JPWO2006106817A1

JPWO2006106817A1 - 電動アクチュエータ

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Publication number: JPWO2006106817A1
Application number: JP2007512846A
Authority: JP
Inventors: 彰博寺町; 道岡　英一; 英一道岡; 浅生　利之; 利之浅生; 一也堀池
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2008-09-11
Also published as: CN101189451A; WO2006106817A1; US20090049938A1; KR20070116033A; TW200644388A; EP1865225A1

Abstract

電動アクチュエータは、電動モータ１０から供給される回転駆動力を往復運動に変換することができる動力伝達機構１５を備えている。この動力伝達機構１５は、内周面に少なくとも１条の転動体転走溝を備える筒形部材２５と、筒形部材２５の内周面に複数の無限循環する転動体を介して往復運動自在に設置されるナット部材２２と、ナット部材２２の端部に連接されて筒形部材２５に対して進退自在に配置されるシリンダロッド２７と、を有している。そして、略円筒形をした筒形部材２５によって、ナット部材２２は軸方向の往復運動を案内される。このような構成によって、高出力と高い制御性を実現するとともに、従来の油圧シリンダ本体と同程度のコンパクトな大きさの電動アクチュエータが実現できる。

Description

本発明は、電動アクチュエータに係り、電動モータを駆動源として駆動され、従来から用いられている油圧シリンダに代替して使用することができる新たな電動アクチュエータに関するものである。

例えば、射出成形機の射出装置や建設機械のリンク機構等、機械装置の伸縮動作を実現するアクチュエータとしては、一般的に、油圧シリンダが用いられている。この油圧シリンダでは、圧油供給源である可変ポンプの容量を変化させることで圧油の圧力と流量を変化させ、出力を最大にしながら広い速度範囲と推力範囲が実現されている。

このように駆動される油圧シリンダは、伸縮作動を行う油圧シリンダ本体と、この油圧シリンダ本体に圧油の供給を行う油圧発生装置とから構成されている。油圧シリンダ本体は、油圧ポンプや切換弁等からなる油圧発生装置から圧油の供給を受けることによって、伸縮作動を行えるように構成されている。そしてこれまで、油圧シリンダを構成する油圧シリンダ本体と油圧発生装置とは、油圧シリンダ本体と油圧発生装置とが離間して配置され、油圧配管を通じて両者間で圧油の給排を行うものや、下記特許文献１に示すように油圧シリンダ本体と油圧発生装置とを一体に構成したものが提供されている。

実開昭６３−１６４６０３号公報

上述したように、油圧シリンダは、油圧シリンダ本体とは別に比較的大きな油圧発生装置を必要とするため、導入の際の製造コストや維持・管理コストが高くなってしまうという課題を有していた。また、油圧シリンダは、大出力であり、且つ、広い速度範囲と推力範囲を実現できる一方、ストローク内での細かい停止位置制御を苦手とするため、高い制御性を要求されるような機械装置には、用いることができなかった。さらには、廃油発生などの環境問題をも抱えていた。そこで、このような問題を抱える油圧シリンダから、制御が容易でクリーンな電動アクチュエータへの代替が望まれていた。しかしながら、従来の技術では、油圧シリンダ本体と同程度の設置スペースに収納可能であり、しかも、油圧シリンダと同等の高い出力を実現することのできる電動アクチュエータは実現することができなかった。

本発明は、かかる課題の存在に鑑みて成されたものであって、油圧シリンダ本体と同程度の設置スペースに収納可能であり、しかも、油圧シリンダと同等の高い出力を実現することができる、従来の油圧シリンダに代替可能な電動アクチュエータを提供することを目的とするものである。

