JP4666436B2

JP4666436B2 - リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP4666436B2
Application number: JP2001114311A
Authority: JP
Inventors: 聡藤田
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP2002310256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ軸の回転量に応じたストローク量でスライダを軌道レールに沿って往復運動させ、且つ繰り返し位置決めすることが可能なリニアアクチュエータに係り、詳細には、ねじ軸の回転に対するスライダの運動の円滑化を図ると共に、上記スライダの小型化を図るための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のリニアアクチュエータとしては、特開平４−１６４５４０号公報に開示されるものが知られている。同公報に開示されるリニアアクチュエータは、図８及び図９に示すように、長手方向に沿った凹溝を有してチャネル状に形成された軌道レール１００と、この軌道レール１００の凹溝内に回転自在に設けられたねじ軸１０１と、このねじ軸１０１に螺合すると共に上記軌道レール１００の凹溝内をねじ軸１０１の回転に応じて移動するスライダ１０２とから構成されている。また、上記スライダ１０２はねじ軸１０１の回転運動を直線運動に変換するボールねじ部と、かかるスライダ１０２を軌道レール１００に沿って自在に案内するための直線案内部とを備えている。
【０００３】
上記スライダ１０２に具備されたボールねじ部１０２は多数のボール（以下、このボールを「駆動ボール」という）を介して上記ねじ軸１０１に螺合しており、かかるねじ軸１０１と相まってボールねじ装置を構成している。上記ねじ軸１０１の外周面には所定のリードで螺旋状のボール転動溝が形成されており、ねじ軸１０１が回転すると、駆動ボールはこのボール転動溝を螺旋状に転動する。また、ボールねじ部には駆動ボールを循環させるための無限循環路が設けられている。この無限循環路は駆動ボールをねじ軸１０１のボール転動溝を数巻分だけ飛び越えて元の位置に戻すリターンパイプを含み、ねじ軸１０１のボール転動溝を螺旋状に転動した駆動ボールは上記リターンパイプを介して循環するように構成されている。
【０００４】
一方、上記スライダ１０２にはボールねじ部を挟むようにして一対の直線案内部が設けられている。これら直線案内部は多数のボール（以下、このボールを「案内ボール」という）１０３を介して軌道レール１００に係合しており、かかる軌道レール１００と相まって直線案内装置を構成している。上記軌道レール１００の凹溝に面した内側面には複数条のボール転走溝１０４が該軌道レール１００の長手方向に沿って形成されており、上記案内ボール１０３は軌道レール１００とスライダ１０２との間で荷重を負荷しながら該ボール転走溝１０４を転走する。また、各直線案内部には案内ボール１０３を循環させるための無限循環路が設けられており、案内ボール１０３が無限循環路内を循環することによってスライダ１０２が軌道レール１００の凹溝内を連続的に移動することが可能となっている。
【０００５】
このような構成により、同公報に開示されるリニアアクチュエータでは、ねじ軸１０１が回転すると、その回転がボールねじ部でスライダ１０２の直線運動に変換され、かかるスライダ１０２をねじ軸１０１の回転量に応じた所定の位置に高精度で位置決めすることができるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、無限循環路内を循環するボール同士の接触を防止し、かかる無限循環路内におけるボールの詰まりを防止すると共にボールの高速走行時の騒音の発生を軽減する目的から、可撓性のスペーサベルトに所定の間隔でボールを配列し、かかるスペーサベルトをボールと共に無限循環路内で循環させることが行われている。