JP7535985B2

JP7535985B2 - 直線作動装置

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Publication number: JP7535985B2
Application number: JP2021161615A
Authority: JP
Inventors: 裕二工藤; 圭太小野; 洋史長谷川
Original assignee: Oriental Motor Co Ltd
Current assignee: Oriental Motor Co Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2024-08-19
Anticipated expiration: 2041-09-30
Also published as: JP2023051125A; JP2024114968A

Description

本発明は直線作動装置に関する。

特許文献１に、外部からの動力により回動するピニオンギヤと、適宜長さの操作棒でその長手側面に沿い刻設したラックギヤとを、ケーシング内に噛合して、該ラックギヤにより操作棒が往復動するようにしたラックピニオン機構を用いた伝動装置が記載されている。ケーシングは前後両面が開放された適宜厚みを持つ方形にして、その一辺に取り付け座を設け、かつ、外周面の上下左右各面には、各々縦横両中心線より適宜量偏心した位置に操作棒挿通孔が一対ずつ設けてある。ピニオンギヤは中空軸と一体であり、前記中空軸の軸装着孔に入力軸が嵌挿係合する。これにより、ラックギヤと噛合するピニオンギヤとの支持体がケーシング内で取付座に対して直角方向又は平行する方向に変換でき、中空軸の軸装着孔に減速電動機の軸を嵌挿係合することで、減速電動機と組み合せて使用できる。

実公昭６３－２４２８３号公報

従来の伝動装置においては、ラックギヤと噛合するピニオンギヤとの支持体の取付方向を変換する際に、ラックギヤと噛合するピニオンギヤとの支持体をケーシングから一旦取り外し、方向を変えて再度組み付ける必要がある。

本発明は、このような従来技術に鑑み、直線作動装置の使用状況に合わせて同装置のラックの運動方向を容易に変えられるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る直線作動装置は、ピニオンと、前記ピニオンと噛み合うラックと、外形が略直方体状又は略立方体状であり、前記ピニオンを収容するとともに、対向する２つの面に前記ラックが貫通する穴部が設けられたケースと、前記ケースにおいて互いに平行であり前記ラックとは非平行な３つの辺部の各々から外側に突き出るように設けられた脚部とを備える。単一の前記脚部が、前記ラックが垂直方向となるように前記直線作動装置が水平面に取り付けられる場合と、前記ラックが水平方向となるように前記直線作動装置が水平面に取り付けられる場合とに共通して用いられ、前記単一の脚部に、略Ｕ字状で第１方向に延びる第１切欠き部と、略Ｕ字状で前記第１方向と直交する第２方向に延びる第２切欠き部とが形成され、前記第１切欠き部と前記第２切欠き部とは、前記第１方向と前記第２方向とに直交する第３方向の位置が一致している。

本発明によれば、直線作動装置の使用状況に合わせて同装置のラックの運動方向を容易に変えることができる。

直線作動装置の斜視図である。フランジが取り外された直線作動装置の正面図である。図２のＡ－Ａ線断面図である。第２脚部の斜視図である。第２脚部の別の斜視図である。直線作動装置の取付け例を示す説明図である。直線作動装置の別の取付け例を示す説明図である。直線作動装置の右側面図である。直線作動装置とモータ付き平行軸歯車減速機との組付けの様子を示す斜視図である。モータ付き平行軸歯車減速機の断面図である。モータ付き平行軸歯車減速機の正面図である。組み付けられた直線作動装置及びモータ付き平行軸歯車減速機の断面図である。組み付けられた直線作動装置及びモータ付き平行軸歯車減速機の部分断面図である。別の実施形態に係る直線作動装置の取付け例を示す説明図である。別の実施形態に係る直線作動装置の取付け例を示す別の説明図である。直線作動装置の別の取付け例を示す説明図である。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。