本発明に係る電動アクチュエータは、出力軸を備える電動モータと、前記出力軸に接続して回転自在であるとともに、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されるねじ軸と、前記ねじ溝に対応するナット溝を内周面に備え、前記ねじ軸に螺合することによって前記ねじ軸の回転運動にともなって軸方向に往復運動を行うナット部材と、前記ねじ軸及び前記ナット部材を取り囲むように設置される筒形部材と、前記ナット部材の前記電動モータ側とは別端側に連設されるとともに、前記ねじ軸を内部に収納可能な空洞を備えることにより、前記ナット部材の往復運動にともなって前記筒形部材に対して進退自在に構成されるシリンダロッドと、を有する電動アクチュエータであって、前記筒形部材は、内周面に少なくとも１条の案内部を備え、前記ナット部材は、前記案内部に対応して外周面に形成される負荷案内部を備えることにより、前記筒形部材が前記ナット部材の軸方向の往復運動を案内することを特徴とする。

本発明に係る他の電動アクチュエータは、出力軸を備える電動モータと、前記出力軸に接続して回転自在であるとともに、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されるねじ軸と、前記ねじ溝に対応するナット溝を内周面に備え、前記ねじ軸に螺合することによって前記ねじ軸の回転運動にともなって軸方向に往復運動を行うナット部材と、前記ねじ軸及び前記ナット部材を取り囲むように設置される筒形部材と、前記ナット部材の前記電動モータ側とは別端側に連設されるとともに、前記ねじ軸を内部に収納可能な空洞を備えることにより、前記ナット部材の往復運動にともなって前記筒形部材に対して進退自在に構成されるシリンダロッドと、を有する電動アクチュエータであって、前記筒形部材は、内周面に少なくとも１条の転動体転走溝を備え、前記ナット部材は、前記転動体転走溝に対応して外周面に形成される負荷転走溝と、前記負荷転走溝と平行方向に形成される無負荷転走路と、前記転動体転走溝と前記負荷転走溝とによって形成される負荷転走路の２つの端部と、前記無負荷転走路の２つの端部とをそれぞれ接続する一対の戻し路と、前記負荷転走路、前記無負荷転走路及び前記一対の戻し路によって形成される無限循環路に転動自在に設置される複数の転動体と、を備えることにより、前記筒形部材が前記ナット部材の軸方向の往復運動を案内することを特徴とする。

本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記ねじ軸が備える前記ねじ溝と、前記ナット部材が備える前記ナット溝とは、複数の転動体を介して螺合していることとすることができる。

また、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記ナット部材は、前記ねじ溝と前記ナット溝との間に転動自在に設置される前記複数の転動体を無限循環させるための循環機構を備えていることとすることができる。

さらに、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記ナット部材と前記シリンダロッドは、一体成形されていることとすることができる。

またさらに、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記筒形部材は、略円筒形に形成されていることが好適である。

さらにまた、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記筒形部材は、継ぎ目無し円筒管として構成されていることとすることができる。

また、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記筒形部材は、前記転動体転走溝近傍が鉄鋼材料によって形成されており、その他の部分がアルミニウム合金又は樹脂によって形成されていることとすることができる。

さらに、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記シリンダロッドは、前記筒形部材に設置されるすべり軸受を介して進退自在に支承されていることとすることができる。

またさらに、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記無限循環路は４条以上形成されており、電動アクチュエータを前記ねじ軸の軸線方向と垂直な方向の縦断面で見たとき、前記負荷転走路の中心点を取り、それぞれ隣り合う中心点同士を結ぶことによって囲まれる領域が正多角形を形成するように構成され、且つ、４条以上形成される前記無限循環路ごとに、同じ無限循環路を形成する負荷転走路と無負荷転走路それぞれの中心点を結ぶ直線を形成し、それぞれの直線の延長線が交わる交点の位置に前記ねじ軸が配置されるように構成されていることとすることが好適である。

さらにまた、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記電動モータが備える出力軸と前記ねじ軸とは、接続軸を介して連設されており、前記接続軸は、複数の転がり軸受によって回転自在に支承され、さらに、前記複数の転がり軸受は、前記シリンダロッドが押し出されるときに受ける荷重が、前記シリンダロッドが引き戻されるときに受ける荷重以上となるように構成されていることとすることができる。

なお上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

本発明によれば、高出力と高い制御性を実現するとともに、従来の油圧シリンダ本体と同程度のコンパクトな大きさの電動アクチュエータを実現することができる。すなわち、本発明に係る電動アクチュエータは、従来の油圧シリンダが有していたコスト面、制御面及び環境面での問題を解決し、且つ、油圧シリンダと同程度の出力性能を備えているので、油圧シリンダに代わる新たなアクチュエータとして好適に用いることが可能である。

