JP2006161868A - Actuator - Google Patents

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Toshikane Kaneki
敏兼 金木
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Oriental Motor Co Ltd
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Oriental Motor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator for miniaturizing a device and preventing the vibration and breakage. <P>SOLUTION: The actuator is constructed to drive the rotation of a feed screw shaft rotatably supported at both ends by a pair of bearing members arranged on a base, fix a feed screw nut threaded to the feed screw shaft to a moving body, and move the moving body following a guide rail provided on the base along the feed screw shaft. Between the moving body 8 and each of the bearing members 5a, 5b on both sides, a pair of intermediate supports 20A, 20B are mounted movably on the feed screw shaft 1 for supporting the radial load of the feed screw shaft 1 in linkage with the moving body 8 in the direction of the feed screw shaft 1. Thus, the movement of the moving body 8 is transmitted to the intermediate supports 20A, 20B via a rack and pinion mechanism. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、装置の小型化と振動の発生や破断を防止し得るアクチュエータに関する。   The present invention relates to an actuator that can reduce the size of an apparatus and prevent vibrations from being generated or broken.

一般に、これまでのアクチュエータは、例えば、図7に示すような構成になっている。
まず、基台201があり、この基台201上にはボールねじ203が配置されている。このボールねじ203は、その両端を上記基台201上に設置された軸受け部材205、207によって回転可能に支持されている。又、モータ209が配置されていて、上記ボールねじ203は、このモータ209の出力軸に、図示しないカップリング機構を介して連結されている。上記ボールねじ203にはボールねじナット211が螺合していて、このボールねじナット211にはスライダ213が取付けられている。このスライダ213は、スライダ本体215と、このスライダ本体215に取付けられたガイドブロック217から構成されている。又、基台201側にはレール219が設けられていて、上記ガイドブロック217はこのレール219に移動可能に係合している。
In general, the conventional actuator has a configuration as shown in FIG. 7, for example.
First, there is a base 201, and a ball screw 203 is disposed on the base 201. The both ends of the ball screw 203 are rotatably supported by bearing members 205 and 207 installed on the base 201. A motor 209 is disposed, and the ball screw 203 is connected to the output shaft of the motor 209 via a coupling mechanism (not shown). A ball screw nut 211 is screwed onto the ball screw 203, and a slider 213 is attached to the ball screw nut 211. The slider 213 includes a slider main body 215 and a guide block 217 attached to the slider main body 215. A rail 219 is provided on the base 201 side, and the guide block 217 is movably engaged with the rail 219.

上記構成によると、モータ209を適宜の方向に回転させると、ボールねじ203が同方向に回転する。このボールねじ203の回転によって、その回転を規制されているボールねじナット211が適宜の方向に移動する。このボールねじナット211の移動によって、スライダ213も同方向に移動していくことになる。   According to the above configuration, when the motor 209 is rotated in an appropriate direction, the ball screw 203 rotates in the same direction. Due to the rotation of the ball screw 203, the ball screw nut 211 whose rotation is restricted moves in an appropriate direction. As the ball screw nut 211 moves, the slider 213 also moves in the same direction.

ところで、上記構成をなすアクチュエータにおいては次のような問題があった。
すなわち、上記アクチュエータは、回転運動を直線運動に変換するものであり、その際、ボールねじ203に固有振動数(f)が存在しているため、ボールね203の回転数が固有振動数(f)と一致する領域ではボールねじ203が大きく振動してしまうことになる。この固有振動数(f)はボールねじ203の長さ、太さ、ボールねじ203の端部における支持状態等によって決定される。そこで、ボールねじ203の回転数がボールねじ203の固有振動数(f)に対して共振しないような工夫が必要になってくる。
ところで、軸の固有振動数(f)は、一般に、次の式(I)によって求められる。
However, the actuator having the above configuration has the following problems.
That is, the actuator converts a rotational motion into a linear motion. At this time, since the natural frequency (f) exists in the ball screw 203, the rotational frequency of the ball member 203 is the natural frequency (f The ball screw 203 will vibrate greatly in the region that coincides with (). The natural frequency (f) is determined by the length and thickness of the ball screw 203, the support state at the end of the ball screw 203, and the like. Therefore, it is necessary to devise such that the rotational speed of the ball screw 203 does not resonate with the natural frequency (f) of the ball screw 203.
By the way, the natural frequency (f) of the shaft is generally obtained by the following equation (I).

