JP5484092B2 - Linear actuator - Google Patents
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Description
本発明は、リニアアクチュエータに関し、更に詳しくは、モータの回転動力を直線動力に変換する機構を備え、被駆動体をモータの軸線方向に進退移動させるリニアアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a linear actuator, and more particularly to a linear actuator that includes a mechanism that converts rotational power of a motor into linear power and moves a driven body forward and backward in the axial direction of the motor.
従来一般に、モータ(ステッピングモータ)の回転動力に基づき被駆動体を進退移動させるリニアアクチュエータが知られている。このようなリニアアクチュエータは、各種気体や液体などの流路を開閉する弁体の駆動装置として好適に用いられ、例えば、燃料用ガスの開閉バルブやガス流量調整バルブとして、ガス給湯器などのガス燃焼機器に多く使用されている。 Conventionally, a linear actuator that moves a driven body forward and backward based on rotational power of a motor (stepping motor) is generally known. Such a linear actuator is suitably used as a drive device for a valve body that opens and closes flow paths of various gases and liquids. For example, a gas heater such as a gas water heater can be used as a fuel gas open / close valve or a gas flow rate adjustment valve. It is often used for combustion equipment.
この種のリニアアクチュエータとして、例えば特許文献1には、駆動源であるモータと、このモータのロータと一体的に設けられた回転軸を有するリニアアクチュエータが記載されている。回転軸にはリードスクリューが形成され、リードスクリューには、回転方向の動きが規制されたキャリッジが螺合されている。このキャリッジは、被駆動体と連結されている。かかる構成により、モータが回転すると、回転が規制されたキャリッジとともに被駆動体が直線動作する。つまり、モータの回転動力が、直線動力に変換されて被駆動体に出力される。 As this type of linear actuator, for example, Patent Document 1 describes a motor that is a drive source and a linear actuator that has a rotating shaft that is provided integrally with a rotor of the motor. A lead screw is formed on the rotating shaft, and a carriage whose movement in the rotational direction is restricted is screwed to the lead screw. The carriage is connected to the driven body. With this configuration, when the motor rotates, the driven body moves linearly with the carriage whose rotation is restricted. That is, the rotational power of the motor is converted into linear power and output to the driven body.
しかし、ロータと一体的に回転する回転軸を有し、その回転軸にリードスクリューが形成されている特許文献1の構成は、次のような問題があった。 However, the configuration of Patent Document 1 in which a rotating shaft that rotates integrally with the rotor and a lead screw is formed on the rotating shaft has the following problems.
第一の問題点は、ロータを支持する軸が回転するものであるため、軸受を別途設けたり、ケースで回転軸を支持する構成を採用しなければならない点である。つまり、回転軸を支持する軸受が必要になり、部品コストが増大してしまうという問題がある。また、特許文献1の構成のように、回転軸の一端がケースによって支持される構成とすれば、その箇所については別途軸受を設ける必要はないが、かかる構成は、回転軸の回転をケース(一般的にはプレス加工品であり、軸受部分の寸法精度がそれほど高くない)によって支持する構成であるから、回転軸とケースとの摺動抵抗が大きい。このような回転体とそれを支持する部材との摺動抵抗の増大は、エネルギロスの増大、部材の激しい摩耗による装置寿命の低下といった種々の問題を招く。 The first problem is that since the shaft that supports the rotor rotates, it is necessary to employ a configuration in which a bearing is separately provided or the rotating shaft is supported by the case. That is, there is a problem that a bearing that supports the rotating shaft is required, and the cost of parts increases. In addition, if the configuration is such that one end of the rotating shaft is supported by the case as in the configuration of Patent Document 1, it is not necessary to provide a separate bearing for that part, but this configuration can rotate the rotating shaft with the case ( Generally, it is a press-processed product and is supported by a bearing portion whose dimensional accuracy is not so high), and therefore, the sliding resistance between the rotating shaft and the case is large. Such an increase in sliding resistance between the rotating body and a member that supports the rotating body causes various problems such as an increase in energy loss and a reduction in device life due to severe wear of the member.
第二の問題点は、ロータの回転を支える回転軸にリードスクリューが形成されている点である。つまり、ロータの回転を支える回転軸は、十分な機械的強度を有する材料(例えばステンレスなど)で形成することが必要である。しかし、このような強度を有する材料に対するリードスクリューの形成は、加工が困難であるため、加工コストが嵩んでしまい、問題となる。 The second problem is that a lead screw is formed on the rotating shaft that supports the rotation of the rotor. In other words, the rotating shaft that supports the rotation of the rotor needs to be formed of a material having sufficient mechanical strength (for example, stainless steel). However, the formation of a lead screw for a material having such strength is difficult to process, which increases the processing cost and causes a problem.
