JP2019002461A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ストッパにより出力用ねじ軸の抜け止めの他に、原点出しにも使用できるので、原点位置センサを別に用意する必要がなくなるリニアアクチュエータを提供する。【解決手段】 中空状回転軸を有するモータ部１０と、該中空状回転軸の軸線上に挿通された出力用ねじ軸２３と、前記中空状回転軸内に配設されて前記出力用ねじ軸２３と螺合するねじナット２４とを備え、前記中空状回転軸の回転運動が前記出力用ねじ軸２３の直線運動に変換されるように前記ねじナット２４が設けられており、前記出力用ねじ軸２３の前進方向の先端部の極限位置がストッパ２８で規定され、かつ前記ストッパ２８で規定される極限位置が原点位置に設定されることにある。【選択図】 図２

Description

本発明は、中空状回転軸を有するモータ部と、該中空状回転軸の軸線上に挿通された出力用ねじ軸と、前記中空状回転軸内に配設されて前記出力用ねじ軸と螺合するねじナットとを備え、前記中空状回転軸の回転運動を、前記ねじナットを介して前記出力用ねじ軸の直線運動に変換するリニアアクチュエータに関する。

従来、この種のリニアアクチュエータとしては、例えば、特許文献１に示すようなものがある。
特許文献１において、ねじ軸の所定量以上の移動を防止するために、ストッパが設けられている。ストッパによってねじ軸の前進方向の極限位置が規定されていることで、極限位置に達すると、ねじ軸が強制的に停止させられる。

特開２００９−１５６３５４号公報

しかしながら、このような従来のリニアアクチュエータにあっては、極限位置に達して、ねじ軸が強制的に停止させられる場合、ストッパがアクチュエータケースのねじ軸出力部（フランジ）に当接して停止する。ストッパとねじ軸の固定が、圧入、ねじ止め、接着等で固定されていたとしても、ストッパが、ねじ軸に当接した際、ストッパへの衝撃により、ストッパとねじ軸の固定が、ずれたり、外れたりする問題点があった。
特許文献１においては、ストッパとフランジの衝突によるねじナットの回転慣性力によってボールねじの軌道部に圧痕が発生することを防止するため制動手段が設けられており、ストッパがフランジと当接するときは、ある程度、減速するようにしているが、ストッパが、ねじ軸に当接した際、ストッパへの衝撃があることに変わりはない。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、
出力用ねじ軸の先端部に円筒部を若干残して、軸方向に数ミリの長さの平行になる２面フライス部を形成する。
前記出力用ねじ軸に形成した２面フライス部に嵌合するＵ字状の内周と軸方向幅を形成し、外周も内周のフライス部と平行になる２面にカット部を設けた略Ｕ字型のセットカラー（ストッパ）を、前記出力用ねじ軸の２面フライス部に固定することにより、上記の問題点を解決する。
セットカラー（ストッパ）がフランジと当接したときに、セットカラー（ストッパ）に衝撃があっても、セットカラーのＵ字状の内周と出力用ねじ軸の２面のフライス部が、強固に嵌合しているので、セットカラー（ストッパ）がずれることが無いため、セットカラー（ストッパ）がフランジと当接したところを、リニアアクチュエータの原点とすることができることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、中空状回転軸を有するモータ部と、該中空状回転軸の軸線上に挿通された出力用ねじ軸と、前記中空状回転軸内に配設されて前記出力用ねじ軸と螺合するねじナットとを備え、前記中空状回転軸の回転運動が前記出力用ねじ軸の直線運動に変換されるように前記ねじナットが設けられており、前記出力用ねじ軸の前進方向の先端部の極限位置がストッパで規定され、かつ前記ストッパで規定される極限位置が原点位置に設定されることにある。
また、本発明は、前記出力用ねじ軸の先端部に円筒部を形成し、該円筒部とねじ部の間に径方向に平行となる２面の平面部を前記ストッパの軸方向厚みと略同じ寸法で形成し、前記ストッパは、略Ｕ字形形状であり、内面は、前記出力用ねじ軸に形成された２面の平面部に嵌合する平面形状に形成されていることにある。
さらに、本発明は、前記ストッパの略Ｕ字形形状の外周には、径方向に平行となる２面の平面部が形成されていることにある。
またさらに、本発明は、前記出力ねじ軸を覆う軸方向に伸縮可能な多重筒体からなるボールねじカバーを備え、前記ストッパには、前記出力ねじ軸を覆い、さらに前記ボールねじカバーの内部に組込まれる凸部が形成されていることにある。
また、本発明は、前記出力用ねじ軸はボールねじ軸であり、前記ねじナットはボールねじナットであることにある。
さらに、本発明は、前記出力用ねじ軸は滑りねじ軸であり、前記ねじナットは滑りねじナットであることにある。

