JP6038589B2

JP6038589B2 - 直動案内装置

Info

Publication number: JP6038589B2
Application number: JP2012229462A
Authority: JP
Inventors: 智之小和田; 昌紀利見
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: US10294989B2; WO2014061688A1; EP2910803A4; CN104736865B; EP2910803A1; US10294990B2; JP2014081036A; US20150260220A1; CN104736865A; US20170350447A1

Description

この発明は、工作機械、測定装置、搬送機器等の直動案内に用いられる直動案内装置、特に、太陽光・太陽熱発電装置の太陽軌道追尾用の直線進退部材の案内に好適な直動案内装置に関する。

工作機械等の位置決め部における直動案内に使用される部品として、例えば図１６に示すように、直線レール３０と、この直線レール３０に沿ってスライドするスライドユニット３１とを組み合わせたリニアレールガイド(直動転がり軸受とも称す)がある。このリニアレールガイドは、サイズや形状等が異なる多様な製品がメーカ各社から販売されており、負荷荷重や使用姿勢等の適用条件に合った適正なリニアレールガイドを選択することが可能である。

現在、多く使用されているリニアレールガイドには、２つのタイプがある。１つは、リニアレールガイド内のボールやローラ等の転動体(図示せず)が、スライドユニット３１の内部を循環する循環タイプである。もう１つのタイプは、クロスローラガイドと称する転動体が、保持器によって拘束された有限ストロークタイプである。いずれのタイプも、案内面となる直線レール３０や転動体に軸受鋼等の焼入れ鋼材を使用して、耐久性を高めてある。図１６の例のように、ボールねじ機構とリニアレールガイドとを組み合わせて、両者を互いに並列に設置することにより、ボールねじ機構にラジアル荷重およびモーメント荷重が直接作用しないようになり、耐久性能に優れ、高精度な直動案内を実現することができる。

リニアガイドレールを用いない直動案内の方法として、特許文献１〜４に、ハウジングの内面等に垂直溝や垂直案内面を設け、これら垂直溝や垂直案内面に沿ってカムフォロア等の軸受を転走させることで、直動案内を実現する技術が提案されている。また、特許文献５には、ハウジング側に円周方向に並ぶ複数の軸受を設け、これら軸受の外輪面を、中心に配置した直線進退部材に当てることで、直動案内を実現する技術が提案されている。

特開２００７−２１６２８０号公報特開平２−１８６１５７号公報特開２０１０−１７９３２３号公報特開２００７−３３３０４６号公報特開２００１−２２１２２９号公報

図１７に示すように、モータ６の駆動によるシリンダ型直動アクチュエータ７が、省エネルギー化を目的に、エアシリンダの代替として生産設備や搬送設備への採用が進んでいる。このシリング型直動アクチュエータは、使用する直動案内機構が重要で、直動案内機構がシリンダ型直動アクチュエータの外観、コスト、性能を決める主な要因となる。

リニアレールガイドによる直動案内機構は、剛性が高く真直性に優れた案内構造ではあるが、図１６のように直線レ−ル３０を多数のボルト等の固定具３２で固定する必要があり、省スペース化と低コスト化を進める上で障害となる。

また、リニアレールガイドを用いない直動案内機構には、以下の課題がある。前記特許文献１〜４には、回転運動を直線運動に変換する機構における直線運動部材の回り止めを主な目的としたもの(特許文献１、２)と、荷重を受けられるようにすることを主な目的としたもの(特許文献３、４)とがあるが、後者でも、軸受の個数と配置の都合上、受けられる荷重方向に制限がある。特に、斜め方向からの荷重に対しては、適応できない構造となっている。

特許文献５の場合、多様な方向からの荷重を受けることができるが、軸受の固定方法や、軸受の直線進退部材への押付け圧の調整が複雑である。

また、特に、太陽光・太陽熱発電装置の太陽軌道追尾用に使用される直動案内装置は、設置数が膨大で、砂漠等の環境が厳しい場所に設置されることが多いため、できるだけメンテナンスが少ないことが重要であり、アクチュエータ本体内への砂や水等の浸入を極力防止する必要がある。

