JP5106145B2 - シリンダ型アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、駆動機構によって回転操作されるボールネジ軸に螺合するボールネジナットと、このボールネジナットと共に往復動作する可動ロッドの締結を容易にしたシリンダ型アクチュエータに関する。

従来この種のシリンダ型アクチュエータとしては、図１６に示すようにサーボモータ等のモータ１００を内蔵したモータユニット１０１に、ボールネジ軸１０２およびこれに螺合するボールネジナット１０３を内蔵したシリンダケース１０４を組み付け、カップリング１０５を介してモータ１００の回転軸にボールネジ軸１０２を連結し、ボールネジ軸１０２の回転に伴ってボールネジナット１０３を往復動作させている。このボールネジナット１０３には、一体で駆動される可動ロッド１０６が組み付けられ、可動ロッド１０６の往復動作によって被搬送物の移動、あるいは往復動作の取り出しを行なっている（特許文献１、特許文献２参照）。

この従来技術によると、図１７に示すようにボールネジナット１０３の外周側に、短尺の中空状ロッド１０７が被冠・固定され、この中空状ロッド１０７に別の中空状ロッド１０８が差し込まれて可動ロッド１０６が構成され、リベット１０９によって連結固定されている。シリンダケース１０４の前後にはフロントブラケット１１０とリアブラケット１１１が設けられ、このフロントブラケット１１０とリアブラケット１１１との間に上下それぞれ二本ずつガイド軸部材１１２が掛け渡されている。中空状ロッド１０７には、上下位置にピン１１３が配置され、このピン１１３を２本のガイド軸部材１１２の間に挟まれるように配置してボールネジナット１０３および可動ロッド１０６の回転を規制している。
特開平０８−１２１５６０号公報 特開２００５−１５１７５８号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の従来技術によると、中空状ロッド１０７の外側に上下それぞれ二本ずつ掛け渡されたガイド軸部材１１２を設けるため、径方向のスペースを必要とし、アクチュエータの構造が大型化し、部品点数の増加から重量の増大を来たすことになる。また、中空状ロッド１０７に別の中空状ロッド１０８を差込みリベット１０９によって連結固定するため、リベット１０９の穴あけ加工が必要となり、中空状ロッド１０７にピン１１３を組み付けるための穴あけ加工も必要となる。このため、高精度な穴あけ加工に対して費用が嵩み高価格となる。さらに、アクチュエータ全体の重量が嵩むことから駆動源のモータ１００の出力が低減し、可動ロッド１０６の軸方向の推力も奪われてしまうことになる。

本発明は、上記課題を解決し、径方向のスペースを縮小し、部品点数の減少から重量の軽減を図り、かつ、高精度な穴あけ加工を省略することができるシリンダ型アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、シリンダケース内に、駆動機構によって往復動操作される移動体と、この移動体に組み付けられ、該移動体と一体で前記シリンダケース内の一定の作動領域内で往復動操作される可動ロッドとを備えたシリンダ型アクチュエータにおいて、前記移動体の前記駆動機構側の端部に、半径方向に延出するフランジを設け、前記可動ロッドの前記駆動機構側の基端部の外周面に、前記フランジに対向するフランジ部を有する固定具を装着し、前記移動体に設けられたフランジに、軸方向の取付穴（１６ａ）を形成し、前記固定具のフランジ部に、前記移動体のフランジの取付穴（１６ａ）に対向する取付穴（１８ｂ）を形成し、前記移動体のフランジに形成された取付穴（１６ａ）と、前記固定具のフランジ部に形成された取付穴（１８ｂ）を、締結具としてのボルトを挿通して互いに締結し、前記固定具に、互いに組み合わせて環状になる、半円弧状のアームを有する一対の固定要素を用いるとともに、これら一対の固定要素の両端部に重複部分を形成し、これら重複部分に前記取付穴（１８ｂ）を形成したことにある。
また、本発明は、前記可動ロッドの端部外周面に、前記固定具を組み付ける円周方向の係合溝を形成したことにある。
さらに、本発明は、前記固定具を構成する前記固定要素のアームの少なくとも重複しない片側先端部に、軸方向の鍔部を設けたことにある。
またさらに、本発明は、前記固定具を構成する前記固定要素のアームの内周側に、回り止めとなる扁平部を形成したことにある。
また、本発明は、前記固定具を構成する前記固定要素のアームの外周縁に、軸方向に延びるガイド片を延出し、該ガイド片の先端に、可動ロッド側に向けて折り曲げ部を形成し、前記ガイド片に回り止めプレートを組み付けたことにある。

