WO2023095650A1 - ボールねじ機構、型締装置、および射出成形機 - Google Patents

Abstract

産業機械用のボールねじ機構（１８）を次のように構成する。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）の一部に設けられているベアリング止め手段（２８）と、ボールねじ（１９）を回転可能に支持するベアリング機構（２６）と、産業機械の部材側に設けられるベアリング押さえ（２９）と、から構成されている。ベアリング機構（２６）はベアリング押さえ（２９）とベアリング止め手段（２８）との間に挟み込まれている。本開示は、ベアリング押さえ（２９）にロードセル（４１）を設けるようにする。

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を備え、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ベアリング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、固定盤側にはベアリング押さえが設けられ、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。ベアリング機構は、固定盤側のベアリング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。一方、可動盤側にはボールナットが固定され、これによってボールねじ機構が固定盤と可動盤とを連結している。

　ボールねじ機構が設けられる産業機械には、ボールねじ機構に関連してロードセルが設けられることが多い。例えば特許文献１に記載の型締装置の場合、型締力を検出するためにロードセルはボールナットと可動盤の間に設ける必要がある。しかしながら、ボールナットと可動盤の間に、別の部材としてロードセルを入れる必要があり部品点数が多いという問題がある。

　以上のような問題を鑑み、本開示において、荷重の検出ができ部品点数が少ないボールねじ機構、型締装置および射出成形機を提供することを目的とする。

　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、産業機械用のボールねじ機構を次のように構成することにより上記課題を解決できることを見出した。すなわち、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設けられているベアリング止め手段と、ボールねじを回転可能に支持するベアリング機構と、産業機械の部材に設けられるベアリング押さえと、から構成されている。ベアリング機構はベアリング押さえとベアリング止め手段との間に挟み込まれている。本開示は、ベアリング押さえにロードセルを設けるようにする。

　荷重の検出ができ、部品点数が少ないボールねじ機構、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ボールねじ機構と型締装置の一部を示す正面断面図である。 図４は、従来の型締装置を示す正面図である。 図５は、本実施の第２の形態に係るボールねじ機構と型締装置の一部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設けられているベアリング止め手段と、
　前記ボールねじを回転可能に支持するベアリング機構と、
　ベアリング押さえと、を備え、
　前記ベアリング押さえは、前記産業機械を構成する部材に固定され、前記ベアリング止め手段と前記ベアリング押さえとにより前記ベアリング機構を挟み込むことによって前記部材に前記ボールねじが回転可能に設けられており、
　前記ベアリング押さえにはロードセルが設けられている。

　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の型盤を連結する複数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設けられているベアリング止め手段と、
　前記ボールねじを回転可能に支持するベアリング機構と、
　ベアリング押さえと、を備え、
　前記ベアリング押さえは、前記第１の型盤に固定され、前記ベアリング止め手段と前記ベアリング押さえとにより前記ベアリング機構を挟み込むことによって前記第１の型盤に前記ボールねじが回転可能に設けられており、
　前記ベアリング押さえにはロードセルが設けられている。

　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の型盤を連結する複数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設けられているベアリング止め手段と、
　前記ボールねじを回転可能に支持するベアリング機構と、
　ベアリング押さえと、を備え、
　前記ベアリング押さえは、前記第１の型盤に固定され、前記ベアリング止め手段と前記ベアリング押さえとにより前記ベアリング機構を挟み込むことによって前記第１の型盤に前記ボールねじが回転可能に設けられており、
　前記ベアリング押さえにはロードセルが設けられている。

＜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＞
　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。図１に示されているように、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、図２に示されているように、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。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。
　このように、本実施の形態において、第１、２の型盤（つまり固定盤と可動盤）を連結するボールねじ機構は４組であることが好ましい。

　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。従来の型締装置の場合には、ボールナット２０、２０、…と可動盤１４の間にロードセルが設けられ、型締力が検出されるようになっている。しかしながら、本実施の形態に係る型締装置２においては、可動盤１４とボールナット２０、２０、…の間にロードセルはなく、これらは直接固定されている。

