JP5480187B2 - 割出装置 - Google Patents

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本発明は、ワークを予め設定された角度だけ回転させるための割出(インデックス)装置に関するものである。
例えば、特許文献1に記載の割出装置では、ワークを回転させるテーブル部を電動モータにより回転させるとともに、その電動モータの回転角を制御することによってテーブル部(ワーク)の回転角を制御している。
特開2009−208201号公報
しかし、特許文献1に記載の割出装置では、多くの部品が割出装置専用の部品にて構成されているので、製造原価低減又は保守部品の入手性等の点で難がある。
上記点に鑑み、本発明は、本願発明の技術分野における汎用部品を採用可能な構成とすることにより、上記の問題点を解決することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、ワークを予め設定された角度だけ回転させるための割出装置であって、ねじ軸(5A)とナット(5B)との間で転動体が転がり運動するボールねじ部(5)と、ねじ軸(5A)から回転力を受けてワーク(W)を回転させるテーブル部(11)と、ナット(5B)を平行移動させるための操作力をナット(5B)に作用させるアクチュエータ部(9、17、19)とを備えることを特徴とする。
これにより、請求項1に記載の発明では、アクチュエータ部(9、17、19)によりナット(5B)を平行移動させれば、これに連動してねじ軸(5A)が回転するので、テーブル部(11)が回転する。したがって、汎用部品であるボールねじを用いて割出装置を構成することができるので、割出装置の製造原価低減及び保守部品の入手性を高めることができる。
また、請求項1に記載の発明では、テーブル部(11)に作用する回転力に対抗する抵抗力を発生するトルクキーパ部(13)と、ねじ軸(5A)からテーブル部(11)に至る回転力の伝達経路に設けられ、一方向の回転力のみをトルクキーパ部(13)側に伝達するワンウェイクラッチ(15)とを備えることも特徴とする。
これにより、請求項1に記載の発明では、テーブル部(11)の位置を保持するための力をアクチュエータ部(9、17、19)にて発生させることなく、テーブル部(11)の位置を容易に保持することができる。
さらに、請求項1に記載の発明では、テーブル部(11)からトルクキーパ部(13)に至る回転力の伝達経路に設けられ、ねじ軸(5A)側からトルクキーパ部(13)側に向けて回転が伝達される際には、そのトルク(回転力)を小さくする歯車機構(12A、12B)を備えることも特徴とする。
これにより、請求項1に記載の発明では、トルクキーパ部(13)で保持するための力が小さい場合であっても、テーブル部(11)の位置を保持するための力を増大させることができるので、小型のトルクキーパ部(13)を採用することが可能となる。
なお、アクチュエータ部(9、17、19)は、例えば、油圧シリンダ等の液圧を利用したものであってもよいが、請求項2に記載の発明のごとく、アクチュエータ部(9、17、19)を、空気圧により操作力を発生させるエアシンリダーにて構成することが望ましい。
そして、エアシリンダでアクチュエータ部(9、17、19)を構成すれば、例えば油圧シリンダ等に比べて、配管設備を簡素な構成とすることができるので、割出装置を容易に設置することができる。
請求項3に記載の発明では、ねじ軸(5A)に設けられ、ねじ軸(5A)と一体的に回転するストッパ(29)と、そのストッパ(29)が衝突することにより、ねじ軸(5A)の回転角を規制する規制ゲージ(29A)とを備えることを特徴とする。
これにより、請求項3に記載の発明では、ストッパ(29)と規制ゲージ(29A)が衝突することにより、ねじ軸(5A)の回転角、つまりテーブル部(11)の回転角が規制されるので、電動モータの回転角を制御する特許文献1に記載の発明に比べて、簡素な構成にて高い精度の割出角(回転角)を得ることができる。
因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。
