JP7000848B2 - 直動アクチュエータ - Google Patents
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Description
上記直動アクチュエータには、直線運動要素の軸方向の移動を制限するためにストローク制限機構を備えているものがある(例えば、特許文献1)。
そして、特許文献1のストローク制限機構は、ボールねじ軸のボールねじ部と同軸に設けた軸部に半径方向に突出する突起を設け、ボールねじナットに係止部(特許文献1ではストッパー部と記載)を設け、ボールねじナットの回転によりボールねじ軸を縮み方向にストロークさせたときに、所定位置で突起が係止部に当接し、ボールねじナットの回転が規制されてボールねじ軸のストロークを制限する。
ボールねじ軸の軸部の外周にはスプライン軸部が形成されており、円筒部のスプライン孔が軸部のスプライン軸部にスプライン結合することで、軸部に対する円筒部の周方向移動を規制している。また、円筒部からはみ出しているスプライン軸部の一部の円周方向の複数箇所に加締部を設けることで、軸部に対する円筒部の軸方向移動を規制している。
また、特許文献1は、円筒部からはみ出しているスプライン軸部の一部に加締め部を設けて軸部に対する円筒部の軸方向移動を拘束しているが、円筒部の軸方向移動の拘束のために加工工程が増大するので、製造コストがさらに増大する。
そこで、本発明は、直線運動要素の軸部と突起を設けた筒状体とをスプライン結合する際の調芯性を向上させることができ、軸部に対する筒状体の軸方向移動を確実に拘束することができるとともに、これらを製造コストの低減化を図りながら実現することができる直動アクチュエータを提供することを目的とする。
なお、以下の説明で記載されている「上」、「下」、「底」、「前」、「後」等の方向を示す用語は、添付図面の方向を参照して用いられている。
図1は、第1実施形態の直動アクチュエータを示す正面図、図2は側面図、図3は図1のA-A線上の断面図、図4は図2のB-B線上の断面図である。
図中、符号10は直動アクチュエータであって、この直動アクチュエータ10は、ともに例えばアルミニウム又はアルミニウム合金でダイキャスト成形された主ハウジング11A及び副ハウジング11Bを有する。
主ハウジング11Aは、図3に示すように、電動モータ12を前面側に装着するモータ装着部13と、このモータ装着部13と並列に配設されたボールねじ機構20を背面側に装着するボールねじ機構装着部14とを有する。これらモータ装着部13及びボールねじ機構装着部14は、互いの中心軸が平行となるように形成されている。
ボールねじ機構装着部14は、背面側に形成したモータ装着部13の小径孔部13cに対応する位置に形成したボールねじ機構収納部14aと、このボールねじ機構収納部14aに連通して前方に延長する円筒部14bと、この円筒部14bの前端に連通するシール収納部14cとを有する。
一方、ボールねじ機構20は、図4に示すように、主ハウジング11A及び副ハウジング11Bのボールねじ機構収納部14a及び17にシール付の転がり軸受21a及び21bによって回転自在に支持されているボールねじナット22と、このボールねじナット22に多数のボール23を介して螺合するボールねじ軸24とを備えている。
ボールねじ軸24は、図4に示すように、主ハウジング11Aに形成した円筒部14b及び副ハウジング11Bに形成した収納筒部17aに装着されている。
ボールねじ軸24のインボリュートスプライン軸部32は、図6に示すように、プライン歯38の間に歯底39が形成されている。
そして、上記構成の歯底39は、インボリュートスプライン軸部32の軸線を中心とした軸対象の位置に複数形成されている。
回り止め部材34は、図7に示すように、内周面にインボリュートスプライン孔部35aを形成した円筒部35と、この円筒部35の外周面に形成されて半径方向外方に突出するストッパー36とを有している。
ストッパー36は、軸方向から見て四角形状に突出している部位であり、円筒部35の外周面の互いに周方向に離間した位置で立ち上がっている第1ストッパー側面36a及び第2ストッパー側面36bと、これら第1及び第2ストッパー側面36a,36bの立上がり縁部で連結しているストッパー端面36cとを有している。
