JP6636690B2

JP6636690B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP6636690B2
Application number: JP2014181223A
Authority: JP
Inventors: 正樹永塚; 靖人椎木
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: US10465776B2; WO2015034066A1; US20160208894A1; JP2015072065A; DE112014004089T5

Description

本発明は、アクチュエータに関し、特に、モータの回転を駆動力とするアクチュエータに関する。

従来より、モータを用いて該モータの回転によって対象部材を回転駆動させるアクチュエータが知られている。また、このようなアクチュエータには、対象部材としてボールねじ装置のボールねじナットを採用し、ボールねじナットに螺合したねじ軸を軸方向に移動させることで、直動アクチュエータを構成したロッドタイプのアクチュエータも知られている。

特開２００７−３２５９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような直動アクチュエータにおいては、出力軸は、回転方向及び軸方向からの荷重を負荷する必要があるため、二つの軸受を背面合わせに配置した所謂アンギュラコンタクトベアリングを採用してこれらの荷重を負荷するように構成していた。また、特許文献１に記載された直動アクチュエータは、二つの軸受を背面合わせに配置しているため、軸方向の長さを短く構成することが難しいことに加え、ねじナットの外周を軸受の内周で支承しているので、軸受の直径が大径化してしまい直動アクチュエータの小型化を図ることが難しいという問題があった。

また、特許文献１に記載された直動アクチュエータは、ねじ軸を覆うカバー部材がモータとボールねじナットが収納されたケースの端部に取付けられているが、この形態によればねじ軸が縮んだ場合にカバー部材の密着長によってアクチュエータの軸方向の寸法が大型化してしまうという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、モータの軸方向にも径方向にもアクチュエータの小型化を図ることが可能なアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明に係るアクチュエータは、出力軸を有するモータと、前記モータが収納されるモータ筺体と、外輪と、前記外輪に対して回転可能に組み付けられる内輪を有すると共に、対象部材を回転可能に支持するクロスローラベアリングと、を有して前記対象部材を回転せしめるアクチュエータであって、前記出力軸の回転に伴って回転すると共に、前記対象部材と固定される支持体を備え、前記対象部材及び前記支持体は、径方向に延設される面部をそれぞれ有し、前記外輪は、前記モータ筺体に取付けられ、前記内輪は、前記支持体と、前記対象部材とのそれぞれの前記面部の間に挟み込まれ、前記対象部材と前記支持体とは、前記対象部材から前記支持体に向かってボルトによって互いに締結固定され、前記対象部材は、前記出力軸の回転に伴って回転するナット部材であって、前記ナット部材は、径方向に広がる鍔部を備え、前記支持体は、前記出力軸に嵌合する軸取付部と、該軸取付部から径方向に延設される拡径部を備え、前記内輪は、前記鍔部と前記拡径部の間に挟み込まれることを特徴とする。

本発明によれば、クロスローラベアリングを採用しているので、単一の軸受で軸方向及び回転方向の荷重を受けることができると共に、クロスローラベアリングの内輪を対象部材と出力軸の回転に伴って回転する支持体とで挟持しているので、構成部品を削減してアクチュエータの小型化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの正面図。図１におけるＡ−Ａ断面図。本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの分解図。ねじ軸が縮んだ状態を説明するための断面図。本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの正面図。本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの側面図。図５におけるＢ−Ｂ断面図。本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータの断面図。図８におけるＣ部拡大図。

以下、本発明に係るアクチュエータの実施形態について図面を参照しつつ説明する。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く、また、実施形態の中で説明されてい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。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの正面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図３は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの分解図であり、図４は、ねじ軸が縮んだ状態を説明するための断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ１は、内部にモータが収納されるモータ筺体１１と、後述するボールねじ４０を覆う伸縮部材５０とを備える。

図２に示すように、モータ筺体１１に収納されるモータ１０は、軸方向に沿って貫通孔が形成された中空の出力軸１３ａと、該出力軸１３ａの外周に配置された永久磁石１３ｂとからなるロータ１３と、該ロータ１３と周方向に沿って所定のギャップを介して配置されるステータコイル１２とを有している。なお、ステータコイル１２はモータ筺体１１の内周壁に取付けられ、出力軸１３ａの基端側はモータ筺体１１の底部に取付けられた軸受７０によって回転可能に支承されている。なお、本明細書において、出力軸１３ａの先端側とは図２における出力軸１３ａの左端側を、基端側とは出力軸１３ａの右端側をそれぞれ定義して以下の説明を行う。

