KR20120068833A - 리니어 액추에이터 - Google Patents

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KR20120068833A
KR20120068833A KR1020127004250A KR20127004250A KR20120068833A KR 20120068833 A KR20120068833 A KR 20120068833A KR 1020127004250 A KR1020127004250 A KR 1020127004250A KR 20127004250 A KR20127004250 A KR 20127004250A KR 20120068833 A KR20120068833 A KR 20120068833A
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KR
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nut member
screw shaft
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axis
screw
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KR1020127004250A
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히로유끼 야마다
이사오 하야세
겐지 히라꾸
마사미 오찌아이
Original Assignee
히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

리니어 액추에이터에 있어서의 너트 부재에 발생하는 편하중을 방지하고, 너트 부재의 장기 수명화를 목적으로 한다. 너트 부재와 피구동 부재 사이를 서로 대략 직교하는 2개의 회전축을 갖는 접촉력 균등화 기구로 연결하여, 너트 부재와 피구동 부재의 미소 경사를 흡수하여, 에지 로드의 발생을 방지하는 동시에, 2개의 회전축을 나사축 방향으로 투영했을 때의 교점 위치를, 너트 부재에 대하여 최적 하중 작용점으로 설정함으로써, 피구동 부재로부터 전해지는 외력을 그 작용점에 작용시켜, 너트 부재와 나사축의 각 접촉부에 작용하는 하중을 균등화하여, 너트 부재에 발생하는 편하중을 방지한다.

Description

리니어 액추에이터 {LINEAR ACTUATOR}
본 발명은, 나사축과 너트 부재를 갖는 회전 직동 변환 기구를 사용한 리니어 액추에이터에 관한 것이다.
효율 향상에 의한 소비 전력 삭감이나 환경 부하 저감의 관점에서, 유압 시스템의 전동화가 진행되고 있다. 요즘, 이러한 전동화의 기술을 사용하여, 종래 유압 실린더를 사용하던 추력 생성 장치를 전동 리니어 액추에이터로 치환하고자 하는 움직임이 높아지고 있다.
유압 실린더와 같이 큰 추력을 발생시킬 필요가 있는 전동 리니어 액추에이터에는, 큰 추력을 견디며, 장수명인 것이 요구된다.
전동 리니어 액추에이터에 필요한 회전 직동 변환 기구로서는, 볼 나사가 실용화되고 있지만, 전동 리니어 액추에이터를 유압 실린더로 치환하여 사용하는 경우에는, 너트 부재에 발생하는 편하중이 볼 나사의 수명을 저하시켜, 큰 과제로 된다.
이 편하중은, 너트 부재와 구동 대상물에 연결된 피구동 부재가, 가공이나 설치의 오차 또는 가동부의 덜걱거림 등에 의해, 상대적으로 미소하게 경사져, 접촉부가 외주 방향으로 어긋남으로써 발생한다.
그리고, 편하중이 발생하면, 나사축과 너트 부재의 복수의 접촉부에 작용하는 하중이 불균등해져, 일부 접촉부에 작용하는 하중이 증대한다.
전동 리니어 액추에이터에 사용되는 회전 직동 변환 기구의 대부분은, 볼 나사에 있어서의 볼과 같이 전동체를 통하여, 나사축과 너트 부재가 접촉하지만, 너트 부재에 편하중이 발생하면, 그 접촉부에 발생하는 헤르츠 응력이 증대하여 플레이킹의 발생을 빠르게 하여, 회전 직동 변환 기구의 수명을 저하시킨다.
이로 인해, 너트 부재에 발생하는 편하중을 방지하는 것이 필요하며, 즉, 나사축과 너트 부재의 각 접촉부에 작용하는 하중을 균등화하는 것이 요구된다.
너트 부재에 발생하는 편하중의 방지에는, 종래는 이하와 같은 방책이 고려되었다.
특허문헌 1에 기재된 기술은, 구동 부재와 피구동 부재 사이를, 각각 축이 서로 직교하도록 배치된 원기둥 형상의 결합 부재와 이 결합 부재를 미끄럼 이동 가능하게 보유 지지하는 원형 구멍으로 이루어지는 커플러에 의해 연결하여, 구동 부재와 피구동 부재의 미소 경사를, 이 커플러에 의해 흡수하도록 하고 있다.
또한, 특허문헌 2의 「볼 나사식 이동 장치」, 특허문헌 3의 「볼 나사」 및 특허문헌 4 「볼 나사 장치 및 사출 성형기의 전동형 개폐 장치」에 기재된 기술은, 볼 나사식 리니어 액추에이터의 너트 부재와 피구동 부재 사이에, 자동 센터링 기능을 갖는 부재가 설치되어 있다.
특히, 특허문헌 2에서는 볼록 곡면에, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에서는 구면에, 가공된 부재에 의해, 너트 부재와 피구동 부재의 경사를 흡수하여, 편하중을 방지하고 있다.
일본 특허 공개 평03-228538호 공보 일본 특허 공개 제2003-307264호 공보 일본 실용신안 출원 공개 평05-066360호 공보 일본 특허 공개 제2002-327826호 공보
이들 종래의 기술은, 너트 부재와 피구동 부재의 미소 경사를 흡수하여, 하중을 나사축의 중심축 상에 작용시킬 수 있다. 그러나, 그렇게 해도 나사축과 너트 부재 사이의 복수의 접촉부에 작용하는 하중을 균등화할 수 없다는 것을 알았다.
회전 직동 변환 기구의 수명을 더욱 향상시키기 위해서는, 이 남은 불균등성을 더욱 저감시킬 필요가 있고, 이 남은 불균등성을 더욱 저감시키는 것은, 큰 추력용의 전동 리니어 액추에이터에 사용되는 회전 직동 변환 기구에는 특히 유효하다.
나사축과 너트 부재로 이루어지는 일반적인 회전 직동 변환 기구에 있어서, 너트 부재에 작용하는 외력이 나사축의 중심축 상에 작용하고, 이때, 나사축과 너트 부재의 복수의 접촉부로부터 반력으로서 너트 부재에 작용하는 접촉력이 균등하다고 가정한다.
이 복수의 접촉부가 축방향으로부터 보아 거의 동심원 상에 원주 방향으로 거의 등간격으로 배치되어 있는 경우에는, 각 접촉력의 축방향 성분의 합력의 작용점은, 거의 나사축의 중심축 상이 되고, 크기도 작용선도 일치하기 때문에, 이 접촉력은 너트 부재에 작용하는 외력과 거의 균형이 맞는다.
그런데, 나사축과 너트 부재의 접촉부는 나선 형상으로 배치되고, 서로 축방향으로 어긋난 위치에 있기 때문에, 각 접촉부의 접촉력의 축직각 방향 성분에 의해 너트 부재에는, 나사축의 중심축과 직교하는 축 주위의 모멘트가 발생하고, 이것이 언밸런스 모멘트로서 남는다.
즉, 외력이 나사축의 중심축 상에 작용한 경우에, 각 접촉부의 접촉력이 균등한 상태에서 균형을 이루는 것은 성립하지 않아, 가정은 모순된 것이 된다.
이로 인해, 외력이 나사축의 중심축 상에 작용하면, 각 접촉부의 접촉력이 불균등성이 되고, 너트 부재에 편하중(모멘트 하중)이 발생하여, 회전 직동 변환 기구의 수명을 저하시키게 된다.
