JP5963705B2 - 直線作動機 - Google Patents

Description

本発明は、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。

ボールねじ機構及びロッドは、シリンダの内側に設けてある。ボールねじ機構の雄ねじの両端部がベアリング又は滑りブッシュ等によって回転可能に支持されている。

雄ねじの両端部は回転可能に支持されているものの、雄ねじの中途部を支持する部材が無いため、例えば高速で雄ねじが回転し、ナットが軸長方向に高速で移動した場合に、雄ねじは共振し易い。

引用文献２には、雄ねじに螺合したナットにピストンを周設し、該ピストンの外周面に装着凹部を設けた直線作動機が開示されている。該装着凹部には付勢部材としてのＯリングが設けてあり、該装着凹部には、スリットを有するＣ形のウェアリング（摺接部材）が嵌合している。ウェアリングは、径方向における弾性力を有する。引用文献２に記載の直線作動機は、筒形のボディを有し、該ボディ内に、雄ねじ、ナット、ピストン及びウェアリング等が配してある。ウェアリングはボディの内周面に接触して、雄ねじの中途部を支持しており、雄ねじの共振を抑制することができる。

実用新案登録第３１０３７１５号公報 特開２０１１−１８２５５１号公報

Ｃ形のウェアリングをピストンに取り付ける場合、ウェアリングを開いてピストンに取り付けることが考えられるが、開いたときにウェアリングが破損するおそれがある。またウェアリングは、ボディの内周面に当接するために、径方向における弾性力を有しており、無理に開けばウェアリングの弾性力に影響し、ボディの内周面に適切な圧力で当接することができなくなるおそれがある。そのためウェアリングをピストンに取り付ける場合、ピストンをウェアリングに嵌入せざるを得ない。

ウェアリングはピストンに固定される必要があるため、ウェアリングの内径及びピストンの外径は略等しい。両者間に隙間がほとんどないため、ピストンをウェアリングに嵌入させる作業は長時間を要し、直線作動機の組立効率の低下を招来する。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ナット等の移動円筒に摺接部材を容易に取り付け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、筒体と、該筒体の内側にて前記筒体の軸長方向に沿って配してある軸体と、該軸体に外嵌しており、軸長方向に移動する移動円筒と、該移動円筒及び前記筒体の間に配され、前記筒体の内側面に摺接する摺接部材とを備える直線作動機において、前記摺接部材を複数備え、各摺接部材は弧状をなし、前記移動円筒の外周に沿って設けてあり、前記移動円筒の外側に周設してある環状部材と、該環状部材の外周面に形成された環状の溝と、前記溝に配してある弾性環と前記移動円筒に軸長方向に沿って連結されており、前記軸体の外側に周設された第２の筒体とを備え、前記摺接部材は前記溝にて前記弾性環の外側に配してあり、前記弾性環の付勢力によって径方向外向きに付勢されており、前記環状部材の端面に凹部が形成されており、前記第２の筒体の端部が前記凹部に嵌合していることを特徴とする。

本発明においては、摺接部材は弧状をなすので、移動円筒を摺接部材に嵌入させることはない。各摺接部材は移動円筒の外周面に沿って、前記外周面上に容易に取り付けられる。

本発明においては、弾性環の付勢力によって摺接部材は筒体の内周面に向けて付勢され、該内周面に接触し易くなる。

本発明に係る直線作動機は、前記弾性環を複数備えることを特徴とする。

本発明においては、複数の弾性環を使用することによって、線径の小さい弾性環であっても、充分な付勢力を摺接部材に付与することができる上、限られた空間内に弾性環を収めることができる。線径が大きい場合、単一の弾性環でも大きな付勢力を摺接部材に付与することができるが、線径の大きい弾性環を溝に配置した場合、溝内における弾性環の占有空間が大きくなりすぎて、弾性環と筒体との間に摺接部材を収める空間を確保することが難しい。

