JP2019211003A - 電動シリンダ - Google Patents

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聖一 村瀬
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悠 石田
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Abstract

【課題】潤滑剤の供給が長期間にわたって不要な電動シリンダを得ること。【解決手段】電動機（１０）の回転運動を直線運動に変換するねじ機構部（５０）と、ねじ機構部（５０）の直線運動により往復運動するロッド（３６）と、ロッド（３６）の揺動を規制するブッシュ部材（６０ａ，６０ｂ）と、ロッド（３６）の軸方向に沿って設けられたロッド溝部（３７）に挿入されてロッド（３６）の回転を規制するキー部材（７０）とを備え、ねじ機構部（５０）内には潤滑剤が封止され、ブッシュ部材（６０ａ，６０ｂ）は、潤滑剤が埋め込まれた複数の孔を有し、キー部材（７０）は、潤滑剤が埋め込まれた複数の孔を有する電動シリンダ（１００）とする。【選択図】図２

Description

本発明は、電動シリンダに関する。
従来、モータ及びボールねじを備え、モータの回転運動をボールねじによって直線運動に変換し、往復運動が可能なシリンダを備える電動シリンダが知られている。
従来技術の一例である特許文献１には、円筒状のシリンダと、シリンダ内に配設されたロッドと、ボールねじを含み、電動機の回転運動をロッドの直線運動に変換するねじ機構と、シリンダ内でロッドの揺動を抑えるブッシュ部材と、ロッドの回転を規制するキー部材とを備える電動シリンダが開示されている。
特開２０１２−１４７６０５号公報
しかしながら、上記の特許文献１に開示された技術では、ブッシュ部材、キー部材及びボールねじに潤滑剤の定期的な供給を要する、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、潤滑剤の供給が長期間にわたって不要な電動シリンダを得ることを目的とする。
前述の課題を解決して目的を達成する本発明は、電動機の回転運動を直線運動に変換するねじ機構部と、前記ねじ機構部の直線運動により往復運動するロッドと、前記ロッドの揺動を規制するブッシュ部材と、前記ロッドの軸方向に沿って設けられたロッド溝部に挿入されて前記ロッドの回転を規制するキー部材とを備え、前記ねじ機構部内には潤滑剤が封止され、前記ブッシュ部材は、潤滑剤が埋め込まれた複数の孔を有し、前記キー部材は、潤滑剤が埋め込まれた複数の孔を有することを特徴とする電動シリンダである。
上記構成の本発明の電動シリンダにおいて、前記ねじ機構部内の潤滑剤は半固体であり、前記ブッシュ部材及び前記キー部材の潤滑剤は固体であることが好ましい。
本発明によれば、電動シリンダへの潤滑剤の供給を長期間にわたって不要とすることができる、という効果を奏する。
実施形態に係る電動シリンダの外観構成を示す図である。 実施形態に係る電動シリンダの内部構成を示す図である。 図２に示す歪検出部の詳細な構成を示す斜視図である。 図３Ａに示す矢印方向から観た歪検出部の平面図である。 図２に示すねじ機構部の詳細な構成を示す図である。 図２に示すブッシュ部材の詳細な構成を示す図である。 図２に示すキー部材の詳細な構成を示す図である。
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態の記載によって限定解釈されるものではない。
＜実施形態＞
図１は、本実施形態に係る電動シリンダ１００の外観構成を示す図であり、図２は、本実施形態に係る電動シリンダ１００の内部構成を示す図である。図１，２に示す電動シリンダ１００は、電動機１０と、電動機１０に接続された回転伝達機構２０と、回転伝達機構２０に接続されたシリンダ部３０とを備える。シリンダ部３０は、第１の筒部３１及び第２の筒部３２を備え、内部にロッド３６が配されている。
なお、図２に示すｘ軸は、ロッド３６がシリンダ部３０から出ていく外側の方向を正方向と規定し、ロッド３６がシリンダ部３０内に入っていく内側の方向を負方向と規定する。