본 발명은, 회전 직동 변환 기구를 사용한 리니어 액추에이터에 있어서, 나사축과 너트 부재의 각 접촉부에 작용하는 하중을 균등화함으로써 큰 추력을 견디면서, 장수명을 확보할 수 있는 리니어 액추에이터를 실현하는 것이다.
이 언밸런스 모멘트, 즉 편하중을 방지 또는 저감시키기 위한 하나의 방책으로서, 너트 부재에 작용하는 외력을, 나사축의 중심축 상으로부터 소정의 반경 방향으로 소정의 거리 어긋나게 하는 것을 생각할 수 있다. 바람직하게는, 최적 하중 작용점에, 작용시키는 것을 생각할 수 있다.
복수의 접촉점의 하중이 균등하면, 나사축으로부터 너트 부재에 반력으로서 작용하는 접촉력의 축방향 성분의 합력의 작용점은, 거의 나사축의 중심축 상이 된다.
이로 인해, 외력의 작용 위치를 나사축의 중심축으로부터 어긋나게 함으로써 우력을 형성하고, 그 어긋나게 하는 거리와 어긋나게 하는 방향에 의해, 이 우력의 크기와 모멘트의 방향을 조정할 수 있고, 이에 의해, 우력과 언밸런스 모멘트를 상쇄할 수 있다.
이때 너트 부재는 각 접촉점의 하중이 균등한 상태로 균형을 이루고 있다. 즉, 각 접촉점에 있어서의 하중이 균등하다고 할 수 있다.
언밸런스 모멘트가 완전히 상쇄되는 우력(외력)의 작용점이 최적 하중 작용점이지만, 이 최적 하중 작용점은 나사축과 너트 부재의 접촉부의 배치 상태로부터 정량적으로 산출할 수 있다.
각 접촉점에 있어서의 하중을 균등하게 하기 위해, 본 발명은, 이하의 구성을 취한다.
본 발명의 형태의 하나인 리니어 액추에이터는, 나사축과, 나사축에 나사 결합하는 너트 부재와, 구동 대상물에 연결된 피구동 부재와, 너트 부재와 피구동 부재를 연결하여, 서로 대략 직교하는 2개의 회전축을 갖는 접촉력 균등화 기구(커플러)를 갖고, 나사축에 대한 상대적인 회전 운동에 의해, 너트 부재를 축방향으로 진퇴 운동시키고, 너트 부재의 진퇴 운동에 의해, 접촉력 균등화 기구와 피구동 부재를 통하여, 구동 대상물에 직동 운동을 부여하는 것이다.
그리고, 접촉력 균등화 기구의 2개의 회전축을, 나사축의 방향으로 투영했을 때의 교점 위치를, 나사축의 회전축으로부터 반경 방향으로 어긋나게 한 것을 특징으로 한다.
이 어긋나게 해야 할 반경 방향(중심축으로부터의 방향) 및 거리는, 나사축과 너트 부재의 접촉부의 배치 상태에 따라 대체로 결정된다.
이렇게 교점 위치를 반경 방향으로 어긋나게 하여, 접촉력 균등화 기구의 2개의 회전축을, 회전 운동(요동 운동)시킴으로써 너트 부재와 피구동 부재 사이의 미소 경사를 흡수한다.
그리고, 2개의 회전축을 나사축의 방향으로 투영했을 때의 교점 위치가, 너트 부재에 대하여 고정된 외력의 작용점이 되고, 이 작용점을 나사축과 너트 부재의 접촉부의 배치 상황으로부터 결정되는 최적 하중 작용점에 맞춘다.
이에 의해, 너트 부재에 발생하는 언밸런스 모멘트를 상쇄하여, 각 접촉부에 작용하는 하중을 균등화할 수 있어, 너트 부재에 발생하는 편하중의 방지 또는 저감이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 형태의 하나인 리니어 액추에이터는, 너트 부재와 피구동 부재 사이에서 하중을 전달할 때에 압축 방향의 하중을 전달하는 것이며, 인장 방향의 하중을 전달하지 않도록 사용되는 것이다.
즉, 본 발명의 형태의 하나인 리니어 액추에이터는, 예를 들어 나사축에 대하여 너트 부재가 상하 방향으로 구동하도록 사용하는 것이 상정된다.
또한, 리니어 액추에이터를 수평 방향으로 사용하는 경우에도 리니어 액추에이터의 일방향으로부터 스프링 등에 의해 하중이 작용하고 있는 기구나 리니어 액추에이터의 한쪽에 L자 레버가 형성되는 기구가 상정된다.
이러한 리니어 액추에이터를, 이렇게 사용함으로써, 너트 부재와 피구동 부재는 한쪽 방향의 외력을 전달하여, 하중의 방향이 상이한 일이 없어, 너트 부재의 최적 하중 작용점의 위치가 일정하고, 이러한 일정한 최적 하중 작용점에 외력은 작용한다.
또한, 이러한 리니어 액추에이터를 수평 방향으로 사용하는 경우에는, 너트 부재의 진퇴 방향의 양측에 2개의 접촉력 균등화 기구를 연결하고, 2개의 접촉력 균등화 기구는, 동일한 피구동 부재에 연결되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 리니어 액추에이터를 수평 방향으로 사용하지 않는 경우에도, 리니어 액추에이터에 대하여 쌍방향의 하중이 작용하는 경우에는, 너트 부재의 진퇴 방향의 양측에 2개의 접촉력 균등화 기구를 연결하고, 이 2개의 접촉력 균등화 기구는, 동일한 피구동 부재에 연결되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 가짐으로써, 너트 부재의 최적 하중 작용점이 외력의 방향에 따라 상이한 경우에도, 외력의 방향에 의해, 이것을 전달하는 접촉력 균등화 기구가 작용하는 힘의 위치(방향)를 바꾸어, 외력의 방향과 상관없이, 최적 하중 작용점에 외력을 작용시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 형태의 하나인 리니어 액추에이터는, 나사축과 너트 부재가, 너트 부재에 회전 지지된 복수의 롤러를 통하여 접촉하고, 구름 대우에 의한 롤러 나사 기구를 구성하고 있는 것이, 특히 바람직하다.
이러한 롤러 나사 기구를 가짐으로써, 작은 볼의 점접촉부에 큰 헤르츠 응력이 발생하는 볼 나사와 비교하여 롤러의 접촉부가 선접촉인 롤러 나사는 헤르츠 응력을 저감시킬 수 있다.
즉, 롤러 나사는, 볼 나사와 크기가 동일 정도이면 더 큰 추력을 견딜 수 있고, 내추력이 동일 정도이면 더 소형화할 수 있다.
여기서 사용하는 롤러 나사는, 일방향으로부터의 스러스트 하중을 나사축에 전달하는 롤러의 수가 3개이며, 그들을 나사 리드의 약 3분의 1씩 축방향으로 어긋나게 하고, 3분의 2π[rad]씩 원주 방향으로 어긋나게 하여 배치한 것이 바람직하다.
이에 의해, 나사축과 너트 부재의 접촉부가 3개로 되기 때문에, 구성 부품에 치수 오차가 다소 존재해도 확실하게 모든 롤러가 나사축과 접촉하여, 하중을 지지할 수 있다.　
