JP2017133606A - 電動リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの出力軸の回転運動を直線運動に変換して出力する電動リニアアクチュエータの小型コンパクト化を図ることである。
【解決手段】電動モータ１０の出力軸１１と同軸上にガイド筒２１を設け、そのガイド筒２１内にスライド筒２２を組込み、そのスライド筒２２内に駆動筒２３を組み込む。ガイド筒２１とスライド筒２２の相互間に、スライド筒２２を回り止めする状態で軸方向に移動自在に支持するガイド機構２４を設ける。電動モータ１０の出力軸１１の回転を駆動筒２３に伝達して駆動筒２３を回転し、駆動筒２３の回転をカム機構２８によりスライド筒２２の直線運動に変換してスライド筒２２を軸方向に移動させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車のトランスミッションやパーキングブレーキあるいは産業用ロボット等の駆動部に使用される電動リニアアクチュエータに関する。

電動モータの出力軸の回転を直線運動に変換して被駆動部材を直動させる電動リニアアクチュエータとして特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この電動リニアアクチュエータにおいては、電動モータの出力軸の回転をギヤ減速機構を介してボールねじを形成するナットに伝達し、そのナットにボールを介してねじ係合するねじ軸を軸方向に移動させるようにしている。

特開２０１３−１０４４５６号公報

ところで、特許文献１に記載された電動リニアアクチュエータのように、ボールねじを採用する電動リニアアクチュエータにおいては、ねじ軸の回転抵抗が小さいため、ねじ軸を円滑に軸方向に移動させることができるという特徴を有するが、ボールが転動するねじ溝を外周に有するねじ軸やねじ溝を内周に有するナットに精度の高い加工が要求されるため、加工に時間を要し、ボールねじそのものがコストの高い部品である。このため、電動リニアアクチュエータ自体も高価なものとなり、そのコストを低減する上において改善すべき点が残されている。

また、電動モータの出力軸の回転をギヤ減速機構を介してナットに伝達するため、ギヤ減速機構やボールねじが組み込まれるハウジングとして、軸方向に２分割された形状の複雑な大きな分割ハウジングを必要とする。このため、電動リニアアクチュエータが大型化して各種装置への組付けに大きなスペースを確保する必要が生じ、小型、コンパクト化を図る上においても改善すべき点が残されている。

この発明の課題は、電動モータの出力軸の回転運動を直線運動に変換して出力する電動リニアアクチュエータの小型コンパクト化を図ることである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、電動モータと、その電動モータの出力軸の回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換機構からなる電動リニアアクチュエータにおいて、前記運動変換機構が、電動モータと同軸上に配置されて、その電動モータに結合されたガイド筒と、そのガイド筒内に組み込まれたスライド筒と、前記電動モータの出力軸の回転が伝達されて前記スライド筒内で回転する駆動筒とを有し、前記ガイド筒とスライド筒の相互間に、スライド筒を回り止めする状態で軸方向に移動自在に支持するガイド機構を設け、前記スライド筒と駆動筒の相互間に、駆動筒の回転をスライド筒の直線運動に変換するカム機構を設けた構成を採用したのである。

上記の構成からなる電動リニアアクチュエータにおいて、電動モータを駆動して出力軸を回転させると、その出力軸と共に駆動筒が回転する。このとき、駆動筒と、その外側に設けられたスライド筒の相互間には、駆動筒の回転をスライド筒の直線運動に変換するカム機構が設けられ、また、スライド筒は、その外側に設けられたガイド筒によって回り止めされる状態で軸方向に移動自在に支持されているため、駆動筒の回転によりスライド筒が軸方向に直線運動し、そのスライド筒によって被駆動部材を直線駆動することができる。

ここで、電動モータの出力軸とスライド筒の間に、出力軸の回転を減速してスライド筒に伝達する遊星歯車機構を組み込んでおくのが好ましい。遊星歯車機構を組み込む構成を採用すると、スライド筒に大きな軸力を付与することができる。

この発明に係る電動リニアアクチュエータにおいて、スライド筒を回り止めする状態で軸方向に移動自在に支持するガイド機構として、上記ガイド筒の内径面と上記スライド筒の外径面における一方に形成された軸方向溝と、他方に設けられて上記軸方向溝にスライド自在に挿入されたガイドピンとからなるものを採用することができる。

