JP2016120606A - 型締装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溝同士の干渉が生ずることなく、高い倍力効果を得ることができるボールねじを備える型締装置を提供する。
【解決手段】ボールねじは、タイバー１７の一部をなし、外周面に複数の第１ねじ溝３１、第２ねじ溝３３が形成されるねじ軸３０と、第１ねじ溝３１、第２ねじ溝３３にそれぞれ対応する第１ナット溝，第２ナット溝が形成されるナットと、ねじ軸３０の第１ねじ溝３１、第２ねじ溝３３とナットの第１ナット溝，第２ナット溝により形成される循環経路に収容される複数の鋼球と、を備え、第１ねじ溝３１、第２ねじ溝３３は、溝長さがねじ軸３０の外周の１周未満であり、かつ、リードＬが溝幅Ｗよりも小さい。
【選択図】図２

Description

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に関する。

駆動源として電動機を用い、回転運動を直線往復運動に変換するボールねじ機構を介して、電動機の回転駆動力を型締め力に変換する型締装置が知られている（例えば、特許文献１，特許文献２）。

ところが、ボールねじが発生できる倍力効果は小さいので、特に型締め力１０００ｔｏｎを超えるような大型の射出成形機の型締めにおいては、市場に流通していないような極めて大容量のモータおよびボールねじが必要となり現実的ではないという問題がある。
小容量のモータによってボールねじの発生推力を大きくするには、転動体であるボールが破損しないように面圧を下げる為にボール径を大きくする必要があるが、ボール径を大きくすると、ボールが入る螺旋状の一筋の溝の幅が広くなり隣り合う溝同士が互いに干渉してしまう。この溝同士の干渉を防止するためにはリード（溝が一周して軸方向に進む量）を溝幅よりも大きくする必要があるが、リード（またはリード角）を大きくすると倍力効果が小さくなる。したがって、ボールが負担する推力（面圧）がさらに高くなるとともに、ボールねじを回転させるのに必要なモータの回転トルクが大きくなり、それに伴ってコストも高くなる。

特開昭６１−６０２５３号公報 特開２００８−３０７７３９号公報

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、溝同士の干渉が生ずることなく、高い倍力効果を得ることができるボールねじ機構を備える型締装置を提供することを目的とする。

本発明の型締装置は、固定金型を保持する固定プラテンと、固定プラテンに対して進退可能に設けられ、可動金型を保持する可動プラテンと、固定プラテン又は可動プラテンのいずれか一方の側に設けられる電動モータと、型締めの際に固定プラテンと可動プラテンを接続する複数のタイバーと、を備え、電動モータの回転駆動力を直線運動に変換するボールねじを介して、タイバーを牽引することにより固定金型と可動金型との間に型締め力を生じさせる型締装置に関する。
本発明の型締装置は、ボールねじが、タイバーの一部をなすか、または、又は、タイバーと一体的に固定され、外周面に複数のねじ溝が形成されるねじ軸と、それぞれのねじ溝に対応するナット溝が形成されるナットと、ねじ軸のねじ溝とナットのナット溝により形成される循環経路に収容される複数の転動体と、を備える。そして、それぞれのねじ溝は、溝長さＤｓがねじ軸の外周の１周未満であり、かつ、リードＬが溝幅Ｗよりも小さいことを特徴としている。これにより、ボール径を大きくしながら、リードを小さくできるため、小容量のモータで大きな推力が得られる。

本発明の型締装置において、複数のねじ溝を周方向において軸対称、線対称、面対称などの対称配置の位置に設けることが好ましい。
これにより、ねじ軸及びナットが受ける荷重を分散させることでねじ軸及びナットが曲がるのを防ぐことができるので、ねじ軸及びナットの特定の部位に荷重がかかって寿命が短くなるのを防止できる。

