JP2012077813A - 直動アクチュエータ及び螺子杆 - Google Patents

Abstract

【課題】大型でありながら、簡単な構造でかつ軽量であり、しかも十分な強度を有する直動アクチュエータ及び螺子杆を提供すること。
【解決手段】所定長さの軸体と、この軸体に巻装されて螺子山を形成する螺旋条とからなる螺子杆と、この螺子杆に螺合する雌螺子が形成された駒体と、を具備し、前記螺子杆又は前記駒体を軸周りに回転させることにより、前記駒体又は前記螺子杆を直線方向に進退可能とした直動アクチュエータとした。また、所定長さの軸体と、この軸体に巻装されて螺子山を形成する螺旋条とからなる螺子杆であって、前記軸体を円筒状に形成し、当該軸体の外周面に前記螺旋条と同ピッチで螺旋溝を形成するとともに、当該螺旋溝内に前記螺旋条を這わせた状態で前記外周面から所定高さ突出するように巻回した。
【選択図】図１

Description

本発明は、直動アクチュエータ及び螺子杆に関し、詳しくは、例えば重量物を載置する載置台や作業者が乗る作業台などを水平に維持したまま昇降させるリフトなどに好適に用いることのできる直動アクチュエータ及びこれに好適に用いることのできる螺子杆に関するものである。

従来、載置台などを水平に維持したまま昇降させるリフトなどに用いられる直動アクチュエータがあり、かかる直動アクチュエータに螺子杆が用いられる場合がある。

例えば、移動対象物を直動する方向に延びる駆動ロッドと、この駆動ロッドに取り付けられたナット部材と、このナット部材と螺合するネジ部材とを具備した直動アクチュエータが知られている（特許文献１を参照）。

特開２００４−３２６４１７号公報

移動対象物を、精度良く一定の移動距離だけ往復動させようとした場合、上述したような螺子構造の直動アクチュエータを用いればコスト的にも有利になると考えられるが、かかる直動アクチュエータは、車両用の小型ジャッキなどには採用されているものの、より重量のある移動対象物を昇降させるリフトなどには採用されることが少なかった。

それは、螺子杆そのものが大型化することが避けられず、それに伴って螺子杆の重量も増すとともに、大型の螺子の噛み合いの精度を出すことも難しいからである。そのため、結局は油圧シリンダなどからなるアクチュエータが主流となっていた。

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、大型でありながら、簡単な構造でかつ軽量であり、しかも十分な強度を有する直動アクチュエータ及びこれに用いられる螺子杆を提供することを目的とする。

（１）本発明では、所定長さの軸体と、この軸体に巻装されて螺子山を形成する螺旋条とからなる螺子杆と、この螺子杆に螺合する雌螺子が形成された駒体と、を具備し、前記螺子杆又は前記駒体を軸周りに回転させることにより、前記駒体又は前記螺子杆を直線方向に進退可能とした直動アクチュエータとした。

（２）本発明は、上記（１）に記載の直動アクチュエータにおいて、前記軸体と前記螺旋条とは、当該螺旋条の方が前記軸体よりも相対的に高い硬度を有することを特徴とする。

（３）本発明は、上記（１）又は（２）に記載の直動アクチュエータにおいて、前記螺子杆の軸体を断面視異形形状としたことを特徴とする。

（４）本発明は、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の直動アクチュエータにおいて、前記軸体を中空に形成したことを特徴とする。

（５）本発明は、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の直動アクチュエータにおいて、前記軸体の外周面に前記螺旋条と同ピッチで螺旋溝を形成し、当該螺旋溝内に前記螺旋条を這わせて巻回したことを特徴とする。

（６）本発明は、上記（５）に記載の直動アクチュエータにおいて、前記螺旋溝内に前記螺旋条を固着したことを特徴とする。

（７）本発明では、所定長さの中空状に形成された軸体と、この軸体に巻装されて螺子山を形成する螺旋条とからなる螺子杆であって、前記軸体と前記螺旋条とは、当該螺旋条の方が前記軸体よりも相対的に高い硬度を有し、前記軸体の外周面に前記螺旋条と同ピッチで螺旋溝を形成するとともに、当該螺旋溝内に前記螺旋条を這わせた状態で前記外周面から所定高さ突出するように巻回した螺子杆とした。