また、駆動筒の回転をスライド筒の直線運動に変換するカム機構として、スライド筒と駆動筒のいずれか一方に形成された傾斜カム溝と、他方に設けられて上記傾斜カム溝内に挿入されたカムピンとからなるものを採用することができる。

上記カム機構の採用において、カムピンの外側に上記傾斜カム溝の内面との接触によってカムピンを中心に回転するローラを設けておくのが好ましい。カムピンによってローラを回転自在に支持することにより、傾斜カム溝に沿ってのカムピンの移動抵抗の低減を図り、スライド筒を円滑に直線運動させることができる。

上記ローラとして、複数のニードルローラを保持器で保持した保持器付ニードルローラを採用すると、傾斜カム溝に対する接触面積が小さくなってカムピンの移動抵抗の更なる低減化を図ることができ、スライド筒をより円滑に直線運動させることができる。

この発明においては、上記のように、電動モータの出力軸と同軸上にガイド筒を設け、そのガイド筒内にスライド筒を組み込んで回り止めし、かつ、軸方向に移動自在に支持し、そのスライド筒内に電動モータの出力軸の回転が伝達される駆動筒を組込み、その駆動筒の回転をカム機構によりスライド筒の直線運動に変換して、スライド筒を軸方向に移動させるようにしたので、極めて小型のコンパクトな電動リニアアクチュエータを得ることができる。

この発明に係る電動リニアアクチュエータの実施の形態を示す縦断面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１に示す電動リニアアクチュエータの作動状態を示す縦断面図 ガイド筒、スライド筒および駆動筒を示す分解斜視図 図１に示すスライド筒の断面図 図５に示されるカムピンによってローラを支持したスライド筒の断面図 ローラとして保持器付ニードルローラを採用したスライド筒の断面図 この発明に係る電動リニアアクチュエータの他の実施の形態を示す縦断面図 図８のIX−IX線に沿った断面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、電動リニアアクチュエータは、電動モータ１０と、その電動モータ１０の出力軸１１の回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換機構２０とからなる。

電動モータ１０は、閉塞端板を一端部に有し、他端が開放する筒状のモータケース１２によって保護されている。

運動変換機構２０は、ガイド筒２１と、そのガイド筒２１の内側に組み込まれたスライド筒２２と、そのスライド筒２２の内側に組み込まれた駆動筒２３からなり、そのガイド筒２１、スライド筒２２および駆動筒２３は同軸上の配置とされている。

ガイド筒２１は、大径頭部２１ａを一方の端部に有し、その大径筒部２１ａが電動モータ１０のヘッド側端部に嵌合されて電動モータ１０の出力軸１１と同軸上の配置とされている。また、大径筒部２１ａはモータケース１２の開口端に当接されて、そのモータケース１２に結合されている。結合に際し、ここでは、その詳細が示されていないが、大径筒部２１ａに複数のボルト挿入孔を形成し、そのボルト挿入孔のそれぞれに挿入したボルトをモータケース１２の開口端部にねじ込んで締め付ける方法を採用している。

なお、図１では、ガイド筒２１に大径筒部２１ａを設けたが、大径筒部２１ａをガイド筒２１と別体とし、その別体の大径筒部２１ａをモータケース１２に取り付け、その大径筒部２１ａに円筒状のガイド筒２１を結合するようにしてもよい。

スライド筒２２は、円筒部２２ａの一端に端板２２ｂを設けた構成とされている。このスライド筒２２は、円筒部２２ａの開口端が電動モータ１０のヘッド側端部と対向するようにしてガイド筒２１内に組み込まれ、そのガイド筒２１とスライド筒２２の相互間に、スライド筒２２を回り止め状態でスライド自在に支持するガイド機構２４が設けられている。

図１、図２および図４に示すように、ガイド機構２４は、ガイド筒２１の内径面に複数の軸方向溝２５を周方向に等間隔に設け、スライド筒２２における円筒部２２ａの外径面には軸方向溝２５のそれぞれと対向する位置にガイドピン２６を突設し、各ガイドピン２６を軸方向溝２５のそれぞれにスライド自在に挿入した構成としている。