本発明に係る直線作動機は、前記軸体は雄ねじであり、前記移動円筒は、前記雄ねじに螺合したナットと、該ナット及び前記第２の筒体を連結し、軸長方向にて前記ナットに隣合う連結円筒とを有し、前記ナット又は連結円筒に前記摺接部材を設けてあることを特徴とする。

本発明においては、ナット又はナットに隣合う連結円筒に摺接部材を設けることによって、ナット付近において、雄ねじが支持され、雄ねじの共振が防止される。特にナットに摺接部材を設けた場合、ナットの振動が抑制されるので、雄ねじの振動抑制効果は高い。

本発明に係る直線作動機は、前記摺接部材は半円形状をなし、前記摺接部材を二つ備えることを特徴とする。

本発明においては、摺接部材を半円形状とすることで、二つの摺接部材だけで移動円筒の略全周を覆うことができ、最小の数量で摺接部材は筒体の内周に全体的に接触することができる。

本発明に係る直線作動機は、摺接部材は弧状をなすので、移動円筒を摺接部材に嵌入させることはない。各摺接部材は移動円筒の外周面に沿って、前記外周面上に容易に、且つ短時間で取り付けられ、直線作動機の組立効率を向上させることができる。

実施の形態１に係る直線作動機を略示する断面図である。 ナット付近の構成を略示する拡大断面図である。 軸長方向から見た摺接部材を略示する図である。 軸長方向からみた摺接部材の変更例を示す図である。 実施の形態２に係る直線作動機におけるナット付近の構成を略示する拡大断面図である。

（実施の形態１）
以下本発明を実施の形態１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断面図である。
直線作動機は筒体１を備え、該筒体１にボールねじ２（雄ねじ、軸体）が収容されている。ボールねじ２の軸長方向は筒体１の軸長方向と略同じである。ボールねじ２には、円筒形のナット２０がボール（図示略）を介して螺合している。

該ナット２０には、円筒形をなすロッド３（第２の筒体）の一端部が軸長方向に連結している。ロッド３の内側にはボールねじ２の一端部側が挿入されている。ロッド３の他端部は、筒体１の一端部から突出している。筒体１の一端部には、筒形の先端ハウジング４が内嵌しており、該先端ハウジング４の内周面に弾性部材からなる環状のスクレーパ４ａが設けてある。該スクレーパ４ａはロッド３の外周面に接触する。なおボールねじ２、ナット２０及びボールによってボールねじ機構が構成されている。

筒体１の他端部に、ベアリング５１、５１を収容する筒形のベアハウジング５０が内嵌しており、ボルトにて連結されている。ベアハウジング５０の両端部内側それぞれに、ベアリング５１、５１が同軸的に嵌合している。両ベアリング５１、５１によって、前記ボールねじ２と後述するサーボモータ７の出力軸７ａとを連結する連結軸５２が回転可能に支持されている。

筒体１の反対側において、ベアハウジング５０には、カップリング６１を収容した筒形のカップリングケース６０が外嵌している。ベアハウジング５０の反対側において、カップリングケース６０の開口部分に取付フランジ６２が設けてある。該取付フランジ６２を介して、サーボモータ７がカップリングケース６０にボルトで固定してある。

サーボモータ７の出力軸７ａがカップリングケース６０に挿入してあり、カップリング６１に連結している。カップリング６１と前記ボールねじ２の他端部とは、前記連結軸５２によって連結されている。なおサーボモータ７の出力軸７ａ、カップリング６１、連結軸５２、ボールねじ２は同軸上に配してある。

サーボモータ７の正逆回転によって、ボールねじ２が正逆回転し、ナット２０が軸長方向に沿って進退し、ロッド３が進退する。筒体１からのロッド３の突出長が長くなるか又は短くなり、ロッド３の突出端部に連結された物体を進退させることができる。