　ボールねじ１９、１９、…は、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。後の説明で明らかになるように、型締力を検出するためのロードセルの機能はボールねじ１９、１９、…と固定盤１３の接続部側に設けられている。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。

＜ボールねじと固定盤の接続＞
　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にベアリング機構２６が入れられている。段部２５にはベアリング機構２６を止める、ベアリング止め手段２８が設けられている。本実施の形態においてベアリング止め手段２８は、ロックナット２８からなる。ロックナット２８は段部２５の一部の範囲に形成された雄ねじに螺合している。
　このように、ベアリング止め手段は、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であることが好ましい。

　固定盤１３には環状のベアリング押さえ２９が、ボルト３５、３５、…によって固定されている。ベアリング機構２６はこのベアリング押さえ２９と、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、ベアリング機構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。

＜ロードセル＞
　本実施の形態に係るベアリング押さえ２９は、ロードセルを備えている。つまりベアリング押さえ２９自体がロードセルになっておりボールねじ１９に作用するスラスト荷重を検出するようになっている。ベアリング押さえ２９は、３個の部分から一体的に形成されている。すなわち、固定盤１３に対してボルト３５、３５、…によって固定される取付固定部３６と、ベアリング機構２６に接触するベアリング接触部３７と、取付固定部３６とベアリング接触部３７とを接続している接続部３８とから形成されている。

　接続部３８は図３に示されているように、取付固定部３６やベアリング接触部３７に比して薄肉に形成されている。具体的には、図３において左右両方の端面から削られて窪んだ形状を呈している。したがって、ボールねじ１９、１９、…と固定盤１３の間にスラスト荷重が作用して、ベアリング押さえ２９が弾性変形するとき、接続部３８において変形量が最も大きい。この接続部３８において、左右両方の窪みに歪みゲージ４１、４１、…が複数個貼付されている。従って、精度良く荷重を検出することができる。これら歪みゲージ４１、４１、…によってボールねじ１９、１９、…と固定盤１３の間に作用するスラスト荷重が検出される。

　このように、ベアリング押さえは、ボルトによって部材（第１の型盤）に固定される取付固定部と、ベアリング機構に接触するベアリング接触部と、前記取付固定部と前記ベアリング接触部とを接続している接続部と、から一体的に形成されており、ロードセルは前記接続部に設けられている歪みゲージから構成されていることが好ましい。
　また、前記接続部は、前記取付固定部と前記ベアリング接触部の少なくとも一方より薄肉に形成され、該薄肉に形成された部分に前記歪みゲージが設けられていることが好ましい。

　なお、本実施の形態に係る型締装置２には４組のボールねじ機構１８、１８、…が設けられているが、これら全てのボールねじ機構１８、１８、…においてロードセルを備えたベアリング押さえ２９を採用してもよいし、一部のボールねじ機構１８、１８、…にだけ採用してもよい。４組のボールねじ機構１８、１８、…の全てにロードセルを備えたベアリング押さえ２９、２９、…が採用されている場合、４個のベアリング押さえ２９、２９、…で検出されるスラスト荷重を合計すれば型締力が得られる。一方、例えば４組のボールねじ機構１８、１８、…のうち、１組のボールねじ機構１８にのみロードセルを備えたベアリング押さえ２９が採用されている場合には、ベアリング押さえ２９で検出されるスラスト荷重を４倍すれば型締力が得られる。

　本実施の形態に係るベアリング押さえ２９は、歪みゲージ４１、４１、…からなるロードセルを備えているので、ロードセルを別途用意する必要がなく、部品点数が少なくて済む。したがって、固定盤１３とボールねじ１９、１９、…との組み立ては容易であり、組立不良が起こる虞がない。

＜従来の型締装置＞
　図４には従来の型締装置５０が示されている。型締装置５０は、固定側金型６１が設けられる固定盤５１と、可動側金型６２が設けられる可動盤５２と、固定盤５１と可動盤５２を連結する４組のボールねじ機構５４、５４、…とから構成されている。ボールねじ機構５４、５４、…はボールねじ５６、５６、…とボールナット５７、５７と、を備えている。ボールねじ５６、５６は、ベアリング機構６４、ロックナット６５、ベアリング押さえ６７によって固定盤５１に対して回転可能に支持され、そしてサーボモータ５９、５９、…によって回転駆動されるようになっている。

