(57)【要約】【課題】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。【解決手段】本発明のサーボアクチュエータは、出力軸２２を回転する電動モータ部２０と、出力軸の回転を主軸１の軸方向変位に変換する回転変換部３０と、これらを取り付けるケース４０とを備え、回転変換部は、ボールねじ機構５０と、ボールねじ機構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５５を備え、案内機構は、主軸の中心において略直交する２つの面上に形成された一対のレール面３４ａを有するレール３４と、ボールねじナット３１に取り付けられ、各レール面を転動する一対のローラ３３ａとからなる一対の案内ユニット３３を、主軸を挟んで対称位置に配置した。【選択図】図２
2009150758.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、
前記電動モータ部と前記回転変換部とをそれぞれ取り付けるケースとを備え、
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とを備え、
前記案内機構は、前記主軸の中心において略直交する２つの面上に形成された一対のレール面を有する前記主軸と平行なレールと、前記ボールねじナットに取り付けられ、前記各レール面を転動する一対のローラとからなる一対の案内ユニットを、前記主軸を挟んで対称位置に配置したことを特徴とするサーボアクチュエータ。
【請求項２】
前記ケースは、前記電動モータ部を内装する第１本体部と、前記回転変換部を内装する第２本体部とを軸方向に結合して構成され、
前記レールは、前記第２本体部内に固定され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】
前記主軸を軸方向へ摺動可能に支持するとともに、前記主軸に作用する軸直角方向の外力を支持する支持部を備え、この支持部を前記ケースに取り付けることを特徴とする請求項１または２に記載のサーボアクチュエータ。
【請求項４】
前記電動モータは、回転を前記出力軸に直接的に伝達する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】
従来より、油圧式サーボアクチュエータを適用した加振試験装置が知られている。この加振試験装置は、試験装置本体とは別に試験装置を駆動する油圧源を配置し、一方向にのみ回転駆動する油圧源は、加振試験装置のシリンダ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、シリンダの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、エネルギ効率の高い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、前記電動モータ部と前記回転変換部とをそれぞれ取り付けるケースとを備え、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とを備え、前記案内機構は、前記主軸の中心において略直交する２つの面上に形成された一対のレール面を有する前記主軸と平行なレールと、前記ボールねじナットに取り付けられ、前記各レール面を転動する一対のローラとからなる一対の案内ユニットを、前記主軸を挟んで対称位置に配置したことを特徴とするサーボアクチュエータである。
【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、エネルギ消費が負荷に対応し、無駄なエネルギ消費が抑制される。その結果、サーボアクチュエータのエネルギー効率を向上させることができる。サーボアクチュエータを構成する電動モータ部と回転変換部とをケースを取り付けて一体的に構成したので、サーボアクチュエータの運搬や設置が容易となる。一対のレール面を有する主軸と平行なレールと、各レール面を転動する一対のローラとからなる一対の案内ユニットを、主軸を挟んで対称位置に配置したため、主軸が軸方向へ移動する際のガタを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は加振試験装置に適用される本発明のサーボアクチュエータの正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図２のＢ−Ｂ断面図であり、図４は背面図であり、図５は平面図である。
【０００８】
本発明のサーボアクチュエータは、図２に示すように、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、これら支持部１０と電動モータ部２０と回転変換部３０を一体的に結合するケース４０とを備える。ここで、ダイレクトドライブモータ２は、回転を間接的機構（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。
【０００９】
支持部１０は、加振軸１の径方向に延出する鍔部１２ａを備え、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とからなり、ボルト１４ｂを介して円筒部材１２の鍔部１２ａがケース４０に固定される。支持部１０は、加振軸１を軸方向へ摺動可能に支持すると共に、加振対象から入力する軸直角方向（径方向）の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。
【００１０】
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、モータ２のロータ２ａに同軸的に固定され、支持部１０側に延びる出力軸２２とを備える。出力軸２２に加わる軸方向及び径方向の荷重を支持するために、ロータ２ａを挟んで同軸に第１連結材２４と連結軸２６とがそれぞれロータ２ａに固定される。第１連結材２４は、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４０に回転自在に支持される。連結軸２６は、第１連結材２４と反対側でロータ２ａに固定され、第２ベアリング２５を介してケース４０に回転自在に支持される。さらに連結軸２６の端部には、ロータ２ａの回転位置を検出するエンコーダ２７が設けられる。
【００１１】
モータ２のロータ２ａには、出力軸２２と同軸に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とロータ２ａとは、出力軸２２の端部に形成されたオネジ２２ｃにナット２８が螺合することにより結合する。このようにテーパ面を介して出力軸２２とロータ２ａとを直接に結合することにより、ロータ２ａと出力軸２２の間に遊びが生じず、ロータ２ａの回転が効率よく出力軸２２へ伝達される。
【００１２】
