JP3911294B2 - 回転運動を軸線方向運動に変換する装置 - Google Patents

Description

［関連出願の引照]
本出願は、１９９５年１１月１４日に提出のドイツ特許出願１９５４２４５３の優先権を主張するものであり、その記載内容は、本出願の対象とすることを明記する。
［技術分野]
本発明は、請求項１の前置部（上位概念）に記載の、回転運動を軸線方向運動に変換する装置に関する。
[背景技術]
この種の装置は、例えば、遊星転動ねじスピンドルドライブの意味においてスイス特許ＣＨ２９０６８５から公知である。パイプ状ナットに対して本質的に軸線方向へ不動であり内部のねじスピンドルが貫入する遊星が、上記ナットと転動共働する。回転運動を軸線方向運動に変換するこの装置は、遊星の転動にもとづき、転動体として極めて効果的に長期間にわたって作動する。なぜならば、外側には、ねじピッチまたはプロフィルが設けてないからである。汚染が避けられるので、全駆動装置の寿命が延長される。中実スピンドルとは異なるパイプの使用によって、駆動質量が減少される。運動は、本質的にパイプ内部で行われるので、パイプ自体が、相対運動される部材の保護に役立つ。ねじスピンドルを担持するロッドが密封範囲においてパイプ状ナットに対して回転し、その結果、パッキンが、更に摩耗されるのみならず、汚れが、少なくとも長期間、内部から確実に除去されないことによって、もちろん、上記保護機能が損なわれる（ドイツ特許公告ＤＥ−ＡＳ１０４３７４３）。
ボール転動ナットによって囲まれたスピンドルが中心で回転する形式のボール転動スピンドル駆動装置は、米国特許ＵＳ−Ａ４８０２５５８およびＵＳ−Ａ５０３５１２０から公知である。スピンドルとナットとの間に配設された転動体は、ボール転動ナットとともに軸線方向へ移動される。駆動装置は、更に、スピンドルとボール転動ナットとの間の伝達範囲においてパイプ状要素によって部分的に密封状態で囲まれる。並進運動は、本質的に、スピンドルによってボール転動ナットに伝達されるので、並進力は、内側の、従って、より好ましくない範囲において伝達される。力伝達時に駆動要素間の分離は行われず、むしろ、外側のパイプは、保護機能のみを果たし、上記範囲を介する力伝達は起こらない。従って、スピンドルは、常に、すべての力を伝達するよう設計しなければならない。
転動体として遊星を設けた形式の装置は、米国特許ＵＳ−Ａ２９６６０７０から公知である。上記転動体は、内側のねじスピンドルに対して軸線方向へ摺動され、この際、内側プロフィルを備えたパイプを軸線方向へ駆動する。パイプと転動体との間の軸線方向摺動は起こらない。パイプの外面は、軸線方向力の伝達には役立たないパイプ状要素によって囲まれている。力伝達は、むしろ、パイプから転動体を介してスピンドルに行われる。
それ自体でそれぞれパイプ状ナットの内側プロフィルまたはスピンドルの外側プロフィルと係合する各種のプロフィルを有する転動体の使用は、ドイツ特許公開ＤＥ−Ａ４４０７５３７から公知である。
軸線方向の弾性要素の力に抗して衝撃に耐えるよう転動体を支持することは、オーストリア特許ＡＴ−Ｅ５０８４３から公知である。しかながら、上記弾性要素の使用のもとで、力束（力の作用ライン）から駆動装置を切離すことは考慮されていない。
［発明の開示]
本発明の課題は、上記先行技術から出発して、外的因子に対する保護が極めて簡単に保証されるよう、冒頭に述べた種類の回転運動を軸線方向運動に変換する装置を改良することにある。
この課題は、請求項１の特徴部によって解決される。
外見上、シリンダに貫入するピストンロッドのイメージ（姿）が生ずる。なぜならば、パイプとロッドを同軸に囲むパイプ状要素との間の並進運動にもとづき、もはや回転は認められないからである。かくして、相互に密封を行う部材の間の回転なく平滑面の密封の構造的前提条件が形成されるので、汚染に対する機械的駆動装置の保護が向上される。パイプの内部チャンバをパッキンとは反対側で閉鎖すれば、確実に且つ公知の駆動装置に比して長期間にわたって潤滑を達成でき、装置の効率および寿命が向上される。同時に、駆動装置は、必要に応じて、内部チャンバ内の油容積によってより静かに冷却される。しかも、ロッド径を当該の課題に適合させることができる。なぜならば、ロッドは、もはや、同時に密封機能を果たす必要はないからである。所定の軸線方向力を越えた場合は、より安定なパイプ状要素を介して静的力を供給できる。従って、ロッドは、本来の目的のために、即ち、回転力の伝達のために寸法を設計でき、かくして、運動質量の減少が助成される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、同一の転動体を有する装置の断面図であり、
