JP4515801B2 - 電動リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、電動モータの回転運動をボールねじ等のねじ伝動装置により直線運動に変換する電動リニアアクチュエータに係り、特にクリーンルーム等の高度の清浄環境での作業に用いられる電動リニアアクチュエータに用いて好適であり、詳しくはユニット化したアクチュエータの発塵防止構造に関する。

一般に、電動リニアアクチュエータは、電動モータ、ボールねじ装置及び該ボールねじ装置のナットを案内するリニアガイド装置を備え、それらがハウジング内に収納されてユニット化されて構成されており、電動モータによりボールねじ装置のねじ軸が回転し、リニアガイド装置により案内されたボールナットが軸方向に移動して、該軸方向移動が、ボールナットに固定されたスライダから外部に取出される。

従来、クリーンルーム内等で用いられる電動アクチュエータは、ハウジング開口部（スリット）を、その長手方向両端で固定されているシールプレートで塞ぎ、スライダに設けた軸方向に貫通する中空部に該シールプレートを通して、スライダの軸方向移動を可能としつつハウジング開口部を閉塞している。また、ハウジングに吸引継手を介してバキューム装置に連通し、ハウジング内を負圧に保持して、ボールねじ装置等の各摺動部で発生する細かい塵埃及びグリース飛沫等がハウジング外部に流出することを防止している（例えば特許文献１参照）
特開２０００−１９７３０４号公報

上述したクリーンルーム対応電動リニアアクチュエータは、シールプレートでハウジング開口部が閉塞されて、ハウジング内部で発生する塵埃等はバキューム装置により吸引されて外部に漏れることは少ないが、シールプレートを案内するスライダのガイド部材とシールプレートが擦れ合って、該ガイド部分から塵埃等が発生する。上記特許文献１記載のものは、該ガイド部分をローラにより構成すると共に、ガイドローラの多くをシールプレートのハウジング内側に配置して、例え塵埃が発生しても、それが外部に漏れることを防止する工夫が施されている。

しかし、シールプレートをハウジング開口部に密着させるには、シールプレートを開口部分に押圧するガイド部材が必須であり、例え該ガイド部材をローラで構成しても、該ローラとシールプレートとの接合により僅かでも塵埃が発生し、該塵埃は、シールプレートの外部で発生するため、バキューム装置で吸引されることなく、直ちにクリーンルーム内に飛散する。

また、シールプレートを用いるものは、スライダのガイド部の構成等構造が複雑となっており、特に上記ガイドローラを用いたものは、シールプレートの配置の外、多数のガイドローラをスライダに配設する必要があり、更にストロークが約２００［ｍｍ］（ユニットの全長約３００［ｍｍ］）以内の小型の電動リニアアクチュエータにあっては、その組立てが面倒で、コストアップの原因になってしまう。

そこで、本発明は、ハウジングの外部に面する側に摺動部分をなくして、簡単な構造でもって塵埃等の発生を低下した電動リニアアクチュエータを提供することを目的とするものである。