図２はナット２０付近の構成を略示する拡大断面図、図３は軸長方向から見た摺接部材２４を略示する図である。軸長方向において、ナット２０のロッド３側に連結円筒２１が同軸的に設けてある。前記ボールねじ２は連結円筒２１に挿入され、ナット２０に螺合している。連結円筒２１はナット２０と一体化しており、連結円筒２１の外周面にはねじ溝２１ａが形成してある。連結円筒２１の外側に、後述する摺接部材２４を支持する支持円環２２（環状部材）が設けてある。支持円環２２は内周面に雌ねじ２２ａを形成してあり、連結円筒２１に螺合している。

支持円環２２の外周面に円環溝２２ｂ（溝）が形成してある。また支持円環２２におけるロッド３側の内周縁部には、軸長方向に窪んだ凹部２２ｃが形成してある。凹部２２ｃは、軸長方向から見た場合に円環状をなす。

円筒形をなすロッド３の一端部内周面には雌ねじ３ａが形成してあり、ロッド３の一端部は連結円筒２１の外周面に螺合している。螺合したロッド３の一端部は前記凹部２２ｃに嵌合している。

円環溝２２ｂには、Ｏリング２３（弾性環）が設けてある。該Ｏリング２３の外側に半円形状をなす二つの摺接部材２４、２４が設けてある。摺接部材２４は、その内周をＯリング２３に対向させて円環溝２２ｂに取り付けてある。Ｏリング２３の略全周が二つの摺接部材２４、２４によって覆われている。Ｏリング２３は弾性部材からなり、摺接部材２４は、Ｏリング２３を押圧した状態でＯリング２３と筒体１の内周面との間に設けられている。そのため摺接部材２４は、Ｏリング２３によって径方向外向きに付勢され、筒体１の内周面に接触している。Ｏリング２３は例えば、ばね、ゴム、樹脂部材等で構成されるが、弾性力を有する部材であればよく、これらに限定されない。

なお、より大きな付勢力を摺接部材２４に付与させる場合、複数（例えば二つ）のＯリング２３を円環溝２２ｂに設けてもよい。この場合、線径の小さい複数のＯリング２３を、円環溝２２ｂにて軸長方向に並設させて、Ｏリング２３の径方向寸法が規定の寸法を超過することを回避し、且つ充分な大きさの付勢力を摺接部材２４に付与させることができる。Ｏリング２３の径方向寸法が規定の寸法を超過した場合、例えば線径の大きな単一のＯリング２３を使用した場合、充分な大きさの付勢力を摺接部材２４に付与することはできるが、Ｏリング２３と筒体１との間に摺接部材２４を収める空間を確保することが難しくなる。

サーボモータ７の回転によって、ナット２０及び連結円筒２１が軸長方向に沿って移動し、摺接部材２４が筒体１の内周面に接触して摺動する。ナット２０の移動時において、摺接部材２４が筒体１の内周面に接触しているので、ナット２０の振動が抑制され、ボールねじ２の共振を防止することができる。

なお摺接部材２４の素材は特に限定されるものではないが、耐摩耗性があり、筒体１との摺動時に異音、発熱、焼き付きが発生せず、加工し易い素材が好ましい。例えば、高力黄銅その他の銅合金、所定の表面処理を施した金属部材、樹脂部材等が挙げられる。また摺接部材２４は、筒体１とＯリング２３との間の寸法に応じて、筒体１の内周面への当接力を適切なものとすべく、切削加工される。そのため直線作動機の組立時に、必要に応じて摺接部材２４の厚み等を調整することで、前記当接力を調整することができる。

図４は、軸長方向からみた摺接部材２４の変更例を示す図である。摺接部材２４の形状は、半円形状に限定されない。例えば、図４Ａに示すように、１／３円形状とし、三つの摺接部材２４、２４、２４を円環溝２２ｂに設けてもよい。また図４Ｂに示すように、１／４円形状とし、四つの摺接部材２４、２４、２４、２４を円環溝２２ｂに設けてもよい。

