JP2002374653A - 電動式アクチュエータ - Google Patents
電動式アクチュエータInfo
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- F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
- F16H25/20—Screw mechanisms
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単純構造で低コスト、かつ、エネルギー効率
が高く、頻繁な起動・停止を実現することが可能な電動
式アクチュエータを提供する。 【解決手段】 低負荷運転状態となる戻りストロークに
おいて、電動モータ２が発生したエネルギーと可動部が
停止する際の当該可動部の運動エネルギーとを、コイル
バネ11に吸収・蓄積する。よって、電気式又は機械式ブ
レーキ等によって制動力を付与する必要性をなくし、ま
た、発熱対策等の確実な制動力を付与するための構成も
不用としながら、リニアアクチュエータ１の可動部を、
急速に停止させることが可能となる。一方、作動ストロ
ークにおいては、コイルバネ11が伸びることにより、コ
イルバネ11に蓄積されたエネルギーを運動エネルギーと
して放出し、電動モータ２に求められる駆動力を減少さ
せる。
が高く、頻繁な起動・停止を実現することが可能な電動
式アクチュエータを提供する。 【解決手段】 低負荷運転状態となる戻りストロークに
おいて、電動モータ２が発生したエネルギーと可動部が
停止する際の当該可動部の運動エネルギーとを、コイル
バネ11に吸収・蓄積する。よって、電気式又は機械式ブ
レーキ等によって制動力を付与する必要性をなくし、ま
た、発熱対策等の確実な制動力を付与するための構成も
不用としながら、リニアアクチュエータ１の可動部を、
急速に停止させることが可能となる。一方、作動ストロ
ークにおいては、コイルバネ11が伸びることにより、コ
イルバネ11に蓄積されたエネルギーを運動エネルギーと
して放出し、電動モータ２に求められる駆動力を減少さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高頻度で往復運動
するに適した電動式アクチュエータに関するものであ
る。
するに適した電動式アクチュエータに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば、射出成形機のシリンダ若しくは
加圧シリンダの駆動手段として用いられるような、中程
度の行程間を高頻度で往復運動し、比較的大作動力を要
求されるアクチュエータは、多くの場合、油圧により作
動するものが用いられていた。しかしながら、今日の省
エネルギーの要求と制御の容易さとを考慮して、かかる
アクチュエータに対する市場の要求は、急速に電動式ア
クチュエータに替わりつつある。
加圧シリンダの駆動手段として用いられるような、中程
度の行程間を高頻度で往復運動し、比較的大作動力を要
求されるアクチュエータは、多くの場合、油圧により作
動するものが用いられていた。しかしながら、今日の省
エネルギーの要求と制御の容易さとを考慮して、かかる
アクチュエータに対する市場の要求は、急速に電動式ア
クチュエータに替わりつつある。
【０００３】かかる電動式アクチュエータは、高速回転
する電動モータの回転を歯車減速装置で減速し、直線運
動として出力を得るリニアアクチュエータと、回転運動
として出力を得るロータリーアクチュエータとがある。
リニアアクチュエータは電動モータの回転運動を、ボー
ルねじ等で直線運動に変換し、ボールねじの先端部を被
駆動部材に結合して用いるものである。一方、ロータリ
ーアクチュエータは、低速側の軸端に被駆動軸を結合し
て用いるものである。
する電動モータの回転を歯車減速装置で減速し、直線運
動として出力を得るリニアアクチュエータと、回転運動
として出力を得るロータリーアクチュエータとがある。
リニアアクチュエータは電動モータの回転運動を、ボー
ルねじ等で直線運動に変換し、ボールねじの先端部を被
駆動部材に結合して用いるものである。一方、ロータリ
ーアクチュエータは、低速側の軸端に被駆動軸を結合し
て用いるものである。
【０００４】そして、これらのアクチュエータは、高
頻度の往復運動に耐え、動作及び戻りの各ストローク
端において容易かつ迅速に停止し、高速のモータロー
タに蓄積されたエネルギーの有効利用が可能で、低コ
ストであること、が要求されている。
頻度の往復運動に耐え、動作及び戻りの各ストローク
端において容易かつ迅速に停止し、高速のモータロー
タに蓄積されたエネルギーの有効利用が可能で、低コ
ストであること、が要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の電動
式アクチュエータは（油圧式も同様であるが）、往復運
動の一方のストロークにのみ所望の出力が要求されるよ
うな条件下で使用される場合に、当該一方のストローク
（以下、「作動ストローク」ともいう。）では、アクチ
ュエータに大きな負荷荷重が作用するため、作動ストロ
ークの端部位置での停止を比較的容易に行うことができ
る。しかしながら、もう一方のストローク（以下、「戻
りストローク」ともいう。）の場合には、負荷荷重が作
用しないために、アクチュエータの可動部の慣性の影響
が大となり、作動ストロークの端部位置において急速に
停止するためには、アクチュエータに対し意図的に制動
力を付与する必要がある。
式アクチュエータは（油圧式も同様であるが）、往復運
動の一方のストロークにのみ所望の出力が要求されるよ
うな条件下で使用される場合に、当該一方のストローク
（以下、「作動ストローク」ともいう。）では、アクチ
ュエータに大きな負荷荷重が作用するため、作動ストロ
ークの端部位置での停止を比較的容易に行うことができ
る。しかしながら、もう一方のストローク（以下、「戻
りストローク」ともいう。）の場合には、負荷荷重が作
用しないために、アクチュエータの可動部の慣性の影響
が大となり、作動ストロークの端部位置において急速に
停止するためには、アクチュエータに対し意図的に制動
力を付与する必要がある。
【０００６】例えば、油圧式アクチュエータの場合に
は、戻り側の油圧回路を閉じてシリンダに逆圧を作用さ
せることにより、かかる制動力を付与することができ
る。しかしながら、多くの場合において、ピストンとピ
ストンの被駆動部材との速度が同一であるために、被駆
動部材の慣性質量がシリンダ内の圧力を過大に上昇さ
せ、油圧回路に大きな負担をかけることになる。
は、戻り側の油圧回路を閉じてシリンダに逆圧を作用さ
せることにより、かかる制動力を付与することができ
る。しかしながら、多くの場合において、ピストンとピ
ストンの被駆動部材との速度が同一であるために、被駆
動部材の慣性質量がシリンダ内の圧力を過大に上昇さ
せ、油圧回路に大きな負担をかけることになる。
【０００７】一方、電動式アクチュエータの場合には、
一般に電動モータの動力は減速機を介して出力されるた
めに、モータロータ等、可動部の慣性モーメントが大き
く、電気式ブレーキや機械式の電磁ブレーキ等を利用し
て制動力を付与する必要がある。ところが、これらのブ
レーキを頻繁に作動させると、大量の熱が発生して制動
力を指数的に減少させるので、熱の発散・除去対策が必
要不可欠となる。
一般に電動モータの動力は減速機を介して出力されるた
めに、モータロータ等、可動部の慣性モーメントが大き
く、電気式ブレーキや機械式の電磁ブレーキ等を利用し
て制動力を付与する必要がある。ところが、これらのブ
レーキを頻繁に作動させると、大量の熱が発生して制動
力を指数的に減少させるので、熱の発散・除去対策が必
要不可欠となる。
【０００８】また、電動式アクチュエータの起動時に
は、短時間で所定の回転数まで加速するために、電動モ
ータには短時間で大量のエネルギーが投入されるが、こ
の際にも大量の発熱を生じる。よって、高頻度の往復動
が要求される場合には熱の発散・除去対策を万全に行わ
ないと、電動モータの焼付きを誘発することにもなる。
は、短時間で所定の回転数まで加速するために、電動モ
ータには短時間で大量のエネルギーが投入されるが、こ
の際にも大量の発熱を生じる。よって、高頻度の往復動
が要求される場合には熱の発散・除去対策を万全に行わ
ないと、電動モータの焼付きを誘発することにもなる。
【０００９】よって、電動式アクチュエータを、例え
ば、数10秒以下の短いサイクルタイムでの起動・停止が
要求される条件下で使用する場合には、電動モータおよ
びその制御回路は複雑化・高度化し、コストの高騰を避
けることができない。
ば、数10秒以下の短いサイクルタイムでの起動・停止が
要求される条件下で使用する場合には、電動モータおよ
びその制御回路は複雑化・高度化し、コストの高騰を避
けることができない。
【００１０】しかも、電動式アクチュエータの各可動部
に蓄えられた運動エネルギーが、停止時にブレーキを介
して熱として放出されることによるエネルギー損失は、
省エネルギーが叫ばれている今日において、無視できな
いものである。
に蓄えられた運動エネルギーが、停止時にブレーキを介
