JP6574956B2 - Linear motion actuator using worm gear and linear motion method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ウォームギアを用いた直動アクチュエータ及びその直動方法に関し、特に、一対のウォームギアと平歯車とウォームホイールを用い、直交変換によって軸を回転しつつ直動させるための新規な改良に関する。 The present invention relates to a linear motion actuator using a worm gear and a linear motion method thereof, and more particularly, to a novel improvement for linear motion while rotating a shaft by orthogonal transformation using a pair of worm gears, spur gears, and worm wheels.
従来、用いられていたこの種のリニアアクチュエータとしては、例えば、特許文献1に開示されている構成を挙げることができる。
すなわち、図5及び図6で示されるように、例えば、家具調整用のリニアアクチュエータは、可逆電気モータ2付きハウジング1を備えており、前記モータは、伝動装置11,13を介して力吸収軸受16付きスピンドル4を駆動するようになっている。スピンドル4上にナット5があり、そこに外管7によって取り囲まれた作動ロッド6が固定される。アクチュエータは、作動ロック6とリアマウントとを備え、当該リアマウントにアクチュエータが内蔵される構造となっている。モータハウジングは支持構造の一部であり、コンソールは外管7、スピンドル軸受、及びリアマウント用の固定具によりモータハウジングに固定され、ここに発生する力を吸収するように設計されている。
Conventionally used linear actuators of this type include, for example, the configuration disclosed in Patent Document 1.
That is, as shown in FIGS. 5 and 6, for example, a linear actuator for furniture adjustment includes a housing 1 with a reversible electric motor 2, and the motor is a force absorbing bearing via transmissions 11 and 13. The spindle 4 with 16 is driven. There is a nut 5 on the spindle 4 to which an actuating rod 6 surrounded by an outer tube 7 is fixed. The actuator includes an operation lock 6 and a rear mount, and the actuator is built in the rear mount. The motor housing is a part of the support structure, and the console is fixed to the motor housing by the outer tube 7, the spindle bearing, and the rear mounting fixture, and is designed to absorb the force generated there.
従来のリニアアクチュエータは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、複数の伝導装置とナットと力吸収軸受等を必要とするため、部品点数が多くなり、組立工数も多くなっていた。
また、全体形状がピストル型をなしているため、作動ロッドは一方のみに出没し、後端側にマウントのみで、作動ロッドを外管の両側に貫通させて、両側で作動ロッドを用いるようにすることは不可能であった。
また、図示していないが、従来、ウォームギア対ウォームホイールの組合せを用い、ウォームギアを回転させるとウォームホイールが回転する直交変換ギアが一般的であるが、本願のように回転直動変換を行うための機構は開発されていなかった。
また、他の従来構成として、ラックとボールネジ機構を用いることができるが、モータ等の付属部品を取り付けると、構造が複雑となり、小型化が困難であった。
Since the conventional linear actuator is configured as described above, the following problems exist.
That is, since a plurality of transmission devices, nuts, force absorbing bearings, and the like are required, the number of parts is increased and the number of assembly steps is also increased.
In addition, since the overall shape is a pistol type, the operating rod will appear only on one side, only the mount on the rear end side, and the operating rod will penetrate both sides of the outer tube, and the operating rod will be used on both sides. It was impossible to do.
Although not shown in the figure, conventionally, an orthogonal conversion gear that rotates the worm wheel when the worm gear is rotated using a combination of a worm gear and a worm wheel is generally used. The mechanism was not developed.
Further, as another conventional configuration, a rack and a ball screw mechanism can be used. However, when attachment parts such as a motor are attached, the structure becomes complicated and it is difficult to reduce the size.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、一対のウォームギアと平歯車とウォームホイールを用い、直交変換によって軸を回転しつつ直動させる回転直動変換を行うようにしたウォームギアを用いた直動アクチュエータ及びその直動方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and in particular, performs rotation / linear motion conversion in which a pair of worm gears, spur gears, and worm wheels are used to linearly move while rotating a shaft by orthogonal transformation. It is an object of the present invention to provide a linear motion actuator using the worm gear and a linear motion method thereof.
