(57)【要約】【課題】ボールねじを用いる型開閉装置において、運転回転数の領域における共振を容易に回避する手法を提供すること。【解決手段】本発明は、固定金型を保持する固定盤１２に対して、可動金型を保持する可動盤１３を進退移動させる型締装置１０であって、ねじ軸３４と、ねじ軸３４に噛み合うナット３５と、を有するボールねじ３３と、ボールねじ３３を駆動する電動機３１と、を備える。ねじ軸３４は、低剛性な中空部３４Ａが自由端である一方端Ｅ１の側に配置され、高剛性な中実部３４Ｂが一方端Ｅ１の軸方向の反対側端部である他方端Ｅ２の側に配置されるとともに、低剛性な中空部３４Ａと高剛性な中実部３４Ｂが連なっていることを特徴とする。【選択図】図１
2018039112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定金型を保持する固定盤に対して、可動金型を保持する可動盤を進退移動させる型開閉装置であって、ねじ軸と、前記ねじ軸に噛み合うナットと、を有するボールねじと、ボールねじを駆動する電動機と、を備え、
前記ねじ軸は、
回転可能又は回転不能に、かつ、軸方向への移動が拘束されて、前記固定盤又は前記可動盤に片持ち支持され、
前記ねじ軸は、前記片持ち支持の自由端である一方端と、前記一方端の前記軸方向の反対側の端部である他方端を有し、
低剛性部と、前記低剛性部よりも曲げに対する剛性の高い高剛性部とが前記軸方向に連なっているとともに、前記低剛性部が前記一方端の側に配置され、前記高剛性部が前記他方端の側に配置されている、
ことを特徴とする型開閉装置。
【請求項２】
前記低剛性部は、中空な前記ねじ軸から構成され、
前記高剛性部は、中実な前記ねじ軸から構成され、
前記低剛性部は、前記高剛性部より軽量である、
請求項１に記載の型開閉装置。
【請求項３】
前記ねじ軸は、
前記低剛性部と前記高剛性部が単一の部材から構成される、
請求項２に記載の型開閉装置。
【請求項４】
前記ねじ軸は、前記可動盤が前記固定盤に最も近づいたときの自由端長さにおいて、
前記中空な部分の前記軸方向の長さをＬ１とし、前記中実な部分の前記軸方向の長さをＬ２とすると、
Ｌ１：Ｌ２が３：７〜８：２である、
請求項２又は請求項３に記載の型開閉装置。
【請求項５】
前記ねじ軸は、
前記中空な部分における中空穴の穴径は、前記ねじ軸の外径の３０％〜７０％の範囲である、
請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の型開閉装置。
【請求項６】
前記ねじ軸が前記固定盤に回転可能に支持され、
前記ナットが前記可動盤に回転不能に支持され、
前記固定盤に設けられる前記電動機が、前記ねじ軸を回転駆動させる、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の型開閉装置。
【請求項７】
前記ねじ軸が前記可動盤に回転可能に支持され、
前記ナットが前記固定盤に回転不能に支持され、
前記可動盤に設けられる前記電動機が、前記ねじ軸を回転駆動させる。
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の型開閉装置。
【請求項８】
前記ねじ軸が前記可動盤に回転不能に支持され、
前記ナットが前記固定盤に回転可能に支持され、
前記固定盤に設けられる前記電動機が、前記ナットを回転駆動させる、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の型開閉装置。
【請求項９】
前記ねじ軸が前記固定盤に回転不能に支持され、
前記ナットが前記可動盤に回転可能に支持され、
前記可動盤に設けられる電動機が、前記ナットを回転駆動させる、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の型開閉装置。
【請求項１０】
少なくとも二つの前記型開閉装置が、
前記可動盤又は前記固定盤を正面視して、対称の位置に配置される、
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の型開閉装置。
【請求項１１】
一方の前記型開閉装置は、相対的に低い位置に配置され、
他方の前記型開閉装置は、相対的に高い位置に配置される、
請求項１０に記載の型開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機、ダイカストマシンなどに適用される型締装置を構成する型開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２プラテン式の射出成形機の型締装置は、型締機構と型開閉機構の二つの要素を備える。通常、型開閉機構により固定盤から離れた位置にある可動盤を固定盤に向けて移動さて型閉じを行った後に、型締機構により、固定盤と、型締めシリンダを兼ねたタイバーを介して結合された可動盤を、所定の圧力で型締めを行う。１ショットの射出成形が終わると、型締機構による型締めを解いた後に、型開閉機構により可動盤を型開きする。
型開閉において可動盤を固定盤に対して往復移動させるのに、電動機と、この電動機により駆動されるボールねじと、を備える機構が採用されている。ボールねじは、ねじ軸と、ねじ軸に噛み合うナットと、ねじ軸とナットの間に介在する転動体としてのボールなどから構成される機械要素部品であり、回転運動を直線運動に変換することができる。
【０００３】