して熱として放出されることによるエネルギー損失は、
省エネルギーが叫ばれている今日において、無視できな
いものである。
【００１１】さらに、上記アクチュエータは、電動モー
タの機械的強度や寿命を確保するために、専ら作動スト
ロークにおける負荷荷重を基準として各部の仕様が決定
される。よって、大きな荷重がかからない戻りストロー
クに関しては、電動モータ、ならびに多くの機械部品は
オーバースペックとなっており、このことも、従来の電
動式アクチュエータのコストを高騰させる要因となって
いる。
タの機械的強度や寿命を確保するために、専ら作動スト
ロークにおける負荷荷重を基準として各部の仕様が決定
される。よって、大きな荷重がかからない戻りストロー
クに関しては、電動モータ、ならびに多くの機械部品は
オーバースペックとなっており、このことも、従来の電
動式アクチュエータのコストを高騰させる要因となって
いる。
【００１２】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、単純構造で低コス
ト、かつ、エネルギー効率、作動精度共に高く、頻繁な
起動・停止を実現することが可能な電動式アクチュエー
タを提供することにある。
であり、その目的とするところは、単純構造で低コス
ト、かつ、エネルギー効率、作動精度共に高く、頻繁な
起動・停止を実現することが可能な電動式アクチュエー
タを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、本発明の請求項１に係る電動式アクチュエータは、
往復運動をするアクチュエータであって、低負荷運転時
に、電動モータが発生したエネルギーと可動部が停止す
る際の当該可動部の運動エネルギーとをバネによって吸
収・蓄積する、蓄エネルギー手段を備えることを特徴と
する。
の、本発明の請求項１に係る電動式アクチュエータは、
往復運動をするアクチュエータであって、低負荷運転時
に、電動モータが発生したエネルギーと可動部が停止す
る際の当該可動部の運動エネルギーとをバネによって吸
収・蓄積する、蓄エネルギー手段を備えることを特徴と
する。
【００１４】本発明によれば、前記蓄エネルギー手段に
よって、低負荷運転時に、電動モータが発生したエネル
ギーと可動部が停止する際の当該可動部の運動エネルギ
ーとを吸収・蓄積することで、前記可動部の停止に要す
る制動力を小さく（あるいは無視するまでに）すること
ができる。よって、制動力付与のための構成を簡素化
し、かつ、アクチュエータの可動部を、急速に停止させ
ることが可能となる。
よって、低負荷運転時に、電動モータが発生したエネル
ギーと可動部が停止する際の当該可動部の運動エネルギ
ーとを吸収・蓄積することで、前記可動部の停止に要す
る制動力を小さく（あるいは無視するまでに）すること
ができる。よって、制動力付与のための構成を簡素化
し、かつ、アクチュエータの可動部を、急速に停止させ
ることが可能となる。
【００１５】また、本発明の請求項２に係る電動式アク
チュエータは、請求項１記載の電動式アクチュエータに
おいて、前記蓄エネルギー手段は、前記アクチュエータ
の戻りストロークにおいて、電動モータが発生したエネ
ルギーと可動部が停止する際の当該可動部の運動エネル
ギーとを蓄積し、前記アクチュエータの作動ストローク
で、蓄積されたエネルギーを動作エネルギーとして放出
するものである。
チュエータは、請求項１記載の電動式アクチュエータに
おいて、前記蓄エネルギー手段は、前記アクチュエータ
の戻りストロークにおいて、電動モータが発生したエネ
ルギーと可動部が停止する際の当該可動部の運動エネル
ギーとを蓄積し、前記アクチュエータの作動ストローク
で、蓄積されたエネルギーを動作エネルギーとして放出
するものである。
【００１６】本発明によれば、前記アクチュエータの戻
りストロークの停止の際に、可動部の運動エネルギーを
吸収・蓄積することで、前記可動部の停止に必要な制動
力の吸収量を小さく（あるいは無視するまでに）するこ
とができる。よって、制動力付与のための構成を簡素化
し、かつ、アクチュエータの可動部を、急速に停止させ
ることが可能となる。また、前記アクチュエータの戻り
ストロークで蓄積されたエネルギーを、作動ストローク
において放出して、エネルギーをリサイクルすることに
より、電動式アクチュエータの起動時に投入する電気エ
ネルギーを少なくしつつ、短時間で所定の回転数まで加
速させ、さらに、作動ストローク時に電動モータに要求
される駆動力を減少させる。
りストロークの停止の際に、可動部の運動エネルギーを
吸収・蓄積することで、前記可動部の停止に必要な制動
力の吸収量を小さく（あるいは無視するまでに）するこ
とができる。よって、制動力付与のための構成を簡素化
し、かつ、アクチュエータの可動部を、急速に停止させ
ることが可能となる。また、前記アクチュエータの戻り
ストロークで蓄積されたエネルギーを、作動ストローク
において放出して、エネルギーをリサイクルすることに
より、電動式アクチュエータの起動時に投入する電気エ
ネルギーを少なくしつつ、短時間で所定の回転数まで加
速させ、さらに、作動ストローク時に電動モータに要求
される駆動力を減少させる。
【００１７】また、本発明の請求項３に係る電動式アク
チュエータは、請求項１または２記載の電動式アクチュ
エータにおいて、前記蓄エネルギー手段は、軸方向のス
ライドガイドで支持され、かつ、前記電動モータに駆動
されるボールネジの先端部に固定されて軸方向へと移動
するガイド部材と、該ガイド部材に一端部を係合させる
バネとを有するものである。
チュエータは、請求項１または２記載の電動式アクチュ
エータにおいて、前記蓄エネルギー手段は、軸方向のス
ライドガイドで支持され、かつ、前記電動モータに駆動
されるボールネジの先端部に固定されて軸方向へと移動
するガイド部材と、該ガイド部材に一端部を係合させる
バネとを有するものである。
【００１８】本発明によれば、前記ボールネジの先端部
に固定したスライドガイドに、一旦部を係合させる当該
バネによって、戻りストロークにおいて電動モータが発
生したエネルギーと、前記可動部が停止する際の、前記
ボールネジを含む可動部の運動エネルギーとを、前記バ
ネに吸収・蓄積する。そして、前記可動部の停止に要す
る制動力を小さく（あるいは無視するまでに）し、かつ
作動ストロークにおける起動エネルギと駆動力としてリ
サイクルすることができる。
に固定したスライドガイドに、一旦部を係合させる当該
バネによって、戻りストロークにおいて電動モータが発
生したエネルギーと、前記可動部が停止する際の、前記
ボールネジを含む可動部の運動エネルギーとを、前記バ
ネに吸収・蓄積する。そして、前記可動部の停止に要す
る制動力を小さく（あるいは無視するまでに）し、かつ
作動ストロークにおける起動エネルギと駆動力としてリ
サイクルすることができる。
【００１９】また、本発明の請求項４に係る電動式アク
チュエータは、請求項３記載の電動式アクチュエータに
おいて、前記バネを、前記ガイド部材と、前記電動モー
タの動力を減速して前記ボールネジに伝える減速機のケ
ーシングまたは当該ケーシングに固定された部材と、の
間に配置したものである。
チュエータは、請求項３記載の電動式アクチュエータに
おいて、前記バネを、前記ガイド部材と、前記電動モー
タの動力を減速して前記ボールネジに伝える減速機のケ
ーシングまたは当該ケーシングに固定された部材と、の
間に配置したものである。
【００２０】本発明によれば、前記アクチュエータの戻
りストロークにおける、前記ボールネジを含む可動部の
運動エネルギーを、前記ガイド部材と減速機のケーシン
グまたは当該ケーシングに固定された部材との間に配置
したバネが縮むことにより吸収・蓄積する。そして、前
記可動部の停止に要する制動力を小さく（あるいは無視
するまでに）することができる。一方、前記アクチュエ
ータの作動ストロークにおいては、前記バネ蓄積された
エネルギーを、前記バネが伸びる際に、前記可動部の動
作エネルギーとして放出する。そして、前記アクチュエ
ータの起動時に必要な電気エネルギーを減少させる。ま
た、作動ストローク時の、電動モータに要求される駆動
力を減少させる。
りストロークにおける、前記ボールネジを含む可動部の
運動エネルギーを、前記ガイド部材と減速機のケーシン
グまたは当該ケーシングに固定された部材との間に配置
したバネが縮むことにより吸収・蓄積する。そして、前
記可動部の停止に要する制動力を小さく（あるいは無視
するまでに）することができる。一方、前記アクチュエ
ータの作動ストロークにおいては、前記バネ蓄積された
エネルギーを、前記バネが伸びる際に、前記可動部の動
作エネルギーとして放出する。そして、前記アクチュエ
ータの起動時に必要な電気エネルギーを減少させる。ま
た、作動ストローク時の、電動モータに要求される駆動
力を減少させる。
【００２１】また、本発明の請求項５に係る電動式アク
チュエータは、請求項３または４記載の電動式アクチュ
エータにおいて、前記ボールネジの先端部と前記ガイド
部材とを、可撓軸を介して固定したものである。
チュエータは、請求項３または４記載の電動式アクチュ
エータにおいて、前記ボールネジの先端部と前記ガイド
