JP2007174877A - Precision linear actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小形モータを用いた精密リニアアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a precision linear actuator using a small motor.
モータの回転運動を直線運動に変換するリニアアクチュエータは、リフター等の昇降装置、介護用ベッドなどの福祉機器、CTスキャナーなどの医療機器をはじめとして多種多様な機械装置に採用されており、その機構としても種々のものが提案されている。 Linear actuators that convert motor rotational motion into linear motion are used in a wide variety of mechanical devices, including lifting devices such as lifters, welfare equipment such as nursing beds, and medical equipment such as CT scanners. Various types have been proposed.
特許文献1(特開2000−152557号公報)では、ハウジングと、このハウジングの内側に支持された回転軸と、このハウジングに固定された電動モータと、このモータ駆動軸のトルクを増大して前記回転軸に伝達する減速機と、前記回転軸の一部に設けられた多条の雄ねじ部と、この雄ねじ部と直接螺合する雌ねじ部を有する合成樹脂製のナット部材と、基端部をこのナット部材に結合固定された出力軸部材と、この回転軸に加わるスラスト荷重を受ける間座と、この回転軸の周囲に配置された間筒と、この間筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間に設けられた一方向クラッチと、スラストプレートと、軸受とを備えた電動式リニアアクチュエータが開示されている。 In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-152557), the torque of the housing, the rotating shaft supported inside the housing, the electric motor fixed to the housing, and the motor driving shaft is increased to increase the torque. A speed reducer that transmits to the rotating shaft, a multi-threaded male threaded portion provided on a part of the rotating shaft, a synthetic resin nut member having a female threaded portion that is directly screwed with the male threaded portion, and a base end portion An output shaft member coupled and fixed to the nut member, a spacer for receiving a thrust load applied to the rotating shaft, an intermediate tube disposed around the rotating shaft, an outer peripheral surface of the intermediate tube, and an inner periphery of the housing An electric linear actuator including a one-way clutch, a thrust plate, and a bearing provided between surfaces is disclosed.
特許文献2(特開2001−54255号公報)には、減速機付き極小径小型モータと、この小型モータの減速機の外周部で嵌合固定された外ハウジングと、モータ出力軸と同一方向に配置されたレール部材と、雌ネジ部を内径側に有するスライダ部材と、雄ネジ部を外周に有するスクリュー部材とからなる駆動機構を有するリニア駆動マイクロアクチュエータが開示されている。 In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-54255), a very small diameter small motor with a speed reducer, an outer housing fitted and fixed at the outer periphery of the speed reducer of the small motor, and the same direction as the motor output shaft are disclosed. A linear drive microactuator having a drive mechanism including a rail member arranged, a slider member having a female screw portion on the inner diameter side, and a screw member having a male screw portion on the outer periphery is disclosed.
また、特許文献3(特開2003−184988号公報)には、モータ部と、アクチュエータロッドを伸縮させる伸縮機構部と、モータ部の回転速度を減速させた上で伸縮機構部に伝達する駆動力伝達機構部と、クラッチ機構部と、手動操作機構部とを備えたリニアアクチュエータが提案されており、駆動力伝達機構部には太陽ギヤと遊星ギヤを使用することが開示されている。 Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-184988) discloses a motor unit, an expansion / contraction mechanism unit that expands and contracts an actuator rod, and a driving force that is transmitted to the expansion / contraction mechanism unit after the rotational speed of the motor unit is reduced. A linear actuator provided with a transmission mechanism, a clutch mechanism, and a manual operation mechanism has been proposed, and the use of a sun gear and a planetary gear is disclosed for the driving force transmission mechanism.
