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JP3600941B2 - 駆動装置におけるトルク変動低減装置 - Google Patents

駆動装置におけるトルク変動低減装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば、内容物充填垂直状チューブを容器１つ分に相当する長さ毎にシール分割して袋状容器に成形する容器成形装置において、容器成形用ジョーを装備した昇降ユニットを駆動するための駆動装置におけるトルク変動低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置としては、例えば、特公昭６２−２８３２９号公報に開示されているように、直列に連結された第１および第２流体圧シリンダを備えており、第１流体圧シリンダのピストンロッドが昇降ユニットに連結され、第２流体圧シリンダのピストンロッドが装置フレームに連結され、第１流体圧シリンダが昇降ユニットの重さと釣り合わされるように作動させられ、第２流体圧シリンダが昇降ユニットを上昇させるように作動させられるようになされているものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記装置では、１つの昇降ユニットに対して一対の第１および第２流体圧シリンダが必要である。したがって、複数の昇降ユニットに対しては複数対の第１および第２流体圧シリンダが必要となり、装置の構造が複雑で、設備費が高価につくという問題点がある。
【０００４】
この発明の目的は、上記問題点を解決し、簡単な構造であって、設備費が安価で済む駆動装置におけるトルク変動低減装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明によるトルク変動低減装置は、駆動軸を有し、駆動軸の１回転によって１つの昇降ユニットを１サイクル昇降させるか、２以上の昇降ユニットを一定の間隔をおいて１サイクルずつ昇降させる駆動装置において、弾性手段と、弾性手段の弾性力を回転トルクとして駆動軸に伝達する伝達手段とを備えており、伝達手段が、駆動軸に固定された主歯車と、主歯車と噛合わされた従歯車と、従歯車が固定された従動軸と、従動軸に固定されかつ先端に弾性手段の弾性力が作用させられるアームよりなり、駆動軸の１回転中にめぐ ってくるトルク変動のサイクル数をｎ（整数）としたときに、主歯車と従歯車の歯数比が、ｎ対１であるものである。
【０００６】
また、弾性手段が、アームの先端に連結されたピストンロッドを有する流体圧シリンダよりなることが好ましい。
【０００７】
また、弾性手段が、アームの先端部と支持部材の間に介在されているばねよりなることが好ましい。
【０００８】
【作用】
この発明によるトルク変動低減装置には、弾性手段と、弾性手段の弾性力を回転トルクとして駆動軸に伝達する伝達手段とが備わっているから、弾性手段の弾性力が駆動軸に正トルクおよび負トルクとして作用する。
また、伝達手段が、駆動軸に固定された主歯車と、主歯車と噛合わされた従歯車と、従歯車が固定された従動軸と、従動軸に固定されかつ先端に弾性手段の弾性力が作用させられるアームよりなり、駆動軸の１回転中にめぐってくるトルク変動のサイクル数をｎ（整数）としたときに、主歯車と従歯車の歯数比が、ｎ対１であると、駆動軸の回転数がトルク変動のサイクル数に対応して増速されて従動軸に伝達される。
【０００９】
また、弾性手段が、アームの先端に連結されたピストンロッドを有する流体圧シリンダよりなると、相殺力をエアシリンダから任意に得られ、従動軸にはサインカーブに近いトルクが作用させられる。
【００１０】
また、弾性手段が、アームの先端部と支持部材の間に介在されているばねよりなると、弾性力が簡単な機構によってアームに作用させられる。
【００１１】
【実施例】
この発明の実施例を、図面を参照してつぎに説明する。
【００１２】
以下の説明において、前後とは、図１において矢印Ａで示す側を前、これと反対側を後といい、左右とは、後より見てその左右の側を左右というものとする。 図１および図２を参照すると、容器成形装置は、ヒートシール性内容物充填チューブＴを横断状に挟みつけて帯状にシールしかつシール幅の中間部を切断する左右のジョーユニット11，12と、これらジョーユニット11を、同期して容器１つ分の長さに相当するストロークで交互に異なる向きに昇降させる駆動機構13とを備えている。
【００１３】
