JP2010064135A - Drive unit - Google Patents

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Yasumi Watanabe
靖巳 渡辺
Toshiharu Kajita
敏治 梶田
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NSK Ltd
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NSK Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel drive unit which can simultaneously satisfy a fast-forwarding function and an axial load application, and can exert high positioning accuracy. <P>SOLUTION: The invented drive unit includes a straight rail 10, a first slider 20 and a second slider 30 which are slidably engaged with the rail 10, a toggle mechanism 40 which connects the first slider 20 and the second slider 30, a ball screw mechanism 50 which drives the first slider 20 along the rail 10, and thereby the drive unit can simultaneously satisfy the fast-forwarding function of the second slider 30 and the application of axial load force, and can exert the high positioning accuracy. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、溶接ガンやプレス機、射出成型機などの高負荷機器用のアクチュエータとして適用することができる駆動ユニットに関する。   The present invention relates to a drive unit that can be applied as an actuator for a high load device such as a welding gun, a press machine, or an injection molding machine.

従来、スポット溶接ガンやプレス機、射出成型機などの高荷重(高負荷)が必要な機器には、高負荷発生用の駆動ユニットが備えられている。
例えば、以下の特許文献1に示すようなスポット溶接ガンや、特許文献2に示すような抵抗溶接機では、電極を備えたガンアームを被溶接物に移動・圧接させるための駆動ユニットとして、ボールネジ機構を用いた加圧駆動機構や電極駆動機構が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, devices that require a high load (high load) such as a spot welding gun, a press machine, and an injection molding machine are provided with a drive unit for generating a high load.
For example, in a spot welding gun as shown in Patent Document 1 below and a resistance welding machine as shown in Patent Document 2, a ball screw mechanism is used as a drive unit for moving and press-contacting a gun arm equipped with an electrode to a workpiece. A pressure driving mechanism and an electrode driving mechanism using the above are used.

また、以下の特許文献3に示すような射出成型装置では、一方の金型(移動金型)を他方の金型(固定金型)に近接・離間移動させるための駆動ユニットとして、スクリューナット機構(ボールネジ機構)に、倍力機構であるトグル機構を組み合わせた型締装置が用いられている。
特開平10−34346号公報 特開2000−17455号公報 特開昭60−112417号公報
Further, in an injection molding apparatus as shown in Patent Document 3 below, a screw nut mechanism is used as a drive unit for moving one mold (moving mold) close to or away from the other mold (fixed mold). A mold clamping device in which a toggle mechanism which is a booster mechanism is combined with a (ball screw mechanism) is used.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-34346 JP 2000-17455 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-112417

ところで、前記特許文献1に示すようなボールネジ機構を用いた駆動ユニットの場合、ボールネジのリードが一定であるため、ガンアームを早送りをする区間と溶接をする区間(高負荷区間)とでそのガンアームの送り速度が同じになってしまうといった不都合がある。
すなわち、溶接ガンや抵抗溶接機は、電極と被溶接物が接しているときに最も大きな軸方向荷重が必要とされるから、ボールネジのリードはできるだけ小さい方がよい。また、リードを小さくすることによって小型のモータでも充分な軸方向荷重を発揮することができる。これに対し、溶接時以外は、電極を素早く移動させる必要があるため、ボールネジのリードはできるだけ大きい方が望ましい。
By the way, in the case of the drive unit using the ball screw mechanism as shown in Patent Document 1, since the lead of the ball screw is constant, the gun arm of the gun arm is divided into a section in which the gun arm is fast-forwarded and a section in which welding is performed (high load section). There is a disadvantage that the feed speed becomes the same.
That is, the welding gun and the resistance welding machine require the largest axial load when the electrode and the workpiece are in contact with each other. Therefore, the lead of the ball screw should be as small as possible. Further, by reducing the lead, a small motor can exert a sufficient axial load. On the other hand, since it is necessary to move the electrode quickly except during welding, it is desirable that the lead of the ball screw be as large as possible.

従って、リードが一定であるボールネジを用いた駆動ユニットでは、その駆動源として小型モータを用いた場合では、これらの相反する要求を満足することが困難であるため、高価な高性能(大型)モータを用意しなければならず、コストが高くなってしまうといった不都合がある。なお、このような問題は射出成型機の型締軸においても生じており、型の開閉においては早送り動作が必要とされるが、型締め時は大きな軸方向荷重が必要となってくる。
一方、前記特許文献3に示すような、スクリューナット機構にトグル機構を組み合わせた駆動ユニットの場合では、そのトグル機構の倍力作用によってそのトグル機構で支持された金型などの早送り機能と軸方向荷重力を同時に満足することが可能となる。
Therefore, in a drive unit using a ball screw with a constant lead, if a small motor is used as the drive source, it is difficult to satisfy these conflicting requirements, so an expensive high-performance (large) motor Has the disadvantage of increasing the cost. Such a problem also occurs in the mold clamping shaft of the injection molding machine, and a fast feed operation is required for opening and closing the mold, but a large axial load is required during mold clamping.
On the other hand, in the case of a drive unit in which a toggle mechanism is combined with a screw nut mechanism as shown in Patent Document 3, a rapid feed function such as a die supported by the toggle mechanism by the boosting action of the toggle mechanism and the axial direction It is possible to satisfy the load force at the same time.

