JP2021152397A - Linear actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、例えばリニアアクチュエータに関する。 Embodiments of the present invention relate, for example, to linear actuators.
モータの回転運動を例えば送りねじ機構によって直線運動に変換し、シャフトを直線状に移動させるリニアアクチュエータが知られている(例えば特許文献1参照)。 A linear actuator is known in which the rotational motion of a motor is converted into a linear motion by, for example, a feed screw mechanism, and the shaft is linearly moved (see, for example, Patent Document 1).
送りねじ機構を用いたリニアアクチュエータは、例えばモータにより回転される雌ねじが設けられたナットと、一部に雄ねじが設けられたシャフトと、シャフトに設けられた突起と、突起が当接するストッパと、を具備している。シャフトの雄ねじはナットの雌ねじに螺合され、ナットが回転されることにより、シャフトが直線運動する。シャフトに設けられた突起がストッパに当接することにより、シャフトの動きが停止され、モータも停止される。モータが逆に回転されると、ナットも逆に回転され、シャフトが元の位置の方向に駆動される。 A linear actuator using a feed screw mechanism includes, for example, a nut provided with a female screw rotated by a motor, a shaft provided with a male screw partly, a protrusion provided on the shaft, and a stopper with which the protrusion abuts. Is equipped with. The male screw of the shaft is screwed into the female screw of the nut, and the nut is rotated to cause the shaft to move linearly. When the protrusion provided on the shaft comes into contact with the stopper, the movement of the shaft is stopped and the motor is also stopped. When the motor is rotated in the opposite direction, the nut is also rotated in the opposite direction, driving the shaft in the direction of its original position.
モータは、突起がストッパに当接するタイミングで停止される。しかし、突起がストッパに当接したタイミングにおいて、ナットによりシャフトに駆動力が印加されているため、ナットの雌ねじとシャフトの雄ねじが強く締め付けられる。したがって、雌ねじと雄ねじとの摩擦力が大きくなるため、モータが逆回転された場合においても、シャフトは停止位置から迅速に動くことが困難であった。 The motor is stopped at the timing when the protrusion abuts on the stopper. However, since the driving force is applied to the shaft by the nut at the timing when the protrusion comes into contact with the stopper, the female screw of the nut and the male screw of the shaft are strongly tightened. Therefore, since the frictional force between the female screw and the male screw becomes large, it is difficult for the shaft to move quickly from the stop position even when the motor is rotated in the reverse direction.
本発明の実施形態は、シャフトを停止された状態から迅速に動かすことが可能なリニアアクチュエータを提供する。 An embodiment of the present invention provides a linear actuator capable of rapidly moving a shaft from a stopped state.
本実施形態のリニアアクチュエータは、ハウジングと、前記ハウジング内に設けられたモータと、前記モータにより回転され、雌ねじを有する筒体と、一部に前記筒体の雌ねじに螺合される雄ねじを有するシャフトと、前記シャフトに設けられた突起と、前記ハウジング内で前記シャフトに沿って設けられ、前記突起を案内し、前記シャフトの移動方向の少なくとも一端部に、前記シャフトの移動方向に対して斜めに屈曲された屈曲部を有する案内部と、を具備する。 The linear actuator of the present embodiment has a housing, a motor provided in the housing, a cylinder rotated by the motor and having a female screw, and a male screw partially screwed into the female screw of the cylinder. A shaft, a protrusion provided on the shaft, and a protrusion provided along the shaft in the housing to guide the protrusion and at least one end in the movement direction of the shaft at an angle to the movement direction of the shaft. It is provided with a guide portion having a bent portion that is bent.
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same parts are designated by the same reference numerals.