上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、回転体とそれを支持する部材との摺動抵抗を抑え、軸受等の部品の削減や部品の加工性向上などにより製造コストを抑えたリニアアクチュエータを提供することにある。 In view of the above situation, the problem to be solved by the present invention is to suppress the sliding resistance between the rotating body and the member supporting it, and to reduce the manufacturing cost by reducing the number of parts such as bearings and improving the workability of the parts. It is to provide a linear actuator.
本願発明者らは、上記問題点を踏まえ、次のようなリニアアクチュエータの構成を考えた。すなわち、ロータを支える軸自体は回転しない固定軸とした上で、ロータとリードスクリューを別々に構成し、これらがそれぞれ固定軸に回転自在に支持され、ロータが回転するとその回転動力がリードスクリューに伝達される構成(後述する比較例1にかかる構成)を考えた。このようにロータとリードスクリューが別々に固定軸に支持される構成としたのは、1)固定軸が挿通される貫通孔が容易に形成できるようにする、2)金属材料で形成されるリードスクリューの大きさをできるだけ小さくし、高価である金属材料の使用量を極力抑える、3)ロータやリードスクリューを別々に形成し、他の製品にも展開可能とする(部品の共通化)、などのためである。 Based on the above problems, the inventors of the present application have considered the following linear actuator configuration. In other words, the shaft that supports the rotor itself is a fixed shaft that does not rotate, and the rotor and the lead screw are configured separately, and these are rotatably supported by the fixed shaft, and when the rotor rotates, the rotational power is transferred to the lead screw. A configuration to be transmitted (a configuration according to Comparative Example 1 described later) was considered. The structure in which the rotor and the lead screw are separately supported by the fixed shaft is as follows: 1) A through hole through which the fixed shaft is inserted can be easily formed, and 2) a lead formed of a metal material. Minimize the size of the screw and minimize the amount of expensive metal materials used. 3) Form the rotor and lead screw separately and make them expandable to other products (common parts), etc. For.
かかる構成とすれば、回転軸を支持する軸受を用いる必要はないし、回転軸をケースで支持する必要もない。また、リードスクリューの加工性が悪いという問題もない。 With this configuration, it is not necessary to use a bearing that supports the rotating shaft, and it is not necessary to support the rotating shaft with a case. Moreover, there is no problem that the workability of the lead screw is poor.
ところが、かかる構成を採用した場合、アクチュエータ駆動中の騒音が大きいという新たな問題が発生した。発明者らが鋭意研究した結果、その騒音は、モータによりリードスクリューをキャリッジ(被駆動体)が引き込まれる方向(下方向に移動させる方向)に回転させ、下限いっぱい(これ以上キャリッジが下がることができない状態)までキャリッジが下がりモータが脱調状態になったとき、ロータとリードスクリューとが衝突することによって発生していることを知見した。 However, when such a configuration is adopted, a new problem has arisen that noise during driving of the actuator is large. As a result of intensive research by the inventors, the noise is caused by rotating the lead screw in the direction in which the carriage (driven body) is pulled in (the direction in which it is moved downward) by the motor, and the lower limit is reached (the carriage can be lowered further). It has been found that this is caused by the collision between the rotor and the lead screw when the carriage is lowered to a state where the motor is out of step.
