(57)【要約】【課題】ボールねじの交換が可能で、一般的なボールねじが使用できる電動式リニアアクチュエータを提供する。【解決手段】ボールねじ１４を構成するナット１６の一端が減速機構を構成する第２段ホイール（最終段ホイール）５に相対回転不能で軸方向に分離可能に連結され、ナット１６の他端が円すいころ軸受１８によりブラケット９内に支持され、第２段ホイール（最終段ホイール）５を支持する一対の転がり軸受の内のナット１６と反対側の転がり軸受が円すいころ軸受６により構成され、ナット１６の回転がボールねじ１４を構成するねじ軸１５の軸方向の直線運動に変換される電動式リニアアクチュエータにおいて、ボールねじ１４とナット１６を支持する円すいころ軸受１８と軸受押え１９とでボールねじユニット２０を構成し、ボールねじユニット２０を第２段ホイール（最終段ホイール）５及びブラケット９に対して着脱可能に組み込んだ。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減速機構を内蔵するギヤケースと、該ギヤケースに取り付けられた電動モータと、前記ギヤケースに着脱可能に取り付けられたブラケットと、該ブラケットに螺合により着脱可能に取り付けられたねじ軸ケースと、前記ギヤケースと前記ブラケットと前記ねじ軸ケース内に内蔵されたボールねじとを備え、該ボールねじを構成するナットの一端が前記減速機構を構成する最終段ホイールに相対回転不能で軸方向に分離可能に連結され、前記ナットの他端がスラスト荷重を受けることが可能な転がり軸受により前記ブラケット内に支持され、前記最終段ホイールを支持する一対の転がり軸受の内の前記ナットと反対側の転がり軸受がスラスト荷重を受けることが可能な転がり軸受により構成され、前記ナットの回転が前記ボールねじを構成するねじ軸の軸方向の直線運動に変換され、該ねじ軸に対してスラスト荷重が負荷される状態で使用される電動式リニアアクチュエータにおいて、
前記ボールねじと前記ナットを支持する前記転がり軸受と軸受押えとでボールねじユニットを構成し、該ボールねじユニットを前記最終段ホイール及び前記ブラケットに対して着脱可能に組み込んだことを特徴とする電動式リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記ブラケットに前記ねじ軸ケースをねじ込むことにより前記ねじ軸ケースの端面が前記軸受押えの側面を押圧し前記軸受押えを介して前記転がり軸受に予圧を付与し、前記転がり軸受の予圧は前記ねじ軸ケースのねじ込み量で調整することを特徴とする請求項１記載の電動式リニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動式リニアアクチュエータに関し、特に、短いストロークで高頻度に作動するボールねじを備える電動式リニアアクチュエータに関するものである。なお、ここでいう短いストロークとは、電動射出成形機の射出部駆動機構や電動プレス機のプレス部駆動機構等の加圧用途で使用するストロークのことであり、ストロークがボールねじを構成するナットの全長の約２．２倍以下の場合をいう。
【背景技術】
【０００２】
従来、短いストロークで高頻度に作動するボールねじを備える電動式リニアアクチュエータの一例として、電動射出成形機の射出部駆動機構や電動プレス機のプレス部駆動機構に使用されるものがある。このボールねじを備える電動式リニアアクチュエータのボールねじはボール間に固形潤滑組成物からなる間座を介在させ、負荷容量の低下を回避しながら、ボール間の摩擦面に長期にわたり潤滑油を供給することができるものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３１７６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特開２００１−３１７６０５号公報に開示されたボールねじを備える電動式リニアアクチュエータは、短いストロークで高頻度に作動するという条件に耐えるために、ボール間に固形潤滑組成物からなる間座を介在させたボールねじを使用するものであるが、他の部位がまだ使用可能であるにもかかわらずボールねじが寿命に達した場合、ボールねじのみを新品と交換することができない、という問題がある。