JP2001187953A - 電動シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】作動ロッドの進退量を長尺化しつつも、装置全
体の小型化、軽量化を図ることが可能な電動シリンダを
提供する。 【解決手段】凹条溝１２を有してチャネル状に形成され
た軌道レール１と、この軌道レール１の凹条溝１２内を
移動するスライド部材２と、このスライド部材２に螺合
した送りねじ５と、上記軌道レール１の一端に固定され
ると共に上記送りねじ５を回転させるモータ４と、上記
スライド部材２に固定されて軌道レール１の凹条溝１２
の一端から突出すると共に、上記スライド部材２の移動
に応じて進退する作動ロッド７とから構成され、上記作
動ロッド７を中空状に形成すると共に上記送りねじ５と
同一軸心上に配置し、上記スライド部材２の移動に応じ
て該作動ロッド７の中空部７ａ内に上記送りねじ５が収
容されるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータの回転
に応じて作動ロッドを進退させ、かかる作動ロッドによ
って制御対象を押引する電動シリンダに係り、詳細に
は、上記作動ロッドに対して大きな荷重が作用する用途
に好適であり、しかも小型軽量な電動シリンダに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、サーボモータとボールねじと
を組み合わせてなる電動シリンダは多数提案されてお
り、例えば、構造物を持ち上げるジャッキや、工作機械
におけるワークのクランプ装置等に利用されている。か
かる電動シリンダの具体的構造としては、ボールねじの
ねじ軸の一端に進退させるべき作動ロッドを固定する一
方、ボールねじのボールナットに対してはタイミングベ
ルトやギヤ等を用いてサーボモータの回転を伝達し、ボ
ールナットの回転量に応じて作動ロッドを進退させるよ
うにしたものが知られている。また、サーボモータを中
空状に形成し、かかるサーボモータのロータに対して直
接ボールナットを固定するようにした構造のものも知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ジャッキや
クランプ装置として電動シリンダを用いる場合、例えば
ねじ軸の先端に固定された作動ロッドがワークを加圧す
ると、かかる加圧力の反力が作動ロッドに対して作用す
るので、該作動ロッドはこの反力を十分に負荷し得るよ
うに支承されている必要がある。

【０００４】しかし、従来の電動シリンダではボールね
じのねじ軸の一端に作動ロッドを固定しており、作動ロ
ッドに作用した荷重がボールねじによってのみ負荷され
ることから、かかる作動ロッドの支持剛性が十分でな
く、上記加圧力の反力によってモーメント荷重が作動ロ
ッドに作用すると、該作動ロッドが変位してしまい、ワ
ークを適切にクランプすることができないといった問題
点があった。

【０００５】また、従来の電動シリンダでは作動ロッド
と共にボールねじのねじ軸が進退するので、作動ロッド
の進退量が長尺化すると、ねじ軸も長尺化せざるを得
ず、電動シリンダ全体の占有寸法が大きくなる他、装置
重量も嵩んでしまうといった問題点があった。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは、作動ロッドに作
用するモーメント荷重に抗して該作動ロッドを強固に支
持することかできると共に、作動ロッドの進退量を長尺
化しつつも、装置全体の小型化、軽量化を図ることが可
能な電動シリンダを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電動シリンダは、凹条溝を有してチャネル
状に形成されると共に該凹条溝の内側面の長手方向に沿
ってボール転走溝が形成された軌道レールと、無限循環
するボール列を具備すると共にこれらボールを介して上
記軌道レールの凹条溝内に嵌合し、上記ボール転走溝に
沿って軌道レールの凹条溝内を移動するスライド部材
と、上記凹条溝を塞ぐようにして軌道レールの一端に固
定された支持プレートと、この支持プレートによっての
み回転自在に支承されると共に上記スライド部材に螺合
した送りねじと、上記支持プレートを介して軌道レール
に固定されると共に上記送りねじを回転させるモータ
と、上記スライド部材に固定されて軌道レールの凹条溝
の一端から突出すると共に、上記スライド部材の移動に
応じて進退する作動ロッドとから構成され、上記作動ロ
ッドを中空状に形成すると共に上記送りねじと同一軸心
上に配置し、上記スライド部材の移動に応じて該作動ロ
ッドの中空部内に上記送りねじが収容されるように構成
したことを特徴とするものである。

