JP2000291770A - ボールねじ - Google Patents

ボールねじ

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JP2000291770A
JP2000291770A JP9527099A JP9527099A JP2000291770A JP 2000291770 A JP2000291770 A JP 2000291770A JP 9527099 A JP9527099 A JP 9527099A JP 9527099 A JP9527099 A JP 9527099A JP 2000291770 A JP2000291770 A JP 2000291770A
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JP
Japan
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ball
load
balls
screw
ball screw
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Application number
JP9527099A
Other languages
English (en)
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Masahiro Nobutomo
雅弘 信朝
Toshiaki Enzo
俊明 圓増
Kimito Ushida
公人 牛田
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/37Loose spacing bodies
    • F16C33/3713Loose spacing bodies with other rolling elements serving as spacing bodies, e.g. the spacing bodies are in rolling contact with the load carrying rolling elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動射出成形機や電動プレス機のように、高
負荷容量のボールねじが要求される用途において、負荷
容量を落とすことなく、低速領域におけるボールの摩耗
を抑えて動トルクの増大を防止することのできるボール
ねじを提供することである。 【解決手段】 ナット8の内部のボールねじ溝31、3
1’に多数のボール32を収納してなるボールねじにお
いて、上記のボール32を負荷ボールと、該負荷ボール
より小径のスペーサボールとにより形成し、上記の各ボ
ールを1つのスペーサボールが2つの負荷ボール間に介
在されるように配列した構成であり、上記ボールねじ溝
31、31’のリードLに対しねじ軸7又はナット8の
揺動ストロークHがH≦3×Lの関係にある用途に限定
的に使用することとした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電動射出成形
機、電動プレス機等の高負荷荷重で使用頻度の高い揺動
部に使用されるボールねじに関するものである。
【0002】
【従来の技術】射出成形機やプレス機には、従来の油圧
駆動方式に代えてボールねじを使用するケースが増えて
きている。これらのケースは、高荷重を加える油圧シリ
ンダーをボールねじに置き換えたものであるため、ボー
ルねじには高負荷荷重に耐えうる負荷容量が要求され
る。ボールねじの負荷容量を上げるためには、軸径やボ
ール径を大きくしたり、ボールが転動するボール溝の曲
率を小さくしたり、また多条ねじ化により循環数を増や
してナット内のボール数を増やす等の手段が考えられ
る。
【0003】工作機に使用されるボールねじにおいて
は、ナットのストロークHがボールねじ溝のリードLに
対して十分に大きい数値、すなわち、H>3×Lとなっ
ているので、上記のような対策で負荷容量を上げること
ができた。しかし、ナットのストロークHがリードLに
対して小さい数値、すなわち、H≦3×Lの条件下で、
繰返し高負荷荷重を受けて使用される用途においては、
ナット内のボールの揺動運動に伴い隣接するボール相互
