JP2019058031A - 電動アクチュエータのシリーズ - Google Patents

Abstract

【課題】電動アクチュエータのシリーズの構成部品の種類を減らして、低コスト化を図ると共に、電動アクチュエータの構成の決定を容易化する。
【解決手段】各構成部品１０、２０、３０、４０のハウジング１１、２１、３１、４１が、凸嵌合部５１と凹嵌合部５２のうちの少なくとも一方を備える。各構成部品１０、２０、３０、４０の回転軸１２、２２、３２、４２が、トルク出力部６１とトルク入力部６２のうちの少なくとも一方を備える。各構成部品のハウジングに設けられた凸嵌合部５１は、他の何れの構成部品のハウジングに設けられた凹嵌合部５２とでも嵌合可能である。各構成部品の回転軸に設けられたトルク出力部６１は、他の何れの構成部品の回転軸に設けられたトルク入力部６２とでも連結可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、３種以上の構成部品の中から選択した複数の構成部品を連結して電動アクチュエータを構成する電動アクチュエータのシリーズに関する。

下記の特許文献１には、複数種のモータと、減速機部と、複数種の直線作動部とが用意され、モータ、減速機部、及び直線作動部の組み合わせを適宜選択して種々の直線作動機を構成することができる直線作動機のシリーズが示されている。

特許第５８７１６４３号公報

上記の特許文献１に示されている直線作動機のシリーズでは、モータと減速機とを連結する際に、アダプタやアタッチメントを必要に応じて介在させている。この場合、シリーズを構成する部品として、アダプタやアタッチメントを含める必要があり、用意すべき構成部品の種類が多くなってしまうため、コスト高を招く。また、シリーズの構成部品を用いて直線作動機の構成を決定する際に、モータと減速機との間に介在させるアダプタやアタッチメントの種類や組み合わせを検討する必要が生じるため、直線作動機の構成の決定に時間がかかる。

そこで、本発明は、電動アクチュエータのシリーズの構成部品の種類を減らして低コスト化を図ると共に、電動アクチュエータの構成の決定を容易化することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、それぞれハウジング及び回転軸を有し、少なくともモータ部を含む３種以上の構成部品からなり、これらの構成部品の中から選択した複数の構成部品を連結して電動アクチュエータを構成することができる電動アクチュエータのシリーズにおいて、各構成部品のハウジングが、凸嵌合部と、他の構成部品のハウジングに設けられた凸嵌合部と嵌合可能な凹嵌合部のうち、少なくとも一方を備え、各構成部品の回転軸が、トルク出力部と、他の構成部品の回転軸に設けられたトルク出力部とトルク伝達可能に連結可能なトルク入力部のうち、少なくとも一方を備え、各構成部品のハウジングに設けられた凸嵌合部が、他の何れの構成部品のハウジングに設けられた凹嵌合部とでも嵌合可能であると共に、各構成部品の回転軸に設けられたトルク出力部が、他の何れの構成部品の回転軸に設けられたトルク入力部とでも連結可能である電動アクチュエータのシリーズを提供する。

このように、各構成部品のハウジングに設けられた凸嵌合部を、他の何れの構成部品のハウジングに設けられた凹嵌合部とでも嵌合可能とすることで、任意の２つの構成部品のハウジングの凸嵌合部と凹嵌合部とを嵌合させることができるため、アダプタやアタッチメントを介することなく両構成部品のハウジング同士を直接連結することができる。また、各構成部品の回転軸に設けられたトルク出力部が、他の何れの構成部品の回転軸に設けられたトルク入力部とでも連結可能とすることにより、任意の２つの構成部品の回転軸のトルク出力部とトルク入力部とをトルク伝達可能に連結することができるため、アダプタやアタッチメントを介することなく両構成部品の回転軸同士を直接連結することができる。これにより、シリーズの構成部品としてアダプタやアタッチメントが不要となるため、用意すべき構成部品の種類が減じられると共に、構成部品間に介在させるアダプタやアタッチメントの種類や組み合わせを検討する作業が不要となる。

上記の電動アクチュエータのシリーズは、構成部品として、例えば、前記回転軸の内周に挿入された出力軸を有し、前記回転軸の回転を前記出力軸の軸方向移動に変換する直動変換部を含むことができる。この場合、各構成部品の前記回転軸を、何れも内周に前記出力軸を挿入可能な円筒状とすれば、直動変換部の出力軸を、他の構成部品の回転軸の内周に挿入することができるため、出力軸のストロークを大きくすることができる。

