JP3840306B2

JP3840306B2 - 直線変換ネジ

Info

Publication number: JP3840306B2
Application number: JP10421497A
Authority: JP
Inventors: 広田中; 幸哉安部
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: JPH10299853A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ネジによる磁気送りと機械ネジによる機械送りとを連続させる直線変換ネジに関し、特に磁気ネジの条数を２以上にした際に生じ得る機械ネジのつなぎ目のずれを考慮した直線変換ネジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
加工機のクランプ、熔接器ガンの押し付け、あるいはビニールや厚紙等の打ち抜き等のような動作を行なうのに、従来から種々の形式を利用した押圧装置が採用されている。
例えば、油圧又は空圧を駆動源とした油圧シリンダ等では、シリンダ内のピストンに圧力を加えることによって、そのピストンに連設された打ち抜きハンマ等の押圧手段に力を伝達する。
また、例えば、電動モータの回転出力を駆動源としたものでは、クランク、トグルリンク、あるいはラックピニオンや送りネジ等の機構を利用し、その電動モータの回転出力を各機構によって直線方向への駆動力に変換し、その機構に連設された押圧手段に力を伝達する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような押圧装置では、押圧手段を加工位置まで送る「送り工程」と押圧手段によって打ち抜き等の加工を行なう「加工工程」とに区別されるが、最終動作を行なう加工工程においてのみ強力な力を必要とするので、上述した油圧や空圧、又は送りネジ等のような機構を利用した構成のものでは次のような点で問題があった。
【０００４】
駆動源として油圧や空圧を利用したシリンダでは、押圧手段を直線方向に往復運動させる際にどの位置においても同様に強力な力を有するものが一般的である。つまり、加工対象物に作用しない送り工程と、加工対象物に対して押圧や締め付け等を行なう加工工程とにおいて、押圧手段に移動方向の力を伝達するシリンダ内には常に同様の油圧または空圧が加えられている。そのため、強力な力を必要とする加工工程ではともかく、そのような力を要しない送り工程においては大きなエネルギ損失を伴い、非常にエネルギ効率が悪いものであった。
【０００５】
また、駆動源として電動モータを利用したものでは、常に同じ回転数で制御しているため加工速度が遅いものであった。即ち、加工対象物に対して押圧や締め付け等を行なう加工工程では、大きなトルクを必要とするために電動モータの回転数をギヤで落とすかリード角を小さくした駆動が行なわれる。それに対し、加工対象物に作用しない送り工程では、小さなトルクでよいにもかかわらず送りスピードを変えずに送られるために全体として加工に時間がかかるものであった。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる問題点を解消すべく、駆動源からの回転出力を作業工程に応じた直進運動として出力し、その直進運動出力の切り換えをスムーズに行う直線変換ネジを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の直線変換ネジは、Ｓ極及びＮ極の２本の着磁帯が平行螺旋状に着磁されて１条分のネジを構成する磁気ネジを軸部材表面に複数条着磁して形成した雄磁気ネジ及び、前記軸部材を軸方向に摺動自在に嵌装された円筒体表面に形成された雄機械ネジとを備え、前記雄機械ネジが形成された円筒体が所定の弾性力を有する弾性部材によって軸方向に支持された雄ネジと、前