JP2005036899A - 電動アクチュエータ - Google Patents

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隆一 増井
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Abstract

【課題】フレームを不要として部品点数を削減し且つ軽量化を図ることにある。
【解決手段】回転駆動源１４の回転駆動力を直線運動に変換してピストン２２及びピストンロッド２４に伝達することにより、前記ピストン２２及びピストンロッド２４を直線状に往復動作させる送りねじ軸１８と、ハウジング１２の軸線方向に沿って所定距離離間して配設されるロッドカバー１６と、一端部が前記ロッドカバー１６に連結され且つ他端部が前記ハウジング１２に連結され、前記ピストン２２を間にして平行に配設されて該ピストン２２を案内する一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転駆動源の回転駆動作用下に変位部材を直線状に往復動作させることが可能な電動アクチュエータに関する。
従来から、例えば、ワークを搬送するためにアクチュエータ等の搬送手段が用いられている。
ここで、従来技術に係る電動アクチュエータを図２０及び図２１に示す（例えば、特許文献１参照）。
この従来技術に係る電動アクチュエータ１は、フレーム２の凹部３に沿って変位するスライダ４と、図示しないモータによって駆動され且つ前記スライダ４に対して取り外し可能なナット体５に螺合するねじ軸６とを有する。前記ねじ軸６の両端部には、該ねじ軸６を回転自在に支持するねじ軸支持体７ａ、７ｂがそれぞれ設けられ、前記ねじ軸支持体７ａ、７ｂは、フレーム２の上面８に載置した状態で取り付けられている。
特開平１１−３０２３４号公報
しかしながら、前記の従来技術に係る電動アクチュエータ１では、例えば、アルミニウム等の金属製材料によって形成されたフレーム２により剛性が確保されており、前記フレーム２を不要として部品点数の削減及び軽量化した場合、剛性を確保することが困難となる問題がある。
本発明は、前記の問題を考慮してなされたものであり、フレームを不要として部品点数を削減し且つ軽量化を図ることが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。
前記の目的を達成するために、本発明は、扁平に形成されたハウジングと、
前記ハウジングに連結される回転駆動源と、
前記回転駆動源の回転駆動力を直線運動に変換して変位部材に伝達することにより、前記変位部材を直線状に往復動作させる駆動力伝達軸と、
前記ハウジングの軸線方向に沿って所定距離離間して配設されるエンドブロックと、
一端部が前記エンドブロックに連結され且つ他端部が前記ハウジングに連結され、前記変位部材を間にして平行に配設されて前記変位部材のガイド部と摺接することにより該変位部材を案内する一組のガイドロッドと、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、変位部材を案内する一組のガイドロッドがハウジングとエンドブロックとの間に介装され、所定の剛性が保持される。従って、従来技術のような剛性を有するフレームが不要となる。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、変位部材を案内する一組のガイドロッドを設けることにより、フレームを不要として部品点数を削減し且つ軽量化を図ることができる。
本発明に係る電動アクチュエータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１〜図３において、参照数字１０は、本発明の実施の形態に係る電動アクチュエータを示す。
この電動アクチュエータ１０は、略扁平状のブロック体からなるハウジング１２と、前記ハウジング１２の一端部に連結された回転駆動源１４と、前記回転駆動源１４が連結された側と反対側に前記ハウジング１２から所定距離離間して配設されるロッドカバー（エンドブロック）１６と、カップリング部材を介して回転駆動源１４の回転駆動力を伝達する送りねじ軸（駆動力伝達軸）１８とを有する。
さらに、前記電動アクチュエータ１０は、前記送りねじ軸１８を間にして平行に配設され、一端部が前記ハウジング１２に連結され且つ他端部が前記ロッドカバー１６に連結された一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂと、前記送りねじ軸１８を介して伝達される駆動力の作用下に前記一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂに沿って変位する送りナットからなるピストン２２と、前記ロッドカバー１６を貫通して前記ピストン２２と一体的に進退動作する中空円筒状のピストンロッド２４と、前記ピストンロッド２４の先端部に装着されて孔部を閉塞するソケット２６とを有する。
なお、前記ピストン２２及びピストンロッド２４は、変位部材として機能するものである。
