(57)【要約】【課題】加振条件に応じて最適な構成となるサーボアクチュエータを提供すること。【解決手段】本発明のサーボアクチュエータは、出力軸を回転する電動モータを備えた電動モータ部２０と、前記出力軸の回転を主軸の軸方向変位に変換する回転変換部３０と、前記主軸を軸方向へ変位可能に支持するとともに、軸直角方向の外力に抗して前記主軸を支持する支持部１０と、前記電動モータ部と前記回転変換部と前記支持部とがそれぞれ着脱可能に取り付けられる基台４０とを備える。【選択図】図１
2009122040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸を回転する電動モータを備えた電動モータ部と、
前記出力軸の回転を主軸の軸方向変位に変換する回転変換部と、
前記主軸を軸方向へ変位可能に支持するとともに、軸直角方向の外力に抗して前記主軸を支持する支持部と、
前記電動モータ部と前記回転変換部と前記支持部とをそれぞれ着脱可能に取り付ける基台とを備えることを特徴とするサーボアクチュエータ。
【請求項２】
前記回転変換部は、前記出力軸の外周面に形成されたボールねじと、このボールねじにボールを介して螺合し、前記主軸に連結するボールねじナットとからなるボールねじ機構と、前記ボールねじナットの回転を阻止するとともに、軸方向への移動を許容する案内機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のサーボアクチュエータ。
【請求項３】
前記案内機構は、前記主軸の軸方向へ延びるレールと、前記ボールねじナットに取り付けられ、前記レールを挟持し、レールに沿って転接する一対のカムフォロアとを備えることを特徴とする請求項２に記載のサーボアクチュエータ。
【請求項４】
前記回転変換部を覆うカバーを設け、
このカバーの内部には潤滑油を密閉することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のサーボアクチュエータ。
【請求項５】
前記ボールねじナットは、その移動限で前記カバーの内面と当接するストッパを備えることを特徴とする請求項４に記載のサーボアクチュエータ。
【請求項６】
前記電動モータは、ダイレクトドライブモータであることを特徴とする請求項１に記載のサーボアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加振試験装置に使用するサーボアクチュエータの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、サーボアクチュエータを適用した加振試験装置がある。この加振試験装置は、試験装置本体の他に試験装置を駆動する油圧源が別置され、油圧源は、加振試験装置のアクチュエータと油圧ホースを介して接続される。さらに加振試験装置と駆動源の間の油圧ホースに高速応答性のサーボ弁を接続し、サーボ弁の切り換えにより、アクチュエータの移動量、移動速度や荷重を制御している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５３−２３６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の加振試験装置にあっては、油圧源が常に試験装置の最大負荷に対応した圧力、流量を発生しているため、実際に要求される圧力や流量が低い場合にはエネルギ損失が大きくなる。エネルギ損失が大きくなることで、発熱量が増大し、熱を放出するための冷却装置の容量が大きくなる。
【０００４】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、エネルギ効率を向上するサーボアクチュエータ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】
【０００５】
本発明のサーボアクチュエータは、出力軸を回転する電動モータを備えた電動モータ部と、前記出力軸の回転を主軸の軸方向変位に変換する回転変換部と、前記主軸を軸方向へ変位可能に支持するとともに、軸直角方向の外力に抗して前記主軸を支持する支持部と、前記電動モータ部と前記回転変換部と前記支持部とをそれぞれ着脱可能に取り付ける基台とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電気エネルギーをサーボアクチュエータの駆動源とすることで、エネルギー効率を向上させることができる。また、電動モータ部と回転変換部と支持部がそれぞれ着脱可能に基台に取り付けられるので、主軸を変位する条件に応じて電動モータ部と回転変換部と支持部の仕様や位置を選択し、最適な加振試験装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明のサーボアクチュエータを適用した加振試験装置の正面図であり、図２は平面図、図３は右側面図、図４は図１のＡ−Ａ断面図である。
【０００８】
