JP4470194B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールネジ軸と一体的に組み付けられるスライダをガイドレールに沿って直線状に往復動作させるリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のボールネジ軸を用いたリニアアクチュエータは、例えばスライダの両外側面はボール転動体を介して断面略Ｕ字状のガイドレールの両内側面の長軸方向に移動自在に支持されており、このスライダに取り付けられてボールネジ穴に螺合するボールネジ軸を回転させることにより、前記スライダを往復動作させている（特公平７−６１５８７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のリニアアクチュエータではスライダの両外側面とガイドレールの両内側面との間に設けられるボール転動体の間隔を一定にしてスライダの幅を広げると、自ずとガイドレールの幅も拡大してリニアアクチュエータが大型化し、重さが増えるという問題点があった。
【０００４】
本発明は、前記の不都合を克服するためになされたもので、その目的はスライダの凹部がガイドレールに跨架され、前記スライダの両内側面と前記ガイドレールの両外側面との間にボール転動体を設けてガイドテーブルの幅方向の寸法を小さく設定することにより、前記ガイドテーブルの容積が縮小されてその重量を軽減することが可能なリニアアクチュエータを提供するものである。
【０００５】
さらに、本発明の他の目的は、ボールネジナットをスライダに対して浮動自在に保持してボールネジ軸の作動形態に追従できるように設けることにより、前記ボールネジ軸の軸線とボール転動溝の軸線との平行度のずれを吸収することが可能なリニアアクチュエータを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を解決するために、本発明は、両側面の長軸方向にボール転動溝を設けて延伸される断面略Ｕ字状のガイドレールと、前記ガイドレールの長軸方向と略直交する幅方向の中心部に前記ボール転動溝と平行に配設されるボールネジ軸と、前記ガイドレールの長軸方向の両端部にて前記ボールネジ軸を支持する軸受と、前記ガイドレールのボール転動溝に対向するボール転動溝を含む無限循環路が形成され、凹部内に前記ガイドレールが臨むように設けられ且つ該ガイドレールの長軸方向に沿って変位可能なスライダと、前記スライダの前記ガイドレール側の面に形成された凹部に装着され前記ボールネジ軸に螺合するボールネジナットと、前記スライダの凹部において該スライダと前記ガイドレールとの間に配置されて前記ボールネジナットを移動自在に支持するネジガイド部材と、前記ボールネジ軸の軸線と略平行に延在し且つ前記スライダの側方に設けられるスイッチレールとを備え、前記スイッチレールには、前記スライダと一体的に変位するマグネットの磁界を検知することにより、該スライダの位置を検出するセンサが装着され、前記スライダは、略水平面において該スライダの変位方向と略直交する方向に対する前記ボールネジナットの微小変位および略鉛直方向に対するこのボールネジナットの微小変位をそれぞれ吸収するフローティング機構により支持されることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、ガイドレールがスライダの凹部に装着されてガイドレールの幅寸法がスライダの幅よりも小さく設定されることで、ガイドレールの容積が縮小し、リニアアクチュエータの重量が軽減されて製造コストを低減することが可能である。
【０００８】
また、本発明によれば、略水平面において変位方向と略直交する方向に対するボールネジナットの微小変位および略鉛直方向に対するこのボールネジナットの微小変位をそれぞれ吸収するフローティング機構を設けることにより、ボールネジ軸の軸線とボール転動溝の軸線との平行度に若干のずれが生じた際にもそのずれを吸収することができ、スライダの円滑な直線運動を行うことができる。
【０００９】
