JP2006504533A

JP2006504533A - 電動加圧装置

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Publication number: JP2006504533A
Application number: JP2004547395A
Authority: JP
Inventors: ゼーリヒ，カイ; コーザン，ラルフ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2006-02-09
Also published as: EP1601522A1; DE10251387B4; KR20050074510A; WO2004039569A1; BR0315838A; DE10251387A1; AU2003277819A1; CA2504221A1; DE20218396U1

Abstract

電動モータと、変速ギアと、電動モータの回転運動を加圧工具の直線運動に変換するための、ねじローラー送り機構としてのシャフト駆動機構とを備え、このシャフト駆動機構のねじ付きシャフトが変速ギアに連結され、上記シャフト駆動機構のナットが、円筒状ハウジング内で回転不能に、かつ軸線方向へは変位可能に案内される態様で上記加圧工具に連結されており、さらにこの加圧工具の移動距離を算出するためのトラベルセンサと、上記加圧工具の加圧力を算出するためのセンサとを備えた電動加圧装置において、上記スピンドルは、プレロードを与えられた一揃いのアンギュラコンタクト・ボールベアリングによってハウジング内に取り付けられ、第１のまたは第１組のアンギュラコンタクト・ボールベアリングは牽引力を支えるのに適しており、第２のまたは第２組のアンギュラコンタクト・ボールベアリングは押圧力を支えるのに適しており、ほぼ等しい大きさの牽引力と押圧力とが軸線方向の遊びなしに維持されるように、アンギュラコンタクト・ボールベアリングのインナーレースが、ねじ付きシャフトのシャフト肩部に対しシャフトナットによって互いに隣接して締め付けられ、アンギュラコンタクト・ボールベアリングのアウターレースが、ハウジング肩部に対しハウジングナットによって互いに隣接して締め付けられている。

Description

本発明は、電動モータと、変速ギアと、上記電動モータの回転運動を加圧工具の直線運動に変換するためのねじローラー送り機構としてのシャフト駆動機構とを備え、このシャフト駆動機構のねじ付きシャフトが上記変速ギアに連結され、上記シャフト駆動機構のナットが、円筒状ハウジング内で回転不能にかつ軸線方向へは変位可能に案内される態様で上記加圧工具に連結されており、さらに上記加圧工具の移動距離を算出するためのトラベルセンサと、上記加圧工具の加圧力を算出するためのセンサとを備えた電動加圧装置に関するものである。

この種の加圧装置は特許文献１から知られており、この装置においては、ねじ付きシャフトがフランジ肩部およびテーパーローラーベアリングによってハウジングに対して軸線方向に支持されている。上記テーパーローラーベアリングは、軸線方向へは変位しないように係止リングによって上記ねじ付きシャフト上に固定されているだけであり、牽引方向にはいかなる軸線方向の力をも伝達することは実質的に不可能である。あるいは公知の加圧装置においては、発生させるべき加圧力が単に一方向(押圧する方向)のみなので、その必要性もないのである。
独国特許第１００１１８５９Ｃ２号明細書

本発明は、冒頭に記載された種類の電動加圧装置が、円筒状のハウジングの外径をできるだけ小さく保ちながら、双方向の力(牽引力と押圧力)を発生させることができるように改良することを課題とするものである。

本発明の解決すべき別の課題は、機械のフレーム等に対し、軸線方向の位置に関して自由に選択可能に取り付けることができる電動加圧装置を提供することにある。従来の加圧装置においては、そのハウジングに取付けフランジが設けられているので、このことは不可能であり、そのため、加圧装置は所定の位置においてのみ取付け可能であった。

本発明の解決すべきさらに別の課題は、シャフト駆動機構の、ハウジングに対して回転不能で、かつ軸線方向へは変位可能であるナットの案内に関して、より簡単な構造を提供することにある。

