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JP4465524B2 - 電動アクチュエータ - Google Patents

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JP4465524B2
JP4465524B2 JP2004250858A JP2004250858A JP4465524B2 JP 4465524 B2 JP4465524 B2 JP 4465524B2 JP 2004250858 A JP2004250858 A JP 2004250858A JP 2004250858 A JP2004250858 A JP 2004250858A JP 4465524 B2 JP4465524 B2 JP 4465524B2
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Description

本発明は、回転駆動源の回転駆動作用下に変位部材を直線状に往復動作させることが可能な電動アクチュエータに関する。
従来から、例えば、ワークを搬送するためにアクチュエータ等の搬送手段が用いられている。
ここで、従来技術に係る電動アクチュエータを図１２及び図１３に示す（例えば、特許文献１参照）。
この従来技術に係る電動アクチュエータ１は、フレーム２の凹部３に沿って変位するスライダ４と、図示しないモータによって駆動され且つ前記スライダ４に対して取り外し可能なナット体５に螺合するねじ軸６とを有する。前記ねじ軸６の両端部には、該ねじ軸６を回転自在に支持するねじ軸支持体７ａ、７ｂがそれぞれ設けられ、前記ねじ軸支持体７ａ、７ｂは、フレーム２の上面８に載置した状態で取り付けられている。
特開平１１−３０２３４号公報
しかしながら、前記の従来技術に係る電動アクチュエータを、複雑な制御装置等を用いることがなく流体圧シリンダのピストンロッドと同様な進退動作によって、例えば、一方のストロークエンドと他方のストロークエンドとの間の中間位置等におけるワークの押し当て作業に適用した場合、前記ワークに当接した際の衝撃がスライダを介してねじ軸等に伝達されるため、電動アクチュエータの耐久性が劣化するという問題がある。
本発明は、前記の問題を考慮してなされたものであり、例えば、ワークの押し当て作業等に適用した場合、ワークに当接した際に変位部材に付与される衝撃を好適に吸収して耐久性を保持することが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。
前記の目的を達成するために、本発明は、ハウジングと、
前記ハウジングに連結される回転駆動源と、
前記回転駆動源の回転駆動力を直線運動に変換して変位部材に伝達することにより、前記変位部材を直線状に往復動作させる駆動力伝達軸と、
前記変位部材に付与される衝撃を吸収する緩衝機構と、
を備え、
前記変位部材は、ピストンと、前記ピストンの軸線方向に沿った孔部内に保持され、前記駆動力伝達軸の螺回作用下に前記ピストンと一体的に変位する摺動ナットとを有し、
前記摺動ナットは、前記ピストンの一端部に連結された連結体と他端部に連結された環状体によって保持され、
前記緩衝機構は、前記摺動ナットの一端部から所定だけ突出すると共に該摺動ナットの一端部と前記連結体との間に介装される第１のピストンダンパと、前記摺動ナットの他端部から所定だけ突出すると共に該摺動ナットの他端部と前記環状体との間に介装される第２のピストンダンパとを有し、
前記第１と第２のピストンダンパによって衝撃を吸収する際、前記摺動ナットと該ピストンとは、前記駆動力伝達軸の軸線方向に沿って相対的に変位可能に設けられることを特徴とする。
この場合、前記緩衝機構は、前記ピストンダンパ以外に、弾性体によって形成され、前記ピストン側に臨む前記ハウジングの端部に設けられた第１エンドダンパと、前記ハウジングから所定距離離間するロッドカバーに設けられた第２エンドダンパとを有するため、ストロークエンドでは前記ピストンダンパと第１又は第２エンドダンパとの相乗効果によって緩衝機能が営まれて好適である。
前記一組のピストンダンパは、前記摺動ナットの端面から所定だけ突出するように設けられ、前記突出した一方のピストンダンパは前記連結体に接触し、前記突出した他方のピストンダンパは前記環状体に接触するように設けられる。従って、ピストンに付与された衝撃は前記連結体又は環状体を介してピストンダンパに伝達されて好適に吸収される。
なお、ピストンに衝撃が付与されない通常の状態では、ピストンの一端部に連結された連結体と他端部に連結された環状体とによって摺動ナットが保持され、摺動ナット及びピストンは駆動力伝達軸を介して一体的に変位する。
