JP7066461B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

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Description

本発明は、中空状回転軸を有するモータ部と、該中空状回転軸の軸線上に挿通された出力用ねじ軸と、前記中空状回転軸内に配設されて前記出力用ねじ軸と螺合するねじナットとを備え、前記中空状回転軸の回転運動を、前記ねじナットを介して前記出力用ねじ軸の直線運動に変換する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に示すようなものがある。
特許文献1において、ねじ軸の所定量以上の移動を防止するために、ストッパが設けられている。ストッパによってねじ軸の前進方向の極限位置が規定されていることで、極限位置に達すると、ねじ軸が強制的に停止させられる。
特開2009-156354号公報
しかしながら、このような従来のリニアアクチュエータにあっては、極限位置に達して、ねじ軸が強制的に停止させられる場合、ストッパがアクチュエータケースのねじ軸出力部(フランジ)に当接して停止する。ストッパとねじ軸の固定が、圧入、ねじ止め、接着等で固定されていたとしても、ストッパが、ねじ軸に当接した際、ストッパへの衝撃により、ストッパとねじ軸の固定が、ずれたり、外れたりする問題点があった。
特許文献1においては、ストッパとフランジの衝突によるねじナットの回転慣性力によってボールねじの軌道部に圧痕が発生することを防止するため制動手段が設けられており、ストッパがフランジと当接するときは、ある程度、減速するようにしているが、ストッパが、ねじ軸に当接した際、ストッパへの衝撃があることに変わりはない。
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、中空状回転軸の回転運動を、ねじナットを介して前記出力用ねじ軸の直線運動に変換するリニアアクチュエータにおいて、セットカラー(ストッパ)がフランジと当接したところを、リニアアクチュエータの原点とすることができる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、リニアアクチュエータは、中空状回転軸を有するモータ部と、該中空状回転軸の軸線上に挿通された出力用ねじ軸と、前記中空状回転軸内に配設されて前記出力用ねじ軸と螺合するねじナットとを備えている。そして、前記中空状回転軸の回転運動が前記出力用ねじ軸の直線運動に変換されるように前記ねじナットが設けられている。前記出力用ねじ軸の前進方向の先端部の極限位置がセットカラーで規定される。前記セットカラーは、前記出力用ねじ軸の先端部周面に設けられた平面部に係合する係合凹部を有する頭部と、該頭部と一体に設けられ側面に前記出力用ねじ軸に係合する係合溝部を前記頭部の係合凹部に連続させて設けた筒状部とで構成されている。そして、前記セットカラーの筒状部で規定される極限位置が原点位置に設定されることにある。前記出力用ねじ軸の先端部に前記出力用ねじ軸の外径と同じ外径の円筒部が形成され、該円筒部と前記出力用ねじ軸のねじ部との間に径方向に平行となる2面の前記平面部が前記セットカラーの頭部の軸方向長さと略同じ寸法で形成され、前記セットカラーの頭部に設けられた係合凹部内面は、前記出力用ねじ軸に形成された前記2面の平面部に係合する平面形状に形成されている。
具体的には、出力用ねじ軸の先端部に円筒部を若干残して、軸方向に数ミリの長さの平行になる2面フライス部を形成する。
前記出力用ねじ軸に形成した2面フライス部に嵌合するU字状の係合凹部を内周面側に形成した頭部を軸方向に一定幅形成し、この頭部の外周面側も内周面側のフライス部と平行になる2面にカット部を設け、この略U字型の頭部と、側面軸方向に前記頭部と同様の開口部がある円筒部で形成したセットカラー(ストッパ)を、前記出力用ねじ軸の2面フライス部に固定することにより、上記の問題点を解決する。
セットカラー(ストッパ)の端面がフランジと当接したときに、セットカラー(ストッパ)に衝撃があっても、セットカラーのU字状の係合凹部と出力用ねじ軸の2面のフライス部が、強固に係合しているので、セットカラー(ストッパ)がずれることが無いため、セットカラー(ストッパ)がフランジと当接したところを、リニアアクチュエータの原点とすることができる。
