JP3950306B2 - Ball screw device and injection molding machine equipped with the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転運動を直線運動に変換するボールねじナット支持装置、又は逆に直線運動を回転運動に変換するボールねじナット支持装置、及び同ボールねじナット支持装置を組込んだ射出成形機、特に電動射出成形機の射出、型開閉、型締、エジェクタ等の直進駆動に使用するボールねじの片側方向の負荷を分担して支える複数のボールねじナットの支持構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
射出成形機の直進移動軸の駆動源として、従来は主として油圧が用いられていたが、最近は作業環境の改善、電力エネルギー効率向上、作動部の速度、位置等の制御容易の利点を有する電気式駆動が多く用いられ、直進駆動には電気サーボモータと、そのモータの回転を直線駆動に換える最も機械効率のよいボールねじ構造が使用されるようになっている。
【0003】
射出成形機の射出駆動において、射出スクリュの先端に貯溜した溶融樹脂を射出スクリュを前進させて急速に金型キャビティ内に押出すとき、射出スクリュは大きな押圧力を必要とするので、射出駆動にボールねじを用いるときは、ボールねじによる直線往復駆動の片側方向が高負荷になり、ボールねじの許容最大負荷力はこの射出駆動時の押圧力に対応できるように選定されている。また、ボールねじの負荷力はスクリュ溝とボールねじナット溝に挟まれているボールの転がり耐圧力で計算され、設計上の負荷能力はスクリュの作動螺旋上にある作動ボールに均等な圧力が作用するものとして計算される。
【0004】
小型の射出成形機の射出駆動にボールねじが用いられる場合は、ボールねじの駆動力に対応する負荷容量を有するサイズ、或いはその負荷容量を上回るサイズのボールねじを選定しても、市販の標準サイズから選べるので、ボールねじ装置のコストはあまり問題にならないが、中型以上の射出成形機で射出圧力が大きくなると、ボールねじのサイズが標準から外れるため、コストが大きな問題になり、限界設計が要求される。
【0005】
ボールねじ軸の軸方向に高い引張力が掛けられたとき、ボールねじ軸は固定側の軸受とボールねじナットとの間で伸び、ボールねじナットも軸方向の力を受けて伸縮するので、ボールねじのスクリュ側とボールねじナット側のねじピッチがずれて、ボールの受圧力が軸方向の位置によって変化する。
【0006】
図9に特開2000−108175号で公示されている従来のボールねじ装置を示す。このボールねじ装置の構成は、ボールねじ軸010が図示しない左方の固定側で駆動されて回転し、ボールねじ軸010の軸方向は強力なスラスト軸受で拘束され、ボールねじ軸010のボールねじにより射出スクリュに結合している移動フレーム06がボールねじナット011に押されて矢印で示す射出方向へ移動する。59はフランジ状の圧力検出センサ(ロードセル)である。このボールねじ装置の構成では、図10の模式図(I)及び軸方向ナット幅に対する荷重の特性グラフ(II)に示したように、ボールねじナット011の作用端部のボールほどボールの受圧荷重が大きくなる。ボールねじ050の容量を増加するためボールねじナット011の長さを長くしてもボールねじナット011の端部の方の変形が大きいため、作用端側の荷重が益々増加する傾向は避けられない。04は固定側部材で、ボールねじ軸010を軸受で回転自在に軸支している。
【0007】
特開2000−185339号に開示された射出成形機の射出駆動用のボールねじ装置は、図11に示すように、電動モータにより駆動されるボールねじ軸051に対して嵌合するボールねじナット052、053を一本のボールねじ軸について複数個直列に配設し、ボールねじナット052、053から電動式射出成形機の可動部材060に推力を伝達する流体圧シリンダ054、055をそれぞれボールねじナットに連結し、各々の流体圧シリンダ054、055のシリンダ室を連通管056により連通させた構成のボールねじ装置であり、ボールねじ軸への負荷荷重を複数個のボールねじナットで均等に分配させることにより、ボールねじ軸の寿命を延ばすようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例で説明したように、高負荷のボールねじナットを得るためにボールねじナットの長さを長くしようとすれば、ナットの端部の方の変形が大きいため、作用端側の荷重が益々増加する傾向となる。また、ボールねじ軸に直列に複数のボールねじナットを螺合して作用体とそれぞれのボールねじナットとを流体圧シリンダで連結し、それぞれの流体圧シリンダのシリンダ室を連通管で連通させた構成のボールねじ装置は、ナットに加わる負荷を均等に分担させることは可能であるが、流体圧シリンダから流体が漏れる又は、配管ボリュームによる油の圧縮によりボールねじナットの位置が変動して、射出スクリュが正しい射出始め又は射出終り位置をキープできなくなる可能性がある。本発明は、作用体に対するボールねじナットの取付け位置が変動しないで、複数のボールねじナットがボールねじ軸の重荷重を分担できるようなボールねじ装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点に対し本発明は、以下の各項の構成を特徴とする手段により課題の解決を図る。
【0010】
(1)スラスト方向を固定部材に拘束しているボールねじ軸を回転駆動してボールねじに螺合するボールねじナットの直線移動に換え、ボールねじナットと結合している作用体を片側方向移動の負荷荷重が反対方向移動の負荷荷重より著しく大きい負荷構成のボールねじ装置において、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の前側に設けた第1のボールねじナットと、
該作用体に固設する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに液密に内嵌し第1のボールねじナットに取付けられた油圧ピストンと、
該油圧ピストンと前記油圧シリンダとにより形成されるリング状の油圧室に所定油圧を加える油圧源と、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の後側に固定して取付けた第2のボールねじナットとを備え、
前記油圧シリンダおよび前記油圧ピストンは、前記リング状の油圧室に所定圧の作動油を充填し保持して、前記作用体に常時最大負荷の所定割合の予圧力を加えるようにして、前記ボールねじ軸が前記第1のボールねじナットにより重負荷方向と反対方向に引張られると共に、最大負荷時に前記第1、2のボールねじナットが前記ボールねじ軸の最大負荷を分担するよう構成されていることを特徴とするボールねじ装置。
【0011】
(2)スラスト方向を固定部材に拘束しているボールねじ軸を回転駆動してボールねじに螺合するボールねじナットの直線移動に換え、ボールねじナットと結合している作用体を片側方向移動の負荷荷重が反対方向移動の負荷荷重より著しく大きい負荷構成のボールねじ装置において、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の前側に設けた第1のボールねじナットと、
該作用体に固設する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに液密に内嵌し第1のボールねじナットに取付けられた油圧ピストンと、
該油圧ピストンと前記油圧シリンダとにより形成されるリング状の油圧室に所定油圧を加える油圧源と、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の後側に固定して取付けた第2のボールねじナットとを備え、
前記油圧シリンダおよび前記油圧ピストンは、前記リング状の油圧室に所定圧の作動油を充填し保持して、前記作用体に常時最大負荷の40〜50%の予圧力を加えるようにして、前記ボールねじ軸が前記第1のボールねじナットにより重負荷方向と反対方向に引張られると共に、最大負荷時に前記第1、2のボールねじナットが前記ボールねじ軸の最大負荷を分担するよう構成されていることを特徴とするボールねじ装置。
