JP5921384B2 - 直線作動機 - Google Patents

Description

本発明はボールねじ機構によって物体を進退させる直線作動機に関する。

扉の開閉及びテーブルの昇降など直線的な動作を実現するために、以前より直線作動機が使用されている。例えば特許文献１には、ボールねじ機構と、該ボールねじ機構に接続されたサーボモータと、ボールねじ機構のナット部に連結したロッドとを備える直線作動機が開示してある。

サーボモータの出力軸は、カップリングを介してボールねじ機構の雄ねじに連結している。カップリングはカップリングハウジングに収容してあり、カップリングハウジング及びサーボモータの間に、両者の連結を行うモータフランジを介装してある。

モータフランジは、サーボモータのサイズ又は出力容量に応じてそれぞれ異なる設計がなされる。サイズ又は容量の異なる複数のサーボモータから一のサーボモータを選択し、一のカップリングハウジングに連結する場合、選択したサーボモータに対応するモータフランジを使用する。

そのためモータフランジを変更するだけで、サイズ又は出力容量の異なるいずれのサーボモータもカップリングハウジングに連結することができる。

特開２００９−１１８６２４号公報

直線作動機の推力を増大させるためには、サーボモータの出力容量を大きくする必要がある。しかし出力容量の大きいサーボモータを使用した場合、サーボーモータは大型化し、これに伴ってモータフランジ、カップリング及びカップリングハウジングも大型化し、直線作動機全体が大型化する。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、全体の寸法が大型化することなく、所望の推力を得ることができる直線作動機を提供することを目的とする。

本発明に係る直線作動機は、モータと、該モータの回転を減速させる減速機と、該減速機の出力軸に連結したボールねじ機構の雄ねじとを備える直線作動機において、前記モータ及び減速機によってユニットが構成されており、前記ユニットと前記雄ねじとを組み合わせてあり、前記出力軸の直径Ｄ及び雄ねじの直径ｄは、Ｄ＝ｄ×Ｋ（但しＫは１以上２以下である）を満たし、前記減速機の減速比が１／１０以上１／３以下であり、前記雄ねじの直径ｄに複数の前記出力軸の直径Ｄを対応させてあり、対応する直径Ｄの数に応じた複数の前記ユニットからいずれかの前記ユニットを選択し、選択された前記ユニットと前記雄ねじとを組み合わせてあることを特徴とする。

本発明においては、ボールねじ機構及びモータの間に減速機を介装し、出力容量の小さなモータで大きな推力を得る。また減速機の出力軸の直径をＤとし、ボールねじ機構の雄ねじの直径をｄとした場合、Ｄ＝ｄ×Ｋ（但しＫは１以上２以下である）となるようにする。Ｋが１より小さい場合、減速機の出力トルクが小さくなり過ぎて必要な推力を得ることが難しくなる。Ｋが２より大きい場合、カップリング及びカップリングハウジングを大きくする必要があり、直線作動機全体が大型化する。Ｋを１以上２以下にすることによって、直線作動機は大型化することなく、所望の推力を得ることができる。

本発明においては、減速機の減速比を１／１０以上１／３以下とし、大型化の回避且つ推力の確保の両立を図る。

本発明においては、雄ねじの直径ｄ毎に直線作動機のシリーズを作成する場合、直径Ｄの数に応じて分類を作成し、作成した各分類に異なる符号を割り当てて区別する。

本発明に係る直線作動機にあっては、ボールねじ機構及びモータの間に減速機を介装し、出力容量の小さなモータで大きな推力を得る。また減速機の出力軸の直径をＤとし、ボールねじ機構の雄ねじの直径をｄとした場合、Ｄ＝ｄ×Ｋ（但しＫは１以上２以下である）となるように、直線作動機を設計する。Ｋが１より小さい場合、減速機の出力トルクが小さくなり過ぎて必要な推力を得ることが難しくなる。Ｋが２より大きい場合、カップリング及びカップリングハウジングを大きくする必要があり、直線作動機全体が大型化する。Ｋを１以上２以下に設定することによって、直線作動機は大型化することなく、所望の推力を得ることができる。

直線作動機を略示する平面断面図である。 他の減速機を使用した直線作動機を略示する平面図である。

以下本発明を実施の形態に係る直線作動機を示す図面に基づいて詳述する。図１は直線作動機を略示する平面断面図である。
直線作動機は、ボールねじ機構２及びロッド３を収容し、ボールねじ機構２の移動方向に延びるフレーム１と、前記ボールねじ機構２に動力を供給するサーボモータ３０と、該サーボモータ３０の回転を減速させる減速機３１と、該減速機３１及びボールねじ機構２を連結するカップリング２１と、該カップリング２１を収容するカップリングハウジング２０とを備える。

