JP3961919B2 - 電動シリンダ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の回転を、回り止めされたナットの直線運動に変換し、これにより、ナットに固定された部材を直線移動させる目的で使用される、いわゆる、電動シリンダに関する。さらに詳しくは、潤滑剤を使用しなくとも高速かつ高頻度運転が可能な電動シリンダに関している。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動シリンダは、ねじシャフトとねじシャフトにかみ合うナットとを具備している。ねじシャフトは、回転のみを行なえ、ナットは回転を止められており、ねじシャフトが回転されると、ナットがねじシャフトに沿って移動して、ナットに結合された外部部材を直線移動させている。
【０００３】
このような電動シリンダとして、実用新案登録第２５２５９１２号公報には、内筒内部の下半部には流通孔を介して外筒内と流通する潤滑剤が封入され、上半部には前記内筒の上端部に形成された大気連通孔を有する空気室が形成されているオイルバス式電動シリンダが記載されている。潤滑剤をオイルバスのように封入することによってナットとねじ軸との潤滑が行なえる仕組みになっている。
【０００４】
また、特開平１１−３７２４７号公報には、外筒、これに挿入されたロッド、ロッドに挿入されたねじシャフト、それに、ロッドの端部に固定されたねじシャフトにかみ合うナットを備えている電動シリンダが記載されている。ナットは一緒にねじシャフトにかみ合う給油体を備えている。給油体は潤滑油を含侵させた多孔性樹脂からなっており、ナットと直列に配置されている。
【０００５】
さらにまた、特開２０００−１５２５５７号公報には、合成樹脂製ナットを用いた電動シリンダが記載されている。ナット部材を合成樹脂とし、さらに、ナット部材の雌ねじ部にグリースを薄く塗布することにより、相手部材である鋼等の金属製ねじシャフトとの動摩擦係数μが凡そ０．０７付近（０．０５〜０．０９の範囲で変動する）の電気シリンダを成し得ている。
【０００６】
【特許文献１】
実用新案登録第２５２５９１２号公報
【特許文献２】
特開平１１−３７２４７号公報
【特許文献３】
特開２０００−１５２５５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
実用新案登録第２５２５９１２号公報に記載された電動シリンダは、高速でかつ高頻度に運転することができるが、潤滑油を使用しているため、オイルシールの組み込みやオイルシールの摩擦抵抗と潤滑油の粘性抵抗に打ち勝つ大きな容量をもつ電動機の使用等を必須とし、製造コストが高い。
しかも、油膜の形成状態がねじシャフトの回転速度、ねじシャフトに作用する荷重、使用温度等によって影響を受けるため、ねじシャフトの寿命が使用環境ごとにばらつくおそれもある。
【０００８】
特開平１１−３７２４７号公報に記載された電動シリンダは、多孔性樹脂からなる給油体から潤滑剤が油膜形成に必要な分だけ染み出す構造になっているため、潤滑油の粘性抵抗は少なく、上記したような大容量の電動機は必要としない。しかし、使用条件を誤ったような使用態様によっては、給油体からの潤滑油が枯渇する恐れがあり、ナットの潤滑不良により信頼性が低下する。
【０００９】
また、特開２０００−１５２５５７号公報に記載された電動シリンダは、特開平１１−３７２４７号公報に記載された電動シリンダのように給油体を持たないため、経時的にグリース切れが生じることになり、グリース塗布の定期的なメンテナンスが必須である。このメンテナンスを怠った場合、グリース切れによりナットの潤滑不良が生じ、信頼性が低下する。
【００１０】
ところで、このような電動シリンダにおいては、ナットの摺動部にグリースやオイル等の潤滑剤を使用しなければ、ナットとねじシャフトとの相対移動によって摩擦熱が発生する。特に高速かつ高頻度の運転を行なえば、摩擦熱は非常に高くなる。電動シリンダはねじシャフトとナットとがそれぞれロッド内部に配置されており、さらに前記ロッドは外筒に嵌められているため、摩擦熱は速やかに放熱されない。
特開２０００−１５２５５７号公報に記載された電動シリンダのようにナットに合成樹脂を採用した場合、潤滑剤を使用しなければ、高速かつ高頻度の運転において、ナットは異常に昇温し、場合によっては２００℃以上の高温に達する。例えば樹脂ナットとして一般的なポリアセタール樹脂からなる樹脂ナットを使用した場合では、摺動面が異常摩耗を起こすことになる。
【００１１】
