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技術 ボールねじ機構および電動射出成形機

出願人 株式会社日本製鋼所
発明者 河口倫範
出願日 2018年8月2日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-146273
公開日 2020年2月6日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-020428
状態 特許登録済
技術分野 伝動装置 プラスチック等の射出成形
主要キーワード メクラ穴 スライド盤 直接冷却液 冷却液供給装置 冷却液用 ボールナット内 射出モータ 円柱面
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年2月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

冷却液供給装置が不要で、ランニングコストが小さく、冷却液液漏れの虞がないにも拘わらず適切に冷却することができるボールねじ機構、およびそのようなボールねじ機構を備えた電動射出成形機を提供する。

解決手段

ボールねじ(19)にヒートパイプ(26)とヒートシンク(31)とを設ける。すなわち、ボールねじ(19)には軸方向に中空の孔(25)を明け、この孔(25)にヒートパイプ(26)を埋め込む。ヒートシンク(31)はボールねじ(19)の端部に設け、ヒートパイプ(26)と固着する。ボールねじ(19)の熱はヒートパイプ(26)によってヒートシンク(31)に運ばれ、ヒートシンク(31)の複数枚フィン(33)によって放熱される。ボールねじ機構(18)が冷却される。

概要

背景

電動射出成形機は、従来周知のように、金型型締めする型締装置樹脂溶融して金型内射出する射出装置、等から構成され、各装置がモータによって駆動されるようになっている。これらの装置にはモータの回転運動直線運動に変換するボールねじ機構が設けられており、例えば射出装置においてはスクリュを軸方向に駆動するための駆動機構にボールねじ機構が設けられている。

ボールねじ機構は、ボールねじと、このボールねじと螺合するボールナットと、ボールナット内に入れられている複数個ボールとから構成されている。ボールねじとボールナットには螺旋状の溝が形成されており、複数個のボールはボールねじとボールナットの溝間に入れられて適量のグリスが塗布されている。ボールねじとボールナットを相対的に回転させるとき、ボールが溝内で滑らかに転動し、それによって摩擦が低減される。

概要

冷却液供給装置が不要で、ランニングコストが小さく、冷却液液漏れの虞がないにも拘わらず適切に冷却することができるボールねじ機構、およびそのようなボールねじ機構を備えた電動射出成形機を提供する。ボールねじ(19)にヒートパイプ(26)とヒートシンク(31)とを設ける。すなわち、ボールねじ(19)には軸方向に中空の孔(25)を明け、この孔(25)にヒートパイプ(26)を埋め込む。ヒートシンク(31)はボールねじ(19)の端部に設け、ヒートパイプ(26)と固着する。ボールねじ(19)の熱はヒートパイプ(26)によってヒートシンク(31)に運ばれ、ヒートシンク(31)の複数枚フィン(33)によって放熱される。ボールねじ機構(18)が冷却される。

目的

本発明は、上記したような問題点を解決したボールねじ機構を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ボールねじの軸方向に明けられた中空の孔にヒートパイプが埋め込まれ、前記ボールねじの端部に複数枚フィンを備えたヒートシンクが設けられ、前記ヒートパイプの端部と前記ヒートシンクとが固着されていることを特徴とするボールねじ機構

請求項2

請求項1に記載のボールねじ機構において、前記ヒートシンクは前記ボールねじの軸に対して同軸円柱状を呈し、前記複数枚のフィンは円柱の中心部から螺旋状に円柱面に向かって広がるような形状に形成されていることを特徴とするボールねじ機構。

請求項3

加熱シリンダと該加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるスクリュとを備え、請求項1または2に記載のボールねじ機構が前記スクリュの駆動機構に設けられていることを特徴とする、電動射出成形機

技術分野

0001

本発明は、電動射出成形機等に設けられる機械部品であって、モータによる回転運動直線運動に変換したり、直線運動を回転運動に変換するボールねじ機構、およびこのようなボールねじ機構を備えた電動射出成形機に関するものである。

背景技術

0002

電動射出成形機は、従来周知のように、金型型締めする型締装置樹脂溶融して金型内射出する射出装置、等から構成され、各装置がモータによって駆動されるようになっている。これらの装置にはモータの回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構が設けられており、例えば射出装置においてはスクリュを軸方向に駆動するための駆動機構にボールねじ機構が設けられている。

