(57)【要約】【課題】送りねじによって可動体を直線駆動するにあたって、可動体のストロークが長い場合でも、可動体を安定して駆動することのできる直線駆動装置を提供すること。【解決手段】直線駆動装置１は、送りねじ６の両端がケース２によって回転自在に保持されており、送りねじ６の傾きが抑制されている。送りねじ６には可動体７が搭載され、可動体７は、ケース２内で送りねじ６に係合するキャリッジ５と、キャリッジ５から延びてケース２を貫通する３本の連結軸４と、ケース２の外で３本の連結軸４に連結された出力部材３とを備えている。モータ９と送りねじ６とをベルト機構からなる伝動機構１０により機構的に接続されている。【選択図】図２
2009127742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、当該モータの回転駆動に基づいて軸線周りに回転する送りねじと、該送りねじに係合し、当該送りねじの回転に基づいて直線駆動される可動体と、前記送りねじが回転した際の前記可動体の伴周りを阻止する伴周り阻止機構と、を有する直線駆動装置において、
前記モータ、前記送りねじ、および前記伴周り阻止機構を内部に収容するケースを有し、
前記送りねじの両端は各々、前記ケースによって回転自在に保持され、
前記可動体は、前記ケース内で前記送りねじに係合して前記送りねじ上を直線移動するキャリッジと、該キャリッジから前記ケースを貫通して当該ケースの外側まで延びた連結部材と、前記ケースの外側で前記連結部材に連結された出力部材と、を備えていることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項２】
前記連結部材は、３本以上の軸体であることを特徴とする請求項１に記載の直線駆動装置。
【請求項３】
前記連結部材は、前記送りねじを周りで囲む位置において当該送りねじの中心軸線に平行に延びた３本以上の軸体であることを特徴とする請求項１に記載の直線駆動装置。
【請求項４】
前記ケースにおいて前記連結部材が貫通する部分は、前記連結部材の外周と摺動部分を構成する貫通穴になっており、
前記ケースの内部と外部は、前記貫通穴を形成する面を除き密閉されていることを特徴とする請求項３に記載の直線駆動装置。
【請求項５】
前記モータの回転軸の回転を前記送りねじに伝達する伝動機構を備え、
当該伝動機構は、前記モータの回転軸に取り付けられた駆動プーリと、前記送りねじに取り付けられた従動プーリと、前記駆動プーリおよび前記従動プーリに架けられたベルトと、を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の直線駆動装置。
【請求項６】
前記可動体の位置を検出する位置検出手段、および前記送りねじの回転量を検出する回転検出手段の少なくとも一方を備えていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の直線駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動体を直線駆動させるための直線駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弁体などを直線駆動させるための直線駆動装置としては、モータの回転軸の自由端側に送りねじ（リードスクリュー）を構成する一方、送りねじを可動体の雌ねじ部に螺合させた構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２３４０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の直線駆動装置では、回転軸の基端側は軸受によって支持されているが、回転軸において送りねじが形成された先端側は自由端となっているため、弁体のストロークを大きくするために送りねじを長くすると、送りねじ（回転軸）が傾きやすく、弁体の動作が安定しないという問題点があった。
【０００４】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、送りねじによって可動体を直線駆動するにあたって、可動体のストロークが長い場合でも、可動体を安定して駆動することのできる直線駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、モータと、当該モータの回転駆動に基づいて軸線周りに回転する送りねじと、該送りねじに係合し、当該送りねじの回転に基づいて直線駆動される可動体と、前記送りねじが回転した際の前記可動体の伴周りを阻止する伴周り阻止機構と、を有する直線駆動装置において、前記モータ、前記送りねじ、および前記伴周り阻止機構を内部に収容するケースを有し、前記送りねじの両端は各々、前記ケースによって回転自在に保持され、前記可動体は、前記ケース内で前記送りねじに係合して前記送りねじ上を直線移動するキャリッジと、該キャリッジから前記第２対向部を貫通して前記ケースの外側まで延びた連結部材と、前記ケースの外側で前記連結部材に連結された出力部材と、を備えていることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、ケース内にモータ、送りねじ、キャリッジ、伴周り阻止機構等の駆動機構を収容し、連結部材を介してケース外にある出力部材を直線駆動するため、塵やごみ、あるいは水滴などが飛散する環境下で直線駆動装置を使用しても、駆動機構がこれらによって汚染されにくい。それ故、駆動機構に不具合が発生するのを防止することができる。また、モータの高速回転により発生した粉塵等がケース外に飛散することもない。さらに、送りねじによって可動体を直線駆動するにあたって、ケースによって送りねじの両端を回転自在に保持しているため、送りねじを長くして可動体のストロークを長く設定した場合において、キャリッジが送りねじ上のいずれの位置にあっても、送りねじに傾きや振れが発生しない。それ故、キャリッジおよび出力部材を安定して動作させることができる。さらにまた、ケースによって送りねじの両端を回転自在に保持しているため、送りねじを長くできるとともに、送りねじの長さ方向の途中部分に配置する部材を最小限に止めることができるので、送りねじの長さ方向の略全体をキャリッジの移動範囲として利用でき、可動体のストロークを長く設定するのが容易である。
【０００７】
本発明において、前記連結部材は、例えば、３本以上の軸体により構成することができる。このように構成すると、キャリッジと出力部材を強固に連結できるので、出力部材の傾きを防止することができ、出力部材の動作を安定させることができる。
【０００８】
本発明において、前記連結部材は、前記送りねじを周りで囲む位置において当該送りねじの中心軸線に平行に延びた３本以上の軸体であることが好ましい。このように構成すると、キャリッジと出力部材がそれぞれ少なくとも３点で支持されるので、出力部材の傾きを確実に防止することができ、出力部材の動作を安定させることができる。また、送りねじの中心軸線周りのねじり力に対する可動体のねじり剛性を高めることができるので、可動体にねじり力が加えられた場合の出力部材の位置ズレを抑制することができるとともに、可動体の変形や破損を防止することができる。
【０００９】
この場合、前記ケースにおいて前記連結部材が貫通する部分は、前記連結部材の外周と摺動部分を構成する貫通穴になっており、前記ケースの内部と外部は、前記貫通穴を形成する面を除き密閉されていることが好ましい。このように構成すると、ケースにおいて連結部材が貫通している側からケース内に塵やごみ、あるいは水滴などが侵入した場合に、侵入した塵等がケースの外部に飛散することを防止することができる。
【００１０】
本発明において、前記モータの回転軸の回転を前記送りねじに伝達する伝動機構を備え、当該伝動機構は、前記モータの回転軸に取り付けられた駆動プーリと、前記送りねじに取り付けられた従動プーリと、前記駆動プーリおよび前記従動プーリに架けられたベルトと、を備えていることが好ましい。伝動機構としてベルト機構を用いると、モータ側の振動が送りねじ側に伝達されるのを抑制することができるので、送りねじの振動を抑制することができる。よって、キャリッジおよび出力部材の動作を安定させることができる。
【００１１】
本発明において、前記可動体の位置を検出する位置検出手段、および前記送りねじの回転量を検出する回転検出手段の少なくとも一方を備えていることが好ましい。このように構成すると、出力部材の位置情報を取得することができ、出力部材の原点を検出することができる。また、出力部材の位置や送りねじの回転量に基づいて送りねじの回転速度を算出することができるので、出力部材の位置に応じて送りねじの回転速度を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明を適用した直線駆動装置では、ケースによって送りねじの両端を回転自在に保持しているため、送りねじを長くして可動体のストロークを長く設定した場合において、キャリッジが送りねじ上のいずれの位置にあっても、送りねじに傾きや振れが発生しない。それ故、キャリッジおよび出力部材を安定して動作させることができる。さらにまた、ケースによって送りねじの両端を回転自在に保持しているため、送りねじを長くできるとともに、送りねじの長さ方向の途中部分に配置する部材を最小限に止めることができるので、送りねじの長さ方向の略全体をキャリッジの移動範囲として利用でき、可動体のストロークを長く設定するのが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した直線駆動装置の一実施形態について説明する。
