JPH0586325B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、出力軸に回転運動および推力方向の
往復直線運動を与えるための推力方向往復運動装
置に関し、特にその軸線方向の推力を油圧系によ
り補償するための装置に係る。

従来技術 例えばプラスチツクの混練装置などでは、推力
軸に軸線を中心とする回転運動の他、軸線方向の
往復直線運動が与えられる。したがつて、この種
の駆動装置は、回転駆動系の他、往復運動の駆動
系を備えている。

従来の往復駆動機構は、機械的クランク機構に
より構成し、大きな推力を受けながら、出力軸に
軸線方向の往復直線運動を与えるか、またはサー
ボモータによつて、送りねじユニツトを作動さ
せ、出力軸と送りねじユニツトとの相対的な回転
運動によつて軸線方向に往復直線運動を与えるよ
うにしている。

前者のクランク機構では、機械要素の連結部分
に摩擦力が働いて、熱が発生するため、動力の損
失が大きく、またその際の発熱が他の機械要素に
及ぼす影響も無視できない。また後者の送りねじ
ユニツトによるものでは、送りねじユニツトのね
じ面の面圧が過大となり、部材の寿命を著しく害
する他、これを駆動するサーボモータの所要の動
力も増加して、大型のモータを使用せざるをえ
ず、これが技術的または経済的な限界となつてい
る。

発明の目的 したがつて、本発明の目的は、送りねじユニツ
ト式の推力方向の往復直線運動装置において、そ
の機構、特にその送りねじユニツト以外の部分
で、出力軸に発生する強大な変化する推力を受け
止めることによつて、送りねじユニツトなどの機
械要素に掛かる推力方向の荷重を軽減し、またそ
れを駆動するためのサーボモータの駆動力を小さ
くできるようにすることである。

発明の概要 そこで、本発明は、出力軸の後端部分に複動型
の油圧シリンダを設け、この油圧シリンダのピス
トンによつて、出力軸に働く推力に対し、逆方向
の力を作用させ、推力を相殺するようにしてい
る。ここで、油圧シリンダの各シリンダ室は、そ
れを高める方向の油圧源と、その圧力を低下させ
る方向に働くサーボ逃がし弁とによつて、適切な
圧力値に調整される。また出力軸の往復直線運動
によつて、その内部圧力が脈動的に変動するが、
そのような圧力の変動は、油圧系の蓄圧器によつ
て吸収される。またサーボ逃がし弁の制御部は、
油圧シリンダのシリンダ室の内部圧力を圧力セン
サーなどにより検出し、同時に、前記クランク運
動または送りねじユニツトの駆動力を検出し、そ
れらの関係が常に希望の関係にあるように、上記
サーボ逃がし弁のオン・オフ動作を制御すること
によつて、油圧系の圧力を常に最適な圧力値に自
動的に調整している。

実施例の構成 以下、本発明の実施例の構成を図面に基づいて
具体的に説明する。

まず第１図は、本発明の前提となる推力方向往
復運動装置１を駆動対象の混練押し出し機２とと
もに示している。この推力方向往復運動装置１
は、ギヤケース３の内部で出力軸４を備えてお
り、またその外部で、出力軸４に回転を与えるた
めのメインモータ５および出力軸４に推力方向、
すなわち軸線方向の往復直線運動を与えるため
に、サーボモータ６を備えている。

上記出力軸４は、前方の軸受け７により回転自
在で、しかも推力方向、つまり軸線方向に摺動可
能な状態で支持されており、一部に形成されたス
プライン９の部分でスプラインスリーブ１０には
まり合い、また他の部分に固定された雌ねじ１１
の部分で、送りナツト１２の雄ねじ８にねじ対偶
のもとに連結されている。

上記スプラインスリーブ１０は、出力軸４に回
転運動のみを伝達するためのものであり、前後端
で玉軸受１３によつて、上記ギヤケース３に対し
て回転自在に支持され、その中間部分で出力ギヤ
１４を回り止め状態で保持している。また上記送
りナツト１２は、出力軸４に推力方向の直線往復
運動を与えるためのものであり、出力ギヤ１５の
中心に回り止め状態で、かつ推力を受け止め得る
状態で固定され、しかもその出力ギヤ１５を介
し、前後の玉軸受１６によつてギヤケース３の部
分に回転自在に間接的に支持されている。

