JPWO2006106817A1 - 電動アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
電動アクチュエータは、電動モータ10から供給される回転駆動力を往復運動に変換することができる動力伝達機構15を備えている。この動力伝達機構15は、内周面に少なくとも1条の転動体転走溝を備える筒形部材25と、筒形部材25の内周面に複数の無限循環する転動体を介して往復運動自在に設置されるナット部材22と、ナット部材22の端部に連接されて筒形部材25に対して進退自在に配置されるシリンダロッド27と、を有している。そして、略円筒形をした筒形部材25によって、ナット部材22は軸方向の往復運動を案内される。このような構成によって、高出力と高い制御性を実現するとともに、従来の油圧シリンダ本体と同程度のコンパクトな大きさの電動アクチュエータが実現できる。
Description
本発明は、電動アクチュエータに係り、電動モータを駆動源として駆動され、従来から用いられている油圧シリンダに代替して使用することができる新たな電動アクチュエータに関するものである。
例えば、射出成形機の射出装置や建設機械のリンク機構等、機械装置の伸縮動作を実現するアクチュエータとしては、一般的に、油圧シリンダが用いられている。この油圧シリンダでは、圧油供給源である可変ポンプの容量を変化させることで圧油の圧力と流量を変化させ、出力を最大にしながら広い速度範囲と推力範囲が実現されている。
このように駆動される油圧シリンダは、伸縮作動を行う油圧シリンダ本体と、この油圧シリンダ本体に圧油の供給を行う油圧発生装置とから構成されている。油圧シリンダ本体は、油圧ポンプや切換弁等からなる油圧発生装置から圧油の供給を受けることによって、伸縮作動を行えるように構成されている。そしてこれまで、油圧シリンダを構成する油圧シリンダ本体と油圧発生装置とは、油圧シリンダ本体と油圧発生装置とが離間して配置され、油圧配管を通じて両者間で圧油の給排を行うものや、下記特許文献1に示すように油圧シリンダ本体と油圧発生装置とを一体に構成したものが提供されている。
上述したように、油圧シリンダは、油圧シリンダ本体とは別に比較的大きな油圧発生装置を必要とするため、導入の際の製造コストや維持・管理コストが高くなってしまうという課題を有していた。また、油圧シリンダは、大出力であり、且つ、広い速度範囲と推力範囲を実現できる一方、ストローク内での細かい停止位置制御を苦手とするため、高い制御性を要求されるような機械装置には、用いることができなかった。さらには、廃油発生などの環境問題をも抱えていた。そこで、このような問題を抱える油圧シリンダから、制御が容易でクリーンな電動アクチュエータへの代替が望まれていた。しかしながら、従来の技術では、油圧シリンダ本体と同程度の設置スペースに収納可能であり、しかも、油圧シリンダと同等の高い出力を実現することのできる電動アクチュエータは実現することができなかった。
本発明は、かかる課題の存在に鑑みて成されたものであって、油圧シリンダ本体と同程度の設置スペースに収納可能であり、しかも、油圧シリンダと同等の高い出力を実現することができる、従来の油圧シリンダに代替可能な電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。
本発明に係る電動アクチュエータは、出力軸を備える電動モータと、前記出力軸に接続して回転自在であるとともに、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されるねじ軸と、前記ねじ溝に対応するナット溝を内周面に備え、前記ねじ軸に螺合することによって前記ねじ軸の回転運動にともなって軸方向に往復運動を行うナット部材と、前記ねじ軸及び前記ナット部材を取り囲むように設置される筒形部材と、前記ナット部材の前記電動モータ側とは別端側に連設されるとともに、前記ねじ軸を内部に収納可能な空洞を備えることにより、前記ナット部材の往復運動にともなって前記筒形部材に対して進退自在に構成されるシリンダロッドと、を有する電動アクチュエータであって、前記筒形部材は、内周面に少なくとも1条の案内部を備え、前記ナット部材は、前記案内部に対応して外周面に形成される負荷案内部を備えることにより、前記筒形部材が前記ナット部材の軸方向の往復運動を案内することを特徴とする。
本発明に係る他の電動アクチュエータは、出力軸を備える電動モータと、前記出力軸に接続して回転自在であるとともに、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されるねじ軸と、前記ねじ溝に対応するナット溝を内周面に備え、前記ねじ軸に螺合することによって前記ねじ軸の回転運動にともなって軸方向に往復運動を行うナット部材と、前記ねじ軸及び前記ナット部材を取り囲むように設置される筒形部材と、前記ナット部材の前記電動モータ側とは別端側に連設されるとともに、前記ねじ軸を内部に収納可能な空洞を備えることにより、前記ナット部材の往復運動にともなって前記筒形部材に対して進退自在に構成されるシリンダロッドと、を有する電動アクチュエータであって、前記筒形部材は、内周面に少なくとも1条の転動体転走溝を備え、前記ナット部材は、前記転動体転走溝に対応して外周面に形成される負荷転走溝と、前記負荷転走溝と平行方向に形成される無負荷転走路と、前記転動体転走溝と前記負荷転走溝とによって形成される負荷転走路の2つの端部と、前記無負荷転走路の2つの端部とをそれぞれ接続する一対の戻し路と、前記負荷転走路、前記無負荷転走路及び前記一対の戻し路によって形成される無限循環路に転動自在に設置される複数の転動体と、を備えることにより、前記筒形部材が前記ナット部材の軸方向の往復運動を案内することを特徴とする。