記軸部材が貫通する台部材に形成された貫通孔内に、前記雄ネジに対応する複数条の雌磁気ネジと雌機械ネジとが軸方向に併設された雌ネジとを有し、前記軸部材又は台部材の一方を回転支持し、他方の回転を制限して軸方向に移動可能に支持することで、前記雄磁気ネジと雌磁気ネジの磁力作用及び前記雄機械ネジと雌機械ネジとの螺合によって一方の回転を他方の推力に変換して伝達することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の直線変換ネジは、前記磁気ネジが脱調したときに、前記台部材が、少なくとも前記磁気ネジの１ピッチ分軸方向に移動することを特徴とする。
また、本発明の直線変換ネジは、前記弾性部材は、機械ネジが螺合する力より大きく、磁気ネジが脱調する力以下の弾性力を有するものであることを特徴とする。
【０００９】
以上のような構成を有する本発明の直線変換ネジは、前記軸部材又は台部材の一方を直進運動させるべく、前記雄磁気ネジと前記雌磁気ネジとの間の磁力作用による磁気送り及び、前記雄機械ネジと前記雌機械ネジとの螺合による機械送りとが連続して行なわれる。そのため、駆動軸又は台部材の一方の回転によって他方が直進運動する際、磁気送りによる高速移動と機械送りによる推力の大きい移動とが組み合わされ、駆動源からの回転出力を作業工程に応じた直進運動出力として出力することが可能となった。特に、本発明では磁気ネジの条数を増やしたことにより吸引力が強化されて磁力作用による動力の伝達が安定する一方、対応する条の着磁体どうしがずれることで機械ネジのつなぎ目にずれが生じるが、弾性部材に支持された雄機械ネジが軸方向に移動することで、つなぎ目のずれが軸方向の移動によって修正され、機械ネジの衝撃を緩和することで軸方向に連続する直進運動をスムーズに出力することが可能となった。
【００１０】
また、本発明の直線変換ネジは、弾性部材の弾勢力が機械ネジが螺合する力より大きいため、螺合する機械ネジに生じる推力によって雄機械ネジが軸方向に移動することなく螺進し、また弾性部材の弾性力は、磁気ネジが脱調する力以下の力を有するので、つなぎ目がずれている場合には、磁気送りによって直進する雌機械ネジに押された雄機械ネジのつなぎ目が合うところまで移動する。従って、つなぎ目のずれが軸方向の移動によって修正され、機械ネジの衝撃を緩和することで軸方向に連続する直進運動をスムーズに出力が可能となった。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る直線変換ネジの一実施の形態について具体的に説明する。図１は、直線変換ネジを備えた電動クランプシリンダを示した断面図である。
電動クランプシリンダ１は、駆動源として駆動モータ２が使用され、その出力軸２ａに駆動側スプロケット３が嵌合されている。出力軸２ａ及び駆動側スプロケット３は、本体フレーム４によって覆われている。
一方、駆動モータ２の回転出力を受ける従動側のシリンダでは、推力シャフト５がボールベアリング６，６によって出力軸２ａと平行に回転自在に支持されている。推力シャフト５には被駆動側スプロケット７が固定されている。そして、駆動側スプロケット３と被駆動側スプロケット７との間には、駆動モータ２の回転出力を伝達するタイミングベルト８が張設されている。
【００１２】
一方、本体フレーム４には、ブラケット９を介して円筒形状のパイプフレーム１０が固定されシリンダが構成されている。そのシリンダ内には、前述した回転自在な推力シャフト５に対し、軸方向に直進運動する推力ナット１１及びその推力ナット１１に連結された推力ロッド１２が装填されている。
推力シャフト５は、パイプフレーム１０内に雄ネジが形成され、推力ナット１１に形成された雌ネジに係合されている。この軸部材である推力シャフト５及び台部材である推力ネット１１に形成されたネジが、本発明の直線変換ネジを構成する。ここで、図２は、本実施の形態の直線変換ネジを示した図である。
