JP2017025959A - クラッチ機構付きリニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】
構造が簡易で生産コストを抑えることが可能であり、容易に小型化を図ることが可能なクラッチ機構付きリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】
ベースプレート２と、前記ベースプレート上に敷設された案内レール４と、前記ベースプレートに対して起立する支持板部５０ｂを有すると共に前記案内レールに沿って移動自在なスライダ５と、一端が前記スライダ５の支持板部５０ｂに対して回転自在に結合すると共に前記案内レール４と平行に設けられた出力シャフト７と、前記案内レール４及び前記出力シャフト７と平行に設けられると共にモータ３によって所定の回転を与えられるねじ軸６と、前記ねじ軸６と噛合う分割ナット部８０を有すると共に前記出力シャフト７に固定されたクラッチプレート８と、前記分割ナット部と前記ねじ軸とが噛合う方向へ前記出力シャフトを回転させる付勢部材５６と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータの回転量に応じて対象物を直線方向へ駆動するリニアアクチュエータに関する。

リニアアクチュエータの利用用途は多数存在するが、そのうちの一つとして、シリンジポンプがある。シリンジポンプは、シリンジ内に充填された液体又は気体を所定の流量で吐出させる目的で使用される。

従来、シリンジポンプに使用されるリニアアクチュエータとしては、特開２００２−３３６３５４（特許文献１）の図７に開示されるものが知られている。このリニアアクチュエータは、ねじ軸及び当該ねじ軸のねじ溝と噛合うハーフナットを用いて、モータの回転運動をパイプシャフトの軸方向への直線運動に変換しており、前記パイプシャフトがシリンジに挿入されたプランジャをリニアアクチュエータの出力軸として押圧するように構成されている。

前記パイプシャフトの内部にはクラッチシャフトが総通されており、前記ハーフナットはこのクラッチシャフトに装着されている。前記パイプシャフトの端部には前記ハーフナットと隣接してブロック４１が固定されており、ハーフナットが前記ねじ軸の回転に伴って前記ブロックの方向へ移動すると、当該ブロックがハーフナットに押圧されて前記パイプシャフトが軸方向へ移動するようになっている。また、前記パイプシャフトが前記クラッチシャフトに連れ回されるのを防止するため、前記ねじ軸と平行に案内シャフトが設けられており、前記ブロックはこの案内シャフトに対しても軸方向へ移動自在に係合している。

前記クラッチシャフトを周方向へ回転させると、前記ハーフナットと前記ねじ軸との噛合いが解除され、前記パイプシャフトはモータの回転とは無関係に自由に軸方向へ移動可能となる。前記クラッチシャフトは前記パイブシャフトの先端に装着されたプランジャ押圧部材のクラッチレバーと接続されており、操作者は前記クラッチレバーを摘まむことで、前記プランジャの押圧部材及び前記パイプシャフトを任意の位置に移動させて、シリンジの交換作業を行うことができる。

特開２００２−３３６３５４（図７）

しかし、このような従来のクラッチ機構付きリニアアクチュエータは構造が複雑であり、組み立てに手間がかかる他、部品点数も多いので、生産コストが嵩むといった課題があった。また、小型化を図り難いといった課題もあった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、構造が簡易で生産コストを抑えることが可能であり、容易に小型化を図ることが可能なクラッチ機構付きリニアアクチュエータを提供することにある。

すなわち、本発明のクラッチ機構付きリニアアクチュエータは、ベースプレートと、前記ベースプレート上に敷設された案内レールと、前記ベースプレートに対して起立する支持板部を有すると共に前記案内レールに沿って移動自在なスライダと、一端が前記スライダの支持板部に対して回転自在に結合すると共に前記案内レールと平行に設けられた出力シャフトと、前記案内レール及び前記出力シャフトと平行に設けられると共にモータによって所定の回転を与えられるねじ軸と、前記ねじ軸と噛合う分割ナット部を有すると共に前記出力シャフトに固定されたクラッチプレートと、前記分割ナット部と前記ねじ軸とが噛合う方向へ前記出力シャフトを回転させる付勢部材と、を備えている。

本発明のクラッチ付きリニアアクチュエータは、構造が簡易で生産コストを抑えることが可能であり、容易に小型化を図ることが可能である。

本発明が適用されたリニアアクチュエータの一例を示す斜視図である。 図1に示したリニアアクチュエータのスライダの拡大斜視図である。 案内レール、ねじ軸及び出力シャフトの配置を示す簡略図である。

以下、添付図面を用いながら本発明のクラッチ機構付きリニアアクチュエータを詳細に説明する。

図１は本発明を適用したクラッチ機構付きリニアアクチュエータ（以下、「アクチュエータ」という）の実施形態の一つを示すものである。このアクチュエータ１は例えばシリンジポンプにおいて使用され、当該シリンジポンプに対して装着されたシリンジに対してブランジャを所定の速度で押し込み、かかるシリンジに充填された液体又は気体を所定の流量で吐出させる目的で使用される。

