(57)【要約】【課題】ねじ軸やナットのねじ溝の表面に損傷が生じにくい上、高速駆動及び高加減速が可能なボールねじ及びその使用方法を提供する。【解決手段】ボールねじ１は、ねじ溝２ａを有するねじ軸２と、ねじ溝３ａを有するナット３と、両ねじ溝２ａ，３ａにより形成されるボール転動路６に装填された複数のボール４と、を備えている。このボールねじ１が受ける主荷重は、スクリューからボールねじ１に向く方向の荷重のみにほぼ限定されており、その反対方向を向く荷重は殆ど受けないようにボールねじ１は使用される。そして、ボールねじ１には、ナット３の軸方向両端部のうちスクリューが配されている側とは反対側の端部に、主荷重とは反対方向を向く荷重をナット３に付加する荷重付加部１０を取り付けてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数のボールと、を備え、駆動時に受ける主荷重が軸方向一方を向く荷重のみとなるように使用されるボールねじにおいて、
ストロークの端部に位置する前記ナットが前記主荷重を受けるように前記ねじ軸に対して相対移動し始める際に、前記主荷重とは反対方向を向く荷重を前記ナットに付加する荷重付加手段を備えることを特徴とするボールねじ。
【請求項２】
前記荷重付加手段は、前記主荷重とは反対方向の付勢力を発生させるバネを備えていることを特徴とする請求項１に記載のボールねじ。
【請求項３】
螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数のボールと、を備えるボールねじを、駆動時に受ける主荷重が軸方向一方を向く荷重のみとなるように使用するに際して、前記主荷重とは反対方向を向く荷重を前記ナットに付加することを特徴とするボールねじの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボールねじ及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、射出成形機は、成形品の薄肉化や射出成形機の電動化等に伴って、射出速度（射出成形機のスクリューの駆動速度）が高速化している。これに伴い、電動モータの回転運動をスクリューの直線運動に変換するボールねじも、高速化を要求されている。特許文献１には、ボールの負荷バランス等を考慮できるボール循環用部品を備え、接線掬い上げによりボールを円滑に循環させる高速用ボールねじが開示されている。
【０００３】
また、スクリューは数トンの大きな推力で駆動されるため、スクリューを駆動するボールねじには大きなトルクが負荷される。そのため、プーリーによる減速が必要であり、特に減速比が大きい場合には、プーリーの大型化による慣性モーメントの増加が、ボールねじの高速化や高加減速化に対して障害となる。特許文献２には、電動モータやボールねじを複数個設けて、ボールねじ１個当たりの負荷荷重を低下させた電動式射出成形機が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−８３５１９号公報
【特許文献２】特開２０００−１０８１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、射出成形機に使用されるボールねじにおいては、図５に示すように、駆動時に負荷される主荷重が軸方向の一方向（スクリューからボールねじに向く方向）の荷重に限定される。そのため、図６に示すように、ねじ軸やナットに形成されているねじ溝の表面のうち主荷重を受ける側の面に損傷が生じやすく、主荷重を受けない反対側の面は僅かな荷重を受けるのみでほとんど負荷を受けなかった。なお、図６におけるねじ溝の表面のうち斜線を付した部分が、主荷重を受ける部分である。
【０００５】
また、射出成形機に使用される高速用ボールねじは、ストロークが１００ｍｍ程度の小ストロークのものが多いので、高速化とともに高加減速化が有効である。
そこで、本発明は、上記のような従来のボールねじが有する問題点を解決し、駆動時に負荷される主荷重が一方向の荷重に限定されていても、ねじ軸やナットのねじ溝の表面に損傷が生じにくい上、高速駆動及び高加減速が可能なボールねじ及びその使用方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のボールねじは、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数のボールと、を備え、駆動時に受ける主荷重が軸方向一方を向く荷重のみとなるように使用されるボールねじにおいて、ストロークの端部に位置する前記ナットが前記主荷重を受けるように前記ねじ軸に対して相対移動し始める際に、前記主荷重とは反対方向を向く荷重を前記ナットに付加する荷重付加手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る請求項２のボールねじは、請求項１に記載のボールねじにおいて、前記荷重付加手段は、前記主荷重とは反対方向の付勢力を発生させるバネを備えていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３のボールねじの使用方法は、螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記ねじ軸のねじ溝に対向するねじ溝を内周面に有するナットと、前記両ねじ溝の間に転動自在に配された複数のボールと、を備えるボールねじを、駆動時に受ける主荷重が軸方向一方を向く荷重のみとなるように使用するに際して、前記主荷重とは反対方向を向く荷重を前記ナットに付加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のボールねじは、駆動時に負荷される主荷重が一方向の荷重に限定されていても、ねじ軸やナットのねじ溝の表面に損傷が生じにくい上、高速駆動及び高加減速が可能である。
