WO2006030768A1

WO2006030768A1 - 負荷感応推力増幅機構を持つ動力伝達方法及び装置

Info

Publication number: WO2006030768A1
Application number: PCT/JP2005/016818
Authority: WO
Inventors: Yoshio Murao
Original assignee: Scientific Technologies Ltd.
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2006-03-23
Also published as: EP1801457B1; DE602005017919D1; US20070251342A1; US7584678B2; JP3664406B1; CN100458227C; EP1801457A4; JP2007192238A; CN101023284A; EP1801457A1

Abstract

　簡単な構造で、負荷に対応して回転運動を直線運動に変換する、安価で効率の高い動力伝達方法及び装置を提供する。送りネジ２１と、送りネジよりも径が大となる雌ネジ２２を偏心螺合させ、ワークからの反力を弦巻バネ２８によって検知し、偏心螺合させた雌ネジ２２の回転拘束を解除し、雌ネジ２２を回転させることによって送りネジ２１と雌ネジ２２を差動回転させ、移動速度を減少させると同時に加圧力を増大させる。

Description

明細書

負荷感応推力増幅機構を持つ動力伝達方法及び装置

技術分野

[0001] 本発明は、回転運動を直線運動に変換する動力伝達方法及び装置に関する。さらに詳しくは、直線運動によって目的物体に対し必要な加圧力を与える場合などに利用されるもので、静止状態から目的物体に当接するまでの移動中は、高速度で移動し、目的物体に接触しまたは目的物体を拘束した後は、パネによる負荷力感応機構によって負荷力を検出し、負荷力が設定荷重以上になると自律的に移動速度を減少させ、なおかつ効率よく高推力を発生させることができる、動力伝達方法及び装置、並びに加圧力装置に関する。

背景技術

[0002] あらゆる産業分野で、目的物体を圧入したり、またはプレス加工したり、クランプしたりするために、人力、空気圧シリンダ、または電動機などを動力源とした種々の装置が使用されてきた。

[0003] 小型プレス機を例にとると、人力を動力とするプレス機では、人力によってレバーハンドルを操作し、レバーハンドルの軸に連結したピ-オン歯車を回転させ、ラック軸に直進推力を与える機構を採用しているものが多い。この機構以外にも、カム機構ゃリンク機構によって力を増幅して推力を得ている。人力を利用したプレス機は、簡単な機構と構造であることから安価に製作できるが、プレス力が人力に依存するため安定した作業には不向きである。その上、人力を利用した場合には、製造固定費の中で最も費用の力かる人件費を消費することとなり、近年における装置の省人化または動力化の流れに逆行することとなる。これらの理由から、近年においては、空気圧シリンダーゃ電動機を使用したプレス装置が多く使われている。

[0004] 空気圧シリンダーを使用したプレス装置は、調圧した圧縮空気をシリンダーに供給するとによって安定した加圧力が得られ、また、機構も簡単であることから比較的安価に製作できるという利点があるので、多く使用されている。しかし、動力源としての圧縮空気が必要となり、空気圧縮機の設置が必要となる。また、圧入や力しめなどの作業に必要とされる動力の大きさは、作業位置での加圧力と移動速度によって決まる力空気圧シリンダーの推力はシリンダーの断面積と供給される空気圧との積で決まってしまうために、動作位置に至るまでの空走距離分の容積と戻り行程の容積との合計に相当する空気の圧縮エネルギーがむだに消費されることになる。

[0005] 他方、電動機を使用したプレス装置においては、作業位置での加圧力を大きくするために、減速機などで電動機の出力トルクを増幅した後に回転運動を直線運動に変換して必要な推力を得ている。しかし、単純に減速を行うだけでは回転数が小さくなり、前述の空走距離の移動に時間がかかることになる。

[0006] これまでに空気圧シリンダーや電動機を使った動力伝達装置において、エネルギ一消費を低減しサイクルタイムを短縮する様々な方法や装置の開発が行われてヽる。例えば、電動機を利用した動力伝達機構として、特開平 5— 164209号の「回転運動を直進運動に変換する動力伝達方法及び装置」（特許文献 1)や、特開平 11 15 1632号の「工作機械」（特許文献 2)などがある。

特許文献 1 :特開平 5— 164209号公報

特許文献 2 :特開平 11 151632号公報

特許文献 3：特開昭 61— 180064号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 上に述べた特許文献などで共通する技術は、空走距離の区間を高速且つ低推力で移動させ、圧入ゃカゝしめなどを行う作業位置にぉヽてクラッチなどで減速機を切り換えて減速と推力増幅を行い、これによつて必要な加圧力を得る、ということである。このような従来技術による場合には、いずれも機構が複雑になり、安価な装置を提供できない。

[0008] 本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、簡単な機構で、自律的に直線移動の速度切り換えと推力の増幅とを行うことができ、これによつて安価な動力伝達方法及び装置を実現することにある。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明に係る方法は、電動機の回転運動を直線運動に変換する動力伝達方法であって、前記電動機の出力によって回転する送りネジと、前記送りネジが軸方向に貫通して設けられ且つ前記送りネジと相対回転自在に設けられ、前記送りネジの軸方向に沿った推力を負荷に伝達するための移動ケースと、前記移動ケースの内部に配置され、前記送りネジの有効径よりも大き、有効径を有し前記送りネジと偏心螺合して前記推力を発生する雌ネジと、前記移動ケースの内部に設けられ、前記雌ネジを前記移動ケースに対し相対回転自在に支持し、且つそれ自体が前記移動ケースに対して軸方向移動が可能に配置された軸受けと、前記移動ケースの内部に設けられ、前記軸受けを介して前記雌ネジを軸方向に付勢し、無負荷時において前記雌ネジの片側の端面を前記移動ケースの内側面に押しつけるパネ要素と、を設け、前記電動機によって送りネジを回転させ、前記送りネジの回転によって前記雌ネジおよび前記移動ケースに前記推力を発生させ、前記移動ケースが負荷からの反力を受けて前記雌ネジに発生する推力が前記パネ要素による付勢力よりも大きくなつたときに、前記雌ネジを前記移動ケースに対して軸方向に移動させることにより前記雌ネジの片側の端面を前記移動ケースの内側面力離し、これによつて前記雌ネジの前記移動ケースに対する相対回転の拘束を解除し、前記送りネジと前記雌ネジとを差動回転させることにより前記推力を発生させる動力伝達方法である。

