JP2002213405A - 液圧力増幅をもつモータ駆動アクチュエータ - Google Patents

液圧力増幅をもつモータ駆動アクチュエータ

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JP2002213405A
JP2002213405A JP2001341769A JP2001341769A JP2002213405A JP 2002213405 A JP2002213405 A JP 2002213405A JP 2001341769 A JP2001341769 A JP 2001341769A JP 2001341769 A JP2001341769 A JP 2001341769A JP 2002213405 A JP2002213405 A JP 2002213405A
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motor
output member
output
load
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David Geiger
ガイガー デイヴィッド
Thomas H Czeppel
エイチ、チェッペル トーマス
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Moog Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ（２３）の出力（２４）に応答して、
対向する荷重（Ｌ）に抗して出力部材（２３）を選択的
に変位させるためのアクチュエータ（２０）を提供する
こと。 【解決手段】 アクチュエータは、モータ出力に対して
第１公称比で、出力部材をモータに対して変位させるた
めの第１伝動機構（５０）と、モータ出力に対して第２
公称比で、出力部材をモータに対して変位させるための
第２伝動機構（６０）と、荷重が所定値よりも小さいと
きには第１伝動機構（５０）のみを介してモータ出力を
出力部材につなぎ、荷重が所定値よりも大きいときには
第１および第２の伝動機構（５０、６０）を介してモー
タ出力を出力部材につなげるためのセレクタ（３４、３
９）とを含む。出力部材が荷重に及ぼす力は、第１およ
び第２の伝動機構を介して伝達された力の和となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に荷重を移動
させるためのアクチュエータの分野に関し、より詳細に
は、プラスチック成形に使用される射出成形型を選択的
に開放または閉鎖するのに特に有用な、ボールねじ式第
１段と液圧式第２段とを含む改良型２段式モータ駆動型
アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】プラスチック成型機械は一般的に、比較
的長いストロークにわたる低作用力での迅速な運動と、
その後の短いストロークでの高作用力の両方を供給でき
るアクチュエータを必要とする。このような要件を電気
モータ駆動によって満たそうとすると、要求される大き
な作用力を供給するためにはモータが大きくなりすぎる
か、または小型のモータの性能を荷重要件におおよそ合
わせるための非線形トグル機構が必要になる。本発明で
は、モータ駆動に「自動変速機」を効果的に導入するこ
とにより、これらの選択肢を回避する。
【０００３】機械式型締機構の一形式は、その全開示が
参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４９６８
２３９号に記載されている。いわば、この文献は高速低
作用力伝達経路または低速高作用力伝達経路のいずれか
の使用を開示していると思われる。しかしこれらの経路
は加法的にではなく、二者択一的に使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】開示する実施形態の対
応する部品、部分または表面を、制限のためではなく単
に説明の目的で注釈的に参照して、本発明は概して、モ
ータ２３の出力に応答して、対向する荷重（Ｌ）に抗し
て選択的に出力部材３３を変位させるための改良型アク
チュエータ２０を提供する。
【０００５】この改良型アクチュエータ２０は概して、
モータ出力に対して第１公称比で、モータ２３に対して
出力部材３３を移動させるための第１伝動機構５０と、
モータ出力に対して第２公称比で、モータに対して出力
部材を移動させる第２伝動機構６０と、荷重が所定値よ
りも小さいときには、第１伝動機構のみを介してモータ
出力を出力部材につなぎ、荷重が所定値よりも大きいと
きには、第１および第２伝動機構を介してモータ出力を
出力部材につなげるためのセレクタ３４、３９とを含ん
でおり、出力部材が荷重に及ぼす力は、第１および第２
