JP2014025515A - Linear motion actuator - Google Patents

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秀生 斉藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear motion actuator capable of compatibly achieving high efficiency and self-locking performance and being miniaturized.SOLUTION: A linear motion actuator includes: a driving source 1; an eccentric shaft 11 which is rotationally driven by the driving source 1 and rotates eccentrically; a drive gear 14 rotatably supported on the eccentric shaft 11; a fixed gear 15 which is fixed to a housing 5 and includes an internal gear engaged with a small diameter gear 14b of the drive gear 14; an output shaft 4 which is rotatably supported on the housing 5 and includes an internal gear 4a engaged with a large diameter gear 14a of the drive gear 14; a screw shaft 6 connected to the output shaft 4; and a nut 7 assembled to the screw shaft 6 via a rollable ball. When the driving source 1 eccentrically rotates the eccentric shaft 11, the drive gear 14 revolves while rotating around itself, the output shaft 4 is reduced in speed and rotates, and the nut 7 performs a linear motion in an axial direction.

Description

本発明は、転動体ねじ装置のナット又はねじ軸を直線運動させる直動アクチュエータに関する。   The present invention relates to a linear actuator that linearly moves a nut or screw shaft of a rolling element screw device.

ボールねじは、ねじ軸のボール転走溝とナットの負荷ボール転走溝とを対向させ、これらの間に転動体としてのボールを転がり運動可能に介在させたものである。ねじ軸とナットとの間でボールが転がり運動をするので、すべりねじに比べて高い効率が得られるという特徴を持つ。   In the ball screw, a ball rolling groove of a screw shaft and a load ball rolling groove of a nut are opposed to each other, and a ball as a rolling element is interposed between them so as to allow rolling motion. Since the ball rolls between the screw shaft and the nut, it has a feature that a higher efficiency can be obtained compared to the slide screw.

ボールねじを用いた直動アクチュエータとして、特許文献1には、電動モータの回転力を遊星歯車機構を介してナットの直線運動に変換する直動アクチュエータが開示されている。モータのロータの回転運動は、遊星歯車機構によって減速される。遊星歯車機構の遊星軸のキャリアには、ねじ軸が結合される。ねじ軸が回転すると、ボールねじのナットが直線運動する。   As a linear motion actuator using a ball screw, Patent Literature 1 discloses a linear motion actuator that converts the rotational force of an electric motor into a linear motion of a nut via a planetary gear mechanism. The rotational movement of the rotor of the motor is decelerated by the planetary gear mechanism. A screw shaft is coupled to the planetary shaft carrier of the planetary gear mechanism. When the screw shaft rotates, the nut of the ball screw moves linearly.

特開2006−112520号公報JP 2006-112520 A

ところで、ボールねじは、回転運動を直線運動に変換する正効率、直線運動を回転運動に変換する逆効率いずれもが高いという特徴を持つ。このため、小さなモータでナットを直線運動させることができるという利点がある反面、力の逆入力、すなわちナットに作用する軸力によってねじ軸が回転してしまうという課題がある。ねじ軸を回転させないためには、モータに電流を供給してモータに保持力を持たせる必要がある。   Incidentally, the ball screw has a feature that both the positive efficiency for converting the rotational motion into the linear motion and the reverse efficiency for converting the linear motion into the rotational motion are both high. For this reason, there is an advantage that the nut can be linearly moved by a small motor, but there is a problem that the screw shaft is rotated by the reverse input of the force, that is, the axial force acting on the nut. In order to prevent the screw shaft from rotating, it is necessary to supply a current to the motor so that the motor has a holding force.

力の逆入力に対して、モータに電流を供給しなくても、ナットが移動しないようにするためには、モータの回転運動を減速する減速機構にセルフロック性、すなわち力の逆入力に対する保持性を持たせる必要がある。しかし、減速機構として遊星歯車機構を用いた特許文献1に記載の直動アクチュエータにあっては、減速比が大きくとれないので、セルフロック性を持たせることができないという問題がある。セルフロック性を持たせるためには、遊星歯車機構を多段にする必要があり、そうすると直動アクチュエータが大型化してしまう。遊星歯車の替わりに平ギヤを使用したときにも、際限のない多段化が必要になり、直動アクチュエータが大型化してしまう。   In order to prevent the nut from moving even if current is not supplied to the motor against the reverse input of the force, the speed reduction mechanism that decelerates the rotational movement of the motor is self-locking, that is, it is held against the reverse input of the force. It is necessary to have sex. However, the linear motion actuator described in Patent Document 1 using a planetary gear mechanism as a speed reduction mechanism has a problem that it cannot have a self-locking property because the speed reduction ratio cannot be increased. In order to provide the self-locking property, it is necessary to make the planetary gear mechanism multistage, and this increases the size of the linear motion actuator. Even when a spur gear is used instead of the planetary gear, an unlimited multi-stage is required, and the linear actuator is enlarged.

不思議遊星歯車を使用した場合、減速比を大きくすることができるが、転位を大きくとらないと噛み合わないので、効率が40%程度と悪いという問題がある。ハーモニックドライブ(登録商標)、サイクロイドギヤを使用した場合、構造が複雑で非常に高価であり、効率も50%程度と悪いという問題がある。回転部にこれらの減速機構を用いた場合、セルフロック性を持たせることは可能であるが、効率が犠牲になるという問題がある。   When a mysterious planetary gear is used, the reduction ratio can be increased, but there is a problem that the efficiency is as low as about 40% because it does not mesh unless the dislocation is increased. When Harmonic Drive (registered trademark) and a cycloid gear are used, there is a problem that the structure is complicated and very expensive, and the efficiency is as low as about 50%. When these speed reduction mechanisms are used in the rotating part, it is possible to provide a self-locking property, but there is a problem that efficiency is sacrificed.

