JP2015150831A - 射出軸がスパイラルモータからなる射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリスによる汚染の虞がなく小型でありながら大きな射出圧力が得られる射出軸を備えた射出装置を提供する。【解決手段】射出装置（１）のスクリュ（４）の射出軸を、スパイラルモータ（９）と、スクリュ押部材（１３）とから構成する。スパイラルモータ（９）は、駆動回転軸（２６）とこれに設けられている螺旋状ロータ（２８）とこれに所定のギャップを介して螺合している螺旋状ステータ（２９）とからなり、駆動すると駆動回転軸（２６）が回転しながら軸方向にスライドするようになっている。このようなスパイラルモータ（９）を、スクリュ（４）の後方にスクリュ（４）と平行になるように配置する。そしてスクリュ（４）の後端部にスクリュ押部材（１３）を設け、スパイラルモータ（９）の駆動回転軸（２６）の先端をベアリング機構（３９）を介してスクリュ押部材（１３）に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、射出軸がモータによって駆動される電動式射出成形機の射出装置に関するものである。

射出成形機の射出装置は、加熱シリンダとこの加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能に入れられているスクリュとから構成されている。電動式射出成形機の場合には、スクリュはモータによって駆動されるようになっている。具体的には、従来の射出装置において、スクリュの可塑化軸には可塑化用のモータと所定の動力伝達機構とが設けられて、スクリュを回転方向に駆動できるようになっている。またスクリュの射出軸には射出用のモータとボールネジ機構とが設けられ、ボールネジ機構によってモータの回転が軸方向の駆動に変換されてスクリュが軸方向に駆動されるようになっている。

特開２００６−１２３２５３号公報 特開２００５−００１１３３号公報 特許第３７１２０７３号公報 特許第４５４３１６５号公報 特開２００９−１７７１１号公報

前記した従来の電動式射出成形機の射出装置は、射出軸がいわゆる回転型モータによって駆動されるようになっている。回転型モータは、円形状に配置されているステータの内側にロータが設けられこのロータが回転するようになっているモータである。ところでモータには他の種類のモータもある。例えば、直線状に複数個のコイルが配置された固定子と、複数個の永久磁石を備えた可動子とからなり、固定子に対して可動子が所定のギャップを介して配置されて、直線状にスライドするリニアモータも周知である。このようなリニアモータが射出軸に採用された射出装置も提案されている。射出軸をリニアモータによって駆動するようにすると、駆動の方向を変換する必要がなく、直接リニアモータによってスクリュを駆動できるからである。例えば、特許文献１にはこのように射出軸がリニアモータからなる射出装置が記載されているが、この射出装置では大型のリニアモータが採用されている。つまり固定子と可動子が大径の円筒状を呈し、多数のコイルと多数の永久磁石が設けられ十分な駆動力が得られるようになっている。特許文献２にも駆動軸がリニアモータからなる射出装置が記載されているが、この射出装置の駆動軸には、リニアモータの他にリニアモータと同じ方向に駆動できる補助アクチュエータも設けられている。補助アクチュエータは流体圧シリンダ機構からなり、リニアモータと同期して駆動することによって、スクリュの軸方向への駆動力を補助している。

モータの種類として、いわゆるスパイラルモータもあり、近年その優れた特性によって注目されている。スパイラルモータは、例えば特許文献３〜５において提案されているように、駆動軸と、この駆動軸に設けられている螺旋状ロータと、螺旋状ステータとからなる。螺旋状ロータは、駆動軸に沿って螺旋状に設けられているフライトと該フライトの両面に設けられている複数個の永久磁石とから構成され、螺旋状ステータは螺旋状の溝が形成されている鉄心と該溝内の両面に設けられている複数個のコイルとから構成されている。そしてこれらの永久磁石とコイルとの間に所定のギャップが維持されるように螺旋状ロータが螺旋状ステータに対して螺合している。従って、コイルに供給する電流を制御すると、螺旋状ロータは回転しながら軸方向に移動する。すなわち駆動軸が回転しながら軸方向にスライドするようになっている。