本発明によれば、セットカラーにより出力用ねじ軸の抜け止めの他に、原点出しにも使用できるので、原点位置センサを別に用意する必要がなくなる。セットカラーは、前記出力用ねじ軸の先端部周面に設けられた平面部に係合する係合凹部を有する頭部と、該頭部と一体に設けられ側面に前記出力用ねじ軸に係合する係合溝部を前記頭部の係合凹部に連続させて設けた筒状部とで構成されているので、出力用ねじ軸に組み付けた際に筒状部によってがたつきがなくなることから、位置決めを確実に行うことができる。
本発明の実施の形態によるリニアアクチュエータの斜視図である。 本発明の実施の形態によるリニアアクチュエータを示し、(a)は図1の左側面図、(b)は(a)のB-B線断面図である。 ボールねじ軸に取り付けるセットカラーの斜視図である。 (a)はボールねじ軸と、セットカラーとを示す斜視図、(b)は、ボールねじ軸に、セットカラーを係合させた斜視図である。 図2(a)のボールねじ軸が原点位置にある状態の側面図である。 ボールねじ軸に負荷を取り付ける際、セットカラーのフライス部をスパナで固定している状態の斜視図である。 セットカラー筒状部に円筒部品を被せた分解斜視図である。 ボールねじカバーを備えた本願のリニアアクチュエータを示し、(a)はボールねじカバーを延ばした状態の斜視図、(b)はボールねじカバーを縮小させた状態の斜視図である。 本発明の第2の実施形態を示し、(a)は正面図、(b)は原点位置を示す(a)のC-C線断面図である。 図9(b)のX部の拡大断面図である。 第2の実施形態に防塵用ワッシャを取り付ける分解斜視図である。 図11に示す防塵用ワッシャの正面図である。
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、図2(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、互いに同一軸線上に同心状に配設されたステータ11とロータ12と中空シャフト13とで構成されている。
前記中空シャフト13は、反出力側ベアリング15によって外周面を支持された小径部13aと、スラスト兼ラジアルベアリング14によって外周面を支持された大径部13bとが軸方向にずらせて設けられている。前記ロータ12は中空シャフト13の小径部13aの外周面に一体に設けられており、前記ロータ12の周囲に間隙gを置いて同心状に前記ステータ11が配設されている。
前記スラスト兼ラジアルベアリング14の外輪14a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14bは、中空シャフト13の大径部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によって係止されている。このロックナット17は大径部13bの外周面に設けられたねじ部13d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、内周が円筒状のケース19内に内蔵されており、このケース19はブラケット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。
ボールねじ軸23は前記中空シャフト13の中空部13eの軸線上に挿通された出力用ねじ軸で、このボールねじ軸23のねじ部23aには、前記中空シャフト13の大径部13bに挿入された環状のボールねじナット24が同心状に螺合して取り付けられている。
ボールねじナット24には、中空シャフト13の大径部13b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のボールねじ軸23と同軸方向に形成された開口孔24bに、前記ボールねじナット締結ねじ18が挿通されて前記ロックナット17に螺着されている。
前記ボールねじ軸23の先端部には、ボールねじ軸23の外径と同じ円柱部23bを軸方向数ミリ(本実施例では1.5mm)残して、この円柱部23bから軸方向に数ミリ(実施例では5mm)の平行となる2面のフライスカット部23cがねじ部23aに形成されている。
ねじ軸の前進方向の極限位置を規定して、ボールねじ軸23の抜け止め、および原点を規定するストッパとしてのセットカラー28が設けられている。
