JP2006105186A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、高精度の送り動作ができるリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】 この発明は、リニアアクチュエータにおいて、スピンドルに回転手段の回転力を伝達する伝達手段が、回転手段の回転軸と連結手段を介して連結固定される一端と、前記連結部の回転方向において固定され且つ連結部の軸方向において摺動自在である他端とを有する駆動シャフトであり、前記連結手段が、前記回転軸と固定される第１の固定部と、前記駆動シャフトの一端と固定される第２の固定部と、前記第１の固定部と前記第２の固定部の間に位置する位置吸収部とによって構成されることにある。また、前記駆動シャフトと前記スピンドルの連結部は、連結ボールを介して、回転方向において固定され、且つ軸方向において摺動自在である連結手段によって連結される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、光ファイバの調芯装置や、遺伝子、細胞操作に用いられるマニュピレータ等に使用されるリニアアクチュエータに関する。

特許文献１に開示されるリニアアクチュエータは、本体に螺合され、軸方向に移動可能なスピンドルと、スピンドルの移動変位量を検出する変位検出手段と、スピンドルの一端側でスピンドルと同一軸線上に設けられたモータと、モータの回転力をスピンドルに伝達する伝達機構とを備え、この伝達機構が、スピンドルの一端側に取り付けられ、スピンドルと一体回転する第１回動部材と、前記モータの回転子に第２回動部材と、スピンドルの軸線とは平行で、且つスピンドルの軸線とは異なる軸線上に配置されていると共に、第１回動部材及び第２回動部材のいずれか一方に固定され、かつ、第１回動部材及び第２回動部材のいずれか他方に軸方向摺動自在に係合され、第２回動部材の回転を第１回動部材に伝達する連結棒とを備えるものである。
特開２００３−１６６６１５号公報

上述したような従来の構造では、連結棒と貫通孔が軸方向に摺動する際に摩擦損失が生じるため、モータ自体を小型化することが困難となる点、連結棒と貫通孔間の摩擦損失を抑え、滑らかに摺動させるためには、連結棒と貫通孔の間に僅かではあるが適当な隙間を設ける必要があるが、これによりバックラッシュの問題が生じるため、高精度の送り動作が妨げられる点、軸方向の滑らかな摺動のためには連結棒自体の軸方向における平行度を維持する必要があるが、２本の連結棒は片持ち構造であるため、長くると平行を維持することが難しいため、ロングストロークをえることが難しい点等の不具合が生じる。

したがって、この発明は、高精度の送り動作ができるリニアアクチュエータを提供することにある。

したがって、この発明は、中空部を有する本体ケースと、該本体ケースの一端側に設けられ、前記中空部に延出する回転軸を有する回転手段と、前記本体ケースの他端側に設けられ、内周面に雌ネジが形成された雌ネジ部と、外周面に前記雌ネジ部に螺合する雄ネジが形成されると共に前記中空部に延出する連結部を有するスピンドルと、前記回転手段の回転軸と前記スピンドルの連結部を作用的に連結し、前記スピンドルに回転手段の回転力を伝達する伝達手段とによって少なくとも構成されるリニアアクチュエータにおいて、前記伝達手段は、前記回転軸と連結手段を介して連結固定される一端と、前記連結部の回転方向において固定され且つ連結部の軸方向において摺動自在である他端とを有する駆動シャフトであり、前記連結手段は、前記回転軸と固定される第１の固定部と、前記駆動シャフトの一端と固定される第２の固定部と、前記第１の固定部と前記第２の固定部の間に位置する位置吸収部とによって構成されることにある。尚、回転手段は、電動モータ、特にステッピングモータであることが望ましい。

また、前記連結手段は、前記第１の固定部、前記位置吸収部及び第２の固定部からなる金属製の円筒部材であり、前記位置吸収部には、所定の間隔で径方向に交互に切り込まれたスリットが形成されることが望ましい。

このように、前記連結手段を設けることによって、連結手段の位置吸収部によって、駆動シャフトと前記回転軸との間の偏心・偏角を吸収することができるので、電動モータの装着作業が簡単となる。また、ねじり剛性が高いため、回転方向のバックラッシュの発生を防止できる。

さらに、前記スピンドルの連結部は、軸方向に形成され、前記駆動シャフトの他端側が摺動自在に挿入される貫通孔と、該貫通孔に沿って形成された少なくとも一つの内側ボール溝とを有し、前記駆動シャフトは、軸方向に形成された少なくとも一つの外側ボール溝を有し、前記内側ボール溝と前記外側ボール溝との間には、少なくとも一つの連結ボールが介在され、前記駆動シャフトと前記連結部が回転方向において固定され、且つ軸方向において摺動自在であることが望ましい。さらに、前記連結ボールは、樹脂製のリテーナによって保持されることが望ましい。

