JPH05164209A - 回転運動を直進運動に変換する動力伝達方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 回転運動を直進運動に変換するもので、電動
機のトルクと速度をワンモ−ションの中で自動的に可変
制御する動力伝達方式を提供する。 【構成】 電動機２の回転運動をスクリュウ１４及びナ
ット１７を介して直進運動に変換するもので、電動機と
スクリュウとの間に第１クラッチ８及び第２クラッチ９
を設ける。両クラッチの間に所望のギャ−歯数比を設定
したトルク切換手段２１を連結する。ナット末端部を移
動するときは、先ず第２クラッチを切り離し、第１クラ
ッチを連結して、高速度，低トルクの動力を末端部に伝
達する。また、上記末端部が目的物に接したときは、そ
の反力で第１クラッチを切り離し、かつ第２クラッチを
連結して低速度，高トルクの動力を末端部に伝達する。
このように複数のトルク，速度を機械的に一瞬に切換る
ことができ、小さいパワ−で大きいトルクを増幅できる
から、装置の小型化及び軽量化を飛躍的に向上し、駆動
源の省力化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転運動を直進運動に変
換する動力伝達方法と装置に関するもので、さらに詳し
くは、その動力伝達経路の末端部に置かれた目的物体
（ワ−ク）を移動し、或いは目的物体に対し必要なクラ
ンプ力を与えるなどの駆動源として利用されるもので、
静止状態から目的物体に当接するまでの移動中は、所定
のトルク及び速度にて前進させ、上記末端部が目的物体
に接近あるいは目的物体を拘束した後は上記と異なるト
ルクと速度にて動力を自動的に切換ることができる動力
伝達方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業界の生産設備（たとえば工作機械、
溶接機等を含む産業機械）の中で、目的物体を移動した
り、或いはプレス加工したり、クランプしたりするパワ
−源として、一般に空気圧及び油圧系シリンダや電動シ
リンダが使用されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】空気圧シリンダ及び油
圧シリンダ等のアクチュエ−タは、配管設備やホ−ス交
換等に工数を要するほか、パワ−の敏感な可変制御が困
難であり、伝達経路のエネルギ−ロスも大きい。

【０００４】一方、電動シリンダの場合は、トルク切換
手段がないため、その電動機の仕様は要求される最大ト
ルクと最大速度で決められる。したがって、たとえば、
条件により一つのモ−ションの中で低トルク，高速度に
よる動力と、目的物体を拘束した状態で高トルク，低速
度にて駆動するような使用方法に対し、電動機容量が著
しく大きくなり、装置が大形，高価なものになる。本発
明は、パワ−容量の小さい電動機でも簡単な方法でしか
も一つのモ−ションの中で複数のトルクと速度を自動的
に制御することができる動力伝達方法及び装置を提供す
ることを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような技術的手段を講じたものであ
る。すなわち、電動機の回転運動をスクリュウ及びナッ
トを介して直進運動に変換する方式において、電動機の
出力軸とスクリュウとの間に、第１クラッチ及び第２ク
ラッチを設け、上記第１クラッチと第２クラッチとの間
には、所望のギャ−歯数比を設定したトルク切換手段を
連結し、その動力伝達経路の末端部を移動するときに、
先ず第２クラッチを切り離し、第１クラッチを連結して
所望の速度，トルクの動力を末端部に伝達し、また上記
末端部が目的物体に接触したときは、その反力で第１ク
ラッチを切り離し、かつ第２クラッチを連結して上記の
動力と異なる速度，トルクの動力を末端部に伝達するこ
とを特徴とする回転運動を直進運動に変換する動力伝達
方法を主要な特徴とするものである。

