KR100708917B1 - 액츄에이터 제어시스템 - Google Patents

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KR100708917B1
KR100708917B1 KR1020050110920A KR20050110920A KR100708917B1 KR 100708917 B1 KR100708917 B1 KR 100708917B1 KR 1020050110920 A KR1020050110920 A KR 1020050110920A KR 20050110920 A KR20050110920 A KR 20050110920A KR 100708917 B1 KR100708917 B1 KR 100708917B1
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시게카즈 나가이
아키오 사이토
토루 스기야마
류이치 마스이
타케시 히로세
마사키 미야하라
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에스엠씨 가부시키 가이샤
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Abstract

액츄에이터 제어시스템(10)은 전동액츄에이터(11)와 드라이버와 컨트롤러를 포함한다. 상기 전동액츄에이터(11)에는 피스톤로드(24)에 부여되는 충격을 흡수하는 완충기구가 설치된다. 상기 완충기구는, 피스톤(22)에 부여된 충격을 흡수하는 피스톤댐퍼(56a, 56b)와, 피스톤측에 면하는 하우징(12)의 단부에 설치된 제1엔드댐퍼(36a)와, 상기 하우징(12)으로부터 소정의 거리만큼 이간하는 로드커버(16)측에 설치된 제2엔드댐퍼(36b)를 포함한다.
액츄에이터, 제어, 댐퍼

Description

액츄에이터 제어시스템{Actuator Control System}
도 1은, 본 발명의 실시형태에 있어서의 액츄에이터 제어시스템의 사시도.
도 2는, 상기 시스템을 구축하는 전동액츄에이터의 사시도.
도 3은, 도2에 나타내는 전동액츄에이터의 축선방향을 따른 부분확대종단면도.
도 4는, 도3의 IV-IV선을 따른 확대종단면도.
도 5는, 도3의 IV-IV선을 따른 다른 예를 나타내는 요부확대 종단면도.
도 6은, 전동액츄에이터의 엔드댐퍼의 사시도.
도 7은, 전동액츄에이터의 피스톤댐퍼의 사시도.
도 8은, 중간위치에 있어서 피스톤로드가 자재에 맞접한 상태를 나타내는 부분종단면도.
도 9는, 도8의 상태에 있어서, 피스톤댐퍼에 의하여 충격이 흡수되는 상태를 나타내는 부분확대종단면도.
도 10은, 피스톤로드의 전진단에 있어서 피스톤댐퍼와 엔드댐퍼와의 양자에 의하여 충격이 흡수되는 상태를 나타내는 부분종단면도.
도 11은, 이송나사축의 단부에 진동을 흡수하는 링부재가 장착된 상태를 나타내는 일부 절단 사시도.
도 12는, 연결부재 또는 환상부재의 내주면에 윤활유 유지부재가 장착된 상태를 나타내는 부분확대 종단면도.
도 13은, 피스톤로드와의 미끄럼운동 부위에 더스트씰 및 스크레이퍼가 설치된 상태를 나타내는 부분확대 종단면도.
도 14는, 이송타사축과 회전구동원과의 사이에 설치된 플렉시블 커플링기구의 분해사시도.
도 15는, 상기 플렉시블 커플링기구의 확대사시도.
도 16은, 도15에 나타내는 플렉시블 커플링기구의 구성요소가 일체적으로 설치된 상태를 나타내는 사시도.
도 17은, 도16의 XVII-XVII선을 따른 종단면도.
도 18은, 이송나사축의 축선 T1과 회전구동원의 구동축의 축선 T2가 각각 평행방향을 따라서 ΔT만큼 서로 이간한 상태를 나타내는 정단면도.
도 19는, 이송나사축의 축선 T1과 회전구동원의 구동축의 축선 T2가 각각 각도 θ를 이루며 교차한 상태를 나타내는 정단면도.
도 20은, 상기 시스템을 구축하는 드라이버의 사시도.
도 21은, 도20에 나타내는 드라이버의 개략적인 블록구성도.
도 22는, 상기 전동액츄에이터의 슬라이더의 변위량과 회전구동원에 공급되는 전류와의 관계를 나타내는 특성도.
도 23은, 비교예1에 있어서의 릴레이회로의 블록구성도.
도 24는, 비교예2에 있어서의 서보회로의 블록구성도.
도 25는, 도2에 나타내는 전동액츄에이터에 대하여, 복수의 부착금구를 장착한 사시도.
도 26은, 도25에 나타내는 전동액츄에이터에 대하여, 상면이 개구하는 커버부재를 장착한 사시도.
도 27은, 도25에 나타내는 전동액츄에이터에 대하여, 개구부가 없는 커버부재를 장착한 사시도.
도 28은, 도27에 나타내는 커버부재의 긴 홈에 센서가 장착된 사시도.
도 29는, 다른 구성을 가지는 전동액츄에이터의 사시도.
도 30은, 도29의 XXX-XXX선을 따른 부분 종단면도.
도 31은, 도30의 XXXI-XXXI선을 따른 확대종단면도.
도 32는, 상기 센서가 조임금구 및 밴드부재를 통하여 장착된 상태를 나타내는 사시도.
도 33은, 도29에 나타내는 전동액츄에이터에 대하여, 복수의 부착금구를 장착한 사시도.
도 34는, 도29에 나타내는 전동액츄에이터의 로드커버부분에 대하여 부착금구를 장착한 사시도.
도 35는, 도29에 나타내는 전동액츄에이터의 로드커버부분에 대하여, 한쌍의 피벗(pivot)이 설치된 환상부재를 장착한 사시도.
도 36은, 상기 시스템에 설치된 제1감속비자동전환장치의 분해사시도.
도 37은, 상기 제1감속비자동전환장치의 축선방향을 따른 종단면도.
도 38은, 상기 제1감속비자동전환장치를 구성하는 유성기어의 종단면도.
도 39는, 도 38의 XXXIX-XXXIX선을 따른 종단면도.
도 40은, 유성기어와 내부기어의 맞물림부분의 부분확대 종단면도.
도 41은, 제1감속비자동전환장치의 부분절단 사시도.
도 42는, 고속회전하고 있는 상태에 있어서의 태양기어, 유성기어 및 내부기어의 회전방향을 나타내는 평면도.
도 43은, 미리 설정된 토크를 넘는 부하가 캐리어에 부여된 경우에 있어서의 태양기어, 유성기어 및 내부기어의 회전방향을 나타내는 평면도.
도 44는, 제1감속비자동전환장치에 있어서의 잠김상태를 나타내는 일부 절단 사시도.
도 45는, 상기 잠김상태에 있어서의 태양기어, 유성기어 및 내부기어의 회전방향을 나타내는 평면도.
도 46은, 태양기어가 반전한 직후에 있어서의 태양기어, 유성기어 및 내부기어의 회전방향을 나타내는 평면도.
도 47은, 태양기어가 반전하고, 고속회전하고 있는 상태에 있어서의 태양기어, 유성기어 및 내부기어의 회전방향을 나타내는 평면도.
도 48은, 제1감속비자동전환장치에 있어서의 잠김상태를 나타낸 일부 절단 사시도.
도 49는, 도44에 있어서 출력축으로의 부하가 감소한 상태에 있어서의 태양기어와 유성기어와 내부기어의 회전방향을 나타내는 평면도.
도 50은, 도44에 있어서, 내부기어 클러치와 잠금부가 서로 맞물리는 부분의 확대도.
도 51은, 액츄에이터의 변위부재가 초기위치에 있는 상태를 나타내는 사시도.
도 52는, 액츄에이터의 변위부재가 자재를 향하여 변위하고 있는 상태를 나타내는 사시도.
도 53은, 액츄에이터의 변위부재가 자재에 맞접한 상태를 나타내는 사시도.
도 54는, 제1감속비자동전환장치에 비스커스 커플링부를 설치한 제2감속비자동전환장치의 종단면도.
도 55는, 제3감속비자동전환장치의 종단면도.
도 56은, 상기 제3감속비자동전환장치에 설치된 내부기어 잠금해제기구의 확대사시도.
도 57은, 제4감속비자동전환장치의 종단면도.
도 58은, 제5감속비자동전환장치의 종단면도.
도 59는, 자동감속기와 감속비고정감속기가 연결된 상태를 나타내는 종단면도.
도 60은, 제1감속비자동전환장치가 적용된 척 장치의 부분종단면도.
도 61은, 회전구동원만 설치한 경우와, 회전구동원에 감속기를 부가한 경우의 속도에 대한 토크의 특성을 나타낸 도면.
도 62는, 복수의 방향제어 드라이버가 매니폴드화 된 상태를 나타내는 사시 도.
도 63은, 종래 기술에 있어서의 전동액츄에이터의 일부 절단 사시도.
도 64는, 도63에 나타내는 전동액츄에이터의 분해사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 … 액츄에이터 제어시스템 11, 180 … 전동액츄에이터
12, 12b, 182, 212a, 212b … 하우징
14 … 회전구동원 16, 184 … 로드커버
18, 278, 328 … 이송나사축 20a, 20b … 가이드로드
22, 190 … 피스톤 24 … 피스톤로드
26 … 소켓 36a, 36b … 엔드댐퍼
38 … 원통부 40 … 플랜지부
34, 48, 48a, 58 … 관통홀 50 … 나사홀
52 … 슬라이딩 너트 54a, 54b, 57a, 57b … 평면부
56a, 56b … 피스톤댐퍼 60, 200 … 연결부재
62, 64 … 환상부 66 … 환상플랜지부
68 … 환상부재 70 … 가이드부
72a, 72b … 플레이트
본 발명은, 예를 들면, 회전구동원의 회전구동작용하에 변위부재를 직선상으로 왕복동작시키는 전동액츄에이터와, 상기 전동액츄에이터를 구동하기 위한 회전구동원을 보호하는 제어장치를 포함하는 액츄에이터 제어시스템에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들면, 자재를 반송하기 위하여 액츄에이터 등의 반송수단이 사용되고 있다.
우선, 종래기술에 있어서의 전동 액츄에이터를 도63 및 도64에 나타낸다(예를 들면, 일본국 특개평 11-30234호 공보 참조).
상기 종래기술에 있어서의 전동액츄에이터(1)는 청구항2의 오목부(3)를 따라서 변위하는 슬라이더(4)와, 도시하지 않는 모터에 의하여 구동되며, 또한 상기 슬라이더(4)에 대하여 착탈가능한 너트부재(5)에 나사결합하는 나사축(6)을 가진다. 상기 나사축(6)의 양단부에는 상기 나사축(6)을 회전이 자유롭게 지지하는 나사축 지지부재(7a, 7b)가 각각 설치된다. 상기 나사축 지지부재(7a, 7b)는 프레임(2)의 상면(8)에 장착된다.
또, 일반적으로 설치식 산업용 로봇을 사용하는 경우, 베이스를 볼트 등으로 고정한다. 인터록 등의 에러에 기인하여 로봇의 선단에 무리한 압박이나 충돌이 발생하였을 때, 과전류를 검출하는 것에 의하여 로봇의 동작을 정지시키도록 하고 있다. 즉, 설치식 산업용 로봇에 있어서의 과전류를 검출하는 것에 의하여, 로봇 및 자재가 파괴되는 것을 방지하는 것을 주안점으로 하고 있으며, 로봇 그 자체의 위치이탈에 대하여 고려되고 있지 않다.
상기의 견지에서, 일본국 특개 2002-66969호 공보에는 로봇암의 선단이 어떤 설비에 대하여 무리한 압박이나 충돌이 발생한 경우에 있어서도 자동 또는 무인반송차가 들떠버리는 것을 방지하기 위한 기술적 사상이 개시되어 있다.
즉, 상기 일본국 특개 2002-66969호 공보에는 로봇암의 선단에 대한 위치 및 자세제어에 대응하여 로봇암의 선단이 이동하였을 때, 로봇암의 관절에 부여되는 관절토크의 한계치가 소정의 값을 충족하면, 상기 로봇암의 관절을 구동하는 서보모터에 대한 전류의 제한을 실행하는 제어장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기 일본국 특개평 11-30234호 공보에 개시된 종래 기술에 있어서의 전동액츄에이터를, 복잡한 제어장치 등을 사용하지 않고 유압실린더의 피스톤로드와 유사한 진퇴동작에 의하여, 예를 들면, 한쪽의 스트로크엔드와 다른 쪽의 스트로크엔드와의 사이의 중간위치 등에 있어서의 자재의 압박작업에 적용시키는 경우, 상기 자재에 맞접하였을 때의 충격이 슬라이더를 통해서 나사축 등에 전달되기 때문에, 전동액츄에이터의 내구성이 열화하는 문제가 있다.
