射出成形機用遊星歯車減速機 —
5つのサーボ軸、5つの異なる仕様

韓国の射出成形 ― 駆動システムが機械のクリティカルパスである理由

遊星歯車機構式射出成形機の選定問題は、その規模と重要性において韓国特有のものである。韓国は、自動車内装部品、電子機器筐体、医療機器ハウジング、消費財向け包装材など、プラスチック射出成形部品の世界有数の生産国である。韓国の射出成形機（IMM）メーカーと、日本やヨーロッパ製のIMMを運用する韓国の工場は、いずれも同じ基本的な機械経済上の課題に直面している。すなわち、サイクルタイムが収益に直結し、サイクルタイムはサーボ駆動システムによって左右されるということである。

韓国はエネルギーコストに対する製造業の意識の高まりを背景に、他の多くの市場よりも早く油圧式から全電動式射出成形機への移行を進めてきたが、この移行によってサーボギアボックスが機械性能の中心に据えられるようになった。油圧式射出成形機では、1つの油圧ポンプがすべての機能を順次実行する。一方、全電動式射出成形機では、各軸に専用のサーボモーターとギアボックスが搭載されており、すべての軸を同時に動作させることができる。例えば、スクリューが次のショットのために材料を可塑化している間に、クランプを閉じることができる。この並列動作によってスループットは向上するが、同時に、各機械の部品表（BOM）におけるギアボックスの選定項目も増加する。

韓国の全電動IMMメーカー（国内自動車産業（現代自動車、起亜自動車、サムスンSDIのバッテリーセルホルダーなど）や電子機器産業（LGエレクトロニクスの筐体部品など）に部品を供給するメーカーを含む）は、通常、1台の機械に5～8個のサーボ軸を指定している。韓国の大手OEMメーカー1社あたりの年間生産台数は200～2,000台であるため、ギアボックスの仕様決定は部品表（BOM）と品質に大きな影響を与える。

5つのサーボ軸 ― それぞれに異なるギアボックス仕様が必要な理由

遊星歯車機構の射出成形仕様における根本的な誤りは、5つのサーボ軸を同一のサーボ駆動装置として扱い、同じギアボックスを必要とする点にある。実際にはそうではない。各軸は、ピークトルク、連続トルク、速度、バックラッシュ感度、ラジアル荷重、および熱デューティサイクルの独自の組み合わせを持ち、それぞれ異なるシリーズとフレームを必要とする。

この表を見れば、過剰仕様によるコストが一目でわかります。韓国のIMM設計者が、シンプルで安全なデフォルト設定だからといって、5軸すべてにEP-AFH（1分角以下の標準、最高精度）を指定した場合、P1またはP2で十分な軸②③④で割増料金を支払うことになります。軸ごとに適切な仕様を指定することで、ギアボックスの部品コストを大幅に削減しながら、同等の機械性能を実現できます。

射出軸 - ピークトルク比と溶融背圧による軸方向荷重

射出軸はボールねじを駆動し、サーボ回転運動を直線力に変換して射出ねじ（プランジャー）を前方に押し出し、溶融プラスチックを高圧（通常800～2,500バールの溶融圧力）で金型キャビティに射出します。これは機械内で最も高いピークトルクを持つ軸であり、ピークトルクではなく連続トルクに基づいて設計を行う韓国の射出成形機設計者によって最も仕様が不十分とされることが多い軸でもあります。

ねじ回転軸 ― 機械内で最も高い熱負荷がかかる部分

スクリュー回転軸は、各サイクルの回復フェーズ中に射出スクリューを回転させ、ポリマー樹脂を可塑化（溶融）します。短時間だけ高トルクで動作する射出軸とは異なり、スクリュー回転軸は回復期間全体にわたって中程度のトルクで動作します。これは、効率的な成形における全サイクル時間の40～70%を占める場合があります。

この連続的な中トルク動作により、ねじ回転軸は機械の中で最も高い熱デューティサイクルを持つ駆動装置となります。韓国の連続3交代制生産（年間6,300時間）でサイクルタイムが60%の場合、ねじ駆動ギアボックスの年間稼働時間は約3,780時間となり、断続的なサーボ軸というよりは、高サイクルコンベア駆動装置に匹敵します。Art15のモジュール3の温度補正がそのまま適用されます。韓国のプラスチック工場の夏の高温環境では、ねじ駆動ギアボックスのハウジング温度が75～85℃に達し、グリース寿命がカタログ定格の20,000時間を下回る場合があります。