例えば、特開平７−３１７７６２号公報に開示される直線案内装置では、軌道レールに沿って直線運動するスライダにボールの無限循環路が具備され、かかる無限循環路には可撓性のスペーサベルトに配列されたボールが該スペーサベルトと共に組み込まれている。また、実開平５−２７４０８号公報に開示されるボールねじ装置では、ねじ軸に対してボールを介して螺合するナット部材に該ボールの無限循環路が具備され、やはり、かかる無限循環路には可撓性のスペーサベルトに配列されたボールが該スペーサベルトと共に組み込まれている。
【０００７】
従って、前述の如くボールねじ装置と直線案内装置の構造を併せ持つリニアアクチュエータにおいても、ボールの循環の円滑化、ひいては軌道レールに対するスライダの運動の円滑化の観点から、駆動ボール及び案内ボールを可撓性のス゜ーサベルトに配列し、これらスペーサベルトと共に駆動ボール及び案内ボールを夫々の無限循環路に組み込むことが好ましいと言える。
【０００８】
しかし、前者の特開平４−１６４５４０号公報に開示されるリニアアクチュエータでは、駆動ボールの無限循環路がねじ軸の外周面を螺旋状に巻いていることから、仮にこの無限循環路に可撓性のスペーサベルトを組み込んでも、かかるスペーサベルトが無限循環路内を循環しているうちに捩じれ易く、駆動ボールの循環に対して大きな抵抗が作用してしまうといった問題点があった。また、無限循環路に対する連結ベルトの組み込み作業も難しく、生産に手間がかかるといった問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ボールねじ部を構成する駆動ボールの無限循環路に対して可撓性のスペーサベルトを容易に組み込むことができ、かかる駆動ボールの円滑な循環を確保することができると共に、ねじ軸の高速回転時における騒音の発生を可及的に防止することが可能なリニアアクチュエータを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、長手方向に沿った凹溝を有してチャネル状に形成されると共に該凹溝に面した複数条のボール転走溝を備えた軌道レールと、この軌道レールの凹溝内に回転自在に設けられると共に外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、上記軌道レールのボール転走溝を転走する多数の案内ボールを介して上記軌道レールの凹溝内に組み付けられると共に、上記ねじ軸のボール転動溝を転動する多数の駆動ボールを介して該ねじ軸に螺合し、かかるねじ軸の回転に応じて上記軌道レールの凹溝内を自在に移動するスライダとから構成され、上記スライダが上記案内ボールの無限循環路を備えると共に上記駆動ボールの無限循環路も備えたリニアアクチュエータを前提とし、かかる駆動ボールの無限循環路が上記ねじ軸に外接する環状に形成されると共に該ねじ軸を挟み込むようにして少なくとも一対形成され、上記駆動ボールは可撓性のスペーサベルトに所定の間隔で配列され、このスペーサベルトと共に上記無限循環路を循環することを特徴とするものである。
【００１１】
このような技術的手段によれば、上記スライダに備えられた駆動ボールの無限循環路はねじ軸に外接する環状に形成されているので、かかる無限循環路はねじ軸を螺旋状に巻くことなく形成されており、駆動ボールを所定の間隔で配列した可撓性のスペーサベルトを該無限循環路に対して組み込み易くなっている。このため、かかるスペーサベルトは捩じれることなく安定した姿勢で該無限循環路内を循環することができ、このスペーサベルトに配列された駆動ボールの循環を円滑化することができる。そして、このように駆動ボールをスペーサベルトと共に無限循環路内に組み込むことにより、ねじ軸の高速回転時、すなわちスライダの高速移動時における駆動ボールの走行音を著しく軽減することが可能となる。このことは、テーブル等の可動体を高速で位置決めすることが要求されるリニアアクチュエータにとっては大きな利益である。
