特許第6481239号(P6481239)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6481239
(24)【登録日】2019年2月22日
(45)【発行日】2019年3月13日
(54)【発明の名称】中空軌道体、アクチュエータ
(51)【国際特許分類】
   F16C 29/06 20060101AFI20190304BHJP
   F16H 19/04 20060101ALI20190304BHJP
【FI】
   F16C29/06
   F16H19/04 G
【請求項の数】4
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2015-554709(P2015-554709)
(86)(22)【出願日】2014年12月4日
(86)【国際出願番号】JP2014082123
(87)【国際公開番号】WO2015098454
(87)【国際公開日】20150702
【審査請求日】2017年11月6日
(31)【優先権主張番号】特願2013-265654(P2013-265654)
(32)【優先日】2013年12月24日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】390029805
【氏名又は名称】THK株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100188891
【弁理士】
【氏名又は名称】丹野 拓人
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
(74)【代理人】
【識別番号】100108578
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 詔男
(74)【代理人】
【識別番号】100094400
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 三義
(72)【発明者】
【氏名】岸 弘幸
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 紀貴
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 衣梨子
【審査官】 日下部 由泰
(56)【参考文献】
【文献】 特開昭58−137616(JP,A)
【文献】 特開2012−154390(JP,A)
【文献】 特開2000−52171(JP,A)
【文献】 特開2005−288449(JP,A)
【文献】 実開昭61−46278(JP,U)
【文献】 実開平6−18727(JP,U)
【文献】 欧州特許出願公開第00879976(EP,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16C 29/06
F16H 19/04,55/26
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空軸の外表面に軸方向に沿う複数の転動体走行部が形成され、前記複数の転動体走行部に沿って転走可能な複数の転動体を介して支持体に支持される中空軌道体であって、
前記複数の転動体走行部同士の間に形成される円弧形部に、歯元が前記中空軸の中空部に貫通するラック歯列が軸方向に沿って形成される中空軌道体。
【請求項2】
前記ラック歯列を複数有し、
前記ラック歯列同士は、前記中空軸の中心軸を基準にして点対称に形成される請求項1に記載の中空軌道体。
【請求項3】
前記複数の転動体走行部は、前記転動体同士の配置が背面組合せとなる一対の転動体走行面を有する請求項1又は2に記載の中空軌道体。
【請求項4】
外表面にラック歯列が軸方向に沿って配置された軌道体と、
前記軌道体を複数の転動体を介して支持する支持体と、
前記ラック歯列に噛み合うピニオン歯車と、
前記支持体に配置されて前記ピニオン歯車を回転駆動する回転モータと、
を備え、
前記軌道体として、請求項1から3のうちいずれか一項に記載の中空軌道体を用いたアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、中空軌道体、アクチュエータに関する。
本願は、2013年12月24日に、日本に出願された特願2013−265654号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
リニアガイド等の運動案内装置は、軌道体、支持体及び転動体を備える。
軌道体と支持体の間には、循環経路が形成される。この循環経路を転動体が循環(転走)することにより、軌道体と支持体は、相対的に運動する。
軌道体の軽量化を目的として、軌道レールに、その軸方向に延びる貫通孔(中空部)を設けた運動案内装置がある(特許文献1)。
【0003】
