JP2009133420A

JP2009133420A - ロッド付アクチュエータ

Info

Publication number: JP2009133420A
Application number: JP2007310466A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Fukamachi; 哲也深町; Kimiya Sato; 公哉佐藤
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: JP4938631B2

Abstract

【課題】荷重の向きに対して最も耐性が高い方向にボールスプライン軸受の方向を変更可能にして、剛性の高いロッド付きアクチュエータを提供すること。
【解決手段】上端面にてガイドロッド２８を包囲する位置に設けられた取付部に取り付けられ、ガイドロッド２８の軸方向に沿ってガイドロッド２８を直線移動させることが可能な軸受２９を空気圧シリンダ１１に備えた。そして、軸受２９は、ガイドロッド２８の外周面を覆う円筒形状の収容部を有し、当該収容部に、ガイドロッド２８の軸方向に沿って形成されたスプライン溝４４と対向して接するボールであって転動可能に固定されるボールを備えた。そして、収容部は、当該ボールを回転させることによりガイドロッド２８の軸方向に沿って移動するようにした。また、取付部を、ガイドロッド２８の中心軸を中心として収容部の取付方向を変更可能に構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータ本体の端面から出没するロッドを備えるロッド付アクチュエータに関する。

流体圧シリンダとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。流体圧シリンダは、シリンダケースのシリンダ孔内にピストンが収容され、前記ピストンにピストンロッドが固定されて構成されている。また、前記ピストンロッドは、シリンダケースの一端面からシリンダケース外へ突出しており、出没可能に構成されている。また、シリンダ孔内に、ボールを備え、シリンダ孔は、当該ボールを介してピストンロッドの外周面と接するようになっている。これにより、ピストンロッドをスムーズに移動させている。
特開平２００３−３１４５０４

しかしながら、ボールの球面がピストンロッドの外周面に接するため、シリンダ孔は、ピストンロッドと点で接することとなる。このため、ピストンロッドの摩耗が早かった。従って、流体圧シリンダにあまり大きな荷重を加えることはできないという問題があった。

この発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、ロッドの剛性を高くし、ロッドの回り止めを確実にすることができるロッド付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ために、請求項１に記載の発明は、アクチュエータ本体の端面から出没するロッドを備えるロッド付アクチュエータにおいて、前記端面にて前記ロッドを包囲する位置に設けられた取付部に取り付けられ、前記ロッドの軸方向に沿って前記ロッドを直線移動させることが可能なボールスプライン軸受を備え、前記ボールスプライン軸受は、前記ロッドの外周面を覆う円筒形状の収容部を有し、前記収容部は、前記ロッドの軸方向に沿って形成されたスプライン溝と対向して接するボールであって転動可能に固定されるボールを有し、当該ボールを回転させることにより前記ロッドの軸方向に沿って移動するように構成されており、前記取付部は、前記ボール及び前記スプライン溝の位置を、前記ロッドを中心として自在に変更可能となるように、前記収容部の取付位置を自在に変更可能に構成されていることを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記アクチュエータ本体はシリンダケースであるとともに、前記ロッドは前記シリンダケースに収容されたピストンに作用する流体圧に基づいて移動するピストンロッドと、前記ピストンロッドの出没をガイドするガイドロッドであり、前記ボールスプライン軸受は、ガイドロッドをアクチュエータ本体に摺動可能に収容することを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記ガイドロッドは、２本設けられていることを要旨とする。

本発明によれば、荷重の向きに対して最も耐性が高い方向にボールスプライン軸受の方向を変更可能にして、剛性の高いロッド付きアクチュエータを提供することができる。

以下、本発明のロッド付アクチュエータを空気圧シリンダに具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。なお、以下の説明において、空気圧シリンダ１１の「前」「後」「左」「右」「上」「下」は、図１に示す矢印Ｙ１の方向を前後方向、矢印Ｙ２の方向を左右方向、矢印Ｙ３の方向を上下方向とする。

