WO2023095649A1

WO2023095649A1 - ボールねじ機構、型締装置、および射出成形機

Info

Publication number: WO2023095649A1
Application number: PCT/JP2022/042151
Authority: WO
Inventors: 聡麻三谷
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2023-06-01
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: JP7576017B2; JP2023077448A

Abstract

ボールねじ機構（１８）は、ボールねじ（１９）と、ボールナット（２０）と、ボールねじ（１９）の一部に形成された雄ねじに設けられているロックナット（２８）と、ボールねじ（１９）を回転可能に支持する軸受機構（２６）と、軸受押さえ（２９）と、から構成されている。軸受機構（２６）は軸受押さえ（２９）とロックナット（２８）との間に挟み込まれている。本開示は、ロックナット（２８）に対して、その内部に形成されている雌ねじ（３３）の各山（３７ａ、３７ｂ、…）に作用する荷重の集中・偏りを緩和する荷重集中緩和部（３９）を形成するようにする。

Description

ボールねじ機構、型締装置、および射出成形機

　本発明は、産業用機械に設けられているボールねじ機構、および型締装置、ならびに射出成形機に関するものである。

　産業機械には、射出成形機、プレス機、工作機械等、色々な種類があり、これらにはモータの回転力を直線方向への駆動力に変換するボールねじ機構が設けられている。例えば、特許文献１には射出成形機もしくはプレス機に設けられる型締装置が記載されている。この型締装置は、固定盤と可動盤と、これら固定盤と可動盤とを連結する４組のボールねじ機構と、それぞれのボールねじ機構に設けられている４個のサーボモータとから構成されている。４個のサーボモータを駆動すると４組のボールねじ機構が駆動されて、可動盤が固定盤に対してスライドする。すなわち型開閉することになる。

日本国特開平５－２６９７４８号公報

　ボールねじ機構は、ボールねじと、このボールねじが螺合しているボールナットとから構成されている。ボールねじは産業機械の部材に対して回転自在に設けられている。例えば、特許文献１の型締装置において示されているように、ボールねじは固定盤に対して軸受機構を介して接続されている。特許文献１には詳しく説明されていないが、固定盤側には軸受押さえが設けられ、ボールねじには雄ねじが形成されてロックナットが設けられている。軸受機構は、固定盤側の軸受押さえとボールねじ側のロックナットとによって挟み込まれている。このようにしてボールねじが固定盤に対して回転可能に接続されている。

　ところで、ボールねじには産業機械の部材からスラスト荷重を受ける。スラスト荷重はロックナットにも作用する。ロックナットには軸受機構と接する接触端面が形成されており、この接触端面と、雌ねじとにおいて、このスラスト荷重を受けることになる。ロックナットはこの荷重に耐えるように、大型のものを選定しなければならないという問題がある。例えば特許文献１に記載の型締装置の場合には、型締め時においてロックナットに大きな荷重が作用する。したがって大型のロックナットを設けなければならない。しかしながらロックナットが大型化すると、固定盤においてボールねじを設けるために大きなスペースが必要になってしまう。つまり、ロックナットが大型化すれば、産業機械の部材におけるボールねじ機構が専有するスペースが大きくなり、ボールねじ機構の配置や部材の大きさ、形状等の設計において制約が生じてしまう。

　以上のような問題を鑑み、本開示において、大型化することなく大きな荷重でも十分に耐えることができるロックナットを備えたボールねじ機構、型締装置および射出成形機を提供する。

　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

　本発明者らは、以下のような構成とすることにより上記課題を解決できることを見出した。
　本開示は、産業機械用のボールねじ機構を次のように構成する。ボールねじ機構は、ボールねじと、ボールナットと、ボールねじの一部に形成された雄ねじに設けられているロックナットと、ボールねじを回転可能に支持する軸受機構と、軸受押さえと、から構成されている。軸受機構は軸受押さえとロックナットとの間に挟み込まれている。つまりロックナットは接触端面を備え、この接触端面が軸受機構と接している。本開示は、ロックナットに対して、その内部に形成されている雌ねじの各山に作用する荷重が、接触端面近傍の山に集中するのを緩和する荷重集中緩和部を設けるようにする。

