JP2002089503A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロッドなどの作動部材を小型のアクチュエー
タによって駆動し得るようにし、高精度に作動部材の速
度制御および位置制御を行い得るようにする。 【解決手段】 モータ１９によって送りねじ１０を回転
駆動することにより、駆動ピストン１３をシリンダチュ
ーブ４ａ内で直線方向に移動させ、非圧縮性媒体として
の水を駆動側媒体室１４ａ，１４ｂと従動側媒体室９
ａ，９ｂとに流出入させ、従動ピストン８を軸方向に駆
動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロッドなどの作動部
材を往復動するアクチュエータに関し、特に、作動部材
の速度制御や位置決めを高精度で行うことができるアク
チュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】食品生産などの生産ラインで使用されて
いるアクチュエータには、空気圧アクチュエータ、油圧
アクチュエータ、電動アクチュエータなどがあり用途に
応じて様々な使われ方をしている。

【０００３】空気圧アクチュエータは、コンプレッサー
などにより加圧された圧縮空気のエネルギーを機械的な
直線運動または回転運動などの仕事に変換してロッドや
軸などの作動部材に出力する機器であり、ロッドが直線
往復運動する空気圧シリンダ、回転軸が回転運動する空
気圧モータ、揺動軸が回転往復運動する揺動型アクチュ
エータとに大別される。

【０００４】通常、空気圧アクチュエータの作動制御に
はアクチュエータへの圧縮空気の供給、遮断や流れの方
向を変える方向制御弁が用いられており、この方向制御
弁によりアクチュエータの始動、停止および往復運動等
を制御する。また圧縮空気の流路中には圧力を調整する
圧力制御弁や流量を調整する流量制御弁なども設けられ
複雑な圧力制御回路を構成している。

【０００５】空気圧アクチュエータは油圧アクチュエー
タや電動アクチュエータと比較し、作動媒体である圧縮
空気の圧縮性や粘性などの要因により高速作動に適して
おり、また油や電気を使用しないので油漏れによる周辺
環境の汚染や発火、引火の心配がないなどの特徴があ
る。しかし圧縮空気は温度や圧力による密度の変化が大
きく、また圧縮性を持つことから負荷変動の影響を受け
やすく正確な速度制御や位置制御が難しく、特に低速で
作動部材を駆動することが難しい。

【０００６】油圧アクチュエータの構造は空気圧アクチ
ュエータと基本的には同様であり、空気圧アクチュエー
タの場合には圧縮空気であった作動媒体を、油圧ポンプ
などにより加圧された油に置き換えたものである。油圧
アクチュエータは空気圧アクチュエータと比較して作動
媒体である油の圧縮性が少ないため比較的正確な速度制
御や位置制御が可能である。しかし、油を使用している
ため油漏れによる周辺環境の汚染の心配があり食品生産
などの生産ラインでの使用は困難である。また空気圧ア
クチュエータと同様に複雑な圧力制御回路が必要であ
る。

【０００７】電動アクチュエータは、電動モータなど電
気的に発生された駆動力を機械的な直線運動または回転
運動などの仕事に変換する機器であり、電気的な制御に
より上記空気圧アクチュエータや油圧アクチュエータと
比較して正確な速度制御や位置制御が可能である。しか
し、構造が複雑であることや高出力を得たい場合には大
きなモータが必要となるため小型化に限りがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】昨今、食品生産などの
生産ラインなどで用いられるアクチュエータには、生産
性や品質の向上、また衛生上の問題などから小型化と同
時に様々な性能が要求されている。特に正確な速度制御
や位置制御が可能であること、また防爆雰囲気内での使
用が可能なものや油による周辺環境の汚染がないものが
求められる場合がある。このような場合、従来の空気
圧、油圧、電動の各アクチュエータでは全ての要求に応
えることができなかった。

【０００９】本発明の目的は、ロッドなどの作動部材を
小型のアクチュエータによって駆動し得るようにするこ
とにある。

【００１０】本発明の他の目的は、高精度で作動部材の
速度制御および位置制御を行い得るようにすることにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、作動部材が連
結された従動側部材を往復動自在に収容し、前記従動側
部材の両端に従動側媒体室が形成されたアクチュエータ
本体と、回転自在の送りねじにねじ結合された駆動ピス
トンを軸方向に摺動自在に収容し、前記駆動ピストンの
両側にそれぞれ前記従動側媒体室に連通する駆動側媒体
室が形成されたポンプ用ケーシングと、前記それぞれの
媒体室内に封入された非圧縮性媒体と、前記送りねじに
連結され、前記送りねじを回転駆動して前記駆動ピスト
ンを前記アクチュエータ本体内で往復動するモータとを
有し、前記モータにより前記非圧縮性媒体を介して前記
作動部材を往復動することを特徴とするアクチュエータ
である。