上述のような従来技術において、例えば特許文献1では、介護用の電動ベッドに使用することを目的としているので小型化や機構の簡素化はそれ程要求されない。出力軸の位置検出用として複数のリミットスイッチを使用しており、また出力軸が不用意に変位するのを防止するために一方向クラッチを採用しているので、機構が複雑となり小型化が困難なばかりか製造コストも高価となってしまう。また、減速機構として採用しているウォーム機構も形状が大きくなってしまうという欠点があり、小形精密アクチュエータには適していない。 In the prior art as described above, for example, in
また、特許文献2のリニア駆動マイクロアクチュエータは内視鏡などの医療器具に組み込まれることを想定しているため小形である。しかしながら、このアクチュエータでは、実際の作動部となるスライダ部材を支持するために1個以上のレール部材を配し、アクチュエータ末端部においてこのレール部材並びに、前記スライダ部材を駆動するためのスクリュー部材を支持している。従って、直線的に動作させる対象は前記スライダ部材の側面に配置しなければならない。また、位置検出機構が備えられていないため、別途センサー等により位置検出を行わない限り原点位置の検出が行えない。 Further, the linear drive microactuator of Patent Document 2 is small because it is assumed to be incorporated in a medical instrument such as an endoscope. However, in this actuator, one or more rail members are arranged to support the slider member that is an actual operating portion, and the rail member and the screw member for driving the slider member are supported at the end of the actuator. is doing. Therefore, the object to be operated linearly must be arranged on the side surface of the slider member. Further, since the position detection mechanism is not provided, the origin position cannot be detected unless position detection is performed separately by a sensor or the like.
さらに、特許文献3のリニアアクチュエータにおいては、電動式の介護ベッドに使用することを目的としているため、出力軸方向に手動操作機構部が設けてあり、そのためにモータ部は出力軸上に配置できない構造となっている。また、モータ駆動と手動操作とを切り替えるためのクラッチ機構部を備えているため、構造が複雑で製造コストも高価となる。以上述べたように、本文献のリニアアクチュエータも小形で安価な精密アクチュエータとして使用することは難しい。 Furthermore, since the linear actuator of
本発明が意図する用途である自動車などの電気的制御用のリニアアクチュエータとしては、小形・高信頼性はもちろんのこと、特に微少の変位を制御する精密アクチュエータが要求されている。 As a linear actuator for electrical control of an automobile or the like, which is an intended purpose of the present invention, not only a small size and high reliability but also a precision actuator for controlling a very small displacement is required.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、構成部材を出力軸に沿って直線的に配置し、また原点位置を機械的に検出できるようにした小形で安価な精密アクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a small and inexpensive precision actuator in which constituent members are linearly arranged along an output shaft and the origin position can be mechanically detected. For the purpose.
上記課題を解決するため本発明による精密リニアアクチュエータは、少なくとも内面が円筒形に形成されたハウジングと、該ハウジング内に固定されたモータと、該モータの駆動軸に連結された減速機構部と、基端部が該減速機構部の出力軸の回転に追従するよう該出力軸に嵌合されて回転方向に係止されていて末端部側外周部には雄ネジが形成されている円筒形状の駆動部と、基端部側が内面空洞を有する有底円筒状であって該空洞内表面に雌ネジが形成されており末端底部表面に作動突起部が設けられていてさらに前記空洞部の前記雌ネジにより前記駆動部の雄ネジと螺合し外表面は前記ハウジング内表面と摺動自在に接しているリニア作動部とからなるリニアアクチュエータであって、前記駆動部は前記減速機構部との連結部に対して前記リニア作動部との螺合部が小径に形成されていて両者の境界に段差部を有し、該段差部に前記リニア作動部側に向って突出する駆動部突起が設けられ、前記リニア作動部の基端部には前記駆動部側に向って突出する作動部突起が設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a precision linear actuator according to the present invention comprises a housing having at least an inner surface formed in a cylindrical shape, a motor fixed in the housing, a speed reduction mechanism connected to a drive shaft of the motor, A cylindrical shape in which a base end portion is fitted to the output shaft so as to follow the rotation of the output shaft of the speed reduction mechanism portion and locked in the rotation direction, and a male screw is formed on the outer peripheral portion on the distal end side. The drive part and a bottomed cylindrical shape having an inner surface cavity on the base end side, an internal thread is formed on the inner surface of the cavity, an operating projection is provided on the surface of the terminal bottom part, and the female part of the cavity part is further provided. A linear actuator comprising a screw that is screwed with a male screw of the drive unit by a screw and an outer surface that is in slidable contact with the inner surface of the housing, the drive unit being connected to the speed reduction mechanism unit Against the department The screwed portion with the linear operating portion is formed in a small diameter, and has a step portion at the boundary between the two, and the stepped portion is provided with a drive projection that protrudes toward the linear operating portion side, and the linear operation The base end portion of the portion is provided with an operating portion protrusion protruding toward the driving portion side.