射出軸が回転型モータとボールネジ機構とからなる従来の射出装置によっても、射出軸にリニアモータが採用されている射出装置によっても、スクリュを軸方向に駆動することはでき、それぞれ優れた点はある。しかしながら、解決すべき問題も見受けられる。まず従来の射出装置においては、ボールネジ機構が必要である点に問題が見受けられる。ボールネジ機構は内部に入れられているグリスが漏出する可能性があり、漏出すると射出装置や金型を汚染する。そうすると成形品に影響が出てしまう。また回転型モータの駆動力は直接スクリュに伝達されず、ボールネジ機構を介して間接的に伝達されるので、ボールネジ機構における応答性の低下の問題もある。さらにはボールネジ機構は複雑であるしボールやグリスが劣化するので保守のコストが嵩むという問題もある。射出軸にリニアモータが採用されている射出装置においても問題が見受けられる。リニアモータは十分な駆動力が得られないからである。特許文献１に記載の射出装置においては、リニアモータを大型にすることによって必要な駆動力を得るようにしているが、リニアモータが大型化すると装置全体が大きくなってしまう。また近年、射出圧力を高めた高性能の射出成形機が提案されているが、このような射出成形機において、リニアモータを大型化するだけで対応できるかどうか疑問もある。特許文献２に記載の射出装置においては、補助アクチュエータによってリニアモータの駆動力を補助するようにしているが、リニアモータは電動であるのに対し、補助アクチュエータは流体により駆動するので、応答性にバラツキがでる可能性があるし、制御が複雑になるという問題がある。さらには補助アクチュエータの分だけ射出軸が大型化してしまう。

したがって、本発明は、駆動機構が比較的小型であるにも拘わらずスクリュを軸方向に強い駆動力で駆動でき、グリスによる汚染の心配もなく保守のコストも小さく、制御の応答性に優れた射出軸を有する射出装置を提供することを目的としている。

本発明は、前記目的を達成するために、射出装置のスクリュを軸方向に駆動する駆動軸の駆動機構を、スパイラルモータと、このスパイラルモータにベアリング機構を介して接続されているスクリュ押部材とから構成する。スパイラルモータは、駆動回転軸と該駆動回転軸に設けられている螺旋状ロータと該螺旋状ロータに所定のギャップを介して螺合している螺旋状ステータとからなり、駆動すると駆動回転軸が回転しながら軸方向にスライドするようになっている。このようなスパイラルモータを、スクリュの後方にスクリュと平行になるように配置する。そしてスクリュの後端部にスクリュ押部材を設け、スパイラルモータの駆動回転軸の先端をベアリング機構を介してスクリュ押部材に接続する。

すなわち、請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、加熱シリンダと該加熱シリンダ内に設けられているスクリュとからなる射出装置の該スクリュを軸方向に駆動する射出軸の駆動機構が、前記スクリュの後方に前記スクリュと平行に配置されたスパイラルモータと、前記スクリュの後端部に設けられているスクリュ押部材とから構成され、前記スパイラルモータは、駆動回転軸と該駆動回転軸に設けられている螺旋状ロータと該螺旋状ロータに所定のギャップを介して螺合している螺旋状ステータとからなり、駆動すると前記駆動回転軸が回転しながら軸方向にスライドするようになっており、前記駆動回転軸の先端部がベアリング機構を介して前記スクリュ押部材に接続されていることを特徴とする射出装置として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の射出装置において、前記駆動機構の前記スパイラルモータは１個からなり、前記スクリュと同軸に設けられていることを特徴とする射出装置として構成される。

以上のように本発明は、スクリュの射出軸の駆動機構が、スクリュの後方にこれと平行に配置されたスパイラルモータと、スクリュの後端部に設けられているスクリュ押部材とから構成されている。スパイラルモータは、駆動回転軸と該駆動回転軸に設けられている螺旋状ロータと該螺旋状ロータに所定のギャップを介して螺合している螺旋状ステータとからなり、駆動すると駆動回転軸が回転しながら軸方向にスライドするようになっている。そして駆動回転軸の先端部がベアリング機構を介して前記スクリュ押部材に接続されている。スパイラルモータは、螺旋状ロータに設けられている永久磁石と、螺旋状ステータに設けられているコイルの個数が多く、小型のモータであっても駆動回転軸を軸方向に強い力で駆動できる。ただし軸方向に駆動するとき駆動回転軸が回転してしまうが、これをベアリング機構を介してスクリュ押部材に伝達するので軸力だけを取り出すことができる。これによってスクリュを軸方向に駆動できる。本発明は、スパイラルモータから射出軸の駆動機構が構成されているので、小型でありながらスクリュを軸方向に強い駆動力で駆動できる。また、ボールネジ機構を必要としていないので、グリスによる汚染の心配もなく保守のコストも小さい。さらには、射出軸の駆動機構には機械的エネルギーの伝達機構がベアリング機構のみで済むので、制御の応答性にも優れている。