【００１２】
一方、この種のリニアアクチュエータはスライダを軌道レールに沿って移動させるための直線案内部を具備しており、かかる直線案内部にも案内ボールの無限循環路が形成されることから、図６に示すように、軌道レール９４に対してスライダ９３を案内する直線案内部Ｇとねじ軸９５に螺合するボールねじ部Ｓとを完全に区分した場合には、スライダ９３が大型化、重量化してしまい、スライダの高速移動時における位置決め精度が悪化してしまうといった弊害が生じる。
【００１３】
従って、かかる観点からすれば、駆動ボールの無限循環路が案内ボールの無限循環路の内側を貫くようにして配置されるのが好ましい。このような配置を採用すれば、案内ボールの無限循環路が形成される領域（直線案内部）と駆動ボールの無限循環路が形成される領域（ボールねじ部）とが互いに重なり合ってスライダ内に存在していることになるので、かかるスライダの小型化を図ることが可能となり、その分だけスライダの軽量化が達成されて、該スライダの位置決め精度を高めることが可能となる。
【００１４】
このような本発明において、上記スペーサベルトは、スライダの無限循環路内で駆動ボール叉は案内ボールを所定の間隔で配列させ、循環中におけるボール同士の衝突を防止し得るものであれば良く、例えば、可撓性を有する合成樹脂製のベルトにボール直径よりも大きな収容孔を所定の間隔で穿っただけのものであっても良い。また、前後するボールの間に間座を設け、かかる間座でボールを脱落不能に保持するものであっても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明のリニアアクチュエータを詳細に説明する。
図１は本発明を適用したリニアアクチュエータの実施例を示す断面図である。このリニアアクュエータは、凹状溝を具備してチャネル状に形成された軌道レール１と、この軌道レール１の凹状溝内に配設されたねじ軸２と、このねじ軸２に螺合すると共に上記軌道レール１の凹溝内を移動自在なスライダ３とから構成されている。
【００１６】
上記軌道レール１は図示外のボルトによってベッド等の固定部に取り付けられる基底部１０を有すると共に、この基底部１０から立ち上がった一対の側壁部１１，１１を有し、これら基底部１０及び側壁部１１によって紙面垂直方向に連続するチャネル状に形成されている。また、凹溝に面した各側壁部１１の内側面には上下に２条のボールの転走溝１２が形成されており、このボール転走溝１２は軌道レール１の長手方向（紙面垂直方向）に沿って形成されている。
【００１７】
また、上記ねじ軸２はその軸心が軌道レール１の凹溝の図心に略合致するように配設されており、該ねじ軸１の外周面には螺旋状のボール転動溝２０が所定のリードで形成されている。軌道レール１の長手方向の両端には一対のブラケット（図示せず）が取り付けられており、上記ねじ軸２の両端はベアリングを介してこのブラケットに支承されている。すなわち、このねじ軸２は軌道レール１の凹溝内で回転自在に支承されている。
【００１８】
一方、上記スライダ３は断面略矩形状に形成され、上部を軌道レール１の凹溝から僅かに突出させた状態で該凹溝内を移動するように構成されている。従って、スライダ３の上面はテーブル等の可動体の取付面３０となっており、図示外のボルトによって該可動体が固定されるようになっている。また、このスライダ３には、上記軌道レール１に沿って該スライダ３を自在に案内するための一対の直線案内部Ｇと、上記ねじ軸２の回転に応じて該スライダ３を直線移動させるためのボールねじ部Ｓとが備えられている。
【００１９】