部材とを、可撓軸を介して固定したものである。
【００２２】本発明によれば、異なる組立基準に基づき
別々に構成される前記ボールネジと、前記ガイド部と
を、互いに組み合わせる際に生ずる位置ズレを、前記可
撓軸の撓みによって吸収する。そして、前記ボールネジ
と前記ガイド部の何れにも、ストレスを与えることなく
確実に両者を連結し、前記ボールネジと前記ガイド部と
の力の伝達を確実に行う。
別々に構成される前記ボールネジと、前記ガイド部と
を、互いに組み合わせる際に生ずる位置ズレを、前記可
撓軸の撓みによって吸収する。そして、前記ボールネジ
と前記ガイド部の何れにも、ストレスを与えることなく
確実に両者を連結し、前記ボールネジと前記ガイド部と
の力の伝達を確実に行う。
【００２３】また、本発明の請求項６に係る電動式アク
チュエータは、請求項５記載の電動式アクチュエータに
おいて、前記可撓軸をロードセルとして用いるものであ
る。例えば、前記可撓軸に歪ゲージ等を貼付することに
より、前記可撓軸の歪を検出することができる。
チュエータは、請求項５記載の電動式アクチュエータに
おいて、前記可撓軸をロードセルとして用いるものであ
る。例えば、前記可撓軸に歪ゲージ等を貼付することに
より、前記可撓軸の歪を検出することができる。
【００２４】また、本発明の請求項７に係る電動式アク
チュエータは、請求項１から６のいずれか１項記載の電
動式アクチュエータにおいて、前記アクチュエータは、
被駆動部材に対し一体的に着脱可能となっている。
チュエータは、請求項１から６のいずれか１項記載の電
動式アクチュエータにおいて、前記アクチュエータは、
被駆動部材に対し一体的に着脱可能となっている。
【００２５】本発明によれば、前記アクチュエータの組
立、運搬、メンテナンス等を、前記アクチュエータの被
駆動部材に対し独立して行うことを可能とする。
立、運搬、メンテナンス等を、前記アクチュエータの被
駆動部材に対し独立して行うことを可能とする。
【００２６】また、本発明の請求項８に係る電動式アク
チュエータは、請求項１から７のいずれか１項記載の電
動式アクチュエータにおいて、前記電動モータにベクト
ル制御方式のインバータによって駆動される誘導モータ
を用いるものである。
チュエータは、請求項１から７のいずれか１項記載の電
動式アクチュエータにおいて、前記電動モータにベクト
ル制御方式のインバータによって駆動される誘導モータ
を用いるものである。
【００２７】本発明では、汎用誘導モータを用いること
でモータコストを抑え、かつ、誘導モータには不可避
の、負荷に応じたスリップの発生に起因する速度制御性
の低さを、インバータの持つベクトル制御方式を利用し
て補い、速応性のよい高精度の速度制御を行う。すなわ
ち、誘導モータは負荷によってスリップ率が変化するの
で、励起周波数が一定であっても、負荷によって回転数
は変動する。さらに本発明に係る電動アクチュエータ
は、前記可動部の移動の際に前記バネを圧縮・伸長させ
るのであるから、アクチュエータの駆動力が一定であっ
たとしても前記可動部の移動によって前記バネの発生す
る弾性力は変化し、よって誘導モータの負荷も変化す
る。その結果、誘導モータで駆動される当該アクチュエ
ータの回転速度を一体に保つための、何らかの対策を講
ずることが好ましい。この欠点を補うためにベクトル制
御方式のインバータを適用する。すなわち、インバータ
におけるベクトル制御は誘導モータのスリップを補正し
て回転速度を一定に保つこことを可能にする制御方式で
あるからこの欠点を補うことができるものである。
でモータコストを抑え、かつ、誘導モータには不可避
の、負荷に応じたスリップの発生に起因する速度制御性
の低さを、インバータの持つベクトル制御方式を利用し
て補い、速応性のよい高精度の速度制御を行う。すなわ
ち、誘導モータは負荷によってスリップ率が変化するの
で、励起周波数が一定であっても、負荷によって回転数
は変動する。さらに本発明に係る電動アクチュエータ
は、前記可動部の移動の際に前記バネを圧縮・伸長させ
るのであるから、アクチュエータの駆動力が一定であっ
たとしても前記可動部の移動によって前記バネの発生す
る弾性力は変化し、よって誘導モータの負荷も変化す
る。その結果、誘導モータで駆動される当該アクチュエ
ータの回転速度を一体に保つための、何らかの対策を講
ずることが好ましい。この欠点を補うためにベクトル制
御方式のインバータを適用する。すなわち、インバータ
におけるベクトル制御は誘導モータのスリップを補正し
て回転速度を一定に保つこことを可能にする制御方式で
あるからこの欠点を補うことができるものである。
【００２８】また、ベクトル制御方式のインバータによ
って駆動される一般的な誘導モータを、回転停止を高い
頻度で繰返す（すなわち、高頻度の急速停止が必要とな
る）条件での使用する時には機械式ブレーキの適用は困
難であるから、回生抵抗によって誘導モータを急速停止
させることになる。しかしながら、回生抵抗を用いた場
合には、停止の度にエネルギーロスを生ずることとな
る。そこで、本発明では前記蓄エネルギー手段によっ
て、可動部の運動エネルギーとを吸収・蓄積すること
で、回生抵抗を用いた電気ブレーキを使用することな
く、効率的に上記モータの回転を止め、上記エネルギー
ロスの発生を防ぐことができる。
って駆動される一般的な誘導モータを、回転停止を高い
頻度で繰返す（すなわち、高頻度の急速停止が必要とな
る）条件での使用する時には機械式ブレーキの適用は困
難であるから、回生抵抗によって誘導モータを急速停止
させることになる。しかしながら、回生抵抗を用いた場
合には、停止の度にエネルギーロスを生ずることとな
る。そこで、本発明では前記蓄エネルギー手段によっ
て、可動部の運動エネルギーとを吸収・蓄積すること
で、回生抵抗を用いた電気ブレーキを使用することな
く、効率的に上記モータの回転を止め、上記エネルギー
ロスの発生を防ぐことができる。
【００２９】また、本発明の請求項９に係る電動式アク
チュエータは、請求項３から８のいずれか１項記載の電
動式アクチュエータにおいて、前記バネと並列に設けら
れ、かつ、前記バネと共に前記ガイド部材を駆動する部
材に加わる軸力と、当該部材及び前記バネの力を一括し
て受け止め、負荷部へ直接作用する部材に加わる軸力と
を測定し、当該測定値に基き、前記バネのストロークを
求め、前記モータの速度制御にフィードバックする、位
置制御手段を備えることを特徴とする。
チュエータは、請求項３から８のいずれか１項記載の電
動式アクチュエータにおいて、前記バネと並列に設けら
れ、かつ、前記バネと共に前記ガイド部材を駆動する部
材に加わる軸力と、当該部材及び前記バネの力を一括し
て受け止め、負荷部へ直接作用する部材に加わる軸力と
を測定し、当該測定値に基き、前記バネのストロークを
求め、前記モータの速度制御にフィードバックする、位
置制御手段を備えることを特徴とする。
【００３０】本発明によれば、前記２つの部材にかかる
力を測定して、作動ストロークにフィードバックするこ
とにより、当該電動アクチュエータの作動精度を高める
ことが可能となる。
力を測定して、作動ストロークにフィードバックするこ
とにより、当該電動アクチュエータの作動精度を高める
ことが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分
または相当する部分については同一符号で示し、詳しい
説明は省略する。
図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分
または相当する部分については同一符号で示し、詳しい
説明は省略する。
【００３２】図１には、本発明の実施の形態に係る、射
出成形機のシリンダ（射出シリンダ等）や、プランジャ
ーポンプ（以後、加圧シリンダと称す。）の駆動手段と
して用いられるリニアアクチュエータ１を示している。
当該リニアアクチュエータ１は、減速機３として、遊星
歯車減速機等の、入力軸と出力軸とが同軸上に位置する
減速機を用いることにより、電動モータ２、減速機３、
ボールネジ４の軸心を、全て一直線上に配置している。
而して、電動モータ２のロータ軸および減速機３の回転
軸を中空軸とし、当該中空軸を貫通したボールネジ４を
軸方向に移動させる（出力を直線運動として得る）もの
である。
出成形機のシリンダ（射出シリンダ等）や、プランジャ
ーポンプ（以後、加圧シリンダと称す。）の駆動手段と
して用いられるリニアアクチュエータ１を示している。
当該リニアアクチュエータ１は、減速機３として、遊星
歯車減速機等の、入力軸と出力軸とが同軸上に位置する
減速機を用いることにより、電動モータ２、減速機３、
ボールネジ４の軸心を、全て一直線上に配置している。
而して、電動モータ２のロータ軸および減速機３の回転
軸を中空軸とし、当該中空軸を貫通したボールネジ４を
軸方向に移動させる（出力を直線運動として得る）もの
である。
【００３３】また、電動モータ２と減速機３とは一体に
固定され、さらに、減速機３はフレーム５に固定されて
いる。フレーム５は軸方向に延び、加圧シリンダ６を、
ボールネジ４と軸心を一致させるようにして、支持して
いる。さらに、フレーム５には、軸方向のスライドガイ
