JP4337061B2 - 負荷感応型推力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、雄ねじ部材の回転運動を雌ねじ部材の直線運動に変換して対象物に推力を付与する際、対象物からの負荷に従って推力を自動調整可能とした負荷感応型推力伝達装置に関する。

例えば、電動モータ等による回転運動を直線運動に変換して対象物に推力を付与するため、駆動軸に連結された雄ねじ部材に雌ねじ部材を螺合し、雄ねじ部材の回転運動を雌ねじ部材の直線運動に変換するねじ機構を用いた変換装置が知られている。

通常のねじ機構では、雄ねじ部材と雌ねじ部材との変速比が固定されており、対象物に大きな推力を付与するためには、予め大きな減速比を設定しておかなければならない。しかしながら、減速比を大きくすると、負荷が軽い場合であっても雌ねじ部材の移動速度が遅いため、所望の推力が得られるまでに長時間を要してしまう。

そこで、対象物からの負荷に応じて減速比を自動的に切り替えることのできる負荷感応型推力伝達装置が開発されている（特許文献１参照）。

図５は、従来の負荷感応型推力伝達装置２の断面構成図である。負荷感応型推力伝達装置２は、上部フレーム４に軸支された回転軸６に一端部が固定された雄ねじ部材８と、雄ねじ部材８に螺合する雌ねじ部材１０と、雌ねじ部材１０にベアリング１２ａ、１２ｂを介して装着される移動ケース１４と、移動ケース１４に雄ねじ部材８の他端部側が挿通されるスリーブ１６を介して固定される加圧板１８とを備える。

雄ねじ部材８は、ベアリング２０ａ、２０ｂを介して移動ケース１４に回転自在な状態で支持される。雌ねじ部材１０は、雄ねじ部材８よりも有効径が大きく設定され、軸心が雄ねじ部材８の軸心に対して所定量偏心しており、ベアリング１２ａ、１２ｂを介して移動ケース１４に回転可能な状態で支持される。雌ねじ部材１０は、移動ケース１４に対して移動可能であり、雌ねじ部材１０の一端部は、ブレーキシュー２２ａ、２２ｂを介して移動ケース１４に連結され、他端部は、スプリング２４を介して移動ケース１４に連結される。

このように構成される負荷感応型推力伝達装置２において、回転軸６の回転に伴って雄ねじ部材８が回転すると、雄ねじ部材８に螺合する雌ねじ部材１０が矢印方向に移動し、移動ケース１４及びスリーブ１６を介して加圧板１８が矢印方向に移動する。

加圧板１８は、対象物に対して所定の加圧力を付与するものであり、加圧板１８に対する対象物からの負荷が所定値以下であるとき、スプリング２４の弾発力によって雌ねじ部材１０がブレーキシュー２２ａ、２２ｂを介して移動ケース１４に押圧されているため、雌ねじ部材１０は、回転することなく移動ケース１４とともに対象物側に移動する。従って、移動ケース１４の移動速度は、雄ねじ部材８と雌ねじ部材１０のピッチによって決定される。

加圧板１８が所定量移動して、対象物からの負荷が所定値よりも大きくなると、移動ケース１４の矢印方向への移動が対象物によって阻止される。このとき、移動ケース１４に収納されている雌ねじ部材１０は、雄ねじ部材８の回転によってスプリング２４の弾発力に抗して移動ケース１４と相対的に矢印方向に移動するため、ブレーキシュー２２ａ、２２ｂが離間し、雌ねじ部材１０が移動ケース１４に対して回転自在な状態となる。

この場合、雌ねじ部材１０の有効径は雄ねじ部材８の有効径よりも大きく設定されているため、これらの有効径の比率に従った減速比で雌ねじ部材１０が回転する。従って、移動ケース１４の矢印方向の移動速度が減速され、大きな推力が対象物に付与されることになる。

特許第３６６４４０６号

ところで、上記の構成からなる負荷感応型推力伝達装置２では、ブレーキシュー２２ａ、２２ｂが離間したとき、雌ねじ部材１０がベアリング１２ａ、１２ｂを介して自由に回転できる状態となるため、減速比及び推力が急激に増大し、この変動による衝撃が対象物に付与されてしまう不具合がある。

また、図５に示す状態から加圧板１８を矢印と反対方向に移動させる場合には、ブレーキシュー２２ａ、２２ｂが離間することがないため、減速比及び推力を対象物からの負荷に応じて自動調整することはできない。従って、減速比及び推力を調整できる方向が一方向に限定される不具合がある。 本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、対象物に衝撃を与えることなく、負荷に応じて連続的に変化する推力を、推力の付加方向に係わらず対象物に付与することのできる負荷感応型推力伝達装置を提供することを目的とする。

