JP2012209991A - Electric cylinder device with both-end flange type motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中空軸モータでナットを回転させてネジ軸を直動させるシリンダ装置、ピストン運動用動力に係り、特に、前記中空軸モータに関して、両端に出力軸フランジを備えたモータを使用し、減速機及びエンコーダ等の設置が不要な電動シリンダ装置、往復運動プランジャシリンダに関するものである。 The present invention relates to a cylinder device that rotates a nut by a hollow shaft motor to directly move a screw shaft, and a power for moving a piston.In particular, with respect to the hollow shaft motor, a motor having output shaft flanges at both ends is used. The present invention relates to an electric cylinder device and a reciprocating plunger cylinder that do not require a reduction gear and an encoder.
搬送機械装置における搬送・位置決めのための動力伝達装置として、空圧式、油圧式、そして電動式のシリンダ装置が使用されている。とりわけ、電動式シリンダ装置は油圧式や空圧式のシリンダ装置に比べ、騒音や油漏れ等の環境汚染や、取扱い易さ等の理由から、各種の産業用機器に最適とされている。その為、従来、電動式のシリンダ装置について盛んに研究や開発がなされており、それに関して既に幾つかの発明や考案が開示されている。 BACKGROUND ART Pneumatic, hydraulic, and electric cylinder devices are used as power transmission devices for conveyance and positioning in a conveyance machine device. In particular, the electric cylinder device is most suitable for various industrial equipment because of environmental pollution such as noise and oil leakage, and ease of handling, as compared with a hydraulic or pneumatic cylinder device. For this reason, research and development have been actively conducted on an electric cylinder device, and some inventions and devices have already been disclosed.
例えば、特許文献１には、「シリンダ装置」という名称で、物品の搬送装置等において使用されるシリンダ装置に関する発明が記載されている。特許文献１に記載されたシリンダ装置は、内蔵された中空軸モータ及び減速機により、ネジ軸とネジナットの相対的な回転運動を直線的な運動に変換させ、ネジ軸又はネジナットに接続された機構部等を直線駆動するものである。特筆すべき点は、機体内に従来１箇所しか設置されなかったネジナットを、中空軸モータ及び減速機を挟み２箇所設置させている点である。 For example, Patent Document 1 describes an invention related to a cylinder device used in an article conveying device or the like under the name “cylinder device”. The cylinder device described in Patent Document 1 is a mechanism connected to a screw shaft or a screw nut by converting a relative rotational motion of a screw shaft and a screw nut into a linear motion by a built-in hollow shaft motor and speed reducer. The part and the like are linearly driven. What should be noted is that two screw nuts, which have conventionally been installed in the machine body, are installed at two positions with the hollow shaft motor and the speed reducer in between.
ネジ軸を保持するネジナットを、所定の距離が隔てられた２箇所に設置する事により安定性が増すことから、ネジ軸のブレを防ぎ、ネジ軸の送り精度を高めるとともに、従来のシリンダ装置の搬送距離を倍以上に伸長することの出来る装置となっている。さらに、機内に緩衝装置を備える事により、組立誤差や機械誤差を吸収する構造になっており、熱変形等に起因して生じるネジ軸の寸法変位等に対応可能となっている。 Since the stability is increased by installing the screw nuts that hold the screw shaft at two locations separated by a predetermined distance, the screw shaft is prevented from blurring, the screw shaft feed accuracy is improved, and the conventional cylinder device It is a device that can extend the transport distance more than double. Further, by providing a shock absorber in the machine, it is structured to absorb assembly errors and machine errors, and can cope with dimensional displacement of the screw shaft caused by thermal deformation or the like.