左右のジョーユニット11，12は、左右の向きは異にするが、同一構成のものである。以下、右ジョーユニット12についてのみ説明し、左ジョーユニット11の対応する部分には、右ジョーユニット12と同一の符号を付してその説明は省略する。
【００１４】
ジョーユニット12は、昇降自在かつ可逆回動自在な垂直ロッド21と、垂直ロッド21とともに昇降しかつ垂直ロッド21の可逆回動は自在とするように垂直ロッド21に取付けられている昇降フレーム22と、下部において相互に平行な一対の水平軸心を中心として揺動するように昇降フレーム22にそれぞれ支持されている前後一対の揺動アーム23と、各揺動アーム23の上部に相互に向き合うようにそれぞれ固定されている前後一対のジョー24と、両ジョー24が相互に接近する閉位置と相互に離隔する開位置の間を両揺動アーム23を揺動させるアーム開閉装置25と、閉位置において両揺動アーム23を引き寄せて両ジョー24の間にシール圧力を発生させるプレス装置26とを備えている。
【００１５】
図示しないが、前ジョー24にはヒートシール用ヒータが、後ジョー24にはカッタがそれぞれ備えられている。
【００１６】
一方の昇降フレーム22が上昇すると、他方の昇降フレーム22が下降する。昇降フレーム22がその昇降ストロークの上限位置にあるときにアーム開閉装置25によって両揺動アーム23が閉じられて両ジョー24が相互に接近し、プレス装置26によって両揺動アーム23が引き寄せられて両ジョー24がチューブＴを挟みつけ、両ジョー24の間にシール圧力が発生させられる。これにより、チューブＴがシールされる。両ジョー24がチューブＴを挟んだまま昇降フレームとともに下降することにより、チューブＴが容器１つ分に相当する長さだけ送られる。昇降フレーム22が下限位置に達すると、カッタが作動してチューブＴが切断される。そうすると、プレス装置26のプレス作動が解除され、アーム開閉装置25によって両揺動アーム23が開かれ、両ジョー24が開かれてチューブＴが開放される。これにより、チューブ先端部の容器１つ分に相当する部分がそれ以外の部分より分離される。
【００１７】
駆動機構13は、垂直ロッド21の下端の後斜め下に配置されている左右方向にのびた水平駆動軸31と、駆動軸31に固定されている左ジョーユニット用カム32および右ジョーユニット用カム33と、左ジョーユニット用カム32および右ジョーユニット用カム33の上方をそれぞれのびているアーム状左ジョーユニット用カムフォロワ34および右ジョーユニット用カムフォロワ35とを備えている。なお、駆動軸31にはアーム開閉用カムも固定されているが、その図示は省略されている。
【００１８】
左ジョーユニット用カムフォロワ34の先端部は左ジョーユニット11の昇降ロッド21の下端に連結部材36を介して連結されている。右ジョーユニット用カムフォロワ35の先端部は右ジョーユニット12の昇降ロッド21の下端に連結部材37を介して連結されている。
【００１９】
駆動軸31の右ジョーユニット用カム左側には主歯車41が固定されている。駆動軸31の前方には、これと平行に左右方向にのびた水平従動軸42が配置されている。従動軸42には、主歯車41と噛合わされた従歯車43が固定されている。主歯車41と従歯車43の歯数比は、２対１である。従動軸42の右端部にはアーム44が固定されている。アーム44の先端部に流体圧シリンダ45のピストンロッド46が連結されている。流体圧シリンダ45のロッド側には加圧空気供給管47の一端が接続されている。加圧空気供給管47の他端は、図示しないエアータンクに接続され、これにより、流体圧シリンダ45には、ピストンロッド46を常時退入させるように付勢する圧力変動の無い一定圧の加圧空気が供給されるようになっている。
【００２０】
左ジョーユニット用カム32および右ジョーユニット用カム33は、いずれも外周面をカム輪郭面51，52とする板カムであって、同一形状のものである。図３に示すように、カム輪郭面52の一周３６０度のうち、上昇範囲Ｕで示す９０度分が昇降フレーム22の上昇ストロークに充当させられ、残りの下降範囲Ｄで示す２７０度分が昇降フレーム22の下降ストロークに充当させられている。左ジョーユニット用カム32および右ジョーユニット用カム33の上昇範囲Ｕおよび下降範囲Ｄの位相は互いに１８０度ずらされている。
【００２１】
