JP2009118732A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 出力反対側への前記出力軸の突出をなくして、該出力軸の長さを短くするとともに、該出力軸のストロークを有効に活用できるリニアアクチュエータを提供することにある。
【解決手段】 モータ（２２）の回転子（２４）の中空軸（２５）内に配設される駆動用ナット部材（２６）と、前記中空軸（２５）内を挿通し、その外周面に、前記駆動用ナット部材（２６）のねじ部（２６ａ）と螺合するねじ部（２７ａ）が形成される出力軸（２７）と、前記回転子（２４）の出力反対側を軸支する軸受け（３１）が配設されたフレーム（２９）と、前記出力軸（２７）の出力反対側に固着された端軸（３６）と、前記出力軸（２７）の出力軸側に固着された接続部材（４１）と、該接続部材（４１）に固着され前記出力軸（２７）と平行に配設されるリニア軸（４３）と、該リニア軸（４３）を摺動可能に保持するリニア軸受（４４）を有し、前記モータ（２２）の出力軸側端面を閉塞する摺動ガイド機構（４２）と、を備えたリニアアクチュエータ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関し、特に、該アクチュエータの出力反対側（ここで、出力反対側とは、該アクチュエータの出力軸が出力する側の反対側をいう。）への出力軸の突出をなくし、出力軸のストロークを有効に活用することで小型化と、関連機能を有する装置の付加が可能なものに関する。

従来、この種のリニアアクチュエータとしては、例えば、図４（ａ）の断面図および
図４（ｂ）の側面図に示すものがある。図４（ａ）および図４（ｂ）において、このリニアアクチュエータ１は、モータ２を構成する固定子３と、該固定子３内の軸心上に、中空状の回転軸５に固着して、回動自在に配設される回転子４のほか、該回転子４の鉄心４ａから離れた軸心上の部位で、前記中空軸５の中空部分が拡径された中空拡径部５ａ内に固着される駆動用ナット部材６と、該中空軸５内を、外部に突出して往復動するように挿通し、その外周面に、前記ナット部材６のねじ部６ａと螺合するねじ部７ａが形成される出力軸７とを備える。

そして、前記中空軸５は、その一方の側に形成された前記中空拡径部５ａと、前記回転子鉄心４ａを間に、その他方の側の中空小径部５ｂとが、前記固定子３の両側にそれぞれ固定されたフレーム８，９に配設された軸受１０，１０および１１により、回動自在に支持されている。

また、前記中空小径部５ｂ側の前記フレーム９には、該中空小径部５ｂを支持する前記軸受１１を収容する軸受保持部９ａが形成され、該軸受保持部９ａの外側端内に、円筒状のブッシュ１２が、前記出力軸７を貫通させるとともに、該出力軸７を直動自在に支持するように配設されている。前記円筒状のブッシュ１２は、前記出力軸７のねじ部７ａの回り止め機能を有する場合もある。なお、１３は、エンドキャップ、１２ａ，１２ａは、穴用止め輪、１５は、前記モータ２の巻線に駆動電力を供給する引出線１４用のクランプである。

このようにして、該アクチュエータ１は、前記モータ２を駆動するとき、その前記回転子４に発生する回動動力を、前記中空軸５を介して、前記駆動用ナット部材６内で互いに螺合する前記両ねじ部６ａ，７ａにより、前記出力軸７から、外部に直動動力として出力するものである。

特開平１１−２９４５５３号公報 特開昭６３−３５１５０号公報 特開平１０−３２２９６３号公報 特開昭６２−２７２８５７号公報 実開昭５７−１２７５６７号公報

ところで、従来の前記リニアアクチュエータ１の出力軸７は、前記回転子４に対して、前記駆動用ナット部材６の位置と反対の側（出力反対側）から、直動動力を出力していた。しかしながら、前記出力軸７からストロークが出力されるとき、該出力軸７が、前記駆動用ナット部材６との螺合がはずれない範囲で、かつ該駆動用ナット部材６から抜けないように、その長さが、「ストローク」＋「駆動用ナット部材６の位置から前記中空小径部５ｂ側の前記フレーム９端までの距離」分の、極めて長い長さを必要としていた。

同時に、このような従来のリニアアクチュエータ１にあっては、前記出力反対側に、前記出力軸７が突出するため、取付けに必要なスペースが大きく、また、該出力反対側に電磁ブレーキなどの機能を有する装置が付加することができないという問題点があった。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解決し、前記出力反対側への前記出力軸の突出をなくして、該出力軸の長さを短くするとともに、該出力軸のストロークを有効に活用できるリニアアクチュエータを提供することにある。