本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、ケース内に、駆動源としてのモータと、該モータの回転動力を直線動力に変換し被駆動体に伝達する直動変換機構とを備えるリニアアクチュエータにおいて、前記直動変換機構は、前記モータのロータによって回転されるリードスクリューと、該リードスクリューに螺合し前記被駆動体と連繋されたキャリッジと、該キャリッジの回転を阻止する回転阻止部材とを有し、前記ロータとリードスクリューは、それぞれ別々に前記ケースに固定された固定軸に回転自在に支持されるとともに、両者の間には緩衝部材が介在されていることを要旨とするものである。好適な例としては、前記ロータおよびリードスクリューは、互いに軸方向に離間自在となるように前記固定軸に支持されるとともに、それぞれ軸方向で互いに対向した平面部を有し、前記緩衝部材が、その対向した平面部の間に配設された構成が挙げられる。
前記ロータの前記リードスクリューが突出した側とは反対側の端面である前記ロータの底面と前記ケースとの間にはスラストベアリングが介在されていればよい。
前記固定軸は、その一端が前記ケースに固定されるとともに、前記リードスクリュー側の端部は、前記回転阻止部材に形成されるとともに前記キャリッジが移動可能となるように形成された筒状部の天板部に固定され、前記キャリッジは、前記リードスクリューに形成された雄ねじと螺合する雌ねじ部が貫通して形成された本体部と、該本体部の出力側端面から突出した出力軸部とからなり、該出力軸部は前記筒状部の前記天板部に形成されたガイド穴に挿通されていることにより、前記キャリッジは回転を阻止された状態で前記リードスクリューにより前記固定軸の軸線方向に移動されるように構成されていればよい。
前記ロータには、出力側端面から反出力側に向かって窪んだ部分が形成され、前記リードスクリューの一部がこの窪んだ部分の内側に位置していればよい。
The present invention has been made based on such knowledge, and in a case, a motor as a drive source and a linear motion conversion mechanism that converts the rotational power of the motor into linear power and transmits it to the driven body. In the linear actuator provided, the linear motion conversion mechanism includes a lead screw rotated by a rotor of the motor, a carriage screwed into the lead screw and linked to the driven body, and a rotation for preventing the carriage from rotating. The rotor and the lead screw are rotatably supported by fixed shafts fixed to the case, respectively, and a buffer member is interposed between them. To do. As a preferred example, the rotor and the lead screw are supported by the fixed shaft so as to be separable from each other in the axial direction, and have flat portions facing each other in the axial direction. The structure arrange | positioned between the opposing plane parts is mentioned.
A thrust bearing may be interposed between the bottom surface of the rotor, which is the end surface of the rotor opposite to the side from which the lead screw protrudes, and the case.
One end of the fixed shaft is fixed to the case, and an end portion on the lead screw side is formed on the rotation preventing member and a cylindrical portion formed so that the carriage can move. The carriage is fixed to the top plate portion, and the carriage has a main body portion formed by passing through a female screw portion that engages with a male screw formed on the lead screw, and an output shaft portion protruding from an output side end surface of the main body portion. The output shaft portion is inserted into a guide hole formed in the top plate portion of the cylindrical portion, so that the carriage is prevented from rotating, and the axis of the fixed shaft by the lead screw is prevented. What is necessary is just to be comprised so that it may move to a direction.
The rotor may be formed with a recessed portion from the output side end surface toward the opposite output side, and a part of the lead screw may be located inside the recessed portion.
本発明にかかるリニアアクチュエータによれば、ロータの回転を支える軸をケースに固定したため、従来型のリニアアクチュエータのように、回転体とそれを支える部材との間の摺動抵抗によるエネルギロスの発生や装置寿命の低下といった問題はない。また、回転軸を支持する軸受を設ける必要もない。さらには、ロータの回転を支える軸にリードスクリューを形成する構成ではないため、リードスクリューを例えば真鍮のような軟らかい金属材料で形成することができ、リードスクリューの加工性が向上する。 According to the linear actuator of the present invention, since the shaft that supports the rotation of the rotor is fixed to the case, the occurrence of energy loss due to the sliding resistance between the rotating body and the member that supports the same as in the conventional linear actuator. There is no problem such as a decrease in device life. Further, there is no need to provide a bearing that supports the rotating shaft. Furthermore, since it is not the structure which forms a lead screw in the axis | shaft which supports rotation of a rotor, a lead screw can be formed with a soft metal material like brass, for example, and the workability of a lead screw improves.
しかも、固定軸に回転自在に支持されたロータとリードスクリューの間には、緩衝部材が配設されているため、キャリッジを下限まで引き込みモータが脱調状態となったときに発生する、ロータとリードスクリューの衝突による騒音の発生を防止することができる。 Moreover, since a buffer member is disposed between the rotor rotatably supported by the fixed shaft and the lead screw, the rotor is generated when the carriage is pulled down to the lower limit and the motor is stepped out. Generation of noise due to the collision of the lead screw can be prevented.
そして、前記緩衝部材として、前記固定軸が挿通される貫通孔を中央に有するとともにゴム弾性を有するOリングを用いればよい。 And as said buffer member, what is necessary is just to use the O-ring which has a through-hole through which the said fixed shaft is penetrated, and has rubber elasticity .
