JP2021136698A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑えて要求諸元の異なるものを複数種類用意することができる。【解決手段】装置本体１の内部に回転可能に配設されたネジ軸１０と、出力軸２３がネジ軸１０の軸心に平行となる状態でケース２４を介して装置本体１に並設された回転駆動源２０と、回転駆動源２０の出力軸２３及びネジ軸１０の間に設けられた動力伝達機構１６，２５とを備え、回転駆動源２０の駆動により、動力伝達機構１６，２５を介してネジ軸１０を軸心回りに回転させるようにしたアクチュエータであって、装置本体１には、ケース２４を支持するためのケース取付部１ａが設けられ、ケース取付部１ａとケース２４との間には、ケース取付部１ａ及びケース２４とは別体に構成された調整ナット３０が介在されている。【選択図】図４

Description

本発明は、被駆動軸が配設された装置本体と、回転駆動源とを備え、回転駆動源の駆動により、被駆動軸を軸心回りに回転させるようにしたアクチュエータに関する。

この種のアクチュエータには、被駆動軸が配設された装置本体と、回転駆動源とを並設するようにしたものがある。このアクチュエータによれば、長手方向の寸法を抑えることができるため、操作性を向上させることができる等の利点がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−４０５７１号公報

ところで、アクチュエータは、目的に応じて要求される被駆動軸の回転速度やトルク等の要求諸元が異なるため、電動モータや減速機構の構成が異なるものを用意することが好ましい。しかしながら、構成が異なる電動モータや減速機構は、必ずしも外形寸法が同じであるとは限らない。このため、要求される諸元に応じて複数種類の装置本体を用意する必要があり、製造コストを考慮すると、必ずしも好ましいとはいえない。

本発明は、上記実情に鑑みて、製造コストを抑えて要求諸元の異なるものを複数種類用意することのできるアクチュエータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るアクチュエータは、装置本体の内部に回転可能に配設された被駆動軸と、出力軸が前記被駆動軸の軸心に平行となる状態でケースを介して前記装置本体に並設された回転駆動源と、前記回転駆動源の出力軸及び前記被駆動軸の間に設けられた動力伝達機構とを備え、前記回転駆動源の駆動により、前記動力伝達機構を介して前記被駆動軸を軸心回りに回転させるようにしたアクチュエータであって、前記装置本体には、前記ケースを支持するためのケース取付部が設けられ、前記ケース取付部と前記ケースとの間には、前記ケース取付部及び前記ケースとは別体に構成された調整部材が介在されていることを特徴とする。

また、本発明は、上述したアクチュエータにおいて、前記調整部材は、前記ケースの周囲を取り囲むように設けられ、前記ケース取付部は、前記調整部材の周囲を取り囲むように設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、上述したアクチュエータにおいて、前記調整部材は、前記ケースに取り付けられた場合に前記出力軸の軸心を中心として回転対称となる外形を有するように構成され、前記ケース取付部の内形は、前記被駆動軸の軸心に平行となる軸心を中心として回転対称となるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、上述したアクチュエータにおいて、前記ケースにおいて前記調整部材が取り付けられる支持部分は、前記出力軸の軸心を中心として回転対称となる外形を有するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、上述したアクチュエータにおいて、前記動力伝達機構は、摩擦式のトルクリミット機構を備えて構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、上述したアクチュエータにおいて、前記回転駆動源は、電動モータと減速機構とを備え、前記減速機構の最終出力軸が前記出力軸となるものであり、前記電動モータのモータ出力軸と、前記減速機構の最終出力軸とが同一の軸心上に配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、上述したアクチュエータにおいて、前記被駆動軸は、外周面に螺旋溝を有し、前記被駆動軸には、軸心方向に沿ってスライド可能、かつ軸心回りの回転が規制された状態で前記螺旋溝に螺合するスライド部材が設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、上述したアクチュエータにおいて、前記スライド部材には、プランジャが設けられ、前記装置本体には、前記被駆動軸の延長上となる部分に前記プランジャを外部に露出させるプランジャ開口が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、調整部材を変更することで外形寸法の異なる回転駆動源を共通の装置本体に取り付けることが可能となり、製造コストを抑えることが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態であるアクチュエータを示すもので、（ａ）は一方の端部側から見た斜視図、（ｂ）は他方の端部側から見た斜視図である。 図２は、図１に示したアクチュエータを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は一方の端面図、（ｄ）は他方の端面図である。 図３は、図２（ｄ）におけるＸ−Ｘ線断面図であり、（ａ）はプランジャが縮退した状態の図、（ｂ）はプランジャが進出した状態の図である。 図４は、図１に示したアクチュエータの要部拡大断面図である。 図５は、図１に示すアクチュエータに適用する回転駆動源を示すもので、（ａ）は外観図、（ｂ）は一部破断図である。 図６は、図２（ｄ）において動力伝達機構を省略した拡大図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るアクチュエータの好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１〜図３は、本発明の実施の形態であるアクチュエータを示したものである。ここで例示するアクチュエータは、図には明示していないが、薬液が封入されたカートリッジのピストンを押し込み移動させることによって薬液を注射針の先端から吐出させる電動注射器の駆動装置として適用されるもので、装置本体１の内部にネジ軸（被駆動軸）１０を備えている。ネジ軸１０は、外周面に螺旋溝１１ａが設けられた円柱状を成す基部１１と、基部１１の基端部に設けた支持軸部１２とを有したもので、支持軸部１２と装置本体１との間に２つのスラストベアリング１３を介在させることにより、装置本体１に対して自身の軸心回りに回転可能に支持してある。