本発明の加振試験装置は、不図示の試験片を加振する加振軸（主軸）１を軸方向に摺動可能に支持する支持部１０と、この加振軸１を軸方向にストロークさせるダイレクトドライブモータ（以下、単にモータという。）２を備える電動モータ部２０と、このモータ２の回転を加振軸１の軸方向の直線運動に変換する回転変換部３０と、軸方向に延びる取付用の溝を備えた基台４０とから構成される。ここで、電動モータ部２０のダイレクトドライブモータとは、モータ２の回転力を間接的機構（ギアボックスなど）を介さずに直接、駆動対象（後述の出力軸２２）に伝達する電動モータである。
【０００９】
支持部１０と電動モータ部２０と回転変換部３０は、モータ２の回転中心と加振軸１の中心とが同軸となるように、それぞれ基台４０上に一列に着脱可能に取り付けられる。
【００１０】
支持部１０は、加振軸１が貫通する円筒部材１２と、円筒部材１２の内周面に設置され、加振軸１を摺動可能に支持する軸受メタル１３と、円筒部材１２を基台４０に固定するブラケット１４とから構成され、加振軸１を軸方向へ摺動可能に支持すると共に、試験片側からの軸直角方向（径方向）に作用する外力に抗して加振軸１を支持し、加振軸１の振れ回りを抑制する。
【００１１】
電動モータ部２０は、加振軸１と同軸に配置されたモータ２と、このモータ２を内蔵するケース２１と、モータ２のロータ２ａに同軸に固定され、支持部１０側に延びる出力軸２２とを備える。さらに、ロータ２ａに同軸に固定されるとともに、その内部を出力軸２２が貫通し、第１ベアリング２３を介してケース２１に回転自在に支持される円筒状のハブ材２４と、ハブ材２４の反対側でロータ２ａに固定され、第２ベアリング２５を介してケース２１に回転自在に支持される連結軸２６と、この連結軸２６に設けられてロータ２ａの回転位置を検出するエンコーダ２７とから構成される。
【００１２】
ケース２１は、３分割構造を有し、内周面にモータ２のステータ２ｂが固定される円筒状の本体部２１ａと、本体部２１ａの両側の開口部を塞ぐ一対の第１蓋部２１ｂと第２蓋部２１ｃとから構成される。第１蓋部２１ｂは、出力軸２２の中心線と同軸の第１孔部２１ｄを備え、この第１孔部２１ｄに第１ベアリング２３が嵌合し、ハブ材２４を回転可能に支持する。第２蓋部２１ｃは、出力軸２２の中心線と同軸の第２孔部２１ｅを備え、この第２孔部２１ｅに第２ベアリング２５が嵌合し、連結軸２６を回転可能に支持する。
【００１３】
ロータ２ａには、テーパ形状の貫通孔２ｆが形成される。出力軸２２のロータ２ａ側の端部２２ａの外周面は、貫通孔２ｆのテーパ形状と同一形状に形成され、ロータ２ａの貫通孔２ｆに出力軸２２の端部２２ａが嵌り込む。出力軸２２に形成されたオネジ２２ｃとナット２８とが螺合することにより出力軸２２とロータ２ａとが結合する。このようにテーパを用いて出力軸２２とロータ２ａとを直接に結合することにより、遊びが生じず、ロータ２ａの回転が効率よく出力軸２２へ伝達される。
【００１４】
次にモータ２の回転を加振軸１の直線運動に変換する回転変換部３０は、出力軸２２の加振軸１側の外周面に設けたボールねじ２２ｂとこれに螺合するボールねじナット３１とにより形成された、モータ２の回転を加振軸１の軸方向への直線運動へ変換するボールねじ機構５０と、ボールねじナット３１の加振軸１の軸方向への移動を許容しつつ、軸回りの回転を規制する案内機構５５と、ボールねじ機構５０を覆う箱状のカバー３６を備える。
【００１５】
加振軸１は、ボールねじナット３１に固定され、加振軸１の内部には軸心に沿って出力軸２２の長さに応じた所定深さの孔１ａが形成され、この孔１ａに出力軸２２が入り込む。出力軸２２のボールねじ２２ｂの長さは、加振軸１の軸方向の移動量、つまりストローク量に応じて設定される。
【００１６】
図４を参照すると、案内機構５５を形成するボールねじナット３１には、垂直軸周りに回転自在に支持されたローラ３３ａからなる一対のカムフォロア３３が設けられる。これら一対のカムフォロア３３は、加振軸１の中心軸に直交するように並設される。また、カバー３６の底部のブラケット３２には、互いに平行な一対の摺動面３４ａを有するレール３４が軸方向に設けられる。一対のカムフォロア３３のローラ３３ａは、レール３４を挟んで両側に、レール３４の摺動面３４ａに沿って転接するように配置される。
【００１７】
したがって、カムフォロア３３がレール３４を両側から挟むように配置されることにより、ボールねじナット３１の軸心回りの回転が抑制され、出力軸２２の回転は、ボールねじナット３１に連結された加振軸１の軸方向への直線変位へ変換される。この際、加振軸１は、レール３４に転接するカムフォロア３３にガイドされて軸方向へ変位する。なお、図１に示すように、カムフォロア３３をボールねじナット３１に取り付けるボルト３５の中心軸３３ｂと、レール３４に接するローラ３３ａの回転軸３３ｃとは偏心して構成され、ローラ３３ａの位置を調節してレール３４の摺動面３４ａに確実に接することができる。
【００１８】
図１を参照すると、カバー３６には、出力軸２２と加振軸１が貫通し、ブラケット３２に一体的に固定される。カバー３６は、その内部が密閉され、カバー３６内には、潤滑油がボールねじナット機構に潤滑油が給油されるように満たされる。
【００１９】