（８）本発明は、上記（７）に記載の螺子杆において、前記軸体を断面視異形形状としたことを特徴とする。

（９）本発明は、上記（７）又は（８）に記載の螺子杆において、前記螺旋条を前記螺旋溝内に固着したことを特徴とする。

本発明によれば、大型でありながらも螺子を用いた簡単な構成で、一定の距離を正確に対象物を移動させることのできる直動アクチュエータを提供することが可能となる。また、大型でありながら、簡単な構造でかつ軽量であり、しかも十分な強度を有し、しかも、螺子山の精度を出し易い螺子杆が実現できるため、これを直動アクチュエータに好適に用いることができる。

本発明に係る螺子杆の構成の一例を示す説明図である。 同螺子杆の製造手順を示す説明図である。 同螺子杆が直進アクチュエータとして機能する場合の動作説明図である。 本発明に係る直進アクチュエータの一実施形態を示す説明図である。 同直進アクチュエータの他の実施形態を示す説明図である。 螺旋条の説明図である。 直進アクチュエータにおける軸体のキー構造の変形例を示す説明図である。 螺子杆の軸体の態様を示す説明図である。

以下、本発明に係る直進アクチュエータ及びこれに用いられる螺子杆の各実施形態の一例について、図面を参照しながら具体的に説明する。

［螺子杆の構成］
先ず、本実施形態に係る螺子杆１０の構成について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る螺子杆１０は、所定の肉厚からなる円筒状の軸体１と、軸体１に巻装されて螺子山を形成するコイル状の螺旋条２とから構成されている。

本実施形態に係る軸体１は、例えばアルミ材料（アルミ合金を含む）から形成されており、一方、螺旋条２は少なくとも前記アルミ材料よりも硬度の高い鋼などの金属材料から形成されている。なお、螺旋条２には、例えば、適宜表面処理を施して表面硬度を高くしておくとよい。

このように、本実施形態に係る螺子杆１０は、それぞれ独立した異なる材料で形成された軸体１と、螺子山を形成するコイル状の螺旋条２とが組み合わされて構成されている。特に、軸体１を円筒状のアルミ材料で形成する一方、螺子山となる螺旋条２については鋼材料により形成したため、軽量化を図りつつ、十分な強度を確保している。

かかる螺子杆１０には、図１に示すように、内周面に、螺旋条２に対応する雌螺子が形成されたナット部材２０が螺合することになる。

図１で示した螺子杆１０の製造工程について簡単に説明すると、図２（ａ）に示すように、先ず、アルミ材料を押出成形、あるいは削り出しなどの加工により、所定の肉厚からなる円筒状の中空軸１Aを形成する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、この中空軸１Aの外周面１ａに、螺旋条２の螺旋ピッチと同じピッチで螺旋溝３を形成して軸体１を形成する。そして、同じく図２（ｂ）に示すように、鋼などの金属材料により形成したコイル状の螺旋条２を、螺旋溝３内に螺旋条２を這わせた状態で螺合させていく。すなわち、螺旋条２の先端部を軸体１の螺旋溝３の始端に合わせて螺旋条２あるいは軸体１を軸周りに回転させることで螺旋条２を軸体１に巻回する。このとき、軸体１の外周面１ａから所定高さだけ突出して螺子山を構成するように螺旋溝３の深さは決定されている。

また、本実施形態では、螺旋溝３には金属同士の接合に好適な接着剤（図示せず）を適宜塗布しておき、螺旋条２を螺旋溝３内に固着している。したがって、素材的に十分な硬度を有する螺旋条２は、十分な強度を有する螺子山として機能することになる。

次に、上記構成の螺子杆１０が、直進アクチュエータとして機能することを図３を用いて説明する。

図３に示すように、螺子杆１０には、回転体としてのナット部材２０を螺着させており、かかる螺子杆１０を、上側保持体３０ａと下側保持体３０ｂとからなる螺子杆保持部３０の間に遊嵌している。このとき、上側保持体３０ａと下側保持体３０ｂとの間に形成される間隙３０ｃ内に回転体（ナット部材２０）を位置させて軸方向への進退ができないようにしている。

また、螺子杆１０の下部にはフランジ１ｂが形成されており、このフランジ１ｂの外周面にキー１ｃが突設されている。そして、このキー１ｃを下側保持体３０ｂに形成したキー溝３０ｄに嵌装している。

