JP2016096626A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】
送り機構と別途にブレーキ機構を設けることなく、外力に対して軸部材を一定位置に保持し続けることができると共に、モータが使用できない場合であっても簡便な操作で軸部材を任意に移動させることができ、軽量化、小型化を達成することが可能なリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】
モータ２によって回転が与えられるウォーム３と、前記ウォーム３と噛み合うラック歯４０が長手方向に沿って配列されると共に長手方向に沿って転動体の転走面４１ａが形成された軸部材４と、前記軸部材４の転走面４１ａを転走する多数の転動体を介して当該軸部材４に組みつけられた案内部材４２と、前記ウォーム３を回転自在に保持すると共に前記案内部材４２が固定される支持部材と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力信号に応じたモータの回転運動を軸部材の並進運動に変換して出力するリニアアクチュエータに関する。

従来、この種のリニアアクチュエータとしては、特開２０１１−１４２８０２に開示されるものが知られている。このリニアアクチュエータでは、モータの回転運動を回転軸に伝達すると共に、それによって前記回転軸の一端に固定された送りねじ機構のナット部材を回転させ、ナット部材に螺合する軸部材を当該ナット部材の回転に伴って軸方向へ進退させている。

また、前記軸部材に作用する外力によって当該軸部材が軸方向へ移動してしまうのを防止するため、前記回転軸の他端には電磁ブレーキが設けられている。この電磁ブレーキは、前記回転軸とこれに固定されたナット部材の回転を制動し、モータの非通電時においても前記軸部材を一定の位置に保持する機能を発揮する。

特開２０１１−１４２８０２

しかし、電磁ブレーキ等のブレーキ機構を送りねじ機構に対して別途設けると、リニアアクチュエータそのものの重量が増加するといった課題がある。この種のリニアアクチュエータは、例えば航空機用座席の電動リクライニング機構に利用されることもあり、航空機内での大量使用を想定すると、軽量化の要請が大きい。

また、この種のリニアアクチュエータを航空機用座席に使用するには、何らかの理由でモータの起動が不可能になったとしても、手動で座席位置を調整できなくてはならず、前記軸部材を外力によって動かすことが必要とされる場合もある。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、送り機構と別途にブレーキ機構を設けることなく、外力に対して軸部材を一定位置に保持し続けることができ、軽量化、小型化を達成することが可能な可リニアアクチュエータを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、モータが使用できない場合であっても簡便な操作で軸部材を手動で任意の位置に移動させることが可能なリニアアクチュエータを提供することにある。

すなわち、本発明のリニアアクチュエータは、モータによって回転が与えられるウォームと、前記ウォームと噛み合うラック歯が長手方向に沿って配列されると共に長手方向に沿って転動体の転走面が形成された軸部材と、前記軸部材の転走面を転走する多数の転動体を介して当該軸部材に組みつけられた案内部材と、前記ウォームを回転自在に保持すると共に前記案内部材が固定される支持部材と、を備えている。

前記軸部材のラック歯と前記ウォームが噛み合った状態で当該ウォームを回転させると、かかるウォームの回転量に応じて前記軸部材が長手方向に進退することになり、モータの回転運動を前記軸部材の並進運動に変換して出力することができる。また、ウォームの特性から、モータによってウォームを回転駆動しない限り、前記軸部材が長手方向へ移動することはなく、電磁ブレーキ等のブレーキ機構を別途設けることなく、軸部材を一定の停止位置に保持し続けることができる。従って、軸部材の停止位置の保持機能を備えたリニアアクチュエータの小型化、軽量化を図ることが可能となる。

一方、前記ウォームは前記ラック歯に対して前記軸部材の移動方向と直交する方向から噛み合っているので、前記ウォームを回転自在に保持する支持部材の構造を工夫することにより、当該ウォームと前記ラック歯との噛み合い状態を容易に解除することが可能となる。すなわち、本発明によれば、モータの故障や停電を理由として前記ウォームを回転させられない場合であっても、前記軸部材の自由な並進運動を行うことが可能なリニアアクチュエータを簡便に製作することが可能となる。

本発明を適用したリニアアクチュエータの実施形態の一例を示すものであり、当該リニアアクチュエータを正面側から観察した斜視図である。 図１示すリニアアクチュエータにおける重要な構成要素のみを示したものであり、当該アクチュエータを背面側から観察した斜視図である。 図１に示すリニアアクチュエータを背面側から観察した斜視図である。 図１に示すリニアアクチュエータをロック部材の係止位置で切断した側面断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を適用したリニアアクチュエータの実施形態を説明する。