両カム32，33の右側面の外周近くには環状凹所53，54がそれぞれ形成されている。凹所53，54の内向き周面には、カム輪郭面51，52にそってのびたガイド面55，56が設けられている。ガイド面55，56は、カム輪郭面51，52が円弧をなす部分ではカム輪郭面51，52と平行であるが、カム輪郭面51，52の曲率が変化する部分では平行から若干ずれている。これは、後述する定ローラ62と動ローラ67のカムリフトの位相を同一にするためである。
【００２２】
図５および図６を参照すると、右ジョーユニット用カムフォロワ35の長さの中程下面には二股垂下状ブラケット61が設けられ、これに、カム輪郭面52に当接させられた定ローラ62が取付けられている。ブラケット61の右側面（図６では左右の向きが逆）には垂下状レバー吊下板63が、その下端部を環状凹所54に右方から臨ませるように固定されている。レバー吊下板63の下端部には右方突出水平ガイド筒64が固着されている。ガイド筒64の右方から後向きにのびるようにローラレバー65が配されている。ローラレバー65の前端部には、ガイド筒64に回動自在にはめ入れられた水平支持軸66が右方突出状に設けられている。ローラレバー65の支持軸近くには、ガイド面56に当接させられた動ローラ67が左方突出状に取付けられている。ローラレバー65の後端部には、垂直引上げロッド68の下端部が揺動自在に連結されている。引上げロッド68の上部は、上端部をカムフォロワ35に揺動自在に連結した垂直有蓋筒状ばねハウジング69の下端開口にねじ入れられた雄ねじ部材 75を貫通してその内部に入り込んでいる。雄ねじ部材75には回止めナット74がねじはめられている。引上げロッド68の上端部にはフランジ71が設けられている。雄ねじ部材75とフランジ71の間にはローラ拘束用圧縮ばね72が介在させられている。ばねハウジング69頂壁にはローラ拘束解除用ばね押えボルト73が貫通状にねじ込まれている。
【００２３】
圧縮ばね72によって引上げロッド68が上向きに付勢され、これにより、ローラレバー65が支持軸66を中心として上向きに揺動するように付勢されている。その結果、定ローラ62がカム輪郭面52に、動ローラ67がガイド面56にそれぞれ押圧されている。
【００２４】
動ローラ67がガイド面56に押圧された状態では、引上げロッド68と押えボルト73の間には隙間が生じている。この状態から押えボルト73を押下げると、動ローラ67とガイド面56の間に隙間が生じ、これにより、カム32，33とフォロワ34，35の拘束関係が解除され、フォロワ34，35取外し等の所要作業等を行うことができる。
【００２５】
左ジョーユニット用カムフォロワ34についても、右ジョーユニット用カムフォロワ35と同様に、定ローラ62および動ローラ67等が備えられている。
【００２６】
駆動軸31の回転運動は、２つのカム32，33およびカムフォロワ34，35によって往復運動に変換され、２つのジョーユニット11，12の垂直ロッド21に伝達される。その結果、一方のジョーユニット11は両揺動アーム23を閉じたまま下降させられ、他方のジョーユニット12は、揺動アーム23を開いた状態で一方のジョーユニット11の閉じた揺動アーム23の外側を通って上昇させられる。
【００２７】
ジョーユニット11，12が上昇させられる際、駆動軸31のトルクは大であり、ジョーユニット11，12が下降させられる際、駆動軸31のトルクは小である。駆動軸31の１サイクル３６０度回転する間に、駆動トルクは、２回ずつ最大値および最小値を迎えることになる。このトルク変動の様子が、図７中において、曲線Ｐによって示されている。
【００２８】
第３図において、駆動軸31が時計方向に１回回転させられると、従動軸42が反時計方向に２回回転させられる。従動軸42が１回転させられると、これにしたがってアーム44が回転し、流体圧シリンダ45のピストンロッド46が１回進退させられる。ピストンロッド46の進出は、加圧空気圧に逆らって行われるため、駆動軸31のトルクを減少させるように作用する。逆に、ピストンロッド46の退入は、加圧空気圧に従って行われるため、駆動軸31のトルクを増大させるように作用する。このトルク変動の様子が、図７中において、曲線Ｑによって示されている（近似サインカーブ）。
【００２９】
図３は、右ジョーユニット用カム33が上昇範囲Ｕと下降範囲Ｄの境界にあり、アーム44は後を向いていて、流体圧シリンダ45のピストンロッド46は退入限にある状態を示している。このときに、右ジョーユニット12は上限位置にある。図３に示す状態から右ジョーユニット用カム33が２７０度回転させられると、右ジョーユニット用カム33が下降範囲Ｄを通過して下降範囲Ｄと上昇範囲Ｕの境界に至り、右ジョーユニット12が下限位置に至る。この間に、従動軸42は５４０度、すなわち１回転半回転させられる。この１回転半を半回転ずつの３つに分けると、半回転毎に駆動軸31のトルクが順に減少、増加および減少させられる。
