JP7173543B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

特許文献１には、アクチュエータ本体のケーシングの外部にモータが取り付けられ、このモータの回転軸の回転に基づいて、スライド部が進退運動するアクチュエータが開示されている。このアクチュエータは、ボールねじ軸及びボールねじナットを有するボールねじと、モータの回転軸とボールねじナットとに掛けられることで、回転軸の回転運動をボールねじナットに伝達するタイミングベルトとを備える。ケーシングには、タイミングベルトがケーシングから外部に引き出される開口が形成されている。タイミングベルトは、アイドラによって、ベルト幅が狭くされて、開口から引き出されている。

特開平８－２１６０７０号公報

特許文献１に記載のものは、アイドラを用いているため、ケーシングにアイドラも収容しなければならず、アクチュエータ全体を小型化することが困難である。しかしながら、アイドラを用いない場合、ベルト幅が広くなるため、それに伴って開口が大きくなり、ケーシングの内部に異物が進入するおそれがある。

本発明は、上述の事情の下になされたもので、ケーシングの内部への異物の進入を防ぎつつ、小型化を可能にするアクチュエータを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係るアクチュエータは、
ケーシングの外部にモータが配置されていると共に、スライド部が直線運動するアクチュエータであって、
回転軸を有するモータと、
前記回転軸の回転によって回転するボールねじナットと、
前記ボールねじナットが螺合された状態で設けられ、前記ボールねじナットとの螺合に基づいて、回転する前記ボールねじナットを直線運動させるボールねじ軸と、
前記ボールねじナットを回転可能に支持すると共に、前記モータが固定され、前記ボールねじナットの直線運動に基づいて、前記モータと共に直線運動するスライド部と、
前記ボールねじ軸を固定した状態で、前記スライド部の一部、前記ボールねじ軸、及び前記ボールねじナットを収容するケーシングと、
前記回転軸の回転運動を前記ボールねじナットに伝達するベルトと、
前記スライド部に設けられている支持部材と、
を備え、
前記ケーシングは、前記ベルトが外部に引き出される開口が形成されているケーシング本体と、前記ベルトに干渉しない状態で前記開口の少なくとも一部を覆うカバーと、を有し、
前記支持部材は、前記カバーを支持する。

前記カバーは、前記スライド部が直線運動する方向である直線運動方向に平行な方向に延設され、
前記カバーの両端は、前記ケーシング本体に支持されていてもよい。

前記支持部材は、前記カバーを、前記スライド部が直線運動する方向である直線運動方向に平行な方向に直交する第１の撓み方向に支持していてもよい。

前記カバーには、前記第１の撓み方向に直交する第１の被支持面と、前記第１の被支持面に対向する第２の被支持面と、が形成され、
前記支持部材には、前記第１の被支持面に接する第１の支持面と、前記第２の被支持面に接する第２の支持面と、が形成されていてもよい。

前記支持部材は、前記カバーを、前記平行な方向に直交し、且つ、前記第１の撓み方向に直交する第２の撓み方向に支持していてもよい。

前記カバーには、前記第２の撓み方向に直交する第３の被支持面と、前記第３の被支持面に対向する第４の被支持面と、が形成され、
前記支持部材には、前記第３の被支持面に接する第３の支持面と、前記第４の被支持面に接する第４の支持面と、が形成されていてもよい。

前記支持部材において、前記スライド部が直線運動する方向である直線運動方向に直交する断面は、Ｌ字形状又はＴ字形状であってもよい。

本発明によれば、ケーシングは、開口を覆うカバーを有する。また、ベルトには、アイドラが用いられていない。このため、本発明は、ケーシングの内部への異物の進入を防ぎつつ、小型化を可能にするアクチュエータを提供することができる。