このように、緩衝部材にリング状の弾性部材(いわゆるOリング)を用いれば、緩衝部材の組み付け作業性に優れる。また、汎用品であるため、安価であり、容易に入手することができる。なお、本発明は、後述の通り騒音の原因究明のため、騒音の発生する場所を特定するための検証を行っており、その結果、騒音がロータとリードスクリューの衝突により発生するということを知見し、ロータとリードスクリュー間に緩衝部材を配設して、ロータとリードスクリューの衝突を緩衝させることにより騒音を低減させたものである。 Thus, if a ring-shaped elastic member (so-called O-ring) is used for the buffer member, the workability of assembling the buffer member is excellent. Moreover, since it is a general-purpose product, it is inexpensive and can be easily obtained. In the present invention, as will be described later, in order to investigate the cause of noise, verification for specifying the location where the noise occurs is performed, and as a result, it has been found that the noise is generated by the collision between the rotor and the lead screw. In addition, a buffer member is provided between the rotor and the lead screw to reduce the noise by buffering the collision between the rotor and the lead screw .
本発明にかかるリニアアクチュエータによれば、ロータとリードスクリューの衝突による騒音の発生を防止した上で、回転体の回転による摺動抵抗の低減、装置を構成する部品点数の削減、リードスクリュー等の部品加工の容易化を達成できる。 According to the linear actuator according to the present invention, the generation of noise due to the collision between the rotor and the lead screw is prevented, the sliding resistance is reduced by the rotation of the rotating body, the number of parts constituting the device is reduced, the lead screw, etc. Easy part processing can be achieved.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態にかかるリニアアクチュエータ1の断面図、図2はその分解斜視図(ステータ12を除く)である。なお、以下の説明における上下方向とは、図1における上下方向をいうものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a linear actuator 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view thereof (excluding a stator 12). In the following description, the vertical direction refers to the vertical direction in FIG.
本実施形態にかかるリニアアクチュエータ1は、ガス給湯器などのガス燃焼機器が備えるガス管の流路を開閉する弁体の駆動装置として使用される。図1に示されるように、リニアアクチュエータ1は、パッキン92などを介してガス管などの密閉空間90に取り付けられる。すなわち、密閉空間90は、通過するガスが漏れないよう、リニアアクチュエータ1自体によって密閉されている。
The linear actuator 1 according to this embodiment is used as a valve body driving device that opens and closes a flow path of a gas pipe provided in a gas combustion device such as a gas water heater. As shown in FIG. 1, the linear actuator 1 is attached to a sealed
リニアアクチュエータ1は、ケース内(本体ケース52およびステータケース50内)に、駆動源であるモータ10と、このモータ10の回転動力を直線動力に変換し、被駆動体である弁体(図示せず)に伝達する直動変換機構とを備える。
The linear actuator 1 includes a
モータ10は、公知のステッピングモータであり、ステータ12およびロータ14を備える。ステータ12は、ステータコア121に駆動コイル122が巻回されて構成され、本体ケース52の外側に被着されるステータケース50に収納されている。ロータ14は、樹脂製のホルダ143に永久磁石142が固定されてなる。なお、本願において、ロータ14の材質とは、永久磁石142を除いたホルダ143の材質(すなわち樹脂)をいうものとする。このホルダ143の内側には、いわゆるDカット形状(円形の一部が真っ直ぐに切り欠かれた断面形状)の窪み(Dカット凹部143a)が形成されている。また、ホルダ143の中央には貫通孔143bが形成されており、この貫通孔143bに本体ケース52に固定された固定軸16(固定軸16自体が回転することはない)が挿通される。また、ロータ14の下面と、本体ケース52の間には、両者の間の摺動抵抗を抑えるため、樹脂(ポリエチレンテレフタラート)製のスラストベアリング(ワッシャ)17が介在されている。このような状態でロータ14は、固定軸16に回転自在に支持され、本体ケース52に収容されている。