本発明の実施形態に係る割出装置の中央断面図である。 本発明の実施形態に係る割出装置の左側面図である。 本発明の実施形態に係る割出装置の右側面図である。
本実施形態は、対象物であるワークの搬送方向を所定角度だけ転向させる割出装置に本発明を適用したものであって、以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
1.割出装置の構造
本実施形態に係る割出装置1は、図1に示すように、ボールねじを利用して、ワークを回転させるためのテーブル部を回転させることを主たる特徴としている。
すなわち、本体ケーシング3内には円柱状の収納空間3Aが形成されており、この収納空間3Aに、ねじ軸5Aとナット5Bとの間で転動体(鋼球)が転がり運動するボールねじ部5(JIS B 1191又はJIS B 1192等参照)が収納されている。
ねじ軸5Aは、その軸方向が収納空間3Aの長手方向と一致するように配設されており、収納空間3A(本体ケーシング3)の長手方向一端側(図1の右端側)はエンドキャップ7により閉塞され、他端側(図1の左端側)はショルダープレート9により閉塞されている。
そして、エンドキャップ7には、ねじ軸5Aの軸方向一端側が貫通する貫通穴7Aが設けられており、この貫通穴7Aには、ねじ軸5Aを回転可能に支持する軸受(本実施形態では、深溝玉軸受)7Bが嵌め込まれている。
なお、エンドキャップ7は、六角穴付きボルト7C等の機械的締結手段により本体ケーシング3に固定され、軸受7Bは、その軸方向一端側がねじ軸5Aに形成された段付き部に位置決めされた状態で、他端側がねじ軸5Aに嵌め込まれたC型止め輪7Dにより抜け止めされている。
また、ショルダープレート9には、ねじ軸5Aの軸方向他端側が貫通する貫通穴9Aが設けられているとともに、ねじ軸5Aの軸方向他端側を回転可能に支持する軸受(本実施形態では、深溝玉軸受)9Bを保持するためのインナー9Cが六角穴付きボルト9D等の機械的締結手段により固定されている。
なお、ねじ軸5Aの軸方向他端側(図1の左端側)は、後述するように、ワンウェイクラッチ15を介して本体テーブル11にて連結されているので、軸方向一端側(図1の右端側)に比べてねじ軸5Aに大きな荷重が作用することから、本実施形態では、軸受9Bを2列としている。
さらに、インナー9Cのショルダープレート9側に軸受9Bに作用するスラスト方向(軸方向)荷重を受ける鍔状の受け部9Jを設けることにより、軸受9Bを受け部9Jに接触させた状態で位置決めするとともに、ショルダープレート9と反対側にベアリング押さえ板9Eを配設した状態で、このベアリング押さえ板9Eを六角穴付きボルト9Lでインナー9Cに固定している。なお、インナー9Cは、六角穴付きボルト9D等の機械的締結手段によりショルダープレート9に固定されている。
また、ショルダープレート9には、収納空間3A内に嵌り込む円柱状のボス部9Fが設けられており、このボス部9Fと本体ケーシング3との間には、後述する作動室21の気密性を維持する気密保持手段をなすOリング9Gが配設されている。
そして、インナー9Cの外周面には、略円筒状の本体テーブル11の軸方向一端側(本実施形態では、右端側)を回転可能に支持する軸受(本実施形態では、深溝玉軸受)11Aが嵌め込まれており、この本体テーブル11の軸方向他端側(本実施形態では、左端側)は、テーブルキャップ11Bにより閉塞されている。
なお、テーブルキャップ11Bは、六角穴付きボルト11E等の機械的締結手段により本体テーブル11に固定されており、このテーブルキャップ11Bには、ワークを回転させるためのトレイ(図示せず。)等を組み付けるための雌ねじ部11Cが設けられている。
また、本体テーブル11の軸方向一端側(本実施形態では、右端側)には、直径方向に突出する鍔状のフランジ部11Dが設けられており、このフランジ部11Dには、図2に示すように、回転中心がねじ軸5Aと一致する第1歯車12Aが六角穴付きボルト11F等の機械的締結手段により固定されている。