このアクチュエータ１は、前記シリンジポンプ等の適用対象の機器に固定されるベースプレート２を有している。このベースプレート２の長手方向の端部にはモータブラケット２０が直角に起立しており、かかるモータブラケット２０にはステッピングモータ３が固定されている。また、前記ベースプレート２にはねじ止め用の貫通孔２１が複数設けられている。

前記ベースプレート２上には案内レール４が敷設されると共に、前記案内レール４には当該案内レール４に沿って移動自在なスライダ５が組み付けられている。また、前記ベースプレート上にはねじ軸６が回転自在に、且つ、前記案内レール４と平行に設けられている。このねじ軸６の外周面には螺旋状の雄ネジが形成されている。前記ベースプレート２上にはサポートブラケット２２が固定されており、前記ねじ軸６はその軸方向の一端が軸受を介して前記サポートブラケット２２に保持されている。前記サポートブラケット２２に保持された前記ねじ軸６の一端は当該サポートブラケット２２を貫通しており、前記モータブラケット２０に固定されたモータ３の出力軸とカップリング２３を介して結合されている。従って、前記モータを回転させると、前記サポートブラケットに保持された前記ねじ軸が回転する。

図２は前記スライダ５の詳細を示す拡大図である。前記スライダ５は、固定部５０ａと当該固定部５０ａから直角に起立する支持板部５０ｂからなる略Ｌ字状の連結部材５０を有している。この連結部材５０の固定部５０ａには前記案内レール４に沿って走行する移動ブロック５１がボルトで固定されている。この移動ブロック５１は前記案内レール４を転走する多数のボールを介して当該案内レール４に組み付けられており、前記案内レール４の長手方向に沿って自在に移動可能である。

前記案内レール４は長手方向に垂直な断面が略矩形状に形成されており、その両側面にはボールの転走溝が形成されている。一方、前記移動ブロック５１は略サドル状に形成されて前記案内レール４に跨がるように配置されており、案内レール４の転走溝を転走する多数のボールを介して当該案内レール４に組付けられている。この移動ブロック５１はその内部にボールの無限循環路を有しており、前記案内レール４に跨がった状態で当該案内レール４上をストロークに制限なく移動することが可能となっている。

これら案内レール４及び移動ブロック５１については、公知の直線案内装置を任意に選定して使用することが可能である。その際、案内レール４及び移動ブロック５１の形状は必要とする負荷能力に応じて任意に選定することが可能であり、案内レール４と移動ブロック５１との間に介装される転動体に関しても、ボールではなくローラを選定しても差し支えない。

前記支持板部５０ｂには出力シャフト７の一端が保持されており、当該出力シャフト７は前記案内レール４及びねじ軸６と平行に設けられている。前記出力シャフト７は前記支持板部５０ｂを貫通すると共に、貫通した前記出力シャフト７には抜け止め用のナット５２が螺合すると共に、当該ナットから突出した出力シャフトの先端はカバー５３で被覆されている。また、前記出力シャフト７と前記支持板部５０ｂとの間には軸受ブッシュ５４が介装されており、当該出力シャフト７は前記支持板部５０ｂに対して回転自在に設けられている。

一方、前記出力シャフト７にはクラッチプレート８が固定されている。このクラッチプレート８と前記支持板部５０ｂとの間には前記出力シャフト７に嵌合したスペーサ５５が設けられている。前記支持板部５０ｂ及び前記スペーサ５５は前記ナット５２と前記クラッチプレート８との間に挟み込まれており、これによって前記出力シャフト７は前記支持板部５０ｂに対して軸方向へ移動することなく且つ回転自在に保持されている。

前記クラッチプレート８には分割ナット部８０が設けられている。この分割ナット部８０は前記ねじ軸６の雄ねじと噛合う雌ねじを半分に分割したものであり、前記出力シャフト７から距離をおいた前記クラッチプレート８の下端に形成されている。また、前記クラッチプレート８と前記支持板部５０ｂとの間には付勢部材としてのコイルスプリング５６が設けられている。このコイルスプリング５６は一端が前記支持板部５０ｂに、他端が前記クラップレート８に固定されており、当該クラッチプレート８に引っ張り力を及ぼしている。すなわち、前記コイルスプリング５６は、前記分割ナット部８０の雌ねじが前記ねじ軸６の雄ねじと噛合う方向へ、前記クラッチプレート８を付勢している。前記クラッチプレート８は前記出力シャフト７に固定されているので、前記コイルスプリング５６の付勢力は前記出力シャフト７に対して図２中の矢線Ａ方向の回転トルクとして作用していることになる。

従って、前記出力シャフト７に対して外部から何ら回転トルクを加えていない状態では、前記コイルスプリング５６の付勢力によってクラッチプレート８の分割ナット部８０が前記ねじ軸６と噛合っているので、前記モータ３を駆動して前記ねじ軸６を回転させると、当該回転が前記分割ナット部８０によって前記ねじ軸６の軸方向への直線運動に変換される。また、前記出力シャフト７に回転トルクを与えて、前記コイルスプリング５６の付勢力に抗して当該出力シャフト７を矢線Ａ方向とは反対方向へ回転させると、前記クラッチプレート８の分割ナット部８０と前記ねじ軸６と噛合いが解除され、前記ねじ軸６と前記クラッチプレート８とを切り離すことができる。