図1、図2A、図2Bは、本実施形態に係るリニアアクチュエータ10を示している。リニアアクチュエータ10のハウジング11は、本体11aと、図2Aに示すカバー11bを有し、カバー11bは、本体11aに取り付けられる。本体11aの内部には、隔壁11cが設けられ、本体11aの内部は、隔壁11cにより仕切られる。隔壁11cは、本体11a及びカバー11bの両方に分割して設けられている。
1, FIG. 2A, and FIG. 2B show a
本体11aの内部において、隔壁11cで仕切られた一方側には、モータ12が配置され、他方側には、減速機13が配置されている。減速機13は、例えば複数の歯車13a、13b、13c、13dを含んでいる。歯車13aは、モータ12のシャフトに設けられ、歯車13bは、歯車13aに歯合されている。歯車13cは、歯車13bと一体化され、歯車13dに歯合されている。歯車13dは、送りねじ機構を構成する筒体14と一体化されている。減速機13の構成は、これに限定されるものではなく、変形可能である。
Inside the
歯車13d及び筒体14は、軸受15及び軸受16により回転可能に保持されている。軸受15は、本体11aに設けられ、軸受16は、隔壁11cに設けられている。
The
図2Aに示すように、送りねじ機構は、筒体14とシャフト17により構成される。筒体14の内面には、雌ねじ14aが設けられている。シャフト17の第1端部は、本体11aの側面を貫通して配置され、シャフト17は、本体11aに設けられた軸受18により回転可能に保持されている。シャフト17の第2端部は、筒体14の内部に配置される。シャフト17の第2端部には、雄ねじ17aが設けられ、雄ねじ17aは、筒体14の雌ねじ4aに螺合されている。このため、筒体14が回転されると、雌ねじ14aと雄ねじ17aとにより回転運動が直線運動に変換され、シャフト17は、シャフト17の軸心方向に移動される。
As shown in FIG. 2A, the feed screw mechanism is composed of a
シャフト17の中間部には、突起19が設けられている。突起19は、例えば円柱状であり、シャフト17の軸心に対して直交方向に設けられている。シャフト17及び突起19は、例えば金属製であるが、金属に限定されるものではなく、樹脂であってもよく、突起19は、弾性を有する材料により構成されてもよい。
A
本体11aの底部には、シャフト17の軸心に沿って溝20が設けられている。溝20は、突起19の案内部として機能し、図2A、図2Bに示すように、直線部20c、第1屈曲部20a、及び第2屈曲部20bを有している。直線部20c、第1屈曲部20a、及び第2屈曲部20bの幅Wは、突起19の直径D1より若干大きく、突起19が溝20に沿って移動可能とされている。溝20の長さL1は、シャフト17及び突起19の移動範囲に対応している。
A
第1屈曲部20aは、溝20の第1端部(直線部20cの第1端部)に設けられ、第2屈曲部20bは、溝20の第2端部(直線部20cの第2端部)に設けられている。第1屈曲部20aは、シャフト17の第1回転方向(図示矢印A方向で、第1方向とも言う)に対して斜めに屈曲されている。換言すると、第1屈曲部20aの平行する2つの側面は、直線部20cの平行する2つの側面に対して斜めに配置され、2つの側面の間の側面(第1屈曲部20aの端面)は、直線部20cに対して斜めに配置されている。第2屈曲部20bは、シャフト17の第2回転方向(図示矢印B方向で、第2方向とも言う)に対して斜めに屈曲されている。換言すると、第2屈曲部20bの平行する2つの側面は、直線部20cの平行する2つの側面に対して第1屈曲部20aと反対方向に斜めに配置され、2つの側面の間の側面(第2屈曲部20bの端面)は、直線部20cに対して斜めに配置されている。第1屈曲部20aの端面と第2屈曲部20bの端面は、平行に配置されている。
The first
第1屈曲部20a及び第2屈曲部20bは、図2Aに破線で示すように、本体11aの底部に形成された例えば円弧状の溝である。しかし、円弧状の溝に限定されるものではなく、突起19が回転して移動することが可能な空間であればよい。
The first
シャフト17は、筒体14が回転されると、雌ねじ14aと雄ねじ17aの摩擦力により、筒体14の回転方向と同一方向に回転力を受けている。しかし、突起19が溝20の直線部20cに位置するとき、突起19は溝20の側壁に接することにより、シャフト17の回転が抑えられる。このため、突起19は、回転されず、溝20の直線部20cに沿って移動する。突起19が溝20の第1屈曲部20aに位置するとき、突起19は、シャフト17の回転力により、第1屈曲部20aに沿って僅かに回転しながら移動する。また、突起19が溝20の第2端部に位置するとき、突起19は、シャフト17の回転力により、第2屈曲部20bに沿って僅かに回転しながら移動する。