本発明の実施形態に係るアクチュエータの斜視図である。 （Ａ）は、アクチュエータの平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＢ－Ｂ断面図である。 図２（Ｂ）のＣ－Ｃ断面図である。 ケーブルユニット、モータハウジング、プーリカバーが取り外されているアクチュエータの斜視図である。 図２（Ａ）のＤ－Ｄ断面における斜視図である。 （Ａ）は、ケーシング及びカバー等を説明するための断面図である。（Ｂ）は、カバーの斜視図である。 （Ａ）は、カバーを取り付ける前のケーシングの側面図である。（Ｂ）は、カバーを取り付けた後のケーシングの側面図である。 （Ａ）は、アクチュエータの設置状態を説明するための断面図（その１）である。（Ｂ）は、アクチュエータの設置状態を説明するための断面図（その２）である。 カバー及び支持部材等を説明するための断面図である。 スライド部及びボールねじナット等の斜視図である。 アクチュエータの動作を説明するための断面図（その１）であり、ＸＺ断面図である。 アクチュエータの動作を説明するための断面図（その２）であり、ＹＺ断面図である。 アクチュエータの動作を説明するための斜視図である。 （Ａ）は、支持部材の効果を説明するための断面図（その１）である。（Ｂ）は、支持部材の効果を説明するための断面図（その２）である。 比較例に係るアクチュエータの断面図である。 支持部材の効果を説明するためのアクチュエータの断面図である。 変形例に係るカバー及び支持部材等の断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ１について図を用いて説明する。なお、図中のＹ軸方向は、スライド部１０が進退する直線運動方向Ｄ１に平行の方向であり、Ｘ軸方向及びＺ軸方向は、直線運動方向Ｄ１に直交する方向である。

アクチュエータ１は、図１～図４に示すように、上述のスライド部１０に加え、モータユニット２０（モータ）と、ボールねじナット３０と、ボールねじ軸４０と、ケーシング５０と、ベルト８０と、支持部材９０とを備える。

モータユニット２０は、出力軸２１（回転軸）と、モータ本体２３と、モータ本体２３を収納するモータハウジング２２と、モータ本体２３を支持するモータブラケット２４と、モータブラケット２４に支持されるプーリカバー２６とを有する。

モータ本体２３は、例えば、ステッピングモータであり、ロータ、ステータ、エンコーダ等を有している。モータ本体２３には、ケーブルユニット２５のケーブルを介して商用電源から電力が供給される。ケーブルユニット２５はモータ本体２３に外部からの電力供給や制御信号の入出力等を行うケーブルとケーブルを保護するケーブルガイドを含み、ケーブルガイドの一端はモータユニット２０のプーリカバー２６に固定され他端はケーシング５０に固定される。モータ本体２３に電力が供給されることによって、モータ本体２３のロータが回転する。このロータの回転運動は、出力軸２１に出力される。これにより、出力軸２１は回転する。

モータ本体２３は、ケーシング５０の外部、詳しくは、ケーシング５０の＋Ｘ側の側面に配置され、モータブラケット２４を介してスライド部１０に取り付けられて固定されている。これにより、モータユニット２０は、ケーシング５０の＋Ｘ側の側面上を、スライド部１０と共に直線運動方向Ｄ１に往復運動する。図４に示すように、このモータブラケット２４からは、出力軸２１が突出している。出力軸２１の先端には、プーリ２１ａが固定されている。このプーリ２１ａには、ベルト８０が取り付けられる。

ボールねじナット３０は、図２（Ｂ）に示すように、ボールねじ軸４０に螺合された状態で、ケーシング５０に収容されている。ボールねじナット３０は、剛性を有する複数のボールねじ用球体を介してボールねじ軸４０に嵌め込まれている。ボールねじナット３０には、プーリ３０ａが固定されている。このプーリ３０ａには、ベルト８０が取り付けられる（図４参照）。

ボールねじ軸４０は、ボールねじナット３０との螺合に基づいて、回転するボールねじナット３０を直線運動させる。このボールねじ軸４０は、回転運動又は直線運動をしないように固定された状態でケーシング５０に収容されている。

ケーシング５０は、図２及び図４に示すように、直線運動方向Ｄ１を長手方向とする略直方体の部材であり、ボールねじナット３０及びボールねじ軸４０に加えて、スライド部１０を収容する。本実施の形態においては、ケーシング５０は、ケーシング本体５１と、カバー６０と、先端側支持端部７１と、後端側支持端部７２とから構成されている。