【０００６】また、本発明方法を実施するための装置と
して、電動機の出力軸に連結した第１クラッチと、この
第１クラッチの回転軸に連結した第２クラッチと、上記
回転軸の先端に連結したスクリュウと、このスクリュウ
に組み込まれた末端部のナットと、上記第１クラッチと
第２クラッチとの間に所望のギャ−歯数比を設定した複
数の歯車を介して連結したトルク切換手段とを有し、上
記切換手段は、第１クラッチ側の歯車には一方向クラッ
チを、また第２クラッチ側の歯車には任意の逃げ角度だ
け自由に揺動し得る歯車を連結し、上記一方向クラッチ
及び任意の逃げ角度だけ自由に揺動し得る歯車は、正転
または逆転時におけるトルク切換時の第１クラッチ及び
第２クラッチの同時噛み合をしたときでも不都合が生じ
ないようにしたことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】ナットの末端部が目的物体から離れている場合
は、第１クラッチは連結し、第２クラッチは切り離され
ている。この状態から電動機を作動し正回転すると、そ
の動力は直接第１クラッチの回転軸を回し、スクリュウ
に組み込まれたナットの先端部を前進する。この正回転
時の動力は、一方向クラッチが連結してトルク切換手段
の歯車に伝達するが、第２クラッチは切り離されている
ため、第２クラッチの歯車は回転軸を空転し、第１クラ
ッチの回転を拘束しない。

【０００８】次に、ナットの端末部が目的物体に接する
と、ナットの前進が停止し、電動機のトルクは引き続き
回転軸を回そうとするが、その時の回転軸に掛かる前進
方向の力が反力となって回転軸を僅かに押戻すと同時
に、第１クラッチが切り離され、瞬時に第２クラッチが
連結し、トルク切換機構の動力が回転軸に伝達される結
果、トルク切換機構のギャ−歯数比に応じた十分な高ト
ルク，低速度の動力を末端部に伝達する。

【０００９】したがって、ナット端末部が目的物体に接
するまでは、低トルク，高速度で移動し、ナット末端部
が目的物に接した後はその反力で第１クラッチ及び第２
クラッチが切換わって高トルク，低速度の動力を機械的
に自動で切換操作が行われ、要求されるトルクと速度に
変更することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明方法を実施するための装置に関
して、最も好ましい実施例を挙げて説明する。図１は本
発明装置の動力伝達経路の末端部が目的物体から離れて
いる始動時前の断面図である。図２は動力伝達経路の末
端部が目的物体に到達しクランプ完了した状態の断面図
である。また図３は本発明装置に内蔵したトルク切換手
段の揺動小歯車の拡大平面図である。

【００１１】図中、１はフレ−ム、２はフレ−ムに支持
された電動機で、動力伝達経路の最終端に配置される。
３は電動機の出力軸４にカップリング５を介して連結し
た連結軸で、フレ−ム１の軸受け７を貫通し回転自在に
支持され、後述するトルク切換手段の一構成部品である
小歯車６と一体になっている。８は小歯車６に連結され
ている第１クラッチで、動力伝達経路途中に配置され、
その伝達経路を構成し得る回転軸１１と第１クラッチ８
との間には回転軸１１を軸心線方向に僅かに浮動可能な
ように、間隔を設けてスプリングＳを介装し、常時この
弾力により回転軸１１を末端方向に附勢するものであ
る。９は第２クラッチである。１０はこの第２クラッチ
９に固定された大歯車で、トルク切換手段の一部を構成
するものである。この大歯車１０は第１クラッチ８と第
２クラッチ９とを軸心線上で連結する回転軸１１の外周
に嵌入された軸受け１２とフレ−ムの軸受け１３との間
に回転自在に支持されているものである。１４は回転軸
にカップリング１５を介して連結されたスクリュウで、
フレ−ムの軸受け１６を貫通し支持されている。１７は
スクリュウに組み込まれた動力伝達経路の先端に配置さ
れたナットで、フレ−ムのガイドケ−ス１８によって摺
動自在に支持されていて、スクリュウの回転運動で直進
する可動部材である。１９はナットの先端に廻り止め２
０を設けた動力伝達経路の末端部に相当するガイドで、
その最先端にたとえばドリル，リ−マ，バイト等の切削
工具類、またはプレス用金型類もしくは加圧溶接用電極
類を取りつける。

【００１２】２１はトルク切換手段で、第１クラッチ８
の小歯車６と第２クラッチの大歯車１０との間に、所望
のギャ−歯数比を設定した大歯車２２及び小歯車２３
を、フレ−ムの軸受け２４，２５に支持された１本の連
結軸２６にそれぞれ連結したものである。すなわち、こ
のトルク切換手段の機構は、第１クラッチ８の小歯車６
に噛み合わせた大歯車２２は、連結軸２６に設けた一方
向クラッチ２７に連結されており、他方の小歯車２３は
第２クラッチ９の大歯車１０に対しては或る任意の角度
だけ自由に揺動し得る逃げ溝０を有するものである。

