JP2013100921A - 直動アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転運動要素及び直線運動要素を有し、前記回転運動要素に伝達された回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構62を備え、前記ボールねじ機構は、前記直線運動要素に設けた半径方向に突出する案内突起66eと、前記直線運動要素と対向する固定部に配設されて前記案内突起と係合して当該案内突起を軸方向に案内する案内溝82とを有して、前記直線運動要素の回り止めを行う構成とされ、円筒状の外周面を有するガイド部材80に前記案内溝を軸方向に沿って形成し、前記ガイド部材を前記固定部の前記直線運動要素に対面する位置に軸方向に形成した支持孔81に回動自在に保持した。
【選択図】図22
Description
このために、ナット部材と回転駆動力が伝達される断面C字状のブラケットとを一体に構成し、ナット部材にボールを介して固定配置されたねじ軸を螺合させ、ねじ軸にストッパピンを形成するとともに、ブラケットに切欠きを形成し、ナット部材を回転させながら縮み方向に移動させたときに、所定位置でストッパピンに切欠きが当接して強制停止するようにしたボールねじ装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
このために、ナットにボールを介して螺合されたねじ軸を備え、ナットに形成された回り止め部材をハウジングに形成された案内溝内に係合させて回り止めを行うようにしたボールねじ機構が提案されている(例えば、特許文献5参照)。逆に、ハウジングに固定されたピンをナットに形成した溝内に摩擦低減部材となるブッシュを介して係合させて回り止めを行うアクチュエータも提案されている(例えば、特許文献6参照)。
このストロークエンドでのロック状態に陥ることを回避するためには、特許文献2及び3に記載された従来例のように、直線運動用途のストロークエンドを規定するストッパ機能を設ける必要がある。しかしながら、これら特許文献2及び3に記載された従来例では、直線運動要素のストロークエンドを規制するストッパ機能のみを有するので、直線運動要素の回り止めを行うには、別途回り止め機構を設ける必要がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、本発明の第1の目的は、カムフォロアを設けることなく、偏摩耗を抑制することができる直動アクチュエータを提供することを目的としている。
また、本発明に係る直動アクチュエータの第3の形態は、前記第2の形態において、前記ガイド部材が、半円形以上の角度を有する円筒面とその端部を結ぶ平面部とで構成され、前記平面部に前記案内溝を形成している。
また、本発明に係る直動アクチュエータの第6の形態は、前記第5の形態において、前記ガイド部材が、焼結成形品で構成されている。
また、本発明に係る直動アクチュエータの第8の形態は、前記第1乃至第7の何れか1つの形態において、前記ガイド部材には、前記円筒面に、前記支持孔の内周面に形成し円周方向の凸条に係合する凹溝を形成している。
また、本発明に係る直動アクチュエータの第10の形態は、前記第1乃至第9の形態の何れか1つの形態において、前記直線運動要素にその中心軸を挟む対称位置に一対の前記案内突起を形成し、前記固定部の前記直線運動要素の中心軸を挟む対象位置に一対の前記支持孔を形成し、一対の前記支持孔に一対の前記ガイド部材を個別に回動自在に保持し、前記一対のガイド部材の案内溝に前記一対の案内突起を個別に係合している。
また、本発明に係る直動アクチュエータの第12の形態は、前記第1乃至第10の形態の何れか1つの形態において、前記案内突起が、内周面にスプライン穴を形成した円筒体の外周面に形成され、該円筒体を、前記直線運動要素に、前記スプライン穴を当該直線運動要素に形成されたスプライン軸に結合した状態で固定している。
さらに、ガイド部材が固定部とは別部材で構成されているので、突起を案内するために必要な硬度に応じた材料を選択できるとともに、必要な表面処理をガイド部材に限って施すことができ、コスト低減を図ることができる。
図1は、本発明に係る直動アクチュエータの一実施形態を示す正面図、図2は側面図、図3は図1のA−A線上の断面図、図4は図2のB−B線上の断面図である。
図中、10は直動アクチュエータであって、この直動アクチュエータ10は、ともに例えばアルミニウム又はアルミニウム合金でダイキャスト成形された主ハウジング11A及び副ハウジング11Bを有する。
モータ装着部13は、前面側に形成された電動モータ12の取付フランジ12aを取付けるフランジ取付部13aと、このフランジ取付部13aの背面側に形成された電動モータ12の大径部12bを挿入する大径孔部13bと、この大径孔部13bの背面側に連通する電動モータ12の小径部12cを挿入する小径孔部13cと、この小径孔部13cの背面側に連通するピニオン収納部13dとを有する。