本発明によれば、両ストロークエンド間の中間位置又はストローエンド等の任意の位置において、ワークに対する押し当て等によってピストンに衝撃が付与された際、前記衝撃はピストンを介してピストンダンパによって好適に吸収される。
前記衝撃がピストンダンパによって吸収される際、ピストンの内部に設けられた摺動ナットが該ピストンに対して駆動力伝達軸の軸線方向に沿って僅かに摺動可能に設けられているため、前記ピストンダンパによって好適に衝撃が吸収される。
なお、ストロークエンドでは、第１又は第２エンドダンパとの相乗効果によってより一層好適に衝撃が吸収される。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、例えば、ワークの押し当て作業等に適用した場合、ワークに当接した際に変位部材に付与される衝撃をピストンダンパ等の緩衝機構によって好適に吸収して耐久性を保持することができる。
本発明に係る電動アクチュエータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１において、参照数字１０は、本発明の実施の形態に係る電動アクチュエータを示す。この電動アクチュエータ１０は、略扁平状のブロック体からなるハウジング１２と、前記ハウジング１２の一端部に連結された回転駆動源１４と、前記回転駆動源１４が連結された側と反対側に前記ハウジング１２から所定距離離間して配設されるロッドカバー（エンドブロック）１６と、後述するカップリング部材を介して回転駆動源１４の回転駆動力を伝達する送りねじ軸（駆動力伝達軸）１８とを有する。
さらに、前記電動アクチュエータ１０は、前記送りねじ軸１８を間にして平行に配設され、一端部が第１ねじ部材１９ａ、１９ｂ（図２参照）を介して前記ハウジング１２に連結され且つ他端部が第２ねじ部材２１ａ、２１ｂ（図２参照）を介して前記ロッドカバー１６に連結された一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂと、前記送りねじ軸１８を介して伝達される駆動力の作用下に前記一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂに沿って変位するピストン２２と、前記ロッドカバー１６を貫通して前記ピストン２２と一体的に進退動作する中空円筒状のピストンロッド２４と、前記ピストンロッド２４の先端部に装着されて孔部を閉塞するソケット２６とを有する。
なお、前記ピストン２２及びピストンロッド２４は、変位部材として機能するものである。また、前記送りねじ軸１８の表面処理としては、無電解ニッケルメッキ処理を施すとよい。さらに、カップリング部材２８を用いることがなく、前記送りねじ軸１８をモータ軸として共通化してもよい。
図２に示されるように、ハウジング１２の内部において、カップリング部材２８に近接する送りねじ軸１８の端部側には第１ベアリング３０ａ及び第２ベアリング３０ｂがそれぞれ並設され、前記第１ベアリング３０ａ及び第２ベアリング３０ｂは第１ベアリング押さえ３２ａと第２ベアリング押さえ３２ｂとによって保持される。
ピストン２２に臨むハウジング１２の端部には、送りねじ軸１８が貫通する貫通孔３４を有する第１エンドダンパ３６ａが保持される。前記第１エンドダンパ３６ａは、図４に示されるように所定の肉厚からなる円筒部３８と、前記円筒部３８の外径よりも半径外方向に僅かに拡径したフランジ部４０とが一体的に構成される。
この場合、第１エンドダンパ３６ａのフランジ部４０がハウジング１２の環状凹部４２に係止されることにより、円筒部３８の一部（端部）がハウジング１２の端面から所定長だけピストン２２側に突出した状態に保持される。
ピストンロッド２４が貫通するロッドカバー１６の内壁には、第２エンドダンパ３６ｂと、ブッシュ４４とが設けられる。前記第２エンドダンパ３６ｂは第１エンドダンパ３６ａと同一形状からなり、フランジ部４０がロッドカバー１６の環状凹部４６に係止されることにより、円筒部３８の一部（端部）がロッドカバー１６の端面から所定長だけピストン２２側に突出した状態に保持される。
前記第１エンドダンパ３６ａ及び第２エンドダンパ３６ｂは、それぞれ、ウレタンゴム等の弾性体によって形成されるとよい。
前記ピストン２２は、図３に示されるように、その中心部に軸線方向に沿って貫通する縦断面略長円状に形成された貫通孔４８と、前記貫通孔４８の両側に軽量化を図るために形成された一組の肉抜き孔５０ａ、５０ｂとを有し、例えば、アルミニウム等の金属製材料によって一体成形される。前記ピストン２２の貫通孔４８には、送りねじ軸１８に螺合するねじ孔５０を有する略円筒状の摺動ナット５２が該送りねじ軸１８の軸線方向に沿って摺動可能に挿入される。
この場合、前記摺動ナット５２とピストン２２とは、該送りねじ軸１８の軸線方向に沿って相対的に摺動可能に設けられると共に、該摺動ナット５２の外周面に形成された一組の平面部５４ａ、５４ｂによってピストン２２に対する周方向への周り止めがなされている。
