JP7458609B2 - power converter - Google Patents

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Description

本発明は、動力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.

従来、動力変換装置を構成するアクチュエータとして、圧縮空気のエネルギーを移動体の直線運動に変換するエアシリンダーが知られている。一般的に、エアシリンダーは、圧縮空気のエネルギーを利用してピストンロッドがシリンダ内をスライドするように構成されている。このようなエアシリンダーは、小型で高出力を得ることができる一方で、シリンダ内に導入された圧縮空気を行程毎に捨てているため、エネルギーの利用効率が低いことが知られている。 BACKGROUND ART Conventionally, an air cylinder that converts the energy of compressed air into linear motion of a moving body is known as an actuator that constitutes a power conversion device. Generally, an air cylinder is configured such that a piston rod slides within the cylinder using the energy of compressed air. Although such air cylinders are small and can provide high output, it is known that the compressed air introduced into the cylinder is discarded after each stroke, and therefore the energy utilization efficiency is low.

そこで、エアシリンダーに代えて、下記特許文献１に記載のような電動アクチュエータを用いるのが好ましい。この電動アクチュエータは、移動体に機械的に連結されたねじ手段を電動モータで回転させることによって、移動体を直線方向に動かすように構成されている。電動モータを用いれば、熱損失を除いて全てが機械エネルギーに変換されるため、エアシリンダーを用いる場合に比べて高いエネルギー効率が得られる。 Therefore, it is preferable to use an electric actuator as described in Patent Document 1 below instead of the air cylinder. This electric actuator is configured to move a movable body in a linear direction by rotating screw means mechanically connected to the movable body using an electric motor. If an electric motor is used, all but heat loss is converted into mechanical energy, resulting in higher energy efficiency than when using an air cylinder.

特開平１１－３５１３４８号公報Japanese Patent Application Publication No. 11-351348

ところが、汎用の電動モータを用いると、エアシリンダーを用いる場合に比べて電動アクチュエータ自体が大きくなり、その結果、動力変換装置が大型になるという問題が生じ得る。そこで、電動アクチュエータ自体を小さくするのに小型のサーボモータを用いることができる。このとき、サーボモータの周辺構造を技術的に工夫することによって、サーボモータを含む動力変換装置全体の大きさを、エアシリンダーを用いる場合と同等のレベルまで抑えるのが好ましい。 However, when a general-purpose electric motor is used, the electric actuator itself becomes larger than when an air cylinder is used, and as a result, a problem may arise in that the power conversion device becomes large. Therefore, a small servo motor can be used to reduce the size of the electric actuator itself. At this time, it is preferable to reduce the size of the entire power conversion device including the servo motor to a level equivalent to that when using an air cylinder by technically devising the peripheral structure of the servo motor.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、サーボモータを使用した小型の動力変換装置を提供しようとするものである。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a small power conversion device that uses a servo motor.

本発明の一態様は、
第１方向をモータ軸線方向とするサーボモータと、
上記第１方向をギア軸線方向とするウォームと、
上記第１方向に延びるラックと、上記ウォームと上記ラックのそれぞれに噛み合うピニオンと、を有し、上記ウォームのギア軸線まわりの回転運動を、上記ピニオンを介して上記ラックの上記第１方向の直線運動に変換するラックアンドピニオン機構と、
上記サーボモータの回転をギアの噛み合いによって上記ウォームに伝えるギア機構と、
可動体に取付けられ且つ上記ラックと平行に上記第１方向に延びるガイドシャフトと、
上記ラックと上記ガイドシャフトの両方を上記第１方向にスライド可能に支持するベース部材と、
を備え、
上記ラックは、上記可動体に取り付けられており、上記第１方向にスライドすることにより上記ガイドシャフトとともに上記可動体の上記第１方向の動きをガイドし、
上記サーボモータと上記ウォームと上記ラックは、上記第１方向と直交する第２方向に並置されている、動力変換装置、
にある。 One aspect of the present invention is
a servo motor whose first direction is the motor axis direction;
a worm whose gear axis direction is the first direction;
a rack extending in the first direction; and a pinion that meshes with each of the worm and the rack, and the rotary movement of the worm about the gear axis is transmitted through the pinion to the straight line of the rack in the first direction. A rack and pinion mechanism that converts into motion,
a gear mechanism that transmits the rotation of the servo motor to the worm through meshing of gears;
a guide shaft attached to the movable body and extending in the first direction parallel to the rack;
a base member that slidably supports both the rack and the guide shaft in the first direction;
Equipped with
The rack is attached to the movable body, and by sliding in the first direction, guides the movement of the movable body in the first direction together with the guide shaft,
The servo motor, the worm, and the rack are arranged in parallel in a second direction orthogonal to the first direction, a power conversion device;
It is in.

上記の動力変換装置において、サーボモータがモータ軸線まわりに回転するとその回転がギア機構を介してウォームに伝わり、ウォームがギア軸線まわりに回転する。そして、ラックアンドピニオン機構において、ウォームのギア軸線まわりの回転運動がピニオンを介してラックの第１方向の直線運動に変換される。これにより、サーボモータの回転に伴ってラックを第１方向にスライドさせることができる。 In the above power conversion device, when the servo motor rotates around the motor axis, the rotation is transmitted to the worm through the gear mechanism, and the worm rotates around the gear axis. In the rack and pinion mechanism, the rotational movement of the worm about the gear axis is converted into linear movement of the rack in the first direction via the pinion. This allows the rack to slide in the first direction as the servo motor rotates.