本発明の実施の形態に係る射出装置を示す図で、その（ア）は射出装置の正面断面図、その（イ）は射出装置の射出軸に設けられているスパイラルモータの一部を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る射出装置を示す正面断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の実施の形態に係る射出装置１は電動射出成形機の一部を構成しており、駆動機構を除く本体部分については従来の射出装置と同様に構成されている。すなわち、射出装置１の本体部分は、図１の（ア）に示されているように、加熱シリンダ３と、該加熱シリンダ３内で軸方向と回転方向に駆動可能に設けられているスクリュ４とから構成され、加熱シリンダ３の後方寄りにホッパ５が設けられている。加熱シリンダ３の前方には射出ノズルが設けられ、外周面にはヒータが設けられているが、これらは図には示されていない。

本実施の形態に係る射出装置１は、スクリュ３を駆動する駆動機構７に特徴がある。駆動機構７には、スクリュ３を軸方向に駆動する射出軸と、スクリュ３を回転方向に駆動する可塑化軸とがある。本実施の形態において、可塑化軸を駆動する可塑化モータ８は従来の射出装置と同様にいわゆる回転型モータから構成されているが、射出軸は従来の射出装置への適用がないスパイラルモータ９が設けられ、これによって駆動されるようになっている。スパイラルモータ９については後で説明する。駆動機構７は、その本体部分が３枚のプレートから構成されている。すなわちスクリュ４の近傍に設けられている前プレート１１と、スクリュ４から離間した後方に設けられている後ろプレート１２と、前プレート１１と後ろプレート１２の間に設けられている中間プレート１３である。前プレート１１と後ろプレート１２は、複数本のガイドバー１５、１５、…によって所定の間隔を開けて固定的に連結されている。中間プレート１３は、これらのガイドバー１５、１５、…に案内されて前プレート１１と後ろプレート１２間を軸方向に摺動できるようになっている。スクリュ４の後端部は駆動軸１７になっており、この駆動軸１７がベアリング機構１８を介してこの中間プレート１３に接続されている。従って、中間プレート１３が軸方向に駆動されるとスクリュ４が軸方向に駆動される。つまり中間プレート１３はスクリュ４を軸方向に駆動するスクリュ押部材になっている。駆動機構７において可塑化軸に関する機構は、スクリュ４の駆動軸１７側に設けられている。すなわち駆動軸１７にはプーリ２０が設けられ、可塑化モータ８に設けられている駆動プーリ２１との間にベルト２２が掛け回されている。従って可塑化モータ８を駆動すると、スクリュ４が回転することになる。

駆動機構７において射出軸に関する機構はスパイラルモータ９から構成されているが、最初にスパイラルモータ９について説明する。スパイラルモータ９は、図１の（ア）に示されているように、軸方向に所定の長さを有する円筒状のケーシング２４内に設けられている。このケーシング２４に対して駆動回転軸２６が所定の軸受機構２５、２５によって軸受けされている。そして駆動回転軸２６に螺旋状ロータ２８が設けられている。また、ケーシング２４の内周面に螺旋状ステータ２９が固定されている。スパイラルモータ９の主要部分を構成している駆動回転軸２６と螺旋状ロータ２８と螺旋状ステータ２９は、図１の（イ）に斜視図に示されている。ただし、図１の（イ）には、分かりやすくするために螺旋状ステータ２９は軸方向に短く切断されてその一部しか描かれていない。図に示されているように、螺旋状ロータ２８は、駆動回転軸２６の軸方向に沿って所定のピッチの螺旋状に設けられているフライト３１と、このフライト３１の両面に設けられている複数個の永久磁石３２、３２、…とから構成されている。本実施の形態において永久磁石３２、３２、…は、軸回りに６０度の等間隔になるように、かつＳ極とＮ極とが交互になるように配置されており、フライト３１を軸方向に投影して見ると永久磁石３２、３２、…が円周方向に６個配置されているように見える。つまり回転型モータとして考えるとロータの極数は６極と言うことができる。ただし、実際には永久磁石３２、３２、…はフライト３１の裏面にも設けられているし、螺旋状に設けられているので、永久磁石３２、３２、…の個数は相当多い。螺旋状ステータ２９は、ケーシング２４の内周面に固定されている鉄心３４あるいはヨークと、この鉄心３４に設けられている複数個のコイル３５、３５、…とから構成されている。鉄心３４は軸方向に駆動回転軸２６が緩やかに貫通する所定の径の孔が空けられていると共に、所定幅の螺旋状の溝が螺旋状ロータ２８のフライト３１と同ピッチになるように形成されている。複数個のコイル３５、３５、…は、このような螺旋状の溝内の両面に等間隔に設けられている。螺旋状ロータ２８は、このように形成されている螺旋状ステータ２９に、所定の隙間すなわちギャップが維持されるようにして螺合している。スパイラルモータ９において、コイル３５、３５、…に供給する電流を適切に制御すると、螺旋状ロータ２８が螺旋状ステータ２９に対して螺旋状に駆動される。これによって、駆動回転軸２６が回転しながら軸方向に駆動される。

