(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記リニアアクチュエータをクリーンルーム等の室内で使用する場合には、ウォームギアの騒音を抑えることが要請される。
しかし、上記リニアアクチュエータでは、ウォームギアを構成するウォームシャフトとウォームホイールを簡単に分離できない構造になっている。したがって、ウォームシャフトとウォームホイールの軸間距離を変更して噛み合いを調整することにより騒音を抑えることが困難である。このため、ウォームシャフトとウォームホイールの軸間距離を容易に変更できるリニアアクチュエータが要請されている。
【0006】
また、上記リニアアクチュエータでは、ウォームギアを用いているため、直線運動機構部と回転モータが交差する姿勢(ねじれの位置)で組み立てられる。回転モータのみが径方向に突き出た構造であるため、回転モータが周辺機器等に干渉しやすくなる。そこで、リニアアクチュエータを直線運動機構部の長手軸周りに回転させて、回転モータが周辺機器等に干渉しない姿勢を模索する必要が生じる。
しかし、リニアアクチュエータを直線運動機構部の長手軸周りに回転させることが困難な場合等もある。このため、直線運動機構部と回転モータの取付姿勢を任意に設定できるリニアアクチュエータが要請されている。
【0007】
また、例えばクリーンルームや食品衛生関係で用いられるリニアアクチュエータにおいては、油圧式のリニアアクチュエータに代えて、高出力化・高負荷能力化した電動式のリニアアクチュエータを使用したいとの要請もある。
しかし、ウォームホイール等を収容する本体ケーシングは、リニアアクチュエータの長手方向に直交する方向において二分割される構造を採用しているため、本体ケーシングが高負荷に耐えられずに損傷してしまうという問題がある。
【0008】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、駆動ギアと受動ギアの軸間距離を容易に変更できるリニアアクチュエータを提案することを目的とする。また、直線運動機構部と回転モータの取付姿勢を任意に設定できるリニアアクチュエータを提案することを目的とする。また、高出力化・高負荷能力化を実現できるリニアアクチュエータを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係るリニアアクチュエータの第一実施態様は、回転モータと、前記回転モータに連結された駆動ギアと、前記駆動ギアに噛み合う受動ギアと、前記受動ギアに連結された直線運動機構部と、前記駆動ギアを収容すると共に前記駆動ギアの一部または全部を露出させる第一開口部を有するモータケーシングと、前記受動ギアを収容すると共に前記受動ギアの一部または全部を露出させる第二開口部を有する本体ケーシングと、を備え、前記第一開口部と前記第二開口部を対向させて前記モータケーシングと前記本体ケーシングを接続することにより前記駆動ギアと前記受動ギアを噛み合わせることを特徴とする。
【0010】
本発明に係るリニアアクチュエータの第二実施態様は、第一実施態様において、前記モータケーシングは、前記本体ケーシングに対する複数の取り付け姿勢を有することを特徴とする。
【0011】
本発明に係るリニアアクチュエータの第三実施態様は、第一又は第二実施態様において、前記モータケーシングは、前記駆動ギアを中心にして点対称に形成された第一取付面を有し、前記本体ケーシングは、前記受動ギアを中心にして点対称に形成された第二取付面を有することを特徴とする。
【0012】
本発明に係るリニアアクチュエータの第四実施態様は、第一から第三実施態様のいずれかにおいて、前記直線運動機構部は、前記受動ギアに連結されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合するナットと、前記ナットに連結されたロッドと、を備え、前記駆動ギアは、ウォームシャフトであり、前記受動ギアは、前記ねじ軸に固定されたウォームホイールであることを特徴とする。
【0013】