　大型化することなく大きな荷重でも十分に耐えることができるロックナットを備えたボールねじ機構、型締装置および射出成形機を提供することができる。

図１は、本実施の形態に係る射出成形機を示す正面図である。図２は、本実施の形態に係る型締装置を示す斜視図である。図３は、本実施の形態に係る型締装置の一部を示す正面断面図である。図４は、本実施の形態に係るボールねじ機構に設けられているロックナットを示す斜視図である。図５は、本実施の形態に係るボールねじ機構に設けられているロックナットを示す正面断面図である。図６は、ロックナットの雌ねじの各山に作用する荷重を示すグラフである。図７は、本実施の第２の形態に係るロックナットを示す正面断面図である。

　以下、具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態に限定される訳ではない。説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。また、図面が煩雑にならないように、ハッチングが省略されている部分がある。

　本実施の形態を説明する。
　本実施の形態に係るボールねじ機構は、
　産業機械用のボールねじ機構であって、
　ボールねじと、
　該ボールねじに螺合しているボールナットと、
　前記ボールねじの一部に形成された雄ねじに設けられているロックナットと、
　前記ボールねじを回転可能に支持する軸受機構と、
　前記ロックナットとの間で前記軸受機構を挟み込むための軸受押さえと、を備え、
　前記ロックナットは、前記軸受機構と接する接触端面を備え、内部に形成されている雌ねじの各山に作用する荷重が、前記接触端面近傍の山に集中するのを緩和する荷重集中緩和部を有する。
　本実施の形態に係る産業機械は射出成形機であり、前記射出成形機を構成している型締装置に設けられていることが好ましい。
　また、本実施の形態に係る産業機械は射出成形機であり、前記射出成形機を構成している射出装置のスクリュを駆動するスクリュ駆動装置に設けられていることが好ましい。

　また、本実施の形態に係る型締装置は、
　第１、２の型盤と、
　前記第１、２の型盤を連結する４組のボールねじ機構と、を備え、
　前記ボールねじ機構は、ボールねじと、
　該ボールねじに螺合しているボールナットと、
　前記ボールねじの一部に形成された雄ねじに設けられているロックナットと、
　前記ボールねじを回転可能に支持する軸受機構と、
　前記ロックナットとの間で前記軸受機構を挟み込むための軸受押さえと、を備え、
　前記ロックナットは、前記軸受機構と接する接触端面を備え、内部に形成されている雌ねじの各山に作用する荷重が、前記接触端面近傍の山に集中するのを緩和する荷重集中緩和部を有する。

　また、本実施の形態に係る射出成形機は、
　金型を型締めする型締装置と、
　射出材料を射出する射出装置とからなり、
　前記型締装置は、第１、２の型盤と、
　前記第１、２の型盤を連結する４組のボールねじ機構と、を備え、
　前記ボールねじ機構は、ボールねじと、
　該ボールねじに螺合しているボールナットと、
　前記ボールねじの一部に形成された雄ねじに設けられているロックナットと、
　前記ボールねじを回転可能に支持する軸受機構と、
　前記ロックナットとの間で前記軸受機構を挟み込むための軸受押さえと、を備え、
　前記ロックナットは、前記軸受機構と接する接触端面を備え、内部に形成されている雌ねじの各山に作用する荷重が、前記接触端面近傍の山に集中するのを緩和する荷重集中緩和部を有する。

＜本実施の形態に係る射出成形機＞
　本実施の形態に係る射出成形機１は、図１に示されているように、ベッドＢに設けられている型締装置２と、射出装置４とから構成されている。

