JP3332397B2 - 出力軸シール型直動アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、出力部が前進、後退と
直動するアクチュエータ（操作機）に関するもので、と
くに、モータ部に悪影響を及ぼす環境、水分、油、じん
あい、腐食ガス、流体からモータを保護する用途、放射
性物質を含む原子力関係の流体を制御する用途、高圧、
真空容器内の操作用、また逆に、アクチュエータ側から
油分、じんあい等を放出しては困る半導体製造クリーン
ルーム等の用途、薬品、食品関係に用いるアクチュエー
タや、爆発性、引火性流体を扱う防爆アクチュエータ等
に用いるアクチュエータとして適し、もちろん、一般的
な機構操作を対象とする直動アクチュエータとしても利
用できるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、直動アクチュエータとして
は、空圧、水圧、油圧シリンダピストンによるものがあ
る。また電気式としては、直動ソレノイドや、モータの
回転をねじとナットか、ピニオンとラックのように、回
転運動を直動運動に変換する機構を用いるもの等があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、コンピュータ制
御が進み、自動化、省力化が進展し、このことからメン
テナンスフリーが要求されるに及び、電気化で全てを制
御しようという動向となっている。

【０００４】アクチュエータとしても、電動化、それも
ブラシのない信頼性の高いモータとしてステッピングモ
ータ（パルスモータ）およびこれを交流化したシンクロ
ナスモータ、直流ブラシレスモータ（交流サーボモー
タ）等を電動アクチュエータとして使用する動向となっ
ている。

【０００５】アクチュエータの駆動するメカニズムにお
いては、ボールねじ、ボールナットによるＸＹテーブル
を例にするまでもなく、直線動作をする用途が大幅にあ
る。

【０００６】ところが、回転するモータの出力軸、減速
機付モータの出力軸を雄ねじとナットの関係の回転運動
の変換機構と組合せれば、コンパクトに直動出力を得る
ことができるが、これには数々の問題点があった。

【０００７】すなわち、図７および図８の従来例に示す
ように、モータ１から減速機２を経た出力軸を雄ねじ３
とし、直動軸をナット４の関係とするには、ナット４は
回転してはならないから、ナット４の外周部にＤカット
部５またはスプラインカップリング等を設けるととも
に、回転規制部材６を設けてナット４の回転を規制する
と同時に、ナット４を回転規制部材６を直動摺動させな
ければならなかった。

【０００８】また別の方法として、図９に示すように、
減速機７の回転出力軸８を両面Ｄカットしてマイナスド
ライバのようにし、これを擦り割り溝９を入れたねじ１
０とカップリングさせ、ナット１１を固定する。

【０００９】この場合、前記出力軸８が回転すると、ね
じ１０は直動するが、回転もしてしまうので、回転不可
の用途には使用できず、回転可の場合にも、出力軸の先
端に鋼球１２などを溶接して、操作対象と直動操作軸等
との摩擦を軽減させる必要が生じる等の問題点があっ
た。

【００１０】また図９の構成では、操作対象を押すこと
はできても、引くことができず、これを兼ねるには、回
転可能なカップリングを必要とするという問題点があっ
た。

【００１１】また別の問題点として、電動型直動アクチ
ュエータは直動バルブ用の操作アクチュエータとして用
いようにも、回転出力軸と軸受の回転隙間から侵入する
流体のシール方法が困難であり、実公昭２８−４０８０
号公報に示すように、モータのロータ周囲までシールす
る方式、実公昭４６−２７４２８号公報に示すように、
回転−直動変換した出力軸を更にベローズでシールする
方式、実公昭５３−２９２４４号公報に示すように、回
転−直動回転変換した出力軸を更にベローズでシールす
る方式、特公昭５６−４２７７６号公報に示すように、
モータ外周全体を外界からシールしてしまう方法等、複
雑な機構、困難なシール技術からくる高コスト等の問題
点を抱えていた。

【００１２】本発明は、上記のような問題点を解決しよ
うとするものである。すなわち、本発明は、特別な回転
規制部材を設けないで、回転−直動変換機能を達成し、
かつ、直動出力軸を完全にシールして、モータ側に流
体、じんあい等の侵入を許さず、またアクチュエータ側
からも、油分、じんあい等を放出しない出力軸シール型
直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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の出力軸シール型直動アクチュエータは、モ
ータの回転出力軸側には、雄ねじと雌ねじのいずれか１
つからなる回転ねじと、該回転ねじを覆うようその外端
がモータフランジ側に固着される伸縮可能な弾性シール
体とが設けられ、該弾性シール体の内側中心部に、前記
回転ねじに螺合して直動する直動ねじを固着すると共
に、該直動ねじの軸回りの規制は、前記弾性シール体の
軸回り回転方向に対する強い剛性により規制させて、前
記弾性シール体を、その内部に、前記直動ねじに対する
摺動摩擦部を配設することなく前記回転ねじと直動ねじ
のみが配設されるよう構成したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明によれば、モータの回転出力を回転させ
ると、回転ねじが回転し、これに螺合していて弾性シー
ル体に固着されている直動ねじは、回転が拘束されて直
動だけをする。また弾性シール体の外端がモータフラン
ジ側に固着されているので、直動出力軸はシールされ
て、モータ側に流体やじんあいの侵入がなく、同様に、
モータ側からの流体やじんあいの放出もない。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示した一部断面
正面図である。

