(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホッパに供給された樹脂の可塑化を行う可塑化装置と、該可塑化装置により溶融された溶融樹脂の射出量の計量を行う計量装置と、該計量装置により計量された前記溶融樹脂を金型間に形成されたキャビティに押し出して射出させる射出装置とを備え、前記計量装置は前側支持フレームと後側支持フレームにより支持されたタイバーにより進退自由に支持された支持プレートに配置され、前記射出装置は前記後側支持フレームに配置されており、前記射出装置の駆動源である射出駆動用モータの回転駆動力を直線駆動力に変換するボールネジ軸とナットとにより構成されるボールネジユニットのナットの片端部が前記支持プレートに支持されたことにより、前記ナットで変換した前記直線駆動力により前記支持プレートに配置された前記計量駆動装置を進退させる射出成形機において、前記ボールネジユニットの回転数を速くして射出速度の高速化を実現する高速射出成形機であり、
前記ボールネジユニットを構成するボールネジ軸を細くしてボール径を小さくし、ナットにおける回路の総有効巻き数を増やすことによりナットの全長を長くし、該ナットの全長は前記ボールネジユニットを構成するボールネジ軸とナットとの関係において前記ボールネジ軸外径の４倍以上の長ナットとし、該長ナットは巻数の異なる複数のナットを組み合わせて成り、
該長ナットの前端部及び後端部には夫々フランジが形成されており、前記長ナットの一端部である前端部フランジは前記タイバーに進退自由に配置した前記支持プレートに支持固定され、前記長ナットの他端部である後端部フランジは前記タイバーにより進退自由に支持されたガイドプレートを設けて支持したことを特徴とする高速射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型を用いて成形物を形成する射出成形機に関し、特に冷却時間が短い薄肉の成形物を主に形成するために射出速度を速くしたハイサイクル型射出成形機において、射出成形機を構成する射出装置に備えられたボールネジユニットのナットの長さを長くして射出速度を速くしたことにより撓み易くなった前記ナットの重量を支える機構を設けることにより射出装置の精度を向上させ、もって射出量や射出時間などの精度を向上させた射出成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から用いられている一般的な射出成形機においては、ホッパに供給された原料でペレットと称される粒状の熱可塑性樹脂を加熱シリンダ内に送り、加熱シリンダ内に設けられたスクリュウの回転により前記熱可塑性樹脂を溶融しながら計量し、スクリュウの先端側に設けられたノズルから金型装置の型締め時に形成されるキャビティに前記スクリュウの前進により溶融樹脂を射出させて充填し、キャビティ内で冷却固化させた後、金型装置を開き、エジェクトピンなどにより金型内に貼りついている成形物を金型から取り外すことにより成形物が成形されている。
【０００３】
このようなプラスチック成形品などの成形物を形成する射出成形機は、その構成を大別すると概ね型締めユニットと射出ユニットから構成されており、型締めユニットは一般的に固定金型と可動金型を備えており、可動金型をトグル機構若しくは直圧方式などの型締めを可能とする可動手段によって固定金型に対して可動金型を進退させ、型締めの際は金型を閉じ、型開きの際は金型を開くようになっている。
【０００４】
一方、型締めユニットに配置した金型の型締め時に形成されたキャビティに前述の粒状の熱可塑性樹脂を溶融させて供給する前記射出ユニットは、原料である粒状の熱可塑性樹脂を供給するホッパと、供給された熱可塑性樹脂を溶融する可塑化装置と、溶融させた樹脂を計量する計量装置と、計量された樹脂を前記金型に形成されたキャビティに射出して充填する射出装置とで構成されている。
【０００５】
こうした中で、前記射出ユニットには動力源たるモータなどの駆動手段を備えてあり、モータの回転駆動力をプーリやベルトなどを介して順次伝達させ、回転駆動力を直線駆動力に変換するボールネジユニットなどにより、加熱シリンダ内でスクリュウを回転と進退させることにより前記熱可塑性樹脂を溶融しながら送り出し、計量を行った後、金型間に形成したキャビティに射出するようになっている。
【０００６】
続いて、特許文献１には射出成形機における射出駆動装置が次のように提案されている。図６に示す射出ユニット１０の前方の前側支持フレーム７と後方の後側支持フレーム６が複数のタイバー８により連結され、タイバー８の前端が前側支持フレーム７に固定され、タイバー８の後端が後側支持フレーム６に固定され、タイバー８には支持プレート６０が移動自在に装着されている。前側支持フレーム７の中央には加熱シリンダ２２の基部が固定され、その内部にはスクリュウ２３が回転及び前後移動自在に挿着され、また、スクリュウ２３の基部は加熱シリンダ２２の基部より後方に突出されている。後側支持フレーム６には射出駆動用回動部材４９がベアリング軸受け５１を介して回動自在に嵌挿されている。射出駆動用回動部材４９の内部にはボールネジユニット７０のボールネジ軸７１の基部７３が挿通され、射出駆動用回動部材４９と固定されている。射出駆動用回動部材４９の後側に突出するボールネジ軸７１の基部の後端寄りには射出用プーリ４７が固定され、該プーリ４７は図示しないベルトを介して図示しない射出駆動用モータが連結されている。支持プレート６０には計量駆動用回動部材３５がベアリング軸受け３６を介して回動自在に嵌挿されている。計量駆動用回動部材３５の後端側にはボールネジ軸７１の前端部を挿通する挿入穴３７が設けられている。計量駆動用回動部材３５の前端寄りには計量用プーリ３４が固定され、図示しないベルトを介して図示しない計量駆動用モータが連結されている。計量駆動用回動部材３５の前端寄りには加熱シリンダ２２の基部より後方に突出されている前記スクリュウ２３の基部が嵌挿されている。支持プレート６０にはボールネジユニット７０のナット７２の前端部に形成したフランジ７７が固定されている。