前記特許文献１の発明のシリンダ装置は、中空軸モータの出力軸が１箇所であり、そこから減速機を介して中空軸モータの動力を、対向配置されているネジナットに各々伝達させているが、中空軸モータが、両端に出力軸フランジを擁するモータ（以下、本明細ではサーボモータという）で、シリンダ装置内に減速機、エンコーダ等を新たに取り付ける必要が無いのであれば、前記特許文献１に設置された減速機、エンコーダ等が不要になり、かつ、１つの出力軸から２つのネジナットに動力伝達をする必要がないことから、特許文献１の構造では機構が複雑化してしまう。 In the cylinder device of the invention of Patent Document 1, there is one output shaft of the hollow shaft motor, and from there, the power of the hollow shaft motor is transmitted to the screw nuts arranged opposite to each other through the reduction gear. If the hollow shaft motor is a motor having output shaft flanges at both ends (hereinafter referred to as a servo motor in this specification) and it is not necessary to newly install a reduction gear, an encoder, or the like in the cylinder device, the above-mentioned Patent Document 1 The structure of Patent Document 1 complicates the mechanism because the speed reducer, encoder, and the like installed in the apparatus are not necessary, and it is not necessary to transmit power from one output shaft to two screw nuts.
本発明は、前記の事情に対処してなされたものであり、サーボモータもしくは同等のモータを擁するシリンダ装置において、特許文献１の構造を簡素化し、かつ同文献の機構を考慮した電動シリンダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in response to the above-described circumstances. In a cylinder device having a servo motor or an equivalent motor, an electric cylinder device in which the structure of Patent Document 1 is simplified and the mechanism of the document is considered. The purpose is to provide.
上記目的達成の為に、請求項に基づき下記０００８乃至００１０記載の発明を提案する。なお、以下の説明では便宜上、ネジ軸の軸方向（図１中に矢印Ｘで示す方向）を前後方向と呼ぶこととする。 In order to achieve the above object, the inventions described in the following 0008 to 0010 are proposed based on the claims. In the following description, for the sake of convenience, the axial direction of the screw shaft (the direction indicated by the arrow X in FIG. 1) is referred to as the front-rear direction.
請求項１に記載の発明は、ネジ軸が挿通された中空軸なるサーボモータに、前後に出力軸を擁すフランジが内蔵され、フランジと継手を各々連結させる。また、サーボモータを挟んで対向配置される第１ネジナット、第２ネジナットが、ネジ軸の両端にそれぞれ螺合している。サーボモータの前後に設置された継手と、第１、第２ネジナットを各々連結させることで、サーボモータの回転駆動力を、第１、第２ネジナットに同等に伝達可能にさせた装置となる。 According to the first aspect of the present invention, a flange having an output shaft in the front and rear is built in a servo motor that is a hollow shaft through which a screw shaft is inserted, and the flange and the joint are connected to each other. Moreover, the 1st screw nut and the 2nd screw nut which are opposingly arranged on both sides of a servomotor are screwing together in the both ends of the screw shaft, respectively. By connecting the joints installed before and after the servo motor and the first and second screw nuts, the rotational driving force of the servo motor can be transmitted equally to the first and second screw nuts.
さらに、第１、第２ネジナットのいずれかに、内歯ギア及び内歯ギアと螺合する外歯ギアからなる緩衝装置を設置する。内歯ギアは継手（接続軸）と接続させ、外歯ギアはネジナットと接続させる。この場合、サーボモータからなる回転駆動力は、継手、緩衝装置を介して第１、第２どちらか一方のネジナットへ伝達されることになる。（緩衝装置に関しては、前記特許文献１において請求された発明であり、詳細は前記特許文献１参照） Furthermore, a shock absorber comprising an internal gear and an external gear that is screwed with the internal gear is installed on either the first or second screw nut. The internal gear is connected to a joint (connection shaft), and the external gear is connected to a screw nut. In this case, the rotational driving force composed of the servo motor is transmitted to one of the first and second screw nuts via the joint and the shock absorber. (The shock absorber is an invention claimed in Patent Document 1; see Patent Document 1 for details)
従って、本発明の電動シリンダ装置は、サーボモータの回転に伴い、一方のネジナットには、フランジ・継手・緩衝装置を介して回転駆動力が伝達、他方のネジナットにはフランジ・継手を介して同等の回転駆動力が伝達され、２つのネジナットが同等の回転を成すという作用を有する。このとき、本体を固定させ、ネジ軸の回転を抑制させていれば、ネジ軸が、その図中のネジ軸の軸方向へ前進又は後退する。逆に、ネジ軸を固定・回転抑制させれば、本体が、図中のネジ軸の軸方向へ前進又は後退する。 Therefore, in the electric cylinder device of the present invention, with the rotation of the servo motor, the rotational driving force is transmitted to one screw nut through the flange / joint / buffer, and the other screw nut is equivalent to the other via the flange / joint. The rotational driving force is transmitted and the two screw nuts have the same rotation. At this time, if the main body is fixed and rotation of the screw shaft is suppressed, the screw shaft moves forward or backward in the axial direction of the screw shaft in the drawing. Conversely, if the screw shaft is fixed and rotation-suppressed, the main body moves forward or backward in the axial direction of the screw shaft in the drawing.