また、出力軸１３ａの先端側は、内周側に断面Ｖ字状の転走面が形成された外輪２１と、外周面に該転走面と対向するように断面Ｖ字状の転走面が形成されると共に該外輪２１に対して回転可能に組付けられた内輪２２と、円筒状のローラ２３が隣り合うローラ２３の回転軸が互いに交差するように外輪２１および内輪２２の転走面の間に配列された複数のローラ２３とを備えたクロスローラベアリング２０によって回転可能に支承されている。

さらに、出力軸１３ａの先端側には、支持体３０を介して対象部材としてのボールねじ４０が取り付けられており、モータ１０の回転によってナット部材としてのボールねじナット４２が回転することで、ボールねじナット４２に螺合したねじ軸４１が軸方向に沿って移動可能となっている。

支持体３０は、出力軸１３ａの先端側に嵌合する軸取付部３１と、軸取付部３１の端部から径方向に延設される拡径部３２とを有しており、拡径部３２の先端には拡径部の外周に沿って凹部３２ａが形成されている。

ボールねじ４０は、外周面に所定のリード角で形成された螺旋状の転動体転走面４１ａ
が形成されたねじ軸４１と、軸方向にねじ軸４１が挿通する貫通孔が形成され、該貫通孔の内周面に転動体転走面４１ａと対向する負荷転動体転走面４２ａが形成されたボールねじナット４２と、転動体転走面４１ａ及び負荷転動体転走面４２ａの間を転走する複数の転動体４３とを備えている。なお、転動体転走面４１ａ及び負荷転動体転走面４２ａの断面形状は、転動体４３の直径よりも若干大きな曲率を有する単一の円弧、所謂サーキュラアーク形状に形成されている。

また、転動体４３は、転動体転走面４１ａ及び負荷転動体転走面４２ａとからなる転動体転走路を荷重を負荷しながら転走しており、転動体転走路の始点から終点まで転走した転動体４３は、ボールねじナット４２に取付けられた戻し部材４２ｃに形成された転動体戻し路によって転動体転走路の始点まで戻されて無限循環している。

さらに、ボールねじナット４２は、ボールねじナット４２を出力軸１３ａに取付けるための鍔部４２ｂが径方向に広がるように形成されており、クロスローラベアリング２０によって回転可能に支承されている。

クロスローラベアリング２０の外輪２１は、モータ筺体１１の端部に形成された受け座１１ａに組み付けられ、蓋体１４とモータ筺体１１とで挟持するように固定されている。モータ筺体１１と蓋体１４とは、図３に示すように締結ボルト１１ｂによって締結固定されており、締結ボルト１１ｂは、モータ筺体１１の角部にそれぞれ形成されることで、円環状の外輪２１と締結ボルト１１ｂとが干渉することがないように配置されている。

また、内輪２２は、支持体３０の凹部３２ａと、ボールねじナット４２の鍔部４２ｂによって挟持されて外輪２１に対して回転可能に組み付けられている。支持体３０とボールねじナット４２の鍔部４２ｂとは、ボルト３３によって支持体３０と鍔部４２ｂとの間に所定の隙間を介して締結固定されている。

このように、出力軸１３ａ及びボールねじナット４２をクロスローラベアリング２０で回転可能に支承しているので、単一のクロスローラベアリング２０で出力軸１３ａ及びボールねじナット４２の軸方向、径方向及び周方向の各荷重を負荷することができ、構成部品を削減してアクチュエータ１の小型化を図ることができる。

また、内輪２２を支持体３０の凹部３２ａと、ボールねじナット４２の鍔部４２ｂによって挟持しているので、ボールねじナット４２の径を考慮することなく、より小径のクロスローラベアリング２０を採用することでアクチュエータ１の径方向の寸法を小型に設計することが可能となる。

