JP2007162850A - 駆動機構及び電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動軸と被駆動軸とを、回転駆動力を伝達可能に連結することができる駆動機構と、該駆動機構を適用する電動アクチュエータを提供する。
【解決手段】電動アクチュエータ１１において、回転駆動源１４の駆動軸１５と、被駆動軸である送りねじ軸１８とは、駆動機構３０の内輪８２を介して連結されている。そして、回転駆動源１４の駆動軸１５からの回転駆動力が、駆動機構３０の内輪８２を介して送りねじ軸１８に伝達される。また、送りねじ軸１８は、駆動機構３０により回転自在且つ軸方向に支持される。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転駆動源により回転駆動される被駆動軸を支持する駆動機構と、このような駆動機構を備え、例えば、回転駆動源の回転駆動作用下に変位部材を直線状に往復動作させる電動アクチュエータに関する。

従来から、例えば、ワークを搬送する搬送手段として、回転駆動源からの回転駆動力を送りねじ軸に伝達することにより、前記送りねじ軸に配設された変位部材を移動させる電動アクチュエータが用いられている。

このような電動アクチュエータとして、回転駆動源の駆動軸により回転駆動される被駆動軸である送りねじ軸と、前記送りねじ軸の回転により変位する変位部材と、前記送りねじ軸のモータ側端部付近を支持するベアリングとを有し、前記ベアリングを軸受押さえ部材を介してボルトやナット等の締結部材により締結すると共に、前記送りねじ軸の端部と前記モータの駆動軸とをカップリング部材を介して連結する構成が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開平１１−３０２３４号公報 特開平５−２８８２５５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、送りねじ軸からモータの駆動軸へと連結する軸方向に、ベアリング、締結部材及びカップリング部材が順次直列配置されているため、部品点数が増加すると共に、前記軸方向の全長が長くなるという問題がある。従って、この種の電動アクチュエータでは、部品点数の削減及び小型化が希求されている。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、このような電動アクチュエータ等において、前記従来の構成のように、回転駆動源の駆動軸により回転駆動される被駆動軸を支持するベアリングと直列的に、駆動軸と被駆動軸とを連結するカップリング部材を配置しないで、前記駆動軸と前記被駆動軸とを駆動力を伝達可能に連結でき、部品点数の削減及び小型化を実現できる駆動機構を提供することを目的とする。さらに、本発明は、このような駆動機構を適用することにより、部品点数の削減及び小型化が可能な電動アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の駆動機構は、回転駆動源の駆動軸からの回転駆動力により回転駆動される被駆動軸を、回転自在且つ軸方向に支持する駆動機構であって、前記駆動機構は、前記駆動軸と被駆動軸とを連結可能に構成されると共に、前記駆動軸と被駆動軸との間に介装されるベアリングを備え、前記ベアリングの内輪に前記駆動軸と被駆動軸とが対向して挿入されていることを特徴とする。

このような構成によれば、回転駆動源の駆動軸からの回転駆動力を、駆動機構を介して被駆動軸に伝達できる。このため、このような駆動機構が適用される装置では、前記駆動軸と前記被駆動軸とを連結するカップリング部材を別体で設ける必要がなくなり、部品点数の削減と小型化が可能となる。

また、前記ベアリングは、外輪と、該外輪と同軸に配設される内輪と、前記外輪と内輪との間に介装される転動体とを有し、前記駆動軸と被駆動軸とは、前記内輪の軸方向に対向し且つ回転不能に挿入されていると、より円滑に被駆動軸が支持される。

本発明の電動アクチュエータは、原動機と、前記原動機の駆動軸にベアリングを介して連結される被駆動軸と、前記被駆動軸に連結される変位部材と、からなり、前記ベアリングは、外輪と内輪と該外輪と内輪との間に介装される転動体とを有し、前記内輪はその内部に前記駆動軸と被駆動軸とを対向し且つ回転不能に挿入する孔部を有することを特徴とする。

このような構成によれば、原動機の駆動軸からの回転駆動力をベアリングを介して被駆動軸に伝達できるので、駆動軸と被駆動軸とを連結するカップリング部材を別体で設ける必要がなくなり、部品点数の削減と小型化が可能となる。

本発明によれば、回転駆動源の駆動軸により回転駆動される被駆動軸を支持しながら、駆動軸と被駆動軸とを駆動力を伝達可能に連結できる駆動機構が提供される。このため、このような駆動機構を備える電動アクチュエータ等では、駆動軸と被駆動軸とを連結するカップリング部材を別体で配置する必要がなく、部品点数の削減、コスト低減及び小型化が可能となる。

以下、本発明に係る駆動機構について、該駆動機構を適用した電動アクチュエータとの関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の一実施の形態に係る駆動機構を備える電動アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御システムを示す。

このアクチュエータ制御システム１０は、原動機としての回転駆動源１４の駆動作用下にピストン２２及びピストンロッド２４が直線状に往復動作する電動アクチュエータ１１と、前記電動アクチュエータ１１に付設された回転駆動源１４を付勢及び滅勢するドライバ１１８と、前記ドライバ１１８に方向指令信号を導出するコントローラ１２０と、コネクタを介して前記ドライバ１１８に接続される電源１２４とから構成される。

電動アクチュエータ１１は、略扁平状のブロック体からなるハウジング１２と、前記ハウジング１２の一端部に連結された回転駆動源１４と、前記回転駆動源１４が連結された側と反対側に前記ハウジング１２から所定距離離間して配設されるロッドカバー（エンドブロック）１６と、後述する駆動機構３０を介して回転駆動源１４の回転駆動力が伝達されると共に、前記ピストン２２及びピストンロッド２４に当該回転駆動力を伝達する送りねじ軸１８とを有する。

なお、前記回転駆動源１４は、例えば、ブラシ付ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、ステッピングモータ、ＡＣサーボモータ等によって構成されるとよい。また、前記回転駆動源１４として、ソレノイド等のリニアモータを用いてもよい。

