JP4020079B2 - 推力変換装置 - Google Patents
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Description
技術分野
この発明は、主に型を備えた射出成型機、ダイキャストマシン、押出し装置、プレス加工装置、粉末焼結装置等の型駆動用、旋盤のワークチャックやマシニングセンタのツールチャックの駆動用、摩擦溶接機の圧接駆動用など、各種産業装置の治工具やワークをクランプするクランパの駆動用に用いる推力変換装置に関する。
背景技術
一般に、プレス加工装置での駆動源や工作機械等でワークを把持するチャック装置の駆動源として、油圧シリンダ、あるいは空圧シリンダによる推力を利用したものが多く採用されている。
ところが、油圧シリンダ、あるいは空圧シリンダによるプレス加工装置やチャック装置では、油圧、空圧装置が発生できる圧力とシリンダ径によって推力が定まる為、大きな推力が必要になった場合には、それらの容量が大きなものに変更しなければならずコスト高になる等種々の問題点があった。
また、トルク増加(またはトルク縮小)機構として歯車を用いた減速機があるが、この減速機は、入力を回転入力とし、この回転入力を増幅(または縮小)して回転出力として出力するものが一般的であって、軸方向の入力(推力)を増幅(または縮小)して軸方向出力(推力)として出力するには、種々の歯車等の機械的部品を組み合わせる必要があり、ひいては大型化を招く。また反力が歯車を回転自在に支承する軸受にかかり、ひいては減速機の寿命が短い等の問題があり、このため軸方向入力(推力)を増幅(または縮小)して軸方向出力として出力することができる安価、小型かつ簡単な構成でしかも長寿命な推力変換装置が望まれていた。
なお、例えば特開昭62−34708号公報に開示されたチャック装置のように、モータの回転トルクを増幅させるために歯車機構を採用した減速機を用いると、ワークの加工中にドローバー駆動系と主軸の回転系とを切り離す為の電磁クラッチを必要とし、また部品点数が多くなってコスト高になるという問題点が生じる。
また前記の電動式チャック装置では、ドローバーに軸方向推力を与えてワークを把持するが、ワーク加工中は、ドローバーを回転支持する軸受が、軸方向推力の反作用力をすべて受けるため、主軸回転速度の高速化や、ドローバーの軸方向推力増加による把持力強化は、軸受の寿命を非常に短くする等種々の問題点がある。
そこで上述した従来の種々の問題点を解決するため、第6図に示すような推力変換装置が提案されている。(詳細は特表平01/51239号公報を参照)。
第6図は、その推力変換装置をチャック装置に適用したものの部分横断面図である。
第6図において、600はモータ回転往復変換手段であり、サーボモータ601と、モータ軸601aと、モータ軸601aの負荷側端に固定された第3のねじ軸602と、第3のねじ軸602に螺合する第3のナット603と、モータ負荷側端ブラケット604bと、モータ負荷側端ブラケット604bに対して第3のナット603を軸方向にのみ移動可能に回り止めする第3のリニアガイド605とにより構成されている。またモータ軸601aの反負荷側端には、モータの回転位置を検出する手段であるモータ回転位置検出部606が配設されている。
200は往復回転変換手段であり、第3のナット603の反モータ側端に延在した非螺合部分に、第1のナット201のモータ側端に延在した非螺合部分を第1の軸受202を介して回転自在に且つ軸方向移動不可能に支承し、第1のナット201に螺合する第1のねじ軸203と、主回転軸204と、主回転軸204に対して第1のナット201を軸方向にのみ移動可能に回り止めする第1のリニアガイド205とにより構成されている。
300は回転往復変換手段であり、第1のねじ軸203の内側に固定された第2のナット301と、第2のナット301に螺合する第2のねじ軸302を軸方向にのみ移動可能に回り止めする第2のリニアガイド303とにより構成されており、第2のねじ軸302の先端には、押引棒500が固定されている。
400は反力受け部であり、主回転軸204と、第1のねじ軸203と、主回転軸204に第1ねじ軸203を回転自在に且つ軸方向に移動不可能に支承する第1の軸受401とにより構成されている。
主回転軸204の負荷側には、アダプタ501aを介して主軸502の後端が固定されており、主軸502の軸心中心内部には、軸方向移動自在にドローバー504が挿入され、ドローバー504の先端には、動作変換機構505を介してチャック爪506に係合されている。動作変換機構505はカムレバーやテーパ等によりドローバー504の軸方向動作をチャック爪506の径方向動作に変換する。ドローバー504の後端は、押引棒500の先端に固定されている。
また、モータ601と主軸モータ部507とは、取付け枠508を介して固定され、これにより回転往復変換手段600、往復回転変換手段200、回転往復変換手段300、反力受け部400、第2の玉軸受202が主軸モータ部507に支持されている。
次に動作を、第6図を参照しながら説明する。
前記のように構成されたチャック駆動装置においては、モータ軸601aが所定の回転トルクで回転すると、モータ軸601aの負荷側端に固定された第3のねじ軸602も同様に回転し、第3のねじ軸602の回転トルクは第3のナット603における軸方向運動の推力に変換される。
第3のナット603が、軸方向に移動すると、これに第2の玉軸受202を介して回転自在に且つ軸方向移動不可能に支承された第1のナット201も、第3のナット603における軸方向の推力で軸方向に移動させられる。
第1のナット201が軸方向に押されると、第1のナット201が第1のリニアガイド205により軸方向にのみ移動可能に回り止めされているので、第1のナット201と螺合する第1のねじ軸203が回転する。これにより第1のナット201における軸方向運動の推力は、第1のねじ軸203における回転運動の回転トルクに変換される。
第1のねじ軸203が回転すると、第1のねじ軸203の内側に固定された第2のナット301も同様に回転し、第2のねじ軸302が第2のリニアガイド303により軸方向のみ移動可能に回り止めされているので、第2のナット301と螺合する第2のねじ軸302が軸方向に移動する。これにより第2のナット301の回転運動トルクは、第2のねじ軸302における軸方向運動の推力に変換される。
第2のねじ軸302が軸方向運動すると、これに固定された押引棒500が軸方向に移動し、押引棒500に固定されたドローバー504が軸方向に同推力で移動し、軸方向動作をチャック爪506の径方向動作に変換してチャックにワーク508を把持する。
ワーク508を、チャック爪506に把持した後、主軸モータ部507により主軸502が回転すると、ドローバー504、チャック503、動作変換機構505、ワーク508、アダプタ501a、501b、押引棒500、回転往復変換手段300及び往復回転変換手段200が連れ回りしながら、ワーク508の切削加工を行う。
回転往復変換手段200の第1のナット201が、モータ回転往復変換手段600の第3のナット603に軸受202により、回転自在に支承されているので、主軸502が回転してもモータ回転往復手段600は回転しない。
ところで、モータ回転軸601a及び第3のねじ軸602における回転運動の回転トルクをTM、第3のナット603の軸方向に押す推力をF1、第3のナット603のねじリードをL1、回転往復変換効率をηとすると、
なる関係がある。
第3のナット603の軸方向推力により、第1のナット201が押されると、第1のナット201と螺合する第1のねじ軸203が回転する。これにより第1のナット201における軸方向運動の推力は、第1のねじ軸203における回転運動の回転トルクに変換される。
ここで前記にて得られた第1のナット201を押す推力F1、第1のねじ軸203の回転トルクをT2、第1のナット201のリードをL2、往復回転変換効率をη2とすると、
なる関係がある。
第1のねじ軸203が回転すると、第1のねじ軸203の内側に固定された第2のナット301も同様に回転し、第2のナット301と螺合する第2のねじ軸302が軸方向に移動する。これにより第2のナット301の回転トルクは、第2のねじ軸302における軸方向運動の推力に変換される。
ここで、前記にて得られた第1のねじ軸203と第2のナット301における回転運動の回転トルクをT2、第2のねじ軸302における軸方向運動の推力をF3、第2のねじ軸302のねじリードをL3、回転往復変換効率をη3とすると、
なる関係がある。
また、サーボモータ601から第1のナット201に与えられる軸方向の推力をF1と、第2のねじ軸302に発生する軸方向の推力をF3とは、前記(2式)、(3式)より
ηc:ねじの運動変換効率
なる関係が成立する。
即ち、L2>L3なるねじリードで構成されている場合には、第2のねじ軸302に発生する推力F3はF1推力を(L2/L3)・ηc倍した増幅推力に変換されて発生することになり、小さな推力のサーボモータ601を用いても、押引棒500に大きな軸方向運動の推力を得ることが可能となる。
増幅された推力F3によって、押引棒500及びドローバー504が軸方向反負荷側に移動すると、動作変換機構505により軸方向動作をチャック爪506の径方向動作に変換してチャック503にワーク508を増幅された把持力で把持する。
ところで、より小さな回転トルクTMでより大きな推力F3を得るためには、(4式)からも明らかなように、第1のナット201のリードL2を大きくすればよい。例えば、ねじの運動変換効率を100%とすると、L2=100mm、L3=1mmとすれば、F1が100倍に増幅されたことになる。しかし、チャック爪506の開閉動作に必要なドローバー504のストロークを15mmとすると、第2のねじ軸302を15mm移動させるには、第2のナット301を15回転させる必要がある。
従って、第2のナット301を15回転させるのは、第1のねじ軸203を15回転させなくてはならない。第1のナット201のリードL2は100mmなため、第1のナット201は1500mmの移動できるだけの長さが必要になり、ひいては推力変換装置の軸方向長さが長くなる問題があった。
そこで第7図に示すようなものが提案されている(出願番号:PCT/JP01/01033)。この例は、前述したような課題を解決するためになされたもので、推力変換部の軸方向長さ寸法を必要なストロークの割合に対して短縮できる推力変換装置を示したものである。
なおこの例は、推力変換装置をNC旋盤のチャック爪開閉用のシリンダに適用した例である。以後の図においても右側が負荷側、左側が反負荷側である。
第7図において100は往復運動手段で、第3のナット1bを具備したモータ回転軸1aを有する第1のサーボモータ1と、モータ回転軸1aの第3のナット1bと螺合する第3のねじ軸2と、第3のねじ軸2を軸方向のみに移動可能に回り止めする第3のリニアガイド3と、第3のリニアガイド3を支持するガイドブッシュ4と、ガイドブッシュ4を支持している後部フレーム5とによって構成されている。なお、モータ回転軸1aと第3のねじ軸2と第3のリニアガイド3とによってモータ回転往復変換手段が構成されている。
また、モータ回転軸1aの反負荷側端には、モータ回転軸1aの回転位置を検出する手段である回転検出器1cが配置されている。
101は往復回転変換手段で、第3のねじ軸2の反モータ側端に設けられた軸受ジャーナル部2aに、第1の玉軸受6を介して回転自在に且つ軸方向移動不可能に支承された軸受ハウジング7と、軸受ハウジング7に支持されている第1のねじ軸8aと、この第1のねじ軸8aに螺合する第1のナット8bと、第2のねじ軸9aに対して第1のねじ軸8aを軸方向のみ移動可能に回り止めする第1のリニアガイド10と、第1のリニアガイド10と第2のねじ軸9aを連結する第1のガイドハウジング11とにより構成されている。
102は回転往復変換手段であり、第1のナット8bに固定されたハウジング12と、ハウジング12に固定された、第1のナット8bの内径側にねじ部が位置する第2のナット9bと、第2のナット9bと螺合する第2のねじ軸9aと、第2のねじ軸9aに対して軸方向にのみ移動可能に回り止めする第2のリニアガイド13と、第2のねじ軸9aと第2のリニアガイド13を連結するガイドマウント14とで構成されている。
なお、第2のねじ軸9aには中空状の押引棒15が固定されている。
103は反力受け手段で、主回転軸16と、この主回転軸16を旋盤の主軸Sと結合するブラケット17と、主回転軸16の外周部に設けられた第1のねじである結合ナット18及びこの結合ナット18と螺合する第1のねじである結合ねじ軸19で構成された結合手段104と、ハウジング12に結合ねじ軸19を回転自在に且つ軸方向に移動不可能に支承する第2の玉軸受20とにより構成されている。
なお、結合手段104は、結合ねじ軸19のねじリード角度β2、ねじの摩擦係数をμ2としたとき、tanβ2<μ2なる関係のねじで形成されている。
105は駆動手段で、回転位置検出器21を有する第2のサーボモータ22と、結合ナット18外側に配置され、軸受20にて回転自在に支承されたモータ回転軸23とで構成されている。なお、モータ回転軸23の外側には、永久磁石24が第2のサーボモータ22の固定子25と対向配置されている。
また、永久磁石24の軸方向長さL1と、送り必要ストロークSTと固定子25の軸方向長さL1の間には、L2+ST≦L1という関係を持たせている。即ち、モータ22をより安価にするため、モータ発生トルクに寄与しない部分の寸法を極力短くしている。
また、フレーム26には電磁ブレーキ27が固定され、ブラケット17の一部をブレーキ板としている。
なお、往復運動手段100、往復回転変換手段101及び回転往復変換手段102の各ねじのねじ方向は、第3のねじ軸2が反負荷側軸方向に移動すると、最終的に第2のねじ軸9aが反負荷側軸方向に移動するよう考慮されて形成されている。また、図から明らかなように、往復運動手段100、往復回転変換手段101、回転往復変換手段102、駆動手段105等は、同一軸線上に配置されている。
また、主回転軸16の負荷側にはブラケット17が設けられており、このブラケット17には主軸Sの後端が固定され、主軸Sの先端にはチャックCが固定されている。主軸Sの軸心中空内部には、軸方向移動自在にドローバーDが挿入され、ドローバーDの先端は、動作変換機構Tを介してチャック爪Jに結合されている。またドローバーDの後端は押引棒15の先端に固定されている。
なお、主軸Sは、図示しない主軸モータにて駆動されるとともに、最終的に軸受6にて回転自在に支承され、チャックC、主回転軸16、ドローバーD、押引棒15、結合ナット18、結合ねじ軸19、第2のねじ軸9a、第2のナット9b、第1のナット8b、第1のねじ軸8a等と一体となって回転する。
また、第1のサーボモータ1と、駆動手段105は、フレーム26に固定され、フレーム26は主軸台Bに固定されている。
次にこの推力変換装置の動作について第7図を用いて説明する。先ず、駆動手段105のワークWをチャック爪Jにより把持するまでの、把持動作を説明する。
先ず電磁ブレーキ27により、結合ねじ軸19を回転不可能の状態に拘束する。その後、第2のサーボモータ22を運転し、モータ回転軸23を回転させる。モータ回転軸23には結合ナット18が形成されているため、モータ回転軸23の回転に伴い、結合ナット18が回転往復運動する。このとき、第1のサーボモータ1も駆動し、結合ナット18の往復運動に同期させて、回転往復変換手段102、往復回転変換手段101、及び第3のねじ軸2を往復運動させることで、第1のナット8bを回転させず、把持動作あるいは、開放動作を行うことが可能となる。
回転往復変換手段102の移動に伴い、押引棒15及びドローバーDが反負荷側方向に移動し、前記動作変換機構Tにより押引棒15及びドローバーDの軸方向動作をチャック爪Jの径方向動作に変換して、チャックCにワークWを把持する。
チャックCがワークWを把持した後、第2のサーボモータ22の運転を停止させ、第1のサーボモータ1を前記より引続き所定の回転トルクで回転させると、モータ回転軸1aに固定されている第3のナット1bに螺合している第3のねじ軸2がガイドブッシュ4にリニアガイド3により回り止めされている関係上、反負荷側方向に移動する。第3のねじ軸が移動することで第1のねじ軸8aを含む往復回転変換手段101も同様に移動する。往復回転変換手段101が反負荷方向に移動すると、第1のねじ軸8aを引っ張る。
ここで、モータ回転軸1a及び第3のナット1bにおける回転運動の回転トルクをTM、第3のねじ軸2の軸方向に引っ張る推力をF1、第3のねじ軸2のねじリードをL1、回転往復変換効率をηとすると、
なる関係がある。
第1のねじ軸8aが引っ張られると、第1のねじ軸8aと螺合する第1のナット8bは回転する。これにより第1のねじ軸8aにおける軸方向運動の推力は、第1のナット8bにおける回転運動の回転トルクに変換される。
ここで前記した第1のねじ軸8aを引っ張る推力F1、第1のナット8bの回転トルクをT2、第1のねじ軸8aのリードをL2、往復回転変換効率をη2とすると、
なる関係がある。
第1のナット8bが回転すると、第1のナット8bの内側(主軸の中心線側)に固定された第2のナット9bも同様に回転し、第2のナット9bと螺合する第2のねじ軸9aが反負荷軸方向に移動する。これにより第2のナット9bの回転運動トルクは、第2のねじ軸12における軸方向運動の推力に変換される。
ここで、前記にて得られた第1のナット8bと第2のナット9bにおける回転運動の回転トルクをT2、第2のねじ軸12における軸方向運動の推力をF3、第2のねじ軸9aのねじリードをL3、回転往復変換効率をη3とすると、
なる関係がある。
また、第1のサーボモータから第1のねじ軸8aに与えられる軸方向運動の推力をF1と、第2のねじ軸9aに発生する軸方向の推力をF3とは、前記(2式)、(3式)より
ηc:ねじの運動変換効率
なる関係が成立する。
即ち、L2>L3なるねじリードで構成されている場合には、第2のねじ軸9aに発生する推力F3は、F1推力を(L2/L3)・ηc倍した増幅推力に変換されて発生することになり、小さな推力の第1のサーボモータ1を用いても、押引棒15に大きな軸方向運動の推力を得ることが可能となる。
増幅された推力F3によって、押引棒23及びドローバーDが軸方向反負荷側に移動すると、動作変換機構Tにより押引棒23及びドローバーDの軸方向動作をチャック爪Jの径方向動作に変換して、チャックCにワークWを増幅された把持力で把持する。
ところで、より小さな回転トルクTMでより大きな推力F3を得るためには、(4式)からも明らかなように、第1のねじ軸8aのリードL2を大きくすればよい。例えば、ねじの運動変換効率を100%とすると、L2=100mm、L3=1mmとすれば、F1が100倍に増幅されたことになる。しかし、チャック爪Jの開閉動作に必要なドローバーDのストロークを15mmとすると、第2のねじ軸12を15mm移動させるには、第2のナット9bを15回転させる必要がある。
従って、第2のナット9bを15回転させるのは、第1のナット8bを15回転させなくてはならない。第1のねじ軸6のリードL2は100mmなため、第1のナット8bは1500mmの移動できるだけの長さが必要になる。
よって上述したように、駆動手段105は、第1のサーボモータ1と同期運転し、第1のナット8bを回転させずに、回転往復変換手段102、往復回転変換手段101等を軸方向に移動させることができるため、第1のナット8bを15回転させる必要がなくなる。
また、ワークWを、必要把持力で把持するために第1のサーボモータのトルクTMを大きな推力Fに変換するが、そのストロークはすでにチャック爪JがワークWを把持しているので、わずかなストロークでよい。例えば、ストロークが0.1mm必要なら、第2のナット9bは0.1回転でよく、第1のナット8bは10mm分のストロークがあればよいことになる。
従って、推力変換装置の軸方向長さを大幅に短くすることができる。
次に、第2のサーボモータ22を停止させた状態(第2のねじ9を滑りねじにした場合は第1のサーボモータも停止が可能)で、主軸モータ(図示せず)により、最終的に軸受6にて支承される主軸Sが回転すると、前述したように、ドローバーD、チャックC、回転往復変換手段102、往復回転変換手段101、反力受け手段103、結合手段104等が連れ回りしながら、ワークWの切削加工を行う。
上述したように、第2のねじ9のリード角β1は、ねじの摩擦係数をμ1としたとき、tanβ1<μ1なる関係のねじで形成を形成したとき、この条件式を満足するねじは推力から回転トルクに変換する時の変換効率が負(−)となり、ねじに回転トルクを与えて軸方向推力に変換することは可能であるが、軸方向推力を与えて回転トルクに変換することは不可能である。
即ち、第2のナット9bを所定のトルクで回転させることにより、回り止めされた第2のナット9bに螺合する第2のねじ軸9aにおける軸方向運動の推力には変換できるが、第2のねじ軸9aに軸方向運動の推力が与えられても、第2のナット9bは回転できない。
また、結合手段104においても、結合ねじ軸19のねじリード角度β2が、ねじの摩擦係数をμ2としたとき、tanβ2<μ2なる関係のねじで形成されているため、主軸Sから軸方向に推力が与えられても、結合ナット18は回転できない。
このことは、各ねじのリード角と摩擦係数の関係をtanβ1<μ1、tanβ2<μ2としたときワーク加工中に第1のサーボモータの電源を切っても、チャック爪Jをワーク把持方向に力を与えているドローバーDが負荷側軸方向に移動しないこと、即ちチャック爪Jによるワーク把持力が低下しないことを意味する。
ワークWの切削加工終了後、直ちにワークWをチャック爪Jから外す開放動作を実施する。第1のサーボモータ1のモータ回転軸1aを所定のトルクで逆回転させ、前述したワーク把持動作とは逆の動作で、押引棒15を負荷側軸方向にわずかに移動させ、チャック爪Jを緩める。
次に再び電磁ブレーキ27を制動した状態で、第2のサーボモータ22を運転し、モータ回転軸23を回転させ、結合ナット18の往復運動に同期させて第3のナット1bを回転させ、回転往復変換手段102、往復回転変換手段101、及び第3のねじ軸2を負荷側軸方向に移動させる。
ところが、第7図に示すものでは、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできる反面、ワーク把持位置までの送りもしくはワーク開放までの送り時、即ち第2のサーボモータ22を駆動して押引棒15を軸方向に移動させる際に、往復回転変換手段101等の軸方向移動ができるよう、第1のサーボモータ1も駆動して往復運動手段100のねじ結合部(第3のナット1bと第3のねじ軸2とのねじ結合部)でその往復回転変換手段101等の軸方向移動量を吸収させる必要があり、つまり第1のサーボモータ1と第2のサーボモータ22を同期運転させる必要性があるために、そのモータ制御が難しかった。