ド７が設けられている。スライドガイド７は、ブラケッ
ト７ｂでフレーム５に固定される、軸方向に並行な複数
（本実施の形態では４本）のガイドバー７ａと、各ガイ
ドバー７ａに案内されて軸方向に摺動するスライド軸受
７ｃとを有している。そして、各スライド軸受７ｃによ
って、プレート状のガイド部材８を、各ガイドバー７ａ
と直交する姿勢を維持したまま、スライド支持するもの
である。
固定され、さらに、減速機３はフレーム５に固定されて
いる。フレーム５は軸方向に延び、加圧シリンダ６を、
ボールネジ４と軸心を一致させるようにして、支持して
いる。さらに、フレーム５には、軸方向のスライドガイ
ド７が設けられている。スライドガイド７は、ブラケッ
ト７ｂでフレーム５に固定される、軸方向に並行な複数
（本実施の形態では４本）のガイドバー７ａと、各ガイ
ドバー７ａに案内されて軸方向に摺動するスライド軸受
７ｃとを有している。そして、各スライド軸受７ｃによ
って、プレート状のガイド部材８を、各ガイドバー７ａ
と直交する姿勢を維持したまま、スライド支持するもの
である。
【００３４】さらに、ボールネジ４の先端部とガイド部
材８とを、可撓軸９を介して固定している。そして、コ
イルバネ11を、減速機ケーシング10の下部を取り巻くよ
うにして当該ケーシングにその一端部を係合させ、ガイ
ド部材８にもう一端部を係合させるようにして、配置し
ている。また図示のごとく、コイルバネ11は、ボールネ
ジ４及び可撓軸９の周囲を覆うことが可能な直径と、ス
ライドガイド７に支持されるガイド部材８の全行程の前
進限度位置においても、ガイド部材８と減速機ケーシン
グ10との間に若干の与圧を付与することが可能な全長と
を有している。本発明の実施の形態において、上記スラ
イドガイド７、ガイド部材８、コイルバネ11は、後述す
る蓄エネルギー手段を構成するものである。
材８とを、可撓軸９を介して固定している。そして、コ
イルバネ11を、減速機ケーシング10の下部を取り巻くよ
うにして当該ケーシングにその一端部を係合させ、ガイ
ド部材８にもう一端部を係合させるようにして、配置し
ている。また図示のごとく、コイルバネ11は、ボールネ
ジ４及び可撓軸９の周囲を覆うことが可能な直径と、ス
ライドガイド７に支持されるガイド部材８の全行程の前
進限度位置においても、ガイド部材８と減速機ケーシン
グ10との間に若干の与圧を付与することが可能な全長と
を有している。本発明の実施の形態において、上記スラ
イドガイド７、ガイド部材８、コイルバネ11は、後述す
る蓄エネルギー手段を構成するものである。
【００３５】なお、可撓軸９に歪ゲージ等（図示省略）
を貼付することで、可撓軸９をロードセルとして用いる
ことができる。また、加圧シリンダ６のプランジャー12
は、ボールジョイント（図示省略）等の継手を介して、
ガイド部材８と連結されている。
を貼付することで、可撓軸９をロードセルとして用いる
ことができる。また、加圧シリンダ６のプランジャー12
は、ボールジョイント（図示省略）等の継手を介して、
ガイド部材８と連結されている。
【００３６】ここで、図２を参照しながら、リニアアク
チュエータ１によって加圧シリンダを駆動する際の、電
動モータ２で発生させる駆動力とコイルバネ11で発生す
る弾性力との関係について説明する。なお、図２におい
て、リニアアクチュエータ１の行程Ｌを示す横軸に対
し、上方は電動モータ２の駆動力の大きさを、下方はコ
イルバネ11の弾性力の大きさを夫々示している。
チュエータ１によって加圧シリンダを駆動する際の、電
動モータ２で発生させる駆動力とコイルバネ11で発生す
る弾性力との関係について説明する。なお、図２におい
て、リニアアクチュエータ１の行程Ｌを示す横軸に対
し、上方は電動モータ２の駆動力の大きさを、下方はコ
イルバネ11の弾性力の大きさを夫々示している。
【００３７】図２（ａ）には、コイルバネ11を用いるこ
となく、電動モータ２のみによって加圧シリンダ６を駆
動することを想定した場合の、電動モータ２に要求され
る駆動力を示している。この場合には、リニアアクチュ
エータ１の全行程の後退限度位置Ｌ0から前進限度位置
Ｌ1に至る作動ストロークにおいて、電動モータ２に
は、一定の力Ｆの駆動力が要求される。一方、リニアア
クチュエータ１の全行程の前進限度位置Ｌ1から後退限
度位置Ｌ0に至る戻りストロークにおいては、電動モー
タ２に要求される駆動力は、ほぼ０となる。
となく、電動モータ２のみによって加圧シリンダ６を駆
動することを想定した場合の、電動モータ２に要求され
る駆動力を示している。この場合には、リニアアクチュ
エータ１の全行程の後退限度位置Ｌ0から前進限度位置
Ｌ1に至る作動ストロークにおいて、電動モータ２に
は、一定の力Ｆの駆動力が要求される。一方、リニアア
クチュエータ１の全行程の前進限度位置Ｌ1から後退限
度位置Ｌ0に至る戻りストロークにおいては、電動モー
タ２に要求される駆動力は、ほぼ０となる。
【００３８】一方、リニアアクチュエータ１の減速機ケ
ーシング10とガイド部材８との間に設けたコイルバネ11
は、図２（ｂ）に示すように、リニアアクチュエータ１
の全行程の前進限度位置Ｌ1において、ガイド部材８を
前進限度位置方向へと押し出す方向の弾性力ＦC1が発生
している。そして、前進限度位置Ｌ1から後退限度位置
Ｌ0に至る戻りストロークにおいて、コイルバネ11が縮
むことにより、コイルバネ11の弾性力は増加し、後退限
度位置Ｌ0においては、ガイド部材８を前進限度位置方
向へと押し出す方向の弾性力ＦC0（ＦC1＜ＦC0）が発生
している。
ーシング10とガイド部材８との間に設けたコイルバネ11
は、図２（ｂ）に示すように、リニアアクチュエータ１
の全行程の前進限度位置Ｌ1において、ガイド部材８を
前進限度位置方向へと押し出す方向の弾性力ＦC1が発生
している。そして、前進限度位置Ｌ1から後退限度位置
Ｌ0に至る戻りストロークにおいて、コイルバネ11が縮
むことにより、コイルバネ11の弾性力は増加し、後退限
度位置Ｌ0においては、ガイド部材８を前進限度位置方
向へと押し出す方向の弾性力ＦC0（ＦC1＜ＦC0）が発生
している。
【００３９】この、コイルバネの弾性力の増加は、上記
のごとく電動モータ２に要求される駆動力が「ほぼ０と
なる」べき戻りストロークにおいて、電動モータ２が発
生する駆動力と、リニアアクチュエータ１の可動部（電
動モータ２のロータ、減速機３、ボールネジ４等）およ
びそれに連動して運動する全部材の運動エネルギーを、
吸収・蓄積することによって発生する。而して、コイル
バネ11はこのようにして発生した弾性力を蓄積する蓄エ
ネルギー手段を構成している。また、当該蓄エネルギー
手段は、リニアアクチュエータ１の作動ストロークにお
いて、コイルバネ11に蓄積されたエネルギーを適切な駆
動エネルギーとして放出するものである。
のごとく電動モータ２に要求される駆動力が「ほぼ０と
なる」べき戻りストロークにおいて、電動モータ２が発
生する駆動力と、リニアアクチュエータ１の可動部（電
動モータ２のロータ、減速機３、ボールネジ４等）およ
びそれに連動して運動する全部材の運動エネルギーを、
吸収・蓄積することによって発生する。而して、コイル
バネ11はこのようにして発生した弾性力を蓄積する蓄エ
ネルギー手段を構成している。また、当該蓄エネルギー
手段は、リニアアクチュエータ１の作動ストロークにお
いて、コイルバネ11に蓄積されたエネルギーを適切な駆
動エネルギーとして放出するものである。
【００４０】以上のごとく、コイルバネ11で発生する弾
性力が、電動モータ２を補助することとなり、実際に電
動モータ２に要求される駆動力は、リニアアクチュエー
タ１の全行程の後退限度位置Ｌ0においてＦM0（ＦM0＝
Ｆ−ＦC0）となり、前進限度位置Ｌ1においてＦM1（Ｆ
M1＝Ｆ−ＦC1）となる。また、図２（ａ）に斜線で示す
電動モータ２のみによって発生するエネルギーと、図２
（ｃ）に示す電動モータ２及びコイルバネ11で発生する
エネルギーの和とは、等価である。
性力が、電動モータ２を補助することとなり、実際に電
動モータ２に要求される駆動力は、リニアアクチュエー
タ１の全行程の後退限度位置Ｌ0においてＦM0（ＦM0＝
Ｆ−ＦC0）となり、前進限度位置Ｌ1においてＦM1（Ｆ
M1＝Ｆ−ＦC1）となる。また、図２（ａ）に斜線で示す
電動モータ２のみによって発生するエネルギーと、図２
（ｃ）に示す電動モータ２及びコイルバネ11で発生する
エネルギーの和とは、等価である。
【００４１】上記構成をなす本発明の実施の形態により
得られる作用効果は、以下の通りである。まず、本発明
の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１は、低負荷
運転状態となる戻りストローク（Ｌ1からＬ0）におい
て、前記蓄エネルギー手段により、電動モータ２が発生
したエネルギーと可動部が停止する際の当該可動部の運
動エネルギーとを、コイルバネ11に吸収・蓄積すること
ができる。したがって、戻りストロークにおける前記可
動部の停止に要する制動力を小さく（あるいは無視する
までに）することが可能となる。よって、従来のごと
く、電気式又は機械式ブレーキ等によって制動力を付与