本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記ねじ軸が備える前記ねじ溝と、前記ナット部材が備える前記ナット溝とは、複数の転動体を介して螺合していることとすることができる。
また、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記ナット部材は、前記ねじ溝と前記ナット溝との間に転動自在に設置される前記複数の転動体を無限循環させるための循環機構を備えていることとすることができる。
さらに、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記ナット部材と前記シリンダロッドは、一体成形されていることとすることができる。
またさらに、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記筒形部材は、略円筒形に形成されていることが好適である。
さらにまた、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記筒形部材は、継ぎ目無し円筒管として構成されていることとすることができる。
また、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記筒形部材は、前記転動体転走溝近傍が鉄鋼材料によって形成されており、その他の部分がアルミニウム合金又は樹脂によって形成されていることとすることができる。
さらに、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記シリンダロッドは、前記筒形部材に設置されるすべり軸受を介して進退自在に支承されていることとすることができる。
またさらに、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記無限循環路は4条以上形成されており、電動アクチュエータを前記ねじ軸の軸線方向と垂直な方向の縦断面で見たとき、前記負荷転走路の中心点を取り、それぞれ隣り合う中心点同士を結ぶことによって囲まれる領域が正多角形を形成するように構成され、且つ、4条以上形成される前記無限循環路ごとに、同じ無限循環路を形成する負荷転走路と無負荷転走路それぞれの中心点を結ぶ直線を形成し、それぞれの直線の延長線が交わる交点の位置に前記ねじ軸が配置されるように構成されていることとすることが好適である。
さらにまた、本発明に係る電動アクチュエータにおいて、前記電動モータが備える出力軸と前記ねじ軸とは、接続軸を介して連設されており、前記接続軸は、複数の転がり軸受によって回転自在に支承され、さらに、前記複数の転がり軸受は、前記シリンダロッドが押し出されるときに受ける荷重が、前記シリンダロッドが引き戻されるときに受ける荷重以上となるように構成されていることとすることができる。
なお上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
本発明によれば、高出力と高い制御性を実現するとともに、従来の油圧シリンダ本体と同程度のコンパクトな大きさの電動アクチュエータを実現することができる。すなわち、本発明に係る電動アクチュエータは、従来の油圧シリンダが有していたコスト面、制御面及び環境面での問題を解決し、且つ、油圧シリンダと同程度の出力性能を備えているので、油圧シリンダに代わる新たなアクチュエータとして好適に用いることが可能である。
10 電動モータ、11 減速機、12 カップリング、13 接続軸、13a 転がり軸受、13b 軸受ケース、13c,13d ローラ、15 動力伝達機構、20 ねじ軸、20a ねじ溝、22 ナット部材、22a ナット溝、22b 循環機構、23 ボール、25 筒形部材、25a 本体部、25b 蓋部、26 フランジ、27 シリンダロッド、27a 空洞、27b 取付軸、28 すべり軸受、30 転動体転走溝、32 負荷転走溝、34 無負荷転走路、35 負荷転走路、36 戻し路、38 無限循環路、40 ボール、50 ナット部材本体部、51 ナット部材付属部、52 側蓋、53 スペーサ部材、55 レール部材、56 筒形部材本体部、61,62 プーリ、63 タイミングベルト、P1,P2 中心点、PO 交点、L1 線、L2 直線。
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。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、第1の実施形態に係る電動アクチュエータの全体構成を示す外観斜視図である。また、図2は、第1の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面側面図である。
