JP2002364725A - ボールねじ装置及び同装置を備えた射出成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールねじナットの取付アームの撓み、ある
いは精度不良による同様の傾きに対して、傾きの影響を
軽減して寿命低下を防止する。 【解決手段】 移動フレーム４又は固定フレーム２に設
けられた取付アーム２０に支持されたボールねじナット
４０と、該ボールねじナット４０に螺合し一端が上記固
定フレーム２又は移動フレーム４に回転自在に支承され
たボールねじシャフト５０とより成り、該ボールねじシ
ャフト５０に加えられる回転力を前記ボールねじナット
４０によって直動力に変換する装置であって、上記取付
アーム２０の上部メンバー２２と下部メンバー２３相互
間に、ボールねじナット４０の取付用孔３４を形成した
弾性プレート３０を装着し、弾性プレート３０の曲げ剛
性を上記取付アーム２０の付け根側を小さく、先端側を
大きくなるように設定した装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気駆動式射出成
形機の射出装置や型締装置などに用いられる回転するボ
ールねじシャフトと固定されたボールねじナットでなる
高負荷のボールねじ装置、詳しくはボールねじナットの
支持構造に関する。また、同装置を備えた射出成形機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、射出成形機の射出装置や型締装置
の直進駆動には油圧が用いられていたが、近時作業環境
の改善や、エネルギー効率の向上のため、また速度や位
置の制御が容易になる利点があるために、電気サーボモ
ータとボールねじ装置を用いた電動式のものが使用され
ている。

【０００３】図５は、このような電動式射出成形機の射
出駆動装置の斜視図で、１は駆動装置の装置台であり、
この装置台１には固定フレーム２が設けられている。こ
の固定フレーム２には射出シリンダ３が支持されてい
る。４は装置台１上に固定フレーム２に対して接離可能
に移動する移動フレームで、５は移動フレーム４の両側
壁には、取付アーム５が突出して設けられている。この
取付アーム５には、ボールねじナット６が固設されてい
る。７はボールねじナット６と螺合するボールねじシャ
フトである。このボールねじシャフト７の一端には大プ
ーリ８が装着され、ボールねじシャフト７の他端にはス
トッパ９が装着されている。１０は固定フレーム２の左
右上部に固設された減速機で、駆動モータ１１に連結さ
れている。減速機１０の出力軸には、小プーリ１２が固
定されており、この小プーリ１２と大プーリ８との間に
は、歯付ベルト１３が巻掛けられている。１４は移動フ
レーム４の後部に固設され、射出シリンダ３の内部に嵌
挿された図示省略の射出スクリュを回転駆動するスクリ
ュ駆動モータ、１５はホッパである。

【０００４】ボールねじシャフト７の大プーリ８側の端
部は、図示省略のスラストベアリングによって固定フレ
ーム２に回転自在に支承されている。そして、樹脂の射
出を行うときは、ホッパ１５から樹脂を入れて加熱する
と共に、スクリュ駆動モータ１４によって射出スクリュ
を回転させて樹脂を可塑化し、後退しながら射出シリン
ダ３の先端に所定量の樹脂を溜める。その後、駆動モー
タ１１によって小プーリ１２、歯付ベルト１３、大プー
リ８を介してボールねじシャフト７を回転させ、これと
螺合するボールねじナット６によって直線運動に変換し
て射出スクリュを押して樹脂を射出する。

【０００５】一般に、電動式で大きな力を直線方向に加
えるための機構は、摩擦による機械効率低下を避けるた
めに、摩擦係数の低いボールの転動を用いたボールねじ
装置が用いられている。ボールねじ装置は、外周面に断
面形が半円の螺旋状の溝を有するボールねじシャフト
と、内周面に断面形が半円の螺旋状の溝を有するボール
ねじナットを組合わせ、両者で形成される円形の溝の中
にボールを挿入し、転動するボールはナットの外に設け
た通路を経てナットの一端から外に出て他端に戻るよう
になっている（図１を参照）。