本発明が解決すべき第１の課題は、電動モータと、変速ギアと、電動モータの回転運動を加圧工具の直線運動に変換するための、ねじローラー送り機構としてのシャフト駆動機構とを備え、このシャフト駆動機構のねじ付きシャフトが変速ギアに連結され、上記シャフト駆動機構のナットが、円筒状ハウジング内で回転不能に、かつ軸線方向へは変位可能に案内される態様で上記加圧工具に連結されており、さらにこの加圧工具の移動距離を算出するためのトラベルセンサと、上記加圧工具の加圧力を算出するためのセンサとを備えた電動加圧装置において、上記スピンドルは、プレロードを与えられた一揃いのアンギュラコンタクト・ボールベアリングによってハウジング内に取り付けられ、第１のまたは第１組のアンギュラコンタクト・ボールベアリングは牽引力を支えるのに適しており、第２のまたは第２組のアンギュラコンタクト・ボールベアリングは押圧力を支えるのに適しており、ほぼ等しい大きさの牽引力と押圧力とが軸線方向の遊びなしに維持されるように、アンギュラコンタクト・ボールベアリングのインナーレースが、ねじ付きシャフトのシャフト肩部に対しシャフトナットによって互いに隣接して締め付けられ、アンギュラコンタクト・ボールベアリングのアウターレースが、ハウジング肩部に対しハウジングナットによって互いに隣接して締め付けられていることによって解決される。

上記一揃いのアンギュラコンタクト・ボールベアリングに関しては、第１の組の２個のアンギュラコンタクト・ボールベアリングと、第２の組の２個のアンギュラコンタクト・ボールベアリングとを備えることができる。

上記変速ギアに関しては、多段変速機として構成されていることが有利であり、上記変速ギアの変速比ｉは例えば５とすることができる。

上記電動モータは電気的に制御され、かつモータシャフト上に角度エンコーダを備えていると便利であり、この角度エンコーダの角度信号と、上記変速ギアの変速比と、上記シャフト駆動機構のねじピッチとに基づいて上記加圧工具の移動行程を算出する装置を備えていると便利である。

上記変速ギアの出力軸と上記ねじ付きシャフトとの間にトルクセンサが配設されていると有利である。このトルクセンサは、測定値を非接触的に送信する送信機を備えることができる。トルクセンサは、種々の加圧力に対応させるために容易にアクセスおよび交換が可能であることが好ましい。それによって、種々の加圧力に対するトルクセンサの測定範囲を拡大することができ、測定の正確性が向上する。

トルクセンサに対しアクセスするための閉鎖可能な開口部がハウジングに設けられていると有利である。

本発明はさらに、電流の遮断時に作動され、電流が流れると解除されるモーターブレーキをモーターシャフトに備えている。これにより、電流が遮断されれば変速機が自動的に停止しなくても、加圧装置の作動が阻止されることが保証される。

上記ナットとハウジングとの間には、加圧工具の移動行程のゼロ位置を算出するために、スプリングのかかったストッパが設けられている。

このストッパは、ナットに対しスプリングのかかったリングとして構成することができる。

上記ねじ付きシャフトは、多段の、特に５段のねじ山を備えていることが好ましい。

上記ナットは、非回転状態でかつ軸線方向に変位可能にハウジング内を案内される軸線方向に段の付いた支持スリーブ内に係止されることが可能である。

好ましい実施の形態においては、上記支持スリーブが、再循環ボールベアリングを備えた軸線方向案内機構の内側スリーブに連結され、またはこの内側スリーブを形成し、上記軸線方向案内機構の外側スリーブが非回転状態で上記ハウジングに連結されている。

上記支持スリーブは、比較的大径の円筒状支持部と、この円筒状支持部に螺装されて加圧ラムを形成する比較的小径のスリーブとを有することができる。

上記ハウジングは、この加圧装置を自由に選択可能な軸線方向クランプ位置に固定するための円筒状クランプ面を備えていることが好ましい。

このために、上記クランプ面に一組の二重テーパークランプが配設されている。

本発明のさらなる利点および特徴は、図面を参照した下記の好ましい実施の形態の説明から明らかになるであろう。

本発明による電気加圧装置の一部を断面とした側面図を示す図１を参照すると、この加圧装置の主な部品は、モーターシャフト４に作用するモーターブレーキ６を備えた電動モータ２と、変速ギア８と、トルクセンサ１０と、ねじ付きシャフト１４を内部に軸支する一揃いのアンギュラコンタクト・ボールベアリング１２と、ねじ付きシャフト１４とともにシャフト駆動機構６６を形成するナット１６と、このナット１６を支持する支持スリーブ１８とからなり、再循環ボールベアリング２０を備えた軸方向案内機構に一部を支持された上記支持スリーブ１８は、円筒状ハウジング２２内に支持され、このハウジング２２は、この加圧装置をその自由に選択可能な位置において一組のクランプ２８によって機器の部分２６に固定するための円筒状のクランプ面２４を備えている。

