JP2017085758A - アクチュエータおよび機械装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置決め精度の高いアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１は、ねじ軸１０１と、ナット１０２と、スリーブ１１０と、スリーブ１１０を回転させる回転機構部１２０と、回転検出部１３０と、ハウジング１４０と、を有し、ナット１０２は、ねじ軸１０１の軸方向に延びる胴部１０３と、胴部１０３の軸方向一端部に設けられたフランジ部１０４と、を有し、フランジ部１０４は、胴部１０３がスリーブ１１０に嵌め込まれた状態でスリーブ１１０の先端面１１０ａにねじ止めされ、スリーブ１１０は、背面組み合わせのアンギュラ玉軸受によって構成された第一の軸受部１５０と、深溝玉軸受によって構成された第二の軸受部１７０とにより回転自在に軸支され、第一の軸受部１５０は、スリーブ１１０のフランジ部１０４側の端部を軸支し、第二の軸受部１７０は、スリーブ１１０のフランジ部１０４側とは反対側の端部を軸支している。【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータおよび機械装置に関する。

ボールねじの一般的な使い方として、ねじ軸をモータで回転させて、ナットを直線上に移動させる方法が知られている。しかし、この方法では、ねじ軸の端部にモータを設置する必要があるため、軸方向にスペースが必要になる。そこで、特許文献１に記載されるように、ナットにモータを結合し、このモータによってナットを直接回転させるアクチュエータが提案されている。

特開２０１２−１７５８２９号公報

上述のアクチュエータでは、ナット、モータ、エンコーダなどの各種部品がねじ軸の外周に一体に取り付けられる。個々の部品が密に連結されることで位置決め精度の高いアクチュエータが実現される。しかし、モータなどの回転機構部がスリーブとともにハウジングの内部に一体に収容されるため、機械的な振動が発生し、位置決め精度に影響がでる可能性がある。

本発明の目的は、位置決め精度の高いアクチュエータおよび機械装置を提供することにある。

本発明の一態様に係るアクチュエータは、ねじ軸と、前記ねじ軸に螺合したナットと、前記ナットが嵌め込まれた中空状のスリーブと、前記スリーブを前記ねじ軸の周りに回転させる回転機構部と、前記スリーブの回転量を検出する回転検出部と、前記スリーブ、前記ナット、前記回転機構部および前記回転検出部を収容するハウジングと、を有し、前記ナットは、前記ねじ軸の軸方向に延びる胴部と、前記胴部の前記軸方向一端部に設けられたフランジ部と、を有し、前記フランジ部は、前記胴部が前記スリーブに嵌め込まれた状態で、前記スリーブの先端面に接触し、前記フランジ部を前記軸方向に貫通するねじによって前記スリーブの先端面にねじ止めされ、前記スリーブは、第一の軸受部と第二の軸受部とにより前記ねじ軸の周りに回転自在に軸支され、前記第一の軸受部は、背面組み合わせのアンギュラ玉軸受によって構成され、前記第二の軸受部は、深溝玉軸受によって構成され、前記第一の軸受部は、前記スリーブの前記フランジ部側の端部を軸支し、前記第二の軸受部は、前記スリーブの前記フランジ部側とは反対側の端部を軸支している。

この構成によれば、スリーブの両端部が背面組み合わせのアンギュラ玉軸受と深溝玉軸受によって軸支されるため、ラジアル方向のがたつきを抑制しながら、スリーブを軸支することができる。また、回転機構部の発熱によってスリーブやハウジングが軸方向に伸張しても、その変位を第一の軸受部と第二の軸受部によって確実に吸収することができる。さらに、モーメント荷重や偏荷重などが加わっても、安定してスリーブを回転させることができる。よって、位置決め精度の高いアクチュエータが提供される。

本発明の一態様に係るアクチュエータにおいては、例えば、前記フランジ部の外径は、前記スリーブの先端面の外径と同じかそれよりも大きい。

この構成によれば、ねじ止めを行う部分の面積が大きくなる。よって、ナットとスリーブが大きなねじによって強固に固定される。

本発明の一態様に係るアクチュエータにおいては、例えば、前記スリーブと前記ナットは、前記軸方向において、前記ハウジングの外側にはみ出さないように配置されている。

この構成によれば、スリーブやナットなどの回転部材がハウジングの外部に露出しないので、安全性が高いアクチュエータが提供される。

本発明の一態様に係るアクチュエータにおいては、例えば、前記スリーブの外周面には、前記第一の軸受部、前記回転機構部、前記回転検出部および前記第二の軸受部が、前記フランジ部側から順に配置されている。