直線案内部Ｇはねじ軸２を挟むようにして一対設けられており、各直線案内部Ｇが軌道レール１の一方の側壁部１１に対応している。各直線案内部Ｇは案内ボールＢ１が循環する無限循環路Ｔ１を二列備えており、各無限循環路Ｔ１が軌道レール１の側壁部１１に形成されたボール転走溝１２に対応している。各無限循環路は、スライダ３の外側面に形成された負荷転走溝３１と、この負荷転走溝３１と平行に形成されたボール戻し孔３２とを含み、多数の案内ボールＢ１が荷重を負荷しながら軌道レール１のボール転走溝１２とスライダ３の負荷転走溝３１との間を転走するように構成されている。また、負荷転走溝３１を転走し終えたたボールＢ１は荷重から解放された後、無負荷状態でボール戻し孔３２を転走することにより、負荷転走前の元の位置へ循環するようになっている。
【００２０】
上記案内ボールＢ１は、図２に示すように、合成樹脂から形成された可撓性のスペーサベルト４に所定の間隔で配置されており、このスペーサベルト４と共に直線案内部Ｇの各無限循環路Ｔ１に組み込まれる。このスペーサベルト４には互いに隣接する案内ボール同士を離隔させるようにして間座部４０が設けられており、これら案内ボールＢ１が無限循環路Ｔ１内を循環しながら互いに接触するのを防止している。また、前後する一対の間座部４０の間にはボールＢ１の収容孔が形成され、そこにボールが収容されている。これにより、案内ボールＢ１の円滑な循環が確保されている。
【００２１】
一方、上記スライダ３の中心にはねじ軸２が貫通する貫通孔が形成されており、上記ボールねじ部Ｓはこの貫通孔を挟むようにして一対形成されている。各ボールねじ部Ｓは駆動ボールＢ２が循環する環状の無限循環路Ｔ２を備えており、図３に示すように、かかる無限循環路Ｔ２はねじ軸２の軸方向に重なるようにして４列配置されている。各無限循環路Ｔ２は、上記貫通孔の内周面に形成された負荷転動溝３３と、この負荷転動溝３３の両端を繋ぐようにして形成された無負荷ボール通路３４とから構成されており、ねじ軸２に外接する環状に形成されている。また、各無限循環路Ｔ２はねじ軸２のボール転動溝２０のリード角αに合致して傾斜して形成されており、ボールＢ２が一定の平面内を循環するようになっている。上記負荷転動溝３３は貫通孔の内周面に対してその半周よりも短い範囲で形成されており、駆動ボールＢ２はこの負荷転動溝３３とねじ軸２の外周面に形成されたボール転動溝２０との間で荷重を負荷しながら転動する。従って、ねじ軸２はスライダ３に形成された貫通孔の内部において、両側から駆動ボールＢ２によって挟み込まれた状態となっている。
【００２２】
上記駆動ボールＢ２は、案内ボールＢ１と同様、合成樹脂から形成された可撓性のスペーサベルト４に所定の間隔で配置されており、このスペーサベルト４と共にボールねじ部Ｓの各無限循環路Ｔ２に組み込まれる。従って、スペーサベルト４に設けられた間座部４０によって互いに隣接する駆動ボールＢ２同士の接触が防止され、かかる駆動ボールＢ２の円滑な循環が確保されている。
【００２３】
図７に示すように、駆動ボールＢ２の無限循環路Ｔ２は金属製のスライダ３に対して数点の部品を取り付けることによって形成されている。スライダ３にはねじ軸２が貫通する貫通孔３５が形成されているが、この貫通孔３５の上下にはスライダ３の外側面と連通する長方形の切欠き孔３６が形成されており、駆動ボールＢ２はこの切欠き孔３６を介して貫通孔３５から出入りするように構成されている。また、スライダ３には案内バイプ５０を嵌合させるためのパイプ取付孔３７が各無限循環路Ｔ２毎に形成されている。このパイプ取付孔３７は直線案内部Ｇの負荷転動溝３１とボール戻し孔３２との間に位置しており、直線案内部Ｇの無限循環路Ｔ１を貫くように配置されている。各案内パイプ５０の内周面には長手方向に沿ってスペーサベルト４を案内するためのガイド溝が形成されており、無限循環路Ｔ２を循環するスペーサベルト４の捩じれや蛇行が防止されるようになっている。更に、パイプ取付孔３７に嵌合した案内パイプ５０と切欠き孔３６との間にはこれらの間に架け渡すようにして内周側案内部材５１が設けられる一方、この内周側案内部材５１を覆う補助プレート５２がスライダ３の外側面に固定され、これら内周側案内部材５１と補助プレート５２をスライダ３に固定することによって駆動ボールＢ２の無負荷ボール通路３４が完成するようになっている。
【００２４】