また、短いストロークで高頻度に作動するボールねじを備える電動式リニアアクチュエータに一般的なボールねじを使用すると、先に一般的なボールねじが寿命に達する場合が多く、他の部位がまだ使用可能であるにもかかわらず、電動式リニアアクチュエータ全体を新品に交換しなければならない、という問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、ボールねじの交換が可能で、一般的なボールねじが使用できる電動式リニアアクチュエータを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、減速機構を内蔵するギヤケースと、該ギヤケースに取り付けられた電動モータと、前記ギヤケースに着脱可能に取り付けられたブラケットと、該ブラケットに螺合により着脱可能に取り付けられたねじ軸ケースと、前記ギヤケースと前記ブラケットと前記ねじ軸ケース内に内蔵されたボールねじとを備え、該ボールねじを構成するナットの一端が前記減速機構を構成する最終段ホイールに相対回転不能で軸方向に分離可能に連結され、前記ナットの他端がスラスト荷重を受けることが可能な転がり軸受により前記ブラケット内に支持され、前記最終段ホイールを支持する一対の転がり軸受の内の前記ナットと反対側の転がり軸受がスラスト荷重を受けることが可能な転がり軸受により構成され、前記ナットの回転が前記ボールねじを構成するねじ軸の軸方向の直線運動に変換され、該ねじ軸に対してスラスト荷重が負荷される状態で使用される電動式リニアアクチュエータにおいて、前記ボールねじと前記ナットを支持する前記転がり軸受と軸受押えとでボールねじユニットを構成し、該ボールねじユニットを前記最終段ホイール及び前記ブラケットに対して着脱可能に組み込んだものである。
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動式リニアアクチュエータにおいて、前記ブラケットに前記ねじ軸ケースをねじ込むことにより前記ねじ軸ケースの端面が前記軸受押えの側面を押圧し前記軸受押えを介して前記転がり軸受に予圧を付与し、前記転がり軸受の予圧は前記ねじ軸ケースのねじ込み量で調整するものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、ボールねじを構成するナットの一端が減速機構を構成する最終段ホイールに相対回転不能で軸方向に分離可能に連結され、ボールねじとナットを支持する転がり軸受と軸受押えとでボールねじユニットを構成し、ボールねじユニットを最終段ホイール及びブラケットに対して着脱可能に組み込んだので、ボールねじユニットを構成するボールねじを容易に交換することができる。また、ボールねじユニットを構成するボールねじを容易に交換することができるので、短いストロークで高頻度に作動するボールねじを備える電動式リニアアクチュエータに一般的なボールねじが使用できる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、前記ブラケットに前記ねじ軸ケースをねじ込むことにより前記ねじ軸ケースの端面が前記軸受押えの側面を押圧し前記軸受押えを介して前記転がり軸受に予圧を付与し、前記転がり軸受の予圧は前記ねじ軸ケースのねじ込み量で調整するので、前記ボールねじユニットを前記最終段ホイール及び前記ブラケットに対して着脱可能に組み込む際、前記転がり軸受に付与する予圧を容易に調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