本発明の他の目的は、前記出力軸の前記出力反対側の軸端側で、前記中空軸端に、前記回転子に関連する他の機能（例えば、回動検出、回転数検出およびブレーキなど）を有する装置の付加が可能なリニアアクチュエータを提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の構成は、モータ（２２）の回転子（２４）の中空軸（２５）内に配設される駆動用ナット部材（２６）と、前記中空軸（２５）内を挿通し、その外周面に、前記駆動用ナット部材（２６）のねじ部（２６ａ）と螺合するねじ部（２７ａ）が形成される出力軸（２７）と、前記回転子（２４）の出力反対側を軸支する軸受け（３１）が配設されたフレーム（２９）と、前記出力軸（２７）の出力反対側に固着された端軸（３６）と、前記出力軸（２７）の出力軸側に固着された接続部材（４１）と、該接続部材（４１）に固着され前記出力軸（２７）と平行に配設されるリニア軸（４３）と、該リニア軸（４３）を摺動可能に保持するリニア軸受（４４）を有し、前記モータ（２２）の出力軸側端面を閉塞する摺動ガイド機構（４２）と、を備えたことにある。
また、本発明の構成は、モータ（２２）の回転子（２４）の中空軸（２５）内に配設される駆動用ナット部材（２６）と、前記中空軸（２５）内を挿通し、その外周面に、前記駆動用ナット部材（２６）のねじ部（２６ａ）と螺合するねじ部（２７ａ）が形成される出力軸（２７）と、前記回転子（２４）の出力反対側を軸支する軸受け（３１）が配設されたフレーム（２９）と、前記出力軸（２７）の出力反対側に固着された端軸（３６）と、前記出力軸（２７）を軸方向にのみ摺動可能に保持するリニア軸受（６２）を有し、前記モータ（２２）の出力軸側端面を閉塞する摺動ガイド機構（６０）と、を備えたことにある。

本発明は、以上のように構成されているので、該出力軸の長さを短くするとともに、前記出力反対側へ前記出力軸の突出をなくして、該出力軸のストロークを有効に活用できる。
また、前記中空軸を途中から中実軸にするか、または、そのまま中空軸を延長することにより省スペース化することができる。
また、前記中空軸を中空にすることにより、前記出力軸を貫通させることもできる。
さらに、前記出力反対側へ、前記回転子に関連する他の機能（例えば、回動検出、回転数検出およびブレーキなど）を有する装置を付加することができる。

本発明のリニアアクチュエータの一実施の形態を示す、縦断面図である。 図１の左側面図である。 本発明のリニアアクチュエータの他の実施の形態を示す、縦断面図である。 従来のリニアアクチュエータを示し、図４（ａ）は、その縦断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）の右側面図である。

以下、図面に基づいて本発明の好適な発明の実施の形態を詳しく説明する。図１および図２は、本発明のリニアアクチュエータの一実施の形態を示し、図１は、その縦断面図、図２は、図１の左側面図である。

図１および図２において、このリニアアクチュエータ２０は、モータ、例えばステッピングモータ２２を構成する固定子２３と、該固定子２３内の軸心上に、中空状の回転軸（以下、中空軸という）２５に固着して、回動自在に配設される回転子２４とのほか、該回転子２４の鉄心２４ａから離れた軸心上の部位で、前記中空軸２５の中空部分が拡径された中空拡径部２５ａ内に固着される駆動用ナット部材２６と、該中空軸２５内を、外部に突出して往復動するように挿通し、その外周面に、前記駆動用ナット部材２６のねじ部２６ａと螺合するねじ部２７ａが形成される出力軸２７と、該出力軸２７を直動させるガイド機構４０とからなる。

前記回転子鉄心２４ａが固着された前記中空軸２５は、その一方の側に形成された中空拡径部２５ａと、該回転子鉄心２４ａを間に、その他方の側の中空小径部２５ｂとが、前記固定子２３の軸方向両側に、図示しない締結ねじによりそれぞれ固定されたフレーム２８，２９で、該フレーム２８，２９に配設された軸受３０，３０および３１により、回動自在に支持されている。そして、前記中空拡径部２５ａは、その端側外周面に設けられたねじ部２５ｃに、ロックナット３２を螺合させ、該中空拡径部２５ａの外周面に形成された段部２５ｄとともに、前記軸受３０，３０の内輪側に回動自在に固定されている。