本発明の型締装置において、固定プラテン又は可動プラテンのいずれか一方に対して、複数のタイバーを固定、解放する固定手段と、固定手段の軸方向の位置を調整する調整手段と、を備えることが好ましい。
これにより、本発明の型締装置が、異なる厚さの金型（固定金型，可動金型）を使用する場合に、調整手段により固定手段、例えば割りナットを用いる場合に、その位置を調整することにより、タイバー側の鋸歯の位置と、割りナット側の鋸歯の位置がきちんと噛み合うようにすることができる。

本発明によれば、ねじ溝のリードＬが溝幅Ｗ未満であるために高い倍力効果が得られる。しかも、ボールねじにおけるねじ溝が、溝長さＤｓがねじ軸の外周の１周未満であるから、このねじ溝の一端が他端に干渉することがないので、ねじ溝が破れて鋼球が飛び出すなどの不具合を発生させることなく、回転角度の小さいボールねじとして有効に機能し得る。

本実施の形態における型締装置を示す部分断面図である。 図１の型締装置のボールねじを構成するねじ軸を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のIIｂ方向から視た側面図、（ｃ）は（ａ）のIIc方向から視た側面図である。 図１の型締装置のボールねじを構成するナットを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のIIIc−IIIｃ線矢視断面図である（ただし、ねじ軸を透過した図である）。 図１の型締装置のボールねじの動作を示し、（ａ）は型締めのために昇圧する際の動作を示し、（ｂ）は型締めを開放するために降圧する際の動作を示す。 本実施形態において、ボールねじのねじ軸に形成されるねじ溝の形態を示す図である。 本実施形態において、割りナット位置を調整できる機構を示す図である。

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。
型締装置１０は、図１に示すように、ベースフレーム１１の一端側の上面に固定金型１４が保持される固定プラテン１２が固定されている。
ベースフレーム１１の他端側の上面には固定プラテン１２に対向して可動金型１５を保持する可動プラテン１３が前後方向に進退移動可能に設けられている。ベースフレーム１１上には、ガイドレール２６が敷設されており、このガイドレール２６にガイドされたリニアベアリング２７が、架台２８を介して可動プラテン１３を進退移動可能に支持している。
なお、本実施形態において、固定プラテン１２が設けられる側を後（図中のＢ）と、また、可動プラテン１３が設けられる側を前（図中のＦ）と定義する。

固定プラテン１２は、その背面側に、ストロークが小さい電動による型締め機構１６が、その四隅に備えている。ただし、図１には、一箇所のみを代表して示している。それぞれの型締め機構１６は、タイバー１７と、タイバー１７を駆動する電動モータ１８と、電動モータ１８の回転駆動力をタイバー１７の直線往復運動に変換するボールねじ１９と、を備えている。
それぞれのタイバー１７は、前端側が可動プラテン１３に形成された貫通孔に臨むように配置され、可動プラテン１３が型締めのために後方に移動して近づいてきたときに、対応する挿通孔を貫通する一方、後端側は固定プラテン１２を貫通している。タイバー１７は、後端側に、ボールねじ１９を構成するねじ軸３０を備えている。
ボールねじ１９は、ねじ軸３０と、ねじ軸３０に噛み合うナット４０とを備え、ねじ軸３０とナット４０の間には転動体として機能する鋼球Ｂ（図３，図４参照）が介在している。本実施形態は、ボールねじ１９の構成に特徴を有しているが、この特徴については後述する。
電動モータ１８は、ナット４０をタイバー１７（ねじ軸３０）の中心軸を回転中心にして回転駆動させる。なお、電動モータ１８からナット４０への駆動力の伝達は、電動モータ１８の出力軸に固定される歯車１８Ａと、ナット４０と一体的に回転駆動される歯車４０Ａとを介して行われる。この回転駆動力は、ボールねじ１９によりタイバー１７の後方又は前方への直線運動に変換され、これにより型締め及び型締めの開放がなされる。
なお、電動モータ１８が直接的に回転駆動させる相手をタイバー１７（ねじ軸３０）とし、ナット４０を固定させる形態にしてもよく、これにより同じ効果が得られる。