本発明の負荷感応型推力伝達装置は、駆動源によって回転駆動される雄ねじ部材と、
前記雄ねじ部材よりも有効径が大きく設定され、前記雄ねじ部材に軸心を偏心させた状態で螺合し、前記雄ねじ部材の回転により軸心方向に移動可能な雌ねじ部材と、
前記雌ねじ部材の軸心方向の移動によって発生する推力を対象物に伝達する伝達部材と、
前記雌ねじ部材を回転可能な状態で前記伝達部材に連結し、前記推力に対する前記対象物からの負荷が所定値以下のとき、前記雌ねじ部材の回転を双方向にわたって阻止し、前記負荷が前記所定値よりも大きいとき、前記雌ねじ部材の回転を双方向にわたって可能とする摩擦手段と、
を備え、
前記摩擦手段は、前記雌ねじ部材と前記伝達部材との間に封入され、所定の摩擦力を前記雌ねじ部材に付与する粘性材料からなることを特徴とする。

本発明の負荷感応型推力伝達装置は、極めて簡単な構成からなり、対象物からの負荷に応じて推力を連続的に変化させることができる。しかも、推力の方向に係わることなく、所望の推力を対象物に付与することができるため、対象物に衝撃が加わることのない好適な負荷感応型推力伝達装置が得られる。

図１は、本実施形態の負荷感応型推力伝達装置３０の外観斜視図である。負荷感応型推力伝達装置３０は、対象物をクランプする機構に適用されるものであり、ハウジング３２の下端部に固定されたガイド部材３４には、矢印Ａ方向に近接離間する一組のクランパ３６ａ、３６ｂが係合する。ハウジング３２の上部には、ブラケット３８を介してモータ４０（駆動源）が装着される。

図２は、負荷感応型推力伝達装置３０の分解図であり、図３は、負荷感応型推力伝達装置３０のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

モータ４０の駆動軸４２に装着されたピニオンギア４４には、減速ギア４６が噛合する。減速ギア４６には、回転軸４８の一端部が係合する。この回転軸４８は、中間部に雄ねじ部５０（雄ねじ部材）が形成され、他端部にローラ部５２が形成される。減速ギア４６は、リテーナ５４を介してハウジング３２の上部に装着される。

リテーナ５４には、軸受け部材５６を介して回転軸４８が挿通される。リテーナ５４と軸受け部材５６との間には、軸受け部材５６を回転軸４８とともに回転可能に支持するベアリング５８（第２軸受け部材）が装着される。なお、減速ギア４６とベアリング５８との間には、ベアリング押さえ６０、６２が装着される。

回転軸４８に形成された雄ねじ部５０には、有効径が雄ねじ部５０よりも大きく設定され、且つ、リードが雄ねじ部５０と同じである雌ねじ部材６４が雄ねじ部５０に軸心を偏心させた状態で螺合する。この雌ねじ部材６４の外周部には、ベアリング６６（第１軸受け部材）を介してロッド部材６８（伝達部材）の大径部が連結される。従って、雌ねじ部材６４は、ロッド部材６８に対して回転可能に構成される。なお、ベアリング６６とリテーナ５４との間には、ベアリング押さえ６９、７１が装着される。

ここで、雌ねじ部材６４の外周部とロッド部材６８の内周部との間には、間隙７０が形成されており、この間隙７０には、所定の摩擦力を付与するための粘性材料（摩擦手段）が封入される。なお、粘性材料としては、例えば、粘性の高いグリースを使用することができる。また、雌ねじ部材６４に装着されたベアリング押さえ６９の外周部には、図４に示すように、所定の摩擦力を雌ねじ部材６４に付与するための摩擦板７２（摩擦部材）が摺接する。摩擦板７２は、一端部がスプリング７４を介してロッド部材６８に植設されたピン７６に固定され、他端部がロッド部材６８に装着されたブラケット７８に固定される。これらの粘性材料及び摩擦板７２によって雌ねじ部材６４付与される摩擦力により、ロッド部材６８に対する雌ねじ部材６４の回転が抑制される。

回転軸４８の他端部に形成されたローラ部５２には、ハウジング３２にブラケット８０を介して装着された一組のローラ８２ａ、８２ｂ（第３軸受け部材）が当接する。これらのローラ８２ａ、８２ｂは、回転軸４８のラジアル荷重を受けることで、ぶれを抑制する。