【0012】
(3)スラスト方向を固定部材に拘束しているボールねじ軸を回転駆動してボールねじに螺合するボールねじナットの直線移動に換え、ボールねじナットと結合している作用体を片側方向移動の負荷荷重が反対方向移動の負荷荷重より著しく大きい負荷構成のボールねじ装置において、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の前側に設けた第1のボールねじナットと、
該作用体と第1のボールねじナットに取付けられた円環板との間に挟設された弾性体と、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の後側に固定して取付けた第2のボールねじナットとを備え、
該弾性体は、圧縮力が最大負荷の所定割合となるように予圧した状態で取付けられ、前記ボールねじ軸が前記第1のボールねじナットにより重負荷方向と反対方向に引張られると共に、最大負荷時に前記第1、2のボールねじナットが前記ボールねじ軸の最大負荷を分担するよう構成されていることを特徴とするボールねじ装置。
【0013】
(4)スラスト方向を固定部材に拘束しているボールねじ軸を回転駆動してボールねじに螺合するボールねじナットの直線移動に換え、ボールねじナットと結合している作用体を片側方向移動の負荷荷重が反対方向移動の負荷荷重より著しく大きい負荷構成のボールねじ装置において、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の前側に設けた第1のボールねじナットと、
該作用体と第1のボールねじナットに取付けられた円環板との間に挟設された弾性体と、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の後側に固定して取付けた第2のボールねじナットとを備え、
該弾性体は、圧縮力が最大負荷の40〜50%となるように予圧した状態で取付けられ、前記ボールねじ軸が前記第1のボールねじナットにより重負荷方向と反対方向に引張られると共に、最大負荷時に前記第1、2のボールねじナットが前記ボールねじ軸の最大負荷を分担するよう構成されていることを特徴とするボールねじ装置。
【0014】
(5)上記(2)のボールねじ装置において、ボールねじ軸の荷重を受ける部材に荷重センサを取付けるとともに、該センサの検出値により前記リング状油圧室への圧油を制御する制御弁を設け、該検出値が最大負荷の1/2(50%)以上の時、該油圧室に所定圧の圧油を充填・保持して前記作用体に最大負荷の40〜50%の荷重を加える様にして最大負荷時に前記第1、2のボールねじナットが前記ボールねじ軸の最大負荷を分担することを特徴とするボールねじ装置。
【0015】
(6)射出成形機の射出スクリュの直進射出駆動用に、上記(1)乃至(5)のいずれかに記載する負荷荷重分担式の複数のナットを備えた複数のボールねじ装置を射出スクリュ軸に平行に設け、全部のボールねじナットが荷重を分担できるようにしたことを特徴とする射出成形機。
【0016】
【発明の実施の形態】
【第1の実施形態】
本発明の第1の実施形態を図に基づいて説明する。図1はボールねじ装置の構成を示す側面断面図、図2は図1のボールねじ装置を使用している射出ユニットの全体側面図、図3は図2の射出ユニットの平面図(一部断面図)とボールねじ装置の油圧系統図、図4は図1のボールねじ装置のボールねじ軸の荷重に対する2つのボールねじナットの負荷荷重を示すグラフ、図5は図1のボールねじ装置の模式図(I)と、ボールねじナットの軸方向に対するボールが受ける荷重を示したグラフ(II)、(III)である。
【0017】
図1に示すボールねじ装置20は、ボールねじ軸21と、この軸21に螺合する2組の(第1の)ボールねじナット22A、(第2の)ボールねじナット22Bと、ボールねじナット22Aを取付けるときに移動フレーム(作用体)6との間に介在する油圧シリンダ35と、油圧ピストン36と、油圧シリンダ35を移動フレーム6に固定結合する間座37と、油圧シリンダ35を移動フレーム6に取付ける多数のボルト38と、ボールねじナット22Bを移動フレーム6に取付ける取付円板34とで構成されている。油圧ピストン36は油圧シリンダ35に液密に内嵌して摺動可能であり、油圧ピストン36と油圧シリンダ35とで形成された油圧室rには油圧配管44Aが結合されている。また、ボルト38の一部はボールねじナット22Aの回り止めを兼用している。
【0018】
図4の2つのボールねじナットの負荷荷重を示すグラフにより、ボールねじ軸21の荷重の変化に対する2つのボールねじナット22A、22Bの負荷荷重を説明する。図4の横軸はボールねじ軸21の荷重を、縦軸はボールねじナット22A(図の直線A)と、ボールねじナット22B(図の斜め直線B)の荷重を示す。リング状の油圧室rに油圧配管44Aを通して高圧をかけ、油圧ピストン36を介してボールねじナット22Aに常時一定の荷重1/2Fを掛ける(水平の直線A)と、ボールねじ軸21に外部からの負荷のないとき(図4の左端)、ボールねじ軸21はボールねじナット22Aにより重負荷方向と反対方向に力1/2Fで引張られる。油圧室rの油圧の反力(1/2F)は油圧シリンダ35から作用体6を経て取付円板34からボールねじナット22Bに伝わり、ボールねじナット22Bはボールねじ軸21の重負荷方向に引かれ、ボールねじ軸21により圧縮を受ける(−1/2F)が、この力は外部へは作用しない。
【0019】
次に、ボールねじ軸21に図1の矢印で示す方向に引張力1/2Fが掛けられると、図4の中央に示すように、ボールねじ軸21の引張力はボールねじナット22Aだけで負担して、ボールねじナット22Bにかかる力はゼロとなる。
さらに、ボールねじ軸21に矢印方向に最大の荷重Fが負荷されたときは、図4の右端に示すように、ボールねじナット22Aとボールねじナット22Bは同じ力1/2Fを分け合って負担する。
このように、ボールねじナット22Aに、常時最大負荷の1/2の押圧力が加わるようにして置けば、最大負荷時には、2個のボールねじナット22A、22Bがボールねじ軸21の最大負荷を半分づつ分担することができる。
【0020】
また、 図5−(I)に示したように、ボールねじナット22A、22Bを直列に配置し、ボールねじナット22Aと、ボールねじナット22Bの負荷荷重を半分づつ分担すれば、軸方向に対するボールの受ける荷重の計算値は図5−(II)、図5−(III)に示したようになり、ボールの受ける荷重を軸方向に積分した面積mとnは等しくなる。このボールの受ける荷重を示す図5−(II)、図5−(III)を、従来の図9に示すボールねじナット011の軸方向に対するボールの受ける荷重の計算値図10−(II)に比較すると、明らかにボールねじを構成するボールが受ける荷重の最大値が小さいことが分かる。
【0021】
次に、図2、図3により、上記のボールねじ装置20を2組用いた射出ユニット1の概略と、ボールねじ装置20とその周辺の構成を説明する。この射出ユニット1は、射出スクリュ7の樹脂送り、可塑化を電動モータ8の駆動で行うと同時に、これと別に設けた2台のサーボモータ11の回転を同期制御しつつボールねじ装置20により直進動作に変換し、この2つの直進動作を同時に射出スクリュ7に加えて射出前進及び後退するようにしている。
【0022】
図において、駆動装置台3に設置された固定側フレーム4の側面には射出シリンダ5の基部が取付けられている。移動フレーム6は、駆動装置台3の上面に敷設されたレール31上を、リニアベアリング32を介して水平に射出方向に移動可能である。移動フレーム6の後方には射出スクリュ回転駆動用(樹脂送り、可塑化用)減速機19が取付けられ、減速機19は移動フレーム6の上部に取付けられたモータ8により駆動される。
【0023】
ボールねじ装置20のボールねじ軸21、21は回転可能に、また、大きなスラストを受け持ち可能なように、大容量のテーパーローラベアリング18とボールベアリング17をベアリングカバー60、61を介して固定側フレーム4に取付けられている。固定側フレーム4の下部に、1対の射出駆動用のサーボモータ11、11が取付けられ、各サーボモータ11の出力軸には小プーリー12が回転方向を制止して取付けられ、この小プーリー12から1対のボールねじ軸21、21に固設された大プーリー13へ歯付ベルト14により駆動力が伝達される。また、各サーボモータ11の出力軸には、別の同径のプーリーが固設され、この同径のプーリーに別の歯付ベルトが掛けられて両方のサーボモータ11の出力軸を同調回転させる。
