(57)【要約】【課題】  射出成形機の駆動源である高速で回転する電動サーボモータの駆動力の伝達を、タイミングプーリ５６とタイミングベルト５９により行う場合に、駆動力伝達部において発生する騒音を低減する。【解決手段】  タイミングプーリ５６の本体部５７の外周の側面に、多数の開口６１，６２を設けた環状の遮音板６３をフランジ状に設置し、その外側に環状の吸音材６５を貼り付ける。遮音板６３はタイミングベルト５９のガイドの役割を兼ねる。このタイミングプーリは、射出成形機の駆動源である電動サーボモータの出力軸に取り付けられる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動サーボモータを駆動源とし、その駆動力伝達部に駆動力伝達手段としてタイミングプーリ及び該タイミングプーリに巻き掛けるタイミングベルトを設置した射出成形機において、前記電動サーボモータの出力軸に取り付けられたタイミングプーリは、溝が刻まれた外周の側面に多数の開口を設けた遮音板が設置され、その外側に吸音材が取り付けられていることを特徴とする射出成形機。
【請求項２】
電動サーボモータを駆動源とし、その駆動力伝達部に駆動力伝達手段としてタイミングプーリ及び該タイミングプーリに巻き掛けるタイミングベルトを設置した射出成形機において、前記駆動力伝達部の被駆動側に取り付けられたタイミングプーリは、溝が刻まれた外周の側面に多数の開口を設けた遮音板が設置され、その外側に吸音材が取り付けられていることを特徴とする射出成形機。
【請求項３】
前記遮音板は環状で前記タイミングプーリの外周の側面にフランジ状に設置され、その外側に前記吸音材が環状に貼り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載された射出成形機。
【請求項４】
前記射出成形機は、前記電動サーボモータで駆動されるボールねじ機構により前後進するプッシャプレートにスクリューが回転自在に保持され、前記プッシャプレートが前後進することによりスクリューがシリンダ内で前後進するインラインスクリュー式射出成形機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動サーボモータを駆動源とし、その駆動力伝達部に駆動力伝達手段としてタイミングプーリ及び該タイミングプーリに巻き掛けるタイミングベルトを設置した射出成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動サーボモータを駆動源に用いた従来の射出成形機の例を図４に示す。ここでは、加熱シリンダ保持プレート１と固定プレート２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３が固定されている。加熱シリンダ保持プレート１には加熱シリンダ４が固定され、その内部にスクリュー５が回転、前後進自在に配置され、加熱シリンダ４の先端にはノズル６が固定されている。加熱シリンダ保持プレート１と固定プレート２の間には、プッシャプレート７がスライドバー３に沿って摺動（前後進）自在に配置され、その内側には前方にタイミングプーリ９が固定された軸部１０が回転自在に支持され、この軸部１０の前端に前記スクリュー５の後端が固定されている。また、プッシャプレート７には電動サーボモータ１１が固定され、このサーボモータ１１のタイミングプーリ１２と前記タイミングプーリ９の間にタイミングベルト１３が巻掛けられている。
【０００３】
プッシャプレート７はボールねじ機構１４及びそれを駆動する電動の射出用サーボモータ１５により前後進する。ボールねじ機構１４はボールねじナット１６とボールねじ軸１７がボールを介して転がり接触をし、ボールねじナット１６又はボールねじ軸１７の回転をボールねじ軸１７又はボールねじナット１６の直線運動に変換するもので、それ自体周知の機構である。ボールねじナット１６はロードセル１９を介してプッシャプレート７の後端に固定され、ボールねじ軸１７はボールねじナット１６の内部に螺合し、その後方側の延長軸部１７ａが固定プレート２の内側に回転自在に支持され、さらに後端にはタイミングプーリ２０が固定されている。サーボモータ１５は固定プレート２に固定され、そのタイミングプーリ２１と前記タイミングプーリ２０の間にタイミングベルト２２が巻掛けられている。
この射出成形機において、サーボモータ１５によりボールねじ軸１７を回転させると、ボールねじナット１６がボールねじ軸１７に沿って前進又は後退し、それに伴いプッシャプレート７及びスクリュー５が前進又は後退する。
