JP4472817B2

JP4472817B2 - 電動シリンダ

Info

Publication number: JP4472817B2
Application number: JP37375399A
Authority: JP
Inventors: 武樹白井; 薫星出; 亙山倉
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001187953A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータの回転に応じて作動ロッドを進退させ、かかる作動ロッドによって制御対象を押引する電動シリンダに係り、詳細には、上記作動ロッドに対して大きな荷重が作用する用途に好適であり、しかも小型軽量な電動シリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、サーボモータとボールねじとを組み合わせてなる電動シリンダは多数提案されており、例えば、構造物を持ち上げるジャッキや、工作機械におけるワークのクランプ装置等に利用されている。かかる電動シリンダの具体的構造としては、ボールねじのねじ軸の一端に進退させるべき作動ロッドを固定する一方、ボールねじのボールナットに対してはタイミングベルトやギヤ等を用いてサーボモータの回転を伝達し、ボールナットの回転量に応じて作動ロッドを進退させるようにしたものが知られている。また、サーボモータを中空状に形成し、かかるサーボモータのロータに対して直接ボールナットを固定するようにした構造のものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ジャッキやクランプ装置として電動シリンダを用いる場合、例えばねじ軸の先端に固定された作動ロッドがワークを加圧すると、かかる加圧力の反力が作動ロッドに対して作用するので、該作動ロッドはこの反力を十分に負荷し得るように支承されている必要がある。
【０００４】
しかし、従来の電動シリンダではボールねじのねじ軸の一端に作動ロッドを固定しており、作動ロッドに作用した荷重がボールねじによってのみ負荷されることから、かかる作動ロッドの支持剛性が十分でなく、上記加圧力の反力によってモーメント荷重が作動ロッドに作用すると、該作動ロッドが変位してしまい、ワークを適切にクランプすることができないといった問題点があった。
【０００５】
また、従来の電動シリンダでは作動ロッドと共にボールねじのねじ軸が進退するので、作動ロッドの進退量が長尺化すると、ねじ軸も長尺化せざるを得ず、電動シリンダ全体の占有寸法が大きくなる他、装置重量も嵩んでしまうといった問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、作動ロッドに作用するモーメント荷重に抗して該作動ロッドを強固に支持することかできると共に、作動ロッドの進退量を長尺化しつつも、装置全体の小型化、軽量化を図ることが可能な電動シリンダを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電動シリンダは、凹条溝を有してチャネル状に形成されると共に該凹条溝の内側面の長手方向に沿ってボール転走溝が形成された軌道レールと、無限循環するボール列を具備すると共にこれらボールを介して上記軌道レールの凹条溝内に嵌合し、上記ボール転走溝に沿って軌道レールの凹条溝内を移動するスライド部材と、上記凹条溝を塞ぐようにして軌道レールの一端に固定された支持プレートと、この支持プレートによってのみ回転自在に支承されると共に上記スライド部材に螺合した送りねじと、上記支持プレートを介して軌道レールに固定されると共に上記送りねじを回転させるモータと、上記スライド部材に固定されて軌道レールの凹条溝の一端から突出すると共に、上記スライド部材の移動に応じて進退する作動ロッドとから構成され、上記作動ロッドを中空状に形成すると共に上記送りねじと同一軸心上に配置し、上記スライド部材の移動に応じて該作動ロッドの中空部内に上記送りねじが収容されるように構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
このような技術的手段によれば、上記モータを駆動すると、その回転が動力伝達手段を介して送りねじに伝達され、かかる送りねじの回転量に応じてスライド部材がチャネル状に形成された軌道レールの凹条溝内を移動し、スライド部材に固定された作動ロッドがこれに伴って進退する。このとき、スライド部材は軌道レールの凹条溝の内側面に案内されて移動するが、かかる軌道レールはチャネル状に形成されていることからモーメント荷重に対する剛性が高く、作動ロッドに対してモーメント荷重が作用した場合であっても、容易に変形することがない。従って、本発明の電動シリンダによれば、作動ロッドの進退に対して作用する反力によって該作動ロッドが変位するのを可及的に防止することができる。