さらに、前記電動アクチュエータ１１は、前記送りねじ軸１８を間にして平行に配設され、一端部が第１ねじ部材１９ａ、１９ｂ（図３参照）を介して前記ハウジング１２に連結され且つ他端部が第２ねじ部材２１ａ、２１ｂ（図３参照）を介して前記ロッドカバー１６に連結された一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂと、前記送りねじ軸１８を介して伝達される駆動力の作用下に前記一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂに沿って変位するピストン２２と、前記ロッドカバー１６を貫通して前記ピストン２２と一体的に進退動作する中空円筒状のピストンロッド２４と、前記ピストンロッド２４の先端部に装着されて孔部を閉塞するソケット２６とを有する。

なお、前記ピストン２２及びピストンロッド２４は、変位部材として機能するものである。また、前記送りねじ軸１８の表面処理としては、無電解ニッケルメッキ処理を施すとよい。

また、図３に示されるように、ハウジング１２の内部において、回転駆動源１４の駆動軸１５に近接する送りねじ軸１８の端部側には、駆動機構３０が配設される。この駆動機構３０は、リング状のベアリング押さえ３２と前記駆動軸１５とによって保持されると共に、前記駆動軸１５と前記送りねじ軸１８とを連結するものであるが、詳細は後述する。

ピストン２２に臨むハウジング１２の端部には、送りねじ軸１８が貫通する貫通孔３４を有する第１エンドダンパ３６ａが保持される。前記第１エンドダンパ３６ａは、図６に示されるように所定の肉厚からなる円筒部３８と、前記円筒部３８の外径よりも半径外方向に僅かに拡径した環状のフランジ部４０とが一体的に構成されたものである。

この場合、第１エンドダンパ３６ａのフランジ部４０がハウジング１２の内壁に形成された環状凹部４２に係止されることにより、円筒部３８の一部（端部）がハウジング１２の端面から所定長だけピストン２２側に突出した状態に保持される（図３参照）。

ピストンロッド２４が貫通するロッドカバー１６の内壁には、第２エンドダンパ３６ｂと、ブッシュ４４とが設けられる。前記第２エンドダンパ３６ｂは第１エンドダンパ３６ａと略同一形状からなり、フランジ部４０がロッドカバー１６の内壁に形成された環状凹部４６に係止されることにより、円筒部３８の一部（端部）がロッドカバー１６の端面から所定長だけピストン２２側に突出した状態に保持される（図３参照）。

前記第１エンドダンパ３６ａ及び第２エンドダンパ３６ｂは、それぞれ、エネルギ吸収体であって、例えば、ウレタンゴム等の弾性体によって形成されるとよい。なお、図１３に示されるように、ピストンロッド２４との摺動部位にダストシール４７やスクレーパ４９を設けることによって、外部からの異物の進入を阻止するように構成してもよい。

前記ピストン２２は、図４に示されるように、その中心部に軸線方向に沿って貫通する縦断面略長円状に形成された貫通孔４８と、前記貫通孔４８の両側に軽量化を図るために形成された一組の肉抜き孔５０ａ、５０ｂとを有し、例えば、アルミニウム等の金属製材料によって一体成形される。前記ピストン２２の貫通孔４８には、送りねじ軸１８に螺合するねじ孔５０を有する略円筒状の摺動ナット５２が該送りねじ軸１８の軸線方向に沿って摺動可能に挿入される。

この場合、前記摺動ナット５２とピストン２２とは、該送りねじ軸１８の軸線方向に沿って相対的に摺動可能に設けられると共に、該摺動ナット５２の外周面に形成された一組の平面部５４ａ、５４ｂによってピストン２２に対する周方向への周り止めがなされている。また、前記一組の平面部５４ａ、５４ｂに代替して、摺動ナット５２の外周面に図示しないスプラインを形成し、あるいは図示しないキー溝を形成することにより、回り止め機能を営むようにしてもよい。

なお、図５に示されるように、摺動ナット５２の縦断面円弧状に形成された面とピストン２２の内壁面との間にクリアランスαが設けられるように貫通孔４８ａの形状を設定すると好適である。前記ピストン２２の上面に対して負荷が付与された場合、前記摺動ナット５２は、図５の矢印Ａ１又はＡ２方向に沿って前記クリアランスαだけ偏芯することが許容されるからである。

この結果、ピストン２２に付与された負荷が摺動ナット５２に伝達されることがなく前記摺動ナット５２に対して偏荷重が付与されることが阻止され、前記摺動ナット５２及び摺動ナット５２に連結された送りねじ軸１８等の他の要素の耐久性を向上させることができる。

前記摺動ナット５２の両端部には、図７に示される環状の一組のピストンダンパ５６ａ、５６ｂが環状凹部を介して装着され、前記一組のピストンダンパ５６ａ、５６ｂは摺動ナット５２の端面から軸線方向に沿って所定長だけ突出するように設けられる（図３参照）。

この場合、ピストンダンパ５６ａ、５６ｂは、その外周面に形成された一組の平面部５７ａ、５７ｂを有し、摺動ナット５２の縦断面外周形状（図４参照）と面一に形成される。

前記ピストン２２の軸線方向に沿った一端部には、送りねじ軸１８が挿通する貫通孔５８を有する連結体６０が設けられる。前記連結体６０は、ピストン２２の雌ねじに螺合する雄ねじからなる第１ねじ部を有する第１環状部６２と、中空のピストンロッド２４の雌ねじに螺合する雄ねじからなる第２ねじ部を有する第２環状部６４と、前記第１環状部６２と第２環状部６４との間に設けられた環状フランジ部６６とから構成される。前記第１環状部６２、第２環状部６４及び環状フランジ部６６はそれぞれ一体的に形成される。