本発明によれば、ストッパにより出力用ねじ軸の抜け止めの他に、原点出しにも使用できるので、原点位置センサを別に用意する必要がなくなる。

本発明の実施の形態によるリニアアクチュエータの斜視図である。 本発明の実施の形態によるリニアアクチュエータを示し、（ａ）は図１の左側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 ボールねじ軸に取り付けるセットカラーの斜視図である。 （ａ）はボールねじ軸と、セットカラーとを示す斜視図、（ｂ）は、ボールねじ軸に、セットカラーを嵌合した斜視図である。 図２（ａ）のボールねじ軸が原点位置にある状態の側面図である。 ボールねじ軸に負荷を取り付ける際、セットカラーのフライス部をスパナで固定している状態の斜視図である。 ボールねじカバーを備えた本願のリニアアクチュエータを示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は原点位置を示す（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 第２の実施形態のセットカラーを示す斜視図である。 図８（ｂ）のＸ部の拡大図である。 第２の実施形態のセットカラーの変形例を示す斜視図である。 （ａ）は第２の実施形態のセットカラーの変形例をボールねじ軸に嵌合した状態の側面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１、図２（ａ）（ｂ）は、本発明に係るリニアアクチュエータ１を示している。
このリニアアクチュエータ１において、モータ部１０は、互いに同一軸線上に同心状に配設されたステータ１１とロータ１２と中空シャフト１３とで構成されている。

前記中空シャフト１３は、反出力側ベアリング１５によって外周面を支持された小径部１３ａと、スラスト兼ラジアルベアリング１４によって外周面を支持された大径部１３ｂとが軸方向にずらせて設けられている。前記ロータ１２は中空シャフト１３の小径部１３ａの外周面に一体に設けられており、前記ロータ１２の周囲に間隙を置いて同心状に前記ステータ１１が配設されている。

前記スラスト兼ラジアルベアリング１４の外輪１４ａは、ケース１９の内周面に設けられた段差部１９ａによって一端が係止されており、他端がベアリング固定リング１６によって固定されている。前記スラスト兼ラジアルベアリング１４の内輪１４ｂは、中空シャフト１３の大径部１３ｂの外周面に設けられた段差部１３ｃによって一端が係止されており、他端はロックナット１７によって係止されている。このロックナット１７は大径部１３ｂの外周面に設けられたねじ部１３ｄに螺合して固定されている。前記スラスト兼ラジアルベアリング１４は、内周が円筒状のケース１９内に内蔵されており、このケース１９はブラケット２０およびフランジ２１とともにアクチュエータハウジング２２が構成されている。

ボールねじ軸２３は前記中空シャフト１３の中空部１３ｅの軸線上に挿通された出力用ねじ軸で、このボールねじ軸２３のねじ部２３ａには、前記中空シャフト１３の大径部１３ｂに挿入された環状のボールねじナット２４が同心状に螺合して取り付けられている。
ボールねじナット２４には、中空シャフト１３の大径部１３ｂの開口端側の外周面に、フランジ部２４ａが設けられており、このフランジ部２４ａのボールネジ軸２３と同軸方向に形成された開口孔２４ｂに、前記ボールねじナット締結ねじ１８が挿通されて前記ロックナット１７に螺着されている。

前記ボールねじ軸２３の先端部には、ボールねじ軸２３の外径と同じ円柱部２３ｂを軸方向数ミリ（本実施例では１．５ｍｍ）残して、この円柱部２３ｂから軸方向に数ミリ（実施例では５ｍｍ）の平行となる２面のフライスカット部２３ｃがねじ部２３ａに形成されている。

ねじ軸の前進方向の極限位置を規定して、ボールねじ軸２３の抜け止め、および原点を規定するストッパとしての略Ｕ字型のセットカラー２８が、前記ボールねじ軸のねじ部２３ａに形成された２面のフライスカット部２３ｃに締結されている。

略Ｕ字型のセットカラー２８は、図３に示すように、内周２８ａは、前記ボールねじ軸２３に形成した２面フライスカット部２３ｃに嵌合するようにＵ字状に形成されている。セットカラー２８の外周２８ｂは、内周の嵌合部２８ａ１と平行になる２面にカット部２８ｂ１が形成されている。