上記の電動アクチュエータのシリーズでは、各構成部品のハウジングの最外周部の軸方向と直交する断面形状を同一とすることが好ましい。この場合、複数の構成部品を連結して構成された電動アクチュエータが全体として柱状（例えば角柱状）となるため、他の機器に組み込みやすくなる。尚、ハウジングの最外周部とは、ハウジングの外周面のうち、回転軸の軸心から最も離れた領域（軸方向領域）のことを言う。

以上のように、本発明の電動アクチュエータのシリーズによれば、複数の構成部品のハウジング同士及び回転軸同士をアダプタやアタッチメントを介することなく直接連結することができるため、シリーズの構成部品の種類を削減して低コスト化が図られると共に、シリーズの構成部品を用いた電動アクチュエータの構成の決定が容易化される。

電動アクチュエータのシリーズの構成部品を示す側面図である。 図１のシリーズの構成部品を用いて形成された電動アクチュエータの一例を示す断面図である。 図２の電動アクチュエータの斜視図である。 減速機を下流側から見た斜視図である。 減速機を上流側から見た斜視図である。 図１のシリーズの構成部品を用いて形成された電動アクチュエータの他の例を示す断面図である。 図１のシリーズの構成部品を用いて形成された電動アクチュエータのさらに他の例を示す断面図である。 電動アクチュエータのさらに他の例を示す断面図である。 減速機の他の例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態に係る電動アクチュエータのシリーズは、３種以上の構成部品を有し、例えば図１に示すように、構成部品として、モータ部１０と、減速機部２０と、逆入力防止部３０と、直動変換部４０とを、それぞれ一又は複数種備える。図示例では、出力が異なる２種類のモータ部１０と、減速比が異なる２種類の減速機部２０と、１種類の逆入力防止部３０と、ストロークが異なる２種類の直動変換部４０とを備える。上記の各構成部品は、何れもハウジング及び回転軸を備える。

図２及び図３に、モータ部１０、減速機部２０、逆入力防止部３０、及び直動変換部４０を、それぞれ一種ずつ選択して連結した電動アクチュエータを示す。以下、図２及び図３を用いて、各構成部品の詳細を説明する。尚、本明細書では、回転軸の軸方向で、モータ部１０側（図２では右側）を「上流側」、直動変換部４０側（図２では左側）を「下流側」と言う。

モータ部１０は、モータ本体１０ａと、制御基板部１０ｂとを備える。モータ本体１０ａは、ハウジング１１と、ハウジング１１の内周に回転自在に収容された回転軸１２とを有する。ハウジング１１は、軸方向と直交する方向の断面（以下、横断面）形状が軸方向全域で同一であり、具体的には、横断面が矩形、特に正方形を成している（図３参照）。図２に示すように、回転軸１２は、上流側及び下流側の端部付近が、それぞれベアリング１３、１４を介してハウジング１１に取り付けられている。モータ部１０は、回転軸１２を駆動する駆動手段として、ハウジング１１に固定されたステータコイル１５と、回転軸１２に固定されたロータマグネット１６とを有する。制御基板部１０ｂは、モータ本体１０ａのステータコイル１５と電気的に接続された制御基板（図示省略）を有する。制御基板部１０ｂの制御基板を介してステータコイル１５に通電することにより、ロータマグネット１６及び回転軸１２が一体に回転する。尚、モータ部１０は、制御基板部１０ｂを有さず、モータ本体１０ａのみで構成される場合もある。

減速機部２０は、ハウジング２１と、ハウジング２１の内周に回転自在に収容された回転軸２２とを備える。ハウジング２１は、横断面形状が軸方向全域で同一であり、具体的には、横断面が矩形、特に正方形を成している（図３参照）。図２に示すように、回転軸２２は、上流側に設けられた入力軸２２ａと、下流側に設けられた出力軸２２ｂとからなる。出力軸２２ｂは、ベアリング２４を介してハウジング２１に取り付けられる。入力軸２２ａは、出力軸２２ｂの内周に挿入され、入力軸２２ａの外周面が出力軸２２ｂの内周面で摺動支持される。入力軸２２ａと出力軸２２ｂとは、減速機構２３を介して接続される。図示例では、入力軸２２ａと出力軸２２ｂとが同心且つ同軸上に配される。減速機構２３としては、例えば、サイクロイド式、遊星ギア式、遊星ローラ、波動歯車など、任意の機構を採用することができる。減速機構２３を介して、入力軸２２ａの回転が減速されて、出力軸２２ｂに伝達される。