또한, 상기 일본국 특개 2002-66969호 공보에 개시된 기술적 사상을, 예를 들면, 모터의 회전운동을 슬라이더 등의 직선운동으로 변환하는 전동액츄에이터에 적용시키는 경우, 상기 슬라이더의 위치 및 동작속도 등을 제어하기 위하여, 엔코 더, 리졸버 등의 검출기 및 제어회로가 필요해지며, 따라서, 코스트가 높아지는 문제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 고려하여 이루어진 것으로서, 예를 들면, 자재의 압접작업에 적용시키는 경우, 자재에 맞접하였을 때에 변위부재에 주게 되는 충격을 적절히 흡수하여 내구성을 유지할 수가 있는 액츄에이터 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 전동액츄에이터를 구동하기 위한 회전구동원에 대하여 높은 부하가 부여된 경우에 있어서도, 간소한 회로에 의하여 상기 회전구동원에 인가되는 전류를 제한하는 것이 가능한 액츄에이터 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기의 그리고 다른 목적, 특징, 및 장점은 본 발명의 바람직한 실시예가 도해적인 예시로 보이는 첨부되는 도면과 연계되는 다음의 설명에서 더욱 명확해진다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 회전구동원의 회전구동력이, 구동력 전달축을 통하여 전달되는 것에 의하여 변위부재가 변위하는 전동액츄에이터와, 상기 전동액츄에이터의 제어장치를 갖는 액츄에이터 제어시스템으로서, 상기 전동액츄에이터에는, 상기 변위부재에 부여되는 충격을 흡수하는 완충기구가 설치되며, 상기 제어장치는, 상기 회전구동원에 대하여 공급되는 전류를 검출하는 전류검출수 단과, 상기 전류검출수단으로부터의 검출신호와 미리 설정된 기준전류를 비교하는 비교수단과, 가세상태에 있는 상기 회전구동원에 대하여 부하가 부여되어 상기 회전구동원의 구동축이 정지하여 구속된 상태가 되었을 때 상기 회전구동원에 공급되는 전류가 기준전류를 넘지 않도록 제한하는 전류제한수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 제어시스템이다.
상기 변위부재는, 피스톤과, 상기 피스톤의 축선 방향을 따라서 형성된 홀부내에 유지되고 상기 구동력 전달축의 나사회전 작용하에 상기 피스톤과 일체적으로 변위하는 슬라이딩 너트를 포함하며, 상기 완충기구는, 상기 슬라이딩 너트의 축선방향을 따른 양 단부에 각각 설치된 탄성부재로서 상기 피스톤에 부여된 충격을 흡수하는 피스톤댐퍼를 포함하고, 상기 피스톤댐퍼에 의하여 충격을 흡수할 때 상기 슬라이딩 너트와 상기 피스톤은 상기 구동력 전달축의 축선방향을 따라서 상대적으로 변위가 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 완충기구는, 탄성부재에 의하여 형성되고 피스톤측에 면하는 하우징의 단부에 설치된 제1엔드댐퍼와, 상기 하우징으로부터 소정의 거리만큼 이간하는 로드커버에 설치된 제2엔드댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 회전구동원에 부여되는 부하에 대응하여, 감속비를 자동적으로 전환하는 감속비전환장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 전동액츄에이터의 구동력 전달축과 회전구동원과의 사이에는 설치되는 플렉시블 커플링기구를 더 포함하고, 상기 플렉시블 커플링기구는, 상기 구동력 전달축의 축선과 상기 회전구동원의 구동축의 축선과의 사이에서 평행방향의 변 위를 허용하는 편심허용작용과, 상기 구동력 전달축의 축선과 상기 회전구동원의 구동축의 축선이 교차를 허용하는 편각허용작용을 가지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 플렉시블 커플링기구는, 금속제 재료에 의하여 동일형상으로 형성되고 둘레방향으로 소정의 각도만큼 위상이 어긋나게 설치된 한쌍의 허브와, 탄성재료에 의하여 형성되며, 상기 한쌍의 허브의 사이로 회전가능하게 설치되는 십자형의 종단면을 가지는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 전동액츄에이터의 구동력 전달축의 일단부에는, 휨을 방지하는 링부재가 장착되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 슬라이딩 너트와 상기 구동력 전달축과의 미끄럼운동 부위에는, 윤활유 유지수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서의 액츄에이터 제어시스템에 대하여 적절한 실시형태를 들고, 첨부의 도면을 참조하면서 이하에서 상세히 설명한다.
도1에 있어서, 참조번호 10은 본 발명의 실시형태에 있어서의 액츄에이터 제어시스템을 나타낸다.
상기 액츄에이터 제어시스템(10)은, 회전구동원(14)의 구동작용하에 피스톤(22) 및 피스톤로드(24)가 직선상으로 왕복동작하는 전동액츄에이터(11)와, 상기 전동액츄에이터(11)에 부설된 회전구동원(14)을 가세 또는 감세하는 드라이버(118)와, 상기 드라이버(118)에 방향지령신호를 도출하는 컨트롤러(120)와, 커넥터를 통하여 상기 드라이버(118)에 접속되는 전원(124)을 포함한다.
도2에 있어서, 상기 전동액츄에이터(11)는, 대략 편평상의 블록부재로 이루어지는 하우징(12)과, 상기 하우징(12)의 일단부에 연결된 회전구동원(14)과, 상기 회전구동원(14)이 연결된 측의 반대측에 상기 하우징(12)으로부터 소정의 거리만큼 이간하여 배치되는 로드커버(엔드블록)(16)과, 후술하는 커플링부재를 통하여 상기 회전구동원(14)의 회전구동력을 전달하는 이송나사축(구동력 전달축)(18)을 갖는다.
또한, 상기 회전구동원(14)은, 예를 들면, 브러시부착 DC모터, 브러시리스 DC모터, 스테핑모터 등의 서보모터에 의하여 구성되는 것이 바람직하다. 또, 상기 회전구동원(14)으로서 솔레노이드 등의 선형모터를 사용하여도 좋다.
또한, 상기 전동액츄에이터(11)는, 상기 이송나사축(18)을 사이에 두고 평행으로 배치되며, 일단부가 제1나사부재(19a, 19b)(도3 참조)를 통하여 상기 하우징(12)에 연결되며, 또한 타단부가 제2나사부재(21a, 21b)(도3 참조)를 통하여 상기 로드커버(16)에 연결된 한쌍의 가이드로드(20a, 20b)와, 상기 이송나사축(18)을 통하여 전달되는 구동력의 작용하에 상기 한쌍의 가이드로드(20a, 20b)를 따라서 변위하는 피스톤(22)과, 상기 로드커버(16)를 관통하여 상기 피스톤(22)과 일체적으로 진퇴동작하는 중공원통상의 피스톤로드(24)와, 상기 피스톤로드(24)의 선단부에 장착되어 홀부를 폐쇄하는 소켓(26)을 포함한다.
또, 상기 이송나사축(18)의 표면처리로서는, 무전해 니켈도금처리를 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 커플링부재(28)를 사용하지 않고, 상기 이송나사축(18)을 상기 회전구동원(14)의 구동축으로서 공통화하여도 좋다.
도3에 나타내는 바와 같이, 하우징(12)의 내부에 있어서, 상기 커플링부재(28)에 근접하는 상기 이송나사축(18)의 단부에는 제1베어링(30a) 및 제2베어링(30b)이 각각 병설되며, 상기 제1베어링(30a) 및 제2베어링(30b)은 제1베어링홀더(32a)와 제2베어링홀더(32b)에 의하여 각각 유지된다.
상기 피스톤(22)에 면하는 하우징(12)의 단부에는, 이송나사축(18)이 관통하는 관통홀(34)을 갖는 제1 엔드댐퍼(36a)가 유지된다. 상기 제1 엔드댐퍼(36a)는 도6에 나타내는 바와 같이, 소정의 두께로 이루어지는 원통부(38)와, 상기 원통부(38)의 외경보다도 반경바깥방향으로 근소하게 확경한 플랜지부(40)가 일체적으로 구성된다.
이 경우, 제1엔드댐퍼(36a)의 플랜지부(40)가 하우징(12)의 내벽에 형성된 환상 오목부(42)에 의하여 고정된다. 따라서, 제1엔드댐퍼(36a)는 원통부(38)의 일부(단부)가 하우징(12)의 단면으로부터 소정의 길이 만큼 피스톤(22)측으로 돌출한 상태로 유지된다(도3 참조).
상기 피스톤로드(24)가 관통하는 로드커버(16)의 내벽에는, 제2 엔드댐퍼(36b)와, 부시(44)가 설치된다. 상기 제2 엔드댐퍼(36b)는 제1 엔드댐퍼(36a)와 대략 동일형상으로 이루어진다. 그리고, 상기 플랜지부(40)가 로드커버(16)의 내벽에 형성된 환상오목부(46)에 의하여 고정된다. 따라서, 제2 엔드댐퍼(36b)는 원통부(38)의 일부(단부)가 로드커버(16)의 단면으로부터 소정의 길이만큼 피스톤(22)측으로 돌출한 상태로 유지된다(도3 참조).
상기 제1 엔드댐퍼(36a) 및 제2 엔드댐퍼(36b)는 각각 에너지흡수체로서, 예 를 들면, 우레탄고무 등의 탄성부재에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 도13에 나타내는 바와 같이, 상기 피스톤로드(24)와의 미끄럼운동 부위에 더스트실(47)이나 스크레이퍼(49)를 설치하여, 외부로부터의 이물(異物)의 진입을 저지할 수 있다.
상기 피스톤(22)은, 도4에 나타내는 바와 같이, 그 중심부에 축선방향을 따라서 관통하는 종단면이 대략 타원형상으로 형성된 관통홀(48)과, 상기 관통홀(48)의 양측에 경량화를 꾀하기 위하여 형성된 한쌍의 경량화홀(50a, 50b)을 포함한다. 상기 피스톤(22)은 예를 들면, 알루미늄 등의 금속제 재료에 의하여 일체성형된다. 상기 피스톤(22)의 관통홀(48)에는, 상기 이송나사축(18)에 나사결합하는 나사홀(50)을 가지는 대략 원통형상의 슬라이딩 너트(52)가 상기 이송나사축(18)의 축선방향을 따라서 미끄럼운동이 가능하게 삽입된다.
이 경우, 상기 슬라이딩 너트(52)와 피스톤(22)은, 상기 이송나사축(18)의 축선방향을 따라서 상대적으로 미끄럼운동이 가능하게 설치된다. 또한, 상기 피스톤(22)은 상기 슬라이딩 너트(52)의 외주면에 형성된 한쌍의 평면부(54a, 54b)에 의하여 피스톤(22)에 대한 둘레방향으로의 회전이 방지되어 있다. 상기 한쌍의 평면부(54a, 54b)를 대신하여 슬라이딩 너트(52)의 외주면에 도시하지 않는 스플라인을 형성하거나, 또는 도시하지 않는 키홈을 형성하는 것에 의하여 회전을 방지하는 기능을 수행하도록 하여도 좋다.
또한, 도5에 나타내는 바와 같이, 슬라이딩 너트(52)의 종단면 원호형상으로 형성된 면과 피스톤(22)의 내벽면과의 사이에 클리어런스α가 형성되도록 관통홀 (48a)의 형상을 설정하는 것이 적당하다. 이것은 상기 피스톤(22)의 상면에 대하여 부하가 부여된 경우, 상기 슬라이딩 너트(52)가 도5의 화살표A1 또는 A2방향을 따라서 상기 클리어런스α만큼 편심하는 것이 허용될 수 있기 때문이다.
이 결과, 피스톤(22)에 부여된 부하가 슬라이딩 너트(52)에 전달되지 않고 상기 슬라이딩 너트(52)에 대하여 편하중이 부여되는 것이 저지된다. 또, 상기 슬라이딩 너트(52) 및 슬라이딩 너트(52)에 연결된 이송나사축(18) 등의 다른 요소들의 내구성을 향상시킬 수가 있다.
상기 슬라이딩 너트(52)의 양단부에는, 도7에 나타내는 바와 같이 환상의 한쌍의 피스톤댐퍼(56a, 56b)가 환상 오목부에 장착된다. 상기 한쌍의 피스톤댐퍼(56a, 56b)는 슬라이딩 너트(52)의 단면으로부터 축선방향을 따라서 소정의 길이만큼 돌출하도록 설치된다(도3 참조).
이 경우, 상기 피스톤댐퍼(56a, 56b)는 그 외주면에 형성된 한쌍의 평면부(57a, 57b)를 가진다. 또, 상기 피스톤댐퍼(56a, 56b)는 슬라이딩 너트(52)의 종단면의 외주형상과 동일한 면으로 형성된다.(도4 참조)
상기 피스톤(22)의 축선방향을 따른 일단부에는, 이송나사축(18)이 삽입 관통하는 관통홀(58)을 갖는 연결부재(60)가 설치된다. 상기 연결부재(60)는 피스톤(22)의 암나사에 나사결합하는 수나사로 이루어지는 제2나사부를 갖는 제2환상부(64)와, 중공(中空)의 피스톤로드(24)의 암나사에 나사결합하는 수나사로 이루어지는 제2나사부를 갖는 제1환상부(62)와, 상기 제1환상부(62)와 제2환상부(64)와의 사이에 설치된 환상 플랜지부(66)를 포함한다. 상기 제1환상부(62), 제2환상부(64) 및 환상 플랜지부(66)는 각각 일체적으로 형성된다.
또한, 도11에 나타내는 바와 같이, 상기 슬라이딩 너트(52)에 의하여 외팔보로 지지되는 측과 반대측(로드커버(16)측)의 이송나사축(18)의 단부에는, 피스톤로드(24)의 내벽면에 접촉하여 진동을 방지하는 링부재(67)가 장착될 수 있다.
상기 링부재(67)는, 예를 들면, 수지제 재료 또는 고무제 재료에 의하여 형성된다. 그리고, 상기 링부재(67)는 상기 피스톤로드(24)의 내벽면을 따라서 이송나사축(18)의 단부와 일체적으로 미끄럼운동으로 변위하는 것이다. 피스톤(22)의 변위량이 롱스트로크(long stroke)에 의해 설정되었을 때에, 상기 이송나사축(18)의 단부가 회전하는 것에 의하여 발생하는 진동(흔들림)을 상기 링부재(67)에 의해서 적절히 저지할 수가 있다.