図１は、第１の実施形態に係る電動アクチュエータの全体構成を示す外観斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面側面図である。図３は、ナット部材、筒形部材及びシリンダロッドの位置関係を説明するための分解斜視図である。図４は、ナット部材の具体的な構成を説明するための外観斜視図である。図５は、ナット部材と筒形部材とによって形成される無限循環路を示す図である。図６は、筒形部材の好適な変形例を示す外観斜視図である。図７は、無限循環路の設置条件を説明するための図である。図８は、第１の実施形態に係る電動アクチュエータの多様な形態を例示する図であり、特に、接続軸の支承をクロスローラ軸受を用いて行った場合を示している。図９は、第２の実施形態に係る電動アクチュエータの全体構成を示す外観斜視図である。図１０は、第２の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面上面図である。

符号の説明

１０電動モータ、１１減速機、１２カップリング、１３接続軸、１３ａ転がり軸受、１３ｂ軸受ケース、１３ｃ，１３ｄローラ、１５動力伝達機構、２０ねじ軸、２０ａねじ溝、２２ナット部材、２２ａナット溝、２２ｂ循環機構、２３ボール、２５筒形部材、２５ａ本体部、２５ｂ蓋部、２６フランジ、２７シリンダロッド、２７ａ空洞、２７ｂ取付軸、２８すべり軸受、３０転動体転走溝、３２負荷転走溝、３４無負荷転走路、３５負荷転走路、３６戻し路、３８無限循環路、４０ボール、５０ナット部材本体部、５１ナット部材付属部、５２側蓋、５３スペーサ部材、５５レール部材、５６筒形部材本体部、６１，６２プーリ、６３タイミングベルト、Ｐ_１，Ｐ_２中心点、Ｐ_Ｏ交点、Ｌ_１線、Ｌ_２直線。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

第１の実施形態
図１は、第１の実施形態に係る電動アクチュエータの全体構成を示す外観斜視図である。また、図２は、第１の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面側面図である。

第１の実施形態に係る電動アクチュエータは、駆動源としての電動モータ１０を有している。この電動モータ１０は、作用部となるシリンダロッド２７設置位置とは逆側の端部に設置されており、電動モータ１０が備える出力軸を通じて回転駆動力を提供している。

電動モータ１０が備える出力軸には、トルクの増幅や対慣性力の向上、低振動などを目的とする減速機１１が連設されている。また、減速機１１の先には、カップリング１２と転がり軸受１３ａに支承される接続軸１３が設置され、さらにその先には、動力伝達機構１５が設置されている。なお、接続軸１３を支承する転がり軸受１３ａについては、シリンダロッド２７が押し出されるときに受ける荷重が、シリンダロッド２７が引き戻されるときに受ける荷重以上となるように構成されている。このような構成を採用することによって、効率良いロッド移動が可能となる。

一方、動力伝達機構１５は、電動モータ１０によって提供される回転運動を往復運動に変換することができる機構であり、主要な構成部材として、ねじ軸２０、ナット部材２２、筒形部材２５及びシリンダロッド２７といった部材を備えている。

ねじ軸２０は、電動モータ１０が備える出力軸に連設される部材であり、出力軸から伝達される回転駆動力を受けることによって回転自在となっている。また、ねじ軸２０には、その外周面に螺旋状のねじ溝２０ａが形成されており、ねじ溝２０ａに対応するナット溝２２ａを内周面に備えるナット部材２２が螺合して設置されている。したがって、ナット部材２２は、ねじ軸２０の回転運動にともなって軸方向に往復運動を行うことができるようになっている。

なお、第１の実施形態に係る電動アクチュエータにおいて、ねじ軸２０が備えるねじ溝２０ａと、ナット部材２２が備えるナット溝２２ａとは、複数のボール２３を介して螺合している。複数のボール２３は、ナット部材２２が備える循環機構２２ｂによって、ねじ溝２０ａとナット溝２２ａの間を無限に循環することが可能となっており、ねじ軸２０に対するナット部材２２のスムーズな往復運動を実現している。第１の実施形態で例示する循環機構２２ｂについては、既存の転動体ねじ装置で用いられているリターンパイプやデフレクタを適用すれば良い。