ここで、サーボモータのような電動アクチュエータは、熱損失を除いて全てを機械エネルギーに変換できるため、エアシリンダーのようなアクチュエータを用いる場合に比べて高いエネルギー効率を得ることができる。また、サーボモータは、一般的な電動モータに比べて小型化が可能であり、アクチュエータ自体を小さくできる。それに加えて、サーボモータとウォームとラックを、互いに平行に延びるように設けるとともに、第１方向と直交する第２方向に並べて配置するようにしている。これにより、第１方向と第２方向の両方に直交する方向を第３方向としたとき、動力変換装置の第２方向の寸法と第３方向の寸法をともに小さく抑えることが可能になる。 Here, since an electric actuator such as a servo motor can convert all energy except heat loss into mechanical energy, it is possible to obtain higher energy efficiency than when using an actuator such as an air cylinder. Further, the servo motor can be made smaller than a general electric motor, and the actuator itself can be made smaller. In addition, the servo motor, worm, and rack are provided so as to extend parallel to each other, and are arranged side by side in a second direction orthogonal to the first direction. Thereby, when the third direction is a direction perpendicular to both the first direction and the second direction, it becomes possible to suppress the dimensions of the power conversion device in both the second direction and the third direction.

以上のごとく、上記の態様によれば、サーボモータを使用した小型の動力変換装置を提供することができる。 As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a small-sized power conversion device using a servo motor.

実施形態１の動力変換装置の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a power conversion device according to a first embodiment. 図１の平面図。FIG. 2 is a plan view of FIG. 1. 図２のIII-III線矢視断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 2. 実施形態１の動力変換装置におけるサーボモータの制御に関するシステム構成図。FIG. 2 is a system configuration diagram regarding control of a servo motor in the power conversion device of the first embodiment. 図２において可動体の動きを説明するための平面図。FIG. 3 is a plan view for explaining the movement of the movable body in FIG. 2; 実施形態２の動力変換装置について図３に対応した断面図。FIG. 4 is a sectional view corresponding to FIG. 3 of the power conversion device of Embodiment 2. 参考形態の動力変換装置について図１に対応した斜視図。FIG. 2 is a perspective view corresponding to FIG. 1 of a power conversion device of a reference form . 参考形態の動力変換装置について図３に対応した断面図。FIG. 4 is a sectional view corresponding to FIG. 3 of a power conversion device of a reference form .

上述の態様の好ましい実施形態について以下に説明する。 Preferred embodiments of the above aspects are described below.

上記の動力変換装置において、上記サーボモータのモータ軸線と上記ウォームの上記ギア軸線を通り上記第２方向に延びる仮想直線上に上記ラックが配置されているのが好ましい。 In the above power conversion device, it is preferable that the rack is arranged on an imaginary straight line extending in the second direction through the motor axis of the servo motor and the gear axis of the worm.

この動力変換装置によれば、サーボモータとウォームとラックの全てを第２方向の真横に並置させることができる。これにより、動力変換装置の第３方向の寸法を更に小さく抑えることが可能になる。 According to this power conversion device, the servo motor, the worm, and the rack can all be arranged side by side in the second direction. This makes it possible to further reduce the dimension of the power conversion device in the third direction.

上記の動力変換装置は、上記ラックに取付けられた可動体と、上記可動体の上記第１方向の動きをガイドするために上記可動体に取付けられ且つ上記第１方向に延びるガイドシャフトと、を備えるのが好ましい。 The power conversion device includes a movable body attached to the rack, and a guide shaft attached to the movable body and extending in the first direction to guide movement of the movable body in the first direction. It is preferable to prepare.

この動力変換装置によれば、可動体の第１方向の動きをガイドシャフトによってガイドすることができるため、可動体の直進性を高めることができる。このとき、ラックは、ガイドシャフトと同様である可動体のガイド機能を兼務している。従って、ガイドシャフトの数を必要以上に増やす必要がなく、可動体をガイドするための構造を簡素化することができる。 According to this power conversion device, since the movement of the movable body in the first direction can be guided by the guide shaft, the straightness of the movable body can be improved. At this time, the rack also serves as a guide for the movable body, similar to the guide shaft. Therefore, there is no need to increase the number of guide shafts more than necessary, and the structure for guiding the movable body can be simplified.

上記の動力変換装置において、上記ラックと上記ガイドシャフトとの間に上記サーボモータ及び上記ウォームが介装されているのが好ましい。 In the above power conversion device, it is preferable that the servo motor and the worm are interposed between the rack and the guide shaft.

この動力変換装置によれば、ラックとガイドシャフトを離すことによって可動体を安定して支持することができ、可動体のガイド機能を高めることができる。 According to this power conversion device, by separating the rack and the guide shaft, the movable body can be stably supported, and the guiding function of the movable body can be enhanced.

上記の動力変換装置において、上記サーボモータのモータ軸線と上記ウォームの上記ギア軸線を通り上記第２方向に延びる仮想直線上に上記ラック及び上記ガイドシャフトが配置されているのが好ましい。 In the power conversion device, it is preferable that the rack and the guide shaft are arranged on an imaginary straight line extending in the second direction through the motor axis of the servo motor and the gear axis of the worm.

この動力変換装置によれば、サーボモータとウォームとラックとガイドシャフトの全てを第２方向の真横に並置させることができる。これにより、動力変換装置の第３方向の寸法を更に小さく抑えることが可能になる。 According to this power conversion device, the servo motor, the worm, the rack, and the guide shaft can all be arranged side by side in the second direction. This makes it possible to further reduce the dimension of the power conversion device in the third direction.