【０００４】
一方、従来の射出成形においては、射出速度（スクリューの前進速度）３００ｍｍ／秒あれば十分とされていたが、近年は射出速度５００ｍｍ／秒以上が要求される成形品がでてきた。また、例えば携帯電話のバッテリーケースのように製品厚み（肉厚）０．２ｍｍ以下という超薄肉成形品では、同時に射出速度の立ち上がり時間が短いことも要求される。これは、金型内に樹脂を充填する時間（充填時間）が長くなると樹脂温度が低下し、流動性が悪くなるからである。なお、立ち上がり時間とは最大射出速度に達するまでの速度であり、図５に示すように、仮に最大射出速度を同じＶｍとし、立ち上がり時間がそれぞれＴａと２Ｔａであったとすると、射出開始から例えば２Ｔａまでに充填される樹脂の量は、前者が後者の１．５倍になる。
【０００５】
従来の射出成形機において、射出速度を上げるには、ボールねじを高速で回転させる、あるいは、ボールねじのリード（１回転当りの移動量）を大きくすることが一般的な考え方である。例えば、射出速度を従来の倍にするには、ボールねじの回転数を２倍に上げるか、ボールねじのリードを２倍にすることが考えられる。ただし、その場合、射出圧力（推力）は従来通りの圧力を出すものとすれば、射出速度が２倍であるので、駆動源である電動サーボモータは２倍の容量のモータが必要となる。
しかし、この方法にはそれぞれ次のような問題がある。  
【０００６】
１）ボールねじを従来より高速で回転させるケース  
（ａ）ボールねじには許容最高回転数があり、高速回転にも限界がある。通常は、回転数（ｒｐｍ）×ボールねじ軸径（ｍｍ）＝７００００（ｒｐｍ・ｍｍ）以下である。例えばボールねじ軸径がφ６３のばあいで許容回転数１１１１ｒｐｍとなり、ボールねじリードが１６ｍｍであれば射出速度は２９６ｍｍ／秒が限界となる。
（ｂ）ボールねじの潤滑をグリス給油で行うとき、回転速度が上がるとグリスの飛散が多くなる。
（ｃ）ボールねじの温度が回転数にほぼ比例して上昇し、熱変形を起こして精度が低下する。
【０００７】
２）リードを大きくするケース
（ａ）同じ軸径のボールねじの場合、リードを大きくするとボールねじの定格負荷容量が小さくなるためナット長さを長くする必要があり、これには限界がある。
（ｂ）リードを大きくすると同時に軸径を大きくするとボールねじの定格負荷容量は小さくならないが、ボールねじ軸のサポート軸受、ナット等もサイズアップし、それに伴う関連部品のサイズアップもあるのでイナーシャが増大し、かつコストもアップする。
【０００８】
さらに、両ケースとも、以上の問題点を無視したとしても、ボールねじで出せる移動速度（射出速度）は５００〜６００ｍｍ／秒が限界といわれ、１０００〜１２００ｍｍ／秒という超高速の射出速度は到底達成できない。また、両ケースとも２倍の容量のモータを使用するとすれば、ローターイナーシャやモータに対する慣性（モータ軸換算イナーシャ）が大きくなり、射出速度の立ち上がり時間（モータの最高回転速度に達するまでの時間）が長くなるという問題が出てくる。
関連する特許文献として下記特許文献１〜４がある。
【０００９】
【特許文献１】実用新案登録第３０８１０９０号公報
【特許文献２】特開昭６１−１０６２２１号公報
【特許文献３】特開２００２−１０３３９９号公報
【特許文献４】特開２００２−１７０４７１号公報
【００１０】
ところで、駆動源として電動サーボモータを用いる射出成形機において、駆動力の伝達に用いられるタイミングベルトは、高速回転すると非常に大きな騒音を発生する。これまでベルトの材質や歯形形状等の改良を行ってきたが十分でなく、タイミングプーリ、ベルトを含めた駆動部全体をカバーで完全密閉することで騒音の低下を図っているのが現状である。そして、上記のようにさらに高速の射出速度を実現するとなると、騒音問題が一層深刻化するおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明は、電動サーボモータを駆動源とし、その駆動力伝達部に駆動力伝達手段としてタイミングプーリ及び該タイミングプーリに巻き掛けるタイミングベルトを設置した射出成形機において、タイミングベルトから発生する騒音を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電動サーボモータを駆動源とし、その駆動力伝達部に駆動力伝達手段としてタイミングプーリ及び該タイミングプーリに巻き掛けるタイミングベルトを設置した射出成形機において、前記電動サーボモータの出力軸に取り付けられたタイミングプーリは、溝が刻まれた外周の側面に多数の開口を設けた遮音板が設置され、その外側に吸音材が取り付けられていることを特徴とする。前記タイミングプーリは、前記駆動力伝達部の被駆動側に取り付けることもできる。前記遮音板は例えば環状で、前記タイミングプーリの外周の側面にフランジ状に設置され、その外側に前記吸音材が環状に貼り付けられている。