또한, 롤러의 수가 3개인 롤러 나사를 사용하여, 나사축의 회전축을 Z축, 3개의 롤러 중, 축방향의 중앙에 배치되어 있는 롤러와 나사축의 접촉부 중심을 통과하여 Z축과 직교하는 축을 Y축, Y축과 Z축의 양쪽과 직교하는 축을 X축, 나사축의 리드를 L[mm], 롤러와 나사 프랭크면의 접촉부를 통과하는 나선의 리드각을 γ [rad], YZ 평면을 Y축 주위로 γ회전시킨 평면 상에 있어서의 나사 프랭크면과 롤러의 접촉부의 중앙 부근에 있어서의 접선과 XZ 평면이 이루는 각을 α[rad]로 규정한다.
이 경우, 접촉력 균등화 기구의 2개의 회전축을, 나사축의 방향으로 투영했을 때의 교점 위치는, Z축으로부터 반경 방향으로 거의
Figure pct00001
의 거리이며, Z축 주위의 각도가 X축으로부터, 거의
Figure pct00002
의 각도인 것이 바람직하다.
이렇게 교점 위치를 설정함으로써, 너트 부재에 작용하는 외력을, 최적 하중 작용점의 근방에 작용시켜, 나사축과 3개의 롤러의 접촉력을 거의 완전히 균등화할 수 있다.
즉, 3개의 롤러를 사용한 경우의 최적 하중 작용점이란, 3개의 롤러가 작용하는 하중이 균등해지는 점인 것을 의미한다.
이러한 리니어 액추에이터는, 나사축의 리드가 큰 경우에, 특히 유효하다.
또한, 본 발명의 형태 중 하나인 리니어 액추에이터는, 전동 포크 리프트의 승강에 사용할 수 있다.
본 발명의 회전 직동 변환 기구를 사용한 리니어 액추에이터에 의해, 나사축과 너트 부재의 각 접촉부에 작용하는 하중을 균등화함으로써, 큰 추력을 견디면서, 장수명을 확보할 수 있는 리니어 액추에이터를 실현할 수 있다.
도 1은 리니어 액추에이터의 외관도.
도 2는 도 1에 도시한 리니어 액추에이터의 정면도.
도 3은 도 1에 도시한 리니어 액추에이터에 사용한 롤러 나사의 좌측면도, 정면도 및 A-A 단면도.
도 4는 도 1에 도시한 리니어 액추에이터에 사용한 나사축과 3개의 롤러를 도시한 좌측면도, 정면도, 상면도 및 B-B 단면도.
도 5는 도 1에 도시한 리니어 액추에이터에 사용한 나사축과 너트 부재의 각 접촉부에 작용하는 하중을 균등하게 하는 접촉력 균등화 기구의 외관도.
도 6은 도 5에 있어서의 접촉력 균등화 기구의 각 부품의 분리도.
도 7은 도 5에 있어서의 접촉력 균등화 기구의 상면도 및 하면도.
도 8은 실시예 2에 있어서의 리니어 액추에이터의 외관도.
도 9는 도 8에 도시한 리니어 액추에이터에 사용한 나사축과 6개의 롤러를 도시한 좌측면도 및 정면도.
도 10은 실시예 3에 있어서의 리니어 액추에이터의 외관도.
도 11은 리니어 액추에이터를 탑재한 포크 리프트의 측면도.
도 12는 도 11에 도시한 포크 리프트에 있어서의 하역 장치의 확대도.
이하, 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1, 도 2, 도 3, 도 4는 실시예 1의 리니어 액추에이터를, 도 8, 도 9는 실시예 2의 리니어 액추에이터를, 도 10은 실시예 3의 리니어 액추에이터를 각각 도시한 것이다.
도 5, 도 6, 도 7은 이들 리니어 액추에이터에 있어서, 나사축과 너트 부재의 각 접촉부에 작용하는 하중을 균등하게 하는 접촉력 균등화 기구를 도시한 것이다.
도 11, 도 12는, 리니어 액추에이터를 탑재한 포크 리프트 및 하역 장치를 도시한 것이다.
실시예 1
본 실시예에 있어서의 리니어 액추에이터는, 예를 들어 나사축이 지면과 수직 혹은 그것에 가까운 방향으로 설치되고, 너트 부재는 중력에 반항하여 피구동 부재를 밀어 올리는 식의, 너트 부재에 일방향 하중이 작용하는 경우를 상정한 것이다.
즉, 나사축에 대하여 너트 부재가 상하로 구동하는 경우를 상정한 것이다.
도 1은, 실시예 1에 있어서의 리니어 액추에이터의 외관도를 도시한다.
본 실시예에 있어서의 리니어 액추에이터는, 외주면에 나선 홈을 형성한 나사축(1)과, 3개의 롤러(31, 32, 33)(롤러(33)는 도 1에서는 사각(死角)으로 되어 도시되어 있지 않음) 및 각각의 롤러를 구름 베어링(4)을 통하여 회전 지지하는 롤러 케이지(2)를 구성 요소로 하는 너트 부재(11)를 갖고 있다.
너트 부재(11)는, 3개의 롤러(31, 32, 33)를 통하여, 나사축(1)에 나사 결합한다.
리니어 액추에이터는, 너트 부재(11)와 나사축(1)의 복수의 구름 이동부에 있어서의 접촉력이 불균등해지는 것을 방지하는 접촉력 균등화 기구(12)를 구성 요소로서 더 갖고 있다.
또한, 접촉력 균등화 기구(12)는, 중간 부재(5) 및 미끄럼 이동 부재(6)를 구성 요소로서 갖고 있다.
나사축(1)과 너트 부재(11)는, 그들 사이에 상대적인 회전 운동을 부여함으로써, 상대적인 직동 운동을 생성하는 회전 직동 변환 기구를 구성하고 있다.
예를 들어, 나사축(1)이, 도시하지 않은 모터의 출력축에 의해 회전 구동된 경우, 너트 부재(11)의 회전이 저지되어 있는 상태이면, 너트 부재(11)는 직동 구동된다.
리니어 액추에이터는, 너트 부재(11)가 접촉력 균등화 기구(12)를 통하여 피구동 부재(8)에 접속되어, 회전을 저지한다. 이에 의해, 너트 부재(11)는 직동 구동된다.
도 2는, 도 1에 도시한 리니어 액추에이터의 정면도를 도시한다.
즉, 본 실시예에 있어서의 리니어 액추에이터는, 도 2 중, 좌우로 구동하는 것이며, 도 2 중, 우측으로부터 좌측을 향하여 힘이 작용하여, 너트 부재(11)와 피구동 부재(8) 사이에서 하중을 전달할 때에 압축 방향의 하중을 전달하게 된다.
또한, 도 2에 있어서 사용한 부호는, 도 1에 있어서 사용한 부호와 마찬가지의 구성 요건을 도시하는 것이다.
도 3은, 도 1에 도시한 리니어 액추에이터에 사용한 롤러 나사의 좌측면도(a), 정면도(b) 및 A-A 단면도(c)를 도시한다. 즉, 본 실시예에 있어서의 나사축(1)과 너트 부재(11)를 갖는 롤러 나사를 도시한 것이다.
도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 너트 부재(11)는, 3개의 롤러(31, 32, 33)가 각각 리드의 거의 3분의 1씩 축방향으로 어긋나게 되고, 그 결과, 3분의 2π씩 원주 방향으로 어긋나게 되어 배치되어 있다.