【０００９】
また、作動ロッドを進退させるためのスライド部材及び送りねじは軌道レールの凹条溝内に収容されることから、本発明の電動シリンダは外観上の凹凸の少ない極めてコンパクトな構造とすることができ、極めて小型軽量に構成することができる。
【００１０】
更に、送りねじを駆動するモータは支持プレートを介して剛性の大きな軌道レールに固定されると共に、動力伝達手段を介してモータの回転を送りねじに伝達するように構成しているので、作動ロッドを進退させるための送りねじやスライド部材に触れることなくモータのみを交換することも可能であり、保守作業にかかる手間を軽減することも可能となる。
【００１１】
また更に、上記作動ロッドは中空状に形成されると共に送りねじと同一軸心上に配置されていることから、送りねじの回転に応じて作動ロッドが軌道レールの凹条溝内に後退してきても、かかる送りねじの先端は作動ロッドの中空部内に収容される結果となり、作動ロッドと送りねじとが干渉することがない。このため、作動ロッドの後端とスライド部材との間に作動ロッドのストロークに応じた空間を形成する必要がなく、その分だけ軌道レールを短尺化して装置全体の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。また、スライド部材に対して作動ロッドを固定しているブラケットも小型化することができ、送りねじの回転に伴って軌道レール内を往復運動する質量の軽量化を図り、作動ロッドの高速往復運動における位置決め精度の向上、送りねじを回転駆動するモータの負荷の軽減を図ることも可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の電動シリンダについて詳細に説明する。
図１乃至図４は本発明の電動シリンダの第１実施例を示すものであり、図１は平面図、図２は正面図、図３は右側面図、図４は左側面図を夫々示している。これらの図において、符号１はチャネル状に形成された軌道レール、符号２はこの軌道レール１に案内されて移動するスライド部材、符号３は上記軌道レール１の長手方向の一端に固定された支持プレート、符号４はこの支持プレート３を介して軌道レール１に隣接するように固定されたサーボモータ、符号５は上記支持プレート３に回転自在に支承された送りねじ、符号６は上記サーボモータ４から送りねじ５へ回転を伝達する歯車列、符号７は上記スライド部材２の移動に応じて進退する作動ロッドである。
【００１３】
先ず、図５及び図６に示すように、上記軌道レール１は基底部１０の両側に一対の側壁１１，１１を立設してチャネル状に形成されており、長手方向に沿って具備された凹条溝１２内に上記スライド部材２を収容するように構成されている。各側壁１１の内側面には軌道レール１の長手方向に沿って２条のボール転走溝１３，１３が形成されており、上記スライド部材２はこのボール転走溝１３に沿って凹条溝１２内を移動するようになっている。また、上記基底部１０には固定ボルトの挿通孔１４が複数設けられており、この電動シリンダを利用する装置のフレームに対して上記軌道レール１を直接固定し得るように構成されている。
【００１４】
一方、上記スライド部材２は軌道レール１の凹条溝１２内に遊嵌する略矩形状に形成されており、その両外側面には軌道レール１に形成されたボール転走溝１３と対向する負荷ボール溝２０が形成され、これら軌道レール１のボール転走溝１３とスライド部材２の負荷ボール溝２０との間でボール８が荷重を負荷しながら転走するように構成されている。スライド部材２は各負荷ボール溝２０に対応してボール８の無限循環路２１を具備しており、負荷ボール溝２０を転走するボール８を無限循環させることにより、スライド部材２が軌道レール１に沿ってストロークの制限なく移動し得るようになっている。
【００１５】
また、このスライド部材２には上記送りねじ５が挿通される貫通孔２２が形成され、送りねじ５はこの貫通孔２２内でボール９を介してスライド部材２に螺合している。すなわち、上記送りねじ５の外周面には螺旋状のボール転動溝５０が所定のリードで形成される一方、上記スライド部材２の貫通孔２２の内周面には送りねじ５のボール転動溝５０と対向する負荷ボール溝２３が螺旋状に形成されており、これらボール転動溝５０及び負荷ボール溝２３の間を転動するボール９を介して送りねじ５とスライド部材２とが互いに螺合している。また、このスライド部材２にはボール転動溝５０と負荷ボール溝２３との間を螺旋状に転動したボール９を元の位置に戻すためのリターンチューブ２４が装着されており、かかるボール９は送りねじとスライド部材との間で無限循環するように構成されている。従って、かかる送りねじ５を回転させると、ボール９が送りねじ５のボール転動溝５０とスライド部材２の負荷ボール溝２３との間で荷重を負荷しながら転動し、かかる送りねじ５の回転数に応じたストロークでスライド部材２が軌道レール１の凹条溝１２内を移動する。