本発明に係るリニアアクチュエータの第五実施態様は、第四実施態様において、前記ねじ軸において前記ウォームホイールよりも端部側に固定された軸受と、前記軸受の外輪に嵌合すると共に前記ウォームホイールよりも大径のベアリングホルダと、前記本体ケーシングにおいて前記ベアリングホルダを挿入するために形成された第三開口部を閉塞すると共に、前記ロッドの端部に設けられた継手と対になる継手が設けられた継手付蓋体と、を備えることを特徴とする。
【0014】
本発明に係るリニアアクチュエータの第六実施態様は、第五実施態様において、前記継手付蓋体は、前記直線運動機構部の軸方向周りにおいて、前記本体ケーシングに対する複数の取り付け姿勢を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明のリニアアクチュエータは、駆動ギアと受動ギアの軸間距離を容易に変更できる。また、本発明のリニアアクチュエータは、直線運動機構部と回転モータの取付姿勢を任意に設定することができる。また、本発明のリニアアクチュエータは、高出力化・高負荷能力化を実現できる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態に係るリニアアクチュエータ1について、図を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るリニアアクチュエータ1の外観斜視図であって、(a)はカバー類を取り付けた図であり、(b)はカバー類を取り外した図である。
図2は、リニアアクチュエータ1の三面図であって、(a)は上面図、(b)は側面図、(c)は後面図である。
図3は、リニアアクチュエータ1の断面図(
図2(a)のA−A断面図)である。
【0018】
リニアアクチュエータ1は、回転力を発生するモータ部5と、モータ部5により駆動されて直線運動を行う本体部6と、を備える。
モータ部5と本体部6は、後述する本体ケーシング取付部15とモータケーシング取付部34が密着した状態で連結される。モータ部5と本体部6を連結することにより、ウォームギア7(ウォームシャフト12、ウォームホイール31)が噛み合う。
【0019】
モータ部5と本体部6の中心軸5C,6Cは、リニアアクチュエータ1を上面側から見ると、90°に交差(直交)するように配置される。また、モータ部5と本体部6の中心軸5C,6Cは、リニアアクチュエータ1を側面側及び後面側から見ると、交わらないように配置される。つまり、本体部6とモータ部5の中心軸5C,6Cは、ねじれの位置の関係にある。
【0020】
以下の説明においては、本体部6の長手方向をX方向、モータ部5の長手方向をY方向、X方向及びY方向に直交する方向(リニアアクチュエータ1の厚み方向)をZ方向と呼ぶ。
X方向のうち、ナックルジョイント24側を+X方向、ナックルジョイント45側を−X方向と呼ぶ。Y方向のうち、
図1の形態におけるウォームシャフト12側を+Y方向、回転モータ11側を−Y方向と呼ぶ。Z方向のうち、本体部6側を−Z方向、モータ部5側を+Z方向と呼ぶ。
【0021】
モータ部5は、回転モータ11、回転モータ11の出力軸に取り付けられたウォームシャフト(駆動ギア)12、回転モータ11が固定されると共にウォームシャフト12を収容するモータケーシング13等を備える。
回転モータ11は、DCモータであり、不図示の制御部からの指令により駆動される。
【0022】
モータケーシング13は、アルミニウム等からなる略直方体形部材である。
モータケーシング13の−Z方向の面には、その内部に収容したウォームシャフト12の側面(歯面)を露出させる矩形の開口(第一開口部)13hが形成される。この開口13hの周縁には、後述する本体ケーシング32に密着する取付面(第一取付面)14が設けられる。開口13hと取付面14により、本体ケーシング取付部15が形成される。
モータケーシング13の+Y方向の端面には、ウォームシャフト12の先端を突出させる円形の開口(不図示)が形成される。この開口から突出したウォームシャフト12の先端には、エンコーダ用円板16が取り付けられる。
【0023】
本体部6は、直線運動を行う直線運動機構部20、ウォームシャフト12に噛み合って直線運動機構部20に回転力を伝達するウォームホイール(受動ギア)31、ウォームホイール31等を収容する本体ケーシング32、直線運動機構部20及びウォームホイール31を本体ケーシング32に対して回転可能に支持する支持部40等を備える。