一方、上記メインモータ５の回転は、例えばタ
イミングベルト・プーリ１７により中間軸１８に
伝達される。この中間軸１８は、玉軸受１９によ
つてギヤケース３の部分で回転自在に支持されて
おり、上記出力ギヤ１４に噛み合うギヤ２０、お
よびベベルギヤ２１を支持している。このこのベ
ベルギヤ２１は、軸２３に固定されたベベルギヤ
２２と噛み合つている。この軸２３は、ギヤケー
ス３に対し回転自在に支持されており、一端でギ
ヤ２４を支持し、かつ先端部でアブソリユート型
のエンコーダ２５に連結されている。

また上記サーボモータ６は、ギヤケース３の外
側面に取り付けられており、モータ軸２６の回転
は、そのギヤ２７、中間軸２８のギヤ２９，３０
を介し、前記出力ギヤ１５に伝達される。なお、
この中間軸２８は、玉軸受３１によつてギヤケー
ス３に支持されており、その延長部分に取り付け
られたベベルギヤ３２によつて差動歯車機構３４
のベベルギヤ３３に噛み合つている。そして、こ
の差動歯車機構３４は、一方の入力側のベベルギ
ヤ３３の回転、および上記ギヤ２４に噛み合う他
方の入力側のギヤ３５の回転差を出力として、検
出軸３６およびギヤ３７，３８を介し、差動検出
用のエンコーダ３９に伝達する。

ところで、駆動対象の混練押し出し機２は、ス
クリユーハウジング４１の内部で、駆動対象のス
クリユー４０を回転自在で、しかも推力方向に摺
動可能な状態で備えている。このスクリユー４０
は、カツプリング４２によつて上記出力軸４に連
結されている。そして、上記スクリユーハウジン
グ４１は、外周部分でヒータ４６を備え、また内
部でスクリユー４０の切り欠き部分を通過可能な
ピン４７を備え、また先端の開口部分で油圧によ
つて押されているノズル４８と接している。なお
混練対象の材料４３は、ホツパー４４の内部に収
納され、アジテータ４５によつて混ぜ合わせられ
ながら、スクリユー４０の基端部分に送りこまれ
る。

次に第２図は、制御装置５０および変速制御装
置５１を示している。上記サーボモータ６は、サ
ーボドライバー５２によつて制御される。また前
記メインモータ５は、制御装置５０とは別の変速
制御装置５１により所定の速度で回転するよう制
御される。そして、前記エンコーダ２５，３９
は、それぞれコントローラ５３に接続されてお
り、このコントローラ５３は、サーボモータ６の
サーボドライバー５２および位置指令メモリ４９
に接続されている。

さて、本発明の圧力補償装置５４は、第１図に
示すように、出力軸４の後端部分で、複動型の油
圧シリンダ５５を備えている。この油圧シリンダ
５５は、ギヤケース３の後端面に固定されてお
り、そのピストン５６は、これと一体的な中空の
ピストンロツド５７によりギヤケース３に対しＯ
リング５８を介在させながら、摺動自在にはまつ
ており、その内部でスラスト軸受５９を介在させ
ながら、出力軸４の延長部分４ａに同心的に挿入
されている。なおこの延長部分４ａの後端部分
は、ピストン５６に固定されたスリーブ６０から
外部に突出し、ロータリー継手６１によつて、冷
却用オイル６２を循環的に取り入れられるように
なつている。

次に、第３図は本発明の圧力補償装置５４の構
成を示している。上記油圧シリンダ５５の一方の
シリンダ室６３は、管路６５により蓄圧器６６、
圧力センサー６７に接続されており、さらに分岐
し、管路７０によりサーボ逃がし弁６８、基準圧
力センサー６９および油圧ポンプ７１の吐き出し
側に接続されている。この油圧ポンプ７１は、ポ
ンプ駆動用のモータ２７に連結されており、吸い
込み側で、ストレーナ７３によつてオイルタンク
７４に収納された駆動オイル７５中に没してい
る。