そこで、本発明は、高い効率とセルフロック性を両立することができ、小型化も図れる直動アクチュエータを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a linear motion actuator that can achieve both high efficiency and self-locking property and can be miniaturized.

上記課題を解決するために、本発明は、駆動源と、前記駆動源によって回転駆動され、偏心しながら回転する偏心軸と、前記偏心軸に回転可能に支持される駆動ギヤと、ハウジングに固定され、前記駆動ギヤの軸方向の一端部に噛み合う内歯車を有する固定ギヤと、前記ハウジングに回転可能に支持され、前記駆動ギヤの軸方向の他端部に噛み合う内歯車を有する出力軸と、前記出力軸に結合される転動体ねじ装置のねじ軸及びナットのいずれか一方と、前記いずれか一方に多数の転動体を介して組み付けられる前記ねじ軸及び前記ナットの他方と、を備え、前記駆動源が前記偏心軸を偏心させながら回転させると、前記駆動ギヤが自転しながら公転し、前記出力軸が減速されて回転し、前記転動体ねじ装置の前記ねじ軸及び前記ナットの他方が軸方向に直線運動する直動アクチュエータである。   In order to solve the above problems, the present invention provides a drive source, an eccentric shaft that is rotationally driven by the drive source and rotates while being eccentric, a drive gear that is rotatably supported by the eccentric shaft, and a housing that is fixed A fixed gear having an internal gear meshing with one end portion in the axial direction of the drive gear, an output shaft having an internal gear rotatably supported by the housing and meshing with the other end portion in the axial direction of the drive gear; One of a screw shaft and a nut of a rolling element screw device coupled to the output shaft, and the other of the screw shaft and the nut assembled to the one via a large number of rolling elements, When the drive source rotates while rotating the eccentric shaft, the drive gear revolves while rotating, the output shaft rotates at a reduced speed, and other than the screw shaft and the nut of the rolling element screw device There is a linear actuator for linear movement in the axial direction.

本発明によれば、出力軸の減速比は、固定ギヤの内歯車の歯数と出力軸の内歯車の歯数の差、及び/又は駆動ギヤの一端部の歯数と駆動ギヤの他端部の歯数の差に応じて決定されるので、これらの歯数の差を少なくすることで、大きな減速比を得ることができる。このため、直動アクチュエータにセルフロック性を持たせることができる。すなわち、転動体ねじ装置のねじ軸及びナットの他方に軸力が逆入力しても、ねじ軸及びナットの他方が軸方向に移動するのを防止できる。また、各ギヤは転位を小さくして若しくは転位をなくして噛み合わせることが可能であり、経由ギヤの数も少ないので、効率がよく、直動アクチュエータの小型化も可能である。   According to the present invention, the reduction ratio of the output shaft is determined by the difference between the number of teeth of the internal gear of the fixed gear and the number of teeth of the internal gear of the output shaft, and / or the number of teeth at one end of the drive gear and the other end of the drive gear. Since it is determined according to the difference in the number of teeth of the part, a large reduction ratio can be obtained by reducing the difference in the number of teeth. For this reason, the linear motion actuator can be provided with a self-locking property. That is, even if an axial force is reversely input to the other of the screw shaft and the nut of the rolling element screw device, the other of the screw shaft and the nut can be prevented from moving in the axial direction. Further, each gear can be meshed with a small shift or no shift, and since the number of via gears is small, it is efficient and the linear actuator can be downsized.

本発明の第一の実施形態の直動アクチュエータの斜視図(断面図を含む)1 is a perspective view (including a sectional view) of a linear motion actuator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第一の実施形態の直動アクチュエータの分解斜視図1 is an exploded perspective view of a linear motion actuator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第一の実施形態の直動アクチュエータの断面図Sectional drawing of the linear motion actuator of 1st embodiment of this invention 偏心軸の重心位置を示す断面図Sectional view showing the position of the center of gravity of the eccentric shaft

以下添付図面に基づいて、本発明の一実施形態の直動アクチュエータを詳細に説明する。図1は、本実施形態の直動アクチュエータの斜視図を示す。直動アクチュエータは、駆動源としての電動モータ1と、電動モータ1の出力軸1a(図2参照)の回転を減速する減速機構2と、減速機構2によってねじ軸6が回転駆動される転動体ねじ装置としてのボールねじ3と、を備える。電動モータ1が回転すると、出力軸1aの回転は減速して減速機構2の出力軸4に伝達される。減速機構2の出力軸4が回転すると、ボールねじ3のねじ軸6が出力軸4と共に回転し、ボールねじ3のナット7が軸方向に直線運動する。本実施形態の直動アクチュエータは、セルフロック性、すなわちナット7に軸方向の力が逆入力するとき、電動モータ1に電流を供給しなくても、ナット7が軸方向に移動するのを防止できるという特徴を持つ。   Hereinafter, a linear actuator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of a linear actuator according to this embodiment. The linear motion actuator includes an electric motor 1 as a drive source, a speed reduction mechanism 2 that decelerates rotation of the output shaft 1a (see FIG. 2) of the electric motor 1, and a rolling element in which the screw shaft 6 is rotationally driven by the speed reduction mechanism 2. A ball screw 3 as a screw device. When the electric motor 1 rotates, the rotation of the output shaft 1 a is decelerated and transmitted to the output shaft 4 of the speed reduction mechanism 2. When the output shaft 4 of the speed reduction mechanism 2 rotates, the screw shaft 6 of the ball screw 3 rotates together with the output shaft 4, and the nut 7 of the ball screw 3 moves linearly in the axial direction. The linear actuator of this embodiment is self-locking, that is, when the axial force is reversely input to the nut 7, the nut 7 is prevented from moving in the axial direction without supplying current to the electric motor 1. It has the feature that it can.