また、第1のサーボモータ1と第2のサーボモータ22を同期運転させる必要性があるために、モータ駆動用アンプが各々のサーボモータに必要となり低コスト化が難しいという問題があった。
発明の開示
この発明は上記のような問題点を解決するためのもので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることを目的とする。
またこの発明は、モータ駆動用アンプを一つにできる推力変換装置を得ることを目的とする。
またその他の目的は、後述する発明を実施するための最良の形態の欄の記載より明らかになるであろう。
この発明は上記目的を達成させるためになされたもので、往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力手段と、前記第1の回転往復変換手段と出力手段との間に介在された結合手段と、前記出力手段を前記第1の回転往復変換手段の往復運動による駆動力とは別個に駆動し、前記結合手段と前記出力手段との結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備える構成としたものである。
またこの発明は、前記往復運動手段を、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段とを有するものとしたものである。
またこの発明は、前記往復運動手段の駆動源が、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置されているとともに、前記往復運動手段の往復部が、前記出力手段の軸方向中心線に対し同軸上に配置されており、前記往復運動手段の駆動源の駆動力を前記往復運動手段の往復部に推力伝達手段を介して伝達するように構成したものである。
またこの発明は、前記往復運動手段を、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置された、回転子を有するモータと、このモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段と、前記出力手段の軸方向中心線に対し同軸上に配置された往復部と、前記第2の回転往復変換手段と往復部との間に介在され、モータの駆動力を前記往復部に伝達する推力伝達手段とを有するものとしたものである。
またこの発明は、前記推力伝達手段を、カムフォロアまたはローラフォロアを有するものとしたものである。
またこの発明は、前記結合手段を、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力手段とねじ結合されるねじ部材としたものである。
またこの発明は、前記結合手段を、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力手段に対し締め付け及びその解除を行う環状楔部材としたものである。
またこの発明は、前記任意位置設定手段を、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を、前記出力手段が往復運動を行うよう変換して前記出力手段に伝達する回転運動変換手段とを有するものとしたものである。
またこの発明は、前記任意位置設定手段の駆動源が、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置されているとともに、前記任意位置設定手段の駆動源の駆動力を前記出力手段に推力伝達手段を介して伝達するように構成したものである。
またこの発明は、前記任意位置設定手段を、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置された、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を、前記出力手段が往復運動を行うよう変換して前記出力手段に伝達する回転運動変換手段と、前記モータと回転運動変換手段との間に介在され、モータの駆動力を前記回転運動変換手段に伝達する推力伝達手段とを有するものとしたものである。
またこの発明は、前記任意位置設定手段を、リニアモータとしたものである。
またこの発明は、前記出力手段が、前記任意位置設定手段と結合される第1の出力手段と、この第1の出力手段に回転自在支持手段を介して支持される第2の出力手段とを有するものであり、且つ前記反力受け手段と第2の出力手段との間に、前記第2の出力手段の回転を防止するとともに前記第2の出力手段の軸方向への移動を可能とする回転防止手段を設けた構成としたものである。
またこの発明は、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の駆動制御装置を1台とし、この駆動制御装置との接続を順次切換えることにより前記往復運動手段及び任意位置設定手段を順次切換え駆動する切換スイッチを備える構成としたものである。
またこの発明は、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の各駆動源を同一の駆動源とし、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中にクラッチ手段を介在させ、このクラッチ手段を入切することにより、前記駆動源の駆動力を、前記往復運動手段及び任意位置設定手段のうち任意の手段に伝達させるように構成したものである。
またこの発明は、前記クラッチ手段を電磁クラッチとするとともに、この電磁クラッチを、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中に夫々介在させ、前記往復運動手段における駆動経路中の電磁クラッチと前記任意位置設定手段における駆動経路中の電磁クラッチとに交互に電力を供給するクラッチ切換えスイッチを備える構成としたものである。
またこの発明は、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、回転子を有する第2のモータ及びこの第2のモータにおける回転軸の回転運動を前記出力軸が回転往復運動を行うよう変換して前記出力軸に伝達する回転運動変換手段を有し、前記出力軸を前記第2のモータで駆動して前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備える構成としたものである。
またこの発明は、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、回転子を有する第2のモータ及びこの第2のモータにおける回転軸の回転運動を前記出力軸が回転往復運動を行うよう変換して前記出力軸に伝達する回転運動変換手段を有し、前記出力軸を前記第2のモータで駆動して前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備え、前記往復運動手段の第1のモータ及び任意位置設定手段の第2のモータを、その回転軸が前記出力軸の軸線方向中心線に対し平行且つ異軸位置となるように配置するとともに、前記第1のモータ及び第2のモータの駆動力を前記往復回転変換手段及び出力軸に夫々伝達する推力伝達手段を設けた構成としたものである。
またこの発明は、往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、前記出力手段を前記第1の回転往復変換手段の往復運動による駆動力とは別個に駆動し、前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備え、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の各駆動源を同一の駆動源とし、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中にクラッチ手段を介在させ、このクラッチ手段を入切することにより、前記駆動源の駆動力を、前記往復運動手段及び任意位置設定手段のうち任意の手段に伝達させるように構成したものである。
更にまた、この発明は、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸に対し締め付け及びその解除を行う環状楔部材と、前記環状楔部材による出力軸の締付けを解除した状態で駆動され、前記出力軸を、前記環状楔部材と前記出力軸との結合位置を任意の位置に設定するリニアモータとを備える構成としたものである。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態1.
第1図を参照して、この発明の実施の形態1に係る推力変換装置を説明する。
なおこの実施の形態1は、この発明の実施の形態1に係る推力変換装置を、NC旋盤のチャック爪開閉用の駆動源として適用した例である。また、図において右側が負荷側(旋盤の主軸側)、左側が反負荷側である。
第1図において110は往復運動手段で、第1の回転運動手段111と第2の回転往復変換手段112で構成されている。なお、第1の回転運動手段111は、第3のナット1bを具備したモータ回転軸1aを有する第1のサーボモータ1で構成されている。また、第2の回転往復変換手段112は、モータ回転軸1aの第3のナット1bと螺合する、往復部である第3のねじ軸2と、この第3のねじ軸2を軸方何のみに移動可能に回り止めする第3のリニアガイド3と、この第3のリニアガイド3を支持するガイドブッシュ4と、ガイドブッシュ4を支持している後部フレーム5とによって構成されている。
また、モータ回転軸1aの反負荷側端には、モータ回転軸1aの回転位置を検出する手段である回転検出器1cが配置されている。なお、この回転検出器1cは、検出原理は公知の回転検出器と同様であるが、機械構成的には中心部にワークWが貫通できるようその中心部が開口された特殊な構成となっている。
113は往復回転変換手段で、第3のねじ軸2の反モータ側端に設けられた軸受ジャーナル部2aに、回転自在結合手段114である第1の玉軸受6を介して回転自在に且つ軸方向移動不可能に支承された軸受ハウジング7と、この軸受ハウジング7に支持されている第1のねじ軸8aと、この第1のねじ軸8aに螺合する第1のナット8bと、第2のねじ軸9aに対して第1のねじ軸8aを軸方向のみ移動可能に回り止めする第1のリニアガイド10と、第1のリニアガイド10と第2のねじ軸9aとを連結する第1のガイドハウジング11とにより構成されている。
115は第1の回転往復変換手段であり、第1のナット8bに固定されたハウジング12と、このハウジング12に固定された、第1のナット8bの内径側(中心軸側)にねじ部が位置する第2のナット9bと、この第2のナット9bと螺合する第2のねじ軸9aと、この第2のねじ軸9aに対して軸方向にのみ移動可能に回り止めする第2のリニアガイド13と、第2のねじ軸9aと第2のリニアガイド13とを連結する結合ナット28とで構成されている。なお、第2のリニアガイド13はスプライン等の滑り案内機構を利用してもよい。
116は反力受け手段で、主回転軸29と、この主回転軸29を旋盤の主軸Sと結合するブラケット17と、ハウジング12を回転自在に且つ軸方向に移動不可能に支承する第2の玉軸受20とにより構成されている。
118は結合手段で、第2のねじ軸9aにねじ固定された結合ナット28と、この結合ナット28と螺合する、第1の出力手段であるとともに出力軸を構成する連結パイプ30の外縁に配されている結合ねじ軸30aとから構成されている。
117は任意位置設定手段であり、第2の回転運動手段119及び回転運動変換手段120で構成されている。なお、第2の回転運動手段119は、スプライン穴31aが設けられたモータ回転軸31bを有する第2のサーボモータ31にて構成されている。また、モータ軸31bの反負荷側端には、モータ回転位置を検出する手段である回転検出器31cが配置されている。
なお、第2のサーボモータ31は後部フレーム5に固定されている。また、回転検出器31cは、検出原理は公知の回転検出器と同様であるが、機械構成的には中心部にワークWが貫通できるようその中心部が開口された特殊な構成となっている。
また、回転運動変換手段120は、連結パイプ30の結合ねじ軸30aと、その結合ねじ軸30aと螺合する結合ナット28と、連結パイプ30に形成されたスプライン軸30bと、そのスプライン軸30bに対し軸方向のみに移動可能に回り止めする第2のサーボモータ31のスプライン穴31aとで構成されている。
また、連結パイプ30の先端肩部30d、及びこの先端肩部30dとの間で第3の玉軸受34を締付けるよう、連結パイプ30先端に螺合している第3の軸受用ナット32は、連結パイプ30とともに第1の出力手段121を構成している。
また、122は回転自在支持手段であり、連結パイプ30負荷側先端の第3の軸受ジャーナル部30cと、反力を受ける第3の玉軸受34と、この第3の玉軸受34を収容するコネクター33とで構成されている。これにより連結パイプ30を支持すると同時にコネクター33に対して連結パイプ30を軸方向に拘束し回転のみ可能としている。
124は第1の出力手段121とともに出力手段(出力軸)を構成する第2の出力手段であり、回転防止手段123、ドローバーDと接続するコネクター33、及びこのコネクター33に螺合し第3の軸受用ナット35との間で第3の玉軸受34を締付ける第3の軸受用ねじ36で構成されている。
なお、回転防止手段123は、主回転軸29と、この主回転軸29に対しコネクター33を軸方向にのみ移動可能に回り止めする第4のリニアガイド35とが相当する。なおこの第4のリニアガイド35は、スプライン等の滑り案内を利用しても一向に差し支えない。
また、第1のサーボモータ1と、後部フレーム5は、フレーム37に固定され、フレーム37は主軸台Bに固定されている。またフレーム37には電磁ブレーキ27が固定されており、ブラケット17の一部をブレーキ板としている。
なお、往復運動手段110、往復回転変換手段113及び第1の回転往復変換手段115における各ねじのねじ方向は、第3のねじ軸2が反負荷側軸方向に移動すると、最終的に第2のねじ軸9aが反負荷側軸方向に移動するよう考慮されて形成されている。また、第1図から明らかなように、往復運動手段110、往復回転変換手段113、第1の回転往復変換手段115、任意位置設定手段117等は、同一軸線上に配置されている。
また、主回転軸29の負荷側にはブラケット17が設けられており、このブラケット17には主軸Sの後端が固定され、主軸Sの先端にはチャックCが固定されている。主軸Sの軸心中空内部には、軸方向移動自在にコネクター先端部33aに固定されたドローバーDが挿入され、ドローバーDの先端は、動作変換機構Tを介してチャック爪Jに結合されている。
また、主軸Sは、図示しない主軸モータにて駆動されるとともに、最終的に軸受6にて回転自在に支承され、チャックC、主回転軸29、ドローバーD、コネクター33、第3の玉軸受34、結合ナット28、連結パイプ30、第2のねじ9、第1のねじ8、モータ回転軸31b等と一体となって回転する。
次にこの実施の形態1の動作について第1図を用いて説明する。
先ず、任意位置設定手段117によってワークWをチャック爪Jにより把持するまでの、把持動作を説明する。
即ち、電磁ブレーキ27を励磁することによりブラケット17の回転を拘束し、このブラケット17に固定されている主回転軸29の回転を拘束することにより、主回転軸29に対し第2のリニアガイド13により軸方向のみ移動可能となっている結合ナット28を回転不可能の状態に拘束する。その後、第2のサーボモータ31を運転し、モータ回転軸31bを回転させる。なおこのとき、第1のサーボモータ1を駆動しない。モータ回転軸31bにはスプライン穴31aが形成されており、スプライン結合している連結パイプ30に回転力が伝達される。連結パイプ30には、結合ねじ軸30aを具備しているため、回転を伴いながら往復運動する。このとき、連結パイプ30の先端に配設されている第3の玉軸受34により連結パイプ30が回転自由となっており、加えて第4のリニアガイド35によりコネクター33が回転不可能に回り止めされていることから、コネクター33は回転を伴うことなく軸方向のみの動きに変換される。
連結パイプ30の移動に伴い、コネクター33及びドローバーDが反負荷側方向に移動し、前記動作変換機構Tによりコネクター33及びドローバーDの軸方向動作をチャック爪Jの径方向動作に変換して、チャックCにワークWを把持する。
チャックCがワークWを把持した後、第2のサーボモータ31の運転を停止させ、電磁ブレーキ27を解放し、第1のサーボモータ1を起動し所定の回転トルクで回転させると、モータ回転軸1aに形成されている第3のナット1bに螺合している第3のねじ軸2が、ガイドブッシュ4にリニアガイド3により回り止めされている関係上、反負荷側方向に移動する。第3のねじ軸2が移動することで、第1のねじ軸8aを含む往復回転変換手段113も同様に移動する。往復回転変換手段113が反負荷方向に移動すると、第1のねじ軸8aを引っ張る。
ここで、モータ回転軸1a及び第3のナット1bにおける回転運動の回転トルクをTM、第3のねじ軸2の軸方向に引っ張る推力をF1、第3のねじ軸2のねじリードをL1、回転往復変換効率をηとすると、
なる関係がある。
第1のねじ軸8aが引っ張られると、第1のねじ軸8aと螺合する第1のナット8bは回転する。これにより第1のねじ軸8aにおける軸方向運動の推力は、第1のナット8bにおける回転運動の回転トルクに変換される。
ここで前記した第1のねじ軸8aを引っ張る推力をF1、第1のナット8bの回転トルクをT2、第1のねじ軸8aのリードをL2、往復回転変換効率をη2とすると、
なる関係がある。
第1のナット8bが回転すると、第1のナット8bの内側(主軸の中心線側)に固定された第2のナット9bも同様に回転し、第2のナット9bと螺合する第2のねじ軸9aが反負荷軸方向に移動する。これにより第2のナット9bの回転運動トルクは、第2のねじ軸9aにおける軸方向運動の推力に変換される。
ここで、前記にて得られた第1のナット8bと第2のナット9bにおける回転運動の回転トルクをT2、第2のねじ軸9aにおける軸方向運動の推力をF3、第2のねじ軸9aのねじリードをL3、回転往復変換効率をη3とすると、
なる関係がある。
また、第1のサーボモータから第1のねじ軸8aに与えられる軸方向運動の推力をF1と、第2のねじ軸9aに発生する軸方向の推力をF3とは、前記(2式)、(3式)より
ηc:ねじの運動変換効率
なる関係が成立する。
即ち、L2>L3なるねじリードで構成されている場合には、第2のねじ軸9aに発生する推力F3は、F1推力を(L2/L3)・ηc倍した増幅推力に変換されて発生することになり、小さな推力の第1のサーボモータ1を用いても、結果的にコネクター33に大きな軸方向運動の推力を得ることが可能となる。
増幅された推力F3によって、結合ナット28、連結パイプ30、コネクター33及びドローバーDが軸方向反負荷側に移動すると、動作変換機構Tにより結合ナット28、連結パイプ30、コネクター33及びドローバーDの軸方向動作をチャック爪Jの径方向動作に変換して、チャック爪CにワークWを増幅された把持力で把持する。
次に、第1のサーボモータ1も停止させた状態で、主軸モータ(図示せず)により、最終的に軸受6にて支承される主軸Sが回転すると、前述したように、ドローバーD、チャックC、第2の出力手段124、回転防止手段123、回転自在支持手段122、第1の出力手段121、回転運動変換手段120、結合手段118、第1の回転往復変換手段115、往復回転変換手段113、反力受け手段116等が連れ回りしながら、ワークWの切削加工を行う。
上述したように、第2のねじ軸9aのリード角β1は、ねじの摩擦係数をμ1としたとき、tanβ1<μ1なる関係のねじで形成されており、この条件式を満足するねじは推力から回転トルクに変換する時の変換効率が負(−)となり、ねじに回転トルクを与えて軸方向推力に変換することは可能であるが、軸方向推力を与えて回転トルクに変換することは不可能である。
即ち、第2のナット9bを所定のトルクで回転させることにより、回り止めされた第2のナット9bに螺合する第2のねじ軸9aにおける軸方向運動の推力には変換できるが、第2のねじ軸9aに軸方向運動の推力が与えられても、第2のナット9bは回転できない。
また、結合手段118においても、結合ねじ軸30aのねじリード角度をβ2、ねじの摩擦係数をμ2としたとき、tanβ2<μ2なる関係のねじで形成されているため、主軸Sから軸方向に推力が与えられても、結合ねじ軸30aは回転できない。
このことは、各ねじのリード角と摩擦係数の関係をtanβ1<μ1、tanβ2<μ2としたとき、ワーク加工中に第1のサーボモータ1の電源を切っても、チャック爪Jをワーク把持方向に力を与えているドローバーDが負荷側軸方向に移動しないこと、即ちチャック爪Jによるワーク把持力が低下しないことを意味する。
次にワークWの切削加工終了後、ワークWをチャック爪Jから外す開放動作を実施する。第1のサーボモータ1のモータ回転軸1aを所定のトルクで逆回転させ、前述したワーク把持動作とは逆の動作で、結合ナット28、連結パイプ30、コネクター33等を負荷側軸方向にわずかに移動させ、チャック爪Jを緩める。
次に再び電磁ブレーキ27を励磁した状態で、第2のサーボモータ31を運転し、モータ回転軸31bを回転させることにより連結パイプ30を回転させ、第2の出力手段124、回転自在支持手段122、回転防止手段123、第1の出力手段121、結合手段118等を負荷側軸方向に移動させる。
以上説明したようにこの実施の形態1によれば、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ1、31間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができる。
また、前記結合手段118を、前記第1の回転往復変換手段115に連結するとともに、連結パイプ30とねじ結合される結合ナット28としたので、反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。
また、前記出力手段が、第2のサーボモータ31にて駆動される連結パイプ30と、この連結パイプ30に第3の玉軸受34を介して支持されるコネクター33とを有するものであり、且つ前記反力受け手段116とコネクター33との間に、コネクター33の回転を防止するとともにコネクター33の軸方向への移動を可能とする第4のリニアガイド35を設ける構成としたので、コネクター33に固定されたドローバーDを回転させることなく往復運動させることができる。
また主軸と一体となって回転する第1のねじ8、第2のねじ9等の質量が大きな部材が、主回転軸29に第2の玉軸受20を介し堅牢に支持されるため、第7図で説明した従来例の送りねじによる支持と比較して、軸芯のずれが少なく高速回転に有利である。
上述した実施の形態1において、往復運動手段110の駆動源として、回転子を有する第1のサーボモータ1を用いたが、リニアモータまたは円筒リニアモータを用いてもよい。この場合、第2の回転往復変換手段112が不要となる。
実施の形態2.
