JP2005059539A - 電動式射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動式射出成形機のサーボモータの駆動力を伝達する伝動機構（タイミングベルトとタイミングプーリー）が発生する騒音を軽減する。
【解決手段】 タイミングベルト１７として、内面に横に隣接する２列の歯列２２，２３を備え、両歯列を構成する歯２４がベルト長手方向に同一ピッチｐで並び、かつベルト長手方向に対して同一の斜角で互いに反対方向に傾斜し、両歯列を構成する歯の中心線ａ，ｂがベルト長手方向にピッチｐの２分の１だけ互いにずれたものを用いる。タイミングプーリーは、その外面にタイミングベルトに１８に対応する２列の歯列を備える。この伝動機構は、回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構と駆動用のサーボモータの間に設置される。例えば射出装置のプッシャープレートに連結したねじ機構と駆動用サーボモータの間、あるいは型締め装置のトグル機構に連結するねじ機構と駆動用サーボモータの間である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数のタイミングプーリーにタイミングベルトが巻き掛けられた伝動機構が、回転運動を直線運動に変換するねじ機構と駆動用のサーボモータの間等に設けられた電動式射出成形機に関する。

電動式射出成形機には、複数のタイミングプーリー（駆動プーリーと従動プーリー）にタイミングベルトが巻き掛けられた伝動機構が、射出装置のプッシャープレートに連結するねじ機構とサーボモータの間、型締め装置のトグル機構に連結されるねじ機構とサーボモータの間、射出装置の移動用ねじ機構とサーボモータの間、あるいはエジェクト機構のねじ機構とサーボモータとの間、射出スクリューと計量用サーボモータの間、等に設けられている（下記特許文献１参照）。
電動式射出成形機に一般に用いられるタイミングベルトは、直歯型（歯がベルトの長手方向に対し直角に形成されている）であり、タイミングベルトが作動中にタイミングプーリーの軸方向に位置ずれしたり、さらにタイミングプーリーから抜け出したりする可能性がある。それを防止するため、駆動プーリーと従動プーリーのいずれか一方又は双方に、タイミングベルトの位置ずれを防止するためのフランジが設けられている（下記特許文献２参照）。

タイミングベルト及びタイミングプーリーからなる上記伝動機構は、両者の歯同士が噛み合うため、スリップすることがなく、サーボモータの回転を前記ねじ機構等に正確に伝達することができる。しかし、この伝動機構は騒音が激しい。これは、タイミングベルトに形成された歯が直歯型であることにより、タイミングベルトとタイミングプーリーの歯の当たりが歯の全幅にわたって同時となり、歯と溝の間に押し込まれた空気の逃げ道が少なく（左右（幅方向）にしか逃げられない）、逃げ残って閉じこめられた空気が圧縮され、弾けて大きい音を発生させるためである。タイミングプーリーに前記フランジが形成され、空気が歯の幅方向に逃げにくくなっていることも、騒音を激しくする原因となっている。

タイミングベルト及びタイミングプーリーからなる伝動機構が発生する騒音を抑えるため、種々の工夫がなされている。例えば、下記特許文献１では、２本の細幅のタイミングベルトを用いて、両ベルトの隙間から空気が逃げ出すようにし、下記特許文献３では、タイミングベルトの中央に周方向に沿って切れ目を形成し、その切れ目から空気が逃げ出るようにし、下記特許文献４では、タイミングベルトの内面に歯を貫くらせん形の溝を斜めに形成し、その溝を通って空気がベルト長さ方向へ逃げ出るようにし、下記特許文献５では、プーリーの両側面に溝を形成してフランジとの間に通気路を形成し、その通気路から空気が逃げ出るようにしている。あるいは、タイミングプーリーの溝の中央部を高くするなど、溝底面の形状を変化させて空気が左右に逃げやすくするなども試みられている。しかし、タイミングプーリーとタイミングベルトを高速回転させた場合に、歯と溝の間に閉じこめられた空気の逃げ方は十分ではなく、際だった騒音低減効果は得られていない。
また、下記特許文献６では、タイミングベルト及びタイミングプーリーからなる伝動機構の周囲をカバーで被って、騒音が外部に漏れないようにしている。この場合、発生する騒音を遮断するに十分な構造にするには、カバーの取付スペースの確保、部品点数の増加によるコスト増等の新たな問題が出てくる。

特開２０００−９７２８８号公報 特開平１１−２６２９３２号公報（例えば図１等） 特開平９−１１９４８１号公報 特開平５−２０２９８９号公報 特公昭５７−１２９０１号公報 特開平６−３００１２０号公報

