JP4565749B2 - 射出成形機のための二重モータ駆動子 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は射出成形機を作動させるための動力を提供する駆動モータに関し、特に、機械的に一緒に結合された２つの電気モータを利用する電気モータ駆動装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
長年にわたり、プラスチック部品を成形するための射出成形機は液圧的に作動されていた。このような機械は直線運動を提供するためのリニア液圧アクチュエータと、回転運動を提供するための回転液圧モータとを有していた。作動サイクル中にこのような機械のそれぞれの素子を一層精確に位置決めする要求が増大するにつれて、液圧流体の圧縮性及び流体温度の変化による流体の体積変化のため、液圧作動式の素子の位置決め精度が制限されることが明らかとなった。従って、主として、シャフト角度エンコーダ及び他の電気作動式の位置感知装置の使用により得ることのできる一層厳密な位置制御のため、数年前に、このような機械のための機械的な駆動装置として電気モータを利用し始めた。特に、サーボモータは、開ループ又は閉ループ制御技術を使用することにより、シャフト角度及び供給電流を厳密に制御して、モータシャフトトルク、シャフト位置及びシャフト角速度における厳密な制御を可能にする能力のために、所望の度合いの制御精度を提供する。
【０００３】
液圧作動式の装置に比べて電気作動式の装置を一層精確に制御する能力に加え、液圧装置はしばしば電気的な装置よりも一層の騒音を伴う。更に、装置の作動中に液圧流体を加圧する際に生じる液圧流体の加熱、及び、これに伴う、油又は水冷却器或いは他の形の吸熱源による流体の冷却の必要性のため、液圧機械内で著しいエネルギが消費される。そして、この時代における環境問題に対する最大の注目として、液圧流体における鉱油は時には環境上望ましくなく、特殊な容器及び特殊な廃棄技術を必要とする。
【０００４】
電気モータの１つの欠点は、一層大きな動力出力が必要な場合、電気モータの寸法、重量及びコストが液圧モータのものよりも大きいことである。電気モータのための制御精度の度合いが機械的及び液圧的な装置に比べて一層大きいが、特に約３００トンまでのクランプトン数を有する小容量の射出成形機においては、電気モータはますます偏在するようになってきている。一層大きな出力が必要な場合、動力出力の制限及び大きな電気モータの直径の増大が電気駆動装置を使用できる射出成形機の寸法を制限していた。
【０００５】
射出成形機を作動させるために交流サーボモータがしばしば利用される。しかし、商業的に入手できる交流サーボモータの最大出力トルクは制限される。従って、このような交流サーボモータを動力源として利用できる射出成形機の容量は商業的に入手できるモータの出力トルクにより制限される。組み合わせモータトルク出力を提供するように２つのこのようなモータをベルト又は歯車により結合することができるが、このような装置は余分な空間を占有し、一層複雑になる。更に、このような装置はまた、ベルトの伸び、機械的な摩耗、及び機械的な駆動素子に特有の同様な因子のため、組み合わせモータからの出力の制御の精度を減少させる機械的な素子を追加することとなる。
【０００６】
本発明の目的は、単一の商業的に入手できるモータを使用して得ることのできるものよりも一層大きな最大トルク出力を必要とするような機械類を作動させるために電気モータを使用することができる駆動装置を提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、高出力トルク電気モータを必要とする電気作動式の射出成形機の全体寸法を所望の空間限界内に維持できる駆動装置を提供することである。
【０００８】
【発明の開示】
略述すると、本発明の１つの態様によれば、電気作動式の射出成形機の覆い寸法を過剰に増大させることなく大きな馬力出力を達成できる電気モータ駆動装置が提供される。第１及び第２の電気モータが提供され、各モータはハウジングと、このハウジングの駆動端から軸方向に延びる出力シャフトとを有する。モータは互いに離間関係で指向され、そのそれぞれの駆動端は、そのぞれぞれの出力シャフトが同軸的に位置するように、対向関係となっている。モータ結合部材は第１及び第２のモータの出力シャフト間を延び、モータ出力シャフトが同じ回転方向に同じ回転速度で回転するようにこれらのシャフトを一緒に結合する。第１及び第２のモータの速度及びトルクを制御するためにモータ制御子が設けられ、このモータ制御子は、モータ出力シャフト軸線に関して所定の回転方向に回転するように第１のモータ出力シャフトを作動させるために、第１のモータに結合された第１の制御回路を有する。第２の制御回路は、モータ出力シャフト軸線に関して第１のモータ出力シャフトと同じ所定の回転方向に回転するように第２のモータ出力シャフトを作動させるために、第２のモータに結合される。モータとそのそれぞれの制御子との結合は、第１及び第２のモータの出力トルクの合計である組み合わせ出力トルクをモータ結合部材において提供する。これに関し、第２のモータ制御回路は、結合された出力駆動シャフトが駆動シャフト軸線に関して同じ方向に回転するように、第１のモータへ供給される駆動電流の位相に関して第２のモータへ供給される駆動電流の位相を１８０゜だけシフトさせるためのインバータを有する。