なお、第1ストッパー側面36a及び凸条係止部25dの周方向の側面の両者は平面に限らず、円筒面或いは球面の曲面であってもよい。
第2ストッパー側面36bは、ストッパー端面36cから円筒部35の外周面に向かうに従い、第1ストッパー側面36aとの距離が徐々に増大している勾配面として形成されている。
これにより、ストッパー36は、ストッパー端面36cの軸直交方向の幅寸法をaとし、第1交差位置43a及び第2交差位置43bの間のストッパー36の基端側の軸直交方向の幅寸法をbとすると、a < b の関係を有して形成されている。
さらに、図7(d)に示すように、回り止め部材34は、円筒部35の軸方向寸法をL1とし、ストッパー36の軸方向寸法をL2とすると、L1 > L2 の関係を有しているとともに、ストッパー36は円筒部36の一端側開口部に寄った位置で形成されている。
そして、図3及び図8に示すように、回り止め部材34のストッパー36がボールねじナット22の凸条係止部25dに当接したときに、ボールねじ軸24が縮み方向のストロークエンド位置となる。
図4に示すように、ボールねじナット22の軸長は、ボールねじ軸24のボールねじ部31の軸長と略同一寸法に設定されており、ボールねじ軸24が縮み方向のストロークエンド位置に移動すると、ボールねじ部31の全域がボールねじナット22に収納されている。
ガイド部材40は、円柱を断面で見て、円の直径以下の弦に沿った平面で軸方向に切断して形成される柱体であり、軸方向に沿った案内溝40cが形成されている。
ガイド部材40は、主ハウジング11Aの円筒部14bに形成した支持孔41aの内部に保持されている。この案内溝40cに、ボールねじ軸24の回り止め部材34のストッパー36が係合している。
そして、ガイド部材40の前端側の外周面には、円周方向に支持孔41aの突条41cに係合する係合溝40dが形成されている。
さらに、主ハウジング11Aには、ボールねじ機構装着部14におけるシール収納部14cにボールねじ軸24の連結軸部33の外周面に摺接するシール50を装着し、このシール50を止め輪51によって固定している。
次に、第1実施形態の直動アクチュエータ10の組立方法を説明する。
直動アクチュエータ10で使用されるボールねじ機構20は、予め、製造工場においてユニット化された状態で組立工場に搬送されてくる。
ユニット化されたボールねじ機構20は、ボールねじ軸24のインボリュートスプライン軸部32に回り止め部材34の円筒部35のインボリュートスプライン孔部35aがスプライン結合されている。
また、ボールねじ軸24のボールねじ部31にはグリースが塗付されているとともに、ボールねじナット22内にボール23を介して螺合されている。
ここで、回り止め部材34をボールねじ軸24に固定する方法は、回り止め部材34の円筒部35に連結軸部33を挿通した後、円筒部35のインボリュートスプライン孔部35aを、インボリュートスプライン軸部32の連結軸部33から嵌め合わせていく。
この際、インボリュートスプライン孔部35aの孔部側スプライン歯(不図示)の歯先がインボリュートスプライン軸部32の歯底39の第1歯底39aとの間に隙間を設けながら円筒部35がボールねじ部31側に移動していく。
そして、円筒部35がインボリュートスプライン軸部32のボールねじ部31側の端部まで移動すると、インボリュートスプライン孔部35aの孔部側スプライン歯の歯先は、第2歯底39bに加締め状態で嵌め合わされていく。
したがって、回り止め部材34は、スプライン結合によってボールねじ軸24に対して回転不能とされるとともに、インボリュートスプライン孔部35aのスプラインがインボリュートスプライン軸部32の第2歯底39bに加締め状態となることで、ボールねじ軸24の軸方向移動が拘束されてボールねじ軸24に固定される。
そして、直動アクチュエータ10の組立方法は、先ず、主ハウジング11Aの支持孔41aにガイド部材40を装着保持する。
次に、ユニット化されたボールねじ機構20のボールねじナット22のナット円筒部材25の外周面に、ドリブンギヤ26をスプライン結合させ、その両脇に転がり軸受21a及び21bを装着し、これら転がり軸受21a及び21bの内輪によってドリブンギヤ26を固定する。