可動プラテン１３は、ねじ軸２５と、ねじ軸２５を回転可能に支持する一対のナット２０，ベアング２１と、動力伝達ギア２３、２４を介してねじ軸２５を回転駆動するサーボモータ２２と、からなる移動手段により、前後方向に進退移動される。なお、ねじ軸２５とナット２０は、図示しない鋼球を備えるボールねじを構成し、ベアング２１は図示しない鋼球を備えるねじ軸２５を回転可能かつ並進しないように支持する軸受を構成し、ナット２０，ベアリング２１は、それぞれ、可動プラテン１３，固定プラテン１２に固定される。ねじ軸２５は、図示しない制御装置によりサーボモータ２２を介して、回転数、回転速度が制御される。
それぞれのタイバー１７の先端部には、等ピッチの複数のリング溝（雄ねじ）が形成されている。また、可動プラテン１３の前方側の側面には、それぞれのタイバー１７のリング溝と噛み合うリング溝（雌ねじ）を備える割りナット２９が設けられている。

以上の型締装置１０は、図１の固定金型１４、可動金型１５が開いた状態、即ち、実線で示すように、可動プラテン１３が充分に固定プラテン１２から離れた状態から、２点鎖線で示すように固定金型１４と可動金型１５が近接するまで、可動プラテン１３が移動する。この移動は、サーボモータ２２で駆動されるねじ軸２５の回転によって実現される。可動プラテン１３は、移動の初期に加速し、その後に一定速度で移動した後に、減速して固定金型１４が可動金型１５に接触して停止するようになっている。

この可動プラテン１３の停止位置で割りナット２９が作動して割りナット２９のリング溝がタイバー１７のリング溝と係合してタイバー１７と割りナット２９が結合する。
タイバー１７と割りナット２９とが結合された後、型締め機構１６を動作させて型締めを行う。

次に、本実施形態の特徴部分である、型締め機構１６を構成するボールねじ１９について説明する。
本実施形態に係るボールねじ１９は、図１に示すように、タイバー１７の後端側に形成されるねじ軸３０と、ねじ軸３０に噛み合うナット４０と、ねじ軸３０とナット４０の間に介在され、転動体として機能する鋼球Ｂと、を備えている。

ねじ軸３０は、図２に示すように、その外周面に、それぞれが独立する第１ねじ溝３１と第２ねじ溝３３が、軸方向ｘに所定の間隔をあけて形成されている。第１ねじ溝３１と第２ねじ溝３３は、溝長さＤｓ、溝幅Ｗ及びリードＬが同じに形成されている例を示しているが、溝長さＤｓと溝幅Ｗは異なっていてもよい。また、第１ねじ溝３１または第２ねじ溝３３のリードＬは、溝長さＤｓ方向に沿って連続的あるいは断続的に変化してもよい。さらに、第１ねじ溝３１または第２ねじ溝３３のそれぞれに包含される各鋼球Ｂのボール径（直径）は同一でもよいが異なってもよい。具体的には、強度数値解析などによって、荷重が大きく発生するねじ溝、つまり鋼球Ｂに発生する面圧が大きくなる溝に包含される鋼球Ｂを、面圧を小さくできるボール径の大きな鋼球Ｂとしてもよい。このとき、ボール径の大きな鋼球Ｂが包含されるねじ溝の幅を、ボール径に応じて大きくする。
第１ねじ溝３１と第２ねじ溝３３は、それぞれが、溝長さＤｓがねじ軸３０の外周の１周未満、中心角として捉えると３６０°未満として形成されており、一端Ｓと他端Ｅを備えている。溝長さＤｓは、この一端Ｓから他端Ｅまでの溝に沿った長さである。第１ねじ溝３１と第２ねじ溝３３は、同じ向きの螺旋をなしているが、それぞれの一端Ｓと他端Ｅが設けられる位置、換言すると、溝が途切れる位置が、１８０°だけずれており、互いに対称をなしている。
また、第１ねじ溝３１と第２ねじ溝３３は、それぞれが、そのリードＬが溝幅Ｗ未満として形成されており、リード角θが小さい。