The
直動変換機構は、リードスクリュー18と、このリードスクリュー18に螺合するキャリッジ20と、このキャリッジ20の回転を阻止する第一の回転阻止部材30および第二の回転阻止部材40(両者が本発明にかかる回転阻止部材に相当する)を有する。
The linear motion conversion mechanism includes a
リードスクリュー18は、金属製(好適な材料としては加工しやすい真鍮が例示できる)の部材であり、Dカット係合部181およびスクリュー部182を有する。図2から分かるように、Dカット係合部181は、ロータ14のホルダ143に形成されたDカット凹部143aとほぼ同一の形状に形成された平板状の部分である。スクリュー部182は、Dカット係合部181から垂直に立設された軸に、所定の径・ピッチの雄ねじ(スクリュー)が形成された部分である。かかる構成を有するリードスクリュー18の中央には、貫通孔18aが形成されている。リードスクリュー18は、そのDカット係合部181がロータ14のホルダ143の内側に形成されたDカット凹部143aに嵌め込まれた状態で、貫通孔18aに挿通された固定軸16に支持されている。このDカット係合部181とDカット凹部143aの係合により、リードスクリュー18はロータ14とともに回転する。
The
本実施形態では、固定軸16にそれぞれ別々に支持され、固定軸16の軸方向に離間自在であるロータ14とリードスクリュー18との間、具体的には、ホルダ143のDカット凹部143aの平面部(凹部143aの底面)144aと、リードスクリュー18のDカット係合部181の平面部(Dカット係合部181の下面)181aとの間に、弾性体で形成されたOリング161が介在されている。かかるOリング161は、リニアアクチュエータ1の駆動時にリードスクリュー18とロータ14(ホルダ143)が衝突することによって発生する騒音の発生を防止する役割を果たす。本実施形態にかかるリニアアクチュエータ1は、固定軸16に別々に支持されたロータ14とリードスクリュー18とを有するリニアアクチュエータ(後述する比較例1に相当する)の騒音発生のメカニズムを解明した上で、かかる位置にOリング161を介在させ、騒音低減を図ったものである。
In the present embodiment, the
キャリッジ20は、本体部22と出力軸部24が一体成形された樹脂製の部材である。円柱状の本体部22の中央には、スクリュー部182に形成された雄ねじと螺合する雌ねじ部201が貫通して形成されている。出力軸部24は、本体部22の出力側端面から突出した断面略半円形状の軸であり、半円形状の直線部分(対向面241a)が対向するように二つ(二股状に)形成されている。二つの出力軸部24のそれぞれには、軸方向と直交する方向に貫通した取付穴241bが形成されている。この取付穴241bには、キャリッジ20と被駆動体である弁体とを連繋するための連繋軸(図示せず)が支持される。このような構成を有するキャリッジ20は、スクリュー部182に雌ねじ部201を螺合させることによって、リードスクリュー18に取り付けられている。
The
第一の回転阻止部材30は、合成樹脂材料で一体成形された部材であり、筒状部32とフランジ部34とを有する。筒状部32の天板部には、略半円形状の二つのガイド穴321が、半円形状の直線部分が対向するように形成されている。このガイド穴321に、上述したキャリッジ20の二つの出力軸部24がそれぞれ挿通されている。かかる第一の回転阻止部材30は、底面側を上に向けて、本体ケース52の段差部分にフランジ部34が嵌め込まれて取り付けられている。
The first
このように取り付けられている第一の回転阻止部材30は、リードスクリュー18とともに回転しようとするキャリッジ20の回転を阻止する部材である。したがって、キャリッジ20とともに第一の回転阻止部材30自体が回転してしまうことのないよう、第一の回転阻止部材30の回転が、第二の回転阻止部材40によって規制されている。この第二の回転阻止部材40は、金属板のプレス加工などによって形成された板状の部材であり、本体ケース52の開口部を覆うように被着されている。このように、第二の回転阻止部材40を金属で構成するのは、図1に示すように、ガス管などによって構成されるの密閉空間90の密閉状態を、第二の回転阻止部材40によって維持しなければならないからである。つまり、例えば火災時などに回転阻止部材40が熱によって損傷し、密閉空間90内の可燃性ガスが漏れ、被害が拡大してしまうことを防止するため、回転阻止部材40を金属材料で構成する必要がある。
The first
第二の回転阻止部材40の中央には、所定の大きさの窪み部42が形成されており、この窪み部42の中央に、第一の回転阻止部材30が挿通される略矩形状(四隅の角は丸められている)の係合穴44が形成されている。この係合穴44に第一の回転阻止部材30の筒状部32が挿通されることにより、第一の回転阻止部材30の回転が規制されている。
A
この点について、図1および図2に加え、図3を参照して具体的に説明する。図3は、本実施形態にかかるリニアアクチュエータ1を上方から見た平面図である。これらの図に示されるように、第一の回転阻止部材30には、その筒状部32の外周面が平面で切り欠かれたDカット部322が対向するように形成されている。さらに、このDカット部322の中央には、外側に向かって突出した突出部321aが形成されている。
This point will be specifically described with reference to FIG. 3 in addition to FIG. 1 and FIG. FIG. 3 is a plan view of the linear actuator 1 according to this embodiment as viewed from above. As shown in these drawings, the first
一方、図3から分かるように、第二の回転阻止部材40の係合穴44には、上方から見た形状が直線形状である直線部441が形成され、この直線部441の中央には、外側に向かって凹んだ係合凹部441aが形成されている。第一の回転阻止部材30は、Dカット部322を直線部441に当接させ、突出部321aを係合凹部441aに係合させた状態で、回転阻止部材40の係合穴44に挿通されている。