図１～図３に示すように、直線作動装置（あるいはリニアアクチュエータ）１０は、略直方体状のケース１を備えている。ケース１は、正面部Ｃ１と背面部Ｃ２と左側面部Ｃ３と右側面部Ｃ４と上面部Ｃ５と下面部Ｃ６とを有する。直線作動装置１０の左から右へと向かう方向（図２において左から右へと向かう方向）をｘ軸正方向とし、直線作動装置１０の前から後ろへと向かう方向（図２において紙面手前から紙面奥へと向かう方向）をｙ軸正方向とし、直線作動装置１０の下から上へと向かう方向（図２において下から上へと向かう方向）をｚ軸正方向とする。

上面部Ｃ５及び下面部Ｃ６には穴部が設けられ、両穴部を貫通するようにｚ軸方向に延びるラック２が設けられている。ラック２は、ケース１内において上面部Ｃ５の穴部付近に設けられたすべり軸受（ブッシュ）５ａと、同じくケース１内において下面部Ｃ６の穴部付近に設けられたすべり軸受（ブッシュ）５ｂとにより、ラック２の長手方向に往復運動できるように支持されている。

正面部Ｃ１には、外周が丸く、正面部Ｃ１の上下方向の寸法又は左右方向の寸法のいずれか小さい方の寸法よりも直径が小さい開口部１ｄが形成されている。この開口部１ｄを覆うようにフランジ７が設けられている。また、ケース１内にはｙ軸方向に延びる中空軸４が設けられている。中空軸４は、ケース１内において背面部Ｃ２の付近に設けられた軸受８ａと、フランジ７の内側に設けられた軸受８ｂとにより、周方向に回転可能なように支持されている。ピニオン３は、中空軸４の外周面に一体成型されるか又は中空軸４の外周面に締結されており、ラック２のｘ軸負方向の面に刻設されたラックギヤ２ａと噛合している。

中空軸４にはキー溝４ａが形成されており、キー溝４ａに対応するキーが形成された入力軸（後述）が、フランジ７に形成された穴部を通り抜けて中空軸４と嵌合する。この入力軸が周方向に回転することで、中空軸４及びピニオン３も回転し、ピニオン３と噛合するラック２がその長手方向に沿って直線運動を行う。入力軸の回転方向が変わることで、ラック２は往復運動する。

右側面部Ｃ４と下面部Ｃ６との境界となる辺部には、その全体にわたり、ケース１の正面視における左上角部と右下角部とを結ぶ対角線と平行にケース１の外側へ突き出るように第１脚部６ａが形成されている。
また、左側面部Ｃ３と下面部Ｃ６との境界となる辺部には、その全部にわたり、ケース１の正面視において左下角部と右上角部とを結ぶ対角線と平行にケース１の外側へ突き出るように第２脚部６ｂが形成されている。
さらに、左側面部Ｃ３と上面部Ｃ５との境界となる辺部には、その全部にわたり、ケース１の正面視において左上角部と右下角部とを結ぶ対角線と平行にケース１の外側へ突き出るように第３脚部６ｃが形成されている。

第１脚部６ａには、ｚ軸方向に延びる２つのボルト孔６ａ１がｙ軸方向に間隔を置いて設けられている。また、第３脚部６ｃには、ｘ軸方向に延びる２つのボルト孔６ｃ１がｙ軸方向に間隔を置いて設けられている。

図４Ａに示すように、第２脚部６ｂには、上面視横Ｕ字状の切欠き部６ｂ１が２つ、ｙ軸方向に間隔を置いて設けられている。切欠き部６ｂ１は、ｚ軸方向に突き抜けるように形成されている。
図４Ｂに示すように、第２脚部６ｂには、右側面視逆Ｕ字状の切欠き部６ｂ２が２つ、ｙ軸方向に間隔を置いて設けられている。切欠き部６ｂ２は、ｘ軸方向に突き抜けるように形成されている。
２つの切欠き部６ｂ１の一方と２つの切欠き部６ｂ２の一方とは、ｙ軸方向位置が一致している。また、２つの切欠き部６ｂ１の他方と、２つの切欠き部６ｂ２の他方とは、ｙ軸方向位置が一致している。

