JPH0231241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はたとえば数値制御工作機械等に用いら
れるリニヤ−アクチユエータに関する。

（従来の技術） 従来、上記種のリニヤ−アクチユエータとし
て、第１図や第２図に示すようなものがある。す
なわち、第１図に示すリニヤ−アクチユエータ
は、送りネジ１とサーボバルブ２を構成するスプ
ール３とを一体にしたスプール軸４がパルスモー
タ５で回転されると、送りネジ１とナツト６との
螺合により、スプール３が軸方向に偏立する。す
ると第１の室７の油圧に対して第２の室８の油圧
が変化し、ピストン９が変位する。また、このピ
ストン９の変位がナツト６を介してスプール３に
フイードバツクされることによりスプール３が復
帰し、このようにしてピストン９がパルスモータ
５の回転角に比例してストロークで停止するよう
になつている。なお、１０はピストンロツド、１
１は圧力平衡室、１２はシリンダ、１３はフイル
タ、１４は作動油供給源、１５はギヤ、１６はタ
ンクである。

一方、第２図に示すリニヤ−アクチユエータ
は、パルスモータ２１により送りネジ２２を回転
することによりこの送りネジ２２に螺合するナツ
ト２３を内蔵したスプール２４がこのスプール２
４とともにサーボバルブ２５を構成するピストン
２６に対し軸方向へ偏位する。すると、第１の室
２７の油圧に対して第２の室２８の油圧が変化
し、ピストン２６が変位する。また、このピスト
ン２６の変位によりスプール２４が相対的に復帰
し、このようにしてピストン２６がパルスモータ
２１の回転角に比例したストロークで停止するよ
うになつている。なお、２９はシリンダ、３０は
ピストンロツド、３１は作動油供給源、３２はタ
ンク、３３はギヤである。

これらリニヤ−アクチユエータでは、送りネジ
１，２２およびナツト６，２３がシリンダ１２，
２９内に設けられているため、位置制御がちりの
多い悪い環境に影響されないという利点がある。

（発明の解決しようとする問題点） ところが、送りネジ１，２２が作動油に直接接
触しているため、油温による熱膨張によつて誤差
が生じる。たとえば1000mmのストロークでは20℃
変化すれば0.2mmの大きな誤差を生じるという欠
点がある。

また、サーボバルブ２，２５は、シリンダ１
２，２９のヘツドに組込まれているため、サーボ
バルブ２，２５を交換するにはシリンダ１２，２
９全体を分解しなければならず、保守が困難であ
る。この場合、シリンダ１２，２９全体を交換す
ることも考えられるが、非常に費用がかかる。

本発明は上記事情にもとづいてなされたもの
で、その目的とするところは、位置制御がちり等
の多い悪い環境に影響されないとともに、作動流
体の温度変化による寸法誤差を生じることがな
く、しかも、サーボバルブの保守が容易で、さら
にスプールの摩耗を可及的に防止することができ
るリニヤ−アクチユエータを提供することにあ
る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決するために、シリ
ンダと、このシリンダ内に設けられたピストン
と、スプールの偏位に応じてシリンダ内への作動
流体の供給を断続してピストンを変位させるサー
ボバルブと、ピストンとスプールとの間に介在さ
れた送りネジ機構とを備え、ピストンの変位をス
プールにフイードバツクさせるようにしたリニヤ
−アクチユエータにおいて、送りネジ機構を作動
流体から隔離する隔離手段と、サーボバルブをシ
リンダの外側に支持する第１の支持手段と、スプ
ールを軸方向へ偏位可能かつ回転不能に支持する
第２の支持手段と、送りネジ機構の軸方向の変位
のみをスプールに伝達し、回転変位は上記スプー
ルに伝達しない伝達手段とを具備したことを特徴
とするものである。

（作用） 送りネジ機構は隔離手段によつて作動流体から
隔離される。これにより作動流体の温度が変化し
ても、送りネジ機構はその影響を受けない。ま
た、サーボバルブはシリンダの外側に配置されて
いるので、シリンダ全体を分解することなくサー
ボシリンダの交換、保守が行える。さらに、第２
の支持手段および伝達手段によつて、送りネジ機
構からスプールへ軸方向の偏位のみが伝達され、
回転偏位は伝達されない。したがつて、スプール
は回転しないので、摩耗が生じない。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第３図および第４図
を参照しながら説明する。