図１に示すように、ロッド付アクチュエータとしての空気圧シリンダ１１は、アクチュエータ本体としてのシリンダケース１２を備えている。このシリンダケース１２は、アルミ等の金属押出材よりなるシリンダチューブであり、平面視が矩形状をなす直方体状をなしている。

図２に示すように、シリンダケース１２の端面である上端面１２ａにおける長辺方向（図２では左右方向）中央部には、シリンダケース１２の上下方向に沿って延びる断面円形状のシリンダ孔１３が形成されている。このシリンダ孔１３の一方（上方）の開口はロッドカバー１４によって封止され、シリンダ孔１３の他方（下方）の開口はヘッドカバー１５によって封止されている。ロッドカバー１４及びヘッドカバー１５はそれぞれＣリング１６，１７によってシリンダケース１２から抜け止めされている。したがって、シリンダケース１２内にてシリンダ孔１３は、前記ロッドカバー１４及びヘッドカバー１５によって気密に保持されたシリンダ室となっている。

前記シリンダ室には、ピストン１９がシリンダケース１２の上下方向に沿って摺動可能に収容されている。ピストン１９の周面にはピストンパッキン２０が装着されている。したがって、前記シリンダ室は、ピストン１９によってロッドカバー１４側のロッド側シリンダ室２１とヘッドカバー１５側のヘッド側シリンダ室２２とに区画されている。また、ピストン１９の周面であって前記ピストンパッキン２０より上側には磁石Ｍが装着されている。このため、磁石Ｍは前記ピストン１９とともにシリンダケース１２の上下方向へ移動する構成とされている。なお、図示しないが、ピストン１９の位置検出用の位置検出スイッチが装着されるようになっており、この位置検出スイッチが、ピストン１９とともに移動する磁石Ｍを検出することにより、シリンダケース１２内でのピストン１９の位置を検出するようになっている。

ピストン１９の上端面には、ロッドとしての円柱状のピストンロッド２３が一体的に設けられている。このピストンロッド２３の一方側（上側）は、シリンダケース１２の一端面である上端面１２ａからシリンダケース１２外へ突出している。前記ピストンロッド２３のシリンダケース１２からの突出端（上端）には、設備機器（図示せず）に固定されるエンドプレート２５がボルト２６によってねじ止めされている。このエンドプレート２５は矩形板状に形成されている。前記ピストンロッド２３は、エンドプレート２５の中心部に固定されている。

シリンダケース１２において、上端面１２ａの前記長辺方向に沿った前記シリンダ室（シリンダ孔１３）の両側には、それぞれシリンダケース１２の上下方向に沿って延びるガイドロッド挿通孔２７が形成されている。各ガイドロッド挿通孔２７には、それぞれガイドロッド２８がシリンダケース１２の上下方向、すなわちピストン１９の摺動方向に沿って摺動可能に収容されている。なお、ガイドロッド挿通孔２７の周面には、ガイドロッド２８の摺動抵抗を低減するためのボールスプライン軸受２９（以下、単に軸受２９と示す）が設けられている。すなわち、ガイドロッド２８は、軸受２９を介してガイドロッド挿通孔２７に収容されている。

両ガイドロッド２８の一方側（上側）は、ピストンロッド２３と同様にシリンダケース１２の前記上端面１２ａからシリンダケース１２外へ突出している。そして、シリンダケース１２には、３本のロッド（１本のピストンロッド２３と２本のガイドロッド２８）が並設されている。両ガイドロッド２８の突出端（上端）は、前記エンドプレート２５の両側にボルト２６によってねじ止めされている。

そして、ピストンロッド２３がシリンダケース１２の上端面１２ａから出没すると、それに伴って両ガイドロッド２８も上端面１２ａから出没し、両ガイドロッド２８がピストンロッド２３の出没をガイドする。そして、一対のガイドロッド２８がエンドプレート２５の両端部に固定されることによってピストンロッド２３の回り止めが図られている。