モーターシャフト４上には、ゼロを基準とする計測センサとしての角度エンコーダ３０が配置され、距離信号を得るために角度エンコーダ３０の信号を評価するレゾルバ３２が設けられている。これは、変速ギア８の変速比およびシャフト駆動機構６６（ねじ付きシャフト１４、ナット１６）のねじピッチを参照することによって周知の方法で行なわれる。

上記モーターブレーキ６は、電流が存在しないときはスプリングによってモーターシャフト４の回転を阻止し、電流が供給されると解除される。

上記変速ギア８は、好ましい実施の形態においては、例えば変速比ｉ＝５を備えた多段変速機であるが、遊星ギアとして構成することも可能である。変速ギア８の入力軸３４はモーターシャフト４に連結されているが、変速ギア８の出力軸３６はねじ付きシャフト１４に連結され、かつトルクセンサ１０を備えている。このトルクセンサ１０には、測定値の無線送信または非接触送信が可能なように送信機が組み込まれている。トルクセンサ１０は、ハウジングに設けられた閉鎖可能な開口部３８を通じて比較的容易にアクセスすることができ、したがって交換が容易であり、特殊な場合においても、得られる加圧力に適応するトルクセンサを使用することができるように構成されている。このことは、特定の最大トルク／加圧力に適したトルクセンサを用いることにより、トルクセンサの測定範囲を可能な限り広げることが可能になるために、測定の正確性が最高になる。このようにすれば、誤差１％未満の最高のまたは理想的な正確性が得られ、かくしてトルクによって測定される所望の加圧力の設定において対応する正確性も得られる。

図２および図４を参照すると、上記ねじ付きシャフト１４は、この場合ベアリングスリーブ４０およびこれにボルト締めされた外側ガイド４２を備えて全体として符号１２で示された一揃いのアンギュラコンタクト・ボールベアリングによってハウジング２２内に軸支されている。

ここに記載されている実施の形態においては、一揃いのアンギュラコンタクト・ボールベアリング１２は４個のアンギュラコンタクト・ボールベアリングからなり、各ボールベアリングは、長手方向の軸線５０に対して４５°をなす荷重ベクトル４４によって示された同量の軸線方向および半径方向の力を支えることができる。

第１組の２個のアンギュラコンタクト・ボールベアリング４６は、それぞれの場合において牽引力(図１，２の左方向に作用する)を支え、第２組の２個のアンギュラコンタクト・ボールベアリング４８はそれぞれの場合において加圧力(図１，２の右方向に作用する)を支える。アンギュラコンタクト・ボールベアリングのインナーレースは、シャフトナット５２によってねじ付きシャフト１４の肩部５４に対して直接的に隣接して締め付けられ、アンギュラコンタクト・ボールベアリングのアウターレースは、ハウジングナット５６によってハウジングの肩部５８に対して隣接して締め付けられている。これらアンギュラコンタクト・ボールベアリングは、上記シャフトナットおよびハウジングナットが締め付けられると遊びが残らないが、実質的に同量の牽引力または加圧力が軸線方向の遊びが無い状態で支えられるように、二対のベアリング４６および４８には反対方向にプレロードが与えられている。この構成のさらなる利点は、シャフトナットまたはハウジングナットによるインナーレースおよびアウターレースの締付けによって遊びのない完璧な動作が得られるので、軸線方向の寸法に関する限り、ベアリングスリーブまたはねじ付きシャフトの領域において見られる特別な寸法公差を必要としないことである。