【0024】
ボールねじナット22Aに取付けられている油圧ピストン36と油圧シリンダ35で囲まれた油圧室rへ圧送される作動油は、モータ42で回される送油量の小さい油圧ポンプ41から送られる圧油を油圧調整弁43で所定圧力に調整して油圧配管44A、44Bによって送られる。
ボールねじナット22Aは一定の予圧荷重、ボールねじナット22Bは同じ荷重値で、マイナス方向(圧縮)の荷重が掛けられており、負荷荷重が発生してプラス方向(引張)荷重になるとボールねじ軸21の間でねじ軸溝間でのボールの動きと、荷重によるボール変形分だけ移動するが、ボールねじを構成する部品はいずれも剛性が大きく、荷重の変動による移動距離は僅かであり、油圧室rの長さは極僅かでよい。従って、油圧ピストン36と間座37の隙間e(図1を参照)も小さくてよい。
【0025】
以上に述べた構成の射出ユニット1のボールねじ装置20の作用を説明する。
樹脂送り、可塑化の工程においては(図3の実線の位置において)、モータ8を回転して射出スクリュ7を回し、ホッパ9から樹脂のペレットを導入して送りながら加熱し、樹脂を溶融可塑化する。同時に、2台の射出駆動用モータ11をゆっくり同期運転して移動フレーム6を後進し、射出スクリュ7をゆっくり後退させ、溶融樹脂を射出スクリュ7の先端に溜める。
金型に対して1ショット分の樹脂が溜め終わったとき(移動フレーム6は、図3の2点鎖線で示した位置まで移動する)、射出スクリュ回転用モータ8を停止し、射出駆動用サーボモータ11を同期運転で高速回転し、射出スクリュ7を高速に移動させて樹脂を金型のキャビティ内に射出する(図3の実線の位置に戻る)。次のサイクルのための樹脂送り、可塑化の工程に移行し、同じ工程を繰り返す。
【0026】
大きな力が必要な射出工程のとき、ボールねじ軸21が引張り側となるように構成されているので、ボールねじ軸21は撓む虞がない(ボールねじ軸21が圧縮側になっていると不安定な曲げ−バックリング(座屈変形)−が起こり易い)。また、移動フレーム6の戻り方向の作動力は、射出時の作動力に比べて小さいので、ボールねじ軸21の後端部に軸受の支持が無くても、安定に作動できる。
各ボールねじ軸の複数のボールねじナットの内の1個は固定フランジを介して作用体に取付けてあることと、ボールねじナットと作用体の間には常に予圧が掛けられているので、移動フレーム6が元の位置に戻ったときに、ボールねじ軸21に対するボールねじナット22の位置の再現性を確保できる。
また、ボールねじナット22Aが取付けられた油圧シリンダ35の油室rはボールねじ軸21とボールねじナット22Aとの取付け角度誤差をカバーすることができる。
【0027】
このように、2組のボールねじ装置20のボールねじ軸21に直列に配置したそれぞれ2組のボールねじナットの内の各1個のボールねじナット22A、22Aを油圧により一定の予圧を掛けて置くという簡単な構成で、負荷荷重最大のときにボールねじナットの負荷荷重を分担することができる。
【0028】
【第2の実施形態】
本発明の第2の実施形態は、第1の実施形態における片側のボールねじナットを油圧により予圧して置く機能の代わりに、片側のボールねじナットと作用体(移動フレーム6)の間に弾性体を介在させ、この弾性体を予圧して第1の実施形態の機能と同様な機能を持つようにしたものである。以下、図6のボールねじ装置の側面断面図によって、その構成と機能を説明する。
【0029】
ボールねじ装置30は、ボールねじ軸21、ボールねじ軸21に螺合するボールねじナット22A、ボールねじナット22B、リング状の弾性体51、ボールねじナット22Aに取付けられ弾性体51を支える支持環52、弾性体51のカバーリング53、移動フレーム6に取付けられた押さえ台54、押さえ台54に螺合する調整ねじ55とロックナット56、移動フレーム6に植え込まれボールねじナット22Aの自由回転を止めるストッパピン57、移動フレーム6の後側でボールねじナット22Bを取付ける取付円板34とにより構成されている。
【0030】
ボールねじ装置30のボールねじ軸21、ボールねじナット22A、ボールねじナット22Bのねじピッチを合わせて各部品を隙間なく取付け、組み合わせた後、調整ねじ55を回してカバーリング53を圧し、弾性体51を所定の圧縮力に達するまで圧縮した後、調整ねじ55をロックナット56でロックする。このようにしてボールねじナット22A、ボールねじナット22Bに予圧を掛けたものは、第1の実施形態のボールねじ装置20と同様の機能を有するものであり、以降の説明は省略する。
【0031】
【第3の実施形態】
本発明の第3の実施形態は、第1の実施形態においてボールねじ軸のスラストを受ける部材であるベアリングカバーを荷重センサとし、同センサの検出値により圧油を入切する電磁弁を制御する制御装置を追加したものである。
以下、図7の射出ユニットの平面図(一部断面図)とボールねじ装置の油圧系統図、図8のボールねじ軸の負荷荷重及び、ボールねじナットにかかる荷重を示すグラフによりその構成と機能を説明する。
【0032】
ボールねじ軸21のスラストを受けるベアリングカバー60に荷重センサ(ロードセル)62が装着されている。ボールねじ軸21に負荷される荷重の検出値である荷重センサ62の出力を制御装置63に入力する。図8に示すようにボールねじ軸21にかかる負荷荷重が最大負荷Fの1/2を超えた時、電磁弁64のソレノイド64aが励磁されモータ42で回される送油量の小さい油圧ポンプ41から送られる圧油を油圧調整弁43で所定圧力に調整して油圧配管44A、44Bによって油圧ピストン36と油圧シリンダ35で囲まれた油圧室rへ送られてボールねじナット22Aに一定の負荷(予圧)をかける。
【0033】
従って、ボールねじナット22Bの負荷荷重はボールねじナット22Aの一定負荷分だけ減じられた荷重を分担する。即ち最大負荷時は最大荷重を半分ずつ分担する。
ボールねじ軸にかかる負荷が最大負荷Fの1/2以下になると、電磁弁64のソレノイド64aを非励磁に切り替え油圧室rの圧油を電磁弁64を通ってタンクへドレンしてボールねじナット22Aには負荷がかからなくなる。
【0034】
以上の各実施形態で説明した予圧は、最大負荷の40〜50%の範囲が好適である。
【0035】
【発明の効果】
本発明は、作用体を移動させるとき、ボールねじ装置の片側方向の負荷荷重が反対方向移動の負荷荷重より著しく大きい場合に、ボールねじ軸の重負荷方向に対して取付フランジが後側に位置するように第1、2のボールねじナットを螺合し、第2のボールねじナットを作用体の後側に固定して取付け、第1のボールねじナットは作用体の前側に作用体に対して常時最大負荷の所定割合の圧力を加えるような負荷手段(油圧シリンダとピストンによる油圧機構、或いは弾性体)を介して取付け、作用体に常時最大負荷の所定割合の予圧力を加えるようにして、ボールねじ軸が第1のボールねじナットにより重負荷方向と反対方向に引張られると共に、最大負荷時に第1、2のボールねじナットが最大負荷を分担するようにした構成であるので、複雑な油圧制御を必要とせず、一定油圧を発生する簡単な圧力調整弁と油圧源だけで、または、簡単な弾性体と弾性力調整機構で済み、また、標準サイズのボールねじナットを使用することができるので低コストである。
【0036】
また、荷重検出センサで負荷荷重を検出して最大負荷の1/2(50%)以上の時、最大負荷の40〜50%の予圧をかける方式にすることにより予圧側のボールねじナットの寿命を伸ばすことが可能となる。
【0037】
さらに、このボールねじナットの流体圧支持機構、又は弾性体支持機構は、ボールねじナットと作用体の取付け角度誤差をカバーすることができ、ボールねじナットの信頼性、耐久性が向上する効果がある。また、各ボールねじ軸の複数のボールねじナットの内の1個は固定フランジを介して作用体に取付けてあることと、ボールねじナットと作用体の間には常に予圧が掛けられているので、作用体が元の位置に戻ったときに、ボールねじ軸に対するボールねじナットの元の位置の再現性を確保できる効果がある。