前記ハウジングは内部に段部を有していて前記駆動部及び前記リニア作動部を収納する部分が小径に形成されており、前記駆動部の前記減速機構部側基端部には支承フランジ部が形成されて前記段部により係止されていることが望ましい。 The housing has a stepped portion therein, and a portion for accommodating the driving portion and the linear operating portion is formed with a small diameter, and a supporting flange portion is provided at a base end portion on the speed reduction mechanism portion side of the driving portion. It is desirable to be formed and locked by the stepped portion.
また、前記リニア作動部の外周には少なくとも1個のガイドピンを突出させ、前記ハウジング内面に設けたガイド溝に嵌合されている構成を採用することもできる。 In addition, it is possible to adopt a configuration in which at least one guide pin protrudes from the outer periphery of the linear operating portion and is fitted in a guide groove provided on the inner surface of the housing.
前記減速機構部出力軸の先端は十字状突起が形成され、前記駆動部の前記支承フランジ内側に設けた十字状凹部に嵌合されていることが好適である。 It is preferable that a tip of the speed reduction mechanism unit output shaft has a cruciform protrusion and is fitted in a cruciform recess provided inside the support flange of the drive unit.
前記モータ、前記減速機構部、前記駆動部及び前記リニア作動部はアクチュエータの中心軸に沿って直線的に配置されていることが望ましい。 It is desirable that the motor, the speed reduction mechanism unit, the drive unit, and the linear operation unit are linearly arranged along the central axis of the actuator.
前記ハウジングの外形が円筒状であることが好適である。 The outer shape of the housing is preferably cylindrical.
前記減速機構部としては、太陽歯車と複数の遊星歯車とからなる遊星歯車機構を採用することができる。 As the speed reduction mechanism, a planetary gear mechanism including a sun gear and a plurality of planetary gears can be employed.
前記モータとしては、ステッピングモータ或いはDCモータが望ましい。 As the motor, a stepping motor or a DC motor is desirable.
請求項1に記載した構成を採用することにより、駆動部は出力軸方向に移動せず、リニア作動部のみがハウジング内表面に案内されて出力軸方向に確実に移動でき、またリニア作動部がモータや減速機構部側に後退してきた際に、リニア作動部の基端部に設けた作動部突起が駆動部の段差部に設けた駆動部突起の回転経路内に進入して駆動部突起に当接することによって駆動部の回転を停止させることができるので、リニア作動部の原点位置を機械的に検出することができる。単純な機構により原点検出ができるので、センサー等を使用する必要がなく、製造コストが低く抑えられ、また製造も容易となる。 By adopting the configuration described in
請求項2に記載した構成を採用することにより、ハウジング内段部が軸受として駆動部の支承フランジ部を支承するので、駆動部の出力軸方向の移動を抑止することができる。 By adopting the configuration described in claim 2, since the inner step portion of the housing supports the support flange portion of the drive portion as a bearing, movement of the drive portion in the output shaft direction can be suppressed.
請求項3に記載したガイドピンをリニア作動部の外周に設け、ハウジング内面に設けたガイド溝に収納することにより、リニア作動部は回転を制限され安定して出力軸方向に案内される。 By providing the guide pin described in
請求項4に記載した減速機構部出力軸先端の十字状突起と、駆動部の支承フランジ内側に設けた十字状凹部とを嵌合させることにより、減速機構部と駆動部とを接続部材を用いずに結合することができ、また出力軸の回転出力を確実に駆動部に伝達することができる。 A connecting member is used for connecting the speed reduction mechanism portion and the drive portion by fitting the cross-like projection at the tip of the output shaft of the speed reduction mechanism portion according to claim 4 and a cross-shaped recess provided inside the support flange of the drive portion. And the rotational output of the output shaft can be reliably transmitted to the drive unit.
請求項5に記載したように、モータ、減速機構部、駆動部及びリニア作動部をアクチュエータの中心軸に沿って直線的に配置することによりコンパクトサイズのアクチュエータが可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, a compact actuator can be achieved by linearly arranging the motor, the speed reduction mechanism, the drive unit, and the linear operation unit along the central axis of the actuator.