上記シャフトの肩部５４に対し、この場合は５段のねじ山部６０を備えたねじ付きシャフト１４が隣接しており、ねじ山部６０の長さは、所望の加圧動作が達成されるような寸法とされている。

上記ねじ付きシャフト１４は、ねじ山部６０とナット１６と複数のローラとによってねじローラー送り機構（遊星ローラー式シャフト駆動機構とも呼ばれる)としてのねじ付きシャフト駆動機構６６を形成している。ナット１６は、回転しないようにフェザー・キー６８により支持スリーブ１８に連結されて、外側ガイド４２の内側で軸線方向に移動可能である。固定ボルト７０が固定リング７２を介してナット１６を支持スリ−ブ１８内に固定し、その場合に、リング７６が、固定リング７２または支持スリ−ブ１８に対する圧縮スプリング７４を介した係止手段を形成している。このシャフト駆動機構が後方(右方)に移動すると、ナット１６はリング７６とともにベアリングスリーブ４０のハウジング肩部５８に当接し、その結果トルクセンサ１０がトルクの増大を検出し、ゼロ位置の特定が可能になる。

支持スリーブ１８は、ナット１６を係止する比較的大径の支持部１８ａと、これに螺装されて加圧ラムを形成する比較的小径のスリーブ１８ｂとから構成されている。このスリーブ１８ｂは、再循環ボールベアリング２０(図３および図５)を備えた軸線方向案内機構の内側スリーブ内に支持されまたは内側スリーブを形成し、その外側のスリーブ２１は、軸線方向には変位不能なように係止リング７７によってハウジングまたは外側ガイド４２内に固定され、かつ回転しないようにフェザーキー７８によって外側ガイド４２に連結されている。加圧工具(図示せず)はスリーブ１８ｂの先端に取り付けられる。

一組のクランプ２８は円錐状クランプ素子を有し、これによってこの加圧装置は、機器の部分２６に対して、外側ガイド４２上の自由に選択可能な軸線方向位置において固定可能である。

一部を断面とした本発明による加圧装置の側面図を示す。図１の一揃いのアンギュラコンタクト・ボールベアリングの部位における拡大図を示す。図１の再循環ボールベアリングを備えた軸線方向案内機構の部位における拡大図を示す。図１または図２の IV−IV 線に沿った断面図を示す。図１または図３のＶ−Ｖ線に沿った断面図を示す。

符号の説明

２電動モータ
４モーターシャフト
６モーターブレーキ
８変速ギア
１０トルクセンサ
１２一揃いのアンギュラコンタクト・ボールベアリング
１４ねじ付きシャフト
１６ナット
１８支持スリーブ
１８ａ支持部
１８ｂスリーブ
２０再循環ボールベアリングを備えた軸線方向案内機構
２１外側スリーブ
２２ハウジング
２４クランプ面
２６機器の部分
２８１組のクランプ
３０角度エンコーダ
３２レゾルバ
３４入力軸
３６出力軸
３８ハウジング開口部
４０ベアリングスリーブ
４２外側ガイド
４４荷重ベクトル
４６第１アンギュラコンタクト・ボールベアリング
４８第２アンギュラコンタクト・ボールベアリング
５０長手方向軸線
５２シャフトナット
５４シャフト肩部
５６ハウジングナット
５８ハウジング肩部
６０ねじ山部
６６シャフト駆動機構
６８フェザーキー
７０固定ボルト
７２固定リング
７４圧縮スプリング
７６リング
７７係止リング
７８フェザーキー

