JP5550464B2

JP5550464B2 - 直動アクチュエータ

Info

Publication number: JP5550464B2
Application number: JP2010143244A
Authority: JP
Inventors: 辰巳菱川
Original assignee: Startechno Co Ltd
Current assignee: Startechno Co Ltd
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-06-24
Also published as: JP2012007660A

Description

本発明は、送りねじを使用した直動アクチュエータ、詳しくはリニアガイドを使用せずに良好な直進精度でスライダを往復移動することができる直動アクチュエータに関する。

従来、公知の直動アクチュエータとしては、例えば特許文献1に示すように、支持プレートの一面に電動モータを固定し、該電動モータの回転軸に送りねじをカップリングを介して連結すると共に支持プレートの貫通穴に軸受を設けて送りねじを回転可能に支持し、上記送りねじにスライダが固定されたナットを噛合わせると共に支持プレートの他面にリニアガイドを固定してナット及びスライダを、その移動方向が送りねじの軸線方向へ一致するように支持する構造からなる。

上記した直動アクチュエータは、電動モータの駆動に伴って回転する送りねじによりナットが回転するのを規制しながらスライダを往復直線移動させるため、スライダの移動距離に応じた長さのリニアガイドを設け、該リニアガイドに対してナットまたはスライダを移動可能に支持する必要がある。

このため、上記直動アクチュエータにあっては、送りねじの軸線に沿ってリニアガイドを取付けるためのスペースを必要とすると共に構成部品点数が増大して構造が複雑化し、装置自体が大型化及び重量化すると共に高コスト化する問題を有している。

特開２００９−７５０８５号公報

解決しようとする問題点は、従来の直動アクチュエータにあっては、スライダの直線移動を支持するリニアガイドを必要とするため、リニアガイドを取付けるためのスペースを必要とすると共に構成部品点数が増大して構造が複雑化し、装置自体が大型化及び重量化すると共に高コスト化する点にある。

本発明は、外周面に所定のリード角で螺旋溝が旋設されると共に外周の一部に螺旋溝底部に至る深さより浅い深さで、軸線方向へ移動ストロークに応じた長さで平面状に延びる回転規制面が形成された送りねじと、上記送りねじの一方軸端部に取り付けられるハンドリング手段と、ボックスに対して軸線方向へ抜け止めされた状態で回転可能に支持されると共に上記送りねじに噛合わされるナット部材と、上記ナット部材を回転する電動モータと、上記ボックスに対してナット部材の軸線方向各端部側に固定され、上記送りねじの外周面に摺接して挿通されるガイドブッシュと、上記ナット部材の軸線方向の一方端側にて送りねじの回転規制面に対して面接触して摺接し、送りねじを回り止めする回り止め部材と、からなることを最も主要な特徴とする。

本発明は、スライダの直線移動を支持するリニアガイドを設けることなく、スライダを良好な直線移動精度で往復移動させることができ、構成部品点数を低減して装置自体を小型化及び軽量化することができる。

本発明に係る直動アクチュエータを水平軸及び垂直軸に採用した二次元移動装置の概略を示す斜視図である。水平直動アクチュエータの中央縦断面図である。水平送りねじのガイド構造及び回り止め構造を示す説明図である。垂直直動アクチュエータの中央縦断面図である。垂直送りねじのガイド構造及び回り止め構造を示す説明図である。水平方向への移動状態を示す説明図である。垂直方向への移動状態を示す説明図である。

本発明は、電動モータの駆動に伴って回転するナット部材により送りねじが軸線方向へ移動する際に、回転規制面に対して面接触して摺接する回り止め部材により送りねじの回転を規制すると共に送りねじに挿通して外周面に摺接するガイドブッシュにより送りねじの振動を規制することを最良の実施形態とする。

以下、実施例を示す図に従って本発明を説明する。
図１乃至図５に示すように、二次元移動装置１は、把持部材、吸着部材等のハンドリング手段３を水平方向及び垂直方向へ二次元移動し、例えば治具（図示せず）を所定の位置へ移動する装置で、その本体フレーム５には、水平方向への直動アクチュエータが内蔵される水平駆動ボックス７が固定され、該水平駆動ボックス７内には水平方向に軸線を有した水平ナット部材９が軸受１１を介して回転可能に支持されている。該軸受１１としては、放射方向への荷重を受承するラジアル軸受構造からなる。