本発明のボールねじ装置は、射出駆動のような、往復移動の片側方向だけに大きな押圧力を必要とする電動力駆動に採用して特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るボールねじ装置の側面断面図である。
【図2】図1の実施形態のボールねじ装置を使用している射出ユニットの全体側面図である。
【図3】図2の射出ユニットの平面図(一部断面図)とボールねじ装置の油圧系統図である。
【図4】図1のボールねじ装置のボールねじ軸の荷重に対する2つのボールねじナットの負荷荷重を示すグラフである。
【図5】図1のボールねじ装置の模式図(I)と、ボールねじナットの軸方向に対するボールが受ける荷重を示したグラフ(II)、(III)である。
【図6】本発明の第2の実施形態に係るボールねじ装置の側面断面図である。
【図7】本発明の第3の実施形態に係る射出ユニットの平面図(一部断面図)とボールねじ装置の油圧系統図である。
【図8】図7におけるボールねじ軸の負荷荷重及び、ボールねじナットにかかる荷重を示すグラフである。
【図9】従来のボールねじ装置を示す断面側面図である。
【図10】図9の従来のボールねじ装置の模式図(I)と、ボールねじナットの軸方向に対するボールが受ける荷重を示したグラフ(II)である。
【図11】従来のボールねじ装置の他の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
1 射出ユニット
4 固定フレーム
5 射出シリンダ
6 移動フレーム
7 射出スクリュ
11 サーボモータ
20、30 ボールねじ装置
21 ボールねじ軸
22、22A、22B ボールねじナット
34 取付円板
35 油圧シリンダ
36 油圧ピストン
41 油圧ポンプ
43 油圧調整弁
51 弾性体
52 支持環
53 カバーリング
54 押さえ台
55 調整ねじ
60 ベアリングカバー
62 荷重センサ
64 電磁弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ball screw nut support device that converts rotational motion into linear motion, or conversely, a ball screw nut support device that converts linear motion into rotational motion, and an injection molding machine incorporating the ball screw nut support device, More particularly, the present invention relates to a support structure for a plurality of ball screw nuts that share and support a load in one side of a ball screw used for linear drive such as injection, mold opening / closing, mold clamping, and ejector of an electric injection molding machine.
[0002]
[Prior art]
In the past, hydraulic pressure was mainly used as the drive source for the linear movement axis of injection molding machines. Recently, however, it has the advantages of improving the working environment, improving power energy efficiency, and easily controlling the speed and position of the operating part. The type drive is often used, and the linear servo drive and the most mechanically efficient ball screw structure that changes the rotation of the motor to the linear drive are used.
[0003]
In the injection drive of an injection molding machine, when the molten resin stored at the tip of the injection screw is pushed forward into the mold cavity by advancing the injection screw, the injection screw requires a large pressing force. When a ball screw is used, one side direction of the linear reciprocating drive by the ball screw becomes a high load, and the allowable maximum load force of the ball screw is selected so as to correspond to the pressing force at the time of the injection drive. In addition, the load force of the ball screw is calculated by the rolling pressure resistance of the ball sandwiched between the screw groove and the ball screw nut groove, and the design load capacity is equal to the action ball on the action spiral of the screw. Calculated as to
[0004]
When a ball screw is used for the injection drive of a small injection molding machine, even if a ball screw having a load capacity corresponding to the driving force of the ball screw or a size exceeding the load capacity is selected, a commercially available standard The cost of the ball screw device is not a problem because it can be selected from the size, but if the injection pressure increases with an injection molding machine of medium size or larger, the size of the ball screw will deviate from the standard, so the cost will become a big problem and the limit design will be Required.
[0005]