상기 피스톤(22)의 축선방향을 따른 타단부에는, 상기 피스톤(22)의 암나사부에 나사결합하는 수나사부가 외주면에 형성된 환상부재(68)와 연결된다. 상기 환상부재(68)는 상기 피스톤(22)의 단면과 동일면이 되도록 설치된다.
이 경우, 상기 슬라이딩 너트(52)의 단면으로부터 축선방향을 따라서 소정의 길이만큼 돌출하는 한쪽의 피스톤댐퍼(56a)는, 연결부재(60)의 제2환상부(64)에 접촉하도록 설치된다. 상기 슬라이딩 너트(52)의 단면으로부터 축선방향을 따라서 소정의 길이만큼 돌출하는 다른 쪽의 피스톤댐퍼(56b)는, 상기 환상부재(68)에 접촉하도록 설치된다(도3 참조).
그러므로, 상기 피스톤로드(24)가 자재(W)에 맞접하여 상기 피스톤로드(24)에 대하여 충격이 가해졌을 때를 제외하고, 상기 피스톤(22)의 양단부에 고정된 연 결부재(60) 및 환상부재(68)에 의하여 슬라이딩 너트(52)가 피스톤(22)의 내부에 유지(협지)된다. 상기 이송나사축(18)과의 나사결합 작용하에 상기 슬라이딩 너트(52)는 축선방향을 따라서 상기 피스톤(22)과 일체적으로 변위하도록 설치된다.
또한, 도12에 나타내는 바와 같이, 상기 연결부재(60) 및 환상부재(68)의 내주면에는 각각 환상의 홈에 윤활유 유지부재(69a, 69b)를 장착하는 것이 바람직하다. 상기 윤활유 유지부재(69a, 69b)는, 예를 들면, 윤활유로 함침시킨 펠트로 이루어진다. 상기 윤활유 유지부재(69a, 69b)는 상기 이송나사축(18)의 나사부에 접촉하는 것에 의하여 상기 이송나사축(18)과 슬라이딩 너트(52)와의 미끄럼운동 부위에 대하여 윤활성을 부여할 수가 있다.
상기 한쌍의 피스톤댐퍼(56a, 56b)는 제1 및 제2 엔드댐퍼(36a, 36b)와 동일하게 에너지흡수체로서, 예들 들면, 우레탄고무 등의 탄성부재에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
축선과 직교하는 피스톤(22)의 양측면에는, 단면이 대략 원호형상인 가이드부(70)(도4 참조)가 형성된다. 한쌍의 가이드로드(20a, 20b)의 사이에 상기 피스톤(22)이 협지된다. 상기 가이드부(70)에는 가이드로드(20a, 20b)의 외주면과 선접촉하며, 또한, 가이드로드(20a, 20b)의 축선방향을 따라서 연장되는 수지제의 한쌍의 플레이트(72a, 72b)가 접착된다. 각각 금속제 재료에 의하여 형성된 피스톤(22)과 가이드로드(20a, 20b)와의 사이에 수지제 재료로 이루어지는 플레이트(72a, 72b)를 끼워 장착시키는 것에 의하여 미끄럼 저항을 저감된다.
또한, 상기 플레이트(72a, 72b)나 상기 슬라이딩 너트(52)는, 예를 들면, 폴 리이미드(PI), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 가운데 어느 하나로 이루어지는 수지제 재료에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 플레이트(72a, 72b)나 상기 슬라이딩 너트(52)가 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 형성되는 것이 만족스러운 미끄럼운동의 특성을 얻는데 유효하다.
상기 피스톤(22)에 대하여 래디얼방향의 부하가 가해진 경우, 또는 피스톤(22)에 회전방향의 부하가 가해진 경우의 어느 경우에 있어서도, 상기 한쌍의 가이드로드(20a, 20b)에 의하여 상기 부하가 적절히 흡수된다. 부하가 회전방향으로 부과되는 경우에는, 한쌍의 가이드로드(20a, 20b)가 회전 방지의 기능을 수행한다.
본 실시형태에 있어서의 전동액츄에이터(11)에서는, 커플링부재(28)(도3 참조)를 대신하여 이송나사축(18)과 회전구동원(14)의 구동축(14a)과의 사이에 도14에 나타내는 바와 같은 플렉시블 커플링기구(74)를 설치하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 플렉시블 커플링기구(74)는, 예를 들면, 알루미늄 합금 등의 금속제 재료에 의하여 동일형상으로 형성되며 상호 부착 위상각도가 둘레방향을 따라서 90도만큼 편위된 한쌍의 허브(76a, 76b)와, 종단면이 십자형상인 고무제 재료에 의하여 형성되며, 상기 한쌍의 허브(76a, 76b)의 사이에 끼워 장착된 탄성부재(78)를 포함한다(도15 참조).
한쪽의 허브(76a)에는, 종단면이 육각형상으로 이루어지는 이송나사축(18)의 단부(18a)가 삽입 관통되는 종단면 육각형상의 홀부(80)가 축선방향을 따라서 관통하여 형성된다. 다른 쪽의 허브(76b)에는, 종단면 육각형상으로 이루어지는 회전구 동원(14)의 구동축(14a)의 단부가 삽입 관통되는 종단면 육각형상의 홀부(82)가 축선방향을 따라서 관통하여 형성된다. 또한, 상기 홀부(80, 82)의 종단면 형상은, 육각형으로 한정되는 것은 아니다. 상기 홀부(80, 82)의 종단면 형상은 각의 형상일 수 있다. 또는, 스플라인 홈을 형성하도록 하여도 좋다.
또한, 상기 한쌍의 허브(76a, 76b)에는, 각각 이송나사축(18)의 축선 또는 회전구동원(14)의 구동축(14a)의 축선과 대략 평행으로 돌출하는 한쌍의 돌기부(84a, 84b)가 형성된다. 상기 한쌍의 돌기부(84a, 84b)는, 둘레방향을 따라서 180도의 각도만큼 이간하도록 설정된다. 또한, 상기 탄성부재(78)의 중심부에는, 중실부(中實部:solid section)(86)가 형성된다.(도17 참조) 또한, 반경외 방향으로 팽출하는 4개의 볼록부(88)가 둘레방향을 따라서 상기 탄성부재(78) 상에 90도씩 이간하여 형성된다.
상기 플렉시블 커플링기구(74)는, 이송나사축(18)의 축선 T1과 회전구동원(14)의 구동축의 축선 T2가 대략 평행방향을 따라서 ΔT만큼 약각 이간하는 것이 허용되는 편심허용기능(도18 참조)과, 이송나사축(18)의 축선 T1과 회전구동원(14)의 구동축(14a)의 축선 T2가 교차하여 설정되는 소정의 교차각도θ가 허용되는 편각허용기능(도19 참조)을 갖는다.
즉, 이송나사축(18)(허브76a)의 축선 T1과 회전구동원(14)의 구동축(14a)(허브76b)의 축선 T2가 각각 평행방향을 따라서 약간 이간한 경우, 또는 이송나사축(18)(허브76a)의 축선 T1과 회전구동원(14)의 구동축(14a)(허브76b)의 축선 T2가 교차하도록 변위한 경우, 한쌍의 허브(76a, 76b)의 돌기부(84a, 84b) 사이에 협지 된 탄성부재(78)의 볼록부(88)가 탄성변형한다. 따라서, 상기 이송나사축(18)과 회전구동원(14)과의 2축 사이에서의 편심작용·편각작용이 각각 허용된다.
종래의, 이송나사축과 회전구동원의 구동축을 연결하는 커플링부재에서는, 환축(丸軸) 또는 단면 D면 형상으로 절단된 축을 고정나사에 의하여 연결하고 있다. 이 경우, 연결강도가 부족하게 된다. 그러나, 본 실시형태에서는 도15에 나타내는 바와 같은 플렉시블 커플링기구(74)를 사용하는 것에 의하여, 연결강도를 증대시킬 수가 있다. 또한, 고정나사 등이 필요없게 되어 부품점수를 삭감하고 조립작업이 간략화되어, 비용을 저감시킬 수가 있다.
도20에 나타내는 바와 같이, 드라이버(118)는 폭이 넓은 측면에 복수의 핀(Pin)(119)이 돌출형성된 케이싱(121)을 가진다. 상기 케이싱(121)의 상부에는, 케이블을 통하여 컨트롤러(120)와 전기적으로 접속되는 복수의 제어단자(123)가 설치된다. 상기 케이싱(121)의 하부에는, 케이블을 통해서 전원(124)과 접속되는 도시하지 않는 전원단자와, 회전구동원(14)과 접속되는 도시하지 않는 회전구동원용 출력단자가 각각 설치된다.
상기 드라이버(118)의 폭이 좁은 측면에는, 예를 들면, 플러스 스크류드라이버 등으로 소정의 방향으로 회전각도를 조절하는 것에 의하여, 회전구동원(14)의 회전토크(추력)를 외부로부터 임의로 설정하는 것이 가능한 토크설정용 트리머(125)와, 도시하지 않는 LED가 발광하는 것에 의하여 인식가능한 복수의 표시램프(127a~127d)와, 수동으로 조작하는 것에 의하여 테스트운전 등이 가능해지는 복수의 메뉴얼스위치가 설치된다.
상기 메뉴얼스위치는, ON/OFF동작에 의하여 A-PHASE방향(피스톤로드(24)가 신장하는 방향)과 B-PHASE방향(피스톤로드(24)가 단축하는 방향)의 2방향을 지시하는 PHASE 방향전환스위치(129)와, 드라이버(118)를 가세·감세하는 ON/OFF스위치(131)와, 스위치가 OFF일 때 초기설정으로 되며, 스위치가 ON일 때에 상기 토크설정용 트리머(125)에 의하여 외부로부터의 추력의 선택이 가능해지는 SET스위치(133)를 포함한다.
또한, 상기 PHASE 방향전환스위치에서는, 도시하지 않는 기어와의 관계에서 A-PHASE방향과 B-PHASE방향과의 사이에서 피스톤로드(24)의 진퇴동작이 역전하는 경우도 있다.
또, 상기 컨트롤러(120)로부터 드라이버(118)에 도입되는 제어신호는 ON/OFF의 두값의 신호에 의하여 구성된다.
또한, 상기 전원(124)으로부터 드라이버(118)에로의 인가전압을, 예를 들면, 도시하지 않는 저항 또는 트랜스 등에 의하여 임의로 변경하거나, 또는 회전구동원(14)을 도시하지 않는 브리지회로에 설치하여 상기 브리지회로의 불평형전압을 피드백하는 전자거버너(도시하지 않음)를 설치하는 것에 의하여, 회전구동원(14)의 회전속도의 제어를 실시할 수가 있다.
또, 상기 메뉴얼스위치 등이 설치된 폭이 좁은 측면과 반대측의 측면에는 부착용 홀부(135)가 형성된 플랜지(137)가 형성된다.
상기 드라이버(118)의 개략적인 블록구성도를 도21에 나타낸다.
상기 드라이버(118)는, 상기 컨트롤러(120)로부터 도출된 방향지령신호에 의 하여 전압의 극성을 전환하는 것에 의하여, 정·역방향 중의 어느 한 방향으로 회전구동원(14)의 회전방향을 전환하는 방향전환수단(134)과, 상기 방향 전환수단(134)으로부터 출력된 전압을 대응하는 전류로 변환함과 동시에, 미리 설정된 기준전류 IMAX(한계값)로 전류를 제한하는 전류앰프/리미터(136)를 포함한다.
또한, 드라이버(118)는 상기 전류앰프/리미터(136)의 하류측에 설치되며 회전구동원(14)에 공급되는 전류를 검출하는 전류센서(전류검출수단)(138)와, 상기 전류센서(138)로부터의 검출신호를 상기 전류앰프/리미터(136)의 상류측으로 피드백하는 전류루프(140)를 더 포함한다.
상기 전류앰프/리미터(136)에는, 미리 설정되고, 또한, 기억수단내에 기억된 기준전류 IMAX와 상기 전류센서(138)로부터 검출선(145)을 통하여 검출되는 전류값의 검출신호를 비교하는 비교수단과, 예를 들면, 회전구동원(14)에 대하여 고부하가 부여되어 상기 회전구동원(14)에 공급되는 전류가 기준전류 IMAX를 넘으려고 할때, 상기 회전구동원(14)에 공급되는 전류를 기준전류 IMAX를 넘지 않도록 제한하는 전류리미트수단(전류제한수단)이 설치된다.
또한, 드라이버(118)는 도시하지 않는 회로기판을 가진다. 예를 들면, 전류센서(138)는 상기 회로기판에 배치된 소저항기에 의하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서의 액츄에이터 제어시스템(10)은, 기본적으로 이상과 같이 구성된다. 다음에 그 동작과 작용 및 효과에 관하여 설명한다.
우선, 컨트롤러(120)로부터의 방향지령신호(2진 신호)가 드라이버(118)에 도입된다. 상기 드라이버(118)에서는 상기 방향지령신호에 기초하여 전압의 극성을 전환한다. 따라서, 정·역방향 중의 어느 한쪽 방향으로 회전구동원(14)의 회전방향을 전환한다. 상기 방향전환수단(134)으로부터 회전구동원(14)에 공급되는 전류에 대응하는 전압이 전류앰프/리미터(136)에 입력된다.
상기 전류앰프/리미터(136)에서는, 상기 방향전환수단(134)으로부터 출력된 전압을, 대응하는 전류로 전환하여 회전구동원(14)에 공급한다. 따라서, 상기 회전구동원(14)이 소정의 방향으로 회전구동하며, 상기 회전구동원(14)의 회전구동력이 커플링부재(28)를 통하여 이송나사축(18)으로 전달된다.