本発明に係る装置は、電動機の回転運動を直線運動に変換する装置であって、電動機の出力軸に連結して回転する送りネジと、この送りネジの有効径よりも有効径が大となる雌ネジと、前記送りネジの回転に対して相対回転を拘束された移動ケースと、前記移動ケース内で前記雌ネジを回転自在に、しかも軸方向に滑動自在となるように半径方向と軸方向との負荷を支持する軸受けと、前記移動ケース内に設けられ前記雌ネジの端面に一体的に組み付けられたブレーキ板を前記移動ケースの一方の内側面に押しつけるパネ要素と、を有し、前記送りネジは前記移動ケースの両端カバ一に設置された軸受けを貫通し、前記送りネジと前記移動ケースに組み込まれた前記雌ネジとが偏心配置されており、前記移動ケースが負荷力の反力を受けて前記雌ネジに発生する推力が前記パネ要素による押しつけ力よりも大きくなつたときに、前記雌ネジが前記移動ケースに対して軸方向に移動することにより前記ブレーキ板が前記移動ケースの一方の内側面力離れ、これによつて前記雌ネジの前記移動ケースに対する相対回転の拘束が解除され、前記送りネジと前記雌ネジとが差動回転するように構成されてなる動力伝達装置である。

[0011] 好ましくは、前記パネ要素の初期押し付け力を、前記雌ネジの回転が拘束された状態で前記送りネジの回転トルクによって前記雌ネジを移動させる力以下とし、前記パネ要素の最大たわみ時のばね力を前記雌ネジが回転して生ずる差動回転によつて発生する推力よりも大きくする。

[0012] また、前記送りネジの前記電動機の出力軸に連結する部分の断面形状は、多角形状である。

[0013] また、前記移動ケース端面に、軸方向の加圧力を検出して電気信号に変換するための荷重変換部を一体的に設ける。

[0014] 本発明に係る装置は、電動機の回転運動を直線運動に変換して負荷に伝達する動力伝達装置であって、前記電動機の出力によって回転する送りネジと、前記送りネジが軸方向に貫通して設けられ且つ前記送りネジと相対回転自在に設けられ、前記送りネジの軸方向に沿った推力を負荷に伝達するための移動ケースと、前記移動ケースの内部に配置され、前記送りネジの有効径よりも大きい有効径を有し前記送りネジと偏心螺合して前記推力を発生する雌ネジと、前記移動ケースの内部に設けられ、前記雌ネジを前記移動ケースに対し相対回転自在に支持し、且つそれ自体が前記移動ケースに対して軸方向移動が可能に配置された軸受けと、前記移動ケースに固定的に設けられ、前記雌ネジの媪面が押しつけられたときに前記雌ネジの前記移動ケースに対する相対回転を拘束するブレーキシュ一と、前記移動ケースの内部に設けられ、前記軸受けを介して前記雌ネジを軸方向に付勢し、無負荷時において前記雌ネジの媪面を前記ブレーキシュ一に押しつけるパネ要素と、を有し、前記移動ケースが負荷力の反力を受けて前記雌ネジに発生する推力が前記パネ要素による付勢力よりも大きくなつたときに、前記雌ネジが前記移動ケースに対して軸方向に移動することにより前記溢面が前記ブレーキシュ一力離れ、これによつて前記雌ネジの前記移動ケースに対する相対回転の拘束が解除され、前記送りネジと前記雌ネジとが差動回転するように構成される。

[0015] また、加圧力装置は、前記電動機が取り付けられた上部フレーム、出力軸カバー、及び前記上部フレームと前記出力軸カバーとの間に配置されたケーシングと、を有し、前記上部フレーム、前記ケーシング、及び前記出力軸カバーは、タイバーによって連結されて一体ィヒされており、前記ケーシングの内周面に沿って前記移動ケースが軸方向に滑動可能に設けられ、前記移動ケースには、前記出力軸カバーを滑動可能に貫通する出力軸が取り付けられる。

発明の効果

[0016] 本発明によれば、構成要素が少なぐ簡単な部品構成で、直線速度と推力とを自律的に切り換える方法及び装置が実現され、動力伝達機構を安価に製造することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明に係る実施形態の加圧力装置の外観を示す斜視図である。

[図 2]加圧力装置の断面図である。

[図 3]本発明に係る実施形態のクランプ装置の外観を示す斜視図である。

[図 4]本発明に係る実施形態のクランプユニットの外観を示す斜視図である。

[図 5]他の実施形態の加圧力装置の断面図である。

[図 6]ひずみゲージの概念構造図である。

[図 7]負荷を検出して電圧出力を得るブリッジ回路の実施例を示す図である。

[図 8]他の実施形態の加圧力装置の断面図である。

[図 9]図 8の加圧力装置の底面図である。

[図 10]図 8の加圧力装置の A— A線矢視断面図である。

[図 11]加圧力装置の動力変換部移動ケースの動作状態を示す断面図である。

[図 12]皿パネの近辺を拡大して示す断面図である。

[図 13]小皿パネ及び大皿パネの圧縮状態を示す図である。

[図 14]制御装置の回路の例を示す図である。

[図 15]加圧力装置の運転時の負荷電流の変化の例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0018] 図 1は本発明に係る実施形態の加圧力装置 1の外観を示す斜視図、図 2は加圧力装置 1の断面図、図 3は本発明に係る実施形態のクランプ装置 1Aの外観を示す斜視図、図 4は本発明に係る実施形態のクランプユニット IBの外観を示す斜視図、図 5 は他の実施形態の加圧力装置 1Cの断面図、図 6はひずみゲージの概念構造図、図 7は負荷を検出して電圧出力を得るブリッジ回路の実施例を示す図である。