なお、本体の固定、並びにネジ軸の回転の抑制方法に関しては、本件では本装置に廻り止めガイド（図中の二点鎖線にて記載、特願２０１１−３０４２６、名称：電動シリンダ装置のガイド支持機構にて請求された発明）を設置することにより、ネジ軸の回転を抑制させることを提案する。本提案以外にも、搬送側にてネジ軸を回転抑制する装置の製作も可能である。また、ネジ軸にボールネジ溝と、ボールスプライン溝をクロスして設け、軸方向に設けられたボールスプライン溝に鋼球を組み込み、スプライン用ナットを軸方向の一定位置に回転も移動もしないように固定し廻り止め機構とすることで、ネジ軸を直動させることも可能である。 As for the fixing of the main body and the method for suppressing the rotation of the screw shaft, in this case, the device is provided with a non-rotating guide (described by a two-dot chain line in the figure, Japanese Patent Application No. 2011-30426, name: guide support of the electric cylinder device). It is proposed to suppress the rotation of the screw shaft by installing the invention claimed in the mechanism. In addition to this proposal, it is possible to manufacture a device that suppresses rotation of the screw shaft on the conveyance side. In addition, a ball screw groove and a ball spline groove are crossed on the screw shaft, a steel ball is incorporated in the ball spline groove provided in the axial direction, and the spline nut is not rotated or moved to a fixed position in the axial direction. It is also possible to move the screw shaft directly by using a fixed stop mechanism.
本発明の請求項１に記載のシリンダ装置は、特許文献１の発明の中空軸モータの回転駆動力を、緩衝装置を介して２つのネジナットへ伝達させるという機構を維持しつつ、かつ、減速機等を必要としないサーボモータもしくはサーボモータと同等のモータ用にシンプル化された構造となっている。 The cylinder device according to claim 1 of the present invention maintains a mechanism for transmitting the rotational driving force of the hollow shaft motor of the invention of Patent Document 1 to the two screw nuts via the shock absorber, and is a reduction gear. It has a simplified structure for servo motors that do not require etc. or motors equivalent to servo motors.
サーボモータ対応可能な装置であることから、機械装置における搬送・位置決めのみならず、サーボモータを擁する高圧ポンプ用の動力装置としても使用可能なプランジャシリンダ装置となった。具体例をあげれば、ネジ軸の両先端部にプランジャを取り付け、往復運動をさせることでシリンダ内の液体を圧送させる装置等に用いることが可能となる。 Since it is a device that can handle a servo motor, it has become a plunger cylinder device that can be used not only for conveyance and positioning in mechanical devices but also as a power device for a high-pressure pump having a servo motor. If a specific example is given, it will become possible to use it for the device etc. which pressure-feed the liquid in a cylinder by attaching a plunger to both the tip parts of a screw axis, and making it reciprocate.
従来の高圧ポンプ用の往復運動する動力装置としては、モータにてクランクを回し、クランクの回転運動を往復運動に変換させるクランク式プランジャポンプ、又は、ベルトの正・逆転駆動により往復運動するベルト式プランジャポンプが主流である。だが、欠点として、クランク方式は長いストロークが取れない為、小容量のシリンダを複数用いた装置となる。また、ベルト駆動方式はベルトの寿命、構造上の変作動等の問題点があった。 As a conventional reciprocating power device for a high-pressure pump, a crank type plunger pump that rotates a crank by a motor and converts the rotational motion of the crank to reciprocating motion, or a belt type that reciprocates by forward / reverse driving of the belt Plunger pumps are mainstream. However, as a disadvantage, the crank system cannot take a long stroke, so it becomes a device using a plurality of small capacity cylinders. In addition, the belt drive system has problems such as belt life and structural changes.