フレーム１は両端部に開口１ａ、１ｂを備えている。フレーム１内にはボールねじ機構２の雄ねじ２ａがフレーム１の長手方向に沿って設けてある。該雄ねじ２ａの中途部分に大径部２ｃが形成してある。前記雄ねじ２ａの一端部側には図示しない転動体を介してナット部２ｂが螺合している。ナット部２ｂにはフレーム１の長手方向に沿うロッド３が設けてあり、該ロッド３はフレーム１の一方の開口１ａから突出している。雄ねじ２ａの他端部は、フレーム１の他方の開口１ｂから突出している。

前記一方の開口１ａに、ロッド３を案内するガイド環４が嵌合している。ロッド３はガイド環４に摺動可能に嵌合している。前記他方の開口１ｂに、ベアリング１３を収容するベアリング収容部１０が設けてある。ベアリング収容部１０は両端部分に段付き孔１１ａ、１１ａを有する筒部１１と、該筒部１１の中途部分における外側面から径方向外向きに突出したフランジ部１２とを備える。

筒部１１の両端部分にそれぞれベアリング１３、１３が内嵌しており、ベアリング１３、１３は各段付き孔１１ａ、１１ａの段部分に係止している。筒部１１はベアリング１３、１３の外輪を固定している。筒部１１の一端部分に、前述した大径部２ｃが当接している。筒部１１の他端部分に、ベアリング１３を段付き孔１１ａに固定する固定リング１４が設けてある。固定リング１４及び大径部２ｃによってベアリング１３，１３の内輪が固定されている。

筒部１１の一端部分は、フレーム１の他方の開口１ｂに嵌入している。フレーム１から突出した雄ねじ２ａは、筒部１１に収容したベアリング１３に回転可能に嵌入しており、その先端部は固定リング１４から軸長方向に突出している。なおフランジ部１２及びフレーム１はボルト締めしてある。

前記減速機３１は筒状をなし、前記サーボモータ３０の出力軸は減速機３１の入力側（一端側）に接続してある。サーボモータ３０及び減速機３１はユニット化してある。減速機３１は遊星歯車を収容しており、減速機３１の出力側（他端側）からは出力軸３１ａが突出している。サーボモータ３０の回転は減速機３１にて減速され、出力軸３１ａから出力される。なお減速機３１は遊星歯車を使用するものに限定されず、平行軸歯車減速機、ウォーム減速機、ベベルギア減速機、ヘリカル減速機、ハイポイド減速機、ボール減速機又はローラ減速機等を使用してもよい。また減速機３１の出力軸３１ａは中実軸又は中空軸のいずれでもよい。

前記カップリングハウジング２０は両端に開口２０ａ、２０ｂを有する筒形をなす。カップリングハウジング２０は、軸回りに回転可能な円筒形のカップリング２１を収容している。カップリングハウジング２０の一方の開口２０ａには、減速機３１を連結する連結環２２が嵌合している。減速機３１の出力側は連結環２２に嵌入し、出力軸３１ａはカップリング２１の一端部に嵌入している。

前記筒部１１の他端部分は、カップリングハウジング２０の他方の開口２０ｂに嵌合している。またカップリングハウジング２０はフランジ部１２にボルト締めしてある。固定リング１４から突出した雄ねじ２ａの先端部は、カップリング２１の他端部に嵌入している。減速機３１の出力軸３１ａ及び雄ねじ２ａの端部はカップリング２１を介して連結されている。

サーボモータ３０の回転は減速機３１によって減速され、出力軸３１ａから出力される。出力軸３１ａの回転は雄ねじ２ａに伝達し、雄ねじ２ａの回転によってナット部２ｂが軸長方向に往復動する。ナット部２ｂに設けたロッド３はフレーム１から進出するか又はフレーム１内に退入する。ボールねじ機構２及びサーボモータ３０の間に減速機３１を介装しているので、出力容量の小さなサーボモータ３０で大きな推力を得ることができる。

図１に示すように、カップリング２１に嵌入した出力軸３１ａ及び雄ねじ２ａ端部の直径をそれぞれＤ及びｄとした場合、両者は、以下の関係を満たす。
Ｄ＝ｄ×Ｋ（但しＫは１以上２以下である）