【００３０】
右ジョーユニット用カム33が下降範囲Ｄと上昇範囲Ｕの境界から９０度回転させられると、図３に示す状態となる。すなわち、右ジョーユニット用カム33が上昇範囲Ｕを通過して上昇範囲Ｕと下降範囲Ｄの境界に至り、右ジョーユニット12が上昇させられて上限位置に至る。この間に、従動軸42は１８０度回転させられ、アーム44が前向きから後向きに回転させられることにより、流体圧シリンダ45のピストンロッド46が退入させられるため、駆動軸31のトルクが増大させられる。
【００３１】
右ジョーユニット12が上昇する際に、駆動トルクは最大値を迎えることになるが、流体圧シリンダ45による駆動軸31のトルクの増大によってその最大値が小さく押えられる。
【００３２】
右ジョーユニット12が上限位置にある状態から、駆動軸31が１８０度回転させられると、今度は、左ジョーユニット11が上限位置に達する。この間に、従動軸42は１回転３６０度回転させられる。したがって、従動軸42が１回転３６０度回転させられる毎に、駆動軸31のトルクの増大が行われる。これにより、駆動軸31のトルク変動が低減され。駆動軸31を駆動するためのモータの容量が低減される。
【００３３】
図７において、曲線Ｐの正最大値と曲線Ｑの負最大値が一致させられている（図７中一点鎖線）。曲線Ｐおよび曲線Ｑを合成すると、曲線Ｒとなり、曲線Ｒの正最大値は、曲線Ｐの正最大値よりかなり低く押えられている。このことは、トルク変動が小さくなったことを示している。また、曲線Ｐの正最大値と曲線Ｑの負最大値を一致させることに代えて、両曲線ＰおよびＱの零点を一致させるようにしても、同等の効果が得られる。
【００３４】
ジョーユニット11，12の昇降中に、何らかのトラブルが発生し、ジョーユニット11，12に過負荷が作用して、カム32，33からカムフォロワ34，35が離れようとすることがある。この場合、ローラ拘束用圧縮ばね72を圧縮することにより、ばねハウジンク69からレバー引上げロッド68が突出させられ、動ローラ67はガイド面55，56に当接させられたままであるが、定ローラ62がカム輪郭面51，52から離隔させられる。
【００３５】
つぎに、駆動機構13の変形例について、説明する。
【００３６】
図８を参照すると、上記実施例では、従動軸42にトルクを生じさせる手段として、流体圧シリンダ45が用いられているが、この変形例では、引張りコイルばね81が用いられている。引張りコイルばね81の前端はアーム44の先端に取付けられ、その後端は、前後方向にのびた水平ばね力調節ロッド82の前端に取付けられている。ばね力調節ロッド82の前部には切欠83が設けられ、その後部には雄ねじ84が設けられている。切欠83の底には垂直平坦面が設けられ、これに、垂直回止めロッド85が当接させられている。雄ねじ84は、その後端部を垂直状支持ブラケット86から後方に突出させるように貫通させられている。雄ねじ84の後方突出部にはストッパ兼ばね圧調節ナット87がねじはめられている。
【００３７】
アーム44の回転にしたがってばね81が伸縮してばね力が変化し、アーム44の先端に作用させられる弾性力が変化する。そのため、従動軸42に生じさせられるトルクは、図７中、曲線Ｓで示すように、サインカーブを若干変形させたものとなる。
【００３８】
図９を参照すると、上記実施例で用いられたローラレバー65に代わり、別のローラレバー91が用いられている。ローラレバー91の前端に動ローラ67が取付けられており、その前端近くにおいて支持軸66に枢着されている。ローラレバー91の後端部には、垂直押下げロッド92の下端部が揺動自在に連結されている。上記実施例と同様に、押下げロッド92の上部は、上端部をカムフォロワ35に揺動自在に連結した垂直有蓋筒状ばねハウジング93の下端開口にねじ入れられた雄ねじ部材97を貫通してその内部に入り込んでおり、雄ねじ部材97には回止めナット98がねじはめられており、押下げロッド92の上端部にはフランジ94が設けられているが、上記実施例との相異は、ローラ拘束用圧縮ばね95がばねハウジング93頂壁とフランジ94の間に介在させられ、ばね押えボルト96が雄ねじ部材97にねじ込まれている点である。
【００３９】