しかしながら本発明であれば、上記装置におけるいずれの課題も解決可能となる。本発明は、モータの正・逆転による往復運動をプランジャに直結させて高圧の動力を得るものであり、構造上シリンダの容量も大きく、長いストロークも可能であり複数のシリンダを用いる必要性が無い。又、ベルト等の消耗品も無い為、部品交換等の必要性も無い。従って、高圧ポンプ用の動力装置としても、従来装置の問題点を解決したプランジャ式往復運動ポンプとして使用できる。 However, according to the present invention, any problem in the above apparatus can be solved. The present invention obtains high-pressure power by directly connecting a reciprocating motion by forward / reverse rotation of a motor to a plunger, and the structure of the cylinder has a large capacity, a long stroke is possible, and there is no need to use a plurality of cylinders. . Moreover, since there are no consumables such as belts, there is no need for replacement of parts. Therefore, it can also be used as a plunger-type reciprocating motion pump that solves the problems of conventional devices as a power device for a high-pressure pump.
以下本考案の形態を図１に基づき、説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図１は本発明の形態に係る電動シリンダ装置の断面図である。中空軸モータ１にネジ軸３を挿通させ、中空軸モータ１に内蔵された出力軸であるモータ軸フランジ２の前後に、継手４ａ・ｂを各々連結させる。モータ軸フランジ２に連結された継手４ａは、接続軸５ａを介して、主なる第１ネジナット６に連結させることにより、中空軸モータ１の回転駆動力を第１ネジナット６に伝達させている。さらに、モータ軸フランジ２に連結された継手４ｂは、接続軸５ｂを介して内歯ギア７に連結、さらに内歯ギア７と外歯ギア８を螺合させ、外歯ギア８を第２ネジナット９に連結させることにより、中空軸モータ１の回転駆動力を、従なる第２ネジナット９に伝達させる。第１ネジナット６と第２ネジナット９はネジ軸３に螺合し、中空軸モータ１を挟んで対向配置させる。このとき、第１ネジナット６と第２ネジナット９は、ハウジング１０により回転自在に支持され、本体は固定、ネジ軸３は回転を抑制されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric cylinder device according to an embodiment of the present invention. The screw shaft 3 is inserted into the hollow shaft motor 1, and the joints 4 a and 4 b are respectively connected to the front and rear of the motor shaft flange 2 that is an output shaft built in the hollow shaft motor 1. The joint 4 a connected to the motor shaft flange 2 is connected to the main first screw nut 6 via the connection shaft 5 a, thereby transmitting the rotational driving force of the hollow shaft motor 1 to the first screw nut 6. Further, the joint 4b connected to the motor shaft flange 2 is connected to the internal gear 7 via the connection shaft 5b, and the internal gear 7 and the external gear 8 are screwed together, and the external gear 8 is connected to the second screw nut. 9, the rotational driving force of the hollow shaft motor 1 is transmitted to the secondary second screw nut 9. The first screw nut 6 and the second screw nut 9 are screwed to the screw shaft 3 and are disposed opposite to each other with the hollow shaft motor 1 interposed therebetween. At this time, the first screw nut 6 and the second screw nut 9 are rotatably supported by the housing 10, the main body is fixed, and the screw shaft 3 is prevented from rotating.
ここで、本発明ではネジ軸３の回転抑制法として、本体に装備されたスライド移動装置である廻り止めガイド１３を提案する。この廻り止めガイド１３は、特願２０１１−３０４２６（名称：電動シリンダ装置のガイド支持機構）にて請求された発明であり、詳細は前記特願を参照とする。 Here, in the present invention, as a method for suppressing the rotation of the screw shaft 3, a non-rotating guide 13 which is a slide moving device mounted on the main body is proposed. The anti-rotation guide 13 is an invention claimed in Japanese Patent Application No. 2011-30426 (name: guide support mechanism of an electric cylinder device), and the details are referred to the aforementioned Japanese Patent Application.