この構成によれば、回転機構部と回転検出部が近接した位置に配置されるため、スリーブの回転量が正確に検出される。よって、位置決め精度の高いアクチュエータが提供される。また、回転機構部と第二の軸受部は、回転検出部を挟んで配置されるため、第二の軸受部と回転機構部との距離は大きくなる。よって、回転機構部の発熱の影響が第二の軸受部に及びにくくなり、第二の軸受部の寿命が延びる。

本発明の一態様に係るアクチュエータにおいては、例えば、前記第一の軸受部と前記回転機構部との距離は、前記回転機構部と前記回転検出部との距離よりも大きい。

この構成によれば、第一の軸受部と回転機構部が離れて配置されるため、回転機構部の発熱の影響が第一の軸受部に及びにくい。よって、第一の軸受部の寿命が延びる。

本発明の一態様に係るアクチュエータにおいては、例えば、前記回転機構部は、前記スリーブの外周面に固定されたロータと、前記ハウジングの内周面に固定され、前記スリーブの外周を囲んで前記ロータと対向配置されたモータと、を有するダイレクトドライブモータである。

この構成によれば、回転機構部の構成が簡素化される。よって、小型のアクチュエータが提供される。

本発明の一態様に係るアクチュエータにおいては、例えば、前記回転検出部は、前記スリーブの絶対位置を検出可能なアブソリュートエンコーダである。

この構成によれば、スリーブの絶対位置が検出されるので、軸方向のリニアエンコーダが不要となる。よって、小型のアクチュエータが提供される。

本発明の一態様に係る機械装置は、本発明のアクチュエータを有する。

この構成によれば、位置決め精度の高い機械装置が提供される。

本発明によれば、位置決め精度の高いアクチュエータおよび機械装置が提供される。

図１は、一実施形態に係るアクチュエータの断面図である。 図２は、アクチュエータを有する機械装置の一例を示す図である。

発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［アクチュエータ］
図１は、一実施形態に係るアクチュエータ１の断面図である。アクチュエータ１は、ボールねじ１００と、スリーブ１１０と、回転機構部１２０と、回転検出部１３０と、第一の軸受部１５０と、第二の軸受部１７０と、ハウジング１４０と、を有する。

ボールねじ１００は、ねじ軸１０１と、ナット１０２と、を有する。ナット１０２は、複数のボール（図示略）を介してねじ軸１０１に螺合している。ナット１０２とねじ軸１０１との間には、ボールの転動路１０９が設けられている。ナット１０２は、中空状のスリーブ１１０に嵌め込まれ、ねじ１６０によってスリーブ１１０に固定されている。

ナット１０２は、ねじ軸１０１の軸方向（中心軸ＡＸの延在方向）に延びる胴部１０３と、胴部１０３の軸方向一端部に設けられたフランジ部１０４と、を有する。フランジ部１０４は、胴部１０３がスリーブ１１０に嵌め込まれた状態で、スリーブ１１０の先端面１１０ａに接触している。フランジ部１０４は、フランジ部１０４を軸方向に貫通するねじ１６０によってスリーブ１１０の先端面１１０ａにねじ止めされている。胴部１０３のフランジ部１０４側とは反対側の端部には、転動路１０９を塞ぐエンドギャップ１８０が設けられている。エンドキャップ１８０は、胴部１０３とスリーブ１１０とにより軸方向から挟み込まれている。

フランジ部１０４の外径は、スリーブ１１０の外径と同じかそれよりも大きい。そのため、ねじ止めを行う部分の面積が大きい。よって、ナット１０２とスリーブ１１０が大きなねじ１６０によって強固に固定される。

スリーブ１１０は、第一の軸受部１５０と第二の軸受部１７０によりねじ軸１０１の周りに回転自在に軸支されている。第一の軸受部１５０は、例えば、背面組み合わせのアンギュラ玉軸受によって構成されている。第二の軸受部１７０は、例えば、深溝玉軸受によって構成されている。第一の軸受部１５０は、スリーブ１１０のフランジ部１０４側の端部を軸支している。第二の軸受部１７０は、スリーブ１１０のフランジ部１０４側とは反対側の端部を軸支している。スリーブ１１０の外周面には、第一の軸受部１５０、回転機構部１２０、回転検出部１３０および第二の軸受部１７０が、フランジ部１０４側から順に配置されている。

回転機構部１２０は、スリーブ１１０をねじ軸１０１の周りに回転させる。回転機構部１２０は、例えば、ロータ１２１と、モータ１２２と、を有するダイレクトドライブモータである。ロータ１２１は、例えば、スリーブ１１０の回転方向に沿って配置されたセグメント状態の磁石である。ロータ１２１は、スリーブ１１０の外周面に固定されている。モータ１２２は、ハウジング１４０の内周面に固定され、スリーブ１１０の外周を囲んでロータ１２１と対向配置されている。ねじ軸１０１の回転方向の動きは規制されている。そのため、ナット１０２の回転によって、ナット１０２、スリーブ１１０およびハウジング１４０が軸方向に一体に移動する。

