JP2008505289A - 逆移送システム・ボールスクリュー、及びそれを使用した電気機械式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

電気機械式アクチュエータ２１が、逆移送システム・ボールスクリュー２０を有する。アクチュエータは、フレーム２２と、フレームに取り付けられたナット４３と、ナットに取り付けられた少なくとも１つのマグネット５９と、フレームに取り付けられた少なくとも１つのコイル５５であって、ナットをフレーム内で回転させるために電流が選択的に供給されるようになされたコイルと、回転フィードバック装置８０と、ナットに対して回転運動及び軸方向移動をするようにナット内に配置されたスクリュー４４とを概略備える。スクリュー及びナットは共に、複数のボール７３がその中に装填されたボール経路を形成する協働的ボール溝７２、７４を有する。ボール再循環経路が、スクリュー中に設けられている。ロッド２３が、スクリューと共に移動するようにスクリューに連結されている。ナットとスクリューが相対的に回転することによって、スクリュー及びロッドをフレームに対して軸方向に移動させる。

Description

本発明は、一般に、電気機械式アクチュエータに関し、より詳細には、そのようなアクチュエータに用いる改良型逆移送システム・ボールスクリューに関し、又、それを用いた改良型電気機械式アクチュエータに関する。

ボールスクリュー・アセンブリは周知であり、直線運動並進用途に広く使用されている。従来は、ボール再循環経路は、ナットに組み込まれていた。この場合、スクリューは、直線並進行程要件を満たすために、長さ一杯にねじが切られている必要がある。その結果、負荷に対してねじ部分が曝されることによって、厳しい作動環境の中では、スクリューが汚染され、又は損傷されることになる。このことが、結局、作動能力及び運用寿命を低下させる。

或いは、そのような汚染からねじ部分を保護するために、特別のロッド・チューブ又は可撓カバー・アタッチメントなどの追加機構が使用されてきた。

最も一般な電気式線形装置には、親ねじ、ボールスクリュー、遊星ローラねじなどの線形運動装置とセットになった電気モータがある。

この一般的なタイプの従来技術によるアクチュエータの例が、米国特許第３，６６０，７０４号、第５，０４１，７４８号、第５，３９１，９５３号、第５，４９１，３７２号、及び第５，５５７，１５４号に代表例として示され、記載されている。

したがって、一般に、スクリューのねじが、厳しい環境に不必要に曝されるのを防止した改良型逆移送システム・ボールスクリュー機構が提供されることが望ましい。

限定するためではなく単に例示する目的のために開示された実施例の関係する部品、部分、及び面を参考にすると、本発明は、一態様として、改良型逆移送システム・ボールスクリュー（２０）を広く提供する。改良型逆移送システム・ボールスクリューは、円筒形内面、及び、その内面からナットに入っているボール溝（７４）を有するナット（４３）と、ナットに対して回転運動及び軸方向移動が行えるようにナット内に配置されたスクリュー（４４）であって、スクリューが、ナットの内面に対面するように配置された円筒形外面、及び、スクリューに外面から入っているボール溝（７２）を有し、ナット及びスクリューのボール溝は、ナットとスクリューが互いに相対的に回転するとき、ボールがその中を連続的に再循環する循環ボール経路をスクリュー周りに形成するように相補的に構成されているスクリュー（４４）と、そのようなボール経路中の複数のボール（７３）と、スクリューと共に移動するようにスクリューに連結されたロッド（２３）とを概略備え、それによって、ナットとスクリューが相対的に回転すると、スクリュー及びロッドがナットに対して軸方向に移動する。

好ましい実施例では、ボール経路は球体ボールで実質的に一杯である。スクリュー及びロッドは軸方向移動しか行えないようにし、ナットは回転運動しか行えないようにすることができる。ナットは筒状部材でもよい。ナットのボール溝の一部は螺旋状であり得る。スクリューのボール溝の一部も螺旋状であり得る。