소정의 방향으로 회전운동하는 이송나사축(18)이 이송너트로서 기능하는 미끄럼운동너트(52)의 나사홀(50)에 나사결합한다. 따라서, 상기 슬라이딩 너트(52) 및 상기 피스톤(22)이 한쌍의 가이드로드(20a, 20b)의 안내작용하에 피스톤로드(24)와 일체적으로 축선방향을 따라서 변위한다. 그러므로, 상기 피스톤(22)과 일체적으로 피스톤로드(24)가 외부를 향하여 변위하며, 스트로크엔드에 도달한다. 따라서, 도시하지 않는 자재를 소정의 위치로 밀어붙이는 압박동작(자재유지동작)이 행해진다.
도8에 나타내는 바와 같이, 피스톤(22)이 한쪽 또는 다른쪽의 스트로크엔드까지 도달하지 않고, 그 중간위치에서 자재(W)의 압박작업을 실시한 경우, 자재(W)에 맞접하는 소켓(26), 피스톤로드(24) 및 연결부재(60)를 통하여 피스톤(22)에 충격이 전달된다.
이 경우, 본 실시형태에서는, 연결부재(60)에 접촉하는 피스톤댐퍼(56a)의 단부가 도9에 나타내는 바와 같이, 탄성변형하는 것에 의하여 충격이 수용된다. 또한, 상기 피스톤(22)의 내부에 설치된 슬라이딩 너트(52)가 피스톤(22)에 대하여 이송나사축(18)의 축선방향을 따라서 약간 미끄럼운동이 변위하는 것에 의하여(도9 중의 2점쇄선 참조), 상기 충격이 적절히 흡수된다.
환언하면, 피스톤로드(24)에 주어지는 충격에 의하여 서로 연결된 피스톤(22) 및 연결부재(60)가 이송나사축(18)의 축선방향을 따라서 변위가능하게 설치된다. 상기 피스톤(22) 및 연결부재(60)의 약간의 변위를 슬라이딩 너트(52)의 단부에 장착된 탄성을 갖는 피스톤댐퍼(56a)에 의하여 흡수된다. 따라서, 상기 충격은 적절히 완화된다.
상기의 경우, 슬라이딩 너트(52)는 이송나사축(18)에 나사결합하고 있기 때문에, 상기 이송나사축(18)과의 관계에서는 변위하지 않는다. 또한, 슬라이딩 너트(52)와 이송나사축(18)과의 나사결합부위에 대하여 충격이 전달되는 것이 저지된다. 따라서, 상기 슬라이딩 너트(52) 및 이송나사축(18)의 나사결합부위를 충격으로부터 적절히 보호할 수가 있다.
그러므로, 본 실시형태에서는, 양 스트로크엔드의 중간위치에 있어서 피스톤로드(24)에 의하여 자재(W)에 대한 압박을 실시한 경우라도, 상기 피스톤로드(24)에 가해지는 충격이 탄성을 갖는 피스톤댐퍼(56a)와, 피스톤(22) 및 슬라이딩 너트(52)와의 사이의 상대적인 미끄럼운동 변위를 통해서 원활하게 흡수된다. 그러므로, 전동액츄에이터(11)의 내구성의 열화를 방지할 수가 있다.
또한, 피스톤로드(24)의 전진단(前進端)에 있어서의 스트로크엔드에서 충격이 발생한 경우, 상기 피스톤댐퍼(56a)의 완충작용과 함께, 연결부재(60)의 환상플랜지부(66)가 제2엔드댐퍼(36b)에 맞접하여 완충작용이 상승효과적으로 이루어지기 때문에, 보다 적절하게 충격이 흡수된다(도10 참조).
마찬가지로, 상기 피스톤로드(24)의 후진단에 있어서의 스트로크엔드에서 충격이 발생한 경우, 상기 피스톤댐퍼(56b)의 완충작용과 함께, 상기 피스톤(22) 및 상기 환상부재(68)의 단면이 제1엔드댐퍼(36a)에 맞접하여 완충작용이 상승효과적으로 이루어지기 때문에, 보다 적절하게 충격이 흡수된다(도3 참조).
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 피스톤(22)에 설치된 한쌍의 피스톤댐퍼(56a, 56b)와, 하우징(12) 및 로드커버(16)에 설치된 제1 및 제2엔드댐퍼(36a, 36b)를 포함하는 완충기구를 설치한다. 따라서, 양쪽 스트로크엔드 사이의 중간위치 및 양쪽 스트로크엔드의 임의의 위치에 있어서 피스톤(22)에 가해지는 충격을 적절히 완충시킬 수가 있다.
또, 본 실시형태에서는, 상기 전동액츄에이터는 압축공기가 없거나 혹은 사용할 수 없는 환경이라도, 에어실린더와 동일하게 사용가능한 모터구동에 의한 액츄에이터로서 사용할 수가 있다.
이 경우, 전동액츄에이터가 에어실린더와 동일하다는 것은, 예를 들면, ON/OFF제어에 의한 구동인 것, 컨트롤러가 필요하지 않다는 것, 피스톤(22)의 압박동작이 가능하다는 것, 센서가 없어도 구동가능하다는 것, 속도 및 추력 제어가 가능하다는 것 등을 말한다.
또한, 본 실시형태에서는, 강성본체를 없애고, 평행한 한쌍의 가이드로드(20a, 20b)에 의하여 소정의 강성을 확보한다. 따라서, 부품점수를 삭감하고 코스트를 저감시키는 것과 동시에 경량화를 꾀할 수가 있다.
또, 구동기기에 있어서, 충돌부위에 쇼크에너지 흡수체 또는 충격에너지 흡수체(댐퍼)를 배치하는 것은 일반적으로 행해지고 있다. 그러나, 본 실시형태에서는 충돌시의 충격값을 5G이하, 바람직하게는 2G이하가 되도록 댐퍼의 성질, 치수 및 변위량을 설정하는 것에 의하여 댐퍼의 내구성을 향상시킴과 동시에, 전동액츄에이터의 내구성도 향상시킬 수가 있다. 또, 충격값의 제어에 의하여, 각 부분의 강도를 경감시킬 수가 있으므로, 장치의 소형·경량화를 달성할 수가 있다.
상기 하우징(12) 및 로드커버(16)의 제조방법으로서는, 예를 들면, 알루미늄 다이캐스트에 의한 일체성형, 프레스판금 딥드로잉, 또는, 복수매의 강판을 적층하여 일체적으로 형성한 적층강판 등을 사용하면 좋다.
상기 이송나사축(18)으로서는, 수지제 미끄럼나사축, 금속제 미끄럼나사축, 볼 나사축, 또는 풀리에 현가되는 타이밍벨트 등을 사용하면 좋다.
그런데, 상기 피스톤(22) 및 피스톤로드(24)가 스트로크엔드까지 도달한 후, 상기 피스톤로드(24)에 의하여 자재(W)가 소정의 위치에 압박되어 회전구동원(14)에 대하여 고부하가 가해진 경우, 상기 회전구동원(14)의 구동축의 회전이 정지하여 구속된 상태가 된다. 이 때, 회전구동원(14)의 구동축으로부터 출력되는 토크는, 상기 회전구동원(14)에 인가되는 전류와 비례한다. 그러므로, 상기 구속상태가 되었을 때, 미리 규정되어 있는 전류값 이상의 전류(과전류)가 회전구동원(14)에 인가된다. 따라서, 과전류가 발생하면, 상기 회전구동원(14)이 소손될 우려가 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 회전구동원(14)에 공급되는 전류를 검출하는 전류센서(138)로부터의 검출신호를, 전류루프(140)를 통하여 전류앰프/리미터(136)의 상류측으로 피드백한다. 상기 전류앰프/리미터(136)에서는, 비교수단을 통해서 미리 설정되고, 또한, 기억수단내에 기억된 기준전류 IMAX와 상기 전류센서(138)로부터의 검출신호를 비교한다. 또한, 전류제한수단을 통하여 회전구동원(14)에 공급되는 전류가 기준전류 IMAX를 넘지 않도록 제한된다(도22 참조).
회전구동원(14)을 제어할 때의 전류값으로서, 예를 들면, 회전구동원(14)의 구동축이 정지한 구속시에는 0.6A 이하, 무부하 구동시에는 0.2A 이하로 제한한다. 따라서, 상기 회전구동원(14)의 수명을 장기화 시킬 수가 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 드라이버(118)에서는, 회전구동원(14)에 공급되는 전류값을 전류센서(138)를 통해서 감시하고, 전류앰프/리미터(136)에 의하여, 상기 회전구동원(14)에 대한 인가전류를 기준전류 IMAX이하로 제한하고 있다.
그 결과, 회전구동원(14)에 고부하가 부여되어, 온(ON) 상태에 있는 회전구동원(14)의 구동축이 정지하여 구속상태가 된 경우에 있어서도, 상기 회전구동원(14)에 공급되는 전류가 미리 설정된 기준전류 IMAX이하로 제한된다. 그러므로, 과전류의 발생에 의한 회전구동원(14)의 소손을 방지할 수가 있다. 또한, 회전구동원(14)에 공급되는 인가전류를 제한함으로써, 토크를 제한할 수가 있는 것은 물론이 다.
또, 본 실시형태에서는, 피스톤(22) 및 피스톤로드(24)의 위치 및 동작속도를 제어하기 위한 엔코더, 리졸버 등의 검출기 및 제어회로가 필요없다. 또, 간소한 회로에 의하여 회전구동원(14)에 소손이 발생하는 것을 방지하게 된다. 따라서, 제조비용을 저감시킬 수가 있다.
이 경우, 본 실시형태에 있어서의 드라이버(118)는, 피스톤로드(24)에 의한 압박동작과 회전구동원(14)의 회전방향만을 제어하는 구동기기(전동액츄에이터)에 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태의 드라이버(118)에서는, 전동액츄에이터(11)의 피스톤로드(24)에 의한 자재(W)의 압박동작에 기초하여 설명하고 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전동액츄에이터(11)의 피스톤로드(24)에 의한 자재반송동작, 코킹동작, 압박동작, 지지동작, 또는 도시하지 않는 전동 척(chuck)에 의한 자재에 대한 그립핑동작, 또는 도시하지 않는 전동 클램프에 의한 자재에 대한 클램핑동작 등에 적용할 수 있는 것은 물론이다.
즉, 이와 같은 자재반송동작, 자재 그립핑동작, 자재 클램핑동작 등에 의하여 회전구동원(14)에 고부하가 가해지며, 상기 회전구동원(14)의 구동축의 회전이 정지하여 구속상태가 되었을 때, 상기 회전구동원(14)에 공급되는 전류가 기준전류 IMAX이하가 되도록 제한된다.
다음에, 본 실시형태의 드라이버(118)와 대비되는 비교예1 및 비교예2에 관 하여 설명한다. 또한, 도21에 나타내는 드라이버(118)와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도23은, 비교예1에 있어서의 릴레이회로(150)를 나타낸다. 이 경우, 릴레이회로(150)를 복수개 조합하는 것에 의하여, 회전구동원(14)의 회전방향의 전환이 가능하게 된다. 그러나, 상기 회전구동원(14)의 구동축이 정지하여 구속상태가 된 경우, 상기 회전구동원(14)이 허용하는 이상의 전류가 공급되고, 상기 회전구동원(14)은 소손이 발생한다는 문제가 있다.
도24는, 비교예2에 있어서의 서보(servo)회로(160)를 나타낸다. 이 서보회로(160)는 엔코더(162)나 리졸버 등의 검출기를 가지며, 속도루프(164) 및 속도앰프/리미터(166)를 통하여 속도를 피드백 제어하는 제어회로와, 위치루프(168) 및 위치앰프/리미터(170)를 통하여 위치를 피드백 제어하는 제어회로를 포함한다. 따라서, 비교예2에 있어서의 서보회로(160)에서는, 위치 및 속도 등을 제어하는 고정밀도의 제어회로가 필요해진다. 그러므로, 상기 서보회로(160)는 비용이 상승되어 제조비용이 높아진다는 문제가 있다.
이와 반대로, 본 실시형태의 드라이버(118)에서는, 상기 비교예1에 있어서의 릴레이회로(150)와 비교예2에 있어서의 서보회로(160)와의 사이의 중간적인 기능을 발휘시킬 수가 있다. 또한, 제조비용의 저감화를 꾀할 수가 있다.
또, 본 실시형태의 드라이버(118)에서는, 전자밸브와 동일한 ON/OFF제어에 의하여 전동액츄에이터(11)를 조작함으로써, 예를 들면, 압박동작이나 반송동작 등에 최적의 방향제어기기로서 사용할 수가 있다.
또한, 본 실시형태의 드라이버(118)에서는, 회전구동원(14)의 외부에 부설되는 엔코더 등의 검출기가 필요하지 않다. 그러므로, 소형화, 경량화를 달성할 수가 있다.
또한, 도25에 나타내는 바와 같이, 작은 지름의 부착용홀부(90)를 가지며 종단면이 L자 형상으로 굴곡하는 제1부착금구(92)를, 복수의 나사부재(94)를 통하여 로드커버(16)의 측면에 대하여 장착한다. 또, 작은 지름의 부착용홀부(96)를 가지며 하우징(12)의 평탄한 저면부에 대하여 상기 하우징(12)의 축선과 직교하며, 또한, 서로 반대방향으로 연장되는 한쌍의 제2부착금구(98)(단, 한쪽은 도시하지 않음)를 장착하면 좋다. 상기 제1부착금구(92) 및 제2부착금구(98)를 사용하는 것에 의하여, 전동액츄에이터(11)의 부착성이 향상함과 동시에, 설치환경에 대한 범용성을 증대시킬 수가 있다.