以下、動力変換装置の具体的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the power conversion device will be described with reference to the drawings.

なお、この実施形態を説明するための図面において、特にことわらない限り、ラックが直線運動する第１方向を矢印Ｘで示し、上記第１方向と直交する第２方向を矢印Ｙで示し、第１方向と第２方向の両方に直交する第３方向を矢印Ｚで示すものとする。 In the drawings for explaining this embodiment, unless otherwise specified, a first direction in which the rack moves linearly is indicated by an arrow X, a second direction orthogonal to the first direction is indicated by an arrow Y, and A third direction perpendicular to both the first direction and the second direction is indicated by an arrow Z.

（実施形態１）
図１及び図２に示されるように、実施形態１の動力変換装置１０１は、ベース部材１と、サーボモータ１０と、ウォーム２０と、ラックアンドピニオン機構３０と、ギア機構４０と、可動体５０と、ガイドシャフト５１と、を備えている。 (Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1 and 2, the power conversion device 101 of the first embodiment includes a base member 1, a servo motor 10, a worm 20, a rack and pinion mechanism 30, a gear mechanism 40, and a movable body 50. and a guide shaft 51.

ベース部材１は、第３方向Ｚを板厚方向とした底板部２と、第１方向Ｘを板厚方向として底板部２から立設し且つ第１方向Ｘに離間して設けられた２つの側板部３と、底板部２から延出し底板部２と平行に設けられた上板部４と、を有する。このベース部材１には、可動体５０を除いた構成要素の全部或いは一部を収容するためのケース５が取り付けられている。 The base member 1 includes a bottom plate part 2 with a third direction Z as the thickness direction, and two parts provided upright from the bottom plate part 2 and spaced apart in the first direction X with the first direction X as the thickness direction. It has a side plate part 3 and an upper plate part 4 extending from the bottom plate part 2 and provided in parallel to the bottom plate part 2. A case 5 is attached to the base member 1 for accommodating all or part of the components except for the movable body 50.

なお、本明細書でいう「平行」とは、比較対象が実質的に平行に設けられていればよく、厳密に平行である場合は勿論、公差や組付け誤差などによって微小の傾きやズレが生じている場合も、ここでいう「平行」の範疇に含まれるものとする。 In addition, "parallel" as used in this specification only requires that the objects to be compared be placed substantially parallel, and not only in cases where they are strictly parallel, but also in cases where there is slight inclination or misalignment due to tolerances or assembly errors. Even if they occur, they are considered to be included in the category of "parallel" here.

サーボモータ１０は、第１方向Ｘに延びるモータシャフト１１ａ（図２を参照）を有し、第１方向Ｘをモータ軸線Ａ１に沿ったモータ軸線方向とする電動アクチュエータである。このサーボモータ１０は、ベース部材１の２つの側板部３に架け渡された状態で固定されている。このサーボモータ１０のモータハウジング１０ａ内には、駆動部１１とエンコーダ１２が収容されている。 The servo motor 10 is an electric actuator that has a motor shaft 11a (see FIG. 2) extending in a first direction X, and the first direction X is the motor axis direction along the motor axis A1. The servo motor 10 is fixed across two side plate parts 3 of the base member 1. A drive section 11 and an encoder 12 are housed in a motor housing 10a of this servo motor 10.

駆動部１１は、既知のものであるため、具体的な構造についての記載は省略するが、固定子、回転子、コイル等の複数の要素からなる。エンコーダ１２は、駆動部１１の回転子の回転角度を含む情報を検出する検出器として構成されている。 Since the drive section 11 is a known structure, a detailed description of its structure will be omitted, but it is composed of a plurality of elements such as a stator, a rotor, and a coil. The encoder 12 is configured as a detector that detects information including the rotation angle of the rotor of the drive unit 11.

なお、サーボモータ１０は、電動のものであればその種類は特に限定されるものではない。このサーボモータ１０は、直流モータであってよいし、或いは交流モータであってもよし、或いはパルスモータであってもよい。駆動部１１の構成は、サーボモータ１０の種類に応じて適宜に変更される。 Note that the type of servo motor 10 is not particularly limited as long as it is electric. This servo motor 10 may be a DC motor, an AC motor, or a pulse motor. The configuration of the drive unit 11 is changed as appropriate depending on the type of servo motor 10.

ウォーム２０は、第１方向Ｘをギア軸線Ａ２に沿ったギア軸線方向とする円柱状のネジ歯車として構成されている。このウォーム２０の周面に螺旋状のネジ歯２０ａが設けられている。このウォーム２０は、その第１方向Ｘの両端部がベース部材１の２つの側板部３に回転可能に支持されている。このウォーム２０は、サーボモータ１０に対して第２方向Ｙの真横に配置されている。 The worm 20 is configured as a cylindrical screw gear with the first direction X being the gear axis direction along the gear axis A2. A spiral screw tooth 20a is provided on the circumferential surface of the worm 20. Both ends of the worm 20 in the first direction X are rotatably supported by the two side plates 3 of the base member 1. This worm 20 is arranged right beside the servo motor 10 in the second direction Y.

ラックアンドピニオン機構３０は、ラック３１とピニオン３２を有する。 The rack and pinion mechanism 30 has a rack 31 and a pinion 32.