伝動機構を介して伝達される力の和である。
【０００６】好ましい実施形態において、第１伝動機構
が出力部材に及ぼす力は、実質的に所定値に制限されて
いる。セレクタは、荷重が所定値を超えるときにのみ、
第２の伝動機構を介してモータ出力を出力部材につなげ
ることが好ましい。第２伝動機構の変位範囲は、出力部
材の変位範囲よりも小さいことが好ましく、第２伝動機
構に、出力変位範囲内の任意の位置で第２伝動機構を出
力部材に選択的につなげることができるクラッチを設け
てもよい。このクラッチは、荷重が所定値よりも大きい
ときにはいつでも、自動的に第２伝動機構を出力部材に
つなげるように構成し配設してもよい。第１伝動機構に
は、所定値に予荷重されたスプリング３９を含めてもよ
い。第１伝動機構には、ボールねじ２５とナット３４を
含め、第２伝動機構には液圧式継手を含めてもよい。好
ましい実施形態では、モータ２３は電動式であり、モー
タ出力はモータの回転シャフトである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明の全
般目的は、対向する荷重に抗して出力部材を選択的に変
位させる改良型アクチュエータを提供することである。
【０００８】本発明の別の目的は、特にプラスチック成
形機械における、合わせ型の型締めに使用するのに適し
た改良型アクチュエータを提供することである。
【０００９】別の目的は、型をパックするときに望まれ
るように、出力部材が、変位範囲を低作用力で迅速に運
動可能であるとともに、その後に高作用力でより低速で
運動可能な、２段式アクチュエータを提供することであ
る。
【００１０】これらのおよびその他の目的および利点
は、上記および本出願の明細書、図面および添付の特許
請求の範囲から、より明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】最初に、いくつかの図表にわたり
同じ番号は、常に同じ構造「要素、部分、または面を示
し、こうすることでこれらの要素、部分、または面が、
この詳細な説明がその一部をなす明細書全体によって、
さらに説明されるように意図されていることを理解すべ
きである。特に指示しないかぎり、図面は（例えばクロ
スハッチング、部品の配置、割合、程度など）明細書と
合わせて読むためのものであり、また本発明の記述全体
の一部であると考えるべきである。以下の説明で用いる
ように、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、
「上」、「下」などの用語と、さらにその形容詞および
副詞派生語（例えば、「水平に」、「右方向に」、「上
方に」など）は、特定の図面が読者に面するときに図示
される構造の方向を指すものである。同様に、「内部方
向に」および「外部方向に」の用語は通常、ある面の長
さ方向軸または回転軸に対しての、その面の方向を意味
する。
【００１２】次に図面を参照すると、本発明は概して、
現時点で好ましい形態を全般的に２０で示す、改良型の
アクチュエータを提供する。
【００１３】アクチュエータ２０は適当な支持２１上に
装着された状態で示されている。より詳細には、水平円
柱形案内棒２２が、以下に説明する目的で、支持体２１
の垂直面から右方向に延びている。電気モータ２３のス
テータまたはケーシングが、支持体２１上に装着されて
おり、このモータはボールねじ２５に結合されるととも
に、そこから案内棒２２の軸線（ｘ２−ｘ２）と平行な
軸線（ｘ１−ｘ１）に沿って右方向に延びる、回転出力
シャフト２４を備えている。
【００１４】このアクチュエータは、図のように特殊構
成のボディを有しており、全般的に２６で示した。この
ボディは、ボールねじを受け入れて収容する下部めくら
穴２８と、案内棒２２の中間部分の通路を収容するため
に、位置合わせした開口を一端に設けた上部チャンバ２
９と、内部チャンバ３０と、チャンバ３０を上部チャン
バ２９と連通させる第１通路３１と、通路３１を下部チ
ャンバ２８と連通させる分岐通路３２とを有する。ボデ
ィは出力部材として機能するアイ３３を有しているのが
示されている。より詳細には、外部荷重Ｌがこのアイ３
３に作用しているのが示されている。
【００１５】ピストン型部材３４が、チャンバ２８に沿
った軸方向運動ができるようにチャンバ内部に配置され
ている。ピストン３４は、ボールねじ２５の外部ねじと
噛み合うように配設した内部ナットを有する。さらに、
ピストン３４は外部フランジを有し、このフランジがＯ
リング３５および３６によって凹所壁に対してシールさ
れて、環状の液圧領域Ａ1を形成している。こうして、
チャンバ３８はシールされるとともに、通路３２を経由
して通路３１と連通する。ピストンは、スプリング３９
によって予荷重がかけられており、ボディに対して左方