【０００７】
また、前記射出ユニット１０のボールネジ軸７１の内部には軸方向に沿って前端より後端まで貫通孔３８が穿設されている。
【０００８】
前述の特許文献１によれば、ボールネジユニット７０のボールネジ軸７１は後端側が後側支持フレーム６に回動自在に嵌挿された射出駆動用回動部材４９と固定され、中間部は支持プレート６０に固定されたナット７２と螺合され、前端部は計量駆動用回動部材３５に設けられた挿入穴３７の内部に挿通している。また、前記ボールネジ軸７１と螺合するナット７２は前端が支持プレート６０に固定されているが、その後端は前記ボールネジ軸７１と螺合しており支持固定されていない。これによりナット７２は螺合したボールネジ軸７１の回転駆動力を直線運動に変換し、ナット７２が固定されている支持プレート６０が進退すると共に、該支持プレート６０に回動自在に設けられた計量駆動用回動部材３５が進退することにより前記計量駆動用回動部材３５に嵌挿されたスクリュウ２３を前記加熱シリンダ２２内で進退させることが出来る。また、ナット７２と螺合したボールネジ軸７１が回転してナット７２が進退すると、ボールネジ軸７１の前端が計量駆動用回動部材３５に設けられた挿入穴３７の内部で進退して、前記挿入穴３７内の空気が圧縮或いは膨張されるときは前記穿設された貫通孔３８から吸排気可能としている。
【０００９】
【特許文献１】特開平１−２７９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記従来技術によれば、前記射出ユニットにおいて、射出駆動用モータの回転駆動力は後側支持フレームに回動自在に設けられた射出駆動用回動部材を介して、該回動部材に連結されたボールネジユニットのボールネジ軸の後端に伝達され、前記ボールネジ軸の中間部は前側支持プレートに支持された前記ナットと螺合している。一方、前記ナットの前端は前記タイバーに進退自由に配置された前記支持プレートに支持固定されているが、後端は前記ボールネジ軸７１と螺合しているが支持されていない。
【００１１】
こうした中で、射出速度を上げて成形物を形成するサイクルタイムを短縮するためにボールネジユニットの回転を速くすると、ボーネジユニットの許容回転数を規制するＤｍ・Ｎ値を越えてしまう場合がある。ここでＤｍ・Ｎ値について説明を加える。Ｄｍ値はボールネジ軸の円周方向に螺旋状に形成されたボール溝に鋼球であるボールが配置された状態において、個々のボールの中心を結んだボール中心円の直径（ミリ）であり、Ｎ値は回転数（回転／分）である。したがってＤｍ・Ｎ値とは前記ボール中心円径と前記回転数を乗じた値で、ボール中心円の周速を表すものである。ボールネジユニットの選定に当たっては使用回転数が許容Ｄｍ・Ｎ値以上にならないようにすることが必要である。射出速度を高速にするためにボールネジ軸の回転数であるＮ値を上げると前記Ｄｍ・Ｎ値を超えてしまうので、Ｎ値を上げた分に相当するだけＤｍ値を引き下げることが必要となる。このＤｍ値を引き下げる手段としては、ボールネジ軸の外径を細くしてボール中心円径も小さくすることが必要となる。しかし、前記細くしたボールネジ軸の周囲に従来と同じ間隔で形成したボール溝に従来と同じボール径のボールを配置すれば同じ回路数のナットに配置できるボールの数は減ってしまうこととなる。前記ボールの数が減るとボールネジユニットにおいて螺合しているボールとナット、或いはボールネジ軸に形成したボール溝と接触するボールの総接触面積が減ってしまうこととなる。
【００１２】
前記ボールの総接触面積が減ると回転駆動力を直線運動に変換するボールネジユニットのボール１個当たりの軸方向負荷が増加してしまい、ボールネジユニットの耐久性を表す基本動定格荷重（Ｃａ）が減少する。前記ボール１個当たりの軸方向荷重が増えるとボールの回転は軋み、前記螺合するボールネジユニットの回転駆動力を直線運動に変換する力の伝達効率は低下すると共に、軸方向負荷が増えることにより該ボールネジユニットの磨耗が進むなどの問題が生ずる。射出成形機においては該ボールネジユニットの基本動定格荷重（Ｃａ）が減少することにより射出ユニットの負荷容量が不足するといった問題が発生する。こうしたことから、単にボール中心円径であるＤｍ値を下げるだけでは問題が解決できないため、前記ボールネジユニットにおけるボールの総接触面積を回復する手段として、ボールの直径を大きくしてボール１個当たりの接触面積を広げる方法が考えられるが、従来よりも高速に回転するボールネジ軸においてボールの直径を大きくすると次のような問題を発生する。まずボールネジユニットにおけるボールの動作について説明する。ボールネジユニットのナットにおいて、ボールはボールネジ軸とナットに形成されたボール溝を回転しながら該ナット内におけるボールネジ溝の終点へと進み、続いてナットに設けられたリターンチューブの先端に到達する。