【０００９】
【発明を実施するための最良の形態】
図面、特にその図１、２を参照すると、射出成形機の射出ユニットのための駆動装置１０が示される。この機械は駆動ハウジング１２を有し、このハウジングから延びる管状のバレル１４は当業界で周知の型式の回転及び往復可塑化スクリュー（図示せず）を担持する。材料送りホッパ１６はバレル１４の上方に位置していて、スクリューにより可塑化し、射出すべき材料を受け取り、これをバレル１４の内部へ送る。
【００１０】
ここで、図２を参照すると、可塑化スクリューは、ハウジング１２に担持されこれに支持されるブラケット２０により支持される電気モータ１８によって回転される。モータ１８は駆動プーリー２４を固定した出力駆動シャフト２２を有する。駆動ベルト２６は駆動プーリー２４のまわりを通り、一緒に連動回転するように可塑化スクリューに作動的に結合された被駆動プーリー２８を回転させる。
【００１１】
成形材料が可塑化された後、可塑化スクリューはバレル１４内で図１、２の左方へ移動し、所望量の可塑化された成形材料をモールド（図示せず）内へ射出するように射出ストロークを行う。射出ストロークのための動力は第１の射出モータ３０及び第２の射出モータ３２である一対の電気モータを含む駆動装置により提供される。モータ３０は駆動ハウジング１２により支持されかつそこから支持されたブラケット３１によって支持され、モータ３０のハウジングから外方に延びる出力駆動シャフト３４を有する。同様に、モータ３２はこれまた駆動ハウジング１２により支持されかつそこから支持されたブラケット３３によって支持され、モータ３２のハウジングから外方に延びる対応する出力駆動シャフト３６を有する。図２に示すように、モータ３０、３２は、そのそれぞれの出力シャフトが互いに離間し、対向関係で互いに対面し、かつ、そのそれぞれの出力シャフトの軸線が同軸となるように、相対的に位置する。
【００１２】
図示のように環状のスリーブの形をとることのできる駆動シャフト結合部材３８は出力駆動シャフト３４、３６間を延び、同じ回転方向に同じ回転速度でこれらのシャフトを一緒に回転させるようにこれらのシャフトを一緒に固定的に結合する。結合部材３８はベルト４１により駆動される被駆動プーリー４０を回転させるための駆動プーリーを画定する。被駆動プーリー４０はハウジング１２により保持された固定ナット４３内に回転自在に担持された駆動スクリュー４２に作動的に結合される。駆動スクリュー４２の回転により、可塑化スクリューが軸方向に移動し、可塑化スクリューの射出ストローク又は引き戻しストロークのいずれかを行う。
【００１３】
図示の２モータ装置は、単一のモータのみにより達成できるものよりも一層大きな出力トルクを提供するように、２つの一層小さな出力モータの組み合わせを可能にする。これに関し、その出力を一層精確に制御する能力故にこのような機械にとって好ましい駆動源である交流サーボモータの最大トルク出力が約１０００ｎｍのレベルに制限されるので、このようなモータの応用は約１００オンス（約２．８ｋｇ）の成形材料射出量を有する射出成形機に制限されてしまう。一層多量の成形材料を射出するには一層大きなモータトルク出力が必要となり、ここに開示する２モータ駆動装置は大容量の射出成形機でのこのようなモータの使用を可能にする。
【００１４】
このような２モータ駆動装置の制御は図３に示す型式の制御装置により行うことができる。モータ３０、３２の出力駆動シャフトは連動回転するように結合部材３８により一緒に接続される。モータ速度指令がそれぞれの速度コントローラ４４、４６に提供され、それぞれのモータ駆動回路４８、５０のための対応する電流指令を発生させる。エンコーダ５４はモータ３０に接続され、モータ駆動回路４８、５０へロータ位置フィードバックを提供するために使用される。エンコーダ５４からのロータ位置フィードバックは速度コントローラ４４、４６にも供給され、そこで、このフィードバックは速度フィードバックを引き出すために使用される。モータ駆動子５０及び速度コントローラ４６に供給された位置フィードバックは信号インバータ５２内で反転され、モータ３２をモータ３０とは反対の方向へ回転させ、それぞれのモータ出力シャフトを同じ方向に回転させて、これらのモータのための組み合わせ出力を生じさせる。駆動回路４８、５０への速度指令が必要に応じて調整され、各モータ３０、３２のための所望の回転速度を維持する。
【００１５】
代わりに、本発明により教示されるような２モータ駆動装置は図４に示す型式の装置により制御することができる。モータ３０、３２の出力駆動シャフトは連動回転するように結合部材３８により上述のように一緒に接続される。単一の速度コントローラ５８は単一の電流指令を発生させるために設けられる。コントローラ５８からの指令はモータ３０のためのモータ駆動回路４８により直接受け取られるが、モータ３２の駆動回路５０のための速度指令は信号インバータ５６内で反転され、モータ３２をモータ３０とは反対の方向へ回転させる。従って、それぞれのモータ出力シャフトは同じ方向に回転し、モータ３０、３２のための組み合わせ出力を生じさせる。単一のエンコーダ５４はモータ３０に接続されて、それぞれの駆動回路４８、５０のためのロータ位置フィードバックを提供し、そこで、このフィードバックは速度フィードバックを引き出すために使用される。エンコーダ５４によりモータ駆動回路５０へ供給された位置フィードバックは、モータ３２の適正な転換を提供するために信号インバータ５２により反転されることに留意されたい。