0003

ボールねじ機構は、ボールねじと、このボールねじと螺合するボールナットと、ボールナット内に入れられている複数個ボールとから構成されている。ボールねじとボールナットには螺旋状の溝が形成されており、複数個のボールはボールねじとボールナットの溝間に入れられて適量のグリスが塗布されている。ボールねじとボールナットを相対的に回転させるとき、ボールが溝内で滑らかに転動し、それによって摩擦が低減される。

0004

特開2017−31998号公報
特開2015−218857号公報

先行技術

0005

ボールねじ機構は摩擦が十分に小さく発生する摩擦熱は比較的小さいが、荷重がかかった状態で繰り返し駆動されると摩擦熱による温度の上昇は避けられない。また近傍に高温の部材がある場合にも、その熱によって温度が上昇する。温度が高くグリスの粘性が低下する状態でボールねじ機構を駆動し続けているとボール等が早期に劣化してしまう。また熱膨張によって寸法が変化して、ボールねじ機構の精度が低下する問題もある。そこでボールねじ機構は所定の温度範囲になるように適切に冷却されることが好ましい。冷却されるようになっているボールねじ機構として、冷却液循環するボールねじ機構が周知であり、例えば特許文献1、2に記載されている。このようなボールねじ機構では、ボールナット内に冷却液用流路が形成され、外部の冷却液供給装置との間で冷却液が循環するようになっている。なお、特許文献2に記載のボールねじ機構においては、ボールナットだけでなくボールねじも直接冷却液で冷却されるようになっている。すなわちボールねじは中心軸中空になっていて、これが冷却液の流路になる。冷却液がボールねじの一方の端部から供給されてこの流路を流れ、他方の端部から排出され、ボールねじが冷却される。

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献1、2に記載のボールねじ機構のように、ボールねじまたはボールナット内に冷却液の流路を形成し、外部から供給する冷却液を循環させるようにすれば、効率よくボールねじ機構を冷却することができ、ボール等の劣化を防止できる。しかしながら、冷却液によって冷却されるようになっているボールねじ機構には解決すべき問題も見受けられる。このようなボールねじ機構には、冷却液を供給するための冷却液供給装置を設けなければならない。設置のためのスペースを必要とするし、冷却液を供給するための駆動源が必要で、ランニングコストもかかる。冷却液供給装置からの冷却液を導く配管が、他の機械部品に接触する虞もある。さらには冷却液の液漏れ心配もある。ボールねじとボールナットはいずれか一方が回転するが、このような回転する部材内に流路を設ける場合、液漏れしないように特殊なシール構造が必要になる。そうするとコストが嵩むという問題がある。

0007

本発明は、上記したような問題点を解決したボールねじ機構を提供することを目的とし、具体的には、冷却液供給装置を設ける必要がなく、ランニングコストが小さく、冷却液の液漏れの虞がないにも拘わらず適切に冷却することができるボールねじ機構、およびそのようなボールねじ機構を備えた電動射出成形機を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、上記目的を達成するために、ボールねじにヒートパイプヒートシンクとを設ける。すなわち、ボールねじには軸方向に中空の孔を明け、この孔にヒートパイプを埋め込む。ヒートシンクはボールねじの端部に設け、ヒートパイプと固着する。ボールねじの熱はヒートパイプによってヒートシンクに運ばれ、ヒートシンクに設けられている複数枚フィンによって放熱される。これによってボールねじ機構を冷却することができる。

0009

すなわち、請求項1に記載の発明は、上記目的を達成するために、ボールねじの軸方向に明けられた中空の孔にヒートパイプが埋め込まれ、前記ボールねじの端部に複数枚のフィンを備えたヒートシンクが設けられ、前記ヒートパイプの端部と前記ヒートシンクとが固着されていることを特徴とするボールねじ機構として構成される。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のボールねじ機構において、前記ヒートシンクは前記ボールねじの軸に対して同軸円柱状を呈し、前記複数枚のフィンは円柱の中心部から螺旋状に円柱面に向かって広がるような形状に形成されていることを特徴とするボールねじ機構として構成される。
請求項3に記載の発明は、加熱シリンダと該加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるスクリュとを備え、請求項1または2に記載のボールねじ機構が前記スクリュの駆動機構に設けられていることを特徴とする、電動射出成形機として構成される。