【００１４】
（直線駆動装置の全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した直線駆動装置の駆動機構の要部の平面図、および当該直線駆動装置の縦断面図である。図２は、図１に示す直線駆動装置において可動体が上方に移動した様子を示す説明図である。図３は、図１に示す直線駆動装置からケースを省略した様子を示す斜視図である。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）および図２において、本発明を適用した直線駆動装置１は、モータ９と、このモータ９の回転駆動に基づいて軸線Ｌ（中心軸線）周りに回転する送りねじ６と、送りねじ６の回転に基づいて直線駆動される可動体７とを有している。
【００１６】
可動体７は、送りねじ６に係合して送りねじ６上を直線移動するキャリッジ５と、キャリッジ５から上方に延びた３本の連結軸４と、３本の連結軸４の先端部に連結された円板状の出力部材３とを備えている。
【００１７】
本形態において、モータ９、送りねじ６、キャリッジ５などはケース２の内部に収容されており、出力部材３および連結軸４の先端側（連結軸４の出力部材３側）のみがケース２の外部に配置されている。詳しくは後述するが、送りねじ６は、ケース２において相対向する部分（上面部および底面部）に対して両端が回転自在に保持されている。また、ケース２の内部には、送りねじ６に平行に回転阻止軸８０が配置されており、この回転阻止軸８０の両端もケース２において相対向する部分（上面部および底面部）に保持されている。
【００１８】
図３に示すように、キャリッジ５は略二等辺三角形の平面形状を有しており、二等辺三角形の底辺寄りの位置に形成されたねじ穴５ａに送りねじ６が螺合されている。本形態において、３本の連結軸４は、送りねじ６（ねじ穴５ａ）を周りで囲む三角形の頂点に相当する位置で送りねじ６の軸線Ｌに平行に延びている。本形態では、ねじ穴５ａは、連結軸４が配置されている位置を頂点とする正三角形の重心に相当する位置に形成されているため、連結軸４は、送りねじ６を中心として周方向に１２０度ずつ回転した位置に配置されている。
【００１９】
また、キャリッジ５の頂部付近には回転阻止軸８０が挿通されたガイド穴５ｂが形成されており、かかるガイド穴５ｂおよび回転阻止軸８０によって、送りねじ６が回転した際、可動体（キャリッジ）の伴周りを阻止するための伴周り阻止機構８が構成されている。従って、送りねじ６が回転すると、可動体７は、回転阻止軸８０によって軸線Ｌ方向に案内されながら送りねじ６上を軸線Ｌ方向に移動する。
【００２０】
図１（ａ）、（ｂ）、図２、および図３に示すように、ケース２の内部には、送りねじ６を回転駆動させるためのモータ９および伝動機構１０が収納されている。モータ９には、ブラシ付ＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、ステッピングモータ等の各種モータを用いることができる。本形態では、送りねじ６におけるリード角を大きくした分、大きなトルクを必要とするので、モータ９としては、ブラシ付ＤＣモータが用いられている。
【００２１】
伝動機構１０は、モータ９の回転軸９ａに装着された駆動プーリ１０ａと、送りねじ６の基端部に装着された従動プーリ１０ｂと、駆動プーリ１０ａおよび従動プーリ１０ｂに架けられた無端のベルト１０ｃとを有しており、この伝動機構１０を介して、モータ９の回転軸９ａの回転が送りねじ６に伝達される。ベルト１０ｃとしてはタイミングベルトが用いられている。
【００２２】
（検出手段の構成）
送りねじ６の基端側（下端側）において、従動プーリ１０ｂには周方向に９０度ずつ回転した位置に４個の直方体状のマグネット１１１が固着されている一方、ケース２内に固定された基板１１３には、ホール素子および信号処理ＩＣを備えたホールＩＣからなる回転検出センサ１１２が実装されており、マグネット１１１および回転検出センサ１１２によって、送りねじ６の回転数（回転量）、および回転方向を検出する回転検出装置１１（回転検出手段）が構成されている。回転検出装置１１としては、ロータリエンコーダなどの他のセンサを用いて回転検出を行ってもよい。また、回転検出センサ１１２の位置は、送りねじ６の回転を検出可能な位置であればどのような位置でもよい。また、モータ９の回転軸９ａあるいは送りねじ６自身にマグネット１１１を搭載し、その検出値と伝動機構１０の減速比に基づいて送りねじ６の回転数および回転方向を算出してもよい。
【００２３】