次に第2図を用いてこの発明における実施の形態2の説明をする。
なお、本実施の形態は第1の回転運動手段111及び第2の回転運動手段119を夫々異軸に配置した形態である。
第2図中、117は任意位置設定手段で、第2の回転運動手段119及び回転運動変換手段120により構成されている。なお、第2の回転運動手段119は、フレーム37に固定されている第2のサーボモータ38で構成されている。またこの第2のサーボモータ38は、そのモータ回転軸38aが、その中心軸線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸となるように配置されている。
また回転運動変換手段120は、第2のサーボモータ38のモータ回転軸38aに固定されている駆動側プーリー39、従動側プーリー40、駆動力を伝達する歯付ベルト41、従動側プーリー40を回転自在且つ軸方向移動不可能に支承する第4の軸受42、中心軸線が連結パイプ30の中心軸線と同軸となるように配置されている、軸受42を支持するアクスル43、従動側プーリー40からの駆動力をスプライン軸30bに伝達するスプラインナット44、連結パイプ30のスプライン軸30b、結合ねじ軸30a、及び結合ねじ軸30aと螺合する結合ナット28で構成されている。
また、110は往復運動手段であり、第1の回転運動手段111、第2の回転往復変換手段112、推力伝達手段125、及び往復部で構成されている。
なお、第1の回転運動手段111は、フレーム37に固定される、第3のねじ軸45cをモータ回転軸45aに有する第1のサーボモータ45で構成されている。またこの第1のサーボモータ45は、そのモータ回転軸45aの中心軸線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸となるように配置されている。
また第2の回転往復運動手段112は、第1のサーボモータ45の回転軸45aに具備される第3のねじ軸45cと、第1のサーボモータ45における第3のねじ軸45cに螺合する第3のナット46と、フレーム37に固定され、スライダ47を往復自在に支承する第5のリニアガイド48とで構成されている。
また推力伝達手段125は、第5のリニアガイド48に往復自在に支承され第2の回転往復変換手段112で駆動されるスライダ47と、このスライダ47のスライダアーム部47a先端に設けられたスライダ叉状部47bを介して軸方向の動きを伝達するカムフォロア49と、このカムフォロア49を配する第1の軸受6を支承するジョイント50とで構成されている。また前記往復部は、前記ジョイント50と、このジョイント50を軸方向に移動自由に支承する含油軸受51と、含油軸受51のガイドとなるアクスル43とで構成されている。
なお、カムフォロア49の回転軸49aの高さ(紙面に対し上下方向)は連結パイプ30における中心軸の高さと揃え、第2図の断面に対し対称となるよう対向してジョイント50に取り付けられている。このことにより、スライダアーム部47aに片持ちの荷重(図中矢印P)が加わり、アーム部47aがたわんでも高さ方向のカムフォロア49とスライダ叉状部47bの接点の移動量は微小であり、主軸Sと従動する部分、即ち、主回転軸29、ドローバーD、コネクター33、第3の玉軸受34、結合ナット28、連結パイプ30、第2のねじ9、第1のねじ8等の部材に高速回転に不都合なモーメント荷重を加えることがない。
また、これら一対のカムフォロア49はスライダ叉状部47bの切欠き底でも受けられており、下方に移動しないように拘束され、ジョイント50の回転防止の役目も果たしている。
なお、カムフォロア49に代えてローラフォロアとしても同様の効果を奏する。
また、第2図においては、第1のサーボモータ45の制御装置と第2のサーボモータ38の制御装置とを同一とした1例を図示している。
第2図中、52は上位コントローラであり、第1のサーボモータ45と第2のサーボモータ38とを駆動制御する1台のサーボアンプ53と、出力切替え用の第1の電磁開閉器54aと第2の電磁開閉器54bの切替え用リレー55とを制御する。第1の電磁開閉器54aはサーボアンプ53からの出力を第1のサーボモータ45に、第2の電磁開閉器54bはサーボアンプ53からの出力を第2のサーボモータ38に接続もしくは切断する。リレー55は、第1の電磁開閉器54aと第2の電磁開閉器54bを制御している。なおリレー55のa接点55aが第1の電磁開閉器54aに、b接点55bが第2の電磁開閉器54bに結線されている。
なお、その他の構成については、実施の形態1と同様である。
次に本実施の形態2の動作を説明する。
先ず、電磁ブレーキ27を励磁することによりブラケット17の回転を拘束し、このブラケット17に固定されている主回転軸29の回転を拘束することにより、主回転軸29に対し第2のリニアガイド13により軸方向のみ移動可能となっている結合ナット28を回転不可能の状態に拘束する。
このとき本実施の形態における回路上においては、ワークWをチャック爪Jが把持するまでの間、上位コントローラ52はリレー55のリレーコイル55cに対し出力しない為、b接点55bと接続されている第2の電磁開閉器54bがONしている。故に第2のサーボモータ38とサーボアンプ53が接続された状態にあり、第2のサーボモータ38に通電されている。
その後、サーボアンプ53を通じて第2のサーボモータ38を運転し、モータ回転軸38aを回転させる。モータ回転軸38aに固定された駆動側プーリー39は、歯付ベルト41を介し従動側プーリー40を歯数比に従い減速回転もしくは増速回転させる。従動側プーリー40はスプラインナット44を具備しており、スプライン結合している連結パイプ30に回転力が伝達される。連結パイプ30には、結合ナット28と螺合する結合ねじ軸30aを具備しているため、回転を伴いながら往復運動する。このとき、連結パイプ30の先端に配されている第3の玉軸受34により連結パイプ30は回転自由となっており、加えて第4のリニアガイド35によりコネクター33は回転不可能に回り止めされていることから、コネクター33は軸方向のみの動きに変換される
ワークWにチャック爪Jが把持したところで、サーボアンプ53は上位コントローラ52に位置決め完了信号を出力する。その後、上位コントローラ52はリレーコイル55cに通電し、b接点55bがOFFすると同時にa接点55aがONする。すると第2の電磁開閉器54bがOFFすると同時に第1の電磁開閉器54aがONとなり第1のサーボモータ45がサーボアンプ53に接続される。そして電磁ブレーキ27を解放し、チャック爪Jに所定のワーク把持力が発生するまで、第1のサーボモータ45を駆動する。
なお第1のサーボモータ45が駆動されると、第3のナット46が軸方向に移動し、この第3のナット46に固定されているスライダ47も軸方向に移動することにより、カムフォロア49を介してジョイント50が軸方向に移動し、その後、実施の形態1で説明したとおりの動作でチャック爪Jを駆動する。
また図示しないが、第1のサーボモータ45の駆動によりワークWを所定のトルクで把持したならば、第1のサーボモータ45への通電をも遮断してもよい。
加工終了後ワークWをチャック爪Jから解放する場合、上位コントローラ52はリレーコイル55cへ通電しているため(第1の電磁開閉器54aがON)、サーボアンプ53が第1のサーボモータ45に対し逆転位置指令を出力することにより、第1のサーボモータ45を逆転動作させ、上述した動作をもって第1の電磁開閉器54bがONした時点の位置、即ち、チャック爪JのワークW把持を少し緩めた位置までドローバーDを移動させる。その後、前記位置まで第1のサーボモータ45が逆転したならば、サーボアンプ53は位置決め完了信号を上位コントローラ52に出力し、上位コントローラ52はその出力信号に基づいてリレーコイル55cへの出力をOFFにするとともに、電磁ブレーキ27を励磁することによりブラケット17の回転を拘束し結果的に結合ナット28を回転不可能の状態に拘束する。
そして第1の電磁開閉器54aがOFFするのと同じくして、第2の電磁開閉器54bがONするので、第2のサーボモータ38がサーボアンプ53に接続されて駆動され、上述の動作をもってドローバーD等を初期に設定された退避位置まで移動させる。
以上説明したようにこの実施の形態2によれば、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ38、45間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができる。
また、前記結合手段118を、前記第1の回転往復変換手段115に連結するとともに、連結パイプ30とねじ結合される結合ナット28としたので、反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。
また、前記出力手段が、第2のサーボモータ31にて駆動される連結パイプ30と、この連結パイプ30に第3の玉軸受34を介して支持されるコネクター33とを有するものであり、且つ前記反力受け手段116とコネクター33との間に、コネクター33の回転を防止するとともにコネクター33の軸方向への移動を可能とする第4のリニアガイド35を設ける構成としたので、コネクター33に固定されたドローバーDを回転させることなく往復運動させることができる。
また主軸と一体となって回転する第1のねじ8、第2のねじ9等の質量が大きな部材が、主回転軸29に第2の玉軸受20を介し堅牢に支持されるため、第7図で説明した従来例の送りねじによる支持と比較して、軸芯のずれが少なく高速回転に有利である。
また、第1のサーボモータ45と第2のサーボモータ38の駆動用アンプを1つに集約可能であり、ひいては安価な推力変換装置を得ることができる。
また、各モータ45、38が、その回転軸中心線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸位置となるように配置されているので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも実施の形態1で示したような連結パイプ30が貫通する特殊な大径の回転位置検出器1c及び31cが不要になり、標準の回転位置検出器38b及び45bが採用できるため、低コスト化に寄与する。
なお、実施の形態2における第1のサーボモータ45をリニアモータまたは円筒リニアモータに置き換え、このリニアモータの往復動作を、推力伝達手段125を介して往復運動するジョイント50に伝達するようにしてもよい。この場合、第2の回転往復変換手段112が不要となる。
実施の形態3.
第3図を用いてこの発明における実施の形態3の説明をする。
なお、本実施の形態3は、往復運動手段110と任意位置設定手段117の駆動源(モータ)を1台とするとともに、この駆動源を、その中心軸線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸となるように配置し、且つ往復運動手段110と任意位置設定手段117を順次駆動する切替えスイッチを備えた形態である。
第3図中、126は往復運動手段110及び任意位置設定手段117の共通した駆動源となる回転運動手段であり、フレーム37に固定されるサーボモータ56で構成されている。なおこのサーボモータ56は、その回転軸56aの中心軸線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸となるように配置されている。
また、127は伝達手段であり、サーボモータ回転軸56aに固定された第1のプーリー57と、フレーム37に固定された第5の軸受61と、この第5の軸受61に回転自在に支承された第1のプーリー支持軸58と、この第1のプーリー支持軸58に固定されている第2のプーリー59と、第1のプーリー57から回転力を伝達する第1の歯付ベルト60と、回転力を断続するクラッチ手段128としての第1の電磁クラッチ62及び第2の電磁クラッチ63とで構成されている。なお、第1のプーリー支持軸58は、その中心軸線がサーボモータ回転軸56aの中心軸線に対し平行且つ異軸となるように配置されている。
また、第1の電磁クラッチ62は、第2のプーリー59からの回転力を、第3のねじ軸65に軸方向移動可能且つ回転不能に支持された第1のハブ62aを介して、第2の回転往復変換手段112における第3のねじ軸65に対し伝達もしくは遮断する。一方、第2の電磁クラッチ63は、サーボモータ56の回転軸56aの回転力を、第2のプーリー支持軸67に軸方向移動可能且つ回転不能に支持された第2のハブ63aを介して、回転運動変換手段120における第2のプーリー支持軸67に対して伝達もしくは遮断する。
112は第2の回転往復変換手段であり、フレーム37に固定された第6の軸受64と、この第6の軸受64に回転自在且つ軸方向移動不可能に支承された第3のねじ軸65と、この第3のねじ軸65に螺合する第3のナット46と、この第3のナット46を回転不能且つ軸方向移動可能に支持する第5のリニアガイド48とで構成される。なお、第3のねじ軸65は、その中心軸線が第1のプーリー支持軸58の中心軸線と同軸となるように配置されている。
また、117は任意位置設定手段で、回転運動手段126、クラッチ手段128及び回転運動変換手段120により構成されている。
なお、回転運動変換手段120は、フレーム37に固定された第7の軸受66と第7の軸受66に回転自在且つ軸方向移動不可能に支承された第2のプーリー支持軸67、この第2のプーリー支持軸67に固定された駆動側プーリー39、従動側プーリー40、駆動力を伝達する歯付ベルト41、従動側プーリー40を回転自在且つ軸方向移動不可能に支承する第4の軸受42、この軸受42を支持するアクスル43、従動側プーリー40からの駆動力をスプライン軸30bに伝達するスプラインナット44、連結パイプ30のスプライン軸30b、連結パイプ30の結合ねじ軸30a、及びこの結合ねじ軸30aと螺合する結合ナット28で構成されている。なお、第2のプーリー支持軸67は、その中心軸線がサーボモータ回転軸56aの中心軸線と同軸となるように配置されている。
また、52は上位コントローラであり、第1の電磁クラッチ62と第2の電磁クラッチ63とを切替るリレー68を制御している。
なお、その他の構成については実施の形態2と同様である。
次に本実施の形態3の動作を説明する。
先ず、電磁ブレーキ27を励磁することによりブラケット17の回転を拘束し、このブラケット17に固定されている主回転軸29の回転を拘束することにより、主回転軸29に対し第2のリニアガイド13により軸方向のみ移動可能となっている結合ナット28を回転不可能の状態に拘束する。
このとき本実施の形態における回路上においては、ワークWをチャック爪Jが把持するまでの間、上位コントローラ52はリレー68のリレーコイル68cに対し出力しない為、b接点68bと接続されている第2の電磁クラッチ63が接続され、a接点68aと接続されている第1の電磁クラッチ62が遮断されている。
その後、サーボアンプ53を通じてサーボモータ56を運転し、モータ回転軸56aを回転させる。第2の電磁クラッチ63を介してモータ回転軸38aと接続された第2のプーリー支持軸67及びこの第2のプーリー支持軸67に固定された駆動側プーリー39は、歯付ベルト41を介し従動側プーリー40を歯数比に従い減速回転もしくは増速回転させる。従動側プーリー40はスプラインナット44を具備しており、スプライン結合している連結パイプ30に回転力が伝達される。連結パイプ30には、結合ねじ軸30aを具備しているため、回転を伴いながら往復運動する。このとき、連結パイプ30の先端に配されている第3の玉軸受34により連結パイプ30は回転自由となっており、加えて第4のリニアガイド35によりコネクター33は回転不可能に回り止めされていることから、コネクター33は軸方向のみの動きに変換される
ワークWにチャック爪Jが把持したところで、サーボアンプ53は上位コントローラ52に位置決め完了信号を出力する。その後、上位コントローラ52はリレーコイル68cに通電し、b接点68bがOFFすると同時にa接点68aがONする。すると第2の電磁クラッチ63が遮断されると同時に第1の電磁クラッチ62が接続し、サーボモータ56の回転力は第2の回転往復変換手段112に伝達される。そして電磁ブレーキ27を解放し、チャック爪Jに所定のワーク把持力が発生するまで、サーボモータ56を駆動する。
なおサーボモータ56が駆動されると、第3のナット46が軸方向に移動し、この第3のナット46に固定されているスライダ47も軸方向に移動することにより、カムフォロア49を介してジョイント50が軸方向に移動し、その後、実施の形態1で説明したとおりの動作でチャック爪を駆動する。
また図示しないが、サーボモータ56の駆動によりワークWを所定のトルクで把持したならば、サーボモータ56への通電を遮断してもよい。
加工終了後ワークWをチャック爪Jから解放する場合、上位コントローラ52がリレーコイル68cに通電することにより、b接点68bをOFFさせると同時にa接点68aをONさせる。またサーボアンプ53がサーボモータ56に対し逆転位置指令を出力する。すると第2の電磁クラッチ63が遮断されると同時に第1の電磁クラッチ62が接続し、サーボモータ56の回転力は第2の回転往復変換手段112に伝達される。そして、電磁クラッチが切替わった時点の位置(チャック爪JのワークW把持を少し緩めた位置)まで、上述した動作でサーボモータ56を逆転動作させる。
その後、前記位置まで第1のサーボモータ45が逆転したならば、サーボアンプ53は位置決め完了信号を上位コントローラ52に出力し、上位コントローラ52はその出力信号に基づいてリレーコイル68cへの出力をOFFにするとともに、電磁ブレーキ27を励磁することによりブラケット17の回転を拘束し結果的に結合ナット28を回転不可能の状態に拘束する。
そして、リレーコイル68cへの出力がOFFになると、第1の電磁クラッチ62が遮断するのと同じくして、第2の電磁クラッチ63が接続する。するとサーボモータ56の回転力が回転運動変換手段120に接続され、上述した動作でサーボモータ56は初期に設定された退避位置まで第2の出力手段124を駆動する。
以上説明したようにこの実施の形態3によれば、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、第7図で説明したような2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができ、しかも一つのモータ56で足りるので安価な推力変換装置となる。
また、前記結合手段118を、前記第1の回転往復変換手段115に連結するとともに、連結パイプ30とねじ結合される結合ナット28としたので、反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。
また、前記出力手段が、第2のサーボモータ31にて駆動される連結パイプ30と、この連結パイプ30に第3の玉軸受34を介して支持されるコネクター33とを有するものであり、且つ前記反力受け手段116とコネクター33との間に、コネクター33の回転を防止するとともにコネクター33の軸方向への移動を可能とする第4のリニアガイド35を設ける構成としたので、コネクター33に固定されたドローバーDを回転させることなく往復動させることができる。
また主軸と一体となって回転する第1のねじ8、第2のねじ9等の質量が大きな部材が、主回転軸29に第2の玉軸受20を介し堅牢に支持されるため、第7図で説明した従来例の送りねじによる支持と比較して、軸芯のずれが少なく高速回転に有利である。
また、サーボモータ駆動用アンプを1つに集約可能であり、ひいては安価な推力変換装置を得ることができる。
また、サーボモータ56が、その回転軸中心線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸位置となるように配置されているので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも実施の形態1で示したような連結パイプ30が貫通する特殊な大径の回転位置検出器1c及び31cが不要になり、標準の回転位置検出器38b及び45bが採用できるため、低コスト化に寄与する。
なお、上述した実施の形態3において、往復運動手段110の駆動源として、回転子を有するサーボモータ56を用いたが、リニアモータまたは円筒リニアモータを用いてもよい。但しこの場合、リニアモータまたは円筒リニアモータと連結パイプ30との間に、リニアモータまたは円筒リニアモータの往復動を回転運動に変換する往復回転変換手段が必要となる。
実施の形態4.
