JP2020143693A - 直動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転側係止部と固定側係止部とを周方向に係合させて回転部の両方向の回転を規制する直動アクチュエータにおいて、ねじ溝のリードを極端に大きくすることなく直動部のストローク量を大きくする。【解決手段】直動アクチュエータ１は、ねじ軸５に設けられた回転側係止部７と、ねじ軸５と同軸周りの回転が規制され、回転側係止部７と周方向で直接係合しない位置に設けられた固定側係止部８と、回転側係止部７及び固定側係止部８に対してねじ軸５と同軸周りに回転可能に設けられ、回転側係止部７及び固定側係止部８と周方向で係合可能な中間係止部９ｂとを有する。回転側係止部７が中間係止部９ｂを介して固定側係止部８に周方向一方側から係合することでねじ軸５の正方向の回転が規制され、回転側係止部７が中間係止部９ｂを介して固定側係止部８に周方向他方側から係合することでねじ軸５の逆方向の回転が規制される。【選択図】図６

Description

本発明は、モータの回転運動を直線運動に変換して出力する直動アクチュエータに関する。

直動アクチュエータとしては、互いに螺合したねじ軸及びナットの一方をモータで回転させることで他方を直動させる運動変換機構（ねじ機構）を有するものが周知である。

例えば、下記の特許文献１には、図１２に示すように、モータで回転駆動される歯車１０１及びナット１０２と、ナット１０２と螺合し、ナット１０２の回転に伴って軸方向に直動するねじ軸１０３とを有する直動アクチュエータが示されている。この直動アクチュエータは、ナット１０２に設けられた回転側係止部１０４（ナット側係止片部）と、ねじ軸１０３に設けられた固定側係止部１０５（ねじ軸側ストッパ部）とを有する。ナット１０２を回転させてねじ軸１０３を直動させ、ねじ軸１０３がストロークエンド付近に達すると、回転側係止部１０４と固定側係止部１０５とが周方向で係合することにより、ナット１０２の回転が規制されてねじ軸１０３のストロークが所定位置で規制される。

特開２０１４−９２２２３号公報

上記の直動アクチュエータにおいて、ねじ軸１０３がストロークエンドよりもナット１０２一回転分だけ手前に配された状態（図１２の点線参照）では、回転側係止部１０４と固定側係止部１０５とを周方向で係合させてはいけない。従って、ねじ軸１０３のストロークエンドにおける回転側係止部１０４と固定側係止部１０５との当接部の軸方向寸法Ｋ’は、ナット１０２一回転分のねじ軸１０３のストローク未満（すなわち、ねじ溝のリードＬ’未満）しか確保することができない。このため、回転側係止部１０４と固定側係止部１０５との当接部の面積を十分に確保できず、ナットの回転トルクを当接部で受けることができない恐れがある。また、回転側係止部１０４と固定側係止部１０５との当接部に影響する部材の公差の和を、ねじ溝のリードＬ’よりも十分に小さくする必要があるため、各部材を高精度に加工する必要が生じ、加工コストが高くなる。

例えば、図１３に示す直動アクチュエータでは、ナット２０１の正方向及び逆方向の回転を、ねじ軸２０３に設けられた一つの固定側係止部２０４で規制している。具体的には、ナット２０１に設けられた回転側係止部２０２を固定側係止部２０４に周方向一方側から当接させることでナット２０１の正方向（実線矢印方向）の回転を規制し、回転側係止部２０２を固定側係止部２０４に周方向他方側から当接させることでナット２０１の逆方向（点線矢印方向）の回転を規制する。この場合、回転側係止部２０２と固定側係止部２０４との当接部の面積を十分に確保することはできるが、ナット２０１を一回転未満しか回転させることができないため、ねじ軸２０３のストローク量が小さくなる。例えば、ナット２０１及びねじ軸２０３のねじ溝のリードを大きくすれば、ねじ軸２０３のストローク量を大きくすることができるが、この場合、外部からねじ軸２０３を直動させる力が加わったときに、ナット２０１が回転してしまう恐れがある。

以上のような課題は、上記のようにナットを回転させてねじ軸を直動させるナット回転タイプの直動アクチュエータだけでなく、ねじ軸を回転させてナットを直動させる軸回転タイプの直動アクチュエータにおいても生じる。