【０００８】このような技術的手段によれば、上記モー
タを駆動すると、その回転が動力伝達手段を介して送り
ねじに伝達され、かかる送りねじの回転量に応じてスラ
イド部材がチャネル状に形成された軌道レールの凹条溝
内を移動し、スライド部材に固定された作動ロッドがこ
れに伴って進退する。このとき、スライド部材は軌道レ
ールの凹条溝の内側面に案内されて移動するが、かかる
軌道レールはチャネル状に形成されていることからモー
メント荷重に対する剛性が高く、作動ロッドに対してモ
ーメント荷重が作用した場合であっても、容易に変形す
ることがない。従って、本発明の電動シリンダによれ
ば、作動ロッドの進退に対して作用する反力によって該
作動ロッドが変位するのを可及的に防止することができ
る。

【０００９】また、作動ロッドを進退させるためのスラ
イド部材及び送りねじは軌道レールの凹条溝内に収容さ
れることから、本発明の電動シリンダは外観上の凹凸の
少ない極めてコンパクトな構造とすることができ、極め
て小型軽量に構成することができる。

【００１０】更に、送りねじを駆動するモータは支持プ
レートを介して剛性の大きな軌道レールに固定されると
共に、動力伝達手段を介してモータの回転を送りねじに
伝達するように構成しているので、作動ロッドを進退さ
せるための送りねじやスライド部材に触れることなくモ
ータのみを交換することも可能であり、保守作業にかか
る手間を軽減することも可能となる。

【００１１】また更に、上記作動ロッドは中空状に形成
されると共に送りねじと同一軸心上に配置されているこ
とから、送りねじの回転に応じて作動ロッドが軌道レー
ルの凹条溝内に後退してきても、かかる送りねじの先端
は作動ロッドの中空部内に収容される結果となり、作動
ロッドと送りねじとが干渉することがない。このため、
作動ロッドの後端とスライド部材との間に作動ロッドの
ストロークに応じた空間を形成する必要がなく、その分
だけ軌道レールを短尺化して装置全体の小型化及び軽量
化を図ることが可能となる。また、スライド部材に対し
て作動ロッドを固定しているブラケットも小型化するこ
とができ、送りねじの回転に伴って軌道レール内を往復
運動する質量の軽量化を図り、作動ロッドの高速往復運
動における位置決め精度の向上、送りねじを回転駆動す
るモータの負荷の軽減を図ることも可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の電動シリンダについて詳細に説明する。図１乃至図４
は本発明の電動シリンダの第１実施例を示すものであ
り、図１は平面図、図２は正面図、図３は右側面図、図
４は左側面図を夫々示している。これらの図において、
符号１はチャネル状に形成された軌道レール、符号２は
この軌道レール１に案内されて移動するスライド部材、
符号３は上記軌道レール１の長手方向の一端に固定され
た支持プレート、符号４はこの支持プレート３を介して
軌道レール１に隣接するように固定されたサーボモー
タ、符号５は上記支持プレート３に回転自在に支承され
た送りねじ、符号６は上記サーボモータ４から送りねじ
５へ回転を伝達する歯車列、符号７は上記スライド部材
２の移動に応じて進退する作動ロッドである。

【００１３】先ず、図５及び図６に示すように、上記軌
道レール１は基底部１０の両側に一対の側壁１１，１１
を立設してチャネル状に形成されており、長手方向に沿
って具備された凹条溝１２内に上記スライド部材２を収
容するように構成されている。各側壁１１の内側面には
軌道レール１の長手方向に沿って２条のボール転走溝１
３，１３が形成されており、上記スライド部材２はこの
ボール転走溝１３に沿って凹条溝１２内を移動するよう
になっている。また、上記基底部１０には固定ボルトの
挿通孔１４が複数設けられており、この電動シリンダを
利用する装置のフレームに対して上記軌道レール１を直
接固定し得るように構成されている。