図2の分解斜視図に示すように、ハウジング5は、円筒状の第一のハウジング5aと、円筒状の第二のハウジング5bと、を結合してなる。第一のハウジング5aには、減速機構2が収容され、第二のハウジング5bにはボールねじ3が収容される。第一のハウジング5aの一端部にはフランジ5a1が形成される。第二のハウジング5bの一端部にもフランジ5b1が形成される。第一のハウジング5aと第二のハウジング5bとは、ボルト等の締結部材8によって軸線方向に結合される。第一のハウジング5aのフランジ5a1には、締結部材8が螺合するねじ孔が形成される。第二のハウジング5bのフランジ5b1には、締結部材8が通される貫通孔が形成される。   As shown in the exploded perspective view of FIG. 2, the housing 5 is formed by coupling a cylindrical first housing 5a and a cylindrical second housing 5b. The speed reduction mechanism 2 is accommodated in the first housing 5a, and the ball screw 3 is accommodated in the second housing 5b. A flange 5a1 is formed at one end of the first housing 5a. A flange 5b1 is also formed at one end of the second housing 5b. The first housing 5a and the second housing 5b are coupled in the axial direction by a fastening member 8 such as a bolt. A screw hole into which the fastening member 8 is screwed is formed in the flange 5a1 of the first housing 5a. A through hole through which the fastening member 8 is passed is formed in the flange 5b1 of the second housing 5b.

電動モータ1はハウジング5の一端部に結合される。電動モータ1の出力軸1aの外周面には、スプライン溝が形成される。電動モータ1の出力軸1aには、出力軸1aと一緒に回転するように、偏心軸11の一端部が嵌められる。偏心軸11の一端部には、出力軸1aが嵌まる孔が形成される。孔の内周面には、出力軸1aのスプライン溝に嵌まるスプライン突起が形成される。   The electric motor 1 is coupled to one end of the housing 5. A spline groove is formed on the outer peripheral surface of the output shaft 1 a of the electric motor 1. One end of the eccentric shaft 11 is fitted to the output shaft 1a of the electric motor 1 so as to rotate together with the output shaft 1a. A hole into which the output shaft 1 a is fitted is formed at one end of the eccentric shaft 11. Spline protrusions that fit into the spline grooves of the output shaft 1a are formed on the inner peripheral surface of the hole.

偏心軸11は、回転の中心となる中心線11aと同一の中心線を有する大径部11c及び小径部11bと、中心線11aから偏心する偏心軸本体11dと、偏心軸11の重心を回転の中心線11aに近づけるカウンタウェイト11eと、を備える。偏心軸11の大径部11c及び小径部11bは、偏心軸11の軸方向の両端に設けられる。偏心軸11の大径部11cは、軸受としてのベアリング12を介してハウジング5に中心線11aの回りを回転可能に支持される。偏心軸11の小径部11bは、軸受としてのベアリング13を介して出力軸4に回転可能に支持される。偏心軸11の偏心軸本体11dには、駆動ギヤ14が回転可能に支持される。   The eccentric shaft 11 rotates around the center of gravity of the eccentric shaft 11, the large-diameter portion 11 c and the small-diameter portion 11 b having the same center line as the center line 11 a as the center of rotation, the eccentric shaft body 11 d eccentric from the center line 11 a And a counterweight 11e that approaches the center line 11a. The large diameter portion 11 c and the small diameter portion 11 b of the eccentric shaft 11 are provided at both ends of the eccentric shaft 11 in the axial direction. The large-diameter portion 11c of the eccentric shaft 11 is supported by the housing 5 via a bearing 12 as a bearing so as to be rotatable around the center line 11a. The small diameter portion 11b of the eccentric shaft 11 is rotatably supported by the output shaft 4 via a bearing 13 as a bearing. A drive gear 14 is rotatably supported on the eccentric shaft main body 11d of the eccentric shaft 11.

図4は偏心軸11の断面図を示す。偏心軸本体11dは中心線11aの回りを偏心しながら回転する。偏心軸本体11dの重心G1は中心線11aから偏心している。円盤状に形成されるカウンタウェイト11eの重心G2は、中心線11aを挟んで偏心軸本体11dの重心G1とは反対側にある。カウンタウェイト11eを設けることで、偏心軸11及び駆動ギヤ14の重心を中心線11a上に配置することができる。   FIG. 4 shows a sectional view of the eccentric shaft 11. The eccentric shaft body 11d rotates while being eccentric about the center line 11a. The center of gravity G1 of the eccentric shaft main body 11d is eccentric from the center line 11a. The center of gravity G2 of the counterweight 11e formed in a disc shape is on the opposite side to the center of gravity G1 of the eccentric shaft main body 11d across the center line 11a. By providing the counterweight 11e, the center of gravity of the eccentric shaft 11 and the drive gear 14 can be arranged on the center line 11a.

