JPH02119548A

JPH02119548A - リニア・アクチエータ

Info

Publication number: JPH02119548A
Application number: JP27188488A
Authority: JP
Inventors: Jiro Chiba; 次郎千葉
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 1988-10-27
Filing date: 1988-10-27
Publication date: 1990-05-07
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JP2790826B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、モータ等の回転駆動手段の回転運動から直線
運動を得るリニア・アクチエータに関する。

従来の技術モータ等の回転駆動手段の回転運動から直線運動を得る
リニア・アクチエータは、自動工作機械等において多用
されている。従来のリニア・アクチエータでは、モータ
の出力軸に減速機が設けられ、減速機の出力軸にはねじ
・ナツト機構またはボール・ねじ機構等が設けられるこ
とによって棒部材が直線運動するよう構成されている。

発明が解決しようとする課題上記の従来のリニア・アクチエータにおいて、ミクロン
以下の精度を必要とする場合、ねじ部分の精度が高いも
のが要求される。このため、装置全体が極めて高価なも
のとなり、しかも加工が困難であるので、量産ができな
いという欠点があった。

従って、本発明の目的は、ねじ機構を採用することなく
、しかも安価に且つ量産できる、ミクロン以下の高い精
度を有するリニア・アクチエータを提供することにある
。

課題を解決するための手段かかる目的を達成するため、本発明によれば、モータ等
の回転駆動手段の回転運動から直線運動を得るリニア・
アクチエータであって、回転駆動手段の出力軸に減速機
が連結され、該減速機の出力軸にその軸芯に合わせて回
転体が取付けられ、この回転体の端面が前記軸芯に直交
する平面に対して傾斜しており、前記回転体の端面には
前記軸芯から離れた位置で一方の端部が接触し該軸芯に
平行に延びる棒部材が設けられ、該棒部材の他方の端部
が前記回転駆動手段の回転によって直線運動することを
特徴とするリニア・アクチエータが提供される。

かかる構成によって、前記回転体の端面が棒部材の一方
に端部に対してカム面を構成し、該棒部材の端部がカム
フォロワーとなって、回転体の回転運動を直線運動に変
換し、その精度もカム面とカムフォロワーの加工の精度
によってミクロン以下の高い精度にすることができる。

また、本発明によれば、上記リニア・アクチエータに、
位置決め指令に基づいて回転駆動手段を駆動するコント
ローラと、回転駆動手段の回転角度を検知してその角度
信号を前記コントローラに入力される位置決め指令信号
を制御するようにフィードバックする角度センサと、前
記角度センサの出力に接続され、回転駆動手段の回転角
度を計測する計測手段と、前記直線運動する棒部材の位
置を高い精度で検知する精密級のセンサと、前記計測手
段からの回転角度信号と前記精密級位置センサからの高
精度位置信号とを比較して誤差信号を作る手段と、その
誤差信号を前記回転角度信号をアドレスとして記イ意さ
せ、そのアドレス信号によって読み出された誤差信号を
前記コントローラに入力するように接続されたメモリと
が設けられ、前記精密級位置センサが、メモリへの誤差
信号の書き込みの後は装置から取り外し得るように構成
されことを特徴とする。

このリニア・アクチエータによれば、上記の精密級セン
サを基準として得られた誤差信号を記憶して、この誤差
信号を用いてコントローラを作動させるので、精密セン
サを切り離しても、高精度の位置決めが精密にできる。

特に、上記のカム面となる回転体の端面と、カムフォロ
ワーとなる棒部材の端部との接触において、回転体の回
転角度と棒部材の直線距離との関係を記憶することによ
って、ミクロン以下の精度で制御できる。

実施例以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図において、本発明に係るリニア・アクチエータ１
は、回転駆動手段としてのモータ２と、その出力軸に連
結された減速機３と、この減速機３の出力軸にその軸芯
４に合わせて取付けられた回転体５とを備えている。本
発明におい二、前記回転体５の端面６は前記軸芯４に直
交する平面７に対して傾斜しており、この回転体５の端
面６には前記軸芯４から離れた位置で一方の＠部が接触
子としてのボール８を介して接触し、矢印方向に直線運
動する前記軸芯４に平行な棒部材１０が設けられている
。この棒部材１０はリニア・アクチエータ１の出力部材
となり、棒部材の端部９がリニア・アクチエータの出力
部となり、該端部９は棒部材１０の軸線１１上を運動す
る。