ナット４０は、図３に示すように、その内周面に、ねじ軸３０の第１ねじ溝３１と第２ねじ溝３３のそれぞれに対応する位置に、第１ナット溝４１と第２ナット溝４３が形成されている。第１ナット溝４１は、第１ねじ溝３１に対応するものであり、第１ねじ溝３１とともに、鋼球Ｂの第１循環経路Ｒ１を構成する。第２ナット溝４３は、第２ねじ溝３３に対応するものであり、第２ねじ溝３３とともに、鋼球Ｂの第２循環経路Ｒ２を構成する。第１ナット溝４１と第２ナット溝４３は、軸方向に所定の間隔があけられるとともに、周方向に１８０°だけ位相がずれて設けられる以外は、同じ仕様で形成されている。

第１ナット溝４１は、ナット４０の内周面の周方向に沿って形成される主溝４１Ａと、主溝４１Ａの両端からナット４０径方向に立ち上がる副溝４１Ｂ，４１Ｃと、を備える。主溝４１Ａは、ねじ軸３０の第１ねじ溝３１と同じリード角θをもって形成されているが、その溝長さＤｎは、第１ねじ溝３１よりも短く、例えば、溝長さＤｎは溝長さＤｓの１／５程度とされている。
第２ナット溝４３も同様に、ナット４０の内周面の周方向に沿って形成される主溝４３Ａと、主溝４３Ａの両端からナット４０径方向に立ち上がる副溝４３Ｂ，４３Ｃと、を備える。主溝４３Ａは、ねじ軸３０の第２ねじ溝３３と同じリード角θをもって形成され、その溝長さＤｎは、第２ねじ溝３３よりも短く、例えば、溝長さＤｎは溝長さＤｓの１／５程度とされている。

ナット４０は、第１ナット溝４１に対応する第１リターンチューブ４５と、第２ナット溝４３に対応する第２リターンチューブ４７と、を備える。
第１リターンチューブ４５は、ナット４０の外周面に第１ナット溝４１に対応して設けられており、一端が第１ナット溝４１の副溝４１Ｂに接続され、他端が第１ナット溝４１の副溝４１Ｃに接続されており、第１ねじ溝３１及び第１ナット溝４１とともに、第１循環経路Ｒ１を構成する。
第２リターンチューブ４７は、ナット４０の外周面に第２ナット溝４３に対応して設けられており、一端が第２ナット溝４３の副溝４３Ｂに接続され、他端が第２ナット溝４３の副溝４３Ｃに接続されており、第２ねじ溝３３及び第２ナット溝４３とともに、第２循環経路Ｒ２を構成する。
第１循環経路Ｒ１及び第２循環経路Ｒ２には、それぞれ、所定数の鋼球Ｂを転動体として設けられている。なお、図３及び図４には、鋼球Ｂを間引いて示しているが、実際は、隣接する鋼球Ｂが接するようにして第１循環経路Ｒ１及び第２循環経路Ｒ２に設けられる。

［ボールねじ１９の動作］
次に、図４を参照して、ボールねじ１９の動作を説明する。なお、図４は、左右のそれぞれが第１ねじ溝３１，第２ねじ溝３３に対応する部分の断面を示している。
ボールねじ１９は、固定金型１４と可動金型１５が接触して閉じた状態となり、かつ、タイバー１７と割りナット２９とが結合した後に、型締めのために動作する。型締めに必要なボールねじ１９のストロークは、数ｍｍ程度である。
型締めを行うために、電動モータ１８を回転駆動（例えば、時計回り）する。そうすると、図４（ａ）に示すように、第１リターンチューブ４５および第２リターンチューブ４７を備えたナット４０は、例えば反時計回りＣＣＷに回転し、この回転に伴って、鋼球Ｂは、第１循環経路Ｒ１及び第２循環経路Ｒ２をそれぞれ転動しながら循環する。そして、タイバー１７のねじ軸３０がナット４０と鋼球Ｂを介して噛み合っているために、タイバー１７は後方に向けて直線運動する。そうすると、先端においてタイバー１７と割りナット２９とが結合しているために、割りナット２９を介して可動プラテン１３が固定プラテン１２に向けて移動され、これにより、固定金型１４と可動金型１５の型締めを行う。予め定められている量だけタイバー１７を前進させたならば、電動モータ１８の駆動を停止する。以後、一サイクルの射出成形の工程が順次行われる。なお、第１リターンチューブ４５および第２リターンチューブ４７の駆動力が予め定められている値に到達すること、または、第１リターンチューブ４５および第２リターンチューブ４７の回転角度が予め定められている値に到達したことを、電動モータ１８の駆動停止の条件とすることで高精度な型締め力の調整もできる。