なお、図１１に示されるように、摺動ナット５２によって片持ち支持される側と反対側（ロッドカバー１６側）の送りねじ軸１８の端部には、ピストンロッド２４の内壁面に接触して振動を防止するリング体６７が装着されるとよい。

このリング体６７は、例えば、樹脂製材料又はゴム製材料によって形成され、ピストンロッド２４の内壁面に沿って送りねじ軸１８の端部と一体的に摺動変位するものである。ピストン２２の変位量がロングストロークに設定されたときに送りねじ軸１８の端部が回転することによって発生する振動（振れ）を前記リング体６７により好適に阻止することができる。

前記ピストン２２の軸線方向に沿った他端部には、該ピストン２２の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部が外周面に形成された環状体６８が連結され、前記環状体６８はピストン２２の端面と面一となるように設けられる。

この場合、摺動ナット５２の端面から軸線方向に沿って所定長だけ突出する一方のピストンダンパ５６ａは連結体６０の第２環状部６４に接触するように設けられ、摺動ナット５２の端面から軸線方向に沿って所定長だけ突出する他方のピストンダンパ５６ｂは環状体６８に接触するように設けられる（図３参照）。

従って、ピストンロッド２４がワークＷに当接し該ピストンロッド２４に対して衝撃が付与されたときを除いて、ピストン２２の両端部に固定された連結体６０及び環状体６８によって摺動ナット５２がピストン２２の内部に保持（挟持）され、送りねじ軸１８との螺回作用下に、前記摺動ナット５２は軸線方向に沿ってピストン２２と一体的に変位するように設けられる。

なお、図１２に示されるように、前記連結体６０及び環状体６８の内周面には、それぞれ、環状溝を介して潤滑油保持部材６９ａ、６９ｂを装着するとよい。この潤滑油保持部材６９ａ、６９ｂは、例えば、潤滑油が含浸されたフェルトからなり、送りねじ軸１８のねじ部に接触することにより、前記送りねじ軸１８と摺動ナット５２との摺動部位に対して潤滑性を付与することができる。

前記一組のピストンダンパ５６ａ、５６ｂは、第１及び第２エンドダンパ３６ａ、３６ｂと同様に、エネルギ吸収体であって、例えば、ウレタンゴム等の弾性体によって形成されるとよい。

軸線と直交するピストン２２の両側面には断面略円弧状のガイド部７０（図４参照）が形成され、一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂの間にピストン２２が挟持される。前記ガイド部７０には、ガイドロッド２０ａ、２０ｂの外周面と線接触し且つガイドロッド２０ａ、２０ｂの軸線方向に沿って延在する樹脂製の一組のプレート７２ａ、７２ｂ接着される。それぞれ金属製材料によって形成されたピストン２２とガイドロッド２０ａ、２０ｂとの間に、樹脂製材料からなるプレート７２ａ、７２ｂを介在させることにより摺動抵抗を低減させるためである。

なお、前記プレート７２ａ、７２ｂや前記摺動ナット５２は、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）等のいずれかからなる樹脂製材料によって形成されるとよく、特に、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）によって形成されることにより良好な摺動特性を得ることができる。

ピストン２２に対してラジアル方向の負荷が付与された場合、あるいはピストン２２に回転方向の負荷が付与された場合のいずれであっても、前記一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂによって前記負荷が好適に吸収される。回転方向の負荷に対しては、一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂが回り止めとしての機能を営む。

ここで、本実施の形態における駆動機構３０について、主に図１４〜図２４を参照して詳細に説明する。この駆動機構３０は、前記従来の構成におけるベアリングとカップリング部材の双方の作用を奏する。

図１４及び図１５に示されるように、駆動機構３０は、円環状の外輪８０と、前記外輪８０の内側に同軸状に配置される略円環状の内輪８２と、前記外輪８０の内壁面に形成される溝部８０ａ、８０ｂと前記内輪８２の外壁面に形成される溝部８２ａ、８２ｂとの間に形成される空間（間隙）に配列される複数個、本実施の形態では６個の鋼球（転動体）８４ａ、８４ｂと、前記鋼球８４ａ、８４ｂをそれぞれ自転及び公転自在に保持するスペーサ８６ａ、８６ｂとから構成される。

このような構成により、外輪８０と内輪８２とは、鋼球８４ａ、８４ｂを介して回転自在に構成される。従って、駆動機構３０は、ベアリングとしての作用を備える。また、前記スペーサ８６ａ、８６ｂの外側には潤滑用のグリスを保持するためのシール８８ａ、８８ｂが設けられる。

ところで、一般的なベアリングでは、前記のような外輪８０及び内輪８２は、ＤＩＮ １７２３０にて規定される完全焼入れ鋼にて製作される。これに対して、本実施の形態では、外輪８０及び内輪８２を、ニッケル−クロム鋼（Ｎｉ−Ｃｒ鋼）、クロム−モリブデン鋼（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）又はステンレス鋼等で製作し、表面に軟窒化処理を施すものとする。

この結果、本実施形態における前記外輪８０及び前記内輪８２は、一般的なベアリングの摺動面に要求される表面硬度であるロックウェルＣ硬さ（ＨＲＣ）で５８以上を得ることができ、また、焼入れしない鋼材により製作できるため、加工コストを削減できる。さらに、駆動機構３０では、前記軟窒化処理により耐蝕性も向上するため、コストの低減と耐久性の向上が可能となる。

前記内輪８２の軸方向における一方の側である回転駆動源１４側の孔部における内壁面には、回転駆動源１４の駆動軸１５の先端部１７と係合する係合部８３ｂが形成される（図１６参照）。図１７Ｂに示されるように、前記先端部１７は、断面六角形状であり、前記係合部８３ｂは、この先端部１７が挿入及び嵌合可能な六角形状とされる（図１７Ａ参照）。これにより、駆動軸１５と内輪８２とを確実且つ回転不能に連結でき、駆動軸１５からの回転駆動力を、内輪８２に伝達することが可能となる。