図１は本発明を適用したリニアアクチュエータ（以下、「アクチュエータ」という）の実施形態の一つを示すものであり、当該アクチュエータを正面側から観察した斜視図である。このアクチュエータ１では、モータ２の回転をウォーム３に伝達し、かかるウォーム３を回転させることで、当該ウォーム３と噛み合った軸部材４が前記モータ２の回転量に応じた距離だけ長手方向へ並進運動する。尚、図１は前記ウォーム３の存在を示すため、当該ウォーム３と前記軸部材４が噛み合っておらず、離間した状態を示している。

図２は、このアクチュエータにおける前記軸部材４の動きを実現するために重要な構成要素のみを示したものであり、前記アクチュエータを背面側から観察した斜視図である。この斜視図では前記ウォーム３と前記軸部材４とが噛み合った状態を表している。ウォーム３には台形ねじが螺旋状に形成される一方、前記軸部材４には当該ウォーム３と噛み合うラック歯４０が長手方向に沿って配列されている。前記ラック歯４０はウォーム３を雄ねじとした場合に当該ウォーム３に螺合する雌ねじの一部を取り出したものであり、そのために前記ラック歯４０の歯先は凹曲面状に形成されている。

前記軸部材４には前記ラック歯４０と反対側の面に軌道レール４１が固定されている。この軌道レール４１は長手方向に沿って転動体としてのボールの転走面４１ａを備えている。また、前記軌道レール４１には直線案内装置の案内部材４２が組み付けられており、かかる案内部材４２は図１に示す第一支持部材６に固定されている。前記案内部材４２は前記転走面４１ａを転走する多数のボールを介して前記軌道レール４１に組み付けられており、前記軌道レール４１の移動を支承する。更に、前記案内部材４２はボールの無限循環路を有しており、前記軌道レール４１は当該案内部材４２に対して長手方向の一端から他端まで移動することが可能である。これら軌道レール４１及び案内部材４２としては市販の直線案内装置（例えばＴＨＫ株式会社製／LMガイド）を利用することが可能である。尚、この実施形態では転走面４１ａを有する軌道レール４１が軸部材４に対してボルトで固定されているが、軸部材４と軌道レール４１を一体に成形し、当該軸部材４に対して転走面４１ａを直接形成するようにしても良い。

前記ウォーム３は支持部材Ｆによって回転自在に保持される一方、かかる支持部材Ｆには減速機５が固定され、前記モータ２は減速機５を介して前記支持部材Ｆに固定されている。また、前記支持部材Ｆには前記案内部材４２も固定されており、前記軸部材４は当該支持部材Ｆに対して長手方向へ移動自在である。

前記ウォーム３はモータ２によって回転駆動される。モータ２の回転は減速機５を介して駆動軸５０に伝達され、前記ウォーム３は回り止めのキー（図示せず）を伴って前記駆動軸５０に嵌合している。従って、モータ２を回転駆動すると、当該モータ２の回転量に応じた回転が減速機５を介してウォーム３に与えられ、かかるウォーム３と噛み合った前記軸部材４が前記支持部材Ｆに対して長手方向へ並進運動を行う。

図３は前記アクチュエータ１を背面側から観察した斜視図であり、前記ウォーム３と軸部材４のラック歯４０が噛み合った状態を示している。この実施形態では前記支持部材Ｆが第一支持部材６及び第二支持部材７から構成されている。図１及び図３から把握できるように、前記軸部材４はチャネル状に形成された第一支持部材６に囲まれている。この第一支持部材６は、前記移動ブロック４２が固定された基底部６０と、この基底部６０の両端に位置する一対の取付け側壁６１とを備えている。前記一対の取付け側壁６１の間は、前記移動ブロック４２によって案内される前記軸部材４の移動通路となっている。

図３に示すように、このアクチュエータ１の背面側に位置する取付け側壁６１にはヒンジ機構８を介して第二支持部材７が連結されている。前記第二支持部材７は半円筒状に形成されており、前記ウォーム３の保持部材及びカバー部材として機能している。図２と図３の対比から把握されるように、前記第二支持部材の長手方向の一端は減速機５のハウジングから突出した取付け部５１にねじ止めされる一方、他端は前記駆動軸５０の先端部を保持している。すなわち、前記駆動軸５０は減速機５から突出してウォーム３を貫通し、その先端部は軸受（図示せず）を介して前記第二支持部材７に保持されている。尚、図３中の符号５２は前記駆動軸５０の先端が第二支持部材７から抜け出すのを防止するロックナットである。

