JP6611558B2 - 出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータに関する。

従来、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、特許文献２、特許文献３に示すようなものがある。

特開２００２−３７２１１７号公報 特開２００８−１７２９２１号公報 特開２００９−９２１０２号公報

しかしながら、特許文献１は出力軸を案内する機能がないため、出力軸にモーメントやラジアル荷重がかからない様に設置する必要があり、モーメントやラジアル荷重がかかった場合、動きにくくなり、寿命に影響を及ぼす問題点があった。
一例として、図５（ａ）（ｂ）に示すようにリニアアクチュエータ５１を一般的な直動機器５０に組みつける場合の問題点を説明する。直動機器５０は、ベース板５３上にガイドレール５４があり、ガイドレール５４に案内されているガイドブロック５５と、ガイドブロック５５に固定されている、Ｌ字型のテーブル５６で構成されている。直動機器５０のテーブル５６の一端面にリニアアクチュエータ５１のボールネジ軸４３の先端を結合しており、リニアアクチュエータ５１のボールネジ軸４３が移動するとガイドレール５４に沿ってガイドブロック５５と共にテーブル５６が直動する。
直動機器５０にリニアアクチュエータ５１を組み付ける際、回転中心であるデータムＡに対する出力ネジ軸４３の同軸度、およびリニアアクチュエータ５１とアクチュエータ取付板５２の組付部であるデータムＢに対する出力ネジ軸４３の直角度を、精度良く組み付ける必要がある。データムＡに対する出力ネジ軸４３の同軸度、データムＢに対する出力ネジ軸４３の直角度は、それぞれφ０．０２〜０．０５程度に精度よく規制する必要がある。そのためには部品の精度の確保、組み付けの調整をする必要があり、精度確認のための測定も大変手間がかかるという問題点があった。
特許文献２、特許文献３は出力用ネジ軸の出力部分を丸軸に加工して、丸軸の外周部分を案内する機構を設けており、ストロークが限られることや加工費がかかるという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点（欠点）に着目してなされたもので、出力用ネジ軸であるボールネジ軸又は滑りネジ軸の外周で案内することにより上記の問題点を解決することができる出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、中空状回転軸（１３）を有するモータ部（１０）と、該中空状回転軸（１３）の軸線上に挿通された出力用ネジ軸（２３）と、前記中空状回転軸（１３）内に配設されて前記出力用ネジ軸（２３）と螺合するネジナット（２４）とを備え、前記中空状回転軸（１３）の回転運動が前記出力用ネジ軸（２３）の直線運動に変換されるように前記ネジナット（２４）が設けられており、前記出力用ネジ軸（２３）の外周を摺動自在に案内する滑り性に優れたサポートガイド機構がアクチュエータハウジング部（２２）の出力側フランジ部（２１）に装着されており、前記出力用ネジ軸（２３）の外径と前記サポートガイド機構の内径との間に隙間（Ｇ）を設け、
前記出力用ネジ軸（２３）の外周を摺動自在に案内するサポートガイド機構の軸方向長さが前記出力用ネジ軸（２３）のネジ部を摺動自在に保持し得る長さに設定されていることにある。
前記中空状回転軸が小径部と大径部とを有する段付き構造に形成されており、前記小径部に前記モータ部の回転子が取付けられ、前記大径部内に前記ネジナットが配設されていることにある。
前記出力用ネジ軸はボールネジ軸であり、前記ネジナットはボールネジナットであることにある。
前記出力用ネジ軸は滑りネジ軸であり、前記ネジナットは滑りネジナットであることにある。
前記出力用ネジ軸の外周を摺動自在に案内するサポートガイド機構は、出力側フランジ部に装着されていることにある。
前記出力用ネジ軸の外周を摺動自在に案内するサポートガイド機構は、出力側フランジ部および反出力側ブラケット部に装着されていることにある。
前記出力用ネジ軸の外周を摺動自在に案内するサポートガイド機構と、前記出力用ネジ軸の外周との間には隙間が設けられていることにある。
前記出力用ネジ軸の外周を摺動自在に案内するサポートガイド機構は、前記出力用ネジ軸のリードピッチの２倍以上の長さが設けられていることにある。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
前記出力用ネジ軸の外周を摺動自在に案内する滑り性に優れたサポートガイド機構の軸方向長さが前記出力用ネジ軸のネジ部を摺動自在に保持し得る長さに設定されているので、簡単な構成で、出力用ネジ軸のネジ部を摺動自在に保持することができ、極めて経済的で、実用に供することができる。

本発明の実施の形態による出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図１の出力側フランジ部を示し、（ａ）はフランジ部の正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大断面図である。 ボールネジ軸サポートガイドを内蔵したリニアアクチュエータを直動機器に組込んだ本発明の他の実施の形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施の形態による出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータの変形例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。 従来のリニアアクチュエータを直動機器に組込む際に、ボールネジ軸にラジアル荷重やモーメントが加わらないように組み付ける形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、本発明に係るリニアアクチュエータ１を示している。
このリニアアクチュエータ１において、モータ部１０は、ステータ１１とロータ１２と中空シャフト１３とで構成されている。前記ロータ１２は中空シャフト１３の外周面に一体に設けられており、前記ロータ１２の周囲に前記ステータ１１が配設されている。

前記中空シャフト１３は、反出力側ベアリング１５によって支持された小径部１３ａと、スラスト兼ラジアルベアリング１４によって支持された大径部１３ｂとが軸方向にずらせて設けられている。前記スラスト兼ラジアルベアリング１４の外輪は、ケース１９の内周面に設けられた段差部１９ａによって一端が係止されており、他端がベアリング固定リング１６によって固定されている。前記スラスト兼ラジアルベアリング１４の内輪は、大径部１３ｂの外周面に設けられた段差部１３ｃによって一端が係止されており、他端はロックナット１７が大径部１３ｂの外周面に設けられたネジ部に螺合して固定されている。前記スラスト兼ラジアルベアリング１４は、リニアアクチュエータ１の筒状のケース１９内に内蔵されており、ブラケット２０およびフランジ２１とともにアクチュエータハウジング２２が構成されている。

２３は前記中空シャフト１３の中空部１３ｄの軸線上に挿通された出力用ネジ軸となるボールネジ軸で、このボールネジ軸２３のネジ部２３ａには、前記中空シャフト１３の中空部１３ｄに挿入された環状のボールネジナット２４が同心状に螺合して取り付けられている。
ボールネジナット２４には、中空シャフト１３の中空部１３ｄの開口端側の外周面に、フランジ部２４ａが設けられており、このフランジ部２４ａのボールネジ軸２３と同軸方向に形成された開口孔２４ｂに、前記ボールネジ締結ネジ１８が挿通されて前記ロックナット１７に螺着されている。

ボールネジ軸２３はフランジ２１の開口穴２１ａから一端部が出力軸として外部へ導出されており、この一端部は前記フランジ２１の開口穴２１ａに設けられた出力用ボールネジ軸（出力用ネジ軸）２３の外周を案内する機構、すなわちボールネジ軸サポートガイド２５に摺動自在に支持されている。
このボールネジ軸サポートガイド２５について、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）により説明する。
このボールネジ軸サポートガイド２５は、リニアアクチュエータ１の出力側のフランジ２１の開口穴２１ａに圧入されて取り付けられており、このボールネジ軸サポートガイド２５は、リードピッチの２倍以上の長さに設定されている。

このボールネジ軸サポートガイド２５はボールネジ軸２３のねじ山で案内する構造となっているため、ボールネジ軸サポートガイド２５の円筒部であるＬ１の寸法はボールネジ軸２３のピッチＰ寸法より長くなくては受けられない。スムーズに動作させるためには常に２山以上で受けている必要があるためボールネジ軸サポートガイド２５のＬ１の寸法はＰ・２以上必要であり、Ｎを２以上の自然数としてＰ・Ｎが大きい程、ねじとボールネジ軸サポートガイド２５の同軸性が良くなるため、スムーズに動く構造になっている。なお、ボールネジ軸サポートガイド２５の円筒部の両端面には、下記に説明する面取りが必要となる。この面取りの寸法をＬ２として、ボールネジ軸サポートガイド２５の全長をＬとすると、前記Ｌ１は、Ｌ−２×Ｌ２の寸法になる。

ボールネジ軸２３とボールネジ軸サポートガイド２５がスムーズに動くためにはボールネジ軸２３の外径とボールネジ軸サポートガイド２５の内径にＧの隙間が必要である。隙間Ｇはボールネジ軸２３とボールネジナット２４の隙間に関係してくる。
ボールネジ軸２３とボールネジナット２４の隙間が０または予圧状態の場合、ボールネジ軸２３とボールネジ軸サポートガイド２５は、スムーズに動く最小値にしておく必要がある。この場合、ボールネジ軸２３の外径とボールネジ軸サポートガイド２５の内径の隙間Ｇは、０．００１ｍｍからボールネジ軸の直径による穴のはめあい公差Ｈ６の上限値程度が妥当である。逆にボールネジ軸２３とボールネジナット２４の隙間が０．５ｍｍと大きい場合は、ボールネジ軸２３の外径とボールネジ軸サポートガイド２５の内径に隙間Ｇは、０．００１ｍｍからボールネジ軸２３とボールネジナット２４の隙間と同等程度の隙間が妥当である。