本発明によれば以下のような効果を奏することができる。
請求項１によれば、部品締結用の穴加工が不要となり、部品点数の削減から小型化および軽量化を図ることができる。また、固定具に、互いに組み合わせて環状になる、半円弧状のアームを有する一対の固定要素を用いているので、可動ロッドと移動体の締結に、穴あけ加工が不要となり、精度が要求されず、経済的である。さらに、可動ロッドと移動体の締結に、ボルトを用いて締結しているので、組み付け作業が容易であり、かつ組み付けに精度を要求されないことから加工が容易で、かつ経済的である。
請求項２によれば、係合溝に固定具を組み付けるので、固定具が係合溝に位置決めされ、固定具が軸方向に移動する虞がない。
請求項３によれば、軸方向の鍔部によって固定要素相互の位置決めが図られるので、固定要素が互いにずれる不具合を防止することができる。
請求項４によれば、回り止めとなる扁平部によって固定要素の回り止めが図られるので、移動体との位置決めを図ることができる。
請求項５によれば、ガイド片によって回り止めプレートを保持することができる。

以下本発明のシリンダ型アクチュエータの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１はシリンダ型アクチュエータの正面図、図２はシリンダ型アクチュエータの側面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図１のＢ−Ｂ線断面図、図５は図１のＣ−Ｃ線断面図、図６は図２のＤ−Ｄ線断面図、図７は図２のＥ−Ｅ線断面図、図８は可動ロッドとボールネジナットを締結する固定具を分解して示す斜視図、図９は図８の固定具を組み付ける過程を示す斜視図、図１０ないし図１５は固定具の構造を示す斜視図である。

図１ないし図７は、シリンダ型アクチュエータを示したもので、このアクチュエータ１は往復動する可動体２を内蔵した機構部１Ａと、サーボモータあるいはステッピングモータ等の駆動用モータ３を内蔵した駆動部１Ｂとで構成されている。

上記機構部１Ａは、横断面略円形の中空部４ａを有する長尺のシリンダケース４に、長手方向に沿って配設されたボールネジ軸５と、このボールネジ軸５の回転に伴って長手方向（軸方向）に、往復動操作される可動体２が収納されている。シリンダケース４は、長尺の筐体の軸線上に略円形状の中空部４ａを形成したもので、この筐体の角部を成す対角線上の前記中空部４ａの内周面に軸方向のガイド溝４ｂが形成されている（図４、図５参照）。

前記可動体２は、内周面に雌ネジが刻設されて、ボールネジ軸５に螺合する移動体としての円筒状のボールネジナット６と、少なくともボールネジナット６の外径よりも大きい内径を有し、かつ前記シリンダケース４の中空部４ａの内径よりも小さい外径に形成されている円筒状の可動ロッド７とで構成されている。この可動ロッド７の内部に、前記ボールネジナット６が挿入されて、このボールネジナット６と可動ロッド７を、後述する固定具８を介して一体に締結している。前記可動ロッド７には、外内周を研削加工なしで使用できるアルミ高精度引き抜き素材を使用している。

ボールネジ軸５は、図３に示すように、前記駆動用モータ３側の基端５ａを、カップリング９を介して前記駆動用モータ３の出力軸３ａに連結されており、前記駆動用モータ３を内蔵したモータハウジング１０とシリンダケース４を連結したブラケット１１の内面ボス部に、軸受け１２を介して基端部５ｂが支持されている。ボールネジ軸５の先端５ｃには、前記可動ロッド７の内面を摺動可能に支持する軸受け１３が装着され、かつ止め輪１４を介して抜け止めが図られている。前記シリンダケース４の先端部内周面には、軸受け１５が設けられ、可動ロッド７を往復動可能に支持している。

次に、ボールネジナット６と可動ロッド７を締結する固定具８の構造を図８ないし図１５に従って説明する。
前記ボールネジナット６の前記駆動用モータ３側端部の端面には、図１０に示すように略菱形形状のフランジ１６が一体に設けられており、このフランジ１６は、ボールネジナット６の外径よりも外側に突出する延出部分には、後述する締結具としてのボルト１７を通すための軸方向の取付穴１６ａが形成されている。
一方、ボールネジナット６と同じ方向の可動ロッド７の片側外周面の縁部７ａには、図１１に示すように、円周方向に沿って一定幅ｇの溝７ｂが形成されており、この可動ロッド７の前記駆動用モータ３側基端部の外周面の縁部７ａに、端面７ｃから軸方向に向けて一定幅ｈで一定深さｍの凹部７ｄが一定長さｎにわたって形成されている。