When the
尚、突起19を案内する案内部は、溝20に限定されるものではなく、図2Cに示すように、直線部20c、第1屈曲部20a、及び第2屈曲部20bを有する突部21であってもよい。すなわち、直線部20cは、平行する2つの側面を有し、第1屈曲部20a及び第2屈曲部20bも平行する2つの側面と、平行する2つの側面の間に配置された側面をそれぞれ有している。
The guide portion for guiding the
(リニアアクチュエータの動作)
シャフト17及び突起19が図1、図2A、図2Bに示す位置にある状態において、モータ12が駆動され、筒体14が第1方向(図示矢印A方向)に回転されると、シャフト17は、本体11aから突出する方向に移動される。
(Operation of linear actuator)
When the motor 12 is driven and the
図3A、図3Bに示すように、突起19が溝20の第1屈曲部20a内に到達すると、突起19は、第1屈曲部20aの側面に沿って第1屈曲部20a内に侵入する。モータ12は、突起19が例えば第1屈曲部20aに到達したタイミングで停止される。突起19が第1屈曲部20a内に侵入することにより、シャフト17が図示矢印A方向に若干回転しながら移動して停止する。このため、雌ねじ14aと雄ねじ17aとの摩擦力は、第1屈曲部20aが無く、シャフト17が回転せずに停止される場合に比べて低減される。
As shown in FIGS. 3A and 3B, when the
突起19が第1屈曲部20a内に位置した状態において、モータ12が逆方向に駆動され、筒体14が図2Aに示す矢印B方向に回転されると、シャフト17は、本体11aに侵入する方向に移動される。
When the motor 12 is driven in the opposite direction and the
図4A、図4Bに示すように、シャフト17の移動に従って、突起19は、第1屈曲部20aの側面に沿って溝20の直線部20c内に導かれる。突起19は、直線部20c内を移動し、第2屈曲部20bに到達すると、第2屈曲部20bの側面に沿って第2屈曲部20b内に侵入する。モータ12は、例えば突起19が第2屈曲部20bに到達したタイミングで停止される。突起19が第2屈曲部20b内に侵入することにより、シャフト17が図2Aに示す矢印B方向に若干回転して停止する。このため、雌ねじ14aと雄ねじ17aとの摩擦力は、シャフト17が回転せずに停止される場合に比べて低減される。
As shown in FIGS. 4A and 4B, as the
突起19が第2屈曲部20b内に位置した状態において、モータ12が逆方向に駆動され、筒体14が図2Aに示す矢印A方向に回転されると、シャフト17の移動に従って、突起19は、第2屈曲部20bの側面に沿って溝20の直線部20c内に導かれる。
When the motor 12 is driven in the opposite direction and the
モータ12は、例えば図示せぬ磁性体と、2つの磁気センサと、制御部とを用いて制御される。磁性体は、シャフト17の一部に設けられ、2つの磁気センサは、シャフト17の移動方向に沿って離間して配置される。制御部によりモータ12が例えばA方向に回転され、シャフト17の移動に伴い2つの磁気センサの一方によって磁性体が検出されると、制御部によりモータ12が停止される。また、制御部によりモータ12が例えばB方向に回転され、シャフト17の移動に伴い2つの磁気センサの他方により磁性体が検出されると、制御部によりモータ12が停止される。
The motor 12 is controlled by using, for example, a magnetic material (not shown), two magnetic sensors, and a control unit. The magnetic material is provided on a part of the
しかし、モータ12の制御はこれに限定されるものではなく、モータ12の負荷を検出してモータ12を停止させる方法や、その他の方法を適用することも可能である。 However, the control of the motor 12 is not limited to this, and a method of detecting the load of the motor 12 and stopping the motor 12 or another method can be applied.