前記第一支持部材６の取付け側壁６１と前記第二支持部材７は連結用ヒンジピン８０を中心としてその周囲に揺動自在に連結されており、当該第一支持部材６に対して第二支持部材７を開閉し、第二支持部材７の設定位置を任意に変更することが可能となっている。図１に示す位置、すなわち前記ウォーム３が前記軸部材４と離間した位置が前記第二支持部材７の退避位置であり、図３に示す位置、すなわち、前記ウォーム３が前記軸部材４と噛み合った位置が前記第二支持部材７の動作位置である。前記第二支持部材は減速機５のハウジングに固定され、しかも前記ウォーム３を貫通した駆動軸５０の先端を保持しているので、前記第二支持部材７の設定位置を変更すると、モータ２、減速機５及びウォーム３も第二支持部材７と共に動くことになる。

前記連結用ヒンジピン８０の周囲にはコイルスプリング８１が嵌合しており、前記第二支持部材７は当該コイルバネの弾性力によって退避位置から動作位置に向けて常に付勢されている。従って、前記ウォームは前記コイルスプリング８１の弾性力によって前記軸部材４のラック歯に押し付けられ、ウォームとラック歯が噛み合っている。また、前記コイルスプリング８１の弾性力に抗して第二支持部材７を動作位置から退避位置に移動させると、前記ウォームを軸部材から離間させることができる。

一方、図１に示すように、前記第二支持部材７の正面側の端部にはロック部材９が取り付けられている。このロック部材９はヒンジ機構９０を介して前記第二支持部材７に対して揺動自在に設けられている。前記第一支持部材６の取付け用側壁６１には係止孔６２が設けられており、前記ロック部材９に設けられた掛け金を前記係止孔６２に嵌合させると、前記第二支持部材７が動作位置に設定された状態で第一支持部材６に対して固定される。すなわち、前記ロック部材９は前記ウォーム３と前記軸部材４のラック歯４０との噛み合い状態を維持する機能を発揮する。

図４は前記第二支持部材７を動作位置において固定した状態を示す断面図である。但し、前記モータ２は断面図とせず、簡略化のために外形線のみを描いてある。この図４に示すように、前記ロック部材９は固定用ヒンジピン９１を介して前記第二支持部材７に連結されている。また、前記固定用ヒンジピン９１にはコイルスプリング９２が嵌合しており、かかるコイルスプリング９２は前記ロック部材９を前記第一支持部材６の取付け側壁６１に向けて付勢している。これにより、前記第二支持部材７を動作位置に設定すると、前記ロック部材９から突出する掛け金９３が第一支持部材６の取付け用側壁６１に設けられた係止孔６２に引っ掛かる。

このアクチュエータ１では、前記ウォーム３と前記軸部材４のラック歯４０とが噛み合った状態で当該ウォーム３を回転させると、前記軸部材４に対してその長手方向に沿った推進力が作用し、当該軸部材４が並進運動を行う。このため、前記軸部材４に並進運動を与えた反力として、前記ウォーム３には軸方向の荷重が作用し、このウォーム３を保持する前記第二支持部材７にも当該軸方向荷重が作用することになる。この軸方向荷重によって前記第二支持部材７が変形するのを防止するため、図１に示すように、前記第一支持部材６の正面側の取付け用側壁６１には切欠き部６３が設けられており、前記第二支持部材７を図４に示す動作位置に設定すると、かかる第二支持部材７に設けられた突起部（図示せず）が前記切欠き部６３に嵌合する。これにより、前記第二支持部材を軸方向荷重に抗して前記第一支持部材に確実に固定することが可能となる。

前記軸部材４の先端には連結孔４３を備えたブラケット４４が固定されている。このブラケット４４にはアクチュエータ１によって並進運動を与える制御対象物が固定される。一方、前記第一支持部材６の各取付け用側壁６１には当該アクチュエータ１を構造物に固定するための取付け孔４４が設けられている。このアクチュエータ１を正面側から観察した場合、前記取付け用側壁６１に設けられた取付け孔６４は前記ラック歯と重なる位置に存在し、また、前記ブラケット４４に設けられた連結孔４３は前記軸部材４のラック歯４０の配列方向の延長線上に存在している。このため、前記ウォーム３とラック歯４０との噛み合い位置、すなわち前記軸部材４を長手方向へ進退させるための力点と、当該アクチュエータ１から構造物及び制御対象物に力が加えられる作用点とが、略一直線状に並ぶことになり、ウォーム３の回転駆動の際に当該アクチュエータ１に対して回転モーメントが発生するのを防止することができる。