実施の形態１に係る直線作動機にあっては、摺接部材２４は弧状をなすので、ナット２０及び連結円筒２１を摺接部材２４に嵌入させることはない。各摺接部材２４は、連結円筒２１の外周面に沿って、前記外周面上に容易に且つ短時間で取り付けられ、直線作動機の組立効率を向上させることができる。

またＯリング２３の付勢力によって、摺接部材２４は筒体１の内周面に向けて付勢され、該内周面に接触し易くなる。また筒体１に接触した摺接部材２４によって、ナット２０の振動が抑制されるので、ボールねじ２の共振を防止することができる。また摺接部材２４を半円形状とすることで、二つの摺接部材２４だけで連結円筒２１の略全周を覆うことができ、最小の数量で摺接部材２４は筒体１の内周に全体的に接触することができる。

（実施の形態２）
以下本発明を実施の形態２に係る直線作動機を示す図面に基づいて詳述する。図５はナット２０付近の構成を略示する拡大断面図である。支持環はナット２０に外嵌しており、ナット２０にて、摺動部材は筒体１の内周面に接触している。ロッド３とナット２０との間において、連結円筒２１の外周に固定ナット２５が螺合している。ロッド３の一端部は、連結円筒２１の外周に螺合し、固定ナット２５に当接して締め付け固定されてる。

実施の形態２に係る直線作動機にあっては、支持環をナット２０に設けて、ナット２０にて摺接部材２４を筒体１の内周面に接触させているので、ナット２０の振動を効率的に抑制し、ボールねじ２の振動抑制効果を高めることができる。

実施の形態２に係る構成の内、実施の形態１と同様な構成について同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

なお上述した実施の形態にあっては、軸回りに回転することを防止する回り止め部材をロッドに外嵌させてもよい。また筒体１は、軸長方向に長い筒状の部材によって構成され、その内側に収容されたナット２０、連結円筒２１、支持円環２２等の部材が軸長方向に移動することができる構成であればよい。従ってその外形は特に限定されるものではなく、角筒形、円筒形等種々の外形を採用することができる。

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。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、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 筒体
２ ボールねじ（雄ねじ、軸体）
３ ロッド（第２の筒体）
２０ ナット（移動円筒）
２１ 連結円筒（移動円筒）
２２ 支持円環（環状部材）
２２ｂ 円環溝（溝）
２３ Ｏリング（弾性環）
２４ 摺接部材

Claims (4)

1. 筒体と、該筒体の内側にて前記筒体の軸長方向に沿って配してある軸体と、該軸体に外嵌しており、軸長方向に移動する移動円筒と、該移動円筒及び前記筒体の間に配され、前記筒体の内側面に摺接する摺接部材とを備える直線作動機において、
   前記摺接部材を複数備え、
   各摺接部材は弧状をなし、前記移動円筒の外周に沿って設けてあり、
   前記移動円筒の外側に周設してある環状部材と、
   該環状部材の外周面に形成された環状の溝と、
   前記溝に配してある弾性環と
   前記移動円筒に軸長方向に沿って連結されており、前記軸体の外側に周設された第２の筒体と
   を備え、
   前記摺接部材は前記溝にて前記弾性環の外側に配してあり、前記弾性環の付勢力によって径方向外向きに付勢されており、
   前記環状部材の端面に凹部が形成されており、
   前記第２の筒体の端部が前記凹部に嵌合していることを特徴とする直線作動機。
2. 前記弾性環を複数備えることを特徴とする請求項１に記載の直線作動機。
3. 前記軸体は雄ねじであり、
   前記移動円筒は、
   前記雄ねじに螺合したナットと、
   該ナット及び前記第２の筒体を連結し、軸長方向にて前記ナットに隣合う連結円筒と
   を有し、
   前記ナット又は連結円筒に前記摺接部材を設けてあること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の直線作動機。
4. 前記摺接部材は半円形状をなし、
   前記摺接部材を二つ備えること
   を特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の直線作動機。

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