また上記油圧シリンダ５５の他方のシリンダ室
６４は、同様に管路７７を介し、バイパス用のサ
ーボ逃がし弁７８、蓄圧器７９および圧力センサ
ー８０に接続されており、さらに分岐し管路８１
によつてサーボ逃がし弁８２、およびリリーフ弁
８３を経て上記油圧ポンプ７１の吐き出し側に接
続されている。そして、上記サーボ逃がし弁６
８，７８，８２およびリリーフ弁８３の戻し側の
部分は管路８５によつて駆動オイル７５の内部に
没している。なお、上記油圧ポンプ７１の吐き出
し側に圧力計８４が付設されている。

これらの圧力センサー６７，８０および基準圧
力センサー６９は、第４図に示すように、サーボ
ドライバー５２とともにコントローラ８６に接続
されており、またこのコントローラ８６は、制御
対象のサーボ逃がし弁６８，７８，８２にそれぞ
れ接続されている。また前記コントローラ５３
は、電流検出器８９に接続された検出回路８７に
も接続されており、この検出回路８７およびコン
トローラ８６は、相互に接続されている。上記の
検出回路８９は、サーボモータ６とサーボドライ
バー５２との間に流れる電流の値を検出してい
る。

なおポンプ駆動用のモータ７２は、メインコン
トローラ８８の制御下に置かれている。

発明の作用 次に、上記推力方向往復運動装置１の一連の動
作とともに、本発明の圧力補償装置５４の作用を
説明する。

まず、変速制御装置５１は、メインモータ５を
所定の速度で回転させている。このときメインモ
ータ５の回転は、タイミングベルト・プーリ１
７、中間軸１８、ギヤ２０および出力ギヤ１４を
介し、スプラインスリーブ１０に伝達される。そ
こで、このスプラインスリーブ１０は、出力軸４
の推力方向の直線運動を許容しながら、その回転
運動のみを出力軸４に伝達する。このようにし
て、出力軸４は、所定の速度で混練押し出し機２
のスクリユー４０を回転させている。

一方、コントローラ５３は、エンコーダ２５に
よつて出力軸４の回転角を検出し、検出時の回転
角のときに、出力軸４に与えるべき推力方向の変
位量を位置指令メモリ４９から順次読み取つてい
く。このような変位量は、出力軸４の回転角ごと
に例えば正弦波のような曲線として、予め入力さ
れている。

この間に、差動歯車機構３４は、メインモータ
５の回転、すなわち出力軸４の回転と、サーボモ
ータ６の回転、つまり送りナツト１２の回転を取
り入れ、それらの回転差を検出し、その回転差を
エンコーダ３９に伝える。この結果、エンコーダ
３９の出力信号は、出力軸４と送りナツト１２と
の相対的な回転差と対応している。

そこで、コントローラ５は、出力軸４のある回
転角の目標の変位量と、エンコーダ２５の出力と
しての回転差を比較し、その偏差に基づいて上記
サーボモータ６のサーボドライバー５２に回転指
令を与える。この結果、サーボモータ６は、出力
軸４に推力方向の目標の変位量を与えるべく、送
りナツト１２を回転させることになる。

例えば、送りナツト１２が、出力軸４と同じ回
転数で回転していると、雌ねじ１１と送りナツト
１２との間に推力方向の相対的な変位が現れない
ため、出力軸４は、スクリユー４０の推力方向に
移動しないまま、回転することになる。しかし、
送りナツト１２が出力軸４よりも大きな回転数で
同一方向に回転すると、出力軸４は、スクリユー
４０とともに後退方向、つまり図面上で右方向移
動することになる。また逆に、送りナツト１２が
出力軸４の回転方向と同じ回転方向で、それより
も低い回転数で回転すると、出力軸４およびスク
リユー４０は、前進方向つまり図面上左方向に移
動することになる。