請求項6に記載したように、ハウジングの外形を円筒状とすることによりアクチュエータを取り付ける場所におけるスペースの効率が向上できる。 As described in
減速機構部としては従来知られている種々の形式が利用できるが、太陽歯車と複数の遊星歯車とからなる遊星歯車機構を採用することにより空間効率を向上できる。 Various types known in the art can be used as the speed reduction mechanism, but space efficiency can be improved by employing a planetary gear mechanism composed of a sun gear and a plurality of planetary gears.
アクチュエータ駆動源としてのモータは、市販の種々のタイプが利用できるが、ステッピングモータ或いはDCモータを使用することにより本発明のアクチュエータに適した精密制御が可能となる。 Various types of commercially available motors can be used as the actuator drive source, but by using a stepping motor or a DC motor, precise control suitable for the actuator of the present invention is possible.
以下、図面に基いて本発明の好適な実施例について説明する。図1は本発明による精密アクチュエータの一実施例の断面図である。少なくとも内面が円筒形に形成されたハウジング3内にモータ1が固定されており、モータの出力軸11は減速機構部2に連結されている。この減速機構部2の出力軸25にはこの軸に垂直方向に十字状突起27が形成されていて、駆動部4の十字状凹部43に嵌合接続されている。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a precision actuator according to the present invention. A
その詳細は図2に示す。図2は、図1のA−A’線における断面図である。減速機構部の出力軸先端に設けた十字状突起27が駆動部基端部の十字状凹部に嵌合し、モータからの回転を駆動部に伝達する。 The details are shown in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 1. A
駆動部4は円柱形状であり、基端部において支承フランジ41を外周部に備え、ハウジング3の内段部33において支承されて出力軸方向の応力が抑止される。また、この駆動部4は減速機構部2との連結部に対して末端部側が小径に形成されていて、この小径部表面には雄ネジ45が形成されている。さらにこの連結部と小径部との境界は段差部42が設けられていて、その一部に前期小径部に沿って出力軸方向に駆動部突起44が形成されている。 The drive unit 4 has a cylindrical shape, and is provided with a support flange 41 at the outer peripheral portion at the base end portion. The drive unit 4 is supported by the
リニア作動部5は基端部側が内面空洞51を有する有底円筒状であって、この空洞内表面に雌ネジ53が形成されており、この雌ネジ部53において前記駆動部4の雄ネジ45と螺合している。また、リニア作動部5外周面はハウジング3の内表面に接しており出力軸方向に摺動自在とされている。さらに、リニア作動部外周面には少なくとも1個のガイドピン54を設けてあり、ハウジング3内面に形成されたガイド溝32に嵌合されている。これにより、リニア作動部5が駆動部4の回転に伴って回転するのを抑止している。このガイドピン54部分の断面図を図3に示す。リニア作動部末端底部表面には作動杵55が設けられていて、この作動杵55が被作動対象に働きかけることになる。 The linear actuating
また、リニア作動部5の基端部である内面空洞の周縁部には作動部突起52が形成されており、前記駆動部4の駆動部突起44と回転方向において当接することにより、駆動部の回転を制限するストッパーとして機能するので、原点位置を機械的に検出することが可能となる。 In addition, an operating
上記実施例に用いる減速機構部の一例を図4及び図5に示した。図4は減速機構部の断面図であり、モータの出力軸11が太陽歯車21の軸に結合されている。この太陽歯車21の周縁部には一定の距離をもって固定内歯22が形成されており、この太陽歯車21及び固定内歯22により3個の遊星歯車23と係合規制している。さらに、遊星歯車23は一方で出力軸歯車24とも噛合しており、これによりモータからの回転を減速、トルク増大した上で出力軸25に伝達する。 An example of the speed reduction mechanism used in the above embodiment is shown in FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view of the speed reduction mechanism, in which the
本発明によるアクチュエータの外形形状としては、内部構成品がすべて丸型であるために、丸型とすることが好ましく、丸型とすることにより取り付けも容易で製造も安価となる。 The outer shape of the actuator according to the present invention is preferably a round shape because all the internal components are round, and the round shape makes it easy to mount and inexpensive to manufacture.