図2に示すように、駆動ギヤ14は、大径ギヤ14aと、大径ギヤ14aよりも外径の小さい小径ギヤ14bと、を有する。大径ギヤ14aは、出力軸4の内歯車4aに噛み合う。小径ギヤ14bは、ハウジング5に固定される固定ギヤ15の内歯車に噛み合う。大径ギヤ14aの歯数と小径ギヤ14bの歯数の差は、例えば1に設定される。大径ギヤ14aの外径と小径ギヤ14bの外径は異なっており、大径ギヤ14aのモジュールと小径ギヤ14bのモジュールとは異なっている。大径ギヤ14aの歯数と小径ギヤ14bの歯数の差が例えば1になり、大径ギヤ14aと小径ギヤ14bとが共通の中心線を持ち、かつ大径ギヤ14a及び小径ギヤ14bに転位をかけることがないようにモジュールが選択される。ギヤに転位をかけると滑り率が大きくなり、効率が落ちるので、転位をかけないことが望ましい。駆動ギヤ14の大径ギヤ14a、小径ギヤ14b、固定ギヤ15の内歯車、出力軸4の内歯車4aはいずれもインボリュート歯形に形成される。ギヤに転位をかけないことと、ギヤをインボリュート歯形に形成することで、ギヤの加工及び組立ての簡素化を図ることができる。駆動ギヤ14には貫通穴が空けられる。貫通穴にはブッシュ14cが嵌められる。   As shown in FIG. 2, the drive gear 14 includes a large-diameter gear 14a and a small-diameter gear 14b having an outer diameter smaller than that of the large-diameter gear 14a. The large diameter gear 14 a meshes with the internal gear 4 a of the output shaft 4. The small diameter gear 14 b meshes with the internal gear of the fixed gear 15 fixed to the housing 5. The difference between the number of teeth of the large diameter gear 14a and the number of teeth of the small diameter gear 14b is set to 1, for example. The outer diameter of the large diameter gear 14a and the outer diameter of the small diameter gear 14b are different, and the module of the large diameter gear 14a and the module of the small diameter gear 14b are different. The difference between the number of teeth of the large-diameter gear 14a and the number of teeth of the small-diameter gear 14b is, for example, 1, the large-diameter gear 14a and the small-diameter gear 14b have a common center line, and are shifted to the large-diameter gear 14a and the small-diameter gear 14b. The module is selected so that it will not be charged. If a gear is dislocated, the slip ratio increases and the efficiency decreases, so it is desirable not to displace. The large gear 14a, the small gear 14b of the drive gear 14, the internal gear of the fixed gear 15, and the internal gear 4a of the output shaft 4 are all formed in an involute tooth profile. By not shifting the gear and by forming the gear into an involute tooth profile, it is possible to simplify the processing and assembly of the gear. A through hole is formed in the drive gear 14. A bush 14c is fitted in the through hole.

駆動ギヤ14の小径ギヤ14bは、固定ギヤ15の内歯車に噛み合う。固定ギヤ15は、ハウジング5に接着、圧入等の固定手段を用いて固定される。固定ギヤ15の内歯車のモジュールは駆動ギヤ14の小径ギヤ14bのモジュールに等しい。固定ギヤ15の内歯車の歯数は小径ギヤ14bの歯数よりも大きく、固定ギヤ15の内径は小径ギヤ14bの外径よりも大きい。このため、固定ギヤ15と駆動ギヤ14の小径ギヤ14bとの間にはすきまδ1(図3参照)が空く。駆動ギヤ14の小径ギヤ14bは、固定ギヤ15の内側を自転しながら公転する。   The small-diameter gear 14 b of the drive gear 14 meshes with the internal gear of the fixed gear 15. The fixed gear 15 is fixed to the housing 5 using a fixing means such as adhesion or press fitting. The module of the internal gear of the fixed gear 15 is equal to the module of the small diameter gear 14b of the drive gear 14. The number of teeth of the internal gear of the fixed gear 15 is larger than the number of teeth of the small-diameter gear 14b, and the inner diameter of the fixed gear 15 is larger than the outer diameter of the small-diameter gear 14b. Therefore, a clearance δ1 (see FIG. 3) is vacant between the fixed gear 15 and the small-diameter gear 14b of the drive gear 14. The small diameter gear 14 b of the drive gear 14 revolves while rotating inside the fixed gear 15.

駆動ギヤ14の大径ギヤ14aは、出力軸4の内歯車4aに噛み合う。出力軸4の内歯車4aのモジュールは駆動ギヤ14の大径ギヤ14aのモジュールに等しい。出力軸4の内歯車4aの歯数は大径ギヤ14aの歯数よりも大きく、出力軸4の内歯車4aの内径は大径ギヤ14aの外径よりも大きい。このため、出力軸4の内歯車4aと駆動ギヤ14の大径ギヤ14aとの間にはすきまδ2(図3参照)が空く。駆動ギヤ14の大径ギヤ14aは、出力軸4の内歯車4aの内側を自転しながら公転する。   The large-diameter gear 14 a of the drive gear 14 meshes with the internal gear 4 a of the output shaft 4. The module of the internal gear 4 a of the output shaft 4 is equal to the module of the large-diameter gear 14 a of the drive gear 14. The number of teeth of the internal gear 4a of the output shaft 4 is larger than the number of teeth of the large diameter gear 14a, and the inner diameter of the internal gear 4a of the output shaft 4 is larger than the outer diameter of the large diameter gear 14a. For this reason, a clearance δ2 (see FIG. 3) is provided between the internal gear 4a of the output shaft 4 and the large-diameter gear 14a of the drive gear 14. The large-diameter gear 14 a of the drive gear 14 revolves while rotating inside the internal gear 4 a of the output shaft 4.

本実施形態の減速機構の減速の原理は、以下のとおりである。上述のように、駆動ギヤ14の小径ギヤ14bは固定ギヤ15の内側を自転しながら公転する。そして、駆動ギヤ14の大径ギヤ14aは、出力軸4の内歯車4aの内側を自転しながら公転する。大径ギヤ14aの歯数と小径ギヤ14bの歯数との差は、例えば1に設定される。固定ギヤ15の歯数は、出力軸4の内歯車4aの歯数と等しい。   The principle of deceleration of the speed reduction mechanism of this embodiment is as follows. As described above, the small diameter gear 14 b of the drive gear 14 revolves while rotating inside the fixed gear 15. The large-diameter gear 14 a of the drive gear 14 revolves while rotating inside the internal gear 4 a of the output shaft 4. The difference between the number of teeth of the large diameter gear 14a and the number of teeth of the small diameter gear 14b is set to 1, for example. The number of teeth of the fixed gear 15 is equal to the number of teeth of the internal gear 4 a of the output shaft 4.