なお、軸方向溝２５をスライド筒２２の円筒部２２ａに設け、ガイドピン２６をガイド筒２１の内径面に突設してもよい。

図１に示すように、駆動筒２３は、円筒部２３ａの一端部に端板２３ｂを設けた構成とされている。駆動筒２３は、端板２３ｂが電動モータ１０のヘッド側端部と対向するようにしてスライド筒２２内に組み込まれ、上記端板２３ｂの中心部に形成された軸挿入孔２７に電動モータ１０の出力軸１１が挿通されて、出力軸１１の回転が駆動筒２３に直接に伝達されるようになっている。

駆動筒２３とスライド筒２２の相互間には、駆動筒２３の回転運動をスライド筒２２の直線運動に変換するカム機構２８が設けられている。

図１、図２および図４に示すように、カム機構２８は、駆動筒２３における円筒部２３ａに軸方向および周方向の２方向に傾斜する複数の傾斜カム溝２９を周方向に等間隔に設け、スライド筒２２における円筒部２２ａの内径面に複数の傾斜カム溝２９のそれぞれと対向する位置にカムピン３０を突設し、各カムピン３０を傾斜カム溝２９のそれぞれにスライド自在に挿入している。

なお、スライド筒２２の円筒部２２ａに傾斜カム溝２９を形成し、駆動筒２３の円筒部２３ａの外径面にカムピン３０を突設してもよい。

実施の形態で示す電動リニアアクチュエータは上記の構造からなり、図１は、電動リニアアクチュエータの収縮状態を示し、スライド筒２２はガイド筒２１内に収容されている。

図１に示す電動リニアアクチュエータの収縮状態において、電動モータ１０を駆動して出力軸１１を回転させると、その出力軸１１と共に駆動筒２３が回転する。

このとき、駆動筒２３とスライド筒２２の相互間には傾斜カム溝２９とカムピン３０とからなるカム機構２８が設けられており、また、スライド筒２２とガイド筒２１の相互間には軸方向溝２５とガイドピン２６からなるガイド機構２４が設けられてスライド筒２２が回り止めされる状態で軸方向に移動自在に支持されているため、駆動筒２３が回転すると、その回転運動はスライド筒２２の直線運動に変換されてスライド筒２２が軸方向に前進移動し、図３に示すように、ガイド筒２１の開口端から外部に突出し、電動リニアアクチュエータが伸長状態とされる。

また、図３に示す電動リニアアクチュエータの伸長状態において、電動モータ１０を上記とは逆の方向に回転させると、スライド筒２２が後退動してガイド筒２１内に没入し、電動リニアアクチュエータが収縮状態とされる。

実施の形態で示す電動リニアアクチュエータにおいては、電動モータ１０の出力軸１１と同軸上にガイド筒２１を設け、そのガイド筒２１内にスライド筒２２を組込んで、そのスライド筒２２をガイド筒２１との間に設けられたガイド機構２４により回り止めして軸方向に移動自在に支持し、そのスライド筒２２内に電動モータ１０の出力軸１１の回転が伝達される駆動筒２３を組込み、その駆動筒２３の回転運動をスライド筒２２との間に組み込まれたカム機構２８によりスライド筒２２の直線運動に変換して、スライド筒２２を軸方向に移動させるものであるため、極めて小型でコンパクトな電動リニアアクチュエータを得ることができる。

また、電動モータ１０の出力軸１１の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構２０が、電動モータ１０の出力軸１１と同軸上にガイド筒２１と、そのガイド筒２１内に組み込まれたスライド筒２２と、そのスライド筒２２内に組み込まれた駆動筒２３からなる部品点数の少ない簡単な構成であるため、組立ても容易である。

図１においては、図５に示すように、スライド筒２２における円筒部２２ａの内径面に突設させたカムピン３０を駆動筒２３の円筒部２３ａに形成された傾斜カム溝２９に挿入して、図４に示される傾斜カム溝２９の内面でカムピン３０を接触案内するようにしたが、図６に示すように、カムピン３０の外側にローラ３１を回転自在に設け、そのローラ３１を傾斜カム溝２９の内面で案内するようにしてもよい。