ただし、本発明において、ねじ溝２０ａとナット溝２２ａの間に設置されるボール２３等の複数の転動体は必須の構成ではなく、ねじ軸２０とナット部材２２は、複数のボール２３を介さずに直接螺合するように構成しても良い。また、複数のボール２３については、ローラなどのその他の転動体を用いても良い。

筒形部材２５は、ねじ軸２０とナット部材２２とを取り囲むように設置される部材であり、ナット部材２２の往復運動を案内するとともに、動力伝達機構１５の外郭を構成するという役割を担っている。この筒形部材２５の特徴を説明すると、まず、第１の実施形態に係る筒形部材２５の外形は、略円筒形に形成されている。これは、従来用いられている油圧シリンダの外郭形状が略円筒形状であることを考慮したものであり、油圧シリンダが設置されている既存の設備を改造することなく、第１の実施形態に係る電動シリンダを用いることが可能となる。

また、筒形部材２５は、ナット部材２２の往復運動を案内し、且つ、電動アクチュエータの外郭を構成しなければならないので、ある程度の外力を受容しなければならない。そこで、最も力を均等に受けることが可能な略円筒形が採用されている。なお、筒形部材２５の一方の端部は、接続軸１３と転がり軸受１３ａを収納する軸受ケース１３ｂにボルト止めされており、他方の端部には、第１の実施形態に係る電動アクチュエータを取り付けるためのフランジ２６がボルトによって固定設置されている。ただし、この固定手段はボルトによるものに限られず、あらゆる固定手段を採用することが可能である。

シリンダロッド２７は、ナット部材２２の電動モータ１０側とは別端側に連設される部材であり、ねじ軸２０を内部に収納可能な空洞２７ａを備えている。このような構成を備えることによって、シリンダロッド２７は、ナット部材２２に連動して往復運動することが可能となっている。また、シリンダロッド２７は、ナット部材２２の往復運動にともなって、筒形部材２５に対して進退自在に構成されている。

シリンダロッド２７の円滑な往復運動を実現するとともに、軸方向以外からの荷重を受けるために、シリンダロッド２７と摺動接触するフランジ２６の内周面には、メタルなどによって構成されるすべり軸受２８が設置されている。つまり、シリンダロッド２７は、すべり軸受２８から支承されることによって、スムーズな進退動作が可能となっている。また、シリンダロッド２７の先端部には、作用対象物との接続手段としてのねじ溝が切られた取付軸２７ｂが設けられており、作用部としての機能性を高めている。なお、図３において示すように、シリンダロッド２７は、ナット部材２２と別部材に構成しても良いが、ナット部材２２とシリンダロッド２７とを一体成形し、一つの部材として構成することも可能である。一部材とすることによって部品点数の削減による材料コストの低減が図られ、さらに剛性の向上によって、より高い荷重を受けることが可能となる。

なお、第１の実施形態に係る電動アクチュエータでは、動力伝達機構１５を構成するねじ軸２０、ナット部材２２、筒形部材２５及びシリンダロッド２７の寸法形状について、片持ち軸として構成されるねじ軸２０の太さ寸法を極力大きく採るとともに、電動アクチュエータの外郭形状を構成する筒形部材２５の径方向の寸法を極力小さくするように設計を行った。これは、従来用いられていた油圧シリンダに代替可能なように、コンパクトな形状維持と、高い出力によって加わる荷重に耐えるという要請に応えるために採られた対応である。したがって、ナット部材２２とシリンダロッド２７の寸法形状については、ねじ軸２０及び筒形部材２５で選択された最適な形状に納めることができ、且つ、作用対象物に十分な作用を及ぼすことができるように設計すれば良い。

