JP2002206616A - アクチュエータ装置 - Google Patents

アクチュエータ装置

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JP2002206616A
JP2002206616A JP2001005474A JP2001005474A JP2002206616A JP 2002206616 A JP2002206616 A JP 2002206616A JP 2001005474 A JP2001005474 A JP 2001005474A JP 2001005474 A JP2001005474 A JP 2001005474A JP 2002206616 A JP2002206616 A JP 2002206616A
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JP
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piston
pressure
rod
working chamber
actuator
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Mamoru Sato
衛 佐藤
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Mitsubishi Precision Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Precision Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型の機器等に利用できる高速・高推力で、
省エネルギー効果の高いアクチュエータ装置を提供す
る。 【解決手段】 本発明のアクチュエータ装置は、電動ア
クチュエータと流体圧アクチュエータとを組み合わせた
ものであり、シリンダチューブ11内に往復動自在に配
置された片ロッドピストン12のロッド部12aに、外
部のモータ14によって駆動されるボールネジ13をピ
ストン側から組み込むと共に、ピストン側作動室11a
とロッド側作動室11bとに接続された圧力保持回路又
は圧力制御回路2を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボールネジを使用
した電動アクチュエータに関し、特に電動アクチュエー
タに流体サポートシステムを併用したアクチュエータ装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にボールネジを使用した電動アクチ
ュエータを高速・高推力で使用するためには、モータを
大型化し、ボールネジも太くする必要がある。即ち、サ
ーボモータを回転させることによってアクチュエータを
直線往復運動させる直動アクチュエータは、モータの容
量とボールネジのリードによって、推力と速度とが決ま
る。したがって、推力と速度とを大きくしようとする
と、その形状は油圧アクチュエータに比べて極端に大き
くなってしまい、かつ電力容量も大幅に増えてしまう。
【0003】そこで、従来より大きい推力を得る方法と
して、図2に示すように電動アクチュエータAと空圧の
サポート用アクチュエータBとを併用して使用すること
が行われている。この方法は、電動アクチュエータは作
動油を使用しないということを特徴にしているために、
電動アクチュエータと空圧アクチュエータとをそれぞれ
独立した状態で並列に使用したものである。しかしなが
ら、この方法では、充分なサポート力を得ることができ
ない。また、一般にボールネジを利用する場合、ボール
の転がりによる微振動と騒音とが伴うし、かつ定期的に
グリースアップする必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みなされたもので、その目的は、大型の機器等に利用
できる高速・高推力で、省エネルギー効果の高いアクチ
ュエータ装置を提供することである。また、本発明の別
の目的は、ボールネジ部へのグリースアップも不用にな
り、ボールネジによる微振動と騒音を低下させたアクチ
ュエータ装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載されたアクチュエータ装置を提供する。請求項1に
記載のアクチュエータ装置は、片ロッドピストンのロッ
ドに、モータによって駆動されるボールネジをピストン
側から組み込むと共に、ピストン側作動室とロッド側作
動室とに接続された圧力保持回路又は圧力制御回路を備
えたものであり、電動アクチュエータに流体圧をサポー
ト圧として推力に利用できるので、高速・高推力で省エ
ネルギー効果の高いアクチュエータ装置が得られる。ま
た、ボールネジ部へのグリースアップも不要になり、ボ
ールネジによる微振動と騒音を低下できる。
【0006】請求項2のアクチュエータ装置は、ピスト
ン側作動室又はロッド側作動室と、ロッド内部に形成さ
れたボールネジが入り込む空間とを連絡するバイパス通