＜射出装置＞
　最初に射出装置４を説明する。射出装置４は加熱シリンダ６と、この加熱シリンダ６に入れられているスクリュ７と、スクリュ７を駆動するスクリュ駆動装置８とから構成されている。加熱シリンダ６にはホッパ１０が設けられ、そして先端に射出ノズル１１が設けられている。ホッパ１０から射出材料が投入され、そしてスクリュ７を回転して射出材料を溶融するとスクリュ７の先端に計量される。スクリュ７を軸方向に駆動すると射出材料が射出されるようになっている。

＜型締装置＞
　本実施の形態に係る型締装置２は、いわゆる２プラテンの型締装置からなる。すなわち型締装置２は、図２に示されているように、第１、２の型盤１３、１４、つまり固定盤１３と可動盤１４とを備えている。固定盤１３はベッドＢ上に固定されており、可動盤１４はベッドＢ上に設けられたリニアガイド１５、１５に載せられている。すなわち可動盤１４は固定盤１３に接近・離間する方向にスライド自在になっている。固定盤１３には固定側金型１６が、そして可動盤１４には可動側金型１７がそれぞれ取り付けられている。

　本実施の形態に係る型締装置２は、固定盤１３と可動盤１４とが４組のボールねじ機構１８、１８、…によって連結されている点に特徴がある。それぞれのボールねじ機構１８、１８、…は、ボールねじ１９、１９、…と、ボールねじ１９、１９、…が螺合するボールナット２０、２０、…とを備えている。

　図２には示されていないが、可動盤１４には貫通孔が開けられており、この貫通孔にボールナット２０、２０、…が固着されている。つまりボールねじ１９、１９、…はボールナット２０、２０、…を介して可動盤１４に接続されている。一方、ボールねじ１９、１９、…は、次に詳しく説明するように固定盤１３を貫通し、固定盤１３に対して回転可能に支持されている。固定盤１３にはサーボモータ２２、２２、…が設けられ、ボールねじ１９、１９、…と接続されている。したがって、サーボモータ２２、２２、…を駆動するとボールねじ１９、１９、…が回転し、可動盤１４がスライドすることになる。すなわち金型１６、１７（図１参照）が型開閉される。

　ボールねじ１９、１９、…と、固定盤１３との接続について説明する。図３に示されているように、固定盤１３には貫通孔２４が開けられており、ボールねじ１９はこの貫通孔２４に入れられている。ボールねじ１９には、外径が小さくなっている段部２５が形成されており、この段部２５に軸受機構２６が入れられている。段部２５には、一部の範囲に雄ねじが形成されており、次に説明する本実施の形態に係るロックナット２８がこの雄ねじに螺合している。固定盤１３には環状の軸受押さえ２９が固定されており、軸受機構２６は固定盤１３側の軸受押さえ２９と、ボールねじ１９側のロックナット２８とによって挟み込まれている。このようにしてボールねじ１９は、軸受機構２６を介して固定盤１３に回転可能に取り付けられている。サーボモータ２２はステータ３０とロータ３１とからなり、ボールねじ１９の端部にロータ３１が固定されている。

＜ロックナット＞
　本実施の形態に係るロックナット２８は、図４に示されているように、その外観は従来のロックナットに類似している。つまりロックナット２８は、内周面に雌ねじ３３が形成されており、その外周面には六角ナット部３４が形成されている。なお、このロックナット２８には、その外周面に小径のネジ穴３５が形成されているが、このネジ穴３５は回り止めを目的として適宜イモネジ等を挿入するためのものであり、必須ではない。

　ロックナット２８には、軸受機構２６（図３参照）と接触する接触端面３８が形成されている。この接触端面３８において軸受機構２６との間に強いスラスト荷重が作用することになる。雌ねじ３３の各山にはそれぞれ荷重が作用するが、接触端面３８の近傍の山において荷重が集中する。つまり荷重の偏りが発生する。