なお、ボールねじナット４２は、図３に示すように、蓋体１４に形成された孔部１４ａを介してモータ筺体１１の外部に突出して組み付けられており、図２に示すようにボールねじ４０を伸縮部材５０によって覆っている。このように構成することで、モータ筺体１１の軸方向の寸法を小型に設計することが可能となる。また、ボールねじナット４２及び内輪２２は、モータ筺体１１の軸方向の一方（図３の紙面上側）から軸方向に沿ってボルト３３によって互いに組み付けられている。このように構成することで、例えば減速比率を調整するためにボールねじ４０のリードを変更したい場合は、ボルト３３着脱の際に他の部材を外す必要なくボルト３３の着脱を行うことができるので、ボルト３３の着脱が容易となり、ボールねじ４０の交換が容易に行うことが可能となる。

図２に示すように伸縮部材５０は、蛇腹状に形成された筒部材であり、一方端がモータ筺体１１に取付けられ、他方端がねじ軸４１の先端に取り付けられている。このように取り付けることで、ねじ軸４１の移動に伴って伸縮部材５０が伸縮するので、アクチュエータ１の内部に塵埃が浸入したり、ボールねじナット４２が外部に露出することを防止している。

なお、図４に示すように、ねじ軸４１が基端側に移動した、所謂最も縮んだ状態においては、伸縮部材５０は、ボールねじナット４２の軸方向に沿って折り畳まれるため、伸縮
部材５０の密着長がアクチュエータ１の全長に影響を与えることがない。

また、ねじ軸４１の基端側には、出力軸１３ａの内周面と、ねじ軸４１の外周面に形成した転動体転走面４１ａとが接触することを防止する振止手段６０が取り付けられている。振止手段６０は、ねじ軸４１よりも若干大径に形成された樹脂製のカラーであり、ねじ軸４１の基端が軸方向の移動の際に径方向及び周方向に振れた場合であっても出力軸１３ａの内周面と振止手段６０とが接触することで転動体転走面４１ａの損傷や転動体転走面４１ａへの塵埃の付着などを防止すると共に、ねじ軸４１の径を大きく設計することができるのでボールねじ４０の剛性確保を図ることができる。

［第２の実施形態］
以上説明した第１の実施形態に係るアクチュエータ１では、対象部材がボールねじナット４２であった場合について説明を行った。次に説明する第２の実施形態のアクチュエータは、第１の実施形態とは異なる形態を有する実施例について説明を行うものである。なお、上述した第１の実施形態の場合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。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの正面図であり、図６は、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの側面図であり、図７は、図５におけるＢ−Ｂ断面図である。

図５に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ２は、対象部材として回転台８０が取り付けられている。図６に示すように、回転台８０は、円盤状の回転台本体８０と、図７に示すように回転台本体８１から軸方向に延びる回転台軸８２とから構成されている。

回転台８０は、上述した第１の実施形態に係るアクチュエータ１と同様の取付け方法が採用されており、クロスローラベアリング２０の外輪２１は、モータ筺体１１の端部に形成された受け座１１ａに組み付けられ、蓋体１４とモータ筺体１１とで挟持するように固定されている。モータ筺体１１と蓋体１４とは、図６に示すように締結ボルト１１ｂによって締結固定されており、締結ボルト１１ｂは、モータ筺体１１の角部にそれぞれ形成されることで、円環状の外輪２１と締結ボルト１１ｂとが干渉することがないように配置されている。

また、内輪２２は、支持体３０の凹部３２ａと、回転台本体８１によって挟持されて外輪２１に対して回転可能に組み付けられている。支持体３０と回転台８０とは、ボルト３３によって支持体３０と回転台本体８１との間に所定の隙間を介して締結固定されている。

なお、回転台８０は、蓋体１４に形成された孔部１４ａを介してモータ筺体１１の外部に突出して組み付けられている。また、回転台８０及び内輪２２は、モータ筺体１１の軸方向の一方（図７の紙面左側）から軸方向に沿ってボルト３３によって互いに組み付けられている。このように構成することで、例えばテーブル径を変更するために回転台８０を変更したい場合は、ボルト３３着脱の際に他の部材を外す必要なくボルト３３の着脱を行うことができるので、ボルト３３の着脱が容易となり、回転台８０の交換が容易に行うことが可能となる。