[0019] 図 1および図 2において、本発明に係る動力伝達装置を適用した加圧力装置 1は、ベース 2と上部フレーム 4とが 2本のタイバー 5, 5により連結され、加圧板 3に一体的に取り付けられた 2つのガイド軸受け 6, 6力タイバー 5, 5をガイド軸として上下方向に滑動するように構成されている。加圧板 3には、出力軸アッセンブリー 40及び動力変換部移動ケース 20がー体的に組み付けられて、る。

[0020] 上部フレーム 4には、プレート 7を介して電動機 8が取り付けられている。電動機 8の回転力は、小タイミングプーリー 9、及びタイミングベルト 10を介して大タイミングプーリ 11に伝達され、さらに回転伝達軸 12を介して送りネジ 21を回転させる。回転軸 12 は、深溝型玉軸受け 13とスラスト玉軸受け 14とによって上部フレーム 4に回転自在に支持され、止め輪 15によって抜け止めされている。回転伝達軸 12と送りネジ 21とは、ピン 16によって連結され、一体的に回転する。

[0021] なお、本実施形態において、回転軸 12と送りネジ 21とを別体で作製して連結した力これらを一体に形成することも可能である。また、回転軸 12を支持する深溝型玉軸受け 13とスラスト玉軸受け 14についても、本実施形態においては転がり軸受けを用いたが、他の形式の軸受けを用いてもよぐ例えばテーパーローラ型軸受けを複数用いてもよい。

[0022] 動力変換部移動ケース 20は、円筒状のチューブ 24、チューブ 24の上端面に配置された板状の上部カバー 25、チューブ 24の下端面に配置された板状の下部カバー 23、、及び上部カバー 25と下部カバー 23とを連結する 4本のタイボルトによって構成されるハウジングを有している。チューブ 24の内周面には、送りネジ 21の有効直径より径大の有効直径を持ち且つ片側にフランジ部を持つ雌ネジ 22と、雌ネジ 22を回転自在に支持する深溝型玉軸受 26とが、滑動可能に組み込まれている。

[0023] さらに、チューブ 24の内周面にはパネ受け 27が滑動可能に組み込まれ、パネ受け 27と下部カバー 23との間に弦卷バネ 28が圧縮された状態で装着されている。したがって、弦卷バネ 28は、その付勢力によって、パネ受け 27と深溝型玉軸受 26とを介して雌ネジ 22を押し上げ、雌ネジ 22のフランジ部に一体的に設置されたブレーキライニング 31を、上部カバー 25と一体的に設置されたブレーキシュ一 32に対して押し付ける。

[0024] 上部カバー 25及び下部カバー 23には、雌ネジ 22の軸心に対して偏心した軸心位置に、送りネジ 21を滑動可能に支持するための深溝型玉軸受 29、 30が設けられている。つまり、送りネジ 21は、深溝型玉軸受 29、 30によって回転可能に且つ軸方向に移動可能に支持されており、雌ネジ 22に対して偏心し且つ周方向の一箇所で内接して嚙み合っている。これによつて、送りネジ 21が回転駆動したときには、雌ネジ 2 2が回転不能な状態であれば、互、のネジ作用によって雌ネジ 22が軸方向に直線駆動される。また、雌ネジ 22が回転可能な状態であれば、互いに内接した状態で雌ネジ 22が送りネジ 21よりも少ない回転数で回転駆動され、その結果、雌ネジ 22と送りネジ 21との回転数の差による互いのネジ作用によって雌ネジ 22が軸方向に直線駆動される。

[0025] 雌ネジ 22が軸方向に直線駆動されると、そのフランジ部、深溝型玉軸受 26、パネ受け 27、及び弦卷バネ 28を介して、下部カバー 23を同じ方向に駆動する。下部力バー 23は、上に述べた 4本のタイボルトによって出力軸アッセンブリー 40の上フランジ 41と連結されている。

[0026] 出力軸アッセンブリー 40は、上フランジ 41、上フランジ 41と下部カバー 23により挟まれて連結された出力軸 42、及び出力軸 42とネジによって結合した下フランジ 43からなる。下フランジ 43は、ボルト 44によって加圧板 3と連結されている。したがって、加圧板 3は、動力変換部移動ケース 20と一体に移動する。

[0027] 電動機 8の駆動力を受けて回転する送りネジ 21は、空走区間では、偏心螺合された雌ネジ 22を、回転数 Xネジピッチ、の速度で移動させる。雌ネジ 22の移動は、深溝玉軸受 26、パネ受け 27、及び弦卷バネ 28を介して動力変換部移動ケース 20の下部カバー 23を押し、下部カバー 23と連結されている加圧板 3を下向きに高速移動させる。

[0028] 加圧板 3がワークに接触し、ワーク力もの反力を受けて加圧板 3の下方移動が制限されると、送りネジ 21の回転トルクが雌ネジ 22にかかる弦卷バネ 28の初期押し付け力にうち勝って雌ネジ 22を押し下げる。結果として、雌ネジ 22の回転を拘束していたブレーキが解除され、雌ネジ 22は、送りネジ 21と螺合しながら回転する。

[0029] 雌ネジ 22の回転数は、送りネジ 21と雌ネジ 22との偏心量で決まり、送りネジ 21と雌ネジ 22との接触点の半径をそれぞれ rl、とすれば、送りネジ回転数の（rlZr2)倍で回転する。このような送りネジ 21と雌ネジ 22との差動回転によって、雌ネジ 22の移動速度 Vは、

v= ネジピッチ X送りネジ回転数 X (1— rlZr2)