また、本発明のボールねじの使用方法によれば、駆動時に負荷される主荷重が一方向の荷重に限定されていても、ねじ軸やナットのねじ溝の表面に損傷が生じにくい上、高速駆動及び高加減速が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係るボールねじ及びボールねじの使用方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態であるボールねじの平面図であり、図２は図１のボールねじのＡ−Ａ断面図である。
図１，２に示すように、ボールねじ１は、螺旋状のねじ溝２ａを外周面に有するねじ軸２と、ねじ軸２のねじ溝２ａに対向する螺旋状のねじ溝３ａを内周面に有するナット３と、両ねじ溝２ａ，３ａにより形成される螺旋状のボール転動路６に転動自在に装填された複数のボール４と、を備えている。そして、ボール４を介してねじ軸２に螺合されているナット３とねじ軸２とを相対回転運動させると、ボール４の転動を介してねじ軸２とナット３とが軸方向に相対移動するようになっている。なお、ねじ溝２ａ，３ａの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。
【００１０】
このナット３の外周面の一部は平坦に削られていて、この軸方向に平行な平面部上に、略コ字状に屈曲したリターンチューブ７がチューブ押さえ８によって固定されている。すなわち、ナット３には、前記平面部に開口しナット３のねじ溝３ａと連通する一対の貫通孔９，９が設けられていて、リターンチューブ７の両端部がこの両貫通孔９，９に前記平面部側から挿入されている。そして、貫通孔９，９の外に位置するリターンチューブ７の中央部分が、前記平面部上に配されている。なお、１つのナットに２本以上のリターンチューブを取り付けてもよく、その際には、２対以上の貫通孔９を設ける。
【００１１】
ボール転動路６内を転動するボール４は、このリターンチューブ７を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール４はボール転動路６内を移動しねじ軸２の回りを複数回回ってから、ボール転動路６の終点（リターンチューブ７とボール転動路６との交点）において、リターンチューブ７の一方の端部（開口部）からリターンチューブ７内にすくい上げられる。すくい上げられたボール４は、リターンチューブ７の中を通って、リターンチューブ７の他方の端部（開口部）からボール転動路６の始点に戻される。このように、ボール転動路６内を転動するボール４が、ボール転動路６の始点と終点とを連通させるリターンチューブ７により無限に循環されるようになっているので、ねじ軸２とナット３とは継続的に相対移動することができる。
【００１２】
そして、ナット３の軸方向一端部には、後に詳述する荷重付加部１０（本発明の構成要件である荷重付加手段に相当する）が取り付けられている。
このようなボールねじ１は、電動式射出成形機において、電動モータの回転運動を直線運動に変換してスクリューを駆動する機構として使用される。すなわち、図３に示すように、電動モータの回転運動がボールねじ１のねじ軸２に入力されると、ストロークの一端に位置していたナット３がストロークの他端まで左方向に移動し、それによりスクリューが左方向（金型の方向）に駆動される。その結果、樹脂が金型内に充填され、射出成形品が得られる。樹脂の充填が終了したら電動モータを逆回転させて、ナット３をストロークの一端まで右方向に移動させ、スクリューを元の位置に戻す。このような操作を繰り返すことにより、射出成形が行われる。
【００１３】
電動式射出成形機に使用されるボールねじ１が受ける主荷重は、射出時にスクリューを金型の方向（図１，３においては左方向）へ移動させる際に受ける荷重であり、射出後にスクリューをボールねじ１の方向（図１，３においては右方向）へ移動させ元の位置に戻す際には僅かな荷重しか受けない。すなわち、図１に示すように、ボールねじ１が受ける主荷重は、スクリューからボールねじ１に向く方向（図１，３においては右方向）の荷重のみにほぼ限定されており、その反対方向を向く荷重は殆ど受けない。そのため、図６の場合と同様に、ねじ軸２やナット３に形成されているねじ溝２ａ，３ａの表面のうち、軸方向一方の側の面にのみ荷重が負荷され、反対側の面は僅かな荷重が負荷されるのみである。
【００１４】
また、ボールねじ１に高加速が必要とされるのも、射出時にスクリューを金型の方向へ移動させる際である。この際に、電動モータは、ボールねじ１のねじ軸と前述したような大きなプーリーとを回転駆動する必要があるため、電動モータに加わる負荷は、射出時と射出後の戻し時とでは（すなわち、スクリューを図１，３における左方向に移動させる場合と右方向に移動させる場合とでは）大きく異なる。