ロッド部材６８に下端部には、スリット８４が形成されており、このスリットに略＜形状に形成された一組のリンク部材８６ａ、８６ｂが係合する。リンク部材８６ａ、８６ｂは、各一端部がスリット８４に挿通された共通の軸部材８８によって軸支され、各中間部がハウジング３２に挿通された軸部材９０ａ、９０ｂによって軸支され、他端部にクランパ３６ａ、３６ｂが装着される。

本実施形態の負荷感応型推力伝達装置３０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

クランパ３６ａ、３６ｂを離間させた状態から対象物をクランプする場合、モータ４０が駆動されることにより、駆動軸４２、ピニオンギア４４、減速ギア４６を介して回転軸４８が回転する。このとき、回転軸４８に形成されている雄ねじ部５０が回転すると、雄ねじ部５０に螺合している雌ねじ部材６４に対して、雌ねじ部材６４を回転させる回転方向の力と、雌ねじ部材６４をロッド部材６８側に移動させる矢印Ｂ方向の力とが付与される。

この場合、クランパ３６ａ、３６ｂ間に対象物がクランプされていないものとすると、ロッド部材６８の矢印Ｂ方向の移動に対して対象物から負荷が加わることがない。また、雌ねじ部材６４は、雌ねじ部材６４及びロッド部材６８間に封入した粘性材料の粘性抵抗と、雌ねじ部材６４の外周部に摺接する摩擦板７２の摺動抵抗とによって回転が阻止されている。従って、雄ねじ部５０の回転運動は、それに螺合する雌ねじ部材６４の直進運動にのみ変換され、この結果、ロッド部材６８が矢印Ｂ方向に速やかに移動する。

ロッド部材６８が矢印Ｂ方向に移動すると、リンク部材８６ａ、８６ｂを介してクランパ３６ａ、３６ｂが近接移動を開始する。クランパ３６ａ、３６ｂが所定量移動して対象物をクランプすると、ロッド部材６８の矢印Ｂ方向への移動が減速される。このとき、対象物をクランプすることによる負荷がロッド部材６８を介して雌ねじ部材６４に伝達される。

前記の状態から雄ねじ部５０がさらに回転を継続すると、雌ねじ部材６４の矢印Ｂ方向に対する移動が減速されているため、雌ねじ部材６４の回転方向の力が増加し、この力が粘性材料及び摩擦板７２による摩擦力よりも大きくなった時点において、雌ねじ部材６４が回転を開始する。

この場合、雌ねじ部材６４とロッド部材６８との間には、粘性材料及び摩擦板７２が介在している。雌ねじ部材６４とロッド部材６８との間に介在させた粘性材料及び摩擦板７２による摩擦力は、雌ねじ部材６４の回転速度に依存して連続的に変化するため、対象物からの負荷が増大して雌ねじ部材６４の回転速度が徐々に増加し、これに伴って対象物に対する推力が徐々に増加することになる。

この結果、クランパ３６ａ、３６ｂは、対象物に衝撃を与えることなく、緩やかにクランプ動作を遂行し、且つ、徐々に増加する推力によって対象物を好適にクランプすることができる。

なお、雌ねじ部材６４の回転を抑制するために、粘性材料に加えて、摩擦板７２を用いることにより、粘性材料の温度による摩擦力の変動の影響を抑制することができる。

一方、対象物をクランプした状態からアンクランプする場合、対象物によるロッド部材６８の矢印Ｂ方向の動作に対する拘束がないため、雌ねじ部材６４が回転することなく、速やかにロッド部材６８を上昇させてクランパ３６ａ、３６ｂを離間させ、アンクランプ状態を実現することができる。

ここで、本実施形態の負荷感応型推力伝達装置３０では、ロッド部材６８を図３のモータ４側に移動させる際、対象物からロッド部材６８の移動を阻止する負荷が付与されている場合、雌ねじ部材６４が粘性材料及び摩擦板７２による摩擦力に抗して回転し、所望の減速比及び推力でロッド部材６８が移動する。そして、対象物からの負荷が所定値以下となった時点において雌ねじ部材６４の回転が停止され、ロッド部材６８の移動速度が増加する。このように、本実施形態の負荷感応型推力伝達装置３０では、ロッド部材６８の双方向の移動に対して、負荷に応じてその減速比及び推力を自動調整することができる。

