側の全
固定子の全質量の比ｋによって、運動方向変換機構６０
のピン位置等を設計することは上記実施形態で述べた通
りである。なお、前述した第２の実施形態では、可動子
側に機械可動部である射出スクリュ１２を取り付けた
が、この第２の実施形態では、固定子も可動子も共に移
動するものであるから、固定子側に射出スクリュ１２を
取り付けてもよいものである。即ち、リニアモータを構
成するコイル側、磁石側のどちらの側に機械可動部を取
り付けてもよいものである。

【００３０】図７は、本発明の第３の実施形態の説明図
である。この第３の実施形態では、スクリュ中心軸線に
対して対称にリニアモータが配設されているものであ
る。射出シリンダ１１、射出スクリュ１２，スクリュ回
転軸１３，ベアリングブロック２０，ロードセル２１，
第１、第２の正方向駆動リニアモータの可動子フレーム
４９，スクリュ回転用モータ８０，タイミングベルト８
１，ベルトプーリ８２，ベルトプーリ支持用ベアリング
８３の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様であ
る。

【００３１】第１、第２の正方向駆動リニアモータの可
動子フレーム４９の一方の面には第１の正方向駆動リニ
アモータの可動子の磁石板４８がとりつけられ、該磁石
板４８と対面して固定子固定板４６に取り付けられた第
１の正方向駆動リニアモータの固定子４７が配置され、
第１の正方向駆動のリニアモータを構成している。又、
固定子固定板４６の反対側の面には第１の逆方向駆動リ
ニアモータの固定子４１が取り付けられこの第１の逆方
向駆動リニアモータの固定子４１に対面して、第１の逆
方向駆動リニアモータの可動子フレーム５２に取り付け
られた第１の逆方向駆動リニアモータの可動子の磁石板
４２が配置されている。この第１の逆方向駆動リニアモ
ータの固定子４１と可動子の磁石板４２によって第１の
逆方向駆動のリニアモータを構成している。

【００３２】更に、第１、第２の正方向駆動リニアモー
タの可動子フレーム４９の他方の面には、第２の正方向
駆動リニアモータの可動子の磁石板５０が取り付けら
れ、該磁石板５０に対して固定子固定板５３に固着され
た第２の正方向駆動リニアモータの可動子の固定子５１
が対面するよう配置され、第２の正方向駆動のリニアモ
ータを構成している。固定子固定板５３の反対側面に
は、第２の逆方向駆動リニアモータの固定子５４が設け
られ、該固定子５４に対して第２の逆方向駆動リニアモ
ータの可動子フレーム５６に取り付けられた磁石板５５
が対面するよう配置されている。この固定子５４と磁石
板５５、可動子フレーム５６で第２の逆方向駆動のリニ
アモータを構成している。

【００３３】第１の逆方向駆動リニアモータの可動子フ
レーム５２と第１、第２の正方向駆動リニアモータの可
動子フレーム４９間には運動方向変換機構６０が設けら
れ、第２の逆方向駆動リニアモータの可動子フレーム５
６と第１、第２の正方向駆動リニアモータの可動子フレ
ーム４９間にも運動方向変換機構６０’が設けられてい
る。なお、運動方向変換機構６０と運動方向変換機構６
０’は同一構成であり運動方向変換機構６０’の詳細は
省略する。この第３の実施形態においても、射出シリン
ダ１１、リンクピン６３，リンクピン６３’（リンクピ
ン６３に対応する運動方向変換機構６０’のピン）、固
定子固定板４６，固定子固定板５３，ベルトプーリ支持
用ベアリング８３，スクリュ回転用モータ８０はベース
である射出ユニットフレームに固定されている。又、ス
クリュ回転用モータ８０を駆動することによって、射出
スクリュ１２を回転させる点も第１の実施形態と同一で
ある。

【００３４】図７（ｂ）は、機械可動部である射出スク
リュ１２を前進（図７中左方向）駆動させたときの状態
を示し、射出スクリュ１２に連結された第１、第２の正
方向駆動リニアモータの可動子フレーム４９は前進し、
逆方向移動部材を構成する第１の逆方向駆動モータの磁
石板４２，可動子フレーム５２及び第２の逆方向駆動モ
ータの可動子フレーム５６，磁石板５５は後退してい
る。又、図７（ｃ）は射出スクリュ１２が後退している
ときの状態を示しており、第１、第２の正方向駆動リニ
アモータの可動子フレーム４９は後退し、第１の逆方向
駆動リニアモータの可動子の磁石板４２，可動子フレー
ム５２，第２の逆方向駆動リニアモータの可動子の磁石
板５５，可動子フレーム５６は前進している。