回転検出部１３０は、スリーブ１１０の回転量を検出する。回転検出部１３０は、例えば、スリーブ１１０の絶対位置を検出可能なアブソリュートエンコーダである。回転検出部１３０は、例えば、ねじ１３３によってスリーブ１１０の軸方向他端側に固定されたスリット板１３１と、スリット板１３１を透過した光を検出する光センサ１３２と、を有する。スリット板１３１には、異なる形状を有する複数のスリット状のパターンがスリット板１３１の回転方向に沿って並んで配置されている。光センサ１３２は、スリット板１３１を挟んで配置された図示略の発光部および受光部を有する。光センサ１３２は、受光部で受光された光量に基づいて、スリット板１３１の回転量（スリーブ１１０の回転量）を検出する。

第一の軸受部１５０と回転機構部１２０との距離Ｄ１は、例えば、回転機構部１２０と回転検出部１３０との距離Ｄ２よりも大きい。この構成によれば、第一の軸受部１５０と回転機構部１２０が離れて配置されるため、回転機構部１２０の発熱の影響が第一の軸受部１５０に及びにくい。よって、第一の軸受部１５０の寿命が延びる。

ハウジング１４０は、第一のハウジング部１４１と、第二のハウジング部１４２と、第三のハウジング部１４３と、を有する。第一のハウジング部１４１は、円筒状に形成され、スリーブ１１０の外周面を囲んでいる。第二のハウジング部１４２は、リング状に形成され、ねじ１４４によって、第一のハウジング部１４１のフランジ部１０４側の端部にねじ止めされている。第三のハウジング部１４３は、リング状に形成され、ねじ１４５によって、第一のハウジング部１４１のフランジ部１０４側とは反対側の端部にねじ止めされている。

第一の軸受部１５０は、第一のハウジング部１４１とスリーブ１１０との間に挟み込まれている。第一のハウジング部１４１の内周面には、突起１４６が設けられている。第一の軸受部１５０は、第二のハウジング部１４２と突起部１４６とにより軸方向から挟み込まれている。これにより、第一の軸受部１５０の軸方向の位置が固定されている。第二の軸受部１７０は、第三のハウジング部１４３とスリーブ１１０との間に挟み込まれている。

第二のハウジング部１４２の内径（第二のハウジング部１４２の開口部１４９の径）は、フランジ部１０４の外径よりも大きい。第二のハウジング部１４２は、フランジ部１０４の外周を囲むように配置されている。フランジ部１０４とねじ１６０は、第二のハウジング部１４２の開口部１４９内に露出している。ナット１０２をスリーブ１１０に取り付ける場合には、開口部１４９を介してナット１０２をスリーブ１１０に挿入し、開口部１４９にドライバを挿入してフランジ部１０４をねじ１６０でスリーブ１１０の先端面１１０ａに固定する。ナット１０２をスリーブ１１０から取り外す場合には、開口部１４９にドライバを挿入してねじ１６０を弛め、ナット１０２を開口部１４９から抜き出す。

以上のように、本実施形態のアクチュエータ１では、スリーブ１１０の両端部が背面組み合わせのアンギュラ玉軸受と深溝玉軸受によって軸支されるため、ラジアル方向のがたつきを抑制しながら、スリーブ１１０を軸支することができる。また、回転機構部１２０の発熱によってスリーブ１１０やハウジング１４０が軸方向に伸張しても、その変位を第一の軸受部１５０と第二の軸受部１７０によって確実に吸収することができる。さらに、モーメント荷重や偏荷重などが加わっても、安定してスリーブ１１０を回転させることができる。よって、位置決め精度の高いアクチュエータ１が提供される。

また、本実施形態のアクチュエータ１では、ナット１０２のフランジ部１０４は、ナット１０２の胴部１０３がスリーブ１１０に嵌め込まれた状態で、スリーブ１１０の先端面１１０ａにねじ止めされる。ナット１０２を嵌め込む方向とねじ止めを行う方向は同じである。そのため、ナット１０２の開口部１４９からドライバを挿入し、ねじ１６０を操作することで、ナット１０２の周辺部の部品を分解することなく、ナット１０２とスリーブ１１０の取り付けおよび取り外しが可能となる。よって、メンテナンスが容易なアクチュエータ１が提供される。

