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JP6747076B2 - Uniaxial actuator - Google Patents

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JP6747076B2 JP2016116247A JP2016116247A JP6747076B2 JP 6747076 B2 JP6747076 B2 JP 6747076B2 JP 2016116247 A JP2016116247 A JP 2016116247A JP 2016116247 A JP2016116247 A JP 2016116247A JP 6747076 B2 JP6747076 B2 JP 6747076B2
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Description

本発明は、直動案内軸受とねじ式送り装置とを一体化してなる一軸アクチュエータに関する。 The present invention relates to a uniaxial actuator having a linear motion guide bearing and a screw type feed device integrated with each other.

一軸アクチュエータは、断面が凹字状で、相対する内側面に軸方向に延びる転動体転動溝を有する案内レールと、この案内レールの幅方向のほぼ中央部に軸方向に対して平行に配設されたねじ軸と、案内レールの転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有しねじ軸に多数のボールを介して螺合されたスライダと、案内レールの両端にそれぞれ取り付けられねじ軸を回転可能に支持する2つのサポートユニットと、を備える。そして、ねじ軸を回転させると、これに螺合するスライダが、ボールの転動を介して軸方向に滑らかに移動する。 The uniaxial actuator has a concave cross section and a guide rail having rolling element rolling grooves extending in the axial direction on the inner surfaces facing each other, and a guide rail arranged substantially parallel to the axial direction at a substantially central portion in the width direction. The slider provided with a screw shaft provided, a rolling element rolling groove that opposes the rolling element rolling groove of the guide rail and screwed onto the screw shaft through a number of balls, and attached to both ends of the guide rail. Two support units that rotatably support the screw shaft. Then, when the screw shaft is rotated, the slider screwed to the screw shaft smoothly moves in the axial direction by rolling the ball.

従来、一軸アクチュエータは、案内レールやねじ軸、スライダ及びボールは金属製であり、高重量になっている。そのため、例えばロボット等による多軸構成になると、モータの負荷容量が大きくなり、装置全体が大型化する。軽量金属で部材を作製したり、案内レールに穴を開ける等して軽量化を図ることも行われているが、材料コストの上昇や強度低下をもたらすおそれがある。 Conventionally, in the uniaxial actuator, the guide rail, the screw shaft, the slider and the ball are made of metal, and thus have a high weight. Therefore, for example, in the case of a multi-axis configuration such as a robot, the load capacity of the motor increases and the size of the entire device increases. It is also attempted to reduce the weight by making a member from a lightweight metal or making a hole in the guide rail, but this may increase the material cost and reduce the strength.

また、軽量化のために、特許文献1では、案内レールを繊維強化プラスチック(FRP)製とし、転動体転動溝に金属部材を接合している。 Further, in order to reduce the weight, in Patent Document 1, the guide rail is made of fiber reinforced plastic (FRP), and a metal member is joined to the rolling element rolling groove.

特許第4813373号公報Japanese Patent No. 4813373

しかしながら、特許文献1で案内レールに使用されているFRPは、強化繊維を樹脂中に分散させたものであり、金属製の案内レールに比べて機械的強度が低くなると予想される。 However, the FRP used for the guide rail in Patent Document 1 is one in which reinforcing fibers are dispersed in resin, and it is expected that the mechanical strength will be lower than that of a metal guide rail.

そこで本発明は、金属製の案内レールを用いて従来と同等の機械的強度を確保するとともに、軽量化を図った一軸アクチュエータを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a uniaxial actuator that uses a metal guide rail to ensure mechanical strength equivalent to that of a conventional one and also achieves weight reduction.