上記水平ナット部材９の軸線方向端部には、中心部に貫通孔を有した歯付きプーリ１３が固定され、該歯付きプーリ１３は、本体フレーム５に固定された数値制御可能なサーボモータ等の電動モータ１５の回転軸に固定された歯付きプーリ１７に対して歯付きベルト１９を介して連結されている。上記歯付きプーリ１３・１７は、水平ナット部材９に要求される所望の回転数に応じた外径からなる。上記水平ナット部材９としては、ボールナット構造のものが適している。

上記水平ナット部材９には、水平方向に軸線を有した水平送りねじ２１が噛合わされている。該水平送りねじ２１は、水平ナット部材９の歯、または内蔵されたボールが噛合う溝が旋回形成されると共に水平ナット部材９の噛合い個所で、軸心を中心に対向する外周面には、軸線方向へ水平面で延びる回転規制面２１ａが形成されている。上記回転規制面２１ａは、水平ナット部材９の歯、またはボールに対する係合状態を維持するため、水平送りねじ２１の対向する外周面を溝深さより若干浅い深さで水平方向へ平面状に切り欠いて形成される。

また、上記水平駆動ボックス７の軸線方向両側には、水平ガイドブッシュ２３ａ・２３ｂが水平ナット部材９の軸線方向両側にて上記水平送りねじ２１を挿通するように固定されている。該水平ガイドブッシュ２３ａ・２３ｂは、含油樹脂、含油焼結材により上記水平送りねじ２１の外形に一致する内径、外周面に摺接して支持する。上記水平ガイドブッシュ２３ａ・２３ｂは、その相互間隔が水平送りねじ２１の水平移動ストロークに対して約１／３に設定されることが望ましい。

更に、上記水平駆動ボックス７には、上記水平送りねじ２１の各回転規制面２１ａに摺接する回り止め部材２５が固定されている。上記回り止め部材２５は、含油樹脂、含油焼結材で、回転規制面２１ａに対する当接面が平面状に形成される。

上記水平送りねじ２１の一方軸端には、垂直方向への直動アクチュエータが内蔵される垂直駆動ボックス２７が固定され、該垂直駆動ボックス２７内には、垂直方向に軸線を有した垂直ナット部材２９が軸受３１を介して回転可能に支持されている。該軸受３１としては、放射方向及び軸線方向への荷重をそれぞれ受承するラジアル軸受及びスラスト軸受構造からなる。また、上記垂直ナット部材２９の軸線方向端部には、中心部に貫通孔を有した歯付きプーリ３３が固定されている。

上記垂直駆動ボックス２７には、数値制御可能なサーボモータ等の電動モータ３５が固定され、該電動モータ３５の回転軸には、歯付きプーリ３７が固定されている。そして上記歯付きプーリ３３・３７は、歯付きベルト３９により連結され、電動モータ３５の駆動に伴って上記垂直ナット部材２９を所望の回転数で回転させる。上記垂直ナット部材２９としては、ボールナット構造のものが適している。

上記垂直ナット部材２９には、上下方向に軸線を有した垂直送りねじ４１が噛合わされている。該垂直送りねじ４１は、垂直ナット部材２９の歯、または内蔵されたボールが噛合う溝が旋回形成されると共に垂直ナット部材２９の噛合い個所で、軸心を中心に対向する外周面には、軸線方向へ垂直面で延びる回転規制面４１ａが形成されている。上記回転規制面４１ａは、垂直ナット部材２９の歯、またはボールに対する係合状態を維持するため、垂直送りねじ４１の対向する外周面を溝深さより若干浅い深さで垂直方向へ平面状に切り欠いて形成される。

また、上記垂直駆動ボックス２７における軸線方向上部及び下部には、垂直ガイドブッシュ４３ａ・４３ｂが上記垂直送りねじ４１を挿通して摺接するように固定されている。該垂直ガイドブッシュ４３ａ・４３ｂは、含油樹脂、含油焼結材により上記垂直送りねじ４１の外形に一致する内径で形成され、外周面に摺接して支持する。上記垂直ガイドブッシュ４３ａ・４３ｂは、その相互間隔が垂直送りねじ４１の垂直移動ストロークに対して約１／４〜約１／３に設定されることが望ましい。