請求項１に係る本発明は、電動モータ（２）と、該電動モータの出力軸（７）に連動するねじ軸（１０）及び該ねじ軸に螺合するナット（１２）を有するねじ伝動装置（３）と、上記ナットを一体に固定するスライダ（Ｓ）と、該スライダをねじ軸方向に案内するリニアガイド装置（５）と、前記ねじ伝動装置を回転自在に支持すると共に前記ねじ伝動装置（３）及びリニアガイド装置（５）を収納するハウジング（Ｃ）と、を備えてなる電動リニアアクチュエータ（１）において、
前記スライダ（Ｓ）は、前記ハウジング内に収納され、前記ナット（１２）を一体に固定すると共に前記リニアガイド装置（５）に案内されるスライダ本体（２２）と、前記ハウジング（Ｃ）の外部に配置される出力部（２６）と、これらスライダ本体と出力部とを連結する連結部材（２７，２７）と、を備え、
前記ハウジング（Ｃ）は、ベース（１３）と、該ベースの左右側面に固定された本体カバー（１６，１６）と、該本体カバー上面（１６ａ）の先端部間にて構成され、軸方向に延びるスリット（２０）と、該スリットの間において該スリットに沿って軸方向に設けられたオリフィスプレート（２９）と、を備え、
前記ハウジング（Ｃ）に、該ハウジング内の気体を吸引する継手（３１，３２）を設け、
前記オリフィスプレート（２９）と前記本体カバーの先端部（１６ａ）との間を小間隔（ｇ）としてオリフィスを構成し、該オリフィス（ｇ）による気体流れの絞りと前記継手（３１，３２）からの吸引に基づき、前記ハウジング（Ｃ）内を負圧に保持すると共に、前記連結部材（２７，２７）を、前記本体カバー（１６）及び前記オリフィスプレート（２９）と干渉することなく前記オリフィス（ｇ）を通るように配置してなる。
そして、前記オリフィスプレート（２９）は、前記スリット（２０）の幅方向中央に位置する突条部（２９ａ）及び該突条部の下部にて左右に突出する鍔部（２９ｂ，２９ｂ）を有する断面凸形状からなり、かつ前記突条部（２９ａ）の上面が本体カバーの上面（１６ａ）と面一となり、前記鍔部（２９ｂ，２９ｂ）は前記本体カバー先端部より前記ハウジング内（Ｃ）に位置して、平面視において、前記オリフィスプレート（２９）が前記スリット（２０）を塞ぐように配置されてなる、
ことを特徴とする電動リニアアクチュエータにある。

請求項２に係る本発明は、前記吸引用の継手（３１，３２）を、前記スライダ（Ｓ）の移動方向両側の空間に連通するように少なくとも２個設けてなる、
請求項１記載の電動リニアアクチュエータにある。

なお、上記本体カバー等の上面とは、必ずしも本電動リニアアクチュエータが設置された状態での空間的な上下に限定するものではなく、図３に示すように、電動リニアアクチュエータを単体で自然に置いた状態での上面を意味する。また、突条部の上面が本体カバーの上面と面一となるのは、厳密に寸法上面一となる状態に限らず、見た目で略々面一であることを意味する（［００２２］参照）。また、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより請求項記載の構成に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１に係る本発明によると、オリフィスプレートと本体カバーの一面先端部との間を小間隔としてオリフィスとしたので、該オリフィスによる気流の絞りにより、継手からの吸引に基づきハウジング内を常に負圧に保持して、ハウジング内にて発生する塵埃及び潤滑剤飛沫等が外部に漏出することを防止することができる。

また、ハウジング外部に位置するスライダ出力部と、ハウジング内に位置するスライダ本体とを連結する連結部材は、本体カバー及びオリフィスプレートと干渉（接触）することなくオリフィスを構成する小間隔を通るので、該連結部分から発塵することはない。

従って、これらが相俟って、オリフィスプレートを設ける等の簡単な構造でもって、塵埃等がハウジング外部に漏出して飛散することを防止して、クリーンルーム内等の高度の清浄作業環境を保持することができる。

請求項２に係る本発明によると、スライダが移動して、その移動方向前側のハウジング内空間がスライダにより圧縮されても、該前側の空間にも継手が常に連通して負圧を維持することができ、スライダがどのような状態にあっても、ハウジング内の塵埃等を外部に漏出することを防止することができる。

請求項１に係る本発明によると、オリフィスプレートは、断面凸形状の比較的簡単な構造でかつ曲げ等に対して強度の高い構造からなり、また平面視においてスリットを塞ぐように配置されるので、ハウジング内の塵埃等の外部漏出を防止することができる。