以上により、ハウジング１０より固定された中空軸モータ１の回転駆動により、中空軸モータ１を挟み対向配置された第１ネジナット６及び第２ネジナット９が同等の回転を成し、螺合されているネジ軸３が矢印Ｘで示すように移動する。この時、高圧ポンプの動力装置として使用する場合、ネジ軸３の両先端部にプランジャ１１を装着させ、シリンダ１２内を往復運動させることで、シリンダ１２内の液体を圧送させる。 As described above, the first screw nut 6 and the second screw nut 9 that are arranged to face each other with the hollow shaft motor 1 interposed therebetween are rotated by the rotational drive of the hollow shaft motor 1 fixed from the housing 10 and screwed together. The screw shaft 3 moves as indicated by an arrow X. At this time, when used as a power unit for a high-pressure pump, the plunger 11 is attached to both ends of the screw shaft 3 and the cylinder 12 is reciprocated to pump the liquid in the cylinder 12.
なお、図中の継手４ａ・ｂに関しては、内歯・外歯ギアを螺合させて各々成り立っている。これは、装置の組立の際に閉塞感を防ぎ、組み立て易く配慮したものである。だが、動力を伝達する課程で内歯ギア７・外歯ギア８が存在する第２ネジナット９側に設置された継手４ｂに関しては、内歯ギア７・外歯ギア８が同等の役割を果たす為、排除しても構わない。また、中空軸モータ１に備えるモータ軸フランジ２の両端、及び、接続軸５ａ・ｂの中空軸モータ１側の端部を凹凸とし、モータ軸フランジ２と接続軸５ａ・ｂを各々螺合させる構造にすれば、継手４ａ・ｂ共に排除することも可能である。 Note that the joints 4a and 4b in the figure are formed by screwing internal gears and external gears, respectively. This prevents a feeling of blockage when assembling the apparatus, and is easy to assemble. However, for the joint 4b installed on the second screw nut 9 side where the internal gear 7 and the external gear 8 exist in the process of transmitting power, the internal gear 7 and the external gear 8 play an equivalent role. , You do not mind. Further, both ends of the motor shaft flange 2 provided in the hollow shaft motor 1 and the ends of the connection shafts 5a and b on the hollow shaft motor 1 side are made uneven, and the motor shaft flange 2 and the connection shafts 5a and b are screwed together. If the structure is adopted, both the joints 4a and 4b can be eliminated.
１．中空軸モータ
２．モータ軸フランジ
３．ネジ軸
４ａ．継手
４ｂ．継手
５ａ．接続軸
５ｂ．接続軸
６．第１ネジナット（主）
７．内歯ギア
８．外歯ギア
９．第２ネジナット（従）
１０．ハウジング
１１．プランジャ
１２．シリンダ
１３．廻り止めガイド
1. Hollow shaft motor 2. Motor shaft flange Screw shaft 4a. Joint 4b. Joint 5a. Connection shaft 5b. Connection shaft 6. 1st screw nut (main)
7). Internal gear 8 External gear 9. Second screw nut (subordinate)
10. Housing 11. Plunger 12. Cylinder 13. Non-rotating guide
なお、本体の固定、並びにネジ軸の回転の抑制方法に関しては、本件では本装置に廻り止めガイド（特願２０１１−３０４２６、名称：電動シリンダ装置のガイド支持機構にて請求された発明）を設置することにより、ネジ軸の回転を抑制させることを提案する。本提案以外にも、搬送側にてネジ軸を回転抑制する装置の製作も可能である。また、ネジ軸にボールネジ溝と、ボールスプライン溝をクロスして設け、軸方向に設けられたボールスプライン溝に鋼球を組み込み、スプライン用ナットを軸方向の一定位置に回転も移動もしないように固定し廻り止め機構とすることで、ネジ軸を直動させることも可能である。 Regarding the fixing of the main body and the method of suppressing the rotation of the screw shaft, in this case, a non-rotating guide (Japanese Patent Application No. 2011-30426, name: invention claimed by the guide support mechanism of the electric cylinder device) is installed in this device. By doing so, it is proposed to suppress the rotation of the screw shaft. In addition to this proposal, it is possible to manufacture a device that suppresses rotation of the screw shaft on the conveyance side. In addition, a ball screw groove and a ball spline groove are crossed on the screw shaft, a steel ball is incorporated in the ball spline groove provided in the axial direction, and the spline nut is not rotated or moved to a fixed position in the axial direction. It is also possible to move the screw shaft directly by using a fixed stop mechanism.