また、前記中空拡径部２５ａには、その内周面の一部にねじ部２５ｅが設けられており、前記駆動用ナット部材２６は、その外周面に設けられたねじ部２６ｂを、前記中空拡径部２５ａの内周面のねじ部２５ｅに螺着されている。そして、前記駆動用ナット部材２６は、その内周面に設けられた前記ねじ部２６ａを、前記出力軸２７のねじ部２７ａと螺合させながら、該出力軸２７を貫通させ、かつ、図示しないねじにより、前記ナット部材２６に固定されたエンドプレート３３とロックナット３２を締結することにより緩み止めもされている。

３４は、前記出力軸２７を貫通させて、前記アクチュエータ２０の端部に、補助フレーム３５を介して、図示しない締結ねじにより固定されるとともに、その外周部に前記ガイド機構４０の保持部３４ａが形成されるガイド保持部材である。

他方、前記中空軸２５の前記中空小径部２５ｂ側の前記フレーム２９には、該中空小径部２５ｂの端部２５ｆを支持する前記軸受３１が配設されており、該端部２５ｆの内周部分に、前記中空軸２５の中心軸線上で、該端部２５ｆを閉塞するように、軸方向に延長し、前記フレーム２９の外方に突出する端軸３６を挿入、固着している。そして、該端軸３６の突出部３６ａに、前記回転子２４に関連する他の機能、例えば、回動検出、回転数検出およびブレーキなどの機能を有する装置３７を結合または接続することを可能にしている。

前記装置３７は、前記フレーム２９の外方に配設され、前記端軸３６の突出部３６ａに接続される、前記回転子２４に関連する他の機能を有する装置、例えば、エンコーダを示す。

前記ガイド機構４０は、前記出力軸２７の先端に接続部材４１を介して接続され、かつ、前記アクチュエータ２０の端部に固定されるガイド保持部材３４の半径方向の外周に形成される、単数または複数（本実施の形態では、２個等配）の摺動ガイド機構４２からなっている。

すなわち、該摺動ガイド機構４２は、前記出力軸２７の出力先端に接続された前記接続部材４１を介し、その両端部（１８０°隔てて）に接続され、その軸方向が、該出力軸２７の軸方向に平行に配設されるリニア軸４３と、前記ガイド保持部材３４の外周に形成された保持部３４ａ内に、前記出力軸２７に対して対称に固着され、前記リニア軸４３を摺動自在に配設されるリニア軸受４４またはリニアブッシュとからなっている。前記出力軸２７は、前記ガイド機構４０により、直動するように案内される。

このように、該リニアアクチュエータ２０は、前記モータ２２を駆動するとき、その前記回転子２４に発生する回動動力を、前記中空軸２５を介して、前記駆動用ナット部材２６内で互いに螺合する前記両ねじ部２６ａ，２７ａにより、前記出力軸２７から、前記ガイド機構４０により案内されながら、外部に直動動力として出力する。

また、該リニアアクチュエータ２０は、前記駆動用ナット部材２６が、前記ガイド保持部材３４の近くに配置されているため、前記出力軸２７の長さは、「ストローク」＋「駆動用ナット部材２６の厚さ」＋「ガイド保持部材３４の厚さ」だけでよいことになる。このことにより、前記出力軸２７の長さを短くできるため、該出力軸２７を前記中空軸２５の内部(アクチュエータ２０の本体内)に内蔵することもでき、前記中空小径部２５ｂ側(出力反対側)に、前記他の機能を有する装置３７を付加することができる。

前記他の機能を有する装置３７を付加する際は、前記中空小径部２５ｂの端部２５ｆに固着された前記端軸３６の突出部３６ａに組み付けるか、または一体的構造にすることができる。前記回転子２４に関連する、前記他の機能を有する装置３７としては、電磁ブレーキ、エンコーダ、タコジェネレータ、スリット板などがある。

図３は、本発明のリニアアクチュエータの他の実施の形態を示す縦断面図で、前記実施の形態の図１との相違点は、前記ガイド機構４０とガイド機構６０とにあるので、図３で、図１と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。

図３において、リニアアクチュエータ５０の前記出力軸２７の出力側端に配設されるガイド機構６０としての回り止め機構は、該出力軸２７の外周面に形成される該出力軸２７の軸心に平行して形成されるガイド溝６１と、前記出力軸心上に配設され、該ガイド溝６１に沿って、転動する図示しない鋼球の列によってガイドするリニア軸受６２またはリニアブッシュとからなっている。前記リニアアクチュエータ５０は、その出力軸２７から、前記ガイド機構６０により案内されながら、前述と同様に、外部に直動動力として出力する。