Figure 2006161868
L:取付間距雌
E:縦弾性係数
I:ねじ軸断面の最小二次モーメント
A:ねじ軸断面積
ρ:材料の密度
Figure 2006161868
L: Female spacing
E: Longitudinal elastic modulus I: Minimum secondary moment of screw shaft cross section A: Screw shaft cross section ρ: Material density

そして、上記式(I)によって求められた固有振動数(f)に対して、その80%以下を許容回転数(n)としている。例えば、図8に示すような取付状態を例にとって考察してみる。尚、図8においては、図7における構成部品と同じものには同一符合を付して示している。この図8に示すような取付状態の場合において、その固有振動数(f)が最低となるのは、図中距離(B)が最大になったときである。そして、そのときの許容回転数(n)は次の式(II)に示すようなものである。   Further, 80% or less of the natural frequency (f) obtained by the above formula (I) is set as the allowable rotational speed (n). For example, consider the mounting state as shown in FIG. In FIG. 8, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals. In the case of the mounting state as shown in FIG. 8, the natural frequency (f) becomes the lowest when the distance (B) in the figure becomes the maximum. The allowable rotational speed (n) at that time is as shown in the following formula (II).

Figure 2006161868
λ=3.927
α=0.8
Figure 2006161868
λ = 3.927
α = 0.8

このように、ボールネジ203の回転数をその固有振動数(f)に対して共振しないような値、すなわち、固有振動数(f)の80%以下に設定することにより、共振による振動を抑制することができる。
しかしながら、式(I)、(II)は、仮に、ボールネジ203のねじ軸断面積(A)が同じで、その長さ(L)が2倍になると、許容回転数(n)が1/4に低下することを示しており、機器の高速化にとって問題となっていた。
Thus, by setting the rotation speed of the ball screw 203 to a value that does not resonate with respect to its natural frequency (f), that is, 80% or less of the natural frequency (f), vibration due to resonance is suppressed. be able to.
However, in equations (I) and (II), if the screw shaft cross-sectional area (A) of the ball screw 203 is the same and its length (L) is doubled, the allowable rotational speed (n) is 1/4. This is a problem for speeding up the equipment.

これに対しては、図7に示すような取付状態において、中間(ボールナット211と軸受部材207の間、ボールナット211と軸受部材205の間)にサポートを取付けることにより、ボールネジ203の固有振動数(f)そのものを高めて、それによって、許容回転数(n)を高めようとすることが考えられている。そのようなものの一例を図9に示す。この図9に示す構成は、基台201上に中間サポート221を取付けて、この中間サポート221によって、ボールネジ203を支持しようとするものである。そして、このような中間サポート221を設置した場合には、ボールナット211、スライダ213等、ボールネジ203の回転によって移動するものとの干渉が懸念される。そこで、図9に示すように、リミットスイッチ223を設け、該リミットスイッチ223によって、上記ボールナット211、スライダ213等、ボールネジ203の回転によって移動するものの接近を検知し、それによって、中間サポート221を待機位置に退避させる構成になっている(特許文献1参照)。 In response to this, by mounting a support in the middle (between the ball nut 211 and the bearing member 207, between the ball nut 211 and the bearing member 205) in the mounting state as shown in FIG. It is considered to increase the number (f) itself and thereby increase the allowable rotational speed (n). An example of such is shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 9, an intermediate support 221 is attached on the base 201 and the ball screw 203 is supported by the intermediate support 221. When such an intermediate support 221 is installed, there is a concern about interference with the ball nut 211, the slider 213, and the like that are moved by the rotation of the ball screw 203. Therefore, as shown in FIG. 9, a limit switch 223 is provided, and the limit switch 223 detects the approach of the ball nut 211, the slider 213, and the like that are moved by the rotation of the ball screw 203, whereby the intermediate support 221 is moved. It is configured to retract to the standby position (see Patent Document 1).

又、別の発明として特許文献2に示すものがある。ここに示されている構造では、中間位置に予め支持部材が係留するような窪みを基台に形成し、該窪みにバネを利用して支持部材を位置決めする。そして、スライダが支持部材に当接する事で係留を解放して移動させる構造である。
特許第3221804 特開平1−247862号公報 特開平2−66359号公報 特開平6−129510号公報 特開平3−14954号公報 特開平2−72254号公報 実開平7−7832号公報 実開平6−78659号公報 実開平4−39353号公報
Another invention is shown in Patent Document 2. In the structure shown here, a recess in which the support member is moored in advance is formed in the intermediate position, and the support member is positioned in the recess using a spring. And it is the structure which releases a mooring and moves when a slider contact | abuts to a support member.
Patent No. 3221804 JP-A-1-247862 Japanese Patent Laid-Open No. 2-66359 JP-A-6-129510 JP-A-3-14954 JP-A-2-72254 Japanese Utility Model Publication No. 7-7832 Japanese Utility Model Publication No. 6-78659 Japanese Utility Model Publication No. 4-39353

しかしながら、従来の特許文献1(特許第3221804号)にあっては、中間サポートを紐体により移動させられていたため、急激な加速、減速時に紐が伸縮し、振動の発生や、破断という課題があった。
また、特許文献2(特開平1−247862号公報)にあっては、装置の構成の複雑化、大型化を帰するという課題があった。
However, in the conventional patent document 1 (Japanese Patent No. 3221804), since the intermediate support is moved by the string body, the string expands and contracts during rapid acceleration and deceleration, and there is a problem of generation of vibration or breakage. there were.
Further, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 1-224762) has a problem that the configuration of the apparatus is complicated and large.