第３図中４１はシリンダであり、この内部には
ピストン４２が設けられ、往復運動するようにな
つている。このピストン４２にはピストンロツド
４３が一体的に連設され、上記シリンダ４１の一
端部から突出している。これらピストン４２およ
びピストンロツド４３は中空円筒状に形成されて
いる。また、１０１は送りネジ機構を示してい
る。この送りネジ機構１０１は、送りネジ４４お
よびナツト４７を有している。送りネジ４４は、
ピストン４２およびピストンロツド４３の軸心部
に配設されている。この送りネジ４４の一端部は
ピストンロツド４３の一端部にナツト４５および
キー４６によつて固定されている。ナツト４７
は、送りネジ４４の他端側に螺合されている。

また、上記ピストン４２およびピストンロツド
４３内には一端部がシリンダヘツド４８に固定さ
れたチユーブ（隔離手段）４９の他端部が挿入さ
れているとともに、このチユーブ４９と上記ピス
トン４２およびピストンロツド４３との間にはパ
ツキン（隔離手段）５０が設けられていて、上記
送りネジ４４部分に作動流体としての作動油５１
が入り込まないようになつている。

上記チユーブ４９内には上記送りネジ４４およ
びナツト４７を囲繞する中空軸５２が挿通され、
ニードルベアリング５３，５３によつて回転自在
かつ軸方向へ変位自在となつている。また、この
中空軸５２は一端で上記ナツト４７に固着してお
り、他端がシリンダヘツド４８からギヤボツクス
５４内に突出している。この中空軸５２の突出部
には従動ギヤ５５が取付けられ、またこの従動ギ
ヤ５５にはバツクラツシユ除去用の分割ギヤ５６
が取付けられ、これら従動ギヤ５５および分割ギ
ヤ５６はサーボモータ５７の回転軸５８に取付け
られた駆動ギヤ５９と噛合している。

一方、６０は、シリンダ４１外側に支持部材
（第１の支持手段）１０２によつて支持されたサ
ーボバルブ６１のスプールで、このスプール６０
の一端は第２の支持手段１０３によつて支持され
ている。すなわち、この第２の支持手段１０３
は、ダイヤフラム６２およびスタイラス６３を有
している。そして、スプール６０の一端にダイヤ
フラム６２を挟んでスタイラス６３が螺着固定さ
れている。これによりスプール６０はその軸方向
に偏位可能かつ回転不能とされている。上記ダイ
ヤフラム６２はスタイラス６３の回転止めを行な
うとともに上記ギヤボツクス５４内を外気から隔
離する。上記スタイラス６３は平端面６４を有し
ており、この平端面６４が上記中空軸５２の突出
端に形成されているセンター穴６５に収容された
鋼球（伝達手段）６６に点接触している。そし
て、この点接触により、中空軸５２の軸方向への
変位をスプール６０に高精度で伝達するととも
に、中空軸５２とスタイラス６３との回転接手と
することができるようになつている。

また、上記サーボバルブ６１は、スプール６０
が図中右側へ偏位するとピストン４２のヘツド側
の第１の室６７に第１の配管６８を介して作動油
５１を供給し、スプール６０が図中左側へ偏位す
るとピストン４２のロツド側の第２の室６９に第
２の配管７０を介して作動油５１を供給するよう
になつている。

次に動作を第４図にもとづいて説明する。な
お、サーボモータ５７の回転軸５８にパルスエン
コーダ７１を設け、これを0.01mm／パルスとし、
サーボモータ５７の回転軸５８について、250パ
ルス／１回転とする。また、駆動ギヤ５９と従動
ギヤ５５との歯数比を１：２とし、送りネジ４４
のリードを５mmとすると、0.1mm送る場合、送り
ネジ４４の回転角θは、５mm×θ゜／360゜＝0.1mmで
あるから、θ゜＝0.1×360゜÷５＝7.2゜、ギヤー比が
２であるのでサーボモータ５７の回転軸５８では
7.2゜×２＝14.4゜、そのパルス数では14.4゜×250パ
ルス／360゜＝10パルスとなる。したがつて、0.1
mm送りに相当するパルス数は10パルスである。

先ず、コンピユータコントローラ７２の動作指
令によりサーボモータ５７が回転すると、その回
転角がタコジエネレータ７３およびパルスエンコ
ーダ７１によりパルス数に変換され、コンピユー
タコントローラ７２に供給される。そして、サー
ボモータ５７がたとえば0.1mm相当回転すると、
ピストンロツド４３は回転しないとともに軸方向
へ変位しないで停止しているので、中空軸５２は
たとえばナツト４７が右ネジで左回転したとする
と、7.2゜回転して0.1mm右へ変位する。すると、サ
ーボバルブ６１のスプール６０がこれに追従して
右へ偏位し、作動油５１が第１の配管６８を介し
て第１の室６７に供給される。すると、その油圧
でピストン４２が左へ変位する。また、この左方
向への変位が送りネジ４４、ナツト４７、中空軸
５２を介してスプール６０にフイードバツクされ
る（なお、このときナツト４７は回転しない。）。
そして、スプール６０が元の位置に復帰したとこ
ろで中立状態となり停止する。結局、ピストンロ
ツド４３が左へ0.1mm変位されたことになる。

