JP2008039188A - スピンドルナットのための遊びのない過負荷防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突の発生後の惰行距離を制限することなく、衝突点に近接して過負荷防止装置を配置するさらに過負荷防止装置の取り扱い及び応答の後の再使用と操作状態の検出が簡単にできるクラッチを提供する。
【解決手段】ボールねじ型スピンドル１に配置され、これと係合し、かつ往復台に固設したクラッチケース５の中に、スピンドルの軸３に対して回転自在に、かつ軸方向に固定して配置されたスピンドルナット２と、スピンドルナットとクラッチケース５の間に配置された成形体７とを有する、スピンドルナットのための過負荷防止装置において、プレッシャフランジの凹陥部８とケースの凹陥部９との間のトルク伝達結合が成形体７によって遊びなしに行われ、過負荷を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念部分に記載の構成を前提とし、とりわけボールねじ型伝動機構のスピンドルナットのための遊びのない過負荷防止装置に関する。

近代的駆動技術において回転運動を直線運動に変換するために、しばしばスクリュー型伝動機構が使用される。この場合、精度と効率の理由から遊びのないボールねじ型伝動機構に頼ることが多い。この種の駆動装置の動挙動が増大する中で、かなり以前から適当な安全装置により衝突の損傷やそれに伴う機械停止時間をなくすことが試みられている。

この目的のために、一方では作用方向に関して回転系及び軸方向作用系に、他方では取り付け位置に関してスピンドル/エンジン区域の系及びナット/往復台区域の系に組み込まれる様々な設計が先行技術により知られている。

例えば、ドイツ特許DE２５０１４４７では、スピンドルの固定軸受装置が適当なばね部材により両作用方向で機枠に対して軸方向に支えられるオーバロードクラッチの変型例が記載されている。この変型例の最大の欠点は、軸方向行程が両方向でばねのたわみによって限られており、とりわけ高い移動速度の場合に損傷を回避するために十分でないことである。

軸方向に働く過負荷防止装置の別の変型例がドイツ特許DE３３２２５６６に記載されている。この場合はスピンドルナットの軸方向位置がばね部材によって往復台に保持され、生じる過負荷によってスピンドルナットが往復台に対して軸方向に移動させられる。この場合主な欠点として、やはり系のばねのたわみ又は軸方向行程が多くの場合不十分なことが挙げられる。

最後に東ドイツ特許DD１３８７４６に開示された構成のものも回転式保護システムの部類に含めることができる。この特許ではスピンドルナットがその軸の周りに回転自在に、かつ送り方向に固定して、往復台に配置されている。通常作動時にはかみ合い式オーバロードクラッチがナットの回り止めを受け持つ。この変型例の欠点として、不十分な剛性、遊びなしの欠如、回転クラッチの大げさな複雑な構造を挙げることができる。しかも過負荷が発生した後のクラッチの再使用が非常に面倒な設計になっている。

先行技術に開示の上記構成上の欠点から、本発明に基づく過負荷防止装置に対する次の一連の課題が導き出される。
−過負荷防止装置を衝突点になるべく近接して配置すること。
−衝突の場合に限られた惰行距離を回避するための回転式構造。
−遊びがないこと、高いねじりこわさ及び応答の場合の急速なトルク減少。
−種々の機能のクラッチを取り付けスペースに組み込むことが可能であること。
−過負荷防止装置のコンパクトな構造と簡単な取り扱い。
−応答後のクラッチの簡単な再使用。
−クラッチの作動状態を簡単に電気的に検出できること。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の一連の課題に従って本発明は、スクリュー型伝動機構のスピンドルナットが往復台に回転自在に、かつ軸方向に固定して支承され、オーバロードクラッチによって回り止めさた回転型オーバロードクラッチを提案する。この提案構成により初めて、衝突の発生後の惰行距離を制限することなく、衝突点に近接して過負荷防止装置を配置することができる。

本発明によれば、クラッチは、スピンドルの周りに同心に配置した成形体をナット又は往復台と結合された凹陥部に付勢部材ないしばね部材、とりわけ皿ばねで、かみ合い式の確実拘束的に保持したものである。成形体による上記の確実拘束的固定という有利な構成によって、遊びのないことと併せて高いねじりこわさが得られる。本発明に基づき、付勢部材ないしばね部材の構造ないし凹陥部の幾何学的形状によって、クラッチの応答後直ちにトルク減少が得られる。こうして、例えば、ばね力が所定の予荷重からばねたわみの増加とともに減少するように、ばねの特性曲線を構成することが可能である。