【００１３】
先ず、推力シャフト５には、円筒磁石５０が覆装されて雄磁気ネジ５１が形成されている。本実施の形態では、円筒磁石５０を推力シャフト５に対して接着剤により固着している。推力シャフト５としては、磁性材料（例えば鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト若しくはこれらを主成分とする合金その他の化合物等）が使用される。そして、雄磁気ネジ５１は、その円筒磁石５０の外周面に螺旋状に着磁されたＳ極着磁帯及びＮ極着磁帯によって形成される。特に、本実施の形態の磁気ネジには、吸引力を高め保持力を持たせるために２条のものを使用する。
【００１４】
２条の磁気ネジとは、Ｎ極着磁帯５２ＮとＳ極着磁帯５２Ｓの組による１条分の第１雄磁気ネジ５２と、Ｎ極着磁帯５３ＮとＳ極着磁帯５３Ｓの組による１条分の第２雄磁気ネジ５３とが螺旋状に平行に着磁されている。従って、図３（ｂ）に示すように、雄磁気ネジ５１の断面には、Ｎ極着磁帯５２ＮとＮ極着磁帯５３Ｎ及びＳ極着磁帯５２ＳとＳ極着磁帯５３Ｓが２カ所づつに形成され、それぞれ１８０度づつずれた位置に着磁されている。これに対し、１条で着磁された雄磁気ネジ３１の断面には、図３（ａ）に示すようにＮ極着磁帯３２ＮとＳ極着磁帯３２Ｓとが１カ所づつに着磁されて形成されている。そのため、２条の磁気ネジでは、吸引し合う着磁帯がずれた場合、円周上の一点に形成された雄機械ネジ雌機械ネジとのつなぎ目が１８０°ずれることになる。この点については、後述する。
【００１５】
また、推力シャフト５には、雄機械ネジ５４が係設されている。雄機械ネジ５４は、推力シャフト５を軸方向に摺動自在に嵌装した円筒部材表面に形成されたものであり、フランジ付の円筒形状の支持部材５５と一体に形成されている。また、この支持部材５５と同形の支持部材５６が推力シャフト５の先端に固定され、支持部材５５，５６がスプリング５７によって連結されている。支持部材５５，５６の間の距離ａは、雄磁気ネジ５１の１ピッチ分だけ離されている。
一方、推力ナット１１は、推力シャフト５が貫通する孔内に円筒磁石６０が嵌挿され、その内周面にも２条の雌磁気ネジ６１が形成されている。２条の雌磁気ネジは、雄磁気ネジ５１と同様にＮ極着磁帯６２ＮとＳ極着磁帯６２Ｓの組による１条分の第１雌磁気ネジ６２と、Ｎ極着磁帯６３ＮとＳ極着磁帯６３Ｓの組による１条分の第２雌磁気ネジ６３とが平行螺旋状に着磁されている。また、その推力ナット１１の孔内には螺旋状に１条の溝が切られ雌機械ネジ６４が形成されている。
【００１６】
推力ナット１１は、カップリング１２を介して推力ロッド１３に一体に形成されている。推力ナット１１は、カップリング１２に螺着したボルトによって軸方向に支持され、円周方向及び半径方向には貫通孔内に隙間をもって遊嵌されている。これは、推力ロッド１３と推力シャフト５とに心ずれが生じても、推力ナット１１がカップリング１２に対して面ずれすることで、雌機械ネジ６４と雄機械ネジ５４とがこじれることなく、推力シャフト５と常に心合わせが行われ機械ネジの螺合がスムーズに行われるようにするためである。
一方、推力ロッド１３は、カップリング１２に螺合して固く締結される。従って、推力ナット１１及び推力ロッド１３は、軸方向に一体に動作するよう構成されている。パイプフレーム１０の先端にはブラケット１４が固定され、推力ロッド１３がブラケット１４を貫通して摺動自在に支持されている。ブラケット１４から突出した推力ロッド１３先端には取付金具１５が固定されている。
【００１７】
このような構成からなる本実施の形態の電動クランプシリンダ１は、次のように動作する。