となり、摩擦力を無視して考えれば、送りネジ 21の回転トルクによって雌ネジ 22が発生する加圧力は〔 1Z ( 1 -rl/r2)〕倍となる。

[0030] 雄ネジと雄ネジより径大なる雌ネジとをそれぞれ回転可能に支持し、且つそれらを互ヽに偏心配置して回転運動を直線運動に変換する方法にっ、ては、特開昭 61

180064号「回転運動を直線運動に変換する法」に示されているので、詳細についてはこれを参照することができる。

[0031] さらに好都合なことに、雌ネジ 22が固定されていて回転しない空走区間においては、送りネジ 21と雌ネジ 22とは通常のネジと同様に互いに滑り接触しながら回転運動を直線運動に変換する力加圧板 3がワークに接触して雌ネジ 22の回転を拘束するブレーキが解除されて雌ネジ 22が回転を始めれば、送りネジ 21と雌ネジ 22との接触点は転がり接触が主体となり、滑り摩擦による損失が減少して電動機の回転出力を有効に直線出力に変換できる。

[0032] また、雌ネジ 22の回転拘束に使用する摩擦板要素についても、従来技術に見られるクラッチとは異なり、電動機 8の最大出力を伝達しまたは拘束する必要はなぐネジのリード角と接触点の摩擦力とによって雌ネジ 22に発生する回転トルクを拘束できる容量があればよいことになるため、小型化が可能である。

[0033] ここでの実施形態では摩擦板型ブレーキ要素を示した力歯嚙み合い型の回転断続機構など他の方法を用いることができる。

[0034] 上に述べた説明において、本実施形態の動力伝達方法によると、負荷力に応じて雌ネジ 22の回転を拘束し又は拘束解除させることによって、加圧板の移動速度とカロ圧力とを自律的に切り換えることができることを示した。 [0035] 負荷カ検知要素として働く弦卷バネ 28の初期押し付け力は、空走区間においてネジのリード角と接触点の摩擦力とによって雌ネジ 22に発生する回転トルクを拘束できるものでなければならず、なお且つ、電動機の最大トルクで送りネジ 21が回転したときに雌ネジ 22が回転拘束状態で発生する雌ネジ 22の推力よりも小さいものでなければならない。

[0036] このように、本実施形態の動力伝達装置は、電動機 8の出力によって回転する送りネジ 21と、送りネジ 21が軸方向に貫通して設けられ且つ送りネジ 21と相対回転自在に設けられ、送りネジ 21の軸方向に沿った推力を負荷に伝達するための移動ケース 20と、移動ケース 20の内部に配置され、送りネジ 21の有効径よりも大きい有効径を有し送りネジ 21と偏心螺合して推力を発生する雌ネジ 22と、移動ケース 20の内部に設けられ、雌ネジ 22を移動ケース 20に対し相対回転自在に支持し、且つそれ自体が移動ケース 20に対して軸方向移動が可能に配置された軸受け 26と、移動ケース 2 0に固定的に設けられ、雌ネジ 22の外周面であるブレーキライニング 31が押しつけられたときに雌ネジ 22の移動ケース 20に対する相対回転を拘束するブレーキシュ一 32と、移動ケース 20の内部に設けられ、軸受け 26を介して雌ネジ 22を軸方向に付勢し、無負荷時において雌ネジ 22の外周面であるブレーキライニング 31をブレーキシユー 32に押しつけるパネ要素 28と、を有し、移動ケース 20が負荷からの反カを受けて雌ネジ 22に発生する推力がパネ要素 28による付勢力よりも大きくなつたときに、雌ネジ 22が移動ケース 20に対して軸方向に移動することによりブレーキライニング 3 1がブレーキシュ一 32から離れ、これによつて雌ネジ 22の移動ケース 20に対する相対回転の拘束が解除され、送りネジ 21と雌ネジ 22とが差動回転するように構成されている。

[0037] 本実施形態の動力伝達機構を圧入や力しめを行うプレス機などの用途に使用するときには、パネ受け 27の端面と動力変換部移動ケース 20の下部カバー 23の上端面との間隔で決まるパネ橈み量は、 1mm以下が好ましぐ取り付け時のパネ初期橈みを大きく設定し、パネ常数の小さなパネを使用するのがよい。

[0038] 図 3は、本発明の動力伝達機構をクランプ装置 1Aとして使用した好ましい他の実施形態の外観を示す斜視図である。 [0039] 図 3において、クランプ装置 1Aは、出力軸カバー 2aと入力軸カバー 4aとが、複数本のタイバー 5aで互いに接続固定され、ガイド部を持った動力変換部移動ケース 20 aがタイバー 5aをガイド軸として滑動自在なように組み付けられて構成されて、る。さらに、動力変換移動ケース 20aの片側端面には、出力軸 42aが、出力軸カバー 2aを貫通して滑動自在なように組み付けられている。出力軸 42aは、前述の図 2に示す出力軸 42と同様に中空の円筒部材カも成り、内部に送りネジ 21 (図 2参照）を収容すると同時に、先端部の外周面に図示しない先端金具などを取り付けるための雌ネジが設けられている。電動機 8aは、入力軸カバー 4aにボルトなどを用いて取り付けられている。好ましい例を示せば、電動機 8aは、送りネジ 21がー体に組み込まれたものを使用するのが望ましい。図 3に示す出力軸カバー 2aは、空気圧クランプシリンダーなどで一般的に使われるピンジョイント取り付け形状となっている力これに拘るものではない。

[0040] 本実施形態の動力伝達機構は、ネジ機構によって回転運動を直線運動に変換して、るので、負荷側の反力によって送りネジが逆方向に回転させられることはな!/、。したがって、対象ワークをクランプした状態で電動機の電源供給を遮断するだけで、現位置を保持することができるため、位置保持機構を別途必要としない。