本発明は、中間サポートの移動をラックとピニオン機構により行うことで、装置の小型化と振動の発生や破断という、上記の問題点を解決することができるアクチュエータを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an actuator capable of solving the above-mentioned problems of downsizing of the apparatus and generation and breakage of vibration by moving the intermediate support by a rack and pinion mechanism.

本発明は、上記課題を解決するため、基台上に配置された一対の軸受部材によって両端を回転可能に支持された送りねじ軸を回転駆動するとともに、該送りねじ軸に螺合する送りねじナットを移動体に固定し、該移動体を上記基台上に上記送りねじ軸に沿って設けられた案内レールに従って移動させるように構成したアクチュエータにおいて、上記移動体とその両側の軸受部材との間に、上記送りねじ軸のラジアル荷重を受けると共に該送りねじ軸方向に上記移動体と連動する一対の中間サポートを上記送りねじ軸に移動可能に取付け、上記移動体の動きをラックとピニオン機構を介して上記中間サポートに伝達したことにある。
また、本発明は、上記中間サポートをそれぞれ支持する支持ブラケットを上記案内レールに沿って移動可能に設けるとともに、上記支持ブラケット相互間をラック面を備えた連結棒で連結し、かつ上記移動体に、上記送りねじ軸と直交する方向の軸を回転自在に取り付け、該軸の一端に大歯車を、他端に小歯車を設け、上記大歯車を上記送りねじ軸に沿って設けられたラックに噛合させ、かつ上記小歯車を、上記連結棒に設けられたラックに噛合させ、上記送りねじ軸に従って上記移動体の最大限の移動距離を許容する範囲内で、上記中間サポートが上記移動体と軸受部材との間を移動するように上記大歯車と小歯車の歯数比を設定したことにある。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention rotationally drives a feed screw shaft rotatably supported at both ends by a pair of bearing members arranged on a base, and feeds the screw into the feed screw shaft. In an actuator configured to fix a nut to a moving body and move the moving body according to a guide rail provided along the feed screw shaft on the base, the moving body and bearing members on both sides thereof are provided. A pair of intermediate supports that receive a radial load of the feed screw shaft and interlock with the moving body in the direction of the feed screw shaft are movably attached to the feed screw shaft, and the movement of the moving body is coupled to a rack and pinion mechanism. It has been transmitted to the intermediate support via.
Further, the present invention provides support brackets that respectively support the intermediate support so as to be movable along the guide rails, connect the support brackets to each other with a connecting rod having a rack surface, and connect to the moving body. The shaft in a direction orthogonal to the feed screw shaft is rotatably mounted, a large gear is provided at one end of the shaft, a small gear is provided at the other end, and the large gear is mounted on a rack provided along the feed screw shaft. The intermediate support is engaged with the moving body within a range in which the small gear is meshed with a rack provided on the connecting rod and the maximum moving distance of the moving body is allowed according to the feed screw shaft. The gear ratio of the large gear and the small gear is set so as to move between the bearing members.

本発明のアクチュエータの効果としては、構成の複雑化、装置の大型化をすることなく、きわめて簡単な構成によって、送りねじ軸の支持構造を得ることができる。そして、送りねじ軸固有振動数ひいては許容回転数を高めることを可能とし、それによって高速化、ロングストロークに容易に対応することが可能になる。また、ラックとピニオン機構にすることで、長寿命、剛性、かつ加速度が高くなるなどの効果が得られる。   As an effect of the actuator of the present invention, a feed screw shaft support structure can be obtained with a very simple configuration without complicating the configuration and increasing the size of the apparatus. Then, it is possible to increase the natural frequency of the feed screw shaft, and thus the allowable rotational speed, thereby making it possible to easily cope with high speed and long stroke. Further, by using a rack and pinion mechanism, effects such as long life, rigidity, and acceleration can be obtained.

以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図1(a)(b)は、本発明の実施の形態によるアクチュエータの構造を示す断面図である。図2は、図1(a)のテーブルが左方に移動した状態を示す断面図である。
図1(a)(b)において、1は例えばボールねじ等を用いた送りねじ軸、2はこの送りねじ軸1に螺合されたボールナット等を用いた送りねじナットである。送りねじ軸1の両端部は、基台3に間隔Lを隔てて固定された2個のフランジ4a,4bにそれぞれ取り付けられた軸受部材5a,5bによって回転自在に支持されている。上記送りねじ軸1の一方の軸端は、カップリング7を介して、軸受けフランジ4aの外面に固着されたプレート6に取り付けられたモータ10の出力シャフト10aに連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A and 1B are cross-sectional views showing the structure of an actuator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state where the table of FIG. 1A has moved leftward.
1A and 1B, reference numeral 1 denotes a feed screw shaft using a ball screw or the like, and 2 denotes a feed screw nut using a ball nut or the like screwed to the feed screw shaft 1. Both ends of the feed screw shaft 1 are rotatably supported by bearing members 5a and 5b respectively attached to two flanges 4a and 4b fixed to the base 3 with a distance L therebetween. One end of the feed screw shaft 1 is connected via a coupling 7 to an output shaft 10a of a motor 10 attached to a plate 6 fixed to the outer surface of the bearing flange 4a.

