出力軸が単のモータ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、出力軸が１箇所の場合に対応可能にした電動シリンダを提供。
【解決手段】ネジ軸２が挿通された中空軸なるサーボモータ１の出力軸と、継手４（噛合させた内歯ギアと外歯ギア）を介してネジナット６とを連結。さらにネジ軸２を回転抑制させる。以上により、サーボモータ１の回転駆動力が、ネジナット６からネジ軸２へ伝達され、回転抑制されたネジ軸２が軸方向へ直線移動し、両先端部にプランジャを取付ける事でシリンダ内の液体を圧送させる装置となる。上記装置は、減速機等を必要としないサーボモータ１用に簡素化された構造となり、高圧ポンプの動力源として使用可能な最適なプランジャシリンダとなる。
【解決手段】ネジ軸２が挿通された中空軸なるサーボモータ１の出力軸と、継手４（噛合させた内歯ギアと外歯ギア）を介してネジナット６とを連結。さらにネジ軸２を回転抑制させる。以上により、サーボモータ１の回転駆動力が、ネジナット６からネジ軸２へ伝達され、回転抑制されたネジ軸２が軸方向へ直線移動し、両先端部にプランジャを取付ける事でシリンダ内の液体を圧送させる装置となる。上記装置は、減速機等を必要としないサーボモータ１用に簡素化された構造となり、高圧ポンプの動力源として使用可能な最適なプランジャシリンダとなる。
【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、廻り止めされたネジ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、出力軸が１箇所のみのモータを使用し、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、「両端フランジ型モータを備える電動シリンダ装置」という名称で、高圧ポンプの動力装置として使用される中空軸モータ（以下、サーボモータとする）に対応可能な電動シリンダに関する発明が記載されている。特許文献１に記載された電動シリンダは、サーボモータにネジ軸を挿通させ、このサーボモータの両端に有する出力軸に、組立誤差等を吸収する緩衝部を介して２つのネジナット（主なるネジナットと従なるネジナット）を各々連結させ、回転抑制されたネジ軸を直線移動させるものである。ネジ軸の両先端部にプランジャを取付け、サーボモータの正・逆回転を繰り返し往復運動させることで、シリンダ内の液体を圧送させる装置となる。
【０００４】
従来の高圧ポンプ用の往復運動する動力装置としては、モータにてクランクを回し、クランクの回転運動を往復運動に変換させるクランク式プランジャポンプ、又は、ベルトの正・逆転駆動により往復運動するサーボジェットポンプ等が主流である。だが、欠点として、クランク方式は長いストロークが取れない為、小容量のシリンダを複数用いた装置となる。また、ベルト駆動方式はベルトの寿命、構造上の変作動等の問題点があった。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の電動シリンダであれば、上記装置におけるいずれの課題も解決可能となり、構造上シリンダの容量も大きく、長いストロークも可能であり複数のシリンダを用いる必要性が無く、かつ、ベルト等の消耗品も無い為、部品交換等の必要も無い。従って、特許文献１の電動シリンダは、高圧ポンプ用の動力装置としても、従来装置の問題点を解決したプランジャ式往復運動ポンプとして使用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２０１１−７１４０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この上記特許文献１に関する電動シリンダは、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）が両端に出力軸を要している場合の発明であり、サーボモータの出力軸が片側１箇所の場合は適用できない。そこで、本発明では、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特許文献１の構造を考慮しつつ、サーボモータの出力軸が１箇所の場合に対応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００１３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、ネジ軸の軸方向と呼称する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、ネジ軸が挿通された中空軸なるサーボモータの１つの出力軸に、フランジを連結させ、フランジと、内歯ギア・外歯ギアを噛合させた継手を連結させる。さらに継手と、ネジ軸に螺合されるネジナットを連結させることで、サーボモータの回転駆動力を、ネジナットに伝達可能にさせた装置となる。