【００１６】
【産業上の利用可能性】
上述のように、本発明の電気モータ駆動装置は、機械の覆い寸法を過剰に増大させることなく、電気作動式の射出成形機のための大きな馬力出力を提供する。第１及び第２の電気モータは、そのそれぞれの駆動端が対向関係で位置し、そのそれぞれの出力シャフトが軸方向で整合するように、装着される。モータ結合部材は第１及び第２のモータの出力シャフト間を延び、モータ出力シャフトが同じ回転方向に同じ回転速度で回転するようにこれらのシャフトを一緒に結合する。第１及び第２のモータの速度及びトルクを制御するためにモータ制御子が設けられる。モータのこの構成は第１及び第２のモータの出力トルクの合計である組み合わせ出力トルクを提供する。
【００１７】
本発明の特定の実施の形態を図示し、説明したが、当業者なら、本発明の概念を逸脱することなく、修正の変更が可能であることは明らかである。従って、本発明の要旨内でのすべてのこのような変更及び修正は特許請求の範囲内に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 往復スクリュー射出成形機のための可塑化スクリュー駆動装置の部分断面側立面図である。
【図２】 図１に示す可塑化スクリュー駆動装置の部分断面頂面図である。
【図３】 図２に示す型式の二重モータ駆動子のための制御構成を示すブロック線図である。
【図４】 図２に示す型式の二重モータ駆動子のための別の制御構成を示すブロック線図である。

Claims (8)

1. 駆動装置（１０）を有する射出成形機において、
   上記駆動装置（１０）が、
   （イ） ハウジングと、同ハウジングの駆動端から軸方向に延びる出力シャフト（３４、３６）とをそれぞれ有する第１及び第２の電気モータ（３０、３２）であって、互いに離間した関係で指向され、同軸的に位置するそれぞれの上記出力シャフト（３４、３６）の対向するそれぞれの駆動端を有する第１及び第２の電気モータ；
   （ロ） 上記モータの出力シャフト（３４、３６）が同じ回転方向に同じ回転速度で一緒に回転するように、上記第１及び第２のモータ（３０、３２）の当該出力シャフト（３４、３６）間を延びて同シャフトを一緒に結合するモータ結合部材（３８）；及び
   （ハ） 上記第１及び第２のモータ（３０、３２）の速度及びトルクを制御するためのモータ制御子であって、当該第１及び第２のモータ（３０、３２）の出力トルクの合計である組み合わせ出力トルクを上記モータ結合部材（３８）において提供するために、所定の回転方向に回転するように上記第１のモータ出力シャフト（３４）を作動させるように当該第１のモータ（３０）に結合された第１のモータ駆動回路（４８）と、当該第１のモータ出力シャフト（３４）と同じ所定の回転方向に回転するように上記第２のモータ出力シャフト（３６）を作動させるために当該第２のモータ（３２）に結合された第２のモータ駆動回路（５０）とを有し、上記第２のモータ駆動回路（５０）が該第１のモータ（３０）へ供給される駆動電流の位相に関して該第２のモータ（３２）へ供給される駆動電流の位相をシフトさせて上記組み合わせ出力トルクを上記第１及び第２の各モータ（３０、３２）の出力トルクよりも大きくするためのインバータ（５２）を有するようなモータ制御子；を有することを特徴とする駆動装置（１０）を有する射出成形機。
2. 上記第１及び第２のモータ（３０、３２）の各々が同じ回転速度で実質上同じ最大出力トルクを有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置（１０）を有する射出成形機。
3. 上記第１及び第２のモータ（３０、３２）の各々が同じ回転速度で異なる最大出力トルクを有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置（１０）を有する射出成形機。
4. 上記結合部材（３８）が上記第１及び第２のモータ（３０、３２）のそれぞれの上記出力シャフト（３４、３６）を連動回転させるように一緒に機械的に接続するための接続スリーブと、組み合わせモータ出力トルクを被駆動部材（４０）に伝達するために当該結合部材（３８）に担持された駆動部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置（１０）を有する射出成形機。
5. 上記駆動部材が駆動ベルト（４１）を受け取り、これを担持するプーリーであることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置（１０）を有する射出成形機。
6. 上記被駆動部材（４０）が射出成形機の射出ユニット内の機構であることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置（１０）を有する射出成形機。
7. 上記機構が成形材料をモールド内へ射出するための射出部材へ軸方向の運動を与えるスクリュー（４２）を有することを特徴とする請求項６に記載の駆動装置（１０）を有する射出成形機。
8. 上記第１及び第２のモータ（３０、３２）の各々が交流サーボモータであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置（１０）を有する射出成形機。

Images