成形体の上記の同心配列によって過負荷防止装置をきわめてコンパクトに構成することができ、成形体のための凹陥部の配置をわずかに変更し、付勢部材ないしばね部材の特性曲線をさらに適宜に変更することによって、種々の機能を実現することが可能である。

ここにおいて、順次かみ合い型、同期型又は負荷切断型クラッチを実現化することができる。順次かみ合い型クラッチでは過負荷（オーバーロード）が生じた際に、該クラッチの入力側と出力側が外れるが、該クラッチは種々の異なる相対回転位置の凹陥部で再結合しようとする。該クラッチを駆動するモータは過負荷が一旦生じると切離されるが、クラッチの入力側及び出力側の結合は、大抵の場合、同じ相対回転位置ではなされない。再結合において、両部分の再結合までの間、１つの凹陥部より次の凹陥部へと飛び越す。このように完全に再結合するまでに１つの凹陥部より他の凹陥部へ順次飛び越して、適宜の相対角度位置で自動的にクラッチの再結合がなされる構成である。同期型あるいは同期再かみ合い型クラッチでは、過負荷によって一旦クラッチが外れた後、入力側と出力側は相互に定められた単一の相対角度位置でのみ自動的な再結合がなされる構成である。負荷切断型クラッチでは、過負荷発生時に完全に切離され、もはや作業者による手動操作がない限り自動的なクラッチ再結合がない構成である。このようなクラッチ構成において、凹陥部が１つの円弧上に均等に配置された順次かみ合い型クラッチ及びクラッチが１つの角位置でだけかみ合うことができるように凹陥部を配置した同期型クラッチは、応答の際に連結点で直ちにトルク減少を生じるが、応答後は操作者の手を借りずに直ちに再使用可能である。他方、負荷切断型は、衝突によって過負荷が生じた後に駆動装置の即時停止が行われず、かみ合いを解いたクラッチに対して駆動装置のかなり長い運転が避けられない場合に適している。

ここで本発明に基づくクラッチのもう一つの利点が明らかになる。即ち成形体、成形体のための凹陥部及び付勢部材ないしばね部材の適当な配列によって、衝突の場合に同軸のスイッチリングの、スピンドル軸と平行なスイッチ運動を直接得ることができる。こうしてクラッチの操作状態を機械式リミットスイッチ又は無接触近接イニシエータによって簡単に検出し、クラッチの応答の後直ちに駆動装置を停止することが可能である。

スピンドル型伝動機構の通常運転時の本発明に係る過負荷防止装置の実施例を図１に示す。ここにおいて、ボールねじ型スピンドル１と係合するスピンドルナット２がボールねじ型スピンドル１と同心に配置され、ころがり軸受４によってその中心軸３の周りに回転自在に、かつ軸方向に固定して、クラッチケース５の中に取り付けられている。一方、クラッチケース５は螺着用ねじ山６によって、図示しない往復台ないしキャリッジに固設される。スクリュー型伝動機構を含む機械の図示の通常運転の場合、スピンドルナット２は、中心軸３の周りに同心に配置され、プレッシャフランジの凹陥部８及びケースの凹陥部９に係合する成形体７によって回転不能に、かつクラッチケース５に対して遊びなしで固定される。成形体７をプレッシャフランジの凹陥部８及びケースの凹陥部９に保持するために必要な力は、付勢部材をなすばね部材１１によって働かされる。ばね部材１０の軸方向予荷重は調整ナット１１によって発生されかつ変更され、スイッチリング１２がその軸方向力を成形体７に軸方向及び半径方向に分配する。このスイッチリング１２の軸方向位置はクラッチの操作状態とともに変化し、リミットスイッチ１３により検出することができる。調整ナット１１の意図せぬ変位を回避するために、調整ナット１１はクラッチケース５の中にある止めねじ１４によってかみ合い式の確実拘束的にロックされている。

プレッシャフランジの凹陥部８又はケースの凹陥部９の中の成形体７の位置を改めて図２（a）、（ｂ）に示す。

最後に図３はかみ合い解除状態の本発明に係るクラッチの実施例を示す。衝突の結果、ボールねじ型スピンドルへの軸方向力、それとともにスピンドルナット２に働くトルクが予定の設定値を超えるとこの状態になる。そこでプレッシャフランジの凹陥部８から成形体７に働く軸方向力が、調整ナット１１により調整されたばね部材１０の予荷重を超え、成形体７はプレッシャフランジのくぼみ８から外へ軸方向に移動する。こうしてスピンドルナット２とクラッチケース５の間の回転不能な固定が解除される。上記の経過に伴うオーバロードクラッチの操作状態の変化は、スイッチリング１２の軸方向運動を生じさせる。スイッチリング１２は近接イニシエータとして示すリミットスイッチ１３に減衰の変化を生じさせ、それとともに電気信号を発生し、この電気信号を駆動装置の停止のために利用することができる。