この場合、前記フローティング機構は、略水平面において前記スライダの変位方向と略直交する方向に対する前記ボールネジナットの微小変位を、前記スライダにその変位方向に略直交して形成された穴に、前記ネジガイド部材に連結された移動子が摺動自在に係合されることで吸収する一方、略鉛直方向に対する前記ボールネジナットの微小変位を、前記ボールネジナットの外面に前記スライダの変位方向に沿って形成された一対の平行面が、前記ネジガイド部材に形成された一対の開口面間に略鉛直方向に移動自在に嵌合されることで吸収し、さらに、前記ボールネジナットの前記一対の平行面が略鉛直方向に移動自在に嵌合される前記ネジガイド部材の前記一対の開口面が、前記ガイドレールの両側面間に形成された凹溝に対向するように開口すると共に、前記一対の開口面および前記一対の平行面の少なくとも一部が前記凹溝内に配置されていることにより、ボールネジナットがボールネジ軸の作動形態に適宜に追従でき、好適である。
【００１０】
この場合、前記移動子は、略水平面内における前記スライダの変位方向と略直交する方向に並列に設けられると、スライダの高さを低くすることができ、好適である。
【００１１】
また、この場合、前記移動子は、略鉛直方向の同一平面内に並列に設けられると、ガイドレールおよびスライダの幅を狭くすることができ、好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係るリニアアクチュエータについて、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら、以下、詳細に説明する。
【００１３】
本発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１０は、図１に示すように、基本的には、ガイドレール１２と、前記ガイドレール１２に移動自在に支持されるスライダ１４と、前記スライダ１４に螺合するボールネジ軸１６と、前記ボールネジ軸１６を軸支する一対の第１軸受１８、第２軸受２０と、前記ボールネジ軸１６の軸線と略平行に延在し一組のボルト１０５ａ、１０５ｂを介して前記第１軸受１８、第２軸受２０にそれぞれ固定されるスイッチレール１０６とから構成される。
【００１４】
図４に示されるように、ガイドレール１２は断面略Ｕ字形の凹溝２２および前記凹溝２２を形成する上面２８、２８が直線状に延伸する部材により構成され、この上面２８、２８は後述するスライダ１４の凹部１３２に内設されて前記ガイドレール１２の幅方向の寸法がスライダ１４の幅よりも小さくなるように構成される。前記ガイドレール１２の底面１１４から立ち上げる両外側面２４、２４には、ボールネジ軸１６の軸心から等間隔の位置にあってそれぞれ長軸方向に延びる平行なボール転動溝２６を有している。
【００１５】
ガイドレール１２の上面２８、２８に跨架されるスライダ１４は、スライダ本体３０と、前記スライダ本体３０の変位方向の両側面に取着されるエンドプレート３２と、前記エンドプレート３２に取着される潤滑部材４２を収納するカバー部材４４と、スクレーパ４６とから構成される（図５参照）。なお、エンドプレート３２、カバー部材４４およびスクレーパ４６はボルト４８により取り付られる。スライダ本体３０はその左右の両側縁に下方に延伸される肉厚の袖部３４、３４を有し、この袖部３４、３４の内側面には、ガイドレール１２のボール転動溝２６に対向してボール転動溝３６が形成されると共に、前記ボール転動溝２６、３６に平行する直線状の貫通孔からなるボール通路３８が袖部３４、３４に穿設されている。なお、ボール転動溝２６、３６およびボール通路３８は同一水平面内に設けられボールネジ軸１６の軸心よりも下方に位置する。
【００１６】
スライダ本体３０の両側面に取着するエンドプレート３２には、図５に示されるように、スライダ３０の内側面に沿って貫設されるボール転動溝３６とボール通路３８とを連通する湾曲路４０が形成されている。この場合、潤滑部材４２内の潤滑剤はボールネジ軸１６およびエンドプレート３２に設けた孔５０を介して湾曲路４０に補給される。スライダ１４には、スライダ本体３０に設けて対向するボール転動溝２６、３６およびボール通路３８とエンドプレート３２に設けられた湾曲路４０とからなる無限循環路５２（図４参照）が形成され、この無限循環路５２に多数のボール５４が転動自在に装着される。
【００１７】
図２に示されるように、ボールネジ軸１６の両端部５６、５８は、この両端部５６、５８のジャーナル部６０、６２に設けられる第１軸受１８、第２軸受２０により回転自在に軸支される。
【００１８】