この場合、前記ピストンロッド２４をピストン２２から取り外し、ピストンロッド２４が貫通する孔部が閉塞された他のロッドカバー１６ａを用いることにより、ピストン２２に図示しないスライドテーブルを連結して使用するスライドテーブルタイプに変更することができる（図９参照）。従って、ピストンロッド２４が伸縮動作するロッドタイプと、ピストン２２に連結されたスライドテーブルが変位するスライドテーブルタイプとの両方に対応することができるとともに、一方から他方に簡便に変更することができる。
前記送りねじ軸１８の表面処理としては、無電解ニッケルメッキ処理を施すとよい。
なお、図８に示されるように、カップリング部材２８を用いることがなく、前記送りねじ軸１８をモータ軸３０として共通化してもよい。図８において、参照数字３２は、送りねじ軸１８と共に回転するロータ、参照数字３４は、モータハウジング３３に固定されたステータコイルをそれぞれ示している。
カップリング部材２８に近接する送りねじ軸１８の端部には、図３及び図４に示されるように、ベアリング押さえ３６、ベアリング３８、円盤状のスペーサ４０および係止部材４２が装着される。前記係止部材４２には、図４に示されるように、半径方向に沿って複数のスリット４４が係止され、一方向にのみばね性を有する複数の舌片４６が周方向に沿って設けられる。
この場合、送りねじ軸１８の端部にベアリング３８及びスペーサ４０を挿通した後、前記係止部材４２を送りねじ軸１８の端部に沿って押圧することにより、前記舌片４６が送りねじ軸１８の端部を囲繞して係止される。
前記ピストン２２は、図７に示されるように、例えば、アルミニウム等の金属製材料からなる円筒体４８がインサートされた樹脂一体成形によって形成するとよい。前記金属製の円筒体４８に対して、例えば、ねじ込み、加締め、焼きばめ、冷やしばめ等を用いることにより、ピストン２２とピストンロッド２４とを強固に結合させることができる（図３参照）。前記ピストン２２の軸線方向に沿った両端部には、例えば、ウレタンゴム等の弾性材料によって形成されたダンパ５０ａ、５０ｂがそれぞれ装着される。
ピストン２２を製造する場合、ＰＢＴやポリアセタール等の樹脂材料に球状黒鉛及びカーボン繊維を含有したものを用いるとよい。球状黒鉛は動摩擦係数を低下させ、耐摩耗特性を向上させることができる。また、カーボン繊維は、摺動した際の発熱による変形を防止して寸法の安定性を増大させることにより、機械的強度を最低限必要な強度に保持することができる。
機械的特性としては、下記の数値にすることが必要である。
引張最大強さ：５７ＭＰａ以下
破断伸び ：２〜５％
最大曲げ強さ：８０〜９５ＭＰａ
曲げ弾性率 ：３３Ｊ／ｍ
なお、グリースは、芳香族ジウレア系、または、オレフィン系リチウム石けん基グリースからなり、動粘度が１００ｃｓのものを使用すると、上記材料との相性がよく、効果的に走行寿命を増大させることができる。
軸線と直交するピストン２２の両側面には、ガイドロッド２０ａ、２０ｂの外周面と線接触する断面略円弧状のガイド部５２（図７参照）が形成され、一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂの間にピストン２２が挟持される。従って、図５に示されるように、ピストン２２に対してラジアル方向の負荷が付与された場合、あるいはピストン２２に回転方向の負荷が付与された場合のいずれであっても、前記一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂによって前記負荷が好適に吸収される。回転方向の負荷に対しては、一組のガイドロッドが回り止めとしての機能を営む。
また、ハウジング１２、ピストン２２及びロッドカバー１６は、軸線方向から見た場合、それぞれ略扁平状からなる略同一形状に形成され、従来の角型形状と比較すると高さ方向の寸法が抑制されている（図６参照）。
本発明の実施の形態に係る電動アクチュエータ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
図示しない電源を付勢することにより回転駆動源１４の回転駆動力がカップリング部材２８を介して送りねじ軸１８に伝達される。所定方向に回動する送りねじ軸１８が送りナットであるピストン２２のねじ孔に螺合することにより、前記ピストン２２が一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂの案内作用下にピストンロッド２４と一体的に軸線方向に沿って変位する。なお、回転駆動源１４に流される電流の極性を正逆逆転させることにより、前記ピストン２２及びピストンロッド２４を前記とは反対方向に沿って動作させることができる。
本実施の形態では、圧縮空気が無い、若しくは使用できない環境であっても、エアシリンダと同様に使用可能なモータ駆動によるアクチュエータとして構成している。
この場合、エアシリンダと同様であるとは、ＯＮ／ＯＦＦ制御による駆動であること、コントローラが不要であること、ピストン２２の押し当て動作が可能であること、センサ無しでも駆動可能であること、速度制御、推力制御が可能であること等をいう。
また、本実施の形態では、剛性ボデイを無くして平行な一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂによって所定の剛性を確保することにより、部品点数を削減して製造コストを低減すると共に、軽量化を図ることができる。