そこで、本発明は、回転側係止部と固定側係止部とを周方向に係合させて回転部の両方向の回転を規制する直動アクチュエータにおいて、ねじ溝のリードを極端に大きくすることなく直動部のストローク量を大きくすることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、モータと、前記モータで回転駆動される回転部と、前記回転部と螺合し、前記回転部の回転に伴って軸方向に直動する直動部とを備えた直動アクチュエータであって、前記回転部に設けられた回転側係止部と、前記回転部と同軸周りの回転が規制され、前記回転側係止部と周方向で直接係合しない位置に設けられた固定側係止部と、前記回転側係止部及び前記固定側係止部に対して前記回転部と同軸周りに回転可能に設けられ、前記回転側係止部及び前記固定側係止部と周方向で係合可能な中間係止部とを有し、前記回転側係止部が前記中間係止部を介して前記固定側係止部に周方向一方側から係合することで前記回転部の正方向の回転が規制され、前記回転側係止部が前記中間係止部を介して前記固定側係止部に周方向他方側から係合することで前記回転部の逆方向の回転が規制される直動アクチュエータを提供する。

このように、回転側係止部と固定側係止部とを中間係止部を介して係合させることで、これらを直接係合させる場合と比べて、直動部のストローク量を大きくすることができる。すなわち、回転側係止部と固定側係止部とを中間係止部を介して係合させて回転側係止部の逆方向の回転を規制した状態（図２参照）から、モータにより回転部を正方向に回転駆動すると、回転側係止部が正方向に回転して中間係止部に当接する（図４参照）。その後、さらに回転部を正方向に回転駆動すると、回転側係止部及び中間係止部が一体に正方向に回転し、中間係止部が固定側係止部に当接することで、回転部の正方向の回転が規制される（図６参照）。これにより、回転部を一回転以上回転させることができ、その分の直動部のストローク量を確保することができる。

上記の電動アクチュエータでは、前記回転側係止部と前記中間係止部との当接部の軸方向寸法、及び、前記固定側係止部と前記中間係止部との当接部の軸方向寸法を、何れも前記回転部と前記直動部との螺合部のリードよりも大きくすることができる。このように、上記の当接部の面積を確保することで、回転部のトルクを上記の当接部で受けることができる。

本発明は、回転部がねじ軸を有し、直動部がナットを有する軸回転タイプの直動アクチュエータにも、回転部がナットを有し、直動部がねじ軸を有するナット回転タイプの直動アクチュエータにも適用することができる。

以上のように、回転側係止部と固定側係止部とを中間係止部を介して係合させることにより、回転部一回転分以上（すなわち、螺合部のリード以上）の直動部のストローク量を確保することができる。

本発明の一実施形態に係る直動アクチュエータの断面図（図２のＩ−Ｉ断面図）である。 上記の直動アクチュエータのねじ機構の断面図（図１のＩＩ−ＩＩ断面図）であり、ナットを後端位置に配した状態を示す。 図２の直動アクチュエータのねじ機構周辺の斜視図である。 図２の状態からねじ軸を回転させた状態の断面図である。 図４の直動アクチュエータのねじ機構周辺の斜視図である。 図４の状態からねじ軸をさらに回転させ、ナットを前端位置に配した状態の断面図である。 図６の直動アクチュエータのねじ機構周辺の斜視図である。 他の実施形態に係る直動アクチュエータの断面図である。 図８の直動アクチュエータのねじ機構の断面図であり、ねじ軸を後端位置に配した状態を示す。 図９の状態からナットを回転させた状態の断面図である。 図１０の状態からナットをさらに回転させ、ねじ軸を前端位置に配した状態の断面図である。 従来の直動アクチュエータのねじ機構の側面図である。 比較例に係る直動アクチュエータのねじ機構を軸方向から見た図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係る直動アクチュエータ１は、図１に示すように、モータ２と、モータ２の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構としてのねじ機構３と、モータ２及びねじ機構３を収容するハウジング４とを有する。尚、図示例ではハウジング４を一部品で示しているが、実際には、内部にモータ２及びねじ機構３を収容するために、ハウジングが複数の部品に分割して形成される。

