JP2010220393A

JP2010220393A - ロータリーアクチュエータ

Info

Publication number: JP2010220393A
Application number: JP2009064443A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Morikawa; 博行森川
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】ボールネジ機構におけるボールネジを回転して、ボールナットに対して軸方向に移動したとき、自己的に戻る機能を備えたロータリーアクチュエータを提供する。
【解決手段】ステータ１７内に、永久磁石を備えたロータ２５を回転自在に備えたロータリーアクチュエータであって、前記ロータ２５と一体的に備えた回転軸１１に、当該回転軸１１を軸方向に移動するための螺子部７を備え、前記ステータ１７の軸方向の長さ寸法と前記ロータ２５の永久磁石を備えた部分の軸方向の長さ寸法を等しく構成してあり、前記回転軸１１の先端部に、当該回転軸１１に対して相対的に回転自在かつ当該回転軸１１と軸方向へ一体的に往復動自在なスライダ３７を備え、このスライダ３７に被作動体を押圧するための押圧子３９を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばモータなどのごときロータリーアクチュエータに係り、さらに詳細には、回転自在なロータを軸方向へ移動自在に備えたロータリーアクチュエータに関する。

従来、プレス機械におけるラムを上下動する駆動装置としてモータとボールネジとを組合せた構成がある（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−２０７５６０号公報

前記特許文献１に記載の駆動装置の構成は、モータにおけるロータを円筒形状に構成し、このロータの内周面に一体的に備えたボールナットにボールネジを軸方向へ移動自在に螺合した構成である。すなわち、従来はボールネジ機構におけるボールナットを回転する構成であるから、回転部が大型化し慣性が大きくなるという問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、ステータ内に、永久磁石を備えたロータを回転自在に備えたロータリーアクチュエータであって、前記ロータと一体的に備えた回転軸に、当該回転軸を軸方向に移動するための螺子部を備え、前記ステータの軸方向の長さ寸法と前記ロータの永久磁石を備えた部分の軸方向の長さ寸法を等しく構成してあることを特徴とするものである。

また、ステータ内に、永久磁石を備えたロータを回転自在に備えたロータリーアクチュエータであって、前記ロータと一体的に備えた回転軸に、当該回転軸を軸方向に移動するための螺子部を備え、前記ステータの軸方向の長さ寸法よりも、前記ロータの永久磁石を備えた部分の軸方向の長さ寸法を短く構成してあることを特徴とするものである。

また、前記ロータリーアクチュエータにおいて、前記回転軸に軸方向へ相対的に移動自在かつ一体的に回転自在に備えた回転体に、当該回転軸の回転を検出するための回転検出手段を備えていることを特徴とするものである。

また、前記ロータリーアクチュエータにおいて、前記回転軸の先端部に、当該回転軸に対して相対的に回転自在かつ当該回転軸と軸方向へ一体的に往復動自在なスライダを備え、このスライダに被作動体を押圧するための押圧子を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、ロータリーアクチュエータにおける回転軸を回転しかつ軸方向に移動する構成であるから、回転部の径を小さくすることができ、慣性を抑制することができるものである。また、ステータの軸方向の長さとロータの永久磁石を備えた部分の軸方向の長さとを等しく構成することにより、ロータが軸方向に移動した後に自己復帰機能を生じるものであり、安全性の向上を図ることができるものである。

本発明の第１の実施形態に係るロータリーアクチュエータの構成を示す断面説明図である。同上のロータリーアクチュエータの動作状態を示す説明図である。本発明の第２の実施形態に係るロータリーアクチュエータの構成を示す断面説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るロータリーアクチュエータについて説明するに、当該ロータリーアクチュエータは例えば工作機械や産業機械などの種々の機械に装着して使用することができるが、本実施形態においてはプレス機械の１例としてのパンチプレスに適用した場合について例示し説明する。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係るロータリーアクチュエータ１は、プレス機械におけるフレーム３に装着してある。より詳細には、前記フレーム３には筒状の支持ハウジング５が取付ボルトなどのごとき取付具（図示省略）を介して着脱可能に取付けてあり、この支持ハウジング５内には螺子部を構成するボールネジ機構７におけるボールナット９が嵌入支持されている。そして、上記ボールナット９内には、ボールを介してボールネジ１１が回転自在かつ上下に移動自在に螺入してあり、このボールネジ１１は前記ボールナット９を上下方向に貫通してある。