前記摺動ナット５２の両端部には、図５に示される環状の一組のピストンダンパ５６ａ、５６ｂが環状凹部を介して装着され、前記一組のピストンダンパ５６ａ、５６ｂは摺動ナット５２の端面から軸線方向に沿って所定長だけ突出するように設けられる。
この場合、ピストンダンパ５６ａ、５６ｂは、その外周面に形成された一組の平面部５７ａ、５７ｂを有し、摺動ナット５２の縦断面外周形状（図３参照）と面一に形成される。
前記ピストン２２の軸線方向に沿った一端部には、送りねじ軸１８が挿通する貫通孔５８を有する連結体６０が設けられる。前記連結体６０は、ピストン２２の雌ねじに螺合する雄ねじからなる第１ねじ部を有する第１環状部６４と、中空のピストンロッド２４の雌ねじに螺合する雄ねじからなる第２ねじ部を有する第２環状部６２と、前記第１環状部６４と第２環状部６２との間に設けられた環状フランジ部６６とから構成される。前記第１環状部６４、第２環状部６２及び環状フランジ部６６はそれぞれ一体的に形成される。
前記ピストン２２の軸線方向に沿った他端部には、該ピストン２２の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部が外周面に形成された環状体６８が連結され、前記環状体６８はピストン２２の端面と面一となるように設けられる。
この場合、摺動ナット５２の端面から所定長だけ突出する一方のピストンダンパ５６ａは連結体６０の第１環状部６４に接触するように設けられ、摺動ナット５２の端面から所定長だけ突出する他方のピストンダンパ５６ｂは環状体６８に接触するように設けられる。
従って、ピストンロッド２４がワークＷに当接し該ピストンロッド２４に対して衝撃が付与されたときを除いて、ピストン２２の両端部に固定された連結体６０及び環状体６８によって摺動ナット５２がピストン２２の内部に保持され、送りねじ軸１８との螺回作用下に、前記摺動ナット５２は軸線方向に沿ってピストン２２と一体的に変位するように設けられる。
なお、前記一組のピストンダンパ５６ａ、５６ｂは、第１及び第２エンドダンパ３６ａ、３６ｂと同様に、ウレタンゴム等の弾性体によって形成されるとよい。
軸線と直交するピストン２２の両側面には断面略円弧状のガイド部７０（図３参照）が形成され、一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂの間にピストン２２が挟持される。前記ガイド部７０には、ガイドロッド２０ａ、２０ｂの外周面と線接触し且つガイドロッド２０ａ、２０ｂの軸線方向に沿って延在する樹脂製の一組のプレート７２ａ、７２ｂが接着される。それぞれ金属製材料によって形成されたピストン２２とガイドロッド２０ａ、２０ｂとの間に樹脂製材料からなるプレート７２ａ、７２ｂを介在させることにより摺動抵抗を低減させるためである。
ピストン２２に対してラジアル方向の負荷が付与された場合、あるいはピストン２２に回転方向の負荷が付与された場合のいずれであっても、前記一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂによって前記負荷が好適に吸収される。回転方向の負荷に対しては、一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂが回り止めとしての機能を営む。
本発明の実施の形態に係る電動アクチュエータ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
図示しない電源を付勢することにより回転駆動源１４の回転駆動力がカップリング部材２８を介して送りねじ軸１８に伝達される。所定方向に回動する送りねじ軸１８が送りナットとして機能する摺動ナット５２のねじ孔５０に螺合することにより、前記摺動ナット５２及びピストン２２が一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂの案内作用下にピストンロッド２４と一体的に軸線方向に沿って変位する。
なお、回転駆動源１４に流される電流の極性を正逆逆転させることにより、前記ピストン２２及びピストンロッド２４を前記とは反対方向に沿って動作させることができる。
図６に示されるように、ピストン２２が一方又は他方のストロークエンドまで到達することがなくその中間位置でワークＷの押し当て作業を行った場合、ワークＷに当接するソケット２６、ピストンロッド２４及び連結体６０を介してピストン２２に衝撃が伝達される。
この場合、本実施の形態では、連結体６０に接触するピストンダンパ５６ａの端部が図７に示されるように変形することによって衝撃が受容されると共に、ピストン２２の内部に設けられた摺動ナット５２がピストン２２に対して、送りねじ軸１８の軸線方向に沿って僅かに摺動変位することにより（図７中の二点鎖線参照）、前記衝撃が好適に吸収される。
