JP2007228688A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ナット回転型のアクチュエータにおいてボールネジの撓みを防止して長ストローク化を図ることが可能なアクチュエータを提供すること。
【解決手段】 両端を支持部材によって支持されたネジと、上記ネジに対して回転しながら移動可能に螺合・配置されたナット、上記ナットを回転駆動する駆動モータと、上記駆動モータによってナットを回転させることによりナットと共に移動するスライダと、を具備してなるアクチュエータにおいて、上記ネジの上記ナットを挟んで両側位置において中間サポート機構によって支持するようにしたもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アクチュエータに係り、特に、ナット回転型のものにおいて、ネジを支持する中間サポート機構を設けることによりネジの撓みを防止し、それによって、ネジの振動等の発生を防止して、長ストローク化を図ることができるように工夫したものに関する。

アクチュエータとしてはボールネジ回転型が一般的である。この種のアクチュエータは概略次のような構成になっている。まず、サーボモータ等の駆動モータがあり、この駆動モータの回転軸にはカップリングを介してボールネジが連結されている。又、上記ボールネジにはボールナットがその回転を規制された状態で移動可能に螺合されている。上記ボールナットにはスライダが取り付けられている。

上記構成によると、駆動モータが何れかの方向に回転することによりボールネジが同方向に回転する。ボールネジの回転によってそこに螺合しているボールナットは左右何れかの方向に移動することになり、それによって、スライダも移動することになる。

この種のアクチュエータの構成を示すものとして、例えば、特許文献１がある。

特開平８−９８４５５号公報

この種のボールネジ回転型のアクチュエータの場合には、文字通りボールネジが回転するものであり、その際、ボールネジが長尺になった場合にはその回転数をある程度制限しなければならないという問題があった。そこで、ボールネジを回転させずにボールナットを回転させるボールナット回転型のアクチュエータが提案されている。

ボールナット回転型のアクチュエータは、例えば、図６に示すような構成になっている。図６はボールナット回転型のアクチュエータの構成を示す断面図であり、まず、一対の支持部材１０１、１０１があり、これら一対の支持部材１０１、１０１の間にはボールネジ１０３が支持・設置されている。上記ボールネジ１０３には、ボールナット１０７が回転可能であって左右方向に移動可能な状態で取り付けられている。又、上記ボールナット１０７中空モータ１０５によって回転駆動される構成になっている。又、上記中空モータ１０５にはスライダ１０９が取り付けられている。上記ナット１０７は上記スライダ１０９によって覆われた状態になっている。

上記スライダ１０９は直動ガイド機構１１１によって左右方向に移動可能にガイドされている。上記直動ガイド機構１１１は、左右一対のガイドレール１１３、１１３と、上記スライダ１０９の底面に取り付けられ上記各ガイドレール１１３、１１３に移動可能に係合する２個ずつのガイド部材１１５、１１５とから構成されている。

上記構成によると、中空モータ１０５が何れかの方向に回転するとボールナット１０７が同方向に回転し、それによって、中空モータ１０５とナット１０７とスライダ１０９が一体的に左右何れかの方向に移動する。その際、ボールネジ１０９は回転しないものである。

上記従来の構成によると次のような問題があった。ボールナット回転型のアクチュエータの場合には、ボールネジ１０３が回転しない構成になっているので、仮に、ボールネジ１０３が長尺になっても危険回転速度の影響を受けることはなく、よって、より長いストロークに対しても容易に対応することができるという利点がある。
しかしながら、ボールネジ１０３は回転しない状態にあっても自重によって撓んだ状態にはあり、且つ、取付間距離、縦弾性係数、断面二次モーメント、断面積、材料密度によって決定される固有振動数を有している。そのような状態で、ボールナット１０７を回転させる中空モータ１０５及びボールナット１０７の回転による振動等が図示しない軸受を介してボールネジ１０３に伝達され、それによって、ボールネジ１０３の振動、共振が発生してしまうおそれがあった。そのため、この種のボールナット回転型のアクチュエータの場合にも長ストローク化には限界があった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、ナット回転型のアクチュエータにおいてネジの撓みを防止して長ストローク化を図ることが可能なアクチュエータを提供することにある。