ねじ回転軸のバックラッシュ等級は、実際には全く関係ありません。軸はねじの回転速度を制御するものであり、位置を制御するものではないからです。ねじは各ショットでわずかに逆回転しますが（回転方向ではなく軸方向）、回転軸ギアボックスには材料のせん断によるトルクとねじのフライトヘリックス抵抗のみが作用します。P2（≤5分角）が正しい仕様です。この軸でP0またはP1を選択しても、追加コストがかかっても機能的なメリットは全くありません。

クランプ軸 - 10億サイクル寿命要件およびトグル衝撃荷重

クランプ軸は、サイクルごとに金型を開閉します。8秒のサイクルタイムで3交代制の連続運転を行う韓国製射出成形機の場合、クランプ軸は年間約270万回の開閉サイクルを完了します。韓国製射出成形機の想定耐用年数である15年間で、これは約4000万回のクランプサイクルに相当します。各サイクルは、金型が開いた状態から閉じた状態まで、そして再び開いた状態に戻るまでの全ストローク動作です。

韓国製の射出成形機（IMM）のほとんどは、クランプ軸にトグル機構を採用しています。これは、サーボモーターの力を増幅して必要なクランプ力（韓国製生産機では通常100～5,000kN）を実現するリンク機構です。トグル機構は、金型の開閉初期と閉鎖間近（金型保護のため）は低速、中間ストロークは高速、そして完全クランプ時に急激な減速という特徴的な速度プロファイルを生み出します。この減速により、ギアボックスの出力に短時間の衝撃荷重が発生し、各クランプストロークの終わりにトルクスパイクが生じ、連続定格トルクの2～2.5倍に達することがあります。

クランプ軸のギアボックス設計寿命計算では、このピークトルクサイクル数を考慮する必要があります。Art16のL10ベアリング寿命式を、連続トルクだけでなく実際の等価動的負荷（サイクル全体にわたるピークトルクと連続トルクの寄与の加重平均）とともに使用することで、より正確な耐用年数予測が得られます。通常、EP-AB P1仕様は標準的な韓国製IMMクランプ用途に十分ですが、重量クランプ高速機では、追加のベアリング負荷容量のためにEP-AF P1が必要となる場合があります。

この計算は、クランプ軸ギアボックス選定の正しい基準となります。ピークトルク（280 N·m）のみを使用するとギアボックスのサイズが34%過剰になり、連続トルク（120 N·m）のみを使用すると42%不足になります。韓国のEver-Power EPアプリケーションエンジニアリングプロセスで標準となっている等価動的負荷法では、有効選定トルクとして208 N·mが正しく特定されます。

回転テーブルと挿入ステーション ― 精度が真に重要な場面

射出成形サイクル寿命 ― ピークトルク倍率が重要な選定基準となる理由

射出成形機は、他の韓国製産業機械では到底及ばないほどのサイクル数を蓄積します。韓国製の食品包装用射出成形機は、8秒サイクルで3交代制の連続運転を行うと、年間約270万サイクルを完了します。15年間の機械寿命では、これは4000万サイクルに相当します。射出軸と型締め軸のギアボックスは、どちらもサイクルごとに最大トルクが発生するため、累積最大トルク発生回数が疲労寿命を左右する主要因となります。

韓国のEver-Power EPシリーズギアボックスは、定格トルク（連続運転用）とピークトルク定格（通常、定格トルクの2～3倍で、規定の期間と1時間あたりの回数を超えない短時間のイベント用）の両方で定格されています。射出成形用途において重要なのは、定格トルクの2～3倍で50～300ミリ秒続くピークトルクイベントが、カタログ値よりも低い耐用年数に制限されるほどの速度でギア歯に疲労損傷を蓄積するかどうかです。

最適化されたIMMギアボックスの部品表 — コスト比較：デフォルト仕様と軸別仕様

以下の部品表比較は、軸ごとの適切な仕様指定と、韓国のOEMメーカーが一般的に採用している、すべてのサーボ軸に同一のギアボックスを指定するというデフォルト設定との比較において、コストにどのような影響があるかを示しています。この例では、5つのサーボ軸を備えた200トンの韓国製全電動式射出成形機を使用しています。

よくある質問 — 射出成形機用遊星歯車減速機

韓国エバーパワー社でIMMギアボックスの部品表（BOM）を指定してください。

Korea Ever-Powerは、軸ごとのトルク計算（背圧軸荷重、等価動的クランプトルク、ねじ回転熱デューティサイクルなど）を行い、韓国製射出成形機向けに最適化された5軸ギアボックスの部品表（BOM）を提供します。対応は同営業日、韓国語で行います。