そして、ショルダープレート9には、直径方向に突出したアーム部9Hが設けられており、このアーム部9Hには、図1に示すように、第1歯車12Aと噛み合う第2歯車12Bの軸12Cが軸受(本実施形態では、深溝玉軸受)12Dを介して回転可能に組み付けられている。
また、軸12Cのうち軸受12Dを挟んで第2歯車12Bと反対側には、軸12Cの回転力に対抗する抵抗力を発生するトルクキーパ部13が組み付けられており、このトルクキーパ部13は、摩擦抵抗力を利用して軸12Cの回転力に対抗する抵抗力を軸12Cに作用させる。因みに、六角穴付きボルト13Aは、トルクキーパ部13が軸12Cと共に回転することを防止する回転止めであり、この六角穴付きボルト13Aはアーム部9Hに固定されている。
このため、本体テーブル11が回転することにより発生したトルクは、第1歯車12A及び第2歯車12Bを介してトルクキーパ部13に伝達され、トルクキーパ部13は、本体テーブル11から伝達されたトルクに対抗する抵抗力を軸12Cに付与する。
また、本実施形態では、第1歯車12Aの歯数が第2歯車12Bの歯数より多くなるように設定されているので(図2参照)、仮に、第1歯車12A側からトルクキーパ部13側に向けて回転が伝達された際には、その回転が増速されて第2歯車12Bに伝達されることとなる。
したがって、第1歯車12A側からトルクキーパ部13側に向けて回転が伝達された際には、トルクキーパ部13が受けるトルクは、第1歯車12Aからトルクキーパ部13側に向けて出力されたトルクより小さくなる。
そして、本体テーブル11の内側には、ねじ軸5Aが特定の向きに回転したときのみ、ねじ軸5Aの回転を本体テーブル11に伝達するワンウェイクラッチ(カムクラッチ)15が設けられている。このため、ねじ軸5Aが当該特定の向きと逆向きに回転したときには、ねじ軸5Aのみが回転し、本体テーブル11にはねじ軸5Aの回転が伝達されない。
ところで、ボールねじ部5のナット5Bには、ナット5Bを軸方向に平行移動させるためのピストン17が六角穴付きボルト5C等の機械的締結手段にて連結されており、このピストン17、ショルダープレート9及び円筒状のシリンダパイプ(スリーブ)19により、高圧空気が導入される作動室21が構成されている。
そして、ピストン17は、シリンダパイプ9内をその軸方向に平行移動可能であり、このピストン17が、軸芯回りに回転すること無く平行移動すると、これにと共にナット5Bが平行移動してねじ軸5Aが回転するので、ピストン17の移動量に対応させて本体テーブル11を回転させることができる。
また、高圧ポート23は、作動室21に高圧空気を導入するとともに、作動室21に導入された高圧空気を排出するための導入・排出口であり、この高圧ポート23には高圧空気(例えば、0.4MPa)の供給用配管(図示せず。)が接続される。
なお、作動室21は気密性を要することから、本実施形態では、シリンダパイプ19として、内周面に既にホーニング加工が施された市販のホーニングパイプを用いるとともに、シリンダパイプ19とピストン17との間にOリング17Aを配設し、かつ、ショルダープレート9の貫通穴9Aとピストンスカート17Bとの間にOリング17Cを配設している。
ピストンスカート17Bは、略円盤状のピストン本体部からインナー9C側に突出した円筒状のものであり、このピストンスカート17B内にねじ軸5Aが収納されている。因みに、貫通穴9Aの内径はピストン17の外径に比べて小さいことから、比較的容易に所定の面粗度を確保することができるので、本実施形態ではスリーブを設けていない。
また、ガイドピン17Dは、ピストン17がねじ軸5A周りに回転することを防止するとともに、ピストンスカート17Bと協働してピストン17の移動を案内する回転規制案内手段である。
そして、ガイドピン17Dは、その長手方向一端側がピストン本体部にネジ固定され、他端側がショルダープレート9に形成されたガイド穴9K内に摺動可能に挿入されており、ピストン17と一体的にガイドピン17Dがガイド穴9K内を摺動変位することにより、ガイドピン17Dはピストン17の回転防止機能を発揮する。
なお、貫通穴9Aとピストンスカート17Bとにより形成された空間A1、及びガイド穴9Kとガイドピン17Dとにより形成された空間A2は、ピストン17の移動に応じて体積が変動することから、これらの空間A1、A2が気密性の高い密閉空間であると、ピストン17の作動を阻害するおそれがある。