減速機構を内蔵するギヤケースと、ギヤケースに取り付けられた電動モータと、ギヤケースに着脱可能に取り付けられたブラケットと、ブラケットに螺合により着脱可能に取り付けられたねじ軸ケースと、ギヤケースとブラケットとねじ軸ケース内に内蔵されたボールねじとを備え、ボールねじを構成するナットの一端が減速機構を構成する第２段ホイール（最終段ホイール）に相対回転不能で軸方向に分離可能に連結され、ナットの他端が円すいころ軸受によりブラケット内に支持され、第２段ホイール（最終段ホイール）を支持する一対の転がり軸受の内のナットと反対側の転がり軸受が円すいころ軸受により構成され、ナットの回転がボールねじを構成するねじ軸の軸方向の直線運動に変換され、ねじ軸に対してスラスト荷重が負荷される状態で使用される電動式リニアアクチュエータにおいて、ボールねじとナットを支持する円すいころ軸受と軸受押えとでボールねじユニットを構成し、ボールねじユニットを第２段ホイール（最終段ホイール）及びブラケットに対して着脱可能に組み込み、また、ブラケットにねじ軸ケースをねじ込むことによりねじ軸ケースの端面が軸受押えの側面を押圧し軸受押えを介してナットの他端を支持する円すいころ軸受及び第２段ホイール（最終段ホイール）を支持する円すいころ軸受に予圧を付与し、両円すいころ軸受の予圧はねじ軸ケースのねじ込み量で調整するものである。その実施例を以下に説明する。
【実施例】
【００１０】
本発明の実施例を図１〜図８に基づいて以下に説明する。図１に示すように、本発明の実施例の電動式リニアアクチュエータは、減速機構を内蔵するギヤケース１と、ギヤケース１に取り付けられた電動モータ８と、ギヤケース１に着脱可能に取り付けられたブラケット９と、ブラケット９に螺合により着脱可能に取り付けられたねじ軸ケース１２と、ギヤケース１とブラケット９とねじ軸ケース１２内に内蔵されたボールねじ１４とを備えている。
【００１１】
ギヤケース１はギヤケース本体１ａとカバー１ｂとから構成され、ギヤケース１内には減速機構が内蔵されている。減速機構は第１段ピニオン２と、第１段ピニオン２と噛み合う第１段ホイール３及び第２段ピニオン４と、第２段ピニオン４と噛み合う第２段ホイール（最終段ホイール）５が、それぞれ一対の転がり軸受によりギヤケース１内に支持されて構成されている。そして、本実施例では、第２段ホイール（最終段ホイール）５を支持する一対の転がり軸受の内の一方、すなわち後述するボールねじ１４を構成するナット１６と反対側の転がり軸受にスラスト荷重を多く受けることができるように円すいころ軸受６を使用している。なお、この円すいころ軸受６に替えてアンギュラ玉軸受を使用してもよい。また、第２段ホイール（最終段ホイール）５の端部が貫通するギヤケース本体１ａの貫通孔及びボールねじ１４を構成するねじ軸１５の軸部１５ａが貫通するカバー１ｂの貫通孔にはギヤケース１内のグリース等の潤滑剤の漏れを防止するオイルシール７がそれぞれ装着されている。
【００１２】
ギヤケース本体１ａの側面には電動モータ８が取り付けられており、電動モータ８のモータ軸８ａはキー結合により第１段ピニオン２の軸に連結されている。
【００１３】
ギヤケース本体１ａの側面には略円筒状のフランジ付きブラケット９が複数本の六角穴付きボルト１０により着脱可能に取り付けられている。このブラケット９のフランジ９ａと反対側の端部には内向きのつば部９ｂが形成されており、このつば部９ｂの内径部にはめねじ９ｃが形成されている。
【００１４】
一端部外径側におねじ１２ａが形成された円筒状で底付きのねじ軸ケース１２が、ブラケット９のつば部９ｂのめねじ９ｃにねじ込まれて、ブラケット９に対して着脱可能に取り付けられている。また、このねじ軸ケース１２のおねじ１２ａにはロックナット１３が装着されている。
【００１５】