一サイクルの射出成形の工程が終了すると、型締めされていた固定金型１４と可動金型１５の型開きが行われる。
型開きするには、電動モータ１８を、型締めとは逆向きに回転駆動させる。そうすると、図４（ｂ）に示すように、第１リターンチューブ４５および第２リターンチューブ４７を備えたナット４０は、例えば、時計回りＣＷに回転し、予め定められている量だけタイバー１７を前進させたならば、電動モータ１８の駆動を停止する。この場合も、第１リターンチューブ４５および第２リターンチューブ４７の駆動力が予め定められている値に到達すること、または、第１リターンチューブ４５および第２リターンチューブ４７の回転角度が予め定められている値に到達することを、電動モータ１８の駆動停止の条件とすることもできる。

［ボールねじ１９の効果］
以上説明した本実施形態によるボールねじ１９は、第１ねじ溝３１と第２ねじ溝３３のそれぞれが、そのリードＬが溝幅Ｗ未満として形成されており、リード角θが小さいので、高い倍力効果が得られる。しかも、本実施形態によるボールねじ１９は、第１ねじ溝３１と第２ねじ溝３３のそれぞれの溝長さＤｓがねじ軸３０の外周の１周未満であるから、第１ねじ溝３１と第２ねじ溝３３のそれぞれにおいて干渉が生ずることがない。
よって、通常のボールねじと同様にボール溝と鋼球Ｂの間の隙間をほぼ無くすことで、制御された電動モータの回転運動を正確に直線運動に変換できるために、高精度な位置制御、速度制御、力制御が可能になり、発泡成形のために金型内に溶融樹脂を充填後、可動金型を固定金型との密着位置から離間する方向に移動させるコアバック成形動作、および金型内に溶融樹脂を充填する前あるいは充填中に、可動金型を固定金型との密着位置から型開方向に移動させた後、キャビティ内の溶融樹脂を潰すように可動金型を固定金型に接近させる方向に移動させる射出圧縮成形動作が高精度化される。

次に、ボールねじ１９は、ねじ軸３０に二つの第１ねじ溝３１と第２ねじ溝３３を設けているが、両者を周方向の対称の位置に設けている。したがって、ボールねじ１９が動作中に、ねじ軸３０及びナット４０が受ける荷重を、中心軸を挟んで左右の両側に分散することができるので、ねじ軸３０及びナット４０の特定の部位に荷重がかかって寿命が短くなるのを防止できる。また、タイバー１７に負荷される荷重の集中による、荷重を担わない荷重部の反対側へのタイバー１７の偏りおよび局部的で急激な撓み変形の発生を防止できる。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、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。
例えば、ねじ溝の長さは、上記実施形態で示した１周分に近い値に限らず、例えば図５（ａ）に示すように、半周分程度、中心角でいうと１８０°程度にすることもできるし、３／４周程度、中心角でいうと２７０°程度にすることもできる。
また、ねじ溝（ナット溝）は、二つに限らず、例えば図５（ｂ）に示すように、四つのねじ溝（ナット溝）を設けることもできるし、図示を省略するが、三つなどの奇数のねじ溝を設けることもできる。

