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

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１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４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５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５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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