以上のように構成された本実施形態のアクチュエータでは、前記第二支持部材７が動作位置（図３及び図４に示す位置）に設定されている状態で、モータを駆動して前記ウォームを回転させると、かかるウォームと軸部材のラック歯が噛み合っていることから、前記軸部材が長手方向へ並進運動を行う。このときの軸部材の移動距離はモータの回転量に応じたものとなる。

また、前記ウォーム３の有するセルフロックの特性から、前記ブラケット４４に固定された制御対象物から前記軸部材４に対して長手方向の外力が加えられても、前記ウォーム３が自ら回転してしまうことはなく、そのような外力に抗して前記軸部材を一定位置に保持することが可能である。すなわち、モータ２に通電していない状態、すなわちモータ２が回転トルクを発生していない状態では、前記軸部材４が長手方向へ勝手に移動してしまうことはなく、電磁ブレーキ等のブレーキ機構を別途設けることなく、前記ウォーム３とラック歯４０の組合せのみで軸部材を一定の停止位置に保持し続けることができる。

更に、このアクチュエータ１では、前記ロック部材９を操作して第一支持部材６に対する第二支持部材７の固定状態を解除すると、前記ウォーム３を前記軸部材４のラック歯４０から離間させることができ、当該ウォーム３による軸部材４の拘束が解除されて、前記軸部材４を手動によって自由に移動させることが可能となる。すなわち、このアクチュエータ１では停電やモータの故障といった要因によって前記ウォーム３を回転させることができなくなった場合であっても、前記ロック部材９を操作することで前記軸部材４を任意の位置に進退させることができる。

従って、この実施形態のアクチュエータ１は、前記軸部材４を一定位置に保持するためのブレーキ機構を前記ウォーム３とラック歯４０からなる送りねじ機構によって実現し、且つ、モータ２によって前記ウォーム３を回転させることができない非常時にあっても、前記ウォームと前記軸部材の噛み合いを解除することによって、前記軸部材４を手動で操作することが可能であり、しかもそのようなアクチュエータ１の小型化、軽量化を達成することが可能である。

また、前記第二支持部材は半円筒状に形成されて、当該第二支持部材に保持されたウォームが前記軸部材のラック歯と噛み合った状態、すなわち第二支持部材が動作位置に設定された状態では、前記ウォームのカバー部材として機能するので、かかるウォームに塵芥が付着したり、あるいは周辺物がウォームの回転に巻き込まれるのを防止することが可能となる。

尚、以上説明してきた実施形態では前記ウォーム３に形成される雄ねじを台形ねじとしたが、ウォーム３によるセルフロック機能が発揮されるものであれば、他のねじ形状であっても差し支えない。

１…リニアアクチュエータ、２…モータ、３…ウォーム、４…軸部材、４１ａ…転走面、４２…案内部材、５…減速機、６…第一支持部材、７…第二支持部材、８…ヒンジ機構、９…ロック部材、４０…ラック歯、８０…連結用ヒンジピン、

Claims (5)

1. モータによって回転が与えられるウォームと、
   前記ウォームと噛み合うラック歯が長手方向に沿って配列されると共に長手方向に沿って転動体の転走面が形成された軸部材と、
   前記軸部材の転走面を転走する多数の転動体を介して当該軸部材に組みつけられた案内部材と、
   前記ウォームを回転自在に保持すると共に前記案内部材が固定される支持部材と、
   を備えたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記軸部材のラック歯は雌ねじの一部として形成されていることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
3. 前記支持部材は、
   前記案内部材が固定される第一支持部材と、
   前記ウォームを回転自在に保持すると共にヒンジピンを介して前記第一支持部材と連結されて、前記ウォームと前記軸部材のラック歯を噛み合わせる方向へ揺動自在な第二支持部材と、を備え、更に、
   前記第一支持部材に対して第二支持部材を固定して前記ウォームと前記軸部材のラック歯との噛み合い状態を維持するロック部材と、を備えたことを特徴とする請求項２記載のリニアアクチュエータ。
4. 前記第二支持部材は前記ヒンジピンの周囲に設けられたコイルスプリングによって前記ウォームと前記軸部材のラック歯とが噛み合う方向へ付勢されていることを特徴とする請求項３記載のリニアアクチュエータ。
5. 前記第二支持部材は半円筒状に形成され、前記軸部材のラック歯と噛み合った前記ウォームに被さることを特徴とする請求項４記載のリニアアクチュエータ。
   

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