ボールネジとスプライン軸を備える電動シリンダ

【課題】高圧ポンプ用の往復運動する動力装置として活用されるプランジャシリンダに関して、様々な必要圧力に対応、安定した連続運転を可能にし、長寿命かつ小型化された電動シリンダを提供する。
【解決手段】中空軸モータに、ボールネジとボールスプラインを同一軸上にて接合した駆動軸を挿通させ、ボールネジ部には動力を伝達させるネジナットを、スプライン部には回転を抑制させるスプラインナットを各々装着させ、中空軸モータの回転駆動力を、緩衝装置を介してボールネジナットへ伝達させ、駆動軸を、特に短い距離（１５０mm以下）を往復運動させることを特徴とする電動シリンダを提供する。緩衝装置により機械誤差等を吸収する構造である為、機械要素部の変位等に影響されることなく運転が可能。シリンダ容量も大きく、消耗品も無く部品交換も不要であり、高圧ポンプ用の動力装置として、安定性・小型化・長寿命を達成した最適なシリンダとなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空軸モータでネジナットを回転させて、廻り止めされた駆動軸を直動させるシリンダ、ピストン運動用動力に係り、特に、前記中空軸モータに関して、サーボモータもしくはサーボモータと同等の性能を持つ中空軸モータを使用し、減速機及びエンコーダ等の設置が不要な電動シリンダ、往復運動プランジャシリンダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
搬送機械装置における搬送・位置決めのための動力伝達装置として、空圧式、油圧式、そして電動式のシリンダが使用されている。とりわけ電動式シリンダは、油圧式や空圧式のシリンダに比べ、騒音や油漏れ等の環境汚染や取扱い易さ等の理由から、各種の産業用機器に最適とされており、搬送のみならず、高圧ポンプ用の往復運動する動力装置としても使用が可能となる電動シリンダも存在している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、「高圧ポンプ」の名称で、小型で所定の圧力を正確に発生することが可能な電動シリンダ、高圧ポンプについての発明がなされている。プランジャを有する高圧ポンプにおいて、中空軸モータに推力伝達軸を挿通させ、回転ナットのネジと結合させ、さらに中空軸モータの回転によって回転ナットが作用するよう設置、推力伝達軸の両端部にシリンダ内を往復運動するプランジャを結合したことを特徴としている。
【０００４】
従って特許文献１の装置は、中空軸モータの回転駆動力を推力伝達軸の直進運動に変え、中空軸モータの回転方向を正・逆と繰り返すことで、推力伝達軸が往復運動する。以上により、特許文献１の装置を用いることで、所定の圧力を正確に発生させることを可能にし、かつ推力伝達軸にプランジャを結合している為、極めて小型とすることができる。さらにプランジャの駆動装置の端部にシリンダが取り付けられており、シリンダの交換や装置の保守も容易に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願平９−２３５８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この上記特許文献１に関する高圧ポンプは、以下の問題が生じることになる。確かに回転ナットを軸受けとし推力伝達軸にプランジャを取り付けることで、小型化やシリンダ交換、装置の保守といった点で効果を達成していると認めるが、運転が継続されるにつれ、熱変形等に起因して生じる機械誤差、あるいは組立誤差や部品固有の加工誤差等の対応に乏しい構造となっており、装置の破損や、運転に影響を及ぼす可能性を否定できない。
【０００７】
本発明では、上記装置の小型化や装置の保守といった効果をふまえ、課題となる熱膨張の影響を防いだ高圧ポンプ用の往復運動する動力装置として使用可能な電動シリンダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的達成の為に、請求項に基づき下記０００９乃至００１１記載の発明を提案する。なお、以下の説明では便宜上、図中にて矢印Ｘで示す方向を、駆動軸の軸方向と呼称する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、サーボモータもしくはサーボモータと同等の性能を持つ中空軸モータ（以下、中空軸モータと記す）に、ボールネジとボールスプラインを同一軸上に設けた駆動軸を挿通させ、ボールネジ部にはネジ溝上に設置した多数の鋼球を介してネジナットを螺合させ装着、ボールスプライン部には、軸方向に設けたスプライン溝に設置した多数の鋼球を介してスプラインナットを装着させ、さらに中空軸モータと、噛合させた外歯ギアと内歯ギアを介して、ボールネジナットとを連結させた電動シリンダである。
【００１０】