次に、第１の実施形態に係る電動アクチュエータにおいて特徴的な動力伝達機構１５を構成する部材について、より詳細な説明を行う。ここで、図３は、ナット部材、筒形部材及びシリンダロッドの位置関係を説明するための分解斜視図である。また、図４は、ナット部材の具体的な構成を説明するための外観斜視図である。さらに、図５は、ナット部材と筒形部材とによって形成される無限循環路を示す図である。

まず、第１の実施形態に係る筒形部材２５では、略円筒形の筒形部材２５が縦割りに２分割された構成を採用している。このように構成されるのは、筒形部材２５が内周面に少なくとも１条（第１の実施形態では４条）の転動体転走溝３０を備えており、この転動体転走溝３０の加工作業を考慮したものだからである。すなわち、筒形部材２５を断面略Ｃ字形の本体部２５ａと、Ｃ字形の開口部を閉鎖するための蓋部２５ｂとによって構成することにより、筒形部材２５の内周面に形成される転動体転走溝３０の加工を容易化することが可能となる。また、これら本体部２５ａと蓋部２５ｂとは、ねじ止めによって固定され、筒形部材２５を構成することになる。ただし、本発明の適用はかかる形態に限られず、筒形部材２５については、継ぎ目無し円筒管として構成することによって、より高い荷重を受容できるように構成することも好適である。

一方、ナット部材２２は、端部にシリンダロッド２７が接続された状態で、筒形部材２５内を往復運動することになるのであるが、第１の実施形態に係る電動アクチュエータでは、スムーズなナット部材２２の往復運動を実現するために、ナット部材２２と筒形部材２５とは、無限循環する複数のボールを介して配置される構成を採用している。

図４及び図５を参照して説明すると、ナット部材２２は、筒形部材２５の内周面に形成された４条の転動体転走溝３０に対応するように、ナット部材２２の外周面に形成される負荷転走溝３２と、この負荷転走溝３２と平行方向に形成される無負荷転走路３４と、転動体転走溝３０と負荷転走溝３２とによって形成される負荷転走路３５の２つの端部と、無負荷転走路３４の２つの端部とをそれぞれ接続する一対の戻し路３６と、負荷転走路３５、無負荷転走路３４及び一対の戻し路３６とによって形成される無限循環路３８に転動自在に設置される複数のボール４０と、を備えるように構成されている。

すなわち、図４及び図５において示すナット部材２２は、鉄鋼材料からなるナット部材本体５０と、その外側に設置されて外周面に負荷転走溝３２が形成される一対のナット部材付属部５１、そして、ナット部材本体５０と一対のナット部材付属部５１の両端部に接続して一対の戻し路３６を形成する一対の側蓋５２とから構成されている（なお、図４では、紙面手前の側蓋５２を取り外した状態を示している）。

ナット部材２２と筒形部材２５とが以上のような構成によって設置されることにより、第１の実施形態に係る電動アクチュエータは、油圧シリンダと同等の大荷重を受容することが可能となる。なお、図４及び図５では、ナット部材２２に設置される複数のボール４０が、樹脂製で複数の間座部とこれらを接続する帯状部とから構成されるスペーサ部材５３を有するように設置される場合を例示して説明したが、このスペーサ部材５３については、スペーサボールなどのあらゆる形式のものを設置しても良いし、設置を省略しても良い。

また、上述した筒形部材２５についても、鉄鋼材料によって形成した場合を例示して説明したが、例えば、図６において示すように、４条の転動体転走溝３０の近傍のみを鉄鋼材料によって形成されたレール部材５５とし、その他の部分をアルミニウム合金、あるいは樹脂によって形成される筒形部材本体部５６によって構成することも可能である。このような構成とすることによって、筒形部材２５の強度の維持と軽量化を両立して実現することができる。

なお、レール部材５５の設置範囲については、ヘルツの理論から導出される最大剪断応力の深さに基づいて設定すれば良い。また、レール部材５５と筒形部材本体部５６との接合は、溶接接合やろう付け、焼きばめ、圧入接合など、あらゆる接合方法を採用することができる。