上記目的を達成するべく本願発明の請求項1によるアクチュエータは、両端を支持部材によって支持されたネジと、上記ネジに対して回転しながら移動可能に螺合・配置されたナット、上記ナットを回転駆動する駆動モータと、上記駆動モータによってナットを回転させることによりナットと共に移動するスライダと、を具備してなるアクチュエータにおいて、上記ネジの上記ナットを挟んで両側位置において中間サポート機構によって支持するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２によるアクチュエータは、請求項１記載のアクチュエータにおいて、上記中間サポート機構は、上記ナットの両側に夫々配置された一対の中間サポートを備えていて、上記ナットの移動に伴ってナットの半分の速度で同方向に移動するように構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項３によるアクチュエータは、請求項２記載のアクチュエータにおいて、上記中間サポートは、サポートブラケットと、このサポートブラケットの内周側の配置されたサポートブッシュとから構成されていて、上記サポートブッシュとネジとの間には所定の隙間が設けられていることを特徴とするものである。
又、請求項４によるアクチュエータは、請求項３記載のアクチュエータにおいて、上記サポートブラケットとサポートブッシュとの間には軸受部材が設けられていることを特徴とするものである。
又、請求項５によるアクチュエータは、請求項３記載のアクチュエータにおいて、上記サポートブッシュの上方内周面にはマグネットが内装されていることを特徴とするものである。

以上述べたように本願発明によるアクチュエータによると、両端を支持部材によって支持されたネジと、上記ネジに対して回転しながら移動可能に螺合・配置されたナット、上記ナットを回転駆動する駆動モータと、上記駆動モータによってナットを回転させることによりナットと共に移動するスライダと、を具備してなるアクチュエータにおいて、上記ネジの上記ナットを挟んで両側位置において中間サポート機構によって支持するように構成されているので、まず、ネジの撓みを効果的に防止することができる。これは、中間サポート機構を設けることにより、支持部材だけではなくその間で中間サポートによっても支持するように構成しているからである。又、ネジの撓みが効果的に防止されることにより、ネジの振動、共振の発生を防止することができる。そして、アクチュエータの長ストローク化を図ることができる。
又、中間サポート機構を設けることにより支持部材の剛性が軽減されることになり、それによっても、長ストローク化を図ることができる。
又、中間サポート機構の構成も比較的簡単であり、装置の大型化、構成の複雑化を誘発することなく所望の支持構造を得ることができる。
又、上記中間サポート機構を上記ナットの両側に夫々配置された中間サポートから構成し、上記ナットの移動に伴ってナットの半分の速度で同方向に移動させるように構成した場合は、比較的簡単な構成で所望の支持構造を得ることができる。
又、上記中間サポートを、サポートブラケットと、このサポートブラケットの内周側の配置されたサポートブッシュとから構成して、上記サポートブッシュとネジとの間に所定の隙間を設けた場合には、円滑な動作を実現することができる。
又、上記サポートブラケットとサポートブッシュとの間に軸受部材を設けた場合には、サポートブッシュが適宜回転することにより動作時の抵抗を軽減させることができる。
又、上記サポートブッシュの上方内周面にマグネットを内装した場合には、ネジを吸着により引き上げることができ、ネジの撓みをさらに効果的に防止することができる。

以下、図１乃至図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１はボールナット回転型のアクチュエータの構成を示す断面図であり、まず、一対の支持部材１、１があり、これら一対の支持部材１、１の間にはボールネジ３が支持・設置されている。上記ボールネジ３には、中空モータ５とボールナット７が回転可能であって左右方向に移動可能な状態で取り付けられている。又、上記中空モータ５にはスライダ９が取り付けられている。上記ボールナット７は上記スライダ９によって覆われた状態になっている。

上記スライダ９は直動ガイド機構１１によって左右方向に移動可能にガイドされている。上記直動ガイド機構１１は、左右一対のガイドレール１３、１３と、上記スライダ９の底面に取り付けられ上記各ガイドレール１３、１３に移動可能に係合する２個ずつのガイド部材１５、１５とから構成されている。

上記中空モータ５が何れかの方向に回転するとボールナット７が同方向に回転し、それによって、中空モータ５とボールナット７とスライダ９が一体的に左右何れかの方向に移動する。その際、ボールネジ９は回転しないものである。