도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 나사축(1)과 너트 부재(11)의 접촉부에 작용하는 하중이 균등하다고 하여, 너트 부재(11)에 발생하는 모멘트를 계산할 수 있다.
너트 부재(11)에 작용하는 일방향 하중 F는, 접촉력 균등화 기구(12)를 통하여, 너트 부재(11)와 나사축(1)의 접촉부에 균등하게 작용하여, 롤러 케이지(2), 구름 베어링(4)을 통하여 각 롤러에 전해진다.
도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 롤러 나사는, 사다리꼴 형상 단면의 나선 홈을 외주에 형성한 나사축(1)과, 그 나선 홈의 한쪽의 경사면이며, 사다리꼴 형상 단면의 나선 홈의 우측 상단 방향을 향한 우측 프랭크면(1a)에 접촉하여 구름 이동하는 3개의 롤러(31, 32, 33)(롤러(32, 33)는 도 3의 (c)에서는 도시되어 있지 않음)와, 각각의 롤러를 구름 베어링(4)을 통하여 회전 지지하는 롤러 케이지(2)를 구성 요소로 하고 있다.
각 롤러는, 롤러 케이지(2)에 고정된 각 롤러의 자전축을, 나사축(1)의 나선 홈의 리드각으로 나사축(1)의 중심축과 교차하는 평면 내에 배치하고, 그 평면 내에서 외주 방향을 향하여 각 롤러와 나사축(1)이 구름 이동하는 접촉부측에 경사진다.
그리고, 각 롤러와 나사축(1)의 구름 이동 거리가 큰 부분끼리, 구름 이동 거리가 작은 부분끼리 각각 구름 이동하게 되어 있어, 각 롤러와 나사축(1)의 접촉 선 상의 어느 한 점에 있어서도 미끄럼이 미소하여, 완전에 가까운 구름이 가능하다.
또한, 각 롤러의 단부면을, 나사축(1)의 중심축에 대하여 경사지게 하여, 각 롤러가 구름 이동하는 나사산과 이웃한 피치의 나사산을, 간섭하기 어렵게 하고 있다.
또한, 각 롤러의 구름 이동면을, 각 롤러가 구름 이동하는 프랭크면을 포함하는 나사산의 이웃한(다음의) 피치의 나사산을 넘어, 나사축(1)의 축방향 범위를 차지하는 구성으로 함으로써, 각 롤러의 헤르츠 접촉부의 곡률 반경을 확대하여, 헤르츠 응력을 저감시키고, 구름 이동부의 내구성을 향상시키고 있다.
그 외에 추가로, 각 롤러의 구름 이동부에 인접한 단부면에 요부를 형성함으로써, 각 롤러의 자전축을 외주 방향을 향하여 각 롤러와 나사축(1)이 구름 이동하는 접촉부측에 경사지게 할 때의 경사량이 작은 경우에도, 다음 피치에 있어서의 나사산과 각 롤러 단부면의 간섭을 피할 수 있다.
이 경사량이 작으면, 각 롤러의 구름 이동부의 직경이 동일한 경우는, 너트부 전체의 외경을 작게 억제할 수 있다.
도 5, 도 6, 도 7은, 본 실시예에 있어서의 리니어 액추에이터에 형성되는 나사축과 너트 부재의 각 접촉부에 작용하는 하중을 균등하게 하는 접촉력 균등화 기구(12)를 도시한 것이다.
또한, 도 6, 도 7에 있어서 사용되고 있는 부호는, 도 5에 있어서 사용되고 있는 부호와 마찬가지의 구성 요소를 나타내는 것이다.
도 5는, 도 1에 도시한 리니어 액추에이터에 사용한 나사축과 너트 부재의 각 접촉부에 작용하는 하중을 균등하게 하는 접촉력 균등화 기구의 외관도를 도시한 것이다.
도 5에 있어서, 접촉력 균등화 기구(12)는, 볼록 곡면부(원통 곡면부)(6a)와 평면부(6d)로 이루어지고, 거의 반원 기둥 형상으로 볼록 곡면부(6a)에 미끄럼 이동면을 갖는 4개의 미끄럼 이동 부재(6)와, 원반 형상의 것에 나사축(1)을 통과시키기 위한 원통형의 구멍이 형성된 링 형상을 하고 있고, 미끄럼 이동 부재(6)의 볼록 곡면부(6a)에 대응하는 오목 곡면부(5a)를 갖는 중간 부재(5)를 구성 요소로 하고 있다.
또한, 미끄럼 이동 부재(6)에는, 너트 부재(11)의 롤러 케이지(2)와 또는 피구동 부재(8)를 접속하는 연결 핀 부재(7)가 형성되어 있다.
이 미끄럼 이동 부재(6)는, 그 단면이 거의 반원 형상이며, 곡면 부분에서 중간 부재(5)와 접촉하고, 평면 부분에서는 중간 부재(5)와 접촉하지 않는 구조를 취함으로써 압축 방향의 하중을 전달하게 되고, 인장 방향의 하중을 전달하지 않게 된다. 이와 같이, 미끄럼 이동 부재(6)의 단면이 반원 형상인 구성에 의해, 접촉력 균등화 기구(12)를 얇게 형성할 수 있는 동시에, 미끄럼 이동 부재(6)에 전단 하중이 아니라 압축 하중이 작용하는 구성에 의해, 접촉력 균등화 기구(12)의 강도가 향상된다.
접촉력 균등화 기구(12)는, 미끄럼 이동 부재(6)의 볼록 곡면부(6a)와 중간 부재(5)의 오목 곡면부(5a)가 접촉 및 미끄럼 이동하도록 배치되고, 원호의 원주 방향으로 미끄럼 이동함으로써 요동 동작을 행한다.
중간 부재(5)의 오목 곡면부(5a)는, 상면(5b), 하면(5c) 각각에 2개씩 형성되어 있고, 동일면 상의 2개의 오목 곡면부(5a)는, 거기에 배치되는 미끄럼 이동 부재(6)의 요동축(6b)(상면(5b)에 대응) 또는 요동축(6c)(하면(5c)에 대응)이 동일해지도록, 즉 각각 동일한 요동축 상에 형성되어 있다.
도 6은, 도 5에 있어서의 접촉력 균등화 기구(12)의 각 부품(구성 요소)의 분리도를 도시한 것이다.
미끄럼 이동 부재(6)의 평면부(6d)에는, 연결 핀 부재(7)를 삽입하는 구멍이 형성되고, 연결 핀 부재(7)가 삽입된다.
마찬가지로, 롤러 케이지(2) 및 피구동 부재(8)에도, 연결 핀 부재(7)의 삽입 구멍이 형성된다.
미끄럼 이동 부재(6)의 평면부(6d)에 삽입되어 있는 연결 핀 부재(7)가 롤러 케이지(2) 및 피구동 부재(8)에 삽입됨으로써, 미끄럼 이동 부재(6)와 롤러 케이지(2)가 및 미끄럼 이동 부재(6)와 피구동 부재(8)가 반경 방향으로 어긋나지 않도록 형성된다.
이에 의해, 너트 부재(11)는 접촉력 균등화 기구(12)를 통하여 피구동 부재(8)에 연결되어, 너트 부재(11) 및 피구동 부재(8)는, 나사축(1)에 직각인 축 주위의 요동이 가능하게 되는 한편, 나사축(1)의 축 주위의 상대 회전을 할 수 없는 상태로 된다.