上記課題を解決するために本発明は、下記の一軸アクチュエータを提供する。
(1)軸方向に延びる帯状の底板と、前記底板の両側部から垂直に立設された側壁とからなり前記両側壁の内側面にそれぞれ転動体転動溝が軸方向に形成された断面略凹字状の案内レールと、前記案内レールの内側に軸方向に対して平行に配設され螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記案内レールに取り付けられ前記ねじ軸を回転可能に支持するサポートユニットと、前記案内レールの転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有し、前記ねじ軸に螺合されたスライダと、対向する前記案内レールの転動体転動溝と前記スライダの転動体転動溝との間に、転動自在に介在された複数の転動体と、を備え、前記スライダが前記転動体の転動を介して前記案内レールに沿って軸方向に移動可能とされた一軸アクチュエータにおいて、
前記案内レールの前記転動体転動溝の内周面及び前記スライダの前記転動体転動溝の内周面の少なくとも一方に、強化繊維のフィラメント束とバインダー樹脂とからなる成形体、強化繊維のフィラメントのシートとバインダー樹脂とからなる成形体、または前記フィラメント束からなる層と前記シートとの積層体とバインダー樹脂とからなる成形体からなる転走部材が接合しており、かつ、前記転走部材と前記転動体との接触角が45°±15°であることを特徴とする一軸アクチュエータ。
(2)前記転走部材が、前記転動体転動溝の上側の内周面に接合される板状の上レールと、前記転動体転動溝の下側の内周面に接合される板状の下レールとで構成されるとともに、
前記上レールの平面部下端に前記下レールの側面が当接して、断面V字状を呈していることを特徴とする上記(1)記載の一軸アクチュエータ。
(3)前記上レールの平面部下端に形成した段状凹部に、前記下レールの側面が係合していることを特徴とする上記(2)記載の一軸アクチュエータ。
(4)前記上レール及び前記下レールの平面部下側がそれぞれ段状凹部を有し、前記段状凹部同士が係合していることを特徴とする上記(2)記載の一軸アクチュエータ。
(5)前記案内レールの前記転動体転動溝の両端縁または前記スライダの前記転動体転動溝の両端縁に、前記転送部材側に延出するフック部が形成されていることを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の一軸アクチュエータ。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following uniaxial actuator.
(1) A cross-section having a strip-shaped bottom plate extending in the axial direction and side walls vertically provided from both side portions of the bottom plate, and rolling element rolling grooves formed in the axial direction on inner side surfaces of the both side walls. A concave guide rail, a screw shaft provided inside the guide rail in parallel to the axial direction and having a spiral screw groove on the outer peripheral surface, and attached to the guide rail to rotate the screw shaft. A support unit that is supported on the guide rail, a rolling element rolling groove that opposes the rolling element rolling groove of the guide rail, and a slider that is screwed onto the screw shaft, and a rolling element rolling groove that opposes the slider. And a plurality of rolling elements rotatably interposed between the rolling element rolling groove of the slider and the rolling element rolling groove of the slider, wherein the slider axially extends along the guide rail through rolling of the rolling element. In a uniaxial actuator that can be moved to
On at least one of the inner peripheral surface of the rolling element rolling groove of the guide rail and the inner peripheral surface of the rolling element rolling groove of the slider, a molded body made of a filament bundle of reinforcing fibers and a binder resin, A rolling member made of a molded body made of a sheet of filament and a binder resin, or a laminated body of a layer made of the filament bundle and the sheet and a binder resin is joined, and the rolling is made. A uniaxial actuator, wherein a contact angle between a member and the rolling element is 45°±15°.
(2) The rolling member is a plate-shaped upper rail that is joined to the upper inner peripheral surface of the rolling element rolling groove, and a plate that is joined to the lower inner circumferential surface of the rolling element rolling groove. It consists of a lower rail and
The uniaxial actuator according to (1) above, wherein a side surface of the lower rail is in contact with a lower end of a flat surface portion of the upper rail to have a V-shaped cross section.
(3) The uniaxial actuator according to (2), wherein the side surface of the lower rail is engaged with a stepped recess formed in the lower end of the flat portion of the upper rail.
(4) The uniaxial actuator according to the above (2), characterized in that the upper rail and the lower rail each have a stepped concave portion on a lower side of a plane portion, and the stepped concave portions are engaged with each other.
(5) Hook portions extending toward the transfer member are formed at both end edges of the rolling element rolling groove of the guide rail or both end edges of the rolling element rolling groove of the slider. The uniaxial actuator according to any one of (1) to (4) above.

本発明の一軸アクチュエータは、案内レールが金属製であり、従来と同等の機械的強度を有するとともに、転動体転動溝を加工して、フィラメントワインディグ法やシートワインディング法による特定のFRP製の転走部材を接合したため、加工の分だけ金属材料が削減されて軽量になる。しかも、案内レールは、従来の金属製の案内レールの転動体転動溝を加工するだけでよいため、既存の金属製の案内レールを使用することができ、低コストでもある。また、特定のFRPは、強化繊維を樹脂中に分散させたFRPに比べて機械的強度や耐摩耗性に優れ、更にはこの特定のFRP製の転走部材と転動体とが異種材料同士の接触になるため、凝着を起こすこともなく、転動体表面の剥離を防止することができる。 In the uniaxial actuator of the present invention, the guide rail is made of metal, has the same mechanical strength as the conventional one, and is made of a specific FRP manufactured by the filament winding method or the sheet winding method by processing the rolling element rolling groove. Since the rolling members are joined, the metal material is reduced by the amount of processing, and the weight is reduced. Moreover, since the guide rail only needs to be formed with the rolling element rolling groove of the conventional metal guide rail, the existing metal guide rail can be used, and the cost is low. Further, the specific FRP is superior in mechanical strength and wear resistance to the FRP in which reinforcing fibers are dispersed in resin, and further, the specific FRP rolling member and rolling element are made of different materials. Since they come into contact with each other, they do not cause adhesion and can prevent peeling of the rolling element surface.

また、スライダの転動体転動溝の内周面にも、案内レールと同様の転走部材を接合することにより、スライダの機械的強度を確保した上で、一軸アクチュエータ全体として更なる軽量化を図ることができる。 Also, by joining a rolling member similar to the guide rail to the inner peripheral surface of the rolling element rolling groove of the slider, the mechanical strength of the slider is secured and the weight of the uniaxial actuator as a whole is further reduced. Can be planned.