又、上記ボールネジ３は中間サポート機構２１によって支持される構成になっている。上記中間サポート機構２１は次のような構成になっている。まず、上記中空モータ５及びボールナット７及びスライダ９からなる構造体の左右両側には中間サポート２３、２３が夫々設置されている。上記中間サポート２３、２３は夫々サポートブラケット２５とサポートブッシュ２７とから構成されている。上記左右の中間サポート２３、２３の夫々のサポートブラケット２５、２５にはガイド部材２９、２９が取り付けられていて、これらガイド部材２９、２９は既に説明したガイドレール１３に対して移動可能な状態で係合している。

又、上記一方の中間サポート２３（図１中左側）は、支持部材１とスライダ９との間の丁度中間に位置するように配置されている。すなわち、支持部材１とスライダ９との距離を（Ｌ_１）とすると、中間サポート２３は（Ｌ_１／２）の位置に設置されている。同様に、他方の中間サポート２３（図１中右側）も支持部材１と中空モータ５との間の丁度中間に位置するように配置されている。すなわち、支持部材１とスライダ９との距離を（Ｌ_２）とすると、中間サポート２３は（Ｌ_２／２）の位置に設置されている。

又、上記左右の中間サポート２３、２３の夫々のサポートブラケット２５、２５にはプーリ３１、３１が回転可能な状態で取り付けられていて、これらプーリ３１、３１にはワイヤ３３が巻回されている。又、このワイヤ３３の両端は既に説明したスライダ９と中空モータ５に夫々固着されている。又、上記左右の中間サポート２３、２３の夫々のサポートブラケット２５、２５は連結棒体３５を介して連結されている。そして、上記中間サポート機構２１は「半速の原理」に基づいて動作することになり、つまり、中空モータ５及びボールナット７及びスライダ９からなる構造体の移動速度に対して各中間サポート２３、２３の移動速度は半分となるものである。

上記中間サポート機構２１を設けることにより、ボールネジ３を支持部材１、１によって支持するだけではなく、それら支持部材１、１の間でも支持することが可能となり、それによって、ボールネジ３の撓みを効果的に防止することができるものである。

上記中間サポート機構２３の構成についてさらに詳しく説明する。上記サポートブッシュ２３のサポートブッシュ２７は、図３に示すように、その内径がボールネジ３の外径に対して僅かに大きく設定されている。又、上記サポートブッシュ２７は所定範囲内で上記サポートブラケット２５に対して軸方向に移動可能な構成になっている。上記所定範囲とは、例えば、数ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。このような構成にしたのは、ボールネジ３の両移動端において無理な力が作用することを防止するためである。すなわち、両移動端ではスライダ９又は中空モータ５と中間サポート２３と支持部材１が当接することを目標にして位置調整を行なうが、それが多少ずれることがある。そのようなずれを上記サポートブッシュ２７の軸方向への移動により吸収せんとするものである。仮に、そのような吸収機能がないとワイヤ３３に過大な負荷が作用してしまうことになる。

以上の構成を基にその作用を説明する。中空モータ５が何れかの方向に回転するとボールナット７が回転し、それによって、中空モータ５とボールナット７とスライダ１０９が一体的に左右何れかの方向に移動する。その際、ボールネジ９は回転しないものである。
又、そのような一連の動作時においてボールネジ３は支持部材１、１によってその両端を支持されるとともに、中間サポート機構２１によっても支持されている。その結果、ボールネジ３の撓みは効果的に防止されることになる。
尚、図１は中空モータ５とボールナット７とスライダ１０９が略中間位置に位置している状態を示しており、これに対して、図２は中空モータ５とボールナット７とスライダ１０９が図中左側に移動した状態を示している。その際、図中左側の支持部材１とスライダ９との距離を（Ｌ´_１）とすると、中間サポート２３は（Ｌ´_１／２）の位置に位置している。同様に、図中右側の支持部材１とスライダ９との距離を（Ｌ´_２）とすると、中間サポート２３は（Ｌ´_２／２）の位置に位置している。

