(57)【要約】【課題】ボールネジ機構のボール当接面（転送面）に水素脆性剥離が発生することを可及的に抑止すること。【解決手段】成形運転の駆動源としてのサーボモータと、該サーボモータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構を備えた成形機において、ボールネジ機構のナット体のボール当接面またはネジ軸のボール当接面の少なくとも一方に、例えば四三酸化鉄皮膜よりなる酸化膜を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形運転の駆動源としてのサーボモータと、該サーボモータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構を備えた成形機において、
前記ボールネジ機構のナット体のボール当接面またはネジ軸のボール当接面の少なくとも一方に、酸化膜を形成したことを特徴とする成形機。
【請求項２】
請求項１に記載において、
前記酸化膜は、四三酸化鉄皮膜であることを特徴とする成形機。
【請求項３】
請求項１または２に記載において、
前記サーボモータの回転を前記ボールネジ機構の回転部に伝達するタイミングベルトを帯電防止用ベルトとしたことを特徴とする成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機やダイカストマシンなどの成形機に係り、特に、成形運転の駆動源としてサーボモータを採用し、該サーボモータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構を備えた成形機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サーボモータ駆動式の射出成形機などの成形機においては、型開閉動作や射出動作などを行わせるために、サーボモータの回転をボールネジ機構によって直線運動に変換し、この直線運動を被駆動部材に伝えて、被駆動部材を直線移動させるようになっている。
【０００３】
上記のボールネジ機構は、その耐久寿命として、１往復動を１回の稼動として（すなわち、１ショットの動作を１回の稼動として）、通常、数百万回程度の稼動回数は最低保証されるのが、一般的である。
【０００４】
ところが、負荷容量（駆動トルク）の大きい型開閉用サーボモータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構において、上記の耐久寿命に至る前に（例えば、場合によっては４０万回程度の稼動回数で）ボールネジ機構が破損するという不具合が発生することが報告された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のボールネジ機構の破損の要因は、ボールネジ機構に破損が生じてしまった後では正確に把握しづらく、ボールネジ機構に用いられるグリースが要因なのか、あるいは他の要素が要因なのかが定かではなく、その要因解析と、それに対する対策を講じることが求められた。
【０００６】
そこで、本願発明者らは種々検討の結果、グリースを種々のものに変えてもボールネジ機構に急激な摩耗が生じることから、また、型開閉系のボールネジ機構において急激な摩耗が生じることから、破損の生じる前に型開閉系のボールネジ機構の観察、測定を行った。この結果、型開閉系のボールネジ機構における急激な摩耗の発生は、水素脆性剥離が要因であることを解明した。
【０００７】
水素脆性剥離とは、過大荷重、振動、急加減速などの過酷な使用条件下では、どうしてもころがりだけでなく、ナット体やネジ軸のボール当接面（転送面）とボール間にすべりが多くなり、活性な新生面の生成によりトライボケミカルな反応が促進され、グリース中の水分の分解による水素の発生、水素の鋼中への侵入によるミクロ組織の変化、亀裂の発生から脆性剥離に至ると考えられるものである。この水素脆性剥離は、鋼の転送面（転送部）に水素脆性剥離の前兆としての白色組織変化とクラックが発生することや、鋼の転送面（転送部）の水素含有量の増大などによって、確認することができる。
【０００８】