電動クランプシリンダ１は、駆動モータ２が駆動して出力軸２ａが回転すると、その回転が駆動側スプロケット３からタイミングベルト８を介して被駆動側スプロケット７へ伝達される。被駆動側スプロケット７へ伝達された回転出力は、直接推力シャフト５の回転となる。このとき、推力シャフト５に与えられる回転は、駆動モータ２の回転出力が駆動側スプロケット３と被駆動側スプロケット７とのギヤ比によって、被駆動側スプロケット７において減速しトルクを増大させたもの（増速しトルクを減少させる場合もある）である。
【００１８】
ボールベアリング６，６によって支持された推力シャフト５が回転すると、それに形成された雄磁気ネジ５１も同時に回転し、その雄磁気ネジ５１が回転することで、これと磁力作用によって吸引し合う雌磁気ネジ６１を備えた推力ナット１１へ推力が与えられることとなる。
即ち、雄磁気ネジ５１のＮ極着磁帯５２Ｎ，５３Ｎと雌磁気ネジ６１のＳ極着磁帯６２Ｓ，６３Ｓが吸引し合い、雄磁気ネジ５１のＳ極着磁帯５２Ｓ，５３Ｓと雌磁気ネジ６１のＮ極着磁帯６２Ｎ，６３Ｎとが吸引し合っている。そして、雄磁気ネジ５１が回転すれば推力ナット１１がその回転に追随しようとするが、取付金具１５によって回転の制限された負荷機械（不図示）に取り付けられることで、推力ロッド１３及び推力ナット１１の回転が制限されている。そのため、雄磁気ネジ５１の回転力は、軸方向に移動可能な推力ナット１１への推力として伝達される。
【００１９】
そこで、推力シャフト５へ所定方向の回転が与えられることによって、推力ナット１１が図面左方へ推進する。推力ロッド１３が軸方向へ移動することで、取付金具１５に結合された不図示の負荷機械へは、磁気ネジの磁力作用により図面左方へ「磁気送り」による直線運動が出力されることとなる。そして、推力ナット１１が一定距離図面左方へ直進したところで、その雄機械ネジ６４が雄機械ネジ５４へ達する。
ところで、磁気送りから機械送りへのスムーズな切り換えには、雌機械ネジ６４が雄機械ネジ５４に達したところでネジの山と谷とが螺合する必要がある。そのため、本電動クランプシリンダ１は、磁気ネジのピッチに従った推力ナット１１の送り量と機械ネジのつなぎ目とが合うよう構成されている。
【００２０】
即ち、円周上の一点に位置する雌機械ネジ６４端部の谷と雄機械ネジ５４端部の山の位置とが、両者が当接する位置において直進する雌機械ネジ６４と回転する雄機械ネジ５４とで一致する。
従って、雌機械ネジ６４が雄機械ネジ５４へ達っしたところで両者が螺合し、推力ナット１１へは磁気送りによる推力から機械送りによる推力が与えられ、軸方向への直進が引き続き行われる。機械ネジ５４，６４が螺合すると、ピッチの異なる磁気ネジは脱調し、磁気送りから機械送りへと推力ナット１１の直進が切り換えられるためである。
【００２１】
ところで、雄機械ネジ５４は、支持部材５５，５６に介在するスプリング５７によって支持されているが、このスプリング５７は、機械ネジが螺合する力より大きく、磁気ネジが脱調する力以下の弾性力で設定されている。
そのため、通常の動作では、直進してきた雌磁気ネジ６４と図示する定位置で回転する雄機械ネジ５４とが螺合したならば、スプリング５７は軸方向に伸縮することはない。しかしながら、本実施の形態では磁気ネジの保持力を強化すべく２条ネジを採用しているため、磁気ネジに脱調が生じた場合に機械ネジのつなぎ目が１８０°ずれてしまうことが起こり得る。吸引し合っていた着磁帯の関係が逆になるためである。そのような場合、スプリング５７が弾性変形してずれの修正が行われる。
【００２２】
先ず、例えば雄磁気ネジ５１と雌磁気ネジ６１とは、第１雄磁気ネジ５２と第１雌磁気ネジ６２、第２雄磁気ネジ５３と第２雌磁気ネジ６３とが、逆極性の着磁帯同士の磁力作用によって吸引し合っている。
そして、脱調することにより、雄磁気ネジ５１と雌磁気ネジ６１とは、第１雄磁気ネジ５２と第２雌磁気ネジ６３、第２雄磁気ネジ５３と第１雌磁気ネジ６２による逆極性の着磁帯同士の磁力作用に変更することとなる。
【００２３】