向にチャンバ２８の肩に押しつけるように動く。
【００１６】ベローズ形液溜め４０が、チャンバ３０内
に作動可能に配設されて、チェック弁４１を介して通路
３１と連通している。チェック弁４１は、流体をベロー
ズ４０の内部から通路３１へは流すが、反対方向の流れ
は阻止するように構成されている。
【００１７】全般的に４２で示すクラッチ・アセンブリ
は、上部チャンバ２９内に作動可能に配設されている。
このクラッチ・アセンブリは、案内棒２２を取り囲む環
状型駆動ピストン４３、複数のコレット・ウエッジ４
４、コレット・リング４５、ボディとコレット・リング
の間で作用する皿ばねスタック４６、コレット・リング
とコレット・ウエッジの間で作用するコイル・スプリン
グ４８を含む。皿ばねスタック４６は、コレット・リン
グ４５の右側縁端が、ボディからチャンバ内部方向に延
びる環状ストップ４９に当たるまで、コレット・リング
４５をボディに対して右方向に動かす。スプリング４８
は、コレット・ウエッジを、コレット・リングに対して
右方向に動かして、駆動ピストンの左側端と強く当接さ
せる。スプリング４６および４８はまた、駆動ピストン
を動かして、上部ボディ・チャンバ２９内部に面する、
ボディの左向きの表面上に底打ちさせる。ピストン４３
は、Ｏリング５０によってボディに対してシールされ、
かつＯリング５１によって案内棒に対してシールされて
おり、これによって環状液圧領域Ａ2を構成している。
チャンバ３８内の流体は、連通通路３１および３２によ
って、ピストン４３の右端面とボディとの間のスペース
５２と連続的に連通している。
【００１８】ボールねじ２５とナット３４は、全般的に
５０で示す、モータ出力に対して第１公称比で、出力部
材３３をモータに対して変位させるための、第１伝動機
構を構成する。言い換えると、荷重がスプリング３９の
予荷重により決まる所定値よりも小さい場合には、ピス
トン／ナット３４はボディ２６と接触して保持され、し
たがって出力部材の軸方向運動は、ボールねじ２５の進
み距離のみの関数である。したがって、出力部材は、モ
ータ出力シャフトの回転毎にある距離だけ、適当な方向
に変位させられる。第２の伝動機構は、全般的に６０で
示してあり、クラッチ・アセンブリ４２を含む。基本的
に、出力部材に作用する荷重Ｌが所定値よりも小さい場
合には、出力部材の運動は専らボールねじによって支配
され、第２変速手段は作動しない。この意味で、スプリ
ング３９がピストン３４に及ぼす作用力は、第１伝動機
構を介しての作用力の最大所定値を設定する。しかし、
作用荷重Ｌがスプリング３９の及ぼす力を超えると、ボ
ールねじの回転が続くことによって、ピストン３４がボ
ディに対して右方向に動かされ、これによってチャンバ
３８の体積が減少して、流体が連絡通路３２および３１
を経由してチャンバ５２に流入する。これによって、ピ
ストン４３が左方向に駆動されて、コレット・ウエッジ
が案内棒に緊密に係合する。その後、チャンバ３８から
通路３２、３１を経由した連続した流体の流れが、ピス
トン４３をボディに対して変位させ、これによってボデ
ィを、コレット・ウエッジ４４が案内棒２２を係合した
位置に対して、移動させる。ピストン／ナット３４の面
積Ａ1は、ピストン４３の面積Ａ2よりもかなり小さく設
計されているので、第２伝動機構を介して駆動されると
きのボディの移動は、ボールねじ単独で直接駆動すると
きよりも、モータ回転当たりでずっと少なくなる。同時
に、モータとねじによって出される力は、ピストンの面
積比Ａ2／Ａ1倍で増大する。
【００１９】要約すると、作用荷重がスプリング３９に
よって及ぼされる予荷重力よりも小さいときには、モー
タが回転すると、ボールねじ／ナット機構だけによっ
て、出力部材が望みに応じて左方向または右方向どちら
かに移動する。この状態では、クラッチは作動せずに、
単に案内棒に沿ってすべる。しかし、作用荷重が、スプ
リング３９が及ぼす力を超えると、ピストン３４がボデ
ィに対して動き、流体がチャンバ３８からチャンバ５２
中へと送り出される。次いで、これによって駆動ピスト
ン４３が左方向に動き、クラッチが作動して、追加の力
がボディおよび出力部材に作用する。この追加の力を作
用させることができる出力ストロークは、ピストン３４
のストロークを面積比Ａ2／Ａ1で除した値に制限され
る。出力部材に作用する全体の力は、したがって液圧力
にスプリング予荷重力を加えたもの、すなわち第１およ
び第２伝動機構を介して伝達された力の和となる。
【００２０】本発明は、多くの変更および修正を行うこ
とが可能であることを企図するものである。例えば、好
ましい実施形態において、モータ２３は回転出力シャフ
トを有する電動式モータとして示した。しかし、このモ
ータはこの形態に限定されることなく、他の形態をも含
むことができる。例えば、モータ２３は圧縮空気または