また、シリンダケース１２の上端面１２ａに対して直交する面であり、空気圧シリンダ１１のメンテナンスを行う場合に作業者に対向する面となる前面１２ｂ及び後面１２ｃには、第１給排ポート３２及び第２給排ポート３３が形成されている。第１給排ポート３２は、ヘッド側シリンダ室２２に連通している（図２参照）。第２給排ポート３３は、ロッド側シリンダ室２１に連通している（図２参照）。

したがって、図２に示すように、第１給排ポート３２からヘッド側シリンダ室２２に流体としての空気を供給するとともに、第２給排ポート３３からロッド側シリンダ室２１の空気を排出する。すると、流体圧としての空気圧によってピストン１９がロッド側シリンダ室２１側へ摺動してピストンロッド２３がシリンダケース１２から突出される（図１参照）。一方、第１給排ポート３２からヘッド側シリンダ室２２の流体としての空気を排出するとともに第２給排ポート３３からロッド側シリンダ室２１に空気を供給する。すると、流体圧としての空気圧によってピストン１９がヘッド側シリンダ室２２へ摺動してピストンロッド２３がシリンダケース１２に没入される（図２参照）。すなわち、空気圧シリンダ１１は、空気の給排によってシリンダケース１２の上端面１２ａから出没するピストンロッド２３を備えている。

そして、本実施形態のガイドロッド２８を固定する軸受２９は、図３に示すように、ガイドロッド２８を収容する円筒筒状の収容部４０を有している。また、軸受２９は、当該収容部４０の上端の外縁部から、外側に突出して鍔状に形成されたフランジ部４１を有している。

前記収容部４０の外径は、ガイドロッド挿通孔２７内に挿入可能なようにガイドロッド挿通孔２７の径と略同一に形成されている。また、収容部４０の内径は、ガイドロッド２８を収容できるように、ガイドロッド２８の外径と略同一となっている。

この収容部４０の側壁内部には、図３に示すように、複数のボール４２が軸方向（上下方向）に沿って配列されている。このボール４２は、隙間なく２列に配列されており、その端部において、ボール４２の配列が繋がっている。言い換えれば、ボール４２は、軸方向に沿って細長い環状に配列されている。そして、これらの各ボール４２は、転動可能に収容されている。また、これらの環状のボール４２は、１８０度反対側の収容部４０の側壁内部にも同様にして設けられている。

そして、収容部４０の側壁の内側には、ボール４２の一部が露出するように上下方向に沿って露出孔４３が形成されている。また、露出孔４３は、環状のボール４２は、片側の１列だけ露出するように形成されている。そして、収容部４０の内側には、露出孔４３が１８０度の間隔を空けて２箇所形成されている。

このように構成された軸受２９は、ボール４２とスプライン溝４４との接触角度によって方向毎に負荷に対する耐性が異なっている。例えば、本実施形態では、スプライン溝４４の開口方向（以下、矢印Ｙ１１方向と示す）から加えられる負荷よりもスプライン溝４４の開口方向（以下、矢印Ｙ１０方向と示す）から加えられる負荷の方が大きな負荷に耐えられるようになっている（図４参照）。

そして、図５（ｂ）に示すように、シリンダケース１２の上端面１２ａであって、ピストンロッド２３を包囲する位置には軸受２９の取付部５０が形成されている。この取付部５０には、複数の取付孔５１が形成されている。本実施形態の取付孔５１は、図５（ｂ）に示すように、ガイドロッド２８が挿入されるシリンダ孔１３を中心として、等間隔（４５度間隔）に８箇所形成されている。

一方、軸受２９のフランジ部４１には、収容部４０を中心として、等間隔（９０度間隔）にネジ孔５２が４箇所貫通形成されている。なお、収容部４０の中心からネジ孔５２までの距離は、ガイドロッド挿通孔２７の中心から取付孔５１までの距離と同一である。