そこで、本実施形態では、空間A1、A2と外部とを連通させる呼吸穴A3を設けてピストン17の作動が阻害されることを防止するとともに、ガイド穴9Kとガイドピン17Dとの隙間にOリング17Eを配設して作動室21の気密性を保持している。
また、ピストン17を挟んで作動室21と反対側の空間A4もピストン17の移動に応じて体積が変動することから、本体ケーシング3に空間A4と外部とを連通させる呼吸ポート3Bを設けている。なお、呼吸ポート3Bには、空間A4から排出される空気の流量を調整するスピードコントロールバルブ(図示せず。)が取り付けられる。
なお、ナット5Bを挟んで呼吸ポート3Bと反対側に設けられた穴3Cは、ナット5Bにグリスを供給するためのグリスニップル5Dにグリスガンを挿入するための挿入穴であり、通常時は、プラグ5Eにより閉塞されている。
また、ピストン17を挟んで作動室21と反対側には、作動室21の体積を縮小させる向きの弾性力をピストン17(ナット5B)に作用させるコイル状のバネ25が配設されており、このバネ25は、ナット5Bに組み付けられたストッパリング27とエンドキャップ7とに挟まれた状態で収納されている。
なお、ストッパリング27は、本体ケーシング3に組み付けられた位置決めカラー27Aに衝突することにより、作動室21が拡大する向きにナット5Bが移動するときのナット5Bの最大移動量を規制する規制手段である。
因みに、ストッパリング27と位置決めカラー27Aとは、使用時に互いに衝突する部品(消耗部品)であるため、本実施形態では、本体ケーシング3及びナット5Bに対して別部品とするとともに、硬度の高い金属にて構成している。
また、ストッパリング27には、エンドキャップ7側に延びる円筒状のスカート部27Bが設けられており、このスカート部27Bと本体ケーシング3と間にOリング27Cを配設することにより、両者27B、3の隙間の気密性を保持し、空間A4の密閉性を確保している。
なお、仮に、スカート部27Bと本体ケーシング3と気密性が低いと、空間A4から排出される空気の流量をスピードコントロールバルブにて制御することができなくなり、ピストン17の移動速度を十分に制御することができなくなる。
ところで、ねじ軸5Aの軸方向一端(図1では、右端)には、ねじ軸5Aと一体的に回転するストッパ29が組み付けられ、一方、エンドキャップ7には、図3に示すように、ストッパ29が衝突することにより、ねじ軸5Aの回転角を規制する規制ゲージ29A(斜線部分)が組み付けられている。
すなわち、ねじ軸5Aの軸方向一端には一対の平行な平面(二面幅)が形成され、一方、ストッパ29には、その二面幅と平行な一対の平行な平面を有する溝29B(図1参照)が形成されている。そして、ストッパ29の溝29Bにねじ軸5Aの二面幅を嵌め込んだ状態でストッパ29が六角穴付ボルト29C等の機械的締結手段にて固定されている。
また、規制ゲージ29Aは、環状(リング状)の部材から本体テーブル11の回転角に相当する分だけ除去したC字状に形成されており、エンドキャップ7には、ストッパ29が規制ゲージ29Aに衝突したか(接触しているか)否かを検出するセンサ28A、28Bを組み付けることが可能である。
なお、本実施形態では、六角穴付きボルト7C(エンドキャップ7を本体ケーシング3に固定するためのボルト)が挿入されるエンドキャップ7のボルト穴7Fを、図3に示すように、ねじ軸5Aの軸芯を中心とする円弧状とすることにより、本体ケーシング3に対するエンドキャップ7の組み付け位置を調整可能として、ストッパ29と規制ゲージ29Aとの衝突位置を調整可能としている。
2.本実施形態に係る割出装置の作動
本実施形態に係る割出装置1では、作動室21内の高圧空気を高圧ポート23から排出すると、バネ25の弾性力によりピストン17は作動室21が縮小する向きに移動するので、図3に示すように、これに伴ってストッパ29(ねじ軸5A)が実線で示す位置から二点鎖線で示す位置(規制ゲージ29Aに衝突する位置)まで回転する。