【００１３】この実施例では小歯車６，２３と大歯車１
０，２２の歯数比を１：ｎに設定したもので、電動機の
トルクに対して２ｎ倍にトルクを増幅することが可能と
なる。連結軸２６に介装した一方向クラッチ２７は正回
転のときはクラッチ連結し、逆回転のときはクラッチを
切り離しする。また小歯車２３は電動機２の逆回転した
時は、瞬間的に第１クラッチ８と第２クラッチ９が同時
に噛み合っても回転を拘束しないように、小歯車２３の
揺動角度（α）の許容範囲内で第２クラッチ９の噛み合
いが切り離れる仕組みになっている。Ｗは目的物体（被
加工物）である。

【００１４】図１は、ナット末端部が目的物体Ｗから離
れ、全ての動力伝達経路は戻り（待機）状態にある。こ
の場合、第１クラッチ８は連結し、第２クラッチ９は切
り離されている。末端部を目的物体Ｗに対し前進させる
場合は、電動機２を正回転すると、その回転トルクによ
って直接第１クラッチの回転軸１１を回転し、スクリュ
ウ１４及びナット１７を介してガイド１９を前進する。
この場合、正回転時には一方向クラッチ２７が連結して
電動機２の低トルクをトルク切換手段２１の歯車６，２
２，２３，１０の順に一方向の回転を伝達し、第２クラ
ッチ９の歯車１０は回転軸１１を“空転”し、第１クラ
ッチ８の“連結”を拘束せずに動力伝達経路の末端部に
設定歯数比に対応した低トルク，高速度の動力が伝達さ
れる。この結果、目的物体に対して末端部を早く移動さ
せることができる。

【００１５】次に図２は、ナットの末端部が治具に固定
された目的物体Ｗに接した状態を示す。この場合、ナッ
トの前進が停止し、電動機１のトルクは引き続き回転軸
１１を回転しようとし、その前進方向の力が反力となっ
てスプリングＳの力に抗して回転軸１１を第１クラッチ
８内の余裕隙間分だけ僅かに押戻される一瞬に、第１ク
ラッチ８の噛み合いが切り離され、同時に第２クラッチ
９の回転軸側の歯が連結し、トルク切換機構２１の回転
トルクを歯車６，２２，２３，１０の順に一方向の回転
軸１１に伝達する。したがって、スクリュウの末端部に
は、ギャ−歯数比１：ｎの設定により２ｎ倍の高トルク
と低速度の動力を伝達することができる。

【００１６】次に、末端部をクランプ完了から開放する
際は、極性切換により電動機２を逆回転にする。この逆
回転時にスプリングＳにより回転軸１１を目的物体の方
向に押し戻す力がかかり、瞬間的には第２クラッチ９と
第１クラッチ８とが同時に噛み合う状態になるが、逆回
転時に噛み合った小歯車２３の揺動角度（α）だけ揺動
する余裕も持たせてあるため、両クラッチ間の干渉を揺
動角の許容範囲内にて一瞬に逃がすことが出来るので、
第１クラッチ８と第２クラッチ９の同時噛み合いによる
不都合を防止できる。この結果、第２クラッチ９が切り
離されると同時に第１クラッチ８が連結し回転軸１１を
逆転し、低トルク，高速度の動力をナット末端部に伝達
し、目的物体から開放することができる。このようにし
て、動力伝達経路を元位置に待機させて、次の作業に備
える。

【００１７】したがって、ナットの末端部が目的物体に
接するまでは低トルク，高速度で移動し、ナットが目的
物に接した後は、その反力で自動的にクラッチの切換が
行われ、要求されるトルクと速度に変更することができ
る。