なお、前記射出成形機は、例えば、電動サーボモータで駆動されるボールねじ機構により前後進するプッシャプレートにスクリューが回転自在に保持され、前記プッシャプレートが前後進することによりスクリューがシリンダ内で前後進するインラインスクリュー式射出成形機である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電動サーボモータを駆動源とし、その駆動力伝達部に駆動力伝達手段としてタイミングプーリ及び該タイミングプーリに巻き掛けるタイミングベルトを設置した射出成形機において、タイミングベルトから発生する騒音を簡単な機構で容易に低減することができる。本発明は、特に電動サーボモータの高速回転が要求される前記インラインスクリュー式射出成形機に適用するのに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１〜図３を参照して、射出成形機について具体的に説明する。なお、図１及び図２において、図４に示す射出成形機と同じ部位については、一部同じ番号を付与している。
図１に示す射出成形機は、第１ボールねじ機構２３と第２ボールねじ機構２４を有し、これらがスライドバー３に沿って前後進（摺動）自在とされたスライドプレート２５の前後に配置されている。第１ボールねじ機構２３のボールねじ軸２６と第２ボールねじ機構２４のボールねじ軸２７は互いに一体的に固定され、かつスライドプレート２５に回転自在に支持され、さらに、第１ボールねじ機構２３のボールねじナット２９がロードセル１９を介してプッシャプレート７に固定され、第２ボールねじ機構２４のボールねじナット３０が固定プレート３１に固定されている。なお、ボールねじ軸２６、２７は互いに逆方向にねじ切りされている。
【００１５】
スライドプレート２５にはブラケットを介して射出用サーボモータ３２が固定され、そのタイミングプーリ３３とボールねじ軸２７のねじ切りされていない延長部に固定されたタイミングプーリ３４の間にタイミングベルト３５が巻掛けられている。
射出用サーボモータ３２が作動してボールねじ軸２６、２７が回転すると、これらは互いに逆方向にねじ切りされているため、例えばその回転が左回転（機体の後方から前方をみたときの方向が左回転）であった場合、ボールねじナット２９が前進してプッシャプレート７を前進させ、同時にボールねじ軸２７が前進してスライドプレート２５を前進させ、結局、プッシャプレート７の前進速度（射出速度）として、各ボールねじ機構２３、２４が単独で達成する前進速度を合計した前進速度が達成される。従って、両ボールねじ機構２３、２４として、従来の射出成形機のボールねじ機構１４と同じもの（同じリード）を用いたとすると、その回転数（ｒｐｍ）を上げなくても、射出速度の倍速化が達成される。
【００１６】
図２に示す射出成形機は、第１ボールねじ機構３６と第２ボールねじ機構３７を有し、第１ボールねじ機構３６に対し射出用サーボモータ３９、第２ボールねじ機構３７に対し射出用サーボモータ４０がそれぞれ割り当てられ、第１ボールねじ機構３６及び射出用サーボモータ３９は、スライドバー３に沿って前後進（摺動）自在とされたスライドプレート４１に設置され、かつ前方側がプッシャプレート７に連結し、第２ボールねじ機構３７及び射出用サーボモータ４０は、固定プレート４２に設置され、かつ前方側がスライドプレート４１に連結している。
【００１７】
図２の射出成形機をより細かくみると、第１ボールねじ機構３６のボールねじ軸４３が前記スライドプレート４１に回転自在に支持され、ボールねじ軸４３に螺合するボールねじナット４４の前端がロードセル１９を介してプッシャプレート７に固定され、第２ボールねじ機構３７のボールねじ軸４５が前記固定プレート４２に回転自在に支持され、ボールねじ軸４５に螺合するボールねじナット４６の前端が接続フランジ４７を介してスライドプレート４１に固定されている。各ボールねじ軸４３、４５のねじ切りされていない延長部に、それぞれタイミングプーリ４９、５０が固定され、タイミングプーリ４９と射出用サーボモータ３９のタイミングプーリ５１の間にタイミングベルト５２が巻掛けられ、タイミングプーリ５０と射出用サーボモータ４０のタイミングプーリ５３の間にタイミングベルト５４が巻掛けられている。