出力軸4が回転しないと仮定すると、駆動ギヤ14の自転・公転に伴い、小径ギヤ14bの周方向の位置と大径ギヤ14aの周方向の位置とがずれることになる。しかし、小径ギヤ14bと大径ギヤ14aとは中心線を共有し、周方向の位置がずれることはない。周方向の位置ずれを吸収するため、出力軸4が回転することになる。出力軸4の減速比は、固定ギヤ15の歯数と出力軸4の内歯車4aの歯数との差、及び/又は大径ギヤ14aの歯数と小径ギヤ14bの歯数との差に応じて決定される。これらの歯数の差を少なくすることで、大きな減速比(出力軸4の回転数/偏心軸11の回転数≦1/30)を実現することができる。   Assuming that the output shaft 4 does not rotate, the circumferential position of the small-diameter gear 14b and the circumferential position of the large-diameter gear 14a shift as the drive gear 14 rotates and revolves. However, the small-diameter gear 14b and the large-diameter gear 14a share the center line, and the circumferential position does not shift. The output shaft 4 rotates in order to absorb the circumferential displacement. The reduction ratio of the output shaft 4 depends on the difference between the number of teeth of the fixed gear 15 and the number of teeth of the internal gear 4a of the output shaft 4, and / or the difference between the number of teeth of the large diameter gear 14a and the number of teeth of the small diameter gear 14b. Will be decided accordingly. By reducing the difference in the number of teeth, a large reduction ratio (the number of rotations of the output shaft 4 / the number of rotations of the eccentric shaft 11 ≦ 1/30) can be realized.

円筒状の出力軸4の内周面には、内歯車4a、軸受支持部4b、ねじ軸嵌合部4cが形成される。軸受支持部4bには、ベアリング13が組み込まれる。このベアリング13には、偏心軸11の小径部11bが回転可能に支持される。出力軸4のねじ軸嵌合部4cには、ねじ軸6の一端部6cが嵌められる(図3参照)。出力軸4の軸方向の一端部には、ねじ軸6を結合するためのねじ孔4dが形成される。ねじ軸6に結合されたフランジ6aには、多数の通し孔6bが形成される。ねじ軸6のフランジ6aは、多数のボルト等の締結部材18を用いて出力軸4に結合される。   An internal gear 4a, a bearing support portion 4b, and a screw shaft fitting portion 4c are formed on the inner peripheral surface of the cylindrical output shaft 4. A bearing 13 is incorporated in the bearing support portion 4b. A small diameter portion 11b of the eccentric shaft 11 is rotatably supported by the bearing 13. One end 6c of the screw shaft 6 is fitted into the screw shaft fitting portion 4c of the output shaft 4 (see FIG. 3). A screw hole 4 d for connecting the screw shaft 6 is formed at one end of the output shaft 4 in the axial direction. A large number of through holes 6 b are formed in the flange 6 a coupled to the screw shaft 6. The flange 6a of the screw shaft 6 is coupled to the output shaft 4 using a number of fastening members 18 such as bolts.

出力軸4は、ハウジング5に軸受としてのアンギュラベアリング16を介して回転可能に支持される。アンギュラベアリング16は、出力軸4の外側かつハウジング5の内側に配置され、この実施形態では二つ設けられる。出力軸4に螺合するロックナット17は、アンギュラベアリング16をハウジング5に固定する(図3参照)。アンギュラベアリング16は、出力軸4を回転可能に支持すると共に、出力軸4に結合されるねじ軸6に作用する軸力を受ける。すなわち、アンギュラベアリング16は、出力軸4の回転を保持する機能と、ねじ軸6の回転を保持する機能とを兼用する。図3に示すように、アンギュラベアリング16の少なくとも一部と、出力軸4の内歯車4aと駆動ギヤ14の大径ギヤ14aの噛み合う部分Rの少なくとも一部とは、軸方向に重なり合う。図3には、噛み合う範囲をSで示す。   The output shaft 4 is rotatably supported by the housing 5 via an angular bearing 16 as a bearing. The angular bearings 16 are arranged outside the output shaft 4 and inside the housing 5, and two angular bearings 16 are provided in this embodiment. A lock nut 17 screwed to the output shaft 4 fixes the angular bearing 16 to the housing 5 (see FIG. 3). The angular bearing 16 rotatably supports the output shaft 4 and receives an axial force acting on the screw shaft 6 coupled to the output shaft 4. That is, the angular bearing 16 has both a function of holding the rotation of the output shaft 4 and a function of holding the rotation of the screw shaft 6. As shown in FIG. 3, at least a part of the angular bearing 16 and at least a part of a portion R where the internal gear 4 a of the output shaft 4 and the large-diameter gear 14 a of the drive gear 14 mesh with each other overlap in the axial direction. In FIG. 3, the meshing range is indicated by S.

図2に示すように、出力軸4には、ボールねじ3のねじ軸6が結合される。ねじ軸6の一端部にはフランジ6aが結合される。ねじ軸6はフランジ6aを介して出力軸4に結合される。ねじ軸6の外周面には、ボールが転がり運動する螺旋状のボール転走溝6dが形成される。   As shown in FIG. 2, the screw shaft 6 of the ball screw 3 is coupled to the output shaft 4. A flange 6 a is coupled to one end of the screw shaft 6. The screw shaft 6 is coupled to the output shaft 4 via a flange 6a. On the outer peripheral surface of the screw shaft 6, a spiral ball rolling groove 6d in which the ball rolls is formed.