次に、転がり軸受21aの外輪をボールねじ機構収納部14aの内周面に嵌合させながらドリブンギヤ26ボールねじ機構収納部14aに収納して、主ハウジング11Aへのボールねじ機構20の装着を完了する。
なお、電動モータ12の主ハウジング11Aへの装着は、主ハウジング11Aへのボールねじ機構20の装着前に行うようにしてもよい。
このように主ハウジング11Aへの電動モータ12及びボールねじ機構20の装着を終了すると、主ハウジング11Aの背面側に図示しないパッキンを介して副ハウジング11Bを装着してボルト締め等の固定手段で固定し、主ハウジング11Aのシール収納部14cにシール50を挿入し、止め輪51で抜け止めすることにより、直動アクチュエータ10の組立を完了する。
この状態で、電動モータ12を回転駆動して、ピニオンギヤ15からドリブンギヤ26に回転駆動力を伝達して、ボールねじナット22を、例えば図8で見て時計方向に回動させる場合を考える。この場合には、ボールねじナット22の回転力はボール23を通じてボールねじ軸24に伝達されることにより、ボールねじ軸24はボールねじナット22と同一方向の時計方向に回動しようとする。
このとき、ボールねじ軸24に固定されている回り止め部材34のストッパー36も時計方向に回動しようとするが、ストッパー36がガイド部材40の案内溝40c内に係合しているので、時計方向の回動が規制される。このため、回り止め部材34は、ストッパー36の回動が規制されることで、ボールねじ軸24の回り止め機能を発揮する。
その後、ボールねじナット22を図8で見て時計方向の回転を継続してボールねじ軸24が所望の前進位置に達したときに、電動モータ12を停止させることにより、ボールねじ軸24の前進を停止させる。
一方、ボールねじ軸24が前方側の所望の前進位置に達している状態から電動モータ12を逆転駆動して、ボールねじナット22が図8で反時計方向に回転すると、ボールねじ軸24は、そのストッパー36がガイド部材40の案内溝40cに係合しているので、回り止めされながら軸方向に回動せずに後退する。このとき、ストッパー36は、ガイド部材40の案内溝40c内を滑りながら移動する。
このように、ストッパー36の第1ストッパー側面36a及びボールねじナット22の凸状係止部25dが面接触状態で当接することで、ボールねじナット22のこれ以上の逆回転が規制され、ボールねじ軸24が縮み方向のストロークエンド位置に達する。
この縮み方向のストロークエンド位置では、ボールねじ部31の全域がボールねじナット22に収納される。
次に、第1実施形態の直動アクチュエータ10の作用効果について説明する。
回り止め部材34をボールねじ軸24に固定する際、回り止め部材34の円筒部35に連結軸部33を挿通した後、円筒部35のインボリュートスプライン孔部35aを、インボリュートスプライン軸部32の連結軸部33から嵌め合わせていく。
この際、インボリュートスプライン孔部35aの孔部側スプライン歯の歯先は、インボリュートスプライン軸部32の軸線を中心とした軸対象の位置に複数形成されている複数の歯底39の第1歯底39aとの間に隙間を設けながらボールねじ部31側に移動していく。これにより、円筒部35は、インボリュートスプライン軸部32の軸線に対して円筒部35の軸線が一致するように矯正されながら傾斜歯底39c側に移動していく。
また、円筒部35をボールねじ部31側移動していくと、インボリュートスプライン孔部35aの孔部側スプライン歯の歯先が、傾斜歯底39cに摺動して徐々に圧入された後に第2歯底39bに加締め状態となり、ボールねじ軸24の軸方向移動が拘束されてボールねじ軸24に固定される。
これにより、インボリュートスプライン軸部32に対して円筒部35の軸方向移動を確実に拘束することができる。
そして、インボリュートスプライン軸部32のスプライン歯38及びインボリュートスプライン孔部35aの孔部側スプライン歯をさほど高精度に形成しなくても、円筒部35及びインボリュートスプライン軸部32の調芯性を高めることができるので、製造コストの低減化も図ることができる。
また、第1実施形態においては、ボールねじナット22を電動モータによって回転駆動して、ボールねじ軸24を直線運動要素とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、逆にボールねじ軸24を回転駆動源によって回動する回転運動要素とし、ボールねじナット22を直線運動要素とした場合にも本発明を適用することができる。