一般的に可動盤の移動範囲である型開閉ストロークは、金型内で成形された成形品が、大型バケツのように深物であっても金型から取り出せるように大ストロークが必要とされる。このため、型開閉装置に用いられるボールねじは長尺にする必要があり支持スパンが長くなる。また可動盤の摺動部などの移動抵抗が小さく低駆動力で可動盤が移動可能な場合、ボールねじ径は大径を必要とせず比較的小経が選択されることも多い。よって、可動盤の摺動抵抗が小さく且つ型開閉ストロークが大きな型締装置における型開閉用ボールネジは、ボールねじが長尺で、且つボールねじ径が小経となる。この場合はボールねじ軸のラジアル方向の固有振動数が低くなる。通常、機械構造部材を動作させるためのボールねじを駆動するには、ボールねじ軸の最低固有振動数に対して２０〜３０％程度以上低い回転数で運転できるように設計される。しかし、上記のような細長比が大きく固有振動数が低いボールねじを型開閉装置に適用する場合には、可動盤の移動速度領域（運転回転数領域）に対応し且つボールねじ軸の固有振動数を外すことができる回転数を選定することが困難となる。
この問題の解決手法として、特許文献１及び特許文献２は、両端支持のねじ軸を例にして、ねじ軸に中空穴を設け、この中空穴にねじ軸と同じ固有値の制振質量体を軸方向に間隔を設けて挿入することを提案している。この提案は、ボールねじが駆動している間に、ねじ軸と制振質量体を衝突させることにより互いの振幅を制限するとともに振動エネルギを消費させて減衰させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２９３６５９号公報（特許第２９７９９５２号公報）
【特許文献２】特開昭６０−１２７９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上説明した特許文献１，２の提案は、以下の課題が想定される。
始めに、特許文献１，２は、部材同士を衝突させて振幅を制限するとともに振動エネルギを消費して振動を減衰させるものであり、系の固有振動数を可動盤の運転領域に支障のない高回転数領域にシフトできるわけではないので、ボールねじの回転駆動による自励振動（共振）そのものを回避することはできない。また、部材同士の衝突音が発生し騒音となる。
次に、ねじ軸に形成する中空穴は、軸方向の全長に亘って形成される。そうすると、撓み変形に大きく影響する固定端（支持端）の側の曲げ剛性が小さくなるので、特に片持ち支持構造の場合、ねじ軸の固有振動数が低くなり、ボールねじの実用的な運転回転数（以下、単に運転回転数）の領域に固有振動数が含まれ易くなる。このため、部材同士を衝突させることにより振動を抑制できたとしても、ボールねじの駆動エネルギの一部が部材同士の衝突による摩擦や振動に無駄に消費されることとなる。
以上より、本発明は、ボールねじを用いる型開閉装置において、運転回転数の領域における共振を容易に回避する手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもとなされた本発明の型開閉装置は、固定金型を保持する固定盤に対して、可動金型を保持する可動盤を進退移動させる型開閉装置であって、この型開閉装置は、ねじ軸と、ねじ軸に噛み合うナットと、を有するボールねじと、ボールねじを駆動する電動機と、を備える。
本発明におけるねじ軸は、回転可能又は回転不能に、かつ、軸方向への移動が拘束されて、固定盤又は可動盤に片持ち支持される。
本発明におけるねじ軸は、片持ち支持の自由端である一方端と、一方端の軸方向の反対側の端部である他方端を有する。本発明におけるねじ軸は、低剛性部と、低剛性部よりも曲げに対する剛性の高い高剛性部とが軸方向に連なっているとともに、低剛性部が一方端の側に配置され、高剛性部が他方端の側に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明おける型開閉装置によれば、異なる固有振動数をもつ中空部と中実部が一体に連結された構造のねじ軸とすることによって、一方の振動が他方の自励振動に干渉して、１本のねじ軸としての共振を抑制できる。しかも、本発明によれば、特許文献１，２のように部材同士の衝突が生じないので、摩擦や騒音による無駄なエネルギの消費を抑制できる。
【０００８】
本発明の型開閉装置において、低剛性部と高剛性部を備えるねじ軸の具体的な構成は任意であるが、低剛性部を中空なねじ軸から構成し、高剛性部を中実なねじ軸から構成することができ、このねじ軸は、低剛性部が高剛性部より軽量である。
このねじ軸は、全長に亘って中空部を設けるのに比べると、ねじ軸のラジアル方向の固有振動数が高くなり、ボールねじの運転回転数の領域における共振を容易に回避することができる。また、このねじ軸は、低剛性部に対応する部分を中空にすれば足りるので、製造が容易である。
このねじ軸は、中空な低剛性部と中実な高剛性部とを個別の部材で作製して接合することもできるが、中空な低剛性部に対応する領域を穿孔することにより、低剛性部と高剛性部を単一の部材から構成することが好ましい。このねじ軸によれば、個別の部材を接合するという手間が省ける。
【０００９】
本発明におけるねじ軸は、可動盤が固定盤に最も近づいたときの自由端長さにおいて、中空な部分の軸方向の長さをＬ１とし、中実な部分の軸方向の長さをＬ２とすると、Ｌ１：Ｌ２が３：７〜８：２であることが好ましい。
また、本発明における型開閉装置は、中空部における中空穴の穴径は、ねじ軸の外径の３０％〜７０％の範囲から選択されるのが好ましい。
【００１０】