また、円筒部材25は、インボリュートスプライン軸部25cに例えばガラス繊維入り合成樹脂材等を射出成形したドリブンギヤ26をスプライン結合している。このドリブンギヤ26は電動モータ12の出力軸12dに装着されたピニオンギヤ15に噛合している。ドリブンギヤ26には、内周面にインボリュートスプライン軸部25cに噛合するインボリュートスプライン孔部26aを形成している。
Lc=Ld+Le+Lf>Lb …………(1)
に設定する。また、係止長さLdはリードLbより小さく設定する(Ld<Lb)。
ガイド部材40は、例えば鋼で形成し、図4、図5及び図12に示すように、上述した支持孔41a及び41bと略同一の断面形状に形成している。すなわち、円柱を、断面で見て、長さを直径以下で且つ中心角θが180度以下の角度とする弦で軸方向に切断して形成される柱体で構成している。
また、主ハウジング11Aには、図3及び図4に示すように、ボールねじ機構装着部14におけるシール収納部14cにボールねじ軸24の連結軸部33の外周面に摺接するシール50を装着し、このシール50を止め輪51によって固定している。
先ず、主ハウジング11Aの支持孔41a及び41bにそれぞれガイド部材40を装着保持する。このガイド部材40を支持孔41a(又はび41b)に装着するには、先ず、図13(a)に示すように、例えばガイド部材40をその案内溝40cを下側(支持孔41a,41bの深さ方向とフラット面40bが略平行となる方向)に向けた状態で、主ハウジング11Aのシール収納部14cを通じて円筒部14b内に挿通する。
その後又はその前に、ボールねじ軸24を、ボールねじナット22内にボール23を介して螺合させる。その後又はその前にボールねじ軸24に回り止め部材34をスプライン結合した状態で、インボリュートスプライン軸部32を加締めることにより、回り止め部材34をボールねじ軸24に軸方向及び回転方向に移動不可能に固定する。これにより、図9に示すボールねじ機構20が構成される。
そして、ボールねじ機構20を主ハウジング11Aのボールねじ機構収納部14aに連結軸部33側から挿入し、回り止め部材34の案内突起36及び37を主ハウジング11Aに装着されたガイド部材40の案内溝40cに係合させる。最後に、転がり軸受21aの外輪をボールねじ機構収納部14aの内周面に嵌合させながらドリブンギヤ26ボールねじ機構収納部14aに収納して、主ハウジング11Aへのボールねじ機構20の装着を完了する。
なお、電動モータ12の主ハウジング11Aへの装着は、主ハウジング11Aへのボールねじ機構20の装着前に行うようにしてもよい。
このとき、案内突起36及び37の接触点がガイド部材40の中心軸より外側にあるので、ガイド部材40を案内突起36及び37の時計方向の回動に伴って図15(c)に示すように時計方向に案内突起36及び37の側面が案内溝40cの右側面に倣って面接触状態となるまで回動する。この面接触状態で、案内突起36及び37の時計方向の回動を規制する。このため、これ以上の案内突起36及び37の回動を規制することができ、ボールねじ軸24の回動を規制して回り止め機能を発揮する。
したがって、案内突起36及び37が案内溝40cに面接触状態で接触することにより、長期間の使用によっても案内突起36及び37とガイド部材40の案内溝40cとに生じる偏磨耗を確実に防止できる。
その後、ボールねじ軸24が前方側の所望の前進位置に達している状態から電動モータ12を逆転駆動して、ボールねじナット22を図8で反時計に回転させると、ボールねじ軸24は、その案内突起36及び37がガイド部材40の案内溝40cに係合しているので、回り止めされて軸方向に後退する。
また、2つの案内突起36及び37を円筒部材25の軸線を挟んで対称位置に形成しているので、案内突起36及び37でガイド部材40を押圧する際の反力を分割して分担することができ、摩耗の発生を低減することができる。
したがって、案内突起36によって回り止め機能とストッパ機能とを兼ね備えることができ、ストッパ機能を別部材で構成する必要がなく、構成を簡易化することができるとともに、部品点数を削減して製品コストを低減することができる。
さらに、上記第1の実施形態では、電動モータ12の出力軸12dが後方側とされ、この出力軸12dにピニオンギヤ15及びドリブンギヤ26を介してボールねじナット22を連結し、このボールねじナット22に螺合するボールねじ軸24の連結軸部33を前方突出するようにし直動アクチュエータ10の軸方向長さを短くすることができる。
また、上記第1の実施形態では、ボールねじナット22に扇状のストッパ部25dを形成する場合について説明したが、ストッパ部25dの形状は任意形状とすることができる。
また、上記第1の実施形態では、電動モータ12とボールねじ機構20のボールねじナット22とを歯車式動力伝達機構で連結した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、プーリーとタイミングベルトとによるベルト式動力伝達機構やその他の動力伝達機構で連結するようにしてもよい。
この第2の実施形態は、前述した第1の実施形態におけるガイド部材40及び支持孔41a及び41bを省略したものである。