逆入力防止部３０は、ハウジング３１と、ハウジング３１の内周に回転自在に収容された回転軸３２とを備える。ハウジング３１は、横断面形状が軸方向全域で同一であり、具体的には、横断面が矩形、特に正方形を成している（図３参照）。図２に示すように、回転軸３２は、上流側に設けられた入力軸３２ａと、下流側に設けられた出力軸３２ｂとからなる。入力軸３２ａ及び出力軸３２ｂは、それぞれ図示しないベアリングを介してハウジング３１に取り付けられる。入力軸３２ａと出力軸３２ｂとは、逆入力防止機構３３を介して接続される。図示例では、入力軸３２ａと出力軸３２ｂとが同心且つ同軸上に配される。入力軸３２ａの回転トルクは、正回転あるいは逆回転の何れであっても、逆入力防止機構３３を介して出力軸３２ｂに同回転数で伝達される。一方、出力軸３２ｂの回転トルクは、正回転あるいは逆回転の何れであっても、逆入力防止機構３３により遮断され、入力軸３２ａには伝達されない。逆入力防止機構３３の具体的な構成としては、公知となっている任意の構成を採用することができる。尚、逆入力防止部３０は、減速機部２０と直動変換部４０との間に設けることが好ましい。

直動変換部４０は、ハウジング４１と、ハウジング４１の内周に回転自在に収容された回転軸４２と、回転軸４２の内周に挿入された出力軸４３とを有する。図示例では、回転軸４２と出力軸４３とが同心かつ同軸上に配される。ハウジング４１は、角筒部４１ａと、角筒部４１ａの下流側に設けられた円筒部４１ｂとを有し、角筒部４１ａが最外周部となる（図３参照）。角筒部４１ａは、横断面形状が軸方向全域で同一であり、具体的には、横断面が矩形、特に正方形を成している。円筒部４１ｂは、角筒部４１ａの下流側の側面から下流側に突出して設けられる。図２に示すように、回転軸４２は、軸方向に離隔した２箇所がベアリング４４、４５を介してハウジング４１に取り付けられる。回転軸４２の内周面及び出力軸４３の外周面には、互いに螺合するネジ溝が形成される。図示例では、回転軸４２と出力軸４３とですべりねじ機構が構成され、回転軸４２が回転することにより、出力軸４３が軸方向に移動する。尚、直動変換部４０は、すべりねじ機構のほかに、ボールねじ機構を採用することもできる。

図３に示すように、上記のモータ部１０、減速機部２０、逆入力防止部３０、及び直動変換部４０を軸方向に並べ、各ハウジング１１、２１、３１、４１（角筒部４１ａ）の四隅に設けられた軸方向の貫通孔にボルト（図示省略）を挿通し、このボルト及びナット（図示省略）でハウジング１１、２１、３１、４１を軸方向両側から挟持固定することで、これらが一体化されて電動アクチュエータが構成される。尚、ハウジング１１、２１、３１、４１の固定方法は上記に限らず、例えば、軸方向端部（ボルトの頭部と反対側の端部）に配されるハウジングの貫通穴に雌ねじを形成し、他のハウジングの貫通穴に挿通したボルトを上記の雌ねじに締め付けることで、ハウジング１１、２１、３１、４１を固定することもできる。

以上に示した電動アクチュエータのシリーズでは、各構成部品のハウジングの側面に、凸嵌合部及び凹嵌合部の少なくとも一方が設けられる。本実施形態では、図１に示すように、シリーズを構成する全てのモータ部１０のハウジング１１、減速機部２０のハウジング２１、及び逆入力防止部３０のハウジング３１の下流側の側面に、それぞれ凸嵌合部５１が設けられる。例えば、減速機部２０のハウジング２１の下流側の側面には、図４に示すように、下流側に突出した凸嵌合部５１が設けられる。図示例の凸嵌合部５１は、円筒面状の外周面を有し、特に、上流側に配された大径外周面５１ａと、大径外周面５１ａの下流側に隣接して配され、大径外周面５１ａよりも小径な小径外周面５１ｂとを有する。図４に示す凸嵌合部５１と同形状の凸嵌合部５１が、モータ部１０のハウジング１１及び逆入力防止部３０のハウジング３１の下流側の側面にも設けられている。

一方、図１に示すように、シリーズを構成する全ての減速機部２０のハウジング２１、逆入力防止部３０のハウジング３１、及び直動変換部４０のハウジング４１の上流側の側面に、それぞれ凹嵌合部５２が設けられる。凹嵌合部５２は、凸嵌合部５１と嵌合可能な形状を成している。例えば、減速機部２０のハウジング２１の上流側の側面に、図５に示すような凹嵌合部５２が設けられる。凹嵌合部５２は、凸嵌合部５１の円筒状の外周面よりも僅かに大径な円筒状の内周面を有し、特に、凸嵌合部５１の大径外周面５１ａ及び小径外周面５１ｂよりもそれぞれ僅かに大径な大径内周面５２ａ及び小径内周面５２ｂを有する。凸嵌合部５１と凹嵌合部５２とが嵌合することで、これらを介して連結されたハウジングが軸方向と直交する面内で互いに位置決めされる。図５に示す凹嵌合部５２と同形状の凹嵌合部５２が、逆入力防止部３０のハウジング３１及び直動変換部４０のハウジング４１の上流側の側面にも設けられている。