また、図６に示すように、割りナット２９の軸方向の位置を前後方向に移動させることのできる調整装置５０を設けることができる。
調整装置５０は、くさび型をなす第１ゲージ５１と、第１ゲージ５１を昇降させるアクチュエータ５３と、割りナット２９に固定され、くさび型をなし、可動ゲージ５１とは上下が反転する第２ゲージ５５と、を備える。
第１ゲージ５１は、可動面５１Ａと背面５１Ｂを備え、背面５１Ｂが可動プラテン１３に摺動可能に設けられ、背面５１Ｂに対して傾斜する可動面５１Ａが第２ゲージ５５に対向して設けられる。
第２ゲージ５５は、可動面５５Ａと背面５５Ｂを備え、背面５５Ｂの側が割りナット２９に固定され、背面５５Ｂに対して傾斜する可動面５５Ａが第１ゲージ５１の可動面５１Ａに摺動可能に設けられる。

調整装置５０は、アクチュエータ５３を昇降させることにより、第１ゲージ５１及び第２ゲージ５５を介して、割りナット２９の位置を前後方向ｘに移動させることができる。これにより、本実施形態の型締装置１０が、異なる厚さの金型（固定金型１４，可動金型１５）を使用する場合に、調整装置５０により割りナット２９の位置を調整することにより、タイバー１７側のリング溝１７Ａの位置と、割りナット２９側のリング溝２９Ａの位置がきちんと噛み合うようにすることができる。

１０ 型締装置
１１ ベースフレーム
１２ 固定プラテン
１３ 可動プラテン
１４ 固定金型
１５ 可動金型
１６ 型締め機構
１７ タイバー
１８ 電動モータ
１９ ボールねじ
２０ 軸受箱
２１ 軸受箱
２２ サーボモータ
２３，２４ 動力伝達ギア
２５ ねじ軸
２６ ガイドレール
２７ リニアベアリング
２８ 架台
２９ 割りナット
３０ ねじ軸
３１ 第１ねじ溝
３３ 第２ねじ溝
４０ ナット
４１ 第１ナット溝
４１Ａ 主溝
４１Ｂ，４１Ｃ 副溝
４３ 第２ナット溝
４３Ａ 主溝
４３Ｂ，４３Ｃ 副溝
４５ 第１リターンチューブ
４７ 第２リターンチューブ
Ｂ 鋼球
Ｒ１ 循環経路
Ｒ２ 循環経路

Claims (3)

1. 固定金型を保持する固定プラテンと、
   前記固定プラテンに対して進退可能に設けられ、可動金型を保持する可動プラテンと、
   前記固定プラテン又は可動プラテンのいずれか一方に設けられる電動モータと、
   型締めの際に前記固定プラテンと前記可動プラテンを接続する複数のタイバーと、を備え、
   前記電動モータの回転駆動力を直線運動に変換するボールねじを介して、前記タイバーを牽引することにより前記固定金型と前記可動金型との間に型締め力を生じさせる型締装置であって、
   前記ボールねじは、
   前記タイバーの一部をなすか、又は、前記タイバーと一体的に固定され、外周面に複数のねじ溝が形成されるねじ軸と、
   前記ねじ溝に対応するナット溝が形成されるナットと、
   前記ねじ軸の前記ねじ溝と前記ナットの前記ナット溝により形成される循環経路に収容される複数の転動体と、を備え、
   前記ねじ溝は、
   溝長さＤｓが前記ねじ軸の外周の１周未満であり、かつ、
   リードＬが溝幅Ｗよりも小さい、
   ことを特徴とする型締装置。
2. 前記ねじ軸は、
   複数の前記ねじ溝を、軸方向に間隔をあけて備え、
   隣接する前記ねじ溝は、周方向において対称配置の位置に設けられる、
   請求項１に記載の型締装置。
3. 前記固定プラテン又は前記可動プラテンのいずれか一方に対して、複数の前記タイバーを固定、解放する固定手段と、
   前記固定手段の前記軸方向の位置を調整する調整手段と、を備える、
   請求項１又は請求項２に記載の型締装置。

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