すなわち、第2の実施形態の直動アクチュエータ61は、図16に示すように、ボールねじ機構62を有する。このボールねじ機構62は、固定部としてのハウジング63に形成した中心開口63aに連通する大径孔部63bに軸受64によって回転自在に支持されたボールねじナット65と、このボールねじナット65に螺合する直線運動要素としてのボールねじ軸66と、ボールねじナット65及びボールねじ軸66間に介挿された多数のボール67とで構成されている。
Lc=Ld+Le+Lf>Lb …………(1)
に設定する。また、係止長さLdはリードLbより小さく設定される(Ld<Lb)。
先ず、ボールねじナット65内にボールねじ軸66を、ボール67を介して螺合させてボールねじ機構62を構成する。このボールねじ機構62のボールねじナット65を、ハウジング63の大径孔部63b内に軸受64を介して回転自在に支持し、このボールねじナット65に外嵌された平歯車65cを電動モータ等の回転駆動源の回転軸に接続された平歯車65dに噛合させる。
この組立完了状態で、図16及び図17に示すように、ボールねじナット65の係止片70がボールねじ軸66の案内突起66eの円周方向端面に当接して軸方向後方側のストロークエンドにあるものとする。この状態では、案内突起66eは、図16に示すように、固定カバー69の案内溝69cに軸方向の半分程度に係合している。
その後、ボールねじナット65の回転が継続されて、ボールねじ軸66の案内突起66eの小径軸部66f側の端面が固定カバー69のストッパ部69dに当接すると、ボールねじ軸66の前進が停止されて前方側のストロークエンドに達する。なお、通常は、ボールねじ軸66の前進を、ボールねじ軸66の案内突起66eがストッパ部69dに当接する前に停止するように制御される。
そして、ボールねじ軸66の案内突起66eがボールねじナット65の係止片70に対向する(ストロークエンドの1回転手前)位置となったとき、前述したように、係止長さLd<リードLbの関係としているため、ボールねじナット65の逆転が許容される。
したがって、案内突起66eによって回り止め機能とストッパ機能とを兼ね備えることができ、ストッパ機能を別部材で構成する必要がなく、構成を簡易化することができるとともに、部品点数を削減して製品コストを低減することができる。
この第3の実施形態では、係止部材を係止片に代えて螺旋スロープと係止面とで構成するようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態では、図19に示すように、ボールねじナット65の平歯車65c側端面に形成する係止部材を、ボールねじナット65の平歯車65c側端面65eにおける外周縁の1点から半径方向に内周側に所定幅とった始端72aから反時計方向の円周方向に行くに従い軸方向突出長が徐々に長くなるように形成した螺旋スロープ72と、この螺旋スロープ72の始端72aに対向する最長突出部72bから軸方向に始端72aに向かって軸方向に延長して形成された前記ボールねじ軸66の案内突起66eの円周方向端面に係止される係止面73とで構成したことを除いては第2実施形態の図17と同様の構成を有し、図17との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
その後、ボールねじナット65の回転が継続されて、ボールねじ軸66の案内突起66eの小径軸部66f側の端面が固定カバー69のストッパ部69dに当接する前の所望位置で、ボールねじ軸66の前進を停止する。
そして、ボールねじ軸66の案内突起66eがボールねじナット65の係止面73に対向する(ストロークエンドの1回転手前)位置となったとき、前述したように、係合長Ld<リードLbの関係としているため、ボールねじナット65の逆転が許容される。
したがって、案内突起66eによって回り止め機能とストッパ機能とを兼ね備えることができ、ストッパ機能を別部材で構成する必要がなく、構成を簡易化することができるとともに、部品点数を削減して製品コストを低減することができる。
なお、上記第3の実施形態においては、螺旋スロープ72をボールねじナット65の円周分すなわち始端72aと係止面73を形成する最長突出部72bとが一致するように形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、螺旋スロープ12の傾斜を急にしてスロープ長をボールねじナット65のスロープ形成面の円周より短くしてもよい。
この第4の実施形態は、前述した第1の実施形態において、ガイド部材40を1つだけ形成するようにしたものである。
すなわち、第4の実施形態では、図21及び図22に示すように、前述した第2の実施形態において、係止片70を省略し、固定カバー69の案内溝69cに代えてガイド部材80を設け、さらにボールねじ軸66の案内突起66eを円柱状に形成してボールねじ軸66に形成した二面幅66gに設けたことを除いては前述した第2の実施形態と同様の構成を有し、図16及び図17との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
