JP4860684B2

JP4860684B2 - サーボプレス

Info

Publication number: JP4860684B2
Application number: JP2008332749A
Authority: JP
Inventors: 寛原; 茂藤井
Original assignee: コアテック株式会社
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2022-08-02
Also published as: JP2009101419A

Description

本発明は、組立本体に対して組立部品等を圧入したり、逆に組立本体から組立部品等を引き抜く圧入又は引抜装置の主要部として用いることができるサーボプレスに関する。

サーボプレスは、油圧プレスと異なり、正確又は微少なストローク制御が容易であるため、組立部品の圧入又は引抜装置の主要部として用いられている。旧来のサーボプレスは、電動駆動手段であるサーボモータと押圧ロッドを進退させるボールネジ軸とを、歯付ベルト及びプーリ（減速伝達手段）により連結し、プーリ比（1/2〜1/3）で減速しながら必要な出力トルクを確保する構成であった。しかし、より大きな減速比を確保する観点から、近年では歯車を用いた減速伝達手段を用いるサーボプレスも見られるようになり、こうしたサーボプレスを利用した圧入又は引抜装置として、特許文献１や特許文献２等を例示できる。

特許文献１は、ACサーボモータ（電動駆動手段）と進退杆（ボールネジ軸）とを具備したサーボプレスを圧入又は引抜装置として利用した技術（特許文献１請求項１）であり、ACサーボモータには回転数検出器、進退杆先端には治具取付部を備えている（特許文献２請求項２）。ACサーボモータの回転駆動力は、減速機、ベルト機構（両者を併せて減速伝達手段）、歯車列等の連結手段を介して進退杆へ伝達する構成（特許文献１請求項３）で、進退杆には荷重を検出する歪ゲージ（特許文献１請求項４）や進退杆の移動量（ACサーボモータの回転数）を検出するセンサを設けたりする（特許文献１請求項５）。

特許文献２は、駆動モータ（電動駆動手段）、動力伝達機構（減速伝達手段）及び変換手段を備えたサーボプレスを圧入又は引抜装置として利用した技術であり、減速伝達手段として２以上の遊星歯車装置（遊星歯車機構）及び選択手段を構成している（特許文献２請求項１及び５）。前記選択手段として、軸方向にスライド自在な遊星歯車又は内歯（リングギア）を挙げている（特許文献２請求項２及び３）。

特開平07-164253号公報特開2001-347400号公報

圧入又は引抜装置に必要な圧入力又は引抜力は、サーボプレスの電動駆動手段の回転駆動力から、減速伝達手段によって回転数を減じる代わりにトルクを増大させて確保する。旧来のベルト及びプーリを用いた通減速伝達手段では減速比が比較的小さく、電動駆動手段として大きなモータが必要だったり、プーリ径の比を大きくするために、サーボプレスの大型化を招いていた。この点、歯車を用いた減速伝達手段は、前記ベルト及びプーリを用いた構成に比べて大きな減速比を実現しやすいので、仮に歯付ベルト及びプーリを用いた場合でもプーリ比は小さく、すなわち歯付ベルト及びプーリを全体として小型化できる。例えば、上記特許文献１では歯車による減速伝達手段、特許文献２ではより具体的に遊星歯車機構を用い、特にプレス力（圧入力）を増幅できるように遊星歯車機構の選択やギアの設定を定めていた（特許文献２請求項６〜８）。更に、特許文献２が指摘するように、遊星歯車機構からなる減速伝達手段には、「慣性力を小さくして、速度変動に対する追従性を高める」ことができる利点がある。

しかし、電動駆動手段であるサーボモータと、ボールネジ軸及び押圧ロッドとの間に遊星歯車機構を並列に介装すると、サーボプレスの構成を大型化、特に押圧ロッドの進退直交方向＝幅を大きくしてしまう。また、押圧ロッドの進退方向におけるボールネジ軸の剛性を確保するために、太いボールネジ軸に螺合するナットを押圧ロッド内に内蔵していたので、押圧ロッドの進退直交方向＝幅を大きくしてしまう問題（実際には押圧ロッドを覆う外筒の大型化する問題）をもたらしていた。こうしたサーボプレスの大型化は、このサーボプレスを用いた圧入又は引抜装置を並列し、狭いピッチで組立部品を圧入することを難しくし、結果として利用範囲を限定する問題を引き起こしていた。