なお、ボール８は端面６に対して棒部材１０の端部を摩
擦接触しないようにするものであり、必須のものではな
い。例えば、棒部材ｌＯの端部を錐の先端のように尖ら
して、回転体５の端面６に当接させることもできる。し
かし、棒部材１０に対して摩擦接触し、しかも、その先
端に端面６からの圧力が集中するので摩耗が激しくなる
。従って、棒部材端部と回転体端面との間の接触は、摩
擦接触を少なくできるものであるのが好ましい。

また、両者の摩擦接触を防止できれば、他の部材でもよ
く、ボールに限定されない。また、ボール８と端面６と
の摩擦接触をできるだけ少なくするとともに、その接触
位置が棒部材の軸線１１に対してずれないようにするた
め、棒部材１０の端部には大きめの錐穴を穿けてこの穴
の中にボール８を収容してもよく、更には、三角鐘状の
穴を穿けてこの穴の中にボール８を収容してボールを三
点支持とするのも好ましい。

また、回転体５の端面６に棒部材端部のボール８が押圧
して接触すなわち当接するのを維持するように、棒部材
１０にはリニア・アクチエータ１のハウジング１２との
間にばね１３が設けられイ）のが好ましい。そして、棒
部材ｌＯが同じ位置で直線運動をするように、ハウジン
グ１２の中の棒部材部分には、ガイド１４が設けられる
のが好ましい。このガイド１４は、例えば、第２図に示
すように、下面をＶ溝に形成して上がらばね１５等によ
って棒部材１０の側面を弾性的に押圧することによって
案内するのが好ましい。更に、第３図に図示のように、
棒部材１０の回転を防止するため、棒部材１０の側面に
軸方向に延びる溝１６を形成し、ここにボール１７等の
キー手段を設けるのが好ましい。

更に、減速機３は、精密級で且つバックラッシの少ない
ものが好ましく、この点で波動歯車減速機が適している
。そして、一般のリニア・アクチエータがそうであるよ
うに、図示のリニア・アクチエータ１においても、モー
タ２の減速機３とは反対の側にはモータの回転角度を検
知するセンサ１８が設けられるのが好ましく、このセン
サからの信号を受けて、後述のコントローラにより、モ
ータ２の回転角度を制御するのが好ましい。

上記の構成で成る、リニア・アクチエータ１は以下のよ
うに動作する。すなわち、モータ２が付勢されると、減
速ａ３が所定の減速比で出力軸を回転させ、連結された
回転体５を回転させる。この回転により、回転体５の傾
斜端面６にボール８によって接触した棒部材１０の端部
は、第１図の矢印の方向に直線運動を行う。これは、棒
部材の軸線１１に対して回転体５の軸芯４がずれており
、傾斜端面６が棒部材１０に対してカム面として作用す
るからである。従って、棒部材１０の端部９が前記の直
線運動の出力部分となっていて、その突出長さあるいは
引込長さによって対象物の突出長さあるいは引込長さを
定めることができる。

この棒部材ＩＯの端部９の突出長さあるいは弓込長さに
ついて、カム面を形成する回転体５の傾斜端面６が、円
筒をその軸芯４と直交する平面７に対して傾斜角度φで
切断されたものとして、第４図を参照しながら、説明す
る。

第４図において、同図（ａ）は回転体５の正面図、同図
ら）は回転体５の平面図、同図（Ｃ）は回転体端面６の
斜視図、及び同図（ｄ）は回転体端面６を直交平面７に
投影した図である。今、回転体５の半径をＲ，とじ、平
面７に対する端面６の傾斜高さを２ｈ。

（・２Ｒｏｔａｎφ）とし、回転体５を角度θだけ回転
したときにボール８が軸芯４から端面６に当接する点ま
での長さを同ｔＭ（ｂ）の中心線１９上に投影した長さ
をＲ，とじ、同じく、回転体５を角度θだけ回転したと
きに平面７からボール８が端面６に当接する点までの高
さをり、とする。