【００３５】この第３の実施形態においても、スクリュ
１２と共に移動するスクリュ回転軸１３，ベアリングブ
ロック２０、ロードセル２１，可動子フレーム４９，磁
石板４８，５０で正方向移動部材が構成され、この正方
向移動部材とは逆方向に移動する逆方向移動部材は、第
１、第２逆方向駆動リニアモータの可動子フレーム５
２，５６，磁石板４２，５５で構成される。運動方向変
換機構６０，運動方向変換機構６０’の構成を前述した
ように、スクリュと共に移動する正方向移動部材の質量
と、それとは逆方向に移動する逆方向移動部材の質量の
比ｋによって、各ピン位置等を構成しておく。これによ
り、正方向移動部材と逆方向移動部材の相対運動によっ
て、可動部の加減速時の反力をキャンセルしている。

【００３６】図１に示した第１の実施形態においては、
射出スクリュ１２の軸線方向の反力はキャンセルするこ
とはできるが、射出ユニットを回転させるような反力は
射出ユニットの支持部（図示せず）で受けざるを得な
い。しかしこの第３の実施形態においては、射出スクリ
ュ１２の中心軸に対して対称にリニアモータが配置され
ているから、この回転方向の反力もキャンセルさせるこ
とができる。

【００３７】この第３の実施形態と同様に、第１の実施
形態において、射出スクリュ１２の中心軸線に対して対
称に第３、第４の逆方向駆動リニアモータを加えて配設
し、逆方向駆動リニアモータを４台としてもよい。即
ち、図１において、第１の逆方向駆動リニアモータの固
定子４１，第１の逆方向駆動リニアモータの可動子の磁
石板４２，第１、第２の逆方向駆動リニアモータの可動
子フレーム４３，第２の逆方向駆動リニアモータの可動
子の磁石板４４，第２の逆方向駆動リニアモータの固定
子４５、固定子固定板４６を射出スクリュ１２の中心軸
線に対して対称に下側に配置し、この下側に配置した、
第３、第４の逆方向駆動リニアモータの可動子（第１、
第２の逆方向駆動リニアモータの可動子フレーム４３に
対応するもの）と第１、第２の正方向駆動リニアモータ
の可動子フレーム４９間に運動方向変換機構６０’を設
けるようにすればよい。

【００３８】図８は、本発明の第４の実施形態である。
この第４の実施形態と第１の実施形態との相違点は、運
動変換機構が相違するのみで、他の構成は第１の実施形
態と同一である。即ちリンク機構からなる運動方向変換
機構６０の代わりに、ラック−ギア−ラックからなる運
動方向変換機構７０を設けたものである。ギア７１回転
自在に軸支するギア軸７２は機械ベースである射出ユニ
ットフレームに固定され、ギア７１に噛み合うラック７
３，７４がそれぞれ第１、第２の正方向駆動リニアモー
タの可動子フレーム４９，第１、第２の逆方向駆動リニ
アモータの可動子フレーム４３に固定されている。ギア
７１のラック７４と噛み合っている部分のピッチ円半径
とラック７３に噛み合っている部分のピッチ半径との比
を正方向移動部材と逆方向移動部材の質量比とすること
によって、この第４実施形態における射出スクリュ１２
の移動方向への反力をキャンセルさせることができる。