また、サーボプレスを利用する圧入又は引抜装置は、装置名称からも明らかなように部品の引抜にも用いるが、従来の同種装置では押圧ロッド前端に荷重検知センサ（例えば歪みゲージ）を取り付けていたため、圧入に際する荷重検知は可能なものの、引抜に際する荷重（押圧ロッドに対する負荷）を検知することができなかった。こうした引抜時の荷重検知の不可に加え、押圧ロッド前端に荷重検知センサを取り付けた場合、前記荷重検知センサから延びる通信線が邪魔となり、総じて、サーボプレスを利用する圧入又は引抜装置を適用できる範囲を制限する問題をもたらしていた。

そこで、圧入又は引抜装置への利用に代表されるサーボプレスについて、小型化を主眼とし、例えば減速伝達手段として遊星歯車機構を用いながら、この遊星歯車機構をコンパクトに電動駆動手段とボールネジ軸との間に介装し、（１）押圧ロッドの進退部分における外径（外筒の外径）を細くし、かつ（２）押圧ロッドの圧入（前進）だけでなく、引抜（後退）の際にも押圧ロッドに対する負荷の検知を可能にしながら通信線が圧入又は引抜装置の利用を妨げないように、総じて、従来よりも利用範囲の広い圧入又は引抜装置を実現する主要部としてのサーボプレスを開発するため、検討した。

検討の結果開発したものが、正又は逆回転する駆動軸を有する電動駆動手段と、前記駆動軸の正又は逆回転を後記ボールネジ軸に伝達する減速伝達手段と、位置固定で正又は逆回転するボールネジ軸と、このボールネジ軸に螺合して前記正又は逆回転に従って前進又は後退する押圧ロッドと、押圧ロッドに加わる負荷を検出する荷重検出手段とを備えたサーボプレスにおいて、押圧ロッドは、組立部品の圧入又は引抜を担うロッド本体とボールネジ軸に螺合する螺合部とを直列に一体にし、減速伝達手段から前方に延びる出力軸と前記螺合部に螺合して後方に延びるボールネジ軸とを連結し、荷重検出手段は、前記出力軸又はボールネジ軸に嵌着した円筒状の変位部材の側面に歪みゲージを接着し、前記変位部材の前縁部を装置本体に固定し、前記変位部材の後縁部を前記出力軸に設けた後押圧部と前記ボールネジ軸に設けた前押圧部とにより挟持して構成したサーボプレスである。

（１）押圧ロッドは、組立部品の圧入又は引抜を担うロッド本体とボールネジ軸に螺合する螺合部とを直列に一体にし、前記螺合部はロッド本体と略同径とすることで、ボールネジ軸に対する押圧ロッドの螺合における大型化を抑制し、従来に比べた小型化を実現した。この小型化は、ボールネジ軸に螺合するナットを従来よりも長くすることで細いボールネジ軸でも従来同様の耐荷重性を確保し、更に前記ナットをロッド本体と略同径としながらロッド本体と直列に一体化することで、総じて押圧ロッドを小径化できたことによる。螺合部とロッド本体との一体化は、例えばロッド本体に対する螺合部の螺着（螺合部に対するロッド本体の螺着でもよい）又は溶接等を例示できる。

本発明のサーボプレスは、減速伝達手段は、例えば太陽ギア、遊星ギア、リングギア及び遊星ギアを支持するキャリアからなる遊星歯車機構であり、太陽ギアはボールネジ軸後方かつこのボールネジ軸線上に配して駆動軸に連結し、リングギアは装置本体に位置固定し、そしてキャリアをボールネジ軸に連結して構成する。これにより、遊星歯車機構からなる減速伝達手段をボールネジ軸後方にまとめ、ボールネジ軸と直列に配置することにより、減速伝達手段による押圧ロッドの進退直交方向＝幅方向の突出を抑え、また出力トルクの小さな電動駆動手段（サーボモータ）、すなわち電動駆動手段の小型化を可能とし、電動駆動手段から減速伝達手段に至る部分の小型化を実現している。また、本発明に用いる遊星歯車機構における減速比は、（（リングギアの歯数＋太陽ギアの歯数）/太陽ギアの歯数）の関係にあり、リングギアは本発明の目的である押圧ロッドの進退直交方向＝幅を小さくするために制約があっても、太陽ギアの歯数を加減することで適当な減速比を確保できる。

上記（１）押圧ロッドの改良と減速伝達手段とにより、サーボプレス、そして圧入又は引抜装置が小型化できる。この結果、前記圧入又は引抜装置の利用範囲が広がるので、押圧ロッドの引抜時にも負荷の検出ができるように、（２）荷重検出手段は、減速伝達手段から前方に延びる出力軸、又は前記螺合部に螺合して後方に延びるボールネジ軸に嵌着した円筒状の変位部材の側面に歪みゲージを接着し、前記変位部材の前縁部を装置本体に固定し、前記変位部材の後縁部を前記出力軸に設けた後押圧部と前記ボールネジ軸に設けた前押圧部とにより挟持して構成した。