本発明における型開閉装置において、ねじ軸の回転可能又は回転不能の支持部分の配置に応じて、以下の四つの形態を含んでいる。
一つ目の形態は、ねじ軸が固定盤に回転可能に支持され、ナットが可動盤に回転不能に支持され、固定盤に設けられる電動機が、ねじ軸を回転駆動させる。
また、二つ目の形態は、ねじ軸が可動盤に回転可能に支持され、ナットが固定盤に回転不能に支持され、可動盤に設けられる電動機が、ねじ軸を回転駆動させる。
また、三つ目の形態は、ねじ軸が可動盤に回転不能に支持され、ナットが固定盤に回転可能に支持され、固定盤に設けられる電動機が、ナットを回転駆動させる。
また、四つ目の形態は、ねじ軸が固定盤に回転不能に支持され、ナットが可動盤に回転可能に支持され、可動盤に設けられる電動機が、ナットを回転駆動させる。
【００１１】
本発明の型開閉装置において、少なくとも二つの型開閉装置が、可動盤又は固定盤を正面視して、対称の位置に配置されることが好ましい。その中で、一方の型開閉装置が相対的に低い位置に配置され、他方の型開閉装置が相対的に高い位置に配置されることが好ましく、さらに、一方の型開閉装置と他方の型開閉装置が対角の位置に配置されることが好ましい。このとき、一対の型開閉装置が可動盤を含む可動部材の重心点の近傍を含む中央部に対して対称に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明おける型開閉装置によれば、異なる固有振動数をもつ中空部と中実部が連なった振動特性的に不連続な構造のねじ軸とすることによって、ねじ軸としての共振を抑制できる。しかも、本発明によれば、部材同士の衝突が生じないので、摩擦や騒音による無駄なエネルギの消費を抑制できる。
また、本発明におけるねじ軸において、低剛性部を中空のねじ軸から構成し、高剛性部を中実のねじ軸から構成すれば、全長に亘って中空を設けるのに比べると、ねじ軸のラジアル方向の固有振動数を高くできるので、ボールねじの運転回転数の領域における共振を容易に回避することができる。加えて、ねじ軸を中空な低剛性部と中実な高剛性部から構成することにより、ねじ軸の全長に亘って中空穴を形成するのに比べて、加工に要する手間とコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る型締装置の概略構成を示す部分断面図である。
【図２】図１の型締装置の正面の構成を示す図である。
【図３】図１の型締装置を示し、（ａ）は可動盤が固定盤に最も近づいた状態を示し、（ｂ）は可動盤が固定盤から最も離れた状態を示している。
【図４】（ａ），（ｂ）は図１の型締装置に用いられるねじ軸の縦断面を示す図であり、（ｃ）及び（ｄ）はねじ軸の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る型締装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は可動盤が固定盤に最も近づいた状態を示し、（ｂ）は可動盤が固定盤から最も離れた状態を示している。
【図６】本発明の第２実施形態の変形例に係る型締装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は可動盤が固定盤に最も近づいた状態を示し、（ｂ）は可動盤が固定盤から最も離れた状態を示している。
【図７】本発明のねじ軸の仕様を設定する根拠となるグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
型締装置１０は、射出成形機の要素として、固定金型と可動金型とを型締めする。
型締装置１０は、図１に示すように、架台１１の一端側に、図示を省略する固定金型が保持される固定盤１２が固定されている。
架台１１には固定盤１２に対向して、図示を省略する可動金型を保持する可動盤１３が前後方向に往復して進退移動可能に設けられている。可動盤１３は、例えばガイドレールなどでガイドされ、架台１１の上を前後方向に摺動する摺動板やコロなどの摺動部材１４の上に固定されており、摺動部材１４と一体となって往復移動する。
固定盤１２と可動盤１３のそれぞれは、型締めの際に固定金型と可動金型を支持することから、高剛性かつ大重量を有している。なお、本実施形態において、固定盤１２が設けられる側を前（図中のＢ）と、また、可動盤１３が設けられる側を後（図中のＦ）と定義して、以下の説明を進める。
【００１５】
［型締装置１０の構成］
型締装置１０は、図１に示すように、型締機構２０と型開閉機構（型開閉装置）３０を備えており、型開閉機構３０により可動盤１３を前方に向けて移動させて可動金型を固定金型に当接させた後に、型締機構２０により可動金型と固定金型を所定の型締め力で型締めを行う。型締めの後には、金型キャビティ内に溶融樹脂を充填し、成形品の冷却固化が完了すると、型締機構２０による型締めを解いてから、型開閉機構３０により可動金型を後方に移動させて型開きする。
【００１６】
型締機構２０は、駆動源として油圧シリンダ２１を備えており、この油圧シリンダ２１でタイバー２５を駆動することで型締めを行う。型締機構２０は、固定盤１２と可動盤１３の四隅のそれぞれに一つずつ設けられている。