第4図及び第5図を用いてこの発明における実施の形態4の説明をする。
なおこの実施の形態4は、第1の回転往復変換手段115と出力手段である連結パイプ30との結合手段118として環状の楔を利用し、且つ任意位置設定手段117の駆動手段に第2の円筒リニアモータを利用した形態である。
第4図中、117は任意位置設定手段であり、駆動手段129で構成されている。
駆動手段129は、円筒リニアモータコイル69a、連結パイプ30の反負荷側円周上に貼付された磁石69b、及び連結パイプ30とリニアモータコイル69aとの隙間を保持し軸方向に往復自在に支承する第6のリニアガイド70により構成されている。
また、結合手段118は、連結パイプ30と、この連結パイプ30の外周を把持・その把持の開放を行う1対の割の入った環状の楔71a、71bと、この環状の楔71a、71bの外面に形成されたテーパと同角度のテーパを内面に有するホルダ72と、環状の楔71a、71bをホルダ72に密着させておくための引張ばね73と、第2のリニアガイド13により主回転軸29に回転不可能且つ軸方向に移動自在に支承され、第6のリニアガイド70を保持し、ホルダ72を固定するガイドマウント74とで構成されている。なお、ガイドマウント74は、第1の回転往復変換手段115にねじ固定されている。
また、解放手段130は、先端がテーパの形状をした楔解放用ピン75と、この楔解放用ピン75を保持するホルダ72に明けられたピンガイド部72aと、楔解放時に楔解放用ピン75を押す押板76と、フレームに固定され押板76を動作させるソレノイド77とで構成されている。
なお主回転軸29にはアクセスホール29aが明けられており、楔解放用ピン75が結合手段118の軸方向の移動に伴い移動しても干渉しないよう配慮している。また、楔解放用ピン75はホルダ72が主回転軸29と回転不可能に回り止めされている関係上、主軸Sとともに回転するため、第4図中の断面A−Aを示す第5図に示されるように、主軸がどの回転位置で停止しても動作できるよう等間隔かつ放射状に配置してある。さらに押板76も、主軸Sがどの回転位置に停止しても少なくとも常に1本以上の楔解放用ピン75を押すことのできる状態でいられるよう、楔解放用ピン75との接触部位の形状を半円としている。
なおその他の構成は実施の形態1と同様である。
次に本実施の形態4の動作を説明する。
先ず連結パイプ30のみを軸方向に移動したいとき(ワークWをチャック爪Jが把持するまで移動したいとき)、環状の楔71a及び71bによりその連結パイプ30をクランプしないようにソレノイド77を作動させ、楔解除用ピン75を回転軸中心方向へ突き出す。すると、環状の楔71a及び71bが引張ばね73の引張力に抗して軸方向に移動し、環状の楔71a及び71bとホルダ72との間に間隙が生じることにより、環状の楔71b及び71bが連結パイプ30をクランプしなくなる。
その後、その状態で円筒リニアモータコイル69aが円筒リニアモータ磁石69bを駆動し、連結パイプ30を軸方向反負荷側に引っ張る。連結パイプ30の軸方向の動作は螺合されているドローバーDを経由して動作変換機構Tによりチャック爪Jを径方向の動作に変換する。
チャック爪JがワークWを把持した時点で、ソレノイド77を退避させると再び環状の楔71a、71bが引張ばね73により、ホルダ72に密着し、環状の楔71b及び71bが連結パイプ30を再びクランプする。その後リニアモータコイルの運転を停止させ、第1のサーボモータ1を起動し所定の回転トルクで回転させると、モータ回転軸1aに固定されている第3のナット1bに螺合している第3のねじ軸2がガイドブッシュ4にリニアガイド3により回り止めされている関係上、反負荷側方向に移動する。第3のねじ軸が移動することで第1のねじ軸8aを含む往復回転変換手段113も同様に移動する。往復回転変換手段113が反負荷方向に移動すると、第1のねじ軸8aを引っ張る。
ここで、モータ回転軸1a及び第3のナット1bにおける回転運動の回転トルクをTM、第3のねじ軸2の軸方向に引っ張る推力をF1、第3のねじ軸2のねじリードをL1、回転往復変換効率をηとすると、
なる関係がある。
第1のねじ軸8aが引っ張られると、第1のねじ軸8aと螺合する第1のナット8bは回転する。これにより第1のねじ軸8aにおける軸方向運動の推力は、第1のナット8bにおける回転運動の回転トルクに変換される。
ここで前記した第1のねじ軸8aを引っ張る推力F1、第1のナット8bの回転トルクをT2、第1のねじ軸8aのリードをL2、往復回転変換効率をη2とすると、
なる関係がある。
第1のナット8bが回転すると、第1のナット8bの内側(主軸の中心線側)に固定された第2のナット9bも同様に回転し、第2のナット9bと螺合する第2のねじ軸9aが反負荷軸方向に移動する。これにより第2のナット9bの回転運動トルクは、第2のねじ軸12における軸方向運動の推力に変換される。
ここで、前記にて得られた第1のナット8bと第2のナット9bにおける回転運動の回転トルクをT2、第2のねじ軸12における軸方向運動の推力をF3、第2のねじ軸9aのねじリードをL3、回転往復変換効率をη3とすると、
なる関係がある。
また、第1のサーボモータから第1のねじ軸8aに与えられる軸方向運動の推力をF1と、第2のねじ軸9aに発生する軸方向の推力をF3とは、前記(2式)、(3式)より
ηc:ねじの運動変換効率
なる関係が成立する。
即ち、L2>L3なるねじリードで構成されている場合には、第2のねじ軸9aに発生する推力F3は、F1推力を(L2/L3)・ηc倍した増幅推力に変換されて発生することになり、小さな推力の第1のサーボモータ1を用いても、ガイドマウント74に大きな軸方向運動の推力を得ることが可能となる。
増幅された推力F3によって、ガイドマウント74が軸方向反負荷側に引っ張られると、ガイドマウント74に固定されているホルダ72を介し、環状の楔71aが反負荷側に引っ張られる。
ここで環状の楔71aと連結パイプ30の接触面の摩擦力により連結パイプ30を反負荷側に引っ張る力が生じる。しかしながら、チャック爪JはワークWに接触しているため、連結パイプ30は反負荷側に移動不可能である。このとき環状の楔71aとホルダ72の接触面の分力により放射方向の把握力Frは環状の楔におけるテーパ角の半角をθとし、ガイドマウント74より伝達される軸方向の推力をFiとすると、
なる関係がある。
この放射方向の力Frと環状の楔71a内面と連結パイプ30外面の摩擦係数μの積が軸方向の把持力Faとなるため、μ>tanθとすることにより、与える推力より把握力が勝り、環状の楔71aと連結パイプ30の接触面で滑動することなく推力の伝達が可能となる。
ホルダ72、連結パイプ30及びドローバーDが軸方向反負荷側に移動すると、動作変換機構Tによりホルダ72、連結パイプ30及びドローバーDの軸方向動作をチャック爪Jの径方向動作に変換して、チャック爪JにワークWを増幅された把持力で把持する。
次にワークWの切削加工終了後、直ちにワークWをチャック爪Jから外す開放動作を説明する。第1のサーボモータ1のモータ回転軸1aを所定のトルクで逆回転させ、前述したワーク把持動作とは逆の動作で、ホルダ72、連結パイプ30を負荷側軸方向にわずかに移動させ、チャック爪Jを緩める。
次に再びソレノイド77を動作させた状態(環状の楔71a及び71bとホルダ72との間に間隙が生じることにより、環状の楔71b及び71bが連結パイプ30をクランプしなくなる状態)で、円筒リニアモータコイル69aを運転し円筒リニアモータ磁石69bを駆動し、連結パイプ30を負荷側軸方向に移動させる。
なお、上記では連結パイプ30を引張りにて動作させる場合の説明を行ったが、連結パイプ30を押して作動させる場合は、連結パイプ30を把持する部材が環状の楔70aに代わり、負荷側に位置する環状の楔70bとなるのみで、動作原理は同じである。
以上説明したようにこの実施の形態4によれば、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができる。
また、任意位置設定手段117の駆動手段129にリニアモータを用いているので、連結パイプ30の駆動に回転運動が伴わないため、主回転軸29の従動防止のための実施の形態1で使用している電磁ブレーキ27を省くことが可能である。
また主軸と一体となって回転する第1のねじ8、第2のねじ9等の質量が大きな部材が、主回転軸29に第2の玉軸受20を介し堅牢に支持されるため、第7図で説明した従来例の送りねじによる支持と比較して、軸芯のずれが少なく高速回転に有利である。
また、実施の形態1〜3によれば、連結パイプ30の駆動時に爪Tを回転させないようにため、出力手段を2分割し、その両者間に玉軸受け等の回転自在支持手段を介在させるとともに、最終段の出力手段を軸方向移動自在且つ回転不能に保持させているが、この実施の形態4によれば、その構成が不要となり、その部分の構成が簡単となる。
なおこの実施の形態4では、第1の回転往復変換手段115と出力手段である連結パイプ30との結合手段118として環状の楔を利用したものについて説明したが、結合手段118としては、所望時に連結パイプ30を把持したりその把持を開放したりする機能を備えたものであれば足りるので、環状の楔以外のものも使用できることは言うまでもない。
またこの実施の形態4では、連結パイプ30を駆動する円筒リニアモータを、その中心軸線が連結パイプ30の中心軸線と同軸となるように配置したものについて説明したが、推力変換装置の軸方向長さを更に短くしたい場合には、実施の形態2、3に示すように、リニアモータを、その中心軸線が連結パイプ30の中心軸線と異軸となるように配置し、且つこのリニアモータの往復動作を、カムフォロアまたはローラフォロアを有する推力伝達手段を介して、往復動する連結パイプ30に伝達するようにしてもよい。
また、この実施の形態4では、往復運動手段110の駆動源として、回転子を有する第1のサーボモータ1を用いたが、リニアモータまたは円筒リニアモータを用いてもよい。この場合、第2の回転往復変換手段112が不要となる。
実施の形態5.
また前記各実施の形態では、本発明に係る推力変換装置を旋盤のチャック装置に適用したものについて説明したが、本発明に係る推力変換装置は、型を備えた射出成型機、ダイキャストマシン、押出し装置、プレス加工装置、粉末焼結装置等の型駆動用、マシニングセンタのツールチャックの駆動用、摩擦溶接機の圧接駆動用などにも適用可能である。
以上説明したようにこの発明によれば、往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力手段と、前記第1の回転往復変換手段と出力手段との間に介在された結合手段と、前記出力手段を前記第1の回転往復変換手段の往復運動による駆動力とは別個に駆動し、前記結合手段と前記出力手段との結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備える構成としたので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記往復運動手段の駆動源が、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置されているとともに、前記往復運動手段の往復部が、前記出力手段の軸方向中心線に対し同軸上に配置されており、前記往復運動手段の駆動源の駆動力を前記往復運動手段の往復部に推力伝達手段を介して伝達するように構成したので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも駆動源及び位置検出器として特殊なものを用いることなく汎用のものを用いることができ、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記往復運動手段を、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置された、回転子を有するモータと、このモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段と、前記出力手段の軸方向中心線に対し同軸上に配置された往復部と、前記第2の回転往復変換手段と往復部との間に介在され、モータの駆動力を前記往復部に伝達する推力伝達手段とを有するものとしたので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも駆動源及び位置検出器として特殊なものを用いることなく汎用のものを用いることができ、ひいては安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記推力伝達手段を、カムフォロアまたはローラフォロアを有するものとしたので、往復回転変換手段、第1の回転往復変換手段、出力手段、結合手段等に過大なモーメント荷重をかけることなく駆動源の推力をスムーズに伝達できる。
またこの発明によれば、前記結合手段を、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力手段とねじ結合されるねじ部材としたので、反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。
またこの発明よれば、前記結合手段を、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力手段に対し締め付け及びその解除を行う環状楔部材としたので、出力手段にさほど手を加えることなく、出力手段を回転させることなく往復運動をさせることができる。因みに結合手段がねじ部材である場合、出力手段の最終段の出力部を回転させないないようにする場合、出力手段を2分割し、その両者間に玉軸受け等の回転自在支持手段を介在させるとともに、最終段の出力手段を軸方向移動自在且つ回転不能に保持させる必要がある。
またこの発明によれば、前記任意位置設定手段の駆動源が、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置されているとともに、前記任意位置設定手段の駆動源の駆動力を前記出力手段に推力伝達手段を介して伝達するように構成したので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも駆動源及び位置検出器として特殊なものを用いることなく汎用のものを用いることができ、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記任意位置設定手段を、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置された、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を、前記出力手段が往復運動を行うよう変換して前記出力手段に伝達する回転運動変換手段と、前記モータと回転運動変換手段との間に介在され、モータの駆動力を前記回転運動変換手段に伝達する推力伝達手段とを有するものとしたので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも駆動源及び位置検出器として特殊なものを用いることなく汎用のものを用いることができ、ひいては安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明は、前記任意位置設定手段を、リニアモータとしたので、回転運動変換手段を不要として、出力手段を回転させることなく往復運動をさせることができる。
またこの発明によれば、前記出力手段が、前記任意位置設定手段と結合される第1の出力手段と、この第1の出力手段に回転自在支持手段を介して支持される第2の出力手段とを有するものであり、且つ前記反力受け手段と第2の出力手段との間に、前記第2の出力手段の回転を防止するとともに前記第2の出力手段の軸方向への移動を可能とする回転防止手段を設けた構成としたので、出力手段の最終段を回転させることなく往復運動させることができる。
またこの発明によれば、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の駆動制御装置を1台とし、この駆動制御装置との接続を順次切換えることにより前記往復運動手段及び任意位置設定手段を順次切換え駆動する切換スイッチを備える構成としたので、駆動制御装置が1台で済み、また制御も簡単となり、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の各駆動源を同一の駆動源とし、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中にクラッチ手段を介在させ、このクラッチ手段を入切することにより、前記駆動源の駆動力を、前記往復運動手段及び任意位置設定手段のうち任意の手段に伝達させるように構成したので、駆動源が1台で済み、また制御も簡単となり、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記クラッチ手段を電磁クラッチとするとともに、この電磁クラッチを、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中に夫々介在させ、前記往復運動手段における駆動経路中の電磁クラッチと前記任意位置設定手段における駆動経路中の電磁クラッチとに交互に電力を供給するクラッチ切換えスイッチを備える構成としたので、駆動源が1台で済み、また制御も簡単となり、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、回転子を有する第2のモータ及びこの第2のモータにおける回転軸の回転運動を前記出力軸が回転往復運動を行うよう変換して前記出力軸に伝達する回転運動変換手段を有し、前記出力軸を前記第2のモータで駆動して前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備える構成としたので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができ、しかも反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。
またこの発明によれば、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、回転子を有する第2のモータ及びこの第2のモータにおける回転軸の回転運動を前記出力軸が回転往復運動を行うよう変換して前記出力軸に伝達する回転運動変換手段を有し、前記出力軸を前記第2のモータで駆動して前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備え、前記往復運動手段の第1のモータ及び任意位置設定手段の第2のモータを、その回転軸が前記出力軸の軸線方向中心線に対し平行且つ異軸位置となるように配置するとともに、前記第1のモータ及び第2のモータの駆動力を前記往復回転変換手段及び出力軸に夫々伝達する推力伝達手段を設けた構成としたので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができ、しかも反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。また、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも駆動源及び位置検出器として特殊なものを用いることなく汎用のものを用いることができ、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、前記出力手段を前記第1の回転往復変換手段の往復運動による駆動力とは別個に駆動し、前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備え、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の各駆動源を同一の駆動源とし、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中にクラッチ手段を介在させ、このクラッチ手段を入切することにより、前記駆動源の駆動力を、前記往復運動手段及び任意位置設定手段のうち任意の手段に伝達させるように構成したので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができ、しかも反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。また駆動源が1台で済み、また制御も簡単となり、安価な推力変換装置を得ることができる。
更にまた、この発明によれば、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸に対し締め付け及びその解除を行う環状楔部材と、前記環状楔部材による出力軸の締付けを解除した状態で駆動され、前記出力軸を、前記環状楔部材と前記出力軸との結合位置を任意の位置に設定するリニアモータとを備える構成としたので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができる。また出力手段にさほど手を加えることなく、また回転運動変換手段を不要として、出力手段を回転させることなく往復運動をさせることができる。
産業上の利用可能性
この発明に係る推力変換装置は、主に型を備えた射出成型機、ダイキャストマシン、押出し装置、プレス加工装置、粉末焼結装置等の型駆動用、旋盤のワークチャックやマシニングセンタのツールチャックの駆動用、摩擦溶接機の圧接駆動用など、各種産業装置の治工具やワークをクランプするクランパの駆動用として用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による実施の形態1の縦断面図である。
第2図はこの発明による実施の形態2の縦断面図である。
第3図はこの発明による実施の形態3の縦断面図である。
第4図はこの発明による実施の形態4の縦断面図である。
第5図は第4図のA−A線断面図である。
第6図は従来の代表的なチャック用電動シリンダの縦断面図である。
第7図は従来の代表的な2モータ同期方式のチャック用電動シリンダの縦断面図である。
この発明は、主に型を備えた射出成型機、ダイキャストマシン、押出し装置、プレス加工装置、粉末焼結装置等の型駆動用、旋盤のワークチャックやマシニングセンタのツールチャックの駆動用、摩擦溶接機の圧接駆動用など、各種産業装置の治工具やワークをクランプするクランパの駆動用に用いる推力変換装置に関する。
背景技術
一般に、プレス加工装置での駆動源や工作機械等でワークを把持するチャック装置の駆動源として、油圧シリンダ、あるいは空圧シリンダによる推力を利用したものが多く採用されている。
ところが、油圧シリンダ、あるいは空圧シリンダによるプレス加工装置やチャック装置では、油圧、空圧装置が発生できる圧力とシリンダ径によって推力が定まる為、大きな推力が必要になった場合には、それらの容量が大きなものに変更しなければならずコスト高になる等種々の問題点があった。
また、トルク増加(またはトルク縮小)機構として歯車を用いた減速機があるが、この減速機は、入力を回転入力とし、この回転入力を増幅(または縮小)して回転出力として出力するものが一般的であって、軸方向の入力(推力)を増幅(または縮小)して軸方向出力(推力)として出力するには、種々の歯車等の機械的部品を組み合わせる必要があり、ひいては大型化を招く。また反力が歯車を回転自在に支承する軸受にかかり、ひいては減速機の寿命が短い等の問題があり、このため軸方向入力(推力)を増幅(または縮小)して軸方向出力として出力することができる安価、小型かつ簡単な構成でしかも長寿命な推力変換装置が望まれていた。
なお、例えば特開昭62−34708号公報に開示されたチャック装置のように、モータの回転トルクを増幅させるために歯車機構を採用した減速機を用いると、ワークの加工中にドローバー駆動系と主軸の回転系とを切り離す為の電磁クラッチを必要とし、また部品点数が多くなってコスト高になるという問題点が生じる。
また前記の電動式チャック装置では、ドローバーに軸方向推力を与えてワークを把持するが、ワーク加工中は、ドローバーを回転支持する軸受が、軸方向推力の反作用力をすべて受けるため、主軸回転速度の高速化や、ドローバーの軸方向推力増加による把持力強化は、軸受の寿命を非常に短くする等種々の問題点がある。
そこで上述した従来の種々の問題点を解決するため、第6図に示すような推力変換装置が提案されている。(詳細は特表平01/51239号公報を参照)。
第6図は、その推力変換装置をチャック装置に適用したものの部分横断面図である。
第6図において、600はモータ回転往復変換手段であり、サーボモータ601と、モータ軸601aと、モータ軸601aの負荷側端に固定された第3のねじ軸602と、第3のねじ軸602に螺合する第3のナット603と、モータ負荷側端ブラケット604bと、モータ負荷側端ブラケット604bに対して第3のナット603を軸方向にのみ移動可能に回り止めする第3のリニアガイド605とにより構成されている。またモータ軸601aの反負荷側端には、モータの回転位置を検出する手段であるモータ回転位置検出部606が配設されている。
200は往復回転変換手段であり、第3のナット603の反モータ側端に延在した非螺合部分に、第1のナット201のモータ側端に延在した非螺合部分を第1の軸受202を介して回転自在に且つ軸方向移動不可能に支承し、第1のナット201に螺合する第1のねじ軸203と、主回転軸204と、主回転軸204に対して第1のナット201を軸方向にのみ移動可能に回り止めする第1のリニアガイド205とにより構成されている。
300は回転往復変換手段であり、第1のねじ軸203の内側に固定された第2のナット301と、第2のナット301に螺合する第2のねじ軸302を軸方向にのみ移動可能に回り止めする第2のリニアガイド303とにより構成されており、第2のねじ軸302の先端には、押引棒500が固定されている。
400は反力受け部であり、主回転軸204と、第1のねじ軸203と、主回転軸204に第1ねじ軸203を回転自在に且つ軸方向に移動不可能に支承する第1の軸受401とにより構成されている。
主回転軸204の負荷側には、アダプタ501aを介して主軸502の後端が固定されており、主軸502の軸心中心内部には、軸方向移動自在にドローバー504が挿入され、ドローバー504の先端には、動作変換機構505を介してチャック爪506に係合されている。動作変換機構505はカムレバーやテーパ等によりドローバー504の軸方向動作をチャック爪506の径方向動作に変換する。ドローバー504の後端は、押引棒500の先端に固定されている。