前記固定具８の詳細を図１２ないし図１５にしたがって説明する。
前記固定具８は、前記可動ロッド７の溝７ｂに組み付けられるもので、左右に延びる半円弧状のアーム１８ａを有する一対の固定金具１８で構成されている。固定金具１８の左右のアーム１８ａの先端部の外側側縁には取付穴１８ｂを形成したフランジ部１８ｃが設けられており、片側（図示例では左側）のフランジ部１８ｃの側縁には軸方向に向けて突出した鍔部１８ｄが設けられている。
この固定金具１８は、図１３ないし図１５に示すように固定金具１８相互のアーム１８ａの先端部を互いに組み合わせて環状になるもので、一対の固定金具１８を組み付けた状態で、上記溝７ｂ内周面に合致する径を有するように形成されている（図１２参照）。この固定金具１８は、鍔部１８ｄが上になるようにアーム１８ａ先端相互を重ね合わせ、取付穴１８ｂが可動ロッド７の外側に突出するように組みつけられている。
これら固定金具１８は、互いの取付穴１８ｂを合致させて前記ボルト１７を挿通させて、ナット１７ａによって締結している。前記可動ロッド７の凹部７ｄは、このときのナット１７ａを羅着する際の逃げとなるものである。なお、固定金具１８にタップにより雌ネジを切ることで、ナット１７ａを省略することができる。
前記フランジ部１８ｃの内側側面は扁平部１８ｅに形成されており、この扁平部１８ｅが前記可動ロッド７の凹部７ｄに当接して固定具８の回り止めが図られている。また、この固定金具１８は、左右のアーム１８ａの中間位置に、アーム１８ａの外側縁から僅かに遠心方向に延出してから軸方向に折り曲げた一定長さｐのガイド片１８ｆを設けている。このガイド片１８ｆの先端には、内径側に向けて折り曲げられた係合爪部１８ｇが設けられている。

前記固定金具１８のガイド片１８ｆには、図８および図９に示すように回り止めプレート１９が組み付けられており、この回り止めプレート１９は、可動ロッド７の空転抑制目的で、可動ロッド７の外周面に接触して、シリンダケース４内４ｂを摺動しています。
該回り止めプレート１９は、板状のプレート１９ａの一端部中間部に切り欠き部１９ｂを設け、この切り欠き部１９ｂから他端部側に向けて中間部に薄肉部１９ｃを形成したものである。該回り止めプレート１９は、切り欠き部１９ｂにガイド片１８ｆが組み合わさるようにして固定金具１８の内側に組み付け、薄肉部１９ｃを前記固定金具１８のガイド片１８ｆの内側に重ねるようにして前記固定金具１８に組みつけられている。

前記シリンダケース４の中空部４ａには、可動体２を一定の範囲内で往復作動させるためのストッパ機構が設けられている。
前記ブラケット１１の内面ボス部には、前記ボルト１７の頭部１７ｂに対向する位置にゴム等の弾性体のストッパ２０が軸方向に向けて装着されている。また、前記軸受け１５の後部側には、ガイド片１８ｆの係合爪部１８ｇに対向する位置に、弾性体のストッパ片２１が設けられている。

次に、上記シリンダ型アクチュエータの組み付け手順を説明する。
図８に示すように、一対の固定金具１８を可動ロッド７の溝７ｂの周囲に対向させて配置し、固定金具１８のガイド片１８ｆの内側に、切り欠き部１９ｂをガイド片１８ｆに係合させるようにして回り止めプレート１９を組み付ける。
そして、一対の固定金具１８のアーム１８ａを可動ロッド７の溝７ｂに係合させて、鍔部１８ｄが上になるようにして、取付穴１８ｂが重なるようにアーム１８ａ先端相互を重ね合わせて組み付ける。このとき、固定金具１８のアーム１８ａの扁平部１８ｅが前記可動ロッド７の凹部７ｄに位置するように組み付ける。こうして、固定具８の回り止めが図られる。
一方、ボールネジナット６のフランジ１６の取付穴１６ａに、ボルト１７を通し、このボルト１７を、重ね合わされた固定金具１８の取付穴１８ｂに通し、ナット１７ａを螺合する。こうして、一対の固定金具１８が可動ロッド７の溝７ｂに組み付けられる。
このとき、回り止めプレート１９は、ガイド片１８ｆの内側に密着して、可動ロッド７の外周面に圧接され、可動ロッド７の空転を抑制する。
そして、ボールネジナット６に一体に組み付けられた可動ロッド７は、ガイド片１８ｆをガイド溝４ｂに合わせた状態にして、シリンダケース４の中空部４ａに挿入する。
こうして、ボールネジナット６の軸線上に螺合して組み付けられたボールネジ軸５は、カップリング９を介して前記駆動用モータ３の出力軸３ａに連結される。

次に、駆動用モータ３を作動させて上記シリンダ型アクチュエータを駆動すると、駆動用モータ３の回転は、カップリング９を介してボールネジ軸５に伝わり、ボールネジ軸５が回転する。こうして、ボールネジ軸５の回転により、ボールネジナット６が、軸方向に移動し、ボールネジナット６と固定具８を介して一体に締結された可動ロッド７を軸方向に移動させる。駆動用モータ３を正逆回転駆動することにより、可動ロッド７は往復動される。このとき、ボルト１７の頭部１７ｂをストッパ２０に当接させ、およびガイド片１８ｆの係合爪部１８ｇをストッパ片２１に当接させて、停止位置を制御部に認識させることにより、ストローク動作の基準原点を検出することができる。この基準原点を制御部に認識させることにより、一定の範囲内で可動ロッド７が往復動することになる。