【００１４】一方、上記スライド部材２は軌道レール１
の凹条溝１２内に遊嵌する略矩形状に形成されており、
その両外側面には軌道レール１に形成されたボール転走
溝１３と対向する負荷ボール溝２０が形成され、これら
軌道レール１のボール転走溝１３とスライド部材２の負
荷ボール溝２０との間でボール８が荷重を負荷しながら
転走するように構成されている。スライド部材２は各負
荷ボール溝２０に対応してボール８の無限循環路２１を
具備しており、負荷ボール溝２０を転走するボール８を
無限循環させることにより、スライド部材２が軌道レー
ル１に沿ってストロークの制限なく移動し得るようにな
っている。

【００１５】また、このスライド部材２には上記送りね
じ５が挿通される貫通孔２２が形成され、送りねじ５は
この貫通孔２２内でボール９を介してスライド部材２に
螺合している。すなわち、上記送りねじ５の外周面には
螺旋状のボール転動溝５０が所定のリードで形成される
一方、上記スライド部材２の貫通孔２２の内周面には送
りねじ５のボール転動溝５０と対向する負荷ボール溝２
３が螺旋状に形成されており、これらボール転動溝５０
及び負荷ボール溝２３の間を転動するボール９を介して
送りねじ５とスライド部材２とが互いに螺合している。
また、このスライド部材２にはボール転動溝５０と負荷
ボール溝２３との間を螺旋状に転動したボール９を元の
位置に戻すためのリターンチューブ２４が装着されてお
り、かかるボール９は送りねじとスライド部材との間で
無限循環するように構成されている。従って、かかる送
りねじ５を回転させると、ボール９が送りねじ５のボー
ル転動溝５０とスライド部材２の負荷ボール溝２３との
間で荷重を負荷しながら転動し、かかる送りねじ５の回
転数に応じたストロークでスライド部材２が軌道レール
１の凹条溝１２内を移動する。

【００１６】更に、図１及び図２に示すように、このス
ライド部材２には断面略Ｌ字状に形成されたガイド部材
７０を介して上記作動ロッド７が固定されており、かか
る作動ロッド７がスライド部材２のストロークに応じて
軌道レール１の凹条溝１２内から凹条溝１２外へ進退す
るように構成されている。上記ガイド部材７０は固定ボ
ルト７１によってスライド部材２に固定される一方、作
動ロッド７はその一端がガイド部材７０に対して溶接に
よって固定されている。ガイド部材７０を略Ｌ字状に形
成したことによって、送りねじ５の軸心と作動ロッド７
の軸心とを合致させている。これにより、作動ロッド７
に対して作用した外力が軌道レール１や送りねじ５に対
してモーメント荷重となって作用するのを可及的に防止
している。尚、図５及び図６において符号２５は上記固
定ボルト７１が螺合するタップ孔である。

【００１７】上記作動ロッド７は中空状に形成されてお
り、その中空部７ａの内径は送りねじ５の外径よりも僅
かに大きく形成されている。また、この作動ロッド７が
溶接によって一体化されたガイド部材７０には作動ロッ
ド７の中空部７ａから連続する貫通孔７０ａが形成され
ており、この貫通孔７０ａはスライド部材２に形成され
た貫通孔２２と対向している。従って、送りねじ５の回
転に伴ってスライド部材２が軌道レール１の凹条溝１２
内を支持プレート３側へ向けて後退すると、スライド部
材２の貫通孔２２から突出した送りねじ５の先端がガイ
ド部材７０の貫通孔７０ａを介して作動ロッド７の中空
部７ａに収容されるようになっている。

【００１８】上記軌道レール１の長手方向の一端には上
記凹条溝１２を塞ぐようにして支持プレート３が固定さ
れており、上記送りねじ５はこの支持プレート３を貫通
すると共に、かかる支持プレート３に嵌合する一対のア
ンギュラコンタクトベアリング３０によって回転自在に
支承されている。この支持プレート３は軌道レール１に
隣接して上記サーボモータ４を固定するブラケットとし
ての役割も果たしており、軌道レール１及びサーボモー
タ４が固定された面と反対側の面には上記歯車列６を収
容するギヤボックスがプレート３１，３２及びカバー３
３によって箱状に形成されている。