【００１６】図１において、１３は弾性シール体である
ベローズ、１４はその開口端、１５はその閉口端、１６
はモータ（減速機付モータ）、１７はそのリード線、１
８は回転ねじである雄ねじ軸、１９は直動ねじであるナ
ット、２０はモータフランジ、２１は直動出力軸である
カップリングねじ、２２は反出力軸、２３は手動操作
棒、２４はエア抜き、２５は前軸受である。

【００１７】すなわち、モータ１６はリード線１７への
通電制御により雄ねじ軸１８は正逆回転する。

【００１８】雄ねじ軸１８はナット１９と螺合してお
り、ナット１９の他端はベローズ１３にろう付け等で気
密固着してある。ベローズ１３の開口端１４はモータフ
ランジ２０にろう付け等で気密固着してある。

【００１９】雄ねじ軸１８が正逆転すると、ナット１９
はベローズ１３を伸縮させながら直動動作を行なうが、
ベローズ１３は回転に対しては強い剛性を有するから、
ナット１９は回転し得ない。

【００２０】ナット１９の先端にはカップリングねじ２
１を有し、これと図示しない操作対象と連結して直動制
御を行なう。

【００２１】モータ１６の反出力軸２２に設けた手動操
作棒２３の正逆回転により、モータ１６に通電しない状
態で、手動により直動出力軸であるカップリングねじ２
１を操作できる。

【００２２】このように、シンプルで小型の構成要素、
雄ねじ軸１８、ナット１９、ベローズ１３の３点のみで
直動方式の出力軸シールを達成できる。したがって、水
分、腐食性ガス等からモータの回転軸を防護でき、逆に
モータ軸受のグリース、オイル等も外部に洩れることは
ない。

【００２３】図２は本発明の第２実施例を示した一部断
面正面図である。

【００２４】この第２実施例では、ナット１９が回転ね
じであり、雄ねじ軸１８がベローズ１３の閉口端１５の
内側中心部にろう付けで固着された直動ねじである。

【００２５】この第２実施例においても、前述の第１実
施例と同様な作用および効果を奏する。

【００２６】図３は本発明の第３実施例を示した一部断
面正面図である。

【００２７】この第３実施例では、モータ１６として
は、ねじ出力軸としての雄ねじ軸１８付の使用で製作
し、これとは別にナット１９とベローズ１３、ベローズ
付フランジ２６を製作し、総組立時に前軸受２５の外径
を基準にしてモータフランジ２０とベローズ付フランジ
２６とをかしめ、溶接、ねじ締等で一体化した構造とし
ている。

【００２８】この第３実施例においても、前述の第１実
施例と同様な作用および効果を奏する。

【００２９】またこのような構造とすれば、ナット１
９、ベローズ１３、ベローズ付フランジ２６の相互の気
密テストを容易に行なうことができて、合理的生産がで
きる。

【００３０】図４は本発明の第４実施例を示した一部断
面正面図である。

【００３１】この第４実施例では、上下限ストッパを設
けたもので、すなわち、雄ねじ軸１８が回転して、ナッ
ト１９がモータ側に動けば、雄ねじ軸１８の先端に溶接
した鋼球２７がナット１９に当り、上死点ストッパとな
る。またナット１９が反モータ側に動けば、ベローズ１
３を被うカバー状の下限ストッパ２８に当って下死点ス
トッパとなる。その他は前述の第１実施例と同様であ
る。

【００３２】図５は本発明の第５実施例を示した一部断
面正面図である。つまり、グローブ弁、ニードル弁等の
直動弁に応用した実施例である。

【００３３】直動アクチュエータは取付ビス２９によ
り、グローブ弁３０のバルブフランジ３１に取付ける。

【００３４】モータフランジ２０とバルブフランジ３１
の間にはオーリング３２を配置して流体３３がフランジ
間の隙間から漏洩するのを防止している。

【００３５】ベローズ１３の先端には弁体３９を固着し
ており、バルブの弁座３４との間隙Ａをモータ軸の回転
により制御して流体のオン・オフ制御や比例制御を行な
う。

【００３６】このように、制御用電動直動弁を構成すれ
ば、非常にシンプルに制御弁を構成できる。また気密シ
ールについても、ベローズと金属ろう付けによる封止と
オーリングによって行なうので、高信頼性のシールを行
なうことができる。