前記実施の形態によると、ボールネジナット６と可動ロッド７を、固定具８を介して一体に締結したので、部品締結用の穴加工を省略することができるので、加工精度を要求されず、安価にアクチュエータを製造することができる。また、可動ロッド７には、外内周を研削加工なしで使用できるアルミ高精度引き抜き素材を使用できるため、安価な可動ロッド７が使用可能である。また、可動ロッド７自体の質量が軽減できるため、軸方向の推力を大きくすることができる。駆動源と反対側のボールネジ軸端を自由端にせずに軸受けを配置したので、可動ロッド７速度の許容範囲を大きくすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、上記実施の形態では、移動体は、ボールネジナット６およびボールネジ軸５からなるボールネジ機構によって、往復動作しているが、すべりネジ機構により駆動することもできる。等、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

本発明の実施の形態によるシリンダ型アクチュエータの正面図である。 本発明の実施の形態によるシリンダ型アクチュエータの側面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図である。 図２のＤ−Ｄ線断面図である。 図２のＥ−Ｅ線断面図である。 可動ロッドとボールネジナットを締結する固定金具を分解して示す斜視図である。 図８の固定金具を組み付ける過程を示す斜視図である。 図８の可動ロッドとボールネジナットを組み付けた状態を示す斜視図である。 図８の可動ロッドの基端部を示す斜視図である。 図８の可動ロッドに固定金具を組み付けた状態を示す斜視図である。 図８の一対の固定金具を分離した状態を示す斜視図である。 図１３の一対の固定金具を組み付けた状態を示す斜視図である。 図１３の一対の固定金具を組み付けた状態を示す斜視図である。 従来のシリンダ型アクチュエータを示す縦断面図である。 図１６の従来のシリンダ型アクチュエータを示す斜視図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
１Ａ 機構部
１Ｂ 駆動部
２ 可動体
３ 駆動用モータ
４ シリンダケース
４ａ 中空部
４ｂ ガイド溝
５ ボールネジ軸
６ ボールネジナット（移動体）
７ 可動ロッド
８ 固定具
９ カップリング
１０ モータハウジング
１１ ブラケット
１７ ボルト（締結具）
１７ａ ナット（締結具）
１８ 固定金具
１８ａ アーム
１８ｂ 取付穴
１８ｃ フランジ部
１８ｄ 鍔部
１８ｅ 扁平部
１８ｆ ガイド片
１８ｇ 係合爪部
１９ 回り止めプレート

Claims (5)

1. シリンダケース内に、駆動機構によって往復動操作される移動体と、この移動体に組み付けられ、該移動体と一体で前記シリンダケース内の一定の作動領域内で往復動操作される可動ロッドとを備えたシリンダ型アクチュエータにおいて、
   前記移動体の前記駆動機構側の端部に、半径方向に延出するフランジを設け、前記可動ロッドの前記駆動機構側の基端部の外周面に、前記フランジに対向するフランジ部を有する固定具を装着し、
   前記移動体に設けられたフランジに、軸方向の取付穴（１６ａ）を形成し、前記固定具のフランジ部に、前記移動体のフランジの取付穴（１６ａ）に対向する取付穴（１８ｂ）を形成し、前記移動体のフランジに形成された取付穴（１６ａ）と、前記固定具のフランジ部に形成された取付穴（１８ｂ）を、締結具としてのボルトを挿通して互いに締結し、
   前記固定具に、互いに組み合わせて環状になる、半円弧状のアームを有する一対の固定要素を用いるとともに、これら一対の固定要素の両端部に重複部分を形成し、これら重複部分に前記取付穴（１８ｂ）を形成したことを特徴とするシリンダ型アクチュエータ。
2. 前記可動ロッドの端部外周面に、前記固定具を組み付ける円周方向の係合溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ型アクチュエータ。
3. 前記固定具を構成する前記固定要素のアームの少なくとも重複しない片側先端部に、軸方向の鍔部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダ型アクチュエータ。
4. 前記固定具を構成する前記固定要素のアームの内周側に、回り止めとなる扁平部を形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシリンダ型アクチュエータ。
5. 前記固定具を構成する前記固定要素のアームの外周縁に、軸方向に延びるガイド片を延出し、該ガイド片の先端に、可動ロッド側に向けて折り曲げ部を形成し、前記ガイド片に回り止めプレートを組み付けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシリンダ型アクチュエータ。

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