駆動機構７には、このようなスパイラルモータ９のケーシング２４が後ろプレート１２に設けられている。より詳しく説明すると、スパイラルモータ９は、スクリュ４の後方にスクリュ４と同軸になるように設けられている。スパイラルモータ９の回転駆動軸２６は、その先端部がベアリング機構３９を介して中間プレート１３に接続されている。従って、スパイラルモータ９を駆動して回転駆動軸２６が回転すると共に軸方向に駆動されると、回転駆動軸２６の軸方向の駆動力だけが中間プレート１３つまりスクリュ押部材に伝達され、スクリュ４を軸方向に駆動することができる。

このように、本実施の形態に係る射出装置１はスクリュ４の射出軸がスパイラルモータ９によって駆動されるようになっている。スパイラルモータ９は多数の永久磁石３２、３２、…とコイル３５、３５、…とによって駆動されるので小型であっても強い駆動力が得られ、従って射出装置１は十分な射出圧力が得られる。またスパイラルモータ９の駆動回転軸２６の駆動力のうち軸方向の成分は、スクリュ４の駆動の方向と一致しているので、格別に駆動力の方向を変換する変換機構を必要としない。軸方向の成分だけを取り出すには、駆動回転軸２６の駆動力のうち回転方向の成分をベアリング機構３９によって無効にするだけで足りる。つまり射出装置の射出軸がシンプルな機構によって構成できるという効果も得られる。

本実施の形態に係る射出装置は色々な変形が可能である。例えば、射出軸を複数個のスパイラルモータ９’、９’、…から構成することもできる。このような第２の実施の形態に係る射出装置１’が図２に示されている。この実施の形態においては、複数個、例えば３個のスパイラルモータ９’、９’、…を後ろプレート１２に設ける。ただし、スパイラルモータ９’、９’、…は駆動回転軸２６、２６、…がスクリュ４と平行になるようにする。そしてこれらの駆動回転軸２６、２６、…の先端部をベアリング機構３９、３９、…を介して中間プレート１３つまりスクリュ押部材に接続する。複数個のスパイラルモータ９’、９’、…を同期して駆動すると、中間プレート１３が平行に駆動され、スクリュ４が軸方向に駆動される。

１ 射出装置 ３ 加熱シリンダ
４ スクリュ ７ 駆動軸駆動機構
８ 可塑化モータ ９ スパイラルモータ
１１ 前プレート １２ 後ろプレート
１３ 中間プレート １５ ガイドプレート
２４ ケーシング ２６ 駆動回転軸
２８ 螺旋状ロータ ２９ 螺旋状ステータ
３１ フライト ３２ 永久磁石
３４ 鉄心 ３５ コイル
３９ ベアリング機構

Claims (2)

1. 加熱シリンダと該加熱シリンダ内に設けられているスクリュとからなる射出装置の該スクリュを軸方向に駆動する射出軸の駆動機構が、前記スクリュの後方に前記スクリュと平行に配置されたスパイラルモータと、前記スクリュの後端部に設けられているスクリュ押部材とから構成され、
   前記スパイラルモータは、駆動回転軸と該駆動回転軸に設けられている螺旋状ロータと該螺旋状ロータに所定のギャップを介して螺合している螺旋状ステータとからなり、駆動すると前記駆動回転軸が回転しながら軸方向にスライドするようになっており、
   前記駆動回転軸の先端部がベアリング機構を介して前記スクリュ押部材に接続されていることを特徴とする射出装置。
2. 請求項１に記載の射出装置において、前記駆動機構の前記スパイラルモータは１個からなり、前記スクリュと同軸に設けられていることを特徴とする射出装置。

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