上記の説明からボールネジ軸２３とボールネジナット１３の隙間に応じてボールネジ軸２３とボールネジ軸サポートガイド２５にも隙間を設けるが、ボールネジ軸サポートガイド２５の内径２５Ｃ部に対し、ボールネジ軸２３は隙間分斜めになることがある。この場合、ボールネジ軸サポートガイド２５の内径部２５Ｃと側面２５Ａ部、２５Ｂ部の端部が直角であるとボールネジ軸２３の山から谷へ形状が移行する部分で引っかかりが生じ、スムーズにボールネジ軸２３が動かなくなる。それをなくすためにボールネジ軸サポートガイド２５の内径部２５Ｃと側面２５Ａ部、２５Ｂ部の端部に２５ａのような角面取り又は丸面取りを入れることで引っかかりがなくなる（図２（ｃ）参照）。面取りの寸法Ｌ２はボールネジ軸２３とボールネジ軸サポートガイド２５の隙間より大きくしておくことは当然であるが、摩耗も考慮した上で大きく取っておく必要がある。加工性も考え、隙間が０．００１ｍｍの場合は面取りを０．１ｍｍ以上、隙間が０．５ｍｍと大きな場合は０．６ｍｍ以上と隙間プラス０．１ｍｍ以上の面取りを付けておくことが妥当と考えられる。

ボールネジ軸サポートガイド２５の材質は滑り性に優れているものがよい。高力黄銅をベースに個体潤滑材を埋め込んだ物、青銅鋳物に潤滑材を含有した物、スチールバックメタル層・青銅焼結層・充填剤入り四フッ化エチレン樹脂層の三層構成品、ジュラルミンにフッ化樹脂を接着した物、ポリアセタール樹脂に潤滑油及び特殊充填剤を含有させた物、四フッ化エチレン樹脂をベース材料に耐摩耗充填剤・固体充填剤を添加した物、ＦＣ２５０（ねずみ鋳鉄鋼）をベースに二硫化モリブデンをらせん状に埋設した物がよい。また、樹脂系はＰＰＳ（ポリフェニレンサンファイド樹脂）系、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂）系、ＭＣナイロン（クオドラントポリペンコジャパン株式会社の登録商標）系、デルリン系、ポリマー系、ピーク材系等がよい。とにかく、滑りやすく摩耗に優れている材質であれば使用できる。

前記ボールネジ軸２３の基端には抜け止め用ストッパー２６がネジ２７によりねじ止めされている。
また、前記ボールネジ軸２３の出力側の先端部には抜け止め用ストッパー２８が装着されている。前記中空シャフト１３の小径部１３ａの末端には、手動送り用摘み２９が装着されており、前記ブラケット２０の上部にはモータリード線を引き出すためのモータリード線用ブッシュ３０が内蔵されている。

次に上記実施の形態による出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータの作用を説明する。
リニアアクチュエータ１はモータ部１０のロータ１２が中空シャフト１３の小径部１３ａに締結してあり、中空シャフト１３の大径部１３ｂにスラスト兼ラジアルベアリング１４の内輪をロックナット１７で固定してある。
中空シャフト１３の大径部１３ｂ内にボールネジナット２４を配設して、ロックナット１７にボールネジナット締結ネジ１８によりボールネジナット２４のフランジ部２４ａを締結してある。そのためステータ１１の図示しない巻線の励磁を切りかえることによりロータ１２が回転し、ロータ１２と同期してボールネジナット２４も回転する。ボールネジ軸２３は、ボールネジナット２４に螺合しており、ボールネジナット２４の先端を、直動させる図示しない負荷に回り止めとなるように固定することで、ボールネジ軸２３はボールネジナット２４が回転することにより直動する。
ボールネジ軸サポートガイド２５は、出力側のフランジ２１に固定されており、ボールネジ軸２３の外周を受けることで、ボールネジ軸２３がスムーズに直動することができる。 こうして、ボールネジ軸２３にモーメント及びラジアル荷重がかからないようにしている。

図３（ａ）（ｂ）は、図１と同一部分は同符号を付して示す、本発明の他の実施の形態であり、本発明であるボールネジ軸サポートガイド２５を内蔵したリニアアクチュエータ３１を一般的な直動機器４０に組み込んだ状態を示したものである。

直動機器４０の構成を説明すると、リニアアクチュエータ３１はアクチュエータ取付板３２に組み付けられ、ベース板３３に直角に固定されている。ベース板３３上にガイドレール３４があり、ガイドブロック３５はガイドレール３４に案内されて直動する。ガイドブロック３５には、Ｌ字型のテーブル３６が固定されており、ガイドブロック３５に固定されていないテーブル３６の面とリニアアクチュエータ３１のボールネジ軸２３の先端を結合している。リニアアクチュエータ３１のボールネジ軸２３が移動するとガイドレール３４に沿ってガイドブロック３５と共にテーブル３６が直動する。