上記補助プレート５２はスライダ３に具備された総ての駆動ボールＢ２の無限循環路Ｔ２に共通の部材であり、スライダ３に形成された切欠き孔３６を覆うようにして該スライダ３の外側面に固定される。この補助プレート５２の中央には上記切欠き孔３６に差し込まれる掬い上げ片５３が立設されており、この掬い上げ片５３によって切欠き孔３６が左右に分断されると共に、ねじ軸２のボール転動溝２０から駆動ボールＢ２を離脱させ得るようになっている。従って、この補助プレート５２がスライダ３に取り付けられた状態でねじ軸２が回転すると、掬い上げ片５３の一方の側からは負荷転動溝３３を転動し終えた駆動ボールＢ２がねじ軸２のボール転動溝２０から掬い上げられて無負荷ボール通路３４へ収容され、また、掬い上げ片５３の他方の側からは駆動ボールＢ２がねじ軸２のボール転動溝２０とスライダ３の負荷転動溝３３との間に送り込まれるようになっている。
【００２５】
そして、このように構成される本実施例のリニアアクチュエータによれば、上記駆動ボールＢ２の無限循環路Ｔ２はねじ軸２に外接する環状に形成されており、かかるねじ軸２の周囲を螺旋状に巻いていないことから、スペーサベルト４が無限循環路Ｔ２の内部を循環している最中に捩じれてしまうといった不都合はない。また、かかる無限循環路Ｔ２はねじ軸２のリード角αに合致した角度で傾斜していることから、スペーサベルト４は常に一定の平面内を循環することになり、この点においてもスペーサベルト４の循環、ひいては駆動ボールＢ２の循環の円滑化図ることができるものである。更に、無限循環路Ｔ２が螺旋状に巻くことなく一定の平面内に形成されていることから、かかる無限循環路Ｔ２に対するスペーサベルト４の組付けも極めて容易に行うことができるものである。
【００２６】
一方、このボールねじ部Ｓに設けられた駆動ボールＢ２の無限循環路Ｔ２は直線案内部Ｇに設けられた案内ボールｂ１の無限循環路Ｔ１の内側を貫くようにして配置されている。図４はスライダ３に具備された案内ボールＢ１及び駆動ボールＢ２の無限循環路Ｔ１，Ｔ２の配置を示す平面透視図であり、直線案内部Ｇ及びボールねじ部Ｓに具備された各無限循環路を循環するボールＢ１，Ｂ２のみが示されている。このように、ボールねじ部Ｓの無限循環路Ｔ２は直線案内部Ｇの無限循環路Ｔ１の内側を貫くように、換言すれば、チェーン状に交差するようにして配置されており、直線案内部Ｇ及びボールねじ部Ｓをねじ軸２の軸方向から観察した場合、図５に示すように、これら直線案内部Ｇとボールねじ部Ｓとが互いに重なり合うようにしてスライダ３内に配置されていることになる。これにより、本実施例のリニアアクチュエータではスライダ２の小型化を図ることができるようになっている。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のリニアアクチュエータによれば、ねじ軸のボール転動溝を転動する駆動ボールの無限循環路はねじ軸を螺旋状に巻くことなく該ねじ軸に外接する環状に形成されているので、駆動ボールを所定の間隔で配列した可撓性のスペーサベルトを該無限循環路に対して容易に組み込むことができる他、かかるスペーサベルトは該無限循環路内を捩じれることなく安定した姿勢で循環することができ、このスペーサベルトを用いることで駆動ボールの円滑な循環を確保すると共に、ねじ軸の高速回転時における騒音の発生を可及的に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したリニアアクチュエータの実施例を示す正面断面図である。
【図２】実施例に係る案内ボールが配列された連結ベルトを示す平面図及び側面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】実施例に係る直線案内部の無限循環路とボールねじ部の無限循環路の配置を示す平面透視図である。
【図５】本発明のリニアアクチュエータを概念的に示した図である。
【図６】従来のリニアアクチュエータを概念的に示した図である。
【図７】実施例に係るスライダの構成部品を示す分解図である。