さらに、筒形部材本体部５６を構成することができるアルミニウム合金には、Ａｌ−Ｃｕ系合金（２０００系）、Ａｌ−Ｍｎ系合金（３０００系）、Ａｌ−Ｓｉ系合金（４０００系）、Ａｌ−Ｍｇ系合金（５０００系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（６０００系）及びＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金（７０００系）など、種々の合金元素を添加したものを用いることが可能である。

また、筒形部材本体部５６を構成することができる樹脂には、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化プラスチック）、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics：ガラス繊維強化プラスチック）、ＫＦＲＰ（Kevlar Fiber Reinforced Plastics：アラミド繊維強化プラスチック）などのＦＲＰ樹脂や、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）及びポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）などの樹脂材料を用いることができる。

さらに、ナット部材２２と筒形部材２５によって形成される無限循環路３８については、以下で説明する条件に基づいて設置されることが好適である。すなわち、無限循環路３８は４条以上形成されることが好適であり、図７において４条の場合を例示して説明すると、電動アクチュエータをねじ軸２０の軸線方向と垂直な方向の縦断面で見たとき、負荷転走路３５の中心点Ｐ_１を取り、それぞれ隣り合う中心点Ｐ_１同士を結ぶ線Ｌ_１によって囲まれる領域が正多角形（図７では正四角形）を形成するように構成され、且つ、４条以上形成される無限循環路３８ごとに、同じ無限循環路３８を形成する負荷転走路３５と無負荷転走路３４それぞれの中心点Ｐ_１，Ｐ_２を結ぶ直線Ｌ_２を形成し、それぞれの直線の延長線が交わる交点Ｐ_Ｏの位置にねじ軸２０が配置されるように構成されていることが望ましい。無限循環路３８をこのような設置条件を満たすように設置すると、あらゆる方向（ラジアル方向、反ラジアル方向、左右方向など）からの荷重を均等に受けることができるので、より高荷重を受容することが可能な電動アクチュエータを実現することが可能となる。

ちなみに、無限循環路３８の条数は４条以上設定することが好ましく、例えば、６条設けたときには、線Ｌ_１によって囲まれる領域は正六角形となり、直線Ｌ_２の延長線が交わる交点Ｐ_Ｏの位置にねじ軸２０が配置されるように構成すれば良い。ただし、本発明の範囲はかかる形態のものに限られるものではなく、軸線方向の荷重のみを考慮すれば良い環境で使用されるのであれば、無限循環路３８の条数は、ナット部材２２の回り止めを考慮して１条のみ設ければ良いし、あるいは、使用環境や使用頻度等に応じて、２条や３条設けるようにしても良い。すなわち、本発明に係る無限循環路３８は、１条以上設置されることが望ましい。

次に、ふたたび図１及び図２を参照することによって、第１の実施形態に係る電動アクチュエータの動作を説明する。電動モータ１０に図示しない電源から電力が供給されると、電動モータ１０は出力軸を回転運動させ、この回転運動がねじ軸２０にそのまま回転駆動力として伝達されることになる。例えば、一般的なねじ軸２０のねじ溝２０ａは右ねじに形成されているから、ねじ軸２０が左方向に回転運動すると、ナット部材２２はねじ軸２０の先端方向に移動することになる。このナット部材２２の移動にともなってシリンダロッド２７が押し出される方向に移動するので、シリンダロッド２７は、作業対象物に対して押しつけ力を及ぼすことになる。

一方、ねじ軸が右方向に回転運動すると、ナット部材２２はねじ軸２０の根元方向に移動することになるので、シリンダロッド２７は引き戻され、作業対象物に対して引っ張り力が及ぼされることになる。

なお、ねじ軸２０の回転運動の左右方向での切換えは、正反転可能な電動モータ１０を採用する方式や、一方向のみ回転可能な電動モータと回転方向の切換装置を組み合わせる方式などを採用することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記第１の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第１の実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、図８において示されるように、接続軸１３を支承する転がり軸受１３ａについては、クロスローラ軸受として構成することが可能である。すなわち、接続軸１３をねじ軸として構成し、対向する軸受ケース１３ｂとの間にクロス配列されたローラ１３ｃ，１３ｄを設置するのである。このような構成を採用すれば、矢印αの方向、すなわちシリンダロッド２７が押し出される方向に力を受けたときには、３つのローラ１３Ｃが荷重を受け、矢印βの方向、すなわちシリンダロッド２７が引き戻される方向に力を受けたときには、１つのローラ１３ｄのみが荷重を受けることになるので、効率良いロッド移動が実現することになる。