次に前記ボールはこのリターンチューブの先端により転がりながら掬い上げられてリターンチューブの中を通過して前記ボール溝の始点に戻り、またボール溝を転がりながら進むといった動作を繰り返している。この様な中で、従来よりも高速に回転させながら直径を大きくしたボールを使用すると、前記ボールは前記リターンチューブの先端に勢いよく衝突することとなり、前記リターンチューブ先端のボール掬い上げ部が磨耗し、破損し易くなる。該破損した破片がリターンチューブやボール溝内に入ってしまうと前記破片がボールに当たりボールの転がりを阻害してボールネジユニットの滑らかな動きが損なわれると共にリターンチューブの破損が加速してボールやボール溝にも破損箇所が広がり故障して使えなくなるといった問題があり実用的な方法とはいえない。また、従来のボール径のままで高速回転させる場合も前述と同様な問題がある。これは従来と同じボール径でも高速回転することによりボールが前記リターンチューブのボール掬い上げ部に対しては回転数が速くなった分だけ高速に衝突することになりリターンチューブの破損が起き易くなりボールネジユニットの耐久性を大きく低下させてしまうことによる。以上の理由からボールネジユニットではＤｍ・Ｎ値の許容値が設定されている。ボールネジユニットに使用するボールの直径が大きい場合は許容Ｄｍ・Ｎ値は小さくなり、ボールの直径が小さくなると許容Ｄｍ・Ｎ値は大きくなるがこれにも一定の限界がある。
【００１３】
前述のような背景から、前記回転数を速くすることでリターンチューブ先端のボール掬い上げ部に衝突する衝撃が増加するのを緩和するためには、ボールネジユニットに配置されるボール径を小さくすると、ボール１個当たりの接触面積が減ると共にボールの総接触面積が減ってしまう。このためボールネジユニットに配置するボールの数を増やすことによりボールの総接触面積を引き上げることにより基本動定格荷重（Ｃａ）と射出ユニットの負荷容量を賄う方法が有効といえる。具体的には、前述のようにボール径を従来の大きさより小さくすると共に、ボールネジユニットに周回してボールの回転を案内するナットの回路数を増やすことによりボールの数を増やすことが可能となる。また、ボール径を小さくすることでボールネジ溝が配列するピッチを狭くすることも可能となり、前記ナットの回路数の密度を引き上げることによりボールの数を増やすことも可能となる。しかし、ナットの回路数を増やすと該ナットの全長が長くなりナットは撓み易くなる。
【００１４】
このようにして前記ナットを長くすることにより、前記支持されていないナットの後端側が重さにより撓み、その先端側が垂れ下がることが懸念される。これにより前記ナットの重量が、後側支持フレームに設けられ前記ボールネジ軸を回動自由に支える前記回動部材の軸受けなどに荷重としてかかり前記ベアリングなどの軸受けに設けられた適度なクリアランスを圧迫し、ボールネジユニット内に配置されるボールがボール溝を転がりながら進み、個々のナットに設けられた回路を周回してリターンチューブを通り元のボール溝に戻る動作を行うにおいて、ボール溝内で前記ボールの滑らかな回転を妨げると共に、前記荷重によるボールネジ軸の撓みや歪によりボールネジ軸とベアリング軸受けとが傾斜することによる寸法精度の低下やナットとの軋みが無視できない状況となってしまうといった問題に波及することが懸念される。
【００１５】
また、特許文献１に提案された射出成形機の射出ユニットは、給排気孔を設けたとしているが、射出速度を上げて成形物を形成するサイクルタイムを短縮するために貢献する技術とは言い難い。
【００１６】
本発明は、前述の従来技術において、射出装置のボールネジユニットに着目し、前記射出ユニットにおけるボールネジユニットのボールネジ軸径とボール径を小さくすると共にボールが螺合して回転するナットの回路数を増やして前記射出ユニットの射出速度の高速化を図り、前記回路数を増やすことによりナットの全長が長くなり、前記ナットの支持されていない後端側が重さにより撓み、その先端側が垂れ下がることを防止するために、前記ナットが支持されていない後端部の重量を支える機構を追加して配置することにより、前記ナットの後端側の荷重により生ずるボールネジ軸の撓みや歪によりボールネジ軸やベアリング軸受けが傾斜することにより寸法精度が低下してしまうことや、ボールネジ軸とナットとの軋みなどを大幅に軽減して射出ユニットの動作を滑らかにして、ボールネジユニットで変換して得られる直進駆動力を高速可能とすることにより射出速度を上げて成形物を形成するサイクルタイムを短縮する射出ユニットを備えた高速射出成形機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明における高速射出成形機は、ホッパに供給された樹脂の可塑化を行う可塑化装置と、該可塑化装置により溶融された溶融樹脂の射出量の計量を行う計量装置と、該計量装置により計量された前記溶融樹脂を金型間に形成されたキャビティに押し出して射出させる射出装置とを備え、前記計量装置は前側支持フレームと後側支持フレームにより支持されたタイバーにより進退自由に支持された支持プレートに配置され、前記射出装置は前記後側支持フレームに配置されており、前記射出装置の駆動源である射出駆動用モータの回転駆動力を直線駆動力に変換するボールネジ軸とナットとにより構成されるボールネジユニットのナットの片端部が前記支持プレートに支持されたことにより、前記ナットで変換した前記直線駆動力により前記支持プレートに配置された前記計量駆動装置を進退させる射出成形機において、前記ボールネジユニットの回転数を速くして射出速度の高速化を実現する高速射出成形機であり、