しかしながら、このような駆動ユニットでは、そのトグル機構がボールネジのねじれトルクによってねじれてしまい、位置決め精度が低いという問題がある。すなわち、例えばこのトグル機構を溶接ガンなどの倍力機構として使用した場合、そのリンクが完全に伸びきる前、つまりボールネジトルクが作用した状態で電極が被溶接物に接することになるため、電極の位置や角度がずれてしまうことがある。
そこで、本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、早送り機能と軸方向荷重力を同時に満足しつつ、優れた位置決め精度を発揮できる新規な駆動ユニットを提供するものである。
However, such a drive unit has a problem that its toggle mechanism is twisted by the torsion torque of the ball screw, and positioning accuracy is low. That is, for example, when this toggle mechanism is used as a booster mechanism such as a welding gun, the electrode comes into contact with the work piece before the link is fully extended, that is, in a state where the ball screw torque is applied. The position and angle may shift.
Therefore, the present invention has been devised to solve the above-described problems, and the object thereof is a novel that can exhibit excellent positioning accuracy while simultaneously satisfying the rapid feed function and the axial load force. A drive unit is provided.

前記課題を解決するために第1の発明は、
直線状のレールと、当該レールにスライド自在に係合される第1および第2のスライダと、当該第1スライダと第2スライダとを連結するトグル機構と、前記第1スライダを前記レールに沿って駆動するボールネジ機構と、を備えたことを特徴とする駆動ユニットである。
このような構成によれば、第1スライダと第2スライダとを連結するトグル機構の倍力作用によって、第1スライダに対する第2スライダの早送り機能と軸方向荷重力を同時に満足することができる。
In order to solve the above problems, the first invention
A linear rail, first and second sliders slidably engaged with the rail, a toggle mechanism connecting the first slider and the second slider, and the first slider along the rail And a ball screw mechanism for driving the drive unit.
According to such a configuration, the fast-forward function and the axial load force of the second slider with respect to the first slider can be satisfied simultaneously by the boosting action of the toggle mechanism that connects the first slider and the second slider.

また、第1スライダと第2スライダがそれぞれ同じレールにスライド自在に係合されているため、第1スライダに発生したボールネジ機構のトルクがそのままトグル機構や第2スライダに伝わることがない。この結果、トグル機構や第2スライダが大きくねじれたりすることがなくなるため、優れた位置決め精度を発揮できる。また、第1スライダと第2スライダがそれぞれ同じレールを使用することで駆動ユニットをコンパクト且つ簡素に設計することができる。   Further, since the first slider and the second slider are slidably engaged with the same rail, the torque of the ball screw mechanism generated in the first slider is not transmitted to the toggle mechanism or the second slider as it is. As a result, since the toggle mechanism and the second slider are not greatly twisted, excellent positioning accuracy can be exhibited. In addition, the drive unit can be designed compactly and simply by using the same rail for the first slider and the second slider.

また、第2の発明は、
第1の発明において、前記レールを、互いに平行に延びる一対のレール部材で構成すると共に、前記ボールネジ機構50で駆動される前記第1スライダを前記レール部材間に架け渡すように配置したことを特徴とする駆動ユニットである。
このような構成によれば、第1スライダに発生したボールネジトルクを一対のレール部材で受けることができるため、ボールネジ機構のトルクによる、トグル機構や第2スライダのねじれをより確実に防止できる。
In addition, the second invention,
In the first invention, the rail is constituted by a pair of rail members extending in parallel to each other, and the first slider driven by the ball screw mechanism 50 is arranged so as to be bridged between the rail members. Drive unit.
According to such a configuration, since the ball screw torque generated in the first slider can be received by the pair of rail members, it is possible to more reliably prevent the toggle mechanism and the second slider from being twisted due to the torque of the ball screw mechanism.

また、第3の発明は、
第1または第2の発明において、前記ボールネジ機構のネジ軸を前記レール部材と平行且つそのレール部材間の中央に配置すると共に、前記トグル機構を前記ネジ軸を境に左右対称構造としたことを特徴とする駆動ユニットである。
このような構成によれば、トグル機構がネジ軸と平行に伸縮するため、トグル機構が伸縮する際の軸方向位置誤差(幾何誤差)を皆無あるいは殆ど無くすことができる。
In addition, the third invention,
In the first or second invention, the screw shaft of the ball screw mechanism is arranged parallel to the rail member and in the center between the rail members, and the toggle mechanism has a bilaterally symmetric structure with the screw shaft as a boundary. It is the drive unit characterized.
According to such a configuration, since the toggle mechanism expands and contracts in parallel with the screw shaft, there is no or almost no axial position error (geometric error) when the toggle mechanism expands and contracts.