次に、上記実施例の動作を説明する。ステッピングモータ或いはDCモータ1が回転することによりモータ出力軸を通して結合されている減速機構部2に回転が伝達される。減速機構部2においては、先に述べたように遊星歯車23によりモータ回転を減速、トルク増大した上で回転を出力軸25に出力する。この回転は十字状突起27と十字状凹部43との結合を通して駆動部4に伝えられる。駆動部4は、一方では減速機構部2の十字状突起27により、また他方ではハウジング3の段部33による駆動部支承フランジ41の支承によって駆動部4の出力軸方向の移動を規制されているため、減速機構出力軸の気亜点を受けて、その場で回転を行う。さらに、駆動部4は小径部雄ネジ45においてリニア作動部5の内面空洞51の雌ネジ53と噛合されている。リニア作動部はまた、その外周部をハウジング内面により摺動自在に支持されており、また、外周部に設けられたガイドピン54がハウジング内面のガイド溝32に嵌合して案内されるために回転が規制され、駆動部の回転に伴って回転することなく出力軸方向の運動を行う。 Next, the operation of the above embodiment will be described. As the stepping motor or the
このようなリニアアクチュエータの場合、作動精度を確保するために作動の原点位置を固定する必要があるが、本実施例の場合は非常に単純な機械的メカニズムによりその位置決めが可能となる。すなわち、駆動部4の減速機構部2との連結部とリニア作動部5との螺合部の境界に段差部を有し、この段差部にリニア作動部5側に向って突出する駆動部突起44が設けられており、またリニア作動部5の基端部には駆動部4側に向って突出する作動部突起52が設けられている。駆動部突起44は駆動部4の回転に伴って回転するが、作動部突起52は、作動部自身が回転しないため単に出力軸に沿って直線的に移動するのみである。従って、駆動部4の回転によりリニア作動部5が駆動部4に近づく方向に移動してきた場合、ある時点において作動部突起52が駆動部突起44の周回軌道内に侵入し、回転してきた駆動部突起44と当接することによって駆動部4の回転を制止する。すなわち、この時点がアクチュエータの原点位置とすることができる。 In the case of such a linear actuator, it is necessary to fix the operation origin position in order to ensure the operation accuracy, but in the case of this embodiment, the positioning can be performed by a very simple mechanical mechanism. That is, the drive part protrusion which has a level | step-difference part in the boundary of the screwing part of the connection part with the deceleration mechanism part 2 of the drive part 4, and the linear action |
自動車の制御用、精密機器の組立、ICや表示体の製造装置等の場合、小形のアクチュエータは必要となりまた非常に精密な動作が要求される。その精度は、0.2ミクロン程度になることがある。このような小形精密アクチュエータとしては、ステッピングモータ或いはDCモータを用いた本発明によるアクチュエータが最適である。 In the case of automobile control, precision equipment assembly, IC and display manufacturing equipment, etc., a small actuator is required and a very precise operation is required. The accuracy may be on the order of 0.2 microns. As such a small precision actuator, an actuator according to the present invention using a stepping motor or a DC motor is optimal.
1 モータ
2 減速機構部
3 ハウジング
4 駆動部
5 リニア作動部
6 リード線
11 モータ出力軸
21 太陽歯車
22 固定内歯
23 遊星歯車
24 出力軸歯車
25 出力軸
26 ケーシング
27 十字状突起
31 外段部
32 ガイド溝
33 内段部
41 支承フランジ
42 段差部
43 十字状凹部
44 駆動部突起
45 雄ネジ部
51 内面空洞部
52 作動部突起
53 雌ネジ部
54 ガイドピン
55 作動杵DESCRIPTION OF
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005381109A JP2007174877A (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Precision linear actuator |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2005381109A JP2007174877A (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Precision linear actuator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007174877A true JP2007174877A (en) | 2007-07-05 |
Family
ID=38300710
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010263670A (en) * | 2009-04-30 | 2010-11-18 | Mitsuba Corp | Linear actuator |
JP2016075449A (en) * | 2014-10-09 | 2016-05-12 | 株式会社デンソー | Driving device |
WO2016132833A1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-25 | Ntn株式会社 | Electrically driven actuator and v-belt type stepless transmission using same |
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2005
- 2005-12-19 JP JP2005381109A patent/JP2007174877A/en active Pending
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