また、本実施形態のアクチュエータ１では、スリーブ１１０とナット１０２は、軸方向において、ハウジング１４０の外側にはみ出さないように配置されている。スリーブ１１０やナット１０２などの回転部材がハウジング１４０の外部に露出しないので、安全性が高いアクチュエータ１が提供される。

また、本実施形態のアクチュエータ１では、スリーブ１１０の外周面に、第一の軸受部１５０、回転機構部１２０、回転検出部１３０および第二の軸受部１７０が、フランジ部１０４側から順に配置されている。この構成によれば、回転機構部１２０と回転検出部１３０が近接した位置に配置されるため、スリーブ１１０の回転量が正確に検出される。よって、位置決め精度の高いアクチュエータ１が提供される。また、回転機構部１２０と第二の軸受部１７０は、回転検出部１３０を挟んで配置されるため、第二の軸受部１７０と回転機構部１２０との距離は大きくなる。よって、回転機構部１２０の発熱の影響が第二の軸受部１７０に及びにくくなり、第二の軸受部１７０の寿命が延びる。

また、本実施形態のアクチュエータ１では、回転検出部１３０がアブソリュートエンコーダによって構成されている。この構成によれば、スリーブ１１０の絶対位置が検出されるので、軸方向のリニアエンコーダが不要となる。よって、小型のアクチュエータ１が提供される。また、回転機構部１２０として、ダイレクトドライブモータが用いられているため、さらにアクチュエータ１の小型化が可能である。かかる構成によれば、ナット１０２の周辺部の構成が簡素化されるため、ナット１０２とスリーブ１１０の取り付けおよび取り外しが容易になる。

［機械装置］
図２は、アクチュエータ１を有する機械装置２の一例を示す図である。機械装置２は、アクチュエータ１と、ステージ１０と、一対のリニアガイド１１と、を有する。ステージ１０は、アクチュエータ１のハウジング１４０に固定されている。ステージ１０は、一対のリニアガイド１１にガイドされながら、ねじ軸１０１の延在方向に移動する。機械装置２は、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、歯切り盤、研削盤などの種々の機器に適用可能である。

１ アクチュエータ
２ 機械装置
１０１ ねじ軸
１０２ ナット
１０３ 胴部
１０４ フランジ部
１１０ スリーブ
１１０ａ スリーブの先端面
１２０ 回転機構部
１２１ ロータ
１２２ モータ
１３０ 回転検出部
１４０ ハウジング
１５０ 第一の軸受部
１６０ ねじ
１７０ 第二の軸受部

Claims (8)

1. ねじ軸と、
   前記ねじ軸に螺合したナットと、
   前記ナットが嵌め込まれた中空状のスリーブと、
   前記スリーブを前記ねじ軸の周りに回転させる回転機構部と、
   前記スリーブの回転量を検出する回転検出部と、
   前記スリーブ、前記ナット、前記回転機構部および前記回転検出部を収容するハウジングと、
   を有し、
   前記ナットは、前記ねじ軸の軸方向に延びる胴部と、前記胴部の前記軸方向一端部に設けられたフランジ部と、を有し、
   前記フランジ部は、前記胴部が前記スリーブに嵌め込まれた状態で、前記スリーブの先端面に接触し、前記フランジ部を前記軸方向に貫通するねじによって前記スリーブの先端面にねじ止めされ、
   前記スリーブは、第一の軸受部と第二の軸受部とにより前記ねじ軸の周りに回転自在に軸支され、
   前記第一の軸受部は、背面組み合わせのアンギュラ玉軸受によって構成され、
   前記第二の軸受部は、深溝玉軸受によって構成され、
   前記第一の軸受部は、前記スリーブの前記フランジ部側の端部を軸支し、
   前記第二の軸受部は、前記スリーブの前記フランジ部側とは反対側の端部を軸支している
   アクチュエータ。
2. 前記フランジ部の外径は、前記スリーブの先端面の外径と同じかそれよりも大きい
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記スリーブと前記ナットは、前記軸方向において、前記ハウジングの外側にはみ出さないように配置されている
   請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記スリーブの外周面には、前記第一の軸受部、前記回転機構部、前記回転検出部および前記第二の軸受部が、前記フランジ部側から順に配置されている
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
5. 前記第一の軸受部と前記回転機構部との距離は、前記回転機構部と前記回転検出部との距離よりも大きい
   請求項４に記載のアクチュエータ。
6. 前記回転機構部は、前記スリーブの外周面に固定されたロータと、前記ハウジングの内周面に固定され、前記スリーブの外周を囲んで前記ロータと対向配置されたモータと、を有するダイレクトドライブモータである
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
7. 前記回転検出部は、前記スリーブの絶対位置を検出可能なアブソリュートエンコーダである
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアクチュエータを有する機械装置。

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