図５Ａに示すように、ラック２の長手方向が垂直方向となるように、第１脚部６ａ及び第２脚部６ｂを水平面Ｈに接触させて直線作動装置１０を取り付けることができる。直線作動装置１０は、第１脚部６ａのボルト孔６ａ１と第２脚部６ｂの切欠き部６ｂ１とに挿入されるボルト（不図示）により水平面Ｈに固定される。
図５Ｂに示すように、ラック２の長手方向が水平方向となるように、第２脚部６ｂ及び第３脚部６ｃを水平面Ｈに接触させて直線作動装置１０を取り付けることができる。直線作動装置１０は、第２脚部６ｂの切欠き部６ｂ２と第３脚部６ｃのボルト孔６ｃ１とに挿入されるボルト（不図示）により水平面Ｈに固定される。

このように、ケース１内部の機構を組み換えることなく、直線作動装置１０の向きを変えるだけで、ラック２の運動方向を変えることができる。

図３及び図５Ｃに示すように、ラック２の中心２ｂから両ボルト穴６ａ１の中心までのｙ軸方向間隔はいずれもＰであるとともに、ラック２の中心２ｂから両ボルト穴６ｃ１の中心までのｙ軸方向間隔はいずれもＰである。言い換えると、ラック２の中心２ｂは、ｙ軸方向の取付ピッチの中央に位置する。
また、図３及び図５Ａに示すように、ラック２の中心２ｂからボルト穴６ａ１の中心までのｘ軸方向間隔と、ラック２の中心２ｂから切欠き部６ｂ１のボルト締結部の中心までのｘ軸方向間隔とは、いずれもＬ１である。言い換えると、ラック２の中心２ｂは、ｘ軸方向の取付ピッチの中央に位置する。さらに、図５Ａに示すように、ラック２の中心２ｂから第１脚部６ａの右端面までのｘ軸方向間隔と、ラック２の中心２ｂから第２脚部６ｂの左端面までのｘ軸方向間隔とは、いずれもＬ２である。ここで、第１脚部６ａの右端面及び第２脚部６ｂの左端面はいずれも、ｙｚ平面に平行な面である。
図５Ｂに示すように、中空軸４の中心から第２脚部６ｂにおける切欠き部６ｂ２のボルト締結部の中心までのｚ軸方向間隔と、中空軸４の中心から第３脚部６ｃのボルト孔６ｃ１の中心までのｚ軸方向間隔とは、いずれもＬ１である。また、中空軸４の中心から第２脚部６ｂの下端面までのｚ軸方向間隔と、中空軸４の中心から第３脚部６ｃの上端面までのｚ軸方向間隔とは、いずれもＬ２である。ここで、第２脚部６ｂの下端面及び第３脚部６ｃの上端面はいずれも、ｘｙ平面に平行な面である。
加えて、図３及び図５Ｃに示すように、第１脚部６ａの２つのボルト孔６ａ１のうち、正面部Ｃ１側にあるボルト孔６ａ１の中心と、第２脚部６ｂの２つの切欠き部６ｂ１のうち、正面部Ｃ１側にある切欠き部６ｂ１のボルト締結部の中心とは、ｙ軸方向位置が一致している。また、第１脚部６ａの２つのボルト孔６ａ１のうち、背面部Ｃ２側にあるボルト孔６ａ１の中心と、第２脚部６ｂの２つの切欠き部６ｂ１のうち、背面部Ｃ２側にある切欠き部６ｂ１のボルト締結部の中心とは、ｙ軸方向位置が一致している。
図５Ｃに示すように、第２脚部６ｂの２つの切欠き部６ｂ２のうち、正面部Ｃ１側にある切欠き部６ｂ２のボルト締結部の中心と、第３脚部６ｃの２つのボルト孔６ｃ１のうち、正面部Ｃ１側にあるボルト孔６ｃ１の中心とは、ｙ軸方向位置が一致している。また、第２脚部６ｂの２つの切欠き部６ｂ２のうち、背面部Ｃ２側にある切欠き部６ｂ２のボルト締結部の中心と、第３脚部６ｃの２つのボルト孔６ｃ１のうち、背面部Ｃ２側にあるボルト孔６ｃ１の中心とは、ｙ軸方向位置が一致している。
このように、ラック２の中心２ｂは、ｘ軸方向の取付ピッチの中央に位置し、かつｙ軸方向の取付ピッチの中央に位置する（図３）。また、ｘ軸方向の取付ピッチとｚ軸方向の取付ピッチとはいずれも等しい（図５Ａ及び図５Ｂ）。そのため、直線作動装置１０を外部機器へ取り付ける際の、取付穴等の寸法取りが容易になる。