　従来の型締装置５０においては、可動盤５２に対してボールナット５７、５７、…は直接固定されていない。すなわち、ロードセル６９、６９、…が別途必要であり、このロードセル６９、６９、…を介してボールナット５７、５７、…が可動盤５２に固定されている。このロードセル６９、６９、…によって型締力が検出されるようになっている。ロードセル６９、６９、…が別途必要になり部品点数が多いので、組立不良が発生することがあるという問題がある。

＜第２の実施の形態＞
　図５には、第２の実施の形態に係るベアリング押さえ２９Ａを備えた型締装置２の一部が示されている。第２の実施の形態に係るベアリング押さえ２９Ａも、固定盤１３に取付・固定される取付固定部３６と、ベアリング機構２６と接触するベアリング接触部３７と、取付固定部３６とベアリング接触部３７とを接続している接続部３８とから構成されている。しかしながら接続部３８は、図５において右方の端面からのみ削られた形状に形成されている。そして歪みゲージ４１、４１は左方の端面側にのみ貼付されている。この実施の形態に係るベアリング押さえ２９Ａによっても、ボールねじ１９と固定盤１３との間に作用するスラスト荷重を精度良く検出することができる。

＜他の変形例＞
　本実施の形態は色々な変形が可能である。ベアリング押さえ２９、２９Ａ（図３、図４参照）は、接続部３８が取付固定部３６とベアリング接触部３７に対して薄肉に形成されているように説明したが、必ずしも薄肉に形成する必要はない。薄肉にする方がスラスト荷重の検出の精度は高くなる効果が得られるが、肉厚を大きくするとベアリング押さえ２９、２９Ａの耐久性が向上する効果がある。ベアリング押さえ２９、２９Ａに貼付している歪みゲージ４１、４１、…の個数を変形することもできる。例えば歪みゲージ４１を１個だけ貼付するようにしてもよい。ベアリング止め手段２８（図３参照）として本実施の形態においてはロックナット２８が採用されているが、これを変形することもできる。例えば、ボールねじ１９、１９、…について、その一部の半径を大きくした拡径部を設けるようにすれば、この拡径部においてベアリング機構２６を止めることができる。

　本実施の形態に係る型締装置２（図２参照）の変形も可能である。型締装置２には４組のボールねじ機構１８、１８、…が設けられているように説明したが、ボールねじ機構１８、１８、…は２組であっても、あるいは３組であっても、さらには５組以上であってもよい。　

　図を用いて説明してきたように、本実施の形態に係るボールねじ機構が適用される産業機械は射出成形機であることが好ましく、前記射出成形機が型締装置を備え、ボールねじ機構は前記型締装置に設けられていることが好ましい態様の１つであるが、これに限られるものではない。
　本実施の形態に係るベアリング押さえ２９を備えたボールねじ機構１８は、上述の型締装置の他、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ベアリング押さえ２９を備えたボールねじ機構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、荷重の検出ができ、部品点数が少ないボールねじ機構、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２０２１－１９０７５０）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　　ベアリング機構
　２８　　ロックナット　　　　　　　２９　　ベアリング押さえ
　３０　　ステータ　　　　　　　　　３１　　ロータ
　３５　　ボルト　　　　　　　　　　３６　　取付固定部
　３７　　ベアリング接触部　　　　　３８　　接続部
　４１　　歪みゲージ　　　　　　　２９Ａ　　ベアリング押さえ
　　Ｂ　　ベッド 
　５０　　型締装置　　　　　　　　　５１　　固定盤
　５２　　可動盤　　　　　　　　　　５４　　ボールねじ機構
　５６　　ボールねじ　　　　　　　　５７　　ボールナット
　５９　　サーボモータ　　　　　　　６１　　固定側金型
　６２　　可動側金型　　　　　　　　６４　　ベアリング機構
　６５　　ロックナット　　　　　　　６７　　ベアリング押さえ
　６９　　ロードセル

Claims (16)