ケーシング本体５１には、ベルト８０が外部に引き出される開口５１ａが形成されている。このケーシング本体５１は、図５に示すように、本実施の形態においては、スライド部１０を支持するベース５２と、天板部５３と、側壁部５４と、２つのカバー固定部５５とから構成されている。

ベース５２は、例えば、アルミニウムを押出成形することによって形成されている。このベース５２の一対の側壁の対向する面には、図３に示すように、凹部５２ａ、５２ｂがそれぞれ形成されている。この凹部５２ａ、５２ｂには、溝が形成された鉄製のガイドレール５６が取り付けられている。ベース５２には、剛性を有する複数のリニアガイド用球体を介して、スライド部１０が支持されている。そして、ガイドレール５６の溝を、リニアガイド用球体が転動することにより、スライド部１０は、ベース５２上を円滑に往復運動する。

天板部５３及び側壁部５４は、機械構造部分であるボールねじナット３０及びボールねじ軸４０を保護する。

カバー６０は、直線運動方向Ｄ１に平行な方向を長手方向として延設されている部材である。カバー６０は、図３及び図４に示すように、ベルト８０に干渉しない状態で、ケーシング本体５１の開口５１ａの一部を覆うことで、ボールねじナット３０及びボールねじ軸４０を保護する。カバー６０は、例えば、アルミニウムを押出成形することによって形成されている。このカバー６０は、図６に示すように、直線運動方向Ｄ１に沿って形成されている溝６０ａを有している。そして、このカバー６０には、溝６０ａの内面として構成されている第１～第４の被支持面６１～６４が形成されている。第１の被支持面６１は、第２の被支持面６２に対向する面であり、第１の被支持面６１及び第２の被支持面６２は、Ｚ軸方向に直交する面である。第３の被支持面６３は、第４の被支持面６４に対向する面であり、第３の被支持面６３及び第４の被支持面６４は、Ｘ軸方向に直交する面である。また、第１～第４の被支持面６１～６４は、いずれも直線運動方向Ｄ１に平行な面である。また、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、カバー６０の－Ｙ側の端部及び＋Ｙ側の端部は、２つのカバー固定部５５によって支持されている。これにより、カバー６０は、ケーシング本体５１に両持ち梁状に支持される。カバー６０は、ボルトによって、カバー固定部５５及びベース５２に固定されている。カバー６０が開口５１ａの一部を覆うことで、カバー６０は、開口５１ａを２つの間隙５１ａ－１、５１ａ－２に区分する。間隙５１ａ－１、５１ａ－２は、スライド部１０が直線運動する際のベルト８０が移動する隙間として機能する。間隙５１ａ－１、５１ａ－２は、スライド部１０が直線運動する際のベルト８０に干渉しない大きさに構成されている。

カバー６０は、ケーシング本体５１に両持ち梁状に支持されているため、アクチュエータ１の設置状況により、図８（Ａ）に示すように、Ｚ軸方向に平行な第１の撓み方向Ｄ２に撓んだり、図８（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に平行な第２の撓み方向Ｄ３に撓んだりする。なお、図８での第１の撓み方向Ｄ２は、第２の撓み方向Ｄ３に直交する方向である。

先端側支持端部７１は、図１に示すように、ケーシング５０の先端部を構成する部分である。この先端側支持端部７１は、ケーシング本体５１の先端側（－Ｙ側）に、ボルト等の留め具によって固定されている。

後端側支持端部７２は、図４に示すように、ケーシング５０の後端部を構成する部分である。この後端側支持端部７２は、ケーシング本体５１の後端部（＋Ｙ側）に、ボルト等の留め具によって固定されている。図２に示すように、後端側支持端部７２は、先端側支持端部７１と共に、ボールねじ軸４０が回転運動又は直線運動をしないように、ボールねじ軸４０を固定する。