間の摩擦力が増加し、動トルクの増大やボールの早期摩
耗の原因となる問題があった。
【0004】通常の定圧予圧のボールねじのナットを揺
動で使用すると、図4(a)に示すように、ねじ軸側の
ボールねじ溝の転走面41とナット側のボールねじ溝の
転走面42の間に介在されたボール43が全て同一径で
あって全てのボール43が負荷を支持する、いわゆる総
負荷形式の場合は、ボール43が全て同一方向に回転す
るため、隣接するボール43の相互間に摩擦増大領域4
4が存在する。その結果、動トルクが増大したり、転走
面41、42が摩耗しやすくなる。
【0005】この問題を避けるために、特に研削盤や放
電加工機のように揺動で使用されるボールねじにおいて
は、図4(b)に示すように、負荷ボール43の間に径
の僅かに小さいスペーサボール43aを1つおきに介在
されるように配列したスペーサボール形式を採用し、隣
接するボール43,43a間の回転方向が逆になるよう
にして摩擦力の緩和領域45を形成し、動トルクの低減
を図ると共に、ボール43、43aやボールねじ溝の転
走面41、42の摩耗を緩和することが行われる。
【0006】一方、電動射出成形機の射出部、型締め
部、エジェクト部や、電動プレス機等に使用されるボー
ルねじは、高負荷容量が要求されることや、すきま品の
ボールねじのため、負荷がなくなるとボール相互の摩耗
が緩和されることにより、従来から総負荷玉形式が採用
されていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】電動射出成形機の型締
め部や射出部、電動プレス機等に使用されるボールねじ
の代表的なサイクル線図を図5に示す。駆動範囲は、ボ
ールねじのリードLに対し、ストロークHがH≦3×L
の範囲で使用される場合が多い。同図の「荷重線図」、
及び「速度線図」で示すように、1回の駆動でボールね
じは無負荷状態から停止状態まで負荷荷重が増大し、停
止時に最大荷重を受ける。電動射出成形機では、これが
樹脂の射出や金型の型締め工程にあたる。次に、ボール
ねじを逆方向に駆動すると、負荷も減少し、完全に負荷
がなくなると、内部のボールへの負荷がゼロとなるか
ら、隣接するボール相互の競り合いもなくなり、動トル
クの増大もなくなるはずである。
【0008】しかし、最大荷重が負荷されるのがボール
ねじの停止時であり、また、モータの減速領域ではボー
ルねじの回転数がゼロに近い極低速状態であるため、ボ
ールと転走面間に油膜が形成され難くなり、ボール間の
摩擦が大きくなり動トルクの増大を招くことになる。
【0009】この発明は、電動射出成形機や電動プレス
機のように、高負荷容量のボールねじが要求される用途
において、負荷容量を落とすことなく、特に低速領域に
おけるボールの摩耗を抑えて動トルクの増大防止を図る
ようにしたボールねじを提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明は、ねじ軸とナットにそれぞれ形成され
た対向するボールねじ溝の間に多数のボールを転動自在
に収容してなるボールねじにおいて、上記ボールを負荷
荷重を支持する負荷ボールと、該負荷ボールより小径の
スペーサボールとにより形成し、上記の各ボールを1つ
のスペーサボールが2つの負荷ボール間に介在されるよ
うに配列してなり、上記ボールねじ溝のリードLに対し
上記ねじ軸又はナットの揺動ストロークHがH≦3×L
である用途に限定的に使用されるようにしたものであ
る。
【0011】上記負荷ボールとスペーサボールの数の比
が1:1、2:1、3;1、4:1のいずれかに設定さ
れた構成をとること、或いは上記負荷ボールとスペーサ
ボールとの径差を、最大荷重時に当該スペーサボールに
負荷が生じるように設定した構成をとることができる。
【0012】また、上記のボールねじの用途を、電動射
出成形機、電動プレス機等における高負荷荷重で使用頻
度の高い箇所の揺動部に限定した構成をとることもでき
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいてこの発
明の実施形態を説明する。図1に示した実施形態は電動
式射出成形機に関し、特にその射出部1と型締め部2に
関するものである。
【0014】射出部1は加熱シリンダー3内に挿入され
