JP2012026563A - Reverse rotation preventing mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、従来、エァシリンダを用いている装置に代えて、電動モータを用いて電動化するための装置に関するものである。The present invention relates to a device for electrification using an electric motor instead of a device that conventionally uses an air cylinder.
1、コイルローラーを用いた回転直線変換機構。
U.S.Patent US6、684、728 B2
特願 2000−369291
特開 2005−188731
特許 第4437268
2、エァシリンダ。
3、台形ねじ。
4、ボールねじ。1. A rotating linear conversion mechanism using a coil roller.
U. S. Patent US6, 684, 728 B2
Japanese Patent Application 2000-369291
JP 2005-188731 A
Patent No. 4437268
2, Air cylinder.
3, trapezoidal screw.
4. Ball screw.
従来のエァシリンダを用いた装置は、利点として、小型で高推力、且、高スピートが可能である、欠点としては、エネルギー効率が低い点、更に、配管及びエァ源を必要とするなどがあるが、最大の利点は、装置単体の低コストにある。
上記観点から、エァシリンダに対抗できる電動アクチュエータを完成する課題として次の二点が考えられる。
1、クッション機能に関して、コントローラを必要とする、サーボモータ、ステッピングモータではなく、エァシリンダのバルブ操作に匹敵する、単なるDCモータのON、OFFで達成する。
2、高推力、高スピード、及び、自己保持機能等に際して、減速機あるいはブレーキ機構を用いない、単なるDCモータのON、OFFで達成し、且、電流がOFFの状態で逆転しない(推力の保持が可能である)。The conventional apparatus using the air cylinder has advantages such as small size, high thrust, and high speed. Disadvantages include low energy efficiency and the need for piping and air sources. The greatest advantage is the low cost of the device alone.
From the above viewpoint, the following two points can be considered as a problem to complete an electric actuator that can compete with the air cylinder.
1. Regarding the cushion function, it is achieved by simply turning on and off the DC motor, which is comparable to the valve operation of the air cylinder, not the servo motor or stepping motor that requires a controller.
2. High thrust, high speed, and self-holding function, etc. are achieved by simply turning the DC motor on and off without using a speed reducer or brake mechanism, and not reversing when the current is off (holding thrust) Is possible).
コイルローラを用いた回転直線変換装置に於いて、リテイナーの直線方向の移動距離、及び、リテイナーの回転速度に着眼すると、以下の二点が明確になる。
1、 リテイナーの直線移動距離は出力部材の移動距離の1/2であり、且、両者の可能な最大推力は、リテイナーが出力部材の2倍である。このことが、リテイナーに軸方向に圧縮スプリングにより力を加えた場合に、クッション機能、逆転防止、及び、食込み防止を可能にする。
この点に関しては以下の如く推考できる。
1−1、上記移動距離が1/2になっていることは、台形ねじ等に対比させると、リードが1/2になることを意味し、逆転防止を達成しようとする場合に有利となる要因である。
次に、リテイナーに軸方向の力が存在することは、くさび等に対比させると、第3の力が存在することであり、このことは食込み防止に有利な要因である。
次に、リテイナーに加えることが可能な荷重(前第3の力)が、出力部材の2倍となることは、エァシリンダのクッションに相当する衝撃吸収機能が可能となる要因である。
1−2、リテイナーの回転速度が駆動部材の回転速度の1/2であり、リテイナー端面と駆動部材間に圧縮スプリングを組み込んだ場合に、駆動部材からリテイナーに回転力を摩擦力により伝達できる。このことも又、食込みなく逆転防止が可能な要因の一つとなる。
1−3、上記1、2項とは逆に、マイナス要因として、リテイナーに軸方向に力を加えることは、それだけを考えると、逆転防止に対して不利な要因となる。
2、 更に、前1項以外の技術内容として、
2−1、リテイナーに摩擦力により生じる回転力の方向により、コイルローラーがスリップした場合のリテイナーの軸方向移動をコントロールできる。
2−2、リテイナーに生じるスプリング力を、出力部材の推力に加えることも可能である。
以上の技術内容を総合的に組み合わせ、且、数値的選択により、本願発明の特許請求の範の構成で達成できる。In the rotating linear conversion device using the coil roller, the following two points become clear when focusing on the moving distance of the retainer in the linear direction and the rotating speed of the retainer.