ベルト８０は、図３に示すように、出力軸２１のプーリ２１ａとボールねじナット３０のプーリ３０ａとに張力がかかった状態に取り付けられることで、プーリ２１ａの回転運動をプーリ３０ａに伝達する。ここで、ベルト８０の張力はモータブラケット２４に対してモータ本体２３をＸ軸方向へ移動させることで調整されている。ベルト８０は、例えば、プーリ２１ａ、３０ａに形成された歯に係合する複数の歯が形成されたタイミングベルトである。

支持部材９０は、スライド部１０の＋Ｘ側の側面に設けられている。支持部材９０は、カバー６０がその自重により撓まないようにカバー６０を支持するために用いられる。支持部材９０は、例えば、樹脂によって形成され、より好ましくは、ポリアセタール樹脂によって形成されている。この支持部材９０には、図９に示すように、スライド部１０が直線運動する際に第１～第４の被支持面６１～６４に接する第１～第４の支持面９１～９４が形成されている。支持部材９０は、そのＸＺ断面がカバー６０の溝６０ａのＸＺ断面の形状と同等の形状に形成されている。具体的には、支持部材９０は、ＸＺ断面がＬ字形状となるように形成されている。

スライド部１０は、図１０に示すように、スライド部本体１１と、スライド部本体に固定されているリターンキャップ１２と、ベアリング１３とを有する。

スライド部本体１１は、Ｙ方向に貫通する貫通孔１１ａが形成されている部材である。スライド部本体１１は、例えば、鉄等の金属によって形成されている。貫通孔１１ａには、ボールねじナット３０が、ベアリング１３を介して回転可能に嵌め込み支持されている。スライド部本体１１の＋Ｘ側の面及び－Ｘ側の面には、リニアガイド用球体が転動するための溝１１ｃが、貫通孔１１ａの貫通方向（Ｙ軸方向）に平行に形成されている。また、スライド部本体１１には、テーブル等の移動対象物が取り付けられる一対の移動対象物取付部１１ｂが形成されている。移動対象物取付部１１ｂは、図１に示すように、ケーシング５０から外部に露出する部分であり、Ｙ軸方向に延びると共に、その上面にねじ穴が形成されている。なお、スライド部１０に固定されるモータユニット２０は、スライド部１０の移動対象物取付部１１ｂが配置される面以外に配置することが好ましい。

リターンキャップ１２は、図１０に示すように、リニアガイド用球体が循環する循環路が内部に形成されている部材である。

上述のように構成されたアクチュエータ１の動作について、図１１～図１３を用いて説明する。

先ず、モータユニット２０のモータ本体２３に電力が供給されることによって、図１１に示すように、モータ本体２３の出力軸２１が回転方向Ｒ１に回転する。出力軸２１が回転方向Ｒ１に回転すると、ベルト８０によって回転力が伝達されて、出力軸２１に接続されているボールねじナット３０も回転方向Ｒ２に回転する。

ボールねじナット３０が回転すると、ボールねじ軸４０との螺合に基づいて、ボールねじナット３０は回転しながら、直線運動方向Ｄ１に直線運動をする。ボールねじナット３０が、直線運動方向Ｄ１に直線運動をすると、図１２及び図１３に示すように、ボールねじナット３０を回転可能に支持しているスライド部１０も、ボールねじナット３０と共に直線運動方向Ｄ１に直線運動をし、モータユニット２０もスライド部１０と共に直線運動方向Ｄ１に直線運動をする。ここで、図１３では、ケーブルユニット２５は取り外された状態であるが、ケーブルユニット２５の一端はモータユニット２０と共に直線運動方向Ｄ１に移動し、ケーブルユニット２５に含まれるケーブルとケーブルガイドはそれぞれモータ本体２３に電力供給や制御信号の入出力等、ケーブルの保護を行う。

このとき、図３に示すように、ベース５２に配置されているガイドレール５６の溝と、スライド部本体１１の溝１１ｃとの間に配置されたリニアガイド用球体が転がり接触しながら転動する。これにより、スライド部１０は、ガイドレール５６に案内されつつ円滑に直線運動する。