On the other hand, as can be seen from FIG. 3, the
このように、第一の回転阻止部材30は、筒状部32の外周面に形成されたDカット部322が、係合穴44の直線部441に当接された状態で配設される。加えて、Dカット部322から突出して設けられた突出部321aが、係合穴44の直線部441から外側に向かって凹んだ係合凹部441aに係合されている。このDカット部322と直線部441との係合、および突出部321aと係合凹部441aとの係合により、第一の回転阻止部材30の回転が規制されている。
As described above, the first
第二の回転阻止部材40によって回転が規制された第一の回転阻止部材30は、出力軸部24の回り止め部材として機能する。図4に示すように、二つの出力軸部24は、断面略半円形状に形成されており、それぞれが同じく略半円形状に形成されたガイド穴321に挿通されることによって回転が規制されている。具体的には、二つの出力軸部24の互いに対向する対向面241aをガイド穴321の内側の面に当接させた状態とすることにより、出力軸部24の回転が規制されている。
The first
このように構成されるリニアアクチュエータ1は、次のように動作する。駆動源であるモータ10が駆動すると、ロータ14が回転する。ロータ14が回転すると、ロータ14のホルダ143に形成されたDカット凹部143aに係合するDカット係合部181を有するリードスクリュー18も回転する。リードスクリュー18が回転すると、本体部22がリードスクリュー18のスクリュー部182に螺合するキャリッジ20もリードスクリュー18とともに回転しようとする。しかし、キャリッジ20の出力軸部24は、第二の回転阻止部材40によって回転が規制された第一の回転阻止部材30のガイド穴321に挿通されているため、キャリッジ20が回転することはない。したがって、キャリッジ20は、リードスクリュー18の回転に伴い、固定軸16の軸線方向に前進動作する。キャリッジ20が前進すると、出力軸部24の取付穴241bを利用してキャリッジ20と連結された被駆動体である弁体が前進し、ガス流路が遮断される。
The linear actuator 1 configured as described above operates as follows. When the
キャリッジ20を後退させる場合には、キャリッジ20を前進させた場合とは反対方向にリードスクリュー18を回転させる。これにより、第一の回転阻止部材30によって回転が規制されているキャリッジ20は、固定軸16の軸線方向に後退し、ガス流路が開放される。
When the
以下、本発明の効果について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the effects of the present invention will be described using examples. In addition, this invention is not limited to a following example.
(実施例)
上記実施形態にかかるリニアアクチュエータ1と同様の構造を有するリニアアクチュエータを実施例として作成した。本実施例にかかるリニアアクチュエータの特徴としては、固定軸16に別々に支持されたロータ14とリードスクリュー18の間に緩衝部材としてOリング161を介在させたことにある。このOリング161の厚みは1.4mmである。なお、Oリング161を介在させても、ロータ14は、固定軸16の軸線方向にある程度移動可能となっている。つまり、リードスクリュー18と本体ケース52との間に挟圧保持されたような状態にはなく、スムーズに回転することができるような構成となっている。
(Example)
The linear actuator which has the structure similar to the linear actuator 1 concerning the said embodiment was created as an Example. A feature of the linear actuator according to the present embodiment is that an O-
(比較例)
この本発明の実施例にかかるリニアアクチュエータは、ロータ14とリードスクリュー18とを別々に構成し(一体化されていない)、それぞれを固定軸16に回転自在に支持させた図4(a)に記載された構成(比較例1)を基礎として得られたものである。比較例1にかかるリニアアクチュエータが有するその他の構成は、上記実施形態にかかるリニアアクチュエータ1と同一である。
(Comparative example)
In the linear actuator according to the embodiment of the present invention, the
この比較例1にかかるリニアアクチュエータは、アクチュエータ駆動時に騒音が大きいという問題があった。そのため、上記基礎構成に変形を加えた次の比較例(比較例2〜4)にかかるリニアアクチュエータを作成し、実施例ならびに各比較例のアクチュエータの静穏特性を評価することにより、その騒音原因を突き止めた。 The linear actuator according to Comparative Example 1 has a problem that noise is high when the actuator is driven. Therefore, by creating a linear actuator according to the following comparative examples (Comparative Examples 2 to 4) in which the basic structure is modified, and evaluating the quiet characteristics of the actuators of the examples and the comparative examples, the cause of the noise is determined. I found it.