ボールねじ１４は、一般的なボールねじで、外周面に螺旋溝が形成されたねじ軸１５と、内周面に螺旋溝が形成されたナット１６と、両螺旋溝の間に介在させた複数のボール（不図示）とから構成されている。ねじ軸１５は先端側に軸部１５ａが一体に設けられ、後端側にねじ部が設けられ、このねじ部にストッパナット１５ｂがねじ込まれている。このストッパナット１５ｂは後述するボールねじユニット２０を構成する円すいころ軸受１８と軸受押え１９が抜け出すのを防止するためのストッパの機能を有する。本実施例では、ナット１６の一端が減速機構を構成する第２段ホイール（最終段ホイール）５の端部に片丸キー１７により相対回転不能で軸方向に分離可能に連結され、また、ナット１６の他端が円すいころ軸受１８によりブラケット９内に支持されている。本実施例では、スラスト荷重を多く受けることができるように円すいころ軸受１８を使用している。なお、この円すいころ軸受１８に替えてアンギュラ玉軸受を使用してもよい。そして、第２段ホイール（最終段ホイール）５によるナット１６の回転がねじ軸１５の軸方向の直線運動に変換される。また、電動式リニアアクチュエータはねじ軸１５に対してスラスト荷重が負荷される状態で使用される。
【００１６】
ボールねじ１４は、ギヤケース１とブラケット９とねじ軸ケース１２内に内蔵されている。また、図２に示すように、ボールねじ１４と、ナット１６の他端を支持する円すいころ軸受１８と、円すいころ軸受６及び円すいころ軸受１８に予圧を付与するために円すいころ軸受１８の端面側に配置された円盤状の軸受押え１９とでボールねじユニット２０を構成している。そして、このボールねじユニット２０は、後述するように、ギヤケース本体１ａからブラケット９とねじ軸ケース１２を取り外すことにより第２段ホイール（最終段ホイール）５に着脱可能に組み込まれている。
【００１７】
以下に、本実施例の電動式リニアアクチュエータを、例えば、電動プレス機のプレス部駆動機構として使用する場合について説明する。電動式リニアアクチュエータのギヤケース１を構成するカバー１ｂを電動プレス機のプレス部駆動機構のフレームＰ（図３〜図８参照）に取り付け、ボールねじ１４を構成するねじ軸１５の軸部１５ａの先端に片丸キー２１を介して金型（不図示）を取り付ける。
【００１８】
次に、本実施例の電動式リニアアクチュエータを電動プレス機のプレス部駆動機構として使用した場合の電動式リニアアクチュエータの動作について説明する。電動モータ８を正方向に回転させると、モータ軸８ａの回転が第１段ピニオン２と第１段ホイール３と第２段ピニオン４を介して第２段ホイール（最終段ホイール）５に減速して伝達され、第２段ホイール（最終段ホイール）５の端部に片丸キー１７により相対回転不能で軸方向に分離可能に連結されているナット１６が回転し、このナット１６の回転がねじ軸１５の軸方向の運動に変換され、ねじ軸１５が下降する。ねじ軸１５の下降によりねじ軸１５の軸部１５ａの先端に取り付けられている金型（不図示）がねじ軸１５とともに下降し、プレス加工が行われる。このねじ軸１５の下降によるプレス加工時に、ねじ軸１５に対してねじ軸１５を押し込む方向のスラスト荷重が負荷されるが、このスラスト荷重はナット１６を介してナット１６を支持する円すいころ軸受１８により受けとめられる。ねじ軸１５が下死点まで下降すると、電動モータ８を逆方向に回転させ、ねじ軸１５を上昇復帰させる。このように、本実施例の電動式リニアアクチュエータはねじ軸１５を高頻度で短いストロークだけ昇降させてプレス加工を行う。
【００１９】
なお、上述の電動式リニアアクチュエータの動作の説明は、プレス加工時にねじ軸１５に対してねじ軸１５を押し込む方向のスラスト荷重が負荷される場合についての説明であるが、本実施例の電動式リニアアクチュエータは、プレス加工時にねじ軸１５に対してねじ軸１５を引っ張る方向のスラスト荷重が負荷される場合にも適用できるものである。このようにプレス加工時にねじ軸１５に対してねじ軸１５を引っ張る方向のスラスト荷重が負荷される場合には、このスラスト荷重はナット１６と第２段ホイール（最終段ホイール）５を介して第２段ホイール（最終段ホイール）５を支持する円すいころ軸受６により受けとめられる。
【００２０】
ところで、短いストロークで高頻度に作動させるという条件下で電動式リニアアクチュエータを使用すると、前述したように、他の部位がまだ使用可能であるにもかかわらずボールねじ１４が寿命に達する場合がある。特に一般的なボールねじ１４を搭載した電動式リニアアクチュエータにおいては、ボールねじ１４が先に寿命に達する場合が多い。このような場合には寿命に達したボールねじ１４のみを取り替えることが合理的である。