本発明によるウォームギアを用いた直動アクチュエータは、枠体に設けられたサーボモータと、前記枠体内に回転自在に設けられ前記サーボモータの回転軸に接続された第1ウォームギアと、前記枠体に回転かつ直動自在に設けられ、前記第1ウォームギアの第1軸方向と直交する第2軸方向に沿って位置する軸と、前記軸上に設けられ、前記第1ウォームギアと噛合する平歯車と、前記軸上に設けられ、前記平歯車とは離間して位置する第2ウォームギアと、前記枠体内に設けられ、前記第2軸方向に対して直交する前記第1軸方向に沿う軸方向を有するウォームホイールと、を備え、前記サーボモータにより回転する前記第1ウォームギアの回転は前記平歯車を介して直交変換されて前記軸が回転し、前記軸と共に回転する前記第2ウォームギアが固定配置の前記ウォームホイールと噛合していることにより、前記軸は回転しつつ前記第2軸方向に沿って直動するようにした構成であり、また、前記軸の端部には、断面凹状をなす接続部材が設けられ、前記接続部材は、前記軸に対して連れ回りしない構成であり、また、前記軸の両端部は、前記枠体の両側板から外方へ貫通・突出している構成であり、また、前記両側板には、ボールスプラインからなる軸受が設けられ、前記軸は、前記各軸受を貫通している構成であり、また、本発明によるウォームギアを用いた直動アクチュエータの直動方法は、枠体に設けられたサーボモータと、前記枠体内に回転自在に設けられ前記サーボモータの回転軸に接続された第1ウォームギアと、前記枠体に回転かつ直動自在に設けられ、前記第1ウォームギアの第1軸方向と直交する第2軸方向に沿って位置する軸と、前記軸上に設けられ、前記第1ウォームギアと噛合する平歯車と、前記軸上に設けられ、前記平歯車とは離間して位置する第2ウォームギアと、前記枠体内に設けられ、前記第2軸方向に対して直交する前記第1軸方向に沿う軸方向を有するウォームホイールと、を用い、前記サーボモータにより回転する前記第1ウォームギアの回転は前記平歯車を介して直交変換されて前記軸が回転し、前記軸と共に回転する前記第2ウォームギアが固定配置の前記ウォームホイールと噛合していることにより、前記軸は回転しつつ前記第2軸方向に沿って直動するようにした方法であり、また、前記軸の端部には、断面凹状をなす接続部材が設けられ、前記接続部材は、前記軸に対して連れ回りしないようにした方法であり、また、前記軸の両端部は、前記枠体の両側板から外方へ貫通・突出している方法であり、また、前記両側板には、ボールスプラインからなる軸受が設けられ、前記軸は、前記各軸受を貫通している方法である。 A linear motion actuator using a worm gear according to the present invention includes a servo motor provided in a frame, a first worm gear rotatably provided in the frame and connected to a rotation shaft of the servo motor, and the frame. A shaft that is rotatably and linearly movable and is positioned along a second axial direction orthogonal to the first axial direction of the first worm gear; and a spur gear that is provided on the shaft and meshes with the first worm gear; A second worm gear provided on the shaft and spaced apart from the spur gear; and an axial direction along the first axial direction provided in the frame and orthogonal to the second axial direction. A rotation of the first worm gear that is rotated by the servo motor is orthogonally transformed via the spur gear, the shaft rotates, and the second worm gear that rotates together with the shaft. When the gear is meshed with the fixedly arranged worm wheel, the shaft is configured to move linearly along the second axial direction while rotating, and at the end of the shaft, A connecting member having a concave cross section is provided, and the connecting member does not rotate with respect to the shaft, and both end portions of the shaft penetrate and project outward from both side plates of the frame body. Further, the both side plates are provided with bearings made of ball splines, the shafts are configured to penetrate the bearings, and the linear actuator using the worm gear according to the present invention The linear motion method includes a servo motor provided in a frame, a first worm gear rotatably provided in the frame and connected to a rotation shaft of the servo motor, and being rotatable and linearly movable on the frame. Provided, before A shaft positioned along a second axial direction orthogonal to the first axial direction of the first worm gear; a spur gear provided on the shaft and meshing with the first worm gear; provided on the shaft; A second worm gear positioned away from the gear, and a worm wheel provided in the frame and having an axial direction along the first axial direction perpendicular to the second axial direction. The rotation of the first worm gear rotated by the motor is orthogonally transformed via the spur gear, the shaft rotates, and the second worm gear rotating together with the shaft meshes with the fixedly arranged worm wheel. The shaft is a method of linearly moving along the second axial direction while rotating, and a connecting member having a concave cross section is provided at an end of the shaft, Above It is a method that does not rotate with respect to the shaft, and both end portions of the shaft are a method of penetrating and projecting outward from both side plates of the frame body. A bearing comprising a ball spline is provided, and the shaft penetrates the bearings.