また、モータ12を停止させるタイミングは、突起19が第1屈曲部22a又は第2屈曲部22bに到達したときとした。しかし、これに限定されるものではなく、モータ12は、雌ねじ14aと雄ねじ17aとの摩擦力の増大を抑制でき、シャフト17が予め定められた位置に到達するタイミングで停止されればよい。
The timing for stopping the motor 12 is when the
さらに、第1屈曲部20a及び第2屈曲部20bは、両方が必ずしも設けられる必要はなく、第1屈曲部20a及び第2屈曲部20bのどちらか一方のみを設けてもよい。
Further, both the first
(第1屈曲部、第2屈曲部の作用)
第1屈曲部20a及び第2屈曲部20bの作用について、さらに具体的に説明する。
(Action of the first bent part and the second bent part)
The actions of the first
図5Aに示すように、溝20に第1屈曲部20a及び第2屈曲部20bがない場合において、突起19が溝20の第1端部に停止した状態から第2端部方向へ移動するとき、シャフト17の移動に伴い、突起19は、矢印C方向に移動しようとする。この時、突起19の移動方向と直交する溝20の側面から側面に対して垂直方向の力Pxと、側面に沿った方向の力Pyが、突起19に作用する。垂直方向の力Pxは突起19が移動するために必要な力であるが、側面に沿った方向の力Pyは突起19に対して摩擦力として作用し、突起19をロックする力となる。
As shown in FIG. 5A, when the
しかし、図5Bに示す上記実施形態の場合、溝20の第1端部には、第1屈曲部20aが設けられているため、側面と垂直方向の力Pxが突起19の移動方向(矢印C)と一致され、側面に沿った方向の力Pyを低減さている。したがって、突起19のロックが防止される。第2屈曲部20bの作用も、第1屈曲部20aと同様である。
However, in the case of the above embodiment shown in FIG. 5B, since the first
(実施形態の効果)
本実施形態によれば、溝20は、直線部20cと、直線部20cの第1端部に設けられ、シャフト17の第1移動方向に対して斜めの第1屈曲部20aと、直線部20cの第2端部に設けられ、シャフト17の第2移動方向に対して斜めの第2屈曲部20bとを有している。このため、第1屈曲部20a又は第2屈曲部20bの内部で溝20の側面に接触して停止した突起19が、直線部20cの方向に移動されるとき、溝20の側面と突起19との摩擦力を低減できる。したがって、突起19は、第1屈曲部20a又は第2屈曲部20bの内部で停止した状態より、直線部20cの方向に容易に移動することができる。
(Effect of embodiment)
According to the present embodiment, the
しかも、上記実施形態によれば、溝20は、第1屈曲部20a及び第2屈曲部20bを有し、シャフト17に設けられた突起19は、溝20の第1端部に到達すると、第1回転方向に回転しながら第1屈曲部20aに侵入して停止する。また、シャフト17に設けられた突起19は、溝20の第2端部に到達すると、第2回転方向に回転しながら第2屈曲部20bに侵入して停止する。このため、突起19が第1屈曲部20a又は第2屈曲部20b内に位置するとき、雌ねじ14aと雄ねじ17aとの摩擦力は、シャフト17が回転せずに停止される場合に比べて低減される。したがって、雌ねじ14aと雄ねじ17aとがロックされることを防止でき、突起19が第1屈曲部20a又は第2屈曲部20b内に位置する状態から反対方向に駆動されるとき、シャフト17を迅速に移動することが可能である。
Moreover, according to the above embodiment, the
さらに、本実施形態によれば、第1屈曲部20a及び第2屈曲部20bを設けることにより、モータ12を停止させるタイミングを厳密に制御することなく、雌ねじ14aと雄ねじ17aとがロックされることを防止できる。このため、モータ12の制御を容易化することが可能である。
Further, according to the present embodiment, by providing the first
(第1変形例)
図6Aは、第1の変形例を示すものであり、溝20の上面を示している。第1変形例において、溝20は、第1端部に第1屈曲部としての第1傾斜部20dを有し、第2端部に第2屈曲部としての第2傾斜部20eを有している。第1傾斜部20dは、溝20の第1端部の側面であり、この側面は、溝20の直線部20cに沿った側面に対して傾斜している。第2傾斜部20eは、溝20の第2端部の側面であり、この側面は、溝20の直線部に沿った側面に対して傾斜し、第1傾斜部20dと平行である。このため、溝20の上方から見た形状は、平行四辺形である。
(First modification)
FIG. 6A shows a first modification and shows the upper surface of the
上記構成において、シャフト17が図2Aに示す矢印A方向に回転され、突起19が第1端部から第2端部方向に移動するとき、突起19は、矢印C方向に移動しようとする。このとき、突起19に対して第1傾斜部20dから垂直方向の力Pxが作用する。この力Pxは、突起19の移動方向(矢印C)と一致しており、突起19と第1傾斜部20dとの間の摩擦力が低減される。このため、突起19は、溝20内を迅速に移動することが可能である。したがって、第1変形例によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the above configuration, when the