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、ボールネジ３の撓みを効果的に防止することができる。これは、中間サポート機構２１を設けることにより、支持部材１、１だけではなくその間で中間サポート機構２１によっても支持するように構成しているからである。又、ボールネジ３の撓みが効果的に防止されることにより、ボールネジ３の振動、共振の発生を防止することができる。そして、アクチュエータの長ストローク化を図ることができる。
又、中間サポート機構２１を設けることにより支持部材１、１の剛性が軽減されることになり、それによっても、長ストローク化を図ることができる。
又、中間サポート機構２１の構成も比較的簡単であり、装置の大型化、構成の複雑化を誘発することなく所望の支持構造を得ることができる。
因みに、本実施の形態のように、中間サポート機構２１を設けた場合、ボールネジ３の取付スパンは中間サポート機構２１がない場合の１／２の長さになり、よって、ボールネジ３の自重による撓み量は１／１６になる（長さの４乗に比例する）。これは、ボールネジ３の支持が固定の場合（回転なし）であっても支持の場合（回転あり）であっても同じであり、夫々次の式（Ｉ）、（ＩＩ）によって表される。
固定の場合（回転なし）
δ＝ｑ・ｌ^４／３８４・Ｅ・Ｉ―――（Ｉ）
支持の場合（回転あり）
δ＝ｑ・ｌ_４／３８４・Ｅ・Ｉ―――（ＩＩ）
但し、
δ：撓み量
ｑ：単位長さ当たりの重量
ｌ：取付スパン
Ｅ：弾性係数
Ｉ：断面二次モーメント

次に、図４を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この場合には、前記第１の実施の形態における中間サポート２３のサポートブッシュ２７とサポートブラケット２５との間に軸受部材４１、４１を設置したものである。このように構成することにより、ホールねじ３とサポートブッシュ２７が接触してもサポートブッシュ２７が回転することにより抵抗を吸収することができる。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
したがって、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができるとともに、動作時の抵抗を軽減させることができる。

次に、図５を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。この場合には、前記第１の実施の形態における中間サポート２３のサポートブッシュ２７の上部内周にマグネット５１を内装したものである。このマグネット５１によってボールネジ３を上方に引き上げるものであり、ボールネジ３の撓みをさらに効果的に防止するものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
したがって、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができるとともに、ボールネジ３の撓み防止効果をさらに高めることができる。

尚、本発明は前記第１〜第３の実施の形態に限定されるものではない。
まず、中間サポート機構の構成はあくまで一例であり図示したものに限定されない。
又、前記各実施の形態の場合には、中空モータを使用した場合を例に挙げて説明したが、中実モータであっても同様に適用可能である。中実モータを使用する場合には、ボールネジを避けたスライダ上に中実モータを取り付け、ベルト等を介してナットを回転させるものである。
その他、図示したものはあくまで一例である。

本発明は、ナット回転型のアクチュエータに係り、特に、ボールネジの支持する中間サポートを設けることによりボールネジの撓みを防止することができるように工夫したものに関し、例えば、一軸アクチュエータの構成に好適である。

本発明の一実施の形態を示す図で、アクチュエータの構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、アクチュエータの構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、中間サポートの構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、中間サポートの構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、中間サポートの構成を示す断面図である。 従来例を示す図で、アクチュエータの構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 支持部材
３ ボールネジ
５ 中空モータ
７ ボールナット
９ スライダ
１１ 直動ガイド機構
１３ ガイドレール
１５ ガイド部材
２１ 中間サポート機構
２３ 中間サポート
２５ サポートブラケット
２７ サポートブッシュ
２９ ガイド部材
３１ プーリ
３３ ワイヤ
３５ 連結棒体
４１ 軸受部材
４３ 軸受部材
５１ マグネット

Claims (5)

1. 両端を支持部材によって支持されたネジと、上記ネジに対して回転しながら移動可能に螺合・配置されたナット、上記ナットを回転駆動する駆動モータと、上記駆動モータによってナットを回転させることにより該ナットと共に移動するスライダと、を具備してなるアクチュエータにおいて、
   上記ネジの上記ナットを挟んで両側位置において中間サポート機構によって支持するようにしたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
   上記中間サポート機構は、上記ナットの両側に夫々配置された一対の中間サポートを備えていて、上記ナットの移動に伴ってナットの半分の速度で同方向に移動するように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
3. 請求項２記載のアクチュエータにおいて、
   上記中間サポートは、サポートブラケットと、このサポートブラケットの内周側の配置されたサポートブッシュとから構成されていて、上記サポートブッシュとネジとの間には所定の隙間が設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
4. 請求項３記載のアクチュエータにおいて、
   上記サポートブラケットとサポートブッシュとの間には軸受部材が設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
5. 請求項３記載のアクチュエータにおいて、
   上記サポートブッシュの上方内周面にはマグネットが内装されていることを特徴とするアクチュエータ。

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