【００３９】図８（ｂ）は、射出スクリュ１２を前進さ
せた状態を表す図で、図８（ｃ）は射出スクリュ１２を
後退させたときの状態を表す図である。

【００４０】図９は、本発明の第５の実施形態である。
この第５の実施形態と第１図に示す第１の実施形態と相
違する点は、リンク機構で構成された運動方向変換機構
６０がプーリとベルト機構で構成された運動方向変換機
構９０となっている点であり、他の構成は図１に示す第
１の実施形態と同一である。運動方向変換機構９０を構
成するスチールベルトプーリ９３を回転自在に軸支する
スチールベルトプーリ軸９５及びスチールベルトプーリ
９４を回転自在に軸支するスチールベルトプーリ軸９６
は、射出ユニットフレームに固定されており、スチール
ベルトプーリ９３，スチールベルトプーリ９４は同一の
構成で、それぞれ半径の異なる２つの半周面を備えてい
る。スチールベルトプーリ９３の一方の半周面（図９で
は半径の小さい方の半周面）の一端にはスチールベルト
９１の一端が固着され、スチールベルト９１はこの半周
面の一部に沿い、かつ、スチールベルトプーリ９４の一
方の半周面（図９では半径の小さい方の半周面）の一部
に沿い、この半周面の一端に他方の端が固定されてい
る。このスチールベルト９１は第１、第２の正方向駆動
リニアモータの可動子フレーム４９に固定されたスチー
ルベルト固定軸９７に固定されている。

【００４１】また、スチールベルトプーリ９３の他方の
半周面（図９では半径の大きい方の半周面）の一端には
スチールベルト９２の一端が固着され、スチールベルト
９２はこの半周面の一部に沿い、かつ、スチールベルト
プーリ９４の他方の半周面（図９では半径の大きい方の
半周面）の一部に沿い、この半周面の一端に他方の端が
固定されている。このスチールベルト９２は第１、第２
の逆方向駆動リニアモータの可動子フレーム４３に固定
されたスチールベルト固定軸９８に固定されている。

【００４２】スチールベルトプーリ９３とスチールベル
トプーリ９４において、スチールベルト９２の回ってい
る部分の半径（図９では大きい方の半径）とスチールベ
ルト９１が回っている部分の半径（図９では小さい方の
半径）の比を正方向移動部材と逆方向移動部材の質量比
とすることによって、射出方向（射出スクリュ１２の軸
方向）への反力をキャンセルすることができる。

【００４３】図９（ｂ）は、各リニアモータを駆動して
射出スクリュ１２を前進させた状態を示し図９（ｃ）
は、射出スクリュ１２を後退させたときの状態を示して
いる。

【００４４】図１０は、本発明の第６の実施形態であ
る。この第６の実施形態と第１図に示す第１の実施形態
と相違する点は、リンク機構で構成された運動方向変換
機構６０が、てこ構成された運動方向変換機構１００と
なっている点であり、他の構成は図１に示す第１の実施
形態と同一である。

【００４５】てこ軸１０３，１０４は射出ユニットフレ
ームに固着され、該てこ軸１０３，１０４にそれぞれて
こ１０１，１０２が回動自在に取り付けらている。てこ
１０１，１０２は同一形状に構成され、一方の面にカム
面が形成されている。そしてカム面が形成された面が互
いに対面するように前記てこ軸１０３，軸１０４にそれ
ぞれ枢着されている。てこ１０１におけるてこ軸１０３
の両側（図１０における上側、下側）に設けたカム面の
一方の面（図１０における上側のカム面）には第１、第
２の逆方向駆動リニアモータの可動子フレーム４３に固
定されているカムフォロア１０７が当接し、かつ他方の
面（図１０における下側のカム面）には第１、第２の正
方向駆動リニアモータの可動子フレーム４９に固定され
たカムフォロア１０５が当接するように配置されてい
る。又、てこ１０２におけるてこ軸１０４の両側に設け
たカム面の一方の面（図１０における上側のカム面）に
は第１、第２の逆方向駆動リニアモータの可動子フレー
ム４３に固定されているカムフォロア１０８が当接し、
かつ他方の面（図１０における下側のカム面）には第
１、第２の正方向駆動リニアモータの可動子フレーム４
９に固定されたカムフォロア１０６が当接するように配
置されている。

【００４６】図１０（ｂ）に示すように、射出スクリュ
１２を前進させるように各リニアモータが駆動すると、
カムフォロア１０７，カムフォロア１０８は第１、第２
の逆方向駆動リニアモータの可動子フレーム４３と共に
後退し、カムフォロア１０８がてこ１０２をてこ軸１０
４を中心に時計方向に駆動し、カムフォロア１０６を前
進方向に駆動する。又、正方向駆動リニアモータの駆動
によりカムフォロア１０５、１０６も駆動され前進す
る。このカムフォロア１０５の前進でてこ１０１をてこ
軸１０３を中心に時計方向に回動させるが、カムフォロ
ア１０７は第１，第２の逆方向リニアモータの駆動で該
第１、第２の逆方向駆動リニアモータの可動子フレーム
４３と共に後退方向に駆動されているから、てこ１０１
の回転を阻止することはなく、カムフォロア１０５，カ
ムフォロア１０７は、てこ１０１のカム面に当接した状
態を保持している。