次に、上記直動アクチュエータ10の組立方法は、固定カバー69にガイド部材80を挿通してボールねじ機構62を装着したハウジング63に装着することを除いては前述した第2の実施形態と同様に行うことができる。
また、上記第4の実施形態においては、ガイド部材80を支持する支持孔81の弦の中心角θを180°未満に設定し、且つ弦の長さを支持孔81の直径より短く設定したので、つまり支持孔81の断面形状を、半円を越える形状としたので、ガイド部材80を支持孔81で支持する組付け時に、ガイド部材80が支持孔81からボールねじ軸66側に脱落することを確実に防止できる。
また、上記第4の実施形態においては、案内突起66e及びガイド部材80を1組形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、案内突起66e及びガイド部材80の組を複数箇所に形成するようにしてもよい。
また、上記第1〜第4の実施形態では、ガイド部材40,80の材質を鋼にした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、合成樹脂やセラミック等で構成することもでき、任意の材質とすることができる。
Claims (12)
- 回転運動要素及び直線運動要素を有し、前記回転運動要素に伝達された回転運動を直線運動に変換するボールねじ機構を備え、
前記ボールねじ機構は、前記直線運動要素に設けた半径方向に突出する案内突起と、前記直線運動要素と対向する固定部に配設されて前記案内突起と係合して当該案内突起を軸方向に案内する案内溝とを有して、前記直線運動要素の回り止めを行う構成とされ、
円筒状の外周面を有するガイド部材に前記案内溝を軸方向に沿って形成し、前記ガイド部材を前記固定部の前記直線運動要素に対面する位置に軸方向に形成した支持孔に回動自在に保持したことを特徴とする直動アクチュエータ。 - 前記ガイド部材は、半円形以上の角度を有する断面形状を有し、前記支持孔は半円形を越える角度の断面形状を有することを特徴とする請求項1に記載の直動アクチュエータ。
- 前記ガイド部材は、半円形以上の角度を有する円筒面とその端部を結ぶ平面部とで構成し、前記平面部に前記案内溝を形成したことを特徴とする請求項2に記載の直動アクチュエータ。
- 前記ガイド部材を、引き抜き加工によって形成した長尺部材を所定の長さに切断して形成したことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の直動アクチュエータ。
- 前記ガイド部材は、外形を大径部と、小径部とから形成し、前記支持孔は、前記ガイド部材の前記大径部及び前記小径部とに係合する大径孔部と小径孔部と前記大径孔部及び前記小径孔部とを連結するテーバー部とを備えていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の直動アクチュエータ。
- 前記ガイド部材は、焼結成形品で構成したことを特徴とする請求項5に記載の直動アクチュエータ。
- 前記ガイド部材には、耐磨耗性及び摺動性を向上する表面処理を施したことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の直動アクチュエータ。
- 前記ガイド部材には、前記円筒面に、前記支持孔の内周面に形成し円周方向の凸条に係合する凹溝を形成したことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の直動アクチュエータ。
- 前記案内突起は、前記直線運動要素のストロークエンドで、前記案内溝と係合しながら所定長さ突出する突出部を有し、該突出部に前記回転運動要素に設けた係止部を係止することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の直動アクチュエータ。
- 前記直線運動要素にその中心軸を挟む対称位置に一対の前記案内突起を形成し、前記固定部の前記直線運動要素の中心軸を挟む対象位置に一対の前記支持孔を形成し、一対の前記支持孔に一対の前記ガイド部材を個別に回動自在に保持し、前記一対のガイド部材の案内溝に前記一対の案内突起を個別に係合したことを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の直動アクチュエータ。
- 前記案内突起は、筒状体の外周面に形成され、該筒状体を、前記直線運動要素に形成した軸部に、円周方向の回動を不能とし且つ軸方向に位置調整した状態で固定したことを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の直動アクチュエータ。
- 前記案内突起は、内周面にスプライン穴を形成した円筒体の外周面に形成され、該円筒体を、前記直線運動要素に、前記スプライン穴を当該直線運動要素に形成されたスプライン軸に結合した状態で固定したことを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の直動アクチュエータ。
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