軌道体の軽量化は、運動案内装置をロッド形アクチュエータ等に組み込むときに有効である。軌道体の軽量化により慣性モーメントが小さくなって、軌道体の移動速度や応答性が向上する。これにより、アクチュエータを用いた生産設備の生産性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010−144897号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
運動案内装置をアクチュエータに組み込むときは、軌道体にラック歯列を設けて、ピニオン歯車に噛み合わせることにより、軌道体を回転モータで駆動可能にする。
軌道体の外表面には、転動体が転走する転動体走行面が複数形成されるため、ラック歯列の歯を大きく設定することができない可能性がある。特に、特許文献1のように、軌道体が矩形断面形状を有する場合には、軌道体の上面(特許文献1におけるスライダ側の面54)にラック歯列を形成することができない可能性がある。
【0006】
軌道体の外表面に形成されたラック歯列が小さな歯の場合には、軌道体に大きな駆動力を伝達することができない。また、ラック歯列の耐久性が低くなり、アクチュエータの製品寿命が短くなる。
【0007】
本発明は、外表面に耐久性が高いラック歯列を形成することができる中空軌道体、及びこれを用いたアクチュエータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第一の態様によれば、中空軌道体は、中空軸の外表面に軸方向に沿う複数の転動体走行部が形成され、前記複数の転動体走行部に沿って転走可能な複数の転動体を介して支持体に支持される中空軌道体であって、前記複数の転動体走行部同士の間に形成される円弧形部に、歯元が前記中空軸の中空部に貫通するラック歯列が軸方向に沿って形成される。
【0009】
本発明の第二の態様によれば、第一の態様に係る中空軌道体において、前記ラック歯列を複数有し、前記ラック歯列同士は、前記中空軸の中心軸を基準にして点対称に形成される。
【0010】
本発明の第三の態様によれば、第一又は第二の態様に係る中空軌道体において、前記複数の転動体走行部は、前記転動体同士の配置が背面組合せとなる一対の転動体走行面を有する。
【0011】
本発明の第四の態様によれば、アクチュエータは、外表面にラック歯列が軸方向に沿って配置された軌道体と、前記軌道体を複数の転動体を介して支持する支持体と、前記ラック歯列に噛み合うピニオン歯車と、前記支持体に配置されて前記ピニオン歯車を回転駆動する回転モータと、を備え、前記軌道体として、第一から第三の態様のうちいずれか一つの態様に係る中空軌道体を用いる。
【0012】
本発明の第五の態様によれば、中空軌道体は、中空軸の外表面に軸方向に沿う複数の転動体走行部が形成され、前記複数の転動体走行部に沿って転走可能な複数の転動体を介して支持体に支持される中空軌道体であって、前記複数の転動体走行部は、前記外表面のみを押圧して形成される。
【発明の効果】
【0013】
上記した中空軌道体およびアクチュエータは、外表面に耐久性が高いラック歯列を形成することができる中空軌道体、及びこれを用いたアクチュエータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の第一実施形態のロッド形アクチュエータの主要部を示す斜視図である。
図2A】本発明の第一実施形態のロッド形アクチュエータの主要部を示す正面図である。
図2B】本発明の第一実施形態のロッド形アクチュエータの主要部を示す側面図である。
図2C】本発明の第一実施形態のロッド形アクチュエータの主要部を示すc−c断面図である。
図3A】中空ロッドを示す正面図である。
図3B】中空ロッドを示す上面図である。
図3C】中空ロッドを示す側面図である。
図3D】中空ロッドを示すd−d断面図である。
図4A】中空ロッドの製造工程を示す図である。
図4B】中空ロッドの製造工程を示す図である。
図4C】中空ロッドの製造工程を示す図である。
図4D】中空ロッドの製造工程を示す図である。
図5】本発明の第二実施形態のロッド形アクチュエータを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
〔第一実施形態〕
本発明の実施形態に係るロッド形アクチュエータ1、中空ロッド21について、図を参照して説明する。
【0016】
図1は、本発明の第一実施形態に係るロッド形アクチュエータ1の主要部を示す斜視図である。
図2A図2Bおよび図2Cは、ロッド形アクチュエータ1の主要部を示す図であって、それぞれ、正面図、側面図、c−c断面図である。
図3A図3B図3Cおよび図3Dは、中空ロッド21を示す図であって、それぞれ、正面図、上面図、側面図、d−d断面図である。
【0017】
ロッド形アクチュエータ(アクチュエータ)1は、回転力を発生するモータ部5、モータ部5により駆動されて直線運動を行う本体部6等を備える。