第１軸受１８は、ガイドレール１２の一方の端面にボルト（図示せず）により固着される第１エンドプレート６４と、前記第１エンドプレート６４の中央部に穿設された軸受孔６６に嵌合される複数個、例えば２個の第１玉軸受６８とから構成され、前記軸受孔６６にボールネジ軸１６の一方の端部５６が前記第１玉軸受６８を介して挿入されている。この場合、第１玉軸受６８は、その内輪をボールネジ軸１６の一方の端部５６に嵌め込まれるスペーサ７０と、前記端部５６におけるベアリング押え７２によるネジ機構により締め付けられ、その外輪を第１エンドプレート６４に設けられたネジ機構に螺合する軸受ナット７４により締め付けられて第１エンドプレート６４に固着されている。さらに、ボールネジ軸１６の一方の端部５６はモータ７６に連結される。参照符号８８は、ベアリング押え７２の回り止めの止めネジである。
【００１９】
第２軸受２０は、ガイドレール１２の他方の端面にボルト（図示せず）により固着される第２エンドプレート７８と、前記第２エンドプレート７８の中央部に穿設された軸受孔８０に嵌合される第２玉軸受８２とから構成され、前記軸受孔８０にボールネジ軸１６の他方の端部５８が前記第２玉軸受８２を介して挿入されている。この場合、第２玉軸受８２は、その内輪をボールネジ軸１６の他方の端部５８に嵌め込まれる軸止め輪８４により係止され、ボールネジ軸１６の他方の端部５８は前記第２玉軸受８２を介して第２エンドプレート７８に回転自在に軸支されている。
【００２０】
図４に示されるように、周知のボールネジ機構を有してボールネジ軸１６に螺合するボールネジナット８６は、外周面中央部を略平行に切り欠かれた平行面９２を有する。参照符号９４はスライダ本体３０の内部上面９６に略水平方向に微小変位可能に装着されるネジガイド部材を示しており、前記ネジガイド部材９４の開口面９８にボールネジナット８６の平行面９２を略鉛直方向に摺動自在に嵌合してボールネジナット８６をガイドし、かつ前記平行面９２に対し略水平面内における変位方向と略直交する方向に並列して移動子１００を螺着し、前記移動子１００のボス１０２がスライダ本体３０の袖部３４、３４に連接する外側面に設けられた穴１０４に摺動自在に装着される。
【００２１】
この場合、ボールネジナット８６は略鉛直方向にネジガイド部材９４により微小変位可能に支持され、略水平方向にネジガイド部材９４に螺着される移動子１００を介してスライダ本体３０に微小変位可能に支持されるフローティング機構により、ボールネジ軸１６の軸線とボール転動溝２６、３６の軸線との平行度に若干のずれを生じた際にもそのずれを吸収することができるように垂直方向および水平方向に微小に変位することが可能である。移動子１００の軸心はボールネジ軸１６の水平方向の軸心よりも上方に位置する。
【００２２】
第１エンドプレート６４、第２エンドプレート７８に一組のボルト１０５ａ、１０５ｂにより固着されたスイッチレール１０６には軸線方向に沿って略平行な２条の長溝１０８、１１０が形成され、この長溝１０８、１１０には位置調整が可能なようにセンサ（図示せず）が挿着される。スライダ本体３０に取り付けられた該スライダ本体３０と一体的に変位するマグネット１１２の磁界をセンサによって検知することにより、前記スライダ本体３０の位置を検出することができる。ガイドレール１２の底面１１４に設けたネジ孔１１６（図３参照）には、リニアアクチュエータ１０を取り付けるボルト（図示せず）が螺着される。
【００２３】
なお、リニアアクチュエータ１０は、その取り付け位置をずらしてガイドレール１２の底面１１４に設けた脚部１１８を図示しないボルトを介して締め具１２０で固定することも可能である。参照符号１２２は、スライダ１４のストロークを調整する調整ボルトを示しており、第１エンドプレート６４、第２エンドプレート７８にネジ結合され、ナット１２４により両エンドプレート６４、７８に締め付けられる。
【００２４】
また、スライダ本体３０の上面１２６に穿設する穴１２８は図示しないテーブル等を位置決めするためのものであり、螺刻するネジ孔１３０はテーブル等を固定するためのものである。
【００２５】
本実施の形態に係るリニアアクチュエータ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００２６】