本発明によるウォームギアを用いた直動アクチュエータ及びその直動方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、第1ウォームギアと平歯車の組合せ、及び、第2ウォームギアとウォームホイールの組合せの2段の減速が可能となり、大減速が可能で安価で単純構造の直動アクチュエータを得ることができる。
また、前述の減速構造であることにより、モータ停止、システムダウン等の異常時においても、軸の絶縁位置を保持することができる。
また、軸の端部に接続された接続部材が軸に対して連れ回りしないように構成されているため、接続部材は回転しない状態で第2軸方向に沿う直動のみを行うことができる。
Since the linear motion actuator using the worm gear and the linear motion method according to the present invention are configured as described above, the following effects can be obtained.
That is, a combination of the first worm gear and the spur gear and a combination of the second worm gear and the worm wheel can be reduced in two stages, and a linear actuator having a simple structure can be obtained at a large speed.
Further, the speed reduction structure described above makes it possible to maintain the shaft insulation position even when an abnormality occurs such as when the motor is stopped or the system is down.
In addition, since the connecting member connected to the end of the shaft is configured not to rotate with respect to the shaft, the connecting member can only move linearly along the second axial direction without rotating.
本発明は、一対のウォームギアと平歯車とウォームホイールを用い、直交変換によって軸を回転しつつ直動させるようにしたウォームギアを用いた直動アクチュエータ及びその直動方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a linear motion actuator using a worm gear that uses a pair of worm gears, a spur gear, and a worm wheel and that rotates linearly by orthogonal transformation and a linear motion method thereof. .
以下、図面と共に本発明によるウォームギアを用いた直動アクチュエータ及びその直動方法の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図1において、符号1で示されるものは、全体形状が箱又は枠状をなす四角形の枠体であり、この枠体1の図で見て頂板1aにはサーボモータ2が設けられ、このサーボモータ2は周知の制御部100によってその回転動作を正確に制御することができるように構成されている。
Hereinafter, preferred embodiments of a linear motion actuator using a worm gear and a linear motion method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to a part the same as that of a prior art example, or an equivalent part.
In FIG. 1, what is denoted by reference numeral 1 is a rectangular frame whose overall shape is a box or a frame, and a servo motor 2 is provided on a
前記枠体1の両側に設けられた一対の側板1b,1cには、ボールスプラインからなる軸受16,17が各々設けられている。
前記各側板1b,1c間には、前記各軸受16,17を貫通して1本の軸6が外側に突出する状態で配設され、回転しつつ第2軸方向Bに沿って直動できるように構成されている。
The pair of side plates 1b and 1c provided on both sides of the frame 1 are provided with bearings 16 and 17 made of ball splines, respectively.
Between the side plates 1b and 1c, a single shaft 6 is disposed so as to protrude through the bearings 16 and 17, and can move linearly along the second axial direction B while rotating. It is configured as follows.
前記軸6の両端、すなわち、各端部6a,6bは、前記各軸受16,17を貫通し、かつ、各軸受16,17及び各側板1b,1cの外側に突出して位置している。
前記各端部6a,6bには、断面凹状をなす接続部材6A,6Bが嵌め込まれ、前記軸6が回転(自転)しつつ直動している状態でも、前記各端部6a,6bは各孔部6aA,6bB内で面同士が空回りするように構成されている。従って、前記各接続部材6A,6Bは、前記軸6に対して、連れ回りすることなく、非回転状態で第2軸方向Bに沿って直動することができるように構成されている。
Both ends of the shaft 6, that is, the end portions 6 a and 6 b are positioned so as to penetrate the bearings 16 and 17 and to protrude outside the bearings 16 and 17 and the side plates 1 b and 1 c.