ラック３１は、第１方向Ｘに延びる円柱状の部材であり、サーボモータ１０及びウォーム２０よりも小径となるように構成されている。このラック３１のうちピニオン３２との対向面には、第１方向Ｘに沿って複数のラック歯３１ａが設けられている。このラック３１は、ベース部材１の２つの側板部３に設けられた貫通穴（図示省略）に挿通されることによって第１方向Ｘにスライド可能に支持されている。 The rack 31 is a cylindrical member extending in the first direction X, and is configured to have a smaller diameter than the servo motor 10 and the worm 20. A plurality of rack teeth 31a are provided along the first direction X on the surface of the rack 31 that faces the pinion 32. The rack 31 is supported so as to be slidable in the first direction X by being inserted into through holes (not shown) provided in the two side plates 3 of the base member 1 .

ピニオン３２は、第３方向Ｚを回転軸線Ａ３に沿った回転軸線方向とし、ウォーム２０とラック３１のそれぞれに噛み合うホイール歯車として構成されている。このピニオン３２は、ウォーム２０及びラック３１のそれぞれに対して第２方向Ｙの真横に配置されている。このピニオン３２には、ウォーム２０に合うように円弧上に複数の係合歯３２ａが設けられている。このピニオン３２は、ベース部材１の底板部２と上板部４によって回転軸線Ａ３まわりに回転可能に支持されている。 The pinion 32 has the third direction Z as the rotation axis direction along the rotation axis A3, and is configured as a wheel gear that meshes with the worm 20 and the rack 31, respectively. This pinion 32 is arranged right beside each of the worm 20 and the rack 31 in the second direction Y. This pinion 32 is provided with a plurality of engagement teeth 32a on an arc so as to fit the worm 20. This pinion 32 is supported by the bottom plate part 2 and the top plate part 4 of the base member 1 so as to be rotatable around the rotation axis A3.

ピニオン３２がウォーム２０のギア軸線Ａ２まわりの回転に伴って回転軸線Ａ３まわりに回転すると、ラック３１が第１方向Ｘにスライドするように構成されている。これにより、ラックアンドピニオン機構３０は、ウォーム２０のギア軸線Ａ２まわりの回転運動を、ピニオン３２を介してラック３１の第１方向Ｘの直線運動に変換する機能を果たす。 The rack 31 is configured to slide in the first direction X when the pinion 32 rotates around the rotation axis A3 as the worm 20 rotates around the gear axis A2. Thereby, the rack and pinion mechanism 30 functions to convert the rotational movement of the worm 20 around the gear axis A2 into linear movement of the rack 31 in the first direction X via the pinion 32.

ウォーム２０、ラック３１及びピニオン３２は、推力及び耐久性を高めるために、それぞれの歯（ネジ歯２０ａ、ラック歯３１ａ、係合歯３２ａ）の大きさを大きくして面圧をかせぐように設計されるのが好ましい。 The worm 20, rack 31, and pinion 32 are designed to increase surface pressure by increasing the size of each tooth (screw tooth 20a, rack tooth 31a, and engagement tooth 32a) in order to increase thrust and durability. Preferably.

なお、ピニオン３２は、ウォーム２０に対するウォームホイールを構成するものであり、ウォーム２０とピニオン３２を合わせた機構によって「ウォームギア」が構成される。これにより、ピニオン３２は、ラックアンドピニオン機構３０の一要素と、ウォームギアの一要素を兼務している。このような構成は、ウォーム２０からラック３１までの荷重伝達経路を構成する構成要素の数を少なくして、荷重伝達経路の構造を簡素化するのに有効である。 The pinion 32 constitutes a worm wheel for the worm 20, and the combination of the worm 20 and the pinion 32 constitutes a "worm gear." Thereby, the pinion 32 serves both as one element of the rack and pinion mechanism 30 and as one element of the worm gear. Such a configuration is effective in reducing the number of components constituting the load transmission path from the worm 20 to the rack 31 and simplifying the structure of the load transmission path.

ギア機構４０は、モータシャフト１１ａの第１方向Ｘの一端部に同軸状に設けられたギア４１と、ウォーム２０の第１方向Ｘの一端部に同軸状に設けられたギア４２と、を有する。２つのギア４１，４２は、第１方向Ｘに互いに平行に延びている。２つのギア４１，４２は、歯すじが第１方向Ｘの軸に平行な直線である平歯車であり、互いに噛み合うように設けられている。 The gear mechanism 40 includes a gear 41 coaxially provided at one end of the motor shaft 11a in the first direction X, and a gear 42 coaxially provided at one end of the worm 20 in the first direction X. . The two gears 41 and 42 extend parallel to each other in the first direction X. The two gears 41 and 42 are spur gears whose tooth traces are straight lines parallel to the axis in the first direction X, and are provided so as to mesh with each other.

このとき、モータシャフト１１ａのモータ軸線Ａ1まわりの回転に伴ってギア４１が回転することによりギア４２が回転するように構成されている。これにより、ギア機構４０は、サーボモータ１０の回転を２つのギア４１，４２の噛み合いによってウォーム２０に伝える機能を果たす。 At this time, the gear 42 is configured to rotate as the gear 41 rotates as the motor shaft 11a rotates around the motor axis A1. Thereby, the gear mechanism 40 functions to transmit the rotation of the servo motor 10 to the worm 20 by meshing the two gears 41 and 42.

可動体５０は、サーボモータ１０を駆動源として第１方向Ｘに動く部材である。この可動体５０の形状は、動力変換装置１０１の使用用途に応じてプレート状或いはブロック状等に適宜に設定される。この可動体５０は、ラック３１の第１方向Ｘの一端部と、ガイドシャフト５１の第１方向Ｘの一端部にそれぞれ取付けられている。 The movable body 50 is a member that moves in the first direction X using the servo motor 10 as a drive source. The shape of the movable body 50 is appropriately set to a plate shape, a block shape, or the like depending on the usage of the power conversion device 101. The movable body 50 is attached to one end of the rack 31 in the first direction X and to one end of the guide shaft 51 in the first direction X, respectively.