上記において、昇降フレームの数が２であり、駆動軸の１回転中にめぐってくるトルク変動のサイクル数が２である場合の実施例が述べられているが、昇降フレームの数とトルク変動のサイクル数は、必ずしも対応するとは限らない。昇降フレームの数が２である場合、例えば、トルク変動のサイクル数は１または３である場合も考えられる。
【００４０】
トルク変動のサイクル数が１である場合、従動軸を設けることなく、駆動軸にアームを固定するようにしてもよいし、従動軸を設けて、これにアームを固定するようにしてもよい。この場合、主歯車と従歯車の歯数比は１対１となる。
【００４１】
上記後者の例のように、従動軸を設け、これに、主歯車と従歯車によって駆動軸の動力を伝達するようにすると、トルク変動の低減効果が最高に高められるように、主歯車と従歯車の噛み合いの位相を変更することにより、駆動軸に対する従動軸のタイミングを自在に変更することができる。
【００４２】
トルク変動のサイクル数が３以上である場合、主歯車と従歯車の歯数比は、トルク変動のサイクル数に相当する３以上のｎ対１（ｎ；整数）となる。
【００４３】
本願発明は、例えば、ゲーブルトップ型牛乳パックの包装機械に適用することができる。この場合、昇降ユニットとしては、上記実施例の昇降フレームに代わり、充填装置の充填ピストンおよび容器リフト用昇降体が考えられる。この場合、２つの昇降ユニットの昇降動作の間隔は、必ずしも、１８０度ではなくて、例えば、１５０度である場合も考えられる。
【００４４】
さらに、本願発明が適用できる昇降ユニットとしては、昇降ストロークを有するあらゆる機械要素が考えられる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、弾性手段の弾性力が駆動軸に正トルクおよび負トルクとして作用するから、簡単かつ安価な機構によって駆動軸のトルク変動が低減することができる。
さらに、駆動軸の回転数がトルク変動のサイクル数に対応して増速されて従動軸に伝達されるから、周期的に繰り返される合成トルク変動に対し、互いに相殺できるように対応でき、効果的にトルク変動を低減することができる。
【００４６】
請求項２に記載の発明によれば、相殺力をエアシリンダから任意に得られ、従動軸にはサインカーブに近いトルクが作用させられるから、駆動軸のトルク変動の低減効果が高められる。
【００４７】
請求項３に記載の発明によれば、弾性力が簡単な機構によってアームに作用させられるから、弾性力を簡単に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるトルク変動低減装置を含む容器成形装置のジョーユニットを示す斜視図である。
【図２】同装置の駆動機構を示す斜視図である。
【図３】同装置の駆動機構を示す側面図である。
【図４】図３のＩＶーＩＶ線にそう断面図である。
【図５】図３に示す部分の要部拡大側面図である。
【図６】図５のＶＩーＶＩ線にそう断面図である。
【図７】駆動軸のトルク変動曲線を示すグラフである。
【図８】駆動機構の変形例を示す図３相当の側面図である。
【図９】駆動機構の変形例を示す図５相当の側面図である。
【符号の説明】
11 ジョーユニット
12 ジョーユニット
13 駆動機構
22 昇降フレーム
24 ジョー
31 駆動軸
41 主歯車
42 従動軸
43 従歯車
44 アーム
45 シリンダ
46 ロッド
81 ばね

Claims (3)

  1. 駆動軸31を有し、駆動軸31の１回転によって１つの昇降ユニット22を１サイクル昇降させるか、２以上の昇降ユニット22を一定の間隔をおいて１サイクルずつ昇降させる駆動装置において、
    弾性手段と、弾性手段の弾性力を回転トルクとして駆動軸31に伝達する伝達手段とを備えており、
    伝達手段が、駆動軸 31 に固定された主歯車 41 と、主歯車 41 と噛合わされた従歯車 43 と、従歯車 43 が固定された従動軸 42 と、従動軸 42 に固定されかつ先端に弾性手段の弾性力が作用させられるアーム 44 よりなり、駆動軸 31 の１回転中にめぐってくるトルク変動のサイクル数をｎ（整数）としたときに、主歯車 41 と従歯車 43 の歯数比が、ｎ対１であるトルク変動低減装置。
  2. 弾性手段が、アーム44の先端に連結されたピストンロッド46を有する流体圧シリンダ45よりなる請求項１に記載のトルク変動低減装置。
  3. 弾性手段が、アーム44の先端部と支持部材の間に介在されているばね81よりなる請求項１に記載のトルク変動低減装置。
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