【００４７】一方、各リニアモータが射出スクリュ１２
を後退させる方向に駆動されたときは、図１０（ｃ）に
示すように、第１、第２の逆方向駆動リニアモータの可
動子フレーム４３が前進し、第１、第２の正方向駆動リ
ニアモータの可動子フレーム４９が後退させられるか
ら、カムフォロア１０７が、てこ１０１を反時計方向に
駆動し、カムフォロア１０５を後退方向に駆動すると共
に、第１、第２の正方向駆動リニアモータの駆動により
可動子フレーム４９を後退方向に駆動する。又、カムフ
ォロア１０６が後退してもカムフォロア１０８が前進す
るから、てこ１０２とカムフォロア１０６，カムフォロ
ア１０８は当接した状態を常に保持する。

【００４８】この第６の実施形態においても、てこ軸１
０３，てこ軸１０４からカムフォロア１０７，１０８と
カムフォロア１０５，１０６との鉛直距離比を正方向移
動部材と逆方向移動部材の質量比とすることによって、
射出方向（射出スクリュ１２の軸方向）への反力をキャ
ンセルすることができる。

【００４９】図１１は上記第６の実施形態で使用した、
てこに関する説明図である。この図１１に示されるよう
に、てこ１０２（てこ１０１）が回転しても、カムフォ
ロア１０６，カムフォロア１０８（カムフォロア１０
５，カムフォロア１０７）からの接触力の方向が変わら
ないように、てこ１０２（てこ１０１）のカム面が形成
されているから、リニアモータの推力に垂直方向の力を
発生しない。これにより可動部と可動部支持ガイドに不
必要な力を与えることが防止できる。

【００５０】上述した各実施形態では、機械可動部を射
出成形機のスクリュとして、該射出スクリュをリニアモ
ータを用いて駆動する駆動装置の例を説明したが、工作
機械、産業機械、ロボット等の各種機械の直線移動する
可動部の駆動源とリニアモータを用いる際の駆動装置と
して本発明は適用できるものである。

【００５１】

【発明の効果】本発明は、リニアモータを用いて機械可
動部を駆動する際に、モータの加減速時に生じる直線方
向の反力を駆動機構内部でキャンセルするようにしたの
で、この駆動機構を備える機械に大きな力が加わらず、
不用意な機械の破損を防止でき、機械の寿命を長くする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における射出成形機の
射出部構造の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施形態における射出成形機の
動作説明図である。

【図３】同実施形態における運動方向変換機構であるリ
ンク機構の説明図である。

【図４】同運動方向変換機構の動作状態の説明図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施形態における射出成形機の
射出部構造及び動作説明図である。