なお、前記先端部１７及び前記係合部８３ｂの形状は、駆動軸１５からの回転駆動力が内輪８２に伝達可能、すなわち、先端部１７と係合部８３ｂとが滑ることなく回転不能に噛み合っていればよく、例えば、図１８、図１９Ａ及び図１９Ｂに示されるように、先端部１７及び係合部８３ｂを、セレーション形状として連結するようにしてもよい。

他方、前記内輪８２の軸方向における他方の側である送りねじ軸１８側の孔部における内壁面には係合部８３ａが形成されており、送りねじ軸１８の先端部１９が係合部８３ａに、圧入により挿入され、前記先端部１９と前記内輪８２とが連結される（図２０及び図２１参照）。このような圧入は、焼きばめや冷やしばめ等により行ってもよい。これにより、送りねじ軸１８と内輪８２とを確実且つ回転不能に連結でき、前記駆動軸１５から内輪８２に伝達された回転駆動力が、確実に送りねじ軸１８に伝達される。

なお、前記先端部１９及び前記係合部８３ａの形状は、内輪８２からの回転駆動力が送りねじ軸１８に伝達可能、すなわち、前記先端部１７及び係合部８３ｂの場合と同様に、先端部１９と係合部８３ａとが滑ることなく回転不能に噛み合っていればよく、例えば、図２２及び図２３に示されるように、先端部１９にローレット目を施して段付に形成し（図２２参照）、内輪８２の係合部８３ａ周辺の外壁面を加圧変形させて締結するようにしてもよい（図２３参照）。

本実施の形態における駆動機構３０は、以上のように構成されるので、送りねじ軸１８を回転自在且つ軸方向に支持するベアリングとしての作用を備え、さらに、前記駆動軸１５からの回転駆動力を被駆動軸としての前記送りねじ軸１８に伝達可能な状態で、前記駆動軸１５と前記送りねじ軸１８とを連結するカップリングとしての作用も備える（図３及び図２４参照）。すなわち、駆動機構３０においては、前記駆動軸１５と前記送りねじ軸１８との間に介装されるベアリングを備えると共に、このベアリングの内輪８２に前記駆動軸１５と前記送りねじ軸１８とが対向して挿入されて連結されている。

従って、前記従来の構成のようにベアリングと直列的にカップリング部材を別体で設ける必要がなく、さらに、駆動軸１５により駆動機構３０の一端部が固定されることによりボルトやナット等の締結部材を削減できるため、このような駆動機構３０により、電動アクチュエータ１１では、部品点数の削減、コスト低減及び小型化が可能となると共に、組立作業が簡略化されるので、製造コストを低減できる。

なお、図２４は、図１６に示される断面六角形状の先端部１７と、図２０に示される先端部１９とが、駆動機構３０により連結した一例を示す部分縦断面図であるが、これら先端部１７又は先端部１９の替わりに、図１８に示されるセレーション形状の先端部１７又は図２２に示されるローレット目を施して段付に形成した先端部１９を夫々適用してもよいことは勿論である。

図２５に示されるように、ドライバ１１８は、幅広な側面に複数のフィン１１９が突出形成されたケーシング１２１を有し、前記ケーシング１２１の上部には、ケーブルを介してコントローラ１２０と電気的に接続される複数の制御端子１２３が設けられ、前記ケーシング１２１の下部には、ケーブルを介して電源１２４と接続される図示しない電源端子と、回転駆動源１４と接続される図示しない回転駆動源用出力端子とがそれぞれ設けられる。

前記ドライバ１１８の幅狭な側面には、例えば、プラスのドライバ等で所定方向に回転角度を調節することにより、回転駆動源１４の回転トルク（推力）を外部からに任意に設定することが可能なトルク設定用トリマ１２５と、図示しないＬＥＤが発光することにより認識可能な複数の表示ランプ１２７ａ〜１２７ｄと、手動で操作することによりテスト運転等が可能となる複数のマニュアルスイッチとを備える。

前記マニュアルスイッチは、ＯＮ／ＯＦＦ動作によりＡ−ＰＨＡＳＥ方向（ピストンロッド２４が伸長する方向）とＢ−ＰＨＡＳＥ方向（ピストンロッド２４が短縮する方向）の２方向を指示するＰＨＡＳＥ方向切り換えスイッチ１２９と、ドライバ１１８を付勢・滅勢するＯＮ／ＯＦＦスイッチ１３１と、ＯＦＦのとき初期設定となりＯＮのときに前記トルク設定用トリマ１２５によって外部からの推力の選択が可能となるＳＥＴスイッチ１３３とを有する。

なお、前記ＰＨＡＳＥ方向切り換えスイッチ１２９では、図示しないギヤとの関係でＡ−ＰＨＡＳＥ方向とＢ−ＰＨＡＳＥ方向との間でピストンロッド２４の進退動作が逆転する場合もある。

また、コントローラ１２０からドライバ１１８に導入される制御信号は、ＯＮ／ＯＦＦの二値信号によって構成される。

さらに、電源１２４からドライバ１１８への印可電圧を、例えば、図示しない抵抗又はトランス等によって任意に変更し、あるいは、回転駆動源１４を図示しないブリッジ回路に組み込んで前記ブリッジ回路の不平衡電圧をフィードバックする電子ガバナ（図示せず）を設けることにより、回転駆動源１４の回転速度の制御を行うことができる。

さらにまた、前記マニュアルスイッチ等が設けられた幅狭な側面と反対側の側面には、取付用孔部１３５が形成されたフランジ１３７が形成される。

前記ドライバ１１８の概略ブロック構成図を図２６に示す。

このドライバ１１８は、コントローラ１２０から導出された方向指令信号によって電圧の極性を切り換えることにより、正逆方向のいずれか一方に回転駆動源１４の回転方向を切り換える方向切換手段１３４と、前記方向切換手段１３４から出力された電圧を対応する電流に変換すると共に、予め設定された基準電流Ｉ_MAX（閾値）に電流を制限する電流アンプ／リミッタ１３６とを含む。