そして、本実施形態では、ストッパ29が実線で示す位置から二点鎖線で示す位置に向けて回転する(以下、「左向きに回転する」という。)際には、ねじ軸5Aの回転がワンウェイクラッチ15により遮断され、本体テーブル11には伝達されないので、本体テーブル11は、ねじ軸5Aが左向きに回転する前の位置を維持する。なお、以下、ストッパ29が二点鎖線で示す位置にある状態をホームポジションという。
そして、ストッパ29がホームポジションに位置する状態において、作動室21に高圧空気が供給されると、作動室21内の高圧空気により作動室21が膨張し、バネ25を圧縮させながらピストン17及びナット5Bがエンドキャップ7側に移動する。
このため、ストッパ29(ねじ軸5A)は、ホームポジション(二点鎖線で示す位置)から規制ゲージ29Aに衝突位置(実線で示す位置)に向けて回転する(以下、「右向きに回転する」という。)。そして、ねじ軸5Aが右向きに回転する際には、ねじ軸5Aの回転がワンウェイクラッチ15により本体テーブル11に伝達されるので、本体テーブル11はねじ軸5Aと一体的に右向きに回転する。
なお、ねじ軸5Aを右向きに回転させる際の回転速度(ピストン17の移動速度)は、空間A4から排出される空気の流量を調整することにより制御することができ、一方、ねじ軸5Aを左向きに回転させる際の回転速度(ピストン17の移動速度)は、作動室21から排出される空気の流量を調整することにより制御することができる。
3.本実施形態に係る割出装置の特徴
本実施形態に係る割出装置1は、図1に示すように、ボールねじを利用して、ワークを回転させるためのテーブル部を回転させることを主たる特徴としているので、汎用部品であるボールねじを用いて割出装置を構成することができる。延いては、割出装置の製造原価低減及び保守部品の入手性を高めることができる。
そして、本実施形態では、ピストン17等によりエアシリンダを構成し、高圧空気の空気圧にてナット5Bを移動させるので、例えば油圧シリンダ等の液圧利用したアクチュエータにてナット5Bを移動させる場合に比べて、配管設備を簡素な構成とすることができ、割出装置1を容易に設置することができる。
また、本実施形態では、ストッパ29と規制ゲージ29Aが衝突することにより、ねじ軸5Aの回転角、つまり本体テーブル11の回転角が規制されるので、電動モータの回転角を制御する特許文献1に記載の発明に比べて、簡素な構成にて高い精度の割出角(回転角)を得ることができる。
また、ねじ軸5Aと一体的に回転するストッパ29を規制ゲージ29Aに衝突させることにより割出角(回転角)を決めるので、例えば、ピストン17(ナット5B)の平行移動量を機械的に規制する場合に比べて、高い精度の割出角(回転角)を得ることができる。
つまり、割出装置1は、本体テーブル11(ねじ軸5A)の割出角(回転角)を最終的な出力とするものであるので、ねじ軸5Aの回転角で割出角を規制すれば、ボールねじ部5等の寸法バラツキや組み付け寸法バラツキ等の影響を排除することができ、高い精度の割出角(回転角)を得ることができる。
また、本実施形態では、ねじ軸5Aから本体テーブル11に至る回転力の伝達経路にワンウェイクラッチ15を備えているので、本体テーブル11の位置を保持するための力をピストン17にて発生させることなく、本体テーブル11の位置を容易に保持することができる。
また、本実施形態では、本体テーブル11からトルクキーパ部13に至る回転力の伝達経路に、第1歯車12A及び第2歯車12Bからなる歯車機構を設けているので、本体ケーシング3からトルクキーパ部13に伝達されるトルクは小さくなる。逆に、トルクキーパ部13から本体ケーシング3に伝達されるトルクは大きくなる。
したがって、トルクキーパ部13で発生可能な抵抗力が小さい場合であっても、本体テーブル11の位置を保持するための保持力として、大きな保持力を発生させることができるので、小型のトルクキーパ部13を採用することができ、割出装置1の小型化及び製造原価低減を図ることとができる。
4.発明特定事項と実施形態との対応関係
本実施形態では、本体テーブル11が特許請求の範囲に記載されたテーブル部に相当し、ピストン17、ショルダープレート9及びシリンダパイプ19等により特許請求の範囲に記載されたアクチュエータが構成されている。