また、第4の発明は、
第1〜第3の発明において、前記レールと交差する方向に延び、かつその両端が前記トグル機構と連結するクロスアームを前記第2スライダにピン結合したことを特徴とする駆動ユニットである。
このような構成によれば、トグル機構が伸縮する際に軸方向位置誤差(幾何誤差)が発生した場合でも、その誤差を第2スライダのピン結合部で吸収することができる。この結果、トグル機構と第2スライダとの連結部分にモーメント力が発生することがなくなるため、より優れた位置決め精度を発揮できる。また、トグル機構や第2スライダに無理な力が加わることがなくなるため、摩耗や摩擦による寿命の低下を防止できる。
In addition, the fourth invention is
In the first to third inventions, the drive unit is characterized in that a cross arm extending in a direction intersecting with the rail and having both ends coupled to the toggle mechanism is pin-coupled to the second slider.
According to such a configuration, even when an axial position error (geometric error) occurs when the toggle mechanism expands and contracts, the error can be absorbed by the pin coupling portion of the second slider. As a result, moment force is not generated at the connecting portion between the toggle mechanism and the second slider, so that more excellent positioning accuracy can be exhibited. In addition, since excessive force is not applied to the toggle mechanism and the second slider, it is possible to prevent a decrease in life due to wear and friction.

本発明によれば、直線状のレールに第1および第2のスライダをスライド自在に係合すると共に、これらスライダをトグル機構で連結し、第1スライダをボールネジ機構によって駆動するようにしたため、伸張初期〜中期区間では第2スライダを早送りできると共に、伸張終端区間では倍力作用により大きな軸方向荷重を発揮できる。また、ボールネジ機構によるねじれトルクによってトグル機構や第2スライダがねじれたりすることがなくなるため、優れた位置決め精度を発揮できる   According to the present invention, the first and second sliders are slidably engaged with the linear rail, and the sliders are connected by the toggle mechanism, and the first slider is driven by the ball screw mechanism. The second slider can be fast-forwarded in the initial to mid-term section, and a large axial load can be exhibited by the boosting action in the extension end section. In addition, since the toggle mechanism and the second slider are not twisted by the torsion torque generated by the ball screw mechanism, excellent positioning accuracy can be exhibited.

次に、本発明の実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1〜図3は、本発明に係る駆動ユニット100の実施の一形態を示したものであり、図1はこの駆動ユニット100の平面図、図2はA−A線断面図、図3は、部分拡大平面図である。
図示するようにこの駆動ユニット100は、レール10と、第1スライダ20および第2のスライダ30と、トグル機構40と、ボールネジ機構50とから主に構成されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 to 3 show an embodiment of a drive unit 100 according to the present invention. FIG. 1 is a plan view of the drive unit 100, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA, and FIG. FIG.
As shown in the figure, the drive unit 100 mainly includes a rail 10, a first slider 20 and a second slider 30, a toggle mechanism 40, and a ball screw mechanism 50.

先ず、レール10は、断面矩形状をした1対のレール部材11,11を互いに平行かつ等間隔に配置すると共に、その両端を端板15,15で連結支持した構成となっている。
そして、図2に示すように、このレール部材11,11の内面(対向面)には、上下一組の円弧状溝12,12がその長手方向に沿って平行に形成されており、この円弧状溝12,12に沿ってそれぞれ複数のボールBが転動するようになっている。
First, the rail 10 has a configuration in which a pair of rail members 11 and 11 having a rectangular cross section are arranged in parallel and at equal intervals, and both ends thereof are connected and supported by end plates 15 and 15.
As shown in FIG. 2, a pair of upper and lower arc-shaped grooves 12, 12 are formed in parallel along the longitudinal direction on the inner surfaces (opposing surfaces) of the rail members 11, 11. A plurality of balls B roll along the arcuate grooves 12 and 12 respectively.

次に、第1スライダ20および第2スライダ30は、このレール10のレール部材11,11間に位置する断面矩形状のスライダ本体21の両側面に、それぞれ上下一対の循環路22,22を形成した構造となっている。
そして、この循環路22に収容された複数のボールBが、レール部材11,11側の円弧状溝12,12,12,12と循環路22内を循環することで、レール10に沿ってスライダ本体21がその長手方向に沿ってスライド自在に係合している。
Next, the first slider 20 and the second slider 30 respectively form a pair of upper and lower circulation paths 22 and 22 on both side surfaces of the slider body 21 having a rectangular cross section located between the rail members 11 and 11 of the rail 10. It has a structure.
The plurality of balls B accommodated in the circulation path 22 circulate in the circulation path 22 and the arc-shaped grooves 12, 12, 12, 12 on the rail members 11, 11 side, so that the slider is moved along the rail 10. The main body 21 is slidably engaged along the longitudinal direction.