電動機１０は、回転駆動する構成であり、図示しない制御手段、例えばコントローラ等に接続されて、その動作が制御される。電動機１０は、例えばサーボモータである。
回転伝達機構２０は、シリンダ部３０に接続された第２の回転軸２５と、第２の回転軸２５を回転自在に支持する複数の深溝玉軸受２６と、電動機１０の出力軸である第１の回転軸２１に取り付けられた第１のタイミングプーリ２２と、第２の回転軸２５に取り付けられた第２のタイミングプーリ２４と、第１のタイミングプーリ２２と第２のタイミングプーリ２４との間に配されたタイミングベルト２３とを備える。
第１の回転軸２１は、第１のタイミングプーリ２２に電動機１０の回転を伝達する。タイミングベルト２３は、第１のタイミングプーリ２２の回転を第２のタイミングプーリ２４に伝達する。第２のタイミングプーリ２４の回転は、第２の回転軸２５に伝達される。第２の回転軸２５の回転は、シリンダ部３０に設けられた減速機３４を介して第３の回転軸３３に伝達される。第２の回転軸２５とシリンダ部３０の第３の回転軸３３とは、減速機３４を介して接続されることになる。このようにして、回転伝達機構２０は、電動機１０の回転をシリンダ部３０に伝達する。
ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、回転伝達機構２０が歯車を備え、この歯車によって電動機１０の回転がシリンダ部３０に伝達されてもよい。なお、シリンダ部３０の回転軸に電動機１０の回転軸が直列に接続されている場合、すなわち第１の回転軸２１に第２の回転軸２５が直列に接続されている場合には、電動シリンダ１００は、前述のような回転伝達機構２０を備えていなくてもよく、軸継手（カップリング）等の回転伝達機構を用いてもよい。また、シリンダ部３０の回転軸と電動機１０の回転軸が直列に配置されて回転伝達機構２０が設けられていない場合には、シリンダ部３０の回転軸と電動機１０の回転軸とが直接に接続されてもよい。
シリンダ部３０は、第２の筒部３２と、回転伝達機構２０と第２の筒部３２との間に配された角筒状の第１の筒部３１とを備える。
第３の回転軸３３は、第１の筒部３１から第２の筒部３２にわたって設けられ、第２の回転軸２５の回転を第２の筒部３２のねじ機構部５０に伝達する。第３の回転軸３３は、第１の筒部３１及び第２の筒部３２の内部に固定されたスラストアンギュラ玉軸受３５にて回転自在に支持されている。
第１の筒部３１と第２の筒部３２との間には歪検出部４０が設けられている。歪検出部４０は、第３の回転軸３３の外周の一部を覆って設けられ、第２の筒部３２から伝達される力により、ロッド３６の荷重を検出する。歪検出部４０は、ロッド３６に加わる軸方向の荷重が、ねじ機構部５０を経由して伝達される位置に設けられる。具体的には、歪検出部４０は、シリンダ部３０を構成する第１の筒部３１及び第２の筒部３２に挟持された矩形状の板状部材である。
図３Ａは、図２に示す歪検出部４０の詳細な構成を示す斜視図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す矢印方向から観た歪検出部４０の平面図である。図３Ａでは、部材の配置構造を明示するために一部を破断して示している。図３Ａ，３Ｂに示す歪検出部４０は、歪ゲージ取付部材であり、複数の孔４４，４５が設けられることで、外周囲に設けられる第１の筒部３１及び第２の筒部３２に挟持される固定部４１と、中央に設けられてロッド３６に加わる軸方向の荷重を受ける荷重受け部４２と、固定部４１と荷重受け部４２との間に設けられて歪を受感する受感部４３とを有する。
歪検出部４０には、ボルトを挿通する孔４６が四隅に設けられており、固定部４１が第１の筒部３１と第２の筒部３２とに挟持されるようにボルトで固定される。第３の回転軸３３の外周の一部を覆って設けられた荷重受け部４２は、第３の回転軸３３のスラストアンギュラ玉軸受が受けたスラスト方向の荷重を受ける。このように、第３の回転軸３３のスラストアンギュラ玉軸受を介してロッド３６に加わった軸方向の荷重が伝達されると、荷重受け部４２は偏倚し、固定部４１と偏倚された荷重受け部４２との間の受感部４３は変形する。受感部４３の側面には、歪ゲージ４７が貼付されている。なお、歪ゲージ４７の貼付箇所は、これに限定されるものではなく、受感部４３の上面又は下面であってもよい。複数の歪ゲージ４７によりホイートストンブリッジが形成されることで、複数の歪ゲージ４７を有する歪検出部４０は、印加電圧に比例し、且つ歪に比例する電圧信号を出力する。この歪検出部４０の出力は、制御手段、例えばコントローラ等に送られる。このように、歪検出部４０は、ロッド３６からねじ機構部５０を経由して伝達された軸方向の荷重を検出して電気信号を出力する。