前記電動シリンダは、中空軸モータの回転駆動力を、ボールネジナットへ伝達させることでボールネジに回転駆動力を伝達させる。一方で、スプラインに設けられたスプラインナットを軸方向の一定位置に回転も移動もしないよう固定することで廻り止め機構となる。従って、中空軸モータを回転駆動させる事により、回転抑制された駆動軸が軸方向へ移動する作用を成す。
【００１１】
中空軸モータの正・逆回転を繰り返すことで駆動軸が軸方向へ往復運動を達成し、駆動軸の両先端部にプランジャを取付けることで、シリンダ内の液体を圧送させる装置となる。
【発明の効果】
【００１２】
本装置には、緩衝装置として、中空軸モータ―ネジナット間に、外歯ギア・内歯ギアを噛合させた継手が備わっている。本装置内に緩衝装置を設けることで、運転時に起こりうる熱膨張の変位、機械誤差及び組立誤差等を、ギアの噛合部にて吸収する構造であることから、機械要素部の変位等に影響されることなく運転が可能となる。
【００１３】
また、構造上シリンダ容量も大きく消耗品も無い為、部品交換も不要であり、サーボモータまたは同等の中空軸モータを擁するシリンダに対応可能な装置であることから、高圧ポンプ用の動力装置として、または搬送・位置決め装置としても安定性・小型化・長寿命を達成した最適なシリンダとなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本考案の形態を図１及び図２に基づき、説明する。
【００１５】
図１は、本発明の形態に係る電動シリンダの正面断面図及び右側面図である。中空軸モータ１に、ボールネジ２‐ａとボールスプライン２‐ｂを同一軸上に設けた駆動軸２を挿通させる。ボールネジ２‐ａ部にはネジ溝上に設置した多数の鋼球を介してネジナット３を螺合させ装着、ボールスプライン２‐ｂ部には、軸方向に設けたスプライン溝に設置した多数の鋼球を介してスプラインナット４を装着させる。ネジナット３はハウジング７により回転自在に固定、スプラインナット４は回転不能に固定され、ハウジング７はイケール１０にて固定される。
【００１６】
さらに、中空軸モータ１を、噛合させた外歯ギアと内歯ギアからなる継手５、及び接続軸６を介して、ボールネジナット３と連結させる。中空軸モータ１の回転駆動力を、ボールネジナット３へ伝達させることでボールネジ２‐ａに回転駆動力を伝達させる。一方で、スプライン２‐ｂに設けられたスプラインナット４を軸方向の一定位置に固定することで廻り止め機構とする。
【００１７】
従って、中空軸モータ１を回転駆動させる事により、回転抑制された駆動軸２が軸方向へ移動する作用を成す。中空軸モータ１の正・逆回転を繰り返すことで駆動軸がＸ方向へ往復運動を達成し、駆動軸の両先端部にプランジャ８を取付けることで、シリンダ９内の液体を圧送させる装置となる。
【００１８】
図中の継手５に関しては、外歯ギア・内歯ギアを噛合させて成り立っており、これは装置の組立の際の簡易容易を追究し、はめ込み式とすることで組み立て易く構築したものであるが、同時に、ギアの螺合部が、運転時に起こりうる熱膨張の変位、機械誤差や組立誤差等のズレを吸収する緩衝部の役割も果たしている。
【００１９】
なお、本発明のシリンダ図１に示したボールネジ設置方向において、向きを反転移設させて装着する場合にも、同等の能力を持つ装置として対応可能である。その構造を図２に示す。
【００２０】
図１同様、中空軸モータ１に駆動軸２を挿通させ、ネジナット３、スプラインナット４を装着させる。ここで、中空軸モータ１と継手５の間に出力軸１１を設置する。さらに動力を伝達する際の継手５に関して、図１の場合は中空軸モータ１から外歯ギア、内歯ギア、接続軸６の順で動力伝達を行っているが、図２の場合、中空軸モータ１から出力軸１１、内歯ギア、外歯ギア、接続軸６の順で動力伝達を行う。以上の構造にすることにより、ボールネジ３を反転移設させて装着させた場合も、図１の装置と同等の能力を持つ装置として成り立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係るシリンダの正面断面図及び右側面図
【図２】図１ボールネジ装着方向を反転移設させた場合のシリンダの正面断面図
【符号の説明】
【００２２】
１．中空軸モータ
２．駆動軸（２‐ａ及び２‐ｂを含む）
２‐ａ．ボールネジ
２‐ｂ．ボールスプライン
３．ネジナット
４．スプラインナット
５．継手（緩衝装置）
６．接続軸
７．ハウジング
８．プランジャ
９．シリンダ
１０．イケール
１１．出力軸

【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空軸モータに、ボールネジとボールスプラインを同一軸上に設けた駆動軸を挿通させ、前記ボールネジ部にネジナットを、前記スプライン部にスプラインナットを各々装着させ、前記中空軸モータの回転駆動力を、噛合させた外歯ギアと内歯ギアを介して、前記ボールネジナット、前記駆動軸へと伝達させることを特徴とする電動シリンダ。

【図１】