第１ａ，１ｂ図は、それぞれ、第１図の線１ａ−１ａ、線１ｂ−１ｂに沿う断面図であり、
第２図は、強制案内のない第２実施例のロッド頭部の範囲の部分拡大図であり、
第３図は、転動体が異なるプロフィルを有する第３実施例の第１図と同様の図面であり、
第４図は、ボールを転動体として使用する実施例の第１図と同様の断面図であり、
第５図は、中空シャフト電動機の断面図であり、
第６図は、合成樹脂射出成形機の部分平面図であり、
第７図は、別の実施例の合成樹脂射出成形機の型締ユニットの部分切欠平面図であり、
第８図は、別の実施例の第２図と同様の図面である。
[発明の実施の形態]
さて、実施例を示す添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。実施例は、もちろん、発明コンセプトを特定の物理的構成に制限することのない単なる例である。
実施例は、電動機の回転運動を並進運動に変換するために、概ね、電気機械的駆動装置の分野において必要とされる如き、回転運動を軸線方向運動に変換する各種装置を示すものである。この種の装置には、多様な使用分野がある。即ち、例えば、第６図に示した装置は、合成樹脂射出成形機に駆動ユニットＡとして使用できる。駆動ユニットとしては、型締側の駆動ユニット、射出注入側の駆動ユニット、エゼクタなどが対象となる。例えば、第６図左下部に示した駆動装置によって、可動の型ホルダ３０を位置不動の型ホルダ３１の方へ移動し、次いで、型締ユニットから閉鎖力を加え、かくして、型（図示してない）が存在する場合は、射出注入ユニットＳから上記型内に可塑化材料を射出できる。
この種の装置は、第１図に示した如く、内側プロフィル（雌ネジ）１０ａを備えた外側のパイプ１０と、外側プロフィル（雄ネジ）１１ｂを備えた頭部１１ａを有する内側のロッド１１と、パイプ１０とロッド１１との間の内側チャンバＲ内に頭部１１ａのまわりに配置され、内側プロフィル１０ａおよび外側プロフィル１１ｂに適合する少なくとも１つのプロフィル、あるいは、第３図の実施例の場合は、双方の異なる（内側と外側）プロフィルに適合する少なくとも１つのプロフィルを備えた複数の転動体１２とを含む。この場合、プロフィルとプロフィルの間の多様な相互適合が可能であり、従って、最終的に、もはや（相互の）軸線方向運動を生じない（で回転運動のみを生ずる）理想的なねじピッチないしリードを任意の態様で実現できる。この場合、１つの部材の回転運動が行われると、別の部材の対応して変速され回転数が変更された回転運動のみが行われる。更に、変換すべき回転運動をパイプ１０およびロッド１１を介して導入できる。
ロッド１１の頭部１１ａは、本質的に、回転時に転動体１２に対して位置変更される。遊びまたは第４図の実施例の場合にボア２８内のボールの軸線方向運動を除外すれば、ロッド１１の頭部１１ａと転動体１２との間の軸線方向運動は、十分に避けられる。この限りにおいて、ロッド１１は、転動体１２とともに、パイプ１０に対して同時に駆動されるユニットを形成する。
第１ａ，１ｂ図を参照して、基本的構造を説明する。パイプ１０内で、内部チャンバＲは、１つの側ではロッド１１によって閉鎖され、他の側ではカバー２５によって閉鎖される。ロッド１１の運動時、この内部チャンバＲは、換気口２３を介して排気される。この内部チャンバＲは、内部を潤滑できるよう、閉鎖でき、かくして、遮音および冷却と同時に、内部チャンバＲ内に保護された部材の容易な運動が可能となる。上記効果を得るため、内部チャンバＲに油を完全に充填する必要はない。部分的充填で充填である。この場合、換気口２３を介して換気が行われる。汚物の侵入を阻止するため、換気口２３にフィルタを組込むことができる。他方、完全充填の場合は、運動時に押除けられる容積のための補償チャンバを設ける必要がある。この場合、循環路内を油をポンプ送液できるとしても、冷却のためには、単に装置の作動にもとづき、場合によっては、補助クーラを介して、油を駆動すれば十分である。