すなわち、このスライダ本体21は、公知のリニアガイドのベアリング本体などと同様に、その両側面に4列の円弧状溝23,23,23,23がレール10の長手方向に平行に設けられており、この円弧状溝23,23,23,23と、レール部材11,11側の円弧状溝12,12,12,12間をその長手方向に沿って転動しながら移動するようになっている。そして、このボールBがスライダ本体21の端部に達すると、このスライダ本体21の端部に設けられたエンドキャップ(図示せず)の先端ですくい上げられ、この中に設けられた各曲線路24、24,24,24を通ってスライダ本体21内に設けられた循環孔25,25,25,25と導かれる。やがて、これらボールBは各循環孔25,25,25,25を通ってスライダ本体21の他端部に達し、今度は反対側のエンドキャップ(図示せず)の曲線路(図示せず)に案内され、もとの円弧状溝23,23,23,23と円弧状溝12,12,12,12間に戻される。このようにして各ボールBが循環路22を無限循環することでスライダ本体21をレール10に係合しつつ、その長手方向にスムーズにスライド移動できるようになっている。
そして、さらにこれら第1スライダ20および第2スライダ30のうち、第1スライダ20の内部中央には、後述するボールネジ機構50のナット部材51が一体的に設けられており、後述するボールネジ機構50によって第1スライダ20をレール10に沿って往復移動するようになっている。
That is, the slider main body 21 is provided with four rows of arc-shaped grooves 23, 23, 23, 23 parallel to the longitudinal direction of the rail 10 on both side surfaces thereof, like a known linear guide bearing main body. The arc-shaped grooves 23, 23, 23, 23 and the arc-shaped grooves 12, 12, 12, 12 on the rail members 11, 11 side move while rolling along the longitudinal direction. . When the ball B reaches the end of the slider body 21, the ball B is scooped up at the tip of an end cap (not shown) provided at the end of the slider body 21, and each curved path 24 provided therein is squeezed. , 24, 24, 24 are led to circulation holes 25, 25, 25, 25 provided in the slider body 21. Eventually, these balls B pass through the respective circulation holes 25, 25, 25, 25 to reach the other end of the slider body 21, and this time on the curved path (not shown) of the opposite end cap (not shown). Guided and returned between the original arc-shaped grooves 23, 23, 23, 23 and the arc-shaped grooves 12, 12, 12, 12. In this manner, each ball B circulates infinitely through the circulation path 22 so that the slider body 21 can be smoothly slid in the longitudinal direction while being engaged with the rail 10.
Further, a nut member 51 of a ball screw mechanism 50 described later is integrally provided in the center of the first slider 20 among the first slider 20 and the second slider 30. The first slider 20 is reciprocated along the rail 10.

次に、トグル機構40は、図1に示すように第1スライダ20と第2スライダ30とを連結するものであり、ベースリンク41と、一対の第1リンク42,42と、一対の第2リンク43,43と、一対の第3リンク44,44とから構成されている。
ベースリンク41は、前述したレール10の一方の端板15と一体的に形成されており、レール10を挟むようにその長手方向に沿って延びる一対のアーム41a、41aを備えた構成となっている。
Next, the toggle mechanism 40 connects the first slider 20 and the second slider 30 as shown in FIG. 1, and includes a base link 41, a pair of first links 42 and 42, and a pair of second links. It is comprised from the link 43,43 and a pair of 3rd link 44,44.
The base link 41 is formed integrally with one end plate 15 of the rail 10 described above, and includes a pair of arms 41 a and 41 a extending along the longitudinal direction so as to sandwich the rail 10. Yes.

第1リンク42、42は、それぞれその一端が、第1スライダ20の上面に固定されクロスアーム26の端部に回動自在にピン結合されると共に、その他端が、第2リンク43、43の中央部側に同じく回動自在にピン結合された構成となっている。
第2リンク43、43は、それぞれその一端が、ベースリンク41のアーム41a、41a端部に回動自在にピン結合されると共に、その他端が、第3リンク44、44の端部に同じく回動自在にピン結合された構成となっている。
第3リンク44、44は、それぞれその一端が、第2リンク43、43の端部に回動自在にピン結合されると共に、その他端が、第2スライダ30の上面に固定されクロスアーム31の端部に同じく回動自在にピン結合された構成となっている。
そして、このトグル機構40は、図1に示すようにレール10の中心軸を境に左右対称構造となっている。
One end of each of the first links 42 and 42 is fixed to the upper surface of the first slider 20 and is pivotally connected to the end of the cross arm 26, and the other end of each of the second links 43 and 43. Similarly, it is configured to be pin-coupled to the center side so as to be freely rotatable.
One end of each of the second links 43 and 43 is pivotally connected to the ends of the arms 41 a and 41 a of the base link 41, and the other end of the second links 43 and 43 is also turned to the ends of the third links 44 and 44. It is configured to be freely pin-coupled.
One end of each of the third links 44 and 44 is pivotally connected to the end of the second link 43 and 43, and the other end is fixed to the upper surface of the second slider 30. Similarly, it is configured to be pin-coupled to the end so as to be freely rotatable.
The toggle mechanism 40 has a left-right symmetric structure with respect to the central axis of the rail 10 as shown in FIG.