[0041] 本実施形態の動力伝達機構をクランプ用に使用するときには、図 2に示すバネ受け 27と動力変換移動ケース 20の下部カバー 23との間隔を 2〜5mmとして、パネ常数の大きなパネを使用するのが好ましい。パネの初期押し付け力は、前述の通り、雌ネジ 22に発生する回転トルクを拘束でき、なお且つ、電動機 8の最大トルクで送りネジ 21が回転したときに雌ネジ回転拘束状態で発生する雌ネジ 22の推力よりも小さいものとし、パネの最大橈み時、即ちパネ受け 27と下部カバー 23とが接触する時のバネ押し力は、送りネジ 21と雌ネジ 22とが差動回転して出力する最大推力よりも大きく設定するのがよい。このようなパネを使用することによって、電動機 8の最大出力で雌ネジ 22を差動回転させ、対象ワークをクランプした後、電動機電源を遮断して雌ネジ 22を当該位置で自己保持停止させ、長時間にわたって対象ワークをクランプするときにワーク自身の熱変形などによって生じる微少な変位を吸収して確実なクランプを行うことができる。 [0042] 本実施例では、負荷検出要素 (パネ要素）として弦卷バネ 28を示した力皿パネを単独で使用したりパネ定数の異なる皿パネを複数個使用するなど、弦卷バネ以外の弾性体を使用してもよい。そのような例については後述する。

[0043] 図 4は、上に述べた実施形態の動力伝達機構の入力軸端を 6角形状や 4角形状に形成して、小型ネジ締め機などの外部駆動源を用いてクランプ作業を行う時に好都合なクランプユニット 1Bとした実施形態の外観を示す斜視図である。

[0044] 図 4に示すクランプユニット 1Bは、図 3に示したクランプ装置と同様に、出力軸カバ一 2bと入力軸カバー 4bとが、複数本のタイバー 5aで互いに接続固定され、ガイド部を持った動力変換部移動ケース 20aがタイバー 5aをガイド軸として滑動自在なように組み付けられて構成されている。さらに、動力変換部移動ケース 20aの片側端面に、出力軸 42aが出力軸カバー 2aを貫通して滑動自在なように組み付けられて、る。同様に、出力軸 42aは中空の円筒部材カも成り、内部に送りネジ 21 (図 2参照）を収容すると同時に、先端部の外周面に図示しない先端金具などを取り付けるための雌ネジが設けられている。回転伝達軸 12bは、その端部の外周面が 6角形状または 4角形状などに形成されており、入力軸カバー 4bを貫通し、入力軸カバー 4bの内側で送りネジ 21に連結されて!、る。

[0045] 大型組み立て装置やカ卩ェ機などでは、ワークパレットにワークを固定し、ワークを装着したワークパレットを装置や加工機に投入する。このような用途では、クランプとァンクランプの時間間隔が長いことから、ワークパレットにワークを装着する工程で、口ボットや人がネジ締め機などを利用してワークを固定している。これは、本実施形態の動力伝達機構を用いた、駆動源を持たない小型のクランプユニットの用途を示す実施例である。

[0046] 図 5に示す加圧力装置 1Cには、軸方向の加圧力つまり負荷を検出して電気信号に変換する荷重検出部 50の好ま、実施形態が示されて!/、る。

[0047] 図 5において、荷重検出部 50の上端部は、保護ケース 53の上部フランジ部によつて、下部カバー 23の下端面に接した状態で固定されている。荷重検出体 51は、軸方向の中央部に薄肉橈み円筒部 52が設けられており、その下端部の外周面は、保護ケース 53の下部ガイドによって軸方向に滑動可能に保持されている。保護ケース 53の下端部には、抜け止めフランジ 54が複数のボルト 58によって取り付けられている。抜け止めフランジ 54の外周部に設けられた複数の溝には、段付きカラー 57が嵌まり込んでおり、段付きカラー 57に挿通されたボルト 56によって、荷重検出体 51の下端面が加圧板 3に当接した状態で、荷重検出部 50の下端部が加圧板 3に連結されている。

[0048] そして、薄肉橈み円筒部 52の軸方向中央の外周面の 4等分位置には、 4つのひずみゲージ GU1、 GU2、 GU3、 GU4が貼り付けられており、これらのひずみゲージ G Ul〜4をブリッジ接続して外部接続コネクター 55に配線されることによって、荷重検出部 50が構成されている。

[0049] 図 6は、ひずみゲージ GUの概念構造を示し、図 6で示す方向の向きに薄肉橈み円筒部 52 (図 5参照）の外周面に接着される。ひずみゲージ GUは、検出ゲージ Bと補償ゲージ Aと力も成っており、 TA、 TB、 TCで示す 3つのリード線接続部を持っている。図 7は、荷重検出体の薄肉橈み円筒部 52に接着されたひずみゲージ GU1〜4 を接続したブリッジ回路図である。ひずみゲージ GU1〜4は、上に述べたように、薄肉橈み円筒部 52の外周面に順次 90° 位相をずらせた位置で接着されている。これらひずみゲージ GUのリード線接続部は、 TAは TA同士、 TBは TB同士接続され、 T Cはそれぞれブリッジ回路のノード ΈΑ、 EB、 UA、 UBに接続される。ひずみの測定は、ノード EAと EBの間に 10ボルト程度の定電圧をかけ、ノード UAと UBの間に出力される電圧を信号処理して得られる。

[0050] 補償ゲージ Aは、ひずみゲージ自体の持つ温度ドリフトや橈み円筒部の熱変形による出力変動を補償するものである。薄肉橈み円筒部 52の外周面の 4等分位置に接着されたひずみゲージは、ブリッジ接続することによって、荷重検出体に働くかもしれな、軸方向成分以外の加重による橈みを互いにうち消し合、、軸方向荷重のみを検出するのに有効である。