これらの条件から、ｈｌ＝　２　ｈｏ−ｈ、、ｉｚ＝　
（Ｒａ　Ｒ＋）ｔａｎφ、Ｒ＋＝Ｒｏｃｏｓθが得られ
る。

前記式から、ｈｚ　＝　Ｒｏ　（１−ｃｏｓθ）　ｔａ
ｎφが得られ、ｈ＋＝　２　ｈａ−Ｒｏ（１−ｃｏｓθ
）　ｔａｎφが得られる。

そして、２　ｈｏ　＝　２Ｒｏ　ｔａｎφであるから、
ｔ＋　＋　＝　Ｒｏ　（１＋　ｃｏｓθ）　ｔａｎφが
得られる。

最後の式において、ｔａｎφは一定であるから、棒部材
の突出長さあるいは引込長さを示すｈｌは、余弦の動き
となり、回転体５の回転角度θに対して、棒部材１０の
直線運動はリニアすなわち正比例しない。しかし、上記
のことから、明らかなように、本発明によるリニア・ア
クチエータ１は、ねじ機構を一切使用することなく回転
運動を直線運動に変換することができるので、ミクロン
以下の高い精度を確保することができる。

ところで、回転体５の回転角度θに対して棒部材１０が
リニアすなわち正比例して運動するのであれば、モータ
２の回転角度から棒部材１０の突出長さあるいは引込長
さり、が簡単に得られるので制御の観点から望ましいこ
とである。そのためには、回転体５の端面６の形状を、
前記ｃｏｓθを補完するように成形すればよいが、この
ような成形加工はかなり面倒なものとなり、あまり有利
なものではない。そこで、回転体５を円筒に形成し、そ
の端面６を一定の角度φで傾斜した平坦に形成したまま
で、見掛は上リニアである如く細かい精度でモータ２を
制御できるのが好ましい。かかる要望に応えるのが第５
図に示す回路である。

第５図の制御回路は、回転駆動手段としてのモータ２を
位置決め指令に基づいて駆動するコントローラ２１と、
モータ２の回転角度を検知してその角度信号によって前
記コントローラ２１に入力される位置決め指令信号を制
御するようにフィードバックする角度センサ１８と、角
度センサ１８の出力に接続され、モータ２の回転角度を
計測する計測手段としての積算カウンタ２２と、前記直
線運動する棒部材１０の位置を高い精度で検知する精密
級の位置センサ２３と、積算カウンタ２２からの回転角
度信号と前記精密級位置センサ２３からの高精度位置信
号とを比較して誤差信号を作る誤差信号発生器２４と、
その誤差信号を前記積算カウンタ２２からの回転角度信
号をアドレスとして記憶させ、そのアドレス信号によっ
て読み出された誤差信号を補正信号としてコントローラ
２１に入力するように接続されたメモリと２５から成り
、かかる回路により、余弦状の運動をする棒部材１０で
あっても正比例の運動をするのと同じように精密に且つ
簡単に制御できる。

なお、上記の精密級位置センサ２３は、メモリ２５への
誤差信号の書き込みの後は装置から取り外し得るように
なっていて、−時的にしか高い精度で検知する高精度の
精密級の位置センサ２３は使用されない。すなわち、こ
の位置センサ２３の精度は高くコストも高いのであるが
、−時的に使用され、その後は取り外されるものである
ので、このセンサ２３はコストを高くするものとはなら
ない。

発明の効果本発明によれば、モータ等の回転駆動手段の出力軸に減
速機が連結され、該減速機の出力軸にその軸芯に合わせ
て回転体が取付けられ、この回転体の端面が前記軸芯に
直交する平面に対して傾斜しており、前記回転体の端面
には前記軸芯から離れた位置で一方の端部が接触し該軸
芯に平行に延びる棒部材が設けられ、該棒部材の他方の
端部が前記回転駆動手段の回転によって直線運動するこ
とを特徴とするリニア・、アクチエータが提供されるの
で、回転体の端面が棒部材の一方に端部に対してカム面
を構成し、該棒部材の端部がカムフォロワーとなって、
回転体の回転運動を直線運動に変換する。従って、ねじ
機構を一切使用していないので、その精度もカム面とカ
ム７オロワーの加工の精度によってミクロン以下の高い
精度にすることができる。そして、ねじ機構の加工の困
難さに比べて、極めて簡単に加工でき、高い歩留まりで
盪産が可能になり、価格を低くすることができる。