また図４（a）のC-C断面図は本発明に基づくクラッチのかみ合い解除状態での成形体７とプレッシャフランジの凹陥部８の状況を示す。

さらにケースの凹陥部９の中の成形体７の配置が図４（b）のD-D断面図で明らかである。

結合状態の本発明オーバロードクラッチの断面図を示す。 図１のA-A線に沿う部分断面図を（a）で、図１のB-B線に沿う部分断面図を（b）でそれぞれ示す断面図である。 かみ合い解除状態の本発明に係るオーバロードクラッチの断面図を示す。 図３のC-C線に沿う部分断面図を（a）で、図３のD-D線に沿う部分断面図を（b）でそれぞれ示す断面図である。

符号の説明

１ ボールねじ型スピンドル
２ スピンドルナット
３ スピンドルの軸
４ ころがり軸受
５ クラッチケース
６ 螺着用ねじ山
７ 成形体
８ プレッシャフランジの凹陥部
９ ケースの凹陥部
１０ ばね部材
１１ 調整ナット
１２ スイッチリング
１３ リミットスイッチ（近接イニシエータ）
１４ 止めねじ

Claims (10)

1. ボールねじ型スピンドル（１）に配置され、これと係合し、かつ往復台に固設したクラッチケース（５）の中にスピンドルの軸（３）に対して回転自在に、かつ軸方向に固定して配置されたスピンドルナット（２）と、
   スピンドルナット（２）とクラッチケース（５）の間に配置され、スピンドルナット（２）と結合されたプレッシャフランジの凹陥部（８）及びクラッチケース（５）と結合されたケースの凹陥部（９）に同時に係合し、こうしてスピンドルナット（２）とクラッチケース（５）の間にトルク伝達可能な結合を生じる成形体（７）と、
   現存する反作用力に抗して成形体（７）をプレッシャフランジの凹陥部（８）及びケースの凹陥部（９）に係合させるばね部材（１０）と、
   特に皿ばねよりなる前記ばね部材（１０）の予荷重をある範囲内で調整することができるとともに、かみ合いによりロック可能な調整ナット（１１）と、
   を有するスピンドルナットのための過負荷防止装置において、
   プレッシャフランジの凹陥部（８）とケースの凹陥部（９）の間のトルク伝達結合が前記成形体（７）によって遊びなしに行われることを特徴とする過負荷防止装置。
2. 成形体（７）をスピンドルナット（２）の周りに同心に配置し、これによって極めてコンパクトな構造を可能としたことを特徴とする請求項１に記載の過負荷防止装置。
3. プレッシャフランジの凹陥部（８）及びケースの凹陥部（９）がV形に形成され、これら凹陥部の間で成形体（７）により直接に定心されることを特徴とする請求項１又は２に記載の過負荷防止装置。
4. 成形体（７）がとりわけ球体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の過負荷防止装置。
5. ばね部材（１０）のばね力の成分の半径方向及び軸方向の最適な分配を保証に適したスイッチリング（１２）がばね部材（１０）と成形体（７）の間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の過負荷防止装置。
6. クラッチの応答の際に発生するスイッチリング（１２）の軸方向行程によりリミットスイッチ（１３）を作動してなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１に記載の過負荷防止装置。
7. クラッチの応答の後に、ばね部材（１０）のばね力及びそれとともにクラッチのトルクが直ちに減少するように、ばね部材（１０）の特性曲線を構成してなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１に記載の過負荷防止装置。
8. クラッチの応答の後に、クラッチのトルクが直ちに減少するように、プレッシャフランジの凹陥部（８）及び／又はケースの凹陥部（９）を幾何学的に形成してなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載の過負荷防止装置。
9. 円弧上のプレッシャフランジの凹陥部（８）及びケースの凹陥部（９）の角配置をわずかに変更することによって、同じ取り付けスペースで、クラッチの種々の機能、例えば順次かみ合い、同期再かみ合いを実現することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載の過負荷防止装置。
10. クラッチの応答の後に、ばね部材（１０）のばね力が“０”未満、即ち負になり、これによってスイッチリング（１２）が成形体（７）並びにプレッシャフランジの凹陥部（８）及びケースの凹陥部（９）にもはや軸方向力を働かせないように、ばね部材（１０）の特性曲線を構成してなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１に記載の過負荷防止装置。

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