　本実施の形態に係るロックナット２８は、雌ねじ３３の一部の山に荷重が集中し、荷重が偏ることを緩和するための、荷重集中緩和部を備えている点に特徴がある。本実施の形態における荷重集中緩和部３９は、雌ねじ３３の一部の範囲に形成されている。図５には、本実施の形態に係るロックナット２８の正面断面図が示され、雌ねじ３３が強調して示されている。雌ねじ３３は断面図で見ると複数の山から構成されている。これらの各山３７ａ、３７ｂ、…のうち、接触端面３８近傍の山について頂部が少しずつカットされ、全体としてテーパ状になっている。これによって山の高さは接触端面３８近傍で一番低い。つまり接触端面３８に一番近い１個目の山３７ａにおいてその高さが最も低い。次いで、２個目の山３７ｂにおいてわずかに高くなり、３個目の山３７ｃ、４個目の山３７ｄ、…と内部に向かうに従って、その高さが高くなっている。

＜ロックナットの作用＞
　本実施の形態に係るロックナット２８は、軸受機構２６（図３参照）とボールねじ１９とからスラスト荷重が作用する。このとき、雌ねじ３３（図５参照）を構成している各山３７ａ、３７ｂ、…のうち、接触端面３８近傍の山に集中的に作用する荷重が緩和されるようになっている。これによって比較的小型のロックナット２８であっても、十分に大きな荷重に耐えることができるようになっている。これを説明する。

　図６には、従来のロックナットについて、雌ねじの各山に作用する荷重の分担率（ねじ山荷重分担率（％））が示されている。例えば、雌ねじの山数が６個のロックナットについて、グラフ４０で示されているように、全体荷重が各山に分散している。つまり１個目の山において全体荷重の２３％が、２個目～６個目の山においてそれぞれ１９％、１６％、１４％、１３％、１６％が作用している。つまり、荷重の分担率は１個目の山で最も大きく、２個目、３個目になるに従って低下する。ただし、最後の山において分担率は若干大きくなっている。同様に、グラフ４１、４２、４３で示されているように、雌ねじの山数が８個、１０個、１２個のそれぞれのロックナットについても、最初の１個目の山で荷重の分担率が最も大きく、２個目、３個目になるに従って分担率が低下し、最後の山で若干大きくなっている。このようになっているので従来のロックナットは接触端面の近傍の１個目の山に集中的に大きな荷重が作用する。

　これに対して本実施の形態に係るロックナット２８（図５参照）は、荷重集中緩和部３９を備えている。つまり雌ねじ３３の各山３７ａ、３７ｂ、…についてその頂部がカットされ、全体としてテーパ状になっている。このようになっているので、１個目の山３７ａに作用する荷重は、必然的に小さくなる。つまり荷重分担率は抑制される。２個目の山３７ｂについては荷重分担率が抑制されるが抑制の割合は低下する。３個目、４個目の山３７ｃ、…にいくに従って荷重分担率の抑制の割合は低下することになる。このようになるので、本実施の形態に係るロックナット２８の雌ねじの各山３７ａ、３７ｂ、…における荷重分担率は、図６のグラフ４５のようになる。このように荷重分担率が平均化することによって本実施の形態に係るロックナット２８は大きな荷重に耐えることができる。従って、ロックナット２８を小型化することができる、という効果が得られる。
　本実施の形態において、荷重集中緩和部では、ロックナットに形成されている雌ねじの各山のうち、少なくとも前記接触端面近傍の複数の山について頂部の高さが低くなっており、頂部の高さは前記接触端面に近づくにつれて徐々に低くなることが好ましい。

＜第２の実施の形態に係るロックナット＞
　本実施の形態は色々な変形が可能である。例えばロックナット２８について変形することができ、図７には、第２の実施の形態に係るロックナット２８’が示されている。このロックナット２８’は、雌ねじ３３’についての各山３７ａ’、３７ｂ’、…は格別に加工が施されていない。すなわち各山３７ａ’、３７ｂ’、…の頂部の高さは一定になっており、この点において従来のロックナットの雌ねじと同様になっている。しかしながら、このロックナット２８’は、その外周面４８がテーパ状に形成されている。つまり一方の端面３８’に近づくにつれてロックナット２８’の外径が小さくなるように、形成されている。このようにテーパ状に形成されている外周面４８が、雌ねじ３３’の荷重を分散する荷重集中緩和部３９’になっている。
　本実施の形態において、記荷重集中緩和部では、ロックナットの外周面の少なくとも一部がテーパ状で、ロックナットの外径が接触端面近傍で小さくなっていることが好ましい。