【００１９】かかる歯車列６は、サーボモータ４の出力
軸４０に固定された入力歯車６１と、送りねじ５に固定
された出力歯車６２と、これら入力歯車６１から出力歯
車６２へ回転動力を伝達する２枚の減速歯車６３，６４
とから構成されており、サーボモータ４の回転数を例え
ば１／４に減速して送りねじに伝達する。２枚の減速歯
車６３，６４は支持プレート３に立設されたスタッド３
４に対してボールベアリングを介して回転自在に支承さ
れると共に、止めねじによって相対的な回転を禁じられ
ており、減速歯車６３は上記入力歯車６１と噛み合う一
方、減速歯車６４は上記出力歯車６２と噛み合ってい
る。これにより、サーボモータ４の出力軸４０の回転が
送りねじに伝達される。尚、この実施例ではサーボモー
タ４から送りねじ５へ回転動力を伝達する手段として歯
車列を用いたが、プーリとタイミングベルトによって回
転動力を伝達するように構成することも容易である。

【００２０】また、出力歯車６２が固定された送りねじ
５の端部はギヤボックスを構成するカバー３３から突出
しており、この突出端に対して図２に二点鎖線で示すよ
うなハンドル５１を装着することにより、送りねじ５を
手動で回転させることができるようになっている。これ
により、サーボモータ４の脱調や停電等により作動ロッ
ド７の進退位置に狂いが生じた場合であっても、手動で
送りねじ５を回転させて位置調整を行うことが可能であ
る。尚、通常は上記カバー３３に固定されるキャップ５
２によって送りねじ５の突出端は覆われている。

【００２１】一方、上記支持プレート３と反対側におけ
る軌道レール１の長手方向の一端にはやはり凹条溝１２
を塞ぐようにして先端プレート７２が固定されており、
上記作動ロッド７はこの先端プレート７２に形成された
貫通孔７３に挿通されている。また、この貫通孔７３の
内径には作動ロッド７に摺接するフェルト製のシール部
材７４が設けられる一方、この貫通孔７３の外側には作
動ロッド７の外周面と僅かな間隙を残して対向するスク
レーパ７５が取り付けられており、作動ロッド７が進退
すると、これに付着したスパッタ等の比較的大きな異物
は上記スクレーパ７５で除去され、更に、細かな粉塵等
は上記シール部材７４で作動ロッド７上から除去される
ようになっている。

【００２２】また、上記支持プレート３と先端プレート
７２との間には軌道レール１の凹条溝１２を覆うように
してカバープレート１５が設けられており、このカバー
プレート１５は固定ボルト１６によって軌道レール１の
側壁１１に固定されている。このカバープレート１５と
軌道レール１の側壁１１、先端プレート７２及び支持プ
レート３との間には夫々ゴムシールが挟み込まれてお
り、該カバープレート１５によって密閉された軌道レー
ル１の凹条溝１２内に外部から粉塵や冷却水等が侵入す
るのを完全に防止している。これにより、この電動シリ
ンダを粉塵や冷却水等が飛散する劣悪な環境下で使用し
たとしても、かかる凹条溝１２内に配されたスライド部
材２及び送りねじ５が粉塵等によって汚染されることは
なく、送りねじ５の回転によるスライド部材２の円滑な
移動を長期にわたって安定的に維持することができるも
のである。

【００２３】更に、軌道レール１の凹条溝１２に面した
上記支持プレート３と先端プレート７２の内側面にはゴ
ム製のストッパ部材１７が夫々固定されており、サーボ
モータ４の脱調によりスライド部材２が所定のストロー
ク量からオーバランした際に、かかるスライド部材に突
き当たってこれを係止するように構成されている。

【００２４】そして、このように構成された本実施例の
電動シリンダによれば、上記サーボモータを回転させる
と、その回転が歯車列を介して送りねじに伝達され、か
かる送りねじの回転に応じてスライド部材が軌道レール
の凹条溝内をストロークすると共に、このスライド部材
に固定された作動ロッドがスライド部材のストロークに
応じて進退する。