この場合、ボールネジ軸２３の外周をボールネジ軸サポートガイド２５が受けて案内しているため、これを基準にスムーズに動作することを目安に組み付けと調整を行えば、ボールネジ軸２３の同軸度と出力側のフランジ２１とアクチュエータ取付板３２の取付面に対するボールネジ軸３２の直角度が確保され、寿命的に問題ない組み付けが出来る。そのため精度良く取り付けることができたかの測定をする必要が無くなり、大きな手間が省ける。

図４（ａ）（ｂ）は、本発明の変形例として示したもので図１と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
リニアアクチュエータ４１はボールネジ軸２３Ｂを長くし、フランジ２１側のボールネジ軸サポートガイド２５Ａだけでなく、ブラケット２０側にもボールネジ軸サポートガイド２５Ｂを組み込み、フランジ２１とブラケット２０側両方でボールネジ軸２３Ｂの外周を案内する。このことでホールネジ軸２３Ｂへのラジアル荷重とモーメント荷重はほぼなくすことが出来る。また、フランジ２０側一個のときよりもボールネジ軸２３の山の当たる面積が大きくなり、よりスムーズに動作することが出来る。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されず、例えば、ボールネジ軸サポートガイド２５の長さは、ボールネジ軸サポートガイド２５の円筒部であるＬ１の寸法はボールネジ軸２３のピッチＰ寸法より長くなくては受けられない。スムーズに動作させるためには常に２山以上で受けている必要があるためボールネジ軸サポートガイド２５のＬ１の寸法はＰ・２以上であれば、特に限定されない。また、上記実施の形態では、出力用ネジ軸としてボールネジ軸を用いたが、滑りネジ軸でも良く、さらにネジナットとしてはボールネジナットを用いたが、滑りネジナットでも良いなど、本発明の技術的範囲を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

１，３１，４１ リニアアクチュエータ
１０ モータ部
１１ ステータ
１２ ロータ
１３ 中空シャフト（中空状回転軸）
１３ａ 小径部
１３ｂ 大径部
１４ スラスト兼ラジアルベアリング
１５ 反出力側ベアリング
２２ アクチュエータハウジング
２３、２３Ｂ ボールネジ軸
２４ ボールネジナット（ネジナット）
２５、２５Ａ ボールネジ軸サポートガイド

Claims (8)

1. 中空状回転軸（１３）を有するモータ部（１０）と、該中空状回転軸（１３）の軸線上に挿通された出力用ネジ軸（２３）と、前記中空状回転軸（１３）内に配設されて前記出力用ネジ軸（２３）と螺合するネジナット（２４）とを備え、前記中空状回転軸（１３）の回転運動が前記出力用ネジ軸（２３）の直線運動に変換されるように前記ネジナット（２４）が設けられており、前記出力用ネジ軸（２３）の外周を摺動自在に案内する滑り性に優れたサポートガイド機構がアクチュエータハウジング部（２２）の出力側フランジ部（２１）に装着されており、前記出力用ネジ軸（２３）の外径と前記サポートガイド機構の内径との間に隙間（Ｇ）を設け、前記出力用ネジ軸（２３）の外周を摺動自在に案内するサポートガイド機構の軸方向長さが前記出力用ネジ軸（２３）のネジ部を摺動自在に保持し得る長さに設定されていることを特徴とする出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータ。
2. 前記中空状回転軸（１３）が小径部（１３ａ）と大径部（１３ｂ）とを有する段付き構造に形成されており、前記小径部（１３ａ）に前記モータ部（１０）の回転子（１２）が取付けられ、前記大径部内（１３ｂ）に前記ネジナット（２４）が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータ。
3. 前記出力用ネジ軸（２３）はボールネジ軸であり、前記ネジナットはボールネジナットであることを特徴とする請求項１または２に記載の出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータ。
4. 前記出力用ネジ軸（２３）は滑りネジ軸であり、前記ネジナットは滑りネジナットであることを特徴とする請求項１または２に記載の出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータ。
5. 前記出力用ネジ軸（２３）の外周を摺動自在に案内するサポートガイド機構は、出力側フランジ部に装着されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータ。
6. 前記出力用ネジ軸（２３）の外周を摺動自在に案内するサポートガイド機構は、出力側フランジ部および反出力側ブラケット部に装着されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータ。
7. 前記出力用ネジ軸（２３）の外周を摺動自在に案内するサポートガイド機構と、前記出力用ネジ軸（２３）の外周との間には隙間が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータ。
8. 前記出力用ネジ軸（２３）の外周を摺動自在に案内するサポートガイド機構は、前記出力用ネジ軸（２３）のリードピッチの２倍以上の長さが設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の出力ネジ軸案内機構付リニアアクチュエータ。

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