【００１５】
そこで、ボールねじ１には、ナット３の軸方向両端部のうちスクリューが配されている側とは反対側の端部（図１，３においては右側の端部）に、前述の主荷重とは反対方向を向く荷重をナット３に付加する荷重付加部１０を取り付けてある。荷重をナット３に付加する機構は特に限定されるものではないが、例えば、バネによって付勢力を発生させ、この付勢力を付与することによって、主荷重とは反対方向を向く荷重をナット３に付加してもよい。図１には、コイルバネ１１を備えた荷重付加部１０を示してある。この荷重付加部１０は、多数のコイルバネ１１を軸方向に平行に配したものである。なお、コイルバネ１１の代わりに板バネを用いてもよい。
【００１６】
電動式射出成形機を使用して射出成形を行う際には、前述したようにナット３はストロークの両端位置を繰り返し往復運動するが、ナット３が右方向に移動してきてストロークの右端位置に近づくと、ナット３の右端に取り付けられた荷重付加部１０が、ストロークの右端位置よりも所定距離（荷重付加部１０の軸方向長さよりも小さい距離）だけ右方に配されたストッパー１２に突き当たる。すると、軸方向に平行に配されたコイルバネ１１が収縮し、荷重付加部１０にエネルギーが蓄積される。
【００１７】
射出時には、ナット３がストロークの右端位置から左端位置に向けて左方に移動するが、左方に移動し始める時点（すなわち加速時）からボールねじ１には右方向の主荷重が負荷される。ここで、荷重付加部１０に蓄積されていたエネルギーが解放されて、荷重付加部１０からナット３に左方向の荷重（前記主荷重とは反対方向を向く荷重）が付加されるので、両荷重の相殺により前記主荷重が緩和される。
【００１８】
その結果、ねじ軸２やナット３に形成されているねじ溝２ａ，３ａの表面のうち主荷重を受ける側の面に、損傷が生じにくくなる。また、電動モータに加わる負荷（すなわち、必要なトルク）は、このような射出時の回転開始時に最大となるが、前述のように主荷重が緩和されることから、電動モータに加わる負荷も減少する。よって、ボールねじ１の高加速が容易となる。このように、荷重付加部１０は、ストローク全域ではなく、ストロークの右端位置のみにおいて機能するようになっている。
【００１９】
荷重付加部１０にエネルギーを蓄積する際には、荷重付加部１０を備えていない場合と比べて大きな荷重がボールねじ１に負荷されることになるが（電動モータにも負荷が加わる）、ナット３を右方向に移動させている際に負荷される荷重は射出時と比べると小さいので、電動モータの負荷が軽いときに荷重付加部１０にエネルギーを蓄積して負荷が重いときに荷重付加部１０の補助により負荷を軽減する本システムは、非常に効率的で好ましい。ただし、電動モータへの負荷をより軽減するために、ナット３をストロークの右端位置で停止させるブレーキ機構を併設してもよい。
荷重付加部１０が付加できる最大荷重は、主荷重の５〜５０％とすることが好ましい。ストロークは、射出成形品の種類によって異なる場合があるので、荷重付加部１０が付加できる荷重が最大となるように、ストッパー１２の軸方向位置を調整する必要がある。
【００２０】
なお、射出後にスクリューを元の位置に戻す場合には、ナット３を右方向に移動させるが、ナット３がストロークの右端位置に至る際にナット３を減速する必要がある。この際には、荷重付加部１０がストッパー１２に突き当たり荷重付加部１０にエネルギーが蓄積されるに伴って、減速に必要な荷重とは反対方向を向く荷重が荷重付加部１０によりナット３に付加されるので、両荷重の相殺により減速に必要な荷重が緩和される。減速に必要な荷重は、前述の主荷重と比べると極めて小さいが、電動モータに加わる負荷が減少されるためボールねじ１の高減速が容易となる。
また、図１の例では、荷重付加部１０はナット３の軸方向端部に取り付けられていたが、図４のように、ストッパー１２のナット３と対向する部位に荷重付加部１０を取り付けても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るボールねじの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のボールねじのＡ−Ａ断面図である。
【図３】電動式射出成形機の構成を示す図である。
【図４】本発明に係るボールねじの別の実施形態を示す平面図である。
【図５】射出成形機に使用される従来のボールねじを示す平面図である。
【図６】ねじ軸やナットに形成されているねじ溝の表面に負荷される主荷重を説明する部分断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１      ボールねじ
２      ねじ軸
２ａ    ねじ溝
３      ナット
３ａ    ねじ溝
４      ボール
１０      荷重付加部
１１      コイルバネ
【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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