【０００６】ボールねじ装置で回転（又は直動）するボ
ールねじシャフトと直動（又は回転）するボールねじナ
ット間の力のやり取りは、一定ピッチで軸方向に螺旋状
に並んだボールを介して多数の点で分布したボールとの
接点を通じて行われ、ボールねじシャフト側の集中力は
ボールねじシャフトの一端から加わり、ボールねじナッ
ト側の集中力はボールねじナットの１箇所に設けられた
フランジに加わるので、これらの力によるボールねじナ
ットとボールねじシャフトの弾性変形によって伝達する
分布荷重が位置によって異なり、特定部の荷重が大きく
なってボールねじ装置の寿命が短くなるという問題があ
り、分布荷重を平等にするための種々の提案がなされて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】大きな直動力を得るた
めにボールねじ装置を用いる場合には、前述のようにボ
ールねじシャフトとボールねじナット間の分布荷重は、
軸方向の位置によって異なり、特定部で大きくなってボ
ールねじ装置の寿命を縮めるという問題がある。この他
に、ボールねじナットを片持梁状の取付アームに取付け
た場合には、直動力によって取付アームが曲変形を生じ
て撓み、この曲変形によってボールねじナットの対角位
置に所謂「片当たり」現象が生じて負荷が集中し、ボー
ルねじ装置の寿命を縮めるという問題がある。

【０００８】図６は取付アーム５に生ずる曲げモーメン
トベクトルの方向に見た、変形を誇張して示したこの問
題の説明図で、図５と同じ番号を付してある。図６
（ａ）はボールねじシャフト７に負荷がかかっていない
か、又は取付アーム５の曲げ剛性が十分大きい場合を示
す図である。取付アーム５の曲げ剛性が十分大きい場合
は、ボールねじシャフト７が回転して張力が発生する
と、固定フレーム２側から反力荷重Ｆがかかっても取付
アーム５は曲がらないので、固定フレーム２側からの力
はボールねじナット６の軸心にかかると見なすことが出
来、前述の軸方向の分布荷重のみが問題となるのみであ
る。

【０００９】図６（ｂ）は取付アーム５が負荷状態で曲
変形を生ずる場合で、取付アーム５が曲がるためにボー
ルねじナット６及びボールねじシャフト７の軸心線が曲
がり、固定フーム２側はスラストベアリングの拘束がな
ければ２点鎖線で示す方向に向くが、スラストベアリン
グによって拘束されているので直角方向の反力Ｎを生
じ、取付アーム５からは新たに直角方向の力Ｎとモーメ
ントＭが加わる。このうち、特にモーメントＭによって
ボールねじナット６の入口及び出口近傍の相反する側
（対角位置）に大きい負荷が生じ、ボールねじ装置の寿
命を低下させる問題が生ずる。