ネジ軸１０には、基部１１にナット（スライド部材）１４及びプランジャ１５が設けてある一方、スラストベアリング１３よりもさらに基端側となる部分において装置本体１の外部に露出する部分に入力ギヤ（動力伝達機構及びトルクリミット機構）１６を備えている。

ナット１４は、ネジ軸１０とともにすべりネジを構成するためのもので、内周面に設けた螺旋溝（図示せず）を介してネジ軸１０の基部１１に螺合してある。図には明示していないが、このナット１４は、装置本体１においてネジ軸１０の外周部に設けたガイド孔２の内部にネジ軸１０との相対回転が規制された状態で収容してあり、ネジ軸１０が軸心回りに回転した場合にネジ軸１０の軸心方向に沿ってガイド孔２の内部を移動することが可能である。本実施の形態では、ナット１４として樹脂によって成形されたものを適用し、ネジ軸１０との間にフッ素系の乾湿潤滑剤が塗布してある。ネジ軸１０としては、金属製で、リードが規格ピッチよりも大きく構成したものを適用している。プランジャ１５は、基端部が開口する一方、先端部が閉塞した円筒状を成すもので、中心孔１５ａの内径がネジ軸１０の基部１１を挿入することのできる寸法に形成してある。このプランジャ１５は、中心孔１５ａにネジ軸１０を挿入した状態で基端部がナット１４に固定してあり、かつ先端部が装置本体１に設けたプランジャ開口３を介して外部に露出しており、ナット１４とともにネジ軸１０に対して移動することが可能である。装置本体１に設けたプランジャ開口３とプランジャ１５との間には、プランジャ１５の移動を案内するガイドカラー４が装着してある。ガイドカラー４の内周面には、プランジャ１５の外周面に摺接されるシール部材５が配設してある。

入力ギヤ１６は、ネジ軸１０の基端部に相対回転可能となる状態で嵌合した平歯車である。この入力ギヤ１６には、図６０４に示すように、基端側となる部分に押圧リング（トルクリミット機構）１７が設けてあるとともに、先端側においてスラストベアリング１３との間となる部分に押圧バネ１８が設けてある。押圧リング１７は、ネジ軸１０に対して相対回転が阻止され、かつ軸方向への移動が阻止された状態で取り付けた円環部材である。押圧バネ１８は、入力ギヤ１６とスラストベアリング１３との間に圧縮された状態で配設され、弾性復元力によって入力ギヤ１６を押圧リング１７に押圧するものである。押圧バネ１８のバネ力は、ネジ軸１０に加えられる回転負荷が予め設定した閾値以下である場合には入力ギヤ１６と押圧リング１７との間に作用する摩擦力により、入力ギヤ１６の回転をネジ軸１０に伝達し、かつネジ軸１０に加えられる回転負荷が閾値を超えた場合に入力ギヤ１６と押圧リング１７との間にすべりを生じさせる大きさに設定してある。