本発明の一軸アクチュエータの全体構造を示す一部切欠斜視図である。It is a partially cutaway perspective view showing the overall structure of the uniaxial actuator of the present invention. 案内レール側の転走部材の一例を、案内レールの転動体転動溝の周辺を含めて示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the rolling member by the side of a guide rail, including the rolling element rolling groove periphery of a guide rail. 図2に従い、案内レール側の転走部材の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the rolling member by the side of a guide rail according to FIG. 図2に従い、案内レール側の転走部材の更に他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the rolling member by the side of a guide rail according to FIG. 図2に従い、案内レール側の転走部材の更に他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the rolling member by the side of a guide rail according to FIG. 図2に従い、案内レール側の転走部材の更に他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the rolling member by the side of a guide rail according to FIG. フック部を備える、案内レール側の転動体転動溝を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the rolling element rolling groove by the side of a guide rail provided with a hook part. スライダ側の転走部材の一例を、スライダの転動体転動溝の周辺を含めて示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a rolling member on the slider side, including the periphery of a rolling element rolling groove of a slider. 図8に従い、スライダ側の転走部材の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the rolling member by the side of a slider according to FIG. 図8に従い、スライダ側の転走部材の更に他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another example of the rolling member by the side of a slider according to FIG. 図8に従い、スライダ側の転走部材の更に他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another example of the rolling member by the side of a slider according to FIG. 図8に従い、スライダ側の転走部材の更に他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another example of the rolling member by the side of a slider according to FIG. フック部を備える、スライダ側の転動体転動溝を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a rolling element rolling groove by the side of a slider provided with a hook part. フィラメントワインディング法を説明するための装置構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the apparatus structure for demonstrating a filament winding method. フィラメントワインディング法におけるフィラメント束の巻き方を説明する模式図であり、同図(a)はヘリカル巻き、同図(b)はパラレル巻きをそれぞれ示す図である。It is a schematic diagram explaining the winding method of the filament bundle in the filament winding method, FIG. 9A is a diagram showing helical winding, and FIG.

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明において一軸アクチュエータの種類は制限はなく、ここでは図1に示す一軸アクチュエータを例示する。図示されるように、軸方向に延びる案内レール11は、帯状の底板の両側部から垂直に立設された側壁30,30を備え、軸方向に垂直な面の断面は略凹字状を呈している。また、案内レール11の内側の幅方向中央部には、螺旋状のねじ溝13aを外周面に有するねじ軸13が配設されている。そして、ねじ軸13は、案内レール11の両端に取り付けられたサポートユニット17,17によって、正逆両方向に回転可能に支持されている。 In the present invention, the type of the uniaxial actuator is not limited, and the uniaxial actuator shown in FIG. 1 is exemplified here. As shown in the figure, the guide rail 11 extending in the axial direction is provided with side walls 30 and 30 standing vertically from both sides of the strip-shaped bottom plate, and the cross section of the plane perpendicular to the axial direction has a substantially concave shape. ing. Further, a screw shaft 13 having a spiral thread groove 13a on the outer peripheral surface is arranged at the center in the width direction inside the guide rail 11. The screw shaft 13 is supported by support units 17, 17 attached to both ends of the guide rail 11 so as to be rotatable in both forward and reverse directions.

案内レール11の内側には直方体状のスライダ12が配されていて、多数の転動体14を介してねじ軸13に螺合されている。スライダ12の中央部には、ねじ軸13を挿通する貫通孔が設けられており、貫通孔の内周面には螺旋状に連続するねじ溝12aが形成されている。そして、ねじ溝12aはねじ軸13のねじ溝13aと対向しており、両ねじ溝12a,13aで形成される転動体転動路21には、多数の転動体14が転動自在に装填されている。なお、スライダ12は、スライダ本体12Aと、その軸方向両端部に着脱可能に取り付けられたエンドキャップ12B,12Bとで構成されている。 A slider 12 having a rectangular parallelepiped shape is arranged inside the guide rail 11, and is screwed to a screw shaft 13 via a large number of rolling elements 14. A through hole for inserting the screw shaft 13 is provided in the central portion of the slider 12, and a spirally continuous screw groove 12a is formed on the inner peripheral surface of the through hole. The thread groove 12a faces the thread groove 13a of the screw shaft 13, and a large number of rolling elements 14 are rotatably loaded in the rolling element rolling path 21 formed by the both thread grooves 12a and 13a. ing. The slider 12 is composed of a slider body 12A and end caps 12B and 12B detachably attached to both axial end portions thereof.

また、案内レール11の両側壁30,30の相対する内側面には、軸方向に延びる転動体転動溝11a,11aが形成されている。また、スライダ12の両側面には、案内レール11の転動体転動溝11a,11aに対向する転動体転動溝12b,12bが備えられており、対向する案内レール11の転動体転動溝11aとスライダ12の転動体転動溝12bとで転動体転動路を形成している。また、スライダ12の内部には、転動体転動路と平行をなして軸方向に貫通する転動体戻し路16,16が形成されている。そして、転動体戻し路16と、その両端に連続して設けられた湾曲路(図示せず)とで転動体循環路を形成しており、この転動体循環路内に多数の転動体15が転動自在に装填されている。 Rolling element rolling grooves 11a, 11a extending in the axial direction are formed on the inner surfaces of the guide rails 11 on the opposite sides of the side walls 30, 30. Further, rolling element rolling grooves 12b, 12b facing the rolling element rolling grooves 11a, 11a of the guide rail 11 are provided on both side surfaces of the slider 12, and the rolling element rolling grooves of the guide rail 11 facing each other are provided. 11 a and the rolling element rolling groove 12 b of the slider 12 form a rolling element rolling path. Further, inside the slider 12, rolling element return paths 16 and 16 which are parallel to the rolling element rolling paths and penetrate axially are formed. A rolling element circulation path is formed by the rolling element return path 16 and curved paths (not shown) that are continuously provided at both ends of the rolling element return path 16. It is loaded so that it can roll.