When a high tensile force is applied in the axial direction of the ball screw shaft, the ball screw shaft extends between the bearing on the fixed side and the ball screw nut, and the ball screw nut also expands and contracts by receiving the axial force. The screw pitch between the screw side of the screw and the ball screw nut side shifts, and the ball receiving pressure changes depending on the position in the axial direction.
[0006]
FIG. 9 shows a conventional ball screw device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-108175. In the configuration of this ball screw device, the
[0007]
As shown in FIG. 11, a ball screw device for injection driving of an injection molding machine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-185339 has a
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described in the above conventional example, if the length of the ball screw nut is increased in order to obtain a high load ball screw nut, the deformation at the end of the nut is large, so that the load on the working end side is large. Tends to increase more and more. In addition, a plurality of ball screw nuts are screwed in series with the ball screw shaft, the action body and each ball screw nut are connected by a fluid pressure cylinder, and the cylinder chamber of each fluid pressure cylinder is communicated by a communication pipe. The ball screw device with the configuration can equally share the load applied to the nut, but the fluid leaks from the hydraulic cylinder or the position of the ball screw nut fluctuates due to oil compression by the pipe volume, and the injection The screw may not be able to keep the correct injection start or injection end position. An object of the present invention is to provide a ball screw device in which a plurality of ball screw nuts can share a heavy load of a ball screw shaft without changing a mounting position of the ball screw nut with respect to an action body.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention solves the problem by means characterized by the constitution of the following items.
[0010]
(1) Instead of linear movement of a ball screw nut that rotates and drives a ball screw shaft that restrains the thrust direction to a fixed member and is screwed to the ball screw, the acting body coupled to the ball screw nut is moved in one direction. In a ball screw device having a load configuration in which the load load is significantly larger than the load load in the opposite direction,
A first ball screw nut provided on the front side of the working body such that a mounting flange is located on the opposite side of the heavy load direction of the ball screw shaft;
A hydraulic cylinder fixed to the working body;
A hydraulic piston fitted inside the hydraulic cylinder in a fluid-tight manner and attached to a first ball screw nut;
A hydraulic pressure source for applying a predetermined hydraulic pressure to a ring-shaped hydraulic chamber formed by the hydraulic piston and the hydraulic cylinder;
With mounting flange and a second ball screw nuts fixedly attached to the rear side of the working body so as to be positioned on the opposite side with respect to the heavy load direction of the ball screw shaft,
The hydraulic cylinder and the hydraulic piston, holds filled with hydraulic oil at a predetermined pressure to the ring-shaped hydraulic chamber, so as to apply a preload force of a predetermined ratio at all times the maximum load to the working body, the ball screw together with the shaft is pulled in the first direction opposite the heavy load direction by the ball screw nut, said at maximum load the first and second ball screw nut are configured so as to share the maximum load of the ball screw shaft A ball screw device characterized by the above.