カバー３６は、透明なアクリル板で組み立てられ、内部の状態が目視できるように構成される。カバー３６の出力軸２２が貫通する部位には、潤滑油の漏洩を封止するシール３７を備え、出力軸２２を回転可能に支持する第１軸支材３８ａが取り付けられる。一方、加振軸１が貫通する部位には、潤滑油の漏洩を封止するシール３９を備え、加振軸１を摺動可能に支持する第２軸支材３８ｂが取り付けられる。
【００２０】
ボールねじナット３１には、軸方向に延びるボルト状のストッパ３１ａが取り付けられる。ストッパ３１ａは、ボールねじナット３１とともに軸方向へ移動し、カバー３６の内面に当接することで、加振軸１の軸方向への一定以上の変位を規制する。
【００２１】
図４を参照すると、基台４０には、加振軸１の軸方向に延びる断面がＴ字状の溝４０ａが形成される。この溝４０ａにボルト状の治具４１の頭部が加振軸１の軸方向へ移動可能に収装され、そのネジ部４１ａが基台４０から上方に突出する。この突出したネジ部４１ａは、図４を例とすると、回転変換部３０のブラケット３２の孔３２ａを貫通する。孔３２ａを貫通したネジ部４１ａにナット３５ａが螺合することにより、回転変換部３０が基台４０に固定される。なお、支持部１０と電動モータ部２０も同様の手段により、基台４０に固定される。
【００２２】
次に作用を説明する。
【００２３】
不図示のコントローラに制御されて電流がモータ２に通電されると、モータ２のロータ２ａに直接的に結合した出力軸２２が回転する。出力軸２２の回転は、回転を直線変位に変換する回転変換部３０のボールねじ機構５０により加振軸１の軸方向の変位へと変換される。このため、モータ２の運転条件を制御することにより、加振軸１を所定のストローク量、荷重、周波数等で加振することができる。また、モータ２を駆動源として加振試験装置を構成することで、駆動源として油圧シリンダを用いた場合に比してエネルギ効率を向上させることができる。
【００２４】
本発明の加振試験装置は、支持部１０と電動モータ部２０と回転変換部３０とから構成され、それぞれ別体に基台４０上に着脱可能に固定される。このような構成とすることで、試験片を加振するストローク量等の試験条件に応じて、各部の仕様や軸方向の位置をそれぞれ選択することが可能となり、加振試験装置の最適化を図ることができる。
【００２５】
支持部１０は、加振軸１を軸方向に摺動可能に支持するとともに、試験片側からの軸直角方向の外力（曲げ力）に抗して加振軸１を支持するため、このような外力がボールねじ機構５０に作用することを防ぎ、ボールねじ機構５０の耐久性を確保することができる。
【００２６】
また、回転変換部３０としてボールねじ機構５０を用いたので、簡単な構成でモータの回転を加振軸１の軸方向変位に変換することができる。
【００２７】
また、ボールねじ機構５０の案内機構５５としてボールねじナット３１に一対のカムフォロア３３を設け、このカムフォロア３３は、基台４０に固定される回転変換部３０のブラケット３２の軸方向へ延びるレール３４を挟持するようにした。このため、ボールねじナット３１は中心線回りの回転が禁止され、出力軸２２のボールねじ２２ｂと、回転変換部３０のボールねじナット３１とからなるボールねじ機構５０の作用により、モータ２の回転が加振軸１の軸方向への変位に変換される。加振軸１が軸方向へ変位する際に、カムフォロア３３がレール３４に転接しながら軸方向へ変位するので、カムフォロア３３が加振軸１をガイドすることになり、加振軸１の回転を確実に抑えることができる。
【００２８】
ボールねじ機構５０は、カバー３６に覆われており、このカバー３６内は密閉され、ボールねじ機構５０に潤滑油が浸るように潤滑油を満たしている。このため、ボールねじ機構５０に十分な潤滑油が供給され、ボールねじ機構５０のスムースな回転変換と耐久性とが確保される。
【００２９】
また、ボールネジ機構のボールねじナット３１には軸方向に延びるストッパ３１ａを設けたので、ストッパ３１ａがカバー３６内面に接触することで、ボールねじナット３１に固定された加振軸１の軸方向の最大移動量が規定される。
【００３０】
駆動源としてのモータにダイレクトドライブモータを用いたので、損失、特にフリクションロスを低減することができる。
【００３１】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のサーボアクチュエータは、加振試験装置に限らず、種々の工作機械等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のサーボアクチュエータを適用する加振試験装置の正面図である。
【図２】同じく平面図である。
【図３】同じく右側面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    加振軸
２    モータ
２ａ    ロータ
２ｂ    ステータ
１０    支持部
２０    モータ部
２２    出力軸
２２ｂ    ボールねじ
３０    回転変換部
３１    ボールねじナット
３１ａ    ストッパ
３３    カムフォロア
３３ａ    ローラ
３４    レール
３６    カバー
４０    基台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009122040.tif 000006