【００１２】本発明は、作動部材が連結された従動側部
材を往復動自在に収容し、前記従動側部材の両側に従動
側媒体室が形成されたアクチュエータ本体と、回転自在
の送りねじにねじ結合された駆動ピストンを軸方向に摺
動自在に収容するチューブと、前記チューブの外側に前
記駆動ピストンに磁気的に連結された副ピストンを軸方
向に往復動自在に収容し、前記副ピストンの両側にそれ
ぞれ前記従動側媒体室に連通する駆動側媒体室が形成さ
れたポンプ用ケーシングと、前記それぞれの媒体室内に
封入された非圧縮性媒体と、前記送りねじに連結され、
前記送りねじを回転駆動して前記駆動ピストンを前記ア
クチュエータ本体内で往復動させるモータとを有し、前
記モータにより前記非圧縮性媒体を介して前記作動部材
を往復動することを特徴とするアクチュエータである。

【００１３】本発明は、前記アクチュエータ本体と前記
ポンプ用ケーシングとを別体とし、前記それぞれの媒体
室を流路により接続するようにしてもよい。また、前記
非圧縮性媒体は水であることが望ましい。

【００１４】本発明にあっては、アクチュエータの変位
はモータの回転数に対して比例的に変化するため正確な
速度制御や位置制御が可能である。またモータを小型化
しても所望の推力を作動部材に伝達することができるの
で、アクチュエータを小型化できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１６】（実施の形態１）図１は本発明の一実施の
形態であるアクチュエータを示す断面図である。

【００１７】このアクチュエータは、ポンプ部１とアク
チュエータ部２とが一体となったシリンダ本体３を有
し、シリンダ本体３は、それぞれ内部に貫通孔が形成さ
れたポンプ用ケーシングとしてのシリンダチューブ４ａ
と、アクチュエータ本体としてのシリンダチューブ４ｂ
とからなる。シリンダ本体３の両端にはエンドカバー
５，６が図示しないタイロッドなどにより締結され、そ
れぞれのシリンダチューブ４ａ，４ｂの両端はエンドカ
バー５，６により閉塞されている。

【００１８】シリンダチューブ４ｂには、作動部材とし
てのピストンロッド７が固定された従動側部材つまり従
動ピストン８が軸方向に往復動自在に収容され、従動ピ
ストン８の両側は従動側媒体室９ａ，９ｂとなってい
る。シリンダチューブ４ａの中心部には送りねじ１０が
配置され、送りねじ１０の両端部は軸受１１，１２を介
してエンドカバー５，６に支持されている。

【００１９】送りねじ１０には駆動ピストン１３がねじ
結合され、駆動ピストン１３は送りねじ１０の回転によ
って軸方向に往復動自在にシリンダチューブ４ａ内に収
容されている。送りねじ１０を回転させたときに、駆動
ピストン１３が回転しないように駆動ピストン１３を楕
円形や長円形としたり、円形とした場合には回り止めが
設けられることになる。

【００２０】駆動ピストン１３の両側は駆動側媒体室１
４ａ，１４ｂとなっており、シリンダ本体３には、駆動
側媒体室１４ａと従動側媒体室９ａとを連通させるため
に連通孔１５が形成され、駆動側媒体室１４ｂと従動側
媒体室９ｂとを連通させるために連通孔１６が形成され
ている。それぞれの媒体室には非圧縮性媒体として水が
封入されている。ただし、非圧縮性媒体としては、水以
外に油などを使用することも可能である。それぞれの媒
体室に封入された水が外部へ漏洩するのを防ぐために、
エンドカバー５の送りねじ１０の支持部にはシール材１
７が、エンドカバー６のピストンロッド７の支持部には
シール材１８がそれぞれ設けられている。

【００２１】送りねじ１０はエンドカバー５に取り付け
られたモータ１９に連結され、モータ１９によって送り
ねじ１０を回転駆動することにより、駆動ピストン１３
が軸方向に駆動される。