キャリッジ５の上面には、マグネット１２１が搭載されている一方、ケース２内に固定された基板１２３には、ホール素子などを備えた磁気センサ１２２が実装されており、マグネット１２１および磁気センサ１２１によって、キャリッジ５の位置を介して可動体７の位置を検出する位置検出装置１２が構成されている。従って、可動体７が最も下端側に到達したか否かを検出することができる。なお、位置検出装置１２としては、接触型のセンサやフォトセンサなどを用いることもできる。また、モータ９の負荷検出により、可動体７が最も下端側に到達したことを検出することも可能である。
【００２４】
（ケースの構成）
本形態おいて、ケース２は、下ケース２１および上ケース２２を備えている。上ケース２２は、両端が開口する円筒体２２ａの上部開口をプレート２３で閉鎖した形状を有しており、円筒体２２ａの下端にはフランジ２２ｃが形成されている。
【００２５】
プレート２３の中央部分は上方に向けて凹む有底の円形凹部２３ａが形成されており、かかる円形凹部２３ａによって、送りねじ６の上端部に形成されている細径部６ａを回転可能に支持する軸受が構成されている。プレート２３において、円形凹部２３ａの周りには、連結軸４が貫通する３つの貫通穴２３ｄが形成されている。ここで、３つの貫通穴２３ｄは各々、連結軸４の外周面との摺動部分を構成している。このため、プレート２３は、摺動性に優れた樹脂により構成されている。なお、プレート２３において、連結軸４が貫通する部分については、摺動性およびシール性に優れた軸受部材を設けてもよい。
【００２６】
下ケース２１は、上ケース２２よりもやや大きな外径寸法の有底の円筒体であり、底部には、下方に凹む凹部２１ｆが形成されている。下ケース２１の上端には、フランジ２２ｃと重なるフランジ２１ｃが形成されている。フランジ２１ｃには、上ケース２２のフランジ２２ｃと重なる３箇所に穴２１ａを備えたボス部２１ｂが形成されており、かかる穴２１ａにタッピングネジ２４を止めることにより、上ケース２２と下ケース２１とが連結されている。
【００２７】
上ケース２２のフランジ部２２ｃには、取付穴２２ｄが３箇所に形成されている。また、下ケース２１には、取付穴２２ｄと重なる位置に、取付穴２１ｄが形成されている。かかる取付穴２１ｄ，２２ｄによって、直線駆動装置１を、図１（ｂ）に一点鎖線で示す隔壁１９に取り付けることができる。従って、隔壁１９で区画された２つ空間のうち、第１空間１９ａからモータ９への給電を行なう一方、第１空間１９ａと異なる雰囲気の第２空間１９ｂにおいて、出力部材３による各種作業を行なうことができる。
【００２８】
このように形成したケース２の内部において、下ケース２１の底側には、モータ取付板９０がねじなどで固定されており、モータ取付板９０には、回転軸９ａを下向きにしてモータ９が取り付けられている。ここで、モータ９に対する給電は外部から行なわれるため、モータ９に対する給電用のフレキシブル基板などの給電部材（図示せず）は、下ケース２１を貫通して引き出されているが、かかる給電部材がケース２を貫通する箇所はポッティング樹脂などにより封止されている。
【００２９】
また、下ケース２１の底側において、凹部２１ｆの内部には環状突起２１ｇが形成されており、この環状突起２１ｇの内側には、ボールベアリング１４の外輪１４１が固定されている。また、従動プーリ１０ｂの下端側円筒部の外側にはボールベアリング１４の内輪１４２が固定されており、かかるボールベアリング１４によって、送りねじ６は、ケース２の底面側に回転可能に支持されている。
【００３０】
このようにして、送りねじ６の両端は各々、ケース２において相対向する部分に回転自在に保持されている。また、ケース２では、送りねじ６の両端を下ケース２１の内部に配置されたボールベアリング１４および上ケース２２に形成された有底の円形凹部２３ａで保持しているので、ケース２において送りねじ６の両端を保持する箇所には貫通する箇所がない。従って、ケース２の内部は、３つの貫通穴２３ｄが形成されたプレート２３の部分を除いて密閉されており、ケース２の内部空間によって第１空間１９ａと第２空間１９ｂが連通することがなく、第１空間１９ａと第２空間１９ｂが密閉状態にある。
【００３１】
（直線駆動装置の動作）
直線駆動装置１は、上記各構成により、以下のように作動する。まず、モータ９に外部の駆動装置から所定の駆動信号を印加することにより、モータ９が回転する。モータ９の回転は、伝動機構１０を介して送りねじ６に伝達される。そして、送りねじ６の回転に基づいてキャリッジ５が送りねじ６の軸線Ｌ方向に直線移動する。キャリッジ５は連結軸４を介して出力部材３と一体に固定されているので、キャリッジ５と出力部材３は一体になって作動する。よって、キャリッジ５の直線移動に基づき、ケース２の外部において出力部材３が直線移動する。