そこで、この発明の目的は、剛性が高く、直動案内精度が良く、ガタつきの少ない直動案内装置を提供することである。

また、この発明の他の目的は、アクチュエータ本体内への砂や水等の浸入を極力防止することにより、メンテナンスの必要性が少ない直動案内装置を提供することである。

この発明の直動案内装置は、ハウジングと、このハウジングに軸中心回りに回転自在かつ軸方向に移動不能に支持されたねじ軸と、このねじ軸に螺合したナットを含み前記ねじ軸の回転によりねじ軸の軸方向に移動させられる直動体とを備え、前記ハウジングに前記ねじ軸の軸方向に沿う複数の案内面を設け、これら複数の案内面は２面ずつが対となり、これら対となる２つの案内面は、互いに非平行で背を向き合い、前記直動体に、軸方向に分割され互いに連結される複数の分割体を設け、この分割体に、前記各案内面に接する複数の被案内体を支持したことを特徴とする。

前記複数の分割体は、案内面と被案内体との間に予圧を付与するように連結される。

前記ハウジング内の内圧を外圧よりも高く設定することにより、外部の砂や水がハウジング内に浸入することを防止することができる。

前記直動体の往復動によってハウジング内に生じる圧縮側と膨張側の内圧差を緩和するために、ハウジングにベントフィルターを設置することが好ましい。

また、前記ハウジングと直動体との間に緩衝材を介在させてもよい。

また、前記ハウジングと直動体との間に定圧機能を付与するばね機構を介在させてもよい。

この発明の直動案内装置は、直動体を軸方向に分割した複数の分割体によって構成し、この分割体に、対となる２つの案内面に接する複数の被案内体を支持することにより、案内面と被案内体との間に予圧を付与することができるので、剛性が高く、直動案内精度が良く、ガタつきが少ない。

また、この発明の直動案内装置は、アクチュエータ本体内への砂や水等の浸入を極力防止できるので、メンテナンスの必要性が少ないので、太陽光・太陽熱発電装置の太陽軌道追尾用の直線進退部材として好適に使用することができる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる直動案内装置を備えた直動アクチュエータの破断側面図、（Ｂ）はそのＩＢ−ＩＢ断面図である。図１（Ａ）の部分拡大図である。図１（Ｂ）の部分拡大図である。直動案内装置の案内面の異なる例を示す断面図である。同案内面のさらに異なる例を示す断面図である。同案内面のさらに異なる例を示す断面図である。同案内面のさらに異なる例を示す断面図である。直動案内装置の被案内体の異なる例を示す断面図である。案内体のさらに異なる例を示す断面図である。同被案内体のさらに異なる例を示す断面図である。この発明の異なる実施形態にかかる直動案内装置の一部を省略した破断側面図である。図１１の実施形態の断面図である。ハウジングの内面にトラック溝を５本設けた実施形態の断面図である。この発明の他の実施形態にかかる直動案内装置を備えた直動アクチュエータの破断側面図である。この発明の他の実施形態にかかる直動案内装置を備えた直動アクチュエータの破断側面図である。（Ａ）は従来の直動案内装置の破断側面図、（Ｂ）そのXVIB−XVIB断面図である。従来の直動アクチュエータの破断側面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。
図１において、この直動案内装置１は、ハウジング２と、このハウジング２に軸中心回りに回転自在かつ軸方向に移動不能に支持されたねじ軸３と、このねじ軸３に螺合したナット４とを含む直動体５と備える。直動案内装置１は、駆動源であるモータ６と共に直動アクチュエータ７を構成する。

ハウジング２は、筒状の直動案内部２ａと、この直動案内部２ａの左右一方端に結合されたねじ軸支持部２ｂと、このねじ軸支持部２ｂの先に結合されたカップリング収容部２ｃと、前記直動案内部２ａの左右他方端に結合されたシャフト支持部２ｄと、このシャフト支持部２ｄの先に結合された蓋部２ｅとからなる。

前記ねじ軸３は、前記ナット４が螺合するボールねじ部３ａと、このボールねじ部３ａから基端側に続く円筒面部３ｂおよび雄ねじ部３ｃからなる。ねじ軸３は、ハウジング２のねじ軸支持部２ｂの内周に嵌合する複列の支持軸受８により、円筒面部３ｂが回転自在に支持されている。支持軸受８は、例えばアンギュラ玉軸受等の転がり軸受である。雄ねじ部３ｃには抜け止め用ナット９が螺着しており、ねじ軸３の軸方向移動が拘束されている。ねじ軸３は、ハウジング２のカップリング収容部２ｃ内に収容されたカップリング１０を介して、ハウジング２外に設置した前記モータ６の回転軸６ａと結合されている。