一方、米国特許第５，２０９，７０５号明細書及び特開２００２−２４３００２号公報には、傾斜した左右２列の歯列を内面に備えたタイミングベルトと、前記タイミングベルトに対応する左右２列の歯列を外周面に備えたタイミングプーリーからなる伝動機構が記載されている。このタイミングベルトの歯列を構成する歯は、ベルト長手方向に同一ピッチで並び、ベルト長手方向に対して同一の斜角で互いに反対方向に傾斜していることから、セルフトラッキング機能（タイミングベルトをタイミングプーリー上の幅方向一定位置に自動的に維持する機能）を有し、タイミングベルトがタイミングプーリーから外れるのを防止するためのフランジを必要としない。

米国特許第５，２０９，７０５号明細書 特開２００２−２４３００２号公報

射出成形機において射出装置や型締め装置に用いられている従来の伝動機構（直歯型のタイミングベルト及びタイミングプーリー）は、数ＫＷ〜数十ＫＷのサーボモータの動力を伝達するため、タイミングベルトは１００ｍｍ幅程度の広幅とされている。そのこともあって、モータの回転速度を大きくすると特に騒音が激しくなる。また、発生する騒音がネックとなって射出速度や型締め速度を十分上げることができないという指摘もある。
従って、本発明は、射出成形機の伝動機構（タイミングベルトとタイミングプーリー）が発生する騒音を軽減することを目的とする。

本発明は、駆動用サーボモータの駆動力が、複数のタイミングプーリーにタイミングベルトが巻き掛けられた伝動機構を介して伝達される電動式射出成形機において、前記タイミングベルトは、その内面に横に隣接する２列の歯列を備え、両歯列を構成する歯はベルト長手方向に同一ピッチで並び、かつベルト長手方向に対して同一の斜角で互いに反対方向に傾斜し、前記タイミングプーリーは、その外面に前記タイミングベルトに対応する２列の歯列を備えることを特徴とする。前記伝動機構はセルフトラッキング機能を有するため、タイミングプーリーには、タイミングベルトのずれや外れを防止するためのフランジは不要であり、設けられていない。前記タイミングベルトにおいて、両歯列を構成する歯の中心線がベルト長手方向に互いにずれていることが望ましい（当然、タイミングプーリーの歯列もそれに対応している）。なお、本発明において、前記タイミングベルト及びタイミングプーリー自体は、前記特許文献７，８に記載されたように公知である。
前記伝動機構を設ける箇所は、主として回転運動を直線運動に変換するねじ機構と駆動用のサーボモータの間である。例えば射出装置のプッシャープレートに連結するねじ機構と駆動用サーボモータの間、あるいは型締め装置のトグル機構に連結するねじ機構と駆動用サーボモータの間である。また、射出装置の移動用ねじ機構とサーボモータの間、あるいはエジェクト機構のねじ機構とサーボモータとの間に設けてもよい。前記ねじ機構は例えばボールねじ機構である。射出用のスクリューと計量用サーボモータの間に設けることもできる。

本発明では、前記伝動機構を用いることにより、発生する騒音を大幅に低減することができる。これは、タイミングベルトとタイミングプーリーの歯がベルト長手方向に対して傾斜していることから、タイミングベルトとタイミングプーリーの歯の当たりが、歯の全幅にわたって同時ではなく連続的で滑らかとなり（タイミングベルトの両歯列をベルト長手方向にずらすことにより一層滑らかとなる）、かつ、タイミングベルトとタイミングプーリーの歯と溝の間に押し込まれた空気が溝に沿って移動し、フランジにじゃまされることなく幅方向両側から容易に逃げるためである。また、前記伝動機構において、タイミングベルトの負荷容量を大きくしても発生する騒音が小さいため、タイミングベルトの負荷容量を大きくすることができ、その分、タイミングベルトの幅を小さくできる。これも騒音の低減に寄与する。

そのほか、本発明には次のような効果がある。
まず、タイミングベルトの負荷容量を上げてその幅を小さくすれば、タイミングプーリーの幅も小さくでき、かつタイミングプーリーにはタイミングベルトの外れ防止のためのフランジが不要であるから、タイミングプーリーの重量を従来のものに比べて小さくできる。これにより、モータ軸換算イナーシャが小さくなり、同じサーボモータであれば加速性能が向上する。この伝動機構を例えば射出装置のプッシャープレートを移動させるねじ機構と連結させれば、射出の立ち上がりが速くなり、特に薄物の射出成形に有利となる。
また、射出装置や型締め装置にはねじ機構として一般にボールねじ機構が用いられているが、従来はタイミングベルトとタイミングプーリーが噛み合うときに発生する振動の影響で、ボールねじ機構の寿命が低下していた。しかし、本発明では、タイミングベルトとタイミングプーリーの歯の当たりが滑らかで、強い振動の発生がなく、ボールねじ機構の寿命が向上する。