それぞれのタイバー２５は、図１に示すように、固定盤１２と可動盤１３を前後方向に連結する部材であり、後方側にはリング状の複数の山部が設けられている。型締め時には、リング状の複数の山部が可動盤１３を貫通して、可動盤１３に設けられた半割りナット３８のリング状の複数の溝部に係合される。なお、山部及び溝部の図示を省略している。タイバー２５の前端は、固定盤１２の表面を貫通して固定盤１２の内部に設けられた油圧シリンダ２１のラム２３に固定されている。油圧シリンダ２１の第一油圧室２１Ａに作動油を供給するとともに第二油圧室２１Ｂから作動油を排出させることにより、タイバー２５を可動盤１３と反対方向に向けて移動させる。これにより、半割りナット３８を介して可動盤１３を固定盤１２に向けて引っ張ることで、型締めを行う。
【００１７】
型開閉機構３０は、例えばサーボモータなどの電動機３１でボールねじ３３を駆動することにより、可動盤１３の開閉を行う。本実施形態は、図４に示すように、片持ち支持されるねじ軸３４を相対的に剛性の低い中空部３４Ａと相対的に剛性の高い中実部３４Ｂとから構成するところに特徴を有する。
なお、図２は、電動機３１などの一部の要素の記載を省略している。また、本実施形態において、ねじ軸３４の外周に形成されるボール溝の記載を省略している。
【００１８】
型開閉機構３０のボールねじ３３は、図１に示すように、ねじ軸３４と、ねじ軸３４に噛み合うナット３５とを備えている。
ねじ軸３４は、図１中の左側に位置する一方端Ｅ１と、右側、つまり軸方向Ｃの反対側の端部に位置する他方端Ｅ２を備えており、一方端Ｅ１が自由端とされている。以下、一方端Ｅ１を自由端Ｅ１とも称する。また、ねじ軸３４は、ナット３５を介して可動盤１３に回転可能に支持されるとともに、ねじ軸受け３７を介して固定盤１２に回転可能に支持されている。ねじ軸３４は、このように回転可能であるが、軸方向Ｃへの移動は拘束されている。なお、ナット３５による自由端Ｅ１の側の支持位置を支持端Ｓ１といい、ねじ軸受け３７による自由端Ｅ１の側の支持位置を支持端Ｓ２と称する。なお、後述するようにナット３５を剛体と見做しうるから、ねじ軸３４は、ナット３５による支持端Ｓ１を固定支持端とする片持ち支持構造を有すると見做すことができる。
【００１９】
ねじ軸３４は、図１に示すように、ナット３５が噛み合わされており、このナット３５が、可動盤１３に固定、支持されている。したがって、ねじ軸３４が電動機３１により回転されると、可動盤１３はナット３５とともに前後方向に移動する。可動盤１３は高剛性かつ大重量であるから慣性が十分大きく、かつナット３５の可動盤１３への取付剛性は高い。したがって、ナット３５はラジアル方向の振動に対して剛体と見做すことができる。
【００２０】
型開閉機構３０は、ボールねじ３３の駆動源である電動機３１が固定盤１２の側面に固定されている。電動機３１の回転トルクは、プーリ３２Ａ，３２Ｂ及びベルト３２Ｃからなる伝達機構３２を介してねじ軸３４に伝えられる。
【００２１】
型締装置１０は、二つの型開閉機構３０を備え、図２（ａ）に示すように、一方の型開閉機構３０Ａは可動盤１３を正面視して左側面の下方に配置され、他方の型開閉機構３０Ｂは右側面の上方に配置されている。なお、型開閉機構３０Ａ，３０Ｂは、両者を区別するために用いており、両者を総称する場合には、これまでと同様に単に型開閉機構３０と称する。
二つの型開閉機構３０Ａ，３０Ｂは、同期して作動することで、可動盤１３を固定盤１２に近づけるように移動させ、又は、可動盤１３を固定盤１２から離れるように移動させることで、型開閉を行う。
【００２２】
さて、本実施形態におけるねじ軸３４は、図４（ａ）に示すように、中空部３４Ａと中実部３４Ｂを備えており、自由端Ｅ１から他方端Ｅ２に向けて、内部に中空穴３４Ｃを有する中空部３４Ａと、中実部３４Ｂがこの順に軸方向Ｃに直列に連なっている。このように、ねじ軸３４は、低剛性部をなす中空部３４Ａと高剛性部をなす中実部３４Ｂとを備え、それぞれ異なった固有振動数をもつ中空部３４Ａと中実部３４Ｂが一体に連結された構造をなしている。
【００２３】
よく知られるように、片持ち梁において、固有振動数は質量の大きさと剛性の２つの要因によって決まり、剛性が高いか、または、質量が小さいと固有振動数が高くなり、剛性が低いか、または、質量が大きいと固有振動数が低下する。
したがって、ねじ軸３４の全長にわたって中空にすれば全長に亘って中実なねじ軸に比べて質量が低下した効果で固有振動数を高くできる。しかし、これでは全体としての剛性が低くなり、ボールねじ軸としての機能、具体的には軸方向に大きく撓むことなく高精度に部材を動作させる機能を担保するのが難しくなる。そこで、本実施形態においては、他方端Ｅ２の側に中実部３４Ｂを配して剛性を確保しつつ、自由端Ｅ１の側に中空部３４Ａを配することでねじ軸３４の固有振動数を高くする。
【００２４】
図４（ａ）は、ボールねじ３３における各種寸法を説明するための図であって、可動盤１３が固定盤１２に最も近づいているときのナット３５の位置を実線で示しており、この状態のときにねじ軸３４の支持端Ｓ１から自由端Ｅ１にかけての片持ち梁部の固有振動数が最も低い。また、図４（ｂ）は、可動盤１３が固定盤１２から最も離れているときのナット３５の位置を実線で示しており、この状態のときにねじ軸３４の支持端Ｓ１から自由端Ｅ１にかけての片持ち梁部の固有振動数が最も高くなる。なお、図４（ａ）において、可動盤１３が固定盤１２から最も離れているときのナット３５の位置を二点鎖線で示し、図４（ｂ）において、可動盤１３が固定盤１２に最も近づいているときのナット３５の位置を二点鎖線で示している。
ねじ軸３４の各部位の寸法は、可動盤１３が固定盤１２に最も近づいている状態を基準にして、以下のように定められ、自由端Ｅ１からナット３５による支持端Ｓ１までの自由端長さＬ３の領域に中空部３４Ａと中実部３４Ｂが設けられる。