【００１６】
更に、図１及び図２に示すように、このスライド部材２には断面略Ｌ字状に形成されたガイド部材７０を介して上記作動ロッド７が固定されており、かかる作動ロッド７がスライド部材２のストロークに応じて軌道レール１の凹条溝１２内から凹条溝１２外へ進退するように構成されている。上記ガイド部材７０は固定ボルト７１によってスライド部材２に固定される一方、作動ロッド７はその一端がガイド部材７０に対して溶接によって固定されている。ガイド部材７０を略Ｌ字状に形成したことによって、送りねじ５の軸心と作動ロッド７の軸心とを合致させている。これにより、作動ロッド７に対して作用した外力が軌道レール１や送りねじ５に対してモーメント荷重となって作用するのを可及的に防止している。尚、図５及び図６において符号２５は上記固定ボルト７１が螺合するタップ孔である。
【００１７】
上記作動ロッド７は中空状に形成されており、その中空部７ａの内径は送りねじ５の外径よりも僅かに大きく形成されている。また、この作動ロッド７が溶接によって一体化されたガイド部材７０には作動ロッド７の中空部７ａから連続する貫通孔７０ａが形成されており、この貫通孔７０ａはスライド部材２に形成された貫通孔２２と対向している。従って、送りねじ５の回転に伴ってスライド部材２が軌道レール１の凹条溝１２内を支持プレート３側へ向けて後退すると、スライド部材２の貫通孔２２から突出した送りねじ５の先端がガイド部材７０の貫通孔７０ａを介して作動ロッド７の中空部７ａに収容されるようになっている。
【００１８】
上記軌道レール１の長手方向の一端には上記凹条溝１２を塞ぐようにして支持プレート３が固定されており、上記送りねじ５はこの支持プレート３を貫通すると共に、かかる支持プレート３に嵌合する一対のアンギュラコンタクトベアリング３０によって回転自在に支承されている。この支持プレート３は軌道レール１に隣接して上記サーボモータ４を固定するブラケットとしての役割も果たしており、軌道レール１及びサーボモータ４が固定された面と反対側の面には上記歯車列６を収容するギヤボックスがプレート３１，３２及びカバー３３によって箱状に形成されている。
【００１９】
かかる歯車列６は、サーボモータ４の出力軸４０に固定された入力歯車６１と、送りねじ５に固定された出力歯車６２と、これら入力歯車６１から出力歯車６２へ回転動力を伝達する２枚の減速歯車６３，６４とから構成されており、サーボモータ４の回転数を例えば１／４に減速して送りねじに伝達する。２枚の減速歯車６３，６４は支持プレート３に立設されたスタッド３４に対してボールベアリングを介して回転自在に支承されると共に、止めねじによって相対的な回転を禁じられており、減速歯車６３は上記入力歯車６１と噛み合う一方、減速歯車６４は上記出力歯車６２と噛み合っている。これにより、サーボモータ４の出力軸４０の回転が送りねじに伝達される。尚、この実施例ではサーボモータ４から送りねじ５へ回転動力を伝達する手段として歯車列を用いたが、プーリとタイミングベルトによって回転動力を伝達するように構成することも容易である。
【００２０】
また、出力歯車６２が固定された送りねじ５の端部はギヤボックスを構成するカバー３３から突出しており、この突出端に対して図２に二点鎖線で示すようなハンドル５１を装着することにより、送りねじ５を手動で回転させることができるようになっている。これにより、サーボモータ４の脱調や停電等により作動ロッド７の進退位置に狂いが生じた場合であっても、手動で送りねじ５を回転させて位置調整を行うことが可能である。尚、通常は上記カバー３３に固定されるキャップ５２によって送りねじ５の突出端は覆われている。
【００２１】
一方、上記支持プレート３と反対側における軌道レール１の長手方向の一端にはやはり凹条溝１２を塞ぐようにして先端プレート７２が固定されており、上記作動ロッド７はこの先端プレート７２に形成された貫通孔７３に挿通されている。また、この貫通孔７３の内径には作動ロッド７に摺接するフェルト製のシール部材７４が設けられる一方、この貫通孔７３の外側には作動ロッド７の外周面と僅かな間隙を残して対向するスクレーパ７５が取り付けられており、作動ロッド７が進退すると、これに付着したスパッタ等の比較的大きな異物は上記スクレーパ７５で除去され、更に、細かな粉塵等は上記シール部材７４で作動ロッド７上から除去されるようになっている。
【００２２】
