JP5188528B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明はアクチュエータに係り、特に、中空部材内に移動可能に収容・配置されたロッドの回転を規制する回転規制手段の構成を改良し、それによって、ロッドの軸方向への円滑な動作を確保しつつ周方向への振れやそれに起因した騒音の発生を防止できるように工夫したものに関する。

ロッドタイプのアクチュエータは概略次のような構成をなしている。まず、中空状のベースがあり、このベース内にはロッドがその回転を規制された状態で軸方向に移動可能に収容・配置されている。又、ベース内であって一端側にはサーボモータが設置されていて、このサーボモータの回転軸にはボールネジが連結されている。又、このボールネジにはボールナットが螺合していて、このボールナットに既に述べたロッドの一端が結合部材を介して結合されている。

上記結合部材とベースとの間にはキー・キー溝形式の回転規制手段が設けられている。すなわち、結合部材の外周面にキーを取り付けておき、一方、ベース側に上記キーに係合するキー溝を設けておく。このようなキー・キー溝形式の回転規制手段によって結合部材ひいてはロッドの回転を規制するものである。
尚、アクチュエータの内部に上記のような回転規制手段を備えていないタイプのものもあり、それらについては装置に組み込んで使用する場合に、外部に取り付けたガイド機構等によって所望の回転規制をなすことになる。
この種の構成をなすアクチュエータの構成を開示するものとして、例えば、特許文献１がある。

実開昭６０−１８９６４９号公報

上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、キー・キー溝構造からなる回転規制手段の場合には、ロッドの軸方向への移動を円滑なものとするためにキーとキー溝との間に隙間を設けておく必要がある。すなわち、全く隙間がないとした場合或いは隙間を必要以上に小さくしたような場合にはロッドの軸方向への移動が規制されることになるからである。ところが、そのような隙間が存在することにより、それがロッドの周方向への振れの発生の原因となり同時にそれに起因して騒音を発生させてしまうという問題があった。
又、装置組込時に外部にガイド機構を設けるタイプの場合には、そのようなガイド機構を必要とすることにより装置全体の大型化を誘発してしまうという問題があった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、複雑な加工や煩雑な作業を要することなく、ロッドの軸方向への円滑な移動を確保しつつ確実な回転規制を行うことを可能にする回転規制手段を備えたアクチュエータを提供することにある。

上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるアクチュエータは、中空部材と、上記中空部材内に挿入・配置され軸方向に移動可能なロッドと、上記ロッドを駆動する駆動手段と、を具備してなるアクチュエータにおいて、上記ロッドと中空部材との間に回転規制手段を配置し、上記回転規制手段は、上記ロッド側又は中空部材側に取り付けられ上記ロッドの軸方向に沿った両端に切欠部を有する弾性保持部を備えた回転規制部材と、上記中空部材側又は上記ロッド側に設けられた溝とからなり、上記弾性保持部はその角部が円弧状に仕上げられている又は面取りされていて、上記回転規制部材を弾性保持部の弾性力に抗して上記溝内に圧入するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２によるアクチュエータは、請求項１記載のアクチュエータにおいて、上記弾性保持部は、上記切欠部と、該切欠部内に圧入された弾性部材とから構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項３によるアクチュエータは、請求項２記載のアクチュエータにおいて、上記弾性部材は上記切欠部内において回転規制部材端部側に配置されていることを特徴とするものである。