1. The linear movement distance of the retainer is ½ of the movement distance of the output member, and the maximum possible thrust of both of them is twice that of the output member of the retainer. This enables a cushion function, prevention of reverse rotation and prevention of biting when a force is applied to the retainer in the axial direction by a compression spring.
This can be inferred as follows.
1-1. The fact that the moving distance is ½ means that the lead is halved when compared with a trapezoidal screw or the like, which is advantageous when it is desired to prevent reverse rotation. It is a factor.
Next, the presence of axial force in the retainer means that there is a third force as compared with a wedge or the like, which is an advantageous factor for preventing biting.
Next, the fact that the load (front third force) that can be applied to the retainer is twice that of the output member is a factor that enables the shock absorbing function corresponding to the cushion of the air cylinder.
1-2, the rotational speed of the retainer is ½ of the rotational speed of the drive member, and when a compression spring is incorporated between the retainer end surface and the drive member, the rotational force can be transmitted from the drive member to the retainer by a frictional force. This is also one of the factors that can prevent reversal without biting.
1-3, Contrary to
2. In addition, as technical contents other than the
2-1, The axial movement of the retainer when the coil roller slips can be controlled by the direction of the rotational force generated by the frictional force on the retainer.
2-2. It is possible to apply the spring force generated in the retainer to the thrust of the output member.
The above technical contents can be combined comprehensively and numerically selected to achieve the structure of the scope of the claims of the present invention.
1、DCモータのON、OFFだけで操作できる、クッション機能を備え、更に、逆転防止(自己保持)、且、食込み防止の高スピードアクチュエータを可能にする。
2、DCモータのON、OFFだけで操作できる、高推力、高効率、且、逆転防止(自己保持)のアクチュエータを減速機及びブレーキなしで可能とする。
3、上記2項は、総合的にみるとエァシリンダを用いた装置に、コスト的にも対抗(配管、エァ源、エネルギーコスト等を考慮して)できる。1. It has a cushion function that can be operated only by turning on and off the DC motor, and also enables a high-speed actuator that prevents reverse rotation (self-holding) and prevents biting.
2. Enables high thrust, high efficiency, reverse rotation prevention (self-holding) actuators that can be operated only by turning on and off the DC motor without a reduction gear and a brake.
3. The above two items can be countered in terms of cost to an apparatus using an air cylinder (in consideration of piping, air source, energy cost, etc.) when viewed comprehensively.
以下、図面に従って述べる。
図1は、衝撃吸収機能を備えた装置に用いる場合の、本願発明の軸方向断面図であり、特に、従来の、エァシリンダを用いた、コンベアー等に用いるストッパシリンダに対抗する電動アクチュエータであり、その機能は、可動部重量約10kg、可動距離約50mm、可動にかかる時間約0.5秒が要求される。
以下、図1に従って述べる。
シリンダ1は、二本のガイドロッド12(一本は省略している)にガイドされて直線的に可動する。ロッド2は、ハウジング13に固定された、二個の鍔付滑り軸受5にガイドされて回転運動のみが可能となっている。リテイナー3は、両端の内径が、ロッド2の外径とすべり勘合となってガイドされている。リテイナー3には、複数(3〜8)の溝が傾斜角をなして加工されおり、この溝にそれぞれコイルローラー4が回転可能に、且、シリンダ1とロッド2両者間に圧接するように組み込まれ、コイルローラ両端には軸方向力に対して夫々鋼球を配置している。ロッド2には、ストッパー6、7が固定されている。更に、リテイナー3の端面と該ストッパー6、7間に、圧縮コイルばね8、9が夫々組み込まれている。次に、動作に関して述べる。