【００２２】したがって、モータ１９を駆動して駆動ピ
ストン１３をシリンダチューブ４ａ内で直線方向に移動
すると、非圧縮性媒体としての水が従動側媒体室に流入
し、従動ピストン８が軸方向に駆動される。これによ
り、モータ１９の回転数に比例した速度でピストンロッ
ド７を駆動することができるとともに、ピストンロッド
７を任意の位置で停止させることができる。

【００２３】駆動ピストン１３は送りねじ１０にねじ結
合されており、送りねじ１０のピッチないしリードによ
って送りねじ１０の回転力が拡大されて駆動ピストン１
３の軸方向の運動に伝達されるので、モータ１９を小型
としても所望の推力をピストンロッド７に伝達すること
ができる。したがって、アクチュエータを小型化して
も、必要な推力をピストンロッド７に加えることができ
る。

【００２４】非圧縮性媒体として水を使用した場合に
は、内部から漏水があっても、アクチュエータの周辺を
油により汚染することを防止できる。

【００２５】（実施の形態２）図２は、図１で示したア
クチュエータの変形例であって、ポンプ部１とアクチュ
エータ部２とを別体とし、それぞれの媒体室を流路によ
り接続した場合のアクチュエータを示す断面図である。

【００２６】図２に示すアクチュエータの作動原理は、
基本的には実施の形態１に示したものと同一であるが、
ポンプ部１とアクチュエータ部２とを別体とし、それぞ
れの媒体室を流路により接続した点が異なっている。

【００２７】ポンプ部１は、ポンプ用ケーシングとして
のシリンダチューブ４ａの両端をエンドカバー５ａ，６
ａで閉塞し、図１で示したポンプ部１と同様に送りねじ
１０，駆動ピストン１３などが配置され、駆動ピストン
１３の両側は駆動側媒体室１４ａ，１４ｂとなってい
る。

【００２８】アクチュエータ部２は、アクチュエータ本
体としてのシリンダチューブ４ｂの両端をエンドカバー
５ｂ，６ｂで閉塞し、実施の形態１で示したアクチュエ
ータ部２と同様にピストンロッド７，従動ピストン８な
どが配置され、従動ピストン８の両側は従動側媒体室９
ａ，９ｂとなっている。

【００２９】このアクチュエータには、駆動側媒体室１
４ａと従動側媒体室９ａとを連通する流路２０と、駆動
側媒体室１４ｂと従動側媒体室９ｂとを連通する流路２
１とが設けられており、それぞれの媒体室と流路とには
非圧縮性媒体としての水が封入されている。

【００３０】送りねじ１０はエンドカバー５ａに取り付
けられたモータ１９に連結され、モータ１９によって送
りねじ１０を回転駆動することにより、駆動ピストン１
３が軸方向に駆動される。

【００３１】したがって、モータ１９を駆動して駆動ピ
ストン１３をシリンダチューブ４ａ内で直線方向に移動
すると、非圧縮性媒体としての水が流路を介して従動側
媒体室に流入し、従動ピストン８が軸方向に駆動され
る。これにより、ポンプ部１とアクチュエータ部２とを
別々の場所に配置した状態で、モータ１９の回転数に比
例した速度でピストンロッド７を駆動することができる
とともに、ピストンロッド７を任意の位置で停止させる
ことができる。

【００３２】ポンプ部１とアクチュエータ部２とを別々
の場所に設置し遠隔操作することができるので、防爆雰
囲気内にアクチュエータ部２を設置し作動させることが
できる。

【００３３】（実施の形態３）図３は本発明の他の実施
の形態であるアクチュエータを示す断面図である。

【００３４】このアクチュエータは、ポンプ部１とアク
チュエータ部２とが一体となったシリンダ本体３を有
し、シリンダ本体３は、それぞれ内部に貫通孔が形成さ
れたポンプ用ケーシングとしてのシリンダチューブ４ａ
と、アクチュエータ本体としてのシリンダチューブ４ｂ
とからなる。シリンダ本体３の両端にはエンドカバー
５，６が図示しないタイロッドにより締結され、それぞ
れのシリンダチューブ４ａ，４ｂの両端はエンドカバー
５，６により閉塞されている。

【００３５】シリンダチューブ４ｂには、作動部材とし
てのピストンロッド７が固定された従動側部材つまり従
動ピストン８が軸方向に往復動自在に収容され、従動ピ
ストン８の両側は従動側媒体室９ａ，９ｂとなってい
る。シリンダチューブ４ａの中心部には送りねじ１０が
配置され、送りねじ１０の両端部は軸受１１，１２を介
してエンドカバー５，６に支持されている。