　第１の実施の形態に係るロックナット２８（図５参照）に関して説明したように、ボールねじ１９（図３参照）にスラスト荷重が作用すると、雌ねじ３３のうち、接触端面３８’に近い山３７ａ’において最大の荷重が作用する。そして次の山３７ｂ’、その次の山３７ｃ’、…になるに従って順次荷重が低下する。この第２の実施の形態に係るロックナット２８’においても同様になるが、荷重集中緩和部３９’では外周面４８がテーパ状になっていることにより各山３７ａ’、３７ｂ’、３７ｃ’、…の荷重の集中が緩和される。なぜならば、より荷重が作用する３７ａ’において外径が小さくなっているので、肉厚が薄くわずかに弾性変形しやすいからである。山３７ａ’、次の山３７ｂ’、その次の山３７ｃ’、…になるに従って、肉厚が少しずつ厚くなり、それぞれ許容される弾性変形がわずかになっていく。このように弾性変形の許容度を変化させることによって、各山３７ａ’、３７ｂ’、３７ｃ’、…の荷重の集中が緩和される。

＜他の変形例＞
　第１の実施の形態に係るロックナット２８（図５参照）において、荷重集中緩和部３９は雌ねじ３３の一部の範囲に形成されているように説明した。しかしながら、雌ねじ３３の全ての範囲の山３７ａ、３７ｂ、…についてそれらの頂部をカットして全体としてテーパ状にしてもよい。つまり雌ねじ３３の全範囲を荷重集中緩和部３９とすることもできる。

　本実施の形態に係るボールねじ機構１８は、３個の型盤を備えトグル機構によって型開閉される従来の型締装置に対しても、適用することができる。トグル機構のクロスヘッドを駆動するボールねじ機構に本実施の形態に係るボールねじ機構１８を適用することができる。さらには、射出装置４のスクリュ駆動装置８に本実施の形態に係るボールねじ機構１８を適用することもできる。射出成形機だけでなく、他の産業機械、例えばプレス機、工作機械等に対しても本実施の形態に係るボールねじ機構１８を適用することができる。

　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。以上で説明した複数の例は、適宜組み合わせて実施されることもできる。

　本開示によれば、大型化することなく大きな荷重でも十分に耐えることができるロックナットを備えたボールねじ機構、型締装置および射出成形機を提供することができる。

　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０２１年１１月２５日出願の日本特許出願（特願２０２１－１９０６８７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　　１　　射出成形機　　　　　　　　　２　　型締装置
　　４　　射出装置　　　　　　　　　　６　　加熱シリンダ
　　７　　スクリュ　　　　　　　　　　８　　スクリュ駆動装置
　１０　　ホッパ　　　　　　　　　　１１　　射出ノズル
　１３　　固定盤　　　　　　　　　　１４　　可動盤
　１５　　リニアガイド　　　　　　　１６　　固定側金型
　１７　　可動側金型　　　　　　　　１８　　ボールねじ機構
　１９　　ボールねじ　　　　　　　　２０　　ボールナット
　２２　　サーボモータ　　　　　　　２４　　貫通孔
　２５　　段部　　　　　　　　　　　２６　　軸受機構
　２８、２８’　　ロックナット　　　２９　　軸受押さえ
　３０　　ステータ　　　　　　　　　３１　　ロータ
　３３、３３’　　雌ねじ　　　　　　３４　　六角ナット部
　３７ａ、３７ａ’、３７ｂ、３７ｂ’、３７ｃ、３７ｃ’、３７ｄ　　山
　３８、３８’　　接触端面
　３９、３９’　　荷重集中緩和部　
　４０、４１、４２、４３、４５　　グラフ　　４８　　外周面
　　Ｂ　　ベッド