液圧駆動とすることも可能である。別の構成では、モー
タは、回転シャフトではなく、直線出力部材を有するこ
とも可能である。同様に、クラッチ機構の特殊構造を望
みに応じて変更することもできる。また皿ばね以外のス
プリングを、皿ばねの代わりに使用することもできる。
【００２１】したがって、本発明の現時点での好ましい
形態を示して説明するとともに、そのいくつかの修正形
態について論じたが、添付の特許請求の範囲によって定
義かつ識別される本発明の趣旨から逸脱することなく、
さらに様々な変更形態および修正形態が実現できること
を当業者は容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】改良型アクチュエータの垂直部分断面の略図で
ある。
【符号の説明】
２０ アクチュエータ ２１ 支持体 ２２ 円柱形案内棒 ２３ モータ ２４ 回転出力シャフト ２５ ボールねじ ２６ ボディ ２８ 下部チャンバ ２９ 上部チャンバ ３０ チャンバ ３１ 通路 ３２ 分岐通路 ３３ 出力部材、アイ ３４ ピストン、セレクタ ３８ チャンバ ３９ スプリング、セレクタ ４０ ベロー形液溜め ４１ チェック弁 ４２ クラッチ・アセンブリ ４３ ピストン ５０ 第１伝動機構 ６０ 第２伝動機構
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１１月１２日（２００１．１１．
１２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｈ 25/20 Ｆ１６Ｄ 25/063 Ｈ Ｆターム(参考） 3H081 AA08 AA09 BB01 CC26 FF15 FF37 FF40 HH04 3H086 BA01 BA12 BA14 BB07 BC15 3J057 AA03 BB05 GA12 HH08 3J062 AA25 AB22 AC07 BA12 CD02 CD22 CD35 4F202 AM24 CA11 CL00 CL01 CL18 CL22 CL39 CL40

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モータの出力に応答して、対向する荷重
    に抗して出力部材を選択的に変位させるためのアクチュ
    エータであって、 前記モータ出力に対して第１公称比で前記出力部材を前
    記モータに対して変位させるための第１伝動機構と、 前記モータ出力に対して第２公称比で前記出力部材を前
    記モータに対して変位させるための第２伝動機構と、 前記荷重が所定値よりも小さいときには、前記第１伝動
    機構だけを介して前記モータ出力を前記出力部材につな
    ぎ、前記荷重が前記所定値よりも大きいときには、前記
    第１および第２の伝動機構を介して前記モータ出力を前
    記出力部材につなげるためのセレクタとを備え、 前記出力部材が前記荷重に及ぼす力が、前記第１および
    第２の伝動機構を介して伝達された力の和であるアクチ
    ュエータ。
  2. 【請求項２】 前記第１伝動機構が前記出力部材に及ぼ
    す力が、実質上前記所定値に制限されている請求項１に
    記載のアクチュエータ。
  3. 【請求項３】 前記セレクタは、前記荷重が前記所定値
    を超えるときにのみ、前記第２伝動機構を介して前記モ
    ータ出力を前記出力部材につなげる請求項２に記載のア
    クチュエータ。
  4. 【請求項４】 前記第２伝動機構の変位範囲が前記出力
    部材の変位範囲よりも実質的に小さく、前記第２伝動機
    構が、前記出力部材の変位範囲内の任意の点で、前記第
    ２伝動機構を前記出力部材に選択的につなげることがで
    きるクラッチを備える請求項１に記載のアクチュエー
    タ。
  5. 【請求項５】 前記クラッチは、前記荷重が前記所定値
    よりも大きいときにはいつでも、自動的に前記第２伝動
    機構を前記出力部材につなげるように構成かつ配設され
    ている請求項４に記載のアクチュエータ。
  6. 【請求項６】 前記第１伝動機構が、前記所定値に予荷
    重されたスプリングを含む請求項２に記載のアクチュエ
    ータ。
  7. 【請求項７】 前記第１伝動機構がボールねじとナット
    を含む請求項１に記載のアクチュエータ。
  8. 【請求項８】 前記第２伝動機構が液圧継手を含む請求
    項１に記載のアクチュエータ。
  9. 【請求項９】 前記モータが電動式である請求項１に記
    載のアクチュエータ。
  10. 【請求項１０】 前記モータ出力が回転可能シャフトで
    ある請求項１に記載のアクチュエータ。
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