ケース４０は、電動モータ部２０を内装する第１本体部４１と、回転変換部３０を内装する第２本体部４２とが軸方向に結合して構成される。第１本体部４１は、その内周面にモータ２のステータ２ｂが固定される円筒状の第１筒部４１ａと、第１筒部４１ａの両側の開口部を塞ぐ一対の第１蓋部４１ｂと第２蓋部４１ｃとから構成する。第１筒部４１ａは、図４に示すように、その外周面に放射状に複数のフィン４３を備える。モータ２の熱を放出する。第１蓋部４１ｂは、出力軸２２と同軸の第１孔部４１ｄを備え、この第１孔部４１ｄに回転変換部３０を構成するレール３４を支持する第２連結材３７が嵌合し、ボルト４１ｆにより第１蓋部４１ｂに固定される。第２連結材３７の内周面には、第１ベアリング２３が嵌合し、第１連結材２４を回転可能に支持する。第２蓋部４１ｃは、出力軸２２と同軸の第２孔部４１ｅを備え、この第２孔部４１ｅに第２ベアリング２５が嵌合し、第２ベアリング２５が連結軸２６を回転可能に支持する。また、この第２蓋部４１ｃには、エンコーダ２７を覆うカバー４４が取り付けられる。
【００１３】
第２本体部４２は、回転変換部３０を内装する第２筒部４２ａと、この第２筒部４２ａの一方の開口端を閉止する第３蓋部４２ｂとを備える。第２筒部４２ａの他方の開口端は、第１本体部４１の第１蓋部４１ｂに突き当てられ、第２本体部４２と第１本体部４１とがボルト４５、ナット４６により結合する。第３蓋部４２ｂの内面には、レール３４を支持する第３連結材４７がボルト１４ａにより固定され、その外面には、支持部１０の円筒部材１２がボルト１４ｂにより固定される。
【００１４】
次に、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を説明する。回転変換部３０は、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とを備える。
【００１５】
ボールねじ機構５０は、出力軸２２に形成したボールねじ２２ｂと、これに螺合するボールねじナット３１とにより形成する。支持部１０に支持される加振軸１は、ボールねじナット３１に固定される。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。ボールねじ２２ｂが出力軸２２の外周面に形成され、ボールねじナット３１に複数のボールを介して螺合する。ボールねじ２２ｂの長さは、加振軸１の軸方向の移動量、つまりサーボアクチュエータのストローク量に応じて設定する。案内機構５５は、図３に示すように、ボールねじ機構５０の外周部に配置する。
【００１６】
図２と図３を参照すると、案内機構５５は、加振軸１の上下に対称的に配置された一対の案内ユニット３３を備える。案内ユニット３３は、レール３４と、このレールに転接する一対のローラ３３ａとから構成される。各レール３４は、加振軸１の中心線と平行に配置され、両端を第２連結材３７と第３連結材４７とに支持される。
【００１７】
各レール３４は、２つのレール面３４ａを備える。これらのレール面３４ａは、軸方向から見て加振軸１の中心を通る垂直面の左右に対称に配置され、各レール面３４ａの延長線は、加振軸１の中心を通る垂線上で交差する。したがって、形成された４つのレール面３４ａは周方向に９０度ごとの間隔で配置される。
【００１８】
ボールねじナット３１には、軸方向から見てレール面３４ａに平行、かつ加振軸１の軸芯に直交する軸周りに回転自在に支持された４つのローラ３３ａが取り付けられる。これら４つのローラ３３ａは、上下に２つずつ配置され、各一対のローラ３３ａが１つのレール３４の一対のレール面３４ａを外側から挟持しつつ、レール面３４ａ上を軸方向に転動する。
【００１９】
次に作用を説明する。
【００２０】
モータ２に通電すると、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の回転方向や回転速度など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を駆動源としてサーボアクチュエータを構成することで、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することができる。
【００２１】
本発明のサーボアクチュエータは、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、それぞれをケース４０を介して一体化した。各部を一体化したことで、サーボアクチュエータの運搬や設置が容易となる。また、一体化した状態で性能検査を行い、出荷すれば、製品としての性能保証が可能となる。
【００２２】
また、回転変換部３０の案内機構５５は、一対のレール面３４ａを備えるレール３４と、ボールねじナット３１に取り付けられ、各レール面３４ａに沿って転接する各一対のローラ３３ａからなる２基の案内ユニット３３を加振軸１の上下に対称に配置している。このため、ボールねじナット３１は加振軸１の中心回りの回転が阻止され、モータ２の回転が加振軸１の軸方向への変位に確実に変換される。加振軸１が軸方向へ変位する際に、ローラ３３ａがレール３４に接しながら軸方向へ変動するので、４個のローラ３３ａが加振軸１をガイドすることになり、加振軸１の回転を確実に直線運動に変換することができる。また、加振軸１をガイドする案内ユニット３３を加振軸１の上下に対称に配置するため、加振軸１が直線運動する際のガタを抑制することができる。
【００２３】
また、ケース４０を電動モータ部２０を内装する第１本体部４０ａと、回転変換部３０を内装する第２本体部４０ｂとに分割して形成したので、サーボアクチュエータの組み立てを容易にすることができる。
【００２４】
第２本体部４０ｂは、軸方向に渡って配置されたレール３４を固定するので、レール３４をケース４０に容易に精度よく組み立てることができる。
【００２５】
駆動源としてのモータ２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。
【００２６】
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】
【００２７】
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】
【００２８】
【図１】本発明のサーボアクチュエータの正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面の断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面の断面図である。
【図４】サーボアクチュエータの背面図である。
【図５】サーボアクチュエータの平面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    加振軸（主軸）
２    モータ
２ａ    ロータ
２ｂ    ステータ
１０    支持部
２０    電動モータ部
２２    出力軸
２２ｂ    ボールねじ
２６    連結軸
３０    回転変換部
３１    ボールねじナット
３３    案内ユニット
３３ａ    ローラ
３４    レール
３４ａ    レール面
３７    第２連結材
４０    ケース
４７    第３連結材
５０    ボールねじ機構
５５    案内機構
【図１】
2009150758.tif 000003
【図２】
2009150758.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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