図1は、第1の実施形態に係る電動アクチュエータの全体構成を示す外観斜視図である。また、図2は、第1の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面側面図である。
第1の実施形態に係る電動アクチュエータは、駆動源としての電動モータ10を有している。この電動モータ10は、作用部となるシリンダロッド27設置位置とは逆側の端部に設置されており、電動モータ10が備える出力軸を通じて回転駆動力を提供している。
電動モータ10が備える出力軸には、トルクの増幅や対慣性力の向上、低振動などを目的とする減速機11が連設されている。また、減速機11の先には、カップリング12と転がり軸受13aに支承される接続軸13が設置され、さらにその先には、動力伝達機構15が設置されている。なお、接続軸13を支承する転がり軸受13aについては、シリンダロッド27が押し出されるときに受ける荷重が、シリンダロッド27が引き戻されるときに受ける荷重以上となるように構成されている。このような構成を採用することによって、効率良いロッド移動が可能となる。
一方、動力伝達機構15は、電動モータ10によって提供される回転運動を往復運動に変換することができる機構であり、主要な構成部材として、ねじ軸20、ナット部材22、筒形部材25及びシリンダロッド27といった部材を備えている。
ねじ軸20は、電動モータ10が備える出力軸に連設される部材であり、出力軸から伝達される回転駆動力を受けることによって回転自在となっている。また、ねじ軸20には、その外周面に螺旋状のねじ溝20aが形成されており、ねじ溝20aに対応するナット溝22aを内周面に備えるナット部材22が螺合して設置されている。したがって、ナット部材22は、ねじ軸20の回転運動にともなって軸方向に往復運動を行うことができるようになっている。
なお、第1の実施形態に係る電動アクチュエータにおいて、ねじ軸20が備えるねじ溝20aと、ナット部材22が備えるナット溝22aとは、複数のボール23を介して螺合している。複数のボール23は、ナット部材22が備える循環機構22bによって、ねじ溝20aとナット溝22aの間を無限に循環することが可能となっており、ねじ軸20に対するナット部材22のスムーズな往復運動を実現している。第1の実施形態で例示する循環機構22bについては、既存の転動体ねじ装置で用いられているリターンパイプやデフレクタを適用すれば良い。
ただし、本発明において、ねじ溝20aとナット溝22aの間に設置されるボール23等の複数の転動体は必須の構成ではなく、ねじ軸20とナット部材22は、複数のボール23を介さずに直接螺合するように構成しても良い。また、複数のボール23については、ローラなどのその他の転動体を用いても良い。
筒形部材25は、ねじ軸20とナット部材22とを取り囲むように設置される部材であり、ナット部材22の往復運動を案内するとともに、動力伝達機構15の外郭を構成するという役割を担っている。この筒形部材25の特徴を説明すると、まず、第1の実施形態に係る筒形部材25の外形は、略円筒形に形成されている。これは、従来用いられている油圧シリンダの外郭形状が略円筒形状であることを考慮したものであり、油圧シリンダが設置されている既存の設備を改造することなく、第1の実施形態に係る電動シリンダを用いることが可能となる。
また、筒形部材25は、ナット部材22の往復運動を案内し、且つ、電動アクチュエータの外郭を構成しなければならないので、ある程度の外力を受容しなければならない。そこで、最も力を均等に受けることが可能な略円筒形が採用されている。なお、筒形部材25の一方の端部は、接続軸13と転がり軸受13aを収納する軸受ケース13bにボルト止めされており、他方の端部には、第1の実施形態に係る電動アクチュエータを取り付けるためのフランジ26がボルトによって固定設置されている。ただし、この固定手段はボルトによるものに限られず、あらゆる固定手段を採用することが可能である。
シリンダロッド27は、ナット部材22の電動モータ10側とは別端側に連設される部材であり、ねじ軸20を内部に収納可能な空洞27aを備えている。このような構成を備えることによって、シリンダロッド27は、ナット部材22に連動して往復運動することが可能となっている。また、シリンダロッド27は、ナット部材22の往復運動にともなって、筒形部材25に対して進退自在に構成されている。
シリンダロッド27の円滑な往復運動を実現するとともに、軸方向以外からの荷重を受けるために、シリンダロッド27と摺動接触するフランジ26の内周面には、メタルなどによって構成されるすべり軸受28が設置されている。つまり、シリンダロッド27は、すべり軸受28から支承されることによって、スムーズな進退動作が可能となっている。また、シリンダロッド27の先端部には、作用対象物との接続手段としてのねじ溝が切られた取付軸27bが設けられており、作用部としての機能性を高めている。なお、図3において示すように、シリンダロッド27は、ナット部材22と別部材に構成しても良いが、ナット部材22とシリンダロッド27とを一体成形し、一つの部材として構成することも可能である。一部材とすることによって部品点数の削減による材料コストの低減が図られ、さらに剛性の向上によって、より高い荷重を受けることが可能となる。