前記ボールネジユニットを構成するボールネジ軸を細くしてボール径を小さくし、ナットにおける回路の総有効巻き数を増やすことによりナットの全長を長くし、該ナットの全長は前記ボールネジユニットを構成するボールネジ軸とナットとの関係において前記ボールネジ軸外径の４倍以上の長ナットとし、該長ナットは巻数の異なる複数のナットを組み合わせて成り、
該長ナットの前端部及び後端部には夫々フランジが形成されており、前記長ナットの一端部である前端部フランジは前記タイバーに進退自由に配置した前記支持プレートに支持固定され、前記長ナットの他端部である後端部フランジは前記タイバーにより進退自由に支持されたガイドプレートを設けて支持したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の構成によれば、この高速射出成形機の計量装置は前側支持フレームと後側支持フレームにより支持されたタイバーにより進退自由に支持された支持プレートに配置され、射出装置は前記後側支持フレームに配置されている。また、前記射出装置の駆動源である射出駆動用モータの回転駆動力を直線駆動力に変換するボールネジ軸とナットとにより構成されるボールネジユニットを備えており、前記ボールネジユニットを構成する前記ナットの両端を前記支持プレートとガイドプレートにより支持して前記ナットと螺合する前記ボールネジ軸の回転を滑らかとした該ボールネジユニットは、該ナットを巻数の異なる複数のナットを組み合わせた長ナットとし、該長ナットの全長をボールネジ軸外径の４倍以上とすることにより該ボールネジユニットが対応可能とする回転数を大幅に引き上げることが出来る。また、前記長ナットの片端部が前記支持プレートに支持されたことにより、前記射出駆動モータの回転駆動力を受けてボールネジ軸が回転し、前記支持プレートに回動不可に支持された前記長ナットが回転駆動力を前記直線駆動力に変換することにより前記支持プレートに配置された前記計量駆動装置の進退運動を行える構成となっている。更に、この高速射出成形機には前記タイバーにより進退自由に支持されたガイドプレートを新たに設けて前記ナットの他端部も支持したことにより、ボールネジユニットのナットを前記支持プレートとガイドプレートの２箇所により支えることが出来るので、従来よりも重いナットや撓み易くなった長ナットも高速射出成形機に取り付けることが出来ると共に、前記撓み易いナットなどの撓みを大幅に緩和することが出来るので前記ナットと螺合する前記ボールネジ軸におけるナットの撓みによる影響も抑えられ、ボールネジ軸の回転も滑らかとなり、ボールネジユニットは高速回転に容易に対応することが出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の高速射出成形機によれば、この高速射出成形機には、前記射出装置の駆動源である射出駆動用モータの回転駆動力を直線駆動力に変換するボールネジ軸とナットとにより構成されるボールネジユニットを設け、前記ボールネジユニットを構成する前記ナットの両端を前記支持プレートとガイドプレートにより支持して、前記ナットと螺合する前記ボールネジ軸の回転を滑らかとし、該ナットを巻数の異なる複数のナットを組み合わせた長ナットとし、該長ナットの全長をボールネジ軸外径の４倍以上としたことにより該ボールネジユニットが対応可能とする回転数を大幅に引き上げることが出来ると共に、前記ボールネジユニットを備えた射出成形機の高速射出を容易に実現することが出来る。更にボールネジユニットの長ナットの重量をタイバーにより進退自由に設けた支持プレートと、本発明により新たに設けたガイドプレートの２箇所で支持したことにより、ボールネジユニットの重量は前記支持プレートとガイドプレートにより支えられ、長ナットが長くなり重量により撓むことを防止すると共に、ナットの撓みを防止することにより、該長ナットの撓みによりボールネジ軸に荷重がかかることを防止することが出来るのでボールネジ軸の回転を滑らかにすることが出来る。また、ボールネジ軸を支える前記射出用回動部材のベアリング軸受けにも長ナットの荷重負荷がかからなくなる。これにより、従来のように前記回動部材に長ナットの重量がかかり該回動部材を回動自由に支持するベアリングなどの軸受けに設けられた適度なクリアランスを圧迫し、滑らかな回転を妨げると共に、前記長ナットの重量による撓みと重量影響を受けたボールネジ軸の撓みや歪によりボールネジ軸やベアリング軸受けが傾斜して寸法精度が低下してしまうことや、ボールネジ軸とナットとの軋みなどによりボールネジの高速駆動が出来ないといった問題を解消すると共に、ホールネジユニットの動作を滑らかにし、ボールネジユニットの高速駆動を可能とすることにより射出速度を上げて成形物を形成するサイクルタイムを短縮することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図１〜図５により以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反さない範囲で、実施例において説明した以外のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。
【００２１】