このようにして、サーボモータ６が出力軸４と
同じ方向で、しかもそれとある回転数を中心とし
て目標の変位量、例えば正弦波の曲線に沿つて、
増速および減速を周期的に繰り返すことによつ
て、出力軸４は、回転しながら、同時に雌ねじ１
１および送りナツト１２のねじ作用によつてスク
リユー４０とともにその推力方向に往復直線運動
を繰り返すことになる。しかも、この往復直線運
動のストロークおよび相対位置は、コントローラ
５３に入力すべきデータを変更することによつ
て、自由に設定できることになる。

このようにして、スクリユー４０は材料４３を
その螺線によつて順次送りながら溶融状態で混練
し、ノズル４８の部分から前方に押し出す。この
間に、ピン４７は、材料４３の送り方向の進行を
妨げることにより、材料４３に剪断力を作用さ
せ、混練作業を助長している。既に述べたよう
に、スクリユー４０の螺線部分に切り欠きが設け
てあるため、スクリユー４０が出力軸４に駆動さ
れて、推力方向に往復直線運動をするとき、ピン
４７は、そのスクリユー４０の螺線の切り欠き部
分を通過し、機械的な回転および往復運動を許容
する。なお混練後の材料４３は、ノズル４８を押
し開けて、間欠的に外部に放出される。

一方、油圧ポンプ７１は、常時、モータ７２の
回転力を取り入れて、所定の圧力値の圧油７６を
サーボ逃がし弁６８，８２を介し、蓄圧器６６，
７９および油圧シリンダ５５のそれぞれのシリン
ダ室６３，６４に供給している。このため、出力
軸４の推力は、油圧シリンダ５５のピストン５６
によつても分担されることになる。したがつて、
圧油７６の圧力は、出力軸４の後退方向の推力、
つまりその反力に対し、十分に耐え得る圧力値に
設定されていなければならない。

そこでコントローラ８６は、圧力センサー６
７，８０からの圧力信号を入力とし蓄圧器６６，
７９の内部圧力値、すなわち、油圧シリンダ５５
のシリンダ室６３，６４の圧力値を個別的に検出
し、その検出結果等に基づいて、サーボ逃がし弁
６８，７８，８２のオン・オフ状態を制御する。
シリンダ室６３，６４の内部圧力が、所定の圧力
値より高まつたとき、サーボ逃がし弁６８，７
８，８２は、それぞれ別々にオン・オフ動作を
し、その圧油７６を管路８５を経て、オイルタン
ク７４に戻す。

なお、この動作中に、検出回路８７は、サーボ
モータ６に流れる電流値信号を受け、コントロー
ラ５３からの位置信号を入力とし、サーボ逃がし
弁６８，７８，８２のオン・オフ動作のタイミン
グを取つている。シリンダ室６３の内部圧力が急
に高くなるとき、シリンダ室６４の圧油７６は、
サーボ逃がし弁８２を経ないで、直接サーボ逃が
し弁７８から外部に速やかに排出されるため、油
圧シリンダ５５のピストン５６は、第３図で左方
向に早い速度での移動を可能としている。これに
よつて、出力軸４の推力が油圧シリンダ５５によ
つて、速やかに分担できる状態になる。この油圧
シリンダ５５は、既に述べたように、複動型のも
のであり、それぞれのシリンダ室６３，６４の圧
力値が個別に制御されるため、出力軸４は、いず
れの方向でも、出力軸４の推力に十分対抗しうる
だけの油圧力を受けることになる。なお、油圧ポ
ンプ７１の吐き出し側の油圧が低いとき、基準圧
力センサー６９は、その状態を検知し、サーボ逃
がし弁６８，７８，８２のオン（開動作）を禁止
するために、コントローラ８６に信号を送り続け
る。