換言すると、ピストンロッド２４に付与される衝撃によって相互に連結されたピストン２２及び連結体６０が送りねじ軸１８の軸線方向に沿って変位可能に設けられ、前記ピストン２２及び連結体６０の僅かな変位を摺動ナット５２の端部に装着された弾性を有するピストンダンパ５６ａによって吸収することにより、前記衝撃が好適に緩和される。
この場合、摺動ナット５２は送りねじ軸１８に螺合しているため、該送りねじ軸１８との関係では変位することがないと共に、摺動ナット５２と送りねじ軸１８との螺合部位に対して衝撃が伝達されることが阻止されることにより、前記摺動ナット５２及び送りねじ軸１８の螺合部位を好適に保護することができる。
従って、本実施の形態では、両ストロークエンドの中間位置においてピストンロッド２４によってワークＷの押し当てを行った場合であっても、前記ピストンロッド２４に付与される衝撃が弾性を有するピストンダンパ５６ａと、ピストン２２及び摺動ナット５２との間の相対的な摺動変位を通じて円滑に吸収されるため、電動アクチュエータ１０の耐久性が劣化することを阻止することができる。
さらに、ピストンロッド２４の前進端におけるストロークエンドで衝撃が発生した場合、前記ピストンダンパ５６ａの緩衝作用と共に、連結体６０の環状フランジ部６６が第２エンドダンパ３６ｂに当接して緩衝作用が相乗効果的になされるため、より一層好適に衝撃が吸収される（図８参照）。
同様に、ピストンロッド２４の後進端におけるストロークエンドで衝撃が発生した場合、前記ピストンダンパ５６ｂの緩衝作用と共に、ピストン２２及び環状体６８の端面が第１エンドダンパ３６ａに当接して緩衝作用が相乗効果的になされるため、より一層好適に衝撃が吸収される（図２参照）。
このように本実施の形態では、ピストン２２に設けられた一組のピストンダンパ５６ａ、５６ｂと、ハウジング１２及びロッドカバー１６に設けられた第１及び第２エンドダンパ３６ａ、３６ｂとを含む緩衝機構を設けることにより、両ストロークエンド間の中間位置並びに両ストロークエンドの任意の位置においてピストン２２に付与される衝撃を好適に緩衝することができる。
また、本実施の形態では、圧縮空気が無い、若しくは使用できない環境であっても、エアシリンダと同様に使用可能なモータ駆動によるアクチュエータとして使用することができる。
この場合、エアシリンダと同様であるとは、ＯＮ／ＯＦＦ制御による駆動であること、コントローラが不要であること、ピストン２２の押し当て動作が可能であること、センサ無しでも駆動可能であること、速度制御、推力制御が可能であること等をいう。
さらに、本実施の形態では、剛性ボデイを無くして平行な一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂによって所定の剛性を確保することにより、部品点数を削減して製造コストを低減すると共に、軽量化を図ることができる。
ハウジング１２及びロッドカバー１６の製造方法としては、例えば、アルミニウムダイカストによる一体成形、板金深絞り、あるいは、複数枚の鋼板を積層して一体的に形成した積層鋼板等を用いるとよい。
回転駆動源１４としては、例えば、ＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ、あるいはＡＣサーボモータ等を用いるとよい。
送りねじ軸１８としては、樹脂製滑りねじ軸、金属製滑りねじ軸、ボールねじ軸、あるいはプーリに懸架されるタイミングベルト等を用いるとよい。
次に、本発明の他の実施の形態に係る電動アクチュエータ８０を図９〜図１１に示す。なお、図１に示される電動アクチュエータ１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付しその詳細な説明を省略する。
この他の実施の形態に係る電動アクチュエータ８０は、一組のガイドロッド２０ａ、２０ｂがなく、円筒状のハウジング８２と段付き円筒状のロッドカバー８４とを連結する長尺な円筒状のチューブ８６を備え、前記チューブ８６の中空部８８内にピストン９０が収装されている点で前記実施の形態と異なる。
前記ピストン９０の外周面には、樹脂製材料によって形成され軸線方向に沿って延在する一組のガイドプレート９２ａ、９２ｂと、断面円弧状の半割り形状からなる一組のマグネット９４ａ、９４ｂとがそれぞれ凹部を介して固着される。 この場合、前記一組のガイドプレート９２ａ、９２ｂのみがチューブ８６の内壁に形成された平坦なガイド面９６ａ、９６ｂに沿って摺動するように設けられているため、ピストン９０に対するガイド作用及びチューブ８６の周方向に対する周り止め作用がなされる。なお、前記ガイドプレート９２ａ、９２ｂを除いた他の部位においてはピストン９０の外壁とチューブ８６の内壁との間に所定のクリアランス９８が設けられる（図１１参照）。