第２の筒部３２は、一端が歪検出部４０を介して第１の筒部３１に取り付けられ、且つ他端が開口されている。第２の筒部３２は、第３の回転軸３３に取り付けられたねじ機構部５０と、ねじ機構部５０の外側に配されたロッド３６と、第２の筒部３２の開口側に設けられたブッシュ部材６０ａと、ねじ機構部５０とブッシュ部材６０ａとの間に設けられたブッシュ部材６０ｂと、ロッド３６に設けられたロッド溝部３７に挿入されたキー部材７０とを備える。
図４は、図２に示すねじ機構部５０の詳細な構成を示す図である。ねじ機構部５０は、ボールねじ軸５１と、ボール５２と、ボールねじナット５３と、第１のシール５４と、第２のシール５５とを備え、第３の回転軸３３の回転運動を直線運動に変換する。
ボールねじ軸５１は、第３の回転軸３３から連なって設けられており、第３の回転軸３３により回転する。ボール５２は、ボールねじ軸５１とボールねじナット５３との間に配されて転動する。ボールねじナット５３は、ボールねじ軸５１が挿通される貫通孔を有し、ボールねじ軸５１のねじ溝との間にはボール５２が配される。
第１のシール５４は、ボールねじ軸５１の形状に合わせた環状の部材であり、ボールねじナット５３のｘ軸負方向端部においてボールねじ軸５１のボール転動部５６に接し、ボールねじナット５３に封入された潤滑剤がボールねじナット外へ漏出することを抑える。第２のシール５５は、ボールねじナット５３のｘ軸正方向端部において第１のシール５４と同様にボールねじ軸５１のボール転動部５６に接し、潤滑剤の漏出を抑える。また、第１のシール５４及び第２のシール５５の外側にはカバーが設けられており、このカバーによりシールが固定される。なお、ボールねじナット５３に封入される潤滑剤は半固体であり、グリスを例示することができる。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、ボールねじナット５３に封入される潤滑剤は、固体であってもよい。
ロッド３６は、円柱状の部材であり、ボールねじナット５３に螺合されて一体とされており、ねじ機構部５０において回転運動から変換された直線運動によって往復運動する。なお、ロッド３６には、ロッド３６の往復運動の方向と平行な方向に延伸するロッド溝部３７が少なくとも一つ形成されている。
ブッシュ部材６０ａ及びブッシュ部材６０ｂは、円筒状の部材であり、ロッド３６に接し、潤滑剤をロッド３６に塗布しつつロッド３６の揺動を防止する。
図５は、図２に示すブッシュ部材６０ａの詳細な構成を示す図である。ブッシュ部材６０ａは、圧入により第２の筒部３２内に嵌合される。ブッシュ部材６０ａの内面とロッド３６の外面との間には、ロッド３６が第２の筒部３２に対する摺動を可能とするようにわずかな隙間が形成されている。
ここで、ブッシュ部材６０ａ及びブッシュ部材６０ｂが設けられていない場合には、ロッド３６が揺動するおそれがある。そして、ロッド３６が揺動すると、ねじ機構部５０の一部が磨耗し、更には損傷を生じることがある。ブッシュ部材６０ａとブッシュ部材６０ｂとは、図２に示すように、互いに離間して設けられており、ロッド３６と２か所で接している。このようなブッシュ部材６０ａ及びブッシュ部材６０ｂによれば、ロッド３６の揺動を抑えることができる。
なお、ブッシュ部材６０ａは、基材６１が金属製の円筒状の部材であり、ロッド３６に接する面には複数の孔６２を有しており、複数の孔６２に固体潤滑剤が埋め込まれ一体に形成されている。ここでは、基材６１の金属として高力黄銅系合金を例示することができ、また、潤滑剤としては含油させた黒鉛系の固体潤滑剤を例示することができる。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、ブッシュ部材６０ａ及びブッシュ部材６０ｂに埋め込まれる潤滑剤は、半固体であってもよい。また、ブッシュ部材６０ｂの構成は、ブッシュ部材６０ａと同じであるため、その説明は省略する。