［第３の実施形態］
以上説明した第１及び第２の実施形態に係るアクチュエータ１，２では、出力軸１３ａと支持体３０とが同軸に配置された場合について説明を行った。次に説明する第３の実施形態のアクチュエータは、第１及び第２の実施形態とは異なる形態を有する実施例について説明を行うものである。なお、上述した第１及び第２の実施形態の場合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。

図８は、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータの断面図であり、図９は、図８におけるＣ部拡大図である。

図８に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ３は、出力軸１３ａが中実のモータ１０が用いられており、出力軸１３ａと、ねじ軸４１とが略平行となるように配置されている。このように、本実施形態に係るアクチュエータ３は、出力軸１３ａが中実のモータ１０を用いているので、安価なモータを用いることができ、コストを抑制することが可能となる。

また、ねじ軸４１は、ボールねじナット４２の回転に伴って軸方向に進退自在に組み付けられており、ねじ軸４１が基端側に移動した、所謂最も縮んだ状態においては、ねじ軸４１は、モータ１０側に突出するように配置されている。

図９に示すように、出力軸１３ａには、歯車３５が取り付けられており、該歯車３５は、ねじ軸４１と同心に配置された支持体としての回転歯車３６に歯合している。回転歯車３６は、クロスローラベアリングの内輪２２をボールねじナット４２と回転歯車３６とで挟持するように配置されており、モータ１０の回転を、ボールねじナット４２に伝達している。

なお、回転歯車３６は、ねじ軸４１が挿通可能な貫通孔３６ａが形成されており、ねじ軸４１が基端側に移動する際に、回転歯車３６とねじ軸４１とが干渉することを防止している。

さらに、歯車３５と回転歯車３６は、回転軸に対して歯面が傾斜した所謂はす歯歯車で構成されており、この構成によって、クロスローラベアリング２０の採用による相乗効果によりモータ１０の異音の低減や歯車３５と回転歯車３６との噛み合いの滑らかさを実現している。

また、ボールねじナット４２，内輪２２及び回転歯車３６は、モータ筺体１１の軸方向の一方（図９の紙面左側）から軸方向に沿ってボルト３３によって互いに組み付けられている。このように構成することで、例えば減速比率を調整するためにボールねじ４０のリードを変更したい場合は、ボルト３３着脱の際に他の部材を外す必要なくボルト３３の着脱を行うことができるので、ボルト３３の着脱が容易となり、ボールねじ４０の交換が容易に行うことが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲において、種々の変更が可能である。例えば、第１の実施形態に係るアクチュエータ１では、転動体転走面及び負荷転動体転走面をサーキュラアーク形状に形成した場合について説明を行ったが、例えば二つの円弧を組み合わせた所謂ゴシックアーチ形状に形成しても構わない。また、上記実施形態においては、ナット部材としてねじ軸４１とを複数の転動体４３を介して螺合したボールねじ４０に用いられるボールねじナット４２を適用した場合について説明を行ったが、複数の転動体４３を介さない所謂すべりねじに用いられるナット部材を適用しても構わない。

また、第１の実施形態に係るアクチュエータ１は、伸縮部材として蛇腹状に形成された筒部材を適用した場合について説明を行ったが、伸縮部材は、軸方向に伸縮可能であれば如何なる形態を採用することができ、例えば、互いに径の異なる複数の筒部材を伸縮可能に挿通した所謂テレスコピック部材を適用することも可能であるし、ゴムなどの弾性材を用いて伸縮部材を構成することも可能である。

また、第３の実施形態に係るアクチュエータ３は、ねじ軸４１の基端側を露出した構造について説明を行ったが、防塵性を考慮してねじ軸４１の基端側を別途カバー部材などで覆うように構成しても構わない。このとき、第１の実施形態に係るアクチュエータ１のように、ねじ軸４１の基端側に振止手段６０を取り付けても構わない。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うることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１，２アクチュエータ，１０モータ，１１モータ筺体，１３ａ出力軸，２０クロスローラベアリング，２１外輪，２２内輪，３０
支持体，４０ボールねじ，４１ねじ軸，４１ａ転動体転走面，４２ボールねじナット，４２ａ負荷転動体転走面，４３転動体，５０
伸縮部材，６０振止手段。