なお、ピストン９０の内部に同一形状からなる摺動ナット５２が摺動可能に装着される点は前記実施の形態と同一である。また、前記摺動ナット５２は、ピストン９０の一端部に連結された連結体１００と、ピストン９０の他端部に装着されたＣクリップ１０２とによって保持される。
前記チューブ８６の外周面の所定部位には、例えば、近接センサ、フォトマイクロセンサ等の各種センサが図示しないバンドを介して装着され、前記マグネット９４ａ、９４ｂの磁界をチューブ８６に装着されたセンサ（図示せず）によって検知することにより、ピストン９０の位置検出がなされる。
一組のピストンダンパ５６ａ、５６ｂ及びエンドダンパ３６ａ、３６ｂの機能は、前記実施の形態と同一であるため、その詳細な説明を省略する。
以上の実施の形態では、図１及び図９に示されるように、ピストンロッド２４が伸縮動作するロッドタイプのみが開示されているが、これに限定されるものではなく、前記ピストン２２、９０に図示しないスライドテーブルを連結して使用するスライドテーブルタイプにも適用することができることは勿論である。
この場合、ピストンロッド２４をピストン２２、９０から取り外し、ピストンロッド２４が貫通する孔部が閉塞された図示しない他のロッドカバーを用いることによりロッドタイプからスライドテーブルタイプに容易に変更することができる。
本発明の実施の形態に係る電動アクチュエータの斜視図である。 図１に示す電動アクチュエータの軸線方向に沿った部分縦断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った縦断面図である。 エンドダンパの斜視図である。 ピストンダンパの斜視図である。 中間位置においてピストンロッドがワークに当接した状態を示す部分縦断面図である。 図６の状態において、ピストンダンパによって衝撃が吸収される状態を示す動作説明図である。 ピストンロッドの前進端においてピストンダンパとエンドダンパとによって衝撃が吸収される状態を示す動作説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る電動アクチュエータの斜視図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿った部分縦断面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った縦断面図である。 従来技術に係る電動アクチュエータの一部切り欠き斜視図である。 図１２に示す電動アクチュエータの分解斜視図である。
符号の説明
１０、８０…電動アクチュエータ １２、８２…ハウジング
１４…回転駆動源 １６、８４…ロッドカバー
１８…送りねじ軸 ２０ａ、２０ｂ…ガイドロッド
２２、９０…ピストン ２４…ピストンロッド
２６…ソケット ３６ａ、３６ｂ…エンドダンパ
３８…円筒部 ４０…フランジ部
３４、４８、５８…貫通孔 ５０…ねじ孔
５２…摺動ナット
５４ａ、５４ｂ、５７ａ、５７ｂ…平面部
５６ａ、５６ｂ…ピストンダンパ ６０、１００…連結体
６２、６４…環状部 ６６…環状フランジ部
６８…環状体 ７０…ガイド部
７２ａ、７２ｂ…プレート ８６…チューブ
９２ａ、９２ｂ…ガイドプレート ９４ａ、９４ｂ…マグネット
９６ａ、９６ｂ…ガイド面 ９８…クリアランス

Claims (2)

  1. ハウジングと、
    前記ハウジングに連結される回転駆動源と、
    前記回転駆動源の回転駆動力を直線運動に変換して変位部材に伝達することにより、前記変位部材を直線状に往復動作させる駆動力伝達軸と、
    前記変位部材に付与される衝撃を吸収する緩衝機構と、
    を備え、
    前記変位部材は、ピストンと、前記ピストンの軸線方向に沿った孔部内に保持され、前記駆動力伝達軸の螺回作用下に前記ピストンと一体的に変位する摺動ナットとを有し、
    前記摺動ナットは、前記ピストンの一端部に連結された連結体と他端部に連結された環状体によって保持され、
    前記緩衝機構は、前記摺動ナットの一端部から所定だけ突出すると共に該摺動ナットの一端部と前記連結体との間に介装される第１のピストンダンパと、前記摺動ナットの他端部から所定だけ突出すると共に該摺動ナットの他端部と前記環状体との間に介装される第２のピストンダンパとを有し、
    前記第１と第２のピストンダンパによって衝撃を吸収する際、前記摺動ナットと該ピストンとは、前記駆動力伝達軸の軸線方向に沿って相対的に変位可能に設けられることを特徴とする電動アクチュエータ。
  2. 請求項１記載の電動アクチュエータにおいて、
    前記緩衝機構は、さらに、弾性体によって形成され、前記ピストン側に臨む前記ハウジングの端部に設けられた第１エンドダンパと、前記ハウジングから所定距離離間するロッドカバーに設けられた第２エンドダンパとを有することを特徴とする電動アクチュエータ。
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