路をピストンに設けたものであり、ロッドが縮む場合に
おいて、ピストンのボールネジ部を通過する流体が抵抗
として作用するのが防止され、ロッドをスムーズに縮め
ることができる。
【0007】請求項3のアクチュエータ装置は、圧力保
持回路又は圧力制御回路が、サポート圧を掛ける場合に
は、ポンプからの加圧流体がアキュムレータとロッド側
作動室にも流入し、所定の圧力に達した場合に、ポンプ
が停止し、アキュムレータとアクチュエータの閉回路が
構成されるようになっている。これにより、負荷に加え
ロッド側の圧力が加わるのでロッドの伸びる速度を制限
することができる。請求項4のアクチュエータ装置は、
圧力保持回路又は圧力制御回路が、停電時において、初
めはアキュムレータの圧力がロッド側に加わっており、
ロッドを縮める方向に圧力がかかると共にピストン側作
動室内の流体を流量制御弁を通ってタンクに戻すように
したものであり、停電時等にはモータのダイナミックブ
レーキよりも安全に動き、ロッドが縮む速度を制限する
ことができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図1に基づいて本発明の実
施の形態のアクチュエータ装置について説明する。本発
明のアクチュエータ装置は、電動アクチュエータと流体
圧アクチュエータとを組み合わせたアクチュエータ部1
と、このアクチュエータ部1に接続される圧力保持回路
又は圧力制御回路2とから構成されている。アクチュエ
ータ部1は、シリンダチューブ11と、このシリンダチ
ューブ11内を直線的に往復動するピストン12と、こ
のピストン12に組み込まれるボールネジ13とから主
に構成される。ボールネジ13は、シリンダチューブ1
1の外部のモータ14に接続している。
【0009】ピストン12は、片側にのみロッド部12
aが設けられていると共に、その中心部には、ピストン
側からロッド部12aに渡って、ボールネジ13を案内
して遊嵌するための空所12bが凹設されている。ボー
ルネジ13には、ピストン12を支持するナット15が
螺嵌されている。従って、ボールネジ13の回転によっ
てロッド部12aをもつピストン12がシリンダチュー
ブ11内を直線的に往復動する。なお、ナット15を省
略し、ピストン12にナット機能を持たせることも当然
可能である。また、シリンダ11のピストン側作動室1
1aとピストン12の空所12bとを連絡するバイパス
通路12cが、ピストン12に形成されている。なお、
ロッド部12aの他端側は、負荷側である。このバイパ
ス通路12cは、ピストン側作動室11aと空所12b
とを連絡するのに代えて、ロッド側作動室11bと空所
12bとを連絡させるようにしてもよい。この場合、切
換弁V1が図1の状態から切り換ったときは、ピストン
側作動室11a、ロッド側作動室11b及び空所12b
が同一圧力となるので、ピストン側作動室11aに連絡
するバイパス通路12cを設けた場合と同様の効果が得
られるが、切換弁V1が図1の状態にあるときは、ロッ
ド側作動室11bと空所12bとが同一圧力となるので
下への押付け圧力は、ピストン側作動室11aに連絡す
るバイパス通路12cを設けた場合より低下する。
【0010】圧力保持回路又は圧力制御回路2は、シリ
ンダ11のピストン側作動室11aとロッド側作動室1
1bとに接続している。この圧力保持回路又は圧力制御
回路2は、ポンプ21、タンク22、アキュムレータ2
3、逆止弁24、2つの切換弁V1,V2及び2つの流
量制御弁CV1,CV2とから構成されている。
【0011】システムを作動させると、初めに切換弁V
2 が切り換わり、ポンプ21からタンク22に戻る回路
は閉じられる。切換弁 V1 が図1の状態において、ポ
ンプ21からの圧力流体は、逆止弁24を通った後に、
一方はアキュムレータ23、切換弁V1を経てロッド側
作動室11bに入りピストン12を下げる方向に圧力流
体が作用し、ピストン側作動室11a内の圧力流体は、
切換弁V1から流量制御弁CV1を通ってタンク22に
戻る。従って、ピストン12は、システム作動開始時に
は、圧力によって下に押えられてる。なお、ピストン1
2の空所12b内に入り込んだ圧力流体は、バイパス通
路12cを通ってピストン側作動室11aに入るため、
ボールネジ部を通過する圧力流体が抵抗として作用せ
ず、ピストン12の下降がスムーズに行われる。
【0012】次に、切換弁 V1 が図1の状態から切り
換えられたとき、ポンプ21からの圧力流体は逆止弁2
4を通って、アキュムレータ23、切換弁V1を経て、
ロッド側作動室11b及びピストン側作動室11aに流
れ込む。しかしながら、ロッド側作動室11bとピスト
ン側作動室11aとの受圧面積差により、ピストン12
は負荷を持ち上げる推力が作用する。この状態でポンプ
21を停止すると、アキュムレータ23とアクチュエー
タ部1とは閉回路を形成し、アキュムレータ23の圧力
で負荷が保持される。従って、小型のポンプで十分に対
応でき、システム作動中はポンプを停止しておけるの
で、従来のシステムに比べて省エネルギー効果も高く、
流体の使用量も少なくてすむ。