또, 도26에 나타내는 바와 같이, 도25의 전동액츄에이터(11)에 대하여, 하우징(12)과 로드커버(16)와의 사이에 장착되며, 상면이 개구하는 커버부재(100)를 장착하도록 하여도 좋다. 상기 커버부재(100)를 장착하는 것에 의하여, 상기 커버부재(100)가 장착되어 있지 않은 경우와 비교하여, 먼지 등이 전동액츄에이터(11)의 내부에 진입하는 것을 억제할 수가 있다.
또한, 도27에 나타내는 바와 같이, 상기 상면을 포함하는 모든 면이 폐쇄된 다른 커버부재(102)를 하우징(12)과 로드커버(16)와의 사이에 장착하는 것에 의하여, 전동액츄에이터 내부로의 먼지 등의 진입을 적절히 저지할 수가 있다.
이 경우, 도28에 나타내는 바와 같이, 상기 커버부재(102)에는, 단면이 원호 상으로 이루어지는 센서장착용의 긴 홈(104)이 형성되며, 상기 긴 홈(104)을 따라서 임의의 위치에 피스톤(22)의 위치를 검출하는 센서(106)가 장착되는 것이 좋다. 상기 센서(106)는 적어도 자기센서, 근접센서, 포토마이크로센서 등을 포함하며, 그 중의 어느 하나면 좋다.
다음에, 다른 구성에 있어서의 전동액츄에이터(180)를 도29~도31에 나타낸다. 또한, 도2에 나타내는 전동액츄에이터(11)와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다. 또, 한쌍의 피스톤댐퍼(56a, 56b) 및 제1 및 제2엔드댐퍼(36a, 36b)의 기능은 상기 실시형태와 동일하기 때문에, 그 상세한 설명 또한 생략한다.
이 밖의 구성에 있어서의 전동액츄에이터(180)는, 한쌍의 가이드로드(20a, 20b)가 없으며, 원통형상의 하우징(182)과 단부착 원통형상의 로드커버(184)를 연결하는 장척의 원통형상 튜브(186)를 구비하며, 상기 튜브(186)의 중공부(188)내에 피스톤(190)이 수납 장착되어 있는 점에서 상기의 실시형태는 다르다.
상기 피스톤(190)의 외주면에는, 수지제 재료에 의하여 형성되고 축선방향을 따라서 연장되는 한쌍의 가이드플레이트(192a, 192b)와, 종단면이 원호형상인 반원형상으로 이루어지는 한쌍의 마그네트(194a, 194b)가 각각 고정 장착된다.
이 경우, 상기 한쌍의 가이드플레이트(192a, 192b)만이 튜브(186)의 내벽에 형성된 평탄한 가이드면(196a, 196b)을 따라서 미끄럼운동하도록 설치된다. 따라서, 상기 피스톤(190)에 대한 가이드작용 및 튜브(186)의 둘레방향에 대한 회전방지 작용이 이루어진다. 상기 가이드플레이트(192a, 192b)를 제외한 다른 부위에 있 어서는 피스톤(190)의 외벽과 튜브(186)의 내벽과의 사이에 소정의 클리어런스(198)가 형성된다(도31 참조).
또한, 피스톤(190)의 내부에 동일형상으로 이루어지는 슬라이딩 너트(52)가 미끄럼운동이 가능하게 장착되는 점은, 상기 실시형태와 동일하다. 또, 상기 슬라이딩 너트(52)는 피스톤(190)의 일단부에 연결된 연결부재(200)와, 피스톤(190)의 타단부에 장착된 C클립(202)에 의하여 유지된다(도30 참조).
상기 튜브(186)의 외주면의 소정 부위에는, 예를 들면, 자기센서, 근접센서, 포토마이크로센서 등의 어느 하나로 이루어지는 센서(106)가 조임금구(108) 및 밴드부재(110)에 의해서 장착된다. 상기 마그네트(194a, 194b)의 자계를 튜브(186)에 장착된 센서(106)에 의하여 검지한다. 따라서, 상기 피스톤(22)의 위치검출이 이루어진다(도32 참조).
또, 도33에 나타내는 바와 같이, 종단면이 대략 L자형상으로 굴곡하는 제1 부착금구(112)를 로드커버(184)의 나사부에 장착하고, 잠금너트(114)를 조이는 것에 의하여 상기 제1부착금구(112)를 유지하도록 한다. 또, 상기 하우징(182)과 회전구동원(14)과의 환상단차부분에 장착된 제2부착금구(116)를 잠금너트(117)에 의하여 유지하도록 하면 좋다. 또한, 상기 제1부착금구(112) 및 제2부착금구(116)에는 각각 원형상의 부착용 홀부(141)가 형성되어 있다.
또한, 도34에 나타내는 바와 같이, 잠금너트(114)를 통하여 직사각형의 플레이트상으로 이루어지는 부착금구(142)를, 로드커버(184)에 장착한다. 또는, 도35에 나타내는 바와 같이, 한쌍의 원주형상의 피벗(pivot)(143a, 143b)을 갖는 환상부재 (144)를 로드커버(184)측에 장착하고, 상기 피벗(143a, 143b)을 도시하지 않는 부시에 의하여 지지하는 것에 의하여 전동액츄에이터(180)가 요동이 자유롭게 지지되는, 이른바 트러니언형(trunnion type) 실린더와 같이 구성하여도 좋다.
이상의 실시형태에서는, 도2 및 도21에 나타내는 바와 같이, 피스톤로드(24)가 신축동작하는 로드타입만이 개시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 피스톤(22)에 도시하지 않는 슬라이드테이블을 연결하여 사용하는 슬라이드테이블형에도 적용할 수가 있는 것은 물론이다.
이 경우, 상기 피스톤로드(24)를 상기 피스톤(22)으로부터 분리시키고, 피스톤로드(24)가 관통하는 홀부가 폐쇄된 도시하지 않는 다른 로드커버를 사용하는 것에 의하여, 로드타입으로부터 슬라이드테이블타입으로 용이하게 변경할 수가 있다.
본 실시형태에 있어서의 액츄에이터 제어시스템(10)에는 미리 설정된 소정의 토크를 넘는 부하가 회전구동원(14)에 대하여 부여되었을 때에, 감속비를 자동적으로 전환하는 감속비 자동전환장치를 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 부하에 의하여 회전구동원의 회전속도를 자유롭게 컨트롤할 수가 있다.
도36은, 제1감속비 자동전환장치(210)의 분해사시도이다. 도36에 나타내는 바와 같이, 제1감속비자동전환장치(210)는 2분할되어 구성되는 하우징(212a, 212b) 및 유성기어기구(214)를 구비한다.
상기 하우징(212a)은 직사각형상이며, 후술하는 내부기어(220)가 입력축(226) 방향으로 평행이동한 경우에, 후술하는 내부기어 잠금수부(230a~230d)와 결합하기 위한 원호형상 돌기인 잠금부(232a~232d)가 내부에 형성된다. 또한 상기 입 력축(226)을 회전이 자유롭게 축지지하기 위한 베어링부(234a)가 상기 하우징(212a)에 설치되어 있다.
하우징(212b)은 하우징(212a)과 동일하게 직사각형상이다. 후술하는 바와 같이, 내부기어(220)가 출력축(228)방향으로 평행이동한 경우에, 내부기어 잠금수부(231a~231d)와 결합하기 위한 원호형상 돌기인 잠금부(233a~233d)가 내부에 형성ㄷ된다. 또, 상기 출력축(228)을 회전이 자유롭게 축지지하기 위한 베어링부(234b)가 설치되어 있다.
유성기어기구(214)는, 입력축(226)과 일체적으로 형성된 단일의 태양기어(216)와, 상기 태양기어(216)의 둘레방향을 따라서 약 120도의 각도로 서로 이간하여 맞물리면서, 공전 및 자전하는 복수의 유성기어(218a, 218b, 218c)와 내부기어(220) 및 캐리어(222)를 구비하고 있다. 또한, 상기 복수의 유성기어는 3개로 한정되는 것이 아니며, 2개 이상이면 좋다.
상기 캐리어(222)는 원통형상의 지름이 큰 내측부(223)와 이 내측부(223)로부터 상기 하우징(212b)을 향해서 돌출하는 출력축(228)을 갖는다. 상기 내측부(223)의 내부로 면하여 상기 태양기어(216)가 면삽입된다. 상기 내측부(223)에는, 120도씩 등각도로 이간되어 있는 복수의 창(window)부(221)가 형성된다. 상기 유성기어(218a, 218b, 218c)는 각각 상기의 창부(221)에 면한다.
상기 유성기어(218a, 218b, 218c)는 핀(224)에 의하여 캐리어(222)에 대하여 회전이 자유롭게 축지지되며, 상기 핀(224)에는 도38 및 도39에 나타내는 바와 같이 그 외주의 일부를 절단형성한 절단부(229a, 229b)가 설치되어 있다. 상기 절단 부(229a, 229b)에 의하여 유성기어(218a, 218b, 218c)와 핀(224)의 사이에 클리어런스(225a, 225b)가 형성된다. 상기 클리어런스(225a, 225b)에, 예를 들면, 오일이나 그리스 등이 충전된다. 상기 오일 또는 그리스는 점도가 높은 품질의 것이 바람직하다.
또한, 상기 유성기어(218a, 218b, 218c)의 외주측에는, 지름이 큰 내부기어(220)가 끼워 결합하고, 상기 내부기어(220)의 내주에 각설된 내부의 톱니와 맞물린다. 상기 태양기어(216)와 일체적인 입력축(226)은, 도시하지 않는 회전구동원에 커플링부재(도시하지 않음)를 통하여 연결된다. 이 경우, 상기 입력축(226)과 출력축(228)은 동일 축상에 설치되어 있는 것은 도36으로부터 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
태양기어(216), 유성기어(218a, 218b, 218c) 및 내부기어(220)는 각각 톱니가 경사되어 형성된 헬리컬기어로 구성되어 있다. 이 경우, 유성기어(218a, 218b, 218c)와 캐리어(222)의 내측부(223)와의 사이 및 유성기어(218a, 218b, 218c)와 내부기어(220)의 사이에는, 점성저항을 얻기 위하여 점도가 높은 오일이나 그리스 등이 충전 내지 도포되어 있다.
또한, 점성저항을 효과적으로 얻기 위해서는, 내측부(223)와 유성기어(218a, 218b, 218c)의 사이의 클리어런스(227)가 0.1㎜이하인 것이 바람직하다(도40 참조).
태양기어(216), 유성기어(218a, 218b, 218c)및 내부기어(220)를 구성하는 헬리컬기어의 비틀림각(나사산을 따른 나선형상의 경사각도)은, 특별히 한정되지 않 으나, 약 30°~40°인 것이 바람직하다. 또, 점성저항체로서 사용되는 오일이나 그리스 등의 점도는 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 점도는 약 10000~100000(cSt)(0.01㎡/s~0.1㎡/s)인 것이 바람직하다. 또한, 점성저항부재의 점성저항은, 상술한 클리어런스(227)의 폭, 그리스 등의 점도 외에 전단속도에 의해서도 변화시킬 수가 있다.
상기 내부기어(220)의 원통형상의 단부에는 각각 만곡하여 돌출하는 복수의 내부기어 잠금수부(230a~230d, 231a~231d)가 형성되어 있다. 내부기어 잠금수부(230a~230d, 231a~231d)는 도50에 나타내는 바와 같이, 잠금부(232a~232d, 233a~233d)에 대응하여 둘레방향으로 곡선을 그리는 돌기형상이다. 내부기어 잠금수부(230a~230d, 231a~231d) 및 잠금부(232a~232d, 233a~233d)는 내부기어의 잠금기구로서 기능한다.
상기와 같이 구성되는 입력축(226), 내부기어(220) 및 캐리어(222)를 조립할 때에는, 우선, 입력축(226)을 하우징(212a)의 베어링부(234a)에 삽입하고, 출력축(228)을 하우징(212b)의 베어링부(234b)에 삽입하며, 상기 캐리어(222)의 외측에 내부기어(220)를 끼워결합한다. 그리고, 입력축(226)의 태양기어(216)를 유성기어(218a, 218b, 218c)에 맞물리도록 하우징(212a)과 하우징(212b)을 접합하고 나사고정한다. 따라서, 상기 하우징(212a, 212b)의 내부에 유성기어기구(214)가 수납 장착된다(도37 참조).
다음에, 상기 제1감속비자동전환장치(210)의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 도시하지 않는 회전구동원을 가세하여 회전구동원의 회전구동력을 입 력축(226)을 통하여 태양기어(216)에 전달한다. 이 회전구동력은, 입력축(226)으로부터 출력축(228)의 방향(도37의 화살표Z 방향)으로 보아, 입력축(226) 및 태양기어(216)를 시계방향으로 회전시키는 것으로 한다.
입력축(226)에 저부하의 회전력이 전달되면, 유성기어(218a, 218b, 218c)는 자전하지 않고 화살표 방향으로 공전(이것을 크로스한 화살표 방향으로 나타낸다. 이하 동일)하며, 내부기어(220)도 화살표 방향으로 공전(굵은 글씨의 화살표 방향으로 나타낸다. 이하 동일)하고, 캐리어(222)도 일체화 되어 시계방향으로 공전한다(도42 참조). 이는 태양기어(216), 유성기어(218a, 218b, 218c), 내측부(223) 및 내부기어(220)의 사이에서는 점성저항체가 사용되고 있으며, 이 점성저항체의 점성저항에 의하여 정마찰력이 작용하기 때문이다.