た押出しスクリュー4をその軸線方向に進退させる部分
であって、減速機とモータとからなる回転駆動源5を有
し、その駆動軸にボールねじ6のねじ軸7を結合してい
る。ねじ軸7に嵌合されたナット8は円筒状の連結部材
9の内径面に一体化されている。連結部材9の一端は押
出しスクリュー4の後端に連結され、その押出しスクリ
ュー4とねじ軸7とが同心状に配置される。
【0015】上記の押出しスクリュー4は加熱シリンダ
ー3の内部で軸受10により回転自在かつ進退自在に支
持され、加熱シリンダー3の外部に露出した後端部にセ
レーション11が形成される。そのセレーション11の
部分に歯車12がかみ合わされ、更にその歯車12にか
み合わされた歯車13を介して、押出しスクリュー4の
回転駆動源14に連結される。加熱シリンダー3の上部
に材料供給用のホッパー15が設けられ、また加熱シリ
ンダー3の外周面にヒータ16が装着される。
【0016】上記のホッパー15内の樹脂材料は回転駆
動源14により押出しスクリュー4を回転させることに
より前方に送られ、ヒータ16により加熱溶融される。
射出部1の回転駆動源5を駆動してボールねじ6のねじ
軸7を回転させると、ナット8及びこれと一体の連結部
材9が前進し、その連結部材9に連結された押出しスク
リュー4を前進させ、加熱シリンダー3内の溶融樹脂を
先端のノズル17から固定盤18内に注入する。樹脂の
注入を終えると、回転駆動源14により押出しスクリュ
ー4を樹脂材料の送り出し方向に回転させ、樹脂材料を
送り出すと共に、連結部材9とナット8の回転により押
出しスクリュー4を後退させ、次の押出しに備えさせ
る。
【0017】一方、前記の型締め部2は、固定台19に
軸受21を介してボールねじ22のナット23を回転自
在に支持せしめ、そのナット23にモータと減速装置と
からなる回転駆動源24の回転駆動力をベルト25によ
り該ナット23に伝達する。そのナット23にねじ軸2
6が嵌合され、そのねじ軸26の先端に可動盤27が連
結される。可動盤27は前記の固定盤18と固定台19
との間に設けられた案内バー28によりスライド自在に
支持され、固定盤18に対し接近・離反するようになっ
ている。固定盤18と可動盤27との対向面に金型2
9、29’が搭載される。また、可動盤27には、図示
を省略しているが、成形された製品を突き出すための突
き出しピンが出没自在に設けられている。
【0018】上記の型締め部2は、その回転駆動源24
の回転によりナット23を回転させ、これによりねじ軸
26と共に可動盤27を固定盤18の方向に前進させる
ことにより金型29、29’の型締めを行う。また逆転
させることにより可動盤27を後退させ、金型29、2
9’を開放して成形製品を突き出す。
【0019】上述の射出部1及び型締め部2のボールね
じ6、22は同様の構造であるので、ボールねじ6を選
んで次に詳述する。
【0020】図2に示すように、ボールねじ6のねじ軸
7の外周にねじ溝31が形成されると共に、ナット8の
内周面に上記のねじ溝31に対向したねじ溝31’が形
成される。
【0021】ナット8のねじ溝31’の両端は図示を省
略した循環路でつながっている。上記のねじ溝31、3
1’及び循環路に多数のボール32が組み込まれる。
【0022】上記のボール32は、図3(a)に示すよ
うに、ねじ軸7のボールねじ溝31とナット8のボール
ねじ溝31’に接して負荷を支持する負荷ボール32a
と、これより僅かに小径で両方の溝31、31’に接す
ることなく、負荷ボール32aとのみ接するスペーサボ
ール32bを混合して収納したものである。負荷ボール
32aとスペーサボール32bの数の比は、図3(a)
の場合は1:1であり、両方のボール32a,32bは
1つ置きに配列される。図3(b)の場合上記の比は
2:1であり、2個の負荷ボール32aごとに1個のス
ペーサボール32bが配列される。更に、図3(c)の
場合は3:1であり、3個の負荷ボール32aごとに1
個のスペーサボール32bが配列される。
【0023】なお、図示を省略しているが4:1の比を
とることもできる。
【0024】図3(a)から(c)において、各ボール
32a,32bの回転方向を矢印で示し、摩擦緩和領域
34aと摩擦増大領域34bを示す。ボール32a,3
2bの比が1:1から4:1までの範囲では、スペーサ
ボール32bの介在による摩擦の緩和効果があるが、そ