なお、第1の実施形態に係る電動アクチュエータでは、動力伝達機構15を構成するねじ軸20、ナット部材22、筒形部材25及びシリンダロッド27の寸法形状について、片持ち軸として構成されるねじ軸20の太さ寸法を極力大きく採るとともに、電動アクチュエータの外郭形状を構成する筒形部材25の径方向の寸法を極力小さくするように設計を行った。これは、従来用いられていた油圧シリンダに代替可能なように、コンパクトな形状維持と、高い出力によって加わる荷重に耐えるという要請に応えるために採られた対応である。したがって、ナット部材22とシリンダロッド27の寸法形状については、ねじ軸20及び筒形部材25で選択された最適な形状に納めることができ、且つ、作用対象物に十分な作用を及ぼすことができるように設計すれば良い。
次に、第1の実施形態に係る電動アクチュエータにおいて特徴的な動力伝達機構15を構成する部材について、より詳細な説明を行う。ここで、図3は、ナット部材、筒形部材及びシリンダロッドの位置関係を説明するための分解斜視図である。また、図4は、ナット部材の具体的な構成を説明するための外観斜視図である。さらに、図5は、ナット部材と筒形部材とによって形成される無限循環路を示す図である。
まず、第1の実施形態に係る筒形部材25では、略円筒形の筒形部材25が縦割りに2分割された構成を採用している。このように構成されるのは、筒形部材25が内周面に少なくとも1条(第1の実施形態では4条)の転動体転走溝30を備えており、この転動体転走溝30の加工作業を考慮したものだからである。すなわち、筒形部材25を断面略C字形の本体部25aと、C字形の開口部を閉鎖するための蓋部25bとによって構成することにより、筒形部材25の内周面に形成される転動体転走溝30の加工を容易化することが可能となる。また、これら本体部25aと蓋部25bとは、ねじ止めによって固定され、筒形部材25を構成することになる。ただし、本発明の適用はかかる形態に限られず、筒形部材25については、継ぎ目無し円筒管として構成することによって、より高い荷重を受容できるように構成することも好適である。
一方、ナット部材22は、端部にシリンダロッド27が接続された状態で、筒形部材25内を往復運動することになるのであるが、第1の実施形態に係る電動アクチュエータでは、スムーズなナット部材22の往復運動を実現するために、ナット部材22と筒形部材25とは、無限循環する複数のボールを介して配置される構成を採用している。
図4及び図5を参照して説明すると、ナット部材22は、筒形部材25の内周面に形成された4条の転動体転走溝30に対応するように、ナット部材22の外周面に形成される負荷転走溝32と、この負荷転走溝32と平行方向に形成される無負荷転走路34と、転動体転走溝30と負荷転走溝32とによって形成される負荷転走路35の2つの端部と、無負荷転走路34の2つの端部とをそれぞれ接続する一対の戻し路36と、負荷転走路35、無負荷転走路34及び一対の戻し路36とによって形成される無限循環路38に転動自在に設置される複数のボール40と、を備えるように構成されている。
すなわち、図4及び図5において示すナット部材22は、鉄鋼材料からなるナット部材本体50と、その外側に設置されて外周面に負荷転走溝32が形成される一対のナット部材付属部51、そして、ナット部材本体50と一対のナット部材付属部51の両端部に接続して一対の戻し路36を形成する一対の側蓋52とから構成されている(なお、図4では、紙面手前の側蓋52を取り外した状態を示している)。
ナット部材22と筒形部材25とが以上のような構成によって設置されることにより、第1の実施形態に係る電動アクチュエータは、油圧シリンダと同等の大荷重を受容することが可能となる。なお、図4及び図5では、ナット部材22に設置される複数のボール40が、樹脂製で複数の間座部とこれらを接続する帯状部とから構成されるスペーサ部材53を有するように設置される場合を例示して説明したが、このスペーサ部材53については、スペーサボールなどのあらゆる形式のものを設置しても良いし、設置を省略しても良い。
また、上述した筒形部材25についても、鉄鋼材料によって形成した場合を例示して説明したが、例えば、図6において示すように、4条の転動体転走溝30の近傍のみを鉄鋼材料によって形成されたレール部材55とし、その他の部分をアルミニウム合金、あるいは樹脂によって形成される筒形部材本体部56によって構成することも可能である。このような構成とすることによって、筒形部材25の強度の維持と軽量化を両立して実現することができる。
なお、レール部材55の設置範囲については、ヘルツの理論から導出される最大剪断応力の深さに基づいて設定すれば良い。また、レール部材55と筒形部材本体部56との接合は、溶接接合やろう付け、焼きばめ、圧入接合など、あらゆる接合方法を採用することができる。
さらに、筒形部材本体部56を構成することができるアルミニウム合金には、Al−Cu系合金(2000系)、Al−Mn系合金(3000系)、Al−Si系合金(4000系)、Al−Mg系合金(5000系)、Al−Mg−Si系合金(6000系)及びAl−Zn−Mg系合金(7000系)など、種々の合金元素を添加したものを用いることが可能である。