즉, 도42에 있어서, 태양기어(216)가 화살표 방향으로 회전(사선 화살표 방향으로 나타낸다. 이하 동일)하면, 저회전이기 때문에 내측부(223)와 내부기어(220)와의 사이의 점성저항체에 의하여, 정마찰력이 작용한다. 결과적으로, 상기 내측부(223)와 내부기어(220)와 유성기어(218a, 218b, 218c)와, 태양기어(216)가 일체화되어 회전하게 된다.
다음에, 미리 설정된 토크를 넘는 부하가 출력축(228)을 통하여 캐리어(222)에 부여된 경우, 태양기어(216)가 회전하는 것에 의하여, 유성기어(218a, 218b, 218c)는 공전하지 않고 태양기어(216)와 반대방향인 시계반대방향으로 자전(백색 화살표방향)하며, 유성기어(218)와 맞물려 있는 내부기어(220)도 시계반대방향으로 회전하게 된다(도43 참조). 즉, 출력축(228)이 부여되는 부하에 의하여 회전속도가 저하하면, 상기 출력축(228)과 일체적으로 형성된 캐리어(222)도 회전속도가 저하하게 된다.
그러나, 내부기어(220)는 종전과 같이 회전하려고 한다. 환언하면, 캐리어(222)의 회전속도보다도 내부기어(220)의 회전속도가 크다. 그러므로, 상기 내부기어(220)와 캐리어(222)의 사이의 점성저항이 증가한다. 상술한 바와 같이 점성저항이 증대함에 따라, 유성기어(218a, 218b, 218c) 및 그들에 맞물리는 내부기어(220)가 헬리컬기어이기 때문에, 그 치근(stripe of teeth)방향으로 추력이 발생하고, 도44에 나타내는 바와 같이 내부기어(220)가 화살표 방향 Z1으로 이동하게 된다.
그 결과, 내부기어 잠금수부(231b)와 잠금부(233b), 내부기어 잠금수부(231c)와 잠금부(233c)가 맞물리며, 내부기어(220)가 잠김상태로 되어 다시 이동을 저지하게 된다. 상기 내부기어(220)가 잠김상태로 되는 것에 의하여, 태양기어(216)의 도42에 있어서의 사선화살표 방향의 자전에 의하여 유성기어(218a, 218b, 218c)가 시계반대방향으로 자전하면서, 캐리어(222)와 함께 시계방향으로 공전하며(도45 참조), 출력축(228)에 대하여 감속된 회전속도와 증대된 토크가 전달된다. 이 경우, 상기 토크는 유성기어(218a, 218b, 218c)와 내부기어(220)와의 기어비(比)에 대응한 힘으로 된다.
이어서, 내부기어(220)의 잠김상태를 해제하기 위하여, 회전구동방향을 반전시킨다. 즉, 입력축(226)을 통하여 태양기어(216)를 시계반대방향으로 회전시킨다. 이 결과, 도46에 나타내는 바와 같이, 태양기어(216)의 회전에 의하여 유성기어(218a, 218b, 218c)가 시계방향으로 자전하면서 캐리어(222)와 함께 시계반대방향 으로 공전한다.
태양기어(216)가 시계반대방향으로의 회전을 개시한 직후에는, 내부기어(220)는 잠김상태, 즉, 정지한 상태이다. 그러므로, 캐리어(222)와 내부기어(220)의 사이에는 상대적으로 회전속도수의 차이가 발생하는 것에 의하여, 내부기어(220)와 내측부(223)사이의 점성저항이 증대한다. 이 내부기어(220)와 내측부(223)간의 점성저항의 증대 및 유성기어(218a, 218b, 218c) 및 내부기어(220)가 각각 헬리컬기어이기 때문에, 기어의 원통면에 나선형상으로 형성된 치근의 방향으로 추력이 발생한다.
상기 추력에 의하여, 내부기어(220)가 Z1의 방향과 역방향으로 평행이동하게 된다. 내부기어(220)가 Z1의 방향과 역방향으로, 또한 시계방향으로 회전하면서 평행이동하며, 내부기어(220)의 내부기어 잠금수부(230)가 하우징(212b)의 잠금부(232)로부터 이간하여, 내부기어(220)의 잠김상태가 해제된다.
상기와 같이, 내부기어(220)의 잠김상태가 해제되면, 태양기어(216)의 시계반대방향의 회전에 맞추어 유성기어(218a, 218b, 218c), 내부기어(220) 및 캐리어(222)가 다시 일체화되어 태양기어(216)의 주위를 시계반대방향으로 공전하며(도47 참조), 도41에 나타내는 초기위치로 복귀한다.
즉, 내부기어(220)의 잠김상태가 해제된 후, 태양기어(216)가 시계반대방향으로 높은 속도로 회전하면, 유성기어(218a, 218b, 218c)는 그 자전을 하지 않고 시계반대방향으로 회전하며, 내부기어(220)도 시계반대방향으로 자전한다.
상기의 경우는, 입력축(226) 및 태양기어(216)를 시계방향으로 회전시키고 있는 상태를 설명하였다. 그러나, 이들 입력축(226)과 태양기어(216)를 시계반대방향으로 회전시킨 경우도 동일한 동작과 효과를 나타낸다.
즉, 입력축(226) 및 태양기어(216)를 시계반대방향으로 회전시키고, 이 상태에서 미리 설정된 토크를 넘는 부하가 출력축(228)을 통하여 캐리어(222)에 부여된 경우에는, 도48에 나타내는 바와 같이, 내부기어 잠금수부(230b)와 잠금부(232b), 내부기어 잠금수부(230c)와 잠금부(232c)가 각각 맞물려서, 내부기어(220)가 잠김상태가 된다. 또한, 회전구동력을 반전시키고, 입력축(226)을 통하여 태양기어(216)를 시계방향으로 회전시키는 것에 의하여, 내부기어(220)가 잠김상태로부터 해제되며, 도41에 나타내는 초기위치로 복귀한다.
한편, 도44에 나타내는 바와 같이 내부기어(220)가 잠김상태에 있을 때, 출력축(228)에 부여되는 부하를 감소시키는 것에 의하여, 상기 내부기어(220)의 잠김상태의 해제를 실시할 수가 있다.
즉, 출력축(228)으로의 부하가 감소한 상태에서는, 태양기어(216)의 시계방향 회전에 의하여 유성기어(218a, 218b, 218c)가 시계반대방향으로 자전하면서 캐리어(222)와 함께 시계방향으로 공전하고, 유성기어(218a, 218b, 218c)과 맞물려 있는 내부기어(220)는 시계방향으로 회전한다(도49 참조).
이 경우에, 내부기어(220)와 내측부(223) 사이의 점성저항부재에 의하여, 내부기어(220)의 회전속도가 캐리어(222)의 회전속도보다도 작아져서, 상기 캐리어(222)와 내부기어(220)의 사이에는 상대적으로 회전속도에 차이가 발생하며, 그 결과, 내부기어(220)와 내측부(223)간의 점성저항이 증대한다. 상기 내부기어(220)와 내측부(223)간의 점성저항의 증대하고, 유성기어(218)와 내부기어(220)가 헬리컬기어이기 때문에, 기어의 원통면에 나선상으로 형성된 치근의 방향으로 추력이 발생한다.
또한, 도50에 나타내는 바와 같이, 내부기어 잠금수부(231c)와 잠금부(223c)는 둘래방향으로 곡선을 그리는 형상으로 되어 있기 때문에, 내부기어(220)가 시계방향으로 회전한다. 그러므로, Z1방향과 역방향으로 상기 추력과 함께 힘이 작용하여, 내부기어(220)가 평행이동하게 된다.
즉, 내부기어(220)가 Z1방향과 역방향으로, 또한 시계방향으로 회전하면서 평행이동하고, 내부기어 잠금수부(231a~231d)가 잠금부(233a~233d)로부터 이간하여 내부기어(220)의 잠김상태가 해제된다.
제1감속비자동전환장치(210)에서는, 태양기어(216), 유성기어(218a, 218b, 218c) 및 내부기어(220)에 헬리컬기어를 사용하고, 캐리어(222)에 설치된 내측부(223)와 내부기어(220)와의 사이에 점성저항부재를 설치한다. 따라서, 미리 설정된 토크를 넘는 부하가 캐리어(222)에 부여되는 경우에, 내부기어(220)와 캐리어(222)와의 상대적 회전속도의 차에 의거하여, 내부기어(220)가 입력축(226)방향 또는 출력축(228)방향으로 평행이동한다. 그리하여, 출력축(228)으로부터 액츄에이터의 변위부재에 전달되는 감속비를 자동적으로 전환시킬 수가 있다.
또, 액츄에이터의 변위부재가 외측루트에서 일단 정지한 후에, 다시, 외측루트 방향으로 변위하는 경우에도 용이하게 내부기어(220)의 잠김상태를 해제하고, 감속비를 자동으로 전환하는 것이 가능해 진다. 또한, 액츄에이터의 변위부재를 저 토크, 고속으로 외측루트를 따라서 변위시킬 수가 있다.
다음에, 제1감속비자동전환장치(210)가 설치된 압박장치(270)(액츄에이터)에 대하여 도51~도53을 참조하여 설명한다.
압박장치(270)(액츄에이터)는 자재(W)를 필요에 따라서 압박하기 위한 장치이며, 기본적으로 전동모터(272), 자동감속기(274), 감속비 고정감속기(276), 이송나사축(278), 이동부재(280), 파이프(282) 및 가이드(284)를 포함한다. 또한, 이동부재(280) 및 파이프(282)는 액츄에이터의 변위부재로서 기능한다.
압박장치(270)는, 회전구동원인 전동모터(272)의 가세작용하에 자동감속기(274) 및 감속비 고정감속기(276)를 통하여 이송나사축(278)이 회전된다. 상기 이동부재(280)의 나사홈을 갖는 이송너트(도시하지 않음)가 가이드(284)에 안내되어 이송나사축(278)의 축선방향을 따라서 이동한다. 상기 이동부재(280)에는 자재(W)에 맞접하고, 선단부에 자재(W)를 압박하기 위한 압박부(286)를 갖는 파이프(282)가 연결되어 있다. 상기 파이프(282)의 내부는 공동(空洞)이다. 이 구조에서, 상기 공동내부를 이송나사축(278)이 삽입 관통하는 구조로 되어 있다.
전동모터(272)가 구동되고, 상기 전동모터(272)의 저부하의 회전력이 태양기어(216)를 회전시킨다. 그 결과, 유성기어(218a, 218b, 218c), 내부기어(220) 및 캐리어(222)가 일체화되어 태양기어(216)의 주위를 시계방향으로 공전한다(도42 참조). 따라서, 입력축(226)의 회전수에 대응하는 회전이 출력축(228)에 전달되어 고속회전한다. 출력축(228)으로부터 감속비고정감속기(276)를 통하여 이송나사축(278)이 회전되며, 이동부재(280)의 나사홈을 갖는 이송너트가 가이드(284)에 안내 되어 이송나사축(278)의 축선방향을 따라서 이동한다. 따라서, 도51에 나타내는 초기위치로부터 압박부(286)가 자재(W)측을 향하여 고속으로 변위하게 된다(도52 참조).
도53에 나타내는 바와 같이, 변위하는 압박부(286)가 자재(W)에 맞접하고, 압밥장치(270)로부터 미리 설정된 트크를 넘는 부하가 출력축(228)을 통하여 캐리어(222)에 부여된다. 이 경우, 상기 태양기어(216)가 회전하는 것에 의하여, 유성기어(218a, 218b, 218c)는, 공전(公轉)하지 않고 태양기어(216)와 반대반향인 시계반대방향으로 자전한다. 상기 유성기어(218a, 218b, 218c)와 맞물려 있는 내부기어(220)는, 시계반대방향으로 회전하게 된다(도43 참조). 이 결과, 내부기어(220)에 추력이 작용하여, 내부기어(220)가 Z1방향으로 평행이동하게 된다.
내부기어(220)가 Z1방향으로 평행이동하는 결과, 도44에 나타내는 바와 같이, 내부기어 잠금수부(231b)와 잠금부(233b), 내부기어 잠금수부(231c)와 잠금부(233c)가 맞물리며, 내부기어(220)가 잠김상태가 된다. 내부기어(220)가 잠김상태가 되는 것에 의하여, 태양기어(216)의 회전에 의하여 유성기어(218)가 시계반대방향으로 자전하면서, 캐리어(222)와 함께 시계방향으로 공전하고(도45 참조), 출력축(228)을 통하여 증대된 토크가 압박장치(270)의 압박부(286)로 전달된다. 따라서, 상기 압박부(286)에 의하여 자재(W)가 압박된다(도53 참조). 이에 의하여, 자재(W)의 압박가공이나 상기 자재(W)의 위치의 이동동작이 행해진다.
또한, 내부기어(220)가 잠김 상태에 있어서의 감속비는, 태양기어(216)의 톱니수 Z(A), 내부기어(220)의 톱니수 Z(C)로 하면, 1/(1+Z(C)/Z(A))로 표시된다. 출 력축(228)으로부터 도출되는 출력토크는, 입력축(226)으로부터 도입되는 입력토크의 (1+Z(C)/Z(A)) 배가 된다. 예를 들면, 태양기어(216)의 톱니수를 12톱니로 하고, 내부기어(220)의 톱니수를 66톱니로 한 경우, 6.5배의 높은 토크가 얻어진다.