ところで、出力軸４が軸線方向に往復すると
き、その推力もまた脈動的に変化することにな
る。したがつて、圧油７６の圧力値は、その推力
の脈動的な変化と同期して、コントローラ８６の
制御のもとでも、脈動的に変化することになる。
このような圧力値の脈動的な変化は、蓄圧器６
６，７９の機能によつて、ある程度吸収される。
しかし、この油圧系に制御遅れがあつて、それが
出力軸４の往復運動と共振すると、油圧系にハン
チング現象が起きやすい状態になる。このような
油圧系のハンチング現象は、出力軸４の最大推力
の発生区間でのみサーボ逃がし弁７８を動作させ
るか、シリンダ室６３，６４の圧力値の設定によ
つて、出力軸４の振動的な動きを阻止すれば、一
層確実に防止できる。

なお油圧シリンダ５５および蓄圧器６６，７９
の内部の圧油７６は、高い温度になつているが、
サーボ逃がし弁６８，７８，８２から排出され、
機外に設けられたオイルタンク７４に収容され、
再び利用される過程で、その熱を外部に発散さ
せ、推力方向往復運動装置１の部分に熱的な悪影
響を与えないようになつている。

このようにして、圧力補償装置５４は、出力軸
４の軸線方向のいずれの方向の推力をも油圧シリ
ンダ５５の作用によつて受け止めているため、出
力軸４の往復直線運動時の軸線方向の力は、送り
ねじユニツト、つまり雌ねじ１４および送りナツ
ト２２の部分にほとんど作用しない。したがつ
て、その送りねじユニツトの部分での熱の発生が
抑えられ、またそれの駆動に必要なサーボモータ
４の駆動トルクが小さくて済むことになる。

発明の効果 本発明では、下記のような効果が得られる。

まず第１に、出力軸に発生する軸線方向の力が
油圧シリンダによつて受け止められるから、送り
ねじユニツトのねじの面圧や、それらの軸受け部
分の荷重が小さくなるため、それらの摩耗や発熱
が最小限度に抑えられる他、サーボモータのトル
クが小さくて済み、したがつて全体的な装置の構
成が小型で安価に製作できる。

第２に、コントローラが出力軸の実際の力を測
定し、それに応じて油圧シリンダの内部圧力を自
動的に調整し、その出力軸の推力の変動に追従す
るから、常時運転時はもちろんのこと、指動時に
おいても常に推力に比例する力が得られるため、
出力軸の回転運動および往復直線運動に広い範囲
での自由度が得られる。

第３に、油圧シリンダが複動型のシリンダとし
て構成されており、一方のシリンダ室の他、他方
のシリンダ室にも圧力制御系が設けられているた
め、出力軸のいずれの方向の推力に対しても十分
に対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は推力方向往復運動装置の断面図、第２
図は制御装置のブロツク線図、第３図は本発明の
圧力補償装置の配管図、第４図はコントローラの
部分のブロツク線図である。 １……推力方向往復運動装置、２……混練押し
出し機、４……出力軸、５……メインモータ、６
……サーボモータ、１１……雌ねじ、１２……送
りナツト、２５，３９……エンコーダ、３４……
差動歯車機構、５０……制御装置、５１……変速
制御装置、５２……サーボドライバー、５３，８
６……コントローラ、５４……圧力補償装置、５
５……複動型の油圧シリンダ、５６……ピスト
ン、６３，６４……シリンダ室、６６，７９……
蓄圧器、６７……圧力センサー、６８，８２……
サーボ逃がし弁、６９……基準圧力センサー、７
１……油圧ポンプ、７８……サーボ逃がし弁、８
０……圧力センサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 出力軸に、軸線を中心とする回転運動および
   送りねじユニツトにより軸線方向の往復運動を与
   える推力方向往復運動装置において、上記出力軸
   の後端にその回転運動を許容する状態でピストン
   により連結された複動型の油圧シリンダと、この
   油圧シリンダの各シリンダ室に管路によりそれぞ
   れ蓄圧器を介して接続された油圧源と、この油圧
   源のそれぞれの圧力を信号によつて独立に、しか
   も任意に自動的に設定変化させ得る圧力制御回路
   と、前記送りねじユニツトの駆動力を検出して、
   その値が常に規定範囲にあるように推力補償圧力
   を自動的に計算して、信号を出す制御部とを具備
   することを特徴とする推力方向往復運動装置の圧
   力補償装置。