図１は本発明の一実施例を示す射出成形機の全体側面を示す説明図であり、図２は本発明の一実施例を示す射出成形機における射出ユニットを示す断面説明図である。図３は本発明の一実施例を示す射出成形機における射出ユニットを背面から見た説明図である。
【００２２】
まず、射出成形機の概略構成について図１及び図３を参照しながら以下に説明する。
【００２３】
図１には、機台２上に図の左側に型締めユニット１００が、また右側に射出ユニット１０が配置され、該型締めユニット１００には固定金型１０３と可動金型１０４を備えており図１は前記金型を閉じた状態を示している。前記型締めユニット１００には可動ダイプレート１２２に取り付けた可動金型１０４を固定金型１０３に対して進退させ、型締めの際は金型を閉じ、及び型開きの際は金型を開くようにしている。
【００２４】
また、前記型締めユニット１００に配置した固定金型１０３と可動金型１０４を型締め装置１０２により型締めして形成されたキャビティ１０１に前述の粒状の熱可塑性樹脂を溶融させ、ノズル２４から射出して供給する前記射出ユニット１０は、原料である粒状の熱可塑性樹脂を供給するホッパ２０と、供給された熱可塑性樹脂を溶融する可塑化装置２１と、溶融させた樹脂を搬送し、計量する計量装置３０と、計量された樹脂を前記金型に形成されたキャビティ１０１に射出して充填する射出装置４０とが構成されている。
【００２５】
こうした中で、前記射出ユニット１０には動力源たる計量駆動用モータ３１や射出駆動モータ４１、４２などの駆動手段を備えてあり、前記計量駆動用モータ３１の回転駆動力を、第１のプーリ３２から計量駆動用タイミングベルト３３を介して、第２のプーリ３４へと伝達され、更に支持プレート６０に配置された計量駆動用回動部材３５へと伝えられる。続いて、前記計量駆動用回動部材３５に連結され、且つ可塑化装置２１内の加熱シリンダ２２に配置されたスクリュウ２３へと順次伝達させ加熱シリンダ２２内でスクリュウ２３を回転させる。
【００２６】
また、射出装置４０側においては射出駆動用モータ４１、４２の回転駆動軸に備えられた第３のプーリ４３、第４のプーリ４４から射出駆動用タイミングベルト４５、４６を介して第５のプーリ４７へと順次伝達させ、前記射出駆動用モータ４１、４２の回転駆動力は後側支持フレーム６に図示しないベアリング軸受け５１により回動自在に軸支された射出駆動用回動部材４９に伝達される。続いて、該回動部材４９に連結され回転駆動力を直線駆動力に変換するボールネジユニット７０のボールネジ軸７１に回転駆動力は伝達される。これにより図５に示す該ボールネジユニット７０のボールネジ軸７１とナット７２に形成されたボール溝７６にボール７５が回転しながら周回移動することでナット７２は直線駆動力に変換される。続いて、図１に示す該ナット７２は前側支持フレーム７と後側支持フレーム６に支持された前記タイバー８により進退自由に支持された支持プレート６０により支持されており、前記変換されたナット７２の直線駆動力により前記支持プレート６０はナット７２の駆動力により軸線方向に進退する。また、前記支持プレート６０に配置した計量駆動用回動部材３５と連結されたスクリュウ２３は加熱シリンダ２２内で該支持プレート６０と連動して軸線方向に進退させることにより、前記可塑化装置２１と計量装置３０により熱可塑性樹脂を溶融しながらノズル２４の先端側に搬送し、計量を行った前記溶融樹脂を、金型間１０３、１０４に形成したキャビティ１０１に射出するようになっている。
【００２７】
更に、前記射出ユニットにおけるボールネジユニットの配置について図２及び図３を参照しながら以下に説明する。
【００２８】
図２に示す射出ユニット１０の背面には図３に示すように、その両脇（図３では左右）に射出駆動用モータ４１、４２が配置され、その回転駆動力は第３のプーリ４３、第４のプーリ４４や射出駆動用タイミングベルト４５，４６を介して図２に示す後側支持フレーム６にベアリング軸受け５１により回動自在に設けられた射出成形用回動部材４９に伝達される。これにより、該回動部材４９に連結されたボールネジユニット７０のボールネジ軸７１の後端に、図３に示す前記射出駆動用モータ４１、４２の回転駆動力は確実に伝達される。このボールネジ軸７１の前端は、前側支持フレーム７と前記後側支持フレーム６とを連結して固定された４本のタイバー８にガイドされ進退自由に配置された支持プレート６０に前記ナット７２を介して回動自在に軸支されている。また、前記ナット７２の前端は前述の通り前記タイバー８に進退自由に配置された前記支持プレート６０に支持固定されていると共に、後端は同じく４本の前記タイバー８に孔部８１で嵌挿して進退自由に配置されたガイドプレート８０により支持されている。これにより、前記ナット７２の重量は前記支持プレート６０とガイドプレート８０の２箇所により支えられ、前記ボールネジ軸にナット７２の荷重負荷かがかかることはない。また、前記射出駆動用モータ４１、４２の回転駆動力は前記射出成形用回動部材４９を介してボールネジ軸７１に伝達され、これを取り囲む前記ナット７２との間の各々に形成された図５に示すボール溝７６の間を鋼球のボール７５が転がりながら繰り返し通過することで、ボールネジ軸７１に対してナット７２がスムーズに進退し直線駆動力に変換される。従って、従来のように前記ナット７２の前端は前述の通り前記タイバー８に進退自由に配置された前記支持プレート６０に支持固定されながら後端が支持されずナット７２がその重量で撓みを生じることで、この撓みの影響により前記回動部材４９に設けられたベアリング軸受け５１などに荷重がかかり該ベアリング軸受け５１に設けられた適度なクリアランスを圧迫し、滑らかな回転を妨げると共に、前記荷重により生ずるナット７２の重量による撓みや歪によりボールネジ軸７１やベアリング軸受け５１が影響を受けて傾斜することにより寸法精度が低下してしまうことや、ボールネジ軸７１とナット７２との軋みなどによりボールネジユニット７０の高速駆動が出来ないといった問題を解消すると共に、ホールネジユニット７０の動作を滑らかにし、ボールネジユニット７０の高速駆動を可能とすることにより射出速度（Ｖ）を上げて図示しない成形物を形成するサイクルタイムを短縮することが出来る。