상기와 같이, 자재(W)를 압박부(286)에 의하여 압박한 후, 전동모터(272)에 통전하는 전류의 극성을 반전시키는 것에 의하여, 입력축(226)을 통하여 태양기어(216)가 시계반대방향으로 회전된다. 상기 태양기어(216)의 회전에 의하여 유성기어(218a, 218b, 218c)가 시계반대방향으로 자전하면서, 캐리어(222)와 함께 시계반대방향으로 공전한다(도46 참조).
이 결과, 내부기어(220)에 추력이 작용한다. 상기 내부기어(220)가 Z1방향과 역방향으로, 또한, 시계방향으로 회전하면서 평행이동한다. 상기 내부기어(220)의 내부기어 잠금수부(230)가 하우징(212b)의 잠금부(232)로부터 이간하여 내부기어(220)의 잠김상태가 해제된다.
내부기어(220)의 잠김상태가 해제되면, 태양기어(216)와 시계반대방향의 회전에 맞추어, 유성기어(218a, 218b, 218c), 내부기어(220) 및 캐리어(222)가 다시 일체화 되어 태양기어(216)의 주위를 시계반대방향으로 공전한다(도47 참조).
이 결과, 출력축(228)에는 입력축(226)에 대응하는 회전속도가 직접 전달되어 고속회전한다. 상기 압박부(286)가 자재(W)측으로부터 이간하는 방향으로 가이드(284)로 안내되면서 고속으로 이동한다. 그리하여, 도51의 초기위치로 복귀시킬 수가 있다.
제1감속비자동전환장치(210)에 의하면, 액츄에이터로부터 미리 설정된 토크 를 넘는 부하가 출력축(228)을 통하여 캐리어(222)에 부여되었을 때, 태양기어(216)와 동일한 회전방향으로 회전하고 있는 내부기어(220)가, 태양기어(216)와 다른 방향으로 회전한다. 따라서, 내부기어 잠금수부(230a~230d, 231a~231d)와 잠금부(232a~232d, 233a~233d)가 맞물려서, 내부기어(220)의 회전이 정지되어 잠기게 된다. 상기 내부기어(220)가 잠김상태가 되는 것에 의하여, 출력축(228)을 통하여 전달되는 감속비가 자동적으로 전환되며, 액츄에이터의 변위부재가 높은 토크, 저속으로 변위한다.
한편, 상기 변위부재가 외측루트로부터 복귀루트로 변위방향을 변경하기 위해서는, 회전구동원의 전류의 극성을 역전시키면 상기와 같이 태양기어(216)를 반전시켜 내부기어(220)의 잠김상태가 해제된다. 그러므로, 출력축(228)으로부터 액츄에이터를 구성하는 변위부재에 전달되는 감속비가 자동적으로 전환된다. 따라서, 상기 변위부재는 낮은 토크, 고속으로 복귀루트를 따라서 변위시킬 수가 있다.
또한, 제1감속비자동전환장치(210)에 있어서, 출력축(228)의 회전수가 입력축(226)의 회전수보다 작아지고, 입력축(226)의 회전수와 출력축(228)의 회전수의 차이가 커진 경우에 있어서도, 출력축(228)에 효율적으로 회전속도 및 토크를 전달하기 위하여, 입력축(226)과 캐리어(222)간에 내부저항으로서 기능하는 비스커스커플링부(236)를 설치할 수 있다.
상기 비스커스커플링부(236)를 구비하는 제2감속비자동전환장치(210A)를 도54에 나타낸다. 상기 제2감속비자동전환장치(210A)에서는, 캐리어(222)측에 비스커스커플링부(236)를 설치하고 있다.
상기 비스커스커플링부(236)는 출력축(228)에 중심부에 홀을 갖는 복수의 원판(238)이 서로 소정의 간격을 이간하여 적층된다. 상기 복수의 이간하는 원판(238)사이에 캐리어(222)와 일체적으로 설치된 원판(239)이 끼워 장착된다. 또한, 복수의 원판(238, 239)사이에는 점도가 높은 오일이나 그리스가 충전되어 있다.
다음에, 제3감속비자동전환장치(210B)를 도55에 나타낸다. 상기 제3감속비자동전환장치(210B)는 제2감속비자동전환장치(210A)에 대하여 내부기어(220A)의 외주단면에 내부기어 잠금해제기구(240)가 설치되어 있다.
도56에도 나타내는 바와 같이, 상기 내부기어 잠금해제기구(240)는 스프링부착부(242), 스프링(244a, 244b) 및 내부기어 잠금수부(230a~230d, 231a~231d)를 포함한다.
내부기어(220A)의 외주면에는 축방향의 대략 중앙의 위치에 원환상으로 설치되어 있는 스프링부착부(242)를 끼고 홈이 형성된다. 상기 홈에 나선상으로 스프링(244a, 244b)이 감긴다. 또한 상기 내부기어(220)의 원통상의 단부에는 각각 돌출한 복수의 내부기어 잠금수부(230a~230d, 231a~231d)가 형성되어 있다. 또한, 제3감속비자동전환장치(210B)에서는 스프링(244a, 244b)이 사용된다. 그러나, 탄성부재가 사용된다면 스프링부재로 한정되지 않는다. 예를 들면, 고무 등을 사용할 수도 있다. 또, 탄성부재의 탄성력과 동등한 기능을 확보할 수 있는 내부기어 잠금해제기구(240)로서 자석을 사용하여도 좋다.
따라서, 상기 제3감속비자동전환장치(210B)를 도51~도53에 나타내는 압박장치(270)에 설치할 수 있다. 도52에 나타내는 상태에서, 압박부(286)가 자재(W)를 향하여 소정의 거리만큼 변위하여 자재(W)에 맞접하며, 압박장치(270)로부터 미리 설정된 토크를 넘는 부하가 출력축(228)을 통해서 캐리어(222)에 부여된 경우, 태양기어(216)가 회전하는 것에 의하여, 유성기어(218a, 218b, 218c)는 공전하지 않고 태양기어(216)와 반대방향인 시계반대방향으로 자전하고, 유성기어(218)와 맞물려있는 내부기어(220A)는 시계반대방향으로 회전하게 된다(도43 참조). 이 결과, 내부기어(220A)에 추력이 작용하여, 내부기어(220A)가 Z1방향으로 평행이동하게 된다.
내부기어(220A)가 Z1방향으로 평행이동하고, 내부기어 잠금수부(231)와 잠금부(233)가 맞물려 내부기어(220A)가 잠김상태로 된다. 내부기어(220A)가 잠김상태로 되면, 태양기어(216)의 회전에 의하여 유성기어(218)가 시계반대방향으로 자전하면서, 캐리어(222)와 함께 시계방향으로 공전한다.(도45 참조) 따라서, 출력축(228)을 통하여 증대된 토크가 압박장치(270)의 압박부(286)에 전달되는 것에 의하여 압박부(286)에 의해 자재(W)가 압박된다(도53 참조).
다음으로, 압박부(286)에 의하여 자재(W)를 압박한 후, 전동모터(272)에 통전하는 전류의 극성을 반전시킨다. 따라서, 입력축(226)을 통하여 태양기어(216)가 시계반대방향으로 회전된다. 태양기어(216)의 회전에 의하여 유성기어(218)가 시계방향으로 자전하면서, 캐리어(222)와 함께 시계반대방향으로 공전한다(도46 참조).
이 결과, 내부기어(220A)에 추력이 작용한다. 상기 내부기어(220A)가 Z1 방향과 역방향으로, 그리고 시계방향으로 회전하면서 평행이동하며, 내부기어(220A)의 내부기어 잠금수부(231)가 하우징(212b)의 잠금부(233)로부터 이간하여 내부기 어(220A)의 잠김상태가 해제된다.
제3감속비자동전환장치(210B)에 의하면, 내부기어(220B)에 내부기어 잠금해제기구(240)를 설치하는 것에 의하여, 내부기어 잠금수부(230), 내부기어 잠금수부(231)와 잠금부(232), 잠금부(233)의 잠김상태의 해제를 신속하게 실시할 수가 있다.
다음에, 제4감속비자동전환장치(210C)를 도57에 나타낸다. 도57에 나타내는 바와 같이, 제4감속비자동전환장치(210C)는 하우징(212a, 212b) 및 유성기어기구(214B)를 포함한다. 상기 하우징(212a, 212b)은 그 내부에 유성기어기구(214B)를 수용한다.
상기 하우징(212a)에는, 캐리어(222B)가 입력축(226)방향으로 평행이동한 경우에, 후술하는 캐리어 잠금수부(252)와 결합하기 위한 돌기형상의 잠금부(254)가 내부에 형성되어 있다. 또, 하우징(212b)에는 캐리어(222)가 출력축(228B)방향으로 평행이동한 경우에, 후술하는 캐리어 잠금수부(253)와 결합하기 위한 돌기형상의 잠금부(255)가 내부에 형성되어 있다. 상기 잠금부(254, 255)는 둘래방향으로 곡선을 그리는 돌기형상이다. 또, 내부기어(220B)를 회전이 자유롭게 축지지하기 위한 베어링부(234c)가 설치되어 있다.
상기 유성기어기구(214B)는, 입력축(226)과 일체적으로 형성된 태양기어(216)와, 상기 태양기어(216)의 둘래방향을 따라서 약 120도의 각도로 서로 이간하여 맞물리며, 공전 및 자전하는 유성기어(218a, 218b, 218c)와, 내부기어(220B) 및 캐리어(222B)를 구비하고 있다. 상기 캐리어(222B)는, 원통상의 지름이 큰 내측부 (223B)와 이 내측부(223B)와 같은 방향으로 돌출하는 입력축(226)을 가진다. 상기 내측부(223B)에 지름이 작은 태양기어(216)가 삽입되며, 상기 유성기어(218a, 218b, 218c)는 상기 캐리어(222B)에 설치되어 있는 창부(221)에 면한다. 또한, 상기 유성기어(218a, 218b, 218c)의 외주측에는, 출력축(228)이 일체적으로 설치된 큰 지름의 내부기어(220B)가 설치된다. 상기 내부기어(220B)의 내측둘래에 형성된 내측이빨과도 맞물린다.
상기 내부기어(220B)의 원통상의 단부에 각각 돌출한 복수의 캐리어 잠금수부(252, 253)가 형성되어 있다. 캐리어 잠금수부(252, 253)는 잠금부(254,255)에 대응하여 둘래방향으로 곡선을 그리는 돌기하는 형상이다. 캐리어 잠금수부(252, 253) 및 잠금부(254, 255)는 캐리어 잠금수단으로서 기능한다.
다음에, 상기 제4감속비자동전환장치(210C)의 동작에 대하여 설명한다. 전동모터(272)가 구동되며, 상기 전동모터(272)의 저부하의 회전력은 태양기어(216)를 회전시킨다. 그 결과, 유성기어(218), 내부기어(220B) 및 캐리어(222B)가 일체화되어 태양기어(216)의 주위를 시계방향으로 공전한다(도42 참조). 이 결과, 입력축(226)의 회전수에 대응하는 회전수가 출력축(228B)으로 전달되어 고속회전한다. 출력축(228B)으로부터 감속비고정감속기(276)를 통하여 이송나사축(278)이 회전된다. 상기 이동부재(280)의 나사홈을 갖는 이송너트가 가이드(284)에 안내되어 이송나사축(278)의 축선방향을 따라서 이동한다. 따라서, 도51에 나타내는 초기위치로부터 압박부(286)가 자재(W)측을 향하여 접근하는 방향으로 고속으로 변위하게 된다(도52 참조).
도53에 나타내는 바와 같이, 압박부(286)가 자재(W)에 맞접하고, 압박장치(270)로부터 미리 설정된 토크를 넘는 부하가 출력축(228B)을 통하여 내부기어(220B)에 부여된 경우, 태양기어(216)가 회전하는 것에 의하여, 유성기어(218a, 218b, 218c)는 공전하지 않고 태양기어(216)와 반대방향인 시계반대방향으로 자전하며, 유성기어(218a, 218b, 218c)와 맞물려 있는 내부기어(220B)는 시계반대방향으로 회전하게 된다(도43 참조). 이 결과, 캐리어(222B)에 추력이 작용하여, 캐리어(222B)가 Z방향으로 평행이동하게 된다.
캐리어(222B)가 Z방향으로 평행이동하여, 캐리어 잠금수부(253)와 잠금부(255)가 맞물려 잠김상태가 된다. 상기 캐리어(222B)가 잠김상태가 되는 것에 의하여, 태양기어(216)의 회전에 의하여 유성기어(218a, 218b, 218c)가 시계반대방향으로 자전하면서 캐리어(222B)와 함께 시계방향으로 공전한다.(도45 참조), 출력축(228B)을 통하여 증대된 토크가 압박장치(270)의 압박부(286)에 전달되는 것에 의하여 압박부(286)에 의하여 자재(W)가 압박된다(도53 참조).
이어서, 자재(W)를 압박부(286)에 의하여 압박한 후, 전동모터(272)에 통전하는 전류의 극성을 반전시키는 것에 의하여, 입력축(226)을 통하여 태양기어(216)가 시계반대방향으로 회전된다. 태양기어(216)의 회전에 의하여 유성기구(218a, 218b, 218c)가 시계방향으로 자전하면서 캐리어(222B)와 함께 시계반대방향으로 공전한다(도46 참조). 이 결과, 캐리어(222B)에 추력이 작용한다. 캐리어(222B)가 Z방향과 역방향으로, 그리고, 시계방향으로 회전하면서 평행이동한다. 상기 캐리어(222B)의 캐리어 잠금수부(253)가 잠금부(255)로부터 이간하여 캐리어(222B)의 잠 김상태가 해제된다.