また、モータ601と主軸モータ部507とは、取付け枠508を介して固定され、これにより回転往復変換手段600、往復回転変換手段200、回転往復変換手段300、反力受け部400、第2の玉軸受202が主軸モータ部507に支持されている。
次に動作を、第6図を参照しながら説明する。
前記のように構成されたチャック駆動装置においては、モータ軸601aが所定の回転トルクで回転すると、モータ軸601aの負荷側端に固定された第3のねじ軸602も同様に回転し、第3のねじ軸602の回転トルクは第3のナット603における軸方向運動の推力に変換される。
第3のナット603が、軸方向に移動すると、これに第2の玉軸受202を介して回転自在に且つ軸方向移動不可能に支承された第1のナット201も、第3のナット603における軸方向の推力で軸方向に移動させられる。
第1のナット201が軸方向に押されると、第1のナット201が第1のリニアガイド205により軸方向にのみ移動可能に回り止めされているので、第1のナット201と螺合する第1のねじ軸203が回転する。これにより第1のナット201における軸方向運動の推力は、第1のねじ軸203における回転運動の回転トルクに変換される。
第1のねじ軸203が回転すると、第1のねじ軸203の内側に固定された第2のナット301も同様に回転し、第2のねじ軸302が第2のリニアガイド303により軸方向のみ移動可能に回り止めされているので、第2のナット301と螺合する第2のねじ軸302が軸方向に移動する。これにより第2のナット301の回転運動トルクは、第2のねじ軸302における軸方向運動の推力に変換される。
第2のねじ軸302が軸方向運動すると、これに固定された押引棒500が軸方向に移動し、押引棒500に固定されたドローバー504が軸方向に同推力で移動し、軸方向動作をチャック爪506の径方向動作に変換してチャックにワーク508を把持する。
ワーク508を、チャック爪506に把持した後、主軸モータ部507により主軸502が回転すると、ドローバー504、チャック503、動作変換機構505、ワーク508、アダプタ501a、501b、押引棒500、回転往復変換手段300及び往復回転変換手段200が連れ回りしながら、ワーク508の切削加工を行う。
回転往復変換手段200の第1のナット201が、モータ回転往復変換手段600の第3のナット603に軸受202により、回転自在に支承されているので、主軸502が回転してもモータ回転往復手段600は回転しない。
ところで、モータ回転軸601a及び第3のねじ軸602における回転運動の回転トルクをTM、第3のナット603の軸方向に押す推力をF1、第3のナット603のねじリードをL1、回転往復変換効率をηとすると、
なる関係がある。
第3のナット603の軸方向推力により、第1のナット201が押されると、第1のナット201と螺合する第1のねじ軸203が回転する。これにより第1のナット201における軸方向運動の推力は、第1のねじ軸203における回転運動の回転トルクに変換される。
ここで前記にて得られた第1のナット201を押す推力F1、第1のねじ軸203の回転トルクをT2、第1のナット201のリードをL2、往復回転変換効率をη2とすると、
なる関係がある。
第1のねじ軸203が回転すると、第1のねじ軸203の内側に固定された第2のナット301も同様に回転し、第2のナット301と螺合する第2のねじ軸302が軸方向に移動する。これにより第2のナット301の回転トルクは、第2のねじ軸302における軸方向運動の推力に変換される。
ここで、前記にて得られた第1のねじ軸203と第2のナット301における回転運動の回転トルクをT2、第2のねじ軸302における軸方向運動の推力をF3、第2のねじ軸302のねじリードをL3、回転往復変換効率をη3とすると、
なる関係がある。
また、サーボモータ601から第1のナット201に与えられる軸方向の推力をF1と、第2のねじ軸302に発生する軸方向の推力をF3とは、前記(2式)、(3式)より
ηc:ねじの運動変換効率
なる関係が成立する。
即ち、L2>L3なるねじリードで構成されている場合には、第2のねじ軸302に発生する推力F3はF1推力を(L2/L3)・ηc倍した増幅推力に変換されて発生することになり、小さな推力のサーボモータ601を用いても、押引棒500に大きな軸方向運動の推力を得ることが可能となる。
増幅された推力F3によって、押引棒500及びドローバー504が軸方向反負荷側に移動すると、動作変換機構505により軸方向動作をチャック爪506の径方向動作に変換してチャック503にワーク508を増幅された把持力で把持する。
ところで、より小さな回転トルクTMでより大きな推力F3を得るためには、(4式)からも明らかなように、第1のナット201のリードL2を大きくすればよい。例えば、ねじの運動変換効率を100%とすると、L2=100mm、L3=1mmとすれば、F1が100倍に増幅されたことになる。しかし、チャック爪506の開閉動作に必要なドローバー504のストロークを15mmとすると、第2のねじ軸302を15mm移動させるには、第2のナット301を15回転させる必要がある。
従って、第2のナット301を15回転させるのは、第1のねじ軸203を15回転させなくてはならない。第1のナット201のリードL2は100mmなため、第1のナット201は1500mmの移動できるだけの長さが必要になり、ひいては推力変換装置の軸方向長さが長くなる問題があった。
そこで第7図に示すようなものが提案されている(出願番号:PCT/JP01/01033)。この例は、前述したような課題を解決するためになされたもので、推力変換部の軸方向長さ寸法を必要なストロークの割合に対して短縮できる推力変換装置を示したものである。
なおこの例は、推力変換装置をNC旋盤のチャック爪開閉用のシリンダに適用した例である。以後の図においても右側が負荷側、左側が反負荷側である。
第7図において100は往復運動手段で、第3のナット1bを具備したモータ回転軸1aを有する第1のサーボモータ1と、モータ回転軸1aの第3のナット1bと螺合する第3のねじ軸2と、第3のねじ軸2を軸方向のみに移動可能に回り止めする第3のリニアガイド3と、第3のリニアガイド3を支持するガイドブッシュ4と、ガイドブッシュ4を支持している後部フレーム5とによって構成されている。なお、モータ回転軸1aと第3のねじ軸2と第3のリニアガイド3とによってモータ回転往復変換手段が構成されている。
また、モータ回転軸1aの反負荷側端には、モータ回転軸1aの回転位置を検出する手段である回転検出器1cが配置されている。
101は往復回転変換手段で、第3のねじ軸2の反モータ側端に設けられた軸受ジャーナル部2aに、第1の玉軸受6を介して回転自在に且つ軸方向移動不可能に支承された軸受ハウジング7と、軸受ハウジング7に支持されている第1のねじ軸8aと、この第1のねじ軸8aに螺合する第1のナット8bと、第2のねじ軸9aに対して第1のねじ軸8aを軸方向のみ移動可能に回り止めする第1のリニアガイド10と、第1のリニアガイド10と第2のねじ軸9aを連結する第1のガイドハウジング11とにより構成されている。
102は回転往復変換手段であり、第1のナット8bに固定されたハウジング12と、ハウジング12に固定された、第1のナット8bの内径側にねじ部が位置する第2のナット9bと、第2のナット9bと螺合する第2のねじ軸9aと、第2のねじ軸9aに対して軸方向にのみ移動可能に回り止めする第2のリニアガイド13と、第2のねじ軸9aと第2のリニアガイド13を連結するガイドマウント14とで構成されている。
なお、第2のねじ軸9aには中空状の押引棒15が固定されている。
103は反力受け手段で、主回転軸16と、この主回転軸16を旋盤の主軸Sと結合するブラケット17と、主回転軸16の外周部に設けられた第1のねじである結合ナット18及びこの結合ナット18と螺合する第1のねじである結合ねじ軸19で構成された結合手段104と、ハウジング12に結合ねじ軸19を回転自在に且つ軸方向に移動不可能に支承する第2の玉軸受20とにより構成されている。
なお、結合手段104は、結合ねじ軸19のねじリード角度β2、ねじの摩擦係数をμ2としたとき、tanβ2<μ2なる関係のねじで形成されている。
105は駆動手段で、回転位置検出器21を有する第2のサーボモータ22と、結合ナット18外側に配置され、軸受20にて回転自在に支承されたモータ回転軸23とで構成されている。なお、モータ回転軸23の外側には、永久磁石24が第2のサーボモータ22の固定子25と対向配置されている。
また、永久磁石24の軸方向長さL1と、送り必要ストロークSTと固定子25の軸方向長さL1の間には、L2+ST≦L1という関係を持たせている。即ち、モータ22をより安価にするため、モータ発生トルクに寄与しない部分の寸法を極力短くしている。
また、フレーム26には電磁ブレーキ27が固定され、ブラケット17の一部をブレーキ板としている。
なお、往復運動手段100、往復回転変換手段101及び回転往復変換手段102の各ねじのねじ方向は、第3のねじ軸2が反負荷側軸方向に移動すると、最終的に第2のねじ軸9aが反負荷側軸方向に移動するよう考慮されて形成されている。また、図から明らかなように、往復運動手段100、往復回転変換手段101、回転往復変換手段102、駆動手段105等は、同一軸線上に配置されている。
また、主回転軸16の負荷側にはブラケット17が設けられており、このブラケット17には主軸Sの後端が固定され、主軸Sの先端にはチャックCが固定されている。主軸Sの軸心中空内部には、軸方向移動自在にドローバーDが挿入され、ドローバーDの先端は、動作変換機構Tを介してチャック爪Jに結合されている。またドローバーDの後端は押引棒15の先端に固定されている。
なお、主軸Sは、図示しない主軸モータにて駆動されるとともに、最終的に軸受6にて回転自在に支承され、チャックC、主回転軸16、ドローバーD、押引棒15、結合ナット18、結合ねじ軸19、第2のねじ軸9a、第2のナット9b、第1のナット8b、第1のねじ軸8a等と一体となって回転する。
また、第1のサーボモータ1と、駆動手段105は、フレーム26に固定され、フレーム26は主軸台Bに固定されている。
次にこの推力変換装置の動作について第7図を用いて説明する。先ず、駆動手段105のワークWをチャック爪Jにより把持するまでの、把持動作を説明する。
先ず電磁ブレーキ27により、結合ねじ軸19を回転不可能の状態に拘束する。その後、第2のサーボモータ22を運転し、モータ回転軸23を回転させる。モータ回転軸23には結合ナット18が形成されているため、モータ回転軸23の回転に伴い、結合ナット18が回転往復運動する。このとき、第1のサーボモータ1も駆動し、結合ナット18の往復運動に同期させて、回転往復変換手段102、往復回転変換手段101、及び第3のねじ軸2を往復運動させることで、第1のナット8bを回転させず、把持動作あるいは、開放動作を行うことが可能となる。
回転往復変換手段102の移動に伴い、押引棒15及びドローバーDが反負荷側方向に移動し、前記動作変換機構Tにより押引棒15及びドローバーDの軸方向動作をチャック爪Jの径方向動作に変換して、チャックCにワークWを把持する。
チャックCがワークWを把持した後、第2のサーボモータ22の運転を停止させ、第1のサーボモータ1を前記より引続き所定の回転トルクで回転させると、モータ回転軸1aに固定されている第3のナット1bに螺合している第3のねじ軸2がガイドブッシュ4にリニアガイド3により回り止めされている関係上、反負荷側方向に移動する。第3のねじ軸が移動することで第1のねじ軸8aを含む往復回転変換手段101も同様に移動する。往復回転変換手段101が反負荷方向に移動すると、第1のねじ軸8aを引っ張る。
ここで、モータ回転軸1a及び第3のナット1bにおける回転運動の回転トルクをTM、第3のねじ軸2の軸方向に引っ張る推力をF1、第3のねじ軸2のねじリードをL1、回転往復変換効率をηとすると、
なる関係がある。
第1のねじ軸8aが引っ張られると、第1のねじ軸8aと螺合する第1のナット8bは回転する。これにより第1のねじ軸8aにおける軸方向運動の推力は、第1のナット8bにおける回転運動の回転トルクに変換される。
ここで前記した第1のねじ軸8aを引っ張る推力F1、第1のナット8bの回転トルクをT2、第1のねじ軸8aのリードをL2、往復回転変換効率をη2とすると、
なる関係がある。
第1のナット8bが回転すると、第1のナット8bの内側(主軸の中心線側)に固定された第2のナット9bも同様に回転し、第2のナット9bと螺合する第2のねじ軸9aが反負荷軸方向に移動する。これにより第2のナット9bの回転運動トルクは、第2のねじ軸12における軸方向運動の推力に変換される。
ここで、前記にて得られた第1のナット8bと第2のナット9bにおける回転運動の回転トルクをT2、第2のねじ軸12における軸方向運動の推力をF3、第2のねじ軸9aのねじリードをL3、回転往復変換効率をη3とすると、
なる関係がある。
また、第1のサーボモータから第1のねじ軸8aに与えられる軸方向運動の推力をF1と、第2のねじ軸9aに発生する軸方向の推力をF3とは、前記(2式)、(3式)より
ηc:ねじの運動変換効率
なる関係が成立する。
即ち、L2>L3なるねじリードで構成されている場合には、第2のねじ軸9aに発生する推力F3は、F1推力を(L2/L3)・ηc倍した増幅推力に変換されて発生することになり、小さな推力の第1のサーボモータ1を用いても、押引棒15に大きな軸方向運動の推力を得ることが可能となる。
増幅された推力F3によって、押引棒23及びドローバーDが軸方向反負荷側に移動すると、動作変換機構Tにより押引棒23及びドローバーDの軸方向動作をチャック爪Jの径方向動作に変換して、チャックCにワークWを増幅された把持力で把持する。
ところで、より小さな回転トルクTMでより大きな推力F3を得るためには、(4式)からも明らかなように、第1のねじ軸8aのリードL2を大きくすればよい。例えば、ねじの運動変換効率を100%とすると、L2=100mm、L3=1mmとすれば、F1が100倍に増幅されたことになる。しかし、チャック爪Jの開閉動作に必要なドローバーDのストロークを15mmとすると、第2のねじ軸12を15mm移動させるには、第2のナット9bを15回転させる必要がある。
従って、第2のナット9bを15回転させるのは、第1のナット8bを15回転させなくてはならない。第1のねじ軸6のリードL2は100mmなため、第1のナット8bは1500mmの移動できるだけの長さが必要になる。
よって上述したように、駆動手段105は、第1のサーボモータ1と同期運転し、第1のナット8bを回転させずに、回転往復変換手段102、往復回転変換手段101等を軸方向に移動させることができるため、第1のナット8bを15回転させる必要がなくなる。
また、ワークWを、必要把持力で把持するために第1のサーボモータのトルクTMを大きな推力Fに変換するが、そのストロークはすでにチャック爪JがワークWを把持しているので、わずかなストロークでよい。例えば、ストロークが0.1mm必要なら、第2のナット9bは0.1回転でよく、第1のナット8bは10mm分のストロークがあればよいことになる。
従って、推力変換装置の軸方向長さを大幅に短くすることができる。
次に、第2のサーボモータ22を停止させた状態(第2のねじ9を滑りねじにした場合は第1のサーボモータも停止が可能)で、主軸モータ(図示せず)により、最終的に軸受6にて支承される主軸Sが回転すると、前述したように、ドローバーD、チャックC、回転往復変換手段102、往復回転変換手段101、反力受け手段103、結合手段104等が連れ回りしながら、ワークWの切削加工を行う。
上述したように、第2のねじ9のリード角β1は、ねじの摩擦係数をμ1としたとき、tanβ1<μ1なる関係のねじで形成を形成したとき、この条件式を満足するねじは推力から回転トルクに変換する時の変換効率が負(−)となり、ねじに回転トルクを与えて軸方向推力に変換することは可能であるが、軸方向推力を与えて回転トルクに変換することは不可能である。
即ち、第2のナット9bを所定のトルクで回転させることにより、回り止めされた第2のナット9bに螺合する第2のねじ軸9aにおける軸方向運動の推力には変換できるが、第2のねじ軸9aに軸方向運動の推力が与えられても、第2のナット9bは回転できない。
また、結合手段104においても、結合ねじ軸19のねじリード角度β2が、ねじの摩擦係数をμ2としたとき、tanβ2<μ2なる関係のねじで形成されているため、主軸Sから軸方向に推力が与えられても、結合ナット18は回転できない。
このことは、各ねじのリード角と摩擦係数の関係をtanβ1<μ1、tanβ2<μ2としたときワーク加工中に第1のサーボモータの電源を切っても、チャック爪Jをワーク把持方向に力を与えているドローバーDが負荷側軸方向に移動しないこと、即ちチャック爪Jによるワーク把持力が低下しないことを意味する。
ワークWの切削加工終了後、直ちにワークWをチャック爪Jから外す開放動作を実施する。第1のサーボモータ1のモータ回転軸1aを所定のトルクで逆回転させ、前述したワーク把持動作とは逆の動作で、押引棒15を負荷側軸方向にわずかに移動させ、チャック爪Jを緩める。
次に再び電磁ブレーキ27を制動した状態で、第2のサーボモータ22を運転し、モータ回転軸23を回転させ、結合ナット18の往復運動に同期させて第3のナット1bを回転させ、回転往復変換手段102、往復回転変換手段101、及び第3のねじ軸2を負荷側軸方向に移動させる。
ところが、第7図に示すものでは、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできる反面、ワーク把持位置までの送りもしくはワーク開放までの送り時、即ち第2のサーボモータ22を駆動して押引棒15を軸方向に移動させる際に、往復回転変換手段101等の軸方向移動ができるよう、第1のサーボモータ1も駆動して往復運動手段100のねじ結合部(第3のナット1bと第3のねじ軸2とのねじ結合部)でその往復回転変換手段101等の軸方向移動量を吸収させる必要があり、つまり第1のサーボモータ1と第2のサーボモータ22を同期運転させる必要性があるために、そのモータ制御が難しかった。
また、第1のサーボモータ1と第2のサーボモータ22を同期運転させる必要性があるために、モータ駆動用アンプが各々のサーボモータに必要となり低コスト化が難しいという問題があった。
発明の開示
この発明は上記のような問題点を解決するためのもので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることを目的とする。
またこの発明は、モータ駆動用アンプを一つにできる推力変換装置を得ることを目的とする。
またその他の目的は、後述する発明を実施するための最良の形態の欄の記載より明らかになるであろう。
この発明は上記目的を達成させるためになされたもので、往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力手段と、前記第1の回転往復変換手段と出力手段との間に介在された結合手段と、前記出力手段を前記第1の回転往復変換手段の往復運動による駆動力とは別個に駆動し、前記結合手段と前記出力手段との結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備える構成としたものである。
またこの発明は、前記往復運動手段を、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段とを有するものとしたものである。
またこの発明は、前記往復運動手段の駆動源が、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置されているとともに、前記往復運動手段の往復部が、前記出力手段の軸方向中心線に対し同軸上に配置されており、前記往復運動手段の駆動源の駆動力を前記往復運動手段の往復部に推力伝達手段を介して伝達するように構成したものである。
またこの発明は、前記往復運動手段を、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置された、回転子を有するモータと、このモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段と、前記出力手段の軸方向中心線に対し同軸上に配置された往復部と、前記第2の回転往復変換手段と往復部との間に介在され、モータの駆動力を前記往復部に伝達する推力伝達手段とを有するものとしたものである。
またこの発明は、前記推力伝達手段を、カムフォロアまたはローラフォロアを有するものとしたものである。
またこの発明は、前記結合手段を、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力手段とねじ結合されるねじ部材としたものである。
またこの発明は、前記結合手段を、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力手段に対し締め付け及びその解除を行う環状楔部材としたものである。
またこの発明は、前記任意位置設定手段を、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を、前記出力手段が往復運動を行うよう変換して前記出力手段に伝達する回転運動変換手段とを有するものとしたものである。
またこの発明は、前記任意位置設定手段の駆動源が、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置されているとともに、前記任意位置設定手段の駆動源の駆動力を前記出力手段に推力伝達手段を介して伝達するように構成したものである。
またこの発明は、前記任意位置設定手段を、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置された、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を、前記出力手段が往復運動を行うよう変換して前記出力手段に伝達する回転運動変換手段と、前記モータと回転運動変換手段との間に介在され、モータの駆動力を前記回転運動変換手段に伝達する推力伝達手段とを有するものとしたものである。
またこの発明は、前記任意位置設定手段を、リニアモータとしたものである。
またこの発明は、前記出力手段が、前記任意位置設定手段と結合される第1の出力手段と、この第1の出力手段に回転自在支持手段を介して支持される第2の出力手段とを有するものであり、且つ前記反力受け手段と第2の出力手段との間に、前記第2の出力手段の回転を防止するとともに前記第2の出力手段の軸方向への移動を可能とする回転防止手段を設けた構成としたものである。
またこの発明は、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の駆動制御装置を1台とし、この駆動制御装置との接続を順次切換えることにより前記往復運動手段及び任意位置設定手段を順次切換え駆動する切換スイッチを備える構成としたものである。
またこの発明は、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の各駆動源を同一の駆動源とし、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中にクラッチ手段を介在させ、このクラッチ手段を入切することにより、前記駆動源の駆動力を、前記往復運動手段及び任意位置設定手段のうち任意の手段に伝達させるように構成したものである。
またこの発明は、前記クラッチ手段を電磁クラッチとするとともに、この電磁クラッチを、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中に夫々介在させ、前記往復運動手段における駆動経路中の電磁クラッチと前記任意位置設定手段における駆動経路中の電磁クラッチとに交互に電力を供給するクラッチ切換えスイッチを備える構成としたものである。
またこの発明は、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、回転子を有する第2のモータ及びこの第2のモータにおける回転軸の回転運動を前記出力軸が回転往復運動を行うよう変換して前記出力軸に伝達する回転運動変換手段を有し、前記出力軸を前記第2のモータで駆動して前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備える構成としたものである。
またこの発明は、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、回転子を有する第2のモータ及びこの第2のモータにおける回転軸の回転運動を前記出力軸が回転往復運動を行うよう変換して前記出力軸に伝達する回転運動変換手段を有し、前記出力軸を前記第2のモータで駆動して前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備え、前記往復運動手段の第1のモータ及び任意位置設定手段の第2のモータを、その回転軸が前記出力軸の軸線方向中心線に対し平行且つ異軸位置となるように配置するとともに、前記第1のモータ及び第2のモータの駆動力を前記往復回転変換手段及び出力軸に夫々伝達する推力伝達手段を設けた構成としたものである。
またこの発明は、往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、前記出力手段を前記第1の回転往復変換手段の往復運動による駆動力とは別個に駆動し、前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備え、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の各駆動源を同一の駆動源とし、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中にクラッチ手段を介在させ、このクラッチ手段を入切することにより、前記駆動源の駆動力を、前記往復運動手段及び任意位置設定手段のうち任意の手段に伝達させるように構成したものである。
更にまた、この発明は、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸に対し締め付け及びその解除を行う環状楔部材と、前記環状楔部材による出力軸の締付けを解除した状態で駆動され、前記出力軸を、前記環状楔部材と前記出力軸との結合位置を任意の位置に設定するリニアモータとを備える構成としたものである。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態1.