さらに、ドライバ１１８は、前記電流アンプ／リミッタ１３６の下流側に設けられ回転駆動源１４に供給される電流を検出する電流センサ（電流検出手段）１３８と、前記電流センサ１３８からの検出信号を前記電流アンプ／リミッタ１３６の上流側にフィードバックする電流ループ１４０とを有する。

前記電流アンプ／リミッタ１３６には、予め設定され且つ記憶手段内に記憶された基準電流Ｉ_MAXと前記電流センサ１３８から検出線１４５を通じて検出される電流値の検出信号とを比較する比較手段と、例えば、回転駆動源１４に対して高負荷が付与され前記回転駆動源１４に供給される電流が基準電流Ｉ_MAXを超えようとするとき、該回転駆動源１４に供給される電流を基準電流Ｉ_MAXを超えないようにリミットする電流リミット手段（電流制限手段）とが設けられる。

なお、ドライバ１１８は、図示しない回路基板を有し、例えば、電流センサ１３８は、前記回路基板に配置された小抵抗によって構成されるとよい。

本実施の形態に係るアクチュエータ制御システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作乃至作用効果について説明する。

先ず、コントローラ１２０からの方向指令信号（二値信号）がドライバ１１８に導入される。前記ドライバ１１８では、前記方向指令信号に基づき電圧の極性を切り換えることにより、正逆方向のいずれか一方に回転駆動源１４の回転方向を切り換える。前記方向切換手段１３４から回転駆動源１４に供給される電流に対応する電圧が電流アンプ／リミッタ１３６に入力される。

前記電流アンプ／リミッタ１３６では、前記方向切換手段１３４から出力された電圧を対応する電流に変換して回転駆動源１４に供給することにより、前記回転駆動源１４が所定方向に回転駆動し、前記回転駆動源１４の回転駆動力が駆動軸１５から、駆動機構３０を介して送りねじ軸１８に伝達される。

所定方向に回動する送りねじ軸１８が送りナットとして機能する摺動ナット５２のねじ孔５０に螺合することにより、前記摺動ナット５２及びピストン２２が一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂの案内作用下にピストンロッド２４と一体的に軸線方向に沿って変位する。従って、ピストン２２と一体的にピストンロッド２４が外部に向かって変位し、ストロークエンドに到達することにより、図示しないワークを所定位置に押し付ける押し付け動作（ワーク保持動作）がなされる。

図８に示されるように、ピストン２２が一方又は他方のストロークエンドまで到達することがなくその中間位置でワークＷの押し当て作業を行った場合、ワークＷに当接するソケット２６、ピストンロッド２４及び連結体６０を介してピストン２２に衝撃が伝達される。

この場合、本実施の形態では、連結体６０に接触するピストンダンパ５６ａの端部が図９に示されるように弾性変形することによって衝撃が受容されると共に、ピストン２２の内部に設けられた摺動ナット５２がピストン２２に対して、送りねじ軸１８の軸線方向に沿って僅かに摺動変位することにより（図９中の二点鎖線参照）、前記衝撃が好適に吸収される。

換言すると、ピストンロッド２４に付与される衝撃によって相互に連結されたピストン２２及び連結体６０が送りねじ軸１８の軸線方向に沿って変位可能に設けられ、前記ピストン２２及び連結体６０の僅かな変位を摺動ナット５２の端部に装着された弾性を有するピストンダンパ５６ａによって吸収することにより、前記衝撃が好適に緩和される。

この場合、摺動ナット５２は送りねじ軸１８に螺合しているため、該送りねじ軸１８との関係では変位することがないと共に、摺動ナット５２と送りねじ軸１８との螺合部位に対して衝撃が伝達されることが阻止されることにより、前記摺動ナット５２及び送りねじ軸１８の螺合部位を好適に保護することができる。

従って、本実施の形態では、両ストロークエンドの中間位置においてピストンロッド２４によってワークＷの押し当てを行った場合であっても、前記ピストンロッド２４に付与される衝撃が弾性を有するピストンダンパ５６ａと、ピストン２２及び摺動ナット５２との間の相対的な摺動変位を通じて円滑に吸収されるため、電動アクチュエータ１１の耐久性が劣化することを阻止することができる。

さらに、ピストンロッド２４の前進端におけるストロークエンドで衝撃が発生した場合、前記ピストンダンパ５６ａの緩衝作用と共に、連結体６０の環状フランジ部６６が第２エンドダンパ３６ｂに当接して緩衝作用が相乗効果的になされるため、より一層好適に衝撃が吸収される（図１０参照）。

同様に、ピストンロッド２４の後進端におけるストロークエンドで衝撃が発生した場合、前記ピストンダンパ５６ｂの緩衝作用と共に、ピストン２２及び環状体６８の端面が第１エンドダンパ３６ａに当接して緩衝作用が相乗効果的になされるため、より一層好適に衝撃が吸収される（図３参照）。

このように本実施の形態では、ピストン２２に設けられた一組のピストンダンパ５６ａ、５６ｂと、ハウジング１２及びロッドカバー１６に設けられた第１及び第２エンドダンパ３６ａ、３６ｂとを含む緩衝機構を設けることにより、両ストロークエンド間の中間位置並びに両ストロークエンドの任意の位置においてピストン２２に付与される衝撃を好適に緩衝することができる。

また、本実施の形態では、圧縮空気がない、若しくは使用できない環境であっても、エアシリンダと同様に使用可能なモータ駆動によるアクチュエータとして使用することができる。

この場合、エアシリンダと同様であるとは、ＯＮ／ＯＦＦ制御による駆動であること、コントローラが不要であること、ピストン２２の押し当て動作が可能であること、センサなしでも駆動可能であること、速度制御、推力制御が可能であること等をいう。