次に、ボールネジ機構50は、前述したように第1スライダ20の内部中央に設けられたナット部材51と、レール10の中心軸に位置するネジ軸52と、正逆回転制御可能なサーボモータ53とから主に構成されている。
ナット部材51は、ネジ軸52が貫通する貫通孔51aの内面に、螺旋状のネジ溝51bを形成すると共に、そのネジ溝51bの両端にリターンチューブ51cを連結した構造となっている。また、このネジ溝51bと、ネジ軸52の表面に形成された螺旋状のネジ溝52aとで形成される螺旋状の通路内には、複数のボールBが転動自在に収容されており、その通路の端部に達した複数のボールbをリターンチューブ51cを介して循環するようになっている。
Next, as described above, the ball screw mechanism 50 includes the nut member 51 provided at the center inside the first slider 20, the screw shaft 52 positioned at the center axis of the rail 10, and a servo motor 53 capable of forward / reverse rotation control. And is composed mainly of.
The nut member 51 has a structure in which a spiral screw groove 51b is formed on the inner surface of a through hole 51a through which the screw shaft 52 passes, and return tubes 51c are connected to both ends of the screw groove 51b. A plurality of balls B are rotatably accommodated in a spiral passage formed by the thread groove 51b and a spiral thread groove 52a formed on the surface of the screw shaft 52. A plurality of balls b reaching the end of the passage are circulated through the return tube 51c.

ネジ軸52は、第2スライダ30側に位置する一端が、レール10の端板15側に軸支されると共に、第1スライダ20側に端部が、ベースリンク41を兼用するレール10の端板15側を貫通するように軸支されている。
サーボモータ53は、このベースリンク41を兼用するレール10の端板15側に固定されると共に、その回転軸53aがカップリング54を介してネジ軸52に連結された構成となっている。
One end of the screw shaft 52 located on the second slider 30 side is pivotally supported on the end plate 15 side of the rail 10, and the end portion on the first slider 20 side is the end of the rail 10 that also serves as the base link 41. It is pivotally supported so as to penetrate the plate 15 side.
The servo motor 53 is fixed to the end plate 15 side of the rail 10 that also serves as the base link 41, and the rotation shaft 53 a is connected to the screw shaft 52 via the coupling 54.

そして、このサーボモータ53によってネジ軸52を回転させることで、これに螺合するナット部材51が設けられた第1スライダ20を、レール10に沿って強制的に往復移動できるようになっている。なお、第2スライダ30の中心部には、ネジ軸52を単に貫通するための貫通孔(図示せず)が形成されており、第2スライダ30とネジ軸52とは互いに螺合しない構成となっている。   Then, by rotating the screw shaft 52 by the servo motor 53, the first slider 20 provided with the nut member 51 screwed to the servo shaft 53 can be forcibly reciprocated along the rail 10. . A through hole (not shown) for simply passing through the screw shaft 52 is formed at the center of the second slider 30, and the second slider 30 and the screw shaft 52 are not screwed together. It has become.

次に、このような構成をした駆動ユニット100の作用及び効果を説明する。
図1に示すように、ボールネジ機構50によって第1スライダ20を第2スライダ30(図中右方向)側に移動させると、第1スライダ20のクロスアーム26に、第1リンク42,42を介して接続された第2リンク43,43が、ベースリンク41のアーム41a、41aのピン結合部を軸としてレール10から離れるように回動する。
すると、この第2リンク43,43の他端にピン結合された第2リンク44,44が第2スライダ30のクロスアーム31のピン結合部を軸としてレール10から離れるように回動する。
Next, the operation and effect of the drive unit 100 configured as described above will be described.
As shown in FIG. 1, when the first slider 20 is moved to the second slider 30 (rightward in the drawing) side by the ball screw mechanism 50, the cross arm 26 of the first slider 20 is moved via the first links 42 and 42. The second links 43, 43 connected in this manner rotate away from the rail 10 about the pin coupling portion of the arms 41a, 41a of the base link 41 as an axis.
Then, the second links 44, 44 pin-coupled to the other ends of the second links 43, 43 rotate so as to be separated from the rail 10 about the pin coupling portion of the cross arm 31 of the second slider 30.

これによって、第2スライダ30がレール10端部(図中右側)に移動すると共に、このトグル機構40によって第1スライダ20がレール10端部(図中右側)に移動するに従ってその第1スライダ20の移動量よりも第2スライダ30の移動量が徐々に短くなる。
この結果、図3に示すように倍力作用が発揮されて第2スライダ30に大きな軸方向荷重を発生させることができる。
As a result, the second slider 30 moves to the end of the rail 10 (right side in the figure), and the first slider 20 moves to the end of the rail 10 (right side in the figure) by the toggle mechanism 40. The moving amount of the second slider 30 becomes gradually shorter than the moving amount of.
As a result, as shown in FIG. 3, a boosting action is exerted, and a large axial load can be generated on the second slider 30.

図3は、この第2スライダ30の移動量(ねじ送り量)と軸方向荷重との関係を示したものである。
図示するように、第1スライダ20の移動量(ねじ送り量)が移動初期〜中期(早送り区間)までは、第2スライダ30の軸方向荷重はあまり大きくないが、この早送り区間を過ぎてそのねじ送り量が最大になる伸張終期(倍力区間)に至ると、その軸方向荷重は一気に増大する。
FIG. 3 shows the relationship between the moving amount (screw feed amount) of the second slider 30 and the axial load.
As shown in the drawing, the axial load of the second slider 30 is not so large until the first slider 20 moves (screw feed amount) from the initial stage to the middle stage (fast forward section). When reaching the end of extension (boost section) where the screw feed amount becomes maximum, the axial load increases at a stretch.