かかる構成として、図示するように回転体（ナット部材２０）を回転させると、螺子杆１０は、回転体（ナット部材２０）の回転方向に応じて直進することになる。

なお、上記構成において、キー１ｃを無くすとともに、螺子杆１０の進退を規制する一方、回転体（ナット部材２０）を進退自在な構成として螺子杆１０を回転させると、その回転方向に応じて回転体（ナット部材２０）が螺子杆１０に沿って直進方向へ進退することになる。

このように、本実施形態に係る螺子杆１０は、直動アクチュエータとして機能することが分かる。

［直動アクチュエータ］
図４は直動アクチュエータの一実施形態であるジャッキ４０の説明図である。図示するように、本実施形態に係るジャッキ４０は、上述してきた螺子杆１０を有する直動アクチュエータを備えている。

すなわち、下部が膨出した略三角フラスコ状に形成してケーシング４の底部に第１べベルギヤ５ａを回転自在に配設するとともに、この第１べベルギヤ５ａに噛合するように第２べべルギヤ５ｂを配設している。そして、この第２べべルギヤ５ｂの基端に、ケーシング４の側面から突出させた回転軸５ｃの先端を連接している。図中、符号５ｄは、回転軸５ｃを回転させる回転力の入力軸と連結する連結部を示し、符号５ｅは第１べベルギヤ５ａの軸受を示している。

螺子杆１０は、その基端を前記第１べベルギヤ５ａと連結するとともに、この螺子杆１０よりも若干短い筒状の駒体２１を螺合している。すなわち、駒体２１は、前述したナット部材２０同様、螺旋条２に対応する雌螺子が内周面に形成されている。

また、この駒体２１の外周面にはキー溝２１ａが形成されており、このキー溝２１ａにケーシング４の上端部近傍に設けられたキー４ａが嵌合している。

かかる構成により、回転軸５ｃが回転すると、その回転は第２べベルギヤ５ｂ→第１べベルギヤ５ａと伝わって螺子杆１０が回転する。螺子杆１０の回転に伴い、螺子杆１０に螺合した駒体２１は上昇移動及び下降移動する。なお、図中、符号６は螺子杆１０の先端（上端）に螺着したアジャスタであり、このジャッキ４０を対象物（不図示）の下方に配置して、螺子杆１０を上昇させる前に、対象物の下端面に当接させておくことができる。

他の実施形態に係る直動アクチュエータについて、図５を参照して説明する。図５（ａ）は平面断面視による説明図、図５（ｂ）は同縦断面視による説明図である。図示した直動アクチュエータは、例えば、これを４機用意して、各螺子杆１０の先端を、例えば図示しない作業台の下部４隅にそれぞれ連接してリフトを構成する場合などに好適に用いることができる。すなわち、上述したジャッキ４０は、駒体２１が螺子杆１０に沿って直動したが、この実施形態では、螺子杆１０が直動する構成となっている。

図示するように、本実施形態では、螺子杆１０に、前述のナット部材２０に相当する回転ハンドル２２を螺着するとともに、螺子杆１０に設けたキー構造７として、回動自在に設けたギヤ７ａをキーとして用いている。

すなわち、この場合のキー構造７は、図示しない固定体に連接された４枚の支持板７１上に、螺子杆１０を囲繞する周壁部７２ａと、この周壁部７２ａの左右端から螺子杆１０の半径方向に伸延させたギヤ取付壁７２ｂとからなる支持壁７２を立設している。この支持壁７２に、支軸７ｂを介してギヤ７ａを回動自在に支持している。

ギヤ７ａは、螺旋条２に噛合して支軸７ｂを中心に回転するものであり、回転ハンドル２２の回転によって、螺子杆１０の軸周りの回転を防止しつつ直動させることができるようになっている。なお、回転ハンドル２２は、図示しない電動あるいは油圧動などによる入力部材と連動連結しておくとよい。

このように、本実施形態によれば、螺子杆１０と、この螺子杆１０に螺合する雌螺子が形成された回転ハンドル２２とを具備し、回転ハンドル２２を軸周りに回転させることにより、螺子杆１０を直線方向に進退可能とした直動アクチュエータが実現される。