すなわち、本願発明によるアクチュエータの場合には、ロッドと中空部材との間に回転規制手段を配置する。この回転規制手段は、ロッド側又は中空部材側に取り付けられ弾性保持部を備えた回転規制部材と、中空部材側又はロッド側に設けられた溝とから構成されている。そして、回転規制部材を溝に弾性保持部の弾性力に抗して圧入するようにしたものである。その場合、弾性保持部位置においては回転規制部材と溝との間の隙間はなくなり、隙間に起因した振れや騒音の発生をなくすことができる。又、仮に、振れが発生してもそれは弾性保持部の弾性変形により吸収されるので衝撃や騒音の発生を極力抑えることができる。又、ロッドの軸方向への移動については、弾性保持部が適宜弾性変形することによりこれを円滑なものとすることができる。
その際、回転規制部材を溝の幅に対して所定のクリアランスにて形成された回転規制部材本体と、該回転規制部材本体の適所に設けられた弾性保持部とから構成することが考えられる。この場合には、回転規制部材本体によって弾性保持部の弾性変形が一定量に規制されることになり、ロッドの振れ幅が規制されることになる。
因みに、ロッドの振れ幅が大きくなるとそれによって位置精度が低下してしまうことになる。
又、弾性保持部の構成としては様々な構成が考えられるが、例えば、回転規制部材本体の少なくとも一端に設けられた切欠部と、該切欠部内に収容された弾性部材とから構成することが考えられる。
その際、弾性部材としては、ゴム状弾性部材又は板ばね又は皿ばね又はコイルスプリング等が考えられる。
又、弾性保持部を該回転規制部材本体の少なくとも一端に設けられ上記溝の幅より僅かに幅広に設けられた切欠部とすることが考えられる。この場合には、切欠部がそのまま弾性保持部として機能するので、別途弾性部材を必要とせず部品点数の削減を図ることができる。

以上詳述したように本発明によるアクチュエータによると、まず、弾性保持部を備えた回転規制部材を弾性保持部の弾性力に抗して溝に圧入するようにしたので、弾性保持部位置においては回転規制部材と溝との間の隙間はなくなり、隙間に起因した振れや騒音の発生をなくすことができる。又、仮に振れが発生してもそれは弾性保持部の弾性変形により吸収されるので振れによる衝撃や騒音は軽減される。又、ロッドの軸方向への移動については、弾性保持部が適宜弾性変形することによりこれを円滑なものとすることができる。
又、回転規制部材を溝の幅に対して所定のクリアランスにて形成された回転規制部材本体と、該回転規制部材本体の適所に設けられた弾性保持部とから構成した場合には、回転規制部材本体によって弾性保持部の弾性変形が一定量に規制されることになり、ロッドの振れ幅を一定量に制限することができ、それによって、位置精度の低下を防止することができる。
又、弾性保持部を回転規制部材本体の少なくとも一端に設けられた切欠部と、該切欠部内に収容された弾性部材とから構成することが考えられ、極めて簡単な構成によって所望の効果を奏することができる。
又、弾性保持部を回転規制部材本体の少なくとも一端に設けられ回転規制部材本体より僅かに幅広に設けられた切欠部とすることが考えられる。この場合には、別途弾性部材を必要としないので部品点数の削減を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す図で、アクチュエータの全体の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、ベースの横断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、回転規制部材の平面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、切欠部に弾性部材としてのウレタンゴムを装着した状態を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、回転規制部材の平面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、回転規制部材の平面図である。

以下、図１乃至図５を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態によるアクチュエータの全体の構成を示す断面図であり、まず、中空部材としてのベース１がある。このベース１の図１中右側にはモータ用ケース３が取り付けられている。上記ベース１内にはロッド５が軸方向（図１中左右方向）に移動可能に収容されている。上記ロッド５とベース１との間には軸受部材７が介挿されている。

又、上記モータ用ケース３内には駆動手段としてのサーボモータ７が内装されている。このサーボモータ７はステータ９と該ステータ９の内周側に回転可能に配置されたロータ１１とから構成されていて、このロータ１１の内周側には回転軸１３が固着・配置されていて、ロータ１１が回転することによりこの回転軸１３が一体に回転するものである。

又、上記ロータ１１にはボールネジ１５が一体に連結されていて、図１中左方向に延長されている。又、上記回転軸１３の両端位置には軸受支持部材１７、１９がそれぞれ設置されている。上記軸受支持部材１７の内側には軸受部材２１、２３が内装されている。又、軸受支持部材１９の内側にも軸受部材２５が内装されている。回転軸１３はこれら軸受部材２１、２３、２５によって回転可能に支持されている。

上記回転軸１３の図１中右端は上記軸受支持部材１９を貫通して延長されている。そこに回転位置検出手段２７が設けられている。この回転位置検出手段２７はカバー２９によって覆われている。

さて、上記ボールネジ１５にはボールナット３１が螺合していて、このボールナット３１とロッド５がロッド・ナット結合部材３３を介して連結されている。又、ボールネジ１５の図中左側はロッド５内に挿入されている。上記ボールナット３１とロッド５はその回転を規制されており、よって、サーボモータ７を駆動して回転軸１３及びボールネジ１５を適宜の方向に回転させると、それによって、その回転を規制されたボールナット３１とそれに結合されたロッド５が左右何れかの方向に移動するものである。