ガイドシャフト５１は、ラック３１と平行となるように第１方向Ｘに延びている。このガイドシャフト５１は、同径の円柱状部材からなる点でラック３１と類似している一方で、ラック歯３１ａを備えていない点でラック３１と相違している。 The guide shaft 51 extends in the first direction X so as to be parallel to the rack 31. The guide shaft 51 is similar to the rack 31 in that it is made of a cylindrical member with the same diameter, but is different from the rack 31 in that it does not have rack teeth 31a.

このガイドシャフト５１は、可動体５０の第１方向Ｘの動きをガイドするために、可動体５０の第１方向Ｘまわりの回転を防ぐ機能を有する。このガイドシャフト５１は、ベース部材１の２つの側板部３に設けられた貫通穴（図示省略）に挿通されることによって第１方向Ｘにスライド可能に支持されている。 This guide shaft 51 has a function of preventing rotation of the movable body 50 around the first direction X in order to guide the movement of the movable body 50 in the first direction X. The guide shaft 51 is supported so as to be slidable in the first direction X by being inserted into through holes (not shown) provided in the two side plates 3 of the base member 1 .

ガイドシャフト５１は、サーボモータ１０及びウォーム２０を挟んで、ラック３１とは反対側の位置に設けられている。このため、ラック３１とガイドシャフト５１との間にサーボモータ１０及びウォーム２０が介装されている。 The guide shaft 51 is provided at a position opposite to the rack 31 with the servo motor 10 and the worm 20 interposed therebetween. For this reason, a servo motor 10 and a worm 20 are interposed between the rack 31 and the guide shaft 51.

図１及び図２に示されるように、動力変換装置１０１において、サーボモータ１０とウォーム２０とラック３１とガイドシャフト５１は、互いに平行に延びるように設けられているとともに、第１方向Ｘと直交する第２方向Ｙに並べて配置（並置）するようにしている。この場合、動力変換装置１０１を第２方向Ｙについて見たとき、サーボモータ１０とウォーム２０は、全部或いは一部が互いに重なるとともに、ラック３１及びガイドシャフト５１に対しても全部或いは一部が重なるように配置されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, in the power conversion device 101, the servo motor 10, the worm 20, the rack 31, and the guide shaft 51 are provided so as to extend parallel to each other, and are orthogonal to the first direction X. They are arranged side by side (juxtaposed) in a second direction Y. In this case, when the power conversion device 101 is viewed in the second direction Y, the servo motor 10 and the worm 20 partially or completely overlap with each other, and also completely or partially overlap with the rack 31 and the guide shaft 51. It is arranged like this.

図３に示されるように、動力変換装置１０１を第１方向Ｘについて見たとき、仮想直線Ｌと仮想直線Ｍが互いに平行となるように構成されている。ここで、仮想直線Ｌは、サーボモータ１０のモータ軸線Ａ１とウォーム２０のギア軸線Ａ２を通り第２方向Ｙに延びる仮想の直線である。仮想直線Ｍは、ラック３１の軸心とガイドシャフト５１の軸心を通り第２方向Ｙに延びる仮想の直線である。なお、本構成において、動力変換装置１０１の第３方向Ｚの寸法を小さくするためには、仮想直線Ｌと仮想直線Ｍの距離が極力小さくなるようにするのが好ましい。 As shown in FIG. 3, when the power conversion device 101 is viewed in the first direction X, the imaginary lines L and M are configured to be parallel to each other. Here, the imaginary line L is an imaginary line that passes through the motor axis A1 of the servo motor 10 and the gear axis A2 of the worm 20 and extends in the second direction Y. The imaginary line M is an imaginary line that passes through the axis of the rack 31 and the axis of the guide shaft 51 and extends in the second direction Y. In this configuration, in order to reduce the dimension of the power conversion device 101 in the third direction Z, it is preferable to make the distance between the imaginary lines L and M as small as possible.

図３の場合、仮想直線Ｌと仮想直線Ｍとの間にズレはあるが、動力変換装置１０１を第２方向Ｙについて見たとき、サーボモータ１０とウォーム２０とラック３１とガイドシャフト５１は、全部或いは一部が互いに重なるため、「第２方向Ｙに並置されている。」という形態に含まれる。 In the case of FIG. 3, although there is a deviation between the virtual straight line L and the virtual straight line M, when the power conversion device 101 is viewed in the second direction Y, the servo motor 10, the worm 20, the rack 31, and the guide shaft 51 are Since all or some of them overlap each other, they are included in the form of "being juxtaposed in the second direction Y."

サーボモータ１０の制御に関するシステム構成については特に限定されるものではないが、一例として、図４に示されるものを使用することができる。 The system configuration for controlling the servo motor 10 is not particularly limited, but as an example, the system configuration shown in FIG. 4 can be used.