上述してきた実施形態では、螺子杆１０の螺旋条２としては、図６（ａ）に示すように、その断面を円形としたが、螺旋条２は、断面が円形のものに限るものではない。例えば、図６（ｂ）に示すように、断面視矩形形状の螺旋条２Ａとしてもよいし、図６（ｃ）に示すように、断面視長円状あるいは楕円状の螺旋条２Ｂとしてもよいし、図６（ｄ）に示すように、断面視六角形などの多角形形状の螺旋条２Ｃとしてもよい。

また、上述した実施形態では、螺子杆１０の軸体１は、その外周面１ａに螺旋溝３を形成した中空形状の円筒として説明したが、必ずしも螺旋溝３が形成されたものに限定するものではなく、螺旋条２が軸体１に固着された状態で巻回されていればよい。

図７は直進アクチュエータにおける軸体１のキー構造の変形例を示す説明図であり、それぞれ軸体１の外周面ではなく、内側にキー構造が設けられている。

図７（ａ）に示したキー構造は、軸体１Ｂを多角筒状に形成するとともに、内部に軸体１Ｂと相似形の角筒７４を嵌装して軸体１Ｂが廻ることのないようにキーとして機能させている。

また、図７（ｂ）に示したキー構造は、円筒形の軸体１の内部に軸体１より小径の円筒体７５を嵌装するとともに、軸体１と円筒体７５との間にキー７６を設けている。符号７６ａはキー溝を示す。なお、図７（ｃ）に示すように、キー溝７６ａの中に、例えば摺動性が良好なメタル７７などを配設して、軸体１の直動性を向上させることもできる。

また、図７（ｄ）に示すように、内部に断面視矩形形状の中空部を形成した軸体１Ｃに、断面視矩形形状の四角筒７８を嵌装して軸体１Ｃが廻ることのないようにキーとして機能させている。

図７（ａ）や図７（ｄ）で示したように、軸体１は、必ずしも中空形状の円筒に限定されるものでもない。図８に示すように、さらに多様な形状が考えられる。

図８（ａ）に示す軸体１Ｄは、中実の円柱状に形成されている。また、図８（ｂ）に示す軸体１Ｅは外周面に所定の間隔をあけて複数の溝８を形成している。かかる溝８を形成することにより、例えば切削加工する際に、切屑がチップ状になって切削刃に絡むことがなく、切屑処理が容易になる。なお、この溝８は、キー溝を兼用してもよい。

図８（ｃ）に示した軸体１Ｆは、図８（ｂ）に示した軸体１Ｅに中空部９を形成したものであり、図８（ｄ）に示した軸体１Ｇは、図８（ｃ）に示した軸体１Ｆに、さらに、螺旋条２を這わせるための螺旋溝３Ａを設けた構成としている。

また、図８（ｅ）に示す軸体１Ｈは、中実の八角柱状に形成したもので、図８（ｆ）に示す軸体１Ｊは、図８（ｅ）に示した軸体１Ｈに断面視円形の中空部９を形成したものである。なお、軸体１Ｈ，１Ｊの外形をなす多角形形状としては、特に八角形に限定されるものではない。また、円形ではなく多角形とすることで、前述した溝８と同じように、切削加工する際には切屑がチップ状になるため、これが切削刃に絡むことはなく、やはり切屑処理が容易になる。

また、図８（ｇ）に示した軸体１Ｋは、断面視略ギヤ形、あるいは星形に形成したものである。ここでは、中空部９を備えた構成としているが、中空部９は無く、中実な柱状に形成されていてもよい。

上述してきた軸体１〜ＩＫの中で、単に円柱ではなく、溝８、螺旋溝３Ａ、あるいは断面視多角形形状にしたものや、中空部９を形成したものについては、螺子杆１０としての重量軽減が図れることになる。

以上、説明してきた本実施形態に係る螺子杆１０やこれを用いた直動アクチュエータは、軸体１と、螺子山となる部分とを分離形成し、これらを組み合わせて形成されている。つまり、強度や摩擦などに強い材料を螺旋条２により形成し、比重が軽く軽量化できる材料を軸体１として、これらを組み合わせることで、目的に叶って軽量で、かつ強靭な螺子杆１０を容易に形成することが可能となる。