上記送りねじナット2は、図3に示すように、上記送りねじ軸1が貫通された移動体としてのテーブル8の貫通孔8aの片側端面に筒状の基端部2aを圧入して取り付けられている。上記テーブル8は、基台3上に送りねじ軸1と平行に配置されているリニアガイド3A上に支承され、上方に突出した左右のテーブル面8A相互間を、フランジ4a,4b間に張設されたカバー18により覆われている。このリニアカイド3Aは、軸方向に長く延び、基台3上に固定された案内レール9と、該案内レール9の上に移動可能に跨架されたテーブル8の下面に固定されたスライダ11とを備えている。該案内レール9の両外側面とスライダ11の内側面には、互いに対向するボール転動溝(図示せず)が配設され、これらの両ボール転動溝の間には、多数のボールが転動自在に装填され、そのボールの転動を介してスライダ11が案内レール9上を軸方向に軽く移動するようにしたものである。   As shown in FIG. 3, the feed screw nut 2 is attached by press-fitting a cylindrical base end portion 2a into one end face of a through hole 8a of a table 8 as a moving body through which the feed screw shaft 1 is penetrated. ing. The table 8 is supported on a linear guide 3A disposed on the base 3 in parallel with the feed screw shaft 1 and is stretched between the flanges 4a and 4b between the left and right table surfaces 8A protruding upward. The cover 18 is covered. This linear guide 3A extends in the axial direction and includes a guide rail 9 fixed on the base 3 and a slider 11 fixed on the lower surface of the table 8 movably straddled on the guide rail 9. I have. Ball rolling grooves (not shown) facing each other are arranged on both outer side surfaces of the guide rail 9 and the inner side surface of the slider 11, and a large number of balls are interposed between these ball rolling grooves. It is loaded so that it can roll freely, and the slider 11 moves lightly in the axial direction on the guide rail 9 through the rolling of the ball.

上記テーブル8と軸受部材5a,5bとの間には、前記案内レール9上に2個のスライダ21A,21Bが取り付けられている。
そして、これら2個のスライダ21A,21Bの上面に、ブラケット22A,22Bが固定され、これらブラケット22A,22Bに、送りねじ軸1のラジアル荷重を受けられる一対の中間サポート20A,20Bが回転可能に支持されている。該ブラケット22A,22Bには、貫通孔22cが設けられ、該貫通孔22cには、該貫通孔22cの内周面と中間サポート20A,20Bの外周面とに僅かな隙間を設けて、該中間サポート20A,20Bが回転可能に支持されている。該中間サポート20A,20Bは、一端にフランジ23A,23Bが設けられ、該フランジ23A,23Bが上記ブラケット22A,22Bの片面に係止されて取り付けられている。
この中間サポート20A,20Bの外周面には、止め輪17が装着されて上記フランジ23A,23Bと止め輪17によって上記ブラケット22A,22Bの両側壁面を挟み、上記ブラケット22A,22Bに組み付けられている。
各中間サポートは20A,20Bは、すべり軸受けであり、送りねじ軸1が僅かな隙間を保って挿通されている。
Two sliders 21A and 21B are mounted on the guide rail 9 between the table 8 and the bearing members 5a and 5b.
The brackets 22A and 22B are fixed to the upper surfaces of the two sliders 21A and 21B, and a pair of intermediate supports 20A and 20B that can receive the radial load of the feed screw shaft 1 are rotatable on the brackets 22A and 22B. It is supported. The brackets 22A and 22B are provided with a through hole 22c. The through hole 22c is provided with a slight gap between the inner peripheral surface of the through hole 22c and the outer peripheral surface of the intermediate supports 20A and 20B. Supports 20A and 20B are rotatably supported. The intermediate supports 20A and 20B are provided with flanges 23A and 23B at one end, and the flanges 23A and 23B are fixedly attached to one side of the brackets 22A and 22B.
Retaining rings 17 are attached to the outer peripheral surfaces of the intermediate supports 20A and 20B, and both side walls of the brackets 22A and 22B are sandwiched between the flanges 23A and 23B and the retaining rings 17 and assembled to the brackets 22A and 22B. .
Each intermediate support 20A and 20B is a sliding bearing, and the feed screw shaft 1 is inserted with a slight gap.