図４に示されるように、サーボモータ１０は、駆動部１１がサーボドライバ１３に電気的に接続され、エンコーダ１２が制御回路１４に電気的に接続されている。電源Ｂの電力は、サーボドライバ１３を介して駆動部１１に供給される。エンコーダ１２で検出された検出信号は、フィードバック信号として制御回路１４に伝送される。制御回路１４は、エンコーダ１２からの検出信号に基づいて、サーボモータ１０の回転速度や回転位置などを正確に判断できる。 As shown in FIG. 4, in the servo motor 10, a drive section 11 is electrically connected to a servo driver 13, and an encoder 12 is electrically connected to a control circuit 14. Power from power source B is supplied to drive section 11 via servo driver 13. The detection signal detected by the encoder 12 is transmitted to the control circuit 14 as a feedback signal. The control circuit 14 can accurately determine the rotation speed, rotation position, etc. of the servo motor 10 based on the detection signal from the encoder 12.

制御回路１４は、エンコーダ１２からの検出信号と、コントローラ等の上位ＥＣＵ１５からの指令信号と、に基づいて、サーボドライバ１３にサーボモータ１０の回転のための制御信号を出力する。これにより、サーボモータ１０は、モータシャフト１１ａの回転方向、回転速度、回転開始時期、回転停止時期などについて制御される。 The control circuit 14 outputs a control signal for rotating the servo motor 10 to the servo driver 13 based on a detection signal from the encoder 12 and a command signal from a higher-level ECU 15 such as a controller. Thereby, the servo motor 10 is controlled with respect to the rotation direction, rotation speed, rotation start timing, rotation stop timing, etc. of the motor shaft 11a.

図５に示されるように、サーボモータ１０の制御によって、可動体５０の第１方向Ｘのスライド位置が制御される。例えば、実線で示される第１位置Ｐ１と、二点鎖線で示される第２位置Ｐ２との間で可動体５０がスライドすることによって、可動体５０とベース部材１との間の距離Ｄを調節することができる。このとき、サーボモータ１０を使用することによって、エアシリンダーのようなアクチュエータを用いる場合に比べて木目細かい制御が可能となり、制御の信頼性を向上させることができる。 As shown in FIG. 5, the servo motor 10 controls the sliding position of the movable body 50 in the first direction X. For example, the movable body 50 slides between a first position P1 shown by a solid line and a second position P2 shown by a two-dot chain line, thereby adjusting the distance D between the movable body 50 and the base member 1. In this case, the use of the servo motor 10 allows for more precise control than when an actuator such as an air cylinder is used, and the reliability of the control can be improved.

上述の実施形態１によれば、以下のような作用効果が得られる。 According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.

上記の動力変換装置１０１において、サーボモータ１０がモータ軸線Ａ１まわりに回転するとその回転がギア機構４０を介してウォーム２０に伝わり、ウォーム２０がギア軸線Ａ２まわりに回転する。そして、ラックアンドピニオン機構３０において、ウォーム２０のギア軸線Ａ２まわりの回転運動がピニオン３２を介してラック３１の第１方向Ｘの直線運動に変換される。これにより、サーボモータ１０の回転に伴ってラック３１を第１方向Ｘにスライドさせることができる。 In the power conversion device 101 described above, when the servo motor 10 rotates around the motor axis A1, the rotation is transmitted to the worm 20 via the gear mechanism 40, and the worm 20 rotates around the gear axis A2. In the rack and pinion mechanism 30, the rotational movement of the worm 20 about the gear axis A2 is converted into linear movement of the rack 31 in the first direction X via the pinion 32. Thereby, the rack 31 can be slid in the first direction X as the servo motor 10 rotates.

ここで、サーボモータ１０のような電動アクチュエータは、熱損失を除いて全てを機械エネルギーに変換できるため、エアシリンダーのようなアクチュエータを用いる場合に比べて高いエネルギー効率を得ることができる。とりわけ、エンコーダ１２からのフィードバック信号に基づいて数値制御を行うサーボモータ１０を使用すれば、エネルギー効率の更なる向上を図ることが可能になる。 Here, since an electric actuator such as the servo motor 10 can convert all energy except heat loss into mechanical energy, it is possible to obtain higher energy efficiency than when using an actuator such as an air cylinder. In particular, by using the servo motor 10 that performs numerical control based on the feedback signal from the encoder 12, it is possible to further improve energy efficiency.

また、サーボモータ１０は、一般的な電動モータに比べて小型化が可能であり、アクチュエータ自体を小さくできる。それに加えて、サーボモータ１０とウォーム２０とラック３１を、互いに平行に延びるように設けるとともに、第１方向Ｘと直交する第２方向Ｙに並べて配置するようにしている。これにより、動力変換装置１０１の第２方向Ｙの寸法と第３方向Ｚの寸法をともに小さく抑えることが可能になる。例えば、第２方向Ｙを幅方向とし、第３方向Ｚを厚み方向としたとき、動力変換装置１０１を幅方向と厚み方向の両方について小型化できる。 Further, the servo motor 10 can be made smaller than a general electric motor, and the actuator itself can be made smaller. In addition, the servo motor 10, the worm 20, and the rack 31 are provided so as to extend parallel to each other, and are arranged side by side in the second direction Y orthogonal to the first direction X. Thereby, it becomes possible to suppress both the dimensions of the power conversion device 101 in the second direction Y and the dimension in the third direction Z to be small. For example, when the second direction Y is the width direction and the third direction Z is the thickness direction, the power conversion device 101 can be downsized in both the width direction and the thickness direction.

従って、実施形態１によれば、サーボモータ１０を使用した小型の動力変換装置１０１を提供することができる。 Therefore, according to the first embodiment, it is possible to provide a small-sized power conversion device 101 using the servo motor 10.

上記の動力変換装置１０１によれば、構造を簡素化することによって、重量低減を図ることができる。 According to the power conversion device 101 described above, weight reduction can be achieved by simplifying the structure.