【0024】
本体ケーシング32は、アルミニウム等からなり、円筒形部材と直方体形部材を重ね合わせ形状に形成される。本体ケーシング32のうちの直方体形の部分(+X方向側)には、ウォームホイール31が収容される。本体ケーシング32のうちの円筒形の部分(−X方向側)には、支持部40が収容される。
【0025】
本体ケーシング32の+Z方向の端面には、内部に収容したウォームホイール31の側面(歯面)を露出させる矩形の開口(第二開口部)32hが形成される。この開口32hの周縁には、モータケーシング13に密着する取付面(第二取付面)33が設けられる。開口32hと取付面33により、モータケーシング取付部34が形成される。
【0026】
本体ケーシング32の+X方向の端面には、後述するねじ軸21を挿入するための円形の開口32jが形成される。
本体ケーシング32の−X方向の端面には、ウォームホイール31や支持部40を挿入するための円形の開口(第三開口部)32kが形成される。
【0027】
本体ケーシング32の+Y方向の端面には、ウォームシャフト12の先端に取り付けられたエンコーダ用円板16の情報を検出するフォトセンサ35が取り付けられる。エンコーダ用円板16とフォトセンサ35からなるエンコーダ36により、ウォームシャフト12の回転量が検出され、直線運動機構部20の動作(伸縮)状態を計測できる。
また、本体ケーシング32の+Y方向の端面には、エンコーダ用円板16とフォトセンサ35を覆うエンコーダカバー37が取り付けられる。
【0028】
直線運動機構部20は、本体ケーシング32の+X方向側に配置される。直線運動機構部20は、ねじ軸21、ナット22、ロッド23、ナックルジョイント24、ロッドカバー25等を備える。
【0029】
ねじ軸21は、X方向に沿って延びる細長い円柱形の鉄鋼部材である。ねじ軸21は、−X方向側に形成された支持軸部21aと、+X方向側に形成されたねじ軸部21bと、からなる。支持軸部21aには、ウォームホイール31と支持部40が取り付けられる。支持軸部21aのうち、+X方向側にウォームホイール31が、−X方向側に支持部40が取り付けられる。
このため、ウォームホイール31が回転すると、ねじ軸21も一緒になって回転する。
【0030】
ナット22は、ねじ軸21のねじ軸部21bに対して回転可能に螺合する。ナット22は、POM(polyoxymethylene)等の樹脂から形成される。ねじ軸21のねじ軸部21bとナット22とは、滑りねじを構成する。
このため、ねじ軸21が回転すると、ナット22がねじ軸21に沿ってX方向に移動する。
【0031】
ロッド23は、ナット22の+X方向の端部に嵌合して固定される。ロッド23は、X方向に沿って延びる細長い円筒形部材であり、アルミニウム等から形成される。ロッド23は、X方向においてねじ軸21とほぼ同一に長さを有し、直径(内径)がねじ軸21よりもやや大きい。ロッド23は、ねじ軸21のねじ軸部21bよりも長い。ロッド23の内部には、ねじ軸21のねじ軸部21bが収容される。
このため、ナット22がねじ軸21に沿ってX方向に移動すると、ロッド23も一緒になってX方向に移動する。
【0032】
ナックルジョイント24は、ロッド23の+X方向の端部に嵌合して固定される。ナックルジョイント24は、被駆動部材(不図示)に対して、リニアアクチュエータ1の端部を連結するための部材である。
ナックルジョイント24は、X方向に延びる円柱形部材であり、アルミニウム等から形成される。ナックルジョイント24の+X方向側には、X方向に対して直交する方向に沿う貫通穴24hが設けられる。この貫通穴24hには、被駆動部材に設けられたピン軸(不図示)が挿通される。
これにより、ナックルジョイント24は、リニアアクチュエータ1と被駆動部材を貫通穴24h(ピン軸)を中心にして揺動可能に連結しつつ、被駆動部材に対してリニアアクチュエータ1の運動(伸縮)を伝達する。
【0033】
ナックルジョイント24は、本体ケーシング32に対してX方向周りの任意の位置(姿勢)に配置される。ナックルジョイント24を被駆動部材に連結することにより、ナット22及びロッド23がねじ軸21と一緒になってX方向周りに連れ回らないようになる。