【００１０】本発明は、ボールねじナットの取付アーム
の撓み、あるいは精度不良による同様の傾きに対して、
傾きの影響を軽減して寿命低下を防止する構造のボール
ねじ装置および同装置を備えた射出成形機を提供するこ
とを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、移動フレーム又は固定フレームに設けられ
た取付アームに支持されたボールねじナットと、該ボー
ルねじナットに螺合し一端が上記固定フレーム又は移動
フレームに回転自在に支承されたボールねじシャフトと
より成り、該ボールねじシャフトに加えられる回転力を
前記ボールねじナットによって直動力に変換するボール
ねじ装置であって、上記取付アームに、適宜の距離を隔
てて突出する上部メンバーと下部メンバーを設け、これ
ら上部メンバーと下部メンバー相互間に、ボールねじナ
ットの取付用孔を形成した弾性プレートを装着し、該弾
性プレートの取付用孔にボールねじナットを螺着し、上
記弾性プレートの曲げ剛性を上記取付アームの付け根側
を小さく、先端側を大きくなるように設定したことにあ
る。すなわち、取付アームのボールねじナットの取付部
の上下メンバーの間隔を拡げ、この取付アームに左右両
側に縦に細長いメンバーを備えた弾性プレート（ブラケ
ット）を取付け、ボールねじナットをこの弾性プレート
の中心部に取付ける。弾性プレートの取付アーム付根側
の内側メンバーは曲剛性が小さく、先端側の外側メンバ
ーの曲剛性は大きくしておく。直動力を受けると取付ア
ームは弾性プレートと共に曲げ変形を生じて撓み、内側
メンバー位置では小さく、外側メンバー位置では大きく
軸方向に移動する。更に内側及び外側メンバーは上下両
端支持の曲変形を生じ、中央に取付けられたボールねじ
ナットは更にその撓み分だけ軸方向に移動する。アーム
の曲げ変形による撓みと弾性プレートの内外側メンバー
の曲げ変形による撓みの合計撓みが同じになるように内
外側メンバーのそれぞれの曲げ剛性の大きさを調整して
おき、ボールねじナットを正しい軸心線に対して傾斜す
ることなく軸方向に移動させる。曲げ剛性は内外側メン
バーのそれぞれの厚さ、又は巾、又は両者の大きさを変
えて調整する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のボールねじ装置の実施の
形態を図１〜図４によって説明する。図１は本発明のボ
ールねじナット装置の実施形態を示す正面図、図２は図
１の左側面図、図３は図１を上から見た負荷時の平面
図、図４は負荷時の弾性変形の様子を示す斜視図であ
る。

【００１３】これらの図１ないし図４において、２０は
例えば従来例の移動フレーム４に固設される取付アーム
５に対応する取付アーム、３０は取付アーム２０に複数
（図では６本）のボルト６１で固定された弾性プレー
ト、４０は弾性プレート３０に複数（図では４個）の取
付ボルト６２で固定されたボールねじナット、５０はボ
ールねじナット４０と螺合するボールねじシャフトであ
る。

【００１４】取付アーム２０は上から見てＴ字形（図３
参照）で、ベース部２１と、このベース部２１の上下か
ら片持梁状に突出する上部メンバー２２及び下部メンバ
ー２３とから成っており、両者間の上下方向の距離は適
宜に大きく設定されていて、側面にはそれぞれ複数（図
ではそれぞれ３個）の弾性プレート３０の取付用の雌ね
じ２４が設けられている。なお、ベース部２１は十分な
剛性を有し、変形はしないものとし、移動フレームなど
と一体に形成してもよく、また、図では上下部メンバー
２２及び２３の先端はそれぞれ自由と成っているが互い
に連結してもよい。取付アーム２０はベース部２１側で
の曲げ変形は小さく、先端側での曲げ変形は大きくなっ
ている。

【００１５】弾性プレート３０は平面（図２参照）が矩
形状で、上下の中間部は中央に縦方向に設けられた長穴
（縦溝）３４ａによって取付アーム２０のベース部２１
に近い内側メンバー３１と遠い外側メンバー３２に分け
られた厚鉄板で形成されている。弾性プレート３０の上
下部には、それぞれ取付アーム２０の雌ねじ２４に対応
する位置にボルト孔３３が設けられている。また、長穴
３４ａの中央部には、長穴３４ａの幅よりも大きい径
で、ボールねじナット４０の胴部を挿入する孔（円弧）
３４が設けられている。この孔３４の周囲にはボールね
じナット４０のフランジ部を取付ける雌ねじ３５が設け
られている。