そして、軸受２９の収容部４０がガイドロッド挿通孔２７に挿入された状態で、固定ネジ５３を、フランジ部４１に形成されたネジ孔５２及び取付孔５１に挿入して、ネジ止めすることにより、軸受２９を取付部５０に固定することができる。その際、取付孔５１は、８箇所設けられているため、４５度間隔で収容部４０を中心として軸受２９の取付方向を変更することができる。そして、軸受２９の取付方向を変更することにより、ボール４２が配置されている箇所を変更することができる。

また、スプライン溝４４は、ボール４２の配置変更に伴い、ボール４２と対向するように変更される。スプライン溝４４が形成されるガイドロッド２８は、エンドプレート２５に対してその先端がボルト２６により固定されているだけであるので、スプライン溝４４の方向を変更する際にはボルト２６を一旦緩めてガイドロッド２８を回転させ、その後、再びボルト２６を締めてガイドロッド２８を固定することとなる。

このように、空気圧シリンダ１１の設計を変更しなくても、スプライン溝４４の開口方向を任意に変更することができる。そして、本実施形態では、軸受２９の特性に基づき、特定の方向から加えられた負荷に対して大きな耐性を有する。このため、予め負荷が加わりやすい方向が予測できるのであれば、軸受２９の取付方向を変更して負荷に対する耐性を向上することができる。また、フランジ部４１を介して取付部５０に軸受２９を固定するため、取り付け時にはガイドロッド２８及び軸受２９の取付部５０に対する取付位置を前後左右に調整し、軸芯あわせをすることができる。

以上詳述したように、本実施形態は、以下の効果を有する。
（１）本実施形態の取付部５０は、ガイドロッド２８を中心として収容部４０の取付方向を変更可能に構成されており、また、ガイドロッド２８の取付方向も変更可能に構成されている。このため、ガイドロッド２８に加わる負荷の大きさ及び方向が予め予測できるのであれば、負荷に対する耐性（応力の大きさ）が方向毎に異なる軸受２９の取付方向及びスプライン溝４４の開口方向を変更して、ガイドロッド２８に加わる負荷に耐えることができるように設定することができる。すなわち、大きな負荷がかかると予測される方向に、大きな負荷に耐えられる方向（本実施形態では、矢印Ｙ１０方向）を向けるように、軸受２９の取付方向及びスプライン溝４４の開口方向を簡単に変更することができる。これにより、根本的な設計変更をしなくても軸受２９の取付方向及びガイドロッド２８の取付方向を変更するだけで、負荷方向に応じて応力を変更することができる。

（２）ガイドロッド２８を２本備えたため、ピストンロッド２３の回転方向の負荷に対する応力を十分確保することができる。
（３）取付部５０に取付孔５１を所定角度間隔毎に複数設け、それに応じてフランジ部４１にネジ孔５２を所定角度間隔毎に複数設け、収容部４０の取付方向を変更可能に構成した。また、ガイドロッド２８は、ボルト２６により固定した。このため、軸受２９及びガイドロッド２８の取付方向を簡単に変更することができる。

尚、上記実施形態は、次のような別の実施形態（別例）にて具体化できる。
○上記実施形態において、ガイドロッド２８をなくし、一本のピストンロッド２３のみを備え、当該ピストンロッド２３は、ピストンロッド２３としての機能と共にボールスプライン軸の機能を備えるようにし、軸受２９によりシリンダケース１２に取り付けるようにしてもよい。また、空気圧シリンダ１１をシリンダケース１２に一本のピストンロッド２３を備えるとともに一本のガイドロッド２８を備えたタイプとしてもよい。

○上記実施形態において、ロッド付アクチュエータを、流体圧としての油圧によってピストンロッド２３が出没する油圧シリンダに具体化してもよい。
○上記実施形態において、ロッド付アクチュエータを、例えばモータを駆動源とした電動アクチュエータに具体化してもよい。