従って、この移動ユニット100を、例えば前述したスポット溶接ガンなどに適用し、第2スライダ30に一方のガンアーム(電極)を取り付けるように構成すれば、第1スライダ20の移動量(ねじ送り量)が一定であっても、早送り区間では、ガンアームを素早く移動することができると共に、負荷を受ける倍力区間ではその移動速度を低くしつつ軸方向荷重を大きくすることができる。これによって、効率的且つ良好な溶接作業を実現できる。   Therefore, if the moving unit 100 is applied to, for example, the spot welding gun described above and one gun arm (electrode) is attached to the second slider 30, the moving amount (screw feed amount) of the first slider 20 will be described. Even in the fast feed section, the gun arm can be moved quickly, and in the boost section receiving the load, the axial load can be increased while lowering the moving speed. Thereby, an efficient and good welding operation can be realized.

なお、図4は、このトグル機構40による早送り機能と倍力機能の原理を示したものである。ここで、同図(A)および(B)に示す、リンクの共通節点の位置を第1スライダ20、その共通節点から下方に延びる矢印が第1スライダ20の移動方向、リンク先端の幅(横)方向の移動距離を第2スライダ30の軸方向荷重と仮定する。すると、同図(A)に示すように共通節点が基準面よりも高い位置にあるときは、リンク同士の為す角度が小さいため、その共通節点がその位置から基準面方向に移動した時点では、にリンク先端の幅(横)方向の移動距離(第2スライダ30の軸方向荷重)は大きい。しかしながら、同図(B)に示すように、さらにその共通節点が基準面方向に近づくと、共通節点の移動速度が同じであるにもかかわらず、リンク先端の幅(横)方向の移動距離(第2スライダ30の軸方向荷重)が一気に小さくなる。このような原理によって本発明のトグル機構40は、第2スライダ30に対して早送り作用と倍力作用を発揮することができる。   FIG. 4 shows the principle of the fast-forward function and the boost function by the toggle mechanism 40. Here, the position of the common node of the link shown in FIGS. 4A and 4B is the position of the first slider 20, and the arrow extending downward from the common node indicates the moving direction of the first slider 20, the width of the link tip (horizontal). ) Direction moving distance is assumed to be the axial load of the second slider 30. Then, when the common node is at a position higher than the reference plane as shown in FIG. 4 (A), the angle between the links is small, so when the common node moves from the position in the reference plane direction, In addition, the movement distance in the width (lateral) direction of the link tip (the axial load of the second slider 30) is large. However, as shown in FIG. 5B, when the common node further approaches the reference plane direction, the movement distance in the width (lateral) direction of the link tip is the same even though the movement speed of the common node is the same. The axial load) of the second slider 30 is reduced at a stretch. Based on such a principle, the toggle mechanism 40 of the present invention can exert a fast-forwarding action and a boosting action on the second slider 30.

また、本発明の駆動ユニット100は、第1スライダ20と第2スライダ30がそれぞれ同じレール10にスライド自在に係合されているため、第1スライダ20に発生したボールネジ機構50のトルクがそのままトグル機構40や第2スライダ30に伝わることがない。
従って、トグル機構40や第2スライダ30が大きくねじれたりすることがなくなるため、優れた位置決め精度を発揮できる。また、第1スライダ20と第2スライダ30がそれぞれ同じレール10を使用することで全体をよりコンパクト且つ簡素に設計することができる。
In the drive unit 100 of the present invention, since the first slider 20 and the second slider 30 are slidably engaged with the same rail 10, the torque of the ball screw mechanism 50 generated in the first slider 20 is toggled as it is. There is no transmission to the mechanism 40 or the second slider 30.
Therefore, the toggle mechanism 40 and the second slider 30 are not greatly twisted, so that excellent positioning accuracy can be exhibited. In addition, since the first slider 20 and the second slider 30 use the same rail 10, the whole can be designed more compactly and simply.

また、このレール10を、互いに平行に延びる一対のレール部材11,11で構成すると共に、ボールネジ機構50で駆動される第1スライダ20をそのレール部材11,11間に架け渡すように配置したため、第1スライダに発生したボールネジ機構50によるトルクがこの一対のレール部材11,11で支持されることになる。この結果、ボールネジ機構50のトルクによる、トグル機構40や第2スライダ30にねじれが伝わらなくなるため、これらのねじれによる位置誤差をより確実に防止できる。   In addition, the rail 10 is composed of a pair of rail members 11 and 11 extending in parallel with each other, and the first slider 20 driven by the ball screw mechanism 50 is arranged so as to be bridged between the rail members 11 and 11. The torque generated by the ball screw mechanism 50 in the first slider is supported by the pair of rail members 11 and 11. As a result, the torsion is not transmitted to the toggle mechanism 40 and the second slider 30 due to the torque of the ball screw mechanism 50, so that position errors due to these torsion can be prevented more reliably.