する必要性をなくし、また、発熱対策等の確実な制動力
を付与するための構成も不用としながら、リニアアクチ
ュエータ１の可動部を、急速に停止させることが可能と
なる。
得られる作用効果は、以下の通りである。まず、本発明
の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１は、低負荷
運転状態となる戻りストローク（Ｌ1からＬ0）におい
て、前記蓄エネルギー手段により、電動モータ２が発生
したエネルギーと可動部が停止する際の当該可動部の運
動エネルギーとを、コイルバネ11に吸収・蓄積すること
ができる。したがって、戻りストロークにおける前記可
動部の停止に要する制動力を小さく（あるいは無視する
までに）することが可能となる。よって、従来のごと
く、電気式又は機械式ブレーキ等によって制動力を付与
する必要性をなくし、また、発熱対策等の確実な制動力
を付与するための構成も不用としながら、リニアアクチ
ュエータ１の可動部を、急速に停止させることが可能と
なる。
【００４２】また、前記蓄エネルギー手段は、リニアア
クチュエータ１の戻りストロークにおける可動部の、停
止の際の運動エネルギーを浪費することなく蓄積し、リ
ニアアクチュエータ１の作動ストローク（Ｌ0からＬ1）
においては、コイルバネ11が伸びることにより、コイル
バネ11に蓄積されたエネルギーを、動作エネルギーとし
て放出することができる。よって、リニアアクチュエー
タ１の可動部に蓄えられた運動エネルギーが、従来のご
とく停止時に熱として放出されることによるエネルギー
損失を削減し、効率的な運転を行うことが可能となる。
かかる運転効率の向上の効果は、リニアアクチュエータ
１の往復動作のサイクルタイムが短くなるほど、顕著と
なる。
クチュエータ１の戻りストロークにおける可動部の、停
止の際の運動エネルギーを浪費することなく蓄積し、リ
ニアアクチュエータ１の作動ストローク（Ｌ0からＬ1）
においては、コイルバネ11が伸びることにより、コイル
バネ11に蓄積されたエネルギーを、動作エネルギーとし
て放出することができる。よって、リニアアクチュエー
タ１の可動部に蓄えられた運動エネルギーが、従来のご
とく停止時に熱として放出されることによるエネルギー
損失を削減し、効率的な運転を行うことが可能となる。
かかる運転効率の向上の効果は、リニアアクチュエータ
１の往復動作のサイクルタイムが短くなるほど、顕著と
なる。
【００４３】そして、電動モータ２に要求される駆動力
を、リニアアクチュエータ１の全行程の後退限度位置Ｌ
0においてＦからＦM0（ＦM0＝Ｆ−ＦC0）へと、前進限
度位置Ｌ1においてＦからＦM1（ＦM1＝Ｆ−ＦC1）へと
減少させることができる。よって、従来、電動モータ２
の機械的強度や寿命を確保するための基準となってい
た、作動ストロークにおける負荷荷重の減少により、電
動モータ２の仕様を簡素化することが可能となる。ま
た、作動ストロークと戻りストロークにおける、アクチ
ュエータ１の各部に加わる負荷が、従来に比して平準化
されるので、リニアアクチュエータ１全体の仕様も、簡
素化することができる。
を、リニアアクチュエータ１の全行程の後退限度位置Ｌ
0においてＦからＦM0（ＦM0＝Ｆ−ＦC0）へと、前進限
度位置Ｌ1においてＦからＦM1（ＦM1＝Ｆ−ＦC1）へと
減少させることができる。よって、従来、電動モータ２
の機械的強度や寿命を確保するための基準となってい
た、作動ストロークにおける負荷荷重の減少により、電
動モータ２の仕様を簡素化することが可能となる。ま
た、作動ストロークと戻りストロークにおける、アクチ
ュエータ１の各部に加わる負荷が、従来に比して平準化
されるので、リニアアクチュエータ１全体の仕様も、簡
素化することができる。
【００４４】しかも、リニアアクチュエータ１の全行程
の後退限度位置Ｌ0では、短時間で所定の回転数まで加
速するために、電動モータ１には、大出力が要求される
が、コイルバネ11の弾性力は後退限度位置Ｌ0において
最大となることから、起動時に、電動モータ１に投入す
べき電気エネルギーを削減することができる。よって、
通常は大量の発熱を伴う、後退限度位置Ｌ0からの起動
時においても、熱の発生を抑え、電動モータ１の熱の発
散・除去対策を簡略化することができる。
の後退限度位置Ｌ0では、短時間で所定の回転数まで加
速するために、電動モータ１には、大出力が要求される
が、コイルバネ11の弾性力は後退限度位置Ｌ0において
最大となることから、起動時に、電動モータ１に投入す
べき電気エネルギーを削減することができる。よって、
通常は大量の発熱を伴う、後退限度位置Ｌ0からの起動
時においても、熱の発生を抑え、電動モータ１の熱の発
散・除去対策を簡略化することができる。
【００４５】また、本発明の実施の形態では、ボールネ
ジ４の先端部とガイド部材８とを、可撓軸９を介して固
定したことにより、異なる組立基準に基づき別々に構成
されるボールネジ４と、ガイド部材８とを、互いに組み
合わせる際に生ずる位置ズレを、可撓軸９の撓みによっ
て吸収することができる。そして、ボールネジ４とガイ
ド部材８の何れにも、ストレスを与えることなく確実に
両者を連結し、ボールネジ４とガイド部材８との力の伝
達を確実に行うことが可能となる。
ジ４の先端部とガイド部材８とを、可撓軸９を介して固
定したことにより、異なる組立基準に基づき別々に構成
されるボールネジ４と、ガイド部材８とを、互いに組み
合わせる際に生ずる位置ズレを、可撓軸９の撓みによっ
て吸収することができる。そして、ボールネジ４とガイ
ド部材８の何れにも、ストレスを与えることなく確実に
両者を連結し、ボールネジ４とガイド部材８との力の伝
達を確実に行うことが可能となる。
【００４６】よって、本発明の実施の形態のごとく、リ
ニアアクチュエータ１を射出成形機の加圧シリンダ等の
駆動手段として用いる場合には、シリンダ後退時の停止
の際に、リニアアクチュエータ１の可動部が停止する際
の運動エネルギーを、前記蓄エネルギー手段で吸収・蓄
積することで、前記可動部の停止に要する制動力を小さ
く（あるいは無視するまでに）することができ、射出成
形機の加圧シリンダの、後退限度位置における制動力付
与のための構成を簡素化し、かつ、急速に停止させるこ
とが可能となる。また、リニアアクチュエータ１の戻り
ストロークで蓄積されたエネルギーを、作動ストローク
において動作エネルギーとして放出することにより、加
圧シリンダの前進開始時に投入する電気エネルギーを少
なくしつつ、短時間で所定の回転数まで加速させ、射出
成形のサイクルタイムを短縮させることができる。
ニアアクチュエータ１を射出成形機の加圧シリンダ等の
駆動手段として用いる場合には、シリンダ後退時の停止
の際に、リニアアクチュエータ１の可動部が停止する際
の運動エネルギーを、前記蓄エネルギー手段で吸収・蓄
積することで、前記可動部の停止に要する制動力を小さ
く（あるいは無視するまでに）することができ、射出成
形機の加圧シリンダの、後退限度位置における制動力付
与のための構成を簡素化し、かつ、急速に停止させるこ
とが可能となる。また、リニアアクチュエータ１の戻り
ストロークで蓄積されたエネルギーを、作動ストローク
において動作エネルギーとして放出することにより、加
圧シリンダの前進開始時に投入する電気エネルギーを少
なくしつつ、短時間で所定の回転数まで加速させ、射出
成形のサイクルタイムを短縮させることができる。
【００４７】さらに、可撓軸９に歪ゲージ等を貼付して
ロードセルとして用いる場合には、所定の機能を発揮し
得るように、可撓軸９は高品質の材料を用いかつ高精度
の加工工程によって、必要最小限の直径に形成されてい
ることから、可撓軸９に作用する軸力による応力（また
は歪）は大きく、必然的に高感度のロードセルを構成す
ることができる。また、可撓軸９は前記の品質レベルを
実現するために、特に管理された環境下で生産されるた
め、歪ゲージ等の貼付作業も同様の環境及び手順で入念
に行われるので、安定した高品質を得て、かつ、較正も
容易となるので高精度のロードセルとすることができ
る。
ロードセルとして用いる場合には、所定の機能を発揮し
得るように、可撓軸９は高品質の材料を用いかつ高精度
の加工工程によって、必要最小限の直径に形成されてい
ることから、可撓軸９に作用する軸力による応力（また
は歪）は大きく、必然的に高感度のロードセルを構成す
ることができる。また、可撓軸９は前記の品質レベルを
実現するために、特に管理された環境下で生産されるた
め、歪ゲージ等の貼付作業も同様の環境及び手順で入念
に行われるので、安定した高品質を得て、かつ、較正も
容易となるので高精度のロードセルとすることができ
る。
【００４８】このため、射出成形機のシリンダの駆動手
段として、射出液体の物性値の変化や吐出圧など運転条
件の変化に高度に対応するべく、吐出圧一定の制御を要
求されるような場合でも、リニアアクチュエータ１は高
感度・高精度かつ高品質のロードセルを備えることによ
って、かかる要求に十分に対応することができる。
段として、射出液体の物性値の変化や吐出圧など運転条
件の変化に高度に対応するべく、吐出圧一定の制御を要
求されるような場合でも、リニアアクチュエータ１は高