前記ナット４は、例えばねじ軸３のボールねじ部３ａとの接触面に沿ってボール(図示せず)を循環させるボールナットとされ、ボールねじ部３ａとナット４とでボールねじ機構１１を構成する。ボールねじ機構１１は、ねじ軸３を回転させることで、ナット４を含む直動体５が軸方向に移動する。

直動体５は、前記ナット４と、このナット４の外周に嵌合する移動ブラケット１２と、この移動ブラケット１２からねじ軸３の軸方向に延びるシャフト１３とからなる。ナット４と移動ブラケット１２とは、スプライン等により相互に回転不能に結合し、かつ図示しない抜け止め手段により互いに軸方向に移動不能とされている。

前記移動ブラケット１２は、軸方向に分割された複数の分割体１２ａ、１２ｂからなる。図１〜図３に示す実施形態では、２分割した例を示している。

前記複数の分割体１２ａ、１２ｂは、ねじ軸３を中心にして互いの回転角度を変更可能に固定ねじ２７によって連結固定される。

図２に示すようにシャフト１３は筒状で、その中空部に、ねじ軸３のナット４よりも突出した先端側部分が挿入されている。シャフト１３は、ハウジング２のシャフト支持部２ｄの内周に嵌合する直動滑り軸受１４により、ねじ軸３の軸方向に摺動自在に支持されている。移動ブラケット１２とシャフト１３は、一体であっても別体であってもよい。

ハウジング２の直動案内部２ａは、図１（Ｂ）のように、ねじ軸３の軸方向と直交する断面が略正方形の筒状で、その内面にねじ軸３の軸方向に沿う一定幅の案内面１５（１５Ａ〜１５Ｄ）が複数設けられている。各案内面１５は、後述する被案内体１６をねじ軸３の軸方向に案内するためのものである。図の例では、左右に１対ずつ、計４面の案内面１５が設けられている。これら複数の案内面１５は上下に並ぶ２面ずつ、すなわち案内面１５Ａと案内面１５Ｂ、および案内面１５Ｃと案内面１５ｄがそれぞれ対となっており、各対の案内面１５は互いに非平行で背を向き合っている。つまり、各対の案内面１５は、幅面がその延長線上で互いに交差している。各対の案内面１５は、ハウジング２の平坦な底面Ｆに対し、プラス４５°とマイナス４５°の角度でそれぞれ傾斜している(θ_Ａ，θ_Ｂ，θ_Ｃ，θ_Ｄ＝４５°)。

直動体５の移動ブラケット１２の分割体１２ａ、１２ｂには、前記案内面１５にそれぞれ接する被案内体１６が設けられている。被案内体１６は、移動ブラケット１２を構成する前記分割体１２ａ、１２ｂの外面に設けた、ねじ軸３の径方向に突出するトラニオン軸１７と、このトラニオン軸１７に取付けられて外周面が案内面１５に転接する転がり軸受１８とからなる案内軸受とされている。各被案内体１６のトラニオン軸１７は、その軸心Ｐがねじ軸３の軸中心Ｏと交差している。この実施形態の転がり軸受１８は、深溝玉軸受である。

前記分割体１２ａ、１２ｂは、ねじ軸３を中心にして互いの回転角度を変更可能に固定ねじ１２ｃによって連結しているので、被案内体１６と案内面１５との接触圧が変更可能であり、これにより被案内体１６と案内面１５との予圧調整を行うことができる。

この直動案内装置１を用いる直動アクチュエータ７は、モータ６の駆動でねじ軸３を回転させることにより、ナット４を含む直動体５がねじ軸３の軸方向に移動する。このとき、直動体５の移動ブラケット１２に設けられた複数の被案内体１６が、ハウジング２に設けられた複数の案内面１５にそれぞれ接した状態で移動することで、直動体５がねじ軸３の軸方向に精度良く案内される。