尚、図２中における符号５７は前記支持板部５０ｂに設けられた貫通孔であり、前記ねじ軸６が当該貫通孔を挿通している。

図３は前記案内レール４、前記ねじ軸６及び前記出力シャフト７の位置関係を示す簡略図である。前記ねじ軸６は前記ベースプレート２上に敷設された前記案内レール４の真上に位置しており、当該ねじ軸６の中心は前記案内レール４の中心を通るベースプレート２の垂線Ｈ上に位置している。また、前記出力シャフト７の中心も前記ベースプレート２の垂線Ｈ上に位置している。すなわち、前記案内レール４、前記ねじ軸６及び前記出力シャフト７は互いに平行で且つ一列に並んでおり、垂線Ｈを含む同一の仮想平面内に位置していることになる。

そして、以上のように構成された本実施形態のアクチュエータ１は、例えば、前記出力シャフト７の前記支持板部５０ｂと反対側の端部にシリンジポンプのプランジャ押圧部材（図示せず）を連結して使用する。その際、プランジャをシリンジに押し込む方向が図１中の矢線Ｂ方向に合致しているとすれば、図１に示される前記スライダ５の位置はプランジャをシリンジに完全に押し込んだ位置に対応している。

前記案内レール４上におけるスライダ５の移動量は前記ステッピングモータ３に印加するパルス信号数によって管理され、前記パルス信号数を計数することによってシリンジから吐出した液体又は気体の流量を把握可能である。また、前記クラッチプレート８の分割ナット部８０と前記ねじ軸６とが噛合った状態では、前記スライダ５は前記案内レール４上の一定位置に保持されており、当該スライダ５を前記案内レール４に沿って自由に移動させることができない。

一方、前記出力シャフト７を矢線Ａ（図２）と反対方向へ回転させれば、前記クラッチプレート８の分割ナット部８０と前記ねじ軸６との噛合いが解除されるので、前記スライダ５を前記案内レール４に沿って自由に移動させることが可能となる。これにより、例えばシリンジポンプに対してこのアクチュエータを適用した場合では、プランジャをシリンジに押し込んだ後、前記出力シャフト７を回転させることで当該プランジャを押し込み前の位置に簡単に戻すことが可能となる。

尚、図１を用いた説明では、プランジャをシリンジに押し込む方向が図１中の矢線Ｂ方向に合致していると説明したが、これに限られるものでなく、前記スライダ５を矢線Ｂ方向とは反対方向へ移動した際に、プランジャがシリンジに押し込まれるように構成しても差し支えない。

このように、本実施形態のアクチュエータは前記ねじ軸６の回転に応じて前記スライダ５に直線運動を与えつつ、当該スライダ５を前記ねじ軸６と任意に切り離すことができ、しかも簡易な構造でこれを実現しており、部品点数の減少や組み立て労力の軽減によって生産コストを抑えることが可能となる。また、クラッチ機構を備えたアクチュエータの小型化を達成することも可能となる。

更に、図３に示したように、前記案内レール４、前記ねじ軸６及び前記出力シャフト７を同一の仮想平面に配置すれば、前記ねじ軸６の回転によってクラッチプレート８に作用する推進力を前記出力シャフト７、更にはスライダ５に固定された移動ブロック５１に対して効率よく伝達することができ、当該スライダ５の前記案内レール４に沿った直線運動、ひいては前記出力シャフト７の軸方向への運動を円滑に行うことが可能となる。

１…リニアアクチュエータ、２…ベースプレート、３…モータ、４…案内レール、５…スライダ、６…ねじ軸、７…出力シャフト、８…クラッチプレート、５０ｂ…支持板部、５６…コイルスプリング（付勢部材）、８０…分割ナット部

Claims (3)

1. ベースプレートと、
   前記ベースプレート上に敷設された案内レールと、
   前記ベースプレートに対して起立する支持板部を有すると共に前記案内レールに沿って移動自在なスライダと、
   一端が前記スライダの支持板部に対して回転自在に結合すると共に前記案内レールと平行に設けられた出力シャフトと、
   前記案内レール及び前記出力シャフトと平行に設けられると共にモータによって所定の回転を与えられるねじ軸と、
   前記ねじ軸と噛合う分割ナット部を有すると共に前記出力シャフトに固定されたクラッチプレートと、
   前記分割ナット部と前記ねじ軸とが噛合う方向へ前記出力シャフトを回転させる付勢部材と、
   を備えたことを特徴とするクラッチ機構付きリニアアクチュエータ。
2. 前記案内レール、前記出力シャフト及び前記ねじ軸は同一の仮想平面内に存在していることを特徴とする請求項１記載のクラッチ機構付きリニアアクチュエータ。
3. 前記スライダは、無限循環する多数のボールを介して前記案内レールに組み付けられた移動ブロックと、前記移動ブロックに固定された脚部及び当該脚部から起立する前記支持板部を有する連結部材と、を備えたことを特徴とする請求項１記載のクラッチ機構付きリニアアクチュエータ。