感度・高精度かつ高品質のロードセルを備えることによ
って、かかる要求に十分に対応することができる。
【００４９】なお、本発明の実施の形態に係るリニアア
クチュエータ１を、目的に応じて並列に並べて使用する
ことにより、大きな出力を得ることも可能である。ま
た、必要に応じて、コイルバネ11のバネ常数を非線型と
することも可能である。さらに、コイルバネ11を、減速
機ケーシング10とガイド部材８との間に配置する代り
に、ガイド部材８と加圧シリンダ６との間に配置し、可
動部の運動エネルギーをコイルバネ11が伸びることによ
って吸収・蓄積する構造とすることも可能である。
クチュエータ１を、目的に応じて並列に並べて使用する
ことにより、大きな出力を得ることも可能である。ま
た、必要に応じて、コイルバネ11のバネ常数を非線型と
することも可能である。さらに、コイルバネ11を、減速
機ケーシング10とガイド部材８との間に配置する代り
に、ガイド部材８と加圧シリンダ６との間に配置し、可
動部の運動エネルギーをコイルバネ11が伸びることによ
って吸収・蓄積する構造とすることも可能である。
【００５０】さて、図３には、図１に示したリニアアク
チュエータ１の応用例を示している。図３では、図１の
例と同一部分若しくは相当する部分については、同一の
符号を付して、詳しい説明を省略する。
チュエータ１の応用例を示している。図３では、図１の
例と同一部分若しくは相当する部分については、同一の
符号を付して、詳しい説明を省略する。
【００５１】図３に示すリニアアクチュエータ１’は、
図１のリニアアクチュエータ１との相違点として、減速
機３’に平歯車を用いることにより、電動モータ２の軸
心がボールネジ４の軸心に対しオフセットした状態とな
っている。また、電動モータ２、減速機３’、ボールネ
ジ４、減速機ケーシング10、スライドガイド７、ガイド
部材８およびコイルバネ11’が、全て、中間ケーシング
13によって一体的に固定されている。そして、かかる一
体部分が、加圧シリンダ６を支持するフレーム５に、ボ
ールネジ４と軸心を一致させて、一体的に着脱可能とな
っている。さらに、コイルバネ11’は、必要な弾性力を
確保するために、三つのコイルバネを同心状に重ねて配
置したものである。
図１のリニアアクチュエータ１との相違点として、減速
機３’に平歯車を用いることにより、電動モータ２の軸
心がボールネジ４の軸心に対しオフセットした状態とな
っている。また、電動モータ２、減速機３’、ボールネ
ジ４、減速機ケーシング10、スライドガイド７、ガイド
部材８およびコイルバネ11’が、全て、中間ケーシング
13によって一体的に固定されている。そして、かかる一
体部分が、加圧シリンダ６を支持するフレーム５に、ボ
ールネジ４と軸心を一致させて、一体的に着脱可能とな
っている。さらに、コイルバネ11’は、必要な弾性力を
確保するために、三つのコイルバネを同心状に重ねて配
置したものである。
【００５２】図３に示すリニアアクチュエータ１’によ
れば、電動モータ２、減速機３’、ボールネジ４、減速
機ケーシング10、スライドガイド７、ガイド部材８およ
びコイルバネ11’が、全て、中間ケーシング13に対し一
体に固定されて、被駆動部材である加圧シリンダ６を支
持するフレーム５に対し、一体的に着脱可能であること
から、リニアアクチュエータ１’の組立、運搬、メンテ
ナンス等を、加圧シリンダ６に対し独立して行うことが
可能となる。よって、取扱い性、汎用性共に高いリニア
アクチュエータを提供することができる。その他、図１
のリニアアクチュエータ１と同様の作用効果について
は、詳しい説明を省略する。
れば、電動モータ２、減速機３’、ボールネジ４、減速
機ケーシング10、スライドガイド７、ガイド部材８およ
びコイルバネ11’が、全て、中間ケーシング13に対し一
体に固定されて、被駆動部材である加圧シリンダ６を支
持するフレーム５に対し、一体的に着脱可能であること
から、リニアアクチュエータ１’の組立、運搬、メンテ
ナンス等を、加圧シリンダ６に対し独立して行うことが
可能となる。よって、取扱い性、汎用性共に高いリニア
アクチュエータを提供することができる。その他、図１
のリニアアクチュエータ１と同様の作用効果について
は、詳しい説明を省略する。
【００５３】さらに、図１、図３に示すリニアアクチュ
エータ１、１’の何れにも適用可能な応用例として、電
動モータ２に、ベクトル制御方式のインバータによって
駆動される誘導モータを採用することにより、以下のよ
うな作用効果を得ることができる。
エータ１、１’の何れにも適用可能な応用例として、電
動モータ２に、ベクトル制御方式のインバータによって
駆動される誘導モータを採用することにより、以下のよ
うな作用効果を得ることができる。
【００５４】まず、電動モータ２に、汎用誘導モータを
用いることで、モータコストを抑え、かつ、誘導モータ
には不可避の、負荷に応じたスリップの発生に起因する
速度制御性の低さを、インバータの持つベクトル制御方
式を利用して補い、速応性のよい高精度の速度制御を行
うことが可能となる。すなわち、誘導モータは負荷によ
ってスリップ率が変化するので、励起周波数が一定であ
っても、負荷によって回転数は変動する。さらにリニア
アクチュエータ１、１’は、前記可動部の移動の際にコ
イルバネ11、11’を圧縮・伸長させるのであるから、ア
クチュエータの駆動力が一定であったとしても前記可動
部の移動によってコイルバネ11、11’の発生する弾性力
は変化し、よって電動モータ２の負荷も変化する。その
結果、誘導モータである電動モータ２で駆動されるリニ
アアクチュエータ１、１’の回転速度を一体に保つため
の、何らかの対策を講ずることが好ましい。この欠点を
補うためにベクトル制御方式のインバータを適用する。
すなわち、インバータにおけるベクトル制御は誘導モー
タのスリップを補正して回転速度を一定に保つこことを
可能にする制御方式であるからこの欠点を補うことがで
きるものである。
用いることで、モータコストを抑え、かつ、誘導モータ
には不可避の、負荷に応じたスリップの発生に起因する
速度制御性の低さを、インバータの持つベクトル制御方
式を利用して補い、速応性のよい高精度の速度制御を行
うことが可能となる。すなわち、誘導モータは負荷によ
ってスリップ率が変化するので、励起周波数が一定であ
っても、負荷によって回転数は変動する。さらにリニア
アクチュエータ１、１’は、前記可動部の移動の際にコ
イルバネ11、11’を圧縮・伸長させるのであるから、ア
クチュエータの駆動力が一定であったとしても前記可動
部の移動によってコイルバネ11、11’の発生する弾性力
は変化し、よって電動モータ２の負荷も変化する。その
結果、誘導モータである電動モータ２で駆動されるリニ
アアクチュエータ１、１’の回転速度を一体に保つため
の、何らかの対策を講ずることが好ましい。この欠点を
補うためにベクトル制御方式のインバータを適用する。
すなわち、インバータにおけるベクトル制御は誘導モー
タのスリップを補正して回転速度を一定に保つこことを
可能にする制御方式であるからこの欠点を補うことがで
きるものである。
【００５５】また、ベクトル制御方式のインバータによ
って駆動される一般的な誘導モータを、回転停止を高い
頻度で繰返す（すなわち、高頻度の急速停止が必要とな
る）条件での使用する時には機械式ブレーキの適用は困
難であるから、回生抵抗によって誘導モータを急速停止
させることになる。しかしながら、回生抵抗を用いた場
合には、停止の度にエネルギーロスを生ずることとなる
ことは明らかである。
って駆動される一般的な誘導モータを、回転停止を高い
頻度で繰返す（すなわち、高頻度の急速停止が必要とな
る）条件での使用する時には機械式ブレーキの適用は困
難であるから、回生抵抗によって誘導モータを急速停止
させることになる。しかしながら、回生抵抗を用いた場
合には、停止の度にエネルギーロスを生ずることとなる
ことは明らかである。
【００５６】しかしながら、本発明の実施の形態では、
前述の蓄エネルギー手段によって、可動部の運動エネル
ギーを吸収・蓄積することで、回生抵抗を用いた電気ブ
レーキを使用することなく、効率的にモータ２の回転を
止め、上記エネルギーロスの発生を防ぐことができる。
よって、高効率のリニアアクチュエータ１，１’を、誘
導モータを動力源に使用して成立させることが可能とな
る。
前述の蓄エネルギー手段によって、可動部の運動エネル
ギーを吸収・蓄積することで、回生抵抗を用いた電気ブ
レーキを使用することなく、効率的にモータ２の回転を
止め、上記エネルギーロスの発生を防ぐことができる。
よって、高効率のリニアアクチュエータ１，１’を、誘
導モータを動力源に使用して成立させることが可能とな
る。
【００５７】また、図４には、本発明の実施の形態の更
なる応用例として、以下のように構成される位置制御手
段を採用し、リニアアクチュエータ１”の作動精度を、
更に向上させることも可能である。
なる応用例として、以下のように構成される位置制御手
段を採用し、リニアアクチュエータ１”の作動精度を、
更に向上させることも可能である。
【００５８】リニアアクチュエータ１”の位置制御手段
は、コイルバネ11と並列に設けられ、かつ、コイルバネ