装置本体１においてネジ軸１０の側方となる部位には、回転駆動源２０が配設してある。回転駆動源２０は、図５に示すように、電動モータ２１と減速機構２２とを備え、減速機構２２の最終出力軸が出力軸２３となるものである。電動モータ２１は、円柱状を成すモータ本体２１ａの一端面中心部からモータ出力軸２１ｂが突出するように構成したものである。減速機構２２は、電動モータ２１の駆動によるモータ出力軸２１ｂの回転を減速するものである。本実施の形態では、２組の遊星歯車機構を直列に接続し、ケース２４の内部に収容することによって減速機構２２が構成してある。ケース２４は、樹脂によって成形したもので、減速機構２２を収容する部分２４ａがモータ本体２１ａとほぼ同じ外径の円筒状を成し、出力軸２３の周囲となる部分２４ｂが細径の円筒状となるように構成してある。図には明示していないが、出力軸２３の周囲となる部分２４ｂには、外周にネジ溝が形成してある。この回転駆動源２０は、出力軸２３が電動モータ２１のモータ出力軸２１ｂと同一の軸心上、かつモータ出力軸２１ｂの延長上に配置された状態でケース２４をモータ本体２１ａに連結することにより、単一の部品としてユニット化してある。ユニット化した回転駆動源２０は、出力軸２３の軸心がネジ軸１０の軸心に対して平行となる状態でケース２４の外周部に装着した金属製の調整ナット（調整部材）３０を介して装置本体１のケース取付部１ａに支持してある。

調整ナット３０は、図４０６に示すように、外形が略正方形で、その回転対称軸となる部分にネジ孔３０ａを有したもので、ネジ孔３０ａの軸心が出力軸２３の軸心に合致した状態で、ケース２４において出力軸２３の周囲となる部分に螺合してある。装置本体１のケース取付部１ａは、ネジ軸１０の軸心に平行となる軸心を回転対称軸として構成した略正方形の取付孔１ｂを有するもので、調整ナット３０を嵌合させることのできる寸法に形成してある。

回転駆動源２０の出力軸２３には、駆動ギヤ（動力伝達機構）２５が取り付けてある。駆動ギヤ２５は、入力ギヤ１６よりも小径の平歯車であり、入力ギヤ１６に歯合している。

上記のように構成したアクチュエータでは、電動モータ２１を駆動すると、モータ出力軸２１ｂの回転が減速機構２２を介して出力軸２３に出力され、出力軸２３の回転が駆動ギヤ２５を介して入力ギヤ１６に伝達される。いま、ネジ軸１０に加えられる回転負荷が上述した閾値以下であるとすると、入力ギヤ１６の回転が押圧リング１７を介してネジ軸１０に伝達され、ネジ軸１０の回転によってプランジャ１５が装置本体１に対して直線的に進出移動される。従って、図には示していないが、薬液が封入されたカートリッジをプランジャ１５の先端部に位置するように装置本体１に装着し、この状態から電動モータ２１を駆動させれば、装置本体１に対してプランジャ１５が進出移動することでカートリッジのピストンが押し込み移動し、内部に封入された薬液を注射針の先端から吐出させることができるようになる。このとき、例えばカートリッジ側の不具合により、ピストンが移動せず、ネジ軸１０の回転負荷が大きくなって閾値を超えると、入力ギヤ１６と押圧リング１７との間にすべりが生じるため、アクチュエータやカートリッジに損傷を来す事態を防止することができる。なお、すべりが生じた後においても、ネジ軸１０の回転負荷が閾値以下となれば、再び入力ギヤ１６の回転がネジ軸に伝達され、プランジャ１５が移動することになる。

ここで、このアクチュエータでは、上述したように、装置本体１のケース取付部１ａに対して調整ナット３０を介して回転駆動源２０を取り付けるようにしている。従って、ネジ軸１０の回転速度やトルク等の要求諸元が変更になった場合には、回転駆動源２０を変更することにより、その他の部品に変更を加えることなく対応が可能となる。しかも、新たな回転駆動源２０′の外形寸法が一致していない場合にも、この新たな回転駆動源２０′に対応した調整ナット３０′を用意することで、同じ装置本体１のケース取付部１ａに取り付けることが可能となる。すなわち、外形寸法が同一の略正方形で、回転駆動源２０が螺合されるネジ孔３０ａの内径が異なる調整ナット３０′を用意すれば、上述した装置本体１のケース取付部１ａにそのまま取り付けることが可能となる。これにより、製造コストを抑えて、ネジ軸１０の回転速度やトルク等の要求諸元が異なるアクチュエータを複数種類用意することができるようになる。