【００２１】
そこで、本実施例の電動式リニアアクチュエータは、ボールねじ１４の取り替え、すなわち交換を可能にするために、ナット１６が第２段ホイール（最終段ホイール）５の端部に片丸キー１７により相対回転不能で軸方向に分離可能に連結され、ボールねじ１４と円すいころ軸受１８と軸受押え１９とでボールねじユニット２０を構成し、ボールねじユニット２０を第２段ホイール（最終段ホイール）５及びブラケット９に対して着脱可能に組み込んでいる。
【００２２】
次に、ボールねじユニット２０の交換、すなわち取り付け・取り外し要領について、図３〜図８を参照して以下に説明する。
【００２３】
ボールねじユニット２０を電動式リニアアクチュエータから取り外すには、まず、図３に示すように、ロックナット１３を緩めた後、ブラケット９のめねじ９ｃとねじ軸ケース１２のおねじ１２ａの螺合を解除し、ブラケット９からねじ軸ケース１２を図３の矢印方向に取り外す。次に、図４に示すように、六角穴付きボルト１０をシールワッシャ１１とともに外してギヤケース本体１ａからブラケット９を図４の矢印方向に取り外す。また、ボールねじユニット２０を取り出すために、金型（不図示）との取り付けを外して、ねじ軸１５の軸部１５ａの先端の取付ねじ部にテーピングをする。次に、図５に示すように、第２段ホイール（最終段ホイール）５からナット１６を軸方向に分離し、第２段ホイール（最終段ホイール）５からボールねじユニット２０を図５の矢印方向に引き抜く。
【００２４】
次に、取り外されたボールねじユニット２０の劣化または寿命に達したボールねじ１４を新しいボールねじ１４に交換する。
【００２５】
新しいボールねじ１４に交換したボールねじユニット２０を電動式リニアアクチュエータに取り付けるには、まず、図６に示すように、ねじ軸１５の軸部１５ａの先端の片丸キー２１を一旦取り外すとともに、オイルシール７，７を傷つけないようにテーピングする。また、ナット１６の一端に片丸キー１７を取り付ける。ナット１６の一端に取り付けた片丸キー１７を第２段ホイール（最終段ホイール）５のキー溝の位相にあわせて、図６の矢印方向に差し込み、ボールねじユニット２０を第２段ホイール（最終段ホイール）５にはめ込み、ナット１６の一端を第２段ホイール（最終段ホイール）５に相対回転不能で軸方向に分離可能に連結する（図７参照）。このとき、ボールねじユニット２０のナット１６からボール（不図示）が脱落しないようにナット１６を片方（上方）に寄せておく。次に、図７に示すように、ねじ軸１５の軸部１５ａの先端にテーピングしたテープを取り除き、ねじ軸１５の軸部１５ａの先端に片丸キー２１を取り付けて電動プレス機の金型（不図示）に連結する。そして、ブラケット９を図７の矢印方向に移動させ、シールワッシャ１１とともに六角穴付きボルト１０をギヤケース本体１ａにねじ込み、ブラケット９をギヤケース本体１ａに取り付ける（図８参照）。このとき、予め、六角穴付きボルト１０に弛み防止剤を塗布しておく。次に、図８に示すように、ねじ軸ケース１２にロックナット１３を通しておき、ねじ軸ケース１２を図８の矢印方向に移動させ、ねじ軸１５の後端部を覆い、ブラケット９のめねじ９ｃにねじ軸ケース１２の先端部のおねじ１２ａをねじ込む。そして、ブラケット９にねじ軸ケース１２をねじ込むと、ねじ軸ケース１２の先端の端面が軸受押え１９の側面を押圧し、軸受押え１９を介して第２段ホイール（最終段ホイール）５を支持する円すいころ軸受６及びナット１６を支持する円すいころ軸受１８に一定の予圧を付与する。円すいころ軸受６及び円すいころ軸受１８の予圧は、ねじ軸ケース１２のねじ込み量で調整する。最後に、円すいころ軸受６及び円すいころ軸受１８の予圧の調整後、ロックナット１３をカギスパナ等で確実に締め付け、ねじ軸ケース１２のねじ込みを固定する（図１参照）。
【００２６】
