WO2006106817A1

WO2006106817A1 - 電動アクチュエータ

Info

Publication number: WO2006106817A1
Application number: PCT/JP2006/306647
Authority: WO
Inventors: Akihiro Teramachi; Hidekazu Michioka; Toshiyuki Aso; Kazuya Horiike
Original assignee: Thk Co., Ltd.
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2006-10-12
Also published as: KR20070116033A; JPWO2006106817A1; CN101189451A; US20090049938A1; 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

明細書

電動ァクチユエータ

技術分野

[0001] 本発明は、電動ァクチユエータに係り、電動モータを駆動源として駆動され、従来力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ァクチュエータに関するものである。

背景技術

[0002] 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ァクチユエータとしては、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。

[0003] 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力なる油圧発生装置力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。

[0004] 特許文献 1 :実開昭 63— 164603号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 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つ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力つた。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ァクチユ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、し力も、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ァクチユエータは実現することができな力つた。

[0006] 本発明は、カゝ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、し力も、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ァクチユエータを提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明に係る電動ァクチユエータは、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、を有する電動ァクチユエータであって、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。

[0008] 本発明に係る他の電動ァクチユエータは、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つ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、を有する電動ァクチユエータであつて、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。

[0009] 本発明に係る電動ァクチユエータにおいて、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、ることとすることがでさる。

[0010] また、本発明に係る電動ァクチユエータにおいて、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ヽることとすることができる。

[0011] さらに、本発明に係る電動ァクチユエータにおいて、前記ナット部材と前記シリンダロッドは、一体成形されてヽることとすることができる。

[0012] またさらに、本発明に係る電動ァクチユエータにおいて、前記筒形部材は、略円筒形に形成されてヽることが好適である。

[0013] さらにまた、本発明に係る電動ァクチユエータにおいて、前記筒形部材は、継ぎ目無し円筒管として構成されてヽることとすることができる。

[0014] また、本発明に係る電動ァクチユエータにお、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榭脂によって形成されていることとすることができる。

[0015] さらに、本発明に係る電動ァクチユエータにおいて、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ヽることとすることができる。 [0016] またさらに、本発明に係る電動ァクチユエータにおいて、前記無限循環路は 4条以上形成されており、電動ァクチユ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、ることとすることが好適である。

[0017] さらにまた、本発明に係る電動ァクチユエータにおいて、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、複数の転力 S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、ることとすることができる。

[0018] 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ぐ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。

発明の効果

[0019] 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ァクチユエータを実現することができる。すなわち、本発明に係る電動ァクチユエータは、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ァクチユエータとして好適に用いることが可能である。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]図 1は、第 1の実施形態に係る電動ァクチユエータの全体構成を示す外観斜視図である。

[図 2]図 2は、第 1の実施形態に係る電動ァクチユエータの縦断面側面図である。

[図 3]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]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]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]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]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]図 8は、第 1の実施形態に係る電動ァクチユ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]図 9は、第 2の実施形態に係る電動ァクチユエータの全体構成を示す外観斜視図である。

[図 10]図 10は、第 2の実施形態に係る電動ァクチユエータの縦断面上面図である。符号の説明

[0021] 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、 1 3b 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 スぺーサ部材、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 , P 中心点、 P 交点、 L 線、

1 2 O 1

L 直線。

2

発明を実施するための最良の形態

[0022] 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ぐまた、実施形態の中で説明されて!、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。

[0023] 第 1の実施形態

図 1は、第 1の実施形態に係る電動ァクチユ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ァクチユエータの縦断面側面図である。

[0024] 第 1の実施形態に係る電動ァクチユエータは、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。

[0025] 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力シリンダロッド 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、る。このような構成を採用することによつて、効率良いロッド移動が可能となる。

[0026] 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、つた部材を備えて、る。

[0027] 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つている。

[0028] なお、第 1の実施形態に係る電動ァクチユエータにおいて、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 2 Oa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、る。第 1の実施形態で例示する循環機構 22bにつ、ては、既存の転動体ねじ装置で用いられて!/、るリターンパイプやデフレクタを適用すれば良い。 [0029] 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ぐねじ軸 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。

[0030] 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ぐ第 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。

[0031] 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、電動ァクチユエ一タの外郭を構成しなければならな、ので、ある程度の外力を受容しなければならな、。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ァクチユエ一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。

[0032] 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、る。

[0033] 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、すベり軸受 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。

[0034] なお、第 1の実施形態に係る電動ァクチユエータでは、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、電動ァクチユ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。