너트 부재(11) 및 피구동 부재(8)는, 나사축(1)의 회전축과 거의 평행(축방향)하게 직동 가능하지만, 나사축(1)의 회전축 주위로는 회전할 수 없도록, 도시하지 않은 리니어 가이드 등에 의해 구속되어 있다.
이 결과, 모터(도시하지 않음)의 출력에 의해, 나사축(1)이 회전하면, 너트 부재(11)는 나사축(1)에 대하여 상대적으로 직동 동작을 행하여, 피구동 부재(8)는, 나사축(1)과 거의 평행하게 진퇴한다.
도 7은, 도 5에 있어서의 접촉력 균등화 기구(12)의 상면도(a) 및 하면도(b)를 도시한 것이다.
중간 부재(5)의 상면(5b)에 배치된 미끄럼 이동 부재(6)의 요동축(6b)과 중간 부재(5)의 하면(5c)에 배치된 미끄럼 이동 부재(6)의 요동축(6c)은, 서로 교차(직교) 또는 비틀림의 위치에 있고, 2개의 요동축(6b, 6c)을 나사축(1)의 방향으로 투영했을 때의 교점(6e)은, 중간 부재(5)의 중심(6d)으로부터 거리(Ld)만큼 이격된 위치에 존재한다.
이러한 접촉력 균등화 기구(12)는, 2개의 요동축에 의해, 미소 경사를 흡수할 수 있고, 미끄럼 이동 부재(6)의 단면을 반원 형상으로 함으로써, 접촉력 균등화 기구(12)를 얇게 형성할 수 있는 동시에 강도도 향상된다.
이하, 너트 부재(11)의 최적 하중 작용점(교점(6e))을 산출한다.
도 4는, 도 1에 도시한 리니어 액추에이터에 사용한 나사축과 3개의 롤러를 도시한 좌측면도(a), 정면도(b), 상면도(c) 및 B-B 단면도(d)를 도시한 것이다.
본 실시예에 있어서의 너트 부재(11)의 최적 하중 작용점은 이하와 같이 산출할 수 있다. 우선, 최적 하중 작용점을 구하기 위해, 나사축(1)과 너트 부재(11)의 접촉부에 작용하는 하중이 균등한 것으로 하여, 너트 부재(11)에 발생하는 모멘트를 계산한다.
너트 부재(11)에 작용하는 일방향 하중 F(도 3의 (b)에 도시한 것)는, 롤러 케이지(2), 구름 베어링(4)을 통하여 각 롤러에 전해진다.
도 4에는, 각 롤러(31, 32, 33)가, 나사축(1)으로부터 받는 선 분포 하중의 합력 F1, F2, F3과, 이것이 작용하는 대표점 P1, P2, P3이 도시되어 있다.
이하의 설명을 용이하게 하기 위해, 3점 중에서 축방향 중앙에 있는 점 P1이 XY 평면 상이 되는 X축, Y축, Z축을, 도 4에 도시한다.
이때, 점 P1, P2, P3의 위치는 다음 식으로 표현된다.
Figure pct00003
여기서, D는 각 점 P1, P2, P3의 배치 직경((a) 참조), L은 나사축(1)의 리드((b) 참조)이다.
합력 F1은, 나사축(1)의 중심축에 대하여 리드 각 γ((c) 참조) 어긋난 평면 내에 있고, XZ 평면에 대하여 각도 α((d) 참조) 경사진 접촉부 접선과 쌍으로 되는 법선 방향으로 작용하고 있다.
합력 F2, F3도 마찬가지이며, 합력 F1이 리드 L의 3분의 1씩 Z축 방향으로 어긋나, 120°씩 나사축(1)의 원주 방향으로 회전한 상태에서 작용하고 있다.
합력 F1, F2, F3 각각의 X 성분, Y 성분, Z 성분은, 접촉부에 작용하는 하중이 균등하다는 조건 하에서, 각각의 힘의 크기를 동등하게 Fn으로 하여 다음과 같이 표현한다.
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
너트 부재(11)에 작용하는 일방향 하중 F는, 3개의 접촉부에 작용하는 힘의 Z 성분을 합한 것과 동등해지기 때문에,
Figure pct00013
에 의해 Fn은 이하이다.
Figure pct00014
합력 F1, F2, F3의 3개의 힘에 의해 발생하는 모멘트 M((a) 참조)은, X축 주위의 모멘트 Mx와 Y축 주위의 모멘트 My의 합성으로서 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
상기 식에, 합력 F1, F2, F3의 각 성분 및 Fn을 대입하여 이하가 구해진다.
Figure pct00018
또한, 모멘트 M의 회전축의 방향 θM((a) 참조)은,
Figure pct00019
이다.
너트 부재(11)의 최적 하중 작용점 P0((a) 참조)은, 너트 부재(11)에 발생하는 모멘트 M을 상쇄하는 하중 작용점이며, Z축으로부터의 거리 r((a) 참조)과 Z축 주위의 각도 θ((a) 참조)로 표현하면 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure pct00020
Figure pct00021
접촉력 균등화 기구(12)의 중심(6d)(도 7 참조)은, 나사축(1)의 중심축 상에 배치되고, 도 7에 있어서의 치수 Ld는, 도 4에 있어서의 거리 r과 일치시키는 것이 바람직하다.
또한, 접촉력 균등화 기구(12)는, 롤러 케이지(2)에 대하여, 도 7에 있어서의 6e가 각도 θ의 방향으로 되도록, 연결 핀 부재(7)에 의해 너트 부재(11)에 설치되어 있다.
즉, 너트 부재(11)에 작용하는 외력은 접촉력 균등화 기구(12)를 통하여 전해지고, 이때 외력은 최적 하중 작용점 P0인 교점(6e)에 작용하기 때문에, 나사축(1)과 너트 부재(11)의 3개의 접촉부에 작용하는 하중이 거의 완전히 균등화된다.
또한, 접촉력 균등화 기구(12)가 갖는 2개의 요동축의 요동 운동에 의해, 너트 부재(11)와 피구동 부재(8) 사이의 미소 경사를 흡수할 수 있어, 미소하게 경사져도 최적 하중 작용점 P0은 교점(6e)과 거의 겹친다.
또한, 최적 하중 작용점 P0과 교점(6e)을 일치시킴으로써, 큰 효과(예를 들어, 리니어 액추에이터의 내용연수 15년)를 얻을 수 있지만, 최적 하중 작용점 P0과 교점(6e)이 일치하지 않고, 어긋나 있어도, 소정의 효과(예를 들어, 리니어 액추에이터의 내용연수 10년)를 얻을 수 있는 경우가 있다.
즉, 교점(6e)을, 중간 부재(5)의 중심(6d)으로부터 이격된 위치에(나사축(1)의 회전축으로부터 반경 방향으로 어긋나게 하여) 설정하는 동시에, 교점(6e)을, 최적 하중 작용점 P0이 존재하는 방향으로 조금이라도 접근하여 설정함으로써, 소정의 효과가 얻어진다.