前記ボールねじ軸23のねじ部23aには側部の両面(2面)にフライスカット部(平面部)23cが設けられており、この平面部の両側を挟持するようにして前記セットカラー28の頭部28Bが組み付けられている。
前記セットカラー28は、前記ボールねじ軸23の先端部周面に設けられたフライスカット部(平面部)23cに係合する係合凹部28aを内周面側に有する略U字型の頭部28Bと、該頭部28Bの軸方向に、該頭部28Bと一体に設けられ、側面に前記ボールねじ軸23のねじ部23aに係合する係合溝部28Aaを前記頭部28Bの係合凹部28aに連続させて軸方向周面部に設けた筒状部28Aとで構成されている。係合溝部28Aaは、ねじ部23aの幅と略同じ幅に形成され、係合溝部28Aaを通してねじ部23aに筒状部28Aが組み付けられている。
前記セットカラー28の筒状部28Aの基端28A1で規定される極限位置が原点位置に設定される。
セットカラー28の頭部28Bの係合凹部28aは、図3に示すように、前記ボールねじ軸23に形成した2面フライスカット部(平面部)23cに嵌合するように略U字状に形成されている。セットカラー28の頭部28Bの外周面側28bは、内周面側の嵌合部28a1と平行になる外側の2面にカット部28b1が形成されている。
図4(a)に示すように、略U字型のセットカラー28の頭部28Bの内周面側の係合凹部28aの軸方向の長さL1は、前記ボール用ねじ軸23の両側に形成した平面部、すなわちフライスカット部23cが形成されている軸方向の長さL2と同じとなっている。図4(b)に示すように、セットカラー28の筒状部28Aの内周面側は、ボールねじ軸23を覆い、前記ボールねじ軸23に形成した2面フライスカット部23cにセットカラー28の頭部28Bの係合凹部28aが嵌合されている。さらに、前記略U字形のセットカラーの頭部28Bの外周2面カット部28b1には、中心に向けてねじ穴28b2が形成され、止めねじ40により、ボールねじ軸のフライス部23cに係止されて締結されている。または、止めねじを使用せずに、圧入又は接着等により締結しても良い。
図2(b)に示すように、前記ボールねじ軸23の基端には抜け止め用係止部材26がねじ27によりねじ止めされている。
また、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(図2(a)参照)が内蔵されている。
次に上記実施の形態によるリニアアクチュエータの作用を説明する。
図1および図2に示すように、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内にボールねじナット24を配設して、ロックナット17にボールねじナット締結ねじ18によりボールねじナット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と同期してボールねじナット24も回転する。ボールねじ軸23は、ボールねじナット24に螺合しており、ボールねじ軸23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、ボールねじ軸23はボールねじナット24が回転することにより直動する。
直動による位置決め駆動を行う場合、原点位置を決める必要がある。図5のように、ボールねじ軸23が、右側に駆動していき、セットカラー28の筒状部28Aの基端28A1が、フランジ21と当接する位置、つまり、極限位置に設定すると都合が良い。
前記ボールねじ軸23に形成した2面フライスカット部23cにセットカラー28の頭部28Bが圧入嵌合され、セットカラー28のねじ穴28b2の止めねじ40により、ボールねじ軸23のフライス部23cに強固に締結されている。したがって、図5のように、右側に駆動してセットカラー28の筒状部28Aの基端28A1が、フランジ21と当接したとき、セットカラー28がずれることがない。これにより、セットカラー28は、ねじ軸の前進方向の極限位置が規定されてボールねじ軸23の抜け止めのストッパとしての機能の他に、フランジ21と当接した位置0を検出して、原点出しを行う機能が備わっている。したがって、原点位置センサを別に用意する必要がなくなる。
次に、セットカラー28の頭部28Bの外周面側28bには、内周面側のフライス部28a1と平行になる2面にカット部28b1が設けられている。これについて説明する。ボールねじ軸23により駆動する負荷を取り付ける際は、ボールねじ軸23の先端のねじ穴23dを利用して取り付ける。負荷を取り付ける際、ボールねじ軸23が回転しないように固定して取り付ける必要がある。具体的には、図6のように、セットカラー28の頭部28Bの外周面側の2面に設けられたカット部28b1をスパナ41で回転しないように固定してボールねじ軸23の先端のねじ穴23dを利用してねじ42を介して図示しない負荷を取り付ける。