【００３７】本発明に用いる弾性シール体としては、ス
テンレスＳＵＳ３０４、３１６Ｌ、りん青銅等の金属ベ
ローズに限られることなく、ゴム、樹脂製のベローズを
用いることも可能である。弾性シール体の機能的条件と
しては、伸縮し易いが、回転を規制する剛性を有するこ
とが必要となる。

【００３８】このことから、弾性シール体としてダイア
フラムを用いることも可能である。ダイアフラムは大き
なたわみ性と伸張性を持つエラストマ板からなる。硬質
プラスチックまたは耐食エラストマライニングを施した
金属であれば、ダイアフラムは腐食性液体に対する高い
抵抗性を持ち、大変有利である。

【００３９】図６に本発明の第６実施例として、ダイア
フラムを弾性シール体に用い、直動制御弁に応用した実
施例を示す。

【００４０】モータ１６の回転出力軸である雄ねじ軸１
８と直動ねじであるナット３５は螺合し、ナット３５の
先端部はダイアフラム３６と焼付、接着、溶着、溶接等
により固着してある。ダイアフラム３６の外周部は、モ
ータフランジ２０と第２フランジ３７に挟持されて気密
保持される。

【００４１】ナット３５とダイアフラム３６の固着部３
８はナット３５の回転規制の機能を果している。

【００４２】モータ１６、雄ねじ軸１８、ナット３５、
ダイアフラム３６の回転直動変換部からなる直動アクチ
ュエータは、取付ビス２９によりオーリング３２をつぶ
しながらバルブフランジ３１に取付けて用いる。

【００４３】この構成において、モータ１６の出力軸の
雄ねじ軸１８が回転することにより、ナット３５は上下
し、ダイアフラム３６は点線と実線で示すように伸縮し
て弁座３４とダイアフラム３６の底部の間の間隙を制御
し、流体のオン・オフならびに比例制御することが可能
となる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
弾性シール体１３の開口端がモータフランジに気密固着
されているので、モータフランジ２０平面を利用したオ
ーリング等のシール材との併用により、気密型の直動ア
クチュエータを得ることができる。また、直動ねじ１９
が弾性シール体１３の内側中心部に固着されているの
で、該直動ねじ１９の回転が前記弾性シール体１３によ
って規制され、回転ねじ１８、直動ねじ１９、弾性シー
ル体１３の３点のみのシンプルで小型の構成要素をもっ
て、直動方式の出力軸シール構造を達成でき、弾性シー
ル体１３の内部には従来のようなナットの回転を規制す
る摺動摩擦部がなくなり、したがって、回転駆動源の回
転出力を効率よく直動出力に変換できるうえ、回転と直
動の変換機構の部品点数が少なくなって、コストダウン
および小型化を図ることができ、かつ、不安定要素もな
くなって、より信頼性が向上する。

【００４５】また駆動源として安価でブラシレスで信頼
性の高いステッピングモータ等を用いて、水、腐食性流
体、放射性流体等の汚染、危険流体や、モータ部から発
生するガス、じんあい等を極度に嫌うクリーンルーム用
や、薬品、食品関係用、爆発性、引火性流体を扱う防爆
用等の要望に応えるシールアクチュエータを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示した一部断面正面図で
ある。

【図２】同じく第２実施例を示した一部断面正面図であ
る。

【図３】同じく第３実施例を示した一部断面正面図であ
る。

【図４】同じく第４実施例を示した一部断面正面図であ
る。

【図５】同じく第５実施例を示した一部断面正面図であ
る。

【図６】同じく第６実施例を示した一部断面正面図であ
る。

【図７】従来の駆動源回転出力軸とナットの関係の１つ
の例を示した一部断面正面図である。

【図８】図７の一部断面平面図である。

【図９】従来の駆動源回転出力軸とナットの関係のもう
１つの例を示した一部断面正面図である。

【符号の説明】

１３…ベローズ １４…開口端 １５…閉口端 １６…モータ １８…雄ねじ軸 １９…ナット ２０…モータフランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−176283（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−118552（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−63062（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−139262（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの回転出力軸側には、雄ねじと雌
   ねじのいずれか１つからなる回転ねじと、該回転ねじを
   覆うようその外端がモータフランジ側に固着される伸縮
   可能な弾性シール体とが設けられ、該弾性シール体の内
   側中心部に、前記回転ねじに螺合して直動する直動ねじ
   を固着すると共に、該直動ねじの軸回りの規制は、前記
   弾性シール体の軸回り回転方向に対する強い剛性により
   規制させて、前記弾性シール体を、その内部に、前記直
   動ねじに対する摺動摩擦部を配設することなく前記回転
   ねじと直動ねじのみが配設されるよう構成したことを特
   徴とする出力軸シール型直動アクチュエータ。