更に、上記垂直駆動ボックス２７には、上記垂直送りねじ４１の回転規制面４１ａに摺接する回り止め部材４５が固定されている。上記回り止め部材４５は、含油樹脂、含油焼結材で、回転規制面４１ａに対する当接面が平面状に形成される。

上記垂直送りねじ４１の軸線方向上端には、上記した把持部材、吸着部材等のハンドリング手段３が固定され、上記水平送りねじ２１及び垂直送りねじ４１の移動に伴って水平方向及び垂直方向の二次元方向へ移動して所定の動作を実行させる。

次に、上記のように構成された二次元移動装置１の作用を説明する。先ず、ハンドリング手段３の移動概略を説明すると、電動モータ１５の駆動に伴って水平ナット部材９を回転して水平送りねじ２１を水平方向へ移動し、ハンドリング手段３を所定の水平位置へ移動させる。（図６参照）

上記水平動動作後、または該動作に同期して電動モータ３５を駆動して垂直ナット部材２９を回転することにより垂直送りねじ４１を垂直方向へ移動してハンドリング手段３を所定の垂直位置へ移動させる。（図７参照）

そして所定の水平位置及び垂直位置へ移動されたハンドリング手段３により、例えばワーク（図示せず）を把持したり、該ハンドリング手段３に保持された治具を他の加工装置等へ受け渡して所望の動作を実行させる。

上記した水平送りねじ２１及び垂直送りねじ４１を所定の方向へ移動させる際の作用に付いて説明する。なお、水平送りねじ２１の移動作用に付いては、垂直送りねじ４１の移動作用と同様なため、その説明を省略する。

先ず、電動モータ３５が駆動されると、垂直ナット部材２９を所定の方向（時計方向または反時計方向）へ回転し、該垂直ナット部材２９に噛合う垂直送りねじ４１を回転方向に対応する垂直方向へ移動させる。

このとき、垂直ナット部材２９は、放射方向及び軸線方向に対する軸受３１を介して軸支されているため、垂直送りねじ４１及びハンドリング手段３の荷重を受承して回転を維持することができる。

また、上記垂直送りねじ４１は、その外周面に摺接する垂直ガイドブッシュ４３ａ・４３ｂにより移動方向に対して支持されているため、垂直送りねじ４１の移動時に垂直方向に対して軸線が変位したり、振動したりすることを規制し、垂直方向へ直線状に移動させることができる。

更に、上記垂直送りねじ４１は、溝に噛合う垂直ナット部材２９の回転抵抗により回転力が作用するが、該垂直送りねじ４１に形成された回転規制面４１ａに対する回り止め部材４５の摺接により垂直送りねじ４１が回り止めされ、垂直ナット部材２９の回転量に対応する移動量で垂直方向へ移動させることができると共にハンドリング手段３を一定の姿勢に保つことができる。

本実施例は、従来の直動アクチュエータのようにリニアガイドを設けることなく、水平ガイドブッシュ２３ａ・２３ｂ、垂直ガイドブッシュ４３ａ・４３ｂにより移動する水平送りねじ２１、垂直送りねじ４１を直線状に移動させることができる。

また、水平送りねじ２１にあっては、回転規制面２１ａに対する回り止め部材２５、垂直送りねじ４１にあっては、回転規制面４１ａに対する回り止め部材４５の摺接により回り止めすることができ、ハンドリング手段３を一定の姿勢に保って二次元移動させることができる。

上記説明は、水平送りねじ２１及び垂直送りねじ４１を電動モータ１５・３５に連結された歯付きベルト１９・３９によりそれぞれ回転駆動させる構成としたが、ギャ構造としても実施することができる。