【００１０】
ここで、ネジナットに伝達されたサーボモータの回転駆動力を、ネジ軸の直線運動にさせるべくネジ軸を回転抑制させる。回転抑制法として、本発明では、本装置の外周に廻り止めガイドを設置することを提案する。なお廻り止めガイドは、「電動シリンダ装置のガイド支持機構」の名称で出願済（特願２０１１−３０４２６号公報）の発明を利用する。ネジ軸の両先端部に取り付けたアームを、本装置外周にてガイドシャフトと連結させ、ガイドシャフトをネジ軸の軸方向に移動可能にイケールに取り付けた装置である。
【００１１】
なお、図中に示す上記ガイド支持機構以外にも、搬送側にてネジ軸を回転抑制する装置も可能である。また、ネジ軸にボールネジ溝と、ボールスプライン溝をクロスして設け、軸方向に設けられたボールスプライン溝に鋼球を組み込み、スプライン用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し、廻り止め機構とすることでネジ軸を直動させることも可能である。
【００１２】
従って、サーボモータの回転駆動力をネジロッドへ伝達させることにより、回転を抑制したネジ軸が軸方向へ直線移動する。サーボモータの正・逆回転を繰り返すことでネジ軸が軸方向へ往復運動を達成し、ネジ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。
【００１３】
また、上記０００９乃至００１２記載の発明は、中空軸サーボモータの出力軸が１つに対し、ネジナットを１つ備えているが、ネジナットを２つ備えることも可能である。サーボモータを挟み、対向配置させた２つのネジナットをネジ軸へ螺合させて設置し、サーボモータの出力軸と連結するフランジに出力を２箇所設け、継手及びネジナットを各々連結させることで、上記０００９乃至００１２記載の発明と同等の作用を有する。長ストローク移動の場合、このネジナットを２つ備えたシリンダの方が、安定性も高く最適である。
【発明の効果】
【００１４】
本装置には、特許文献１の「両端フランジ型モータを備える電動シリンダ装置」の装置同様、本装置の緩衝部として、出力軸―ネジナット間に、内歯ギア・外歯ギアを噛合させた継手が備わっている。本装置内に緩衝部を設けることで、本装置運転時に起こりうる部品の熱膨張による変位、組立誤差及び機械誤差を、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。
【００１５】
同じく、特許文献１の電動シリンダの装置同様、構造上のシリンダ容量も大きく、また消耗品も無い為、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装置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】
【００１６】
以下本考案の形態を図１乃至図３に基づき、説明する。
【００１７】
図１は、本発明の形態に係る電動シリンダ装置の正面断面図及び右側面図である。中空軸サーボモータ１にネジ軸２を挿通させ、中空軸サーボモータ１の出力軸である出力軸フランジ３に、継手４を連結させる。さらに接続軸５を介して、ネジナット６に連結させることにより、中空軸モータ１の回転駆動力をネジナット６に伝達させている。このとき、ネジナット６は、ハウジング７により回転自在に支持され、ハウジング７はイケール１０にて固定されている。
【００１８】
ここで、ネジナット６に伝達された中空軸サーボモータ１の回転駆動力を、ネジ軸２の直線運動にさせるべくネジ軸２を回転抑制させる。回転抑制法として、本発明では本装置の外周に、図中符号１０乃至１３からなる廻り止めガイドを設置することを提案する。なお、前記符号１０乃至１３からなる廻り止めガイドは、「電動シリンダ装置のガイド支持機構」の名称で出願済（特願２０１１−３０４２６号公報）の発明である。（廻り止め機構に関しては、ボールスプラインを利用する方法等もあり、限定しない）
【００１９】
従って、中空軸サーボモータ１の駆動の際、廻り止めガイド１０乃至１３により回転を抑制されたネジ軸２が、軸方向へ直線移動するという作用を有し、中空軸サーボモータ１の正・逆回転を繰り返すことで軸方向へ往復運動を達成する。その際、ネジ軸２の両先端部にプランジャ８を取り付けることにより、シリンダ９内の液体を圧送させる装置となる。