図４（ａ）に示すように、略Ｕ字型のセットカラー２８の内周の嵌合部２８ａ１の軸方向の幅Ｌ１は、前記ボール用ねじ軸２３に形成した２面フライスカット部２３ｃが形成されている軸方向の幅Ｌ２と同じとなっている。図４（ｂ）に示すように、前記ボール用ねじ軸２３に形成した２面フライスカット部２３ｃにセットカラー２８が嵌合されている。さらに、前記略Ｕ字形のセットカラーの外周２面カット部２８ｂ１には、ねじ穴２８ｂ２が形成され、図示しない止めねじにより、ボールねじ軸のフライス部２３ｃに締結されている。または、止めねじを使用せずに、圧入又は接着等により締結しても良い。

図２（ｂ）に示すように、前記ボールネジ軸２３の基端には抜け止め用係止部材２６がネジ２７によりねじ止めされている。
また、前記中空シャフト１３の小径部１３ａの末端には、手動送り用摘み２９が装着されており、前記ブラケット２０の上部にはモータリード線を引き出すためのモータリード線用ブッシュ３０（図２（ａ）参照）が内蔵されている。

次に上記実施の形態によるリニアアクチュエータの作用を説明する。
図１および図２に示すように、リニアアクチュエータ１はモータ部１０のロータ１２が中空シャフト１３の小径部１３ａに締結してあり、中空シャフト１３の大径部１３ｂにスラスト兼ラジアルベアリング１４の内輪をロックナット１７で固定してある。
中空シャフト１３の大径部１３ｂ内にボールねじナット２４を配設して、ロックナット１７にボールねじナット締結ねじ１８によりボールねじナット２４のフランジ部２４ａを締結してある。そのためステータ１１の図示しない巻線の励磁を切りかえることによりロータ１２が回転し、ロータ１２と同期してボールねじナット２４も回転する。ボールねじ軸２３は、ボールねじナット２４に螺合しており、ボールねじ軸２３の先端を、直動させる図示しない負荷に回り止めとなるように固定することで、ボールねじ軸２３はボールねじナット２４が回転することにより直動する。

直動による位置決め駆動を行う場合、原点位置を決める必要がある。図５のように、ボールねじ軸２３が、左側に駆動していき、セットカラー２８が、フランジ２１と当接する位置、つまり、極限位置に設定すると都合が良い。

前記ボールねじ軸２３に形成した２面フライスカット部２３ｃにセットカラー２８が圧入嵌合され、セットカラー２８のねじ穴２８ｂ２の止めねじ４０により、ボールねじ軸２３のフライス部２３ｃに強固に締結されている。したがって、図５のように、左側に駆動してセットカラー２８が、フランジ２１と当接したとき、セットカラー２８がずれることがない。これにより、セットカラー２８は、ねじ軸の前進方向の極限位置が規定してボールねじ軸２３の抜け止めのストッパとしての機能の他に、フランジ２１と当接した位置Ｏを検出して、原点出しを行う機能が備わっている。したがって、原点位置センサを別に用意する必要がなくなる。

次に、セットカラー２８の外周２８ｂには、内周のフライス部２８ａ１と平行になる２面にカット部２８ｂ１が設けられている。これについて説明する。ボールねじ軸２３により駆動する負荷を取り付ける際は、ボールねじ軸２３の先端のねじ穴２３ｄを利用して取り付ける。負荷を取り付ける際、ボールねじ軸２３が回転しないように固定して取り付ける必要がある。具体的には、図６のように、セットカラー２８の外周の２面に設けられたカット部２８ｂ１をスパナ４１で回転しないように固定してボールねじ軸２３の先端のねじ穴２３ｄを利用してねじ４２を介して図示しない負荷を取り付ける。

図７〜１０には、図１ないし図３と同一部分は同符号付して同一部分の説明は省略して示す、本発明の他の実施の形態を示す。
図７は、ボールねじ軸２３に防塵用のボールねじカバー３１を取り付けた例で、ボールねじ軸２３の直動に応じて、ボールねじカバー３１は軸方向に伸縮可能な多重筒体で構成され、ボールねじ軸２３を覆いながら伸縮する。この場合、ボールねじ軸２３が直動駆動したときの、図７において、左側極限位置は、ボールねじカバー３１が、最小に収縮した位置よりも大きくする必要がある。

図９は、セットカラー１２８の斜視図で、セットカラー１２８の一部開口部がある円筒状の凸部１２８Ａを形成する。凸部１２８Ａの内周は、ボールねじ軸２３を覆い、外周は、ボールねじカバー３１に覆われる。さらに、凸部１２８Ａの軸方向の長さは、ボールねじカバー３１の収縮したときの軸方向の長さよりも長くする。

図８（ａ）（ｂ）ないし図１０において、左側に駆動してセットカラー１２８の凸部１２８Ａの基端１２８Ａ１が、フランジ２１と当接した位置を検出して、原点出しを行うことができる。また、ボールねじカバー３１を保護することができる。