ねじ軸6には、多数の転動体としてのボールを介して筒状のナット7が組み付けられる。ナット7の内周面には、ねじ軸6のボール転走溝6dに対向する負荷ボール転走溝が形成される。ねじ軸6のボール転走溝6dとナット7の負荷ボール転走溝との間には、転がり運動可能に多数のボールが介在される。ナット7には、多数のボールが循環できるように、負荷ボール転走溝の一端と一巻き手前の負荷ボール転走溝の他端とをつなぐデフレクタ(図示せず)が装着される。ナット7には、デフレクタを装着するためのデフレクタ嵌合孔7aが形成される。ナット7の端部の外周面には、軸方向に伸びる多数のスプライン突起7bが周方向に均等間隔を空けて形成される。   A cylindrical nut 7 is assembled to the screw shaft 6 via a number of balls as rolling elements. A load ball rolling groove facing the ball rolling groove 6 d of the screw shaft 6 is formed on the inner peripheral surface of the nut 7. A large number of balls are interposed between the ball rolling groove 6 d of the screw shaft 6 and the loaded ball rolling groove of the nut 7 so as to be capable of rolling motion. The nut 7 is provided with a deflector (not shown) that connects one end of the load ball rolling groove and the other end of the load ball rolling groove immediately before the winding so that a large number of balls can circulate. The nut 7 is formed with a deflector fitting hole 7a for mounting the deflector. A large number of spline protrusions 7 b extending in the axial direction are formed on the outer peripheral surface of the end portion of the nut 7 at equal intervals in the circumferential direction.

ハウジング5の内周面には、スプラインリング21が結合される。スプラインリング21の内周面には、軸方向に伸びる多数のスプライン溝21aが周方向に均等間隔を空けて形成される。ナット7の外周面のスプライン突起7bがスプラインリング21の内周面のスプライン溝21aに嵌まる。これにより、ナット7の軸方向の移動を許容した上で、ナット7が軸線の回りに回転するのが制限される。ハウジング5には、ナット7が軸方向に移動するのを案内する滑りブッシュ22が設けられる。   A spline ring 21 is coupled to the inner peripheral surface of the housing 5. A large number of spline grooves 21 a extending in the axial direction are formed on the inner peripheral surface of the spline ring 21 at equal intervals in the circumferential direction. The spline protrusion 7 b on the outer peripheral surface of the nut 7 is fitted into the spline groove 21 a on the inner peripheral surface of the spline ring 21. This restricts the nut 7 from rotating around the axis while allowing the nut 7 to move in the axial direction. The housing 5 is provided with a sliding bush 22 for guiding the nut 7 to move in the axial direction.

本実施形態の直動アクチュエータの動作は、下記のとおりである。まず、電動モータ1が偏心軸11を中心線11aの回りに回転させる。偏心軸11が中心線11aの回りを回転すると、駆動ギヤ14が偏心しながら回転する。駆動ギヤ14の自転・公転に伴って、上述のように出力軸4が減速されて回転する。出力軸4には、ボールねじ3のねじ軸6が結合されているので、出力軸4の回転に伴って、ねじ軸6が回転する。ねじ軸6には多数のボールを介してナット7が組み付けられるので、ねじ軸6の回転に伴ってナット7が直線運動する。   The operation of the linear actuator of this embodiment is as follows. First, the electric motor 1 rotates the eccentric shaft 11 around the center line 11a. When the eccentric shaft 11 rotates around the center line 11a, the drive gear 14 rotates while being eccentric. As the drive gear 14 rotates and revolves, the output shaft 4 is decelerated and rotated as described above. Since the screw shaft 6 of the ball screw 3 is coupled to the output shaft 4, the screw shaft 6 rotates as the output shaft 4 rotates. Since the nut 7 is assembled to the screw shaft 6 via a large number of balls, the nut 7 moves linearly as the screw shaft 6 rotates.

本実施形態の直動アクチュエータによれば、以下の効果を奏する。減速機構2の各ギヤの転位が小さく(又は各ギヤの転位がゼロであり)、かつ経由ギヤの数も少ないので、減速機構2の効率を例えば90%以上に向上させることができる。   The linear actuator according to the present embodiment has the following effects. Since the shift of each gear of the speed reduction mechanism 2 is small (or the shift of each gear is zero) and the number of via gears is small, the efficiency of the speed reduction mechanism 2 can be improved to 90% or more, for example.

ナット7に軸方向の逆入力が作用しても、減速機構2の減速比が高いので、セルフロック性を持たせることができる。セルフロック性を持たせることができなければ、ナット7を一定の位置に保持するために電動モータ1に電流を流し続ける必要がある。セルフロック性を持たせることで、電動モータ1に保持するための電流を流す必要がなくなる。最終的には、電動モータ1のコギングトルク、減速機構2の摩擦力がセルフロックの保持力となる。   Even if an axial reverse input acts on the nut 7, the speed reduction ratio of the speed reduction mechanism 2 is high, so that self-locking can be provided. If the self-locking property cannot be provided, it is necessary to keep the current flowing through the electric motor 1 in order to hold the nut 7 at a certain position. By providing the self-locking property, it is not necessary to pass a current for holding the electric motor 1. Ultimately, the cogging torque of the electric motor 1 and the frictional force of the speed reduction mechanism 2 become the self-locking holding force.

アンギュラベアリング16は、出力軸4の回転を保持する機能と、ねじ軸6の回転を保持する機能とを兼用する。このため、直動アクチュエータの小型化を図ることができる。   The angular bearing 16 combines the function of holding the rotation of the output shaft 4 and the function of holding the rotation of the screw shaft 6. For this reason, size reduction of a linear motion actuator can be achieved.