第1図を参照して、この発明の実施の形態1に係る推力変換装置を説明する。
なおこの実施の形態1は、この発明の実施の形態1に係る推力変換装置を、NC旋盤のチャック爪開閉用の駆動源として適用した例である。また、図において右側が負荷側(旋盤の主軸側)、左側が反負荷側である。
第1図において110は往復運動手段で、第1の回転運動手段111と第2の回転往復変換手段112で構成されている。なお、第1の回転運動手段111は、第3のナット1bを具備したモータ回転軸1aを有する第1のサーボモータ1で構成されている。また、第2の回転往復変換手段112は、モータ回転軸1aの第3のナット1bと螺合する、往復部である第3のねじ軸2と、この第3のねじ軸2を軸方何のみに移動可能に回り止めする第3のリニアガイド3と、この第3のリニアガイド3を支持するガイドブッシュ4と、ガイドブッシュ4を支持している後部フレーム5とによって構成されている。
また、モータ回転軸1aの反負荷側端には、モータ回転軸1aの回転位置を検出する手段である回転検出器1cが配置されている。なお、この回転検出器1cは、検出原理は公知の回転検出器と同様であるが、機械構成的には中心部にワークWが貫通できるようその中心部が開口された特殊な構成となっている。
113は往復回転変換手段で、第3のねじ軸2の反モータ側端に設けられた軸受ジャーナル部2aに、回転自在結合手段114である第1の玉軸受6を介して回転自在に且つ軸方向移動不可能に支承された軸受ハウジング7と、この軸受ハウジング7に支持されている第1のねじ軸8aと、この第1のねじ軸8aに螺合する第1のナット8bと、第2のねじ軸9aに対して第1のねじ軸8aを軸方向のみ移動可能に回り止めする第1のリニアガイド10と、第1のリニアガイド10と第2のねじ軸9aとを連結する第1のガイドハウジング11とにより構成されている。
115は第1の回転往復変換手段であり、第1のナット8bに固定されたハウジング12と、このハウジング12に固定された、第1のナット8bの内径側(中心軸側)にねじ部が位置する第2のナット9bと、この第2のナット9bと螺合する第2のねじ軸9aと、この第2のねじ軸9aに対して軸方向にのみ移動可能に回り止めする第2のリニアガイド13と、第2のねじ軸9aと第2のリニアガイド13とを連結する結合ナット28とで構成されている。なお、第2のリニアガイド13はスプライン等の滑り案内機構を利用してもよい。
116は反力受け手段で、主回転軸29と、この主回転軸29を旋盤の主軸Sと結合するブラケット17と、ハウジング12を回転自在に且つ軸方向に移動不可能に支承する第2の玉軸受20とにより構成されている。
118は結合手段で、第2のねじ軸9aにねじ固定された結合ナット28と、この結合ナット28と螺合する、第1の出力手段であるとともに出力軸を構成する連結パイプ30の外縁に配されている結合ねじ軸30aとから構成されている。
117は任意位置設定手段であり、第2の回転運動手段119及び回転運動変換手段120で構成されている。なお、第2の回転運動手段119は、スプライン穴31aが設けられたモータ回転軸31bを有する第2のサーボモータ31にて構成されている。また、モータ軸31bの反負荷側端には、モータ回転位置を検出する手段である回転検出器31cが配置されている。
なお、第2のサーボモータ31は後部フレーム5に固定されている。また、回転検出器31cは、検出原理は公知の回転検出器と同様であるが、機械構成的には中心部にワークWが貫通できるようその中心部が開口された特殊な構成となっている。
また、回転運動変換手段120は、連結パイプ30の結合ねじ軸30aと、その結合ねじ軸30aと螺合する結合ナット28と、連結パイプ30に形成されたスプライン軸30bと、そのスプライン軸30bに対し軸方向のみに移動可能に回り止めする第2のサーボモータ31のスプライン穴31aとで構成されている。
また、連結パイプ30の先端肩部30d、及びこの先端肩部30dとの間で第3の玉軸受34を締付けるよう、連結パイプ30先端に螺合している第3の軸受用ナット32は、連結パイプ30とともに第1の出力手段121を構成している。
また、122は回転自在支持手段であり、連結パイプ30負荷側先端の第3の軸受ジャーナル部30cと、反力を受ける第3の玉軸受34と、この第3の玉軸受34を収容するコネクター33とで構成されている。これにより連結パイプ30を支持すると同時にコネクター33に対して連結パイプ30を軸方向に拘束し回転のみ可能としている。
124は第1の出力手段121とともに出力手段(出力軸)を構成する第2の出力手段であり、回転防止手段123、ドローバーDと接続するコネクター33、及びこのコネクター33に螺合し第3の軸受用ナット35との間で第3の玉軸受34を締付ける第3の軸受用ねじ36で構成されている。
なお、回転防止手段123は、主回転軸29と、この主回転軸29に対しコネクター33を軸方向にのみ移動可能に回り止めする第4のリニアガイド35とが相当する。なおこの第4のリニアガイド35は、スプライン等の滑り案内を利用しても一向に差し支えない。
また、第1のサーボモータ1と、後部フレーム5は、フレーム37に固定され、フレーム37は主軸台Bに固定されている。またフレーム37には電磁ブレーキ27が固定されており、ブラケット17の一部をブレーキ板としている。
なお、往復運動手段110、往復回転変換手段113及び第1の回転往復変換手段115における各ねじのねじ方向は、第3のねじ軸2が反負荷側軸方向に移動すると、最終的に第2のねじ軸9aが反負荷側軸方向に移動するよう考慮されて形成されている。また、第1図から明らかなように、往復運動手段110、往復回転変換手段113、第1の回転往復変換手段115、任意位置設定手段117等は、同一軸線上に配置されている。
また、主回転軸29の負荷側にはブラケット17が設けられており、このブラケット17には主軸Sの後端が固定され、主軸Sの先端にはチャックCが固定されている。主軸Sの軸心中空内部には、軸方向移動自在にコネクター先端部33aに固定されたドローバーDが挿入され、ドローバーDの先端は、動作変換機構Tを介してチャック爪Jに結合されている。
また、主軸Sは、図示しない主軸モータにて駆動されるとともに、最終的に軸受6にて回転自在に支承され、チャックC、主回転軸29、ドローバーD、コネクター33、第3の玉軸受34、結合ナット28、連結パイプ30、第2のねじ9、第1のねじ8、モータ回転軸31b等と一体となって回転する。
次にこの実施の形態1の動作について第1図を用いて説明する。
先ず、任意位置設定手段117によってワークWをチャック爪Jにより把持するまでの、把持動作を説明する。
即ち、電磁ブレーキ27を励磁することによりブラケット17の回転を拘束し、このブラケット17に固定されている主回転軸29の回転を拘束することにより、主回転軸29に対し第2のリニアガイド13により軸方向のみ移動可能となっている結合ナット28を回転不可能の状態に拘束する。その後、第2のサーボモータ31を運転し、モータ回転軸31bを回転させる。なおこのとき、第1のサーボモータ1を駆動しない。モータ回転軸31bにはスプライン穴31aが形成されており、スプライン結合している連結パイプ30に回転力が伝達される。連結パイプ30には、結合ねじ軸30aを具備しているため、回転を伴いながら往復運動する。このとき、連結パイプ30の先端に配設されている第3の玉軸受34により連結パイプ30が回転自由となっており、加えて第4のリニアガイド35によりコネクター33が回転不可能に回り止めされていることから、コネクター33は回転を伴うことなく軸方向のみの動きに変換される。
連結パイプ30の移動に伴い、コネクター33及びドローバーDが反負荷側方向に移動し、前記動作変換機構Tによりコネクター33及びドローバーDの軸方向動作をチャック爪Jの径方向動作に変換して、チャックCにワークWを把持する。
チャックCがワークWを把持した後、第2のサーボモータ31の運転を停止させ、電磁ブレーキ27を解放し、第1のサーボモータ1を起動し所定の回転トルクで回転させると、モータ回転軸1aに形成されている第3のナット1bに螺合している第3のねじ軸2が、ガイドブッシュ4にリニアガイド3により回り止めされている関係上、反負荷側方向に移動する。第3のねじ軸2が移動することで、第1のねじ軸8aを含む往復回転変換手段113も同様に移動する。往復回転変換手段113が反負荷方向に移動すると、第1のねじ軸8aを引っ張る。
ここで、モータ回転軸1a及び第3のナット1bにおける回転運動の回転トルクをTM、第3のねじ軸2の軸方向に引っ張る推力をF1、第3のねじ軸2のねじリードをL1、回転往復変換効率をηとすると、
なる関係がある。
第1のねじ軸8aが引っ張られると、第1のねじ軸8aと螺合する第1のナット8bは回転する。これにより第1のねじ軸8aにおける軸方向運動の推力は、第1のナット8bにおける回転運動の回転トルクに変換される。
ここで前記した第1のねじ軸8aを引っ張る推力をF1、第1のナット8bの回転トルクをT2、第1のねじ軸8aのリードをL2、往復回転変換効率をη2とすると、
なる関係がある。
第1のナット8bが回転すると、第1のナット8bの内側(主軸の中心線側)に固定された第2のナット9bも同様に回転し、第2のナット9bと螺合する第2のねじ軸9aが反負荷軸方向に移動する。これにより第2のナット9bの回転運動トルクは、第2のねじ軸9aにおける軸方向運動の推力に変換される。
ここで、前記にて得られた第1のナット8bと第2のナット9bにおける回転運動の回転トルクをT2、第2のねじ軸9aにおける軸方向運動の推力をF3、第2のねじ軸9aのねじリードをL3、回転往復変換効率をη3とすると、
なる関係がある。
また、第1のサーボモータから第1のねじ軸8aに与えられる軸方向運動の推力をF1と、第2のねじ軸9aに発生する軸方向の推力をF3とは、前記(2式)、(3式)より
ηc:ねじの運動変換効率
なる関係が成立する。
即ち、L2>L3なるねじリードで構成されている場合には、第2のねじ軸9aに発生する推力F3は、F1推力を(L2/L3)・ηc倍した増幅推力に変換されて発生することになり、小さな推力の第1のサーボモータ1を用いても、結果的にコネクター33に大きな軸方向運動の推力を得ることが可能となる。
増幅された推力F3によって、結合ナット28、連結パイプ30、コネクター33及びドローバーDが軸方向反負荷側に移動すると、動作変換機構Tにより結合ナット28、連結パイプ30、コネクター33及びドローバーDの軸方向動作をチャック爪Jの径方向動作に変換して、チャック爪CにワークWを増幅された把持力で把持する。
次に、第1のサーボモータ1も停止させた状態で、主軸モータ(図示せず)により、最終的に軸受6にて支承される主軸Sが回転すると、前述したように、ドローバーD、チャックC、第2の出力手段124、回転防止手段123、回転自在支持手段122、第1の出力手段121、回転運動変換手段120、結合手段118、第1の回転往復変換手段115、往復回転変換手段113、反力受け手段116等が連れ回りしながら、ワークWの切削加工を行う。
上述したように、第2のねじ軸9aのリード角β1は、ねじの摩擦係数をμ1としたとき、tanβ1<μ1なる関係のねじで形成されており、この条件式を満足するねじは推力から回転トルクに変換する時の変換効率が負(−)となり、ねじに回転トルクを与えて軸方向推力に変換することは可能であるが、軸方向推力を与えて回転トルクに変換することは不可能である。
即ち、第2のナット9bを所定のトルクで回転させることにより、回り止めされた第2のナット9bに螺合する第2のねじ軸9aにおける軸方向運動の推力には変換できるが、第2のねじ軸9aに軸方向運動の推力が与えられても、第2のナット9bは回転できない。
また、結合手段118においても、結合ねじ軸30aのねじリード角度をβ2、ねじの摩擦係数をμ2としたとき、tanβ2<μ2なる関係のねじで形成されているため、主軸Sから軸方向に推力が与えられても、結合ねじ軸30aは回転できない。
このことは、各ねじのリード角と摩擦係数の関係をtanβ1<μ1、tanβ2<μ2としたとき、ワーク加工中に第1のサーボモータ1の電源を切っても、チャック爪Jをワーク把持方向に力を与えているドローバーDが負荷側軸方向に移動しないこと、即ちチャック爪Jによるワーク把持力が低下しないことを意味する。
次にワークWの切削加工終了後、ワークWをチャック爪Jから外す開放動作を実施する。第1のサーボモータ1のモータ回転軸1aを所定のトルクで逆回転させ、前述したワーク把持動作とは逆の動作で、結合ナット28、連結パイプ30、コネクター33等を負荷側軸方向にわずかに移動させ、チャック爪Jを緩める。
次に再び電磁ブレーキ27を励磁した状態で、第2のサーボモータ31を運転し、モータ回転軸31bを回転させることにより連結パイプ30を回転させ、第2の出力手段124、回転自在支持手段122、回転防止手段123、第1の出力手段121、結合手段118等を負荷側軸方向に移動させる。
以上説明したようにこの実施の形態1によれば、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ1、31間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができる。
また、前記結合手段118を、前記第1の回転往復変換手段115に連結するとともに、連結パイプ30とねじ結合される結合ナット28としたので、反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。
また、前記出力手段が、第2のサーボモータ31にて駆動される連結パイプ30と、この連結パイプ30に第3の玉軸受34を介して支持されるコネクター33とを有するものであり、且つ前記反力受け手段116とコネクター33との間に、コネクター33の回転を防止するとともにコネクター33の軸方向への移動を可能とする第4のリニアガイド35を設ける構成としたので、コネクター33に固定されたドローバーDを回転させることなく往復運動させることができる。
また主軸と一体となって回転する第1のねじ8、第2のねじ9等の質量が大きな部材が、主回転軸29に第2の玉軸受20を介し堅牢に支持されるため、第7図で説明した従来例の送りねじによる支持と比較して、軸芯のずれが少なく高速回転に有利である。
上述した実施の形態1において、往復運動手段110の駆動源として、回転子を有する第1のサーボモータ1を用いたが、リニアモータまたは円筒リニアモータを用いてもよい。この場合、第2の回転往復変換手段112が不要となる。
実施の形態2.