前記支持ハウジング５の上部には、回転軸としてのボールネジ１１を回転するためのモータ部１３が備えられている。すなわち、前記支持ハウジング５の上部には、励磁コイル１５を備えたステータ（積層鋼板）１７が上下のステータブラケット１９，２１を介して一体的に取付けてある。そして、前記ボールネジ（回転軸）１１の上方向へ延伸した上方向延伸部２３にはロータ（積層鋼板）２５がナットなどのごとき固定具２７によって一体的に取付けてあり、このロータ２５には、一般的なモータと同様に複数の永久磁石（図示省略）が備えられている。前記モータ部１３において、前記ステータ１７の軸方向の長さ寸法と前記ロータ２５の永久磁石を備えた部分の軸方向の長さ寸法、すなわち積層鋼板の積層寸法は、図１に示すように、等しく構成してある。

前記回転軸１１の前記上方向延伸部２３の上端部には上方向に長いスプライン部２９が備えられており、このスプライン部２９は、上側の前記ステータブラケット１９に回転自在に備えられた回転体としてのスプラインナット３１を相対的に摺動のみ自在に貫通してある。すなわち前記スプラインナット（回転体）３１は、回転軸１１と一体に回転する構成である。そして、前記スプラインナット３１には、前記回転軸１１の回転を検出するために、例えばロータリーエンコーダなどのごとき回転検出手段３３が備えられている。したがって、モータ部１３を回転駆動すると、回転軸１１の回転速度、回転位置及び回転数などを検出することができるものである。

前記支持ハウジング５の下面には複数本のガイドポスト３５が垂直に備えられており、このガイドポスト３５にはスライダ３７が上下動自在に備えられている。なお、スライダ３７の上下動を円滑に行うために、スライダ３７等の重量は、例えばスプリングなどのごとき公知の適宜のバランサ（図示省略）によって支持されている。そして、このスライダ３７には、プレス機械における被作動体としてのパンチ（上金型）を打圧又は押圧するラムなどのごとき押圧子３９が備えられている。なお、本実施形態においては、前記押圧子３９はシャープレート４１を備えた過負荷安全装置４３を介して前記スライダ３７に取付けてある。前記過負荷安全装置４３の構成は周知の構成であるから、過負荷安全装置４３についてのより詳細な説明は省略する。

前記スライダ３７を前記ガイドポスト３５に沿って上下動するために、前記回転軸１１とスライダ３７は、相対的に回転自在かつ一体的に上下動する構成でもって連結してある。すなわち、前記スライダ３７の上面には半円球状の凹部４５が形成してあり、この凹部４５には前記回転軸１１の下端部に備えた球状部４７が相対的に回転自在に係合してある。そして、前記凹部４５からの球状部４７の離脱を防止するための球押え部材４９が前記スライダ３７に取付けてある。

以上のごとき構成において、モータ部１３における励磁コイル１５を励磁してモータ部１３を正回転駆動すると、ボールネジ（回転軸）１１が正回転駆動される。すなわちボールネジ機構７におけるボールネジ１１を正回転駆動するものであるから、ボールネジ機構７におけるボールナット９を正回転駆動する場合に比較して、回転部の径を小径に抑制することができ、慣性を抑制することができるものである。したがって、回転部の加減速の応答性の向上を図ることができるものである。

前述のごとく回転軸（ボールネジ）１１を正回転すると、ボールネジ機構７の作用によって回転軸１１は下方向へ移動し、スライダ３７を一体的に下降する。したがって、スライダ３７に備えた押圧子３９が下降されてプレス機械における上金型を打圧又は押圧することになる。

そして、上金型を打圧又は押圧した後、モータ部１３における励磁コイル１５を励磁してモータ部を逆回転駆動すると、ボールネジ機構７の作用によって回転軸１１は逆回転駆動されながら上方へ移動し、スライダ３７を一体的に上昇させ、押圧子も上昇され加工が完了することになる。この際ロータ２５は元の上昇位置へ復帰される。

前述のごとく、回転軸１１が下降すると、ロータ２５も一体的に下降するので、ステータ１７に対するロータ２５の位置関係は、互いに同一の高さ位置から、図２に示すように、ストロークＳだけ下方向に位置ずれを生じる。したがって、前記ステータ１７とロータ２５とが互いに対向する範囲はＴとなる。よって、ロータ２５に備えられている永久磁石の吸引作用がステータ１７に作用し、ロータ２５は元の上昇位置へ復帰するための吸引力を受けることになる。なお、上記吸引力は、モータ部１３を回転駆動して回転軸１１を下方向へ移動する場合の力に比較して充分に小さなものであり、問題になるようなことはないものである。

そして、停電時又は電源遮断時には、前記吸引力の作用により回転軸１１は逆回転しつつロータ２５とステータ１７が磁気的にバランスの取れたところである元の上昇位置へ復帰されるものである。なお、スライダ３７等の重量はバランサによって支持されているので、前記吸引力の大きさは、回転軸１１等の重量に対応し得る大きさがあればよいものである。既に理解されるように、前記構成においては、ステータ１７に対してロータ２５が下降すると、ロータ２５に備えた永久磁石の作用によってロータ２５を上方向へ復帰される吸引力が作用するので、安全性の向上を図ることができるものである。