[0051] 例えば、荷重検出変換部を図 1に示す圧入装置のように装着することによって、ヮークの圧入作業と同時に圧入力が検出できるため、組み付け作業と検査が同時に行えることになる。適正な圧入しろを確保して圧入作業を行うことによって、信頼性の高い製品の製造が可能になる。 [0052] 次に、本発明に係るさらに他の実施形態の加圧力装置 IDについて説明する。

[0053] 図 8は他の実施形態の加圧力装置 1Dの断面図、図 9は加圧力装置 1Dの底面図、図 10は図 8における加圧力装置 1 Dの A— A線矢視断面図、図 11は加圧力装置 1 D の動力変換部移動ケース 20Dの動作状態を示す断面図、図 12は皿パネの近辺を拡大して示す断面図、図 13は小皿パネ 75及び大皿パネ 74の圧縮状態を示す図、図 14は制御装置 80の回路の例を示す図、図 15は加圧力装置 1Dの運転時の負荷電流 Idの変化の例を示す図である。

[0054] なお、上に述べた図 1に示す加圧力装置 1と同じ機能を有する部分には同じ符号を付して説明を省略しまたは簡略ィ匕する。

[0055] 図 8ないし図 10に示すように、加圧力装置 1Dは、電動機 8d、上部フレーム 4d、出力軸カバー 2d、動力変換部移動ケース 20d、出力軸 42d、及びケーシング 71などからなっている。

[0056] 上部フレーム 4dの上板 61は、鉄などの金属材料によって略正方形の板状に形成されており、同じく鋼鉄材料によって略正方形の板状に形成された出力軸カバー 2d との間で、 4つのタイバー 5dによって互いに連結されている。電動機 8dは、ボルトによって上板 61に固定されて、る。

[0057] 上部フレーム 4dのブロック部材 62は、アルミニウム合金などの金属材料によって外形が直方体状に形成されており、中央部には後述する継手部材などを収納するための円柱状の穴を有する。ブロック部材 62の下端面に突出して設けられた円環状部 6 21と、出力軸カバー 2dの上端面に突出して設けられた円環状部 622との間に、それら円環状部 621 , 622にそれぞれ外接する断面正方形の内周面を有した角筒体であってアルミニウム合金などの金属材料力もなるケーシング 71が装着されている。

[0058] 電動機 8dの出力軸には継手部材 64が取り付けられており、この継手部材 64は、中間の継手部材 65、及び送りネジ 21dの上端部に形成された板状に突出する継手部 212とともに、偏心を吸収しつつ回転力を伝達するオルダム継手を構成している。電動機 8dの回転力は、オルダム継手を介して送りネジ 21dに伝達される。

[0059] 送りネジ 21dは、その上端部がネジ軸 211となっており、玉軸受け 13の内側のリングを挟んだ状態でナット 212によって締め付けられ、これによつて回転可能に支持されている。

[0060] 動力変換部移動ケース 20dは、アルミニウム合金などの金属材料によって下向きの容器状に形成されたハウジング体 25d、ハウジング体 25dの下端面にボルト 77で取り付けられた下部カバー 23dによって構成されるハウジングを有している。

[0061] ハウジング体 25dの上端面及び下部カバー 23dには、送りネジ 21dの軸心と一致する円形の穴がそれぞれ設けられ、これらの穴に玉軸受 29, 30が装着されている。送りネジ 21dは、これらの玉軸受 29, 30を滑動可能に貫通している。ハウジング体 2 5dの内周面は、送りネジ 21dの軸心に対して偏心した軸心を有する円筒面に形成されており、その内周面内に、軸受け 26、雌ネジ 22、パネ受け 73、大皿パネ 74、及び小皿パネ 75が装着されて!、る。

[0062] 大皿パネ 74及び小皿パネ 75は、図 2で説明した弦卷バネ 28と同様な機能を有する力パネ定数の異なる 2つの大皿パネ 74及び小皿パネ 75を、パネ力が直列に作用するように用いたことにより、負荷検出を正確に行うことができ、速度及び推力の切り換えを円滑に行うことができ、し力も移動端などにおける衝撃をうまく吸収することが可能である。これにつ、ては後で詳しく説明する。

[0063] 下部カバー 23dの外周面に円柱状の 6つの穴が設けられており、それらの穴にスライダー 72, 72, 72· ··が嵌入されている。スライダー 72は、潤滑性を有する合成樹脂などからなり、円柱状の径大の頭部、及び頭部よりも径小の円柱状であって頭部の端面から同心状に突出した嵌入部とからなる。スライダー 72の嵌入部が、下部カバー 2 3dに設けられた穴に嵌入した状態で、動力変換部移動ケース 20dの全体がケーシング 71内に挿入されて!、る。スライダー 72の頭部がケーシング 71の内周面に当接することによって、動力変換部移動ケース 20dはケーシング 71に対して径方向の位置決めが行われ、且つ軸方向に滑動自在となっている。

[0064] また、ブロック部材 62の下端面には、円形の複数の穴が設けられており、そこに合成ゴムなどによって円柱状に形成されたダンパー 63が嵌入され、接着剤などによつて固定されている。動力変換部移動ケース 20dは、図 8の上端側のストローク端に移動したときにダンパー 63に当接し、これによつて衝撃が緩和され、送りネジ 21dのかみ込みが防止される。なお、ダンパー 63は、ブロック部材 62ではなくハウジング体 25 dに固定してもよい。

[0065] さて、次に、大皿パネ 74及び小皿パネ 75の作用について説明する。

[0066] 図 8に示すように、大皿パネ 74及び小皿パネ 75は、動力変換部移動ケース 20d内において、軸受け 26とパネ受け 73との間に、初期押し付け力を発生させた初期橈み状態で装着されている。