比較例2は、上記実施形態において、ロータ14と本体ケース52の間に介在させている摺動抵抗低減のためのスラストベアリング(ワッシャ)17に換え、弾性(クッション性)のある板状の弾性部材162を配置したものである(図4(b)参照)。なお、弾性部材162は、中央に固定軸16が挿通する貫通孔を有する円盤部162aと、この円盤部162aの外周から周方向120度毎に延設された舌片状の弾性片162bとから構成されている。
Comparative Example 2 is a plate-like elasticity having elasticity (cushioning property) in place of the thrust bearing (washer) 17 for reducing sliding resistance interposed between the
比較例3は、ロータ14と本体ケース52との間に、比較例2に比べて弾性力が大きい弾性部材162を配置したものである。
In Comparative Example 3, an
比較例4は、リードスクリュー18のDカット係合部182の上面(リードスクリュー18とキャリッジ20との間)に、緩衝部材としてのOリング161を配置したものである(図4(c)参照)。かかるOリング161は、上記実施例と同一のものである。
In Comparative Example 4, an O-
なお、これら比較例2〜4が有するその他の構成は、実施例にかかるリニアアクチュエータと同一である。 In addition, the other structure which these comparative examples 2-4 have is the same as the linear actuator concerning an Example.
音圧測定結果
これら実施例、比較例1〜4にかかるリニアアクチュエータの静穏特性(騒音の有無)ついて検討した。実施例、各比較例とも、電源電圧2V、回転速度333ppsでモータ10を駆動させ、アクチュエータ動作中の音圧(dBA)を測定した。なお、アクチュエータと、集音マイクとの距離は30cmである。そして、実施例、各比較例とも、1)キャリッジ20を下げる方向にモータ10を回転させ、下限いっぱい(これ以上キャリッジ20が下がることができない状態)までキャリッジ20が下がりモータ10が脱調状態になったとき(以下、引き込み脱調状態と称する)の音圧、および2)キャリッジ20を上げる方向にモータ10を回転させ、上限いっぱい(これ以上キャリッジ20が上がることができない状態)までキャリッジ20が上がりモータ10が脱調状態になったとき(以下、押し出し脱調状態と称する)の音圧の測定を行った。表1にその測定結果を示す。
Results of sound pressure measurement The quiet characteristics (presence / absence of noise) of the linear actuators according to these examples and comparative examples 1 to 4 were examined. In both the examples and the comparative examples, the
まず、比較例1についての結果をみると、押し出し脱調状態にあるときに比べ、引き込み脱調状態にあるときに音圧が大きいことが分かる。なお、製品に求められる静穏特性を考慮すると、押し出し脱調状態の音圧レベルは騒音として感じられるものではないが、引き込み脱調状態の音圧レベルは騒音として感じられる可能性がある。つまり、比較例1の静穏特性は、十分であると言い難いものである。 First, when the result about the comparative example 1 is seen, it turns out that a sound pressure is large when it is in a drawing out-of-step condition compared with when it is in an out-of-step state. In consideration of the quiet characteristics required for the product, the sound pressure level in the push-out step-out state is not felt as noise, but the sound pressure level in the pull-out step-out state may be felt as noise. That is, it is difficult to say that the quietness characteristic of Comparative Example 1 is sufficient.