れ以上の比になると摩擦増大領域34bが多くなるた
め、摩擦の緩和効果が減殺される。
【0025】具体的な例を示すと次の通りである。但
し、負荷ボール32aとスペーサボール32bの径差
を、最大荷重が加わった時にスペーサボール32bに負
荷が生じるように選択した。
【0026】ねじ軸7の径d=φ63、リードL=16
mm,ボール径Dw=1/2インチ、負荷荷重F=20
t、負荷ボールとスペーサボールの数の比=2:1、ス
ペーサボール径差=80μm。
【0027】なお、図示を省略しているが、図3(a)
から(c)に示したように、スペーサボール32bを混
合したスペーサボール形式のボールねじは、電動プレス
機のプレスヘッド駆動装置に用いることができる。
【0028】以上の実施形態のボールねじは、ナットが
固定でねじ軸が揺動するようになっているが、反対にね
じ軸が固定でナットが揺動する場合であっても同様であ
る。
【0029】
【発明の効果】以上のように、この発明のボールねじ
は、電動射出成形機や電動プレス機等の高負荷の用途に
おいて、負荷時の動トルクの増大を防ぎ、駆動モータの
負荷の増大を抑えることができる。また、ボール相互の
摩擦が軽減されるので、ボールの発熱や摩耗を防止し、
ボールねじの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の電動式射出成形機の断面図
【図2】同上のボールねじの一部断面図
【図3】(a)から(c) 同上のボールの配列の諸例
の説明図
【図4】(a)(b) 従来例のボールの配列の説明図
【図5】ボールねじの代表的なサイクル線図
【符号の説明】 1 射出部 2 型締め部 3 加熱シリンダー 4 スクリュー 5 回転駆動装置 6 ボールねじ 7 ねじ軸 8 ナット 9 連結部材 10 軸受 11 セレーション 12 歯車 13 歯車 14 回転駆動源 15 ホッパー 16 ヒータ 17 ノズル 18 固定盤 19 固定台 21 軸受 22 ボールねじ 23 ナット 24 回転駆動源 25 ベルト 26 ねじ軸 27 可動盤 28 案内バー 29、29’ 金型 31、31’ ねじ溝 32 ボール 32a 負荷ボール 32b スペーサボール 34a 摩擦緩和領域 34b 摩擦増大領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B29C 45/66 B29C 45/66 (72)発明者 牛田 公人 静岡県磐田市東貝塚1578番地 エヌティエ ヌ株式会社内 Fターム(参考) 4E090 AA01 AB01 BA02 BB04 CC04 CC10 HA07 4F202 CA11 CK41 CL39 4F206 JA07 JD03 JL02 JT38

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ねじ軸とナットにそれぞれ形成された対
    向するボールねじ溝の間に多数のボールを転動自在に収
    容してなるボールねじにおいて、上記ボールを負荷荷重
    を支持する負荷ボールと、該負荷ボールより小径のスペ
    ーサボールとにより形成し、上記の各ボールを1つのス
    ペーサボールが2つの負荷ボール間に介在されるように
    配列してなり、上記ボールねじ溝のリードLに対し上記
    ねじ軸又はナットの揺動ストロークHがH≦3×Lであ
    る用途に限定的に使用されることを特徴とするボールね
    じ。
  2. 【請求項2】 上記負荷ボールとスペーサボールの数の
    比が1:1、2:1、3;1、4:1のいずれかに設定
    されたことを特徴とする請求項1に記載のボールねじ。
  3. 【請求項3】 上記負荷ボールとスペーサボールとの径
    差を、最大荷重時に当該スペーサボールに負荷が生じる
    ように設定したことを特徴とする請求項1又は2に記載
    のボールねじ。
  4. 【請求項4】 上記の用途が電動射出成形機、電動プレ
    ス機等における高負荷荷重で使用頻度の高い箇所の揺動
    部に限定されていることを特徴とする請求項1から3の
    いずれかに記載のボールねじ。
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