複数の案内面１５は、２面ずつが対となり、これら対となる２つの案内面１５は、互いに非平行で背を向き合っているため、直動体５に作用する荷重が、各案内面１５により荷重分散されて受けられる。そのため、さまざまな方向からの荷重や大きな荷重を受けることができる。また、背を向き合う２つの案内面１５にそれぞれ接する２つの被案内体１６は、前記分割体１２ａ、１２ｂを、ねじ軸３を中心にして回転させて固定ねじ１２ｃによって固定することにより、各案内面１５にそれぞれ圧接させることができる。被案内体１６によって２つの案内面１５に挟まれたハウジング２の部分を挟み付けた状態となるので、ハウジング２の剛性が向上する。案内面１５の対が、ねじ軸３の直径方向の両側に位置するように複数設けられているため、直動体５に作用する荷重を、各対の案内面１５でバランス良く支持することができる。案内面１５はハウジング２の内面に設けられており、被案内体１６を案内するためのレールを別途に設けなくて済むので、コンパクトな構成にすることができる。

この実施形態では、被案内体１６が、トラニオン軸１７と転がり軸受１８とからなる案内軸受であり、転がり軸受１８の外輪１８ａが案内面１５に転接するため、案内面１５と被案内体１６との摩擦抵抗が少なく、直動体５を円滑に移動させられる。また、転がり軸受１８として用いられている深溝宝軸受は、組立が容易で、手に入り易く低コストである。

図４のように、前記案内面１５は、ねじ軸３の軸中心Ｏに垂直な断面において円弧状に凸となる曲面としてもよい。この場合、案内面１５に対して、転がり軸受１８の外輪１８ａの外周面がエッジ接触することを避けられる。

また、図５のように、案内面１５における転がり軸受１８と接する幅内に、軸方向に延びる油溜まり溝２０を設けてもよい。この場合、転がり軸受１８の外輪１８ａの外周面が潤滑油切れになることが防がれて、転がり軸受１８の耐久性を高めることができる。

また、図６にように、案内面１５と転がり軸受１８との間に、案内面１５よりも表面硬度の高い耐摩耗用の板状部材２１を介在させてもよい。例えば、板状部材２１は、案内面１５の表面に貼り付けて設ける。この場合、転がり軸受１８の転がり接触による案内面１５の表面摩耗に対して耐久性を高めることができる。

上記板状部材２１を設ける代わりに、案内面１５の表面に表面硬化処理を施してもよい。この場合も、案内面１５の耐久性を向上させることができる。あるいは、ハウジング２全体に熱処理による硬化処理を施してもよい。この場合も、案内面１５の耐久性を向上させることができる。

なお、図７のように、ハウジング２を、ハウジング本体２Ａと、案内面１５を有しハウジング本体２Ａに固定された案内面形成部材２２とで構成してもよい。ハウジング本体２Ａと案内面形成部材２２とは、ボルト固定等の適正な方法で固定する。この場合、案内面１５の加工が容易である。

前記転がり軸受１８は、図８のように、トラニオン軸１７に軸方向に並べて背面組み合わせまたは正面組み合わせで複数設けたアンギュラ玉軸受としてもよい。これら複数のアンギュラ玉軸受には、予圧を与えるのが望ましい。転がり軸受１８を複列のアンギュラ玉軸受とすると、案内面１５に垂直な方向の荷重の他に、案内面１５の幅方向の荷重も受けることができる。また、予圧を与えることで、軸受間の隙間を無くして剛性を高めることができる。

被案内体１６を構成する案内軸受は、トラニオン軸１７と転がり軸受１８の組合せに代えて、図９のように、支軸２４ａの外周に転動体２４ｂを介して、外輸を兼ねるローラ２４ｃが設けられたカムフォロア２４としてもよい。カムフォロア２４は、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等の転がり軸受１８に比べて、外輪であるローラ２４ｃの幅寸法を広くできるため、単体での負荷容量を向上させることができる。転動体２４ｂが円筒ころ等のころからなる場合は、より一層負荷容量を向上させることが可能である。また、カムフォロア２４は、内輪を有しないため、直径方向に狭いスペースに配置することができる。