【００３６】送りねじ１０には磁石１３ｂを外周に有す
る駆動ピストン１３ａがねじ結合され、駆動ピストン１
３ａの外側には磁石２２ｂを有する副ピストン２２ａが
配置されている。シリンダチューブ４ａ内には、駆動ピ
ストン１３ａの作動領域と副ピストン２２ａの作動領域
とを隔離するチューブ２３が設けられており、駆動ピス
トン１３ａは送りねじ１０の回転によって軸方向に往復
動自在にチューブ２３内に収容されている。送りねじ１
０を回転させたときに、駆動ピストン１３ａが回転しな
いように駆動ピストン１３ａを楕円形や長円形とした
り、円形とした場合には回り止めが設けられることにな
る。

【００３７】副ピストン２２ａは、磁石１３ｂ，２２ｂ
により駆動ピストン１３ａと磁気的に連結し軸方向に往
復動自在にシリンダチューブ４ａとチューブ２３との間
に収容されている。

【００３８】副ピストン２２ａの両側は駆動側媒体室２
４ａ，２４ｂとなっており、シリンダ本体３には、駆動
側媒体室２４ａと従動側媒体室９ａとを連通させるため
に連通孔１５が形成され、駆動側媒体室２４ｂと従動側
媒体室９ｂとを連通させるために連通孔１６が形成され
ている。それぞれの媒体室には非圧縮性媒体として水が
封入されている。ただし、非圧縮性媒体としては、水以
外に油などを使用することも可能である。それぞれの媒
体室に封入された水が外部へ漏洩するのを防ぐために、
エンドカバー５の送りねじ１０の支持部にはシール材１
７が、エンドカバー６のピストンロッド７の支持部には
シール材１８がそれぞれ設けられている。

【００３９】送りねじ１０はエンドカバー５に取り付け
られたモータ１９に連結され、モータ１９によって送り
ねじ１０を回転駆動し、駆動ピストン１３ａを軸方向に
駆動することにより、駆動ピストン１３ａと磁気的に連
結する副ピストン２２ａが軸方向に駆動される。

【００４０】したがって、モータ１９を駆動して副ピス
トン２２ａを直線方向に移動すると、非圧縮性媒体とし
ての水が従動側媒体室に流入し、従動ピストン８が軸方
向に駆動される。これにより、モータ１９の回転数に比
例した速度でピストンロッド７を駆動することができる
とともに、ピストンロッド７を任意の位置で停止させる
ことができる。

【００４１】（実施の形態４）図４は、図３で示したア
クチュエータの変形例であって、ポンプ部１とアクチュ
エータ部２とを別体とし、それぞれの媒体室を流路によ
り接続した場合のアクチュエータを示す断面図である。

【００４２】図４に示すアクチュエータの作動原理は、
基本的には実施の形態３に示したものと同一であるが、
ポンプ部１とアクチュエータ部２とを別体とし、それぞ
れの媒体室を流路により接続した点が異なっている。

【００４３】ポンプ部１は、ポンプ用ケーシングとして
のシリンダチューブ４ａの両端をエンドカバー５ａ，６
ａで閉塞し、実施の形態３で示したポンプ部１と同様に
送りねじ１０，駆動ピストン１３ａ，副ピストン２２
ａ，チューブ２３などが配置され、副ピストン２２ａの
両側は駆動側媒体室２４ａ，２４ｂとなっている。

【００４４】アクチュエータ部２は、アクチュエータ本
体としてのシリンダチューブ４ｂの両端をエンドカバー
５ｂ，６ｂで閉塞し、実施の形態３で示したアクチュエ
ータ部２と同様にピストンロッド７，従動ピストン８な
どが配置され、従動ピストン８の両側は従動側媒体室９
ａ，９ｂとなっている。

【００４５】このアクチュエータには、駆動側媒体室２
４ａと従動側媒体室９ａとを連通する流路２０と、駆動
側媒体室２４ｂと従動側媒体室９ｂとを連通する流路２
１とが設けられており、それぞれの媒体室と流路とには
非圧縮性媒体としての水が封入されている。ただし、非
圧縮性媒体としては、水以外に油などを使用することも
可能である。

【００４６】送りねじ１０はエンドカバー５ａに取り付
けられたモータ１９に連結され、モータ１９によって送
りねじ１０を回転駆動し、駆動ピストン１３ａを軸方向
に駆動することにより、駆動ピストン１３ａと磁気的に
連結する副ピストン２２ａが軸方向に駆動される。