また、ねじ軸２０とナット部材２２との間で無限循環するように設置した複数のボール２３については、ナット部材２２の移動量などを考慮して、有限循環するように設定しても良い。さらに、筒形部材２５の形状は略円筒形に限られるものではなく、断面形状が矩形のものや楕円形、長円形、あるいはこれらを組み合わせた形状であっても良い。またさらに、本発明に適用される電動モータ１０については、サーボモータやステップモータ、ＡＣモータなど、あらゆる種類のモータを採用することが可能であり、その型式もラジアル型モータやアキシャル型モータなどを採用することができる。

さらに、上述した第１の実施形態に係る電動アクチュエータでは、ナット部材２２と筒形部材２５によって形成される無限循環路３８が、少なくとも１条以上、より好ましくは４条以上設置されることが望ましいことを説明した。ただし、本発明の適用はこのような形態に限られるものではない。すなわち、動力伝達機構１５に対してラジアル方向、反ラジアル方向、左右方向などからの荷重が加わる虞のない環境下において、本発明に係る電動アクチュエータが用いられる場合には、ナット部材２２と筒形部材２５との間に構成される無限循環路３８及び複数のボール４０を省略し、ナット部材２２と筒形部材２５とがすべり摺動可能となるように構成しても良い。

具体的には、筒形部材２５は、内周面に少なくとも１条の案内部を備えるように構成し、一方のナット部材２２は、案内部に対応して外周面に形成される負荷案内部を備えるように構成することができる。すなわち、筒形部材２５が備える案内部とは、例えば、筒形部材２５の内周面そのものであっても良いし、軸方向に延設されるレール部材５５として構成するようにしても良い。ただし、この場合のレール部材については、転動体転走溝３０を有するものであっても良いし、転動体転走溝３０がなくても良い。

一方のナット部材２２が備える負荷案内部とは、ナット部材２２の外周面そのものであっても良いし、筒形部材２５の内周面に設置されるレール部材５５に対応して設置されるレール部材であっても良い。筒形部材２５とナット部材２２とがこのように構成されることによって、筒形部材２５とナット部材２２との好適なすべり摺動が可能となる。したがって、筒形部材２５は、ナット部材２２の軸方向の往復運動を好適に案内することができる。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

第２の実施形態
上述した第１の実施形態では、電動モータ１０、減速機１１、カップリング１２、接続軸１３及び動力伝達機構１５という電動アクチュエータの構成部材が、直列に接続されて構成される場合を例示して説明した。以下に説明する第２の実施形態では、軸方向の設置スペースに制約がある場合に好適な電動アクチュエータの形態について説明を行う。なお、第１の実施形態で説明した部材と同一又は類似する部材については、同一符号を付して説明を省略する。

図９は、第２の実施形態に係る電動アクチュエータの全体構成を示す外観斜視図である。また、図１０は、第２の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面上面図である。

第２の実施形態に係る電動アクチュエータでは、第１の実施形態で存在したカップリング１２が省略され、電動モータ１０と減速機１１の部分が折り返されている。そして、減速機１１と接続軸１３との間は、それぞれの軸端に設けられたプーリ６１，６２間にタイミングベルト６３が掛け渡されることによって接続されており、電動モータ１０の回転駆動力がねじ軸２０に対して伝達されるようになっている。

第２の実施形態に係る電動アクチュエータでは、図９及び図１０において示されるような、折り返し構造を採用しているので、軸方向の長さが短縮でき、長手方向の設置スペースに制約がある場合であっても、本発明に係る電動アクチュエータを好適に用いることが可能となる。