また、筒形部材本体部56を構成することができる樹脂には、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics:炭素繊維強化プラスチック)、GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics:ガラス繊維強化プラスチック)、KFRP(Kevlar Fiber Reinforced Plastics:アラミド繊維強化プラスチック)などのFRP樹脂や、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)及びポリエーテルサルホン(PES)などの樹脂材料を用いることができる。
さらに、ナット部材22と筒形部材25によって形成される無限循環路38については、以下で説明する条件に基づいて設置されることが好適である。すなわち、無限循環路38は4条以上形成されることが好適であり、図7において4条の場合を例示して説明すると、電動アクチュエータをねじ軸20の軸線方向と垂直な方向の縦断面で見たとき、負荷転走路35の中心点P1を取り、それぞれ隣り合う中心点P1同士を結ぶ線L1によって囲まれる領域が正多角形(図7では正四角形)を形成するように構成され、且つ、4条以上形成される無限循環路38ごとに、同じ無限循環路38を形成する負荷転走路35と無負荷転走路34それぞれの中心点P1,P2を結ぶ直線L2を形成し、それぞれの直線の延長線が交わる交点POの位置にねじ軸20が配置されるように構成されていることが望ましい。無限循環路38をこのような設置条件を満たすように設置すると、あらゆる方向(ラジアル方向、反ラジアル方向、左右方向など)からの荷重を均等に受けることができるので、より高荷重を受容することが可能な電動アクチュエータを実現することが可能となる。
ちなみに、無限循環路38の条数は4条以上設定することが好ましく、例えば、6条設けたときには、線L1によって囲まれる領域は正六角形となり、直線L2の延長線が交わる交点POの位置にねじ軸20が配置されるように構成すれば良い。ただし、本発明の範囲はかかる形態のものに限られるものではなく、軸線方向の荷重のみを考慮すれば良い環境で使用されるのであれば、無限循環路38の条数は、ナット部材22の回り止めを考慮して1条のみ設ければ良いし、あるいは、使用環境や使用頻度等に応じて、2条や3条設けるようにしても良い。すなわち、本発明に係る無限循環路38は、1条以上設置されることが望ましい。
次に、ふたたび図1及び図2を参照することによって、第1の実施形態に係る電動アクチュエータの動作を説明する。電動モータ10に図示しない電源から電力が供給されると、電動モータ10は出力軸を回転運動させ、この回転運動がねじ軸20にそのまま回転駆動力として伝達されることになる。例えば、一般的なねじ軸20のねじ溝20aは右ねじに形成されているから、ねじ軸20が左方向に回転運動すると、ナット部材22はねじ軸20の先端方向に移動することになる。このナット部材22の移動にともなってシリンダロッド27が押し出される方向に移動するので、シリンダロッド27は、作業対象物に対して押しつけ力を及ぼすことになる。
一方、ねじ軸が右方向に回転運動すると、ナット部材22はねじ軸20の根元方向に移動することになるので、シリンダロッド27は引き戻され、作業対象物に対して引っ張り力が及ぼされることになる。
なお、ねじ軸20の回転運動の左右方向での切換えは、正反転可能な電動モータ10を採用する方式や、一方向のみ回転可能な電動モータと回転方向の切換装置を組み合わせる方式などを採用することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記第1の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第1の実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
例えば、図8において示されるように、接続軸13を支承する転がり軸受13aについては、クロスローラ軸受として構成することが可能である。すなわち、接続軸13をねじ軸として構成し、対向する軸受ケース13bとの間にクロス配列されたローラ13c,13dを設置するのである。このような構成を採用すれば、矢印αの方向、すなわちシリンダロッド27が押し出される方向に力を受けたときには、3つのローラ13Cが荷重を受け、矢印βの方向、すなわちシリンダロッド27が引き戻される方向に力を受けたときには、1つのローラ13dのみが荷重を受けることになるので、効率良いロッド移動が実現することになる。
また、ねじ軸20とナット部材22との間で無限循環するように設置した複数のボール23については、ナット部材22の移動量などを考慮して、有限循環するように設定しても良い。さらに、筒形部材25の形状は略円筒形に限られるものではなく、断面形状が矩形のものや楕円形、長円形、あるいはこれらを組み合わせた形状であっても良い。またさらに、本発明に適用される電動モータ10については、サーボモータやステップモータ、ACモータなど、あらゆる種類のモータを採用することが可能であり、その型式もラジアル型モータやアキシャル型モータなどを採用することができる。