따라서, 실시예 1에 기재하는 리니어 액추에이터는, 도 1에 도시한 바와 같이, 나사축(1)과, 나사축(1)에 나사 결합하고, 회전 지지된 3개의 롤러(31, 32, 33)를 통하여 나사축(1)과 접촉하는 롤러 나사 기구를 갖는 너트 부재(11)와, 구동 대상물에 연결된 피구동 부재(8)와, 너트 부재(11)와 피구동 부재(8)를 연결하는 것이며, 도 5에 도시한 바와 같이, 서로 비틀림의 위치 관계에 있는 2개의 회전축(6b, 6c)을 갖는 접촉력 균등화 기구(12)를 갖는 것이다.
그리고, 나사축(1)에 대한 상대적인 회전 운동에 의해, 너트 부재(11)를 나사축(1)의 방향으로 진퇴 운동시키고, 너트 부재(11)의 진퇴 운동에 의해, 접촉력 균등화 기구(12)와 피구동 부재(8)를 통하여, 구동 대상물에 직동 운동을 부여한다.
따라서, 실시예 1에 기재하는 리니어 액추에이터의 특징은, 접촉력 균등화 기구(12)의 2개의 회전축을 나사축(1)의 방향으로 투영했을 때의 교점 위치(6e)를, 나사축(1)의 회전축으로부터, 너트 부재(11)의 진행 방향에 대하여, 3개의 롤러 중 최초에 있는 롤러의 위치의 대략의 방향으로 어긋나게 한 것에 있다.
여기서, 진퇴 운동의 진행 방향은, 도 4의 (b)에 도시한 Z축의 플러스의 방향(도면 중, 좌측으로부터 우측으로)이다. 즉, 롤러(31, 32, 33)가 경사져 있는 각도가 예각의 방향으로 진행한다.
또한, 실시예 1에 기재하는 리니어 액추에이터의 특징은, 접촉력 균등화 기구(12)의 2개의 회전축을 나사축(1)의 방향으로 투영했을 때의 교점 위치(6e)를, 나사축(1)의 회전축으로부터, 너트 부재(11)의 퇴행 방향에 대하여, 3개의 롤러 중 마지막에 있는 롤러의 위치의 대략의 방향으로 어긋나게 한 것에 있다.
여기서, 진퇴 운동의 퇴행 방향은, 도 4의 (b)에 도시한 Z축의 마이너스의 방향(도면 중, 우측으로부터 좌측으로)이다. 즉, 롤러(31, 32, 33)가 경사져 있는 각도가 둔각의 방향으로 퇴행한다.
이것으로부터, 나사축(1)과 너트 부재(11)의 3개의 접촉부에 작용하는 하중의 불균등을 대략 방지할 수 있다.
본 실시예에 있어서의 너트 부재에 작용하는 외력이 너트 부재와 나사축의 각 접촉부에 균등하게 작용하는 회전 직동 변환 기구를 사용함으로써, 나사축과 너트 부재의 복수의 구름 이동부에 작용하는 접촉력이 불균등해지는 것을 억제한다.
따라서, 회전 직동 변환 기구를 사용한 리니어 액추에이터의 장기 수명화를 도모할 수 있어, 부차적으로 소음 발생을 방지할 수도 있다.
이하, 본 실시예에서 기재한 리니어 액추에이터를 탑재한 포크 리프트에 대하여 설명한다.
도 11은, 리니어 액추에이터를 탑재한 포크 리프트의 측면도를 도시한 것이다.
도 11에 있어서, 포크 리프트는, 주행 장치 및 하역 조작 장치 등이 장착된 차체(9)와, 차체(9)의 전방에 설치된 하역 장치(90)를 구비하고 있다.
하역 장치(90)는, 하물 등을 지지하는 포크(95)와, 포크(95)를 상하로 구동하기 위한 지주인 아우터 마스트(91)를 갖고 있다.
도 12는, 도 11에 도시한 포크 리프트에 있어서의 하역 장치의 확대도를 도시한 것이다.
도 12에 있어서, 하역 장치(90)는, 아우터 마스트(91)와, 아우터 마스트(91)의 내측에 설치되고, 아우터 마스트(91)를 따라 승강하는 이너 마스트(92)와, 이너 마스트(92)의 상부에 설치된 체인 휠(93)과, 체인 휠(93)을 통하여, 한쪽의 단부가 아우터 마스트(91)에, 다른 쪽의 단부가 포크(95)에 각각 접속된 리프트 체인(94)과, 이너 마스트(92)를 상하 운동(승강)시키는 리니어 액추에이터를 구비하고 있다.
그리고, 하역 장치(90)는, 이너 마스트(92)에 설치되고, 이너 마스트(92)의 상하 운동과 연동하여 승강하는 포크(95)를 갖고 있다.
리니어 액추에이터는, 아우터 마스트(91)에 회전 가능하게 지지된 나사축(1)과, 나사축(1)에 나사 결합하는 너트 부재(11)와, 이너 마스트(92)에 고정된 피구동 부재(8)와, 너트 부재(11)와 피구동 부재(8) 사이에 설치된 접촉력 균등화 기구(12)를 갖고 있다.
나사축(1)은 복수의 기어(96)를 통하여, 모터(97)와 접속하고 있고, 모터(97)의 구동력에 의해 나사축(1)이 회전한다.
너트 부재(11)는, 접촉력 균등화 기구(12)를 통하여, 피구동 부재(8)와 연결되어 있고, 나사축(1)의 회전축 주위로는 회전할 수 없도록 연결되어 있다.
이로 인해, 나사축(1)의 회전에 따라, 너트 부재(11)가 직동 운동한다. 너트 부재(11)의 직동 운동은, 접촉력 균등화 기구(12) 및 피구동 부재(8)를 통하여, 이너 마스트(92)에 전해진다.
따라서, 모터(97)의 구동력에 의해 너트 부재(11)가 직동 운동하고, 너트 부재(11)의 직동 운동에 따라, 이너 마스트(92)를 승강시킬 수 있다.
이너 마스트(92)가 승강하면, 체인 휠(93)도 동시에 승강한다. 체인 휠(93)이 움직 도르래로서 작용하기 때문에, 이너 마스트(92)의 속도에 비교하여 2배의 속도로 포크(95)가 승강한다.
이러한 하역 장치(90)는, 모터(97)를 구동함으로써, 포크(95)를 승강시킬 수 있고, 이러한 하역 장치(90)는, 포크 리프트에 이용할 수 있다.
포크(95)에 하역 대상물이 탑재되면, 하역 대상물의 자중에 의해, 이너 마스트(92)는 미소하게 경사지고, 이너 마스트(92)에 고정된 피구동 부재(8)도 미소하게 경사지고, 피구동 부재(8)와 함께 너트 부재(11)도 미소하게 경사진다.
그러나, 이 미소 경사는 접촉력 균등화 기구(12)에 의해 흡수되어, 너트 부재(11)에 에지 로드 등을 발생시키는 일은 없다.
또한, 피구동 부재(8)로부터 너트 부재(11)에 전해지는 하중을, 접촉력 균등화 기구(12)에 의해, 너트 부재(11)의 최적 하중 작용점에 작용시키기 때문에, 너트 부재(11)와 나사축(1)의 접촉부에 작용하는 하중은 균등해져, 일부 접촉부에 과대한 부하가 가해지지 않게 된다.
이러한 점에서, 리니어 액추에이터의 장기 수명화가 도모된다.
즉, 본 실시예와 같이, 종래 주로 유압 액추에이터가 이용되어 온 포크 리프트의 액추에이터로서, 전동 리니어 액추에이터를 이용할 수 있다.