さらに、本実施の形態では、駆動機構３０により、送りねじ軸１８を回転自在且つ軸方向に支持すると共に、前記駆動軸１５からの回転駆動力を前記送りねじ軸１８に伝達可能に、前記駆動軸１５と前記送りねじ軸１８とを連結するため、部品点数の削減、コスト低減及び小型化が可能となると共に、組立作業が簡略化されるので、製造コストを低減できる。

さらにまた、本実施の形態では、剛性ボデイをなくして平行な一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂによって所定の剛性を確保することにより、部品点数を削減して製造コストを低減すると共に、軽量化を図ることができる。

また、駆動機器において衝突部位に衝撃エネルギ吸収体（ダンパ）を配置することは一般的に行われているが、本実施の形態では、衝突時の衝撃値を５Ｇ以下、好ましくは２Ｇ以下になるようにダンパの性質、寸法及び変位量を設定することにより、ダンパの耐久性を向上させると共に、電動アクチュエータの耐久性をも向上させることができる。また、衝撃値の抑制によって各部の強度を軽減することができ、装置の小型・軽量化を達成することができる。

ハウジング１２及びロッドカバー１６の製造方法としては、例えば、アルミニウムダイカストによる一体成形、プレス板金深絞り、あるいは、複数枚の鋼板を積層して一体的に形成した積層鋼板等を用いるとよい。

送りねじ軸１８としては、樹脂製滑りねじ軸、金属製滑りねじ軸、ボールねじ軸、あるいはプーリに懸架されるタイミングベルト等を用いるとよい。

ところで、前記ピストン２２及びピストンロッド２４がストロークエンドまで到達した後、前記ピストンロッド２４によってワークＷが所定位置に押し付けられ回転駆動源１４に対して高負荷が付与された場合、前記回転駆動源１４の駆動軸１５の回転が停止して拘束された状態となる。その際、回転駆動源１４の駆動軸１５から出力されるトルクは、前記回転駆動源１４に印加される電流と比例するため、前記拘束された状態となったとき、予め規定されている電流値以上の電流（過電流）が回転駆動源１４に印加されて、過電流が発生することによって回転駆動源１４が焼損するおそれがある。

そこで、本実施の形態では、回転駆動源１４に供給される電流を検出する電流センサ１３８からの検出信号を電流ループ１４０を介して電流アンプ／リミッタ１３６の上流側にフィードバックする。前記電流アンプ／リミッタ１３６では、比較手段を介して予め設定され且つ記憶手段内に記憶された基準電流Ｉ_MAXと前記電流センサ１３８からの検出信号とを比較すると共に、電流リミット手段を介して回転駆動源１４に供給される電流が基準電流Ｉ_MAXを超えないようにリミットされる（図２７参照）。

回転駆動源１４を制御する際の電流値として、例えば、回転駆動源１４の駆動軸１５が停止した拘束時では０．６Ａ以下、無負荷駆動時では０．２Ａ以下に制限することにより、前記回転駆動源１４の長寿命化を図ることができる。

このように、本実施の形態のドライバ１１８では、回転駆動源１４に供給される電流値を電流センサ１３８を介して監視し、電流アンプ／リミッタ１３６により、前記回転駆動源１４に対する印加電流を基準電流Ｉ_MAX以下に制限している。

この結果、回転駆動源１４に高負荷が付与されてオン状態にある回転駆動源１４の駆動軸１５が停止して拘束状態となった場合であっても、前記回転駆動源１４に供給される電流が予め設定された基準電流Ｉ_MAX以下に制限されるため、過電流の発生による回転駆動源１４の焼損を防止することができる。なお、回転駆動源１４に供給される印加電流を制限することにより、トルクを制限することができることは勿論である。

また、本実施の形態では、ピストン２２及びピストンロッド２４の位置及び動作速度を制御するためのエンコーダ、レゾルバ等の検出器及び制御回路が不要となり、簡素な回路によって回転駆動源１４に焼損が発生することを防止することにより、製造コストを低減することができる。

この場合、本実施の形態に係るドライバ１１８は、ピストンロッド２４による押し付け動作と回転駆動源１４の回転方向だけを制御する駆動機器（電動アクチュエータ）に適用されると好適である。

なお、本実施の形態のドライバ１１８では、電動アクチュエータ１１のピストンロッド２４によるワークの押し付け動作に基づいて説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、電動アクチュエータ１１のピストンロッド２４によるワーク搬送動作、加締め動作、押圧動作、支持動作、又は、図示しない電動チャックによるワーク把持動作、若しくは、図示しない電動クランプによるクランプ動作等に適用することができることは勿論である。

すなわち、このようなワーク搬送動作、ワーク把持動作、クランプ動作等によって回転駆動源１４に高負荷が付与され、前記回転駆動源１４の駆動軸１５の回転が停止して拘束状態となったとき、前記回転駆動源１４に供給される電流が基準電流Ｉ_MAX以下となるように制限される。

また、本実施の形態のドライバ１１８では、電磁弁と同様のオン／オフ制御によって電動アクチュエータ１１を操作することにより、例えば、押し付け動作や搬送動作等に最適な方向制御機器として使用することができる。

さらに、本実施の形態のドライバ１１８では、回転駆動源１４の外部に付設されるエンコーダ等の検出器が不要となるため、小型軽量化を達成することができる。

なお、図２８に示されるように、小径な取付用孔部９０を有し縦断面Ｌ字状に屈曲する第１取付金具９２を、複数のねじ部材９４を介してロッドカバー１６の側面に対して装着すると共に、小径な取付用孔部９６を有しハウジング１２の平坦な底面部に対して前記ハウジング１２の軸線と直交し且つ相互に反対方向に延在する一対の第２取付金具９８（但し、一方は図示せず）を装着するとよい。前記第１取付金具９２及び第２取付金具９８を用いることにより、電動アクチュエータ１１の取付性が向上すると共に、設置環境に対する汎用性を増大させることができる。