1. 　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設けられているベアリング止め手段と、
   　前記ボールねじを回転可能に支持するベアリング機構と、
   　ベアリング押さえと、を備え、
   　前記ベアリング押さえは、前記産業機械を構成する部材に固定され、前記ベアリング止め手段と前記ベアリング押さえとにより前記ベアリング機構を挟み込むことによって前記部材に前記ボールねじが回転可能に設けられており、
   　前記ベアリング押さえにはロードセルが設けられている、ボールねじ機構。
2. 　前記ベアリング押さえは、ボルトによって前記部材に固定される取付固定部と、前記ベアリング機構に接触するベアリング接触部と、前記取付固定部と前記ベアリング接触部とを接続している接続部と、から一体的に形成されており、前記ロードセルは前記接続部に設けられている歪みゲージから構成されている、請求項１に記載のボールねじ機構。
3. 　前記接続部は、前記取付固定部と前記ベアリング接触部の少なくとも一方より薄肉に形成され、該薄肉に形成された部分に前記歪みゲージが設けられている、請求項２に記載のボールねじ機構。
4. 　前記ベアリング止め手段は、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である、請求項１～３のいずれか１項に記載のボールねじ機構。
5. 　前記産業機械は射出成形機である、請求項１～４のいずれか１項に記載のボールねじ機構。
6. 　前記射出成形機は型締装置を備え、前記ボールねじ機構は前記型締装置に設けられている、請求項５に記載のボールねじ機構。
7. 　第１、２の型盤と、
   　前記第１、２の型盤を連結する複数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設けられているベアリング止め手段と、
   　前記ボールねじを回転可能に支持するベアリング機構と、
   　ベアリング押さえと、を備え、
   　前記ベアリング押さえは、前記第１の型盤に固定され、前記ベアリング止め手段と前記ベアリング押さえとにより前記ベアリング機構を挟み込むことによって前記第１の型盤に前記ボールねじが回転可能に設けられており、
   　前記ベアリング押さえにはロードセルが設けられている、型締装置。
8. 　前記ベアリング押さえは、ボルトによって前記第１の型盤に固定される取付固定部と、前記ベアリング機構に接触するベアリング接触部と、前記取付固定部と前記ベアリング接触部とを接続している接続部と、から一体的に形成されており、前記ロードセルは前記接続部に設けられている歪みゲージから構成されている、請求項７に記載の型締装置。
9. 　前記接続部は、前記取付固定部と前記ベアリング接触部の少なくとも一方より薄肉に形成され、該薄肉に形成された部分に前記歪みゲージが設けられている、請求項８に記載の型締装置。
10. 　前記ベアリング止め手段は、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である、請求項７～９のいずれか１項に記載の型締装置。
11. 　前記第１、２の型盤を連結する前記ボールねじ機構は４組である、請求項７～１０のいずれか１項に記載の型締装置。
12. 　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の型盤を連結する複数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設けられているベアリング止め手段と、
    　前記ボールねじを回転可能に支持するベアリング機構と、
    　ベアリング押さえと、を備え、
    　前記ベアリング押さえは、前記第１の型盤に固定され、前記ベアリング止め手段と前記ベアリング押さえとにより前記ベアリング機構を挟み込むことによって前記第１の型盤に前記ボールねじが回転可能に設けられており、
    　前記ベアリング押さえにはロードセルが設けられている、射出成形機。
13. 　前記ベアリング押さえは、ボルトによって前記第１の型盤に固定される取付固定部と、前記ベアリング機構に接触するベアリング接触部と、前記取付固定部と前記ベアリング接触部とを接続している接続部と、から一体的に形成されており、前記ロードセルは前記接続部に設けられている歪みゲージから構成されている、請求項１２に記載の射出成形機。
14. 　前記接続部は、前記取付固定部と前記ベアリング接触部の少なくとも一方より薄肉に形成され、該薄肉に形成された部分に前記歪みゲージが設けられている、請求項１３に記載の射出成形機。
15. 　前記ベアリング止め手段は、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である、請求項１２～１４のいずれか１項に記載の射出成形機。
16. 　前記第１、２の型盤を連結する前記ボールねじ機構は４組である、請求項１２～１５のいずれか１項に記載の射出成形機。

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