ロッド2をDCモータ14により回転させると、シリンダ1が軸方向に可動する、又、リテイナー3は軸方向にシリンダ1の1/2だけ可動する。この際、圧縮コイルばね8、9は夫々伸縮する。この圧縮コイルばね8、9生じる力により、前項[課題を解決するための手段]で述べたように、衝撃吸収機能及び食込み防止機能を備えた逆転防止機構が可能になる。
この点に関して、数値的に算出するのは極めて複雑となるが、総合的に実験により最適値を求めることは容易である。
以下、実験により達成された、本願発明の具体的数値を記載する。
要求される機能としては、可動部重量は10kg、可動距離50mm、可動にかかる時間0.5秒として、次の主たる数値で達成される。(この場合に、ロッド2が一回転すると、シリンダ1は7mm可動する)
シリンダ1の内径40mm、ロッド2の外径20mm、コイルローラー4の外径10.1mm、長さ20mm、傾斜角5度、本数4本、圧縮コイルばね8、9の力の変動幅2kgf〜35kgf、DCモータ出力 27.7W。
次に、上記要求される機能を拡大させる場合は、上記具体的数値を、機能的に相似になるように変更することで実施できる。
図2は、クランプ装置等に用いる場合の、本願発明の軸方向断面図である。
図1との相違点は、鍔付滑り軸受けの代わりに、アンギュラ玉軸受を用いる。
圧縮コイルばね8をリテイナー3と可動部材10の間に組み込む。
要求される機能として、出力(クランブ力)100kgf以上で、衝撃値は無視できる範囲(可動部質量及びスピードに関連して)として、次の主たる数値で達成される。
(この場合には、ロッド2が一回転すると、シリンダ1は1mm可動する)
シリンダ1の内径40mm、ロッド2の外径20mm、コイルローラー4の外径10.1mm、長さ38mm、傾斜角1度、本数6本、圧縮コイルばね8、9の力の変動幅4kgf〜8kgf、DCモータ出力77W。
又、別に、図2の本願発明の効果として、クランプ時の推力とクランプ解除時の保持力の差に着眼すると、容易に実施できる。Hereinafter, it will be described according to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view in the axial direction of the present invention when used in a device having an impact absorbing function, and in particular, an electric actuator that uses a conventional air cylinder and opposes a stopper cylinder used for a conveyor, etc. The functions require a moving part weight of about 10 kg, a moving distance of about 50 mm, and a moving time of about 0.5 seconds.
Hereinafter, description will be made with reference to FIG.
The
When the rod 2 is rotated by the
In this regard, it is extremely complicated to calculate numerically, but it is easy to obtain an optimum value comprehensively through experiments.
Hereinafter, specific numerical values of the present invention achieved by experiments will be described.
As the required functions, the movable part weight is 10 kg, the movable distance is 50 mm, and the time required for the movement is 0.5 seconds. (In this case, when the rod 2 rotates once, the
The inner diameter of the
Next, when the required functions are expanded, the specific numerical values can be changed so as to be functionally similar.
FIG. 2 is an axial cross-sectional view of the present invention when used in a clamp device or the like.
The difference from FIG. 1 is that an angular ball bearing is used in place of the flanged sliding bearing.
A compression coil spring 8 is incorporated between the retainer 3 and the
As a required function, the output (cram force) is 100 kgf or more, and the impact value is achieved by the following main values as a negligible range (in relation to the moving part mass and speed).
(In this case, when the rod 2 rotates once, the
The inner diameter of the
In addition, as an effect of the present invention of FIG. 2, it can be easily implemented by paying attention to the difference between the thrust at the time of clamping and the holding force at the time of releasing the clamp.
1 シリンダ
2 ロッド
3 リテイナー
4 コイルローラー
5 鍔付滑り軸受
6、7 ストッパー
8,9 圧縮コイルばね
10 アンギュラ玉軸受け
11 可動部材
12 ガイドロッド
13 ハウジング
14 DCモータDESCRIPTION OF
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