The end portions 6a and 6b are fitted with connecting
前記軸6上には、互いに所定距離だけ離間した状態で、平歯車70と第2ウォームギア71が配設されている。
前記サーボモータ2の回転軸2Aは、前記軸6の第2軸方向Bに対して直交する第1軸方向Aに沿って延設され、前記回転軸2A上に設けられた第1ウォームギア72は前記平歯車70と噛合している。
A
A rotary shaft 2A of the servo motor 2 extends along a first axial direction A orthogonal to the second axial direction B of the shaft 6, and a first worm gear 72 provided on the rotary shaft 2A is It meshes with the
前記平歯車70と第1ウォームギア72とは、図2に示されているように、前記第1ウォームギア72の回転が平歯車70に噛合していることにより、回転が直交変換され、前記第1ウォームギア72の回転によって前記軸6が回転(自転)するように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
前記枠体1の頂板1aの下面1aAには、回転自在なウォームホイール73を有する軸体74が固定され、前記ウォームホイール73が前記第2ウォームギア71に噛合している。
前記第2ウォームギア71が前記ウォームホイール73と噛合した状態で前記軸6と共に回転することにより、前記ウォームホイール73は、枠体1に固定状態であるため、前記軸6が回転しつつ第2軸方向Bに沿って直動することができるように、回転・直動可能に構成されている。従って、前述のように、軸6が直動する場合は、平歯車70が、第1ウォームギア72に対して滑ることになる。
The lower surface 1aA of the
By rotating together with the shaft 6 in a state where the second worm gear 71 is meshed with the worm wheel 73, the worm wheel 73 is fixedly der because the frame 1, the shaft 6 second while rotating the It is configured to be rotatable and linearly movable so that it can linearly move along the axial direction B. Accordingly, as described above, when the shaft 6 moves linearly, the
従って、前述の構成において、前記制御部100を介して前記サーボモータ2の回転軸2Aを回転させると、前記回転軸2Aの回転は、前記第1ウォームギア72と前記平歯車70を介して直交変換されて前記軸6が回転し、この軸6の回転が前記第2ウォームギア71と前記ウォームホイール73を介して軸6の直動に変換されることによって、前記軸6の直動を得ることができる。
Accordingly, in the configuration described above, when the rotation shaft 2A of the servo motor 2 is rotated via the
尚、本発明によるウォームギアを用いた直動アクチュエータ及びその直動方法の要旨とするところは、次の通りである。
すなわち、枠体1に設けられたサーボモータ2と、前記枠体1内に回転自在に設けられ前記サーボモータ2の回転軸2Aに接続された第1ウォームギア72と、前記枠体1に回転かつ直動自在に設けられ、前記第1ウォームギア72の第1軸方向Aと直交する第2軸方向Bに沿って位置する軸6と、前記軸6上に設けられ、前記第1ウォームギア72と噛合する平歯車70と、前記軸6上に設けられ、前記平歯車70とは離間して位置する第2ウォームギア71と、前記枠体1内に設けられ、前記第2軸方向Bに対して直交する前記第1軸方向Aに沿う軸方向を有するウォームホイール73と、を備え、前記サーボモータ2により回転する前記第1ウォームギア72の回転は前記平歯車70を介して直交変換されて前記軸6が回転し、前記軸6と共に回転する前記第2ウォームギア71が固定配置の前記ウォームホイール73と噛合していることにより、前記軸6は回転しつつ前記第2軸方向Bに沿って直動するようにした構成と方法であり、また、前記軸6の端部6a,6bには、断面凹状をなす接続部材6A,6Bが設けられ、前記接続部材6A,6Bは、前記軸6に対して連れ回りしない構成と方法であり、また、前記軸6の両端部6a,6bは、前記枠体1の両側板1b,1cから外方へ貫通・突出している構成と方法であり、また、前記両側板1b,1cには、ボールスプラインからなる軸受16,17が設けられ、前記軸6は、前記各軸受16,17を貫通している構成と方法である。
The gist of the linear motion actuator using the worm gear and the linear motion method according to the present invention is as follows.