別の態様では、本発明は、フレーム（２２）と、フレームに回転可能に取り付けられたナット（４３）であって、円筒形内面、及びそのような内面からナットに入っているボール溝（７４）を有するナット（４３）と、ナットに取り付けられた少なくとも１つのマグネット（５９）と、フレームに取り付けられた少なくとも１つのコイル（５５）であって、ナットをフレーム内で回転させるために電流が選択的に供給されるようになされたコイル（５５）と、ナットに対して回転運動及び軸方向移動ができるようにナット内に配置されたスクリュー（４４）であって、スクリューが、ナットの内面に対面するように配置された円筒形外面、及び、スクリューに外面から入っているボール溝（７２）を有し、ナット及びスクリューのボール溝は、ナットとスクリューが互いに相対的に回転するとき、ボールがその中を連続的に再循環することができる循環ボール経路をスクリュー周りに形成するように相補的に構成されているスクリュー（４４）と、ボール経路中の複数のボール（７３）と、スクリューと共に移動するようにスクリューに連結されたロッドとを概略備え、それによって、ナットとスクリューが相対的に回転すると、スクリュー及びロッドがフレームに対して軸方向に移動する改良型電気機械式アクチュエータ（２１）であって、さらに、転流、及び回転ナット（４３）の角度位置検知のための回転フィードバック装置（８０）を備える改良型電気機械式アクチュエータ（２１）を提供する。

好ましい実施例では、ボール経路はボールで実質的に一杯である。スクリュー及びロッドは、フレームに対して軸方向移動しか行えないようにすることができる。ナットは、フレームに対して回転運動しか行えないようにすることができる。ここでもやはり、ナットは筒状部材でもよい。ナット及びスクリューのボール溝の一部は螺旋状であり得る。第１の緩衝部が、スクリューの行程の一方の端でスクリューとナットとの間で機能するように配置され得る。第２の緩衝部が、スクリューの行程の他方の端でスクリューとフレームとの間で機能するように配置され得る。フレームは、電力不具合の場合にスクリューをフレームに対して手動で回転させることができる、アーレン・レンチ又はキーなどの工具を通過させるアクセス開口を備えることができる。

したがって、本発明の全般的な目的は、改良型逆移送システム・ボールスクリューを提供することである。

別の目的は、逆移送システム・ボールスクリューを使用した改良型電気機械式アクチュエータを提供することである。

これら及びその他の目的及び利点は、上記及び以下の明細書書類、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

最初に、複数の図面を通し一貫して、同じ参照番号は、同じ構造要素、部分、又は面を同定するものであると明確に理解されたい。又、そのような要素、部分、又は面は、この詳細な説明がその一部分をなす明細書書類の全体によってさらに記述又は説明され得る。他に指示されない限り、図面は本明細書と共に読み取られる（例えば、クロスハッチング、部品の配列、比率、角度など）ものとし、この発明の説明書類全体の一部と見なされる。以下の説明に用いられる用語「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、及び「下」、並びにそれらから派生する形容詞及び副詞（例えば「水平に」、「右方に」、「上方に」など）は、個々の図面が読者に面しているときの図示された構造の向きを単純に意味する。同様に、用語「内側に」、「外側に」は、一般に、適宜その長手方向軸又は回転軸に対する面の向きを意味する。

ここで図面、より詳細にはその図１〜５を参照すると、本発明は、改良型逆移送システム・ボールスクリューを広く提供し、現時点で好ましいその実施例が全体を２０で示されており、全体を２１で示される改良型アクチュエータが、改良型逆移送システム・ボールスクリューを組み込んでいる。

図１では、アクチュエータ２１が、纏めて２２で示されるフレームと、その左端から外向きに延び、フレームに対して水平往復運動をするように配置されたロッド２３とを有する水平方向に長い全体的に長方形のパッケージとして示されている。フレームは、左端部キャップ２４及び右端部キャップ２５を有するところが図示され、フレームの４つの長手方向角部に隣接して配置されたそれぞれ２６で示される４本のタイロッドによって一体に保持されている。これらタイロッドは、２つの端部キャップ２４、２５を中間軸受カバー２７、中間矩形壁部分２８、及び右側ハウジング又は回転フィードバック装置２９に対して締め付ける。３０及び３１で示される１対の電気コネクタが、それぞれフレーム上に取り付けられている。これらコネクタは、本明細書に記載されるように、コイル及びレゾルバへ、且つ／又はコイル及びレゾルバから電気信号を授受する適切な手段又は機構を提供する。

図５に示されるように、左端部キャップ２４は、環状の垂直左端面３２及び環状の垂直右端面３３を有する、水平方向に長い特別に構成された部材である。左端部キャップは、中間部分３５より遠くへ引き出された中央部分３４を有し、さらに、中間部３５は外側フランジ部分３６から引き出されていることが分かる。したがって、左端部キャップは、フランジから左方に延在する直列に連結された２つのカップ形部分を有することが分かる。３８で示される複合材円筒軸受は、中央部分３４内に作動可能に配置され、ロッド２３の中間部分を取り巻いている。この軸受は、Ｆｕｒｏｎ社（３８６ Ｍｅｔａｃｏｍ Ａｖｅｎｕｅ、Ｂｒｉｓｔｏｌ、Ｒｈｏｄｅ Ｉｓｌａｎｄ ０２８０９）から入手可能な複合材料Ｒｕｌｏｎ ＣＪＥ製でもよい。