【００１６】内側メンバー３１及び外側メンバー３２の
それぞれの正面巾ａ及びａ′、軸方向の高さｈ及びｈ′
は、内外両メンバー３１及び３２のそれぞれの軸方向の
曲げ剛性を所定の値に合わせるために変化させる。図２
ではａ及びａ′は等しく、ｈは上下部と等しく、ｈ′は
台形状に大きくした場合を示している。弾性プレート３
０の取付アーム２０付根側の内側メンバー３１は、曲げ
剛性が小さく、先端側の外側メンバー３２の曲げ剛性は
大きくしておく。なお、この弾性プレート３０の内側メ
ンバー３１と外側メンバー３２は、弾性プレート３０と
同一材料（厚い鉄板）で成形しても良く、あるいは、別
の材料で成形したものを弾性プレート３０の両側に一体
化させても良い。

【００１７】図１のボールねじナット４０は一例として
シングルフランジ−シングルナット型のものを示してお
り、４１はナット本体部、４２はフランジ部で、ナット
本体部４１を弾性プレート３０の中央の孔３４に挿入
し、フランジ部４１を介して雌ねじ３５に螺合する４本
のボルト６２によって取付けられている。

【００１８】上記構成のボールねじ装置の作用を説明す
る。なお、方向については図４に示すように右手系のＸ
ＹＺ座標を用いＸ方向をボールねじシャフト５０の軸心
線方向、Ｙ方向を取付アーム２０の上下部メンバー２２
及び２３の長手方向、Ｚ方向を上下方向として説明す
る。ボールねじシャフト５０を回転させるとボールねじ
シャフト５０に張力Ｆが生じ、張力Ｆは剛性のあるベー
ス部２１から突出する上下部メンバー２２及び２３にＸ
方向の反対側に撓む曲げモーメント（曲げモーメントベ
クトルはＺ方向）を与え、上下部メンバー２２及び２３
は、弾性プレート３０と共に図４中に２点鎖線で示すよ
うに曲げ変形を生ずる。

【００１９】なお、図３では無負荷時を２点鎖線で示
し、負荷時を実線と破線で示す。弾性プレート３０の変
形（撓み）量はＹ方向の位置によって変わるので、内側
メンバー３１及び外側メンバー３２の変形を表す基準と
して弾性プレート３０の表面にボールねじナット４０の
取付用の雌ねじ３５を通って引いた縦線Ｌ及びＬ′、及
び上下の雌ねじ３５の中間を通る水平線Ｍを用いる。

【００２０】内外側メンバー３１及び３２の縦線Ｌ及び
Ｌ′は上下部メンバー２２及び２３の片持梁の曲げ変形
により、それぞれ縦線Ｌ₁及びＬ₁′となりδ１及びδ
１′だけＸの反対側に移動する。また、上下の中央の水
平線Ｍ位置では、両端支持梁の曲げ変形により、さらに
それぞれ縦線Ｌ₂及びＬ₂′となりδ２及びδ２′移動す
るが、δ１＋δ２＝δと、δ１′＋δ２′＝δ′は同値
になるように調整されているので、水平線Ｍは平行移動
してＭ２に移る。このとき、弾性プレート３０は、あた
かもピンジョイントのように働いてボールねじナット４
０にモーメントを伝えず、したがって、ボールねじナッ
ト４０とボールねじシャフト５０間にモーメントが働か
ないので、所謂「片当たり」を生ずることがない。

【００２１】上述の弾性プレート３０の変形は、３次元
の曲面となり、この面に取付けられるボールねじナット
４０のフランジ部４２は歪曲することになるが、その量
は僅かでボールを保持するナット本体部４１への影響は
無視することができる。したがって、この歪曲によって
「片当たり」を生ずることはない。なお、上記のように
内側メンバー３１の巾ａと外側メンバー３２の巾ａ´が
等しい場合以外にａ´>ａとしてもよい。

【００２２】本発明は、上記実施の形態のみに限定され
るものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適
宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のボールねじ
装置及び同装置を備えた射出成形機によれば、片持梁状
の取付アームに適用して、取付アームの撓みが生じても
弾性プレートの弾性撓みによって取付アームの撓みを補
償し、片当たり現象を軽減して、ボールねじ装置の寿命
の低減を防止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボールねじナット装置の実施の形態を
示す正面図である。