Claims

　産業機械用のボールねじ機構であって、
　ボールねじと、
　該ボールねじに螺合しているボールナットと、
　前記ボールねじの一部に形成された雄ねじに設けられているロックナットと、
　前記ボールねじを回転可能に支持する軸受機構と、
　前記ロックナットとの間で前記軸受機構を挟み込むための軸受押さえと、を備え、
　前記ロックナットは、前記軸受機構と接する接触端面を備え、内部に形成されている雌ねじの各山に作用する荷重が、前記接触端面近傍の山に集中するのを緩和する荷重集中緩和部を有する、ボールねじ機構。
　前記荷重集中緩和部では、前記ロックナットに形成されている前記雌ねじの各山のうち、少なくとも前記接触端面近傍の複数の山について頂部の高さが低くなっており、前記頂部の高さは前記接触端面に近づくにつれて徐々に低くなる、請求項１に記載のボールねじ機構。
　前記荷重集中緩和部では、前記ロックナットの外周面の少なくとも一部がテーパ状で、前記ロックナットの外径が前記接触端面近傍で小さくなっている、請求項１または２に記載のボールねじ機構。
　前記産業機械は射出成形機であり、前記射出成形機を構成している型締装置に設けられている、請求項１～３のいずれか１項に記載のボールねじ機構。
　前記産業機械は射出成形機であり、前記射出成形機を構成している射出装置のスクリュを駆動するスクリュ駆動装置に設けられている、請求項１～３のいずれか１項に記載のボールねじ機構。
　第１、２の型盤と、
　前記第１、２の型盤を連結する４組のボールねじ機構と、を備え、
　前記ボールねじ機構は、ボールねじと、
　該ボールねじに螺合しているボールナットと、
　前記ボールねじの一部に形成された雄ねじに設けられているロックナットと、
　前記ボールねじを回転可能に支持する軸受機構と、
　前記ロックナットとの間で前記軸受機構を挟み込むための軸受押さえと、を備え、
　前記ロックナットは、前記軸受機構と接する接触端面を備え、内部に形成されている雌ねじの各山に作用する荷重が、前記接触端面近傍の山に集中するのを緩和する荷重集中緩和部を有する、型締装置。
　前記荷重集中緩和部では、前記ロックナットに形成されている前記雌ねじの各山のうち、少なくとも前記接触端面近傍の複数の山について頂部の高さが低くなっており、前記頂部の高さは前記接触端面に近づくにつれて徐々に低くなる、請求項６に記載の型締装置。
　前記荷重集中緩和部では、前記ロックナットの外周面の少なくとも一部がテーパ状で、前記ロックナットの外径が前記接触端面近傍で小さくなっている、請求項６または７に記載の型締装置。
　金型を型締めする型締装置と、
　射出材料を射出する射出装置とからなり、
　前記型締装置は、第１、２の型盤と、
　前記第１、２の型盤を連結する４組のボールねじ機構と、を備え、
　前記ボールねじ機構は、ボールねじと、
　該ボールねじに螺合しているボールナットと、
　前記ボールねじの一部に形成された雄ねじに設けられているロックナットと、
　前記ボールねじを回転可能に支持する軸受機構と、
　前記ロックナットとの間で前記軸受機構を挟み込むための軸受押さえと、を備え、
　前記ロックナットは、前記軸受機構と接する接触端面を備え、内部に形成されている雌ねじの各山に作用する荷重が、前記接触端面近傍の山に集中するのを緩和する荷重集中緩和部を有する、射出成形機。
　前記荷重集中緩和部では、前記ロックナットに形成されている前記雌ねじの各山のうち、少なくとも前記接触端面近傍の複数の山について頂部の高さが低くなっており、前記頂部の高さは前記接触端面に近づくにつれて徐々に低くなる、請求項９に記載の射出成形機。
　前記荷重集中緩和部では、前記ロックナットの外周面の少なくとも一部がテーパ状で、前記ロックナットの外径が前記接触端面近傍で小さくなっている、請求項９または１０に記載の射出成形機。