11と共にガイド部材８を駆動する部材ａ（図４の例では
可撓軸９）と、部材ａおよびコイルバネ11の力を一括し
て受け止め、負荷部である加圧シリンダに直接作用する
部材ｂ（図４の例では可撓軸14）とを、構成要素として
有するものである。なお、可撓軸14は、ガイド部材８と
プランジャー12との間に設けられたものであり、可撓軸
９と同様に歪ゲージ等（図示省略）を貼付することで、
ロードセルとして用いることができる。また、ロードセ
ルとして機能する部材ａに加わる軸力Ｆａと、同じくロ
ードセルとして機能する部材ｂに加わる軸力Ｆｂとを測
定し、以下の演算を行う制御手段（図示省略）を含んで
いる。
は、コイルバネ11と並列に設けられ、かつ、コイルバネ
11と共にガイド部材８を駆動する部材ａ（図４の例では
可撓軸９）と、部材ａおよびコイルバネ11の力を一括し
て受け止め、負荷部である加圧シリンダに直接作用する
部材ｂ（図４の例では可撓軸14）とを、構成要素として
有するものである。なお、可撓軸14は、ガイド部材８と
プランジャー12との間に設けられたものであり、可撓軸
９と同様に歪ゲージ等（図示省略）を貼付することで、
ロードセルとして用いることができる。また、ロードセ
ルとして機能する部材ａに加わる軸力Ｆａと、同じくロ
ードセルとして機能する部材ｂに加わる軸力Ｆｂとを測
定し、以下の演算を行う制御手段（図示省略）を含んで
いる。
【００５９】ところで、コイルバネ11のバネ定数をＫ、
ストロークをＸとすると、部材ａに加わる軸力Ｆａと、
部材ｂに加わる軸力Ｆｂとの間には、 Ｆｂ＝Ｆａ＋Ｋ×Ｘ ‥‥（１） の関係が成り立ち、式（１）を変形して、 Ｘ＝（Ｆｂ−Ｆａ）÷Ｋ ‥‥（２） を得ることができる。
ストロークをＸとすると、部材ａに加わる軸力Ｆａと、
部材ｂに加わる軸力Ｆｂとの間には、 Ｆｂ＝Ｆａ＋Ｋ×Ｘ ‥‥（１） の関係が成り立ち、式（１）を変形して、 Ｘ＝（Ｆｂ−Ｆａ）÷Ｋ ‥‥（２） を得ることができる。
【００６０】したがって、ＦａとＦｂとを計測して、式
（２）に沿った演算を前記制御手段で行い、バネストロ
ークＸすなわちアクチュエータの作動ストロークを得る
ことが可能である。そして、求められたバネストローク
Ｘを、予め設定された指令値と比較して、電動モータ２
の速度制御にフィードバックすることで、リニアアクチ
ュエータ１”の作動ストロークを、正確かつ容易に制御
することが可能となる。なお、リニアアクチュエータ
１”の電動モータ２にも、前述の汎用誘導モータを用い
ることにより、上述の作用効果を得ることができる。
（２）に沿った演算を前記制御手段で行い、バネストロ
ークＸすなわちアクチュエータの作動ストロークを得る
ことが可能である。そして、求められたバネストローク
Ｘを、予め設定された指令値と比較して、電動モータ２
の速度制御にフィードバックすることで、リニアアクチ
ュエータ１”の作動ストロークを、正確かつ容易に制御
することが可能となる。なお、リニアアクチュエータ
１”の電動モータ２にも、前述の汎用誘導モータを用い
ることにより、上述の作用効果を得ることができる。
【００６１】なお、詳しい説明は省略するが、本発明の
実施の形態に係る蓄エネルギー手段を、電動式のロータ
リーアクチュエータへと応用することも可能である。さ
らに、電動モータ２の駆動力を、減速機を介すことなく
直接的にボールネジ４に伝達する構造のアクチュエータ
にも、適用させることができる。
実施の形態に係る蓄エネルギー手段を、電動式のロータ
リーアクチュエータへと応用することも可能である。さ
らに、電動モータ２の駆動力を、減速機を介すことなく
直接的にボールネジ４に伝達する構造のアクチュエータ
にも、適用させることができる。
【００６２】
【発明の効果】本発明はこのように構成したので、以下
のような効果を有する。まず、本発明の請求項１に係る
電動式アクチュエータによれば、単純構造で低コスト、
かつ、エネルギー効率が高く、頻繁な起動・停止を実現
することが可能な電動式アクチュエータを提供すること
が可能となる。
のような効果を有する。まず、本発明の請求項１に係る
電動式アクチュエータによれば、単純構造で低コスト、
かつ、エネルギー効率が高く、頻繁な起動・停止を実現
することが可能な電動式アクチュエータを提供すること
が可能となる。
【００６３】また、本発明の請求項２に係る電動式アク
チュエータによれば、前記蓄エネルギー手段によって、
前記アクチュエータの戻りストロークにおける、電動モ
ータが発生したエネルギーと可動部が停止する際の当該
可動部の運動エネルギーとを吸収し、作動ストロークに
おいて動作エネルギーとして放出することにより、単純
構造で低コスト、かつ、エネルギー効率が高く、頻繁な
起動・停止を実現することが可能な電動式アクチュエー
タを提供することが可能となる。
チュエータによれば、前記蓄エネルギー手段によって、
前記アクチュエータの戻りストロークにおける、電動モ
ータが発生したエネルギーと可動部が停止する際の当該
可動部の運動エネルギーとを吸収し、作動ストロークに
おいて動作エネルギーとして放出することにより、単純
構造で低コスト、かつ、エネルギー効率が高く、頻繁な
起動・停止を実現することが可能な電動式アクチュエー
タを提供することが可能となる。
【００６４】また、本発明の請求項３に係る電動式アク
チュエータによれば、バネと、ガイド部材と、ガイド部
材をスライド支持するスライドガイドとによって、蓄エ
ネルギー手段を構成する。そして、前記アクチュエータ
の戻りストロークにおける、電動モータが発生したエネ
ルギーと可動部が停止する際の当該可動部の運動エネル
ギーとを吸収し、作動ストロークにおいて動作エネルギ
ーとして放出することにより、単純構造で低コスト、か
つ、エネルギー効率が高く、頻繁な起動・停止を実現す
ることが可能な電動式アクチュエータを提供することが
可能となる。
チュエータによれば、バネと、ガイド部材と、ガイド部
材をスライド支持するスライドガイドとによって、蓄エ
ネルギー手段を構成する。そして、前記アクチュエータ
の戻りストロークにおける、電動モータが発生したエネ
ルギーと可動部が停止する際の当該可動部の運動エネル
ギーとを吸収し、作動ストロークにおいて動作エネルギ
ーとして放出することにより、単純構造で低コスト、か
つ、エネルギー効率が高く、頻繁な起動・停止を実現す
ることが可能な電動式アクチュエータを提供することが
可能となる。
【００６５】また、本発明の請求項４に係る電動式アク
チュエータによれば、前記アクチュエータの戻りストロ
ークにおける、前記ボールネジを含む可動部の運動エネ
ルギー等を、前記バネが縮むことにより吸収する。一
方、前記アクチュエータの作動ストロークにおいては、
前記バネ蓄積されたエネルギーを、前記バネが伸びる際
に、前記可動部の動作エネルギーとして放出することに
より、単純構造で低コスト、かつ、エネルギー効率が高
く、頻繁な起動・停止を実現することが可能な電動式ア
クチュエータを提供することが可能となる。
チュエータによれば、前記アクチュエータの戻りストロ
ークにおける、前記ボールネジを含む可動部の運動エネ
ルギー等を、前記バネが縮むことにより吸収する。一
方、前記アクチュエータの作動ストロークにおいては、
前記バネ蓄積されたエネルギーを、前記バネが伸びる際
に、前記可動部の動作エネルギーとして放出することに
より、単純構造で低コスト、かつ、エネルギー効率が高
く、頻繁な起動・停止を実現することが可能な電動式ア
クチュエータを提供することが可能となる。
【００６６】また、本発明の請求項５に係る電動式アク
チュエータによれば、前記可撓軸によって、前記ボール
ネジと前記ガイド部の何れにも、ストレスを与えること
なく確実に両者を連結し、前記ボールネジと前記ガイド
部との力の伝達を確実に行い、単純構造で低コスト、か
つ、エネルギー効率が高く、頻繁な起動・停止を実現す
ることが可能な電動式アクチュエータを提供することが
可能となる。
チュエータによれば、前記可撓軸によって、前記ボール
ネジと前記ガイド部の何れにも、ストレスを与えること
なく確実に両者を連結し、前記ボールネジと前記ガイド
部との力の伝達を確実に行い、単純構造で低コスト、か
つ、エネルギー効率が高く、頻繁な起動・停止を実現す
ることが可能な電動式アクチュエータを提供することが
可能となる。
【００６７】また、本発明の請求項６に係る電動式アク
チュエータによれば、高い運転精度の要求にも対応する
ことが可能となる。
チュエータによれば、高い運転精度の要求にも対応する
ことが可能となる。
【００６８】さらに、本発明の請求項７に係る電動式ア
クチュエータによれば、被駆動部材に対し一体的に着脱
可能であることによって、取扱い性、汎用性共に高い電
動式アクチュエータを提供することができる。
クチュエータによれば、被駆動部材に対し一体的に着脱
可能であることによって、取扱い性、汎用性共に高い電
動式アクチュエータを提供することができる。
【００６９】また、本発明の請求項８に係る電動式アク
チュエータによれば、高効率のアクチュエータを、誘導
モータを動力源に使用して成立させることが可能とな
る。
チュエータによれば、高効率のアクチュエータを、誘導
モータを動力源に使用して成立させることが可能とな