[0011]
(2) Instead of linear movement of the ball screw nut that rotates and drives the ball screw shaft that restrains the thrust direction to the fixed member and engages with the ball screw, the action body coupled to the ball screw nut moves in one direction. In a ball screw device having a load configuration in which the load load is significantly larger than the load load in the opposite direction,
A first ball screw nut provided on the front side of the working body such that a mounting flange is located on the opposite side of the heavy load direction of the ball screw shaft;
A hydraulic cylinder fixed to the working body;
A hydraulic piston fitted inside the hydraulic cylinder in a fluid-tight manner and attached to a first ball screw nut;
A hydraulic pressure source for applying a predetermined hydraulic pressure to a ring-shaped hydraulic chamber formed by the hydraulic piston and the hydraulic cylinder;
With mounting flange and a second ball screw nuts fixedly attached to the rear side of the working body so as to be positioned on the opposite side with respect to the heavy load direction of the ball screw shaft,
The hydraulic cylinder and the hydraulic piston, holds filled with hydraulic oil at a predetermined pressure to the ring-shaped hydraulic chamber, so as to add 40-50% of the preload force constantly maximum load to the working body, wherein with the ball screw shaft is pulled in the first by a ball screw nut and the heavy load direction opposite direction, is configured to the at full load the first and second ball screw nut to share the maximum load of the ball screw shaft ball screw device, characterized in that there.
[0012]
(3) Instead of linear movement of the ball screw nut that rotates and drives the ball screw shaft that restrains the thrust direction to the fixed member and is screwed to the ball screw, the action body coupled to the ball screw nut is moved in one direction. In a ball screw device having a load configuration in which the load load is significantly larger than the load load in the opposite direction,
A first ball screw nut provided on the front side of the working body such that a mounting flange is located on the opposite side of the heavy load direction of the ball screw shaft;
An elastic body sandwiched between the working body and an annular plate attached to the first ball screw nut;
With mounting flange and a second ball screw nuts fixedly attached to the rear side of the working body so as to be positioned on the opposite side with respect to the heavy load direction of the ball screw shaft,
Elastic body is mounted in a state where the compressive force is preloaded to a predetermined percentage of the maximum load, the pulled in the opposite direction to the heavy load direction by the ball screw shaft is the first ball screw nut, the maximum load ball screw device, characterized in that during the first and second ball screw nut are configured so as to share the maximum load of the ball screw shaft.
[0013]
(4) Instead of linear movement of the ball screw nut that rotates and drives the ball screw shaft that restrains the thrust direction to the fixed member and is screwed to the ball screw, the action body coupled to the ball screw nut is moved in one direction. In a ball screw device having a load configuration in which the load load is significantly larger than the load load in the opposite direction,
A first ball screw nut provided on the front side of the working body such that a mounting flange is located on the opposite side of the heavy load direction of the ball screw shaft;
An elastic body sandwiched between the working body and an annular plate attached to the first ball screw nut;
With mounting flange and a second ball screw nuts fixedly attached to the rear side of the working body so as to be positioned on the opposite side with respect to the heavy load direction of the ball screw shaft,
Elastic body, the compression force is attached in a state of pre-load such that 40-50% of the maximum load, the pulled in the opposite direction to the heavy load direction by the ball screw shaft is the first ball screw nut, ball screw device, characterized in that said at maximum load the first and second ball screw nut are configured so as to share the maximum load of the ball screw shaft.
[0014]
(5) In the ball screw device of the above (2), a load sensor is attached to a member that receives the load of the ball screw shaft, and a control valve for controlling the pressure oil to the ring-shaped hydraulic chamber is provided by a detection value of the sensor. When the detected value is 1/2 (50%) or more of the maximum load, the hydraulic chamber is filled and held with a predetermined pressure of pressure to apply a load of 40 to 50% of the maximum load to the working body. ball screw device, characterized in that said at maximum load the first and second ball screw nut share the maximum load of the ball screw shaft in the.
[0015]
(6) A plurality of ball screw devices including a plurality of load sharing type nuts as described in any one of (1) to (5) above are used to drive a linear injection drive of an injection screw of an injection molding machine. An injection molding machine characterized in that all ball screw nuts can share the load.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a side sectional view showing the configuration of the ball screw device, FIG. 2 is an overall side view of an injection unit using the ball screw device of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view of the injection unit of FIG. 4) and a hydraulic system diagram of the ball screw device, FIG. 4 is a graph showing the load load of two ball screw nuts with respect to the load of the ball screw shaft of the ball screw device of FIG. 1, and FIG. 5 is a schematic diagram of the ball screw device of FIG. FIG. 2 is a graph (II) and a graph (II) showing the load that the ball receives in the axial direction of the ball screw nut.
[0017]
A
[0018]
The load load of the two
[0019]
Next, when a
Further, when the maximum load F is applied to the
In this way, if the
[0020]
Also, as shown in FIG. 5 (I), if ball screw nuts 22A and 22B are arranged in series and the load load of
[0021]
Next, the outline of the
[0022]
In the figure, a base portion of an
[0023]
The
[0024]
The hydraulic oil pressure-fed to the hydraulic chamber r surrounded by the
The
[0025]
The operation of the
In the resin feeding and plasticizing process (at the position indicated by the solid line in FIG. 3), the
When one shot of resin has been accumulated in the mold (the moving
[0026]
In the injection process that requires a large force, the
Since one of the ball screw nuts of each ball screw shaft is attached to the working body via a fixing flange, and a preload is always applied between the ball screw nut and the working body, it moves. When the
Further, the oil chamber r of the
[0027]
In this way, each of the two
[0028]
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention is elastic between the ball screw nut on one side and the action body (moving frame 6) instead of the function of preloading the ball screw nut on one side with hydraulic pressure in the first embodiment. A body is interposed, and the elastic body is preloaded so as to have the same function as that of the first embodiment. Hereinafter, the configuration and function will be described with reference to a side sectional view of the ball screw device of FIG.