【図６】同第２実施形態における運動方向変換機構の説
明図である。

【図７】本発明の第３の実施形態における射出成形機の
射出部構造及び動作説明図である。

【図８】本発明の第４の実施形態における射出成形機の
射出部構造及び動作説明図である。

【図９】本発明の第５の実施形態における射出成形機の
射出部構造及び動作説明図である。

【図１０】本発明の第６の実施形態における射出成形機
の射出部構造及び動作説明図である。

【図１１】同第６の実施形態における運動方向変換機構
のてこ形状及び動作説明図である。

【符号の説明】

１１射出シリンダ１２射出スクリュ１３スクリュ回転軸２０ベアリングブロック２１ロードセル３１リニアモータ固定子３２リニアモータ可動子の磁石板３３リニアモータ可動子フレーム４１第１の逆方向駆動リニアモータの固定子４２第１の逆方向駆動リニアモータの可動子の磁石板４３第１、第２の逆方向駆動リニアモータの可動子フ
レーム４４第２の逆方向駆動リニアモータの可動子の磁石板４５第２の逆方向駆動リニアモータの固定子４６、５３固定子固定板４７第１の正方向駆動リニアモータの固定子４８第１の正方向駆動リニアモータの可動子の磁石板４９第１、第２の正方向駆動リニアモータの可動子フ
レーム５０第２の正方向駆動リニアモータの可動子の磁石板５１第２の正方向駆動リニアモータの固定子５２第１の逆方向駆動リニアモータの可動子フレーム５４第２の逆方向駆動リニアモータの固定子５５第２の逆方向駆動リニアモータの可動子の磁石板５６第２の逆方向駆動リニアモータの可動子フレーム６０，６０’，７０，９０，１００運動方向変換機構６１〜６５、６１’〜６５’ リンクピン６６〜６８、６６’〜６８’ リンク８０スクリュ回転用モータ８１タイミングベルト８２ベルトプーリ８３ベルトプーリ支持用ベアリング７１ギア７２ギア軸７３，７４ラック９１，９２スチールベルト９３，９４スチールベルトプーリ９５，９６スチールベルトプーリ軸９７，９８スチールベルト固定軸１０１，１０２てこ１０３，１０４てこ軸１０５〜１０８カムフォロア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者方榮鳳山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地ファナック株式会社内Ｆターム(参考） 4F206 JA07 JL02 JQ06 JT01 JT03 JT31 JT35 JT37 JT40 5H641 BB06 BB19 GG02 HH03 HH05 JA02 JA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リニアモータを用いて機械の可動部を直
線運動させるための駆動機構であって、リニアモータで
駆動される直線可動部材を少なくとも２以上設け、一方
の直線可動部材を機械可動部に連結し、該一方の直線可
動部材と他方の直線可動部材間を運動方向変換機構で連
結し、前記一方の直線可動部材と他方の可動部材は互い
に逆方向に移動するようにしたリニアモータを用いた駆
動装置。
【請求項２】１台以上のリニアモータで構成し、各リ
ニアモータの固定子及び可動子を共に可動子移動方向に
移動可能に機械ベースに取り付け、前記一方の直線可動
部材を前記可動子又は固定子の一方とし、他方の直線可
動部材を前記可動子又は固定子の他方とした請求項１記
載のリニアモータを用いた駆動装置。
【請求項３】前記一方の直線可動部材は１台以上の正
方向駆動用リニアモータの可動子で構成し、前記他方の
直線可動部材は前記正方向駆動用リニアモータの可動子
の移動方向とは反対方向へ駆動される１台以上の逆方向
駆動用リニアモータ可動子で構成している請求項１記載
のリニアモータを用いた駆動装置。
【請求項４】リニアモータ２台を１組とし、各組のリ
ニアモータをそれぞれ対向して配置し、１以上の組を正
方向駆動用リニアモータとし、残りの１以上の組を逆方
向駆動用リニアモータとした請求項３記載のリニアモー
タを用いた駆動装置。
【請求項５】リニアモータ２台を１組とし、各組のリ
ニアモータをそれぞれ対向して配置し、正方向駆動用リ
ニアモータの組、逆方向駆動用リニアモータの組、正方
向駆動用リニアモータの組、あるいは、逆方向駆動用リ
ニアモータの組、正方向駆動用リニアモータの組、逆方
向駆動用リニアモータの組の順に配置したリニアモータ
を用いた請求項３記載のリニアモータを用いた駆動装
置。
【請求項６】前記運動方向変換機構の一方の直線可動
部材側の連結点と他方の直線可動部材側の連結点との速
度比は、前記一方の直線可動部材と共に移動する正方向
移動部材の質量と他方の直線可動部材と共に移動する逆
方向移動部材の質量比の逆比になっている請求項１乃至
５の内１項記載のリニアモータを用いた駆動装置。
【請求項７】前記運動方向変換機構機はリンク機構、
ラック−ギア−ラック機構、てこ機構、ベルト機構の中
の１つである請求項１乃至６の内１項記載のリニアモー
タを用いた駆動装置。
【請求項８】前記運動方向変換機構機としてリンク機
構を少なくとも１つ有しており、その、１つのリンク機
構は３つのリンクから構成されている請求項１乃至６の
内１項記載のリニアモータを用いた駆動装置。
【請求項９】前記リニアモータの固定子または可動子
の一方に励磁コイルが配設され、他方に磁石板が配設さ
れている請求項１乃至６の内１項記載のリニアモータを
用いた駆動装置。
【請求項１０】前記機械は射出成形機である請求項１
乃至８の内１項記載のリニアモータを用いた駆動装置。