JP5526888B2 - 送り駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ねじ機構に高荷重の負荷が作用する送り駆動装置に関する。

ねじ機構を用いた送り駆動装置として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。
この特許文献１は樹脂成形に用いるプレス装置であって、一端がプレス型に回転自在に連結されている送りねじ軸と、ナットハウジングに軸方向移動が拘束され、且つ回転自在に支持され、送りねじ軸にねじ螺合している駆動用ナットと、回転伝達機構を介して駆動ナットに回転運動を伝達する駆動モータとを備えた送り駆動装置を備えている。

ところで、例えば射出成形機やプレス機械などの装置は高荷重の負荷を作用しなければならないので、高荷重の負荷に耐えるねじ機構を実現しなければならない。
前述した特許文献１のねじ機構を採用して高荷重の負荷に耐える装置とするには、高荷重の負荷を作用する方向に並列に複数のねじ機構を配置する（第１の改善策）、送りねじ軸の軸径を大きくする（第２の改善策）、駆動用ナットの軸長を長くする（第３の改善策）ことが考えられる。

特開平５−２９３６８号公報

しかし、前述した第１の改善策は、複数のねじ機構（送りねじ軸及び駆動用ナット）のねじ螺合部分にモーメントが作用して耐久性が低下するおそれがあるとともに、装置の大型化、製作コストの面で問題がある。
また、第２の改善策は、大型の送りねじ軸となるので、装置のコンパクト化、軽量化の面で問題がある。

さらに、第３の改善策は、一つの駆動用ナットのねじ溝加工の長さには限界がある。そこで、ねじ溝加工の長さが可能な駆動用ナットを、軸方向に複数連結することが考えられるが、複数の駆動用ナットの回転方向と軸方向相対位置を極めて厳密に管理しなければ、全ての駆動用ナットが負荷を均一に分担することができず、どれかの駆動用ナットに大きな負荷が作用してしまい、最大の負荷を受ける駆動ナットで負荷能力が限定されてしまう。また、複数の駆動用ナットの連結によりナット全体の長さが長くなると、駆動用ナットと送りねじ軸の変形により、駆動用ナット内部の軸方向負荷分布が生じ易く、許容負荷能力が下がるおそれもある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、高荷重の負荷が作用しても、送りねじ機構にモーメント等の変形力が作用せず、コンパクトで製作コストの低減化を図ることができる送り駆動装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の送り駆動装置は、両端を基台に固定した回転不能、且つ軸方向移動不能の１本の送りねじ軸と、この送りねじ軸にそれぞれ螺合している複数のナットと、前記基台上に前記送りねじ軸の軸線方向に移動自在に配置され、可動体を固定しているテーブルと、前記複数のナットを回転自在に支持し、且つ、互いの相対的軸方向位置が一定になるように保持し、前記テーブル上に固定されているナットハウジングと、前記テーブル上に固定され、前記複数のナットをそれぞれ回転駆動する複数の回転駆動部と、前記複数の回転駆動部を制御し、前記複数のナットを回転駆動させて前記テーブルを前記軸方向に移動させる駆動制御部とを備えている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の送り駆動装置において、前記複数の回転駆動部を複数の駆動モータで構成し、前記駆動制御部は、複数の駆動モータの一方をマスターモータとし、且つ、複数の駆動モータの他方をスレーブモータとし、前記マスターモータが前記テーブルの移動量を制御して駆動し、前記スレーブモータが前記マスターモータのトルクに追随するように制御するようにした。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の送り駆動装置において、前記送りねじ軸及び前記複数のナットのねじ螺合は、前記送りねじ軸の外周に設けたボール溝と、前記複数のナットの内周に設けたボール溝の間に複数個のボールが組み込まれて構成されたボールねじ機構である。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の送り駆動装置において、前記送りねじ軸及び前記複数のナットのねじ螺合は、前記送りねじ軸の外周に設けたローラ溝と、前記複数のナットの内周に設けたローラ溝の間に複数個のローラが組み込まれて構成されたローラねじ機構である。
さらに、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の送り駆動装置において、前記送りねじ軸及び前記複数のナットのねじ螺合は、前記送りねじ軸の外周に設けたねじ溝と、前記複数のナットの内周に設けたねじ溝とが係合するすべりねじ機構である。

本発明に係る送り駆動装置によれば、１本の送りねじ軸に対して複数のナットが同軸に配置されているので、複数の回転駆動部から高荷重の負荷が伝達されても、送りねじ軸と複数のナットのねじ螺合部分にはモーメントが作用しない。このため、送りねじ軸、複数のナットの耐久性の低下を防止することができる。また、複数のナットが高荷重の負荷を受ける構造としており、送りねじ軸の軸径を大きくする必要がないので、送り駆動装置のコンパクト化及び軽量化を図ることができる。