【００２０】
なお、図中の継手４に関しては、内歯ギア・外歯ギアを噛合させて成り立っている。これは、装置の組立の際の簡易容易を追究し、はめ込み式として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による変位、組立誤差及び機械誤差等のズレを吸収する緩衝部の役割も果たしている。
【００２１】
図２は、図１に対してネジナット６を反転移設させてネジ軸２に螺合させた際の電動シリンダ装置の正面断面図である。構造的な改造は不要で、ネジナット６を反転移設させても同等の作用を有する。
【００２２】
上記図１、図２に記載の本発明は、中空軸サーボモータの出力軸が１つに対して１つのネジナットを要していたが、別の構造として、２つのネジナットを要する事も可能である。図３は２つのネジナットを要した電動シリンダ装置の正面断面図である。中空軸サーボモータ１にネジ軸２を挿通させ、中空軸サーボモータ１を挟み対向配置させたネジナット６ａ及び６ｂをネジ軸２に各々螺合させ設置する。中空軸サーボモータ１に連結する出力軸フランジ３に、継手４ａ、４ｂを連結させ、継手４ａは接続軸を介してネジナット６ａへ、継手４ｂは接続軸５ｂを介してネジナット６ｂへ動力を各々伝達させ、ネジナット６ａ及びネジナット６ｂが同等の回転力を成す事で、回転を抑制されたネジ軸２が軸方向へ直線移動する作用を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係るシリンダ装置の正面断面図及び右側面図
【図２】図１の装置において、ネジナットを反転移設させた際のシリンダの正面断面図
【図３】図１及び図２の構造を利用した、ネジナットが２箇所設置された場合のシリンダの正面断面図
【符号の説明】
【００２４】
１．中空軸サーボモータ
２．ネジ軸
３．出力軸フランジ
４．継手（緩衝装置）
４ａ．継手ａ
４ｂ．継手ｂ
５．接続軸
５ａ．接続軸ａ
５ｂ．接続軸ｂ
６．ネジナット
６ａ．ネジナットａ
６ｂ．ネジナットｂ
７．ハウジング
８．プランジャ
９．シリンダ
１０．イケール
１１．アーム
１２．スライドブッシュ
１３．ガイドシャフト
【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、廻り止めされたネジ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、出力軸が１箇所のみのモータを使用し、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、「両端フランジ型モータを備える電動シリンダ装置」という名称で、高圧ポンプの動力装置として使用される中空軸モータ（以下、サーボモータとする）に対応可能な電動シリンダに関する発明が記載されている。特許文献１に記載された電動シリンダは、サーボモータにネジ軸を挿通させ、このサーボモータの両端に有する出力軸に、組立誤差等を吸収する緩衝部を介して２つのネジナット（主なるネジナットと従なるネジナット）を各々連結させ、回転抑制されたネジ軸を直線移動させるものである。ネジ軸の両先端部にプランジャを取付け、サーボモータの正・逆回転を繰り返し往復運動させることで、シリンダ内の液体を圧送させる装置となる。
【０００４】
従来の高圧ポンプ用の往復運動する動力装置としては、モータにてクランクを回し、クランクの回転運動を往復運動に変換させるクランク式プランジャポンプ、又は、ベルトの正・逆転駆動により往復運動するサーボジェットポンプ等が主流である。だが、欠点として、クランク方式は長いストロークが取れない為、小容量のシリンダを複数用いた装置となる。また、ベルト駆動方式はベルトの寿命、構造上の変作動等の問題点があった。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の電動シリンダであれば、上記装置におけるいずれの課題も解決可能となり、構造上シリンダの容量も大きく、長いストロークも可能であり複数のシリンダを用いる必要性が無く、かつ、ベルト等の消耗品も無い為、部品交換等の必要も無い。従って、特許文献１の電動シリンダは、高圧ポンプ用の動力装置としても、従来装置の問題点を解決したプランジャ式往復運動ポンプとして使用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２０１１−７１４０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この上記特許文献１に関する電動シリンダは、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）が両端に出力軸を要している場合の発明であり、サーボモータの出力軸が片側１箇所の場合は適用できない。