[0035] 次に、第 1の実施形態に係る電動ァクチユ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。

[0036] 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力である。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とによつ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、ねじ止めによつて固定され、筒形部材 25を構成することになる。ただし、本発明の適用は力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つて、より高、荷重を受容できるように構成することも好適である。

[0037] 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ァクチユエータでは、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。

[0038] 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、る。

[0039] 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）。

[0040] 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ァクチユエータは、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、榭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ぺーサ部材 53を有するように設置される場合を例示して説明した力このスぺーサ部材 53 については、スぺ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。

[0041] また、上述した筒形部材 25につ、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、あるいは榭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ィ匕を両立して実現することができる。

[0042] なお、レール部材 55の設置範囲については、ヘルツの理論力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 5 6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。

[0043] 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）、 A1— Mg 系合金（5000系）、 A1— Mg— Si系合金（6000系）及び A1— Zn— Mg系合金（700 0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。

[0044] また、筒形部材本体部 56を構成することができる榭脂には、 CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素繊維強化プラスチック）、 GFRP (Glass Fiber Reinforced Pla sties：ガラス繊維強化プラスチック）、 KFRP (Kevlar Fiber Reinforced Plastics：ァラミド繊維強化プラスチック）などの FRP榭脂や、四フッ化工チレン榭脂（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、フエノール榭脂、エポキシ榭脂、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（P ES)などの榭脂材料を用いることができる。

[0045] 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、電動ァクチユエータをねじ軸 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を取り、それぞれ隣り合う中心点 P同士を結ぶ線 L 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 , Pを結ぶ直線 Lを形成し、それ

1 2 2

ぞれの直線の延長線が交わる交点 P の位置にねじ軸 20が配置されるように構成さ o

れて、ることが望ま U、。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)力も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ァクチユエータを実現することが可能となる。

[0046] 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ぐ例えば、 6条設けたときには、線 Lによって囲まれる領域は正六角形となり、直線 Lの延長線が交

1 2

わる交点 P 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 o

の範囲は力かる形態のものに限られるものではなぐ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条ゃ 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。

[0047] 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ァクチユエータの動作を説明する。電動モータ 10に図示しない電源力も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 2 2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の移動にともなつてシリンダロッド 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。

[0048] 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。

[0049] 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 1 0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。

[0050] 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。 [0051] 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〖こなる。

[0052] 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ぐ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。

[0053] さらに、上述した第 1の実施形態に係る電動ァクチユエータでは、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、左右方向など力の荷重が加わる虡のない環境下において、本発明に係る電動ァクチユ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とがすベり摺動可能となるように構成しても良い。

[0054] 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。

[0055] 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。

[0056] 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。

[0057] 笫 2の ¾施形餱

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という電動ァクチユ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ァクチユ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。

[0058] 図 9は、第 2の実施形態に係る電動ァクチユ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ァクチユエータの縦断面上面図である。

[0059] 第 2の実施形態に係る電動ァクチユエータでは、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、る。

[0060] 第 2の実施形態に係る電動ァクチユエータでは、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、本発明に係る電動ァクチユエータを好適に用いることが可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 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つ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つ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、

を有する電動ァクチユエータであって、

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ァクチユエータ。

[2] 出力軸を備える電動モータと、

を有する電動ァクチユエータであって、

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ァクチユエータ。

[3] 請求項 1又は 2に記載の電動ァクチユエータにおいて、

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ァクチユエータ。

[4] 請求項 3に記載の電動ァクチユエータにおヽて、

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ァクチユエータ。

[5] 請求項 1又は 2に記載の電動ァクチユエータにおいて、

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、ることを特徴とする電動ァクチユエータ。

[6] 請求項 1又は 2に記載の電動ァクチユエータにおいて、

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ァクチユエータ

[7] 請求項 6に記載の電動ァクチユエータにおヽて、

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ァクチユエータ。

[8] 請求項 2に記載の電動ァクチユエータにおいて、

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榭脂によって形成されていることを特徴とする電動ァクチユエータ。

[9] 請求項 1又は 2に記載の電動ァクチユエータにおいて、

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!、ることを特徴とする電動ァクチユエータ。

[10] 請求項 2に記載の電動ァクチユエータにおいて、

前記無限循環路は 4条以上形成されており、

電動ァクチユ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、ることを特徴とする電動ァクチユエータ。

[11] 請求項 1又は 2に記載の電動ァクチユエータにおいて、

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ァクチユエータ。