さらに、上述した第1の実施形態に係る電動アクチュエータでは、ナット部材22と筒形部材25によって形成される無限循環路38が、少なくとも1条以上、より好ましくは4条以上設置されることが望ましいことを説明した。ただし、本発明の適用はこのような形態に限られるものではない。すなわち、動力伝達機構15に対してラジアル方向、反ラジアル方向、左右方向などからの荷重が加わる虞のない環境下において、本発明に係る電動アクチュエータが用いられる場合には、ナット部材22と筒形部材25との間に構成される無限循環路38及び複数のボール40を省略し、ナット部材22と筒形部材25とがすべり摺動可能となるように構成しても良い。
具体的には、筒形部材25は、内周面に少なくとも1条の案内部を備えるように構成し、一方のナット部材22は、案内部に対応して外周面に形成される負荷案内部を備えるように構成することができる。すなわち、筒形部材25が備える案内部とは、例えば、筒形部材25の内周面そのものであっても良いし、軸方向に延設されるレール部材55として構成するようにしても良い。ただし、この場合のレール部材については、転動体転走溝30を有するものであっても良いし、転動体転走溝30がなくても良い。
一方のナット部材22が備える負荷案内部とは、ナット部材22の外周面そのものであっても良いし、筒形部材25の内周面に設置されるレール部材55に対応して設置されるレール部材であっても良い。筒形部材25とナット部材22とがこのように構成されることによって、筒形部材25とナット部材22との好適なすべり摺動が可能となる。したがって、筒形部材25は、ナット部材22の軸方向の往復運動を好適に案内することができる。
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得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
第2の実施形態
上述した第1の実施形態では、電動モータ10、減速機11、カップリング12、接続軸13及び動力伝達機構15という電動アクチュエータの構成部材が、直列に接続されて構成される場合を例示して説明した。以下に説明する第2の実施形態では、軸方向の設置スペースに制約がある場合に好適な電動アクチュエータの形態について説明を行う。なお、第1の実施形態で説明した部材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。
上述した第1の実施形態では、電動モータ10、減速機11、カップリング12、接続軸13及び動力伝達機構15という電動アクチュエータの構成部材が、直列に接続されて構成される場合を例示して説明した。以下に説明する第2の実施形態では、軸方向の設置スペースに制約がある場合に好適な電動アクチュエータの形態について説明を行う。なお、第1の実施形態で説明した部材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9は、第2の実施形態に係る電動アクチュエータの全体構成を示す外観斜視図である。また、図10は、第2の実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面上面図である。
第2の実施形態に係る電動アクチュエータでは、第1の実施形態で存在したカップリング12が省略され、電動モータ10と減速機11の部分が折り返されている。そして、減速機11と接続軸13との間は、それぞれの軸端に設けられたプーリ61,62間にタイミングベルト63が掛け渡されることによって接続されており、電動モータ10の回転駆動力がねじ軸20に対して伝達されるようになっている。
第2の実施形態に係る電動アクチュエータでは、図9及び図10において示されるような、折り返し構造を採用しているので、軸方向の長さが短縮でき、長手方向の設置スペースに制約がある場合であっても、本発明に係る電動アクチュエータを好適に用いることが可能となる。
Claims (11)
- 出力軸を備える電動モータと、
前記出力軸に接続して回転自在であるとともに、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されるねじ軸と、
前記ねじ溝に対応するナット溝を内周面に備え、前記ねじ軸に螺合することによって前記ねじ軸の回転運動にともなって軸方向に往復運動を行うナット部材と、
前記ねじ軸及び前記ナット部材を取り囲むように設置される筒形部材と、
前記ナット部材の前記電動モータ側とは別端側に連設されるとともに、前記ねじ軸を内部に収納可能な空洞を備えることにより、前記ナット部材の往復運動にともなって前記筒形部材に対して進退自在に構成されるシリンダロッドと、
を有する電動アクチュエータであって、
前記筒形部材は、内周面に少なくとも1条の案内部を備え、
前記ナット部材は、前記案内部に対応して外周面に形成される負荷案内部を備えることにより、前記筒形部材が前記ナット部材の軸方向の往復運動を案内することを特徴とする電動アクチュエータ。 - 出力軸を備える電動モータと、