ステップ・シール３９及びスクラッパ４０が、それらの間を通過するロッドの貫通部分を係合するように左端部キャップ部分３４内に作動可能に凹設される。

軸方向に積み重ねられた左側軸受４１Ａ、４１Ｂが、逆移送システム・ボールスクリューを取り巻く。より詳細には、これら２つの軸受は、それらの内輪４２が、スクリュー４４を取り巻くナット４３に係合するように作動可能に配置され、それらの外輪４５が、軸受カバー２７の内側に向いている円筒面４６に係合するように配置されている。図６に最も良く示されるように、軸受カバー２７は、水平方向に長い特別に構成された部材であり、環状垂直左端面４８と、環状垂直右端面４９と、右端面４９の内縁から左方に延びる内側に向いた水平円筒面５０と、軸受の外輪を押さえ付けるように配置された左向きの環状垂直面５１と、内側に向いた水平円筒面４６と、左端部キャップの右向きの環状垂直面５３を押さえるように配置された左向きの環状垂直面５２と、そこから左方に延びて左端面４８の内縁に繋がる内側に向いた水平円筒面５４とを有する。

フレーム部２８は、複数の長手溝をその外面に有する矩形筒の形として示されている。部材２８の左端面は、軸受カバーにその右端面から入っている角部切欠きに受け入れられる。

次いで図５を参照すると、複数のコイル５５が、対応する複数のボビン５６の回りに巻かれ、逆移送システム・ボールスクリュー２０を取り巻くように部材２８の内面に取り付けられている。

図７に最も良く示されるように、逆移送システム・ボールスクリューは、それぞれ５９（図５）で示される複数のマグネットを受け入れ保持するそれぞれ５８で示される円周方向に離隔配置された複数の溝を有するナット４３を備える。ナットは、環状垂直左端面６０、環状垂直右端面６１、及び外側に向いた水平円筒面６２を有するところが示されている。長手溝５８は、ナット４３に表面６２から入っている。ナットは、軸受４１Ａ、４１Ｂの内輪を受け止めるように配置された左向きの環状垂直面６３を有するところが示されている。図５に最も良く示されるように、セルフロック・ナット６４が、ナットの外側にねじを切った部分６５にねじ込まれ、重ねられた軸受の内輪の左端面を押さえ付けている。したがって、ナット６４は、軸受の内輪を押さえ付けるために選択的に締め上げることができる。前述のように、軸受内輪の右端面は、ナット面６３を押さえ付けている。

図９に最も良く示されているように、全体を６６で示すフィードバック・シャフトが、ナットの左末端に締金具によって取り付けられるようになされている。このフィードバック・シャフトは、水平方向に長い特別に構成された部材として示されており、ここでの関連では、環状垂直左端面６８、及び環状垂直右端面６９を有する。穴７０が、フィードバック・シャフトにその右端面６９から開けられている。この穴は、アーレン・キー（図示せず）を受け入れるようになされた内六角ねじを備える。これにより、電力不具合の場合にナットを手動で回転させるのに、アーレン・キーを使用することができる。フィードバック・シャフト６６は、軸受７１によって本体部分２９に回転可能に支承されているところが示されている。

次に図８を参照すると、逆移送システム・ボールスクリュー２０が、ナット４３、スクリュー４４、及びナットを貫通しスクリューに係合するロッド２３を有するところを概略的に示している。ナット及びスクリューそれぞれが、ボール溝７４、７２をそれぞれ有するところが示されている。これらボール溝は、その一部が該当する構造中に螺旋状に巻かれたところが示されているが、スクリューの周りに循環ボール経路を形成するように相補的に構成されており、ボールとスクリューを互いに相対的に回転させるとき、そのボール経路中をボールが連続的に再循環する。このボール経路は、その１つが７３で示されているボールで実質的に一杯になっており、ボールはスクリュー周りを再循環する。好ましい実施例では、ロッド及びスクリューは、フレームに対して回転ではなく軸方向運動をするように取り付けられ、ナットはスクリュー周りに回転するようにフレームに取り付けられている。したがって、適切な電流をコイルに流して、ナットをスクリュー周りに回転させることができる。これにより、スクリュー及びロッドがフレームに対して軸方向に移動する。