【0034】
ロッドカバー25は、ロッド23の外周側に配置される。ロッドカバー25は、断面が略水滴形の長い筒部材であり、アルミニウム等から形成される。ロッドカバー25は、X方向においてねじ軸21のねじ軸部21bとほぼ同一に長さを有し、円筒形部分の直径(内径)がロッド23よりもやや大きい。ロッドカバー25の内部には、ロッド23が収容される。
ロッドカバー25の−X方向の端部は、本体ケーシング32の開口32jを囲うようにして、本体ケーシング32の+X方向の端部に固定される。
【0035】
ロッドカバー25の+X方向の端部には、リング形のパッキン26が装着される。このパッキン26の内周面に、ロッド23の外周面が摺接する。
ロッドカバー25の三角筒形部分には、ロッド23のX方向の移動限界を検出する一対のリミットスイッチ27が収容される。リミットスイッチ27は、本体ケーシング32から+X方向に延びるように配置されたプレート28に固定される。一対のリミットスイッチ27は、不図示の制御部に配線接続される。
【0036】
支持部40は、一対のアンギュラ玉軸受41、ベアリングホルダ42、ロックナット43、ジョイント付蓋体44、深溝玉軸受46等を備える。
支持部40のうち、アンギュラ玉軸受41、ベアリングホルダ42及びロックナット43は、本体ケーシング32のうちの円筒形の部位に収容される。また、アンギュラ玉軸受41、ベアリングホルダ42及びロックナット43は、ねじ軸21の支持軸部21aの−X方向側に取り付けられる。
【0037】
一対のアンギュラ玉軸受(軸受)41は、ねじ軸21の支持軸部21aにおいて、ウォームホイール31よりも−X方向側に嵌合される。アンギュラ玉軸受41の内輪が支持軸部21aに嵌合する。アンギュラ玉軸受41の外径は、ウォームホイール31の外径よりも小さい。この一対のアンギュラ玉軸受41により、ロッド23に加わる外力が支持される。
【0038】
ベアリングホルダ42は、本体ケーシング32と一対のアンギュラ玉軸受41の間に介在する。ベアリングホルダ42は、一対のアンギュラ玉軸受41を本体ケーシング32に対して保持する。
ベアリングホルダ42は、円筒形の部材であり、その内周面に一対のアンギュラ玉軸受41の外輪が嵌合する。また、ベアリングホルダ42の外周面が本体ケーシング32の開口32kの内周面に嵌合する。
【0039】
ロックナット43は、支持軸部21aの端部に螺合される。そして、ロックナット43の端面がアンギュラ玉軸受41の内輪の端面に当接することにより、ウォームホイール31と一対のアンギュラ玉軸受41が支持軸部21aから抜け落ちないように固定される。また、ウォームホイール31のねじ軸21(支持軸部21a)に対する姿勢も固定される。
【0040】
ジョイント付蓋体(継手付蓋体)44は、アルミニウム等からなり、円板形部材と円柱形部材を重ね合わせ形状に形成される。
ジョイント付蓋体44の円板形の部分は、本体ケーシング32の開口32kに配置されて、この開口32kを閉塞する。そして、ジョイント付蓋体44の+X方向の端面は、ベアリングホルダ42の−X方向の端面に当接して、ベアリングホルダ42を本体ケーシング32に対して固定する。
【0041】
ジョイント付蓋体44の−X方向に形成された円柱形の部分は、ナックルジョイント(継手)45となる。ナックルジョイント45は、ナックルジョイント24とほぼ同一形状を有する。ナックルジョイント45の−X方向側には、X方向に対して直交する方向に沿う貫通穴45hが設けられる。この貫通穴45hには、被駆動部材に設けられたピン軸(不図示)が挿通される。
これにより、ナックルジョイント45は、リニアアクチュエータ1と被駆動部材を貫通穴45h(ピン軸)を中心にして揺動可能に連結しつつ、被駆動部材に対してリニアアクチュエータ1の運動を伝達する。
【0042】
ジョイント付蓋体44は、本体ケーシング32の開口32kに対して、X方向周りの複数の位置(姿勢)で固定可能である。このため、ナックルジョイント45は、貫通穴45hの開口方向をX方向周りに回転させた複数の位置(姿勢)で固定可能である。具体的には、ジョイント付蓋体44は、X方向周りに、45°間隔で固定可能である。
【0043】