また、本発明の駆動ユニット100では、ボールネジ機構50のネジ軸52をレール部材11,11と平行且つそのレール部材11,11間の中央に配置すると共に、そのトグル機構40をそのネジ軸52を境に左右対称構造としている。
このため、トグル機構40がネジ軸52と平行に伸縮するため、トグル機構40が伸縮する際の軸方向位置誤差(幾何誤差)を皆無あるいは殆ど無くすことができる。
Further, in the drive unit 100 of the present invention, the screw shaft 52 of the ball screw mechanism 50 is disposed in parallel to the rail members 11 and 11 and in the center between the rail members 11 and 11, and the toggle mechanism 40 includes the screw shaft 52. It has a symmetrical structure at the border.
For this reason, since the toggle mechanism 40 expands and contracts in parallel with the screw shaft 52, an axial position error (geometric error) when the toggle mechanism 40 expands and contracts can be eliminated or almost eliminated.

ところで、前述したような構成をした駆動ユニット100の場合、長期の使用による各部材の摩耗や各部材の加工精度、組立精度などに起因するトグル機構40の各節点(ピン結合部)にガタ(誤差)が発生すると、例えば図5に示すようにそのガタの積算によって第2スライダ30がネジ軸52から大きくずれてしまうことが考えられる。
図5の例は、トグル機構40の一部を構成する一対の第1リンク42、42のうち、一方(図中上方)の第1リンク42のピン接合部(節点)にガタや誤差が生じて、これと連結する第2リンク43と、ベースリンク41のアーム41aおよびと第3リンク44が直線状態にならず、この結果、第2スライダ30の上面に固定されていたクロスアーム31が傾いて第2スライダ30の軸が大きくねじれてしまった状態を示したものである。
By the way, in the case of the drive unit 100 having the above-described configuration, there is a backlash at each node (pin coupling portion) of the toggle mechanism 40 caused by wear of each member, processing accuracy of each member, assembly accuracy, etc. If an error occurs, for example, as shown in FIG.
In the example of FIG. 5, backlash or an error occurs in the pin joint portion (node) of the first link 42 of one (upper side in the drawing) of the pair of first links 42 and 42 constituting a part of the toggle mechanism 40. Thus, the second link 43 connected to this, the arm 41a of the base link 41, and the third link 44 are not linear, and as a result, the cross arm 31 fixed to the upper surface of the second slider 30 is tilted. This shows a state in which the shaft of the second slider 30 is greatly twisted.

そこで、図7に示すように、第2スライダ30の上面に固定されていたクロスアーム31を第2スライダ30から分離すると共に、そのクロスアーム31の中心部を第2スライダ30の中央部(ネジ軸52上)にピン結合すれば、係る不都合を解消できる。
すなわち、図7に示すように、一方の第2リンク43とベースリンク41のアーム41aおよび第3リンク44のみが直線状態にならないことにより、クロスアーム31が傾いてしまった場合でも、その傾き(モーメント)がそのピン結合部で吸収されるため、第2スライダ30の軸がねじれてしまうようなことがなくなる。その一方、トグル機構40からクロスアーム31に伝達してくる軸荷重力は、このピン結合部から第2スライダ30に確実に伝達される。
Therefore, as shown in FIG. 7, the cross arm 31 fixed to the upper surface of the second slider 30 is separated from the second slider 30, and the central portion of the cross arm 31 is set to the central portion (screw) of the second slider 30. Such inconvenience can be eliminated by pin coupling to the shaft 52).
That is, as shown in FIG. 7, even when the cross arm 31 is inclined because only the second link 43 and the arm 41 a of the base link 41 and the third link 44 are not linear, the inclination ( Moment) is absorbed by the pin coupling portion, so that the shaft of the second slider 30 is not twisted. On the other hand, the axial load force transmitted from the toggle mechanism 40 to the cross arm 31 is reliably transmitted from the pin coupling portion to the second slider 30.

従って、このような構成によれば、トグル機構40が伸縮する際に軸方向位置誤差が発生した場合でも、そのまま第2スライダ30にモーメント力が発生することがなくなるため、より優れた位置決め精度を発揮できる。また、トグル機構40や第2スライダ30に無理な力が加わることがなくなるため、摩耗や摩擦による寿命の低下を防止できる。
また、トグル機構40の誤差は第1スライダ20にも偏荷重として作用するが、この第1スライダ20は、レール10によってその回転が拘束されているため、ネジ軸52などに偏荷重が作用しなくなり、ボールネジ機構50の寿命低下も防止できる。
また、図8や図9に示すように、前述したレール10を、汎用(公知)の直動案内装置(リニアガイド)60で構成したり、ボールネジ機構50を汎用(公知)のナット部材からなるボールネジ装置で構成すれば、より安価に本発明の駆動ユニット100を得ることができる。
Therefore, according to such a configuration, even if an axial position error occurs when the toggle mechanism 40 expands and contracts, moment force is not generated in the second slider 30 as it is. Can demonstrate. In addition, since excessive force is not applied to the toggle mechanism 40 and the second slider 30, it is possible to prevent a decrease in life due to wear and friction.
The error of the toggle mechanism 40 also acts as an offset load on the first slider 20. However, since the rotation of the first slider 20 is restricted by the rail 10, the offset load acts on the screw shaft 52 and the like. Accordingly, the life of the ball screw mechanism 50 can be prevented from being reduced.
Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the rail 10 described above is configured by a general-purpose (known) linear motion guide device (linear guide) 60, and the ball screw mechanism 50 is formed by a general-purpose (known) nut member. If constituted by a ball screw device, the drive unit 100 of the present invention can be obtained at a lower cost.