【図８】従来のリニアアクチュエータの一例を示す斜視図である。
【図９】図８に示したリニアアクチュエータの正面断面図である。
【符号の説明】
１…軌道レール、２…ねじ軸、３…スライダ、Ｇ…直線案内部、Ｓ…ボールねじ部、Ｂ１…案内ボール、Ｂ２…駆動ボール

Claims

長手方向に沿った凹溝を有してチャネル状に形成されると共に該凹溝に面した複数条のボール転走溝を備えた軌道レールと、
この軌道レールの凹溝内に回転自在に設けられると共に外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、
上記軌道レールのボール転走溝を転走する多数の案内ボールを介して上記軌道レールの凹溝内に組み付けられると共に、上記ねじ軸のボール転動溝を転動する多数の駆動ボールを介して該ねじ軸に螺合し、かかるねじ軸の回転に応じて上記軌道レールの凹溝内を自在に移動するスライダと、から構成され、
上記スライダが上記案内ボールの無限循環路を備えると共に上記駆動ボールの無限循環路も備えたリニアアクチュエータにおいて、
かかる駆動ボールの無限循環路は上記ねじ軸に外接する環状に形成されると共に該ねじ軸を挟み込むようにして少なくとも一対形成され、
上記駆動ボールは可撓性のスペーサベルトに所定の間隔で配列され、このスペーサベルトと共に上記無限循環路を循環し、
上記スライダにはねじ軸が挿通される貫通孔が形成されると共に、この貫通孔とスライダの外側面とを連通する切欠き孔が該貫通孔の１８０°対向する２カ所に形成され、これら切欠き孔を介して駆動ボールがねじ軸のボール転動溝に進入し又はボール転動溝から離脱することを特徴とするリニアアクチュエータ。
上記スライダの外側面には駆動ボールの無限循環路を形成するための補助プレートが固定され、かかる補助プレートには上記切欠き孔に挿入された駆動ボールをねじ軸のボール転動溝から離脱させる掬い上げ片が立設されていることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
長手方向に沿った凹溝を有してチャネル状に形成されると共に該凹溝に面した複数条のボール転走溝を備えた軌道レールと、
この軌道レールの凹溝内に回転自在に設けられると共に外周面に螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸と、
上記軌道レールのボール転走溝を転走する多数の案内ボールを介して上記軌道レールの凹溝内に組み付けられると共に、上記ねじ軸のボール転動溝を転動する多数の駆動ボールを介して該ねじ軸に螺合し、かかるねじ軸の回転に応じて上記軌道レールの凹溝内を自在に移動するスライダと、から構成され、
上記スライダが上記案内ボールの無限循環路を備えると共に上記駆動ボールの無限循環路も備えたリニアアクチュエータにおいて、
かかる駆動ボールの無限循環路は上記ねじ軸に外接する環状に形成されると共に該ねじ軸を挟み込むようにして少なくとも一対形成され、
上記駆動ボールの無限循環路が上記案内ボールの無限循環路の内側を貫いて配置されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
上記駆動ボールは可撓性のスペーサベルトに所定の間隔で配列され、このスペーサベルトと共に上記無限循環路を循環することを特徴とする請求項３記載のリニアアクチュエータ。
上記案内ボールも可撓性のスペーサベルトに所定の間隔で配列され、このスペーサベルトと共に上記無限循環路を循環することを特徴とする請求項１又は４記載のリニアアクチュエータ。
上記スペーサベルトには案内ボール又は駆動ボールを配列するための収容孔が長手方向に沿って所定の間隔で形成されていることを特徴とする請求項１、請求項４及び請求項５のいずれか記載のリニアアクチュエータ。
上記駆動ボールの無限循環路はねじ軸に形成されたボール転動溝のリード角に合致して傾斜形成されていることを特徴とする請求項１又は３記載のリニアアクチュエータ。