また、上記支持プレート３と先端プレート７２との間には軌道レール１の凹条溝１２を覆うようにしてカバープレート１５が設けられており、このカバープレート１５は固定ボルト１６によって軌道レール１の側壁１１に固定されている。このカバープレート１５と軌道レール１の側壁１１、先端プレート７２及び支持プレート３との間には夫々ゴムシールが挟み込まれており、該カバープレート１５によって密閉された軌道レール１の凹条溝１２内に外部から粉塵や冷却水等が侵入するのを完全に防止している。これにより、この電動シリンダを粉塵や冷却水等が飛散する劣悪な環境下で使用したとしても、かかる凹条溝１２内に配されたスライド部材２及び送りねじ５が粉塵等によって汚染されることはなく、送りねじ５の回転によるスライド部材２の円滑な移動を長期にわたって安定的に維持することができるものである。
【００２３】
更に、軌道レール１の凹条溝１２に面した上記支持プレート３と先端プレート７２の内側面にはゴム製のストッパ部材１７が夫々固定されており、サーボモータ４の脱調によりスライド部材２が所定のストローク量からオーバランした際に、かかるスライド部材に突き当たってこれを係止するように構成されている。
【００２４】
そして、このように構成された本実施例の電動シリンダによれば、上記サーボモータを回転させると、その回転が歯車列を介して送りねじに伝達され、かかる送りねじの回転に応じてスライド部材が軌道レールの凹条溝内をストロークすると共に、このスライド部材に固定された作動ロッドがスライド部材のストロークに応じて進退する。
【００２５】
このとき、本実施例の電動シリンダによれば、スライド部材２が軌道レール１の凹条溝１２内を支持プレート３へ向けて後退ストロークし、作動ロッド７が先端プレート７２を介して上記凹条溝１２内に引き込まれた場合であっても、送りねじ５と同一軸心上に配置された作動ロッド７が中空状に形成されると共にその中空部７ａの内径が送りねじ５の外径よりも僅かに大きく形成されていることから、スライド部材２の貫通孔２２から突出した送りねじ５の先端は作動ロッド７と干渉することなく、かかる作動ロッド７の中空部７ａに収容されることになる。仮に、作動ロッドが中空状に形成されていないとすれば、作動ロッドと送りねじの干渉を避けるために、スライド部材２の端部と作動ロッド７の後端との間に該スライド部材２のストローク量に対応した空間を設けなくてはならず、軌道レール１にはスライド部材２のストローク量の２倍以上の長さが必要となる。しかし、本実施例では作動ロッド７を中空状に形成すると共に、送りねじ５の先端がスライド部材２の移動に応じて作動ロッド７の中空部７ａ内に収容されるように構成しているので、スライド部材２の端部と作動ロッド７の後端との間に空間を設ける必要は一切なく、その分だけ軌道レール１を短く形成することが可能となっている。
【００２６】
これにより、本実施例の電動シリンダは軌道レール１の長手方向に沿った全長を短く抑えることができ、装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となっている。また、軌道レール１に案内されているスライド部材２から作動ロッド７の先端迄の距離を短く抑えることができるので、作動ロッド７の先端に大きなラジアル荷重が作用した場合であっても、作動ロッド７の先端の変位を小さく抑えることも可能となる。更に、スライド部材２の端部と作動ロッド７の後端との間に空間を設ける必要がないので、作動ロッド７をスライド部材２に固定しているガイド部材７０の小型化も図ることができ、軌道レール１の凹条溝１２内を往復運動する質量の軽量化を図り、作動ロッド７の進退における繰り返し位置決め精度の向上を図ることも可能となる。
【００２７】
図７は本発明の電動シリンダの第２実施例である。
前記第１実施例では支持プレートによってサーボモータ４を軌道レール１と平行に固定し、歯車列６を用いてサーボモータの回転出力を送りねじ５に伝達するように構成していたが、この図７に示す第２実施例の電動シリンダでは、サーボモータ４の出力軸４１が送りねじ５と同一軸心上に位置するように該サーボモータ４を支持プレートに固定し、サーボモータの回転出力を歯車列６を介することなく直接送りねじ５に伝達している。
【００２８】