第１ａ，１ｂ図に、転動体の支持態様を示した。このため、頭部１１ａには、転動体１２の支持ディスク１６の軸線方向案内として役立つディスク１８が固定してある。支持ディスク１６には、転動体１２の支持ピン１２ｄが貫入する。支持ピン１２ｄの対向端は、頚部１１ｃのまわりに回転する別の支持ディスク１７に支持されている。ディスク１８は、固定手段２４を介して頭部１１ａに結合される。
基本的に、すべての転動体１２を同一に構成するように努める。この場合、第１に、ピッチｐ内に複数のピッチの内側プロフィル１０ａを構成し、対応する数の同一転動体１２を遊星として設ける方式がある。第１図の４重ねじの場合、４つの遊星を設ける。転動体１２は、図示してない態様で、周面に設けた離隔要素によって分離できる。上記離隔要素は、さもなければ必要な支持ディスク１６，１７を介する支持の代替えをなす。
ロッド１１自体の径ｄは小さい。このロッドは、例えば受け（止め部材）３３にフランジ結合したパイプ状要素１４によって同軸に囲まれている。パイプ状要素の外径Ｄ´は、パイプ１０のプロフィル１０ａの内径に殆どまたはほぼ対応する。内部チャンバＲの密封は、パイプ１０とパイプ状要素１４との間のシール部材２７によって行われる。この場合、ロッド１１の回転時、外見的に、ピストンロッドがシリンダに貫入するように見える。なぜならば、双方の要素は、相互に並進運動のみを行うからである。かくして、内部チャンバＲの密封も容易化され、従って、遮音および冷却を伴う潤滑が、長期にわたって確実に実施される。
運動時、弾性手段１５の作用によって、支持ディスク１７とパイプ状要素１４との間の間隔ｙが維持される。このため、弾性手段は、運動時に現れる摩擦力によって間隔ｙが完全に消失することのないよう、設計されている。しかしながら、抵抗にもとづき、より大きい力が加えられた場合は、ロッド１１は、転動体１２の支持ディスク１７を介して、場合によっては直接的に、パイプ状要素１４に当接する。この当接は、第８図に示した如く、パイプ状要素１４に適合した径を有し、間隔ｙの減少後にブロッキングディスクとしてパイプ状要素に当接するカラー（フランジ部）１１ｇをロッド頚部１１ｃに設けることによって、実現することもできる。かくして、支持ディスク１７の支持は、ブロッキング操作とは無関係である。何れの場合も、ロッド１１およびこのロッドに配した駆動電動機は、少なくとも回転力に関して、力束から分離され、力は、より安定なパイプ状要素１４を介して引出す（伝達する）ことができる。
従って、ロッド１１は、前進運動中に本質的に小さい回転力を伝達するのに適するよう設計することもでき、他方、より大きい力を加える場合には、他の要素で力を吸収する。かくして、一方では、慣性モーメントを減少でき、更に、移動される質量が減少され、しかも、本来の力伝達のために適切な横断面積が得られる。
これは、例えば、射出成形機の好ましい使用範囲において、第１駆動装置によって型を閉鎖し、他方、著しく大きい保持力を第２駆動装置から加える場合に可能である。第７図に、例として、ピストン・シリンダ・ユニットとしての第２駆動装置を示した。しかしながら、第２駆動装置は、先行技術の場合と同様、図示の射出ユニット内の他の箇所に設置することもできる。第７図の場合、ピストン１４ａは、パイプ状要素１４に結合されており、より正確に云えば、一体に構成してある。パイプ状要素１４は、例えば、シリンダチャンバ４１内に液圧媒体を供給することによって、弾性リターン手段１５´の力に抗して軸線方向へ駆動できる。型閉鎖の場合、まず、型半部が当接するまで装置によって型を閉鎖する。弾性リターン手段１５´の力を越えると直ちに、ロッド１１が力束から分離される。かくして、僅かな変形ストロークのためにのみ必要な本来の閉鎖力をストロークの短いピストン・シリンダ・ユニットによって加えることができる。他方、間隔ｙ´の減少を伴うシリンダチャンバ４１の負荷も、同時に、間隔ｙを減少でき、かくして、ロッド１１が分離される。
第１図に示した如く、更に、頭部１１ａと転動体１２との間で強制案内が行われる。これは、頭部１１ａまたはディスク１８に、転動体１２の歯列１２ｃと係合する歯列１８ｅを設けることによって、実現される。固定は、ロッド１１の頭部１１ａに支持ディスク１６の案内部材を固定するための中央固定手段２４を介して行われる。かくして、パイプ１０の雌ネジ１０ａに対する強制案内は実現されない。