【図２】図１の左側面図である。

【図３】図１を上から見た負荷時の平面図である。

【図４】負荷時の弾性変形の状況を示す斜視図である。

【図５】従来の電動式射出駆動装置の斜視図である。

【図６】従来の無負荷時及び負荷時のボールねじ装置の
変形状態を示し、（ａ）は無負荷時の反力荷重がかかっ
た状態を示す概念図、（ｂ）は、負荷時の曲げ変形を生
じる場合を示す概念図である。

【符号の説明】

４ 移動フレーム ２０ 取付アーム ２１ ベース部 ２２ 上部メンバー ２３ 下部メンバー ３０ 弾性プレート ３１ 内側メンバー ３２ 外側メンバー ３４ 孔 ４０ ボールねじナット ４１ ナット本体部 ４２ フランジ部 ５０ ボールねじシャフト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉田 俊道 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社産業機器事業部内 Ｆターム(参考） 3J062 AA25 AB22 AC07 BA16 CD04 CD22 CD57 4F206 JA07 JL02 JQ06 JQ82 JQ83 JT02 JT05 JT38

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動フレーム又は固定フレームに設けら
   れた取付アームに支持されたボールねじナットと、該ボ
   ールねじナットに螺合し一端が上記固定フレーム又は移
   動フレームに回転自在に支承されたボールねじシャフト
   とより成り、該ボールねじシャフトに加えられる回転力
   を前記ボールねじナットによって直動力に変換するボー
   ルねじ装置であって、上記取付アームに、適宜の距離を
   隔てて突出する上部メンバーと下部メンバーを設け、こ
   れら上部メンバーと下部メンバー相互間に、ボールねじ
   ナットの取付用孔を形成した弾性プレートを装着し、該
   弾性プレートの取付用孔にボールねじナットを螺着し、
   上記弾性プレートの曲げ剛性を上記取付アームの付け根
   側を小さく、先端側を大きくなるように設定したことを
   特徴とするボールねじ装置。
2. 【請求項２】 移動フレーム又は固定フレームから片持
   梁状に突出する取付アームに支持されたボールねじナッ
   トと、該ボールねじナットに螺合し一端が固定又は移動
   フレームに回転自在に支承されたボールねじシャフトと
   より成り、該ボールねじシャフトに加えられる回転力を
   前記ボールねじナットによって直動力に変換するボール
   ねじ装置であって、上記取付アームのベース部に、適宜
   の距離を隔てて突出する上部メンバーと下部メンバーを
   設け、これら上部メンバーと下部メンバー相互間に装着
   され、上記ボールねじナットの取付用孔を形成した弾性
   プレートを装着し、該弾性プレートの取付用孔にボール
   ねじナットを螺着し、負荷時に前記取付アーム及び弾性
   プレートが弾性変形した場合、前記ボールねじナットが
   平行移動するように、上記弾性プレートを構成する内側
   メンバーと外側メンバーの曲剛性を内側メンバー及び外
   側メンバーの厚さ、又は巾、又は両者の寸法を変化させ
   て調整したことを特徴とするボールねじ装置。
3. 【請求項３】 上記外側メンバーの厚さを内側メンバー
   の厚さより大きくしたことを特徴とする請求項１または
   ２に記載のボールねじ装置。
4. 【請求項４】 上記外側メンバーの巾を内側メンバーの
   巾より大きくしたことを特徴とする 請求項３に記載の
   ボールねじ装置。
5. 【請求項５】 射出成形機の射出スクリュ軸の両側に請
   求項１に記載するボールねじ装置を対称に一対設け、ボ
   ールねじ軸を同期回転させて射出スクリュを射出駆動す
   るとき、全部のボールねじナットに荷重が均等に分担さ
   れるようにしたことを特徴とする射出成形機。