Claims

電動モータ（２）と、変速ギア（８）と、前記電動モータ（２）の回転運動を加圧工具の直線運動に変換するためのねじローラー送り機構としてのシャフト駆動機構（６６）とを備え、該シャフト駆動機構（６６）のねじ付きシャフト（１４）が前記変速ギア（８）に連結され、前記シャフト駆動機構（６６）のナット（１６）が、円筒状ハウジング（２２）内で回転不能に、かつ軸線方向へは変位可能に案内される態様で前記加圧工具に連結されており、さらに前記加圧工具の移動距離を算出するためのトラベルセンサ（３０）と、前記加圧工具の加圧力を算出するためのセンサ（１０）とを備えた電動加圧装置において、
前記スピンドル（１４）は、プレロードを与えられた一揃いのアンギュラコンタクト・ボールベアリング（１２）によってハウジング（２２）内に取り付けられ、第１のまたは第１組のアンギュラコンタクト・ボールベアリング（４６）は牽引力を支えるのに適しており、第２のまたは第２組のアンギュラコンタクト・ボールベアリング（４８）は押圧力を支えるのに適しており、ほぼ等しい大きさの前記牽引力と前記押圧力とが軸線方向の遊びなしに維持されるように、前記アンギュラコンタクト・ボールベアリング（４６，４８）のインナーレースが、前記ねじ付きシャフト（１４）のシャフト肩部（５４）に対しシャフトナット（５２）によって互いに隣接して締め付けられ、前記アンギュラコンタクト・ボールベアリング（４６，４８）のアウターレースが、ハウジング肩部（５８）に対しハウジングナット（５６）によって互いに隣接して締め付けられていることを特徴とする電動加圧装置。
前記一揃いのアンギュラコンタクト・ボールベアリング（１２）が、第１の組の２個のアンギュラコンタクト・ボールベアリング（４６）と、第２の組の２個のアンギュラコンタクト・ボールベアリング（４８）とを有することを特徴とする請求項１記載の加圧装置。
前記変速ギア（８）が、多段変速機として構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の加圧装置。
前記変速ギア（８）が、変速比ｉ＝５を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の加圧装置。
前記電動モータ（２）が電気的に制御され、かつモーターシャフト上に角度エンコーダ（３０）を備え、該角度エンコーダ（３０）の角度信号と、前記変速ギア（８）の変速比と、前記シャフト駆動機構（６６）のねじピッチとに基づいて前記加圧工具の移動行程を算出する装置（３２）を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の加圧装置。
前記変速ギア（８）の出力軸（３６）と前記ねじ付きシャフト（１４）との間にトルクセンサ（１０）が配設されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の加圧装置。
前記トルクセンサ（１０）が、測定値を非接触的に送信する送信機を備えていることを特徴とする請求項６記載の加圧装置。
前記トルクセンサ（１０）が、種々の加圧力に対応させるために容易なアクセスおよび交換が可能であることを特徴とする請求項６または７記載の加圧装置。
前記トルクセンサ（１０）に対しアクセスするための閉鎖可能なウジング開口部（３８）が設けられていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項記載の加圧装置。
電流の遮断時に作動され、電流が流れると解除されるモーターブレーキ（６）がモーターシャフト（４）に配設されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の加圧装置。
前記加圧工具の移動行程のゼロ位置を算出するために、前記ナット（１６）と前記ハウジング（２２）との間に、スプリングのかかったストッパ（７６）が設けられていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の加圧装置。
前記ストッパが、スプリングのかかったリング（７６）として構成されていることを特徴とする請求項１１記載の加圧装置。
前記ねじ付きシャフト（１４）が多段のねじ山を備えていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載の加圧装置。
前記ナット（１６）が、非回転状態でかつ軸線方向に変位可能にハウジング（２２）内を案内される軸線方向に段の付いた支持スリーブ（１８）内に係止されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載の加圧装置。
前記支持スリーブ（１８）が、再循環ボールベアリング（２０）を備えた軸線方向案内機構の内側スリーブに連結され、または該内側スリーブを形成し、前記軸線方向案内機構の外側スリーブ（２１）が非回転状態で前記ハウジング（２２）に連結されていることを特徴とする請求項１４記載の加圧装置。
前記支持スリーブ（１８）が、比較的大径の円筒状支持部（１８ａ）と、該円筒状支持部（１８ａ）に螺装されて加圧ラムを形成する比較的小径のスリーブ（１８ｂ）とを有することを特徴とする請求項１４または１５記載の加圧装置。
前記ハウジング（２２）が該加圧装置を自由に選択可能な軸線方向クランプ位置に固定するための円筒状クランプ面（２４）を備えていることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項記載の加圧装置。
前記クランプ面（２４）に一組の二重円錐状クランプ（２８）が配設されていることを特徴とする請求項１７記載の加圧装置。