ナット３５は、可動盤１３が固定盤１２に最も近づく実線の位置と可動盤１３が固定盤１２に最も離れる二点鎖線の位置の間を進退移動する。つまり、ナット３５によるねじ軸３４の支持端Ｓ１の位置は、ねじ軸３４の回転により変位する。
中空部長さＬ１：自由端Ｅ１から中空穴３４Ｃの行き止りＥ３までの距離
中実部長さＬ２：中空穴３４Ｃの行き止りＥ３から、可動盤１３が固定盤１２に最も近づいているときの支持端Ｓ１までの距離
自由端長さＬ３：長さＬ１＋長さＬ２
動作ストロークＬ４：ナット３５が進退移動する距離
【００２５】
ここで、図７は、中空部長さＬ１と中実部長さＬ２の比と、全体が中実な軸の固有振動数Ｆｎ１に対する中空部を有する軸の固有振動数Ｆｎ２の比と、の関係をシミュレーションにより求めたグラフである。図７において、中実軸の固有振動数Ｆｎ１に近い振動数の領域Ａ２は共振が発生しやすく、中実軸の固有振動数Ｆｎ１から遠いＦｎ２／Ｆｎ１が１．２以上の領域Ａ１は固有振動数が共振に影響しない。中実部長さＬ２との対比において、中空部長さＬ１が短かいとねじ軸３４の固有振動数が低く、中空部長さＬ１が長くなるに従いねじ軸３４の固有振動数が高くなる。そして、中空部長さＬ１と中実部長さＬ２の比が５：５〜６：４となる付近で固有振動数が最高値となり、更に中空部長さＬ１が長くなるに従い、ねじ軸３４の固有振動数が低下する。図７に示すように、Ｌ１：Ｌ２＝３：７〜８：２とすれば、Ｆｎ２／Ｆｎ１を領域Ａ１に収めることができる。したがって、本実施形態において、中空部長さＬ１と中実部長さＬ２の比は、Ｌ１：Ｌ２＝３：７〜８：２の範囲から選択することが好ましく、Ｌ１：Ｌ２＝４：６〜７：３の範囲から選択することがより好ましい。
【００２６】
また、中空部３４Ａの中空穴３４Ｃの穴径（直径）φ２は、小さいと質量を低くする効果が小さく、また、大きいとねじ軸３４の剛性が小さくなる傾向にある。したがって、ねじ軸３４の外径（直径）をφ１とすると、穴径φ２は外径φ１の３０％〜７０％の範囲から選択されるのが好ましい。
【００２７】
ねじ軸３４は、円柱状の金属部材の一方端の側から穿孔することにより中空部３４Ａを形成して、中実部３４Ｂと中空部３４Ａが単一の部材から構成することが好ましい。本発明はこれに限定されず、中実部３４Ｂと中空部３４Ａを個別の部材として作製し、これを溶接、締結、その他の接合手段により一体化して、中実部３４Ｂと中空部３４Ａが軸方向Ｃに連なったねじ軸３４としてもよい。
また、中空部３４Ａと中実部３４Ｂとの結合部の応力集中を緩和するために、中空穴３４Ｃの行き止まりＥ３は図示を省略するテーパ形状あるいは隅Ｒ形状などの形状が緩やかに変化する形状とすることが好ましい。このときテーパ形状あるいは隅Ｒ形状などの集中応力緩和形状は、中空部３４Ａを穿孔するためのドリルやスロッターなどの加工工具の先端形状の転写により形成してもよい。
【００２８】
［型開閉の動作］
次に、型開閉機構３０を用いて型開閉を行う動作について、図３及び図４を参照して説明する。
型開閉機構３０は、図３（ａ）に示す可動盤１３が固定盤１２に最も近づく位置と、図３（ｂ）に示す可動盤１３が固定盤１２から最も離れる位置と、の間で可動盤１３を移動させて型の開閉動作を行う。なお、図４（ａ）において、実戦で示されるナット３５が、可動盤１３が固定盤１２に最も近づく位置に対応し、図４（ｂ）において、実線で示されるナット３５が、可動盤１３が固定盤１２から最も離れる位置に対応する。
例えば、図示を省略する固定金型及び可動金型がそれぞれ取り付けられた固定盤１２及び可動盤１３を、図３（ｂ）に示す、可動盤１３が固定盤１２から最も離れている位置から型閉じの動作が始まる。
【００２９】
型開閉の動作を行うには、型開閉機構３０Ａ，３０Ｂのそれぞれの電動機３１を駆動させる。そうすると、ねじ軸３４が回転（正転又は逆転）するが、これに噛み合うナット３５は可動盤１３に固定され回転が拘束されているので、ナット３５は固定盤１２に近づく方向に、又は、固定盤１２から離れる方向に推力が負荷される。この推力によって、ナット３５が固定されている可動盤１３が固定盤１２に近づくように、又は、離れるように移動して型閉じ又は型開きする。
【００３０】
［効果］
以上説明した型締装置１０によれば、以下の効果を奏する。
型締装置１０によれば、異なる固有振動数をもつ中空部３４Ａと中実部３４Ｂが連なった不連続な構造のねじ軸３４としたことによって、一方の振動が他方の自励振動に干渉して、１本の軸としての、特に低次モードの共振を抑制できる。したがって、本実施形態によれば、部材同士の衝突が生じないので、摩擦や騒音による無駄なエネルギの消費を抑制できる。
次に、軸のラジアル方向の固有振動数は、軸の質量が大きく慣性が大きいほど又は剛性が低いほど低くなり、逆に、軸の質量が小さく慣性が小さいほど又は剛性が高いほど高くなる。そこで型締装置１０は、モーメントが大きく慣性に大きく影響する支持端Ｓ１から遠い自由端Ｅ１の側を、中空部３４Ａとしてねじ軸３４の自由端Ｅ１の側の質量を小さくし、曲げ剛性に大きく影響する支持端Ｓ１に近い他方端Ｅ２の側は剛性の高い中実部３４Ｂとする。したがって、本実施形態によれば、全長に亘って中空部を設けるのに比べると、ねじ軸３４のラジアル方向の固有振動数が高くなり、ボールねじ３３の運転回転数の領域における共振を容易に回避することができる。ここで、型開閉の動作に伴ってねじ軸３４のナット３５の支持端Ｓ１から自由端Ｅ１までの長さが変動する。これに伴ってねじ軸３４の固有振動数は連続的に変動する。具体的には、可動盤１３が固定盤１２に最も近く固有振動数が低い状態から、可動盤１３が固定盤１２から最も離れる固有振動数が高い状態に変動する。本実施形態では、可動盤１３が固定盤１２に最も接近した位置、具体的には、動作ストロークＬ４（型開閉ストローク）の範囲において、ナット３５が自由端Ｅ１から最大距離となる位置で、固有振動数が最も低い状態において、ねじ軸３４が、ナット３５から自由端Ｅ１に向けて、低剛性な中空部３４Ａと高剛性な中実部３４Ｂとが軸方向に順に連なった配置となるような構造とすることで、ボールねじ３３の運転回転数の上限値がボールねじ３３の固有振動数を下回るようにする。これにより、ボールねじ３３の運転回転数全域で共振を回避できる。