深溝玉軸受46は、本体ケーシング32の開口32jに設けられる。深溝玉軸受46の内輪には、ねじ軸21のねじ軸部21bの基端が嵌合される。
【0044】
次に、リニアアクチュエータ1の動作について説明する。
図4は、リニアアクチュエータ1の動作を示す図であって、(a)はロッド23を−X方向側に移動させた状態を示し、(b)はロッド23+X方向側に移動させた状態を示す。
図4(a),(b)では、ロッドカバー25は不図示である。
【0045】
リニアアクチュエータ1を動作させる場合には、不図示の制御部からの指令によりモータ部5の回転モータ11を駆動する。回転モータ11に取り付けられたウォームシャフト12が中心軸5C周りに回転すると、ウォームシャフト12に噛み合うウォームホイール31が中心軸6C周りに回転する。
【0046】
ウォームシャフト12とウォームホイール31とからなるウォームギア7は、大きな減速比を有し、バックラッシが小さいという特徴を有する。
また、ウォームギア7は、ウォームホイール31に回転力を与えたとしてもウォームシャフト12が回転しないセルフロック機能を有する。このため、回転モータ11の電源断時においても、リニアアクチュエータ1(直線運動機構部20)の伸縮状態を維持できる。
【0047】
ウォームホイール31が中心軸6C周りに回転すると、ウォームホイール31に連結されたねじ軸21も一緒になって中心軸6C周りに回転する。
これにより、ねじ軸21に螺合するナット22がねじ軸21に沿ってX方向に移動する。また、ナット22に連結されるロッド23及びナックルジョイント24もX方向に移動する。
【0048】
このように、回転モータ11を駆動することにより、ナット22、ロッド23及びナックルジョイント24をX方向に移動させることができる。つまり、直線運動機構部20を伸縮させることができる。
これにより、リニアアクチュエータ1のナックルジョイント24,45に連結された被駆動部材同士を、X方向において近接させたり、離間させたりすることができる。例えば、被駆動部材が昇降機の場合には、リニアアクチュエータ1により昇降台を上下方向(X方向)に移動させることができる。
【0049】
ロッド23等が−X方向及び+X方向のそれぞれの移動限界まで移動すると、ナット22の外表面がリミットスイッチ27に当接してリミットスイッチ27が作動する。リミットスイッチ27が作動すると、制御部からの指令により回転モータ11への電流供給が停止される。このため、ロッド23等がX方向の移動限界を超えてしまうことが防止される。
【0050】
次に、リニアアクチュエータ1のモータ部5の取付姿勢について説明する。
図5は、リニアアクチュエータ1の一部分解斜視図である。
図6は、モータケーシング13の本体ケーシング取付部15を示す図である。
図7は、本体ケーシング32のモータケーシング取付部34を示す図である。
図8は、リニアアクチュエータ1において、モータ部5の取付姿勢を変更した状態を示す外観斜視図である。
【0051】
モータ部5と本体部6は、本体ケーシング取付部15とモータケーシング取付部34が密着した状態で連結している。
図5に示す様に、モータ部5と本体部6は、分離可能である。モータ部5と本体部6を分離すると、ウォームギア7(ウォームシャフト12、ウォームホイール31)の噛み合いが解かれる。
【0052】
図6に示すように、本体ケーシング取付部15を−Z方向側から見ると、ウォームシャフト12のウォームホイール31に対する噛み合いの中心点Pを基準にして、開口13h及び開口13hを取り囲む取付面14は、それぞれ点対称の形状に形成される。取付面14の四隅に形成されたボルト挿通穴14aも、中心点Pを基準にして、点対称の位置に配置される。
【0053】
また、
図7に示すように、モータケーシング取付部34を+Z方向側から見ると、ウォームホイール31のウォームシャフト12に対する噛み合いの中心点Pを基準にして、開口32h及び開口32hを取り囲む取付面33は、それぞれ点対称の形状に形成される。取付面33の四隅に形成されたねじ穴33aも、中心点Pを基準にして、点対称の位置に配置される。
【0054】
このため、リニアアクチュエータ1は、本体部6(直線運動機構部20)に対するモータ部5の取付姿勢として、中心点Pを基準とする2つの点対称の取付姿勢を有する。つまり、リニアアクチュエータ1をZ方向側から見ると、モータ部5が−Y方向に突出する第一取付姿勢(