That is, the servo motor 2 provided in the frame 1, the first worm gear 72 rotatably provided in the frame 1 and connected to the rotation shaft 2 A of the servo motor 2, A shaft 6 provided along the second axial direction B perpendicular to the first axial direction A of the first worm gear 72 and provided on the shaft 6 and meshed with the first worm gear 72. A
本発明によるウォームギアを用いた直動アクチュエータ及びその直動方法は、軸を回転させつつ直動させることができ、簡単な構造で安価に製作することができる。 The linear motion actuator using the worm gear and the linear motion method according to the present invention can be linearly moved while rotating the shaft, and can be manufactured inexpensively with a simple structure.
1 枠体
1a 頂板
1b,1c 側板
1aA 下面
2 サーボモータ
2A 回転軸
6 軸
6A,6B 接続部材
6aA,6bB 孔部
16,17 ボールスプライン(軸受)
A 第1軸方向
B 第2軸方向
70 平歯車
71 第2ウォームギア
72 第1ウォームギア
73 ウォームホイール
74 軸体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
A First axial direction B Second
Claims (8)
前記サーボモータ(2)により回転する前記第1ウォームギア(72)の回転は前記平歯車(70)を介して直交変換されて前記軸(6)が回転し、前記軸(6)と共に回転する前記第2ウォームギア(71)が固定配置の前記ウォームホイール(73)と噛合していることにより、前記軸(6)は回転しつつ前記第2軸方向(B)に沿って直動するように構成したことを特徴とするウォームギアを用いた直動アクチュエータ。 The servo motor (2) provided on the top plate (1a) of the frame (1) having both side plates (1b, 1c), and the servo motor (2) provided rotatably in the frame (1). A first worm gear (72) connected to a rotating shaft (2A), and a frame (1) that is rotatably and linearly movable and orthogonal to the first axial direction (A) of the first worm gear (72). A shaft (6) positioned along the second axial direction (B), a spur gear (70) provided on the shaft (6) and meshing with the first worm gear (72), and the shaft (6 ) And a second worm gear (71) which is located apart from the spur gear (70), and is provided in the frame (1) and orthogonal to the second axial direction (B). A worm wheel (73) having an axial direction along the first axial direction (A),
The rotation of the first worm gear (72) rotated by the servo motor (2) is orthogonally transformed through the spur gear (70) to rotate the shaft (6) and rotate together with the shaft (6). The second worm gear (71) meshes with the fixedly arranged worm wheel (73), so that the shaft (6) rotates and linearly moves along the second axial direction (B). A linear motion actuator using a worm gear characterized by
前記サーボモータ(2)により回転する前記第1ウォームギア(72)の回転は前記平歯車(70)を介して直交変換されて前記軸(6)が回転し、前記軸(6)と共に回転する前記第2ウォームギア(71)が固定配置の前記ウォームホイール(73)と噛合していることにより、前記軸(6)は回転しつつ前記第2軸方向(B)に沿って直動するように構成したことを特徴とするウォームギアを用いた直動アクチュエータの直動方法。 The servo motor (2) provided on the top plate (1a) of the frame (1) having both side plates (1b, 1c), and the servo motor (2) provided rotatably in the frame (1). A first worm gear (72) connected to a rotating shaft (2A), and a frame (1) that is rotatably and linearly movable and orthogonal to the first axial direction (A) of the first worm gear (72). A shaft (6) positioned along the second axial direction (B), a spur gear (70) provided on the shaft (6) and meshing with the first worm gear (72), and the shaft (6 ) And a second worm gear (71) which is located apart from the spur gear (70), and is provided in the frame (1) and orthogonal to the second axial direction (B). A worm wheel (73) having an axial direction along the first axial direction (A),
The rotation of the first worm gear (72) rotated by the servo motor (2) is orthogonally transformed through the spur gear (70) to rotate the shaft (6) and rotate together with the shaft (6). The second worm gear (71) meshes with the fixedly arranged worm wheel (73), so that the shaft (6) rotates and linearly moves along the second axial direction (B). A linear motion method for a linear motion actuator using a worm gear.
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