実際、本願発明者らの検討では、型開閉系のボールネジ機構を数１０万回程度稼動させた後に、ボールネジ機構のナット体における負荷側転送部（ボールが押し付けられる側の転送部）を断面観察した結果、未剥離部の０．１５〜０．２０深さに白色組織変化とクラックとが見出され、また、クラックは枝状となり深さｍｍ方向に進展していることが観察された。さらに、型開閉系のボールネジ機構のナット体の転送部における残留水素量を測定した結果、非負荷側転送部では、残留水素量は０．６３ｐｐｍであったが、負荷側転送部では、残留水素量は１．５５ｐｐｍで、これは水素脆性剥離を引き起こすのに充分な値であることが確認された。なお、ナット体の負荷側転送面の残留応力を測定した結果、ナット体の負荷側転送面に加わった応力は、約２３００ＭＰａであると推測され、この程度の応力であると、通常であれば、早期の剥離や組織変化を引き起こす可能性は極めて低い。
【０００９】
上記したように、型開閉系のボールネジ機構のナット体側に水素脆性剥離が集中する所以は、型開閉用サーボモータの負荷容量（駆動トルク）が大きく、この負荷容量の大きい型開閉用サーボモータの回転をボールネジ機構に伝達するために使用している高強度のタイミングベルトに、５万Ｖ程度の大きな静電気が発生しており、このため、高強度のタイミングベルトからの回転が伝達されるナット体側にマイナスの直流電圧が発生して、プラスに電荷した水素イオン（Ｈ＋）が引き寄せられるためであると、推測される。また、ナット体の負荷側転送部に水素が起因する白色組織が生成される所以は、非負荷側転送部の残留水素量よりも、負荷側転送部の残留水素量が多いためと考えられる（すなわち、最大剪断応力がかかる負荷側転送部に水素の発生量が多く、かつ、最大剪断応力がかかるので水素が内部に拡散しやすいためと考えられる）。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、成形運転の駆動源としてのサーボモータと、該サーボモータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構を備えた成形機において、ボールネジ機構のボール当接面（転送面）に水素脆性剥離が発生することを可及的に抑止し、以って、ボールネジ機構の耐久信頼性を保証することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するために、成形運転の駆動源としてのサーボモータと、該サーボモータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構を備えた成形機において、ボールネジ機構のナット体のボール当接面またはネジ軸のボール当接面の少なくとも一方に、例えば四三酸化鉄皮膜よりなる酸化膜を形成した、構成をとる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）に係る射出成形機における、型開閉用サーボモータとそれによって駆動されるボールネジ機構を示す図である。
【００１４】
図１において、１はボールネジ機構で、ナット体２と、ネジ軸３と、ボール４とが備えられており、ナット体２は、図示せぬ軸受を介して図示せぬ保持盤に回転可能に支持されており、このナット体２には、プーリ部２ａが一体に形成されている。ネジ軸３は、前後進運動のみが可能なように保持されており、ナット体２の回転によりネジ軸３が前進または後退し、これによって型開閉動作を行うようになっている。５は型開閉用サーボモータで、その出力軸５ａに固着した小プーリ６と、ナット体２のプーリ部２ａとには、タイミングベルト７が掛け渡されており、これによって、型開閉用サーボモータ５の回転がナット体２に伝達されるようになっている。
【００１５】
本実施形態では、ナット体２およびネジ軸３にはＳＣＭ系合金鋼が用いられ、ボール４にはベアリング鋼（ＳＵＪ系合金鋼）が用いられている。タイミングベルト７としては、炭素含有率が小さく帯電防止効果は期待できないものの、強度に対する信頼性の高い、高強度のタイミングベルトを採用している。
【００１６】
本実施形態では、前記した水素脆性剥離を防止するために、ナット体２の表面全体に四三酸化鉄皮膜よりなる酸化膜を形成してある。四三酸化鉄皮膜よりなる酸化膜は、ナット体２をアルカリ水溶液（水溶液の主成分は水酸化ナトリウムで、これに酸化剤として硝酸ナトリウムなどを添加したもの）中に浸漬することで形成され、その膜厚は数μｍ程度である。なお、四三酸化鉄皮膜よりなる酸化膜は、ナット体２のボール当接面（転送面）のみに形成すれば十分であるが、このようにナット体２のネジ軸形成面（内周面）のみに皮膜を形成することはかえって面倒であるので、製造上の理由からナット体２の表面全体に四三酸化鉄皮膜よりなる酸化膜を形成してある。
【００１７】