이와 같이, 포크 리프트에 전동 리니어 액추에이터를 사용한 경우, 이하와 같은 장점을 생각할 수 있다.
?유압 액추에이터에 비하여, 기계 효율을 높게 할 수 있기 때문에, 에너지를 절약할 수 있다.
?전동 리니어 액추에이터는, 동력 회생을 행할 수 있기 때문에, 에너지를 절약할 수 있다.
?전동 리니어 액추에이터는, 오일레스의 포크 리프트를 실현할 수 있기 때문에, 오염 등의 환경 부하를 저감시킬 수 있고, 식품 공장 등의 유압 액추에이터의 사용이 곤란한 환경에 적용 가능하게 된다.
또한, 본 실시예에 기재한, 즉 접촉력 균등화 기구를 사용한 리니어 액추에이터를 탑재한 포크 리프트는, 이하와 같은 장점이 있다.
?접촉력 균등화 기구를 사용함으로써, 각 롤러에 균등한 하중을 작용시킬 수 있기 때문에, 장기 수명화가 도모된다.
?접촉력 균등화 기구를 사용함으로써, 사용하지 않는 경우에 비하여, 보다 기계 효율을 높게 할 수 있기 때문에, 에너지를 절약할 수 있다.
실시예 2
이하, 도 8을 사용하여, 실시예 2를 설명한다.
도 8은, 실시예 2에 있어서의 리니어 액추에이터의 외관도를 도시하는 것이다.
리니어 액추에이터는, 외주면에 나선 홈을 형성한 나사축(1)과, 나사축(1)에 나사 결합하고, 6개의 롤러(31, 32, 33 및 31', 32', 33')(롤러(33')는 도 8에서는 사각으로 되어 도시되어 있지 않음)와, 각각의 롤러를 구름 베어링(4 및 4')을 통하여, 회전 지지하는 롤러 케이지(20)를 구성 요소로 하는 너트 부재(13)와, 너트 부재(13)에 발생하는 편하중을 방지하는 접촉력 균등화 기구(편하중 방지 기구)(12 및 12')를 갖고 있다.
또한, 접촉력 균등화 기구(편하중 방지 기구)(12 및 12')는, 각각 중간 부재(5 및 5') 및 미끄럼 이동 부재(6 및 6')를 구비하고 있다.
나사축(1)과 너트 부재(13)는, 그들 사이에 상대적인 회전 운동이 부여됨으로써, 상대적인 직동 운동을 생성하는 회전 직동 변환 기구를 구성하고 있다.
나사축(1)은, 도시하지 않은 모터의 출력축에 접속되고, 너트 부재(13)는 접촉력 균등화 기구(12 및 12')를 통하여, 피구동 부재(80)와 접속되어 있다.
접촉력 균등화 기구(12 및 12')는, 실시예 1에서 설명한 접촉력 균등화 기구와 마찬가지이다.
이렇게 구성함으로써, 너트 부재(13)에 쌍방향의 하중이 작용하는 경우에도, 편하중을 방지 혹은 저감시킬 수 있다.
도 9는, 도 8에 도시한 리니어 액추에이터에 사용한 나사축과 6개의 롤러를 도시한 좌측면도(a) 및 정면도(b)를 도시한 것이다.
도 9는, 나사축(1)과 너트 부재(13)의 관계를 나타낸 것이지만, 설명의 사정상, 롤러 케이지(20), 구름 베어링(4 및 4')을 생략하여 도시한다.
너트 부재(13)는, 실시예 1에 있어서의 너트 부재(11)를 2개 설치한 것이다.
한쪽의 너트 부재를 다른 쪽의 너트 부재에 대하여, 나사축(1)과 수직의 방향인 X축 주위 또는 Y축 주위로 180° 회전시켜, 즉 2개의 너트 부재를 대향하여 설치한다.
또한, 2개의 너트 부재를 나사축(1)의 중심축 주위로 β회전시켜 설치한다 ((a) 참조).
6개의 롤러 중, 한쪽의 3개의 롤러(31, 32, 33)는 나사축(1)의 우측 프랭크면(1a)과 접촉하고, 다른 쪽의 3개의 롤러(31', 32', 33')는 나사축(1)의 좌측 프랭크면(1b)과 접촉하도록 배치되어 있다((b) 참조).
이렇게 배치함으로써, 너트 부재(13)는, 진퇴의 양방향(예를 들어, 전후, 좌우와 같은 평면 상에 있어서의 이동)에 대해, 하중을 지지할 수 있기 때문에, 피구동 부재(80)에 양방향의 하중이 작용하는 경우에도 사용할 수 있다.
또한, 피구동 부재(80)에, 도 8에 있어서, 좌향 하중 F가 작용하는 경우, 하중은 피구동 부재(80)로부터 접촉력 균등화 기구(12)를 통하여, 너트 부재(13)에 전해져, 3개의 롤러(31, 32, 33)가, 나사축(1)에 대하여 하중을 작용시킨다.
이때, 접촉력 균등화 기구(12')는, 미끄럼 이동 부재(6')와 중간 부재(5')가 연결되어 있지 않아, 압축 하중만을 전달하기 때문에, 피구동 부재(80)로부터 접촉력 균등화 기구(12')를 통하여 너트 부재(13)에 하중이 전해지는 일은 없다.
피구동 부재(80)에, 도 8에 있어서, 우향의 하중 F'가 작용하는 경우, 하중은 피구동 부재(80)로부터 접촉력 균등화 기구(12')를 통하여, 너트 부재(13)에 전해져, 3개의 롤러(31', 32', 33')가, 나사축(1)에 대하여 하중을 작용시킨다.
이때, 접촉력 균등화 기구(12)는, 미끄럼 이동 부재(6)와 중간 부재(5)가 연결되어 있지 않아, 압축 하중만을 전달하기 때문에, 피구동 부재(80)로부터 접촉력 균등화 기구(12)를 통하여 너트 부재(13)에 하중이 전해지는 일은 없다.
한쪽의 3개의 롤러(31, 32, 33)와 나사축(1)의 접촉 상태로부터, 실시예 1에 기재한 바와 같이 최적 하중 작용점 P0이 구해지고, 다른 쪽의 3개의 롤러(31', 32', 33')와 나사축(1)의 접촉 상태로부터, 실시예 1에 기재한 바와 같이 최적 하중 작용점 P0'가 구해진다.
이 2개의 최적 하중 작용점(P0, P0')은, 실시예 1에 있어서의 최적 하중 작용점을 나타내는 거리 r과 각도 θ 중, 거리 r은 동등하지만, 각도 θ도 동등하다고는 할 수 없으며, 많은 경우에 있어서 각도 θ는 상이하다.
이로 인해, 한쪽의 3개의 롤러(31, 32, 33)가 하중을 받는 경우, 즉 피구동 부재(80)에 좌향의 하중 F가 작용하는 경우와, 다른 쪽의 3개의 롤러(31', 32', 33')가 하중을 받는 경우, 즉 피구동 부재(80)에 우향의 하중 F'가 작용하는 경우 에는, 최적 하중 작용점이 상이하게 된다.
따라서, 본 실시예에서는, 하중의 방향에 따라 상이한 최적 하중 작용점에, 하중을 작용시키기 위해, 압축 하중을 전달하는 2개의 접촉력 균등화 기구를 너트 부재(13) 양측에 각각 배치하고 있다.