このように磁気ネジの着磁帯の関係が入れ替わった場合、推力ナット１１は推力シャフト５の回転に対する軸方向の移動位置が、磁気ネジの１ピッチ分ずれることになる。従って、そのまま固定された雄磁気ネジに向かって推力ナット１１が直進したならば、機械ネジ同士が衝突する衝撃は大きく、推力ナット１１も雄機械ネジが１８０°回転するまでの間停止させられることとなり直進運動出力が不安定になる。
そこで、本実施の形態では、雄機械ネジ５４が軸方向に距離ａ（１ピッチ）だけ移動可能に設け、また、その雄機械ネジ５４を付勢するスプリング５７は磁気ネジが脱調する力以下に設定したことで、この「ずれ」に対処している。
【００２４】
即ち、磁気送りによって直進してきた推力ナット１１は、雄機械ネジ５４及び雌機械ネジ６４の山と谷との関係が１８０°ずれているために螺合せず、その推力ナット１１に働く推力によってスプリング５７を圧縮させながら雄機械ネジ５４を移動させる。そして、その間に雄機械ネジ５４は距離ａだけずれるとともに１８０°回転し、雄機械ネジ５４及び雌機械ネジ６４の山と谷とが一致することで両者が螺合する。
機械ネジが螺合するとピッチの異なる磁気ネジは脱調し、磁気送りから機械送りへと推力ナット１１の直進が切り換えられる。
【００２５】
一方、駆動モータ２を逆回転させれば、推力シャフト５には逆方向の回転が与えられる。雄機械ネジ５４に螺合した６４には図面右方への推力が発生し、推力シャフト１１の回転にともなって推力ナット１１は機械送りによって右方へ直進することとなる。そして、雌機械ネジ６４が雄機械ネジ５４から外れると、脱調していた磁気ネジが磁力作用によって吸引され調合することとなる。
即ち、雄磁気ネジ５１のＮ極着磁帯５２Ｎ，５３Ｎと雌磁気ネジ６１のＳ極着磁帯６２Ｓ，６３Ｓが吸引し合い、雄磁気ネジ５１のＳ極着磁帯５２Ｓ，５３Ｓと雌磁気ネジ６１のＮ極着磁帯６２Ｎ，６３Ｎとが吸引し合い、その磁気送りによって推力ナット１１が図面右方へ直進することとなる。
【００２６】
ところで、「ずれ」を修正すべくスプリング５７が圧縮して螺合した機械ネジは、後退する際（図面右方への移動）には、先ず雄機械ネジ５４が回転することで機械送りによって雌機械ネジ６４が移動し、その雌機械ネジ６４が雄機械ネジ５４から外れる。そして、推力ナット１１の直進運動が磁気送りに切り換えられることで、フリーになった雄機械ネジ５４がスプリング５７の弾拡力でもとの位置にまでスライドする。
従って、本実施の形態の電動シリンダでは、このような磁気送り及び機械送りによって推力ナット１１には直進運動が与えられ、その推力ナット１１に連結された推力ロッド１３が固定されたシリンダに対して伸縮することで、取付金具１５に取り付けられた負荷機械には直進運動が出力されることとなる。
【００２７】
よって、本実施の形態の電動クランプシリンダ１では、推力ナット１１は、雄磁気ネジ５１と雌磁気ネジ６１との磁気送りによって直進運動する。従って、推力ナット１１の軸方向に作用する推力は小さいが高速移動が可能となる。
また、駆動モータ２の回転数を一定にしたまま雄磁気ネジ５１及び雌磁気ネジ６１を構成する着磁体のリードピッチの設定を変えることにより移動速度を調節することができるので、そのリードピッチを大きくすることで高速移動が可能となる。また、推力が小さいので駆動モータ２にかかる負荷が少なくエネルギ損失も少ないため、省エネに大きく寄与する。
【００２８】
一方、推力ナット１１は、雄機械ネジ５４及び雌機械ネジ６４の機械送りに切り換えることで、直進する速度は遅くなるものの大きな推力を得ることができる。
従って、この電動クランプシリンダを打ち抜き機等の負荷機械にに使用した場合、加工対象物を打ち抜く加工工程の段階で雄機械ネジ５４及び雌機械ネジ６４の機械送りを利用し、その加工工程に至るまでの送り工程の段階には、雄磁気ネジ５１及び雌磁気ネジ６１の磁気送りを利用することで、加工時間の大幅な短縮とともに省エネによる加工を行うことが可能となった。
【００２９】