更に、サポートユニット17,17には貫通孔が設けられており、この貫通孔の内周面に図示しない転がり軸受が嵌合されている。そして、この転がり軸受の内径部にねじ軸13が挿通されるとともに嵌合され、この転がり軸受によってねじ軸13が回転可能とされている。 Further, through holes are provided in the support units 17 and 17, and a rolling bearing (not shown) is fitted to the inner peripheral surface of the through holes. Then, the screw shaft 13 is inserted and fitted in the inner diameter portion of the rolling bearing, and the screw shaft 13 is rotatable by the rolling bearing.

このように構成される一軸アクチュエータでは、ねじ軸13を回転させると、これに螺合するスライダ12が、転動体転動路内の転動体15の転動を介して案内レール11に沿って軸方向に滑らかに移動する。このスライダ12の移動時には、転動体転動路内の転動体15は転動体循環路を転動しつつ無限循環する。 In the uniaxial actuator configured as described above, when the screw shaft 13 is rotated, the slider 12 that is screwed into the screw shaft 13 is rotated along the guide rail 11 via the rolling of the rolling element 15 in the rolling element rolling path. Move smoothly in the direction. When the slider 12 moves, the rolling elements 15 in the rolling element rolling path circulate in the rolling element circulation path and endlessly circulate.

本発明では、案内レール11を金属製とし、従来の金属製の案内レールと同等の機械的強度を確保するとともに、案内レール11の転動体転動溝11aの内周面に、後述するフィラメントワインディング法やシートワインディング法による特定のFRP製の転走部材100を接合している。そのため、転走部材100の分だけ金属材料を削減でき、案内レール11の軽量化が図られる。また、案内レール11の転動体転動溝11aを転動する転動体15は金属製であり、転動体転動溝11aが金属製であると金属接触になり、凝着による剥離を起こしやすいが、特定のFRP製の転走部材100にすることにより、異種材料同士の接触になるため凝着が起り難くなる。更には、この転走部材100を形成する特定のFRPは、強化繊維を樹脂中に分散させたFRPに比べて高強度で、耐摩耗性にも優れる。 In the present invention, the guide rail 11 is made of metal to ensure the mechanical strength equivalent to that of the conventional metal guide rail, and the filament winding described later is provided on the inner peripheral surface of the rolling element rolling groove 11a of the guide rail 11. The specific rolling member 100 made of FRP is joined by the method or the sheet winding method. Therefore, the metal material can be reduced by the amount corresponding to the rolling member 100, and the weight of the guide rail 11 can be reduced. Further, the rolling element 15 rolling in the rolling element rolling groove 11a of the guide rail 11 is made of metal, and if the rolling element rolling groove 11a is made of metal, it will be in metal contact and easily peeled off due to adhesion. When the rolling member 100 made of a specific FRP is used, different materials come into contact with each other, so that the adhesion hardly occurs. Further, the specific FRP forming the rolling member 100 has higher strength and is excellent in wear resistance as compared with the FRP in which the reinforcing fibers are dispersed in the resin.

図2は転走部材100の一例を示す図であり、一方の案内レール11をその軸方向に対して垂直な断面で示している。図示されるように、案内レール11の転動体転動溝の内周面を、転走部材100の板厚分だけ削り取り、そこへ転走部材100を埋め込み、接着剤で接合する。転走部材100の断面形状を、図示されるようにV字状にすることにより、転動体15とは点接触になり、接触面積を最小限にすることができる。また、転動体15との接触角αは、45°±15°(30〜60°)とする。接触角αをこの範囲にすることにより、転走部材100と転動体15との接触面圧を安定に保つことができる。尚、転動体転動溝も、転走部材100に合わせて断面V字状に形成する。 FIG. 2 is a view showing an example of the rolling member 100, and shows one guide rail 11 in a cross section perpendicular to its axial direction. As shown in the figure, the inner peripheral surface of the rolling element rolling groove of the guide rail 11 is scraped off by the thickness of the rolling member 100, and the rolling member 100 is embedded therein and bonded with an adhesive. By making the cross-sectional shape of the rolling member 100 into a V shape as shown in the drawing, the rolling member 15 is in point contact with the rolling element 15 and the contact area can be minimized. The contact angle α with the rolling element 15 is 45°±15° (30 to 60°). By setting the contact angle α within this range, the contact surface pressure between the rolling member 100 and the rolling elements 15 can be stably maintained. The rolling element rolling groove is also formed to have a V-shaped cross-section in accordance with the rolling member 100.

図2では転走部材100が断面V字状の一体物であるが、成形時の応力が屈曲部位に残留している。そこで、図3に示すように、転走部材100を、それぞれ板状の上レール101と下レール102とで構成することもできる。その際、図示されるように、下レール102の側面102aを上レール101の平面部下端101aに当接して、全体としてV字状断面を呈するように連結する。下レール102は、転動体15の通過により熱膨張して上レール101の平面部下端101aを押圧するため、両レール101,102の接合状態が良好になる。 In FIG. 2, the rolling member 100 is an integral member having a V-shaped cross section, but the stress during molding remains in the bent portion. Therefore, as shown in FIG. 3, the rolling member 100 may be composed of a plate-shaped upper rail 101 and a plate-shaped lower rail 102, respectively. At that time, as shown in the drawing, the side surface 102a of the lower rail 102 is brought into contact with the lower end 101a of the flat portion of the upper rail 101, and is connected so as to exhibit a V-shaped cross section as a whole. The lower rail 102 thermally expands by passing the rolling elements 15 and presses the lower end 101a of the flat portion of the upper rail 101, so that the rails 101, 102 are joined together in a good condition.