る。
【００７０】加えて、本発明の請求項９に係る電動式ア
クチュエータによれば、作動ストロークを、正確かつ容
易に制御することが可能となる。
クチュエータによれば、作動ストロークを、正確かつ容
易に制御することが可能となる。
【図１】本発明の実施の形態に係る、加圧シリンダの駆
動手段として用いられるリニアアクチュエータを示す模
式図である。
動手段として用いられるリニアアクチュエータを示す模
式図である。
【図２】図１に示すリニアアクチュエータにおいて、電
動モータで発生させる駆動力とコイルバネで発生する弾
性力との関係を示す説明図である。
動モータで発生させる駆動力とコイルバネで発生する弾
性力との関係を示す説明図である。
【図３】図１に示すリニアアクチュエータの応用例を示
す模式図である。
す模式図である。
【図４】図１に示すリニアアクチュエータの更なる応用
例を示す模式図である。
例を示す模式図である。
１，１’、１”リニアアクチュエータ ２ 電動モータ ３，３’減速機 ４ ボールネジ ５ フレーム ６ 加圧シリンダ ７ スライドガイド ７ａ ガイドバー ７ｂ ブラケット ７ｃ スライド軸受 ８ ガイド部材 ９，14 可撓軸 10 減速機ケーシング 11，11’コイルバネ 12 プランジャー 13 中間ケーシング
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J062 AB22 AC07 BA31 BA40 CD35 5H607 BB01 CC03 DD05 DD07 DD17 EE21 EE33 EE53 GG07
Claims (9)
- 【請求項１】 往復運動をするアクチュエータであっ
て、低負荷運転時に、電動モータが発生したエネルギー
と可動部が停止する際の当該可動部の運動エネルギーと
をバネによって吸収・蓄積する、蓄エネルギー手段を備
えることを特徴とする電動式アクチュエータ。 - 【請求項２】 前記蓄エネルギー手段は、前記アクチュ
エータの戻りストロークにおいて、電動モータが発生し
たエネルギーと可動部が停止する際の当該可動部の運動
エネルギーとを蓄積し、前記アクチュエータの作動スト
ロークで、蓄積されたエネルギーを動作エネルギーとし
て放出することを特徴とする請求項１記載の電動式アク
チュエータ。 - 【請求項３】 前記蓄エネルギー手段は、軸方向のスラ
イドガイドで支持され、かつ、前記電動モータに駆動さ
れるボールネジの先端部に固定されて軸方向へと移動す
るガイド部材と、該ガイド部材に一端部を係合させるバ
ネとを有することを特徴とする請求項１または２記載の
電動式アクチュエータ。 - 【請求項４】 前記バネを、前記ガイド部材と、前記電
動モータの動力を減速して前記ボールネジに伝える減速
機のケーシングまたは当該ケーシングに固定された部材
と、の間に配置したことを特徴とする請求項３記載の電
動式アクチュエータ。 - 【請求項５】 前記ボールネジの先端部と前記ガイド部
材とを、可撓軸を介して固定したことを特徴とする請求
項３または４記載の電動式アクチュエータ。 - 【請求項６】 前記可撓軸をロードセルとして用いるこ
とを特徴とする請求項５記載の電動式アクチュエータ。 - 【請求項７】 前記アクチュエータは、被駆動部材に対
し一体的に着脱可能であることを特徴とする請求項１か
ら６のいずれか１項記載の電動式アクチュエータ。 - 【請求項８】 前記電動モータにベクトル制御方式のイ
ンバータによって駆動される誘導モータを用いることを
特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の電動式
アクチュエータ。 - 【請求項９】 前記バネと並列に設けられ、かつ、前記
バネと共に前記ガイド部材を駆動する部材に加わる軸力
と、当該部材及び前記バネの力を一括して受け止め、負
荷部へ直接作用する部材に加わる軸力とを測定し、当該
測定値に基き、前記バネのストロークを求め、前記モー
タの速度制御にフィードバックする、位置制御手段を備
えることを特徴とする請求項３から８のいずれか１項記
載の電動式アクチュエータ。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP2002039978A JP2002374653A (ja) | 2001-04-13 | 2002-02-18 | 電動式アクチュエータ |
| KR1020020019546A KR20020079573A (ko) | 2001-04-13 | 2002-04-10 | 전동식 액추에이터 |
| CN02116659A CN1381682A (zh) | 2001-04-13 | 2002-04-11 | 电动致动装置 |
| TW91107651A TW552362B (en) | 2001-04-13 | 2002-04-12 | Motor actuator |
| US10/120,556 US20020149268A1 (en) | 2001-04-13 | 2002-04-12 | Electric actuator |
| EP20020008145 EP1249921A1 (en) | 2001-04-13 | 2002-04-12 | Electric actuator |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-115482 | 2001-04-13 | ||
| JP2001115482 | 2001-04-13 | ||
| JP2002039978A JP2002374653A (ja) | 2001-04-13 | 2002-02-18 | 電動式アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=26613571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002039978A Pending JP2002374653A (ja) | 2001-04-13 | 2002-02-18 | 電動式アクチュエータ |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020149268A1 (ja) |
| EP (1) | EP1249921A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002374653A (ja) |
| KR (1) | KR20020079573A (ja) |
| CN (1) | CN1381682A (ja) |
| TW (1) | TW552362B (ja) |
Families Citing this family (14)
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|---|---|---|---|---|
| US20040066072A1 (en) * | 2002-10-01 | 2004-04-08 | Trippensee Darin J. | Load-assist actuator |
| DE102004033102A1 (de) | 2004-07-08 | 2006-02-09 | Bosch Rexroth Aktiengesellschaft | Antriebseinheit |
| EP2198180B1 (de) * | 2007-09-05 | 2014-08-27 | Continental Teves AG & Co. oHG | Elektromechanisch betätigbare feststellbremse für kraftfahrzeuge und verfahren zur betätigung einer solchen |
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| CN102717709B (zh) * | 2012-06-29 | 2015-05-13 | 张怀 | 车辆动能回收装置 |
| US9103422B2 (en) | 2013-04-11 | 2015-08-11 | Honeywell International Inc. | Ball screw actuator including a compliant ball screw stop |
| CN104534043B (zh) * | 2015-01-15 | 2017-01-25 | 魏伯卿 | 螺杆变径弹簧同步器 |
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| CN104696382A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-10 | 魏伯卿 | 螺杆推拉弹簧同步器 |
| CN104859087A (zh) * | 2015-04-20 | 2015-08-26 | 北京化工大学 | 一种电液复合式超高速节能注塑成型机 |
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