また、以上に示した電動アクチュエータのシリーズでは、各構成部品の回転軸の端部に、トルク出力部及びトルク入力部の少なくとも一方が設けられる。本実施形態では、図１に示すように、シリーズを構成する全てのモータ部１０の回転軸１２、減速機部２０の回転軸２２（出力軸２２ｂ）、及び逆入力防止部３０の回転軸３２（出力軸３２ｂ）の下流側の端部に、それぞれトルク出力部６１が設けられる。例えば、減速機部２０の回転軸２２（出力軸２２ｂ）の下流側の端部には、図４に示すようなトルク出力部６１が設けられる。このトルク出力部６１は、周方向に離隔した複数箇所（図示例では直径方向に対向した２箇所）に設けられた係合片６１ａを有する。

一方、シリーズを構成する全ての減速機部２０の回転軸２２（入力軸２２ａ）、逆入力防止部３０の回転軸３２（入力軸３２ａ）、及び直動変換部４０の回転軸４２の上流側の端部に、それぞれトルク入力部６２が設けられる。トルク入力部６２は、トルク出力部６１と回転方向で係合可能な形状を成している。例えば、減速機部２０の回転軸２２（入力軸２２ａ）の上流側の端部には、図５に示すようなトルク入力部６２が設けられる。このトルク入力部６２は、周方向に離隔した複数箇所（図示例では直径方向に対向した２箇所）に設けられた係合片６２ａを有する。トルク入力部６２の複数の係合片６２ａの周方向間隔は、トルク出力部６１の係合片６１ａの周方向寸法よりも僅かに大きい。トルク入力部６２の係合片６２ａの周方向間にトルク出力部６１の係合片６１ａが嵌まり込み、係合片６１ａ、６２ａ同士が周方向で係合することで、これらを介して連結された回転軸がトルク伝達可能とされる。

上記のように、シリーズの構成部品のハウジングに設けられた全ての凸嵌合部５１及び凹嵌合部５２がそれぞれ同形状であることで、構成部品をどのように組み合わせた場合でも、これらのハウジングの凸嵌合部５１と凹嵌合部５２とを嵌合させて、ハウジング同士を軸方向と直交する方向で互いに位置決めすることができる。また、シリーズの構成部品の回転軸に設けられた全てのトルク出力部６１及びトルク入力部６２がそれぞれ同形状であることで、構成部品をどのように組み合わせた場合でも、これらの回転軸のトルク出力部６１とトルク入力部６２とをトルク伝達可能に連結することができる。従って、上記とは異なる組み合わせの電動アクチュエータを形成する場合、具体的には、例えば図６に示すようなモータ部１０、減速機部２０、及び直動変換部４０のみからなる電動アクチュエータや、図７に示すようなモータ部１０及び直動変換部４０のみからなる電動アクチュエータを形成する場合でも、アダプタやアタッチメントを介することなく、各構成部品を直接連結することができる。

尚、各構成部品のハウジングの凸嵌合部５１及び凹嵌合部５２は、完全に同形状である必要はなく、他のハウジングの凹嵌合部５２及び凸嵌合部５１と嵌合可能であればよい。例えば、構成部品によってハウジングの肉厚が異なっていたり、凸嵌合部５１や凹嵌合部５２の軸方向寸法が若干異なっていたりしてもよい。また、各構成部品の回転軸のトルク出力部６１及びトルク入力部６２は、完全に同形状である必要はなく、他の回転軸のトルク入力部６２及びトルク出力部６１とトルク伝達可能に連結可能であればよい。例えば、構成部品によって回転軸の肉厚が異なっていたり、トルク出力部６１の係合片６１ａとトルク入力部６２の係合片６２ａの軸方向寸法が若干異なっていたりしてもよい。

以上のように、シリーズの構成部品同士（特に、ハウジング同士及び回転軸同士）をアダプタやアタッチメントを介することなく直接連結することができるため、シリーズの構成部品としてアダプタやアタッチメントを用意する必要がなくなり、シリーズの構成部品の種類が減じられて低コスト化が図られる。また、シリーズの構成部品から複数の構成部品を選択して電動アクチュエータを形成する際に、隣接する構成部品の間に介在させるアダプタやアタッチメントの種類や組み合わせを検討する必要がなくなるため、電動アクチュエータの構成の決定が容易化される。