出力軸4の内歯車4a及び駆動ギヤ14の大径ギヤ14aには圧力角が付けられているので、駆動ギヤ14にトルクが作用すると、圧力角に対応する反力が出力軸4に作用する。アンギュラベアリング16の少なくとも一部と、出力軸4と駆動ギヤ14とが噛み合う部分Rの少なくとも一部とが、軸方向に重なり合う(図3参照)ので、出力軸4に作用する反力をアンギュラベアリング16が受けることができる。このため、出力軸4が円滑に回転する。   Since the internal gear 4a of the output shaft 4 and the large-diameter gear 14a of the drive gear 14 are provided with a pressure angle, when a torque acts on the drive gear 14, a reaction force corresponding to the pressure angle acts on the output shaft 4. . Since at least a part of the angular bearing 16 and at least a part of the portion R where the output shaft 4 and the drive gear 14 mesh with each other overlap in the axial direction (see FIG. 3), the reaction force acting on the output shaft 4 is affected by the angular bearing. 16 can receive. For this reason, the output shaft 4 rotates smoothly.

偏心軸11には、偏心軸11及び駆動ギヤ14の重心を回転の中心になる中心線11aに近づけるカウンタウェイト11eが設けられるので、偏心軸11を高速回転させることが可能になる。   Since the eccentric shaft 11 is provided with a counterweight 11e that brings the center of gravity of the eccentric shaft 11 and the drive gear 14 closer to the center line 11a that is the center of rotation, the eccentric shaft 11 can be rotated at high speed.

上述のように、駆動ギヤ14は圧力角を有するので、駆動ギヤ14にトルクが作用するとき、偏心軸11には駆動ギヤ14の圧力角に対応する反力が作用する。偏心軸11の両端部をベアリング12,13を介して両持ち支持することで、偏心軸11に作用する反力に耐えることができる。   As described above, since the drive gear 14 has a pressure angle, when torque acts on the drive gear 14, a reaction force corresponding to the pressure angle of the drive gear 14 acts on the eccentric shaft 11. By supporting both ends of the eccentric shaft 11 via bearings 12 and 13, it is possible to withstand a reaction force acting on the eccentric shaft 11.

中空の出力軸4の内側にねじ軸6の一端部6cが嵌められる(図3参照)ので、出力軸4の中心線とねじ軸6の中心線が一致するようにねじ軸6を位置決めすることができる。   Since one end 6c of the screw shaft 6 is fitted inside the hollow output shaft 4 (see FIG. 3), the screw shaft 6 is positioned so that the center line of the output shaft 4 coincides with the center line of the screw shaft 6. Can do.

ハウジング5に固定されるスプラインリング21にスプライン溝21aを形成し、ナット7にスプライン突起7bを形成することで、ナット7の回り止めが可能になる。   By forming the spline groove 21 a in the spline ring 21 fixed to the housing 5 and forming the spline protrusion 7 b in the nut 7, the nut 7 can be prevented from rotating.

ハウジング5にナット7が軸方向に移動するのを案内する滑りブッシュ22を設けることで、ナット7に作用するモーメント荷重を滑りブッシュ22で受けることが可能になる。   By providing the housing 5 with the sliding bush 22 for guiding the nut 7 to move in the axial direction, the sliding bush 22 can receive a moment load acting on the nut 7.

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に具現化可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be embodied in various embodiments without departing from the scope of the present invention.

例えば、上記実施形態では、ハウジングにナットの回り止めを行う回り止め部(スプラインリング)を設けたが、ナットが取り付けられる相手部品が回り止めの機能を有する場合には、回り止め部を省略することもできる。   For example, in the above-described embodiment, the housing is provided with a non-rotating portion (spline ring) that prevents the nut from rotating. However, when the mating component to which the nut is attached has a function of preventing rotation, the anti-rotating portion is omitted. You can also

上記実施形態では、減速機構の出力軸にボールねじのねじ軸を結合しているが、減速機構の出力軸にボールねじのナットを結合し、ねじ軸が直線運動するようにすることもできる。   In the above embodiment, the screw shaft of the ball screw is coupled to the output shaft of the speed reduction mechanism. However, a nut of the ball screw may be coupled to the output shaft of the speed reduction mechanism so that the screw shaft moves linearly.

上記実施形態では、駆動ギヤには、大径ギヤ及び小径ギヤを設けているが、大径ギヤ及び小径ギヤを同一の外径にし、同一の緒元のギヤにすることもできる。ただし、この場合、駆動ギヤに転位をつける必要がある。   In the above embodiment, the drive gear is provided with a large-diameter gear and a small-diameter gear. However, the large-diameter gear and the small-diameter gear may have the same outer diameter and the same original gear. In this case, however, it is necessary to shift the drive gear.

上記実施形態では、ねじ軸のボール転走溝のリード及びナットの負荷ボール転走溝のリードは、ねじ軸の直径未満であるが、ねじ軸の直径以上の大リードにすることもできる。大リードにすると、ねじ軸の回転数が減速されていても、ナットのストロークスピードを速くすることができる。   In the above embodiment, the lead of the ball rolling groove of the screw shaft and the lead of the load ball rolling groove of the nut are smaller than the diameter of the screw shaft, but may be larger leads than the diameter of the screw shaft. When a large lead is used, the stroke speed of the nut can be increased even if the rotational speed of the screw shaft is reduced.

本発明の直動アクチュエータは、高い効率とセルフロック性を両立することができるから、自動車のトランスミッション、パーキングブレーキ等の自動車用アクチュエータ、射出成型機、プレス機等の工作機械用アクチュエータ、重量物を持ち上げるジャッキ等に利用可能である。   Since the linear actuator of the present invention can achieve both high efficiency and self-locking performance, it can be used for automobile transmissions such as automobile transmissions, parking brakes, machine tool actuators such as injection molding machines and press machines, and heavy objects. It can be used for lifting jacks.