また、スライド部１０が直線運動すると、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、スライド部１０に固定されている支持部材９０は、カバー６０の自重により生じる第１の撓み方向Ｄ２の撓みを修正しつつ、カバー６０の溝６０ａ内を摺動する。以上により、スライド部１０の移動が完了する。

以上、説明したように、本実施の形態に係るアクチュエータ１においては、ケーシング５０は、開口５１ａを覆うカバー６０を有すると共に、ベルト８０にはアイドラが用いられていない。このため、図３に示すように、ケーシング５０内にアイドラを収容する必要がないため、ケーシング５０の幅Ｗ１を小さくすることができる。

例えば、図１５に示す比較例に係るアクチュエータ１Ａのように、ベルト８０にアイドラ８１が用いられているものの場合、ケーシング５０の幅Ｗ２が大きくなる。この結果、このアクチュエータ１Ａ全体が大型化してしまう。これに対して、本実施の形態に係るアクチュエータ１においては、図３に示すように、ケーシング５０内にアイドラを収容する必要がないため、ケーシング５０の幅Ｗ１を小さくすることができる。この結果、カバー６０によりケーシング５０の内部への異物の進入を防ぎつつ、アクチュエータ１全体を小型化することができる。

また、本実施の形態に係るアクチュエータ１においては、図６に示すように、カバー６０を支持する支持部材９０を備える。このため、スライド部１０の直線運動方向Ｄ１における進退移動により、支持部材９０が、カバー６０の自重により生じる撓みを修正しつつ、カバー６０の溝６０ａ内を摺動することができる。このため、アクチュエータ１では、カバー６０の撓みにより、カバー６０がベルト８０や周辺の部材に干渉することを抑制することができる。ひいては、カバー６０のベルト８０等への干渉に起因して、スライド部１０の直線運動方向Ｄ１の移動を阻害することを抑制することができる。また、スライド部１０の移動距離が大きいアクチュエータ１を構成することも可能になる。

また、支持部材９０は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、カバー６０を、互いに直交する第１の撓み方向Ｄ２及び第２の撓み方向Ｄ３に支持する。すなわち、支持部材９０は、カバー６０を、－Ｚ方向、＋Ｚ方向、－Ｘ方向及び＋Ｘ方向の４方向に支持している。このため、アクチュエータ１の設置状況に関わらず、スライド部１０の直線運動方向Ｄ１における進退移動により、支持部材９０が、カバー６０の自重により生じる撓みを矯正することができる。仮に、図１６に示すように、第１の撓み方向Ｄ２及び第２の撓み方向Ｄ３以外の方向Ｄ４に撓みが生じても、支持部材９０は、カバー６０の自重により生じる撓みを矯正することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態によって限定されるものではない。

例えば、本実施の形態においては、支持部材９０は、ＸＺ断面がＬ字形状となるように形成されている。しかしながら、これに限られない。支持部材９０は、図１７に示すように、ＸＺ断面がＴ字形状となるように形成されていてもよい。また、カバー６０を、互いに直交する第１の撓み方向Ｄ２及び第２の撓み方向Ｄ３に支持できる形状であれば、Ｌ字形状又はＴ字形状以外の形状に形成されていてもよい。

また、本実施の形態においては、ケーシング本体５１の＋Ｘ側の側面には、図３に示すように、カバー６０が取り付けられている。しかしながら、これに限られない。カバー６０は、ケーシング本体５１の－Ｘ側の側面に取り付けられてもよい。

また、本実施の形態においては、図９に示すように、第１～第４の被支持面６１～６４、第１～第４の支持面９１～９４は、平坦な面である。しかしながら、これに限られない。支持部材９０が、カバー６０を第１の撓み方向Ｄ２及び第２の撓み方向Ｄ３に支持可能であれば、平坦な面でなくてもよい。例えば、第１～第４の被支持面６１～６４及び第１～第４の支持面９１～９４の一方が平坦な面であり、第１～第４の被支持面６１～６４及び第１～第４の支持面９１～９４の他方が曲面であってもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