図１は本発明の形態に係る電動シリンダ装置の正面断面図及び右側面図である。中空軸モータ１にネジ軸３を挿通させ、中空軸モータ１に内蔵された出力軸であるモータ軸フランジ２の前後に、継手４ａ、４ｂを各々連結させる。モータ軸フランジ２に連結された継手４ａは、接続軸５ａを介して、主なる第１ネジナット６に連結させることにより、中空軸モータ１の回転駆動力を第１ネジナット６に伝達させている。さらに、モータ軸フランジ２に連結された継手４ｂは、接続軸５ｂを介して内歯ギア７に連結、さらに内歯ギア７と外歯ギア８を螺合させ、外歯ギア８を第２ネジナット９に連結させることにより、中空軸モータ１の回転駆動力を、従なる第２ネジナット９に伝達させる。第１ネジナット６と第２ネジナット９はネジ軸３に螺合し、中空軸モータ１を挟んで対向配置させる。このとき、第１ネジナット６と第２ネジナット９は、ハウジング１０により回転自在に支持され、本体は固定、ネジ軸３は回転を抑制されている。 FIG. 1 is a front sectional view and a right side view of an electric cylinder device according to an embodiment of the present invention. The screw shaft 3 is inserted into the hollow shaft motor 1, and the joints 4 a and 4 b are respectively connected to the front and rear of the motor shaft flange 2 that is an output shaft built in the hollow shaft motor 1. The joint 4 a connected to the motor shaft flange 2 is connected to the main first screw nut 6 via the connection shaft 5 a, thereby transmitting the rotational driving force of the hollow shaft motor 1 to the first screw nut 6. Further, the joint 4b connected to the motor shaft flange 2 is connected to the internal gear 7 via the connection shaft 5b, and the internal gear 7 and the external gear 8 are screwed together, and the external gear 8 is connected to the second screw nut. 9, the rotational driving force of the hollow shaft motor 1 is transmitted to the secondary second screw nut 9. The first screw nut 6 and the second screw nut 9 are screwed to the screw shaft 3 and are disposed opposite to each other with the hollow shaft motor 1 interposed therebetween. At this time, the first screw nut 6 and the second screw nut 9 are rotatably supported by the housing 10, the main body is fixed, and the screw shaft 3 is prevented from rotating.
ここで、本発明ではネジ軸３の回転抑制法として、本体に装備された図中符号１３乃至１６からなる廻り止めガイドを提案する。この前記１３乃至１６からなる廻り止めガイドは、特願２０１１−３０４２６（名称：電動シリンダ装置のガイド支持機構）にて請求された発明であり、詳細は前記特願を参照とする。 Here, in the present invention, as a method for suppressing the rotation of the screw shaft 3, a detent guide composed of reference numerals 13 to 16 provided in the main body is proposed. These non-rotating guides 13 to 16 are the inventions claimed in Japanese Patent Application No. 2011-30426 (name: guide support mechanism of electric cylinder device), and the details are referred to the above-mentioned Japanese Patent Application.
１．中空軸モータ
２．モータ軸フランジ
３．ネジ軸
４ａ．継手
４ｂ．継手
５ａ．接続軸
５ｂ．接続軸
６．第１ネジナット（主）
７．内歯ギア
８．外歯ギア
９．第２ネジナット（従）
１０．ハウジング
１１．プランジャ
１２．シリンダ
１３．アーム
１４．イケール
１５．スライドブッシュ
１６．ガイドシャフト
1. Hollow shaft motor 2. Motor shaft flange Screw shaft 4a. Joint 4b. Fitting 5a. Connection shaft 5b. Connection shaft6. 1st screw nut (main)
7). Internal gear 8 External gear 9. Second screw nut (subordinate)
10. Housing 11. Plunger 12. Cylinder 13. Arm 14. Icale 15. Slide bush 16. Guide shaft
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140603 |