なお、前記回転軸１１の回転は回転検出手段３３によって検出されており、この回転検出手段３３による回転の検出値及び前記ボールネジ機構７のピッチに基づいて前記スライダ３７の基準位置からの上下動位置の検知が行われるものである。

ところで、前記説明においては、図１に示すように、モータ部１３におけるステータ（積層鋼板）１７の軸方向の長さ寸法とロータ（積層鋼板）２５の軸方向の長さ寸法とを等しい寸法とした構成について説明した。しかし、図３に示すように、ロータ２５の軸方向の長さ寸法に比較して、ステータ１７の軸方向の長さ寸法をストロークＳの長さだけ長くすることも可能である。

上記構成によれば、ステータ１７とロータ２５とが対向する範囲Ｔは、常にロータ２５の軸方向の長さに等しいので、ロータ２５がストロークＳだけ下降した場合であっても、前記ステータ１７とロータ２５とが対向した範囲Ｔは常に一定であるから、ロータ２５を回転するための回転力は常に一定に保持されるものである。

上記構成において、ロータ２５は、常態においてはロータ２５とステータ１７が磁気的にバランスの取れた位置、すなわち前記ステータ１７の上下方向の中間位置に位置する。そして、モータ部１３を正回転すると、ボールネジ機構７の作用によってロータ２５及び回転軸１１は、ロータ２５の下端部がステータ１７の下端部にほぼ一致する位置まで下降する。その後、モータ部１３を逆回転してロータ２５を元の位置、すなわちステータ１７の上下方向の中央部に戻すことによってロータ２５、回転軸１１の１ストロークの往復動が終了する。

前述のごとく、ステータ１７の上下方向の中央部からロータ２５を下方向へ移動すると、ロータ２５とステータ１７の磁気的バランスが崩れて、ロータ２５を上方向へ復帰する吸引力が発生するが、ボールネジ機構７による回転軸１１の下方向への推力に比較して小さなものであり、問題になるようなことはないものである。

また、前記構成においては、停電時や電源遮断時には、前述した第１実施形態と同様に、ロータ２５とステータ１７が磁気的にバランスの取れた位置に前記ロータ２５を戻すこととなり、安全性も向上するものである。

以上のごとき説明より理解されるように、ボールネジ機構７におけるボールネジ１１をモータ部１３によって直接回転駆動する構成であるから、ボールネジ機構７におけるボールナット９を回転する場合に比較して、回転部の小径化を図ることが容易であり、回転部の応答性の向上を図ることができるものである。また、前記構成においては、ボールネジ機構７とモータ部１３とを軸方向に重ねた構成であるから、軸方向に長くはなるものの、モータ部１３におけるロータ２５の径を小さくすることができるものである。

さらに、ステータ１７とロータ２５の磁気的バランスの取れた元の位置へロータ２５を戻す機能があり、安全性の向上を図ることができるものである。

１ロータリーアクチュエータ
３フレーム
５支持ハウジング
７ボールネジ機構（螺子部）
９ボールナット
１１ボールネジ（回転軸）
１３モータ部
１５励磁コイル
１７ステータ
２５ロータ
２９スプライン部
３１スプラインナット（回転体）
３３回転検出手段
３７スライダ
３９押圧子
４３過負荷安全装置

Claims

ステータ内に、永久磁石を備えたロータを回転自在に備えたロータリーアクチュエータであって、前記ロータと一体的に備えた回転軸に、当該回転軸を軸方向に移動するための螺子部を備え、前記ステータの軸方向の長さ寸法と前記ロータの永久磁石を備えた部分の軸方向の長さ寸法を等しく構成してあることを特徴とするロータリーアクチュエータ。
ステータ内に、永久磁石を備えたロータを回転自在に備えたロータリーアクチュエータであって、前記ロータと一体的に備えた回転軸に、当該回転軸を軸方向に移動するための螺子部を備え、前記ステータの軸方向の長さ寸法よりも、前記ロータの永久磁石を備えた部分の軸方向の長さ寸法を短く構成してあることを特徴とするロータリーアクチュエータ。
請求項１又は２に記載のロータリーアクチュエータにおいて、前記回転軸に軸方向へ相対的に移動自在かつ一体的に回転自在に備えた回転体に、当該回転軸の回転を検出するための回転検出手段を備えていることを特徴とするロータリーアクチュエータ。
請求項１，２又は３に記載のロータリーアクチュエータにおいて、前記回転軸の先端部に、当該回転軸に対して相対的に回転自在かつ当該回転軸と軸方向へ一体的に往復動自在なスライダを備え、このスライダに被作動体を押圧するための押圧子を備えていることを特徴とするロータリーアクチュエータ。