ハウジング１２及びロッドカバー１６の製造方法としては、例えば、アルミニウムダイカストによる一体成形、樹脂成形、板金深絞り、あるいは、図１０に示されるように鋼板を積層して一体的に形成した積層鋼板等を用いるとよい。
回転駆動源１４としては、例えば、ＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ、あるいはＡＣサーボモータ等を用いるとよい。
送りねじ軸１８としては、樹脂製滑りねじ軸、金属製滑りねじ軸、ボールねじ軸、あるいはプーリに懸架されるタイミングベルト等を用いるとよい。
次に、カバー部材が装着された他の実施の形態に係る電動アクチュエータを図１１〜図１６に示す。
図１１及び図１２に示す電動アクチュエータ６０では、送りねじ軸１８、ピストン２２及びガイドロッド２０ａ、２０ｂ等が外部に露呈することがなく、前記送りねじ軸１８、ピストン２２及びガイドロッド２０ａ、２０ｂ等の全体を被覆するカバー部材６２を備える。この電動アクチュエータ６０は、ロッドタイプで使用すると好適である。
図１３及び図１４に示す電動アクチュエータ７０では、軸線方向に沿った上面に開口部７２が形成され、送りねじ軸１８及びピストン２２の一部が外部に露呈するカバー部材７４を備える。この電動アクチュエータ７０は、スライドテーブルタイプで使用すると好適である。
図１５及び図１６に示す電動アクチュエータ８０では、ハウジング１２とロッドカバー１６との間に懸架され、センサ溝８２が形成された一組のセンサレール８４ａ、８４ｂを備える。この電動アクチュエータ８０は、ロッドタイプ又はスライドテーブルタイプのいずれでも使用可能である。
前記カバー部材６２、７４及びセンサレール８４ａ、８４ｂには、それぞれ、一組のセンサ溝８２が形成され、前記センサ溝８２には、例えば、近接センサ、フォトマイクロセンサ等の各種センサが装着される。なお、図１２、図１４、図１６において、参照数字８６は、マグネットをそれぞれ示しており、前記マグネット８６の磁界を前記センサ溝に装着された図示しないセンサによって検知することにより、ピストン２２の位置検出がなされる。
次に、角筒状のフレームを有する電動アクチュエータ９０を図１７〜図１９に示す。
この電動アクチュエータ９０は、内部にセンサ溝８２が形成されたフレーム９２と、回転駆動源９４の回転駆動力を伝達する送りねじ軸１８と、前記送りねじ軸１８に螺合する送りナット部９６と、前記送りナット部９６に連結されその一部がフレーム９２の外部に露呈するロッド部９８とを備える。
本発明の実施の形態に係る電動アクチュエータの斜視図である。 図１に示す電動アクチュエータの一部切り欠き平面図である。 図１に示す電動アクチュエータの軸線方向に沿った縦断面図である。 送りねじ軸の端部に装着されるベアリング、スペーサ及び係止部材の分解斜視図である。 一組のガイドロッドによってピストンに付与される負荷を吸収する場合の動作説明図である。 図１に示す電動アクチュエータと従来の角形形状の電動アクチュエータとの比較説明図である。 円筒体をインサートしてピストンを樹脂成形した場合の一部切り欠き斜視図である。 カップリング部材を不要とした場合の他の実施の形態を示す一部切り欠き平面図である。 スライドテーブルタイプの他の実施の形態を示す斜視図である。 ハウジング及びロッドカバーを積層鋼板によって形成した状態を示す斜視図である。 電動アクチュエータにカバー部材が装着された状態を示す斜視図である。 図１１において、軸線と直交する方向の縦断面図である。 開口部を有するカバー部材が装着された状態を示す斜視図である。 図１３において、軸線と直交する方向の縦断面図である。 一組のセンサレールが装着された状態を示す斜視図である。 図１５において、軸線と直交する方向の縦断面図である。 角筒状のフレームを有する電動アクチュエータの斜視図である。 図１７に示す電動アクチュエータの軸線方向に沿った縦断面図である。 図１７に示す電動アクチュエータの軸線と直交する方向の縦断面図である。 従来技術に係る電動アクチュエータの一部切り欠き斜視図である。 図２０に示す電動アクチュエータの分解斜視図である。
符号の説明
１０、６０、７０、８０、９０…電動アクチュエータ
１２…ハウジング １４…回転駆動源
１６、１６ａ…ロッドカバー １８…送りねじ軸
２０ａ、２０ｂ…ガイドロッド ２２…ピストン
２４…ピストンロッド ２６…ソケット
２８…カップリング部材 ３０…モータ軸
３８…ベアリング ４２…係止部材
４６…舌片 ４８…円筒体
５２…ガイド部 ６２、７４…カバー部材
８２…センサ溝 ８４ａ、８４ｂ…センサレール

Claims (1)

  1. 扁平に形成されたハウジングと、
    前記ハウジングに連結される回転駆動源と、
    前記回転駆動源の回転駆動力を直線運動に変換して変位部材に伝達することにより、前記変位部材を直線状に往復動作させる駆動力伝達軸と、
    前記ハウジングの軸線方向に沿って所定距離離間して配設されるエンドブロックと、
    一端部が前記エンドブロックに連結され且つ他端部が前記ハウジングに連結され、前記変位部材を間にして平行に配設されて前記変位部材のガイド部と摺接することにより該変位部材を案内する一組のガイドロッドと、
    を備えることを特徴とする電動アクチュエータ。

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