11A 主ハウジング
11B 副ハウジング
12 電動モータ
12a 取付フランジ
12b 大径部
12c 小径部
12d 出力軸
13 モータ装着部
13a フランジ取付部
13b 大径孔部
13c 小径孔部
13d ピニオン収納部
14 ボールねじ機構装着部
14a ボールねじ機構収納部
14b 円筒部
14c シール収納部
15 ピニオンギヤ
16 ピニオン収納部
17 ボールねじ機構収納部
17a 収納筒部
17b スラストニードル軸受
18 ブリーザ
20 ボールねじ機構
21a,21b 転がり軸受
22 ボールねじナット
23 ボール
24 ボールねじ軸
25 ナット円筒部材
25a ボールねじ溝
25b ボール循環溝
25c ドリブン用スプライン軸部
25d 凸状係止部
26 ドリブンギヤ
26a インボリュートスプライン孔部
31 ボールねじ部
32 インボリュートスプライン軸部
33a 二面幅
33 連結軸部
34 回り止め部材
35 円筒部
35a インボリュートスプライン孔部
36 ストッパー
36a 第1ストッパー側面
36b 第2ストッパー側面
36c ストッパー端面
38 インボリュートスプライン軸部のスプライン歯
39 歯底
39a 第1歯底
39b 第2歯底
39c 傾斜歯底
43a 第1交差位置
43b 第2交差位置
40c 案内溝
40d 係合溝
41a 支持孔
41c 突条
50 シール
51 止め輪
a ストッパー端面の軸直交方向の幅寸法
b ストッパーの基端側の軸直交方向の幅寸法
G ストッパーの重心位置
e1 ストッパーの基端から重心位置までの高さ寸法
e2 重心位置からストッパー端面までの高さ寸法を
L1 円筒部の軸方向寸法
L2 ストッパーの軸方向寸法
Claims (6)
- 回転運動要素及び直線運動要素を有し、前記回転運動要素に伝達された回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構を備え、
前記ボールねじ機構は、前記直線運動要素に設けた突起を有し、
前記突起は、内周面にスプライン孔部を形成した円筒部の外周面に形成されており、
前記円筒部は、前記直線運動要素の外周に形成したスプライン軸部の一端から他端に向けて前記スプライン孔部をスプライン結合することで前記直線運動要素に固定されており、
前記スプライン軸部の軸部側スプライン歯の間に設けられている歯底は、
前記スプライン軸部の前記一端側に形成された第1歯底と、前記スプライン軸部の前記他端側に前記第1歯底より半径方向寸法を大きくして形成された第2歯底と、を備え、
前記スプライン軸部の一端側では、前記第1歯底が前記スプライン孔部の孔部側スプライン歯の歯先との間に隙間を設けながらスプライン結合され、
前記スプライン軸部の他端側では、前記第2歯底の少なくとも一部が前記孔部側スプライン歯の歯先に対して締め代状態でスプライン結合されていることを特徴とする直動アクチュエータ。 - 前記第1歯底と前記第2歯底との間に、前記第1歯底から前記第2歯底に向かって半径方向寸法が徐々に増大して形成された傾斜歯底、を備えていることを特徴とする請求項1記載の直動アクチュエータ。
- 前記第1歯底、前記傾斜歯底及び前記第2歯底を備えた前記軸部側スプライン歯は、前記スプライン軸部の軸心を中心とした軸対象の位置の軸部側スプライン歯の間に形成されていることを特徴とする請求項2記載の直動アクチュエータ。
- 前記第1歯底、前記傾斜歯底及び前記第2歯底を備えた前記軸部側スプライン歯は、前記スプライン軸部の全周の軸部側スプライン歯の間に形成されていることを特徴とする請求項2記載の直動アクチュエータ。
- 前記第1歯底及び前記第2歯底を備えた前記軸部側スプライン歯は、前記スプライン軸部の軸心を中心とした軸対象の位置の軸部側スプライン歯の間に形成されていることを特徴とする請求項1記載の直動アクチュエータ。
- 前記第1歯底及び前記第2歯底を備えた前記軸部側スプライン歯は、前記スプライン軸部の全周の軸部側スプライン歯の間に形成されていることを特徴とする請求項1記載の直動アクチュエータ。
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