モータ部5と本体部6を連結することにより、ラック・ピニオン機構7(ピニオン歯車12、ラック歯列25)が噛み合う。
【0018】
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(ロッド形アクチュエータ1の厚み方向)をZ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。
【0019】
モータ部5と本体部6の中心軸5C,6Cは、90°に交差(直交)するように配置される。モータ部5と本体部6の中心軸5C,6Cは、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。本体部6とモータ部5は、不図示の連結部材を介して連結される。
【0020】
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ピニオン歯車12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。
【0021】
本体部6は、直線運動を行う直線運動機構部20、駆動力を伝達するラック歯列25等を備える。
直線運動機構部20は、モータ部5の−Z方向側に配置される。直線運動機構部20は、ガイドタイプであり、中空ロッド21、支持ブロック31及びボール40等を備える。
ラック歯列25は、直線運動機構部20の中空ロッド21に形成される。このラック歯列25は、モータ部5のピニオン歯車12に噛み合って、回転モータ11の駆動力を直線運動機構部20(中空ロッド21)に伝達する。
【0022】
中空ロッド(中空軌道体)21は、X方向に沿って延びる細長い円筒形の鉄鋼部材である。中空ロッド21は、中心軸6Cに沿って延びる中空部21hを有する。
中空ロッド21は、X方向に直交する断面形状が、Z方向の両端部(上部21a、下部21b)が円弧形に膨らみ、Z方向の中央(中央部21c)がそれぞれ中空部21hに向かって窪む形状を有する。
中空ロッド21の外表面21sのうち、2つの中央部21cには、それぞれ転動体走行部22が形成される。転動体走行部22は、ボール40を介して支持ブロック31に支持される部位である。
【0023】
各転動体走行部22には、ボール40が転走する2つのボール転走溝(転動体走行面)23がX方向に沿って並列に形成される。この2つのボール転走溝23は、中心軸6Cを挟んで、−Z方向側と+Z方向側に対称に配置される。
2つボール転走溝23は、互いに向き合う方向に傾いて形成される。このため、2つボール転走溝23を転走するボール40同士は、いわゆる背面組合せの配置となる。
【0024】
中空ロッド21の外表面21sには、4つのボール転走溝23が形成される。4つのボール転走溝23は、中心軸6Cを基準にして、点対称に形成される。
【0025】
中空ロッド21には、2つのラック歯列25がX方向に沿って形成される。各ラック歯列25は、上部(円弧形部)21aと下部(円弧形部)21bに形成される。言い換えると、各ラック歯列25は、中空ロッド21の円弧形に膨らむ部位、すなわち2つの転動体走行部22(中央部21c)の間に形成される。
【0026】
ラック歯列25を構成するそれぞれのラック歯26は、歯元が中空ロッド21の中空部21hに貫通する。各ラック歯26は、円弧形に膨らむ上部21aと下部21bに形成される。
このため、図3Dに示す様に、歯幅方向(Y方向)の中央において歯元が中空ロッド21の中空部21hに貫通する。つまり、各ラック歯26は、歯幅方向の中央では歯元が存在しない。言い換えれば、各ラック歯26は、歯幅方向(Y方向)の両端にのみ歯元を有する。
一方、図3Dに示す様に、各ラック歯26は、歯幅方向の両端では歯先が存在しない。各ラック歯26は、歯幅方向(Y方向)の中央にのみ歯先を有する。
すなわち、中空ロッド21は、円弧形に形成された複数のラック歯26からなるラック歯列25を有する。
【0027】
このように、各ラック歯26は、歯幅方向中央の歯元が中空ロッド21の中空部21hに貫通する。そして、各ラック歯26は、歯幅方向両端の歯元が2つの転動体走行部22に近接する。つまり、各ラック歯26は、2つの転動体走行部22の間に形成可能な最大の大きさを有する歯である。
【0028】
歯元を中空部21hに貫通させない場合には、ラック歯列の歯の大きさを小さくする必要がある(例えばモジュールが1.0以下)。
これに対して、ラック歯列25は、歯元が中空部21hに貫通するので、ラック歯26の歯の大きさを大きく設定することができる(例えばモジュールが2.5以上)。このため、ラック歯列25(ラック歯26)の強度が高くなり、耐久性が向上する。また、大きな歯であるラック歯26が形成されるので、中空ロッド21の軽量化に寄与できる。
【0029】