上記説明は、水平送りねじ２１・垂直送りねじ４１における軸心を中心とする対向する外周面に螺旋溝の端部に至る深さより浅い深さで軸線方向へ平面状に延びる２条の回転規制面２１ａ・４１ａをそれぞれ形成し、各回転規制面２１ａ・４１ａに対して２個の回り止め部材２５・４５を摺接するように取り付けて水平送りねじ２１・垂直送りねじ４１を回り止めする構成としたが、水平送りねじ２１・垂直送りねじ４１にそれぞれ形成される回転規制面２１ａ・４１ａとしては、１条であればよいが、外周面周りに対して等間隔で３条以上とし、これら各回転規制面２１ａ・４１ａに摺接するように当接する３個以上の回り止め部材２５・４５を取付けた構成とすることにより各送りねじ２１・４１を確実に回り止めすることができる。

上記説明は、水平送りねじ２１の軸端に垂直駆動ボックスを固定してハンドリンク手段を二次元方向へ移動させる二次元移動装置を例に説明したが、水平送りねじ２１の軸端に該軸線と直交する水平方向へ移動するための前後駆動ボックス（図示せず）を固定し、該前後駆動ボックス内に設けられる前後送りねじ（図示せず）の軸端に垂直駆動ボックスを固定してハンドリンク手段を三次元方向へ移動させる三次元移動装置を構成してもよい。なお、前後駆動ボックスに設けられる前後方向への直動アクチュエータは、水平方向の直動アクチュエータと同様の構成であればよい。

上記説明は、水平駆動ボックス７及び垂直駆動ボックス２７における移動側と反対側の１箇所に回り止め部材２５・４５を取付ける構成としたが、水平駆動ボックス７及び垂直駆動ボックス２７の移動側にも回り止め部材を取付ける構成としてもよい。

１二次元移動装置
３ハンドリング手段
５本体フレーム
７水平駆動ボックス
９水平ナット部材
１１軸受
１３歯付きプーリ
１５電動モータ
１７歯付きプーリ
１９歯付きベルト
２１水平送りねじ
２１ａ回転規制面
２３ａ・２３ｂ水平ガイドブッシュ
２５回り止め部材
２７垂直駆動ボックス
２９垂直ナット部材
３１軸受
３３歯付きプーリ
３５電動モータ
３７歯付きプーリ
３９歯付きベルト
４１垂直送りねじ
４１ａ回転規制面
４３ａ・４３ｂ垂直ガイドブッシュ
４５回り止め部材

Claims

外周面に所定のリード角で螺旋溝が旋設されると共に外周の一部に螺旋溝底部に至る深さより浅い深さで、軸線方向へ移動ストロークに応じた長さで平面状に延びる回転規制面が形成された送りねじと、
上記送りねじの一方軸端部に取り付けられるハンドリング手段と、
ボックスに対して軸線方向へ抜け止めされた状態で回転可能に支持されると共に上記送りねじに噛合わされるナット部材と、
上記ナット部材を回転する電動モータと、
上記ボックスに対してナット部材の軸線方向各端部側に固定され、上記送りねじの外周面に摺接して挿通されるガイドブッシュと、
上記ナット部材の軸線方向の一方端側にて送りねじの回転規制面に対して面接触して摺接し、送りねじを回り止めする回り止め部材と、
からなる直動アクチュエータ。
請求項１において、上記ガイドブッシュは、含油材からなる直動アクチュエータ。
請求項２において、上記含油材は、含油樹脂及び含油焼結材のいずれかからなる直動アクチュエータ。
請求項１において、回転規制面は、軸心を中心に軸線周りへ等間隔の外周面に対し、螺旋溝底部に至る深さより浅い深さで、移動ストロークに応じた長さで軸線方向へ平面状に延びるように形成された２条以上からなる直動アクチュエータ。
請求項４において、回り止め部材は、各回転規制面に対して摺接する２個以上とした直動アクチュエータ。
請求項１において、ナット部材は、内部で転動して螺旋溝に噛合うボールを有したボールナットとした直動アクチュエータ。
請求項１において、ガイドブッシュは、上記ナット部材の軸線方向両側にて挿通される送りねじにそれぞれ摺接する２個からなる直動アクチュエータ。
請求項７において、各ガイドブッシュは、送りねじの移動ストロークに対して所定割合の間隔をおいて配置した直動アクチュエータ。