【００１８】
上記射出成形機において、射出用サーボモータ３９、４０が同時に作動すると、第１ボールねじ機構３６がプッシャプレート７を前後進させ、さらに第２ボールねじ機構３７が第１ボールねじ機構３６が設置されたスライドプレート４１を前後進させ、結局、プッシャプレート７の前進速度（射出速度）として、各ボールねじ機構３６、３７が単独で達成する前進速度を合計した前進速度が達成される。従って、両ボールねじ機構３６、３７として、従来の射出成形機のボールねじ機構１４と同じもの（同じリード）を用いたとすると、その回転数（ｒｐｍ）を上げなくても、射出速度の倍速化が達成される。
なお、上記射出成形機では、２つのボールねじ機構を前後直列に配置したが、さらに中間にボールねじ機構を直列に追加配置することも可能であり、いずれにしても配置したボールねじ機構の数に応じた射出速度が達成される。
【００１９】
次に、上記２つの射出成形機の立ち上がり時間について、従来方式の射出成形機（図４）と比較して試算した結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
試算の前提として、表１に示すように、図１の方式及び図２の方式において射出速度Ｖを従来方式の２倍、発生推力Ｆを同一に設定し、モータ回転数Ｎ、モータボールねじ減速比Ｒ、ボールねじリードＬ及びボールねじ回転数ＮＢは同一とした。図１の方式では射出用サーボモータが１台であるから、必要モータトルクＴが２Ｔ０、モータ容量が２Ｋ０となり、それに伴いモータロータイナーシャ（ＧＤ２）Ｊｍが増大し、さらにボールねじを２個使用することに伴いモータ軸換算イナーシャ（ＧＤ２）Ｊｗも増大する。一方、図２の方式では射出用サーボモータが２台であるから、必要モータトルクＴ、モータ容量Ｋ、モータロータイナーシャ（ＧＤ２）Ｊｍ及びモータ軸換算イナーシャ（ＧＤ２）Ｊｗの値は従来方式と同じと考えてよい。
【００２２】
各方式における立ち上がり時間Ｔａは、サーボモータの最小始動時間（秒）の計算公式に基づき（該公式においてモータ軸換算の負荷トルクをゼロとおいた）、下記式（１）により計算した。この式の記号の意味は前記の通りである。
Ｔａ＝２π・Ｎ（Ｊｍ＋Ｊｗ）／６０・Ｔ ・・・・（１）
式（１）による計算式と、従来方式の立ち上がり時間ＴａをＴａ０としたときの図１の方式及び図２の方式の立ち上がり時間Ｔａの試算結果を、表１にあわせて示す。
表１をみると、図２の方式ではＴａ＝Ｔａ０となり、立ち上がり時間は従来方式に比べ増加しない。また、図１の方式ではＴａ＝１．２Ｔａ０＋α’であり、αが余り大きくない（αはＪｗ０と同等又はそれ以下と考えられる）とするとα’も小さく、いずれにしても、Ｔａは１．２Ｔａ０を大きく越えることはないと考えられる。
【００２３】
続いて、下記参考方式１〜３の射出成形機の立ち上がり時間について、同じく従来方式の射出成形機（図４）と比較して試算した結果を表２に示す。
参考方式１；モータ回転数及びボールねじリードを変えず、モータボールねじ減速比を１／２（ボールねじ回転数は２倍となる）にするケース。
参考方式２；ボールねじリードを変えず、モータ回転数を２倍（ボールねじ回転数は２倍となる）にするケース。
参考方式３；モータ回転数を変えず、ボールねじリードを２倍にするケース。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
試算の前提として、表２に示すように、参考方式１〜３について射出速度Ｖを従来方式の２倍、発生推力Ｆを同一に設定した。また、参考方式１では減速比ＲをＲ０／２に設定したから、ボールねじの回転数ＢＮは２ＢＮ０、必要モータトルクＴが２Ｔ０、モータ容量が２Ｋ０となり、それに伴いモータロータイナーシャ（ＧＤ２）Ｊｍが増大し、さらに減速比を１／２としたことに伴いモータ軸換算イナーシャ（ＧＤ２）Ｊｗが増大する。参考方式２ではモータ回転数Ｎを２Ｎ０に設定したからボールねじの回転数ＢＮは２ＢＮ０、モータ容量Ｋが２Ｋ０となる。参考方式３ではボールねじリードＬを２Ｌ０に設定したから、必要モータトルクＴが２Ｔ０、モータ容量が２Ｋ０となり、それに伴いモータロータイナーシャ（ＧＤ２）Ｊｍが増大し、またボールねじリードを倍にした場合、通常ボールねじのサイズがワンサイズアップするから、それに伴いモータ軸換算イナーシャ（ＧＤ２）Ｊｗも増大する。