前記出力軸に接続して回転自在であるとともに、外周面に螺旋状のねじ溝が形成されるねじ軸と、
前記ねじ溝に対応するナット溝を内周面に備え、前記ねじ軸に螺合することによって前記ねじ軸の回転運動にともなって軸方向に往復運動を行うナット部材と、
前記ねじ軸及び前記ナット部材を取り囲むように設置される筒形部材と、
前記ナット部材の前記電動モータ側とは別端側に連設されるとともに、前記ねじ軸を内部に収納可能な空洞を備えることにより、前記ナット部材の往復運動にともなって前記筒形部材に対して進退自在に構成されるシリンダロッドと、
を有する電動アクチュエータであって、
前記筒形部材は、内周面に少なくとも1条の転動体転走溝を備え、
前記ナット部材は、
前記転動体転走溝に対応して外周面に形成される負荷転走溝と、
前記負荷転走溝と平行方向に形成される無負荷転走路と、
前記転動体転走溝と前記負荷転走溝とによって形成される負荷転走路の2つの端部と、前記無負荷転走路の2つの端部とをそれぞれ接続する一対の戻し路と、
前記負荷転走路、前記無負荷転走路及び前記一対の戻し路によって形成される無限循環路に転動自在に設置される複数の転動体と、
を備えることにより、前記筒形部材が前記ナット部材の軸方向の往復運動を案内することを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1又は2に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記ねじ軸が備える前記ねじ溝と、前記ナット部材が備える前記ナット溝とは、複数の転動体を介して螺合していることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項3に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記ナット部材は、前記ねじ溝と前記ナット溝との間に転動自在に設置される前記複数の転動体を無限循環させるための循環機構を備えていることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1又は2に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記ナット部材と前記シリンダロッドは、一体成形されていることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1又は2に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記筒形部材は、略円筒形に形成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項6に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記筒形部材は、継ぎ目無し円筒管として構成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項2に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記筒形部材は、
前記転動体転走溝近傍が鉄鋼材料によって形成されており、
その他の部分がアルミニウム合金又は樹脂によって形成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1又は2に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記シリンダロッドは、前記筒形部材に設置されるすべり軸受を介して進退自在に支承されていることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項2に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記無限循環路は4条以上形成されており、
電動アクチュエータを前記ねじ軸の軸線方向と垂直な方向の縦断面で見たとき、
前記負荷転走路の中心点を取り、それぞれ隣り合う中心点同士を結ぶことによって囲まれる領域が正多角形を形成するように構成され、且つ、
4条以上形成される前記無限循環路ごとに、同じ無限循環路を形成する負荷転走路と無負荷転走路それぞれの中心点を結ぶ直線を形成し、それぞれの直線の延長線が交わる交点の位置に前記ねじ軸が配置されるように構成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。 - 請求項1又は2に記載の電動アクチュエータにおいて、
前記電動モータが備える出力軸と前記ねじ軸とは、接続軸を介して連設されており、
前記接続軸は、複数の転がり軸受によって回転自在に支承され、さらに、
前記複数の転がり軸受は、前記シリンダロッドが押し出されるときに受ける荷重が、前記シリンダロッドが引き戻されるときに受ける荷重以上となるように構成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。
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