また、セットカラー１２８のように凸部１２８Ａを一体構造にしたものでなく、図１１に示すように、セットカラーの略Ｕ字型本体部１２８Ｂと凸部としてのリング状の筒部１２８Ｃを組み合わせたものでも良い。図１２に示すように、セットカラーの略Ｕ字型本体部１２８Ｂのスリット状の開口部を介してボールねじ軸２３に形成した２面フライスカット部２３ｃにセットカラー１２８Ｂが固定され、リング状のセットカラー凸部１２８Ｃを、ボールねじ軸２３に挿入して、セットカラー１２８Ｂの本体部に形成した凹部１２８Ｂ１とセットカラー凸部１２８Ｃに形成した鍔部１２８Ｃ１が嵌合し固定されている。

以上説明してきたように、本発明によれば、以下に列挙する効果が得られる。
セットカラー２８，１２８により、ボールねじ抜け止め（極限位置の規定）の他に、原点出しにも使用できるので、原点位置センサを別に用意する必要がなくなる。
セットカラー２８，１２８の外周２８ｂ，１２８ｂには、内周の嵌合部２８ａ１，１２８ａ１と平行になる２面にカット部２８ｂ１，１２８ｂ１が形成されて２面のフライス部があるため、負荷取付時のボールねじ軸２３の回転防止に使用できるため、容易に負荷取り付けができる。
ボールねじカバー３１と合わせて使用することで、ボールねじ部の防塵構造を作ることが出来る。

本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、上記実施の形態ではボールねじ軸２３、ボールねじナット２４で説明したが、すべりねじ軸、すべりねじナット等でも応用できる。等、その他、本発明の技術的範囲を変更することなく、適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

１ リニアアクチュエータ
１０ モータ部
１１ ステータ
１２ ロータ
１３ 中空シャフト
１３ａ 小径部
１３ｂ 大径部
１３ｃ 段差部
１３ｄ ねじ部
１３ｅ 中空部
１４ スラスト兼ラジアルベアリング
１４ａ 外輪
１４ｂ 内輪
１５ 反出力側ベアリング
１６ ベアリング固定リング
１７ ロックナット
１８ ボールねじナット締結ねじ
１９ ケース
１９ａ 段差部
２０ ブラケット
２１ フランジ
２２ アクチュエータハウジング
２３ ボールねじ軸
２３ａ ねじ部
２３ｂ 円柱部
２３ｃ フライスカット部
２４ ボールねじナット
２４ａ フランジ部
２４ｂ 開口孔
２６ 抜け止め用係止部材
２７ ネジ
２８，１２８ セットカラー（ストッパ）
２８ａ 内周
２８ａ１，１２８ａ１ 内周の嵌合部
２８ｂ，１２８ｂ 外周
２８ｂ１，１２８ｂ１ カット部
２８ｂ２，１２８ｂ２ ねじ孔
１２８Ａ 凸部
１２８Ａ１ 基端
１２８Ｂ セットカラーの略Ｕ字型本体部
１２８Ｃ 筒部
１２８Ｃ１ 鍔部
２９ 手動送り用摘み
３１ ボールねじカバー

Claims (6)

1. 中空状回転軸を有するモータ部と、該中空状回転軸の軸線上に挿通された出力用ねじ軸と、前記中空状回転軸内に配設されて前記出力用ねじ軸と螺合するねじナットとを備え、前記中空状回転軸の回転運動が前記出力用ねじ軸の直線運動に変換されるように前記ねじナットが設けられており、前記出力用ねじ軸の前進方向の先端部の極限位置がストッパで規定され、かつ前記ストッパで規定される極限位置が原点位置に設定されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記出力用ねじ軸の先端部に円筒部を形成し、該円筒部とねじ部の間に径方向に平行となる２面の平面部を前記ストッパの軸方向厚みと略同じ寸法で形成し、前記ストッパは、略Ｕ字形形状であり、内面は、前記出力用ねじ軸に形成された２面の平面部に嵌合する平面形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
3. 前記ストッパの略Ｕ字形形状の外周には、径方向に平行となる２面の平面部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
4. 前記出力用ねじ軸を覆う軸方向に伸縮可能な多重筒体からなるボールねじカバーを備え、前記ストッパには、前記出力ねじ軸を覆い、さらに前記ボールねじカバーの内部に組込まれる凸部が形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のリニアアクチュエータ。
5. 前記出力用ねじ軸はボールねじ軸であり、前記ねじナットはボールねじナットであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。
6. 前記出力用ねじ軸は滑りねじ軸であり、前記ねじナットは滑りねじナットであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。

Images