[0029]
The
[0030]
The ball screw
[0031]
[Third Embodiment]
In the third embodiment of the present invention, a bearing cover, which is a member that receives the thrust of the ball screw shaft in the first embodiment, is used as a load sensor, and an electromagnetic valve that turns on and off the pressure oil is controlled by a detection value of the sensor. A control device is added.
7 is a plan view (partially sectional view) of the injection unit, a hydraulic system diagram of the ball screw device, a graph showing the load applied to the ball screw shaft and the load applied to the ball screw nut in FIG. Will be explained.
[0032]
A load sensor (load cell) 62 is mounted on the bearing cover 60 that receives the thrust of the
[0033]
Therefore, the load load of the
When the load applied to the ball screw shaft is ½ or less of the maximum load F, the
[0034]
The preload described in each of the above embodiments is preferably in the range of 40 to 50% of the maximum load.
[0035]
【The invention's effect】
In the present invention, when the acting body is moved, the mounting flange is positioned on the rear side with respect to the heavy load direction of the ball screw shaft when the load load in one direction of the ball screw device is significantly larger than the load load in the opposite direction movement. The first and second ball screw nuts are screwed together, and the second ball screw nut is fixedly attached to the rear side of the working body, and the first ball screw nut is attached to the front side of the working body with respect to the working body. It is attached via a load means (hydraulic mechanism with a hydraulic cylinder and piston or an elastic body) that always applies a predetermined ratio of the maximum load, and a preload of a predetermined ratio of the maximum load is always applied to the working body. , together with the ball screw shaft is pulled in the direction opposite to the heavy load direction by the first ball screw nut, since the first and second ball screw nuts at maximum load in the configuration which is adapted to share the maximum load No complicated hydraulic control is required, only a simple pressure regulating valve and hydraulic source that generate constant hydraulic pressure, or a simple elastic body and elastic force adjusting mechanism, and a standard size ball screw nut is used. Can be low cost.
[0036]
The life of the ball screw nut on the preload side is determined by applying a preload of 40 to 50% of the maximum load when the load is detected by the load detection sensor and is 1/2 (50%) or more of the maximum load. Can be extended.
[0037]
Further, the fluid pressure support mechanism or the elastic body support mechanism of the ball screw nut can cover the mounting angle error between the ball screw nut and the working body, and the effect of improving the reliability and durability of the ball screw nut is achieved. is there. Also, one of the ball screw nuts of each ball screw shaft is attached to the working body via a fixing flange, and a preload is always applied between the ball screw nut and the working body. When the operating body returns to the original position, the reproducibility of the original position of the ball screw nut with respect to the ball screw shaft can be ensured.
The ball screw device of the present invention is particularly suitable for use in an electric power drive that requires a large pressing force only in one side direction of reciprocation, such as an injection drive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a ball screw device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall side view of an injection unit that uses the ball screw device of the embodiment of FIG. 1;
3 is a plan view (partially sectional view) of the injection unit of FIG. 2 and a hydraulic system diagram of a ball screw device. FIG.
4 is a graph showing load loads of two ball screw nuts with respect to a load of a ball screw shaft of the ball screw device of FIG. 1;
FIG. 5 is a schematic diagram (I) of the ball screw device of FIG. 1 and graphs (II) and (III) showing the load that the ball receives in the axial direction of the ball screw nut.
FIG. 6 is a side sectional view of a ball screw device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view (partially sectional view) of an injection unit and a hydraulic system diagram of a ball screw device according to a third embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the load applied to the ball screw shaft in FIG. 7 and the load applied to the ball screw nut.
FIG. 9 is a sectional side view showing a conventional ball screw device.
10 is a schematic diagram (I) of the conventional ball screw device of FIG. 9 and a graph (II) showing a load that the ball receives in the axial direction of the ball screw nut.
FIG. 11 is a schematic view showing another configuration of a conventional ball screw device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の前側に設けた第1のボールねじナットと、
該作用体に固設する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに液密に内嵌し第1のボールねじナットに取付けられた油圧ピストンと、
該油圧ピストンと前記油圧シリンダとにより形成されるリング状の油圧室に所定油圧を加える油圧源と、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の後側に固定して取付けた第2のボールねじナットとを備え、
前記油圧シリンダおよび前記油圧ピストンは、前記リング状の油圧室に所定圧の作動油を充填し保持して、前記作用体に常時最大負荷の所定割合の予圧力を加えるようにして、前記ボールねじ軸が前記第1のボールねじナットにより重負荷方向と反対方向に引張られると共に、最大負荷時に前記第1、2のボールねじナットが前記ボールねじ軸の最大負荷を分担するよう構成されていることを特徴とするボールねじ装置。Instead of linear movement of the ball screw nut that rotates the ball screw shaft that restrains the thrust direction to the fixed member and is screwed to the ball screw, the load coupled to the ball screw nut is moved in one direction. In a ball screw device having a load configuration in which the load is significantly larger than the load applied in the opposite direction movement,
A first ball screw nut provided on the front side of the working body such that a mounting flange is located on the opposite side of the heavy load direction of the ball screw shaft;
A hydraulic cylinder fixed to the working body;
A hydraulic piston fitted inside the hydraulic cylinder in a fluid-tight manner and attached to a first ball screw nut;
A hydraulic pressure source for applying a predetermined hydraulic pressure to a ring-shaped hydraulic chamber formed by the hydraulic piston and the hydraulic cylinder;
With mounting flange and a second ball screw nuts fixedly attached to the rear side of the working body so as to be positioned on the opposite side with respect to the heavy load direction of the ball screw shaft,
The hydraulic cylinder and the hydraulic piston, holds filled with hydraulic oil at a predetermined pressure to the ring-shaped hydraulic chamber, so as to apply a preload force of a predetermined ratio at all times the maximum load to the working body, the ball screw together with the shaft is pulled in the first direction opposite the heavy load direction by the ball screw nut, said at maximum load the first and second ball screw nut are configured so as to share the maximum load of the ball screw shaft A ball screw device characterized by the above.