そこで、本発明では、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特許文献１の構造を考慮しつつ、サーボモータの出力軸が１箇所の場合に対応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００１３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、ネジ軸の軸方向と呼称する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、ネジ軸が挿通された中空軸なるサーボモータの１つの出力軸に、フランジを連結させ、フランジと、内歯ギア・外歯ギアを噛合させた継手を連結させる。さらに継手と、ネジ軸に螺合されるネジナットを連結させることで、サーボモータの回転駆動力を、ネジナットに伝達可能にさせた装置となる。
【００１０】
ここで、ネジナットに伝達されたサーボモータの回転駆動力を、ネジ軸の直線運動にさせるべくネジ軸を回転抑制させる。回転抑制法として、本発明では、本装置の外周に廻り止めガイドを設置することを提案する。なお廻り止めガイドは、「電動シリンダ装置のガイド支持機構」の名称で出願済（特願２０１１−３０４２６号公報）の発明を利用する。ネジ軸の両先端部に取り付けたアームを、本装置外周にてガイドシャフトと連結させ、ガイドシャフトをネジ軸の軸方向に移動可能にイケールに取り付けた装置である。
【００１１】
なお、図中に示す上記ガイド支持機構以外にも、搬送側にてネジ軸を回転抑制する装置も可能である。また、ネジ軸にボールネジ溝と、ボールスプライン溝をクロスして設け、軸方向に設けられたボールスプライン溝に鋼球を組み込み、スプライン用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し、廻り止め機構とすることでネジ軸を直動させることも可能である。
【００１２】
従って、サーボモータの回転駆動力をネジロッドへ伝達させることにより、回転を抑制したネジ軸が軸方向へ直線移動する。サーボモータの正・逆回転を繰り返すことでネジ軸が軸方向へ往復運動を達成し、ネジ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。
【００１３】
また、上記０００９乃至００１２記載の発明は、中空軸サーボモータの出力軸が１つに対し、ネジナットを１つ備えているが、ネジナットを２つ備えることも可能である。サーボモータを挟み、対向配置させた２つのネジナットをネジ軸へ螺合させて設置し、サーボモータの出力軸と連結するフランジに出力を２箇所設け、継手及びネジナットを各々連結させることで、上記０００９乃至００１２記載の発明と同等の作用を有する。長ストローク移動の場合、このネジナットを２つ備えたシリンダの方が、安定性も高く最適である。
【発明の効果】
【００１４】
本装置には、特許文献１の「両端フランジ型モータを備える電動シリンダ装置」の装置同様、本装置の緩衝部として、出力軸―ネジナット間に、内歯ギア・外歯ギアを噛合させた継手が備わっている。本装置内に緩衝部を設けることで、本装置運転時に起こりうる部品の熱膨張による変位、組立誤差及び機械誤差を、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。
【００１５】
同じく、特許文献１の電動シリンダの装置同様、構造上のシリンダ容量も大きく、また消耗品も無い為、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装置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】
【００１６】
以下本考案の形態を図１乃至図３に基づき、説明する。
【００１７】
図１は、本発明の形態に係る電動シリンダ装置の正面断面図及び右側面図である。中空軸サーボモータ１にネジ軸２を挿通させ、中空軸サーボモータ１の出力軸である出力軸フランジ３に、継手４を連結させる。さらに接続軸５を介して、ネジナット６に連結させることにより、中空軸モータ１の回転駆動力をネジナット６に伝達させている。このとき、ネジナット６は、ハウジング７により回転自在に支持され、ハウジング７はイケール１０にて固定されている。
【００１８】