次に、ボールナット３１ひいてはロッド５の回転を規制する回転規制手段の構成について説明する。まず、ロッド・ナット結合部材３３の外周面であって直交する４箇所（横断面方向からみて９０度の位置）には、回転規制部材４１が取付・固定されている。一方、ベース１の内周面側には、図２及び図３に示すように、直交する４箇所（横断面方向からみて９０度の位置）に溝４３が形成されている。これら回転規制部材４１と溝４３とによって回転規制手段を構成しており、上記回転規制部材４１が溝４３に係合することにより、所望の回転規制（ロッド５側の回転を規制する）をなすものである。

上記回転規制部材４１についてさらに詳しく説明すると、まず、図４に示すような回転規制部材本体４５がある。この回転規制部材本体４５は上記溝４３の幅（ｂ_１）（図３に示す）に対して所定の微少隙間を形成するように僅かに小さな幅（ｂ_２）（図４に示す）に形成されている。上記回転規制部材本体４５の中央位置には貫通孔４７が穿孔されている。この貫通孔４７に図示しない固定ネジを通してロッド・ナット結合部材３３に螺合することにより回転規制部材４１をロッド・ナット係合部材３３に取付・固定するものである。

上記回転規制部材本体４５の両端には切欠部４９、４９が形成されている。これら切欠部４９、４９に、図５に示すように、弾性部材としてのウレタンゴム５１、５１が圧入されることになる。これら切欠部４９、４９に弾性部材としてのウレタンゴム５１、５１を装着して弾性保持部を構成している。又、図５に示すように、ウレタンゴム５１、５１を内装することにより、切欠部４９、４９は僅かに拡開された状態になる。このとき切欠部４９の幅は図５に示すように（ｂ_２′）となり、これは上記溝４３の幅（ｂ_１）より僅かに大きなものである。
尚、溝４３の幅（ｂ_１）と回転規制部材本体４５の（ｂ_２）とウレタンゴム５１を装着した切欠部４９の幅（ｂ_２′）には次の式（Ｉ）に示すような関係が成立する。
ｂ_２＜ｂ_１＜ｂ_２′―――（Ｉ）

そして、図５に示すような状態の回転規制部材４１を溝４３内に係合させるものである。その様子は図１及び図２に示されている。この場合、上記切欠部４９、４９の部分が溝４３内に圧入されることになる。つまり、ウレタンゴム５１、５１を圧縮方向に弾性変形させながら装着されるものである。

したがって、回転規制部材４１は溝４３に対して、両端の弾性保持部において隙間なしの状態で係合することになり、それによって、ロッド５の周方向への振れや騒音の発生をなくすことができる。又、仮に振れが発生しても、それは弾性保持部のウレタンゴム５１の弾性変形により効果的に吸収されることになるので繰り返しの衝撃や騒音の発生は緩和される。又、ロッド５の軸方向への移動に関しては弾性部材としてのウレタンゴム５１、５１が適宜弾性変形することによりこれを円滑なものとすることができる。

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、動作時におけるロッド５の周方向への振れ、その振れに起因した騒音の発生を防止することができる。これは、回転規制部材４１を溝４３内に係合させた状態で、回転規制部材４１の両端の弾性保持部において溝４３との間の隙間がなくなるからである。又、回転規制部材本体４５と溝４３との間の隙間の範囲で振れが発生することは予想されるが、その場合にはウレタンゴム５１、５１が効果的に吸収することになるので、振れによる衝撃や騒音は緩和されることになる。
又、ロッド５の軸方向への動作は弾性保持部におけるウレタンゴム５１、５１の適宜の弾性変形により円滑なものとすることができる。
又、上記したように、回転規制部材本体４５の幅によってウレタンゴム５１、５１の弾性変形の幅は一定量に規制されることになり、大きく弾性変形してしまうことによる不具合（例えば、位置精度の低下）の発生を防止できる。
因みに、ウレタンゴム５１、５１の弾性変形の幅が大きい場合には、ロッド５の振れも大きくなり、結局、位置精度が低下してしまうことになる。