【0013】このアクチュエータ装置を緊急停止させた
り、又は停電等で停止すると、切換弁V1,V2は図1
の状態に戻り、アクチュエータ部1のピストン側作動室
11aが流量制御弁CV1を介してタンク22と連通
し、アクチュエータ下部の圧力が抜けると共に、アキュ
ムレータ23の圧力は、切換弁V2、流量制御弁CV2
を通って徐々に抜けるが、アクチュエータ部1のロッド
側作動室11bにも掛る。従って、ピストン12が下降
し、ピストン12が下がらなくなるという事故が防止で
きる。このピストン12の下降速度は、流量制御弁CV
1により調節できるので、負荷によってボールネジが逆
転し急速落下することを防止できる。また、前記とは別
に必要に応じて切換弁V2を図1の状態に戻すか、切換
弁V1よりも遅れて切換弁V2を図1の状態に戻すこと
によって、アキュムレータ23の圧力も抜くことができ
る。
【0014】このように、本発明のアクチュエータ装置
においては、電動アクチュエータと流体圧アクチュエー
タの両者を利用し、負荷を持ち上げるときのモータ14
の駆動トルクを検知して、トルクが最小となるように圧
力流体によるサポート力を調整することで、推力を増し
効率良く負荷を持ち上げることができる。また負荷とバ
ランスするようにサポートできる。また誤作動により、
ロッド部が急激に伸びてしまう不具合が生じ危険を生じ
る場合、又は圧力が無くなった時に負荷の掛り方によっ
てロッド部が縮まない場合等においても、アキュムレー
タのチャージ圧をロッド側作動室に掛けることができる
ので、このような危険の発生を防止できる。
【0015】前記説明したように、ロッド部を上に向け
て使用するシステムでは、圧力保持回路又は圧力制御回
路による加圧力がピストン側作動室にかかるように接続
することによって負荷とバランスさせることができる
が、横方向に使用するようなシステムやロッド部を下に
向けて使用するようなシステムでは、圧力保持回路又は
圧力制御回路による加圧力が同じくピストン側作動室に
かかるように接続することによって駆動力を増し、押し
付け力を増大させることができる。なお、圧力保持回路
又は圧力制御回路による加圧力が、ロッド側作動にかか
るように接続することによって、制御前の誤作動による
ロッド部の伸びる速度を制限することもできるし、停電
時にはロッド部を縮めることもできる。
【0016】本発明のアクチュエータ装置は、アクチュ
エータを使用するどのような機器にも適宜利用可能であ
るが、好適には、大型の工作機械やアミューズメント装
置又はシュミレーション装置等の機器に利用される。ま
た圧力流体は、液体でも気体でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のアクチュエータ装置の全
体構成図である。
【図2】従来の電動アクチュエータと空圧のサポートア
クチュエータとを併用して使用した概略全体構成図であ
る。
【符号の説明】
1…アクチュエータ部 11…シリンダチューブ 11a…ピストン側作動室 11b…ロッド側作動室 12…ピストン 12a…ロッド部 12b…空所 12c…バイパス通路 13…ボールネジ 15…ナット 2…圧力保持回路又は圧力制御回路 21…ポンプ 22…タンク 23…アキュムレータ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダチューブと、 前記シリンダチューブ内に摺動自在に配置され、片側に
    のみロッド部を有するピストンと、 外部に設けたモータによって駆動され、前記ロッド部に
    ピストン側から組み込まれたボールネジと、 ピストン側作動室及びロッド側作動室とに接続された流
    体圧の圧力保持回路又は圧力制御回路と、を具備したア
    クチュエータ装置。
  2. 【請求項2】 前記ピストン側作動室又はロッド側作動
    室と、前記ロッド内部に形成された前記ボールネジが入
    り込む空間とを連絡するバイパス通路を、前記ピストン
    に設けて、前記ピストンのボールネジ部を通過する流体
    が抵抗として作用するのを防止したことを特徴とする請
    求項1に記載のアクチュエータ装置。
  3. 【請求項3】 前記圧力保持回路又は圧力制御回路が、
    サポート圧を掛ける場合において、ポンプからの加圧流
    体が、アキュムレータとロッド側作動室にも流入し、所
    定の圧力に達した場合に、ポンプが停止し、アキュムレ
    ータとアクチュエータの閉回路が構成されるようになっ
    ていることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチ
    ュエータ装置。
  4. 【請求項4】 前記圧力保持回路又は圧力制御回路が、
    停電時等において、ピストン側作動室内の流体を、流量
    制御弁を通ってタンクに戻すようにしてサポート圧を徐
    々に抜くように構成されていることを特徴とする請求項
    3に記載のアクチュエータ装置。
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