さらに、本発明によれば、中空穴はねじ軸３４の部分的な加工で足りるので、全長に亘って中空部を設けるのに比べると手間及びコストを抑えることができる。
【００３１】
また、本実施形態による型開閉機構３０は、ねじ軸３４を一端のみを固定した片持ち支持する構造にすることによって、ねじ軸３４の他端を架台１１に取り付ける必要がなくなり、型締装置１０の高さ方向の任意の位置に取り付けることができる。その結果、図２（ａ）に示したように、一方の型開閉機構３０Ａを可動盤１３の中心よりも型締装置１０の低い位置に設ける一方、他方の型開閉機構３０Ｂを可動盤１３の中心よりも高い位置であって、例えば可動盤１３の重心を挟むように型開閉機構３０Ａと対角をなす位置に設けることができる。つまり、一方の型開閉機構３０Ａを相対的に低い位置に設ける一方、他方の型開閉機構３０Ｂを相対的に高い位置に設けることができる。これにより、型開閉機構３０Ａ，３０Ｂから可動盤１３に負荷される合力荷重点が、可動盤１３の重心近傍にできる。したがって、型開閉動作の際に、固定盤１２と可動盤１３の平行度精度が向上する。また、可動盤１３の重心に作用する可動盤１３の慣性力によりねじ軸３４に発生する大きな曲げモーメントに起因した破損防止策として、高曲げ剛性を有する大容量型で高価なボールねじを適用したりする必要を無くすことができる。
【００３２】
以上説明した型締装置１０は、図２（ａ）に示すように、二つの型開閉機構３０Ａ，３０Ｂを対角の位置に設けたが、図２（ｂ）に示すように、四つの型開閉機構３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを四隅に設けることもできる。この場合には、型開閉機構３０Ａと型開閉機構３０Ｂが対角をなし、型開閉機構３０Ｃと型開閉機構３０Ｄが対角をなしている。
このように四隅に型開閉機構３０を配置し互いに同期制御することにより、発泡成形時に型締装置１０で可動盤１３を固定盤１２から離間させてコアバック動作する場合に、四隅に配置したボールねじ３３により可動盤１３の姿勢を平行に制御して開くことができるので、可動盤１３と固定盤１２の平行度を高精度に維持したコアバック動作を実現できる。また、型開閉機構３０が四つに増えることで、コアバック力を大きくできるのでキャビティ内樹脂の発泡力が小さい場合でも容易にコアバックが可能となる。また、一般に、溶融樹脂を射出して金型に充填・冷却直後の金型と成形品は密着しているため、金型との接触面積が大きい大物成形品ほど密着力が大きくなる。このため、この大物成形品を型から剥がす離型動作の際には離型力も相当の大きな力が必要となるが、四隅に型開閉機構３０を配置して型開閉機構３０の数が増えると、大きな離型力を作用させることができるので、各型開閉機構３０が小容量型の小型のアクチュエータでも成形品を型から剥がすのが容易になる。
【００３３】
また、型締装置１０は、二つの型開閉機構３０Ａ，３０Ｂを片持ち支持構造にしたが、架台１１に近い下方の型開閉機構３０については、本発明を用いない一般的な中実のボールねじを架台１１に固定した、つまり低い位置に設けた支持部材にて支持した両端支持構造の型開閉機構にしてもよい。つまり、本発明の特徴的な構成は、架台１１で支持するのが難しい高い位置に設けられる型開閉機構に適用すればよい。
【００３４】
この場合、下方の型開閉機構３０Ａを架台１１に支持された高剛性な支持方法とすることができるので、より安定した型開閉動作が可能となる。
また、下方は比較的取り付けスペースを確保しやすく、かつ高剛性である架台１１に支持させることができるので、型開閉機構３０Ａは大重量で大容量型の大型のアクチュエータとすることができる。この場合、可動盤１３の型開閉動作時に架台１１と摺動部材１４の下面の摺動部は、大重量物である可動盤１３の重量を支えながら摺動するので、動作抵抗の最も大きな摺動部近傍に配置される下方の型開閉機構３０Ａは、直接該動作抵抗力を受ける。したがって、当該摺動部より離れた上方の型開閉機構３０Ｂよりも大駆動力が必要な下方の型開閉機構３０Ａを大容量型のアクチュエータとすることができるので、安定した型開閉動作を行うことができる。
【００３５】
また、下方の型開閉機構３０Ａを大容量型のアクチュエータとするとともに、型開閉機構３０の型開閉動作制御をマスタースレーブ制御とし、大駆動力を出力可能な型開閉機構３０Ａをマスター制御とし、型開閉機構３０Ｂをスレーブ制御とすることができる。そうすれば、型開閉動作の駆動力を型開閉機構３０Ａで受け持たせ、型開閉機構３０Ｂは可動盤１３の慣性により遅れが発生した対角部に型開閉機構３０Ｂの駆動力を補助推進力として負荷して遅れを補正することができる。これによると、二つの型開閉機構３０Ａ，３０Ｂの出力する駆動力を不均等として、下方の大型のアクチュエータである型開閉機構３０Ａの配分を大とし、上方の型開閉機構３０Ｂの配分を小さくしても安定した型開閉動作が可能であるので、型開閉機構３０Ｂの更なる小型化が可能となる。