1…電動モータ(駆動源),4…出力軸,4a…出力軸の内歯車,5…ハウジング,6…ねじ軸,7…ナット,7b…スプライン突起,11…偏心軸,11a…偏心軸の中心線,11d…偏心軸本体,11e…カウンタウェイト,14…駆動ギヤ,14a…大径ギヤ(駆動ギヤの他端部),14b…小径ギヤ(駆動ギヤの一端部),15…固定ギヤ,16…アンギュラベアリング(軸受),21a…スプライン溝,22…ブッシュ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric motor (drive source), 4 ... Output shaft, 4a ... Internal gear of output shaft, 5 ... Housing, 6 ... Screw shaft, 7 ... Nut, 7b ... Spline protrusion, 11 ... Eccentric shaft, 11a ... Eccentric shaft Center line, 11d ... eccentric shaft body, 11e ... counter weight, 14 ... drive gear, 14a ... large diameter gear (the other end of the drive gear), 14b ... small diameter gear (one end of the drive gear), 15 ... fixed gear, 16 ... Angular bearing (bearing), 21a ... Spline groove, 22 ... Bush

Claims (8)

駆動源と、
前記駆動源によって回転駆動され、偏心しながら回転する偏心軸と、
前記偏心軸に回転可能に支持される駆動ギヤと、
ハウジングに固定され、前記駆動ギヤの軸方向の一端部に噛み合う内歯車を有する固定ギヤと、
前記ハウジングに回転可能に支持され、前記駆動ギヤの軸方向の他端部に噛み合う内歯車を有する出力軸と、
前記出力軸に結合される転動体ねじ装置のねじ軸及びナットのいずれか一方と、
前記いずれか一方に多数の転動体を介して組み付けられる前記ねじ軸及び前記ナットの他方と、を備え、
前記駆動源が前記偏心軸を偏心させながら回転させると、前記駆動ギヤが自転しながら公転し、前記出力軸が減速されて回転し、前記転動体ねじ装置の前記ねじ軸及び前記ナットの他方が軸方向に直線運動する直動アクチュエータ。
A driving source;
An eccentric shaft that is rotationally driven by the drive source and rotates eccentrically;
A drive gear rotatably supported on the eccentric shaft;
A fixed gear having an internal gear fixed to the housing and meshing with one axial end of the drive gear;
An output shaft having an internal gear rotatably supported by the housing and meshing with the other axial end of the drive gear;
Any one of a screw shaft and a nut of a rolling element screw device coupled to the output shaft;
The screw shaft and the other of the nut, which are assembled to either one of the rolling elements via a large number of rolling elements,
When the drive source rotates with the eccentric shaft eccentric, the drive gear revolves while rotating, the output shaft rotates at a reduced speed, and the other of the screw shaft and the nut of the rolling element screw device Linear actuator that linearly moves in the axial direction.
前記ハウジングには、前記出力軸を回転可能に支持すると共に、前記出力軸に結合される前記ねじ軸及び前記ナットのいずれか一方に作用する軸力を受けることが可能な軸受が設けられ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。   The housing is provided with a bearing that rotatably supports the output shaft and that can receive an axial force acting on either the screw shaft or the nut coupled to the output shaft. The linear actuator according to claim 1, wherein the actuator is a linear actuator. 前記軸受の少なくとも一部と、前記出力軸の前記内歯車と前記駆動ギヤの前記他端部とが噛み合う部分の少なくとも一部とが、軸方向に重なり合うことを特徴とする請求項2に記載の直動アクチュエータ。   The at least part of the bearing and at least a part of a portion where the internal gear of the output shaft and the other end of the drive gear mesh with each other overlap in the axial direction. Linear actuator. 前記偏心軸は、前記偏心軸の回転の中心になる中心線から偏心し、前記駆動ギヤが回転可能に支持される偏心軸本体と、前記偏心軸及び前記駆動ギヤの重心を前記中心線に近づけるカウンタウェイトと、を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の直動アクチュエータ。   The eccentric shaft is eccentric from a center line that is the center of rotation of the eccentric shaft, and an eccentric shaft main body on which the drive gear is rotatably supported, and the center of gravity of the eccentric shaft and the drive gear are brought close to the center line. The linear motion actuator according to claim 1, further comprising a counterweight. 前記偏心軸の軸方向の一端部は、前記ハウジングに軸受を介して前記中心線の回りを回転可能に支持され、
前記偏心軸の軸方向の他端部は、前記出力軸の内部に軸受を介して前記中心線の回りを回転可能に支持されることを特徴とする請求項4に記載の直動アクチュエータ。
One end portion of the eccentric shaft in the axial direction is supported by the housing through a bearing so as to be rotatable around the center line,
The linear actuator according to claim 4, wherein the other end portion of the eccentric shaft in the axial direction is rotatably supported around the center line through a bearing inside the output shaft.
前記出力軸には、前記ねじ軸が結合され、
前記ねじ軸の軸方向の一端部が、中空に形成される前記出力軸の内側に嵌められることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の直動アクチュエータ。
The screw shaft is coupled to the output shaft,
6. The linear actuator according to claim 1, wherein one end of the screw shaft in the axial direction is fitted inside the output shaft formed to be hollow.
前記出力軸には、前記ねじ軸が結合され、
前記ハウジングの内周面には、軸方向に伸びるスプライン溝又はスプライン突起が形成され、
前記ナットの外周面には、前記スプライン溝又は前記スプライン突起に嵌まるスプライン突起又はスプライン溝が形成されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の直動アクチュエータ。
The screw shaft is coupled to the output shaft,
Spline grooves or spline protrusions extending in the axial direction are formed on the inner peripheral surface of the housing,
The linear actuator according to claim 1, wherein a spline protrusion or a spline groove that fits into the spline groove or the spline protrusion is formed on an outer peripheral surface of the nut.
前記ハウジングには、前記ナットが軸方向に移動するのを案内する滑りブッシュが設けられることを特徴とする請求項7に記載の直動アクチュエータ。   The linear actuator according to claim 7, wherein the housing is provided with a sliding bush for guiding the nut to move in an axial direction.
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