支持ブロック(支持体)31は、分割形の支持ブロックであって、同一形状の2つのブロック32を備える。各ブロック32は、中空ロッド21の転動体走行部22に対して僅かな隙間を隔てて対向配置される。2つのブロック32は、不図示の連結部材を介して連結される。
支持ブロック31は、複数のボール40を保持する。支持ブロック31の内部には、無端の長円環状又は楕円環状をなす無限循環路35が4つ形成される。複数のボール40は、4つの無限循環路35の内部において転走可能に保持される。
【0030】
支持ブロック31(ブロック32)の内面には、X方向に沿って延びるボール転走溝36が形成される。各ブロック32の内面には、2つのボール転走溝36が形成される。このため、支持ブロック31には、4つのボール転走溝36が形成される。
【0031】
中空ロッド21の4つのボール転走溝23と支持ブロック31の4つのボール転走溝36は、それぞれの対向するように配置される。ボール転走溝23とボール転走溝36の間に形成される空間(X方向に延在する空間)は、負荷ボール転走路37となる。このため、中空ロッド21と支持ブロック31の間には、4つの負荷ボール転走路37が形成される。
【0032】
支持ブロック31には、4つの無負荷ボール転走路38と4つのボール方向転換路(不図示)が形成される。各ブロック32には、それぞれ2つの無負荷ボール転走路38と2つのボール方向転換路がそれぞれ形成される。
無負荷ボール転走路38は、支持ブロック31(ブロック32)の内部においてボール転走溝36(負荷ボール転走路37)に対して並行に形成される。ボール方向転換路は、支持ブロック31(ブロック32)のY方向の両端において、ボール転走溝36(負荷ボール転走路37)とボール方向転換路を連結する。
【0033】
ボール(転動体)40は、例えば金属材料からなる球形部材である。複数のボール40は、中空ロッド21と支持ブロック31(ブロック32)の間に介在して、支持ブロック31に対する中空ロッド21の移動を円滑にする。
複数のボール40は、無限循環路35の内部にほぼ隙間無く配設されて、無限循環路35を循環する。複数のボール40を介して、中空ロッド21が支持ブロック31に対して往復移動可能に支持される。
【0034】
図4A図4B図4Cおよび図4Dは、中空ロッド21の製造工程を示す図である。中空ロッド21の製造工程を工程順に説明する。
中空ロッド21の製造工程は、転動体走行部形成工程A、ラック歯形成工程B、熱処理工程C及びボール転走溝形成工程Dを有する。
【0035】
まず、素材である円筒形の軸体Pを用意する(図4A)。円筒形の軸体Pは、既成のパイプ材でもよい。また、円筒形の軸体Pは、引き抜き加工又は押し出し加工してもよい。円筒形の軸体Pは、例えば炭素鋼(S55C等)から形成される。
【0036】
(転動体走行部形成工程A)
最初に、円筒形の軸体Pに2つの転動体走行部22を形成する。円筒形の軸体Pの外表面(外表面21s)のみを治具Gで押圧して、外表面の一部を窪ませる。具体的には、プレス加工又はロールフォーミング加工により、円筒形の軸体Pの外表面の一部を押圧して窪ませる(図4B)。引き抜き加工によっても転動体走行部22の形成は可能であるが、製造コストが高くなるため、プレス加工やロールフォーミング加工が特に適している。
転動体走行部形成工程Aは、円筒形の軸体Pの中空部(中空部21h)に治具類を挿入しないで行われる。このように、本実施形態の転動体走行部形成工程Aでは、ダイスとプラグを用いた引き抜き加工等を行わないので、2つの転動体走行部22を容易に形成することができる。したがって、製造コストを抑えることができる。
【0037】
(ラック歯形成工程B)
次に、円筒形の軸体Pにラック歯列25を形成する。円筒形の軸体Pのうち、2つの転動体走行部22の間の部位(上部21a及び下部21b)にラック歯26を形成する(図4C)。ラック歯26の形成は、既知の歯切り加工により行われる。
【0038】
(熱処理工程C)
さらに、円筒形の軸体Pに熱処理を施す。浸炭焼入や高周波焼入れ、焼戻し等が施される。円筒形の軸体Pの材料や、中空ロッド21の使用用途に応じて、任意の熱処理を施すことができる。
円筒形の軸体P(中空ロッド21)は、中心軸6Cを基準にして、点対称な形状を有するので、均一な焼き入れが可能である。このため、ラック歯列25(ラック歯26)の強度や耐久性が高くなる。
【0039】
(ボール転走溝形成工程D)
最後に、転動体走行部22に2つのボール転走溝23を形成する。ボール転走溝23は、研削加工により形成される(図4D)。
ボール転走溝形成工程Dに加えて、ラック歯26の研削加工を行ってもよい。
【0040】
以上の工程を経て、中空ロッド21が製造される。
中空ロッド21の製造方法によれば、ダイスとプラグを用いた引き抜き加工等を行わないので、転動体走行部22(ボール転走溝23)を容易に形成することができる。したがって、製造コストを抑えることができる。
円筒形の軸体Pの外表面の一部を押圧して窪ませた部分(転動体走行部22)を研削加工するだけで、ボール40同士の配置が背面組合せとなる2つのボール転走溝23を容易に形成できる。