本発明の目的は、ナットの機械的強度を向上させるとともにナットの摩擦熱を外部に効率よく放出して、一切の潤滑剤を必要とせず完全にドライな環境でメンテナンスを要することなく高速かつ高頻度運転を長期に亘り確実に行なえる電動シリンダを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、外筒に遊嵌させて直線移動させるロッドと、該ロッドの内部に配置されて電動機で回転するねじシャフトと、前記ロッドに結合されて回り止めされた状態で前記ねじシャフトにねじ込まれた潤滑作用をもつ合成樹脂からなるナットとを備えた電動シリンダにおいて、前記ナットが、前記ナットより熱伝導性の高い伝熱金属部材を介在させて前記ナットに発生する摩擦熱を外筒の外部に放出するロッドに結合されているとともに、前記伝熱金属部材が、前記ナットを囲んで保持していることを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明は、外筒と、外筒に遊嵌させて直線移動させるロッドと、ロッド内部に配置され電動機で回転するねじシャフトと、回転を阻止されてねじシャフトにねじ込まれ、かつロッドに結合されたナットとを備えた電動シリンダにおいて、ナットが潤滑作用をもつ合成樹脂からなると共に、ナットより熱伝導性の高い伝熱金属部材を介してロッドに結合されているため、つまり、潤滑剤なしで作動し、ねじシャフトの回転速度、ねじシャフトに作用する荷重、使用温度等によって影響を受けやすい油膜が存在しないため、ねじシャフト寿命のばらつきがなく、しかもオイルシールの組み込みおよびオイルシールとの摩擦抵抗および潤滑剤の粘性抵抗に対応する電動機容量の増大が不要であり、潤滑剤の給油等のメンテナンスも要らない。
【００１４】
さらに、本発明の電動シリンダでは、合成樹脂からなるナットがこのナットより熱伝導性の高い伝熱金属部材を介在させてロッドに結合されているため、ナットとねじシャフトとの摩擦によって発生する摩擦熱が伝熱金属部材を通じてロッドから外部に放出される。
【００１５】
このように樹脂ナットと伝熱金属部材との組み合わせにより、合成樹脂からなるナットの異常昇温が防止でき、摩擦熱によるナットの機械的強さの低下もない。このため、ナットが合成樹脂からなるにもかかわらず、高速かつ高頻度な運転を確実に行なえる。
【００１６】
本発明の電動シリンダにおいて、ナットが、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂から選択される合成樹脂に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、黒鉛および二硫化モリブテンから選択される少なくとも一つの固体潤滑剤を１０重量％以上含む樹脂組成物の成形体からなっていると、グリースやオイル等の潤滑剤を塗布しなくてもナットとねじシャフトとの摩擦係数を低くすることが可能であり、摩擦熱も低く抑えることができる。
【００１７】
さらに、本発明の電動シリンダにおいて、伝熱金属部材が、ナットより熱伝導性の高い金属からなると共に、ナットを囲んで保持していることによって、合成樹脂からなるナットの機械的強さが向上すると共に、ナットの温度がより確実に低下する。
また、熱伝導性の高い金属として、アルミニウム合金や銅合金を用いることができる。アルミニウム合金は、比重が他の金属に比べて低いため、可動部の慣性負荷も同時に小さくすることができ、高速かつ高頻度な運転をより確実に行なえる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の電動シリンダである一実施形態を説明する。
【００１９】
この電動シリンダは、図１に示すように、ケース１１、ロッド１２、ねじシャフト１３、ナット１４および電動機１５を有している。
【００２０】
ケース１１は、両端を開放された中空筒形の形態をなす外筒１６と外筒１６に嵌合かつ固定された内筒１７とからなっている。内筒１７は、角形断面からなる中空孔を有している。ロッド１２は、両端を開放された中空筒形のものからなっている。このロッド１２は、内筒１７に遊嵌されている。
ケース１１とロッド１２との間には、ダスト等の侵入を防ぐカバー部材１８が配置されている。このカバー部材１８は、両端を開放された中空筒形の形態をなすもので、ロッド１２に嵌められていると共に、ケース１１にボルト等によって締結されている。
【００２１】
ロッド１２の内部には、ねじシャフト１３が挿入されている。ねじシャフト１３は、一端をロッド１２の内部に配置された軸受部材１９に、ロッド１２から突出する他端をケース１１の内部に配置された軸受ユニット２１に保持されている。
軸受部材１９は、たとえば、すべり軸受をもつもので、軸受の支持体をロッド１２に挿入されている。
軸受ユニット２１は、複数列の転がり軸受をもつもので、軸受支持体をケース１１に嵌め込まれていると共に、これに固定されている。
【００２２】
ナット１４は、ねじシャフト１３にねじ込まれてケース１１の内部に挿入されていると共に、ロッド１２に結合されている。