本発明に係る第１実施形態のサーボプレス機の概要を示す図である。 本発明に係る第２実施形態のサーボプレス機の概要を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係るサーボプレス機の第１実施形態を示すものである。
本実施形態のサーボプレス機は、基台１上に固定された固定型２と、固定型２に対して離接するように基台１上に移動自在に配置された可動型３と、可動型３の移動制御を行なう送り駆動部４と、を備えている。

可動型３は、基台１上に固定された一対のガイドレール５，５上に支持されて固定型２に向けて移動自在とされている。
送り駆動部４は、一端が可動型３に固定され、他端が自由端とされて可動型３の移動方向に軸線が向いているねじ軸６と、ねじ軸６に螺合している第１ナット７及び第２ナット８と、基台１上に固定され、第１ナット７及び第２ナット８のそれぞれを軸受９，１０を介して回転自在に支持しているナットハウジング１１，１２と、基台１上に固定された第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４と、第１駆動モータ１３の回転駆動力を第１ナット７に伝達する第１回転伝達部１５と、第２駆動モータ１４の回転駆動力を第２ナット８に伝達する第２回転伝達部１６とを備えている。

第１回転伝達部１５は、第１ナット７の端部に同軸に設けたナット側プーリ１７と、第１駆動モータ１３のモータ軸に固定されたモータ側プーリ１８と、ナット側プーリ１７及びモータ側プーリ１８の間に掛け渡されたタイミングベルト１９とで構成されている。
第２回転伝達部１６も、第２ナット８の端部に同軸に設けたナット側プーリ２０と、第２駆動モータ１４のモータ軸に固定されたモータ側プーリ２１と、ナット側プーリ２０及びモータ側プーリ２１の間に掛け渡されたタイミングベルト２２とで構成されている。

また、第1駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４は、モータ駆動制御部２３により駆動制御されている。モータ駆動制御部２３は、第１駆動モータ１３をマスターモータとし、第２駆動モータをスレーブモータとし、ねじ軸６が所定量だけ軸方向に移動するように、マスターモータ（第１駆動モータ１３）を制御して第１ナット７を所定の回転数で回転させ、スレーブモータ（第２駆動モータ１４）を、マスターモータ（第１駆動モータ１３）のトルクに追随するように制御している。

次に、本実施形態のサーボプレス機の動作について説明する。
先ず、可動型３を、固定型２から離間した図１の右側に配置しておく。そして、プレスすべき被加工部材（不図示）を、固定型２の型を形成した面に配置する。
次に、被加工部材のプレス加工を行なうために、モータ駆動制御部２３が第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４の正回転制御を行なう。これにより、モータ駆動制御部２３に制御された第１駆動モータ１３の正方向の回転動力が第１回転伝達部１５を介して第１ナット７に伝達され、モータ駆動制御部２３に制御された第２駆動モータ１４の正方向の回転動力が第２回転伝達部１６を介して第２ナット８に伝達される。

第１ナット７及び第２ナット８に正方向の回転が伝達されると、第１ナット７及び第２ナット８に螺合しているねじ軸６が、図１の矢印Ａ１方向に直線運動として移動していき、このねじ軸６の一端に固定された可動型３は、一対のガイドレール５，５に支持されながら固定型２に近接する方向に高荷重の負荷が伝達されて移動していき、固定型２及び可動型３による被加工部材のプレス加工が行なわれる。

次に、プレス加工が完了した可動型３を固定型２から離間させるために、モータ駆動制御部２３が第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４の逆回転制御を行なう。これにより、第１駆動モータ１３の逆方向の回転動力が第１回転伝達部１５を介して第１ナット７に伝達され、第２駆動モータ１４の逆方向の回転動力が第２回転伝達部１６を介して第２ナット８に伝達される。第１ナット７及び第２ナット８に逆方向の回転が伝達されると、ねじ軸６は、回転せずに図１の矢印Ａ２方向に移動していき、可動型３が固定型２から離間する方向に移動していく。

次に、第１実施形態のサーボプレス機の作用効果について説明する。
本実施形態の送り駆動部４は、１本のねじ軸６に対して第１ナット７及び第２ナット８が同軸に配置されているので、第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４から高荷重の負荷が伝達されても、ねじ軸６と第１ナット７及び第２ナット８のねじ螺合部分にはモーメントが作用しない。このため、ねじ軸６、第１ナット７及び第２ナット８の耐久性の低下を防止することができる。