上記の動力変換装置１０１によれば、可動体５０の第１方向Ｘの動きをガイドシャフト５１によってガイドすることができるため、可動体５０の直進性を高めることができる。このとき、ラック３１は、ガイドシャフト５１と同様である可動体５０のガイド機能を兼務している。従って、ガイドシャフト５１の数を必要以上に増やす必要がなく、ラック３１とガイドシャフト５１をそれぞれ１つずつ設けることによって、可動体５０をガイドするための構造を簡素化することができる。 According to the power conversion device 101 described above, the movement of the movable body 50 in the first direction X can be guided by the guide shaft 51, thereby improving the linearity of the movable body 50. At this time, the rack 31 also serves as a guide for the movable body 50, similar to the guide shaft 51. Therefore, there is no need to increase the number of guide shafts 51 more than necessary, and by providing one rack 31 and one guide shaft 51, the structure for guiding the movable body 50 can be simplified.

上記の動力変換装置１０１によれば、ラック３１とガイドシャフト５１との間にサーボモータ１０及びウォーム２０が介装させてラック３１とガイドシャフト５１を離すことによって可動体５０を安定して支持することができ、可動体５０のガイド機能を高めることができる。 According to the power conversion device 101 described above, the servo motor 10 and the worm 20 are interposed between the rack 31 and the guide shaft 51, and the movable body 50 is stably supported by separating the rack 31 and the guide shaft 51. Therefore, the guiding function of the movable body 50 can be improved.

上記の動力変換装置１０１に特に関連する変更例として、ラック３１を挟んでピニオン３２とは反対側にガイドシャフト５１を配置した構造を採用することもできる。 As a modification example particularly related to the above-mentioned power conversion device 101, a structure can be adopted in which a guide shaft 51 is disposed on the opposite side of the rack 31 from the pinion 32.

以下、上述の実施形態１に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明は省略する。 Other embodiments related to the first embodiment described above will be described below with reference to the drawings. In other embodiments, the same elements as those in Embodiment 1 are given the same reference numerals, and descriptions of the same elements will be omitted.

（実施形態２）
図６に示される、実施形態２の動力変換装置２０１は、サーボモータ１０とウォーム２０とラック３１とガイドシャフト５１の相対的な配置について、実施形態１の動力変換装置１０１のものと相違している。 (Embodiment 2)
A power conversion device 201 of the second embodiment shown in FIG. 6 differs from the power conversion device 101 of the first embodiment in the relative arrangement of the servo motor 10, the worm 20, the rack 31, and the guide shaft 51.

この動力変換装置２０１において、サーボモータ１０のモータ軸線Ａ１とウォーム２０のギア軸線Ａ２を通り第２方向Ｙに延びる仮想直線Ｌ上にラック３１及びガイドシャフト５１がともに配置されている。即ち、本実施形態は、図３において仮想直線Ｌと仮想直線Ｍとの間のズレを無くした形態に相当する。 In this power conversion device 201, the rack 31 and the guide shaft 51 are both arranged on a virtual straight line L that passes through the motor axis A1 of the servo motor 10 and the gear axis A2 of the worm 20 and extends in the second direction Y. That is, this embodiment corresponds to a form in which the deviation between the virtual straight line L and the virtual straight line M in FIG. 3 is eliminated.

その他の構成は、実施形態１と同様である。 The other configurations are the same as in the first embodiment.

実施形態２の動力変換装置２０１によれば、サーボモータとウォームとラックとガイドシャフトの全てを第２方向Ｙの真横に並置させることで、動力変換装置２０１の第３方向Ｚの寸法を、実施形態１の場合に比べて更に小さく抑えることが可能になる。 According to the power conversion device 201 of the second embodiment, the dimensions of the power conversion device 201 in the third direction Z can be reduced by arranging the servo motor, the worm, the rack, and the guide shaft right side by side in the second direction Y. It is possible to further reduce the size compared to the case of form 1.

その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。 Other than that, the same effects as in the first embodiment are achieved.

（参考形態）
図７及び図８に示される、参考形態の動力変換装置３０１は、可動体５０及びガイドシャフト５１を備えていない点と、サーボモータ１０とウォーム２０とラック３１とガイドシャフト５１の相対的な配置について、実施形態１の動力変換装置１０１のものと相違している。 ( Reference form )
The power conversion device 301 of the reference form shown in FIGS. 7 and 8 does not include the movable body 50 and the guide shaft 51, and the relative arrangement of the servo motor 10, the worm 20, the rack 31, and the guide shaft 51. This is different from that of the power conversion device 101 of the first embodiment.

この動力変換装置３０１において、ラック３１自体が可動体としての機能を果たす。また、図８に示されるように、サーボモータ１０のモータ軸線Ａ１とウォーム２０のギア軸線Ａ２を 通り第２方向Ｙに延びる仮想直線Ｌ上にラック３１が配置されている。 In this power conversion device 301, the rack 31 itself functions as a movable body. Further, as shown in FIG. 8, the rack 31 is arranged on an imaginary straight line L extending in the second direction Y through the motor axis A1 of the servo motor 10 and the gear axis A2 of the worm 20.

その他の構成は、実施形態１と同様である。 The other configurations are the same as in the first embodiment.