図６は、図２に示すキー部材７０の詳細な構成を示す図である。キー部材７０は、凸形状であり、第２の筒部３２に設けられた開口部にキー部材７０の凸部が挿入されるとともに、ねじ部材によって第２の筒部３２に取り付けられる。第２の筒部３２に挿入されたキー部材７０の凸部がロッド溝部３７に係合することでロッド３６の回転を規制する。キー部材７０の凸部のロッド溝部３７と接する面には複数の孔７１が設けられており、複数の孔７１には固体潤滑剤が埋め込まれ、ロッド３６が直線運動を行うことでキー部材７０の凸部とロッド溝部３７が接しながら滑らかに摺動する。なお、キー部材７０の上底面には複数のボルトを挿通する孔７２が設けられ、キー部材７０は、孔７２を挿通するボルトによって第２の筒部３２に固定される。なお、キー部材７０に埋め込まれる潤滑剤としては、含油させた黒鉛系の固体潤滑剤を例示することができる。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、キー部材７０に埋め込まれる潤滑剤は、半固体であってもよい。
また、キー部材７０はロッド３６のトルクを受けるため強度を要し、キー部材７０の基材は高力黄銅系合金により形成されることが好ましい。
このように、図１に示す電動シリンダ１００では、潤滑剤が封止され又は埋め込まれているため、ねじ機構部５０、ブッシュ部材６０ａ、ブッシュ部材６０ｂ及びキー部材７０への潤滑剤の供給を長期間にわたって不要とすることができる。
以上、本実施形態によれば、電動シリンダへの潤滑剤の供給を長期間にわたって不要とすることができる。
また、従来の電動シリンダでは、ロッドの往復運動の方向が重力方向である場合、すなわちロッドが上下に動く場合には、ロッドから潤滑油が漏出しやすく、潤滑油がワークに付着してしまうことがあったが、本実施形態によれば、このような動作時における潤滑油の漏出をなくし、潤滑油のワークへの付着を防止することができる。
なお、本実施形態では、ロッドに伝わる荷重を検出する歪検出部４０を備えているが、ロッドに伝わる荷重を検出する手段はこれに限定されるものではない。また、荷重を検出する必要がない場合には、荷重を検出する手段を備えなくともよい。
１０ 電動機
２０ 回転伝達機構
２１ 第１の回転軸
２２ 第１のタイミングプーリ
２３ タイミングベルト
２４ 第２のタイミングプーリ
２５ 第２の回転軸
２６ 深溝玉軸受
３０ シリンダ部
３１ 第１の筒部
３２ 第２の筒部
３３ 第３の回転軸
３４ 減速機
３５ スラストアンギュラ玉軸受
３６ ロッド
３７ ロッド溝部
４０ 歪検出部
４１ 固定部
４２ 荷重受け部
４３ 受感部
４４，４５，４６ 孔
４７ 歪ゲージ
５０ ねじ機構部
５１ ボールねじ軸
５２ ボール
５３ ボールねじナット
５４ 第１のシール
５５ 第２のシール
５６ ボール転動部
６０ａ，６０ｂ ブッシュ部材
６１ 基材
６２ 孔
７０ キー部材
７１，７２ 孔
１００ 電動シリンダ

Claims (2)

  1. 電動機の回転運動を直線運動に変換するねじ機構部と、
    前記ねじ機構部の直線運動により往復運動するロッドと、
    前記ロッドの揺動を規制するブッシュ部材と、
    前記ロッドの軸方向に沿って設けられたロッド溝部に挿入されて前記ロッドの回転を規制するキー部材とを備え、
    前記ねじ機構部内には潤滑剤が封止され、
    前記ブッシュ部材は、潤滑剤が埋め込まれた複数の孔を有し、
    前記キー部材は、潤滑剤が埋め込まれた複数の孔を有することを特徴とする電動シリンダ。
  2. 前記ねじ機構部内の潤滑剤は半固体であり、前記ブッシュ部材及び前記キー部材の潤滑剤は固体であることを特徴とする請求項１に記載の電動シリンダ。
JP2018107372A 2018-06-05 2018-06-05 電動シリンダ Pending JP2019211003A (ja)

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