上記のように構成される本実施例によれば、次のような効果を有する。ボールねじ１４を構成するナット１６の一端が減速機構を構成する第２段ホイール（最終段ホイール）５に相対回転不能で軸方向に分離可能に連結され、ボールねじ１４とナット１６を支持する円すいころ軸受１８と軸受押え１９とでボールねじユニット２０を構成し、ボールねじユニット２０を第２段ホイール（最終段ホイール）５及びブラケット９に対して着脱可能に組み込み、第２段ホイール（最終段ホイール）５を支持する円すいころ軸受６及びナット１６を支持する円すいころ軸受１８の予圧の調整が容易であるので、ボールねじユニット２０を構成するボールねじ１４を容易に交換することができる。したがって、電動式リニアアクチュエータを搭載する機器の経済性と保全性が向上し、コストダウンにも寄与できる。また、ボールねじユニット２０を構成するボールねじ１４を容易に交換することができるので、短いストロークで高頻度に作動するボールねじ１４を備える電動式リニアアクチュエータに一般的なボールねじが使用できる。したがって、たやすく電動化によるメリットを得ることが可能である。電動化のメリットは制御性、オイルレス、低騒音化等による金型の長寿命化と２４時間操業などである。
【００２７】
なお、上記本実施例においては、ナット１６の一端を減速機構を構成する第２段ホイール（最終段ホイール）５に片丸キー１７により相対回転不能で軸方向に分離可能に連結しているが、請求項１，２記載の発明においては、片丸キー１７以外の連結手段、例えば、スプライン等の連結手段によりナット１６の一端を第２段ホイール（最終段ホイール）５に相対回転不能で軸方向に分離可能に連結したものであってもよい。
【００２８】
また、請求項１，２記載の発明において減速機構は、上記本実施例のものに限定されるものではなく、例えば、ウォームギヤまたはかさ歯車から構成されるものでもよく、これらの減速機構の場合は、最終段ホイールはウォームホイールまたはかさ歯車であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例の電動式リニアアクチュエータの断面図である。
【図２】図１の電動式リニアアクチュエータに組み込まれるボールねじユニットの側面図である。
【図３】図１の電動式リニアアクチュエータからねじ軸ケースを取り外す状態を示す断面図である。
【図４】図１の電動式リニアアクチュエータからブラケットを取り外す状態を示す断面図である。
【図５】図１の電動式リニアアクチュエータからボールねじユニットを取り外す状態を示す断面図である。
【図６】図１の電動式リニアアクチュエータにボールねじユニットを取り付ける状態を示す断面図である。
【図７】図１の電動式リニアアクチュエータにブラケットを取り付ける状態を示す断面図である。
【図８】図１の電動式リニアアクチュエータにねじ軸ケースを取り付ける状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ギヤケース
１ａ  ギヤケース本体
１ｂ  カバー
２    第１段ピニオン
３    第１段ホイール
４    第２段ピニオン
５    第２段ホイール（最終段ホイール）
６    円すいころ軸受
７    オイルシール
８    電動モータ
８ａ  モータ軸
９    ブラケット
９ａ  フランジ
９ｂ  内向きのつば部
９ｃ  めねじ
１０  六角穴付きボルト
１１  シールワッシャ
１２  ねじ軸ケース
１２ａ  おねじ
１３  ロックナット
１４  ボールねじ
１５  ねじ軸
１５ａ  軸部
１５ｂ  ストッパナット
１６  ナット
１７  片丸キー
１８  円すいころ軸受
１９  軸受押え
２０  ボールねじユニット
２１  片丸キー
Ｐ    電動プレス機のプレス部駆動機構のフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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