ここで、ネジナット６に伝達された中空軸サーボモータ１の回転駆動力を、ネジ軸２の直線運動にさせるべくネジ軸２を回転抑制させる。回転抑制法として、本発明では本装置の外周に、図中符号１０乃至１３からなる廻り止めガイドを設置することを提案する。なお、前記符号１０乃至１３からなる廻り止めガイドは、「電動シリンダ装置のガイド支持機構」の名称で出願済（特願２０１１−３０４２６号公報）の発明である。（廻り止め機構に関しては、ボールスプラインを利用する方法等もあり、限定しない）
【００１９】
従って、中空軸サーボモータ１の駆動の際、廻り止めガイド１０乃至１３により回転を抑制されたネジ軸２が、軸方向へ直線移動するという作用を有し、中空軸サーボモータ１の正・逆回転を繰り返すことで軸方向へ往復運動を達成する。その際、ネジ軸２の両先端部にプランジャ８を取り付けることにより、シリンダ９内の液体を圧送させる装置となる。
【００２０】
なお、図中の継手４に関しては、内歯ギア・外歯ギアを噛合させて成り立っている。これは、装置の組立の際の簡易容易を追究し、はめ込み式として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による変位、組立誤差及び機械誤差等のズレを吸収する緩衝部の役割も果たしている。
【００２１】
図２は、図１に対してネジナット６を反転移設させてネジ軸２に螺合させた際の電動シリンダ装置の正面断面図である。構造的な改造は不要で、ネジナット６を反転移設させても同等の作用を有する。
【００２２】
上記図１、図２に記載の本発明は、中空軸サーボモータの出力軸が１つに対して１つのネジナットを要していたが、別の構造として、２つのネジナットを要する事も可能である。図３は２つのネジナットを要した電動シリンダ装置の正面断面図である。中空軸サーボモータ１にネジ軸２を挿通させ、中空軸サーボモータ１を挟み対向配置させたネジナット６ａ及び６ｂをネジ軸２に各々螺合させ設置する。中空軸サーボモータ１に連結する出力軸フランジ３に、継手４ａ、４ｂを連結させ、継手４ａは接続軸を介してネジナット６ａへ、継手４ｂは接続軸５ｂを介してネジナット６ｂへ動力を各々伝達させ、ネジナット６ａ及びネジナット６ｂが同等の回転力を成す事で、回転を抑制されたネジ軸２が軸方向へ直線移動する作用を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係るシリンダ装置の正面断面図及び右側面図
【図２】図１の装置において、ネジナットを反転移設させた際のシリンダの正面断面図
【図３】図１及び図２の構造を利用した、ネジナットが２箇所設置された場合のシリンダの正面断面図
【符号の説明】
【００２４】
１．中空軸サーボモータ
２．ネジ軸
３．出力軸フランジ
４．継手（緩衝装置）
４ａ．継手ａ
４ｂ．継手ｂ
５．接続軸
５ａ．接続軸ａ
５ｂ．接続軸ｂ
６．ネジナット
６ａ．ネジナットａ
６ｂ．ネジナットｂ
７．ハウジング
８．プランジャ
９．シリンダ
１０．イケール
１１．アーム
１２．スライドブッシュ
１３．ガイドシャフト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸が１箇所のみの中空軸モータに、廻り止めされるネジ軸を挿通させ、前記ネジ軸に螺合させてネジナットを設置し、前記ネジナットと、噛合させた内歯ギアと外歯ギアを介して、前記中空軸モータを連結させることにより、前記中空軸モータの回転駆動力を、前記ネジナット、前記ネジ軸へと伝達可能にさせたことを特徴とする電動シリンダ。
【請求項１】
出力軸が１箇所のみの中空軸モータに、廻り止めされるネジ軸を挿通させ、前記ネジ軸に螺合させてネジナットを設置し、前記ネジナットと、噛合させた内歯ギアと外歯ギアを介して、前記中空軸モータを連結させることにより、前記中空軸モータの回転駆動力を、前記ネジナット、前記ネジ軸へと伝達可能にさせたことを特徴とする電動シリンダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２４１８１１（Ｐ２０１２−２４１８１１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３０１４（Ｐ２０１１−１１３０１４）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（７１００１４５９１）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（７１００１４５９１）
【Ｆターム（参考）】
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