続いて図６に、外部駆動機構であるモータ付き平行軸歯車減速機２０に直線作動装置１０が組み付けられる様子を示す。図７及び図８にはモータ付き平行軸歯車減速機２０を示す。
モータ付き平行軸歯車減速機２０は、モータ２１と平行軸歯車減速機２２とが組み合わされたものである。モータ２１は、穴部２１ｄが形成されたモータハウジング２１ｃと、穴部２１ｄを通じてモータハウジング２１ｃの内部から外部へと突出したモータ出力軸２１ａとを備えている。モータ出力軸２１ａの先端部には、ピニオン歯切り部２１ｂが形成されている。

平行軸歯車減速機２２は、減速機ハウジング２２ｃを備えている。減速機ハウジング２２ｃには穴部２２ｄが形成されており、この穴部２２ｄを通じてモータ出力軸２１ａが減速機ハウジング２２ｃの内部に挿入されている。平行軸歯車減速機２２はさらに、減速機ハウジング２２ｃの内部に挿入されているモータ出力軸２１ａのピニオン歯切り部２１ｂと噛み合う入力歯車２５と、丸シャフトの減速機出力軸２３と、入力歯車２５と出力軸２３とを接続する数段の歯車（不図示）とを備えている。さらに、減速機ハウジング２２ｃの、直線作動装置１０への取付面２２ｃ_１には、減速機出力軸２３を支えるベアリングやオイルシールを固定するボス部２４が設けられている。ボス部２４には穴部２２ｅが形成され、この穴部２２ｅを通じて減速機ハウジング２２ｃの内部から外部へと減速機出力軸２３が突出している。

モータ２１に電力が供給されるとモータ出力軸２１ａが回転し、平行軸歯車減速機２２により減速されて減速機出力軸２３が回転する。

図６に戻り、直線作動装置１０の中空軸４の軸装着孔にはキー溝４ａが形成されている（図２も参照）。平行軸歯車減速機２２の減速機出力軸２３には、平行キー２３ａが装着されている。減速機出力軸２３が中空軸４への入力軸となるように、中空軸４の内周部とキー溝４ａに、減速機出力軸２３の外周部と平行キー２３ａとが嵌挿係合する。また、直線作動装置１０のケース１の正面部Ｃ１と、減速機ハウジング２２ｃの取付面２２ｃ_１とが、接合され、図示しないボルトにより締結される。

図９Ａは、モータ付き平行軸歯車減速機２０を直線作動装置１０に取り付けた状態の断面図であり、図９Ｂは断面斜視図である。直線作動装置１０のケース１の正面部Ｃ１よりも内側にフランジ７が取り付けられている。フランジ７には、平行軸歯車減速機２２のボス部２４が収まる凹部７ａが設けられている。

図８は、モータ付き平行軸歯車減速機２０を減速機出力軸２３側から見た正面図である。減速機出力軸２３は、減速機ハウジング２２ｃの取付面２２ｃ_１の中心からずれた位置にある。つまり、減速機出力軸２３は、取付面２２ｃ_１の中心からオフセットしている。また、図２に示しているように、中空軸４は、直線作動装置１０のケース１における正面部Ｃ１の中心からオフセットしている。減速機出力軸２３のオフセット量と中空軸４のオフセット量とを同程度とすることにより、正面部Ｃ１の寸法と取付面２２ｃ_１の寸法とを同程度とすることができる。

モータ付き平行軸歯車減速機２０の減速機出力軸２３が回転することにより、嵌挿係合している中空軸４に設けられているピニオン３が回転し、ピニオン３と噛み合っているラックギヤ２ａが刻設されているラック２が直線運動する。モータ付き平行軸歯車減速機２０の減速機出力軸２３の回転方向を切り替えることにより、ラック２は往復動する。