次に第2図を用いてこの発明における実施の形態2の説明をする。
なお、本実施の形態は第1の回転運動手段111及び第2の回転運動手段119を夫々異軸に配置した形態である。
第2図中、117は任意位置設定手段で、第2の回転運動手段119及び回転運動変換手段120により構成されている。なお、第2の回転運動手段119は、フレーム37に固定されている第2のサーボモータ38で構成されている。またこの第2のサーボモータ38は、そのモータ回転軸38aが、その中心軸線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸となるように配置されている。
また回転運動変換手段120は、第2のサーボモータ38のモータ回転軸38aに固定されている駆動側プーリー39、従動側プーリー40、駆動力を伝達する歯付ベルト41、従動側プーリー40を回転自在且つ軸方向移動不可能に支承する第4の軸受42、中心軸線が連結パイプ30の中心軸線と同軸となるように配置されている、軸受42を支持するアクスル43、従動側プーリー40からの駆動力をスプライン軸30bに伝達するスプラインナット44、連結パイプ30のスプライン軸30b、結合ねじ軸30a、及び結合ねじ軸30aと螺合する結合ナット28で構成されている。
また、110は往復運動手段であり、第1の回転運動手段111、第2の回転往復変換手段112、推力伝達手段125、及び往復部で構成されている。
なお、第1の回転運動手段111は、フレーム37に固定される、第3のねじ軸45cをモータ回転軸45aに有する第1のサーボモータ45で構成されている。またこの第1のサーボモータ45は、そのモータ回転軸45aの中心軸線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸となるように配置されている。
また第2の回転往復運動手段112は、第1のサーボモータ45の回転軸45aに具備される第3のねじ軸45cと、第1のサーボモータ45における第3のねじ軸45cに螺合する第3のナット46と、フレーム37に固定され、スライダ47を往復自在に支承する第5のリニアガイド48とで構成されている。
また推力伝達手段125は、第5のリニアガイド48に往復自在に支承され第2の回転往復変換手段112で駆動されるスライダ47と、このスライダ47のスライダアーム部47a先端に設けられたスライダ叉状部47bを介して軸方向の動きを伝達するカムフォロア49と、このカムフォロア49を配する第1の軸受6を支承するジョイント50とで構成されている。また前記往復部は、前記ジョイント50と、このジョイント50を軸方向に移動自由に支承する含油軸受51と、含油軸受51のガイドとなるアクスル43とで構成されている。
なお、カムフォロア49の回転軸49aの高さ(紙面に対し上下方向)は連結パイプ30における中心軸の高さと揃え、第2図の断面に対し対称となるよう対向してジョイント50に取り付けられている。このことにより、スライダアーム部47aに片持ちの荷重(図中矢印P)が加わり、アーム部47aがたわんでも高さ方向のカムフォロア49とスライダ叉状部47bの接点の移動量は微小であり、主軸Sと従動する部分、即ち、主回転軸29、ドローバーD、コネクター33、第3の玉軸受34、結合ナット28、連結パイプ30、第2のねじ9、第1のねじ8等の部材に高速回転に不都合なモーメント荷重を加えることがない。
また、これら一対のカムフォロア49はスライダ叉状部47bの切欠き底でも受けられており、下方に移動しないように拘束され、ジョイント50の回転防止の役目も果たしている。
なお、カムフォロア49に代えてローラフォロアとしても同様の効果を奏する。
また、第2図においては、第1のサーボモータ45の制御装置と第2のサーボモータ38の制御装置とを同一とした1例を図示している。
第2図中、52は上位コントローラであり、第1のサーボモータ45と第2のサーボモータ38とを駆動制御する1台のサーボアンプ53と、出力切替え用の第1の電磁開閉器54aと第2の電磁開閉器54bの切替え用リレー55とを制御する。第1の電磁開閉器54aはサーボアンプ53からの出力を第1のサーボモータ45に、第2の電磁開閉器54bはサーボアンプ53からの出力を第2のサーボモータ38に接続もしくは切断する。リレー55は、第1の電磁開閉器54aと第2の電磁開閉器54bを制御している。なおリレー55のa接点55aが第1の電磁開閉器54aに、b接点55bが第2の電磁開閉器54bに結線されている。
なお、その他の構成については、実施の形態1と同様である。
次に本実施の形態2の動作を説明する。
先ず、電磁ブレーキ27を励磁することによりブラケット17の回転を拘束し、このブラケット17に固定されている主回転軸29の回転を拘束することにより、主回転軸29に対し第2のリニアガイド13により軸方向のみ移動可能となっている結合ナット28を回転不可能の状態に拘束する。
このとき本実施の形態における回路上においては、ワークWをチャック爪Jが把持するまでの間、上位コントローラ52はリレー55のリレーコイル55cに対し出力しない為、b接点55bと接続されている第2の電磁開閉器54bがONしている。故に第2のサーボモータ38とサーボアンプ53が接続された状態にあり、第2のサーボモータ38に通電されている。
その後、サーボアンプ53を通じて第2のサーボモータ38を運転し、モータ回転軸38aを回転させる。モータ回転軸38aに固定された駆動側プーリー39は、歯付ベルト41を介し従動側プーリー40を歯数比に従い減速回転もしくは増速回転させる。従動側プーリー40はスプラインナット44を具備しており、スプライン結合している連結パイプ30に回転力が伝達される。連結パイプ30には、結合ナット28と螺合する結合ねじ軸30aを具備しているため、回転を伴いながら往復運動する。このとき、連結パイプ30の先端に配されている第3の玉軸受34により連結パイプ30は回転自由となっており、加えて第4のリニアガイド35によりコネクター33は回転不可能に回り止めされていることから、コネクター33は軸方向のみの動きに変換される
ワークWにチャック爪Jが把持したところで、サーボアンプ53は上位コントローラ52に位置決め完了信号を出力する。その後、上位コントローラ52はリレーコイル55cに通電し、b接点55bがOFFすると同時にa接点55aがONする。すると第2の電磁開閉器54bがOFFすると同時に第1の電磁開閉器54aがONとなり第1のサーボモータ45がサーボアンプ53に接続される。そして電磁ブレーキ27を解放し、チャック爪Jに所定のワーク把持力が発生するまで、第1のサーボモータ45を駆動する。
なお第1のサーボモータ45が駆動されると、第3のナット46が軸方向に移動し、この第3のナット46に固定されているスライダ47も軸方向に移動することにより、カムフォロア49を介してジョイント50が軸方向に移動し、その後、実施の形態1で説明したとおりの動作でチャック爪Jを駆動する。
また図示しないが、第1のサーボモータ45の駆動によりワークWを所定のトルクで把持したならば、第1のサーボモータ45への通電をも遮断してもよい。
加工終了後ワークWをチャック爪Jから解放する場合、上位コントローラ52はリレーコイル55cへ通電しているため(第1の電磁開閉器54aがON)、サーボアンプ53が第1のサーボモータ45に対し逆転位置指令を出力することにより、第1のサーボモータ45を逆転動作させ、上述した動作をもって第1の電磁開閉器54bがONした時点の位置、即ち、チャック爪JのワークW把持を少し緩めた位置までドローバーDを移動させる。その後、前記位置まで第1のサーボモータ45が逆転したならば、サーボアンプ53は位置決め完了信号を上位コントローラ52に出力し、上位コントローラ52はその出力信号に基づいてリレーコイル55cへの出力をOFFにするとともに、電磁ブレーキ27を励磁することによりブラケット17の回転を拘束し結果的に結合ナット28を回転不可能の状態に拘束する。
そして第1の電磁開閉器54aがOFFするのと同じくして、第2の電磁開閉器54bがONするので、第2のサーボモータ38がサーボアンプ53に接続されて駆動され、上述の動作をもってドローバーD等を初期に設定された退避位置まで移動させる。
以上説明したようにこの実施の形態2によれば、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ38、45間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができる。
また、前記結合手段118を、前記第1の回転往復変換手段115に連結するとともに、連結パイプ30とねじ結合される結合ナット28としたので、反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。
また、前記出力手段が、第2のサーボモータ31にて駆動される連結パイプ30と、この連結パイプ30に第3の玉軸受34を介して支持されるコネクター33とを有するものであり、且つ前記反力受け手段116とコネクター33との間に、コネクター33の回転を防止するとともにコネクター33の軸方向への移動を可能とする第4のリニアガイド35を設ける構成としたので、コネクター33に固定されたドローバーDを回転させることなく往復運動させることができる。
また主軸と一体となって回転する第1のねじ8、第2のねじ9等の質量が大きな部材が、主回転軸29に第2の玉軸受20を介し堅牢に支持されるため、第7図で説明した従来例の送りねじによる支持と比較して、軸芯のずれが少なく高速回転に有利である。
また、第1のサーボモータ45と第2のサーボモータ38の駆動用アンプを1つに集約可能であり、ひいては安価な推力変換装置を得ることができる。
また、各モータ45、38が、その回転軸中心線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸位置となるように配置されているので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも実施の形態1で示したような連結パイプ30が貫通する特殊な大径の回転位置検出器1c及び31cが不要になり、標準の回転位置検出器38b及び45bが採用できるため、低コスト化に寄与する。
なお、実施の形態2における第1のサーボモータ45をリニアモータまたは円筒リニアモータに置き換え、このリニアモータの往復動作を、推力伝達手段125を介して往復運動するジョイント50に伝達するようにしてもよい。この場合、第2の回転往復変換手段112が不要となる。
実施の形態3.
第3図を用いてこの発明における実施の形態3の説明をする。
なお、本実施の形態3は、往復運動手段110と任意位置設定手段117の駆動源(モータ)を1台とするとともに、この駆動源を、その中心軸線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸となるように配置し、且つ往復運動手段110と任意位置設定手段117を順次駆動する切替えスイッチを備えた形態である。
第3図中、126は往復運動手段110及び任意位置設定手段117の共通した駆動源となる回転運動手段であり、フレーム37に固定されるサーボモータ56で構成されている。なおこのサーボモータ56は、その回転軸56aの中心軸線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸となるように配置されている。
また、127は伝達手段であり、サーボモータ回転軸56aに固定された第1のプーリー57と、フレーム37に固定された第5の軸受61と、この第5の軸受61に回転自在に支承された第1のプーリー支持軸58と、この第1のプーリー支持軸58に固定されている第2のプーリー59と、第1のプーリー57から回転力を伝達する第1の歯付ベルト60と、回転力を断続するクラッチ手段128としての第1の電磁クラッチ62及び第2の電磁クラッチ63とで構成されている。なお、第1のプーリー支持軸58は、その中心軸線がサーボモータ回転軸56aの中心軸線に対し平行且つ異軸となるように配置されている。
また、第1の電磁クラッチ62は、第2のプーリー59からの回転力を、第3のねじ軸65に軸方向移動可能且つ回転不能に支持された第1のハブ62aを介して、第2の回転往復変換手段112における第3のねじ軸65に対し伝達もしくは遮断する。一方、第2の電磁クラッチ63は、サーボモータ56の回転軸56aの回転力を、第2のプーリー支持軸67に軸方向移動可能且つ回転不能に支持された第2のハブ63aを介して、回転運動変換手段120における第2のプーリー支持軸67に対して伝達もしくは遮断する。
112は第2の回転往復変換手段であり、フレーム37に固定された第6の軸受64と、この第6の軸受64に回転自在且つ軸方向移動不可能に支承された第3のねじ軸65と、この第3のねじ軸65に螺合する第3のナット46と、この第3のナット46を回転不能且つ軸方向移動可能に支持する第5のリニアガイド48とで構成される。なお、第3のねじ軸65は、その中心軸線が第1のプーリー支持軸58の中心軸線と同軸となるように配置されている。
また、117は任意位置設定手段で、回転運動手段126、クラッチ手段128及び回転運動変換手段120により構成されている。
なお、回転運動変換手段120は、フレーム37に固定された第7の軸受66と第7の軸受66に回転自在且つ軸方向移動不可能に支承された第2のプーリー支持軸67、この第2のプーリー支持軸67に固定された駆動側プーリー39、従動側プーリー40、駆動力を伝達する歯付ベルト41、従動側プーリー40を回転自在且つ軸方向移動不可能に支承する第4の軸受42、この軸受42を支持するアクスル43、従動側プーリー40からの駆動力をスプライン軸30bに伝達するスプラインナット44、連結パイプ30のスプライン軸30b、連結パイプ30の結合ねじ軸30a、及びこの結合ねじ軸30aと螺合する結合ナット28で構成されている。なお、第2のプーリー支持軸67は、その中心軸線がサーボモータ回転軸56aの中心軸線と同軸となるように配置されている。
また、52は上位コントローラであり、第1の電磁クラッチ62と第2の電磁クラッチ63とを切替るリレー68を制御している。
なお、その他の構成については実施の形態2と同様である。
次に本実施の形態3の動作を説明する。
先ず、電磁ブレーキ27を励磁することによりブラケット17の回転を拘束し、このブラケット17に固定されている主回転軸29の回転を拘束することにより、主回転軸29に対し第2のリニアガイド13により軸方向のみ移動可能となっている結合ナット28を回転不可能の状態に拘束する。
このとき本実施の形態における回路上においては、ワークWをチャック爪Jが把持するまでの間、上位コントローラ52はリレー68のリレーコイル68cに対し出力しない為、b接点68bと接続されている第2の電磁クラッチ63が接続され、a接点68aと接続されている第1の電磁クラッチ62が遮断されている。
その後、サーボアンプ53を通じてサーボモータ56を運転し、モータ回転軸56aを回転させる。第2の電磁クラッチ63を介してモータ回転軸38aと接続された第2のプーリー支持軸67及びこの第2のプーリー支持軸67に固定された駆動側プーリー39は、歯付ベルト41を介し従動側プーリー40を歯数比に従い減速回転もしくは増速回転させる。従動側プーリー40はスプラインナット44を具備しており、スプライン結合している連結パイプ30に回転力が伝達される。連結パイプ30には、結合ねじ軸30aを具備しているため、回転を伴いながら往復運動する。このとき、連結パイプ30の先端に配されている第3の玉軸受34により連結パイプ30は回転自由となっており、加えて第4のリニアガイド35によりコネクター33は回転不可能に回り止めされていることから、コネクター33は軸方向のみの動きに変換される
ワークWにチャック爪Jが把持したところで、サーボアンプ53は上位コントローラ52に位置決め完了信号を出力する。その後、上位コントローラ52はリレーコイル68cに通電し、b接点68bがOFFすると同時にa接点68aがONする。すると第2の電磁クラッチ63が遮断されると同時に第1の電磁クラッチ62が接続し、サーボモータ56の回転力は第2の回転往復変換手段112に伝達される。そして電磁ブレーキ27を解放し、チャック爪Jに所定のワーク把持力が発生するまで、サーボモータ56を駆動する。
なおサーボモータ56が駆動されると、第3のナット46が軸方向に移動し、この第3のナット46に固定されているスライダ47も軸方向に移動することにより、カムフォロア49を介してジョイント50が軸方向に移動し、その後、実施の形態1で説明したとおりの動作でチャック爪を駆動する。
また図示しないが、サーボモータ56の駆動によりワークWを所定のトルクで把持したならば、サーボモータ56への通電を遮断してもよい。
加工終了後ワークWをチャック爪Jから解放する場合、上位コントローラ52がリレーコイル68cに通電することにより、b接点68bをOFFさせると同時にa接点68aをONさせる。またサーボアンプ53がサーボモータ56に対し逆転位置指令を出力する。すると第2の電磁クラッチ63が遮断されると同時に第1の電磁クラッチ62が接続し、サーボモータ56の回転力は第2の回転往復変換手段112に伝達される。そして、電磁クラッチが切替わった時点の位置(チャック爪JのワークW把持を少し緩めた位置)まで、上述した動作でサーボモータ56を逆転動作させる。
その後、前記位置まで第1のサーボモータ45が逆転したならば、サーボアンプ53は位置決め完了信号を上位コントローラ52に出力し、上位コントローラ52はその出力信号に基づいてリレーコイル68cへの出力をOFFにするとともに、電磁ブレーキ27を励磁することによりブラケット17の回転を拘束し結果的に結合ナット28を回転不可能の状態に拘束する。
そして、リレーコイル68cへの出力がOFFになると、第1の電磁クラッチ62が遮断するのと同じくして、第2の電磁クラッチ63が接続する。するとサーボモータ56の回転力が回転運動変換手段120に接続され、上述した動作でサーボモータ56は初期に設定された退避位置まで第2の出力手段124を駆動する。
以上説明したようにこの実施の形態3によれば、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、第7図で説明したような2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができ、しかも一つのモータ56で足りるので安価な推力変換装置となる。
また、前記結合手段118を、前記第1の回転往復変換手段115に連結するとともに、連結パイプ30とねじ結合される結合ナット28としたので、反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。
また、前記出力手段が、第2のサーボモータ31にて駆動される連結パイプ30と、この連結パイプ30に第3の玉軸受34を介して支持されるコネクター33とを有するものであり、且つ前記反力受け手段116とコネクター33との間に、コネクター33の回転を防止するとともにコネクター33の軸方向への移動を可能とする第4のリニアガイド35を設ける構成としたので、コネクター33に固定されたドローバーDを回転させることなく往復動させることができる。
また主軸と一体となって回転する第1のねじ8、第2のねじ9等の質量が大きな部材が、主回転軸29に第2の玉軸受20を介し堅牢に支持されるため、第7図で説明した従来例の送りねじによる支持と比較して、軸芯のずれが少なく高速回転に有利である。
また、サーボモータ駆動用アンプを1つに集約可能であり、ひいては安価な推力変換装置を得ることができる。
また、サーボモータ56が、その回転軸中心線が連結パイプ30の中心軸線に対し平行且つ異軸位置となるように配置されているので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも実施の形態1で示したような連結パイプ30が貫通する特殊な大径の回転位置検出器1c及び31cが不要になり、標準の回転位置検出器38b及び45bが採用できるため、低コスト化に寄与する。
なお、上述した実施の形態3において、往復運動手段110の駆動源として、回転子を有するサーボモータ56を用いたが、リニアモータまたは円筒リニアモータを用いてもよい。但しこの場合、リニアモータまたは円筒リニアモータと連結パイプ30との間に、リニアモータまたは円筒リニアモータの往復動を回転運動に変換する往復回転変換手段が必要となる。
実施の形態4.