【００２５】このとき、本実施例の電動シリンダによれ
ば、スライド部材２が軌道レール１の凹条溝１２内を支
持プレート３へ向けて後退ストロークし、作動ロッド７
が先端プレート７２を介して上記凹条溝１２内に引き込
まれた場合であっても、送りねじ５と同一軸心上に配置
された作動ロッド７が中空状に形成されると共にその中
空部７ａの内径が送りねじ５の外径よりも僅かに大きく
形成されていることから、スライド部材２の貫通孔２２
から突出した送りねじ５の先端は作動ロッド７と干渉す
ることなく、かかる作動ロッド７の中空部７ａに収容さ
れることになる。仮に、作動ロッドが中空状に形成され
ていないとすれば、作動ロッドと送りねじの干渉を避け
るために、スライド部材２の端部と作動ロッド７の後端
との間に該スライド部材２のストローク量に対応した空
間を設けなくてはならず、軌道レール１にはスライド部
材２のストローク量の２倍以上の長さが必要となる。し
かし、本実施例では作動ロッド７を中空状に形成すると
共に、送りねじ５の先端がスライド部材２の移動に応じ
て作動ロッド７の中空部７ａ内に収容されるように構成
しているので、スライド部材２の端部と作動ロッド７の
後端との間に空間を設ける必要は一切なく、その分だけ
軌道レール１を短く形成することが可能となっている。

【００２６】これにより、本実施例の電動シリンダは軌
道レール１の長手方向に沿った全長を短く抑えることが
でき、装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となっ
ている。また、軌道レール１に案内されているスライド
部材２から作動ロッド７の先端迄の距離を短く抑えるこ
とができるので、作動ロッド７の先端に大きなラジアル
荷重が作用した場合であっても、作動ロッド７の先端の
変位を小さく抑えることも可能となる。更に、スライド
部材２の端部と作動ロッド７の後端との間に空間を設け
る必要がないので、作動ロッド７をスライド部材２に固
定しているガイド部材７０の小型化も図ることができ、
軌道レール１の凹条溝１２内を往復運動する質量の軽量
化を図り、作動ロッド７の進退における繰り返し位置決
め精度の向上を図ることも可能となる。

【００２７】図７は本発明の電動シリンダの第２実施例
である。前記第１実施例では支持プレートによってサー
ボモータ４を軌道レール１と平行に固定し、歯車列６を
用いてサーボモータの回転出力を送りねじ５に伝達する
ように構成していたが、この図７に示す第２実施例の電
動シリンダでは、サーボモータ４の出力軸４１が送りね
じ５と同一軸心上に位置するように該サーボモータ４を
支持プレートに固定し、サーボモータの回転出力を歯車
列６を介することなく直接送りねじ５に伝達している。

【００２８】かかるサーボモータ４の出力軸４１は中空
状に形成されており、送りねじ５はその一端が出力軸４
１の中空部４２に螺合している。すなわち、出力軸４１
の中空部４２には雌ねじ形成される一方、送りねじ５の
端部には雄ねじが形成され、これらを締結することによ
って送りねじ５と出力軸４１との結合が図られている。
尚、図中の符号４３は出力軸４１と送りねじ５の締結の
緩みを防止するロックナットである。通常、同一軸心上
に配されたモータ出力軸４１と送りねじ５とを連結する
ためにはカップリング等が必要とされるが、このように
本実施例の電動シリンダではサーボモータ４の出力軸４
１を中空状に形成したことにより、かかる出力軸４１と
送りねじ５とを直接結合することができ、その分だけ電
動シリンダの全長を短く抑えることが可能となってい
る。また、歯車列６を介してサーボモータ４の回転出力
を送りねじ５に伝達した場合、歯車間のバックラッシュ
等によって送りねじ５の回転精度、ひいては作動ロッド
７の進退精度等に誤差が生じ易いが、本実施例の電動シ
リンダではサーボモータ４の出力軸４１と送りねじ５と
を直接結合したことにより、作動ロッド７の進退精度の
向上をも図られている。