減速機ハウジング２２ｃの取付面２２ｃ_１と寸法が同程度の取付面と、減速機出力軸２３と径及びオフセット量が同程度の出力軸とを有するものであれば、各種のモータ付き平行軸歯車減速機を直線作動装置１０に組み付けることができる。これにより、平行軸歯車減速機の減速比の変更、あるいはモータの特性の変更を行うことができる。例えば、一定速度の回転が求められるのであれば、ＡＣ電源を入力しただけで駆動する安価な誘導モータや同期モータを組み付けることができる。低速から高速までの変速回転が求められるのであれば、ブラシレスモータを組み付けることができる。高精度の位置決めが求められるのであれば、ステッピングモータやサーボモータなどを組み付けることができる。このように、直線作動装置１０と組み付けるモータ付き平行軸歯車減速機を用途に合わせて選ぶことができる。

本実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
・直線作動装置の使用状況に合わせて同装置の向きを変えるだけで、同装置を分解することなく、ラックの運動方向（垂直方向又は水平方向）を容易に変えることができる。ラックの運動方向が垂直方向であっても水平方向であっても取付ピッチが同一寸法のため（図５Ａ及び図５Ｂ）、設計を間違えるリスクが少なくなる。製品在庫の削減にも繋がる。
・ｘ軸方向及びｙ軸方向のいずれにおいても、取付ピッチの中央にラックが位置するため、装置設計が容易になる。
・直線作動装置と組み合わせるモータ付き平行軸歯車減速機におけるモータの種類及び減速比を適宜、選択することができる。

また、従来は、ケーシングの上下左右各面に、各々縦横両中心線より適宜量偏心した位置に操作棒挿通孔が一対ずつ設けられていた。そのため、操作棒が挿通されない操作棒挿通孔を通して外部から異物が混入したり、内部の潤滑油が漏れる虞があった。
これに対し、本実施形態によれば、使用状況にかかわらず、ラック２が挿通されないラック挿通用穴部がケース１に存在しないため、異物の混入及び内部からの潤滑油漏れを抑えることができる。

［他の実施形態］
図１０Ａ及び図１０Ｂに他の実施形態を示す。両図における直線作動装置３０は、ラック３３を有するラック・ピニオン機構部３１と、平行軸歯車減速機３２とを備えている。ラック・ピニオン機構部３１におけるピニオン（不図示）は、平行軸歯車減速機３２の出力軸（不図示）に刻設又は配設されている。図１０Ａにおいては、ラック３３の運動方向が垂直方向となるように直線作動装置３０が水平面Ｈに取り付けられている。図１０Ｂにおいては、ラック３３の運動方向が水平方向となるように直線作動装置３０が水平面Ｈに取り付けられている。

先に述べた、中空軸４にピニオン３が設けられる実施形態と比較すると、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した実施形態によれば、平行軸歯車減速機３２は固定のものとなるので、減速比等を容易に変更することは難しくなる。しかし、平行軸歯車減速機３２の出力軸に直接、ピニオンが刻設又は配設されているため、ピニオンの径を小さくすることができる。これにより、直動するラック３３の推力を大きくすることができる。

また、モータ付き平行軸歯車減速機のケースから、正反対の２つの方向に減速機出力軸を突出させ、両突出部の一方を１台目の直線作動装置１０の中空軸４と係合させ、両突出部の他方を２台目の直線作動装置１０の中空軸４と係合させることができる。このように、２台の直線作動装置１０を単一のモータ付き平行軸歯車減速機により駆動することができる。さらに、２台の直線作動装置１０の少なくとも一方における背面部Ｃ２に穴部を設けて背面部側から入力軸を中空軸４へ挿入できるようにして、背面部側にモータ付き平行軸歯車減速機を配置することができる。このとき、背面部とモータ付き平行軸歯車減速機とが直に接している必要はない。