図２は、ナット１４のまわりの詳細を示している。
ナット１４は、ナット本体２２とナット本体２２の一端に一体形成されたフランジ２３とからなっている。
ナット本体２２には、ねじシャフト１３にかみ合うねじ孔が設けられている。フランジ２３は、ケース１１の中空孔に対応する形状とサイズとをもつ角形の形態を有している。ナット１４は、フランジ２３がケース１１の中空孔に嵌まることによって、回転を止められている。
【００２３】
ナット１４は、全体が潤滑作用をもつ合成樹脂からなっている。
潤滑作用をもつ合成樹脂とは、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、黒鉛および二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を少なくとも１０重量％以上を含む樹脂組成物をいう。また、ベース樹脂は、発熱により機械的特性が著しく低下しない合成樹脂を使用する。
具体的には、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂等である。特に射出成形可能なポリイミド樹脂やポリフェニレンスルフィド樹脂は、上述した固定潤滑剤を配合することによって高い潤滑特性と共に、コストパフォーマンスに優れるため、最も好ましいベース樹脂である。
【００２４】
このナット１４は、ロッド１２に、伝熱金属部材２４を介して結合されている。
そして、伝熱金属部材２４は、本体２５およびフランジ２６を有している。
本体２５は、両端を開放された中空円筒形の形態をなしている。フランジ２６は、ナット１４のフランジ２３と同じ形状とサイズとをもつもので、本体２５の端部に一体に形成されている。
また、伝熱金属部材自体は、全体が合成樹脂からなるナット１４よりも高い熱伝導性をもつ材料からなっている。
この実施の形態において、伝熱金属部材２４は、熱膨張率が合成樹脂からなるナット１４のそれとほぼ等しく、比重がナット１４のそれと比較しても差の小さいアルミニウム合金からなっている。
この伝熱金属部材２４は、本体２５をナット１４のナット本体２２に密嵌され、フランジ２６をナット１４のフランジ２３にボルト２７によって締結されていると共に、ねじシャフト１３に嵌まる端部をロッド１２にねじ込まれている。このため、伝熱金属部材２４は、ナット１４およびロッド１２と一緒に移動することができる。
【００２５】
ねじシャフト１３を駆動する電動機１５は、図１に示すように、回転軸をケース１１の内部に向けて配置されていると共に、ケース１１に嵌合かつ結合されている。電動機１５とナット１４との間には、クッションゴム板２８が配置されている。クッションゴム板２８は、ケース１１に固定されている。クッションゴム板２８の中央には、孔が設けられている。ねじシャフト１３における軸受ユニット２１から突出している部分は、この孔を貫通している。電動機１５の回転軸は、クッションゴム板２８と電動機１５との間に配置された軸継手２９を介してねじシャフト１３に連結されている。
【００２６】
このような電動シリンダでは、先端金具３１が相手部材に係合され、ロッド１２が回転を阻止された状態にて、電動機１５が作動すると、ねじシャフト１３が回転し、ナット１４、伝熱金属部材２４およびロッド１２が一緒に直線移動し、ロッド１２の外端にある先端金具３１に連結された外部機構を直線移動させる。
このときにナット１４は、潤滑作用をもつ合成樹脂からなっているため、ねじシャフト１３は、グリ−スやオイル等の潤滑剤を必要とせずに無潤滑で作動する。
【００２７】
ねじシャフト１３が高速度、高頻度回転すると、合成樹脂からなるナット１４の温度がねじシャフト１３との摩擦で大幅に上昇する。
この摩擦熱は、合成樹脂からなるナット１４から伝熱金属部材２４に伝達され、それからロッド１２に伝達され、ロッド１２を通じて外部空間に放熱される。
このときに、伝熱金属部材２４の本体２５がナット１４のナット本体２２に、フランジ２６がナット１４のフランジ２３にそれぞれ密着し、伝熱金属部材２４が、ナット１４のほとんどを覆い、しかも、伝熱金属部材２４の熱伝導性が、合成樹脂からなるナット１４よりも高いため、ナット１４からの摩擦熱が、伝熱金属部材２４を通じてロッド１２に確実に伝達され、ロッド１２あるいはロッド１２の先端金具３１に連結された外部機器もしくはこれらの双方を通じて外部空間に放出される。
【００２８】
このように、本発明による電動シリンダは、ナット１４が潤滑作用をもつ合成樹脂からなり、ねじシャフト１３がグリースやオイル等の潤滑剤を必要とせずに作動するため、ねじシャフト１３とロッド１２との間にオイルシールおよびハウジングを必要とせず、しかも潤滑剤の粘性抵抗がない分、電動機容量を小さくすることができるため、製造コストを低減することができる。