なお、図8は、前述したように第2スライダ30にクロスアーム31を一体的に備えた駆動ユニット100を、また、図9は、第2スライダ30にクロスアーム31をピン結合部を介して備えた駆動ユニット100を示したものである。
また、本発明の駆動ユニット100を溶接ガンなどに適用する場合には、この駆動ユニット100をコモンベースに取り付け、そのコモンベースにガンアームの一方を取り付けると共に、第2スライダ30に他方のガンアームを取り付け、この他方のガンアームを前記一方のガンアームに対して近接・離間自在に駆動することになる。
8 shows the drive unit 100 in which the cross arm 31 is integrally provided on the second slider 30 as described above, and FIG. 9 shows the cross arm 31 on the second slider 30 via the pin coupling portion. The drive unit 100 provided is shown.
When the drive unit 100 of the present invention is applied to a welding gun or the like, the drive unit 100 is attached to a common base, one of the gun arms is attached to the common base, and the other gun arm is attached to the second slider 30. The other gun arm is driven so as to be close to and away from the one gun arm.

本発明に係る駆動ユニット100の実施の形態を示す平面図である。It is a top view which shows embodiment of the drive unit 100 which concerns on this invention. 図1中A−A線拡大断面図である。It is an AA line expanded sectional view in FIG. 第2スライダ30のネジ送り量と軸方向荷重との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the screw feed amount of the 2nd slider 30, and an axial load. トグル機構40の動作原理を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing an operation principle of a toggle mechanism 40. トグル機構40のガタなどにより第2スライダ30がずれた状態を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a state in which the second slider 30 is displaced due to play of the toggle mechanism 40 or the like. 本発明に係る駆動ユニット100の他の実施の形態(縮小時)を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment (at the time of reduction) of the drive unit 100 which concerns on this invention. 本発明に係る駆動ユニット100の他の実施の形態(伸張時)を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment (at the time of expansion | extension) of the drive unit 100 which concerns on this invention. 本発明に係る駆動ユニット100の他の実施の形態(ピン結合部無し)を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment (without a pin coupling | bond part) of the drive unit 100 which concerns on this invention. 本発明に係る駆動ユニット100の他の実施の形態(ピン結合部あり)を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment (with a pin coupling | bond part) of the drive unit 100 which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100…駆動ユニット
10…レール
20…第1スライダ
26…クロスアーム
30…第2スライダ
31…クロスアーム
40…トグル機構
41…ベースリンク
41a…ベースリンクアーム
42…第1リンク部材
43…第2リンク部材
44…第3リンク部材
50…ボールネジ機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Drive unit 10 ... Rail 20 ... 1st slider 26 ... Cross arm 30 ... 2nd slider 31 ... Cross arm 40 ... Toggle mechanism 41 ... Base link 41a ... Base link arm 42 ... 1st link member 43 ... 2nd link member 44 ... Third link member 50 ... Ball screw mechanism

Claims (4)

直線状のレールと、当該レールにスライド自在に係合される第1および第2のスライダと、当該第1スライダと第2スライダとを連結するトグル機構と、前記第1スライダを前記レールに沿って駆動するボールネジ機構と、を備えたことを特徴とする駆動ユニット。   A linear rail, first and second sliders slidably engaged with the rail, a toggle mechanism connecting the first slider and the second slider, and the first slider along the rail And a ball screw mechanism for driving the drive unit. 請求項1に記載の駆動ユニットにおいて、
前記レールを、互いに平行に延びる一対のレール部材で構成すると共に、前記ボールネジ機構で駆動される前記第1スライダを前記レール部材間に架け渡すように配置したことを特徴とする駆動ユニット。
The drive unit according to claim 1, wherein
A drive unit, wherein the rail is constituted by a pair of rail members extending in parallel with each other, and the first slider driven by the ball screw mechanism is arranged so as to be bridged between the rail members.
請求項1または2に記載の駆動ユニットにおいて、
前記ボールネジ機構のネジ軸を前記レール部材と平行且つそのレール部材間の中央に配置すると共に、前記トグル機構を前記ネジ軸を境に左右対称構造としたことを特徴とする駆動ユニット。
The drive unit according to claim 1 or 2,
A drive unit characterized in that a screw shaft of the ball screw mechanism is arranged parallel to the rail member and in the center between the rail members, and the toggle mechanism has a left-right symmetrical structure with respect to the screw shaft.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の駆動ユニットにおいて、
前記レールと交差する方向に延びかつその両端が前記トグル機構と連結するクロスアームを前記第2スライダにピン結合したことを特徴とする駆動ユニット。
In the drive unit as described in any one of Claims 1-3,
A drive unit characterized in that a cross arm extending in a direction crossing the rail and having both ends coupled to the toggle mechanism is pin-coupled to the second slider.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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