第３図の第３実施例の場合、転動体１２は、異なる径を有する異なるプロフィル１２ａ，１２ｂを有する。外径のより大きいプロフィル１２ａは、パイプ１０の内側プロフィル１０ａ上を転動する。径のより小さいプロフィル１２ｂは、ロッド１１の頭部１１ａの外側プロフィルのリブ１１ｆ上を転動する。かくして、回転数を更に減少できる。転動体１２のプロフィル１２ａ，１２ｂは、相互に交番する区間をもって相互に重畳させて構成してある。パイプの内側プロフィル１０ａのみが、傾き（リード）を有し、また多重ねじに構成してあり、複数の同一の遊星が転動体１２として設けてある。
第４図に示した如く、転動体の代わりにボール１９を設けることもできる。この場合、内側プロフィル１０ａおよび外側プロフィル１０ｂは、ボール１９の転動路を成す。ボールは、ロッド頭部にあるボア２８によってボールの循環を保証するボールケージ２０に案内されている。
第５図に示した如く、パイプ１０は、中空シャフト電動機２２の回転子２１またはその部分であってもよい。作動時、ロッド１１が中空シャフト電動機に貫入し、この場合も、パイプ１０の長さが、ユニットの最大ストロークを決定する。この場合、パイプは、電動機よりも十分に長く構成することもできるので、電動機の長さが最大ストロークを決定するということはない。
もちろん、上記の説明内容は、添付の請求の範囲と等価の範囲において様々に修正、適合、設計変更できる。

Claims (9)

1. 回転運動を軸線方向運動に変換する装置であって、下記、即ち、
   −内側プロフィル（１０ａ）を備えた外側パイプ（１０）と、
   −外側プロフィル（１１ｂ）を備えた頭部（１１ａ）を有する内側ロッド（１１）と、
   −パイプ（１０）とロッド（１１）との間に形成された内部チャンバ（Ｒ）と、
   −内部チャンバ（Ｒ）内に該ロッドの頭部（１１ａ）のまわりに配設された複数の転動体（１２）であって、少なくとも１つのプロフィル（１２ａ，１２ｂ）によって、該パイプ（１０）の内側プロフィル（１０ａ）及び（１１ａ）の外側プロフィル（１１ｂ）と係合する複数の転動体（１２）と、
   を有し、
   頭部（１１ａ）が、該転動体（１２）に対して軸線方向に不動でありかつ回転的に位置変更可能であり、該転動体（１２）が、該パイプ（１０）に対して軸線方向へ摺動自在である形式のものにおいて、
   該ロッド（１１）が、該ロッド（１１）の中心軸線（ａ−ａ）に対して同軸であり装置作動時にパイプ（１０）に対して並進運動するパイプ状要素（１４）によって囲まれていること、及び
   所定の軸線方向力を越えた場合に、ロッド（１１）が、弾性手段の力に抗してパイプ状要素（１４）に当接すること
   を特徴とする装置。
2. パイプ状要素（１４）が、軸線方向運動時にパイプ（１０）に密封当接し、ロッドの回転とは独立して移動されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 該ロッド（１１）が、弾性手段（１５，１５´）の力に抗して軸線方向へ所定限度内で摺動できるよう支持されており、パイプ状要素（１４）に当接するに至ること
   を特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 所定の軸線方向力を越えると、該ロッド（１１）が、転動体（１２）の支持ディスク（１７）を介してパイプ状要素（１４）に当接することを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 所定の軸線方向力を越えると、該ロッド（１１）が、そのカラー（１１ｇ）を介してパイプ状要素（１４）に当接することを特徴とする請求項３に記載の装置。
6. 軸線方向力が、装置に作用する第２駆動装置によって加えられることを特徴とする請求項３に記載の装置。
7. 第２駆動装置が、ピストン・シリンダ・ユニットであり、このユニットのピストンが、パイプ状要素（１４）に結合されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 該転動体（１２）が、ボールケージ（２０）に案内されたボール（１９）であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 該パイプ（１０）が、少なくとも部分的に、該ロッド（１１）が貫入する中空シャフト電動機（２２）の回転子（２１）またはその部分であることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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