【００４７】したがって、モータ１９を駆動して副ピス
トン２２ａを直線方向に移動すると、非圧縮性媒体とし
ての水が流路を介して従動側媒体室に流入し、従動ピス
トン８が軸方向に駆動される。これにより、ポンプ部１
とアクチュエータ部２とを別々の場所に配置した状態
で、モータ１９の回転数に比例した速度でピストンロッ
ド７を駆動することができるとともに、ピストンロッド
７を任意の位置で停止させることができる。

【００４８】ポンプ部１とアクチュエータ部２とを別々
の場所に設置し遠隔操作することができるので、防爆雰
囲気内にアクチュエータ部２を設置し作動させることが
できる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、モータを小型化しても
所望の推力を作動部材に伝達することができるので、ア
クチュエータを小型化できる。

【００５０】アクチュエータの変位はモータの回転数に
対して比例的に変化するので、正確な速度制御や位置制
御が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるアクチュエータの
構造を示す断面図である。

【図２】図１で示したアクチュエータの変形例であっ
て、ポンプ部とアクチュエータ部とを別体とした場合の
アクチュエータを示す断面図である。

【図３】本発明の他の実施の形態であるアクチュエータ
の構造を示す断面図である。

【図４】図３で示したアクチュエータの変形例であっ
て、ポンプ部とアクチュエータ部とを別体とした場合の
アクチュエータを示す断面図である。

【符号の説明】

１ ポンプ部 ２ アクチュエータ部 ３ シリンダ本体 ４ａ シリンダチューブ ４ｂ シリンダチューブ ５ エンドカバー ５ａ エンドカバー ５ｂ エンドカバー ６ エンドカバー ６ａ エンドカバー ６ｂ エンドカバー ７ ピストンロッド ８ 従動ピストン ９ａ 従動側媒体室 ９ｂ 従動側媒体室 １０ 送りねじ １１ 軸受 １２ 軸受 １３ 駆動ピストン １４ａ 駆動側媒体室 １４ｂ 駆動側媒体室 １５ 連通孔 １６ 連通孔 １７ シール材 １８ シール材 １９ モータ ２０ 流路 ２１ 流路 ２２ａ 副ピストン ２２ｂ 磁石 ２３ チューブ ２４ａ 駆動側媒体室 ２４ｂ 駆動側媒体室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤田 謙 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社コガネイ内 Ｆターム(参考） 3H086 DA02 DA12 DB08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動部材が連結された従動側部材を往復
   動自在に収容し、前記従動側部材の両端に従動側媒体室
   が形成されたアクチュエータ本体と、 回転自在の送りねじにねじ結合された駆動ピストンを軸
   方向に摺動自在に収容し、前記駆動ピストンの両側にそ
   れぞれ前記従動側媒体室に連通する駆動側媒体室が形成
   されたポンプ用ケーシングと、 前記それぞれの媒体室内に封入された非圧縮性媒体と、 前記送りねじに連結され、前記送りねじを回転駆動して
   前記駆動ピストンを前記アクチュエータ本体内で往復動
   するモータとを有し、 前記モータにより前記非圧縮性媒体を介して前記作動部
   材を往復動することを特徴とするアクチュエータ。
2. 【請求項２】 作動部材が連結された従動側部材を往復
   動自在に収容し、前記従動側部材の両側に従動側媒体室
   が形成されたアクチュエータ本体と、 回転自在の送りねじにねじ結合された駆動ピストンを軸
   方向に摺動自在に収容するチューブと、 前記チューブの外側に前記駆動ピストンに磁気的に連結
   された副ピストンを軸方向に往復動自在に収容し、前記
   副ピストンの両側にそれぞれ前記従動側媒体室に連通す
   る駆動側媒体室が形成されたポンプ用ケーシングと、 前記それぞれの媒体室内に封入された非圧縮性媒体と、 前記送りねじに連結され、前記送りねじを回転駆動して
   前記駆動ピストンを前記アクチュエータ本体内で往復動
   するモータとを有し、 前記モータにより前記非圧縮性媒体を介して前記作動部
   材を往復動することを特徴とするアクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のアクチュエータ
   において、前記アクチュエータ本体と前記ポンプ用ケー
   シングとを別体とし、前記それぞれの媒体室を流路によ
   り接続することを特徴とするアクチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３のいずれか１項に
   記載のアクチュエータにおいて、非圧縮性媒体は水であ
   ることを特徴とするアクチュエータ。