【００２９】
これにより、前記ナット７２の直線駆動力は前記支持プレート６０に伝達されると共に、前記支持プレート６０に設けられた計量駆動用回動部材３５を前記直線駆動力により進退自由としている、更に、前記計量駆動用回動部材３５は前述の計量駆動用モータ３１の回転駆動力も伝達可能に設けられていることから、該計量駆動用回動部材３５に連結され、加熱シリンダ２２内に配置されたスクリュウ２３は、計量駆動用モータ３１の回転駆動力により回転動作を行うと共に、図示しない射出駆動モータの回転駆動力を前記ボールネジユニット７０により直線駆動力に変換されたことで進退動作も併せて行うことが出来る。
【００３０】
続いて、図４、図５により、射出成形機の射出速度を上げて成形物を形成するサイクルタイムを短縮するためのボールネジユニットについて以下に説明する。図４は射出成形機に一般的に用いられているボールネジユニットを示す図であり、図５は射出速度を上げるために変更したボールネジユニットを示す面である。
【００３１】
図６に示す従来の一般的な電動式射出成形機の前記射出ユニット４０を構成するボールネジユニット７０は、ナット７２の前側端部が支持プレート６０に支持され固定されているが後側の端部は前記ボールネジ軸７１と螺合しているが支持されてはいない。この射出成形機（図示略）において、溶融樹脂を計量するスクリュウ２３の外径は６８ミリで該射出成形機の性能を示す最大射出圧力は１６６．６メガパスカルであり、該射出成形機は射出速度（Ｖ）が２００ミリ／秒に設定されている。この射出成形機において溶融樹脂を図示しない金型内に形成したキャビティに射出させるときの最大負荷は次の式で表される。最大負荷＝（最大射出圧力）×（スクリュウの断面積）となり、前記射出成形機は（１６６．６メガパスカル）×（３，６３０平方ミリ）≒６０５０００ニュートンの最大負荷を有した装置である。また、該最大負荷は言い換えると前記射出成形機においてスクリュウ２３を前進させて溶融樹脂を押し出す前進推力に相当する最大軸方向荷重でもある。この射出成形機の射出ユニット１０に配置されるボールネジユニット７０は図４のようなものが用いられている。前述のように図４に示す７１はボールネジ軸であり、７２はナットであり、該ナット７２は複数のナット７４を組み合わせて成ることが多い。また、ボールネジ軸７１とナット７４には鋼球で形成されたボール７５が配置可能なボール溝７６が設けてある。図４に示す実施例においては１個のナット７４の内周側に配置されたボール溝７６の回路数（以下、ナットの回路数と略す）（ｋ）は２．５巻きが２個と３．５巻きが２個組み合わされたものであり、合計１２巻きの総有効巻き数（Ｋ）をもって配置されている。また、このボールネジユニット７０は基本動定格荷重（Ｃａ）が１５０００００ニュートン、即ち１５３０００キログラムフォース、許容Ｄｍ・Ｎ値が５３０００の仕様のものが使われている。ボールネジ軸の最大回転数（Ｎ）は射出速度（Ｖ）が２００ミリ／秒でボールネジの溝ピッチ（Ｌ）が３５ミリであることから、３４３回転／分である。従って、Ｄｍ・Ｎ値は（１５４）×（３４３）≒５２８３０となり許容範囲内に入っている。また、個々の寸法はボールネジ軸の外径（Ｄ）が１５０ミリ、ボール径（ｄ）は２２．２２ミリ、ボールネジの溝ピッチ（Ｌ）は３５ミリ、ボールネジユニット７０の内部に配置したボール７５の中心円径（Ｄｍ）は１５４ミリで、このナット７２の全長（Ｗ）は５９０ミリである。因みに、このボールネジユニット７０におけるナットの全長（Ｗ）に対するボールネジ軸の外径（Ｄ）の比は、（Ｗ）／（Ｄ）＝５９０÷１５０＝３．９３倍である。
【００３２】
ここで、射出速度（Ｖ）を２００ミリ／秒から３００ミリ／秒に上げて射出速度（Ｖ）の高速化を行うに際しては、射出成形機１においても元となる前述の実施例に示す従来機の基本性能を低下させるわけにはいけない。したがって、射出装置４０の性能を表す射出ユニット側１０の最大射出圧力１６６．６メガパスカルは変えないことが前提となる。また、スクリュウの外径６８ミリも変えないことにより、ボールネジユニット７０においてスクリュウ２３の前進推力となる最大負荷、言い換えればボールネジユニット７０における最大軸方向荷重の６０５０００ニュートンも変更をしないこととなる。従って、前記ボールネジユニット７０の基本動定格荷重Ｃａの１５０００００ニュートンも維持しながら、これらの条件下で射出速度（Ｖ）を高速化する必要がある。従って、ボールネジユニット７０の構成を見直して射出速度（Ｖ）を２００ミリ／秒から３００ミリ／秒に引き上げる最大ボールネジ回転数（Ｎ）を速くし、速くした前記ボールネジ回転数（Ｎ）に見合うようにボールネジ軸７１の径（Ｄ）を細くし、これによりボール７５の中心円径（Ｄｍ）も小さくする。また、高速に回転させるにはボール径（ｄ）も小さくすることで実現を果たした。以下にその条件を説明する。