本発明により、例えば減速伝達手段としての遊星歯車機構をコンパクトに電動駆動手段とボールネジ軸との間へ直列に介装しながら、（１）押圧ロッド部分（外筒）を細くし、かつ（２）押圧ロッドの圧入（前進）だけでなく、引抜（後退）の際にも押圧ロッドに対する負荷の検知を可能にしたサーボプレスを提供できる。サーボプレスは、油圧プレスに対し、押圧ロッドのストロークに応じて細かに荷重を調整できる利点があり、この利点を活かしてより細かな部位への組立部品の圧入又は引抜をすることが望まれていた。本発明は、こうした要望に応えつつ、簡素かつ細身の外筒からなるサーボプレスを実現している。このサーボプレスは、前記外筒を一部変更するのみで、フランジ型、サイドマウント型等の取付構造を備えることができ、狭い範囲に多数配列できる利点がある。しかも、本発明によれば、前記サーボプレスの構造を簡素かつ安価に達成できるので、高い費用対効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。図１はボールネジ軸１と直列にサーボモータ２を配したサーボプレスＳをＸ軸方向から見たＹ軸方向断面図、図２は同サーボプレスＳのＹ軸方向から見たＸ軸方向断面図、図３は遊星歯車機構３付近を表した部分拡大断面図、図４は遊星歯車機構３を表した正面図、図５は狭い範囲に多数のサーボプレスを配列した圧入又は引抜装置を表した平面図、図６はボールネジ軸１と並列にサーボモータ２を配したサーボプレスＳをＸ軸方向から見たＹ軸方向断面図であり、図７は同サーボプレスＳのＹ軸方向から見たＸ軸方向断面図である。図１及び図６は押圧ロッド４が後退した状態、図２及び図７は押圧ロッド４が伸長した状態をそれぞれ表している。

本例のサーボプレスＳは、図１〜４に見られるように、遊星歯車機構（減速伝達手段）３の後方、すなわちボールネジ軸１と直列にサーボモータ（電動駆動手段）２を配している。このため、本例のサーボプレスＳは、図１及び図２から明らかなように、ボールネジ軸１の半径方向、すなわちＸ及びＹ方向に大きく突出する部位がなく、およそボールネジ軸１に螺合する押圧ロッド４に等しい外径に収まっている。そして、後述するように、押圧ロッド４自体が小径となるため、本例のサーボプレスＳは従来同種のサーボプレスに比べて小型化され、最大幅Ａが小さくなる結果、配列ピッチＰも小さくなる。これにより、例えば外筒21に対してフランジ23を設けても狭い範囲に多数のサーボプレスＳを配列した圧入又は引抜装置Ｍを構成しやすく（図５参照）、小型化された車両エンジンに狭い間隔で並ぶ各シリンダヘッドに対して一度に全バルブガイド又はバルブシート等を圧入できる圧入又は引抜装置Ｍを構成できる利点が得られる。これは、組立部品の組み付けを短時間に終える作業効率の向上という効果をもたらす。

また、例えば図６及び図７に見られるように、遊星歯車機構３の側方、すなわちボールネジ軸１と並列にサーボモータ２を配しても、本発明のサーボプレスＳは遊星歯車機構３をボールネジ軸１後方に収めているために、サーボモータ２の突出を最低限に抑えることができる。複数のサーボプレスＳを配列する場合、サーボモータ２が突出しないＸ方向に配列すれば、実質上、上記例示のサーボプレスＳ（図１及び図２）と変わらない。回転駆動力は、サーボモータ２の駆動軸５に設けた駆動プーリ６と、後述する遊星歯車機構３の太陽ギア10に連結した従動プーリ８とをベルト９で結んで伝達している。

遊星歯車機構３は、図３に見られるように、太陽ギア10、遊星ギア11、リングギア12及び遊星ギア11を支持するキャリア７からなり、太陽ギア10はボールネジ軸１後方かつこのボールネジ軸１線上に配して駆動軸５に連結し、リングギア12は装置本体13に位置固定し、そしてキャリア７をボールネジ軸１に直結している。これにより、サーボモータ２の回転駆動力は、リングギア12の（（リングギアの歯数＋太陽ギアの歯数）/太陽ギアの歯数）の減速比で減速されてキャリア７に伝達される。