以下、図面に沿って、本発明の最良の実施の形態について説明する。電動リニアアクチュエータ１は、図１，図２及び図３に示すように、電動モータ２、ボールねじ装置３及びリニアガイド装置５からなり、これらが一体にユニット化されて構成されている。電動モータ２は、５相又は２相等のステッピングモータからなり、またボールねじ装置３は、超精密用ミニュチュアボールねじが好ましく、これらステッピングモータの出力特性及び精度、ボールねじのねじ径、リード及び精度は、必要に応じて種々組合され、予め商品群（仕様品）として用意され、又は注文（特殊仕様）に応じて組立てられる。更に、該電動リニアアクチュエータ１は、上記ステッピングモータ用のドライバ、コントローラ等の各種制御機器が準備されており、クリーンルーム内の各種位置決め装置、駆動機器ユニットとして用いられる。

電動モータ２は、モータケース６に収納固定されるステータと、該ステータと微小間隙存して配置されるロータとを有しており、ロータには一体に回転軸７（図２参照）が固定されている。該回転軸は、モータケース６にラジアルボールベアリング８及びスラストベアリング９を介して回転自在に支持されており、かつボールねじ装置のねじ軸１０と連結具１１を介して連結している。

ボールねじ装置３は、ボールねじ軸１０とボールナット１２からなり、ねじ軸１０とナット１２とはボールを介して螺合している。また、該ボールねじ装置はハウジングＣに収納されており、該ハウジングＣはベース１３、該ベースの先端に固定されたエンドプレート１５及びベースの左右側面に固定さた本体カバー１６，１６（及び前記モータケース６の端部）からなり、上記ねじ軸１０の先端部はラジアルボールベアリング１７及びスラストボールベアリング１８を介してエンドプレート１５に支持されており、また左右本体カバー１６はその上面（一面）１６ａが互いに内側に折曲されて、軸線方向に延びるスリット（開口部）２０が形成されている。

ボールナット１２は、鍔付き円筒部材からなり、該円筒部を被嵌するようにして鍔部がスライダ本体２２に固定ねじ２４により固定されている。スライダ本体２２は、外郭が略々矩形状からなり、その底部にリニアガイド装置５のガイドブロック２３がねじにより一体に固定されている。また、前記ハウジングＣのベース１３には、該ハウジングに形成された凹溝１３ａの一側面に位置決めされてガイドレール２５がねじにより一体に固定されている。該ガイドレール２５は、その両側面にボールガイド用の凹溝２５ａ，２５ａが形成されている長尺部材からなり、これら凹溝にボールが係合すると共に、ボールは上記ガイドブロック２３の左右に形成されたボール循環部２３ａ，２３ａを循環して、スライダ２２の回転を阻止しつつ軸方向に案内するリニアガイド装置５を構成している。

そして、上記スライダ本体２２にはスライダキャップ２６が一体に固定されており、該スライダキャップ２６が、ハウジングＣの外方に突出して、駆動部又は位置決め部に連結されてスライダ出力部を構成している。スライダキャップ２６には、１対の連結部材２７，２７が一体に設けられており、これら連結部材によりスライダ本体２２とスライダキャップ２６が一体に構成されて、スライダＳを構成している。

一方、前記ハウジングＣの開口部となるスリット２０の幅方向中央部において該スリットに沿うようにオリフィスプレート２９が配置されており、該オリフィスプレート２９は、その両端部がそれぞれねじ３５，３６（図１参照）によりエンドプレート１５及びモータケース６に固定されて、ハウジングＣの一部を構成している。オリフィスプレート２９は、図３に示すように、スリット２０の幅方向中央に位置する突条部２９ａ及び該突条部の下部にて左右に突出する鍔部２９ｂ，２９ｂを有する断面凸形状からなり、突条部２９ａが上記スリット２０の幅Ｂの略々１／２〜１／３の幅ｂからなり、かつその上面が本体カバー上面１６ａと略々面一となっている。また、上記鍔部２９ｂ，２９ｂは本体カバー上面１６ａよりハウジングＣ内に位置しており、その先端間の幅Ｄが上記スリット幅Ｂと略々同一になっており、従って平面視（図１参照）、スリット２０は、オリフィスプレート２９により塞がれているようになる。