参考形態の動力変換装置３０１によれば、可動体５０及びガイドシャフト５１を省略することによって、実施形態１の場合に比べて部品点数を少なくして構造を簡素化することができる。また、サーボモータ１０とウォーム２０とラック３１の全てを第２方向Ｙの真横に並置させることで、動力変換装置３０１の第３方向の寸法を、実施形態１の場合に比べて更に小さく抑えることが可能になる。 According to the power conversion device 301 of the reference embodiment , by omitting the movable body 50 and the guide shaft 51, it is possible to reduce the number of parts and simplify the structure compared to the case of embodiment 1. Also, by arranging the servo motor 10, the worm 20, and the rack 31 all side by side in the second direction Y, it is possible to further reduce the dimension of the power conversion device 301 in the third direction compared to the case of embodiment 1.

その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。 Other than that, the same effects as in the first embodiment are achieved.

上記の動力変換装置３０１に特に関連する変更例として、ラック３１が第１方向Ｘまわりに殆ど回転しない場合に、可動体５０及びガイドシャフト５１のうちガイドシャフト５１のみを省略した構造を採用することもできる。 As a modification example particularly related to the power conversion device 301 described above, when the rack 31 hardly rotates around the first direction You can also do it.

本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変更が考えられる。例えば、上述の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various applications and modifications can be made without departing from the purpose of the present invention. For example, the following embodiments that apply the above-described embodiments can also be implemented.

上述の実施形態１，２では、可動体５０をガイドするためのガイドシャフト５１を１つのみ設ける場合について例示したが、これに代えて、２つ以上のガイドシャフト５１を設けるようにしてもよい。 In the first and second embodiments described above, the case where only one guide shaft 51 for guiding the movable body 50 is provided is illustrated, but instead of this, two or more guide shafts 51 may be provided. .

上述の実施形態１～３では、ギア機構４０を構成するギアの数が２つである場合について例示したが、これに代えて、３つ以上のギアを設けるようにしてもよい。例えば、２つのギア４１，４２の間に１または複数の別のギアを設け、この別のギアが２つのギア４１，４２のそれぞれに噛み合うようにすることができる。 In the above-mentioned embodiments 1 to 3, the gear mechanism 40 is illustrated as having two gears, but instead, three or more gears may be provided. For example, one or more other gears may be provided between the two gears 41, 42, and the other gears may mesh with each of the two gears 41, 42.

１０ サーボモータ
２０ ウォーム
３０ ラックアンドピニオン機構
３１ ラック
３２ ピニオン
４０ ギア機構
４１，４２ ギア
５０ 可動体
５１ ガイドシャフト
１０１，２０１，３０１ 動力変換装置
Ａ１ モータ軸線
Ａ２ ギア軸線
Ｌ 仮想直線
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向 10 Servo motor 20 Worm 30 Rack and pinion mechanism 31 Rack 32 Pinion 40 Gear mechanism 41, 42 Gear 50 Movable body 51 Guide shaft 101, 201, 301 Power converter A1 Motor axis A2 Gear axis L Virtual straight line 2 directions

Claims (4)

第１方向をモータ軸線方向とするサーボモータと、
上記第１方向をギア軸線方向とするウォームと、
上記第１方向に延びるラックと、上記ウォームと上記ラックのそれぞれに噛み合うピニオンと、を有し、上記ウォームのギア軸線まわりの回転運動を、上記ピニオンを介して上記ラックの上記第１方向の直線運動に変換するラックアンドピニオン機構と、
上記サーボモータの回転をギアの噛み合いによって上記ウォームに伝えるギア機構と、
可動体に取付けられ且つ上記ラックと平行に上記第１方向に延びるガイドシャフトと、
上記ラックと上記ガイドシャフトの両方を上記第１方向にスライド可能に支持するベース部材と、
を備え、
上記ラックは、上記可動体に取り付けられており、上記第１方向にスライドすることにより上記ガイドシャフトとともに上記可動体の上記第１方向の動きをガイドし、
上記サーボモータと上記ウォームと上記ラックは、上記第１方向と直交する第２方向に並置されている、動力変換装置。 a servo motor having a motor axial direction in a first direction;
a worm whose gear axis direction is the first direction;
a rack and pinion mechanism including a rack extending in the first direction and a pinion meshing with the worm and the rack, and converting a rotational motion of the worm about a gear axis into a linear motion of the rack in the first direction via the pinion;
a gear mechanism that transmits rotation of the servo motor to the worm by meshing with gears;
a guide shaft attached to the movable body and extending in the first direction parallel to the rack;
a base member that supports both the rack and the guide shaft so as to be slidable in the first direction;
Equipped with
the rack is attached to the movable body and slides in the first direction to guide the movement of the movable body in the first direction together with the guide shaft;
a power conversion device, wherein the servo motor, the worm, and the rack are juxtaposed in a second direction perpendicular to the first direction. 上記サーボモータのモータ軸線と上記ウォームの上記ギア軸線を通り上記第２方向に延びる仮想直線上に上記ラックが配置されている、請求項１に記載の動力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein the rack is arranged on a virtual straight line extending in the second direction through the motor axis of the servo motor and the gear axis of the worm. 上記ラックと上記ガイドシャフトとの間に上記サーボモータ及び上記ウォームが介装されている、請求項１に記載の動力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1 , wherein the servo motor and the worm are interposed between the rack and the guide shaft. 上記サーボモータのモータ軸線と上記ウォームの上記ギア軸線を通り上記第２方向に延びる仮想直線上に上記ラック及び上記ガイドシャフトが配置されている、請求項１または３に記載の動力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 or 3 , wherein the rack and the guide shaft are arranged on a virtual straight line that passes through the motor axis of the servo motor and the gear axis of the worm and extends in the second direction.
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