なお、ピストンロツド４３を逆方向へ移動する
場合も同様の原理で作動する。

以上の構成によれば、送りネジ４４およびナツ
ト４７をシリンダ４１内に設けたから、位置制御
がちりの多い悪い環境に影響されない。しかも、
送りネジ４４をチユーブ４９およびパツキン５０
により作動油５１から隔離したから、作動油５１
の温度変化による寸法誤差が生じない。

また、サーボバルブ６１を外設したから、サー
ボバルブ６１のスプール６０が作動油５１中のご
み等によつて摩耗し、作動油５１の漏出量が増加
し、サーボバルブ６１の精度特性が劣化した場
合、従来の内設形では全体を交換しなければなら
なかつたのに対し、標準のサーボバルブ６１を交
換するだけでよいので、保守が容易で費用がかか
らず、しかも常に高精度を維持することができ
る。すなわち、ちり等の多い作業環境で使用する
場合、作動油５１のコンタミネーシヨンコントロ
ールを厳しく管理することは至難であり、作動油
５１中のごみ等によるサーボバルブ６１の劣化は
必至であるにもかかわらず、保守が容易に行なえ
るので、従来サーボモータしか用いられなかつた
NC機械に用いることができる。

また、送りネジ機構１０１および伝達手段とし
ての鋼球６６によつて、送りネジ機構１０１から
スプール６０へ軸方向の偏位のみが伝達され、回
転偏位は伝達されない。したがつて、スプール６
０は回転しないので、摩耗が生じない。

さらに、上記構成によれば、小径の送りネジ４
４で大きな推力を得ることができる。すなわち、
10トン以上の大きな推力を要する機械において、
従来の装置では、相当大径の送りネジを使用しな
ければならず、スペース的に不都合を生じ、30ト
ン以上となる送りネジでは実現不可能となる。た
とえば、直径200mmの送りネジではナツトの外径
が300mmで、ナツトの長さは527mmと長くなり、基
本動定格荷重は82トンであり、常用推力として20
トン以下で、かつ精度は累積リード誤差0.21／
300mmとされ、精度的にもあまり良い値いではな
い。また、この種の大径ネジではシングルナツト
が標準であり、バツクラツシユ除去は難しい等の
問題があるが、本装置ではこのような問題はな
い。

なお、本発明は上記実施例に限ることなく、た
とえば第５図に示すように、パルスモータ７４お
よびパルスモータドライブユニツト７５を用いて
実施してもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、位置制御
がちり等の多い悪い環境に影響されないととも
に、作動流体の温度変化による寸法誤差を生じる
ことがなく、しかも、サーボバルブの保守が容易
で、さらにスプールの摩耗を可及的に防止するこ
とができる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す断面図、第２図は他の従
来例を示す断面図、第３図は本発明の一実施例を
示す断面図、第４図は同実施例の動作を説明する
ためのブロツク線図、第５図は本発明の他の実施
例を示すブロツク線図である。 ４１……シリンダ、４２……ピストン、４９…
…隔離手段（チユーブ）、５０……隔離手段（パ
ツキン）、５１……作動流体（作動油）、６０……
スプール、６１……サーボバルブ、６６……伝達
手段（鋼球）、１０１……送りネジ機構、１０２
……第１の支持手段、１０３……第２の支持手
段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダと、このシリンダ内に設けられたピ
   ストンと、スプールの偏位に応じて上記シリンダ
   内への作動流体の供給を断続して上記ピストンを
   変位させるサーボバルブと、上記ピストンと上記
   スプールとの間に介在された送りネジ機構とを備
   え、上記ピストンの変位を上記スプールにフイー
   ドバツクさせるようにしたものにおいて、 上記送りネジ機構を作動流体から隔離する隔離
   手段と、上記サーボバルブを上記シリンダの外側
   に支持する第１の支持手段と、上記スプールを軸
   方向へ偏位可能かつ回転不能に支持する第２の支
   持手段と、上記送りネジ機構の軸方向の変位のみ
   を上記スプールに伝達し、回転変位は上記スプー
   ルに伝達しない伝達手段とを具備したことを特徴
   とするリニヤ−アクチユエータ。