JP3950306B2 - ボールねじ装置及び同装置を備えた射出成形機 - 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
【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
Claims (6)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 請求項２のボールねじ装置において、前記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。
- 射出成形機の射出スクリュの直進射出駆動用に、請求項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。
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