Claims

出力軸を備える電動モータと、
前記出力軸に接続して回転自在であるとともに、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されるねじ軸と、
前記ねじ溝に対応するナット溝を内周面に備え、前記ねじ軸に螺合することによって前記ねじ軸の回転運動にともなって軸方向に往復運動を行うナット部材と、
前記ねじ軸及び前記ナット部材を取り囲むように設置される筒形部材と、
前記ナット部材の前記電動モータ側とは別端側に連設されるとともに、前記ねじ軸を内部に収納可能な空洞を備えることにより、前記ナット部材の往復運動にともなって前記筒形部材に対して進退自在に構成されるシリンダロッドと、
を有する電動アクチュエータであって、
前記筒形部材は、内周面に少なくとも１条の案内部を備え、
前記ナット部材は、前記案内部に対応して外周面に形成される負荷案内部を備えることにより、前記筒形部材が前記ナット部材の軸方向の往復運動を案内することを特徴とする電動アクチュエータ。
出力軸を備える電動モータと、
前記出力軸に接続して回転自在であるとともに、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されるねじ軸と、
前記ねじ溝に対応するナット溝を内周面に備え、前記ねじ軸に螺合することによって前記ねじ軸の回転運動にともなって軸方向に往復運動を行うナット部材と、
前記ねじ軸及び前記ナット部材を取り囲むように設置される筒形部材と、
前記ナット部材の前記電動モータ側とは別端側に連設されるとともに、前記ねじ軸を内部に収納可能な空洞を備えることにより、前記ナット部材の往復運動にともなって前記筒形部材に対して進退自在に構成されるシリンダロッドと、
を有する電動アクチュエータであって、
前記筒形部材は、内周面に少なくとも１条の転動体転走溝を備え、
前記ナット部材は、
前記転動体転走溝に対応して外周面に形成される負荷転走溝と、
前記負荷転走溝と平行方向に形成される無負荷転走路と、
前記転動体転走溝と前記負荷転走溝とによって形成される負荷転走路の２つの端部と、前記無負荷転走路の２つの端部とをそれぞれ接続する一対の戻し路と、
前記負荷転走路、前記無負荷転走路及び前記一対の戻し路によって形成される無限循環路に転動自在に設置される複数の転動体と、
を備えることにより、前記筒形部材が前記ナット部材の軸方向の往復運動を案内することを特徴とする電動アクチュエータ。
請求項１又は２に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記ねじ軸が備える前記ねじ溝と、前記ナット部材が備える前記ナット溝とは、複数の転動体を介して螺合していることを特徴とする電動アクチュエータ。
請求項３に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記ナット部材は、前記ねじ溝と前記ナット溝との間に転動自在に設置される前記複数の転動体を無限循環させるための循環機構を備えていることを特徴とする電動アクチュエータ。
請求項１又は２に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記ナット部材と前記シリンダロッドは、一体成形されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
請求項１又は２に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記筒形部材は、略円筒形に形成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
請求項６に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記筒形部材は、継ぎ目無し円筒管として構成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
請求項２に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記筒形部材は、
前記転動体転走溝近傍が鉄鋼材料によって形成されており、
その他の部分がアルミニウム合金又は樹脂によって形成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
請求項１又は２に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記シリンダロッドは、前記筒形部材に設置されるすべり軸受を介して進退自在に支承されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
請求項２に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記無限循環路は４条以上形成されており、
電動アクチュエータを前記ねじ軸の軸線方向と垂直な方向の縦断面で見たとき、
前記負荷転走路の中心点を取り、それぞれ隣り合う中心点同士を結ぶことによって囲まれる領域が正多角形を形成するように構成され、且つ、
４条以上形成される前記無限循環路ごとに、同じ無限循環路を形成する負荷転走路と無負荷転走路それぞれの中心点を結ぶ直線を形成し、それぞれの直線の延長線が交わる交点の位置に前記ねじ軸が配置されるように構成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
請求項１又は２に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記電動モータが備える出力軸と前記ねじ軸とは、接続軸を介して連設されており、
前記接続軸は、複数の転がり軸受によって回転自在に支承され、さらに、
前記複数の転がり軸受は、前記シリンダロッドが押し出されるときに受ける荷重が、前記シリンダロッドが引き戻されるときに受ける荷重以上となるように構成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。