さらに、図7のように前記セットカラー28の筒状部28Aを覆う円筒部品50を挿入することにより、より強固にセットカラー28を固定することができる。セットカラー28の筒状部28Aの外径と円筒部品50の内径50aは同寸法とすることで、セットカラー28のねじ穴28b2の止めねじ40により、ボールねじ軸23のフライス部23cに締結することにより、止めねじ40の締結力によりセットカラー28の筒状部28Aの一部開口部が若干広がり、円筒部品50を固定することができる。
円筒部品50を使用して、セットカラー28を固定することにより、ボールねじ軸23が直動する際に、リニアアクチュエータ1が配置されている装置内の物にセットカラー28が、接触、衝突したときに、セットカラー28が外れたり、ずれたりすることを防止することができる。また、図3に示すようにセットカラー28の筒状部28Aの係合溝部28Aaのエッジ部28Aa2が、装置内の物に接触した際に、エッジ部28Aa2により、装置内の物に傷をつけてしまうことを防止する効果もある。
円筒部品50の長さは、セットカラー28の筒状部28Aの長さより短くして、前記のとおり、セットカラー28の筒状部28Aの基端28A1が、フランジ21と当接するようにする。
または、円筒部品50の長さをセットカラー28の筒状部28Aの長さより若干長くして、円筒部品50の基端50bをフランジ21と当接するようにしても良い。セットカラー28の筒状部28Aは一部開口部を設けているので、基端28A1は略U字型の形状となるが、円筒部品50の基端50bは筒状となるので、より安定してフランジ21と当接することができる。
図8~図12には、図1ないし図3と同一部分は同符号付して同一部分の説明は省略して示す、本発明の他の実施の形態を示す。
図8は、ボールねじ軸23に防塵用のボールねじカバー31を取り付けた例で、ボールねじ軸23の直動に応じて、ボールねじカバー31は軸方向に伸縮可能な多重筒体で構成され、ボールねじ軸23を覆いながら伸縮する。この場合、ボールねじ軸23が直動駆動したときの、図9(b)において、右側極限位置は、ボールねじカバー31が、最小に収縮した位置よりも大きくする必要がある。
セットカラー28の筒状部28Aの軸方向の長さは、ボールねじカバー31の収縮したときの軸方向の長さよりも長くする。
図9(a)(b)ないし図10において、右側に駆動してセットカラー28の筒状部28Aの基端28A1が、フランジ21と当接した位置を検出して、原点出しを行うことができる。また、ボールねじカバー31を保護することができる。
前記ボールねじ軸23に防塵用のボールねじカバー31を取り付けた場合、セットカラー28の頭部28Bとボールねじカバー31の接触部で、セットカラー28の筒状部28Aの一部開口部の部分に、ボールねじカバー31の隙間が発生する。この隙間からボールねじ軸23に塵埃が入るのを防止するため、図11のように、防塵用ワッシャ51を挿入することで防止することができる。
防塵用ワッシャ51は、図12のようなっていて、内周51aは、セットカラー28の筒状部28Aのエッジ部28Aa2と噛み合うように、二つの突起部51a1が内側に向けて設けてある。
以上説明してきたように、本発明によれば、以下に列挙する効果が得られる。
セットカラー28により、ボールねじ抜け止め(極限位置の規定)の他に、原点出しにも使用できるので、原点位置センサを別に用意する必要がなくなる。
セットカラー28の外周28bには、内周の嵌合部28a1と平行になる2面にカット部28b1が形成されて2面のフライス部があるため、負荷取付時のボールねじ軸23の回転防止に使用できるため、容易に負荷取り付けができる。さらに、セットカラー28の筒状部28Aに円筒部品50を被せることにより、より、強固にセットカラー28を固定することができる。
ボールねじカバー31および防塵用ワッシャ51と合わせて使用することで、ボールねじ部の防塵構造を作ることが出来る。