これら中間サポート20A,20Bは、ねじナット2の両側に位置して配設され、およそL×Z2/Z1の間隔をへだてて連結棒12とブラケット22A,22Bとが締結されることで連動的に連結している。テーブル8の幅方向には、送りねじ軸1と直交する方向の孔8bが形成され、この孔8bには、軸13が回転自在に支持されている。この軸13の両端には、大歯車14(ピッチ円径Z1)と小歯車15(ピッチ円径Z2)とが固定装着され、基台1上に送りねじ軸1と平行に固定されたラック16と上記大歯車14が噛み合い、上記小歯車15が連結棒12の長手方向に設けられたラック12aと噛み合うように配設されている。上記中間サポート20A,20Bは、テーブル8が移動すると、ラック16と噛み合いながら大歯車14が回転するように構成されており、この大歯車14の回転が、軸13を介して小歯車15に伝達されるように構成されている。この小歯車15は、連結棒12に設けられたラック12aに噛合し、小歯車15の回転に応じた長さだけ、連結棒12を移動する。連結棒12はテーブル8の移動した距離、△LのZ2/Z1分だけ連動して移動することが可能となる。上記送りねじ軸1に従って上記テーブル8の最大限の移動距離を許容する範囲内で、上記中間サポート20A,20Bが上記テーブル8と軸受部材5a,5bとの間を移動するように上記大歯車14と小歯車15のピッチ円径比Z2/Z1を設定している。   These intermediate supports 20A and 20B are disposed on both sides of the screw nut 2, and are interlocked by fastening the connecting rod 12 and the brackets 22A and 22B with a distance of about L × Z2 / Z1. It is connected. In the width direction of the table 8, a hole 8b in a direction perpendicular to the feed screw shaft 1 is formed, and a shaft 13 is rotatably supported in the hole 8b. A large gear 14 (pitch circle diameter Z1) and a small gear 15 (pitch circle diameter Z2) are fixedly attached to both ends of the shaft 13, and the rack 16 is fixed on the base 1 in parallel with the feed screw shaft 1. And the large gear 14 mesh with each other, and the small gear 15 is disposed so as to mesh with a rack 12 a provided in the longitudinal direction of the connecting rod 12. The intermediate supports 20 </ b> A and 20 </ b> B are configured such that when the table 8 moves, the large gear 14 rotates while meshing with the rack 16, and the rotation of the large gear 14 is transmitted to the small gear 15 via the shaft 13. It is configured to be. The small gear 15 meshes with a rack 12 a provided on the connecting rod 12 and moves the connecting rod 12 by a length corresponding to the rotation of the small gear 15. The connecting rod 12 can be moved in conjunction with the distance moved by the table 8 by Δ2 / Z1 of ΔL. The large gear 14 so that the intermediate supports 20A and 20B move between the table 8 and the bearing members 5a and 5b within a range that allows the maximum movement distance of the table 8 according to the feed screw shaft 1. And the pitch circle diameter ratio Z2 / Z1 of the small gear 15 is set.

次に、上記の実施の形態の作用を説明する。
モータ10を駆動すると、モータ10の回転に伴って、送りねじ軸1が所定の方向へ回転する。これにより、送りねじ軸1に螺合している、ねじナット2が、たとえば、図1(a)で左方に移動し、これに伴ってテーブル8がリニアガイド3Aに案内されつつ、図示、左方に移動する。
このとき、送りねじ軸1の支点間距離Lが長いと、L2の値に反比例する危険速度uの値が小さいから、送りねじ軸1は比較的低速で共振するおそれがある。
しかし、ねじナット2を挟むようにして中間サポート20A,20Bを設けたため、支点間距離(支持スパン)が最大値でもL/2となり、その結果危険速度はuの4倍と大幅にアップし、共振しにくくなる。この実施例では、ねじナット2の動きに対して一対の中間サポート20A,20Bとがラック16と大歯車14かつ連結棒12と小歯車15との噛合を介して大歯車14と小歯車15のピッチ円径比Z2/Z1に従って連動する。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
When the motor 10 is driven, the feed screw shaft 1 rotates in a predetermined direction as the motor 10 rotates. As a result, the screw nut 2 screwed into the feed screw shaft 1 moves to the left in FIG. 1A, for example, and the table 8 is guided by the linear guide 3A along with this, Move to the left.
At this time, if the distance L between the fulcrums of the feed screw shaft 1 is long, the value of the critical speed u that is inversely proportional to the value of L 2 is small, so the feed screw shaft 1 may resonate at a relatively low speed.
However, since the intermediate supports 20A and 20B are provided so as to sandwich the screw nut 2, the distance between the fulcrums (support span) is L / 2 even at the maximum value. As a result, the critical speed is greatly increased to 4 times u, and resonance occurs. It becomes difficult. In this embodiment, the pair of intermediate supports 20 </ b> A and 20 </ b> B is engaged with the rack 16, the large gear 14, and the connecting rod 12 and the small gear 15 through meshing with the movement of the screw nut 2. Interlocking according to the pitch circle diameter ratio Z2 / Z1.