【００３６】
またこの場合、摺動部材１４および可動盤１３からなる可動部材の重心と、上方に設ける小型の型開閉機構３０Ｂとの距離を、該重心と下方に設ける大型の型開閉機構３０Ａとの距離より長くすることが好ましい。これによると、上方に設ける型開閉機構３０Ｂの推力が小さくても、重心からの距離が長いために重心周りのモーメント力を大きくできるので、下方に設けられた大型の型開閉機構３０Ａによる重心周りのモーメント力とのバランスをとりやすくなり、可動盤１３と固定盤１２の平行度を高精度に制御するのが容易となる。
【００３７】
また、型締装置１０は、対称の位置の一例として、二つの型開閉機構３０Ａ，３０Ｂを対角の位置に配置したが、本発明における対称の位置はこれに限定されない。例えば、図２（ｃ）に示すように、鉛直方向に間隔をあけて並ぶタイバー２５Ａ，２５Ｂの間およびタイバー２５Ｃ，２５Ｄの間のそれぞれの中間位置に一対の型開閉機構３０Ａ，３０Ｂを、図中左右方向に互いに対称の位置に配置することもできる。この配置の場合、金型は水平方向に並ぶタイバー２５Ａ，２５Ｃの間において鉛直方向に可動盤１３と固定盤１２の間に搬入することになる。または、図２（ｃ）に示すように、水平方向に間隔をあけて並ぶタイバー２５Ａ，２５Ｃおよびタイバー２５Ｂ，２５Ｄの間のそれぞれの中間位置に二つの型開閉機構３０Ａ，３０Ｂを、図中上下方向に互いに対称の位置に配置することもできる。この場合、金型は鉛直方向に並ぶタイバー２５Ａ，２５Ｂの間から水平方向に可動盤１３と固定盤１２の間に搬入することになる。これらのいずれかの配置によっても、型開閉移動の際に可動盤１３が傾いたり移動が不安定になったりするのを防止することができる。これらの場合においても、互いに対角に位置する型開閉機構３０Ａ，３０Ｂおよび型開閉機構３０Ｃ，３０Ｄは、可動盤１３の重心を挟むように対象に備えることが好ましい。
ただし、型開閉機構３０の配置については、２プラテン型の型締装置１０が適用される大型の射出成形機においての金型の搬入は、鉛直方向に並ぶタイバー２５Ａ，２５Ｂの間から水平方向に可動盤１３と固定盤１２の間に搬入する方式が多いため、鉛直方向に並ぶタイバー２５，２５の間は空けておくことが好ましい。したがって、好ましくは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、二つの型開閉機構３０Ａ，３０Ｂは、対角の位置に設けることが好ましい。
【００３８】
また、型締装置１０は、電動機３１及びねじ軸受け３７を固定盤１２の側に固定する一方、ナット３５を可動盤１３の側に固定することにより、移動体である可動盤１３を軽量化できるので、電動機３１の出力を小さくできるのに加え、可動盤１３の慣性を抑えることができる。また、電動機３１が移動しないので、電動機３１への配線も簡易ですむ。これは第２実施形態においても同様である。
ただし、この逆、つまり、電動機３１及びねじ軸受け３７を可動盤１３の側に固定する一方、ナット３５を固定盤１２の側に固定してもよい。この形態は、ねじ軸３４が、可動盤１３に回転可能に支持され、ナット３５が、固定盤１２に回転不能に支持され、電動機３１がねじ軸３４を回転駆動させる。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る型締装置５０について、図５を参照して説明する。なお、型締装置５０の型開閉機構６０は、ナット３５は回転するが、ねじ軸３４が回転しない点で、第１実施形態の型締装置１０の型開閉機構３０と異なる。つまり、第２実施形態は、ねじ軸３４が回転する形態に限るものでなく、ナット３５が回転する形態にも本発明が適用できることを示している。また、第２実施形態において、第１実施形態と同じ構成部分については、第１実施形態と同じ符号を図５に付しており、以下では第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４０】
型開閉機構６０は、電動機３１でナット３５を回転させることにより、可動盤１３の開閉を行う。第２実施形態も第１実施形態と同様に、ねじ軸３４を片持ち支持しながら、固定支持端とナット３５の間の距離を短くする構造を採用し、二つの型開閉機構３０Ａ，３０Ｂを対角の位置に配置している。
【００４１】
型開閉機構６０のねじ軸３４は、図中の右側である一端側が自由端Ｅ１とされ、固定盤１２に回転可能に支持されるナット３５による支持端Ｓ１が片持ち構造の固定端とさる。ねじ軸３４は、可動盤１３に対して軸方向の移動ができないように拘束されている。
ねじ軸３４に噛み合わされているナット３５は、固定盤１２に固定されたナット軸受６３に回転可能に支持されている。ナット軸受６３は、ボール、コロなどの複数の転動体と、転動体を支持する内輪及び外輪とを備えるラジアル軸受を用いることができる。このラジアル軸受は、外輪が固定盤１２に固定される一方、内輪がナット３５を支持する。
【００４２】
型開閉機構６０は、ナット３５の駆動源である電動機３１が固定盤１２の側面に固定されており、電動機３１の回転出力は、第１実施形態と同様の伝達機構３２を介してナット３５に伝えられる。この型開閉機構６０においても、ねじ軸３４は、図４（ａ）に示した、相対的に剛性の低い中空部３４Ａと相対的に剛性の高い中実部３４Ｂとから構成され、自由端Ｅ１の側から中空部３４Ａと中実部３４Ｂが連なる構成を採用する。