また、本実施形態のようにアルミ材料と鋼材の組合せばかりでなく、アルミ材料とステンレス材、あるいは合成樹脂とステンレス材やマグネシウムとチタンなど、様々な組合わせが可能である。

上述してきた実施形態によれば、以下の直動アクチュエータ及び螺子杆１０が実現できる。

（１）所定長さの軸体１と、この軸体１に巻装されて螺子山を形成する螺旋条２とからなる螺子杆１０と、この螺子杆１０に螺合する雌螺子が形成された駒体２１（ナット部材２０）と、を具備し、前記螺子杆１０又は前記駒体２１を軸周りに回転させることにより、前記駒体２１又は前記螺子杆１０を直線方向に進退可能とした直動アクチュエータ。

（２）前記軸体１と前記螺旋条２とは、当該螺旋条２の方が前記軸体１よりも相対的に高い硬度を有する直動アクチュエータ。

（３）前記螺子杆１０の軸体１を断面視異形形状とした直動アクチュエータ。

（４）前記軸体１を中空に形成した直動アクチュエータ。

（５）前記軸体１の外周面に前記螺旋条２と同ピッチで螺旋溝３を形成し、当該螺旋溝３内に前記螺旋条２を這わせて巻回した直動アクチュエータ。

（６）前記螺旋溝３内に前記螺旋条２を固着（例えば接着剤により）した直動アクチュエータ。

（７）所定長さの中空状に形成された軸体１と、この軸体１に巻装されて螺子山を形成する螺旋条２とからなる螺子杆１０であって、前記軸体１と前記螺旋条２とは、当該螺旋条２の方が前記軸体１よりも相対的に高い硬度を有し、前記軸体１の外周面１ａに前記螺旋条２と同ピッチで螺旋溝３を形成するとともに、当該螺旋溝３内に前記螺旋条２を這わせた状態で前記外周面１ａから所定高さ突出するように巻回した螺子杆１０。

（８）前記軸体１を断面視異形形状とした螺子杆１０。

（９）前記螺旋条２を前記螺旋溝３内に固着（例えば接着剤により）した螺子杆１０。

なお、本実施形態では、螺子杆１０を直動アクチュエータに仕様するものとして説明したが、用途としてはこれに限定するものではなく、対象物同士の締結用などの用途にも用いることができる。

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，1J，１Ｋ 軸体
１ａ 外周面
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 螺旋条
３，３Ａ 螺旋溝
１０ 螺子杆
２０ ナット部材（回転体）
２１ 駒体

Claims (9)

1. 所定長さの軸体と、この軸体に巻装されて螺子山を形成する螺旋条とからなる螺子杆と、
   この螺子杆に螺合する雌螺子が形成された駒体と、
   を具備し、
   前記螺子杆又は前記駒体を軸周りに回転させることにより、前記駒体又は前記螺子杆を直線方向に進退可能としたことを特徴とする直動アクチュエータ。
2. 前記軸体と前記螺旋条とは、当該螺旋条の方が前記軸体よりも相対的に高い硬度を有することを特徴とする請求項１に記載の直動アクチュエータ。
3. 前記雄螺子体の軸体を断面視異形形状としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の直動アクチュエータ。
4. 前記軸体を中空に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直動アクチュエータ。
5. 前記軸体の外周面に前記螺旋条と同ピッチで螺旋溝を形成し、当該螺旋溝内に前記螺旋条を這わせて巻回したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の直動アクチュエータ。
6. 前記螺旋溝内に前記螺旋条を固着したことを特徴とする請求項５に記載の直動アクチュエータ。
7. 所定長さの中空状に形成された軸体と、この軸体に巻装されて螺子山を形成する螺旋条とからなる螺子杆であって、
   前記軸体と前記螺旋条とは、当該螺旋条の方が前記軸体よりも相対的に高い硬度を有し、前記軸体の外周面に前記螺旋条と同ピッチで螺旋溝を形成するとともに、当該螺旋溝内に前記螺旋条を這わせた状態で前記外周面から所定高さ突出するように巻回したことを特徴とする螺子杆。
8. 前記軸体を断面視異形形状としたことを特徴とする請求項７に記載の螺子杆。
9. 前記螺旋条を前記螺旋溝内に固着したことを特徴とする請求項７又は８に記載の螺子杆。

Images