装置は又、回転位置フィードバック装置８０を有し、その装置は、図５に示されるように、フィードバック・ハウジング内部に取り付けられている。回転フィードバック装置（８０）は、位置のフィードバック及び転流のために、回転しているナット（４３）の角度位置を検知するように構成されている。

右端部キャップ２５が、取り外し可能なプラグ７５によって塞がれている軸方向孔７７を有するところが示されている。使用中、プラグ７５は、穴７７を通ってレゾルバ軸中の六角穴７０へ接近するために取り外すことができる。

緩衝止具７６が、スクリューの左端面に取り付けられ、ロッドの一部を取り巻いている。この緩衝止具は、スクリューと共に移動するように配置され、スクリューが、その行程の左方端で穏やかな減速運動をするように配置されている。同様に、スクリューをその行程の右端で柔らかく受け止め減速するために、平ワッシャに多少似ている反対側の緩衝止具７８が、レゾルバ・ナットの左端面に取り付けられている。

したがって、本発明は、円筒形内面を有し、そのような内面からナットに入っているボール溝を有するナットと、ナットに対して回転運動及び軸方向移動ができるようにナット内に配置されたスクリューであって、スクリューが、ナットの内面に対面するように配置された円筒形外面、及び、そのような外面からスクリューに入っているボール溝を有し、ナット及びスクリューのボール溝は、ナットとスクリューが互いに相対的に回転するとき、ボールがその中を連続的に再循環することができる循環ボール経路をスクリュー周りに形成するように相補的に構成されているスクリューと、ボール経路中の複数のボールと、スクリューと共に移動するようにスクリューに連結されたロッドとを備え、その結果、ナットとスクリューが相対的に回転することによって、スクリュー及びロッドがナットに対して軸方向に移動できるようになっている、改良型逆移送システム・ボールスクリューを広く提供する。

同時に、本発明は又、フレームと、フレームに回転可能に取り付けられたナットであって、円筒形内面、及びそのような内面からナットに入っているボール溝を有するナットと、ナットに取り付けられた少なくとも１つのマグネットと、フレームに取り付けられた少なくとも１つのコイルであって、ナットをフレーム内で回転させるために電流が選択的に供給されるようになされたコイルと、ナットに対して回転運動及び軸方向移動ができるようにナット内に配置されたスクリューであって、スクリューが、ナットの内面に対面するように配置された円筒形外面、及び、スクリューにその外面から入っているボール溝を有し、ナット及びスクリューのボール溝は、ナットとスクリューが互いに相対的に回転するとき、ボールがその中を連続的に再循環することができる循環ボール経路をスクリュー周りに形成するように相補的に構成されているスクリューと、ボール経路中の複数のボールと、スクリューと共に移動するようにスクリューに連結されたロッドとを概略備え、それによって、ナットとスクリューが相対的に回転すると、スクリュー及びロッドがフレームに対して軸方向に移動する、改良型電気機械式アクチュエータを提供する。

変更例
本発明には、多くの変更及び修正が加えることができると考えられる。例えば、様々な部分及び部品の形状及び構成は、所望の通りに容易に変更又は変化させることができる。構造材料は、特に難しい問題があるとは考えられず、多様性をもたせることができる。装置は、１つ又は複数のコイル、及びナットに取り付けられた１つ又は複数のマグネットを有することができる。同様に、装置は、図示されているタイロッド以外の手段によって一体に保持することもできる。

したがって、改良型逆移送システム・ボールスクリューの現時点で好ましい形、及びそれを有するアクチュエータが示され記述され、その幾つかの修正例が説明されてきたが、添付特許請求の範囲によって定義され識別される本発明の精神から逸脱することなく、様々な追加の変更及び修正を加えることができることが、当業者には容易に理解されよう。

改良型逆移送システム・ボールスクリューを使用している改良型電気機械式アクチュエータの斜視図である。 図１に示されたアクチュエータの側面図である。 図２に示されたアクチュエータの左端面図である。 右端部キャップを取り除いた右端面を示す、ほぼ図２の線４−４に沿った、アクチュエータの部分垂直横断面図である。 ほぼ図２の線５−５に沿った、改良型アクチュエータの長手方向水平拡大部分断面図である。 図５に示された軸受カバーの長手方向水平縮小断面図である。 ナットの上面図を示す、逆移送システム・ボールスクリューの縮小詳細図である。 逆移送システム・ボールスクリューの概略長手方向断面図である。 ほぼ図５の線９−９に沿った、レゾルバ軸の長手方向縮小断面図である。