[0067] すなわち、図 13に示すように、大皿パネ 74と小皿パネ 75とによる合成の押し付け力 WDは、初期橈み位置 L1において初期押し付け力 WD1を発生している。小皿バネ 75が最大に橈んだ位置 L2〔図 11 (A)に示す位置〕までは、小皿パネ 75のバネ定数によって荷重曲線が変化し、小皿パネ 75が最大に橈んだ位置 L2から後は、大皿パネ 74のパネ定数によって荷重曲線が変化する。つまり、大皿パネ 74と小皿パネ 7 5とによる全体の橈み代は、初期橈み位置 L1から最大橈み位置 L4までの最大橈みストローク ST2であり、この長さの分だけ雌ネジ 22がハウジング体 25dの内部で移動可能である。

[0068] 最大橈み位置 L4での最大押し付け力 WD4は、雌ネジ 22に発生する最大推力（最大動作押し付け力 WD3)よりも大きく設定されている。したがって、大皿パネ 74と小皿パネ 75とは、実際には、初期橈み位置 L1から動作最大橈み位置 L3〔図 11 (B)に示す状態の位置〕までの動作橈みストローク ST1の間において圧縮される。

[0069] このように、雌ネジ 22が最大推力 WD3を発生したときにおいても、図 12に拡大して示すように大皿パネ 74には未だ橈み代が残っており、この橈み代によって、出力軸 4 2dに加わる様々な衝撃や熱変形などに基づく変位を吸収し、送りネジ 21dに過大な力が加わらないようになつている。また、電動機 8dの回転によって出力軸 42dからヮークに最大の推力を加えた後、電動機 8dを逆転させて出力軸 42dを後退させようとしたときに、送りネジ 21dと雌ネジ 22との間の摩擦力などが過大となってしまって電動機 8dが逆転できな、と、つた事態の発生することが防止される。

[0070] し力も、初期押し付け力 WD1は小皿パネ 75によって発生させているので、小さな初期押し付け力 WD1であっても比較的長いストロークを得ることができ、したがって各部の寸法精度が高精度でなくても設計通りの期押し付け力 WD1を容易に得ることができ、安定した動作を得ることができる。 [0071] 図 14において、制御装置 80は、ドライバ 81、コントローラ 82、及び電流検出回路 8 3などを有している。

[0072] ドライバ 81は、外部力も直流の電力が供給されることにより、制御信号 Dl, D2の内容に応じて電動機 8dを制御するパワー回路である。つまり、 2bitの制御信号 Dl, D 2が、それぞれ「00」「01」「10」「11」のときに、電動機 8dの動作状態が、ブレーキ、正転、逆転、停止となるように制御する。

[0073] ドライバ 81に供給される電流 Idは、抵抗 R1の両端に電圧となって現れ、これがコンパレータ COMで設定電圧と比較される。電流 Idがしきい値 Isよりも大きいときには、コントローラ 82に対して過大電流検出信号 D3を出力する。

[0074] コントローラ 82は、外部から入力される指令信号 SI, S2によって、正転、逆転、または停止のいずれかの指令を受けており、この指令に応じて、制御信号 Dl, D2を出力する。ただし、過大電流検出信号 D3が入力されたときは、指令信号 SI, S2が正転または逆転であっても、停止またはブレーキの制御信号 Dl, D2を出力する。過大電流検出信号 D3は、状態信号 S3として外部に出力される。

[0075] 図 15において、時間 tlにおいて外部力正転の指令信号 SI, S2を受け、これによって正転の制御信号 Dl, D2が出力され、電動機 8dに電流 Idが流れて回転する。起動時においては、図に示すように電流 Idがしきい値 Isを越える力起動時の過大電流は無視され、状態信号 S3は出力されない。

[0076] 電動機 8dが起動されると、出力軸 42dが高速モードで前進 (伸長）し、時間 t2においてワークに当接して高推力モードに切り換わる。図 15に示されるように、高速モード及び高推力モードのいずれにおいても電流 Idはしきい値 Is以下である。また、高速モードから高推力モードに切り換わった時点 t2において、電流 Idは減少する。出力軸 42dが高推力モードで前進している間において、負荷の変化に応じて電流 Idが増減する。時間 t5においてワークを押し切ってそれ以上前進できない状態となると、電流 Idが増大してしきい値 Isを越える。これによつて電動機 8dは停止し、同時に状態信号 S3が外部に出力される。

[0077] このように、制御装置 80は、電動機 8dに過大な電流が流れたときに電動機 8dを停止させるように制御するので、送りネジ 21dが過度に回転して雌ネジ 22との間で嚙み込みを生じてしまうことがな!、。

[0078] また、図 15からも理解できるように、しきい値 Isを電動機 8dの定格電流とした場合に、電流 Idがしき、値 Is以下であってできるだけしき、値 Isに近、状態となるように運転することによって、電動機 8dを最も効率よく稼動することができる。したがって、高速モード及び高推力モードの、ずれにお!、ても、電動機 8dの電流 Idがそうなるように加圧力装置 1Dの全体を設計することにより、小型の電動機 8dを用いて効率のよい加圧力装置 1Dを得ることができる。

[0079] 上に述べた実施形態では、押し側においてつまり出力軸 42, 42a, 42dが伸長駆動するときに加圧または増圧を行うようにした例を説明した。これに対し、部品の位置を逆にすることによって、引き側においてつまり出力軸 42, 42a, 42dが収縮駆動するときに加圧または増圧を行うようにすることもできる。

[0080] 例えば、加圧力装置 1Dにおいて、ハウジング体 25dの内部に装着される部品、つまり、ブレーキライニング 31、雌ネジ 22、軸受け 26、小皿パネ 75、大皿パネ 74、及びパネ受け 73を、下部カバー 23dの側力もこの順に設置することによって、引き側での加圧を行うことができる装置となる。なお、この場合に、ダンパー 63は、下部カバー 23dと出力軸カバー 2dとの間の衝撃を緩和するように、例えば出力軸カバー 2dに設置すればよい。