案内軸受が、転がり軸受１８やカムフォロア２４等のように案内面１５に転接する場合、案内軸受の外輪１８ａ、２４ｃの外周面に、ポリウレタン等の樹脂コーティングを施すとよい。これにより、外輪1８ａ、２４ｃと案内面１５との摺動性を向上させられる。

また、被案内体１６は、図１０のように、案内面１５に滑り接触するものであってもよい。この被案内体１６は、移動ブラケット１２に外周側へ突出して設けられた支持部材２５に、案内面１５に滑り接触する滑り接触部材２６を固定して設けてある。被案内体１６が案内面１５に滑り接触しでも、直動体５をねじ軸３の軸方向に精度良く案内することができる。

図１１は、直動体５の移動ブラケット１２を、軸方向に３つの分割体１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって構成し、この３つの分割体１２ａ、１２ｂ、１２ｃにそれぞれ被案内体１６を、ねじ軸３の回転方向に１２０°の間隔で３個ずつ設けている。

この図１１の実施形態では、図１２に示すように、ハウジング２の内面に、軸方向に延びる３本の直線条のトラック溝２８を設け、このトラック溝２８の対向壁を、被案内体１６の案内面１５にしている。

図１５は、ハウジング２の内面に、軸方向に延びる５本の直線条トラック溝２８を設け、このトラック溝２８の対向壁を、被案内体１６の案内面１５にした例を示している。

ところで、太陽光・太陽熱発電装置の太陽軌道追尾用に使用される直動案内装置１は、設置数が膨大で、砂漠等の環境が厳しい場所に設置されることが多いため、できるだけメンテナンスが少ないことが重要であり、アクチュエータ本体内への砂や水等の浸入を極力防止する必要がある。

このため、前記ハウジング２は、密閉構造とし、ハウジング２内の内圧を外圧よりも高く設定しておくことが好ましい。ハウジング２内の内圧を外圧よりも高く設定することにより、外部の砂や水等がハウジング２内への浸入を防止することができる。例えば、図１４に示すように、ハウジング２に加圧ポンプ２９を接続して、ハウジング２内の内圧を外圧よりも高く設定することができる。

前記ハウジング２を密封構造にした場合、直動体５の往復動によって圧縮側と膨張側が生じ、ハウジング２内に内圧差が生じる。このため、ハウジング２内に内圧差を緩和するために、図１５に示すように、ベントフィルター３０をハウジング２に設置することが好ましい。

また、前記ハウジング２と直動体５との間に緩衝材を介在させてもよい。

また、前記ハウジング２と直動体５との間に定圧機能を付与するばね機構を介在させてもよい。

１直動案内装置
２ハウジング
２Ａハウジング本体
３ねじ軸
４ナット
５直動体
６モータ
７直動アクチュエータ
１２移動ブラケット
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ分割体
１５、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ案内面
１６被案内体
１７トラニオン軸
１８転がり軸受
１８ａ外輪
２０油溜まり溝
２１板状部材
２２案内面形成部材
２４カムフォロア
２４ｃローラ(外輪)
２６滑り接触部材
２７固定ねじ
２８トラック溝
２９加圧ポンプ
３０ベントフィルター

Claims

ハウジングと、このハウジングに軸中心回りに回転自在かつ軸方向に移動不能に支持されたねじ軸と、このねじ軸に螺合したナットを含み前記ねじ軸の回転によりねじ軸の軸方向に移動させられる直動体とを備えた直動案内装置であって、
前記ハウジングに前記ねじ軸の軸方向に沿う複数の案内面を設け、これら複数の案内面は２面ずつが対となり、これら対となる２つの案内面は、互いに非平行で背を向き合い、前記直動体に、軸方向に分割され互いに連結される複数の分割体を設け、この分割体に、前記各案内面に接する複数の被案内体を支持し、前記複数の分割体を、案内面と被案内体との間に予圧を付与するように連結したことを特徴とする直動案内装置。
前記分割体に、ねじ軸の径方向に突出するトラニオン軸を設け、このトラニオン軸に、前記被案内体を構成する案内ローラを設けたことを特徴とする請求項１記載の直動案内装置。
前記ハウジング内の内圧を外圧よりも高く設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の直動案内装置。
前記直動体の往復動によってハウジング内に生じる圧縮側と膨張側の内圧差を緩和するベントフィルターをハウジングに設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の直動案内装置。