【００３３】
図５は本発明における射出速度（Ｖ）を２００ミリ／秒から３００ミリ／秒としたボールネジユニット７０の構成を示す説明図である。ボールネジ軸径（Ｄ）は１５０ミリから１２５ミリに、前記ボール７５の中心円径（Ｄｍ）は１５４ミリから１２７ミリに細くし、ボール径（ｄ）を２２．２２ミリから１９．０５ミリに小さくしている。ボール径（ｄ）を小さくすることにより、許容Ｄｍ・Ｎ値を５３０００から７７０００まで引き上げることが出来た。許容Ｄｍ・Ｎ値が大きくなったことと中心円径（Ｄｍ）が小さくなったことにより、ボールネジ軸７１の許容最大回転数（Ｎ）は（７７０００）÷（１２７）≒６０６回転／分となり、従来のボールネジ軸７１の回転数の３４３回転／分から６０６回転／分に引き上げることが可能となる。すなわち射出速度（Ｖ）の３００ミリ／秒を得るにはボールネジの溝ピッチ（Ｌ）は３０ミリとしボールネジ軸７１の回転数を６００回転／分とすればよいことになる。この条件を満たすボールネジユニット７０の回路構成は、総回路数（Ｋ）が１２巻きから１５．５巻きにと多くし、個別のナット７４の回路数（ｋ）は２．５巻きの回路が２回路と３．５巻きの回路が３回路とした。このボールネジユニット７０は前記ボール径（ｄ）を１９．０５ミリと小さくすることが出来たのでボールネジ溝ピッチ（Ｌ）は３５ミリから３０ミリのものとしてボール７５の数を増やすことが出来た。この結果、ナットの長さは５９０ミリが６２０ミリと１．０５倍長くなり、更にボールネジ軸径（Ｄ）に対するナット７２の長さ（Ｗ）の比は従来の（５９０）÷（１５０）≒３．９３倍が（６２０）÷（１２５）≒４．９６倍となり、ボールネジ軸７１の太さ（Ｄ）に対するナット７２の長さ（Ｗ）の比が（４．９６）÷（３．９３）≒１．２６倍も増加したが、従来の基本性能を維持しながら最大射出速度は２００ミリ／秒から３００ミリ秒に高速化を実現することが出来た。
【００３４】
前述の図５に示すボールネジユニット７０はナット７２の長さが１．０５倍長くなり、ボールネジ軸径（Ｄ）に対するナット７２の全長（Ｗ）の比も１．２６倍長くなったことを受けて、従来よりも細いボールネジ軸７１に対してナット７２の重量の荷重負荷が増大している。これにより図６の従来例のように前記射出成形機におけるボールネジユニット７０は、このボールネジユニット７０を射出成形機の射出ユニット１０に配置すると、次のような問題が懸念される。即ち、前記射出ユニット１０においては、ボールネジ軸７１の後端は後側支持フレーム６に設けられた射出駆動用回動部材４９によって支持されているが前端寄りはナット７２と螺合するだけで支持されていない。また、前記ナット７２の前端はフランジ７７に形成した取り付け孔（図示略）によりネジ（図示略）で前記タイバー８に進退自由に配置した前記支持プレート６０に支持固定されているが、ナット７２の後端は、ナット７２を貫通して回動する前記ボールネジ軸７１と螺合しているに過ぎない。このため、前述のように射出速度（Ｖ）を上げて成形物を形成するサイクルタイムを短縮するために、ボールネジユニット７０のナット７２を長くした結果、ボールネジ軸７１に対して相対的な重量が増してしまい、前記ナット７２が撓み、この撓みを受けたボールネジ軸７１が傾斜し、これを支える後側支持フレーム６に設けられた射出駆動用回動部材４９のベアリング軸受け５１に設けられた適度なクリアランスを圧迫し、滑らかな回転を妨げると共に、前記荷重により生ずるボールネジ軸７１の撓みや歪によりボールネジ軸７１やベアリング軸受け５１が傾斜することにより寸法精度が低下してしまうことや、ボールネジ軸７１とナット７２との軋みなどが無視できない状況となる。前記長くなり相対的な重量増加による荷重負荷により撓みを生じ易くなったナット７２は、従来のように支持プレート６０に前端のみを支持固定させるだけでなく、新たにガイドプレート８０を前記支持プレート６０と同様にダイバー８進退自由に設けて、これに前記ナット７２の他端部を支持させることとした。
【００３５】
このような結果に基づき、前記長くなり重量が増したナット７２の重量を支持するために図２に示す射出ユニット１０において、前記タイバー８に進退自由に形成したガイドプレート８０を設けると共に、図５に示すナット７２の両端にフランジ７７と取り付け孔７８を設け、前記ナット７２の一方は図２の前記タイバー８に進退自由に配置した支持プレート６０にネジ７９で支持固定すると共に、他の一方は前記設けたガイドプレート８０とナット７２に設けたフランジ７７の取り付け孔７８によりネジ７９で支持固定する構成とした。
【００３６】
以上のように本実施例によれば、冷却された金型１０３、１０４間に設けられキャビティ１０１に成形物１３０の冷却時間が短い薄肉の成形物１３０を主に形成するに際し、溶融樹脂が冷却固化する前にキャビティ１０１内に射出して充填する必要から、射出速度（Ｖ）を速くして必要な溶融樹脂を短時間に射出することが出来るハイサイクル射出成形機１を実現するために、従来の射出成形機１の基本性能である型締め力、及び最大射出圧力とスクリュウ２３の外径（Ｄ）は変更しないこととすることでスクリュウ２３の前進推力となる最大負荷も維持、及びボールネジユニット７０の基本動定格荷重（Ｃａ）と、各々を維持しながら射出速度（Ｖ）を速める手段として、前記射出成形機１を構成する射出ユニット１０に設けられたボールネジユニット７０の構成を見直して射出速度（Ｖ）を引き上げる最大ボールネジ回転数（Ｎ）を速くするため、該速くするボールネジ回転数（Ｎ）に見合うようにボールネジ軸の径（Ｄ）を細くし、これによりボールの中心円径（Ｄｍ）も小さくした。また、高速に回転させるにはボール径（ｄ）も小さくすることで最大射出速度を従来の２００ミリ／秒から３００ミリ／秒に引き上げることが出来た。