なお、上述した実施形態では、摩擦手段として、粘性材料及び摩擦板７２の双方を用いているが、いずれか一方のみとすることもできる。また、摩擦板７２に代えて、ワイヤー等を雌ねじ部材６４の外周部に摺接するようにしてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

本実施形態の負荷感応型推力伝達装置の外観斜視図である。 本実施形態の負荷感応型推力伝達装置の分解図である。 図１に示す負荷感応型推力伝達装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図３に示す負荷感応型推力伝達装置のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 従来技術に係る負荷感応型推力伝達装置の断面図である。

符号の説明

３０…負荷感応型推力伝達装置 ３２…ハウジング
３６ａ、３６ｂ…クランパ ４０…モータ
４８…回転軸 ５０…雄ねじ部
５２…ローラ部 ５８、６６…ベアリング
６４…雌ねじ部材 ７０…間隙
７２…摩擦板 ８２ａ、８２ｂ…ローラ

Claims (5)

1. 駆動源によって回転駆動される雄ねじ部材と、
   前記雄ねじ部材よりも有効径が大きく設定され、前記雄ねじ部材に軸心を偏心させた状態で螺合し、前記雄ねじ部材の回転により軸心方向に移動可能な雌ねじ部材と、
   前記雌ねじ部材の軸心方向の移動によって発生する推力を対象物に伝達する伝達部材と、
   前記雌ねじ部材を回転可能な状態で前記伝達部材に連結し、前記推力に対する前記対象物からの負荷が所定値以下のとき、前記雌ねじ部材の回転を双方向にわたって阻止し、前記負荷が前記所定値よりも大きいとき、前記雌ねじ部材の回転を双方向にわたって可能とする摩擦手段と、
   を備え、
   前記摩擦手段は、前記雌ねじ部材と前記伝達部材との間に封入され、所定の摩擦力を前記雌ねじ部材に付与する粘性材料からなることを特徴とする負荷感応型推力伝達装置。
2. 駆動源によって回転駆動される雄ねじ部材と、
   前記雄ねじ部材よりも有効径が大きく設定され、前記雄ねじ部材に軸心を偏心させた状態で螺合し、前記雄ねじ部材の回転により軸心方向に移動可能な雌ねじ部材と、
   前記雌ねじ部材の軸心方向の移動によって発生する推力を対象物に伝達する伝達部材と、
   前記雌ねじ部材を回転可能な状態で前記伝達部材に連結し、前記推力に対する前記対象物からの負荷が所定値以下のとき、前記雌ねじ部材の回転を双方向にわたって阻止し、前記負荷が前記所定値よりも大きいとき、前記雌ねじ部材の回転を双方向にわたって可能とする摩擦手段と、
   を備え、
   前記摩擦手段は、前記伝達部材に連結され、前記雌ねじ部材の外周部に摺接し、所定の摩擦力を前記雌ねじ部材に付与する摩擦部材からなることを特徴とする負荷感応型推力伝達装置。
3. 駆動源によって回転駆動される雄ねじ部材と、
   前記雄ねじ部材よりも有効径が大きく設定され、前記雄ねじ部材に軸心を偏心させた状態で螺合し、前記雄ねじ部材の回転により軸心方向に移動可能な雌ねじ部材と、
   前記雌ねじ部材の軸心方向の移動によって発生する推力を対象物に伝達する伝達部材と、
   前記雌ねじ部材を回転可能な状態で前記伝達部材に連結し、前記推力に対する前記対象物からの負荷が所定値以下のとき、前記雌ねじ部材の回転を双方向にわたって阻止し、前記負荷が前記所定値よりも大きいとき、前記雌ねじ部材の回転を双方向にわたって可能とする摩擦手段と、
   を備え、
   前記摩擦手段は、前記雌ねじ部材と前記伝達部材との間に封入され、所定の摩擦力を前記雌ねじ部材に付与する粘性材料と、前記伝達部材に連結され、前記雌ねじ部材の外周部に摺接し、所定の摩擦力を前記雌ねじ部材に付与する摩擦部材とからなることを特徴とする負荷感応型推力伝達装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、
   前記雌ねじ部材は、第１軸受け部材を介して前記伝達部材に回転可能に支持されることを特徴とする負荷感応型推力伝達装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置において、
   前記雄ねじ部材は、一端部側の外周全域が第２軸受け部材により回転自在に支持され、他端部側の外周の一部が、前記雄ねじ部材を前記雌ねじ部材に螺合させるべく、第３軸受け部材により回転自在に支持されることを特徴とする負荷感応型推力伝達装置。

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