また、複数のナット（第１ナット７及び第２ナット８）が高荷重の負荷を受ける構造としており、ねじ軸６の軸径を大きくする必要がないので、送り駆動部４のコンパクト化及び軽量化を図ることができる。
また、第１ナット７及び第２ナット８は、正逆方向に回転し、軸方向相対位置が固定されているので、第１ナット７及び第２ナット８の位置管理を行なう必要がない。

また、第１ナット７及び第２ナット８に作用する第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４のトルクは、ねじ軸６を介して軸方向の直線運動に変換されるが、モータ駆動制御部２３が第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４から出力されるトルクを同一に設定しているので、第１ナット７及び第２ナット８に伝達される軸方向負荷が均一となり、第１ナット７及び第２ナット８の耐久性を向上させることができる。
また、それぞれの第１ナット７及び第２ナット８の軸長を短くすることができるので、第１ナット７及び第２ナット８の負荷分布を小さくすることができ、許容負荷能力の減少を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、図２は、本発明に係るサーボプレス機の第２実施形態を示すものである。なお、図１に示すものと同一構成部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施形態の送り駆動部４は、基台１上に、ガイドレール２４に支持されたテーブル２５が固定型２に向けて移動可能に配置されているとともに、基台１に設けた一対の固定部材２６，２６に両端部が固定されたねじ軸６が、テーブル２５の移動方向に跨いだ状態で配置されている。
テーブル２５上には、ナットハウジング１１，１２及び第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４が固定されており、ナットハウジング１１，１２は、ねじ軸６に螺合した第１ナット７及び第２ナット８を軸受９，１０を介して回転自在に支持している。また、第１駆動モータ１３は第１回転伝達部１５を介して第１ナット７に連結し、第２駆動モータ１４は第２回転伝達部１６を介して第２ナット８に連結している。

そして、テーブル２５は、一対の連結部材２７，２７を介して可動型３に固定されている。
そして、本実施形態のモータ駆動制御部２３は、第１駆動モータ１３をマスターモータとし、第２駆動モータをスレーブモータとし、固定型２に離接方向にテーブル２５が所定量だけ移動するように、マスターモータ（第１駆動モータ１３）を制御して第１ナット７を所定の回転数で回転させ、スレーブモータ（第２駆動モータ１４）を、マスターモータ（第１駆動モータ１３）のトルクに追随するように制御している。

次に、本実施形態のサーボプレス機の動作について説明する。
先ず、テーブル２５及びテーブル２５に固定に連結した可動型３を、固定型２から離間した図２の右側に配置しておく。そして、プレスすべき被加工部材（不図示）を、固定型２の型を形成した面に配置する。
次に、被加工部材のプレス加工を行なう際に、モータ駆動制御部２３が第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４の正回転制御を行なう。これにより、モータ駆動制御部２３に制御された第１駆動モータ１３の正方向の回転動力が第１回転伝達部１５を介して第１ナット７に伝達され、モータ駆動制御部２３に制御された第２駆動モータ１４の正方向の回転動力が第２回転伝達部１６を介して第２ナット８に伝達される。

本実施形態のねじ軸６は、両端部が一対の固定部材２６，２６に固定されて軸方向移動が不能とされているので、第１ナット７及び第２ナット８に正方向の回転が、ナットハウジング１１，１２を介してテーブル２５に図２の矢印Ａ１方向に直線運動として移動されていき、テーブル２５に一対の連結部材２７，２７を介して固定されている可動型３が、固定型２に近接する方向に高荷重の負荷が伝達されて移動していき、固定型２及び可動型３による被加工部材のプレス加工が行なわれる。

また、プレス加工が完了した可動型３を固定型２から離間させる際には、モータ駆動制御部２３が第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４の逆回転制御を行なう。これにより、第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４の逆方向の回転動力が第１回転伝達部１５及び第２回転伝達部１６を介して第１ナット７及び第２ナット８に伝達され、第１ナット７及び第２ナット８の回転が、ナットハウジング１１，１２を介してテーブル２５に図２の矢印Ａ２方向に直線運動として移動されていき、可動型３が固定型２から離間する方向に移動していく。

本実施形態の送り駆動部４も、第１実施形態と同様に、１本のねじ軸６に対して第１ナット７及び第２ナット８が同軸に配置されているので、第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４から高荷重の負荷が伝達されても、ねじ軸６と第１ナット７及び第２ナット８のねじ螺合部分にはモーメントが作用せず、ねじ軸６、第１ナット７及び第２ナット８の耐久性の低下を防止することができる。