図２、図３に示されるように、モータ７６の駆動によりボールネジ軸１６が回転すると、その螺合作用によりボールネジナット８６が従動し、スライダ１４がガイドレール１２に沿って軸方向（矢印Ｙ方向）に移動する。スライダ１４は、ボールネジ軸１６とボールネジナット８６のボールネジ穴との間に介挿される鋼球（図示せず）の転動およびガイドレール１２とスライダ１４との間に設けられたボール転動溝２６、３６間に挿入されるボール５４の転動により円滑に移動することができる。
【００２７】
この場合、図４に示されるように、ボールネジナット８６は略鉛直方向の変位をこのボールネジナット８６の平行面９２とネジガイド部材９４の開口面９８との係合により変位可能に保持され、略水平方向の変位をスライダ本体３０の穴１０４に摺動自在に支承される移動子１００のボス１０２により変位可能に保持されるので、ボールネジ軸１６の作動態様に応答して追従することができる。
【００２８】
よって、スライダ１４はボールネジ軸１６の回転によりガイドレール１２に沿って円滑に移動することができる。
【００２９】
この場合、スライダ１４はガイドレール１２に跨架されて該スライダ１４の両袖部３４、３４によりスライダ１４に付加される加重を支持するので変形しない。
【００３０】
また、ガイドレール１２の上面２８、２８はスライダ１４の凹部１３２に内設されるようにこのガイドレール１２の幅方向の寸法がスライダ１４の幅よりも小さく設定されるので、ガイドレール１２の容積が減少してこのガイドレール１２の軽量化を図ることが可能である。
【００３１】
よって、本実施の形態では、組立の際にボール転動溝２６、３６の軸線とボールネジ軸１６の軸線とを完全な平行度に維持する必要がない。従って、ボール転動溝２６、３６の軸線とボールネジ軸１６の軸線とが平行でなく若干のずれがあっても、そのずれをフローティング機構より吸収することができるので、組立作業時間が短縮され、製造コストを低減することが可能である。
【００３２】
本実施の形態では、移動子１００の水平方向の軸心をボールネジ軸１６の軸心よりも上方に設けているが、移動子１００の水平方向の軸心をボールネジ軸１６の軸心より下方に設けても同様の効果が得られる。
【００３３】
また、本実施の形態においては、ボールネジ軸１６およびボールネジナット８６は、ボールネジを用いた場合を例に説明したが、すべりネジを用いることも勿論可能である。
【００３４】
図６乃至図８は本発明の他の形態に係るリニアアクチュエータ１４０の構成を示す。以下の説明において、上述した図１乃至図５に記載の構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３５】
図８に示されるように、ネジガイド部材９４の上面１４２には、このネジガイド部材９４の開口面９８の外側に略鉛直方向の同一平面内に並列する移動子１４４が螺着される。移動子１４４のボス１４６、頭部１４８は、それぞれスライダ本体３０の上面１２６に穿設される穴１５０および長穴１５２に装着される。さらに、移動子１４４は頭部１４８の外周面の一部をスライダ本体３０の長穴１５２の内周面に外接してネジガイド部材９４の微小変位に矢印方向に微動できるように前記ネジガイド部材９４に支承される。参照符号１５４は、スライダ本体３０の内部上面９６とネジガイド部材９４の上面１４２との間に介装されるワッシャを示しており、移動子１４４のボス１４６をスライダ本体３０に浮動状態に保持する。
【００３６】
この場合、移動子１４４をネジガイド部材９４に略鉛直方向に設けることによりスライダ１４の幅方向の寸法を比較的小さくすることできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、両側面の長軸方向に延びるガイドレールをスライダの凹部に跨架して、ガイドレールの外側面とスライダの両内側面間に転動体を設けることにより、ガイドレールの幅寸法をスライダの幅よりも小さく設定することで、ガイドレールの容積の縮小によるリニアアクチュエータの重さが軽減されてリニアアクチュエータのコストを低減することが可能である。
【００３８】
また、本発明によれば、ボールネジ軸に螺合するボールネジ穴をスライダに浮動状態に保持するフローティグ機構を設けることにより、組み付け時においてボールネジ軸とボール転動溝との完全な平行度を保持する必要がない。従って、ボールネジ軸の軸線とボール転動溝の軸線との平行度に若干のずれが生じた際にもそのずれをフローティグ機構により吸収することが可能である。