また、図２９に示されるように、図２８の電動アクチュエータ１１に対して、ハウジング１２とロッドカバー１６との間に装着されて上面が開口するカバー部材１００を装着するようにしてもよい。前記カバー部材１００を装着することにより、該カバー部材１００が装着されていない場合と比較して塵埃等が電動アクチュエータ１１の内部に対して進入することを抑制することができる。

さらに、図３０に示されるように、前記上面を含む全ての面が閉塞された他のカバー部材１０２をハウジング１２とロッドカバー１６との間に装着することにより、電動アクチュエータ内部への塵埃等の進入を好適に阻止することができる。

この場合、図３１に示されるように、前記カバー部材１０２には、断面円弧状からなるセンサ装着用の長溝１０４が形成され、前記長溝１０４に沿った任意の位置にピストン２２の位置を検出するセンサ１０６が装着されるとよい。このセンサ１０６は、少なくとも、磁気センサ、近接センサ、フォトマイクロセンサ等を含み、そのいずれかであるとよい。

次に、他の構成に係る電動アクチュエータ１８０を図３２〜図３４に示す。なお、図２に示される電動アクチュエータ１１と同一の構成要素には同一の参照符号を付しその詳細な説明を省略する。また、一組のピストンダンパ５６ａ、５６ｂ及び第１及び第２エンドダンパ３６ａ、３６ｂの機能は、前記実施の形態と同一であるため、その詳細な説明を省略する。

この他の構成に係る電動アクチュエータ１８０は、一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂがなく、円筒状のハウジング１８２と段付き円筒状のロッドカバー１８４とを連結する長尺な円筒状のチューブ１８６を備え、前記チューブ１８６の中空部１８８内にピストン１９０が収装されている点で前記実施の形態と異なる。

前記ピストン１９０の外周面には、樹脂製材料によって形成され軸線方向に沿って延在する一組のガイドプレート１９２ａ、１９２ｂと、縦断面円弧状の半割り形状からなる一組のマグネット１９４ａ、１９４ｂとがそれぞれ固着される。

この場合、前記一組のガイドプレート１９２ａ、１９２ｂのみがチューブ１８６の内壁に形成された平坦なガイド面１９６ａ、１９６ｂに沿って摺動するように設けられているため、ピストン１９０に対するガイド作用及びチューブ１８６の周方向に対する周り止め作用がなされる。前記ガイドプレート１９２ａ、１９２ｂを除いた他の部位においてはピストン１９０の外壁とチューブ１８６の内壁との間に所定のクリアランス１９８が設けられる（図３４参照）。

なお、ピストン１９０の内部に同一形状からなる摺動ナット５２が摺動可能に装着される点は前記実施の形態と同一である。また、前記摺動ナット５２は、ピストン１９０の一端部に連結された連結体２００と、ピストン１９０の他端部に装着されたＣクリップ２０２とによって保持される（図３３参照）。

前記チューブ１８６の外周面の所定部位には、例えば、磁気センサ、近接センサ、フォトマイクロセンサ等のいずれか１つからなるセンサ１０６が締付金具１０８及びバンド部材１１０を介して装着され、前記マグネット１９４ａ、１９４ｂの磁界をチューブ１８６に装着されたセンサ１０６によって検知することにより、ピストン２２の位置検出がなされる（図３５参照）。

また、図３６に示されるように、縦断面略Ｌ字状に屈曲する第１取付金具１１２をロッドカバー１８４のねじ部に装着し、ロックナット１１４を緊締することにより前記第１取付金具１１２を保持するようにすると共に、ハウジング１８２と回転駆動源１４との環状段差部分に装着された第２取付金具１１６をロックナット１１７によって保持するようにするとよい。なお、前記第１取付金具１１２及び第２取付金具１１６には、それぞれ、円形状の取付用孔部１４１が形成されている。

さらに、図３７に示されるように、ロックナット１１４を介して矩形のプレート状からなる取付金具１４２をロッドカバー１８４に装着し、あるいは、図３８に示されるように、一対の円柱状のピボット１４３ａ、１４３ｂを有する環状体１４４をロッドカバー１８４側に装着し、前記ピボット１４３ａ、１４３ｂを図示しないブッシュによって支持することにより電動アクチュエータ１８０が揺動自在に支持される、いわゆるトラニオン形シリンダのように構成してもよい。

以上の実施の形態では、図２に示されるように、ピストンロッド２４が伸縮動作するロッドタイプのみが開示されているが、これに限定されるものではなく、前記ピストン２２に図示しないスライドテーブルを連結して使用するスライドテーブルタイプにも適用することができることは勿論である。

この場合、ピストンロッド２４をピストン２２から取り外し、ピストンロッド２４が貫通する孔部が閉塞された図示しない他のロッドカバーを用いることによりロッドタイプからスライドテーブルタイプに容易に変更することができる。

次に、図３９に、方向制御用ドライバマニホールドの斜視図を示す。このように、複数の電動アクチュエータ１１（電動シリンダ）に接続される複数の方向制御用のドライバ１１８を複数連設してマニホールド化することが可能である。この場合、複数の方向制御用のドライバ１１８はコネクタで電気信号又はシリアル信号でバス結合されている。また、ＡＣ１００〜２００Ｖ等又はＤＣ２４Ｖを発生させる装置を付設して供給するとよい。さらに、複数の方向制御用のドライバ１１８は、長尺なレール部材３５０によって着脱自在に連設される。さらに、前記ドライバ１１８及び電源発生装置に、それぞれ、ファンを設けるとよい。

なお、本発明は前記実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

例えば、前記各実施の形態では、本発明に係る駆動機構を適用した電動アクチュエータについて説明したが、これに限らず、本発明に係る駆動機構は、回転駆動される駆動軸と、この駆動軸により駆動される被駆動軸とを有する装置ならば適用可能であり、例えば、電動ドリルや電動ドライバ等の電動工具等にも適用することができる。