また、前記スピンドルの連結部は、軸方向に形成された貫通孔と、該貫通孔に固着されるスライドユニットとを有し、前記駆動シャフトは、軸方向に形成された複数のスプラインを有し、前記スライドユニットは、複数のボールが連続して前記スプラインに噛合することができる循環溝構造が形成されているものであっても良い。

このように、スピンドルと駆動シャフトとをボールを介して連結する構造であることから、回転方向の固定と、軸方向での摺動性とを同時に簡易な構造で達成することができる。

また、前記本体ケースには、前記スピンドルの最長死点手前を検出するリミットセンサと、前記スピンドルの最短死点手前を検出するリミットセンサとが設けられることが望ましい。これによって、スピンドルがロックされることを防止できるものである。

さらに、前記モータの回転軸の他端は外方に延出しており、該延出した部分の先端にはつまみが設けられることが望ましい。これによって、スピンドルを手動によって作動させることが可能となるため、スピンドルの位置の微調整が簡単にでき、操作性が向上するものである。

以上のように、この発明によれば、回転手段の回転軸と駆動シャフトを、それらの間の偏心・偏角を吸収する吸収部を有する連結手段によって連結するようにしたので、回転手段の装着作業を簡易にすることができるものである。また、駆動シャフトとスピンドルとの連結を、回転方向を固定し、軸方向に摺動自在とするボールによって固定するようにしたので、複数の部品の位置関係やバランスを考慮することなく高精度の送りを達成できると共に、小型軽量化を達成できるものである。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明の実施例１に係るリニアアクチュエータ１は、図１及び図２で示すように、ステッピングモータ等の電動モータ２と、一端側にこの電動モータ２を配する本体ケース３と、この本体ケース３の他端側から延出するスピンドル５と、このスピンドル５を移動させる駆動シャフト８とを具備する。

前記スピンドル５は、前記本体ケース３の他端側に固着され内周面に雌ネジ部７が形成された雌ネジ筒４に噛合する雄ねじ部６を有し、自身が回転することによって前記本体ケース３に対して伸縮するようになっている。また、前記本体ケース３の内部空間３ａ側には、前記スピンドル５の連結部５１があり、この連結部５１には、貫通孔５２が形成されている。また、この貫通孔５２には、軸方向に延出する少なくとも一つの内側ボール溝５３が形成されている。

前記電動モータ２の回転軸９の前記内部空間３ａ側に延出する一端には、金属カップリング１０が設けられる。この金属カップリング１０は、前記駆動シャフト８の一端がネジ７１によって固定されるシャフト側固定部１０ａと、前記回転軸の一端がネジ７２によって固定されるモータ側固定部１０ｂと、前シャフト側固定部１０ａと前記モータ側固定部１０ｂの間に位置する位置吸収部１０ｃとによって構成される金属製の円筒部材である。前記位置吸収部１０ｃには、径方向の所定の深さで交互に切り込まれた複数のスリットが形成され、これによって回転軸９と駆動シャフト８との間の偏心・偏角を吸収するようになっている。

また、前記駆動シャフト８、特に駆動シャフト８の他端側には、図１乃至図３に示すように、軸方向に沿って外側ボール溝８０が形成され、前記連結部５１の貫通孔５２に挿入される。そして、貫通孔５２に挿入された駆動シャフト８の外側ボール溝８０と、前記連結部５１の貫通孔５２に形成された内側ボール溝５３との間には、少なくとも一つ（この実施例１では、３つ）の連結ボール３０が設け、駆動シャフト８と前記スピンドル５とが連結される。また、連結ボール３０は、樹脂製のリテーナによってその間隔及び位置が保持されるようになっている。したがって、前記連結ボール３０によって、駆動シャフト８とスピンドル５との間の連結状態は、回転方向において固定され、軸方向において摺動可能となるものである。

これによって、電動モータ２の回転軸９が回転すると、その回転力は金属カップリング１０を介して駆動シャフト８に伝達され、さらに連結ボール３０を介してスピンドル５に伝達され、スピンドル５が回転する。この回転によってスピンドル５は、前記雌ネジ部７との螺合によって前進又は後退することができるものである。

また、前記本体ケース３の所定の位置には、２つのリミットセンサ２０，２１が設けられる。第１のリミットセンサ２０は、前記スピンドル５が最長死点でロックされることを防止するために設けられるもので、前記スピンドル５の最長死点手前の位置で前記連結部５１によって押されるボールプランジャ２２を有し、このボールプランジャ２２が押されることによってスピンドル５が最長死点に近いことを検出し、電動モータ２の駆動を停止させるものである。第２のリミットセンサ２１は、前記スピンドル５が最短死点でロックされることを防止するために設けられるもので、前記スピンドル５の最短死点手前の位置で前記連結部５１によって押されるボールプランジャ２３を有し、このボールプランジャ２３が押されることによってスピンドル５が最短死点に近いことを検出し、電動モータ２の駆動を停止させるものである。尚、このリミットセンサとしては、近接センサ、光電センサなど位置を検出できるものであれば、特にその構造については限定されるものではない。また、図１及び図２において、２４及び２５は、リミットセンサの信号を外部に伝達する信号ケーブルである。