比較例2、3は、比較例1の構成に加えて、ロータ14と本体ケース52の底面との間に、スラストベアリング(ワッシャ)17の換わりに弾性部材162を配置したものであるが、比較例1との比較から、かかる弾性部材162の存在による騒音低減効果がないことが分かる。つまり、ロータ14の底面側で大きな騒音が発生している可能性が低いこと、例えばスラストベアリング(ワッシャ)17などが騒音の主たる原因でないことが分かる。
In Comparative Examples 2 and 3, in addition to the configuration of Comparative Example 1, an
さらに、比較例4は、比較例1の構成に加えて、リードスクリュー18とキャリッジ20との間にOリング161を配置したものであるが、これによる騒音低減効果もない。つまり、リードスクリュー18(Dカット係合部181)とキャリッジ20の衝突が騒音の主たる原因でないことが分かる。
Furthermore, in Comparative Example 4, in addition to the configuration of Comparative Example 1, an O-
これら各比較例と比較し、ロータ14とリードスクリュー18の間に緩衝部材であるOリング161を配置した実施例は、引き込み脱調状態にあるときにおける音圧が大きく低下した。具体的には、押し出し脱調状態にあるときにおける音圧と同程度まで低下し、製品に求められる静穏特性を十分に満たすものが得られた。
Compared with each of these comparative examples, in the example in which the O-
これらの測定結果を踏まえて検討すると、各比較例で発生する騒音は、ロータ14とリードスクリュー18の衝突により発生していることが推測される。具体的には、次のようなメカニズムで発生していると考えられる。図5(a)に示すように、キャリッジ20を押し出す方向にリードスクリュー18が回転しているとき(回転しようとしているとき)には、上方向に移動する(移動しようとする)キャリッジ20の反作用により、リードスクリュー18に下方向の力がかかる。そうすると、ロータ14は、下方向に力を受けたリードスクリュー18と本体ケース52の底面との間に挟まれた状態となるから、脱調状態であってもロータ14ががたつくことはない。一方、図5(b)に示すように、キャリッジ20を引き込む方向にリードスクリュー18が回転しているとき(回転しようとしているとき)には、下方向に移動する(移動しようとする)キャリッジ20の反作用により、リードスクリュー18に上方向の力がかかる。その結果、リードスクリュー18とロータ14との間にクリアランスが生じ、脱調状態にあるロータ14が上下方向に振動して騒音が発生するものと思われる。
Considering these measurement results, it is estimated that the noise generated in each comparative example is generated by the collision between the
このような問題に対し、本実施例(本発明)では、ロータ14とリードスクリュー18との間に緩衝部材が配設されているため、引き込み脱調状態にあるときであってもロータ14の振動は緩衝部材によって吸収される。つまり、アクチュエータ駆動時(特にモータ10の引き込み脱調状態にある時)における騒音が小さい静穏性に優れたリニアアクチュエータ1とすることができる。そして、その緩衝部材としては、本実施例のようなOリング161を適用すればよい。容易に入手できる既製品であるため、製品コストの増加を抑えることができるとともに、装着が簡単であり組立作業性に優れるからである。
In order to deal with such a problem, in this embodiment (the present invention), since the buffer member is disposed between the
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1 リニアアクチュエータ
10 モータ
16 固定軸
161 Oリング
18 リードスクリュー
20 キャリッジ
30 第一の回転阻止部材
40 第二の回転阻止部材
1
Claims (5)
前記直動変換機構は、前記モータのロータによって回転されるリードスクリューと、該リードスクリューに螺合し前記被駆動体と連繋されたキャリッジと、該キャリッジの回転を阻止する回転阻止部材とを有し、前記ロータとリードスクリューとは、それぞれ別々に前記ケースに固定された固定軸に回転自在に支持されるとともに、両者の間には緩衝部材が介在されており、
前記緩衝部材は、前記固定軸が挿通される貫通孔を中央に有するとともにゴム弾性を有するOリングであることを特徴とするリニアアクチュエータ。 In a linear actuator provided with a motor as a drive source in a case and a linear motion conversion mechanism that converts rotational power of the motor into linear power and transmits it to a driven body.
The linear motion conversion mechanism includes a lead screw that is rotated by a rotor of the motor, a carriage that is screwed into the lead screw and connected to the driven body, and a rotation blocking member that blocks rotation of the carriage. The rotor and the lead screw are rotatably supported by fixed shafts that are separately fixed to the case, and a buffer member is interposed between the two .
The linear actuator , wherein the buffer member is an O-ring having a through hole through which the fixed shaft is inserted and having rubber elasticity .
前記キャリッジは、前記リードスクリューに形成された雄ねじと螺合する雌ねじ部が貫通して形成された本体部と、該本体部の出力側端面から突出した出力軸部とからなり、該出力軸部は前記筒状部の前記天板部に形成されたガイド穴に挿通されていることにより、前記キャリッジは回転を阻止された状態で前記リードスクリューにより前記固定軸の軸線方向に移動されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。 One end of the fixed shaft is fixed to the case, and an end portion on the lead screw side is formed on the rotation preventing member and a cylindrical portion formed so that the carriage can move. Fixed to the top plate,
The carriage includes a main body portion formed by penetrating a female screw portion that engages with a male screw formed on the lead screw, and an output shaft portion protruding from an output side end surface of the main body portion, and the output shaft portion Is inserted through a guide hole formed in the top plate portion of the cylindrical portion, so that the carriage is moved in the axial direction of the fixed shaft by the lead screw while being prevented from rotating. The linear actuator according to any one of claims 1 to 3 , wherein the linear actuator is characterized.
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