また、図4に示すように、上レール101の平面部下端101aに、下レール102の板厚に相当する段状凹部101bを形成し、段状凹部101bに下レール102の側面102aを係合させてもよい。これにより、上レール101の下レール102との接触面積が増し、上レール101の段状凹部101bの段部上面101cが、板レール102の側面102a近傍の上面を押圧して、下レール102の動きをより抑えることができる。 Further, as shown in FIG. 4, a stepped recess 101b corresponding to the plate thickness of the lower rail 102 is formed at the lower end 101a of the flat surface of the upper rail 101, and the side surface 102a of the lower rail 102 is engaged with the stepped recess 101b. You may let me. As a result, the contact area between the upper rail 101 and the lower rail 102 increases, and the step upper surface 101c of the stepped recess 101b of the upper rail 101 presses the upper surface near the side surface 102a of the plate rail 102 to cause the lower rail 102 to move. The movement can be suppressed more.

上レール101と下レール102との接触面積を更に増やすために、図5及び図6に示すように、段状凹部の段数を増やすこともできる。図5では、下レール102の側面102aを、平面から図4に示した上レール101の段状凹部101bに係合する段状凹部102bに加工し、両段状凹部101b、102bを係合させている。また、図6では、上レール101の段状凹部101dを2段にし、図5に示した段状凹部102bを有する下レール101を係合している。何れの場合も、両段状凹部101b、101d、102b同士が押圧し合い、両レール101,102の係合が安定化する。 In order to further increase the contact area between the upper rail 101 and the lower rail 102, as shown in FIGS. 5 and 6, the number of steps of the stepped recess can be increased. In FIG. 5, the side surface 102a of the lower rail 102 is processed into a stepped recess 102b that engages with the stepped recess 101b of the upper rail 101 shown in FIG. ing. Further, in FIG. 6, the stepped recess 101d of the upper rail 101 has two steps, and the lower rail 101 having the stepped recess 102b shown in FIG. 5 is engaged. In either case, the two stepped recesses 101b, 101d, 102b press each other, and the engagement between the rails 101, 102 is stabilized.

また、図2に示すように、転走部材100は案内レール11の転動体転動溝の内周面に接合されるが、図7に示すように、案内レール11に、転動体転動溝の両端縁から転走部材100の両端に延出するフック部20を形成することにより、転走部材100が転動体転動溝から脱離しないようにすることもできる。尚、図示は省略するが、転走部材100として図3〜図6に示した上レール101と下レール102とを用い、上レール101及び下レール102の端部をフック部20で抑えることもできる。 Further, as shown in FIG. 2, the rolling member 100 is joined to the inner peripheral surface of the rolling element rolling groove of the guide rail 11, but as shown in FIG. It is also possible to prevent the rolling member 100 from separating from the rolling element rolling groove by forming the hook portions 20 extending from both end edges of the rolling member to both ends of the rolling member 100. Although illustration is omitted, it is also possible to use the upper rail 101 and the lower rail 102 shown in FIGS. 3 to 6 as the rolling member 100 and hold the ends of the upper rail 101 and the lower rail 102 with the hook portion 20. it can.

上記は案内レール11の転動体転動溝11aの内周面に転走部材100を接合した場合であるが、スライダ12の転動体転動溝12bの内周面にも同様の転走部材を接合することもでき、それによりスライダ12の機械的強度を確保しつつ、一軸アクチュエータ全体としての更なる軽量化を図ることができる。 The above is the case where the rolling member 100 is joined to the inner peripheral surface of the rolling element rolling groove 11a of the guide rail 11, but a similar rolling member is also mounted to the inner peripheral surface of the rolling element rolling groove 12b of the slider 12. It is also possible to join the sliders, whereby the mechanical strength of the slider 12 can be ensured and the weight of the uniaxial actuator as a whole can be further reduced.

即ち、図8は図2に対応するものであり、スライダ12の転動体転動溝12bを断面V字状に加工し、その内周面に図2に示した一体型の転走部材100と同様の転走部材200を接合することができる。尚、図示は省略するが、転走部材200と転動体15とは、同様に接触角45°±15°で点接触する。また、転走部材を上レールと下レールとで構成することもできる。図9は図3に対応するが、上レール201の平面部下端201aに下レール202の側面202aを係合している。図10〜図12は図3〜図5に対応するが、上レール201の段状凹部201b、201dと、下レール202の段状凹部202bとを係合させることもできる。 That is, FIG. 8 corresponds to FIG. 2, in which the rolling element rolling groove 12b of the slider 12 is machined into a V-shaped cross section, and the inner peripheral surface thereof has the integral rolling member 100 shown in FIG. Similar rolling members 200 can be joined. Although not shown, the rolling member 200 and the rolling element 15 similarly make point contact at a contact angle of 45°±15°. Further, the rolling member may be composed of an upper rail and a lower rail. 9 corresponds to FIG. 3, but the side surface 202a of the lower rail 202 is engaged with the lower end 201a of the plane portion of the upper rail 201. 10 to 12 correspond to FIGS. 3 to 5, the stepped recesses 201b and 201d of the upper rail 201 and the stepped recess 202b of the lower rail 202 can be engaged with each other.