押圧ロッド４は、ロッド本体14及び螺合部15から構成しており、キャリア７に連結したボールネジ軸１に前記螺合部15を螺合し、ボールネジ軸１の正又は逆回転に従って前進又は後退する。本例では、ロッド本体14と同径かつ長尺のナットからなる螺合部15を、ロッド本体14に対して直列に溶接又は螺着により一体化することで、押圧ロッド４部分の大型化、すなわち外筒21の大径化を防ぎ、圧入又は引抜装置としての小型化を容易にして、上記利点（狭い間隔で並ぶ各シリンダヘッドに対して一度にバルブガイド又はバルブシート等を圧入できる圧入又は引抜装置Ｍを構成できる利点）を得ている。

ボールネジ軸１は、キャリア７から前方に延びる出力軸16に連結している。本例の荷重検知手段は、図１及び図２（又は図６及び図７）に見られるように、出力軸16に後押圧部18、ロッド本体14と一体の螺合部15に螺合して後方に延びるボールネジ軸１に前押圧部19を設け、前記出力軸16に嵌着した円筒状の変位部材17の側面に歪みゲージ22を接着し、前記変位部材17の前縁部を装置本体13に固定し、スラストベアリング20,20を介して前記変位部材17の後縁部を前後押圧部18,19で挟持して構成している。ロッド本体14の圧入に際しては、螺合部15に対して相対的に後方へ移動するボールネジ軸１に設けた前押圧部19が変位部材17の後縁部を後方へ押圧し、前記変位部材17の側面に接着した歪みゲージ22に歪みを生起し、押圧荷重を検出する。ロッド本体14の引抜に際しては、螺合部15に対して相対的に前方へ移動したボールネジ軸１に連結している出力軸16に設けた後押圧部18が変位部材17の後縁部を前方へ押圧し、前記変位部材17の側面に接着した歪みゲージ22に歪みを生起し、引抜荷重に検出する。また、本例のように荷重検知手段を押圧ロッドの進退とは無関係に配置できるため、歪みゲージ22から延びる信号線（図示略）は動かず、例えば装置本体13に添わせて邪魔にならないようにすることができる。このように、本発明のサーボプレスは、圧入時のみならず、組立部品の引抜時も荷重検知できる利点を有し、かつ信号線を邪魔にならないように処理できる利点がある。

ボールネジ軸と直列にサーボモータを配したサーボプレスをＸ軸方向から見たＹ軸方向断面図である。同サーボプレスのＹ軸方向から見たＸ軸方向断面図である。遊星歯車機構付近を表した部分拡大断面図である。遊星歯車機構を表した正面図である。狭い範囲に多数のサーボプレスを配列した圧入又は引抜装置を表した平面図である。ボールネジ軸と並列にサーボモータを配したサーボプレスをＸ軸方向から見たＹ軸方向断面図である。同サーボプレスのＹ軸方向から見たＸ軸方向断面図である。

符号の説明

１ボールネジ軸
２サーボモータ（電動駆動手段）
３遊星歯車機構（減速伝達手段）
４押圧ロッド
10 太陽ギア
11 遊星ギア
12 リングギア
13 装置本体
14 ロッド本体
15 螺合部
17 変位部材
18 後押圧部
19 前押圧部
20 スラストベアリング
21 外筒
22 歪みゲージ
Ｓサーボプレス
Ｍ圧入又は引抜装置
Ａサーボプレス（外筒）の幅
Ｐサーボプレスの配列ピッチ

Claims

正又は逆回転する駆動軸を有する電動駆動手段と、前記駆動軸の正又は逆回転を後記ボールネジ軸に伝達する減速伝達手段と、位置固定で正又は逆回転するボールネジ軸と、該ボールネジ軸に螺合して前記正又は逆回転に従って前進又は後退する押圧ロッドと、押圧ロッドに加わる負荷を検出する荷重検出手段とを備えたサーボプレスにおいて、
押圧ロッドは、組立部品の圧入又は引抜を担うロッド本体とボールネジ軸に螺合する螺合部とを直列に一体にし、減速伝達手段から前方に延びる出力軸と前記螺合部に螺合して後方に延びるボールネジ軸とを連結し、
荷重検出手段は、前記出力軸又はボールネジ軸に嵌着した円筒状の変位部材の側面に歪みゲージを接着し、前記変位部材の前縁部を装置本体に固定し、前記変位部材の後縁部を前記出力軸に設けた後押圧部と前記ボールネジ軸に設けた前押圧部とにより挟持して構成したことを特徴とするサーボプレス。