以下、図１〜５を参照して、本発明についてより具体的に説明する。
図１，２に示すのは型締め装置であり、本発明に係る伝動機構が設置されている。
この型締め装置は、機台１に固定され固定金型２が取り付けられた固定ダイプレート３と、固定ダイプレート３に固定されかつテールプレート４に架け渡されたタイバー５と、タイバー５に沿って移動可能で移動金型６が取り付けられた移動ダイプレート７と、移動ダイプレート７とテールプレート４の間に配設され、移動ダイプレート７をタイバー５に沿って進退させ型開閉及び型締めを行うトグル機構８と、トグル機構８を作動させる型開閉用サーボモータ９と、テールプレート４をタイバー５に沿って移動させることにより該テールプレート４とともにトグル機構８及び移動ダイプレート７を一体に移動させる型厚調整機構１０と、型厚調整機構１０を作動させる型厚モータ１１を備える。

トグル機構８は、テールプレート４と移動ダイプレート７を連結するトグルリンク１２と、トグルリンク１２にリンク１３を介して連結したクロスヘッド１４からなる。このトグル機構８のクロスヘッド１４の後方側に、図示しないボールねじナットとともにボールねじ機構の一部をなすボールねじ軸１５が固定されている。型開閉用サーボモータ９と前記ボールねじ機構の間に、型開閉用サーボモータ９の出力軸に固定されたタイミングプーリー１６、前記ボールねじナットに固定されたタイミングプーリー１７、及び両プーリーに巻き掛けられたタイミングベルト１８からなる伝動機構が設けられている。型開閉用サーボモータ９が駆動してタイミングプーリー１６、タイミングベルト１８及びタイミングプーリー１７を介し、前記ボールねじナットを回転させ、ボールねじ軸１５を軸方向に移動させ、これによりクロスヘッド１４が進退し、トグルリンク１２が伸縮するようになっている。
型厚調整機構１０は、各タイバー５の端部に形成された雄ねじに螺合するタイナット１９と、各タイナット１９の外周に噛み合う共通のメインギヤ２０からなり、型厚モータ１１が駆動してモータギヤ２１を介しメインギヤ２０及び各タイナット１９を回転させ、これによりテールプレート４、トグル機構８及び移動ダイプレート７が一体としてタイバー５に沿って移動（前進・後退）するようになっている。

前記伝動機構において、タイミングベルト１８は、図３に示す構造を有する。図３に示す白抜き矢印はタイミングベルト１８の回転方向である。タイミングベルト１８は、内面に横に隣接する２列の歯列２２，２３を備え、両歯列２２，２３を構成する歯２４はベルト長手方向（両矢印で示す）に同一ピッチｐで並び、かつベルト長手方向に対して同一の斜角で互いに反対方向に傾斜し、さらに、両歯列２２，２３を構成する歯２４の中心線ａ，ｂがベルト長手方向に前記ピッチの半分だけ互いにずれている。なお、２５は溝、２６は心線を含む抗張部材である。この断面構造自体、前記特許文献７，８に記載されている。
タイミングプーリー１７は、図４に示すように、タイミングベルト１８の歯列２２，２３に対応する歯列２８，２９が外周面に形成されている。なお、３１は歯、３２は溝である。タイミングプーリー１６も同様の構造である。

型締め時には、型開閉用サーボモータ９の回転数は１２００ｒｐｍ前後となり、従来の直歯型のタイミングベルトを用いた場合は、型締め力１００トン以下クラスで６５〜７５ｄＢ、型締め力１００トン超クラスで８０〜９０ｄＢ（型締め力が大きい場合はタイミングベルトの幅が大きくなり、騒音も大きくなる）の騒音が発生していたが、本発明に係る伝動機構を用いた場合、それぞれ１５〜２０ｄＢ程度、騒音が低減した。なお、本発明に係る伝動機構を用いることにより、同一の型締め力を伝達する場合、タイミングベルトの幅は従来の約２分の１で可能であった。