이러한 구성에 의해, 피구동 부재(80)에 작용하는 하중의 방향과 상관없이, 너트 부재(13)에 발생하는 편하중을 방지 혹은 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 기재한, 즉 접촉력 균등화 기구를 사용한 리니어 액추에이터는, 포크 리프트에 한하지 않고, 종래의 유압 실린더로 치환하여 사용할 수 있다. 건설 기계, 예를 들어 파워셔블의 아암의 선단에 형성되고, 버킷을 구동하는 기구에, 이러한 리니어 액추에이터를 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서의 리니어 액추에이터는, 예를 들어 나사축(1)이 수평 방향으로 설치되고, 너트 부재(13)가 수평 방향으로 구동하는 경우에 적합하다. 또한, 나사축(1)에 대하여 너트 부재(13)가 진퇴의 양방향으로부터 하중을 받는 경우에 적합하다.
실시예 3
이하, 도 10을 사용하여, 실시예 3을 설명한다.
도 10은, 실시예 3에 있어서의 리니어 액추에이터의 외관도를 도시하는 것이다.
실시예 3은, 실시예 1에 있어서의 롤러 나사를, 볼 나사로 치환한 구성이다.
즉, 실시예 1에 있어서의 너트 부재(11)를 볼 나사용 너트 부재(14)로, 나사축(1)을 볼 나사용 나사축(10)으로 치환한 것이다.
리니어 액추에이터에, 일반적인 볼 나사를 사용하는 경우도, 전동체인 볼(球)과 볼 나사용 나사축(10)의 접촉 상태로부터, 실시예 1에 기재하는 방법을 사용하여, 최적 하중 작용점을 산출할 수 있다.
또한, 볼 나사를 사용한 경우의 최적 하중 작용점의 산출에 있어서는, 각 볼이, 볼 나사용 나사축(10)에 대하여, 1점 1점 작용하고 있기 때문에, 볼 나사용 나사축(10)의 1주당 볼의 수를 고려하여 산출하게 된다.
실시예 3에 있어서도, 접촉력 균등화 기구(편하중 방지 기구)(12)는, 볼 나사용 너트 부재(14)의 최적 하중 작용점에 하중을 작용시킬 수 있고, 피구동 부재(81)와 볼 나사용 너트 부재(14) 사이에 설치된다.
1, 10: 나사축
2, 20: 롤러 케이지
4, 4': 구름 베어링
5, 5': 중간 부재
6, 6': 미끄럼 이동 부재
7: 연결 핀 부재
8, 80, 81: 피구동 부재
9: 차체
11, 13, 14: 너트 부재
12, 12': 접촉력 균등화 기구
31, 31', 32, 32', 33, 33': 롤러
90: 하역 장치
91: 아우터 마스트
92: 이너 마스트
93: 체인 휠
94: 리프트 체인
95: 포크
96: 기어
97: 모터

Claims (9)

  1. 나사축과, 상기 나사축에 나사 결합하는 너트 부재와, 구동 대상물에 연결된 피구동 부재와, 상기 너트 부재와 상기 피구동 부재를 연결하는 커플러를 갖고,
    상기 나사축에 대한 상대적인 회전 운동에 의해, 상기 너트 부재를 축방향 으로 진퇴 운동시키고, 상기 너트 부재의 진퇴 운동에 의해, 상기 커플러 및 상기 피구동 부재를 통하여, 상기 구동 대상물을 축 방향으로 구동하는 리니어 액추에이터에 있어서,
    상기 커플러는 서로 대략 직교하는 2개의 회전축을 갖고, 이 2개의 회전축을, 상기 나사축의 방향으로 투영했을 때의 교점 위치를, 상기 나사축의 중심축으로부터 반경 방향으로 어긋나게 한 것을 특징으로 하는, 리니어 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나사축과 상기 너트 부재는, 상기 너트 부재에 회전 지지된 복수의 롤러를 통하여 접촉하고, 구름 대우에 의한 롤러 나사 기구를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는, 리니어 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서, 일방향으로부터의 스러스트 하중을 나사축에 전달하는 롤러의 수는 3개이며, 그들을 나사 리드의 약 3분의 1씩 축방향으로 어긋나게 하고, 3분의 2π[rad]씩 원주 방향으로 어긋나게 하여 배치하는 것을 특징으로 하는, 리니어 액추에이터.
  4. 제3항에 있어서, 나사축의 회전축을 Z축, 3개의 롤러 중, 축방향의 중앙에 배치되어 있는 롤러와 나사축의 접촉부 중심을 통과하여 상기 Z축과 직교하는 축을 Y축, 상기 Z축과 상기 Y축의 양쪽과 직교하는 축을 X축, 나사축의 리드를 L[mm], 롤러와 나사 프랭크면의 접촉부를 통과하는 나선의 리드각을 γ[rad], YZ 평면을 Y축 주위로 γ회전시킨 평면 상에 있어서의 나사 프랭크면과 롤러의 접촉부의 중앙 부근에 있어서의 접선과 XZ 평면이 이루는 각을 α[rad]로 규정한 경우,
    상기 커플러의 2개의 회전축을, 상기 나사축의 방향으로 투영했을 때의 교점 위치는,
    상기 Z축으로부터 반경 방향으로 거의
    <수학식 1>
    Figure pct00022

    의 거리이며, 상기 Z축 주위의 각도가 상기 X축으로부터, 거의
    <수학식 2>
    Figure pct00023

    의 각도인 것을 특징으로 하는, 리니어 액추에이터.
  5. 제1항에 기재된 리니어 액추에이터를 승강에 사용한 것을 특징으로 하는, 전동 포크 리프트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 너트 부재와 상기 피구동 부재 사이에서 하중을 전달 할 때에 압축 방향의 하중을 전달하고, 인장 방향의 하중을 전달하지 않는 것을 특징으로 하는, 리니어 액추에이터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 너트 부재의 진퇴 방향의 양측에 2개의 커플러를 연결하고, 2개의 커플러는, 동일한 피구동 부재에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 리니어 액추에이터.
  8. 나사축과, 상기 나사축에 나사 결합하고, 회전 지지된 3개의 롤러를 통하여 상기 나사축과 접촉하는 롤러 나사 기구를 갖는 너트 부재와, 구동 대상물에 연결된 피구동 부재와, 상기 너트 부재와 상기 피구동 부재를 연결하는 커플러를 갖고,
    상기 나사축에 대한 상대적인 회전 운동에 의해, 상기 너트 부재를 축방향 으로 진퇴 운동시키고, 상기 너트 부재의 진퇴 운동에 의해, 상기 커플러 및 상기 피구동 부재를 통하여, 상기 구동 대상물에 직동 운동을 부여하는 리니어 액추에이터에 있어서,
    상기 커플러는 서로 비틀림의 위치 관계에 있는 2개의 회전축을 갖고, 이 2개의 회전축을 상기 나사축의 방향으로 투영했을 때의 교점 위치를, 상기 나사축의 회전축으로부터, 상기 너트 부재의 진행 방향에 대하여, 상기 3개의 롤러 중 최초에 있는 롤러의 위치의 방향으로 어긋나게 한 것을 특징으로 하는, 리니어 액추에이터.
  9. 제8항에 기재된 리니어 액추에이터를 승강에 사용한 것을 특징으로 하는, 전동 포크 리프트.
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