図６に示すように、ローラ３１を傾斜カム溝２９の内面で案内することにより、その案内が転がり案内となるため、カムピン３０の移動抵抗が小さくなり、スライド筒２２を軸方向に円滑に移動させることができる。

ここで、ローラ３１として、図７に示すように、複数のニードルローラ３１ａを保持器３１ｂで保持した保持器付ニードルローラとすることにより、傾斜カム溝２９の内面に対するローラ３１の接触面積が小さくなってカムピン３０の移動抵抗をさらに低減することができ、スライド筒２２をより円滑に直線運動させることができる。

図８および図９は、電動リニアアクチュエータの他の実施の形態を示す。この実施の形態においては、電動モータ１０の出力軸１１の回転を遊星歯車機構４０を介して駆動筒２３に伝達している点、および、電動モータ１０のヘッド側端部に円筒状のヘッドカバー１３を取り付け、そのヘッドカバー１３にガイド筒２１の大径筒部２１ａを連結している点で図１に示す電動リニアアクチュエータと相違している。このため、図１に示す電動リニアアクチュエータと同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、遊星歯車機構４０は、電動モータ１０の出力軸１１に固定された太陽歯車４１と、ガイド筒２１の大径筒部２１ａの内径面に固定された内歯歯車４２と、その内歯歯車４２および上記太陽歯車４１の双方に噛合する複数のピニオンギヤ４３と、そのピニオンギヤ４３を回転自在に支持して出力軸１１の軸心延長線を中心として回転自在に支持されたキャリア４４とからなり、上記太陽歯車４１の回転によりピニオンギヤ４３を自転させつつ公転させてキャリア４４を減速回転させ、そのキャリア４４に設けられた回転軸４５から駆動筒２３に回転を伝達している。

上記のように、電動モータ１０の出力軸１１の回転を遊星歯車機構４０により減速して駆動筒２３に伝達することにより、その遊星歯車機構４０は軸方向長さの短い減速機構であるため、電動リニアアクチュエータの軸方向長さのコンパクト化を図る状態においてスライド筒２２に大きな軸力を付与することができる。

１０ 電動モータ
１１ 出力軸
２０ 運動変換機構
２１ ガイド筒
２２ スライド筒
２３ 駆動筒
２４ ガイド機構
２５ 軸方向溝
２６ ガイドピン
２８ カム機構
２９ 傾斜カム溝
３０ カムピン
３１ ローラ
３１ａ ニードルローラ
３１ｂ 保持器

Claims (6)

1. 電動モータと、その電動モータの出力軸の回転運動を直線運動に変換して出力する運動変換機構からなる電動リニアアクチュエータにおいて、
   前記運動変換機構が、電動モータと同軸上に配置されて、その電動モータに結合されたガイド筒と、そのガイド筒内に組み込まれたスライド筒と、前記電動モータの出力軸の回転が伝達されて前記スライド筒内で回転する駆動筒とを有し、前記ガイド筒とスライド筒の相互間に、スライド筒を回り止めする状態で軸方向に移動自在に支持するガイド機構が設けられ、前記スライド筒と駆動筒の相互間に、駆動筒の回転をスライド筒の直線運動に変換するカム機構が設けられていることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
2. 前記電動モータの出力軸と前記スライド筒の間に、出力軸の回転を減速してスライド筒に伝達する遊星歯車機構が組み込まれた請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
3. 前記ガイド機構が、前記ガイド筒の内径面と前記スライド筒の外径面における一方に形成された軸方向溝と、他方に設けられて前記軸方向溝にスライド自在に挿入されたガイドピンとからなる請求項１又は２に記載の電動リニアアクチュエータ。
4. 前記カム機構が、前記スライド筒と前記駆動筒の一方に形成された傾斜カム溝と、他方に設けられて前記傾斜カム溝内に挿入されたカムピンとからなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動リニアアクチュエータ。
5. 前記カムピンの外側に前記傾斜カム溝の内面との接触によってカムピンを中心に回転するローラを設けた請求項４に記載の電動リニアアクチュエータ。
6. 前記ローラが、複数のニードルローラを保持器により保持した保持器付ニードルローラからなる請求項５に記載の電動リニアアクチュエータ。

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