かかるサーボモータ４の出力軸４１は中空状に形成されており、送りねじ５はその一端が出力軸４１の中空部４２に螺合している。すなわち、出力軸４１の中空部４２には雌ねじ形成される一方、送りねじ５の端部には雄ねじが形成され、これらを締結することによって送りねじ５と出力軸４１との結合が図られている。尚、図中の符号４３は出力軸４１と送りねじ５の締結の緩みを防止するロックナットである。通常、同一軸心上に配されたモータ出力軸４１と送りねじ５とを連結するためにはカップリング等が必要とされるが、このように本実施例の電動シリンダではサーボモータ４の出力軸４１を中空状に形成したことにより、かかる出力軸４１と送りねじ５とを直接結合することができ、その分だけ電動シリンダの全長を短く抑えることが可能となっている。また、歯車列６を介してサーボモータ４の回転出力を送りねじ５に伝達した場合、歯車間のバックラッシュ等によって送りねじ５の回転精度、ひいては作動ロッド７の進退精度等に誤差が生じ易いが、本実施例の電動シリンダではサーボモータ４の出力軸４１と送りねじ５とを直接結合したことにより、作動ロッド７の進退精度の向上をも図られている。
【００２９】
また、中空状に形成されたサーボモータ４の出力軸４１の開放端、すなわち送りねじ５の結合端と反対側の端部には六角孔４４が形成されており、この六角孔４４に対しては送りねじ５を手動で回転させるためのハンドルを装着することができるようになっている。前記第１実施例では送りねじ５の一端をギヤボックスから突出させることにより、ハンドル５１を送りねじ５に対して装着し得るように構成していたが、本実施例ではこのようにサーボモータ４の出力軸４１に六角孔４４を設けると共にそこにハンドルを嵌合させるように構成したので、送りねじ５の端部をサーボモータ４のモータハウジング４５から突出させる必要はなく、この点においても電動シリンダの全長の短縮化が図られている。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の電動シリンダによれば、作動ロッドの進退に伴って作用するモーメント荷重に抗して該作動ロッドを強固に支持することかでき、作動ロッドが変位するのを可及的に防止することが可能となる。
【００３１】
また、スライド部材の移動に応じて送りねじが作動ロッドの中空部内に収容されるように構成されており、かかる送りねじの回転に応じて作動ロッドが軌道レールの凹条溝内に後退してきても、かかる送りねじの先端が作動ロッドの後端と干渉することがないので、その分だけ軌道レールを短尺化して装置全体の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。また、スライド部材に対して作動ロッドを固定しているブラケットの小型化を図り、軌道レール内を往復運動する質量の軽量化を図ることも可能なので、作動ロッドの高速往復運動における繰り返し位置決め精度の向上、送りねじを回転駆動するモータの負荷の軽減を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動シリンダの第１実施例を示す平面図である。
【図２】本発明の電動シリンダの第１実施例を示す正面図である。
【図３】本発明の電動シリンダの第１実施例を示す右側面図である。
【図４】本発明の電動シリンダの第１実施例を示す左側面図である。
【図５】第１実施例に係る軌道レール、スライド部材及び送りねじを示す斜視図である。
【図６】第１実施例に係る軌道レール、スライド部材及び送りねじの係合状態を示す断面図である。
【図７】本発明の電動シリンダの第２実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…軌道レール、２…スライド部材、３…支持プレート、４…サーボモータ、５…送りねじ、７…作動ロッド、７ａ…中空部、１２…凹条溝

Claims

凹条溝を有してチャネル状に形成されると共に該凹条溝の内側面の長手方向に沿ってボール転走溝が形成された軌道レールと、無限循環するボール列を具備すると共にこれらボールを介して上記軌道レールの凹条溝内に嵌合し、上記ボール転走溝に沿って軌道レールの凹条溝内を移動するスライド部材と、上記凹条溝を塞ぐようにして軌道レールの一端に固定された支持プレートと、この支持プレートによってのみ回転自在に支承されると共に上記スライド部材に螺合した送りねじと、上記支持プレートを介して軌道レールに固定されると共に上記送りねじを回転させるモータと、一端が略Ｌ字状に形成されたガイド部材を介して上記スライド部材に固定される一方、他端は上記軌道レールに支承されることなく当該軌道レールの凹条溝の一端から突出し、上記スライド部材の移動に応じて進退する作動ロッドとから構成され、
上記作動ロッドを中空状に形成すると共に上記送りねじと同一軸心上に配置し、上記スライド部材の移動に応じて該作動ロッドの中空部内に上記送りねじが収容されるように構成したことを特徴とする電動シリンダ。
上記モータは中空状の出力軸を備え、上記送りねじはその一端をこの出力軸に挿入して該モータと結合されていることを特徴とする請求項１記載の電動シリンダ。
上記モータの出力軸の開放端には、上記送りネジを手動回転させるためのハンドル取付孔が形成されていることを特徴とする請求項２記載の電動シリンダ。