さらに、前記電動モータ２の回転軸９の他端側には、つまみ４１が設けられ、手動によって回転軸９を回転させることができるようになっている。これにより、手動により、スピンドル５の位置を調整することが可能となるものである。

尚、図１は、前記スピンドル５が最も延出した状態を示し、図２は、前記スピンドル５の最も引っ込んだ状態を示したものである。

実施例２では、駆動シャフト８Ａに複数のスプライン８０Ａを軸方向に沿って形成すると共に、前記連結部５１にスライドユニット８１を固定したものである。このスライドユニット８１には、前記駆動シャフト８Ａに形成された複数のスプライン８０Ａと噛合する複数の連続したボール群８２，８３が設けられる。このボール群は、前記スプライン８０Ａに噛合する負荷ボール群８３と、スライドユニット８１内を循環するリターンボール群８２とによって構成され、スライドユニット８１の移動に伴って順次負荷ボール群８３からリターンボール群８２へ移動する無限運動を行う。このため、前記スピンドル５及び貫通孔５２、さらには駆動シャフト５を長くした場合でも、確実に回転力を伝達できるため、より長いストロークを可能することができるものである。

本願発明の実施例１に係るリニアアクチュエータのスピンドルが最も延出した状態を示した概略構成図である。 本願発明の実施例１に係るリニアアクチュエータのスピンドルが最も引っ込んだ状態を示した概略構成図である。 実施例１に係る連結部近傍を示した一部拡大断面斜視図である。 実施例２に係る連結部近傍を示した一部拡大断面斜視図である。

符号の説明

１ リニアアクチュエータ
２ 電動モータ
３ 本体ケース
３ａ 内部空間
４ 雌ネジ筒
５ スピンドル
６ 雄ネジ部
７ 雌ネジ部
８ 駆動シャフト
９ 回転軸
１０ 金属カップリング
２０，２１ リミットセンサ
３０ 連結ボール
５１ 連結部
５２ 貫通孔
５３ 内側ボール溝
４１ つまみ
８０ 外側ボール溝

Claims (7)

1. 中空部を有する本体ケースと、該本体ケースの一端側に設けられ、前記中空部に延出する回転軸を有する回転手段と、前記本体ケースの他端側に設けられ、内周面に雌ネジが形成された雌ネジ部と、外周面に前記雌ネジ部に螺合する雄ネジが形成されると共に前記中空部に延出する連結部を有するスピンドルと、前記回転手段の回転軸と前記スピンドルの連結部を作用的に連結し、前記スピンドルに回転手段の回転力を伝達する伝達手段とによって少なくとも構成されるリニアアクチュエータにおいて、
   前記伝達手段は、前記回転軸と連結手段を介して連結固定される一端と、前記連結部の回転方向において固定され且つ連結部の軸方向において摺動自在である他端とを有する駆動シャフトであり、
   前記連結手段は、前記回転軸と固定される第１の固定部と、前記駆動シャフトの一端と固定される第２の固定部と、前記第１の固定部と前記第２の固定部の間に位置する位置吸収部とによって構成されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記連結手段は、前記第１の固定部、前記位置吸収部及び第２の固定部からなる金属製の円筒部材であり、前記位置吸収部には、所定の間隔で径方向に交互に切り込まれたスリットが形成されることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
3. 前記スピンドルの連結部は、軸方向に形成され、前記駆動シャフトの他端側が摺動自在に挿入される貫通孔と、該貫通孔に沿って形成された少なくとも一つの内側ボール溝とを有し、
   前記駆動シャフトは、軸方向に形成された少なくとも一つの外側ボール溝を有し、
   前記内側ボール溝と前記外側ボール溝との間には、少なくとも一つの連結ボールが介在され、前記駆動シャフトと前記連結部が回転方向において固定され、且つ軸方向において摺動自在であることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアアクチュエータ。
4. 前記連結ボールは、樹脂製のリテーナによって保持されることを特徴とする請求項３記載のリニアアクチュエータ。
5. 前記スピンドルの連結部は、軸方向に形成された貫通孔と、該貫通孔に固着されるスライドユニットとを有し、
   前記駆動シャフトは、軸方向に形成された複数のスプラインを有し、
   前記スライドユニットは、複数のボールが連続して前記スプラインに噛合することができる循環溝構造が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアアクチュエータ。
6. 前記本体ケースには、前記スピンドルの最長死点手前を検出するリミットセンサと、前記スピンドルの最短死点手前を検出するリミットセンサとが設けられることを特徴とする前段請求項のいずれか一つに記載のリニアアクチュエータ。
7. 前記モータの回転軸の他端は外方に延出しており、該延出した部分の先端にはつまみが設けられることを特徴とする前段請求項のいずれか一つに記載のリニアアクチュエータ。

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