本発明の実施の形態に係る駆動機構を備える電動アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御システムの斜視図である。 前記システムを構築する電動アクチュエータの斜視図である。 図２に示す電動アクチュエータの軸線方向に沿った部分縦断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った拡大縦断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った他の例を示す要部拡大縦断面図である。 エンドダンパの斜視図である。 ピストンダンパの斜視図である。 中間位置においてピストンロッドがワークに当接した状態を示す部分縦断面図である。 図８の状態において、ピストンダンパによって衝撃が吸収される状態を示す部分拡大縦断面図である。 ピストンロッドの前進端においてピストンダンパとエンドダンパとの両者によって衝撃が吸収される状態を示す部分縦断面図である。 送りねじ軸の端部に振動を吸収するリング体が装着された状態を示す一部切欠斜視図である。 連結体及び環状体の内周面に潤滑油保持部材が装着された状態を示す部分拡大縦断面図である。 ピストンロッドとの摺動部位にダストシール及びスクレーパが設けられた状態を示す部分拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る駆動機構を示す一部切欠斜視図である。 前記駆動機構の構成部品を分解して示す斜視図である。 前記駆動機構と回転駆動源とが連結する一例を示す部分縦断面図である。 図１７Ａは、図１６のＸＶＩＩＡ−ＸＶＩＩＡに沿った一部省略拡大縦断面図であり、図１７Ｂは、図１６のＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢに沿った拡大縦断面図である。 前記駆動機構と回転駆動源とが連結する他の例を示す部分縦断面図である。 図１９Ａは、図１８のＸＩＸＡ−ＸＩＸＡに沿った一部省略拡大縦断面図であり、図１９Ｂは、図１８のＸＩＸＢ−ＸＩＸＢに沿った拡大縦断面図である。 前記駆動機構と送りねじ軸とが連結する一例を示す部分縦断面図である。 前記駆動機構と前記送りねじ軸とが連結した一例を示す部分縦断面図である。 前記駆動機構と送りねじ軸とが連結する他の例を示す部分縦断面図である。 前記駆動機構と送りねじ軸とが連結した他の例を示す部分縦断面図である。 前記駆動機構により、回転駆動源と送りねじ軸とが連結した一例を示す部分縦断面図である。 ドライバの斜視図である。 図２５に示すドライバの概略ブロック構成図である。 前記電動アクチュエータのスライダの変位量と回転駆動源に供給される電流との関係を示す特性図である。 図２に示す電動アクチュエータに対して、複数の取付金具を装着した斜視図である。 図２８に示す電動アクチュエータに対して、上面が開口するカバー部材を装着した斜視図である。 図２８に示す電動アクチュエータに対して、開口部がないカバー部材を装着した斜視図である。 図３０に示すカバー部材の長溝にセンサが装着された斜視図である。 他の構成に係る電動アクチュエータの斜視図である。 図３２のＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩ線に沿った部分縦断面図である。 図３３のＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩ線に沿った拡大縦断面図である。 前記センサが締付金具及びバンド部材を介して装着された状態を示す斜視図である。 図３２に示す電動アクチュエータに対し、複数の取付金具を装着した斜視図である。 図３２に示す電動アクチュエータのロッドカバー部分に対して、取付金具を装着した斜視図である。 図３２に示す電動アクチュエータのロッドカバー部分に対して、一対のピボットが設けられた環状体を装着した斜視図である。 複数の方向制御ドライバがマニホールド化された状態を示す斜視図である。

符号の説明

１０…アクチュエータ制御システム １１、１８０…電動アクチュエータ
１２、１８２…ハウジング １４…回転駆動源
１５…駆動軸 １６、１８４…ロッドカバー
１７、１９…先端部 １８…送りねじ軸
２０ａ、２０ｂ…ガイドロッド ２２、１９０…ピストン
２４…ピストンロッド ２６…ソケット
３０…駆動機構 ３６ａ、３６ｂ…エンドダンパ
３８…円筒部 ４０…フランジ部
５２…摺動ナット ５６ａ、５６ｂ…ピストンダンパ
６０、２００…連結体 ６２、６４…環状部
６６…環状フランジ部 ６８…環状体
７０…ガイド部 ７２ａ、７２ｂ…プレート
８０…外輪 ８２…内輪
８３ａ、８３ｂ…係合部 ８４ａ、８４ｂ…鋼球
８６ａ、８６ｂ…スペーサ ８８ａ、８８ｂ…シール
１１８…ドライバ １２０…コントローラ
１２４…電源

Claims (3)

1. 回転駆動源の駆動軸からの回転駆動力により回転駆動される被駆動軸を、回転自在且つ軸方向に支持する駆動機構であって、
   前記駆動機構は、前記駆動軸と被駆動軸とを連結可能に構成されると共に、前記駆動軸と被駆動軸との間に介装されるベアリングを備え、
   前記ベアリングの内輪に前記駆動軸と被駆動軸とが対向して挿入されていることを特徴とする駆動機構。
2. 請求項１記載の駆動機構において、
   前記ベアリングは、外輪と、該外輪と同軸に配設される内輪と、前記外輪と内輪との間に介装される転動体とを有し、
   前記駆動軸と被駆動軸とは、前記内輪の軸方向に対向し且つ回転不能に挿入されていることを特徴とする駆動機構。
3. 原動機と、
   前記原動機の駆動軸にベアリングを介して連結される被駆動軸と、
   前記被駆動軸に連結される変位部材とを備え、
   前記ベアリングは、外輪と内輪と該外輪と内輪との間に介装される転動体とを有し、
   前記内輪はその内部に前記駆動軸と被駆動軸とを対向し且つ回転不能に挿入する孔部を有することを特徴とする電動アクチュエータ。

Images