캐리어(222B)의 잠김상태가 해제되면, 태양기어(216)의 시계반대방향의 회전에 맞추어 유성기어(218a, 218b, 218c), 내부기어(220B) 및 캐리어(222B)가 일체화되어 태양기어(216)의 주위를 시계반대방향으로 공전한다(도47 참조). 이 결과, 출력축(228)에는 입력축(226)에 대응하는 회전속도가 직접 출력축(228B)에 전달되어 고속회전한다. 상기 압박부(286)가 자재(W)측으로부터 이간하는 방향으로 가이드(284)에 안내되면서 고속으로 이동되어, 도51에 도시된 초기위치로 복귀시킬 수가 있다.
제4감속비자동전환장치(210C)에 의하면, 액츄에이터로부터 미리 설정된 토크를 넘는 부하가 출력축(228B)을 통하여 내부기어(220B)에 부여되었을 때, 태양기어(216)와 동일한 회전방향으로 회전하고 있는 유성기어(218a, 218b, 218c) 및 캐리어(222B)가 태양기어(216)와 다른 방향으로 회전한다. 따라서, 캐리어 잠금수부(252, 253)와 잠금부(254, 255)가 맞물리며, 캐리어(222B)의 회전이 정지되어 잠김상태가 된다.
캐리어(222B)가 잠김상태가 되는 것에 의하여, 내부기어(220B)를 통하여 전달되는 감속비가 자동적으로 전환된다. 외측루트의 종단위치 부근에 있어서 액츄에이터를 구성하는 변위부재가 고토크, 저속으로 변위한다. 한편, 상기 변위부재가 외측루트로부터 복귀루트측으로 변위할 때, 회전구동원의 전류의 극성을 역전시켜, 태양기어(216)를 반전시켜서, 캐리어(222B)의 잠김상태가 해제된다. 따라서, 출력축(228B)으로부터 액츄에이터의 변위부재에 전달되는 감속비가 자동적으로 전환된 다. 상기 액츄에이터를 구성하는 변위부재는 저토크, 고속으로 복귀루트를 따라서 변위시킬 수가 있다.
다음에, 제5감속비자동전환장치(210D)를 도58에 나타낸다. 도58에 나타내는 바와 같이, 제5감속비자동전환장치(210D)는 제4감속비자동전환장치(210C)에 대하여, 캐리어(222C)의 주연부에 환상의 홈이 설치되며, 그 홈의 가운데에 환상의 스프링(260a, 260b)이 설치되어 있다.
따라서, 상기 제5감속비자동전환장치(210D)를 상기 압박장치(270)에 설치하면, 도52에 나타내는 상태로, 압박부(286)가 자재(W)를 향하여 소정의 거리만큼 변위하여 자재(W)에 맞접한다. 그리고, 압박장치(270)로부터 미리 설정된 토크를 넘는 부하가 출력축(228C)을 통하여 내부기어(220C)에 부여된 경우, 태양기어(216)가 회전하는 것에 의하여, 유성기어(218)는 공전하지 않고, 태양기어(216)와 반대방향인 시계반대방향으로 자전한다. 유성기어(218a, 218b, 218c)와 맞물려 있는 내부기어(220C)는 시계반대방향으로 회전하게 된다(도43 참조). 이 결과, 캐리어(222C)에 추력이 작용하여 캐리어(222C)가 Z방향으로 평행이동하게 된다.
상기 캐리어(222C)가 Z방향으로 평행이동하고, 캐리어 잠금수부(253)와 잠금부(255)가 맞물려 캐리어(222C)가 잠김상태가 된다. 캐리어(222C)가 잠김상태가 되면, 태양기어(216)의 회전에 의하여 유성기어(218a, 218b, 218c)가 시계반대방향으로 자전하면서 캐리어(222C)와 함께 시계방향으로 공전한다.(도45 참조) 출력축(228C)을 통하여 증대된 토크가 압박장치(270)의 압박부(286)에 전달되는 것에 의하여 압박부(286)에 의하여 자재(W)가 압박된다(도53 참조).
다음으로, 자재(W)를 압박부(286)에 의하여 압박한 후, 전동모터(272)에 통전하는 전류의 극성을 반전시키면, 입력축(226)을 통하여 태양기어(216)가 시계반대방향으로 회전된다. 상기 태양기어(216)의 회전에 의하여 유성기어(218a, 218b, 218c)가 시계방향으로 자전하면서 캐리어(222C)와 함께 시계반대방향으로 공전한다(도46 참조).
이 결과, 캐리어(222C)에 추력이 작용한다. 상기 캐리어(222C)가 Z방향과 역방향으로, 그리고, 시계방향으로 회전하면서 평행이동한다. 상기 캐리어(222C)의 캐리어 잠금수부(253)가 잠금부(255)로부터 이간하여 캐리어(222C)의 잠김상태가 해제된다. 캐리어(222C)의 캐리어 잠금수부(253)가 하우징(212b)의 잠금부(255)로부터 이간하고, 캐리어(222C)의 잠김상태가 해제된다. 이 과정 동안, 스프링(260b)의 탄성력(스프링력)에 의하여 캐리어(222C)가 Z1방향과 역방향으로 평행이동된다. 그리고, 캐리어(222C)의 잠김상태가 신속히 해제된다.
제5감속비자동전환장치(210D)에 의하면, 캐리어(222C)에 스프링(260a, 260b)이 설치되어, 캐리어 잠금수부(252, 253)와 잠금부(254, 255)의 잠김상태의 해제를 신속하게 실시할 수가 있다.
또한, 상기 제5감속비자동전환장치(210D)를 감속비고정감속기(276)와 조합하여 사용하는 것에 의하여 광범위한 감속비를 얻게 된다. 예를 들면, 자동감속기(274)의 감속비가 1:4이며, 감속비고정감속기(276)의 감속비가 1:4인 경우는, 유성기어(294)로부터의 입력에 대하여 1:4~1:16의 범위내에서 감속비를 변화시킬 수가 있다. 도59는, 자동감속기(274)와 감속비고정감속기(276)가 서로 연결된 상태를 나 타내는 종단면도이다.
따라서, 압박장치(270)에 있어서 전동모터(272)의 회전운동은, 제1감속비자동전환장치(210)에 의하여, 출력축(228)으로부터 감속비고정감속기(276)에 전달된다. 도59에 나타내는 바와 같이, 감속비고정감속기(276)에서는 출력축(228)과 결합하는 태양기어(290)가 회전하여, 핀(292)에 축지지되어 태양기어(290)와 맞물려 있는 유성기어(294)를 회전시킨다. 또한, 상기 유성기어(294)와 맞물려있는 내부기어(296)가 회전한다. 상기 내부기어(296)에 전달된 회전속도는, 출력축(298) 및 커플링(300)을 거쳐 출력축(302)으로 전달된다. 또한, 커플링(300)과 출력축(302)은 다른 비스커스커플링부(308)에 의해 접속된다. 상기 출력축(302)은 스프링(304)에 의하여 축(306)에 나사고정되어 있다.
이 경우, 출력축(228)에 연결되는 액츄에이터로서는, 압박장치(270)로 한정되지 않는다. 피스톤로드(변위부재)가 왕복동작하는 도시하지 않는 유체압실린더, 슬라이더(변위부재)가 왕복동작하는 선형액츄에이터, 로터리액츄에이터, 클램프암(변위부재)이 왕복동작하는 클램프장치 등과 같이, 직선상 또는 회전상으로 왕복동작하는 기구가 포함될 수 있다. 또한 상기 액츄에이터는 이들로 한정되지 않는다.
도60은, 클램프장치의 1종으로서 척장치(310)를 나타내고 있다. 전동모터(312)로부터의 회전구동력은, 제1감속비자동전환장치(210)가 설치되어 있는 자동감속기(314) 및 감속비고정감속기(316)를 통하여 출력축(318)에 전달된다. 출력축(318)이 회전하면, 나사(320)로 나사고정되어 있는 커플링(322) 및 나사(324)로 나사고정되어 있는 이송너트(326)가 회전한다. 이송너트(326)가 회전하는 것에 의하 여, 이송너트(326)에 나사결합하고 있는 이송나사축(328)이 축선방향을 따라서 이동한다. 이송나사축(328)이 이동하면, 암(330)을 통하여 그립핑부(332)가 자재(W)를 파지할 수가 있다.
여기서, 도61은 회전구동원(14) 뿐인 경우와, 회전구동원(14)에 감속비자동전환장치(예를 들면, 제1감속비자동전환장치(210) 등)를 부설한 경우의 속도에 대한 토크의 특성도면이다. 도61로부터 이해되는 바와 같이, 회전구동원(14)뿐인 경우보다도 감속비자동전환장치를 부설한 경우가 속도에 대한 토크의 제어가 용이하다.
도62는, 방향제어용 드라이버매니폴드의 사시도이다.
복수의 전동액츄에이터(11)(전동실린더)에 접속되는 복수의 방향제어용 드라이버(118)를 복수개 연속적으로 설치하여 매니폴드화하는 것이 가능하다. 이 경우, 복수의 방향제어용 드라이버(118)는 전기신호(예를 들면 시리얼신호)를 전달하는 도시하지 않는 커넥터에 의해 버스결합되어 있다. 또, 전기공급원으로써, 예를 들면 AC100~200V 또는 DC24V를 발생시키는 장치를 부설하는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 방향제어용 드라이버(118)는, 장척의 레일부재(350)에 의하여 착탈이 자유롭게 연달아 설치된다. 또한, 상기 드라이버(118) 및 전원발생장치에 각각 팬을 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 직류 브러시모터는, 상술한 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지의 구성을 채용할 수가 있는 것은 물론이다.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
즉, 예를 들면, 자재의 압박작업 등에 적용시키는 경우, 자재에 맞접하였을 때의 변위부재에 부여되는 충격을 피스톤 댐퍼 등의 완충기구에 의하여 적절히 흡수하여 내구성을 유지할 수가 있다.
또, 본 발명에서는 전동액츄에이터의 이동부재의 위치 및 동작속도 등을 제어하기 위한 엔코더, 리졸버 등의 검출기 및 제어회로가 불필요해지며, 간소한 회로에 의하여 회전구동원에 소손이 발생하는 것을 방지하는 것에 의하여, 비용을 저감시킬 수가 있다.

Claims (8)

  1. 회전구동원의 회전구동력이, 구동력 전달축을 통하여 전달되는 것에 의하여 변위부재가 변위하는 전동액츄에이터와, 상기 전동액츄에이터의 제어장치를 갖는 액츄에이터 제어시스템으로서,
    상기 전동액츄에이터에는, 상기 변위부재에 부여되는 충격을 흡수하는 완충기구가 설치되며,
    상기 제어장치는, 상기 회전구동원에 대하여 공급되는 전류를 검출하는 전류검출수단과, 상기 전류검출수단으로부터의 검출신호와 미리 설정된 기준전류를 비교하는 비교수단과, 가세상태에 있는 상기 회전구동원에 대하여 부하가 부여되어 상기 회전구동원의 구동축이 정지하여 구속된 상태가 되었을 때 상기 회전구동원에 공급되는 상기 전류가 상기 기준전류를 넘지 않도록 제한하는 전류제한수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변위부재는, 피스톤과, 상기 피스톤의 축선 방향을 따라서 형성된 홀부내에 유지되고 상기 구동력 전달축의 나사회전 작용하에 상기 피스톤과 일체적으로 변위하는 슬라이딩 너트를 포함하며,
    상기 완충기구는, 상기 슬라이딩 너트의 축선방향을 따른 양 단부에 각각 설치된 탄성부재로서 상기 피스톤에 부여된 충격을 흡수하는 피스톤댐퍼를 포함하고, 상기 피스톤댐퍼에 의하여 충격을 흡수할 때 상기 슬라이딩 너트와 상기 피스톤은 상기 구동력 전달축의 축선방향을 따라서 상대적으로 변위가 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 제어시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 완충기구는, 탄성부재에 의하여 형성되고 상기 피스톤측에 면하는 하우징의 단부에 설치된 제1엔드댐퍼와, 상기 하우징으로부터 소정의 거리만큼 이간하는 로드커버에 설치된 제2엔드댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 제어시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전구동원에 부여되는 부하에 대응하여, 감속비를 자동적으로 전환하는 감속비전환장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 제어시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전동액츄에이터의 상기 구동력 전달축과 상기 회전구동원과의 사이에 설치되는 플렉시블 커플링기구를 더 포함하고, 상기 플렉시블 커플링기구는, 상기 구동력 전달축의 축선과 상기 회전구동원의 구동축의 축선과의 사이에서 평행방향의 변위를 허용하는 편심허용작용과, 상기 구동력 전달축의 축선과 상기 회전구동원의 구동축의 축선이 교차를 허용하는 편각허용작용을 가지는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 제어시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플렉시블 커플링기구는, 금속제 재료에 의하여 동일형상으로 형성되고 둘레방향으로 소정의 각도만큼 위상이 어긋나게 설치된 한쌍의 허브와, 탄성재료에 의하여 형성되며, 상기 한쌍의 허브의 사이로 회전가능하게 설치되는 십자형의 종단면을 가지는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 제어시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전동액츄에이터의 구동력 전달축의 일단부에는, 휨을 방지하는 링부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 제어시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 슬라이딩 너트와 상기 구동력 전달축과의 미끄럼운동 부위에는, 윤활유 유지수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터 제어시스템.
KR1020050110920A 2004-11-18 2005-11-18 액츄에이터 제어시스템 KR100708917B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

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