【００３２】
その間、直線駆動装置１では、回転検出装置１１および位置検出装置１２からの出力に基づいて、送りねじ６の回転数およびキャリッジ５の位置が検出され、かかる検出結果に基づいて、出力部材３の位置を検出することができる。よって、モータ９の回転方向、回転速度、回転量を適宜制御することにより、出力部材３をストローク内の所望の位置に所望のタイミングで移動させることができる。また、送りねじ６の下死点（送りねじ６の下端側）付近Ｍ、および上死点（送りねじ６の上端側）付近ではキャリッジ５を低速で駆動し、その中間領域ではキャリッジ５を高速で駆動するなどの制御を行なうこともできる。
【００３３】
（本実施形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の直線駆動装置１では、送りねじ６によって可動体７を直線駆動するにあたって、ケース２によって送りねじ６の両端を回転自在に保持しているため、送りねじ６を長くして可動体７のストロークを長く設定した場合において、キャリッジ５が送りねじ６上のいずれの位置にあっても、送りねじ６に傾きや振れが発生しない。それ故、キャリッジ５および出力部材３を安定して動作させることができる。
【００３４】
また、ケース２によって送りねじ６の両端を回転自在に保持しているため、送りねじ６を長くできるとともに、送りねじ６の長さ方向の途中部分に配置する部材を最小限に止めることができるので、送りねじ６の長さ方向の略全体をキャリッジ５の移動範囲として利用でき、可動体７のストロークを長く設定するのが容易である。
【００３５】
また、キャリッジ５と出力部材３とを３本の連結軸４により連結しているので、出力部材３の傾きを防止することができる。しかも、連結軸４は、送りねじ６を周りで囲む位置において送りねじ６の軸線Ｌに平行に３本、配置されている。このため、キャリッジ５と出力部材３がそれぞれ３点で支持されるので、出力部材３の傾きを確実に防止することができ、出力部材３の動作を安定させることができる。また、送りねじ６の軸線Ｌ周りのねじり力に対する可動体７のねじり剛性を高めることができるので、可動体７にねじり力が加えられた場合の出力部材３の位置ズレを抑制することができるとともに、可動体７の変形や破損を防止することができる。
【００３６】
また、モータ９と送りねじ６とを機構的に接続する伝動機構１０にベルト機構を採用したため、モータ９側の振動が送りねじ６側に伝達されるのを抑制することができる。従って、キャリッジ５および出力部材３の動作を安定させることができる。
【００３７】
さらに、回転検出装置１１および位置検出装置１２からの出力に基づいて、可動体７の位置情報を取得することができるので、キャリッジ５（出力部材３）の原点を確実に検出することができる。また、可動体７の位置情報を取得することができるので、キャリッジ５（出力部材３）に応じて駆動速度を変更するなどの制御も可能であるので、直線駆動装置１の用途に応じて、出力部材３を最適な条件で駆動することができる。
【００３８】
さらにまた、キャリッジ５に対する伴周り防止機構８を構成するにあたって、送りねじ６および連結軸４と平行に延びた回転阻止軸８０を用いため、連結軸４に加わる負荷を軽減することができる。
【００３９】
（別の実施形態）
上記実施形態では、可動体７において、３本の連結軸４によってキャリッジ５と出力部材３とを連結したが、１本、２本あるいは４本以上の連結軸４によってキャリッジ５と出力部材３とを連結してもよい。
【００４０】
上記実施形態では、回転阻止軸８０を用いて伴周り防止機構８を構成したが、ケース２の内周面を利用して伴周り防止機構８を構成してもよく、連結軸４を利用して伴周り防止機構８を構成してもよい。
【００４１】
上記実施形態では、伝動機構１０にベルト機構を用いたが、用途によっては歯車伝達機構を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した直線駆動装置の駆動機構の要部の平面図、および当該直線駆動装置の縦断面図である。
【図２】図１に示す直線駆動装置において可動体が上方に移動した様子を示す説明図である。
【図３】図１に示す直線駆動装置からケースを省略した様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  直線駆動装置
２  ケース
３  出力部材
４  連結軸
５  キャリッジ
６  送りねじ
７  可動体
８  伴周り阻止機構
９  モータ
１０  伝動機構
１１  回転検出装置
１２  位置検出装置
８０  回転阻止軸
【図１】
2009127742.tif 000003
【図２】
2009127742.tif 000004
【図３】
2009127742.tif 000005