【００４３】
型開閉機構６０を用いて型開閉の動作を行う際に電動機３１を駆動させると、ナット３５が回転（これを正転とする）し、これに噛み合うねじ軸３４はねじ軸固定部材６１により回転が拘束されているので、ねじ軸３４には可動盤１３に向かう方向（図中左方向）の推力が負荷される。この推力によって、ねじ軸３４にねじ軸固定部材６１を介して固定されている可動盤１３が固定盤１２から離れる向きに移動する。
【００４４】
以上の型開閉機構６０において、第１実施形態の基本的な効果と同様の効果を奏するのに加えて、ねじ軸３４が回転しないため、ねじ軸３４に塗布されたグリスなどの潤滑剤が回転により飛散することがない。
また、電動機３１が固定盤１２に配置されると、移動体である可動盤１３がその分だけ軽くなるので、出力の小さい電動機３１で可動盤１３を移動できるのに加え、可動盤１３の慣性を抑えることができる。また、電動機３１が移動しないので、電動機３１への配線も容易である。
また、ナット３５を回転可能に支持するねじ軸受３７、電動機３１、図示を省略する減速機が集結するため、型開閉機構３０のモジュール化が可能になり、型開閉機構３０の組み付けや組み付け後の交換作業が容易となる。
【００４５】
ただし、本発明は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ナット３５を可動盤１３に回転可能に支持するとともに、ナット３５を回転させる電動機３１を可動盤１３に配置し、ねじ軸固定部材６１を介してねじ軸３４の一方の軸端を固定盤１２に回転不能に固定することもできる。この場合、固定盤１２に対して図中右側、つまり成形作業者が作業を行う領域である図示を省略する射出装置側の領域に、ボールねじ軸３４が突き出てこない。したがって、型閉時に固定盤１２から突き出してくるボールねじ軸３４に成形作業者が干渉しないように、ボールねじ軸３４を覆う安全カバーを設けるための装置レイアウトに苦慮する必要がないので設計が容易になる。また該安全カバーを設けなくてもよいことから、成形作業者の作業空間が狭くならず、作業が楽に行えるので作業効率の低下を防止できる。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。また、本発明のねじ軸の適用部位は上述の型開閉用のねじ軸に限ることはなく、例えば、射出用のねじ軸、エジェクタ用のねじ軸など、射出成形機に使用されるボールねじのねじ軸であれば、他のねじ軸にも適用できる。
また、以上説明した実施形態は中空穴を形成することにより剛性を下げることによりねじ軸３４に低剛性部と高剛性部を設けたが本発明はこれに限定されない。剛性に影響を与える主たる要素は、断面の形状および寸法と材質とがある。本実施形態のように中空穴３４Ｃを設けるのは前者の一例と言える。後者としては、例えば、弾性率の低い材料で低剛性部を構成し、弾性率の高い材料で高剛性部を構成すればよい。また、異なる材料で低剛性部と高剛性部をそれぞれ構成する場合には、低剛性部を中空形状とする必要はなく、低剛性部と高剛性部の両方を中実軸で構成してもよい。
【００４７】
さらに、ねじ軸３４の中空穴３４Ｃは、自由端Ｅ１から行き止まりＥ３までの穴径φ２が一定の例を示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図４（ｃ）に示すように自由端Ｅ１から行き止まりＥ３に向けて先細りの中空穴３４Ｃとしてもよい。これによると、ねじ軸３４の支持端Ｓ１側の剛性を高く維持するのと自由端Ｅ１側を軽量化するのを両立させるための設計の容易化が可能である。また、図４（ｄ）に示すようにらせん状の中空穴３４Ｃとしてもよい。この中空穴３４Ｃのらせん状の溝は、ねじ軸３４の外周に形成される球状の転動体が挿入されるボール溝に対応して形成されている。さらに、中空穴３４Ｃの断面形状は円形状でも多角形形状でもよいが、設計時間に余裕がなく、共振回避形状を短期で設計する必要がある場合には、検討が容易な周方向に不連続部が無く剛性に偏りが無い円形状とすることが好ましい。また逆に、中空穴３４Ｃの形状に十分な設計時間が許容される場合は、中空穴３４Ｃを、断面形状が不連続で複雑な振動モードとなる多角形形状の中から、シミュレーションや実験によって円形状よりも強度と共振回避の高度な両立が可能な多角形形状を選定してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０，５０  型締装置
１１    架台
１２    固定盤
１３    可動盤
１４    摺動部材
２０    型締機構
２１    油圧シリンダ
２１Ａ  第一油圧室
２１Ｂ  第二油圧室
２３    ラム
２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ  タイバー
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，６０  型開閉機構
３１    電動機
３２    伝達機構
３２Ａ，３２Ｂ  プーリ
３２Ｃ  ベルト
３４    ねじ軸
３４Ａ  中空部
３４Ｂ  中実部
３４Ｃ  中空穴
３５，３８  ナット
３７    ねじ軸受
６１    ねじ軸固定部材
６３    ナット軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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