そして、オリフィスプレートの鍔部２９ｂの先端ｅと本体カバー上面１６の先端ｆとの間は、小間隔ｇを存するように狭められて、ハウジングＣ内と外部とを絞って連通するオリフィスを形成している。また、前記両スライダＳの連結部材２７は、側面視（図３参照）クランク状に形成されて、中央横断面（Ｙ−Ｙ平面）に対称に設けられており、その上部２７ａがスライダキャップ２６に一体に設けられ、その下部２７ｂがスライダ本体の上部両側に形成された切り欠き面２２ａ，２２ａに固定されている。更に、その中間部２７ｃが薄肉に形成されて、上記オリフィスを構成する小間隔ｇを通って延びている。これら両連結部材２７，２７は、その中央部に断面凸形状の軸方向に貫通する中空部Ｇを形成しており、該中空部Ｇは、上記オリフィスプレート２９と断面相似形でかつ一廻り大きく構成されており、オリフィスプレート２９は、該中空部Ｇを干渉（接触）することなく貫通する。

図１に示すように、ハウジングＣを構成する本体カバー１６にはその軸方向両端部において吸引用継手３１，３２が接続されており、これら継手は、配管に連結してハウジングＣ内をバキューム装置に連通する。なお、上記継手３１，３２は、スライダＳが軸方向のどの位置にあっても、該スライダの左右空間がそれぞれ各継手３１，３２に連通するように配置されている。また、上記継手を除いて、本電動リニアアクチュエータ１は、中央横断面（図３のＹ−Ｙ平面）に略々対称に形成されている。

本電動リニアアクチュエータ１は、クリーンルーム等の高い清浄環境が要求される場所に用いられ、かつハウジングＣ等がアルミを無電解ニッケルメッキ処理する等の静電防止対策を施されて用いられる。そして、吸引用継手３１，３２がバキューム装置に連通され、かつモータリード線を介して電動モータ２が駆動されると共に、センサリード線によりスライダの原点位置等が認知される。

電動モータ２を左右いずれか一方向に回転すると、モータ出力軸７の回転は連結具８を介してボールねじ軸１０に伝達される。ボールナット１２と一体のスライダ本体１２は、リニアガイド装置５により廻り止めされており、上記ボールねじ軸１０の回転に基づき、一体のナット１２及びスライダ本体２２は、リニアガイド装置５に案内されて前後いずれか一方向に移動する。該スライダ本体の移動は、連結部材２７，２７を介してハウジングＣの外方に突出するスライダキャップ（出力部）２６により外部に取出され、所定機器の軸方向移動又は位置決めとして供される。

この際、ハウジングＣ内は、バキューム装置により吸引されており、スライダＳがどの移動位置にあっても負圧状態に保持されている。即ち、オリフィスプレート２９と本体カバー１６との間の小間隔ｇからなるオリフィスにより、ハウジングＣ内に流入する空気量は絞られ、継手３１，３２からのバキューム装置による吸引に基づき、ハウジングＣ内は常に負圧に保持される。更に、スライダＳの移動方向前方空間が減少することによる該空間の気圧上昇に比して、上記一方の継手からの吸引及びオリフィスｇに基づく負圧状態が常に維持されるように、吸引量及びオリフィス間隔ｇが設定されている。即ち、スライダＳの移動速度を考慮して、吸引量が設定されている。

この状態で、ボールねじ装置３、リニアガイド装置５及びボールベアリング８，９，１７，１８等による摺動（ボールとねじ溝及びボール間で摺動がある）等により微小な塵埃及びグリース等の潤滑剤の飛沫が生じても、これら塵埃は、継手３１，３２からバキューム装置により吸込まれる。

例え、電動リニアアクチュエータ１をスリット（開口部）２０が下方に位置する逆さ置き状態に設置し、塵埃等に重力成分が作用しても、塵埃等は微細であるため、常時ハウジングＣ内へ吸込み方向に流れているオリフィスｇ部分の気流に打ち勝って外部に流出することは極めて少なく、どのような設置状態においても、ハウジングＣ内の発塵が外部に漏れることは少ない。