【００２６】
各方式における立ち上がり時間Ｔａを、前記式（１）により計算した。式（１）による計算式と、従来方式の立ち上がり時間ＴａをＴａ０としたときの参考方式１〜３の立ち上がり時間Ｔａの試算結果を、表２にあわせて示す。
表２をみると、参考方式１ではＴａ＝１．７Ｔａ０、参考方式２ではＴａ＝２Ｔａとなり、立ち上がり時間が従来方式に比べて大幅に増加する。また、参考方式３ではＴａ＝１．２Ｔａ０＋β’であり、βがかなり大きくなる（βはボールねじ直径の４乗に比例する）可能性を考えると、立ち上がり時間Ｔａは１．２Ｔａ０よりかなり大きくなると考えられる。
【００２７】
このように、前記図１の方式及び図２の方式では、立ち上がり時間を従来方式と同じか又は若干増加するにとどめた状態で、射出速度を２倍にアップさせることができる。同時に、ボールねじを許容限度を越えて高速回転させる必要がなく、それに伴うグリスの飛散、温度上昇等が抑制され、また、リードの大きいボールねじを使用する際の問題点もない。
【００２８】
ところで、駆動源として電動サーボモータを用いる射出成形機において、駆動力の伝達に用いられるタイミングベルトは、高速回転すると非常に大きな騒音を発生する。これまでベルトの材質や歯形形状等の改良を行ってきたが十分でなく、タイミングプーリ、ベルトを含めた駆動部全体をカバーで完全密閉することで騒音の低下を図っているのが現状である。
図３に示すタイミングプーリ５６は、このような騒音を低減するためのもので、本体部５７の外周にタイミングベルト（仮想線５９で示す）の山谷に噛み合う山谷（山部６０）が形成され、その側面に多数の開口６１、６２を設けた環状の遮音板６３、６４がフランジ状に設置され、さらにその外側に吸音材６５が環状に貼り付けられ、開口６１、６２を塞いでいる。なお、遮音板６３、６４はタイミングベルト５９のガイドの役割を兼ねている。
【００２９】
一般にベルト騒音はタイミングベルトとタイミングプーリの山と谷が叩き合う音と、噛み合った山と谷からエアーが抜ける音が大半を占め、その騒音はプーリの側面方向に向かって放射される。前記タイミングプーリ５６においては、この騒音の一部は遮音板６３、６４に遮られて内部に反射され、残りは開口６１、６２を抜け吸音材６５の中で減衰し、外部への発散が抑えられる。吸音材６５としては、グラスウール、スポンジ状の多孔質材等、公知の吸音材を適宜用いることができる。
【００３０】
射出成形機では、一般に高速回転・低トルク型のサーボモータが用いられ、タイミングプーリ及びタイミングベルトを高速回転させているが、さらに高速の射出速度を実現するとなると、騒音問題が一層深刻化するおそれがある。しかし、上記タイミングプーリ５５を用いることで、駆動部全体を密閉しなくても騒音が低減されるのでメンテナンス性が向上し、かつ低コストで防音効果を得ることができる。なお、上記タイミングプーリ５５は高速回転するサーボモータの出力軸に取り付けるタイミングプーリとして特に有利であるが、被駆動側（ボールねじ側等）のプーリとして用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】射出成形機の側面断面図である。
【図２】別の射出成形機の側面断面図である。
【図３】本発明に係るタイミングプーリの断面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図４】従来の射出成形機の側面断面図である。
【図５】最大射出速度と時間の関係を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
２、３１、４２  固定プレート
３  スライドバー
５  スクリュー    
７  プッシャプレート
１４  ボールねじ機構
１６、２９、３０、４４、４６  ボールねじナット
１７、２６、２７、４３、４５  ボールねじ軸
２３  第１ボールねじ機構
２４  第２ボールねじ機構
２５、４１  スライドプレート
３６  第１ボールねじ機構
３７  第２ボールねじ機構
５６  タイミングプーリ
６０  外周の山部
６１、６２  開口  
６３、６４  遮音板
６５  吸音材
【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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