次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前記第１の実施の形態の場合には、弾性部材としてウレタンゴムを例に挙げて説明したが、この第２の実施の形態の場合にはコイルスプリング６１、６１を使用している。このようなコイルスプリング６１、６１を使用しても同様の効果を奏することができる。
尚、弾性部材としては、ウレタンゴム以外の各種のゴム状弾性部材、例えば、エラストマー等でもよく、又、板ばねや皿ばねであってもよく、同様に使用して所望の効果を奏することができるものである。

次に、図７を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。前記第１及び第２の実施の形態の場合には、切欠部に弾性部材を取り付けることにより弾性保持部を構成したが、この第３の実施の形態の場合にはこれを切欠部のみによって構成しようとするものである。

図７に示すように、回転規制部材本体４５の幅を（ｂ_２）とすると、切欠部４９の幅はそれより若干大きな（ｂ_３）となっている。ここで、回転規制部材本体４５の幅を（ｂ_２）と、切欠部４９の幅（ｂ_３）と、溝４３の幅（ｂ_１）の関係をみてみると、次の式（ＩＩ）に示すようなものとなる。
ｂ_２＜ｂ_１＜ｂ_３ ―――（ＩＩ）
このような構成とすることにより、切欠部４９、４９にばね力を持たせそれによって所望の弾性保持部とする構成である。

上記のような構成によっても前記第１及び第２の実施の形態と略同様の効果を奏することができるものであり、さらに、別途、弾性部材を使用しない分だけ部品点数の削減を図ることができるものである。

尚、本発明は前記第１〜第３の実施の形態に限定されるものではない。
前記第１〜第３の実施の形態においては、回転規制部材をロッド側に取り付け、中空部材側に溝を設ける構成を例に挙げて説明したが、その逆の構成、すなわち、回転規制部材を中空部材側に取り付け、ロッド側に溝を設けるような構成でもよい。
回転規制部材の個数、位置等についてはこれを特に限定するものではない。
又、前記第１〜第３の実施の形態においては、回転規制部材の端に弾性保持部を設ける構成を例に挙げて説明したが、その場所は端に限定されるものではなく適所でよい。例えば、適所に切起片を起こしてそこに弾性部材を係合させてバネ力を持たせて弾性保持部とすることも考えられ、又、切起片のみによって弾性保持部とすることも考えられる。
又、アクチュエータの駆動方式としてはボールネジ・ボールナット方式に限定されるものではなく、プーリ・ベルト方式等様々な駆動方式のアクチュエータに適用できるものである。

本発明はアクチュエータに係り、特に、中空部材内に移動可能に収容・配置されたロッドの回転を規制する回転規制手段の構成を改良し、それによって、ロッドの軸方向への円滑な動作を確保しつつ周方向への振れやそれに起因した騒音の発生を防止できるように工夫したものに関し、例えば、ロッドタイプの一軸アクチュエータに好適である。

１ ベース（中空部材）
５ ロッド
９ サーボモータ（駆動手段）
１５ ボールネジ
３１ ボールナット
３３ ロッド・ナット結合部材
４１ 回転規制部材（回転規制手段の一部）
４３ 溝（回転規制手段の一部）
４５ 回転規制部材本体
４９ 切欠部
５１ ウレタンゴム（弾性部材）
６１ コイルスプリング（弾性部材）

Claims (3)

1. 中空部材と、上記中空部材内に挿入・配置され軸方向に移動可能なロッドと、上記ロッドを駆動する駆動手段と、を具備してなるアクチュエータにおいて、
   上記ロッドと中空部材との間に回転規制手段を配置し、
   上記回転規制手段は、上記ロッド側又は中空部材側に取り付けられ上記ロッドの軸方向に沿った両端に切欠部を有する弾性保持部を備えた回転規制部材と、上記中空部材側又は上記ロッド側に設けられた溝とからなり、
   上記弾性保持部はその角部が円弧状に仕上げられている又は面取りされていて、
   上記回転規制部材を弾性保持部の弾性力に抗して上記溝内に圧入するようにしたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
   上記弾性保持部は、上記切欠部と、該切欠部内に圧入された弾性部材とから構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
3. 請求項２記載のアクチュエータにおいて、
   上記弾性部材は上記切欠部内において回転規制部材端部側に配置されていることを特徴とするアクチュエータ。

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