発明の効果

0010

以上のように本発明は、ボールねじの軸方向に明けられた中空の孔にヒートパイプが埋め込まれ、ボールねじの端部に複数枚のフィンを備えたヒートシンクが設けられ、ヒートパイプの端部とヒートシンクとが固着されているボールねじ機構として構成されている。ヒートパイプは金属パイプからなり、揮発性作動液封入されている。そしてパイプ内壁面には、溝やメッシュ等からなるウィックが設けられ毛細管現象により作動液が輸送されるようになっている。ヒートパイプは高温部で作動液が蒸発して潜熱を奪い、冷温部で作動液が凝縮して潜熱が放出され、凝縮した作動液がウィックにより再び高温部に輸送され、再び蒸発する。このようにして熱が高温部から低温部に移動するようになっている。本発明においてボールねじにはこのようなヒートパイプが埋め込まれているので、ボールねじにおいて高熱になっている箇所があれば、その熱がヒートパイプを経由して速やかに軸方向に運ばれることになる。そしてヒートパイプの端部はヒートシンクに固着されているので、ヒートパイプによって運ばれてきた熱がヒートシンクにより効率的に外気に放熱される。特にボールねじが回転する場合には、ヒートシンクも回転してフィンの周りに空気の流れが形成されるので効率よく放熱される。従って、ボールねじ機構全体を冷却できることになる。本発明のボールねじ機構は、冷却液によって冷却する必要がないので冷却液供給装置が不要であり、ランニングコストがかからない。また冷却液漏れの虞もない。小コストで提供することができる。他の発明によると、ヒートシンクはボールねじの軸に対して同軸の円柱状を呈し、複数枚のフィンは円柱の中心部から螺旋状に円柱面に向かって広がるような形状に形成されている。ボールねじが回転するとき、複数枚のフィンによってヒートシンクには中心部から放射状に向かう渦巻き状の空気の流れが形成される。このような空気の流れによってさらに効率よく放熱されることになり、ボールねじ機構を効率的に冷却することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の実施の形態に係る電動射出成形機の射出装置を一部断面で示す正面図である。
本発明の実施の形態に係るボールねじ機構を一部断面で示す正面図である。
本発明の実施の形態に係るボールねじに設けられているヒートシンクの斜視図である。
本発明の実施の形態に係るボールねじ機構の作用を示す図で、ボールねじの断面図である。

実施例

0012

以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係るボールねじ機構が設けられている本実施の形態に係る電動射出成形機1は、図1に示されているように、加熱シリンダ3とスクリュ4とからなる射出装置5を備えている。射出装置5は、スクリュ駆動機構6によって支持され、駆動されるようになっている。スクリュ駆動機構6は、加熱シリンダ3の後方に位置している前方支持台7と、この前方支持台7の後方に設けられている後方支持台8と、前方支持台7と後方支持台8とを結合しているガイドバー10、10、…と、ガイドバー10、10にガイドされて軸方向にスライドされるようになっているスライド盤12とを備えている。スクリュ4はその後端部がこのスライド盤12によって回転自在に軸支されており、加熱シリンダ2は図示されていない所定の部材を介して前方支持台7に固定されている。スライド盤12には可塑化モータ14が設けられ、プーリタイミングベルト等からなる回転伝達機構15を介して、スクリュ4が回転されるようになっている。

0013

スクリュ駆動機構6において、後方支持台8とスライド盤12の間に、本実施の形態に係るボールねじ機構18が設けられている。ボールねじ機構18は本発明に特有の構造を備えており次に詳しく説明するが、ボールねじ19が後方支持台8に対して回転自在に軸支され、ボールねじ19と螺合しているボールナット20がスライド盤12に対して所定の部材を介して固定されている。スクリュ駆動機構6において後方支持台8に射出モータ22が設けられ、プーリ、タイミングベルト等からなる回転伝達機構23によってボールねじ19が回転されるようになっている。このように構成されているので、射出モータ22を駆動してボールねじ19を回転するとボールナット20およびスライド盤12が駆動される。すなわちスクリュ4が軸方向に駆動されることになる。