図1参照)と、モータ部5が+Y方向に突出する第二取付姿勢(
図8参照)と、がある。
【0055】
リニアアクチュエータ1の使用に際して、第一取付姿勢と第二取付姿勢のいずれか一方を選択することができる。例えば、リニアアクチュエータ1(直線運動機構部20)の−Y方向側に他の部材が近接配置されている場合には、第二取付姿勢を選択することにより、この他の部材とモータ部5との干渉を回避することができる。
【0056】
このように、リニアアクチュエータ1は、ウォームシャフト12を収容すると共にウォームシャフト12の一部を露出させるモータケーシング13と、ウォームホイール31を収容すると共にウォームホイール31の一部を露出させる本体ケーシング32と、を備える。したがって、モータケーシング13の本体ケーシング取付部15(取付面14)と本体ケーシング32のモータケーシング取付部34(取付面33)の間に、薄板形のシム(スペーサ)を挟み込むことにより、ウォームシャフト12とウォームホイール31の軸間距離を変更することができる。軸間距離を変更して、ウォームシャフト12とウォームホイール31を噛み合わせることにより、ウォームギア7の噛み合いを調整できるので、ウォームギア7の騒音が抑えられる。
【0057】
また、リニアアクチュエータ1は、本体部6(直線運動機構部20)に対するモータ部5の取付姿勢を任意に設定することができる。これにより、リニアアクチュエータ1に近接する他の部材とモータ部5との干渉を回避することができる。
【0058】
リニアアクチュエータ1では、ジョイント付蓋体44が本体ケーシング32に対して、X方向周りの複数の位置(姿勢)で固定可能である。これにより、被駆動部材に対するリニアアクチュエータ1のX方向周りの取付姿勢を任意に設定することができる。これにより、リニアアクチュエータ1に近接する他の部材とモータ部5との干渉を回避することができる。
【0059】
また、リニアアクチュエータ1は、ねじ軸21を支持するアンギュラ玉軸受41と本体ケーシング32の間に、ウォームホイール31よりも大径のベアリングホルダ42が配置される。そして、本体ケーシング32の−X方向の端面に形成された開口32kを、ジョイント付蓋体44で閉塞して、ベアリングホルダ42を固定する。このように、本体ケーシング32とジョイント付蓋体44は、X方向において連結される。リニアアクチュエータ1は、従来のリニアアクチュエータにおける本体ケーシングの様に、X方向に直交する方向において二分割される構造を採用していない。
このため、本体ケーシング32は、リニアアクチュエータ1に作用するX方向の力に対して、従来よりも高い強度を有する。したがって、回転モータ11を高出力・高負荷能力化したとしても本体ケーシング32に損傷が発生しづらいので、リニアアクチュエータ1の高出力・高負荷能力を実現できる。
【0060】
上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【0061】
本体ケーシング32の+Z方向の端面に、モータケーシング取付部34を形成する場合について説明したが、これに限らない。モータケーシング取付部34は、本体ケーシング32の−Z方向の端面や、+Y方向の端面、−Y方向の端面に形成してもよい。本体ケーシング32に、モータケーシング取付部34を複数形成してもよい。
【0062】
本体ケーシング取付部15(取付面14)とモータケーシング取付部34(取付面33)の間に、パッキンを配置してもよい。
【0063】
ナックルジョイント24,45に代えて、鉤形のフック等を用いてもよい。
【0064】
直線運動機構部20は、ロッドを伸縮させるものに限らず、任意の機構を用いることができる。駆動ギアと受動ギアは、ウォームギア(ウォームシャフト、ウォームホイール)に限らず、任意のギア(ギア列)を用いることができる。ウォームギアがセルフロック機構を有しない場合であってもよい。
【0065】
ジョイント付蓋体44は、円板形部材と円柱形部材(ナックルジョイント45)が一体的に形成される場合に限らず、円板形部材と円柱形部材を別個に形成して接続する場合であってもよい。