また、本発明によれば、上記リニア・アクチエータに、
位置決め指令に基づいて回転駆動手段を駆動するコント
ローラと、回転駆動手段の回転角度を検知してその角度
信号を前記コントローラに入力される位置決め指令信号
を制御するようにフイードバックする角度センサと、前
記角度センサの出力に接続され、回転駆動手段の回転角
度を計測する計測手段と、前記直線運動する棒部材の位
置を高い精度で検知する精密級のセンサと、前記計測手
段からの回転角度信号と前記精密級位置センサからの高
精度位置信号とを比較して誤差信号を作る手段と、その
誤差信号を前記回転角度信号をアドレスとして記憶させ
、そのアドレス信号によって読み出された誤差信号を前
記コントローラに入力するように接続されたメモリとを
含み、前記精密級位置センサを、メモリへの誤差信号の
書き込みの後は装置から取り外し得るようにした制御回
路が設けられるので、上記の精密級センサの誤差データ
を記憶して、このデータを用いてコントローラを作動さ
せることができる。

そして、上記の精密センサを切り離しても、非常に高精
度の位置決めが簡単になり、上記のカム面となる回転体
の端面と、カムフォロワーとなる棒部材の端部との接触
において、回転体の回転角度と棒部材の直線距離との関
係を記憶することによって、棒部材が回転体に対して正
比例した運動をしない場合でもミクロン以下の精度で簡
単に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るリニア・アクチエータの構成図
、第２図は、棒部材とそのガイドとを示す断面図、第３
図は、棒部材とそのガイドとの、第２図とは異なる例を
示す断面図、第４図（ａ）〜（ｄ）は、円筒形状の回転
体と棒部材の運動の関係を示す説明図、第５図は、第１
図のリニア・アクチエータを制御するのに適した制御回
路の回路図である。符号の説明１・・・・リニア・アクチエータ２・・・・モータ３・・・・減速機４・・・・軸芯５・・・・回転体６・・・・回転体端面７・・・・直交平面・・・・ボール・・・・他方の端部・・・・棒部材・・・・棒部材の軸線・・・・ハウジング・・・・ガイド・・・・キー溝・・・・コントローラ・・・・回転角度計測手段（積算カウンタ）・・・・精
密級位置センサ・・・・誤差信号発生器・・・・メモリ第１図第２図第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）モータ等の回転駆動手段の回転運動から直線運動
を得るリニア・アクチエータにおいて、回転駆動手段の
出力軸に減速機が連結され、該減速機の出力軸にその軸
芯に合わせて回転体が取付けられ、この回転体の端面が
前記軸芯に直交する平面に対して傾斜しており、前記回
転体の端面には前記軸芯から離れた位置で一方の端部が
接触し該軸芯に平行に延びる棒部材が設けられ、該棒部
材の他方の端部が前記回転駆動手段の回転によって直線
運動することを特徴とするリニア・アクチエータ。
（２）位置決め指令に基づいて回転駆動手段を駆動する
コントローラと、回転駆動手段の回転角度を検知してそ
の角度信号を前記コントローラに入力される位置決め指
令信号を制御するようにフィードバックする角度センサ
と、前記角度センサの出力に接続され、回転駆動手段の
回転角度を計測する計測手段と、前記直線運動する棒部
材の位置を高い精度で検知する精密級のセンサと、前記
計測手段からの回転角度信号と前記精密級位置センサか
らの高精度位置信号とを比較して誤差信号を作る手段と
、その誤差信号を前記回転角度信号をアドレスとして記
憶させ、そのアドレス信号によって読み出された誤差信
号を前記コントローラに入力するように接続されたメモ
リとを含み、前記精密級位置センサは、メモリへの誤差
信号の書き込みの後は装置から取り外し得るように構成
したことを特徴とする請求項１記載のリニア・アクチエ
ータ。