(第2変形例)
図7は、第2変形例を示すものであり、溝20の上面を示している。第2変形例において、溝20は、第1端部に第1屈曲部としての第1湾曲部20fを有し、第2端部に第2屈曲部としての第2湾曲部20gを有している。第1湾曲部20fは、溝20の第1端部の側面であり、この側面は、溝20の直線部20cに沿った側面に対して湾曲している。第2傾斜部20eは、溝20の第2端部の側面であり、この側面は、溝20の直線部に沿った側面に対して湾曲している。
(Second modification)
FIG. 7 shows a second modification, and shows the upper surface of the
上記構成において、シャフト17が図2Aに示す矢印A方向に回転され、突起19が第1端部から第2端部方向に移動するとき、突起19は、矢印C方向に移動しようとする。このとき、突起19に対して第1湾曲部20fから垂直方向の力Pxが作用する。この力Pxは、突起19の移動方向(矢印C)と一致しており、突起19と第1湾曲部20fとの間の摩擦力が低減される。このため、突起19は、溝20内を迅速に移動することが可能である。したがって、第2変形例によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the above configuration, when the
上記第1変形例、及び第2変形例は、溝20を例として説明した。しかし、溝に限定されるものではなく、図2Cに示すように、突部に傾斜部や湾曲部を用いることも可能である。
The first modification and the second modification have been described by taking the
その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, the present invention is not limited to each of the above embodiments as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in each of the above embodiments. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. In addition, components across different embodiments may be combined as appropriate.
11…ハウジング、12…モータ、13…減速機、14…筒体、14a…雌ねじ、17…シャフト、17a…雄ねじ、19…突起、20…溝(案内部)、20a…第1屈曲部、20b…第2屈曲部、20d…第1傾斜部、20e…第2傾斜部、20f…第1湾曲部、20g…第2湾曲部、21…突部。 11 ... Housing, 12 ... Motor, 13 ... Reducer, 14 ... Cylinder, 14a ... Female screw, 17 ... Shaft, 17a ... Male screw, 19 ... Projection, 20 ... Groove (guide), 20a ... First bending, 20b ... second bent portion, 20d ... first inclined portion, 20e ... second inclined portion, 20f ... first curved portion, 20 g ... second curved portion, 21 ... protrusion.
Claims (9)
前記ハウジング内に設けられたモータと、
前記モータにより回転され、雌ねじを有する筒体と、
一部に前記筒体の雌ねじに螺合される雄ねじを有するシャフトと、
前記シャフトに設けられた突起と、
前記ハウジング内で前記シャフトに沿って設けられ、前記突起を案内し、前記シャフトの移動方向の少なくとも一端部に、前記シャフトの移動方向に対して斜めに屈曲された屈曲部を有する案内部と、
を具備することを特徴とするリニアアクチュエータ。 With the housing
With the motor provided in the housing
A cylinder that is rotated by the motor and has a female screw,
A shaft having a male screw that is partially screwed into the female screw of the cylinder,
With the protrusions provided on the shaft,
A guide portion provided in the housing along the shaft, guiding the protrusion, and having a bent portion bent obliquely with respect to the moving direction of the shaft at at least one end portion in the moving direction of the shaft.
A linear actuator characterized in that
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