(その他の実施形態)
上述の実施形態に用いたボールねじ部5は、一般用ボールねじ(JIS B 1191)又は精密ボールねじ(JIS B 1192)等に限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、空気圧を用いてピストン17(ナット5B)を移動させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば油圧(液圧)や電磁力等を用いてピストン17(ナット5B)を移動させてもよい。
また、上述の実施形態では、ストッパ29をねじ軸5Aの軸方向端部に設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、ねじ軸5Aと一体的に回転するストッパ29を規制ゲージ29Aに衝突させることにより割出角(回転角)を決定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ストッパリング27を位置決めカラー27Aに衝突させることにより、ピストン17(ナット5B)の平行移動量を機械的に規制してもよい。
また、上述の実施形態では、摩擦力を利用したトルクキーパ部13を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
1…割出装置、3…本体ケーシング、3A…収納空間、3B…呼吸ポート、
3C…穴、5A…軸、5B…ナット、5D…グリスニップル、5E…プラグ、
7…エンドキャップ、7A…貫通穴、7B…軸受、7C…六角穴付きボルト、
7D…C型止め輪、7F…ボルト穴、9…ショルダープレート、9A…貫通穴、
9B…軸受、9C…インナー、9D…六角穴付きボルト、9E…ベアリング押さえ板、
9F…ボス部、9G…Oリング、9H…アーム部、9J…受け部、9K…ガイド穴、
11…本体テーブル、11B…テーブルキャップ、11C…部、11D…フランジ部、
12A…第1歯車、12B…第2歯車、12C…軸、12D…軸受、
13…トルクキーパ部、13A…六角穴付きボルト、15…ワンウェイクラッチ、
17…ピストン、17A…Oリング、17B…ピストンスカート、17C…Oリング、
17D…ガイドピン、17E…Oリング、19…シリンダパイプ、21…作動室、
23…高圧ポート、25…バネ、27…ストッパリング、27A…位置決めカラー、
27B…スカート部、27C…Oリング、28A…センサ、
29…ストッパ、29A…規制ゲージ。

Claims (3)

  1. ワークを予め設定された角度だけ回転させるための割出装置であって、
    ねじ軸とナットとの間で転動体が転がり運動するボールねじ部と、
    前記ねじ軸から回転力を受けて前記ワークを回転させるテーブル部と、
    前記ナットを平行移動させるための操作力を前記ナットに作用させるアクチュエータ部と
    前記テーブル部に作用する回転力に対抗する抵抗力を発生するトルクキーパ部と、
    前記ねじ軸から前記テーブル部に至る回転力の伝達経路に設けられ、一方向の回転力のみを前記トルクキーパ部側に伝達するワンウェイクラッチと
    前記テーブル部から前記トルクキーパ部に至る回転力の伝達経路に設けられ、前記ねじ軸側から前記トルクキーパ部側に向けて回転が伝達された際には、そのトルクを小さくする歯車機構
    を備えることを特徴とする割出装置。
  2. 前記アクチュエータ部は、空気圧により前記操作力を発生させるエアシンリダーにて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の割出装置。
  3. 前記ねじ軸に設けられ、前記ねじ軸と一体的に回転するストッパと、
    前記ストッパが衝突することにより、前記ねじ軸の回転角を規制する規制ゲージと
    を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の割出装置。
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