さらに、使用温度、ねじシャフト１３の回転速度、ねじシャフト１３に作用する荷重等の影響を受けないため、あらゆる使用環境下において電動シリンダを長期に亘り、安定して使用することが可能になる。
【００２９】
こればかりか、高速、高荷重で、しかも高頻度に電動シリンダを運転した場合に、合成樹脂からなるナット１４の温度がねじシャフト１３との摩擦によって上昇しても、発生した摩擦熱が伝熱金属部材２４からロッド１２に伝達され、ロッド１２を通じて外部に放出され、ナット１４の温度が上昇せず、ナット１４の機械的強度が合成樹脂のみの場合のように簡単に低下しない。このため、ナット１４が合成樹脂からなっているにもかかわらず、高速でかつ高頻度に長期にわたって運転しても、安定して作動する。
【００３０】
さらに、伝熱金属部材２４がナット１４を囲むように保持している、いいかえれば、ナット１４がより機械的強さの高い材料からなるハウジング（伝熱金属部材２４）に収容され、合成樹脂からなるナット１４が伝熱金属部材２４により補強され、ナット１４の機械的強さが高く、しかも、伝熱金属部材２４がアルミニウム合金からなっているため、ナット１４およびロッド１２を含む可動部が軽量となり、可動部の慣性が小さく、高速かつ高頻度な運転を確実に行なえる。
【００３１】
なお、以上説明した実施の形態において、伝熱金属部材２４の材料はアルミニウム合金からなっているが、使用目的に応じて、銅合金のような熱伝導性のより高い金属を採用してもよい。また、伝熱金属部材２４は、合成樹脂からなるナット１４を円周方向に囲んでいるが、ナットから発生する摩擦熱に応じて、他の構成としてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、外筒と、外筒に嵌められたロッドと、ロッド内部に配置され電動機で回転するねじシャフトと、回転を阻止されてねじシャフトにねじ込まれ、かつロッドに結合されたナットとを備えた電動シリンダにおいて、ナットが潤滑作用をもつ合成樹脂からなると共に、合成樹脂からなるナットより熱伝導性の高い伝熱金属部材を介在してロッドに結合されているので、合成樹脂からなるナットとねじシャフトとの摩擦によって発生する摩擦熱が伝熱金属部材を通じて外部に効率よく放出される。そのため、グリースやオイル等の潤滑剤を使用しなくとも、ナットが合成樹脂からなるにもかかわらず、機械的強度が低下しない。
【００３３】
さらに、オイルシールの組み込みが要らず、オイルシールとの摩擦抵抗や潤滑剤の粘性抵抗に対応する電動機容量の増大も不要であり、潤滑剤の給油等のメンテナンスも要らないため、イニシャルコストおよびランニングを低減することができる。
しかも、ねじシャフトの回転速度、ねじシャフトに作用する荷重、使用温度等によって影響を受ける油膜がないため、使用環境が異なっても、電動シリンダを長期に亘り、安定して使用することができる。
【００３４】
そして、前述した効果と相俟って、パワーシリンダのような高速でかつ高頻度に運転される機器として構成しても、高い信頼性と長寿命を使用環境によらず実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動シリンダである一実施形態を示す縦断面図。
【図２】図１に示す電動シリンダにおけるナットまわりの拡大断面図。
【符号の説明】
１１ ・・・外筒
１２ ・・・ロッド
１３ ・・・ねじシャフト
１４ ・・・ナット
２４ ・・・伝熱金属部材

Claims (3)

1. 外筒に遊嵌させて直線移動させるロッドと、該ロッドの内部に配置されて電動機で回転するねじシャフトと、前記ロッドに結合されて回り止めされた状態で前記ねじシャフトにねじ込まれた潤滑作用をもつ合成樹脂からなるナットとを備えた電動シリンダにおいて、
   前記ナットが、前記ナットより熱伝導性の高い伝熱金属部材を介在させて前記ナットに発生する摩擦熱を外筒の外部に放出するロッドに結合されているとともに、
   前記伝熱金属部材が、前記ナットを囲んで保持していることを特徴とする電動シリンダ。
2. 前記ナットが、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂から選択される合成樹脂に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、黒鉛、および、二硫化モリブテンから選択される少なくとも一つの固体潤滑剤を１０重量％以上含む樹脂組成物の成形体からなることを特徴とする請求項１に記載の電動シリンダ。
3. 前記伝熱金属部材が、アルミニウム合金、あるいは、銅合金からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動シリンダ。

Images