本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、上記実施の形態ではボールねじ軸23、ボールねじナット24で説明したが、すべりねじ軸、すべりねじナット等でも応用できる。等、その他、本発明の技術的範囲を変更することなく、適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。
1 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
13a 小径部
13b 大径部
13c 段差部
13d ねじ部
13e 中空部
14 スラスト兼ラジアルベアリング
14a 外輪
14b 内輪
15 反出力側ベアリング
16 ベアリング固定リング
17 ロックナット
18 ボールねじナット締結ねじ
19 ケース
19a 段差部
20 ブラケット
21 フランジ
22 アクチュエータハウジング
23 ボールねじ軸(出力用ねじ軸)
23a ねじ部
23b 円柱部
23c フライスカット部
24 ボールねじナット
24a フランジ部
24b 開口孔
26 抜け止め用係止部材
27 ねじ
28 セットカラー(ストッパ)
28a 係合凹部
28a1 内周の嵌合部
28b 外周面側
28b1 カット部
28b2 ねじ孔
28A 筒状部
28Aa 係合溝部
28Aa2 エッジ部
28A1 基端
28B セットカラーの頭部
29 手動送り用摘み
31 ボールねじカバー
50 円筒部品
51 防塵用ワッシャ

Claims (7)

  1. 中空状回転軸を有するモータ部と、該中空状回転軸の軸線上に挿通された出力用ねじ軸と、前記中空状回転軸内に配設されて前記出力用ねじ軸と螺合するねじナットとを備え、前記中空状回転軸の回転運動が前記出力用ねじ軸の直線運動に変換されるように前記ねじナットが設けられており、
    前記出力用ねじ軸の前進方向の先端部の極限位置がセットカラーで規定され、前記セットカラーは、前記出力用ねじ軸の先端部周面に設けられた平面部に係合する係合凹部を有する頭部と、該頭部と一体に設けられ側面に前記出力用ねじ軸に係合する係合溝部を前記頭部の係合凹部に連続させて設けた筒状部とで構成され、
    前記セットカラーの筒状部で規定される極限位置が原点位置に設定され
    前記出力用ねじ軸の先端部に前記出力用ねじ軸の外径と同じ外径の円筒部が形成され、該円筒部と前記出力用ねじ軸のねじ部との間に径方向に平行となる2面の前記平面部が前記セットカラーの頭部の軸方向長さと略同じ寸法で形成され、前記セットカラーの頭部に設けられた係合凹部内面は、前記出力用ねじ軸に形成された前記2面の平面部に係合する平面形状に形成されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
  2. 前記セットカラーの頭部の略U字形形状の外周には、径方向に平行となる2面の平面部が形成されていることを特徴とする請求項に記載のリニアアクチュエータ。
  3. 前記セットカラーの頭部の開口部と連続する開口部を側面に形成した前記筒状部に、筒状の円筒部品が嵌め合わされていることを特徴とする請求項1または2に記載のリニアアクチュエータ。
  4. 前記出力用ねじ軸を覆う軸方向に伸縮可能な多重筒体からなる出力用ねじカバーを備え、
    前記セットカラーの筒状部は、前記出力用ねじカバーの内部に組込まれていて、
    前記セットカラーの筒状部の軸方向の長さは、前記出力用ねじカバーの収縮したときの軸方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項1または2に記載のリニアアクチュエータ。
  5. 前記セットカラーの頭部と前記出力用ねじカバーの間に、前記セットカラーの筒状部に嵌め合わされるワッシャが組み込まれていることを特徴とする請求項に記載のリニアアクチュエータ。
  6. 前記出力用ねじ軸はボールねじ軸であり、前記ねじナットはボールねじナットであることを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載のリニアアクチュエータ。
  7. 前記出力用ねじ軸は滑りねじ軸であり、前記ねじナットは滑りねじナットであることを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載のリニアアクチュエータ。
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