Ｋが１より小さい場合、減速機３１の出力トルクが小さくなり過ぎて必要な推力を得ることが難しくなる。Ｋが２より大きい場合、カップリング２１及びカップリングハウジング２０を大きくする必要があり、直線作動機全体が大型化する。Ｋを１以上２以下にすることによって、直線作動機は大型化することなく、所望の推力を得ることができる。

また上述した関係をＤが満たせばよいので、一の直径ｄに一又は複数の出力軸３１ａの直径Ｄを対応させることができる。そのため例えば以下の表１ように、直線作動機を分類することができる。なお表１において、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３であり、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ５である。またＤの欄において、○を付した部分はｄｎ（ｎ＝１、２、・・・）に対応するＤｎを示しており、−を付した部分は対応しないＤｎを示す。

表１に示すように、ｄ１にはＤ１が対応し、ｄ２には、Ｄ２及びＤ３が対応しており、ｄ３には、Ｄ３〜Ｄ５が対応している。ｄｎに対応するＤｎの数はそれぞれ１〜３個であり、対応する直径Ｄの数に応じて、分類としてシリーズ１〜シリーズ３（符号）が割り当ててある。

異なる符号が割り当ててあるので、符号が示す各シリーズにおいて対応可能な出力軸３１ａの直径Ｄの数をユーザは容易に把握することができる。前述したように、サーボモータ３０及び減速機３１はユニット化してあるので、対応可能な出力軸３１ａの直径Ｄの数は対応可能なサーボモータ３０の数をも意味する。また出力軸３１ａの直径の大小はサーボモータ３０の出力容量の大小に対応している。そのため異なる出力容量を有し、直径ｄに対応可能なサーボモータ３０の数を、符号によってユーザは容易に把握することができる。符号は、例えば直線作動機に付すか又はパンフレットに掲載する。

フレーム１の寸法は雄ねじ２ａの直径ｄに影響される。上述したように、雄ねじ２ａの直径ｄに対応する出力軸３１ａの直径Ｄの数を限定している（換言すれば減速機３１の数を限定している）が、このとき、限定された各減速機３１が共通のフレーム１と組み合わせることができるように、限定している。その結果必要な推力を確保しつつ、フレーム１等の部品を共通化することができる。

なおシリーズ１〜シリーズ３は符号の一例に過ぎず、ひらがな、アルファベット、漢字、記号、図柄又はマーク等他の符号を使用してもよい。

なお減速機３１は直線的な形状に限定されない。図２は他の減速機を使用した直線作動機を略示する平面図である。図２に示すように、直線作動機は平面視Ｌ形をなす減速機３２を使用してもよい。減速機３２は遊星歯車及びベベルギヤを備え、減速機３２の入力方向及び出力方向は略直交する。設置空間に応じて使用する減速機３１、３２を変更することによって、利便性を向上させることができる。なお歯車及びベルトを組み合わせた減速機３２を使用してもよい。

この場合においても、減速機３２の出力軸の直径Ｄ及び雄ねじ２ａ端部の直径ｄは、Ｄ＝ｄ×Ｋ（但しＫは１以上２以下である）の関係を満たし、直線作動機は大型化することなく、所望の推力を得ることができる。

実施の形態に係る直線作動機はサーボモータ３０を使用しているが、ステッピングモータ等他のモータを使用してもよい。

今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

１ フレーム
２ ボールねじ機構
２ａ 雄ねじ
２ｂ ナット部
３ ロッド
１０ ベアリング収容部
１３ ベアリング
２０ カップリングハウジング
２１ カップリング
３０ サーボモータ（モータ）
３１、３２ 減速機
３１ａ 出力軸

Claims (1)

1. モータと、該モータの回転を減速させる減速機と、該減速機の出力軸に連結したボールねじ機構の雄ねじとを備える直線作動機において、
   前記モータ及び減速機によってユニットが構成されており、
   前記ユニットと前記雄ねじとを組み合わせてあり、
   前記出力軸の直径Ｄ及び雄ねじの直径ｄは、
   Ｄ＝ｄ×Ｋ（但しＫは１以上２以下である）
   を満たし、
   前記減速機の減速比が１／１０以上１／３以下であり、
   前記雄ねじの直径ｄに複数の前記出力軸の直径Ｄを対応させてあり、対応する直径Ｄの数に応じた複数の前記ユニットからいずれかの前記ユニットを選択し、選択された前記ユニットと前記雄ねじとを組み合わせてあること
   を特徴とする直線作動機。

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