○上記実施形態において、取付孔５１の平面形状を、ガイドロッド２８を中心とした円弧状に形成してもよい。このようにすれば、軸受２９のボール４２及びスプライン溝４４を任意の方向に配置することができる。

○上記実施形態では、スプライン溝４４を２箇所設けたが、複数箇所設けてもよい。例えば、３，４，５箇所設けてもよい。
○上記実施形態において、フランジ部４１のネジ孔５２の径を固定ネジ５３の径よりも大きく形成してもよい。このようにすれば、軸受２９の取付位置を前後左右に調整することができる。このため、ガイドロッド２８をシリンダケース１２に対して簡単且つ、精度良く取り付けることができ、ピストンロッド２３の上下方向の動きを妨げることがない。また、上記実施形態のようにガイドロッド２８の本数を２本として、ガイドロッド２８とピストンロッド２３の軸方向が丁度一致するように、ガイドロッド２８を精度良く取り付ける必要がある場合には、特に有効となる。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記ボールスプライン軸受は、収容部から鍔状に突出形成されたフランジ部を有し、前記フランジ部は、ネジ部材を介して取付部に形成された取付孔に固定されて取付方向が固定されるように構成されており、前記取付部には、複数の取付孔が形成されており、フランジ部の取付方向を複数方向に変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のロッド付アクチュエータ。

（ロ）前記フランジ部には、前記ネジ部材が挿入される複数のネジ孔が貫通形成されており、当該ネジ孔の径は、ネジ部材の径よりも大きく形成されていることを特徴とする技術的思想（イ）に記載のロッド付アクチュエータ。

空気圧シリンダを模式的に示した斜視図。空気圧シリンダを模式的に示した縦断面図。（ａ）及び（ｂ）は、軸受の一部断面斜視図。ガイドロッドとボールとの接触態様を模式的に示した側断面図。（ａ）は、軸受の取付態様を模式的に示したＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は、シリンダケースの上端面の平面図。

符号の説明

１１…ロッド付アクチュエータとしての空気圧シリンダ、１２…アクチュエータ本体としてのシリンダケース、１２ａ…端面としての上端面、１２ｂ，１２ｃ…端面に対して交差する面としての前面及び後面、１９…ピストン、２３…ロッドとしてのピストンロッド、２５…エンドプレート、２７…ガイドロッド挿通孔、２８…ロッドとしてのガイドロッド、２９…ボールスプライン軸受、４０…収容部、４１…フランジ部、４２…ボール、４４…スプライン溝、５０…取付部、５１…取付孔、５２…ネジ孔、５３…ネジ部材としての固定ネジ。

Claims

アクチュエータ本体の端面から出没するロッドを備えるロッド付アクチュエータにおいて、
前記端面にて前記ロッドを包囲する位置に設けられた取付部に取り付けられ、前記ロッドの軸方向に沿って前記ロッドを直線移動させることが可能なボールスプライン軸受を備え、
前記ボールスプライン軸受は、前記ロッドの外周面を覆う円筒形状の収容部を有し、
前記収容部は、前記ロッドの軸方向に沿って形成されたスプライン溝と対向して接するボールであって転動可能に固定されるボールを有し、当該ボールを回転させることにより前記ロッドの軸方向に沿って移動するように構成されており、
前記取付部は、前記ボール及び前記スプライン溝の位置を、前記ロッドを中心として自在に変更可能となるように、前記収容部の取付位置を自在に変更可能に構成されていることを特徴とするロッド付アクチュエータ。
前記アクチュエータ本体はシリンダケースであるとともに、前記ロッドは前記シリンダケースに収容されたピストンに作用する流体圧に基づいて移動するピストンロッドと、前記ピストンロッドの出没をガイドするガイドロッドであり、前記ボールスプライン軸受は、ガイドロッドをアクチュエータ本体に摺動可能に収容することを特徴とする請求項１に記載のロッド付アクチュエータ。
前記ガイドロッドは、２本設けられていることを特徴とする請求項２に記載のロッド付アクチュエータ。