0014

本実施の形態に係るボールねじ機構18も、図2に示されているように、ボールねじ19と、このボールねじ19と螺合しているボールナット20と、図示されていないがボールナット20内に入れられている複数個のボールとから構成されている。しかしながら本実施の形態においては、ボールねじ19に特徴がある。すなわち、ボールねじ19は軸方向に貫通孔25が明けられており、この貫通孔25にヒートパイプ26が挿入されている。ヒートパイプ26は、周知であるので概略的な説明に留めるが、図4に示されているように、銅等の熱伝導性の高い金属から形成されているパイプ27と、このパイプ27の内壁面に設けられているウィック28と、パイプ内に気密的に封入されている揮発性の液体である作動液29とから構成されている。ウィック28は内壁面に形成された複数の細かい溝から構成してもよいし、繊維のメッシュから構成してもよく、毛細管現象により作動液29がパイプ27内を軸方向に輸送されるようになっていればよい。

0015

このようにヒートパイプ26が挿入されているボールねじ19には、一方の端部に所定の形状のヒートシンク31が設けられ、ヒートシンク31はヒートパイプ26の端部に固着されている。ヒートシンク31は熱伝導性の高い金属、例えばアルミニウム合金から形成されており、本実施の形態においては、図3に示されているように、全体の形状が扁平な円柱状を呈しており、複数枚のフィン33、33、…が設けられている。フィン33、33、…は、円柱の中心部近傍から円柱面方向に向かって、螺旋状に広がるように設けられている。あるいは緩い渦巻き状に設けられている。従って、ボールねじ19が回転してヒートシンク31が回転するとき、これらのフィン33、33、…の間の空気が渦巻き状に外方に向かって流れて、それによって効率よくフィン33、33、…と空気の間で熱交換されることになる。

0016

本実施の形態に係るボールねじ機構18の作用を説明する。電動射出成形機1の射出装置5において、射出モータ22を駆動してスクリュ4を軸方向に駆動する射出動作を繰り返すと、ボールねじ機構18は摩擦熱により温度が上昇する。温度が上昇した高温の箇所が、図4において符号35で示されている。高温部35ではヒートパイプ26内において作動液29が蒸発して潜熱を奪い、冷却される。作動液29が蒸発して気体になると、気体はヒートパイプ26内を移動してヒートパイプ26の端部に達する。端部において潜熱を放出して気体が凝縮して作動液29に戻る。凝縮により端部において発生した熱はヒートシンク31から放熱されるが、ボールねじ19が回転するときさらに効率よく放熱される。端部で凝縮された作動液29はウィック28により輸送されて高温部35に達し、再び蒸発する。以下同様に繰り返して、高温部35が冷却される。すなわちボールねじ機構18は速やかに冷却され、室温近傍の温度に維持されることになる。

0017

本実施の形態に係るボールねじ機構18、電動射出成形機1は色々な変形が可能である。ボールねじ機構18は、電動射出成形機1のスクリュ4を駆動するスクリュ駆動機構6に設けられているように説明したが、トグル式型締装置においてトグル機構を駆動する型開閉機構に設けることもできる。あるいは、他の産業機械に設けることもできる。ボールねじ機構18については、ヒートパイプ26を挿入する孔は貫通孔25にする必要はなく、有底の穴つまりメクラ穴にしてもよい。ヒートシンク31についても、その形状を本実施の形態に限定する必要はなく、例えば、フィン33の形状を扇風機羽根のように形成したり、色々な形状を採ることができる。

0018

1電動射出成形機2加熱シリンダ
3スクリュ5射出装置
6 スクリュ駆動機構7前方支持台
8後方支持台10ガイドバー
12スライド盤18ボールねじ機構
19ボールねじ20ボールナット
22射出モータ25貫通孔
26ヒートパイプ27パイプ
28ウィック29作動液
31ヒートシンク33 フィン

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