図１１に示すように、モータ付き減速機２０ａから正反対の方向に突出した２つの出力軸の各々と直線作動装置１０とを、カップリング４０を経由して接続することもできる。

直線作動装置１０のケース１は、略直方体状に限られず、略立方体状であってもよい。

これまでに説明した実施形態に関し、以下の付記を開示する。
［付記１］
ピニオンと、
前記ピニオンと噛み合うラックと、
外形が略直方体状又は略立方体状であり、前記ピニオンを収容するとともに、対向する２つの面に前記ラックが貫通する穴部が設けられたケースと、
前記ケースにおいて互いに平行であり前記ラックとは非平行な３つの辺部の各々から外側に突き出るように設けられた脚部と
を備える直線作動装置。
［付記２］
単一の前記脚部が、前記ラックが垂直方向となるように前記直線作動装置が水平面に取り付けられる場合と、前記ラックが水平方向となるように前記直線作動装置が水平面に取り付けられる場合とに共通して用いられる、付記１に記載の直線作動装置。
［付記３］
前記ケース内に収容され周方向に回転可能な中空軸をさらに備え、
前記ピニオンは前記中空軸の外周面に設けられ、
前記中空軸に対し、周方向に回転可能な入力軸が嵌合する、
付記１又は２に記載の直線作動装置。
［付記４］
回転電機から回転動力が伝達される減速機をさらに備え、
前記減速機の出力軸に前記ピニオンが設けられている、
付記１又は２に記載の直線作動装置。
［付記５］
前記ラックが垂直方向となるように前記直線作動装置が水平面に取り付けられる場合に、前記ラックが、前記直線作動装置の前後方向における取付けピッチの中央に位置するともに、前記直線作動装置の左右方向における取付けピッチの中央に位置する、付記１～４のいずれか一項に記載の直線作動装置。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

１０直線作動装置
１ケース
１ｄ開口部

Ｃ１正面部
Ｃ２背面部
Ｃ３左側面部
Ｃ４右側面部
Ｃ５上面部
Ｃ６下面部

２ラック
２ａラックギヤ
３ピニオン
４中空軸
４ａキー溝
５ａ、５ｂすべり軸受
６ａ、６ｂ、６ｃ脚部
６ｂ１、６ｂ２切欠き部
７フランジ
８ａ、８ｂ軸受

２０モータ付き平行軸歯車減速機
２１モータ
２２平行軸歯車減速機

Claims

ピニオンと、
前記ピニオンと噛み合うラックと、
外形が略直方体状又は略立方体状であり、前記ピニオンを収容するとともに、対向する２つの面に前記ラックが貫通する穴部が設けられたケースと、
前記ケースにおいて互いに平行であり前記ラックとは非平行な３つの辺部の各々から外側に突き出るように設けられた脚部と
を備え、
単一の前記脚部が、前記ラックが垂直方向となるように前記直線作動装置が水平面に取り付けられる場合と、前記ラックが水平方向となるように前記直線作動装置が水平面に取り付けられる場合とに共通して用いられ、
前記単一の脚部に、略Ｕ字状で第１方向に延びる第１切欠き部と、略Ｕ字状で前記第１方向と直交する第２方向に延びる第２切欠き部とが形成され、
前記第１切欠き部と前記第２切欠き部とは、前記第１方向と前記第２方向とに直交する第３方向の位置が一致している、
直線作動装置。
前記ケース内に収容され周方向に回転可能な中空軸をさらに備え、
前記ピニオンは前記中空軸の外周面に設けられ、
前記中空軸に対し、周方向に回転可能な入力軸が嵌合する、
請求項１に記載の直線作動装置。
回転電機から回転動力が伝達される減速機をさらに備え、
前記減速機の出力軸に前記ピニオンが設けられている、
請求項１に記載の直線作動装置。
前記ラックが垂直方向となるように前記直線作動装置が水平面に取り付けられる場合に、前記ラックが、前記直線作動装置の前後方向における取付けピッチの中央に位置するともに、前記直線作動装置の左右方向における取付けピッチの中央に位置する、請求項１～３のいずれか一項に記載の直線作動装置。