【００３９】
さらに、本発明によれば、ボールネジ軸はガイドレールの凹部に収納され、凹部を被覆するようにスライダ本体が装着される構成にしたので、両端の軸受とスライダ本体との間に防塵カバーを設けることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示されるリニアアクチュエータの長軸方向の断面構成図である。
【図３】図１に示されるリニアアクチュエータの平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３に示されるスライダ本体とエンドプレートとの関係を説明するための分解斜視図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るリニアアクチュエータの長軸方向の断面構成図である。
【図７】図６に示されるリニアアクチュエータの平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
１０…リニアアクチュエータ ４４…カバー部材
１２…ガイドレール ４６…スクレーパ
１４…スライダ ５２…無限循環路
１６…ボールネジ軸 ６８…第１玉軸受
１８…第１軸受 ８２…第２玉軸受
２０…第２軸受 ８６…ボールネジナット
２４…外側面 ９４…ネジガイド部材
２６…ボール転動溝 １００…移動子
３０…スライダ本体 １０６…スイッチレール
３６…ボール転動溝 １４０…リニアアクチュエータ
３８…ボール通路 １４４…移動子
４０…湾曲路 １５２…長穴
４２…潤滑部材

Claims (1)

  1. 両側面の長軸方向にボール転動溝を設けて延伸される断面略Ｕ字状のガイドレールと、前記ガイドレールの長軸方向と略直交する幅方向の中心部に前記ボール転動溝と平行に配設されるボールネジ軸と、前記ガイドレールの長軸方向の両端部にて前記ボールネジ軸を支持する軸受と、前記ガイドレールのボール転動溝に対向するボール転動溝を含む無限循環路が形成され、凹部内に前記ガイドレールが臨むように設けられ且つ該ガイドレールの長軸方向に沿って変位可能なスライダと、前記スライダの前記ガイドレール側の面に形成された凹部に装着され前記ボールネジ軸に螺合するボールネジナットと、前記スライダの凹部において該スライダと前記ガイドレールとの間に配置されて前記ボールネジナットを移動自在に支持するネジガイド部材と、前記ボールネジ軸の軸線と略平行に延在し且つ前記スライダの側方に設けられるスイッチレールとを備え、
    前記スイッチレールには、前記スライダと一体的に変位するマグネットの磁界を検知することにより、該スライダの位置を検出するセンサが装着され、
    前記スライダは、略水平面において該スライダの変位方向と略直交する方向に対する前記ボールネジナットの微小変位および略鉛直方向に対するこのボールネジナットの微小変位をそれぞれ吸収するフローティング機構により支持されると共に、
    前記フローティング機構は、略水平面において前記スライダの変位方向と略直交する方向に対する前記ボールネジナットの微小変位を、前記スライダにその変位方向に略直交して形成された穴に、前記ネジガイド部材に連結された移動子が摺動自在に係合されることで吸収する一方、略鉛直方向に対する前記ボールネジナットの微小変位を、前記ボールネジナットの外面に前記スライダの変位方向に沿って形成された一対の平行面が、前記ネジガイド部材に形成された一対の開口面間に略鉛直方向に移動自在に嵌合されることで吸収し、
    さらに、前記ボールネジナットの前記一対の平行面が略鉛直方向に移動自在に嵌合される前記ネジガイド部材の前記一対の開口面が、前記ガイドレールの両側面間に形成された凹溝に対向するように開口すると共に、前記一対の開口面および前記一対の平行面の少なくとも一部が前記凹溝内に配置されており、
    前記移動子は、略鉛直方向の同一平面内に並列に設けられ、
    前記スライダに形成された前記穴は、略水平面における前記スライダの変位方向と略直交する方向に延びた長穴であることを特徴するリニアアクチュエータ。
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