更に、図13に示すように、図7と同様に、スライダ12の転動体転動溝の両端縁から転走部材200の両端に延出するフック部25を形成して転走部材200の脱離を防止することもできる。 Further, as shown in FIG. 13, similarly to FIG. 7, the hook portions 25 extending from both ends of the rolling element rolling groove of the slider 12 to both ends of the rolling member 200 are formed to remove the rolling member 200. Separation can also be prevented.

転走部材100,200は、強化繊維をバインダー樹脂で結着したFRP製の成形体であるが、本発明ではこのFRPをフィラメントワインディグ法やシートワインディング法により作製した基材を、上記したように断面V字状、または上レール101と下レール102とにプレス成形する。フィラメントワインディング法やシートワインディング法を用いたことにより、強化繊維を樹脂中に分散させた繊維強化樹脂に比べて高強度で、耐摩耗性に優れるようになる。 The rolling members 100 and 200 are molded articles made of FRP in which reinforcing fibers are bound with a binder resin. In the present invention, the base material produced by the filament winding method or sheet winding method of the FRP is as described above. And V-shaped in cross section, or press-formed on the upper rail 101 and the lower rail 102. By using the filament winding method or the sheet winding method, the strength and the abrasion resistance are higher than those of the fiber reinforced resin in which the reinforcing fibers are dispersed in the resin.

図14は、フィラメントワインディング法を説明するための装置構成を示す模式図であるが、複数本の強化繊維フィラメントを、液状のバインダー樹脂が貯蔵された樹脂槽に通してバインダー樹脂を塗布または含浸させながら束ねて一本のフィラメント束とし、この強化繊維フィラメント束を回転するマンドレル(芯棒)に所定の角度で巻き付ける。強化繊維フィラメント束は、トラバース装置により、マンドレル上を往復して移動する。 FIG. 14 is a schematic diagram showing an apparatus configuration for explaining the filament winding method. A plurality of reinforcing fiber filaments are passed through a resin tank in which a liquid binder resin is stored to apply or impregnate the binder resin. While being bundled into one filament bundle, this reinforcing fiber filament bundle is wound around a rotating mandrel (core rod) at a predetermined angle. The bundle of reinforcing fiber filaments moves back and forth on the mandrel by a traverse device.

尚、強化繊維フィラメント束の巻き方は、図15(a)に示すように、下層のフィラメント束に対してある角度(図の例ではθ=15°)で交差するように巻き付けるヘリカル巻き、図15(b)に示すように、マンドレルに対して垂直となるように巻き付けるパラレル巻きとに大別することができるが、強度的にはヘリカル巻きの方が優れており好ましい。尚、ヘリカル巻きにおける交差角度(θ)は10°〜85°が好適であり、45°が特に好ましい。 As shown in FIG. 15(a), the winding method of the reinforcing fiber filament bundle is a helical winding in which the reinforcing fiber filament bundle is wound so as to intersect the lower layer filament bundle at a certain angle (θ=15° in the example of the figure). As shown in FIG. 15(b), it can be roughly classified into parallel winding wound so as to be perpendicular to the mandrel, but helical winding is superior in strength and is preferable. The crossing angle (θ) in the helical winding is preferably 10° to 85°, and particularly preferably 45°.

そして、目的の巻付厚になった時点で、マンドレルごと装置から取り外し、バインダー樹脂が未硬化または半硬化状態でマンドレルを抜き取り、マンドレルを抜き取った後のフィラメント束の巻回物を折り畳み、平板状にしてプレス成形機に装着し、加熱加圧して断面V字状または板状に成形する。その際、マンドレルの引き抜きを容易にするために、予めマンドレルに離形剤を塗布してもよい。 Then, when the desired winding thickness is reached, remove the mandrel from the device, remove the mandrel when the binder resin is in an uncured or semi-cured state, fold the wound filament bundle after removing the mandrel, and flatten it into a flat plate shape. Then, it is mounted in a press molding machine and heated and pressed to form a V-shaped section or a plate-shaped section. At that time, in order to facilitate pulling out of the mandrel, a release agent may be applied to the mandrel in advance.

尚、上レール101の段状凹部101b,101d、下レール102の段状凹部102bは、これらの段状凹部を有する成形型を用いてプレス成形してもよいし、板状の成形物とした後に段状凹部に加工してもよい。 The stepped recesses 101b and 101d of the upper rail 101 and the stepped recess 102b of the lower rail 102 may be press-molded using a mold having these stepped recesses, or a plate-shaped molded product. It may be processed into a stepped recess later.

また、シートワインディング法では、図示は省略するが、強化繊維をシート状に編み、バインダー樹脂で結着してシート状としたプリプレグを作製する。そして、このプリプレグを複数枚積層して所定の厚さとし、プレス成形機に装着し、断面V字状または平板状に成形する。 In the sheet winding method, although not shown, reinforced fibers are knitted into a sheet and bound with a binder resin to produce a sheet-shaped prepreg. Then, a plurality of these prepregs are laminated to have a predetermined thickness, mounted on a press molding machine, and molded into a V-shaped cross section or a flat plate shape.