また、本実施形態では、シリーズを構成する全ての構成部品のハウジングの最外周部の横断面形状が同一である。具体的には、モータ部１０のハウジング１１、減速機部２０のハウジング２１、逆入力防止部３０のハウジング３１、及び直動変換部４０のハウジング４１の角筒部４１ａにおける横断面が同形状を成し、具体的には同じ大きさの正方形を成している。これらのハウジング１１、２１、３１、４１を連結すると、図３に示すように、各ハウジング１１、２１、３１、４１の外周面が軸方向で連続し、全体として角柱状を成すため、他の機器に組み込みやすくなる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、シリーズを構成する全ての構成部品の回転軸の内周に、直動変換部４０の出力軸４３を挿入可能としてもよい。具体的には、例えば図８に示すように、直動変換部４０の回転軸４２の内周面に形成されたネジ溝、及びこれに螺合する出力軸４３を少し小径化することで、出力軸４３を他の構成部品の回転軸１２、２２、３２の内周に挿入可能とすることができる。これにより、直動変換部４０を含む電動アクチュエータを構成した場合、図８に点線で示すように出力軸４３を他の構成部品の回転軸１２、２２、３２の内周まで後退させることができるため、出力軸４３のストロークを大きくすることができる。尚、上記の他、全ての構成部品の回転軸の内周面に出力軸４３のネジ溝と螺合するネジ溝を形成することで、出力軸４３を他の構成部品の回転軸の内周に挿入可能とすることもできる。

また、シリーズの構成部品は、モータ部１０、減速機部２０、逆入力防止部３０、及び直動変換部４０に限らず、ハウジング及び回転軸を有する他の構成部品を加えたり、あるいは、上記の構成部品の何れかを省略したりしてもよい。例えば、シリーズの構成部品として、図９に示すような平行軸タイプの減速機部２０を含んでもよい。この減速機部２０は、ハウジング２１の軸方向一方の面に、凸嵌合部５１及び凹嵌合部５２の双方が設けられると共に、この面に、入力軸２２ａに設けられたトルク入力部６２及び出力軸２２ｂに設けられたトルク出力部６１の双方が露出している。この減速機部２０を用いて電動アクチュエータを構成する場合、上流側の構成部品（例えば、モータ部１０）及び下流側の構成部品（例えば、逆入力防止部３０や直動変換部４０）が、何れも減速機部２０のハウジング２１の軸方向一方側の側面に取り付けられる。

１０ モータ部
１１ ハウジング
１２ 回転軸
２０ 減速機部
２１ ハウジング
２２ 回転軸
２３ 減速機構
３０ 逆入力防止部
３１ ハウジング
３２ 回転軸
３３ 逆入力防止機構
４０ 直動変換部
４１ ハウジング
４２ 回転軸
４３ 出力軸
５１ 凸嵌合部
５２ 凹嵌合部
６１ トルク出力部
６２ トルク入力部

Claims (3)

1. それぞれハウジング及び回転軸を有し、少なくともモータ部を含む３種以上の構成部品からなり、これらの構成部品の中から選択した複数の構成部品を連結して電動アクチュエータを構成することができる電動アクチュエータのシリーズにおいて、
   各構成部品のハウジングが、凸嵌合部と、他の構成部品のハウジングに設けられた凸嵌合部と嵌合可能な凹嵌合部のうち、少なくとも一方を備え、
   各構成部品の回転軸が、トルク出力部と、他の構成部品の回転軸に設けられたトルク出力部とトルク伝達可能に連結可能なトルク入力部のうち、少なくとも一方を備え、
   各構成部品のハウジングに設けられた凸嵌合部が、他の何れの構成部品のハウジングに設けられた凹嵌合部とでも嵌合可能であると共に、
   各構成部品の回転軸に設けられたトルク出力部が、他の何れの構成部品の回転軸に設けられたトルク入力部とでも連結可能である電動アクチュエータのシリーズ。
2. 構成部品として、前記回転軸の内周に挿入された出力軸を有し、前記回転軸の回転を前記出力軸の軸方向移動に変換する直動変換部を含み、
   各構成部品の前記回転軸が、何れも内周に前記出力軸を挿入可能な円筒状を成した請求項１に記載の電動アクチュエータのシリーズ。
3. 各構成部品のハウジングの最外周部の軸方向と直交する方向の断面形状が同一である請求項１又は２に記載の電動アクチュエータのシリーズ。
   

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