Claims (17)

1. 円筒形内面を有し、前記内面からナットに入っているボール溝を有するナットと、
   前記ナットに対して回転運動及び軸方向移動ができるように前記ナット内に配置されたスクリューであって、前記スクリューが、前記ナットの内面に対面するように配置された円筒形外面、及び、前記外面から前記スクリューに入っているボール溝を有し、前記ナット及びスクリューのボール溝は、前記ナットとスクリューが互いに相対的に回転するとき、ボールがその中を連続的に再循環する循環ボール経路を前記スクリュー周りに形成するように相補的に構成されているスクリューと、
   前記ボール経路中の複数のボールと、
   前記スクリューと共に移動するように前記スクリューに連結されたロッドと
   を備え、
   それによって、前記ナットとスクリューが相対的に回転すると、前記スクリュー及びロッドが前記ナットに対して軸方向に移動する逆移送システム・ボールスクリュー。
2. 前記ボール経路が、前記ボールで実質的に一杯になっている、請求項１に記載の逆移送システム・ボールスクリュー。
3. 前記スクリュー及びロッドは軸方向移動のみが行える、請求項１に記載の逆移送システム・ボールスクリュー。
4. 前記ナットは回転運動のみが行える、請求項３に記載の逆移送システム・ボールスクリュー。
5. 前記ナットが筒状の部材である、請求項１に記載の逆移送システム・ボールスクリュー。
6. 前記ナットの前記ボール溝の一部が螺旋状である、請求項１に記載の逆移送システム・ボールスクリュー。
7. 前記スクリューの前記ボール溝の一部が螺旋状である、請求項１に記載の逆移送システム・ボールスクリュー。
8. フレームと、
   前記フレームに回転可能に取り付けられたナットであって、円筒形内面を有し、前記内面からナットに入っているボール溝を有するナットと、
   前記ナットに取り付けられた少なくとも１つのマグネットと、
   前記フレームに取り付けられた少なくとも１つのコイルであって、前記ナットを前記フレーム内で回転させるために電流が供給されるようになされたコイルと、
   前記ナットに対して回転運動及び軸方向移動ができるように前記ナット内に配置されたスクリューであって、前記スクリューが、前記ナットの内面に対面するように配置された円筒形外面、及び、前記外面から前記スクリューに入っているボール溝を有し、前記ナット及びスクリューのボール溝は、前記ナットとスクリューが互いに相対的に回転するとき、ボールがその中を連続的に再循環する循環ボール経路を前記スクリュー周りに形成するように相補的に構成されているスクリューと、
   前記ボール経路中の複数のボールと、
   前記スクリューと共に移動するように前記スクリューに連結されたロッドと
   を備え、
   それによって、前記ナットとスクリューが相対的に回転すると、前記スクリュー及びロッドが前記フレームに対して軸方向に移動する電気機械式アクチュエータ。
9. 前記ボール経路が前記ボールで実質的に一杯になっている、請求項８に記載の電気機械式アクチュエータ。
10. 前記スクリュー及びロッドは、前記フレームに対して軸方向移動のみが行える、請求項８に記載の電気機械式アクチュエータ。
11. 前記ナットは、前記フレームに対して回転運動のみが行える、請求項８に記載の電気機械式アクチュエータ。
12. 前記ナットが筒状の部材である、請求項８に記載の電気機械式アクチュエータ。
13. 前記ナットの前記ボール溝の一部が螺旋状である、請求項８に記載の電気機械式アクチュエータ。
14. 前記スクリューの前記ボール溝の一部が螺旋状である、請求項８に記載の電気機械式アクチュエータ。
15. 前記スクリューの行程の一方の端で前記スクリューとナットとの間で機能するように配置された第１の緩衝部をさらに備える、請求項８に記載の電気機械式アクチュエータ。
16. 前記スクリューの行程の他方の端で前記スクリューとフレームとの間で機能するように配置された第２の緩衝部をさらに備える、請求項１５に記載の電気機械式アクチュエータ。
17. 前記フレームが、前記スクリューを前記フレームに対して手動で回転させることができる工具を通過させるアクセス開口を備える、請求項８に記載の電気機械式アクチュエータ。

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