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の前側に設けた第1のボールねじナットと、
該作用体に固設する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに液密に内嵌し第1のボールねじナットに取付けられた油圧ピストンと、
該油圧ピストンと前記油圧シリンダとにより形成されるリング状の油圧室に所定油圧を加える油圧源と、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の後側に固定して取付けた第2のボールねじナットとを備え、
前記油圧シリンダおよび前記油圧ピストンは、前記リング状の油圧室に所定圧の作動油を充填し保持して、前記作用体に常時最大負荷の40〜50%の予圧力を加えるようにして、前記ボールねじ軸が前記第1のボールねじナットにより重負荷方向と反対方向に引張られると共に、最大負荷時に前記第1、2のボールねじナットが前記ボールねじ軸の最大負荷を分担するよう構成されていることを特徴とするボールねじ装置。Instead of linear movement of the ball screw nut that rotates the ball screw shaft that restrains the thrust direction to the fixed member and is screwed to the ball screw, the load coupled to the ball screw nut is moved in one direction. In a ball screw device having a load configuration in which the load is significantly larger than the load applied in the opposite direction movement,
A first ball screw nut provided on the front side of the working body such that a mounting flange is located on the opposite side of the heavy load direction of the ball screw shaft;
A hydraulic cylinder fixed to the working body;
A hydraulic piston fitted inside the hydraulic cylinder in a fluid-tight manner and attached to a first ball screw nut;
A hydraulic pressure source for applying a predetermined hydraulic pressure to a ring-shaped hydraulic chamber formed by the hydraulic piston and the hydraulic cylinder;
With mounting flange and a second ball screw nuts fixedly attached to the rear side of the working body so as to be positioned on the opposite side with respect to the heavy load direction of the ball screw shaft,
The hydraulic cylinder and the hydraulic piston, holds filled with hydraulic oil at a predetermined pressure to the ring-shaped hydraulic chamber, so as to add 40-50% of the preload force constantly maximum load to the working body, wherein with the ball screw shaft is pulled in the first by a ball screw nut and the heavy load direction opposite direction, is configured to the at full load the first and second ball screw nut to share the maximum load of the ball screw shaft ball screw device, characterized in that there.
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の前側に設けた第1のボールねじナットと、
該作用体と第1のボールねじナットに取付けられた円環板との間に挟設された弾性体と、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の後側に固定して取付けた第2のボールねじナットとを備え、
該弾性体は、圧縮力が最大負荷の所定割合となるように予圧した状態で取付けられ、前記ボールねじ軸が前記第1のボールねじナットにより重負荷方向と反対方向に引張られると共に、最大負荷時に前記第1、2のボールねじナットが前記ボールねじ軸の最大負荷を分担するよう構成されていることを特徴とするボールねじ装置。Instead of linear movement of the ball screw nut that rotates the ball screw shaft that restrains the thrust direction to the fixed member and is screwed to the ball screw, the load coupled to the ball screw nut is moved in one direction. In a ball screw device having a load configuration in which the load is significantly larger than the load applied in the opposite direction movement,
A first ball screw nut provided on the front side of the working body such that a mounting flange is located on the opposite side of the heavy load direction of the ball screw shaft;
An elastic body sandwiched between the working body and an annular plate attached to the first ball screw nut;
With mounting flange and a second ball screw nuts fixedly attached to the rear side of the working body so as to be positioned on the opposite side with respect to the heavy load direction of the ball screw shaft,
Elastic body is mounted in a state where the compressive force is preloaded to a predetermined percentage of the maximum load, the pulled in the opposite direction to the heavy load direction by the ball screw shaft is the first ball screw nut, the maximum load ball screw device, characterized in that during the first and second ball screw nut are configured so as to share the maximum load of the ball screw shaft.
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の前側に設けた第1のボールねじナットと、
該作用体と第1のボールねじナットに取付けられた円環板との間に挟設された弾性体と、
取付フランジが前記ボールねじ軸の重負荷方向に対して反対側に位置するようにして前記作用体の後側に固定して取付けた第2のボールねじナットとを備え、
該弾性体は、圧縮力が最大負荷の40〜50%となるように予圧した状態で取付けられ、前記ボールねじ軸が前記第1のボールねじナットにより重負荷方向と反対方向に引張られると共に、最大負荷時に前記第1、2のボールねじナットが前記ボールねじ軸の最大負荷を分担するよう構成されていることを特徴とするボールねじ装置。Instead of linear movement of the ball screw nut that rotates the ball screw shaft that restrains the thrust direction to the fixed member and is screwed to the ball screw, the load coupled to the ball screw nut is moved in one direction. In a ball screw device having a load configuration in which the load is significantly larger than the load applied in the opposite direction movement,
A first ball screw nut provided on the front side of the working body such that a mounting flange is located on the opposite side of the heavy load direction of the ball screw shaft;
An elastic body sandwiched between the working body and an annular plate attached to the first ball screw nut;
With mounting flange and a second ball screw nuts fixedly attached to the rear side of the working body so as to be positioned on the opposite side with respect to the heavy load direction of the ball screw shaft,
Elastic body, the compression force is attached in a state of pre-load such that 40-50% of the maximum load, the pulled in the opposite direction to the heavy load direction by the ball screw shaft is the first ball screw nut, ball screw device, characterized in that said at maximum load the first and second ball screw nut are configured so as to share the maximum load of the ball screw shaft.
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