更に、本実施の形態では、磁気送りを安定させるなどのため、雄磁気ネジ５１及び雌磁気ネジ６１を２条ネジで形成したため、雄機械ネジ５４と雌機械ネジ６４とのつなぎ目が１８０°ずれることが起こり得た。しかし、推力シャフト５を摺動自在な雄機械ネジ５４を所定のスプリング５７で支持するよう構成したため、通常は定位置に位置決めされて雌機械ネジ６４との螺合により推力ナット１１に推力を発生させるが、磁気ネジにずれが生じた場合にはつなぎ目が合うまで軸方向にスライドするので、無理な負荷がかかることが無くなって機械ネジの耐久性が向上した。また、推力ナット１１の直進運動出力がスムーズになった。
【００３０】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では直線変換ネジを電動クランプシリンダに利用したものを示したが、他のクランプ装置や直進運動出力装置に使用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、Ｓ極及びＮ極の２本の着磁帯が平行螺旋状に着磁されて１条分のネジを構成する磁気ネジを軸部材表面に複数条着磁して形成した雄磁気ネジ及び、軸部材を軸方向に摺動自在に嵌装された円筒体表面に形成された雄機械ネジとを備え、雄機械ネジが形成された円筒体が所定の弾性力を有する弾性部材によって軸方向に支持された雄ネジと、軸部材が貫通する台部材に形成された貫通孔内に、雄ネジに対応する複数条の雌磁気ネジと雌機械ネジとが軸方向に併設された雌ネジとを有し、軸部材又は台部材の一方を回転支持し、他方の回転を制限して軸方向に移動可能に支持することで、雄磁気ネジと雌磁気ネジの磁力作用及び雄機械ネジと雌機械ネジとの螺合によって一方の回転を他方の推力に変換して伝達するよう構成したので、駆動源からの回転出力を作業工程に応じた直進運動として出力し、その直進運動出力の切り換えをスムーズに行う直線変換ネジを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる一実施の形態の直線変換ネジを備えた電動クランプシリンダを示した断面図である。
【図２】本発明にかかる直線変換ネジの一実施の形態を示した図である。
【図３】１条及び２条の磁気ネジを示した図である。
【符号の説明】
１電動クランプシリンダ
２駆動モータ
５推力シャフト
１１推力ナット
１３推力ロッド
１５取付金具
５０円筒磁石
５１雄磁気ネジ
５２第１雄磁気ネジ
５３第２雄磁気ネジ
５４雄機械ネジ
５５，５６支持部材
５７スプリング
６２第１雌磁気ネジ
６３第２雌磁気ネジ
６４雌機械ネジ
５２Ｎ，５３Ｎ，６２Ｎ，６３ＮＮ極着磁帯
５２Ｓ，５３Ｓ，６２Ｓ，６３ＳＳ極着磁帯

Claims

Ｓ極及びＮ極の２本の着磁帯が平行螺旋状に着磁されて１条分のネジを構成する磁気ネジを軸部材表面に複数条着磁して形成した雄磁気ネジ及び、前記軸部材を軸方向に摺動自在に嵌装された円筒体表面に形成された雄機械ネジとを備え、前記雄機械ネジが形成された円筒体が所定の弾性力を有する弾性部材によって軸方向に支持された雄ネジと、
前記軸部材が貫通する台部材に形成された貫通孔内に、前記雄ネジに対応する複数条の雌磁気ネジと雌機械ネジとが軸方向に併設された雌ネジとを有し、
前記軸部材又は台部材の一方を回転支持し、他方の回転を制限して軸方向に移動可能に支持することで、前記雄磁気ネジと雌磁気ネジの磁力作用及び前記雄機械ネジと雌機械ネジとの螺合によって一方の回転を他方の推力に変換して伝達することを特徴とする直線変換ネジ。
請求項１に記載の直線変換ネジにおいて、
前記磁気ネジが脱調したときに、前記台部材が、少なくとも前記磁気ネジの１ピッチ分軸方向に移動することを特徴とする直線変換ネジ。
請求項１又は請求項２に記載の直線変換ネジにおいて、
前記弾性部材は、機械ネジが螺合する力より大きく、磁気ネジが脱調する力以下の弾性力を有するものであることを特徴とする直線変換ネジ。