【0041】
ロッド形アクチュエータ1の動作について説明する。
ロッド形アクチュエータ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に取り付けられたピニオン歯車12が中心軸5C周りに回転すると、ピニオン歯車12に噛み合うラック歯列25に駆動力が伝達される。
【0042】
ピニオン歯車12とラック歯列25からなるラック・ピニオン機構7は、回転運動を直線運動に変換する。つまり、ピニオン歯車12が中心軸6C周りに回転すると、ラック歯列25が形成された中空ロッド21がX方向に移動する。
このように、回転モータ11を駆動することにより、中空ロッド21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。
【0043】
これにより、ロッド形アクチュエータ1の中空ロッド21の端部に連結した部材等をX方向に移動させたり、中空ロッド21の端部に当接する部材に押圧力や引張力を与えたりすることができる。
例えば、ロッド形アクチュエータ1をパーキングゲートに適用した場合には、中空ロッド21の端部に遮断機を連結して揺動させることができる。
例えば、ロッド形アクチュエータ1をチップマウンタに適用した場合には、中空ロッド21の端部に吸引ノズルを取り付けて電子部品を吸着保持等することができる。
【0044】
ロッド形アクチュエータ1は、ラック歯列25(ラック歯26)の歯元が中空ロッド21の中空部21hに貫通する。このため、2つの転動体走行部22の間に、最大の大きさを有する歯(ラック歯26)を形成できる。したがって、従来に比べて、歯の大きさを大きく設定することができるので、ラック歯列25(ラック歯26)の強度が高くなり、耐久性が向上する。また、ラック歯26が大きな歯に形成されるので、中空ロッド21をさらに軽量化することができる。
【0045】
〔第二実施形態〕
図5は、本発明の第二実施形態に係るロッド形アクチュエータ51を示す外観斜視図である。第一実施形態に係るロッド形アクチュエータ1と同一の部材等には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【0046】
ロッド形アクチュエータ(アクチュエータ)51は、モータ部5、本体部6等を備える。本体部6は、直線運動機構部20、ラック歯列25等を備える。
本体部6の直線運動機構部20は、スプラインタイプであり、中空ロッド21、支持ブロック61及びボール40等を備える。
【0047】
支持ブロック(支持体)61は、支持ブロック31とは異なって、中空ロッド21の外表面を全周に亘って覆うように配置される。
支持ブロック61の内部には、支持ブロック31と同様に、無端の長円環状又は楕円環状をなす無限循環路35が4つ形成される。複数のボール40は、4つの無限循環路35の内部において転走可能に保持される。
支持ブロック61の内面には、X方向に沿って延びる4つのボール転走溝36が形成される。中空ロッド21の4つのボール転走溝23と支持ブロック61の4つのボール転走溝36は、それぞれの対向するように配置される。
【0048】
このように、ロッド形アクチュエータ51は、ロッド形アクチュエータ1と同様に、中空ロッド21を備えているので、ロッド形アクチュエータ1と同様の効果を奏する。
【0049】
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。
【0050】
転動体は、ボール40に限らず、ローラでもよい。
【0051】
中空ロッド21の上部21aと下部21bにそれぞれラック歯列25を設ける場合について説明したが、これに限らない。上部21aと下部21bのいずれか一方にのみラック歯列25を設ける場合でもよい。
上部21aに形成したラック歯列25と下部21bに形成したラック歯列25は、同一形状に限らない。2つのラック歯列25を異なる形状(モジュール)にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0052】
上記した中空軌道体およびアクチュエータは、外表面に耐久性が高いラック歯列を形成することができる中空軌道体、及びこれを用いたアクチュエータを実現できる。
【符号の説明】
【0053】
1 ロッド形アクチュエータ(アクチュエータ)
11 回転モータ
12 ピニオン歯車
21 中空ロッド(中空軌道体)
21a 上部(円弧形部)
21b 下部(円弧形部)
21h 中空部
21s 外表面
22 転動体走行部
23 ボール転走溝(転動体走行面)
25 ラック歯列
26 ラック歯
31 支持ブロック(支持体)
40 ボール(転動体)
51 ロッド形アクチュエータ(アクチュエータ)
61 支持ブロック(支持体)
図1
図2A
図2B
図2C
図3A
図3B
図3C
図3D
図4A
図4B
図4C
図4D
図5