図５に示すのは射出装置であり、本発明に係る伝動機構が設置されている。
この射出装置において、加熱シリンダ保持プレート４１と固定プレート４２が図示しない機体フレームに固定され、両者の間に複数本のスライドバー４３が固定されている。加熱シリンダ保持プレート４１には加熱シリンダ４４が固定され、その内部にスクリュー４５が回転、前後進自在に配置され、加熱シリンダ４４の先端にはノズル４６が固定されている。加熱シリンダ保持プレート４１と固定プレート４２の間には、プッシャプレート４７がスライドバー４３に沿って摺動（前後進）自在に配置され、その内側に軸部４８が回転自在に支持され、この軸部４８の前端に前記スクリュー４５の後端が固定されている。また、プッシャプレート４７には計量用サーボモータ４９が固定され、この計量用サーボモータ４９と軸部４８の間に、計量用サーボモータ４９の出力軸に固定されたタイミングプーリー５０、軸部４８に固定されたタイミングプーリー５１、及び両プーリーに巻き掛けられたタイミングベルト５２からなる伝動機構が設けられている。

プッシャプレート４７はボールねじ機構５４及びそれを駆動する射出用サーボモータ５５により前後進する。ボールねじ機構５４はボールねじナット５６とボールねじ軸５７からなる。ボールねじナット５６はロードセル５９を介してプッシャプレート４７の後端に固定され、ボールねじ軸５７の後方側の延長軸部５７ａが固定プレート４２の内側に回転自在に支持されている。また、射出用サーボモータ５５は固定プレート４２に固定され、この射出用サーボモータ５５とボールねじ機構５４の間に、射出用サーボモータ５５の出力軸に固定されたタイミングプーリー６０、ボールねじ軸５７の延長軸部５７ａの後端に固定されたタイミングプーリー６１、及び両プーリーに巻き掛けられたタイミングベルト６２からなる伝動機構が設けられている。
この射出成形機において、計量用サーボモータ４９を駆動するとスクリュー４５が回転し、射出用サーボモータ５５を駆動してボールねじ軸５７を回転させると、ボールねじナット５６がボールねじ軸５７に沿って前進又は後退し、それに伴いプッシャプレート４７及びスクリュー４５が前進又は後退する。
前記伝動機構において、タイミングベルト５２，６２は前記タイミングベルト１７と同様の構造を有し、タイミングプーリー５０，５１，６０，６１は前記タイミングプーリー１８と同様の構造を有する。

本発明を適用した電動式射出成形機のうち型締め装置の正面（一部断面）図である。 その側面図である。 本発明に係るタイミングベルトの斜視図である。 同じくタイミングプーリーの平面図である。 本発明を適用した電動式射出成形機のうち射出装置の正面断面図である。

符号の説明

２ 固定金型
３ 固定ダイプレート
４ テールプレート
５ タイバー
６ 移動金型
７ 移動ダイプレート
８ トグル機構
９ 型開閉用サーボモータ
１４ クロスヘッド
１５ ボールねじ軸
１６，１７，５０，５１、６０，６１ タイミングプーリー
１８、５２，６２ タイミングベルト
２２，２３、２８，２９ 歯列
２４，３１ 歯
２５，３２ 溝
４２ 固定プレート
４３ スライドバー
４５ スクリュー
４７ プッシャープレート
４９ 計量用サーボモータ
５４ ボールねじ機構
５５ 射出用サーボモータ
５６ ボールねじナット
５７ ボールねじ軸

Claims (4)

1. 駆動用のサーボモータの駆動力が、複数のタイミングプーリーにタイミングベルトが巻き掛けられた伝動機構を介して伝達される電動式射出成形機において、前記タイミングベルトは、その内面に横に隣接する２列の歯列を備え、両歯列を構成する歯はベルト長手方向に同一ピッチで並び、かつベルト長手方向に対して同一の斜角で互いに反対方向に傾斜し、前記タイミングプーリーは、その外面に前記タイミングベルトに対応する２列の歯列を備えることを特徴とする電動式射出成形機。
2. 前記タイミングベルトにおいて、さらに両歯列を構成する歯の中心線がベルト長手方向に互いにずれていることを特徴とする請求項１に記載された電動式射出成形機。
3. 前記伝動機構が、回転運動を直線運動に変換するねじ機構と駆動用のサーボモータの間に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載された電動式射出成形機。
4. 前記伝動機構が、射出装置のプッシャープレートに連結するねじ機構と駆動用サーボモータの間、又は型締め装置のトグル機構に連結するねじ機構と駆動用サーボモータの間のいずれか又は双方に設けられていることを特徴とする請求項３に記載された電動式射出成形機。

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