図２は、本実施形態のボールネジ機構１における稼動回数と、グリース中の鉄粉濃度との関係を示す図である。図２に示すように、本実施形態では、５３．５万回の稼動回数において、鉄粉濃度は０．０２％ｗｔであり、殆ど摩耗が生じていないと見なされる値である。この５３．５万回の稼動回数において、ボールネジ機構１を分解して、ナット体２の負荷側転送部の状態を確認したところ、何ら異常は認められなかった（白色組織やクラックは全く認められなかった）。また、図２において、稼動回数が６０．３万回で鉄粉濃度は０．８％ｗｔとなっているが、これはボールネジ機構１における通常の初期摩耗であると考えられ、この程度の数値は、実用上全く問題となる鉄粉濃度ではない。図２の試験結果では、１００万回の手前までしか示されていないが、６０．３万回から９０．８万回までの鉄粉濃度は０．１０％ｗｔ未満で安定して推移していることから、１０００万回程度の稼動回数は保証できるであろうと予想される。
【００１８】
図３は、ナット体２に酸化膜を形成していないことを除き、他の条件は本実施形態と同様のボールネジ機構１における稼動回数と、グリース中の鉄粉濃度との関係を示す図である。図３に示すように、２０．５万回の稼動回数において、鉄粉濃度は０．７４％ｗｔであり、この稼動回数２０．５万回の時点でボールネジ機構１を分解して、ナット体２の負荷側転送部の状態を確認したところ、白色組織およびクラックの発生が認められ、ナット体２の負荷側転送部に水素脆性剥離の兆候があることが確認された。なお、稼動回数２０．５万回以降の実験は、ボールネジ機構１が破損してしまうと、ナット体２の断面解析などができなくなるので、中止している。
【００１９】
以上の図２、図３の実験結果の対比から明らかなように、本実施形態においては、水素脆性剥離の発生を可及的に抑止することが可能となり、過大荷重、振動、急加減速などの過酷な使用条件下で用いられるボールネジ機構であっても、その耐久性能を十分に保証することが可能となる。
【００２０】
なお、上述した実施形態では、四三酸化鉄皮膜よりなる酸化膜をナット体２側に形成してあるが、ネジ軸３にサーボモータの回転がタイミングベルトを介して伝達される構成においては、四三酸化鉄皮膜よりなる酸化膜をネジ軸３側に形成するようになせばよい。また、場合によっては、ナット体２とネジ軸３の双方に四三酸化鉄皮膜よりなる酸化膜を形成してもよい。
【００２１】
また、上述した実施形態では、酸化膜として四三酸化鉄皮膜を例にとったが、四三酸化鉄皮膜以外にも緻密で耐摩耗性があって、水素の鋼中への侵入を阻止する酸化膜であれば、四三酸化鉄皮膜に代替することも可能である。
【００２２】
また、上述した実施形態では、炭素含有率が小さな高強度のタイミングベルトを用いているが、炭素含有率の大きい帯電防止用ベルトを採用すると、水素イオン（Ｈ＋）の発生そのものが抑止できることが大いに期待でき、ボールネジ機構のボール当接面（転送面）に酸化膜を形成することと併せれば、より一層、ボールネジ機構における水素脆性剥離の発生をなくすことができる。
【００２３】
また、上述した実施形態では、射出成形機の型開閉系のボールネジ機構を例にとったが、射出成形機の射出系のボールネジ機構や、ダイカストマシンの型開閉系のボールネジ機構などにも、本発明が適用可能であることは言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、成形運転の駆動源としてのサーボモータと、該サーボモータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構を備えた成形機において、ボールネジ機構のボール当接面（転送面）に水素脆性剥離が発生することを可及的に抑止可能となり、以って、ボールネジ機構の耐久信頼性を保証するが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、型開閉用サーボモータとそれによって駆動されるボールネジ機構を示す説明図である。
【図２】図１のボールネジ機構における、稼動回数とグリース中の鉄粉濃度との関係を示す説明図である。
【図３】従来のボールネジ機構における、稼動回数とグリース中の鉄粉濃度との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ボールネジ機構
２  ナット体
２ａ  プーリ部
３  ネジ軸
４  ボール
５  型開閉用サーボモータ
５ａ  出力軸
６  小プーリ
７  タイミングベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004345317.tif 000005