これにより、前記アクチュエータ５０を、さらに小型化することができる。なお、この場合、前記出力軸２７に対して、機械的に、回転方向の荷重や垂直方向の荷重に弱くなるが、使用に際し、公知の補強機構をこれに付加することで、それを補うことができる。

なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。

以上の説明から明らかなように、本発明のリニアアクチュエータによれば、モータの回転子の中空軸内に配設される駆動用ナット部材と、該中空軸内を挿通し、その外周面に、前記駆動用ナット部材のねじ部と螺合するねじ部が形成される出力軸とを備え、前記モータの前記回転子に発生する回動動力を、互いに螺合する前記両ねじ部により、前記出力軸から直動動力として出力するアクチュエータにおいて、前記出力軸の出力側を、前記駆動用ナット部材の位置と同じ側で、かつ、該位置に近い位置に設け、前記出力軸を直動可能にし、かつ、該出力軸を直動させるガイド機構を設け、前記ガイド機構は、前記出力軸に接続部材を介して接続され、かつ、前記モータの外周に配設される単数または複数の摺動ガイド機構からなり、該摺動ガイド機構は、リニア軸受またはリニアブッシュと、該リニア軸受またはリニアブッシュに摺動自在に、前記出力軸に平行して配設されるリニア軸とからなるので、該リニアアクチュエータの出力反対側への前記出力軸の突出をなくして、該出力軸の長さを短くするとともに、該出力軸のストロークを有効に活用できる。
また、本発明によれば、前記中空軸の前記出力反対側の端部に、前記中空軸の中心軸線上に延長して端軸を形成するので、前記出力軸の前記出力反対側の軸端側で、前記中空軸端に、前記回転子に関連する他の機能（例えば、回動検出、回転数検出およびブレーキなど）を有する装置を付加することができる。また、前記中空軸を、途中から中実軸にして、該中実軸の中心軸線上に前記閉塞部に対応する部位まで延長して、端軸を形成し、該軸端に、前記回転子に関連する他の前記機能を有する装置を、付加することもできるという効果を奏する。

２０，５０，６０ リニアアクチュエータ
２２ モータ
２３ 固定子
２４ 回転子
２５ 中空軸
２５ａ 中空拡径部
２５ｂ 中空小径部
２５ｆ 端部
２６ 駆動用ナット部材
２６ａ，２７ａ ねじ部
２７ 出力軸
３４ ガイド保持部材
３４ａ 保持部
３６ 端軸
３６ａ 突出部
３７ 他の機能を有する装置
４０，６０ ガイド機構
４１ 接続部材
４２ 摺動ガイド機構
４３ リニア軸
４４，６２ リニア軸受
６１ ガイド溝

Claims (2)

1. モータ（２２）の回転子（２４）の中空軸（２５）内に配設される駆動用ナット部材（２６）と、
   前記中空軸（２５）内を挿通し、その外周面に、前記駆動用ナット部材（２６）のねじ部（２６ａ）と螺合するねじ部（２７ａ）が形成される出力軸（２７）と、
   前記回転子（２４）の出力反対側を軸支する軸受け（３１）が配設されたフレーム（２９）と、
   前記出力軸（２７）の出力反対側に固着された端軸（３６）と、
   前記出力軸（２７）の出力軸側に固着された接続部材（４１）と、
   該接続部材（４１）に固着され前記出力軸（２７）と平行に配設されるリニア軸（４３）と、
   該リニア軸（４３）を摺動可能に保持するリニア軸受（４４）を有し、前記モータ（２２）の出力軸側端面を閉塞する摺動ガイド機構（４２）と、
   を備えたリニアアクチュエータ。
2. モータ（２２）の回転子（２４）の中空軸（２５）内に配設される駆動用ナット部材（２６）と、
   前記中空軸（２５）内を挿通し、その外周面に、前記駆動用ナット部材（２６）のねじ部（２６ａ）と螺合するねじ部（２７ａ）が形成される出力軸（２７）と、
   前記回転子（２４）の出力反対側を軸支する軸受け（３１）が配設されたフレーム（２９）と、
   前記出力軸（２７）の出力反対側に固着された端軸（３６）と、
   前記出力軸（２７）を軸方向にのみ摺動可能に保持するリニア軸受（６２）を有し、前記モータ（２２）の出力軸側端面を閉塞する摺動ガイド機構（６０）と、
   を備えたリニアアクチュエータ。
   
   
   
   

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