Claims

出力軸を有するモータと、
前記モータが収納されるモータ筺体と、
外輪と、前記外輪に対して回転可能に組み付けられる内輪を有すると共に、対象部材を回転可能に支持するクロスローラベアリングと、を有して前記対象部材を回転せしめるアクチュエータであって、
前記出力軸の回転に伴って回転すると共に、前記対象部材と固定される支持体を備え、
前記対象部材及び前記支持体は、径方向に延設される面部をそれぞれ有し、
前記外輪は、前記モータ筺体に取付けられ、
前記内輪は、前記支持体と、前記対象部材とのそれぞれの前記面部の間に挟み込まれ、
前記対象部材と前記支持体とは、前記対象部材から前記支持体に向かってボルトによって互いに締結固定され、
前記対象部材は、前記出力軸の回転に伴って回転するナット部材であって、
前記ナット部材は、径方向に広がる鍔部を備え、
前記支持体は、前記出力軸に嵌合する軸取付部と、該軸取付部から径方向に延設される拡径部を備え、
前記内輪は、前記鍔部と前記拡径部の間に挟み込まれることを特徴とするアクチュエータ。
請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
前記鍔部及び前記拡径部の外周に沿って凹部が形成され、該凹部に前記内輪が挟み込まれることを特徴とするアクチュエータ。
出力軸を有するモータと、
前記モータが収納されるモータ筺体と、
外輪と、前記外輪に対して回転可能に組み付けられる内輪を有すると共に、対象部材を回転可能に支持するクロスローラベアリングと、を有して前記対象部材を回転せしめるアクチュエータであって、
前記出力軸の回転に伴って回転すると共に、前記対象部材と固定される支持体を備え、
前記対象部材及び前記支持体は、径方向に延設される面部をそれぞれ有し、
前記外輪は、前記モータ筺体に取付けられ、
前記内輪は、前記支持体と、前記対象部材とのそれぞれの前記面部の間に挟み込まれ、
前記対象部材と前記支持体とは、前記対象部材から前記支持体に向かってボルトによって互いに締結固定され、
前記対象部材は、前記出力軸の回転に伴って回転する円盤状の回転台本体であって、
前記支持体は、前記出力軸に嵌合する軸取付部と、該軸取付部から径方向に延設される拡径部を備え、
前記内輪は、前記回転台本体と前記拡径部の間に挟み込まれることを特徴とするアクチュエータ。
請求項３に記載のアクチュエータにおいて、
前記回転台本体及び前記拡径部の外周に沿って凹部が形成され、該凹部に前記内輪が挟み込まれることを特徴とするアクチュエータ。
出力軸を有するモータと、
前記モータが収納されるモータ筺体と、
外輪と、前記外輪に対して回転可能に組み付けられる内輪を有すると共に、対象部材を回転可能に支持するクロスローラベアリングと、を有して前記対象部材を回転せしめるアクチュエータであって、
前記出力軸の回転に伴って回転すると共に、前記対象部材と固定される支持体を備え、
前記対象部材及び前記支持体は、径方向に延設される面部をそれぞれ有し、
前記外輪は、前記モータ筺体に取付けられ、
前記内輪は、前記支持体と、前記対象部材とのそれぞれの前記面部の間に挟み込まれ、
前記対象部材と前記支持体とは、前記対象部材から前記支持体に向かってボルトによって互いに締結固定され、
前記対象部材は、前記出力軸の回転に伴って回転するナット部材であって、
前記ナット部材は、径方向に広がる鍔部を備え、
前記支持体は、前記出力軸に歯合する回転歯車を備え、
前記内輪は、前記鍔部と前記回転歯車の間に挟み込まれることを特徴とするアクチュエータ。
請求項５に記載のアクチュエータにおいて、
前記鍔部及び前記回転歯車の外周に沿って凹部が形成され、該凹部に前記内輪が挟み込まれることを特徴とするアクチュエータ。