すなわち、今、図5において、両側の軸受5a,5b間の距離Lを右側から1/4づつに区切る点をP0,P1,P2,P3,P4とする。
ねじナット2と中間サポート20A,20Bとが共に送りねじ軸1の右端P0点にあるとする(図5(a))。このとき支持スパンは、送りねじ軸1の左端(P4点)と中間サポート20A(P2点)間において最長で、P2〜P4=L/2である。この状態から、テーブル8が左方に移動し、これに伴い、ねじナット2が左方に移動しつつ、ラック16に沿って大歯車14が回転し、軸13の回転に伴って小歯車15が回転し、小歯車15の回転とともに連結棒12が移動し、中間サポート20A,20Bを移動させる。ラック16と大歯車14、かつ連結棒12と小歯車15との噛み合い機構の作用で、ねじナット2の移動量△Lに対して、△L×Z2/Z1の割合で中間サポート20A,20Bも移動する。Z2/Z1=0.5とすると、ねじナット2の移動量に対して1/2の割合で中間サポート20A,20Bも移動する。したがって、ねじナット2が右端からL/4移動してP1点に達したとき、左端の軸受け5aと中間サポート20A間の支持スパンaは、a=3/8Lになり、従来の場合におけるL/2より短縮されている(図5(b))。
That is, in FIG. 5, the points that divide the distance L between the bearings 5a and 5b on both sides into 1/4 from the right side are P0, P1, P2, P3, and P4.
It is assumed that the screw nut 2 and the intermediate supports 20A and 20B are both at the right end P0 point of the feed screw shaft 1 (FIG. 5A). At this time, the support span is the longest between the left end (point P4) of the feed screw shaft 1 and the intermediate support 20A (point P2), and P2 to P4 = L / 2. From this state, the table 8 moves to the left, and accordingly, the screw gear 2 moves to the left, the large gear 14 rotates along the rack 16, and the small gear 15 rotates along with the rotation of the shaft 13. And the connecting rod 12 moves with the rotation of the small gear 15 to move the intermediate supports 20A and 20B. The intermediate supports 20A and 20B are also in a ratio of ΔL × Z2 / Z1 with respect to the moving amount ΔL of the screw nut 2 by the action of the meshing mechanism of the rack 16 and the large gear 14, and the connecting rod 12 and the small gear 15. Moving. If Z2 / Z1 = 0.5, the intermediate supports 20A and 20B also move at a ratio of 1/2 with respect to the moving amount of the screw nut 2. Therefore, when the screw nut 2 moves L / 4 from the right end and reaches the point P1, the support span a between the bearing 5a on the left end and the intermediate support 20A is a = 3 / 8L. It is shortened from 2 (FIG. 5B).

更に、ねじナット2がL/4左方に移動してP2点に達したときは、中間サポート20AはL/8左方に進行しており、P3点の位置になり、支持スパンaはa=L/4に縮小している(図5(c))。
これから更にねじナット2がL/4左方に移動してP3点に達したときは、中間サポート20AはL/8左方に進行しており、P3〜P4点の中間の位置になり、支持スパンaはa=L/8に縮小している(図5(d))。
また更にねじナット2がL/4左方に移動してP4点に達したときは、中間サポート20Aは、L/8左方に進行しており、左端P4点の位置になる。このとき支持スパンaは、a=0になる。一方、右側の中間サポート20Bは、P2地点になり、右端P0点との間の支持スパンdは、最長のL/2となる。(図5(e))。
かくして、左方の支持スパンaは、ねじナット2の左方移動と共に順次縮小していき、左端において零となり、反対に右方の支持スパンdは、ねじナット2の左方移動と共に順次拡大していき、最大L/2となる。
Further, when the screw nut 2 moves to the left side of L / 4 and reaches the point P2, the intermediate support 20A advances to the left side of L / 8, reaches the position of the point P3, and the support span a is a. = L / 4 (FIG. 5C).
When the screw nut 2 further moves to the left of L / 4 and reaches the point P3 from now on, the intermediate support 20A has advanced to the left of L / 8, and is in the middle position between the points P3 and P4. The span a is reduced to a = L / 8 (FIG. 5 (d)).
Further, when the screw nut 2 further moves to the left of L / 4 and reaches the point P4, the intermediate support 20A has advanced to the left of L / 8 and is at the position of the left end P4. At this time, the support span a is a = 0. On the other hand, the right intermediate support 20B is at the point P2, and the support span d between the right end P0 is the longest L / 2. (FIG. 5 (e)).
Thus, the left support span a gradually decreases with the leftward movement of the screw nut 2 and becomes zero at the left end.On the other hand, the right support span d gradually increases with the leftward movement of the screw nut 2. The maximum is L / 2.