そして、ハウジングＣの内外連結部であるスライダＳの連結部材２７は、ハウジングＣを構成するオリフィスプレート２９及び本体カバー１６と接触（干渉）することはなく、この部分から塵埃等が発生することはない。従って、電動リニアアクチュエータ１からの発塵は、極めて少なく抑えることができる。

ついで、本電動リニアアクチュエータ１の発塵試験の測定結果を図４に示す。本発塵試験測定の条件は、クラス１０以下のクリーンブース内において、上述した本実施の形態に係る電動リニアアクチュエータを、（スライダキャップ２６の上面が）水平（上向き）、垂直、逆さ方向（下向き）になるように設置した状態で、スライダキャップ２６の上面を測定ポイントしている。

動作条件は、所定継手吸引量［例えば２ＮＬ（ノルマルリットル）］でハウジング内を吸気した状態で、スライダのスピードを２０［ｍｍ／ｓｅｃ］（１００００ｐｐｓ）として、フルストロークの往復運動で連続して運転する。使用測定機は、リオン社製パーティクルカウンター（型式ＫＣ−１８）を用い、テスト粒径を０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．５μｍとして、テスト空気吸入量を０．１０ＣＦ／回（２．８３リットル／回）とした。

測定結果は、図４に示す通りである。テスト空気吸入量が０．１０ＣＦ／回であるため、フェデラルスタンダード（Ｆｅｄ．Ｓｔｄ．２０９ｄ）が１．０ＣＦである関係上、１０倍してクリーン度クラス上限濃度（個／Ｆｔ^３＝１．０ＣＦ）である図５と比較すると、本電動リニアアクチュエータ１をどのように設置した状態でも、クラス１０を大幅にクリアしており、クラス１に近いクリーン度であることが判明した。

ついで、図６〜図８に沿って、更にクリーン度を高めるべく一部変更した実施の形態について説明する。なお、各図は、オリフィス部分のみを示したものであり、部品等は先の実施の形態と同じなので、同一符号を付して説明を省略する。

図６は、本体カバー１６の上面１６ａを先に延ばすか又はオリフィスプレート２９の鍔部２９ａを先に延ばすか（又は両方延ばしてもよい）して、上面１６ａ及び鍔部２９ｂとが平面視所定量ｐオーバラップするように構成したものを示す。これにより、上面１６ａと鍔部２９ｂとの小間隔ｇからなるオリフィスが所定長さｐからなる流路からなり、塵埃等が該所定長さの流路ｐの気流に逆らって外部の流出することを更に減少することができる。

図７は、本体カバー上面１６ａの先端及びオリフィスプレート鍔部２９ｂの先端に、オリフィス小間隔ｇに向けて突条フランジ１６ｐ，２９ｐを設けたものを示す。フランジ１６ｐ，２９ｐは、ハウジング内部で発生した塵埃が外部に転げ落ちることを防止する塀様の作用をする。また、本体カバー１６のフランジ１６ｐがオリフィスプレートのフランジ部２９ｐよりスリット中央方向に突出して配置されており、外部から吸込まれる空気は、オリフィスｇから上面１６ａ方向に偏向され、ハウジング外へ塵埃が漏出しにくい流れとなる。なお、フランジ１６ｐ，２９ｐは、本体カバー側又はオリフィスプレート側のいずれか一方のみでもよく、また、フランジのスリット側面は面一状態になっていてもよい。

図８は、更にラビリンスを構成したものを示す。本体カバー上面１６ａ及びオリフィス鍔部２９ｂの先端に、それぞれオリフィス流路ｇに向けて突出するフランジ１６ｐ，２９ｐを形成する。これらフランジ１６ｐ，２９ｐは、先端が同一レベル（面一）状態になるように比較的高く突出し、かつ本体カバー側のフランジ１６ｐが、オリフィスプレート側フランジ２９ｐに比してスリット幅中央方向に突出して形成される。従って、これら両フランジ１６ｐ，２９ｐによりオリフィス流路ｇは、ラビリンスを構成して、ハウジング内部からの塵埃は、該ラビリンスを構成するオリフィス流路ｇの気流に逆らって外部に流出することを阻止され、ハウジングＣからの発塵は大幅に低下する。なお、スライダＳの連結部材２７は、上記ラビリンスに沿うように屈曲して形成され、先の実施の形態と同様に、連結部材２７が、本体カバー上面１６ａ及びオリフィスプレート２９と接触（干渉）することはない。