第4図及び第5図を用いてこの発明における実施の形態4の説明をする。
なおこの実施の形態4は、第1の回転往復変換手段115と出力手段である連結パイプ30との結合手段118として環状の楔を利用し、且つ任意位置設定手段117の駆動手段に第2の円筒リニアモータを利用した形態である。
第4図中、117は任意位置設定手段であり、駆動手段129で構成されている。
駆動手段129は、円筒リニアモータコイル69a、連結パイプ30の反負荷側円周上に貼付された磁石69b、及び連結パイプ30とリニアモータコイル69aとの隙間を保持し軸方向に往復自在に支承する第6のリニアガイド70により構成されている。
また、結合手段118は、連結パイプ30と、この連結パイプ30の外周を把持・その把持の開放を行う1対の割の入った環状の楔71a、71bと、この環状の楔71a、71bの外面に形成されたテーパと同角度のテーパを内面に有するホルダ72と、環状の楔71a、71bをホルダ72に密着させておくための引張ばね73と、第2のリニアガイド13により主回転軸29に回転不可能且つ軸方向に移動自在に支承され、第6のリニアガイド70を保持し、ホルダ72を固定するガイドマウント74とで構成されている。なお、ガイドマウント74は、第1の回転往復変換手段115にねじ固定されている。
また、解放手段130は、先端がテーパの形状をした楔解放用ピン75と、この楔解放用ピン75を保持するホルダ72に明けられたピンガイド部72aと、楔解放時に楔解放用ピン75を押す押板76と、フレームに固定され押板76を動作させるソレノイド77とで構成されている。
なお主回転軸29にはアクセスホール29aが明けられており、楔解放用ピン75が結合手段118の軸方向の移動に伴い移動しても干渉しないよう配慮している。また、楔解放用ピン75はホルダ72が主回転軸29と回転不可能に回り止めされている関係上、主軸Sとともに回転するため、第4図中の断面A−Aを示す第5図に示されるように、主軸がどの回転位置で停止しても動作できるよう等間隔かつ放射状に配置してある。さらに押板76も、主軸Sがどの回転位置に停止しても少なくとも常に1本以上の楔解放用ピン75を押すことのできる状態でいられるよう、楔解放用ピン75との接触部位の形状を半円としている。
なおその他の構成は実施の形態1と同様である。
次に本実施の形態4の動作を説明する。
先ず連結パイプ30のみを軸方向に移動したいとき(ワークWをチャック爪Jが把持するまで移動したいとき)、環状の楔71a及び71bによりその連結パイプ30をクランプしないようにソレノイド77を作動させ、楔解除用ピン75を回転軸中心方向へ突き出す。すると、環状の楔71a及び71bが引張ばね73の引張力に抗して軸方向に移動し、環状の楔71a及び71bとホルダ72との間に間隙が生じることにより、環状の楔71b及び71bが連結パイプ30をクランプしなくなる。
その後、その状態で円筒リニアモータコイル69aが円筒リニアモータ磁石69bを駆動し、連結パイプ30を軸方向反負荷側に引っ張る。連結パイプ30の軸方向の動作は螺合されているドローバーDを経由して動作変換機構Tによりチャック爪Jを径方向の動作に変換する。
チャック爪JがワークWを把持した時点で、ソレノイド77を退避させると再び環状の楔71a、71bが引張ばね73により、ホルダ72に密着し、環状の楔71b及び71bが連結パイプ30を再びクランプする。その後リニアモータコイルの運転を停止させ、第1のサーボモータ1を起動し所定の回転トルクで回転させると、モータ回転軸1aに固定されている第3のナット1bに螺合している第3のねじ軸2がガイドブッシュ4にリニアガイド3により回り止めされている関係上、反負荷側方向に移動する。第3のねじ軸が移動することで第1のねじ軸8aを含む往復回転変換手段113も同様に移動する。往復回転変換手段113が反負荷方向に移動すると、第1のねじ軸8aを引っ張る。
ここで、モータ回転軸1a及び第3のナット1bにおける回転運動の回転トルクをTM、第3のねじ軸2の軸方向に引っ張る推力をF1、第3のねじ軸2のねじリードをL1、回転往復変換効率をηとすると、
なる関係がある。
第1のねじ軸8aが引っ張られると、第1のねじ軸8aと螺合する第1のナット8bは回転する。これにより第1のねじ軸8aにおける軸方向運動の推力は、第1のナット8bにおける回転運動の回転トルクに変換される。
ここで前記した第1のねじ軸8aを引っ張る推力F1、第1のナット8bの回転トルクをT2、第1のねじ軸8aのリードをL2、往復回転変換効率をη2とすると、
なる関係がある。
第1のナット8bが回転すると、第1のナット8bの内側(主軸の中心線側)に固定された第2のナット9bも同様に回転し、第2のナット9bと螺合する第2のねじ軸9aが反負荷軸方向に移動する。これにより第2のナット9bの回転運動トルクは、第2のねじ軸12における軸方向運動の推力に変換される。
ここで、前記にて得られた第1のナット8bと第2のナット9bにおける回転運動の回転トルクをT2、第2のねじ軸12における軸方向運動の推力をF3、第2のねじ軸9aのねじリードをL3、回転往復変換効率をη3とすると、
なる関係がある。
また、第1のサーボモータから第1のねじ軸8aに与えられる軸方向運動の推力をF1と、第2のねじ軸9aに発生する軸方向の推力をF3とは、前記(2式)、(3式)より
ηc:ねじの運動変換効率
なる関係が成立する。
即ち、L2>L3なるねじリードで構成されている場合には、第2のねじ軸9aに発生する推力F3は、F1推力を(L2/L3)・ηc倍した増幅推力に変換されて発生することになり、小さな推力の第1のサーボモータ1を用いても、ガイドマウント74に大きな軸方向運動の推力を得ることが可能となる。
増幅された推力F3によって、ガイドマウント74が軸方向反負荷側に引っ張られると、ガイドマウント74に固定されているホルダ72を介し、環状の楔71aが反負荷側に引っ張られる。
ここで環状の楔71aと連結パイプ30の接触面の摩擦力により連結パイプ30を反負荷側に引っ張る力が生じる。しかしながら、チャック爪JはワークWに接触しているため、連結パイプ30は反負荷側に移動不可能である。このとき環状の楔71aとホルダ72の接触面の分力により放射方向の把握力Frは環状の楔におけるテーパ角の半角をθとし、ガイドマウント74より伝達される軸方向の推力をFiとすると、
なる関係がある。
この放射方向の力Frと環状の楔71a内面と連結パイプ30外面の摩擦係数μの積が軸方向の把持力Faとなるため、μ>tanθとすることにより、与える推力より把握力が勝り、環状の楔71aと連結パイプ30の接触面で滑動することなく推力の伝達が可能となる。
ホルダ72、連結パイプ30及びドローバーDが軸方向反負荷側に移動すると、動作変換機構Tによりホルダ72、連結パイプ30及びドローバーDの軸方向動作をチャック爪Jの径方向動作に変換して、チャック爪JにワークWを増幅された把持力で把持する。
次にワークWの切削加工終了後、直ちにワークWをチャック爪Jから外す開放動作を説明する。第1のサーボモータ1のモータ回転軸1aを所定のトルクで逆回転させ、前述したワーク把持動作とは逆の動作で、ホルダ72、連結パイプ30を負荷側軸方向にわずかに移動させ、チャック爪Jを緩める。
次に再びソレノイド77を動作させた状態(環状の楔71a及び71bとホルダ72との間に間隙が生じることにより、環状の楔71b及び71bが連結パイプ30をクランプしなくなる状態)で、円筒リニアモータコイル69aを運転し円筒リニアモータ磁石69bを駆動し、連結パイプ30を負荷側軸方向に移動させる。
なお、上記では連結パイプ30を引張りにて動作させる場合の説明を行ったが、連結パイプ30を押して作動させる場合は、連結パイプ30を把持する部材が環状の楔70aに代わり、負荷側に位置する環状の楔70bとなるのみで、動作原理は同じである。
以上説明したようにこの実施の形態4によれば、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができる。
また、任意位置設定手段117の駆動手段129にリニアモータを用いているので、連結パイプ30の駆動に回転運動が伴わないため、主回転軸29の従動防止のための実施の形態1で使用している電磁ブレーキ27を省くことが可能である。
また主軸と一体となって回転する第1のねじ8、第2のねじ9等の質量が大きな部材が、主回転軸29に第2の玉軸受20を介し堅牢に支持されるため、第7図で説明した従来例の送りねじによる支持と比較して、軸芯のずれが少なく高速回転に有利である。
また、実施の形態1〜3によれば、連結パイプ30の駆動時に爪Tを回転させないようにため、出力手段を2分割し、その両者間に玉軸受け等の回転自在支持手段を介在させるとともに、最終段の出力手段を軸方向移動自在且つ回転不能に保持させているが、この実施の形態4によれば、その構成が不要となり、その部分の構成が簡単となる。
なおこの実施の形態4では、第1の回転往復変換手段115と出力手段である連結パイプ30との結合手段118として環状の楔を利用したものについて説明したが、結合手段118としては、所望時に連結パイプ30を把持したりその把持を開放したりする機能を備えたものであれば足りるので、環状の楔以外のものも使用できることは言うまでもない。
またこの実施の形態4では、連結パイプ30を駆動する円筒リニアモータを、その中心軸線が連結パイプ30の中心軸線と同軸となるように配置したものについて説明したが、推力変換装置の軸方向長さを更に短くしたい場合には、実施の形態2、3に示すように、リニアモータを、その中心軸線が連結パイプ30の中心軸線と異軸となるように配置し、且つこのリニアモータの往復動作を、カムフォロアまたはローラフォロアを有する推力伝達手段を介して、往復動する連結パイプ30に伝達するようにしてもよい。
また、この実施の形態4では、往復運動手段110の駆動源として、回転子を有する第1のサーボモータ1を用いたが、リニアモータまたは円筒リニアモータを用いてもよい。この場合、第2の回転往復変換手段112が不要となる。
実施の形態5.
また前記各実施の形態では、本発明に係る推力変換装置を旋盤のチャック装置に適用したものについて説明したが、本発明に係る推力変換装置は、型を備えた射出成型機、ダイキャストマシン、押出し装置、プレス加工装置、粉末焼結装置等の型駆動用、マシニングセンタのツールチャックの駆動用、摩擦溶接機の圧接駆動用などにも適用可能である。
以上説明したようにこの発明によれば、往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力手段と、前記第1の回転往復変換手段と出力手段との間に介在された結合手段と、前記出力手段を前記第1の回転往復変換手段の往復運動による駆動力とは別個に駆動し、前記結合手段と前記出力手段との結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備える構成としたので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記往復運動手段の駆動源が、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置されているとともに、前記往復運動手段の往復部が、前記出力手段の軸方向中心線に対し同軸上に配置されており、前記往復運動手段の駆動源の駆動力を前記往復運動手段の往復部に推力伝達手段を介して伝達するように構成したので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも駆動源及び位置検出器として特殊なものを用いることなく汎用のものを用いることができ、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記往復運動手段を、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置された、回転子を有するモータと、このモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段と、前記出力手段の軸方向中心線に対し同軸上に配置された往復部と、前記第2の回転往復変換手段と往復部との間に介在され、モータの駆動力を前記往復部に伝達する推力伝達手段とを有するものとしたので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも駆動源及び位置検出器として特殊なものを用いることなく汎用のものを用いることができ、ひいては安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記推力伝達手段を、カムフォロアまたはローラフォロアを有するものとしたので、往復回転変換手段、第1の回転往復変換手段、出力手段、結合手段等に過大なモーメント荷重をかけることなく駆動源の推力をスムーズに伝達できる。
またこの発明によれば、前記結合手段を、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力手段とねじ結合されるねじ部材としたので、反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。
またこの発明よれば、前記結合手段を、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力手段に対し締め付け及びその解除を行う環状楔部材としたので、出力手段にさほど手を加えることなく、出力手段を回転させることなく往復運動をさせることができる。因みに結合手段がねじ部材である場合、出力手段の最終段の出力部を回転させないないようにする場合、出力手段を2分割し、その両者間に玉軸受け等の回転自在支持手段を介在させるとともに、最終段の出力手段を軸方向移動自在且つ回転不能に保持させる必要がある。
またこの発明によれば、前記任意位置設定手段の駆動源が、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置されているとともに、前記任意位置設定手段の駆動源の駆動力を前記出力手段に推力伝達手段を介して伝達するように構成したので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも駆動源及び位置検出器として特殊なものを用いることなく汎用のものを用いることができ、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記任意位置設定手段を、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置された、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を、前記出力手段が往復運動を行うよう変換して前記出力手段に伝達する回転運動変換手段と、前記モータと回転運動変換手段との間に介在され、モータの駆動力を前記回転運動変換手段に伝達する推力伝達手段とを有するものとしたので、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも駆動源及び位置検出器として特殊なものを用いることなく汎用のものを用いることができ、ひいては安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明は、前記任意位置設定手段を、リニアモータとしたので、回転運動変換手段を不要として、出力手段を回転させることなく往復運動をさせることができる。
またこの発明によれば、前記出力手段が、前記任意位置設定手段と結合される第1の出力手段と、この第1の出力手段に回転自在支持手段を介して支持される第2の出力手段とを有するものであり、且つ前記反力受け手段と第2の出力手段との間に、前記第2の出力手段の回転を防止するとともに前記第2の出力手段の軸方向への移動を可能とする回転防止手段を設けた構成としたので、出力手段の最終段を回転させることなく往復運動させることができる。
またこの発明によれば、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の駆動制御装置を1台とし、この駆動制御装置との接続を順次切換えることにより前記往復運動手段及び任意位置設定手段を順次切換え駆動する切換スイッチを備える構成としたので、駆動制御装置が1台で済み、また制御も簡単となり、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の各駆動源を同一の駆動源とし、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中にクラッチ手段を介在させ、このクラッチ手段を入切することにより、前記駆動源の駆動力を、前記往復運動手段及び任意位置設定手段のうち任意の手段に伝達させるように構成したので、駆動源が1台で済み、また制御も簡単となり、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、前記クラッチ手段を電磁クラッチとするとともに、この電磁クラッチを、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中に夫々介在させ、前記往復運動手段における駆動経路中の電磁クラッチと前記任意位置設定手段における駆動経路中の電磁クラッチとに交互に電力を供給するクラッチ切換えスイッチを備える構成としたので、駆動源が1台で済み、また制御も簡単となり、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、回転子を有する第2のモータ及びこの第2のモータにおける回転軸の回転運動を前記出力軸が回転往復運動を行うよう変換して前記出力軸に伝達する回転運動変換手段を有し、前記出力軸を前記第2のモータで駆動して前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備える構成としたので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができ、しかも反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。
またこの発明によれば、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、回転子を有する第2のモータ及びこの第2のモータにおける回転軸の回転運動を前記出力軸が回転往復運動を行うよう変換して前記出力軸に伝達する回転運動変換手段を有し、前記出力軸を前記第2のモータで駆動して前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備え、前記往復運動手段の第1のモータ及び任意位置設定手段の第2のモータを、その回転軸が前記出力軸の軸線方向中心線に対し平行且つ異軸位置となるように配置するとともに、前記第1のモータ及び第2のモータの駆動力を前記往復回転変換手段及び出力軸に夫々伝達する推力伝達手段を設けた構成としたので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができ、しかも反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。また、推力変換装置の軸方向長さを更に短くすることができ、しかも駆動源及び位置検出器として特殊なものを用いることなく汎用のものを用いることができ、安価な推力変換装置を得ることができる。
またこの発明によれば、往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、前記出力手段を前記第1の回転往復変換手段の往復運動による駆動力とは別個に駆動し、前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備え、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の各駆動源を同一の駆動源とし、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中にクラッチ手段を介在させ、このクラッチ手段を入切することにより、前記駆動源の駆動力を、前記往復運動手段及び任意位置設定手段のうち任意の手段に伝達させるように構成したので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができ、しかも反力が付加されても緩むことがなく反力を受け続けることができる。また駆動源が1台で済み、また制御も簡単となり、安価な推力変換装置を得ることができる。
更にまた、この発明によれば、回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸に対し締め付け及びその解除を行う環状楔部材と、前記環状楔部材による出力軸の締付けを解除した状態で駆動され、前記出力軸を、前記環状楔部材と前記出力軸との結合位置を任意の位置に設定するリニアモータとを備える構成としたので、必要とするストロークの割には軸方向長さを短くできるとともに、ワーク把持位置までの送り時等の際、2つのモータ間で同期運転をさせる必要がなくモータの制御が簡単な推力変換装置を得ることができる。また出力手段にさほど手を加えることなく、また回転運動変換手段を不要として、出力手段を回転させることなく往復運動をさせることができる。
産業上の利用可能性
この発明に係る推力変換装置は、主に型を備えた射出成型機、ダイキャストマシン、押出し装置、プレス加工装置、粉末焼結装置等の型駆動用、旋盤のワークチャックやマシニングセンタのツールチャックの駆動用、摩擦溶接機の圧接駆動用など、各種産業装置の治工具やワークをクランプするクランパの駆動用として用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による実施の形態1の縦断面図である。
第2図はこの発明による実施の形態2の縦断面図である。
第3図はこの発明による実施の形態3の縦断面図である。
第4図はこの発明による実施の形態4の縦断面図である。
第5図は第4図のA−A線断面図である。
第6図は従来の代表的なチャック用電動シリンダの縦断面図である。
第7図は従来の代表的な2モータ同期方式のチャック用電動シリンダの縦断面図である。
Claims (19)
- 往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力手段と、前記第1の回転往復変換手段と出力手段との間に介在された結合手段と、前記出力手段を前記第1の回転往復変換手段の往復運動による駆動力とは別個に駆動し、前記結合手段と前記出力手段との結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備えてなる推力変換装置。
- 前記往復運動手段は、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段とを有するものであることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記往復運動手段の駆動源が、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置されているとともに、前記往復運動手段の往復部が、前記出力手段の軸方向中心線に対し同軸上に配置されており、前記往復運動手段の駆動源の駆動力を前記往復運動手段の往復部に推力伝達手段を介して伝達することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記往復運動手段は、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置された、回転子を有するモータと、このモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段と、前記出力手段の軸方向中心線に対し同軸上に配置された往復部と、前記第2の回転往復変換手段と往復部との間に介在され、モータの駆動力を前記往復部に伝達する推力伝達手段とを有するものであることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記推力伝達手段は、カムフォロアまたはローラフォロアを有するものであることを特徴とする請求の範囲第3項または第4項に記載の推力変換装置。
- 前記結合手段は、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力手段とねじ結合されるねじ部材であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記結合手段は、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力手段に対し締め付け及びその解除を行う環状楔部材であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記任意位置設定手段は、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を、前記出力手段が往復運動を行うよう変換して前記出力手段に伝達する回転運動変換手段とを有するものであることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記任意位置設定手段の駆動源が、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置されているとともに、前記任意位置設定手段の駆動源の駆動力を前記出力手段に推力伝達手段を介して伝達することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記任意位置設定手段は、前記出力手段の軸方向中心線に対し異軸上に配置された、回転子を有するモータと、このモータの回転軸の回転運動を、前記出力手段が往復運動を行うよう変換して前記出力手段に伝達する回転運動変換手段と、前記モータと回転運動変換手段との間に介在され、モータの駆動力を前記回転運動変換手段に伝達する推力伝達手段とを有するものであることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記任意位置設定手段は、リニアモータであることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記出力手段が、前記任意位置設定手段と結合される第1の出力手段と、この第1の出力手段に回転自在支持手段を介して支持される第2の出力手段とを有するものであり、且つ前記反力受け手段と第2の出力手段との間に、前記第2の出力手段の回転を防止するとともに前記第2の出力手段の軸方向への移動を可能とする回転防止手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記往復運動手段及び任意位置設定手段の駆動制御装置を1台とし、この駆動制御装置との接続を順次切換えることにより前記往復運動手段及び任意位置設定手段を順次切換え駆動する切換スイッチを備えたことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記往復運動手段及び任意位置設定手段の各駆動源を同一の駆動源とし、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中にクラッチ手段を介在させ、このクラッチ手段を入切することにより、前記駆動源の駆動力を、前記往復運動手段及び任意位置設定手段のうち任意の手段に伝達させることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の推力変換装置。
- 前記クラッチ手段を電磁クラッチとするとともに、この電磁クラッチを、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中に夫々介在させ、前記往復運動手段における駆動経路中の電磁クラッチと前記任意位置設定手段における駆動経路中の電磁クラッチとに交互に電力を供給するクラッチ切換えスイッチを備えたことを特徴とする請求の範囲第14項に記載の推力変換装置。
- 回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、回転子を有する第2のモータ及びこの第2のモータにおける回転軸の回転運動を前記出力軸が回転往復運動を行うよう変換して前記出力軸に伝達する回転運動変換手段を有し、前記出力軸を前記第2のモータで駆動して前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備えてなる推力変換装置。
- 回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、回転子を有する第2のモータ及びこの第2のモータにおける回転軸の回転運動を前記出力軸が回転往復運動を行うよう変換して前記出力軸に伝達する回転運動変換手段を有し、前記出力軸を前記第2のモータで駆動して前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備え、前記往復運動手段の第1のモータ及び任意位置設定手段の第2のモータを、その回転軸が前記出力軸の軸線方向中心線に対し平行且つ異軸位置となるように配置するとともに、前記第1のモータ及び第2のモータの駆動力を前記往復回転変換手段及び出力軸に夫々伝達する推力伝達手段を設けたことを特徴とする推力変換装置。
- 往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸とねじ結合されたねじ部材と、前記出力手段を前記第1の回転往復変換手段の往復運動による駆動力とは別個に駆動し、前記ねじ部材と前記出力軸とのねじ結合位置を任意の位置に設定する任意位置設定手段とを備え、前記往復運動手段及び任意位置設定手段の各駆動源を同一の駆動源とし、前記往復運動手段及び任意位置設定手段における前記駆動源の駆動力伝達経路中にクラッチ手段を介在させ、このクラッチ手段を入切することにより、前記駆動源の駆動力を、前記往復運動手段及び任意位置設定手段のうち任意の手段に伝達させるようにしたことを特徴とする推力変換装置。
- 回転子を有する第1のモータ及びこの第1のモータの回転運動を往復運動に変換する第2の回転往復変換手段を有する往復運動手段と、この往復運動手段の往復運動を回転運動に変換する往復回転変換手段と、この往復回転変換手段の回転運動を往復運動に変換する第1の回転往復変換手段と、この第1の回転往復変換手段における往復運動の反力を受ける反力受け手段と、前記第1の回転往復変換手段の往復運動を出力する出力軸と、前記第1の回転往復変換手段と出力軸の間に介在され、前記第1の回転往復変換手段に連結されるとともに、前記出力軸に対し締め付け及びその解除を行う環状楔部材と、前記環状楔部材による出力軸の締付けを解除した状態で駆動され、前記出力軸を、前記環状楔部材と前記出力軸との結合位置を任意の位置に設定するリニアモータとを備えてなる推力変換装置。
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