また、第１ナット７及び第２ナット８が高荷重の負荷を受ける構造としてねじ軸６の軸径を大きくする必要がないので、送り駆動部４のコンパクト化及び軽量化を図ることができる。また、第１ナット７及び第２ナット８は、正逆方向に回転し、軸方向相対位置が固定されているので、第１ナット７及び第２ナット８の位置管理を行なう必要がない。
さらに、モータ駆動制御部２３が第１駆動モータ１３及び第２駆動モータ１４から出力されるトルクを同一に設定しているので、第１ナット７及び第２ナット８に伝達される軸方向負荷が均一となり、第１ナット７及び第２ナット８の耐久性を向上させることができる。

さらに、軸長を短くした第１ナット７及び第２ナット８を使用することで、これら第１ナット７及び第２ナット８の負荷分布を小さくすることができ、許容負荷能力の減少を防止することができる。
なお、上記第１及び第２実施形態では、ねじ軸６と第１ナット７及び第２ナット８は、ねじ溝同士が係合するすべりねじ構造を示したが、ボール溝同士の間にボールを転動自在に配置したボールねじ構造、ローラ溝同士の間にローラを転動自在に配置したローラねじ構造でも良く、送り駆動部４が必要とする機能に合わせて必要な負荷転動体（ボール数、ローラ数）を持つようにすればよく、予圧を与えて剛性を上げることもできる。

また、上記実施形態では、第１駆動モータ１３は第１回転伝達部１５を介して第１ナット７に連結し、第２駆動モータ１４は第２回転伝達部１６を介して第２ナット８に連結したが、第１駆動モータ及び第２駆動モータを中空モータとし、これら中空モータを第１ナット７及び第２ナット８に直結した構造としてもよい。
また、上記実施形態ではサーボプレス機について説明したが、高荷重の負荷を作用する射出成形機の射出軸や型締め軸に、上述した送り駆動部４を採用しても、同様の効果を奏することができる。

１…基台、２…固定型、３…可動型（可動体）、４…駆動部、５…ガイドレール、６… ねじ軸（送りねじ軸）、７…第１ナット（ナット）、８… 第２ナット（ナット）、９，１０…軸受、１１，１２…ナットハウジング、１３…第１駆動モータ（回転駆動部、駆動モータ）、１４…第２駆動モータ（回転駆動部、駆動モータ）、１５…第１回転伝達部、１６…第２回転伝達部、１７…ナット側プーリ、１８…モータ側プーリ、１９…タイミングベルト、２０…ナット側プーリ、２１…モータ側プーリ、２２…タイミングベルト、２３…モータ駆動制御部（駆動制御部）、２４…ガイドレール、２５… テーブル、２６…固定部材、２７…連結部材

Claims (5)

1. 両端を基台に固定した回転不能、且つ軸方向移動不能の１本の送りねじ軸と、この送りねじ軸にそれぞれ螺合している複数のナットと、
   前記基台上に前記送りねじ軸の軸線方向に移動自在に配置され、可動体を固定しているテーブルと、
   前記複数のナットを回転自在に支持し、且つ、互いの相対的軸方向位置が一定になるように保持し、前記テーブル上に固定されているナットハウジングと、
   前記テーブル上に固定され、前記複数のナットをそれぞれ回転駆動する複数の回転駆動部と、
   前記複数の回転駆動部を制御して前記複数のナットを回転駆動させ、前記テーブルを前記軸方向に移動させる駆動制御部と、を備えていることを特徴とする送り駆動装置。
2. 前記複数の回転駆動部を複数の駆動モータで構成し、前記駆動制御部は、複数の駆動モータの一方をマスターモータとし、且つ、複数の駆動モータの他方をスレーブモータとし、前記マスターモータが前記テーブルの移動量を制御して駆動し、前記スレーブモータが前記マスターモータのトルクに追随するように制御することを特徴とする請求項１記載の送り駆動装置。
3. 前記送りねじ軸及び前記複数のナットのねじ螺合は、前記送りねじ軸の外周に設けたボール溝と、前記複数のナットの内周に設けたボール溝の間に複数個のボールが組み込まれて構成されたボールねじ機構であることを特徴とする請求項１又は２記載の送り駆動装置。
4. 前記送りねじ軸及び前記複数のナットのねじ螺合は、前記送りねじ軸の外周に設けたローラ溝と、前記複数のナットの内周に設けたローラ溝の間に複数個のローラが組み込まれて構成されたローラねじ機構であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の送り駆動装置。
5. 前記送りねじ軸及び前記複数のナットのねじ螺合は、前記送りねじ軸の外周に設けたねじ溝と、前記複数のナットの内周に設けたねじ溝とが係合するすべりねじ機構であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の送り駆動装置。

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