なお、上記実施の形態は、送りねじ伝動装置は、ボール送りねじ装置を用いたが、これに限らず、低摩擦、耐摩耗性の優れた合成樹脂からなるナットを用いたもの等の普通送りねじ装置でもよく、また電動モータは、ステッピングモータに限らず、ブラシレスＤＣモータ等の他のモータを用いてもよく、この場合コントローラにフィードバック制御を用いてサーボ機構とすることが好ましい。

本発明に係る電動リニアアクチュエータの平面図。 その正面（縦）断面図（図１のＯ−Ｏ線による断面図）。 その横断面図。 本電動リニアアクチュエータの発塵試験の測定結果を示す図。 クリーン度クラスの上限濃度を示す図。 一部変更した実施の形態を示す要部の断面図。 更に変更した実施の形態を示す要部の断面図。 他の実施の形態を示す要部の断面図。

符号の説明

１ 電動リニアアクチュエータ
２ 電動モータ
３ （ボール）ねじ伝動装置
５ リニアガイド装置
６ モータケース
７ 出力軸
１０ ねじ軸
１２ ナット
１６ 本体カバー
１６ａ 一面（上面）
２０ スリット
２２ スライダ本体
２６ 出力部（スライダキャップ）
２７ 連結部材
２９ オリフィスプレート
２９ａ 突条
２９ｂ 鍔部
３１，３２ （吸引用）継手
Ｃ ハウジング
Ｓ スライダ

Claims (2)

1. 電動モータと、該電動モータの出力軸に連動するねじ軸及び該ねじ軸に螺合するナットを有するねじ伝動装置と、上記ナットを一体に固定するスライダと、該スライダをねじ軸方向に案内するリニアガイド装置と、前記ねじ伝動装置を回転自在に支持すると共に前記ねじ伝動装置及びリニアガイド装置を収納するハウジングと、を備えてなる電動リニアアクチュエータにおいて、
   前記スライダは、前記ハウジング内に収納され、前記ナットを一体に固定すると共に前記リニアガイド装置に案内されるスライダ本体と、前記ハウジングの外部に配置される出力部と、これらスライダ本体と出力部とを連結する連結部材と、を備え、
   前記ハウジングは、ベースと、該ベースの左右側面に固定された本体カバーと、該本体カバー上面の先端部間にて構成され、軸方向に延びるスリットと、該スリットの間において該スリットに沿って軸方向に設けられたオリフィスプレートと、を備え、
   前記ハウジングに、該ハウジング内の気体を吸引する継手を設け、
   前記オリフィスプレートと前記本体カバーの先端部との間を小間隔としてオリフィスを構成し、該オリフィスによる気体流れの絞りと前記継手からの吸引に基づき、前記ハウジング内を負圧に保持すると共に、前記連結部材を、前記本体カバー及び前記オリフィスプレートと干渉することなく前記オリフィスを通るように配置してなり、
   前記オリフィスプレートは、前記スリットの幅方向中央に位置する突条部及び該突条部の下部にて左右に突出する鍔部を有する断面凸形状からなり、かつ前記突条部の上面が本体カバーの上面と面一となり、前記鍔部は前記本体カバー先端部より前記ハウジング内に位置して、平面視において、前記オリフィスプレートが前記スリットを塞ぐように配置されてなる、
   ことを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
2. 前記吸引用の継手を、前記スライダの移動方向両側の空間に連通するように少なくとも２個設けてなる、
   請求項１記載の電動リニアアクチュエータ。

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