【００２９】また、中空状に形成されたサーボモータ４
の出力軸４１の開放端、すなわち送りねじ５の結合端と
反対側の端部には六角孔４４が形成されており、この六
角孔４４に対しては送りねじ５を手動で回転させるため
のハンドルを装着することができるようになっている。
前記第１実施例では送りねじ５の一端をギヤボックスか
ら突出させることにより、ハンドル５１を送りねじ５に
対して装着し得るように構成していたが、本実施例では
このようにサーボモータ４の出力軸４１に六角孔４４を
設けると共にそこにハンドルを嵌合させるように構成し
たので、送りねじ５の端部をサーボモータ４のモータハ
ウジング４５から突出させる必要はなく、この点におい
ても電動シリンダの全長の短縮化が図られている。

【００３０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の電動
シリンダによれば、作動ロッドの進退に伴って作用する
モーメント荷重に抗して該作動ロッドを強固に支持する
ことかでき、作動ロッドが変位するのを可及的に防止す
ることが可能となる。

【００３１】また、スライド部材の移動に応じて送りね
じが作動ロッドの中空部内に収容されるように構成され
ており、かかる送りねじの回転に応じて作動ロッドが軌
道レールの凹条溝内に後退してきても、かかる送りねじ
の先端が作動ロッドの後端と干渉することがないので、
その分だけ軌道レールを短尺化して装置全体の小型化及
び軽量化を図ることが可能となる。また、スライド部材
に対して作動ロッドを固定しているブラケットの小型化
を図り、軌道レール内を往復運動する質量の軽量化を図
ることも可能なので、作動ロッドの高速往復運動におけ
る繰り返し位置決め精度の向上、送りねじを回転駆動す
るモータの負荷の軽減を図ることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の電動シリンダの第１実施例を示す平
面図である。

【図２】 本発明の電動シリンダの第１実施例を示す正
面図である。

【図３】 本発明の電動シリンダの第１実施例を示す右
側面図である。

【図４】 本発明の電動シリンダの第１実施例を示す左
側面図である。

【図５】 第１実施例に係る軌道レール、スライド部材
及び送りねじを示す斜視図である。

【図６】 第１実施例に係る軌道レール、スライド部材
及び送りねじの係合状態を示す断面図である。

【図７】 本発明の電動シリンダの第２実施例を示す平
面図である。

【符号の説明】

１…軌道レール、２…スライド部材、３…支持プレー
ト、４…サーボモータ、５…送りねじ、７…作動ロッ
ド、７ａ…中空部、１２…凹条溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山倉 亙 東京都品川区西五反田３丁目11番６号、テ イエチケー株式会社内 Ｆターム(参考） 3J104 AA03 AA23 AA34 AA64 AA69 AA73 AA76 AA79 BA14 BA24 DA16 EA10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹条溝を有してチャネル状に形成される
   と共に該凹条溝の内側面の長手方向に沿ってボール転走
   溝が形成された軌道レールと、無限循環するボール列を
   具備すると共にこれらボールを介して上記軌道レールの
   凹条溝内に嵌合し、上記ボール転走溝に沿って軌道レー
   ルの凹条溝内を移動するスライド部材と、上記凹条溝を
   塞ぐようにして軌道レールの一端に固定された支持プレ
   ートと、この支持プレートによってのみ回転自在に支承
   されると共に上記スライド部材に螺合した送りねじと、
   上記支持プレートを介して軌道レールに固定されると共
   に上記送りねじを回転させるモータと、上記スライド部
   材に固定されて軌道レールの凹条溝の一端から突出する
   と共に、上記スライド部材の移動に応じて進退する作動
   ロッドとから構成され、 上記作動ロッドを中空状に形成すると共に上記送りねじ
   と同一軸心上に配置し、上記スライド部材の移動に応じ
   て該作動ロッドの中空部内に上記送りねじが収容される
   ように構成したことを特徴とする電動シリンダ。
2. 【請求項２】 上記モータは中空状の出力軸を備え、上
   記送りねじはその一端をこの出力軸に挿入して該モータ
   と結合されていることを特徴とする請求項１記載の電動
   シリンダ。
3. 【請求項３】 上記モータの出力軸の開放端には、上記
   送りネジを手動回転させるためのハンドル取付孔が形成
   されていることを特徴とする請求項２記載の電動シリン
   ダ。