【００３７】
しかし、射出速度を速くすることにより、ボールネジユニット７０のボールネジ軸の径は１５０ミリから１２５ミリに細く、逆にナットは５９０ミリから６２０ミリと長くすることが必要となった。この結果、ボールネジユニット７０のナット７２の長さ（Ｗ）がボールネジ軸７１の径（Ｄ）に対して４．９６倍と従来の３．９３倍に対して１．２６倍もナット７２のボールネジ軸径（Ｄ）に対してナット７２の長さ（Ｗ）が長くなった。
【００３８】
前記長くなりボールネジ軸７１の径（Ｄ）との比が４．９６と大きくなり撓み易くなったナット７２を支えるため、前記ボールネジユニット７０のナット７２の重量をタイバー８により進退自由に設けた支持プレート６０と、本発明により新たに設けたガイドプレート８０の２箇所で支持したことにより、ボールネジユニット７０の重量は前記支持プレート６０とガイドプレート８０により支えられ、ナット７２が長くなり重量により撓むことを防止すると共に、ナット７２の撓みを防止することにより、該ナット７２の撓みによりボールネジ軸７１に荷重がかかることを防止することが出来るのでボールネジ軸７１の回転を滑らかにすることが出来る。また、ボールネジ軸７１を支える前記射出用回動部材４９のベアリング軸受け５１にもナット７２の荷重負荷がかからなくなる。これにより、従来のように前記回動部材４９にナット７２の重量がかかり前記回動部材４９を回動自由に支持するベアリングなどの軸受け５１に設けられた適度なクリアランスを圧迫し、滑らかな回転を妨げると共に、前記ナット７２の重量による撓みと重量影響を受けたボールネジ軸７１の撓みや歪によりボールネジ軸７１やベアリング軸受５１けが傾斜して寸法精度が低下してしまうことや、ボールネジ軸７１とナット７２との軋みなどによりボールネジユニット７０の高速駆動が出来ないといった問題を解消すると共に、ホールネジユニット７０の動作を滑らかにし、ボールネジユニット７０の高速駆動を可能とすることにより射出速度（Ｖ）を２００ミリ／秒から  ３００ミリ／秒と１．５倍に射出速度（Ｖ）を上げて成形物１３０を形成するサイクルタイムを短縮することが出来た。
【００３９】
また、前記ボールネジユニット７０を構成するボールネジ軸７１とナット７２の関係において、該ナット７２の全長はボールネジ軸外径（Ｄ）の４倍以上であることにより、前記ボールネジユニット７０を構成する前記ナット７２の両端を前記支持プレート６０とガイドプレート８０により支持して前記ナット７２と螺合する前記ボールネジ軸７１の回転を滑らかとした。更に該ボールネジユニット７０は、該ナット７２の全長をボールネジ軸外径の４倍以上としたことにより該ボールネジユニット７０が対応可能とする回転数を大幅に引き上げることが出来ると共に、前記ボールネジユニット７０を備えた射出成形機１の高速射出を容易に実現することが出来た。
【００４０】
以上、本実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、ボールネジユニット７０のナット７２は複数のナット７４を組み合わせて取り付けやすくするナットホルダー（図示略）に取り付けるなどの変更は可能であり、また、熱可塑性樹脂を射出成形するための射出成形機に限らず、類似機構を有し、金型に形成したキャビティ１０１に溶融金属を射出して充填するダイカスト成形機などにも応用可能など前記実施例に限定されるものではなく、適宜選定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例における射出成形機の全体を示す側面説明図である。
【図２】本発明の一実施例おける射出ユニットの断面を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施例における射出ユニットの背面を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施例において射出成形機で一般に用いられるボールネジユニットを示す説明図である。
【図５】本発明の一実施例において射出成形機の射出速度を上げるために変更したボールネジユニットを示す説明図である。
【図６】従来の射出成形機における射出ユニットの側面を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  射出成形機
６  後側支持フレーム
７  前側支持フレーム
８  タイバー
２０  ホッパ
２１  可塑化装置
３０  計量装置
４０  射出装置
４１，４２  射出駆動用モータ
４９  射出駆動用回動部材
６０  支持プレート
７０  ボールネジユニット
７１  ボールネジ軸
７２  ナット
８０  ガイドプレート
１０１  キャビティ
１０３，１０４  金型
１３０  成形物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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