１，１Ａ：アクチュエータ
１０：スライド部
１１：スライド部本体
１１ａ：貫通孔
１１ｂ：移動対象物取付部
１１ｃ：溝
１２：リターンキャップ
１３：ベアリング
２０：モータユニット（モータ）
２１：出力軸（回転軸）
２１ａ，３０ａ：プーリ
２２：モータハウジング
２３：モータ本体
２４：モータブラケット
２５：ケーブルユニット
２６：プーリカバー
３０：ボールねじナット
４０：ボールねじ軸
５０：ケーシング
５１：ケーシング本体
５１ａ：開口
５１ａ－１，５１ａ－２：間隙
５２：ベース
５２ａ，５２ｂ：凹部
５３：天板部
５４：側壁部
５５：カバー固定部
５６：ガイドレール
６０：カバー
６０ａ：溝
６１：第１の被支持面
６２：第２の被支持面
６３：第３の被支持面
６４：第４の被支持面
７１：先端側支持端部
７２：後端側支持端部
８０：ベルト
８１：アイドラ
９０：支持部材
９１：第１の支持面
９２：第２の支持面
９３：第３の支持面
９４：第４の支持面
Ｄ１：直線運動方向
Ｄ２：第１の撓み方向
Ｄ３：第２の撓み方向
Ｄ４，Ｒ１，Ｒ２：方向
Ｗ１，Ｗ２：幅

Claims (7)

1. ケーシングの外部にモータが配置されていると共に、スライド部が直線運動するアクチュエータであって、
   回転軸を有するモータと、
   前記回転軸の回転によって回転するボールねじナットと、
   前記ボールねじナットが螺合された状態で設けられ、前記ボールねじナットとの螺合に基づいて、回転する前記ボールねじナットを直線運動させるボールねじ軸と、
   前記ボールねじナットを回転可能に支持すると共に、前記モータが固定され、前記ボールねじナットの直線運動に基づいて、前記モータと共に直線運動するスライド部と、
   前記ボールねじ軸を固定した状態で、前記スライド部の一部、前記ボールねじ軸、及び前記ボールねじナットを収容するケーシングと、
   前記回転軸の回転運動を前記ボールねじナットに伝達するベルトと、
   前記スライド部に設けられている支持部材と、
   を備え、
   前記ケーシングは、前記ベルトが外部に引き出される開口が形成されているケーシング本体と、前記ベルトに干渉しない状態で前記開口の少なくとも一部を覆うカバーと、を有し、
   前記支持部材は、前記カバーを支持する、アクチュエータ。
2. 前記カバーは、前記スライド部が直線運動する方向である直線運動方向に平行な方向に延設され、
   前記カバーの両端は、前記ケーシング本体に支持されている、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記支持部材は、前記カバーを、前記スライド部が直線運動する方向である直線運動方向に平行な方向に直交する第１の撓み方向に支持する、請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 前記カバーには、前記第１の撓み方向に直交する第１の被支持面と、前記第１の被支持面に対向する第２の被支持面と、が形成され、
   前記支持部材には、前記第１の被支持面に接する第１の支持面と、前記第２の被支持面に接する第２の支持面と、が形成されている、請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記支持部材は、前記カバーを、前記平行な方向に直交し、且つ、前記第１の撓み方向に直交する第２の撓み方向に支持する、請求項３又は４に記載のアクチュエータ。
6. 前記カバーには、前記第２の撓み方向に直交する第３の被支持面と、前記第３の被支持面に対向する第４の被支持面と、が形成され、
   前記支持部材には、前記第３の被支持面に接する第３の支持面と、前記第４の被支持面に接する第４の支持面と、が形成されている、請求項５に記載のアクチュエータ。
7. 前記支持部材において、前記スライド部が直線運動する方向である直線運動方向に直交する断面は、Ｌ字形状又はＴ字形状である、請求項１から６のいずれか一項に記載のアクチュエータ。

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