しかも、調整ナット３０のネジ孔３０ａが、外形の回転対称軸となる位置に設けてあれば、回転駆動源２０の変更前と変更後とで、ネジ軸１０の軸心に対する出力軸２３の軸心位置が一致することになるため、そのまま回転駆動源２０の駆動ギヤ２５をネジ軸１０の入力ギヤ１６に歯合させることができる。これにより、回転駆動源２０の種類に応じた装置本体１や入力ギヤ１６を用意する必要がなく、これらの部品の共用化から製造コストの低減を図ることが可能となる。

尚、上述した実施の形態では、プランジャ１５を進出移動させることによってカートリッジに封入された薬液を吐出する電動注射器に好適なアクチュエータを例示しているが、本発明はこれに限定されない。この場合、アクチュエータとしては、被駆動軸を備えていれば良く、必ずしもスライド部材を備えている必要もない。

また、上述した実施の形態では、回転駆動源２０として減速機構２２を内蔵したものを例示しているが、必ずしもこれに限定されない。また、動力伝達機構として入力ギヤ１６及び駆動ギヤ２５から成るものを例示しているが、その他の動力伝達機構を適用しても良い。またさらに、トルクリミット機構を備えたものを例示しているが、本発明はこれに限定されない。

さらに、上述した実施の形態では、調整部材として、ケース２４に取り付けられた場合に出力軸２３の軸心を中心として回転対称となる外形を有するように構成され、かつケース取付部１ａの内形が、被駆動軸の軸心に平行となる軸心を中心として回転対称となるように構成されている調整ナット３０を適用しているため、上述したように、動力伝達機構についても共用することが可能となるが、必ずしも調整部材やケース取付部１ａが回転対称の形状である必要はない。

１ 装置本体
１ａ ケース取付部
３ プランジャ開口
１０ ネジ軸
１１ａ 螺旋溝
１４ ナット
１５ プランジャ
１６ 入力ギヤ
１７ 押圧リング
１８ 押圧バネ
２０ 回転駆動源
２１ 電動モータ
２１ｂ モータ出力軸
２２ 減速機構
２３ 出力軸
２４ ケース
２５ 駆動ギヤ
３０ 調整ナット
３０ａ ネジ孔

Claims (8)

1. 装置本体の内部に回転可能に配設された被駆動軸と、
   出力軸が前記被駆動軸の軸心に平行となる状態でケースを介して前記装置本体に並設された回転駆動源と、
   前記回転駆動源の出力軸及び前記被駆動軸の間に設けられた動力伝達機構と
   を備え、前記回転駆動源の駆動により、前記動力伝達機構を介して前記被駆動軸を軸心回りに回転させるようにしたアクチュエータであって、
   前記装置本体には、前記ケースを支持するためのケース取付部が設けられ、
   前記ケース取付部と前記ケースとの間には、前記ケース取付部及び前記ケースとは別体に構成された調整部材が介在されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記調整部材は、前記ケースの周囲を取り囲むように設けられ、
   前記ケース取付部は、前記調整部材の周囲を取り囲むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記調整部材は、前記ケースに取り付けられた場合に前記出力軸の軸心を中心として回転対称となる外形を有するように構成され、
   前記ケース取付部の内形は、前記被駆動軸の軸心に平行となる軸心を中心として回転対称となるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記ケースにおいて前記調整部材が取り付けられる支持部分は、前記出力軸の軸心を中心として回転対称となる外形を有するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記動力伝達機構は、摩擦式のトルクリミット機構を備えて構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
6. 前記回転駆動源は、電動モータと減速機構とを備え、前記減速機構の最終出力軸が前記出力軸となるものであり、前記電動モータのモータ出力軸と、前記減速機構の最終出力軸とが同一の軸心上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
7. 前記被駆動軸は、外周面に螺旋溝を有し、
   前記被駆動軸には、軸心方向に沿ってスライド可能、かつ軸心回りの回転が規制された状態で前記螺旋溝に螺合するスライド部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
8. 前記スライド部材には、プランジャが設けられ、
   前記装置本体には、前記被駆動軸の延長上となる部分に前記プランジャを外部に露出させるプランジャ開口が設けられていることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ。

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