Claims

請求の範囲

[1] 電動機の回転運動を直線運動に変換する動力伝達方法であって、

前記電動機の出力によって回転する送りネジと、

前記送りネジが軸方向に貫通して設けられ且つ前記送りネジと相対回転自在に設けられ、前記送りネジの軸方向に沿った推力を負荷に伝達するための移動ケースと、前記移動ケースの内部に配置され、前記送りネジの有効径よりも大きい有効径を有し前記送りネジと偏心螺合して前記推力を発生する雌ネジと、

前記移動ケースの内部に設けられ、前記雌ネジを前記移動ケースに対し相対回転自在に支持し、且つそれ自体が前記移動ケースに対して軸方向移動が可能に配置された軸受けと、

前記移動ケースの内部に設けられ、前記軸受けを介して前記雌ネジを軸方向に付勢し、無負荷時にぉ、て前記雌ネジの片側の端面を前記移動ケースの内側面に押しっけるパネ要素と、を設け、

前記電動機によって送りネジを回転させ、前記送りネジの回転によって前記雌ネジおよび前記移動ケースに前記推力を発生させ、前記移動ケースが負荷力の反力を受けて前記雌ネジに発生する推力が前記パネ要素による付勢力よりも大きくなつたときに、前記雌ネジを前記移動ケースに対して軸方向に移動させることにより前記雌ネジの片側の端面を前記移動ケースの内側面力離し、これによつて前記雌ネジの前記移動ケースに対する相対回転の拘束を解除し、前記送りネジと前記雌ネジとを差動回転させることにより前記推力を発生させる、

ことを特徴とする動力伝達方法。

[2] 電動機の回転運動を直線運動に変換する装置であって、

電動機の出力軸に連結して回転する送りネジと、この送りネジの有効径よりも有効径が大となる雌ネジと、前記送りネジの回転に対して相対回転を拘束された移動ケースと、前記移動ケース内で前記雌ネジを回転自在に、し力も軸方向に滑動自在となるように半径方向と軸方向との負荷を支持する軸受けと、前記移動ケース内に設けられ前記雌ネジの端面に一体的に組み付けられたブレーキ板を前記移動ケースの一方の内側面に押しつけるパネ要素と、を有し、前記送りネジは前記移動ケースの両端カバーに設置された軸受けを貫通し、前記送りネジと前記移動ケースに組み込まれた前記雌ネジとが偏心配置されており、前記移動ケースが負荷からの反力を受けて前記雌ネジに発生する推力が前記バネ要素による押しつけ力よりも大きくなつたときに、前記雌ネジが前記移動ケースに対して軸方向に移動することにより前記ブレーキ板が前記移動ケースの一方の内側面から離れ、これによつて前記雌ネジの前記移動ケースに対する相対回転の拘束が解除され、前記送りネジと前記雌ネジとが差動回転するように構成されてなる、

ことを特徴とする動力伝達装置。

[3] 前記パネ要素の初期押し付け力を、前記雌ネジの回転が拘束された状態で前記送りネジの回転トルクによって前記雌ネジを移動させる力以下とし、前記パネ要素の最大たわみ時のばね力を前記雌ネジが回転して生ずる差動回転によって発生する推力よりも大きくした、

請求項 2記載の動力伝達装置。

[4] 前記パネ要素として、パネ定数の異なる 2種類の皿パネ力それらのパネ力が直列に作用するように用いられて、る、

請求項 3記載の動力伝達装置。

[5] 前記送りネジの前記電動機の出力軸に連結する部分の断面形状が多角形状である、

請求項 2な、し 4の、ずれかに記載の動力伝達装置。

[6] 前記移動ケース端面に、軸方向の推力を検出して電気信号に変換するための荷重変換部が一体的に設けられてなる、

請求項 2な、し 5の、ずれかに記載の動力伝達装置。

[7] 電動機の回転運動を直線運動に変換して負荷に伝達する動力伝達装置であって前記電動機の出力によって回転する送りネジと、

前記移動ケースに固定的に設けられ、前記雌ネジの溢面が押しつけられたときに前記雌ネジの前記移動ケースに対する相対回転を拘束するブレーキシュ一と、前記移動ケースの内部に設けられ、前記軸受けを介して前記雌ネジを軸方向に付勢し、無負荷時にぉ、て前記雌ネジの媪面を前記ブレーキシュ一に押しつけるパネ要素と、

を有し、

前記移動ケースが負荷からの反力を受けて前記雌ネジに発生する推力が前記バネ要素による付勢力よりも大きくなつたときに、前記雌ネジが前記移動ケースに対して軸方向に移動することにより前記端面が前記ブレーキシュ一から離れ、これによつて前記雌ネジの前記移動ケースに対する相対回転の拘束が解除され、前記送りネジと前記雌ネジとが差動回転するように構成されてなる、

ことを特徴とする動力伝達装置。

[8] 請求項 1〜7のいずれかに記載の動力伝達装置を用いた加圧力装置であって、前記電動機が取り付けられた上部フレーム、出力軸カバー、及び前記上部フレームと前記出力軸カバーとの間に配置されたケーシングと、を有し、

前記上部フレーム、前記ケーシング、及び前記出力軸カバーは、タイバーによって連結されて一体化されており、

前記ケーシングの内周面に沿って前記移動ケースが軸方向に滑動可能に設けられ、前記移動ケースには、前記出力軸カバーを滑動可能に貫通する出力軸が取り付けられている、

ことを特徴とする加圧力装置。

[9] 前記ケーシングは角筒体であり、

前記移動ケースの外周面に合成樹脂性のスぺーサが設けられ、前記スぺーサが前記ケーシングの内周面に当接して滑動する、請求項 8記載の加圧力装置。