【００１８】なお、本発明の実施例では、トルク切換方
式を機械的な構造例を挙げたが、この実施例に限定され
ず、たとえば、上記末端部が目的物体に接近または当接
した時に、動力伝達経路となる可動部、たとえば回転軸
１１，スクリュウ１４、ナット１７，ガイド１９等の直
進可能な部材の変位量またはモ−タ回転数を位置検出器
により検出し、その検出器の出力信号により第１クラッ
チ（電磁クラッチ）及び／または第２クラッチ（電磁ク
ラッチ）の連結ないし切り離し動作を行うようにしても
よく、あるいはタイマ信号にて行っても、同様の作用が
得られることはいうまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明の方法に
よれば、パワ−容量の小さい電動機でも目的に応じた十
分なトルクを増大することがでるので、空気圧シリンダ
及び油圧シリンダ等の配管設備やホ−ス交換等に要する
工数及び費用を大幅に削減することができる。また、従
来の電動シリンダに比べて、機械的なトルク切換手段が
なかったために、電動機容量が著しく大きくなるという
不都合をなくすことができる。また流体エネルギ−利用
時の配管経路のエネルギ−消費を格段に節減できる。ま
た、動力伝達経路の末端部を目的物体に対し低トルク，
高速度の動力でソフトタッチする場合、またはクランプ
後に拘束した状態でトルク及び速度を一瞬に変更する場
合など、その目的用途は極めて広い分野にわたって応用
できる。

【００２０】また本発明装置によればトルク切換手段を
付加するだけであるから、ギャ−比を任意に変化するだ
けで、複数の異なるトルクと速度を一つのモ−ションの
中で得られるほか、機械的なギャ−組み合わせ機構であ
るから、パワ−源のユニット化が確立できる。しかも電
動機を極めて小さいものを使用することができるから、
安価に製作できることは無論のこと、装置全体の小型化
及び軽量化を飛躍的に向上することできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための装置の一例を示
した、動力伝達経路の末端部を前進する場合の始動時前
の断面図である。

【図２】本発明の実施例において動力伝達経路の末端部
を目的物体に到達しクランプ完了した状態を示し、その
一部に任意の角度だけ自由に揺動し得る小歯車の平面図
を含む断面図である。

【図３】本発明装置に内蔵したトルク切換手段の任意の
角度だけ自由に揺動し得る歯車の拡大平面図である。

【符号の説明】

１ フレ−ム ２ 電動機 ６ 小歯車 ８ 第１クラッチ ９ 第２クラッチ １０ 大歯車 １１ 回転軸 １４ スクリュウ １７ ナット ２１ トルク切換手段 ２２ 大歯車 ２３ 小歯車（任意角度を自由に揺動し得る歯車） ２６ 連結軸 ２７ 一方向クラッチ ０ 逃げ溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機の回転運動をスクリュウ及びナッ
   トを介して直進運動に変換する方式において、電動機の
   出力軸とスクリュウとの間に、第１クラッチ及び第２ク
   ラッチを設け、上記第１クラッチと第２クラッチとの間
   には、所望のギャ−歯数比を設定したトルク切換手段を
   連結し、その動力伝達経路の末端部を移動するときに、
   先ず第２クラッチを切り離し、第１クラッチを連結して
   所望の速度，トルクの動力を末端部に伝達し、また上記
   末端部が目的物体に接触したときは、その反力で第１ク
   ラッチを切り離し、かつ第２クラッチを連結して上記の
   動力と異なる速度，トルクの動力を末端部に伝達する回
   転運動を直進運動に変換する動力伝達方法。
2. 【請求項２】 上記末端部が目的物体に接近または当接
   した時に、動力伝達経路となる可動部の変位量を位置検
   出器により検出し、その検出器の出力信号により第１ク
   ラッチ及び第２クラッチの連結ないし切り離し動作を行
   う請求項１に記載された回転運動を直進運動に変換する
   動力伝達方法。
3. 【請求項３】 電動機の出力軸に連結した第１クラッチ
   と、この第１クラッチの回転軸に連結した第２クラッチ
   と、上記回転軸の先端に連結したスクリュウと、このス
   クリュウに組み込まれたナットの末端部と、上記第１ク
   ラッチと第２クラッチとの間に所望のギャ−歯数比を設
   定した複数の歯車を介して連結したトルク切換手段とを
   有し、上記切換手段は、第１クラッチ側の歯車には一方
   向クラッチを、また第２クラッチ側の歯車には任意の逃
   げ角度だけ自由に揺動し得る歯車を連結し、上記一方向
   クラッチ及び任意の逃げ角度だけ自由に揺動し得る歯車
   は、それぞれのトルク切換時の第１クラッチ及び第２ク
   ラッチの同時噛み合を逃がすようにしたことを特徴とす
   る回転運動を直進運動に変換する動力伝達装置。