更には、フィラメントワインディング法によるフィラメント束の巻回物を平板状に折り畳んだものと、シートワインディング法によるプリプレグとを積層し、プレス成形してもよい。 Further, a wound product of a filament bundle formed by the filament winding method may be folded into a flat plate, and a prepreg formed by the sheet winding method may be laminated and press-molded.

フィラメント束及びシートを形成する強化繊維は、引張強度500MPa以上、好ましくは3920MPa以上で、引張弾性率が30GPa以上、好ましくは235GPa以上の有機繊維または無機繊維である。具体的には、下記表に示す繊維を挙げることができるが、中でも、軽量で、高強度であることから炭素繊維(CF)が好ましい。尚、炭素繊維はPAN系、ピッチ系の何れも使用可能である。 The reinforcing fibers forming the filament bundle and the sheet are organic fibers or inorganic fibers having a tensile strength of 500 MPa or more, preferably 3920 MPa or more, and a tensile elastic modulus of 30 GPa or more, preferably 235 GPa or more. Specifically, the fibers shown in the following table can be mentioned, but among them, carbon fiber (CF) is preferable because it is lightweight and has high strength. The carbon fiber may be either PAN type or pitch type.

Figure 0006747076
Figure 0006747076

その他、好ましい強化繊維としては、ガラス繊維(GF)、アラミド繊維(AF)、ボロン繊維(BF)、ポリアリレート繊維(PARF)、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維(PBOF)、超高分子量ポリエチレン繊維(UHPEF)等を挙げることができる。 Other preferred reinforcing fibers include glass fibers (GF), aramid fibers (AF), boron fibers (BF), polyarylate fibers (PARF), polyparaphenylene benzoxazole fibers (PBOF), ultra high molecular weight polyethylene fibers (UHPEF). ) And the like.

また、強化繊維は、バインダー樹脂との接着性を高めるために、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ビスマレイミド樹脂等のサイジング剤で表面処理することも好ましい。 It is also preferable that the reinforcing fiber is surface-treated with a sizing agent such as a urethane resin, an epoxy resin, an acrylic resin, or a bismaleimide resin in order to enhance the adhesion with the binder resin.

強化繊維の平均直径は、5〜21μmが好ましく、7〜15μmがより好ましい。平均直径が5μmよりも細くなると、1本当たりの強度が低く安定した製造が困難になり、大幅なコストアップになるので実用性が低い。平均直径が21μmよりも太くなると、1本当たりの強度が高まるものの、フィラメント束が太くなりすぎて緻密な巻き付けが困難になる。 The average diameter of the reinforcing fibers is preferably 5 to 21 μm, more preferably 7 to 15 μm. If the average diameter is smaller than 5 μm, the strength per piece is low and stable production becomes difficult, resulting in a large increase in cost, which is not practical. If the average diameter is thicker than 21 μm, the strength per filament is increased, but the filament bundle becomes too thick, and it becomes difficult to perform dense winding.

尚、繊維には短繊維と長繊維があるが、長繊維は短繊維に比べて強度、耐衝撃、寸法精度、導電性等に優れるため好ましい。 Although fibers include short fibers and long fibers, long fibers are preferable because they are superior in strength, impact resistance, dimensional accuracy, conductivity, etc., to short fibers.

バインダー樹脂は、エポキシ樹脂やビスマレイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂等を使用でき、強化繊維との接着性を考慮して選択される。例えば、炭素繊維の場合、エポキシ樹脂を用いることができる。また、バインダー樹脂の塗布または含浸量は、強化繊維のフィラメント束またはシートとの合計量に対して、15〜45質量%が好ましく、20〜40質量%がより好ましく、24〜33質量%が更に好ましい。バインダー樹脂量が15質量%より少なくなるとフィラメント束やシートの結着が十分ではなく、45質量%より多くなると強化繊維量が少なすぎて十分な強度が得られない。尚、バインダー樹脂量が、得られるねじ軸中の樹脂量になり、残部が強化繊維量、あるいはサイジング剤との合計量になる。 The binder resin may be an epoxy resin, a bismaleimide resin, a polyamide resin, a phenol resin, or the like, and is selected in consideration of the adhesiveness with the reinforcing fiber. For example, in the case of carbon fiber, epoxy resin can be used. Further, the coating or impregnation amount of the binder resin is preferably 15 to 45% by mass, more preferably 20 to 40% by mass, and further preferably 24 to 33% by mass, based on the total amount of the reinforcing fiber filament bundle or sheet. preferable. If the binder resin amount is less than 15% by mass, the binding of the filament bundle or the sheet is not sufficient, and if it is more than 45% by mass, the reinforcing fiber amount is too small to obtain sufficient strength. The amount of binder resin is the amount of resin in the obtained screw shaft, and the balance is the amount of reinforcing fibers or the total amount with the sizing agent.

本発明は種々の変更が可能であり、例えば転走部材100,200と転動体15との接触角αが45°±15°であれば、上記したような断面V字状である必要はなく、断面形状がゴシックアーチ状等、他の断面形状であってもよい。 The present invention can be modified in various ways. For example, if the contact angle α between the rolling members 100 and 200 and the rolling elements 15 is 45°±15°, it is not necessary to have the V-shaped cross section as described above. The cross-sectional shape may be another cross-sectional shape such as a Gothic arch shape.