次に、モータ10を反対方向に回転させると、ねじナット2はテーブル8と共に図1(a)で右方に移動を始める。ねじナット2が左端から右方へ移動する場合は、軸受5a,5bと中間サポート20Bとの支持スパンdが上記支持スパンaと同様に連続的に縮小されていく。(図5(e)→(a))。   Next, when the motor 10 is rotated in the opposite direction, the screw nut 2 starts to move to the right in FIG. When the screw nut 2 moves from the left end to the right, the support span d between the bearings 5a, 5b and the intermediate support 20B is continuously reduced in the same manner as the support span a. (FIG. 5 (e) → (a)).

図6は上記の支持スパンの変化を表したもので、直線20aは中間サポート20Aの往復移動線、直線20bは中間サポート20Bの往復移動線、直線L2は、ねじナット2の往復移動線である。   FIG. 6 shows the change in the support span. The straight line 20a is a reciprocation line of the intermediate support 20A, the straight line 20b is a reciprocation line of the intermediate support 20B, and the straight line L2 is a reciprocation line of the screw nut 2. .

また、本発明はZ2/Z1=0.5に限定したものではなく、1>Z2/Z1≦0.5の範囲で、使用するモータ回転数と支持スパンから、ねじ軸1が共振することなく、かつ中間サポート20A,20Bの移動距離を短くし、摩耗が少なくなるような効率的な値を選択できることも、特徴の一つである。各中間サポートは20A,20Bはすべり軸受けに限定されず、送りねじ軸1とボールを介して螺合されたねじナットを使用しても良い。   Further, the present invention is not limited to Z2 / Z1 = 0.5, and in the range of 1> Z2 / Z1 ≦ 0.5, the screw shaft 1 does not resonate from the motor rotation speed to be used and the support span. One of the features is that the intermediate support 20A, 20B can be selected with an efficient value that shortens the moving distance and reduces wear. The intermediate supports 20A and 20B are not limited to sliding bearings, and a screw nut screwed to the feed screw shaft 1 via a ball may be used.

以上説明してきたように、本発明によれば、以下に列挙する効果が得られる。
本発明によるアクチュエータによると、構成の複雑化、装置の大型化をすることなく、きわめて簡単な構成によって、送りねじ軸の支持構造を得ることができる。そして、送りねじ軸の固有振動数ひいては許容回転数を高めることを可能とし、それによって高速化、ロングストロークに容易に対応することが可能になる。従来(特許3221804号)のように滑車により中間サポートを駆動すると、紐体による駆動になるため、剛性が不充分となり、耐久性がなくなるのに対し、本発明ではラックとピニオン機構にすることで、長寿命、剛性、かつ加速度が高くなるなどの効果が得られる。尚、本発明は前記各実施例に限定されるものではない。たとえば、径比Z2/Z1=0.5に限定したものではなく、1>Z2/Z1≦0.5の範囲で、使用するモータ回転数と支持スパンから、ねじ軸が共振することなく、かつ中間サポート20A,20Bの移動距離を短くし、摩耗が少なくなるような効率的な値を選択できることも、特徴の一つである。又、前記各実施例では、送りねじ軸1としてボールネジを使用し、送りナット2としてボールナットを使用する場合を示したが、必ずしも、ボールネジとボールナットに限定されるものではない。例えば、角ネジ、台形ネジ等を用いる場合にも有効である。又、支持部材の形状等についても同様である。
As described above, according to the present invention, the effects listed below can be obtained.
According to the actuator of the present invention, a feed screw shaft support structure can be obtained with a very simple configuration without complicating the configuration and increasing the size of the apparatus. Then, it is possible to increase the natural frequency of the feed screw shaft, and thus the allowable rotational speed, and thereby it is possible to easily cope with high speed and long stroke. When the intermediate support is driven by a pulley as in the prior art (Patent No. 3221804), it is driven by a string, so that the rigidity becomes insufficient and the durability is lost. In the present invention, the rack and pinion mechanism is used. Such effects as long life, rigidity, and high acceleration can be obtained. The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the diameter ratio is not limited to Z2 / Z1 = 0.5, and in the range of 1> Z2 / Z1 ≦ 0.5, the screw shaft does not resonate from the motor rotation speed and the support span used, and One of the characteristics is that the intermediate support 20A, 20B can be selected with an efficient value that shortens the moving distance and reduces wear. In each of the above embodiments, a ball screw is used as the feed screw shaft 1 and a ball nut is used as the feed nut 2. However, the present invention is not limited to the ball screw and the ball nut. For example, it is effective when square screws, trapezoidal screws, or the like are used. The same applies to the shape of the support member.