11 案内レール
11a,12b 転動体転動溝
12 スライダ
13 ねじ軸
14,15 転動体
17 サポートユニット
20,25 フック部
30 側壁
100,200 転走部材
101,201 上レール
102,202 下レール
101b,101d,102b,201a,201d,202b 段状凹部
11 Guide rails 11a, 12b Rolling element rolling groove 12 Slider 13 Screw shaft 14, 15 Rolling element 17 Support unit 20, 25 Hook part 30 Side wall 100, 200 Rolling member 101, 201 Upper rail 102, 202 Lower rail 101b, 101d , 102b, 201a, 201d, 202b Stepped recess

Claims (5)

軸方向に延びる帯状の底板と、前記底板の両側部から垂直に立設された側壁とからなり前記両側壁の内側面にそれぞれ転動体転動溝が軸方向に形成された断面略凹字状の案内レールと、前記案内レールの内側に軸方向に対して平行に配設され螺旋状のねじ溝を外周面に有するねじ軸と、前記案内レールに取り付けられ前記ねじ軸を回転可能に支持するサポートユニットと、前記案内レールの転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有し、前記ねじ軸に螺合されたスライダと、対向する前記案内レールの転動体転動溝と前記スライダの転動体転動溝との間に、転動自在に介在された複数の転動体と、を備え、前記スライダが前記転動体の転動を介して前記案内レールに沿って軸方向に移動可能とされた一軸アクチュエータにおいて、
前記案内レールの前記転動体転動溝の内周面及び前記スライダの前記転動体転動溝の内周面の少なくとも一方に、強化繊維のフィラメント束とバインダー樹脂とからなる成形体、強化繊維のフィラメントのシートとバインダー樹脂とからなる成形体、または前記フィラメント束からなる層と前記シートとの積層体とバインダー樹脂とからなる成形体からなる転走部材が接合しており、
前記シートは強化繊維をシート状に編み、バインダー樹脂で結着してシート状としたプリプレグであり、かつ、
前記転走部材と前記転動体との接触角が45°±15°であることを特徴とする一軸アクチュエータ。
A strip-shaped bottom plate that extends in the axial direction and side walls that are vertically provided from both sides of the bottom plate. Rolling element rolling grooves are formed on the inner side surfaces of the both side walls in the axial direction. Guide rail, a screw shaft provided inside the guide rail in parallel to the axial direction and having a spiral thread groove on the outer peripheral surface, and attached to the guide rail to rotatably support the screw shaft. A slider that has a support unit, a rolling element rolling groove that opposes the rolling element rolling groove of the guide rail, and is screwed to the screw shaft, and a rolling element rolling groove that opposes the guide rail and the slider. A plurality of rolling elements that are rotatably interposed between the rolling elements and the rolling groove of the rolling element, and the slider is movable in the axial direction along the guide rail through the rolling of the rolling elements. In the one-axis actuator that was
On at least one of the inner peripheral surface of the rolling element rolling groove of the guide rail and the inner peripheral surface of the rolling element rolling groove of the slider, a molded body made of a filament bundle of reinforcing fibers and a binder resin, A molded body made of a filament sheet and a binder resin, or a rolling member made of a molded body made of a laminate of the filament bundle and the sheet and a binder resin is joined,
The sheet is a prepreg in which a reinforcing fiber is knitted into a sheet shape and is bound with a binder resin into a sheet shape, and
A uniaxial actuator, wherein a contact angle between the rolling member and the rolling element is 45°±15°.
前記転走部材が、前記転動体転動溝の上側の内周面に接合される板状の上レールと、前記転動体転動溝の下側の内周面に接合される板状の下レールとで構成されるとともに、
前記上レールの平面部下端に前記下レールの側面が当接して、断面V字状を呈していることを特徴とする請求項1記載の一軸アクチュエータ。
The rolling member includes a plate-shaped upper rail joined to the inner peripheral surface on the upper side of the rolling element rolling groove, and a plate-shaped lower rail joined to the inner peripheral surface on the lower side of the rolling element rolling groove. It is composed of rails and
The uniaxial actuator according to claim 1, wherein a side surface of the lower rail is in contact with a lower end of a flat surface portion of the upper rail, and has a V-shaped cross section.
前記上レールの平面部下端に形成した段状凹部に、前記下レールの側面が係合していることを特徴とする請求項2記載の一軸アクチュエータ。 The uniaxial actuator according to claim 2, wherein a side surface of the lower rail is engaged with a stepped recess formed in a lower end of a flat surface portion of the upper rail. 前記上レール及び前記下レールの平面部下側がそれぞれ段状凹部を有し、前記段状凹部同士が係合していることを特徴とする請求項2記載の一軸アクチュエータ。 3. The uniaxial actuator according to claim 2, wherein the upper rail and the lower rail have stepped recesses on respective lower sides of the flat surface portions, and the stepped recesses are engaged with each other. 前記案内レールの前記転動体転動溝の両端縁または前記スライダの前記転動体転動溝の両端縁に、前記転送部材側に延出するフック部が形成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の一軸アクチュエータ。 The hook portion extending toward the transfer member is formed at both end edges of the rolling element rolling groove of the guide rail or both end edges of the rolling element rolling groove of the slider. The uniaxial actuator according to any one of 1 to 4.
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