(a)は本発明の実施の形態によるアクチュエータを示す図1(b)のX−X線による縦断面図、(b)は図1(a)のY−Y線による横断面図である。(A) is the longitudinal cross-sectional view by the XX line of FIG.1 (b) which shows the actuator by embodiment of this invention, (b) is the cross-sectional view by the YY line of Fig.1 (a). 本発明の実施の形態によるアクチュエータを示す図1(a)のテーブルが端に移動した状態の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the state which moved the table of Fig.1 (a) which shows the actuator by embodiment of this invention to the end. 図1(a)の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of Fig.1 (a). 図1(b)の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of Drawing 1 (b). (a)〜(e)は、図1(a)のアクチュエータにおけるねじナットと中間サポートとの動作説明図である。(a)-(e) is operation | movement explanatory drawing of the screw nut and intermediate | middle support in the actuator of Fig.1 (a). 図1のアクチュエータにおける中間サポートの支持部及びナットの運動に伴う相対位置関係の変化を表す図である。It is a figure showing the change of the relative positional relationship with the motion of the support part of an intermediate | middle support and nut in the actuator of FIG. 従来のボールねじ式移動装置の全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the conventional ball screw type moving apparatus. 従来のボールねじ式移動装置の全体構成を示すとともに固有振動数を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the natural frequency while showing the whole structure of the conventional ball screw type moving apparatus. 従来のボールネジを中間サポートによって支持する構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which supports the conventional ball screw by an intermediate support.

符号の説明Explanation of symbols

1 送りねじ軸
2 送りねじナット
3 基台
3A リニアガイド
4a,4b フランジ
5a,5b 軸受部材
8 テーブル(移動体)
9 案内レール
10 モータ
12 連結棒
12a、16 ラック
13 軸
14 大歯車
15 小歯車
17 止め輪
18 カバー
20A,20B 中間サポート
21A,21B スライダ
22A,22B ブラケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Feed screw shaft 2 Feed screw nut 3 Base 3A Linear guide 4a, 4b Flange 5a, 5b Bearing member 8 Table (moving body)
9 Guide rail 10 Motor 12 Connecting rod 12a, 16 Rack 13 Shaft 14 Large gear 15 Small gear 17 Retaining ring 18 Cover 20A, 20B Intermediate support 21A, 21B Slider 22A, 22B Bracket

Claims (2)

基台上に配置された一対の軸受部材によって両端を回転可能に支持された送りねじ軸を回転駆動するとともに、該送りねじ軸に螺合する送りねじナットを移動体に固定し、該移動体を上記基台上に上記送りねじ軸に沿って設けられた案内レールに従って移動させるように構成したアクチュエータにおいて、上記移動体とその両側の軸受部材との間に、上記送りねじ軸のラジアル荷重を受けると共に該送りねじ軸方向に上記移動体と連動する一対の中間サポートを上記送りねじ軸に移動可能に取付け、上記移動体の動きをラックとピニオン機構を介して上記中間サポートに伝達したことを特徴とするアクチュエータ。 A feed screw shaft that is rotatably supported at both ends by a pair of bearing members disposed on a base is driven to rotate, and a feed screw nut that is screwed to the feed screw shaft is fixed to the moving body. In the actuator configured to move according to the guide rail provided along the feed screw shaft on the base, the radial load of the feed screw shaft is applied between the movable body and the bearing members on both sides thereof. A pair of intermediate supports that are received and coupled with the moving body in the direction of the feed screw shaft are movably attached to the feed screw shaft, and the movement of the moving body is transmitted to the intermediate support via a rack and a pinion mechanism. Characteristic actuator. 上記中間サポートをそれぞれ支持する支持ブラケットを上記案内レールに沿って移動可能に設けるとともに、上記支持ブラケット相互間をラック面を備えた連結棒で連結し、かつ上記移動体に、上記送りねじ軸と直交する方向の軸を回転自在に取り付け、該軸の一端に大歯車を、他端に小歯車を設け、上記大歯車を上記送りねじ軸に沿って設けられたラックに噛合させ、かつ上記小歯車を、上記連結棒に設けられたラックに噛合させ、上記送りねじ軸に従って上記移動体の最大限の移動距離を許容する範囲内で、上記中間サポートが上記移動体と軸受部材との間を移動するように上記大歯車と小歯車の径比を設定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。


Support brackets that respectively support the intermediate support are provided to be movable along the guide rails, the support brackets are connected to each other by a connecting rod having a rack surface, and the moving body is connected to the feed screw shaft. A shaft in an orthogonal direction is rotatably attached, a large gear is provided at one end of the shaft, a small gear is provided at the other end, the large gear is engaged with a rack provided along the feed screw shaft, and the small gear is provided. A gear is meshed with a rack provided on the connecting rod, and the intermediate support moves between the moving body and the bearing member within a range that allows the maximum moving distance of the moving body according to the feed screw shaft. 2. The actuator according to claim 1, wherein a diameter ratio between the large gear and the small gear is set so as to move.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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