モータ２は、ハウジング４の内周に固定されたモータ本体２ａと、モータ本体２ａから突出した回転軸２ｂとを有する。モータ本体２ａには、図示しない配線を介してハウジング４の外部に設けられた電源と接続される。

ねじ機構３は、モータ２で回転駆動される回転部としてのねじ軸５と、回転部の回転に伴って軸方向に直動する直動部としてのナット６とを備える。本実施形態では、ねじ機構３の螺合部が、ねじ軸５の外周面のねじ溝５ｂとナット６の内周面のねじ溝６ｃとを直接噛み合わせた滑りねじで構成される。尚、以下の説明では、ナット６に設けられた出力軸部６ｂがハウジング４から突出する側（図中右側）を前方、その反対側（図中左側）を後方と言う。

ねじ軸５は、モータ２の回転軸２ｂと連結される。図示例では、ねじ軸５に軸方向の穴５ａが設けられ、この穴５ａにモータ２の回転軸２ｂが圧入固定される。

ナット６は、内周面にねじ溝６ｃを有するナット本体６ａと、ナット本体６ａの前方に設けられた出力軸部６ｂとを有する。図示例では、ナット本体６ａと出力軸部６ｂとが樹脂等で一体に形成される。ナット６は、ハウジング４に対する軸方向移動が許容される一方で、ハウジング４に対する回転が規制される。本実施形態では、図２に示すように、ナット本体６ａの外周面に一対の平行な平坦面６ｄを設けると共に、ハウジング４の内周面に一対の平行な平坦面４ａを設け、これらを嵌合させている。ナット本体６ａの平坦面６ｄとハウジング４の平坦面４ａとが周方向で係合することにより、ナット６のハウジング４に対する回転が規制される。

ねじ機構３には、ナット６のストロークを規制するストローク規制手段が設けられる。本実施形態では、図１及び図２に示すように、ねじ軸５に設けられた回転側係止部７と、ナット６に設けられた固定側係止部８と、中間部材９とで、ストローク規制手段が構成される。

回転側係止部７は、ねじ軸５から外径に突出した突出部で構成される。図示例では、ねじ軸５と回転側係止部７とが樹脂等で一体に形成される。

固定側係止部８は、ナット本体６ａの端面から後方に突出した突出部で構成される。図示例では、ナット６と固定側係止部８とが樹脂等で一体に形成される。ナット本体６ａは、ハウジング４との係合により回転が規制されているため、ナット本体６ａに設けられた固定側係止部８もハウジング４に対する回転が規制される。固定側係止部８は、回転側係止部７と周方向で係合しない位置に設けられ、本実施形態では、図２に示すように、固定側係止部８が回転側係止部７よりも外径側に設けられる。図示例では、回転側係止部７の軸方向領域と固定側係止部８の軸方向領域とが一部重複している（図１参照）。

中間部材９は、ハウジング４に対して、ねじ軸５と同軸周りに回転可能に設けられる。本実施形態の中間部材９は、図２に示すように、環状部９ａと、環状部９ａから内周に突出した中間係止部９ｂとを有する。環状部９ａの円筒状の外周面９ａ１は、ハウジング４の円筒状の内周面と摺動する。本実施形態では、図１に示すように、環状部９ａが、ハウジング４の内周面に設けられた環状溝に嵌まり込み、環状部９ａの外周面９ａ１が環状溝の溝底面４ｂと摺動する。環状部９ａが、環状溝の側面４ｃ，４ｃの軸方向間に配されることで、中間部材９の軸方向移動が規制される。尚、環状部９ａを、ハウジング４の内周面（例えば溝底面４ｂ）に設けた軸受で支持するようにしてもよい。軸受は、例えば環状部９ａの外周面９ａ１を摺動支持する滑り軸受で構成することができる。この軸受は、ハウジング４よりも、環状部９ａに対する摺動性が高い（すなわち、摩擦係数が低い）材料で形成される。

中間係止部９ｂは、回転側係止部７及び固定側係止部８のそれぞれと周方向で係合可能とされる。図示例では、中間係止部９ｂのうち、外径側の領域が固定側係止部８と周方向で係合し、内径側の領域が回転側係止部７と周方向で係合する。

以下、上記の直動アクチュエータ１の動作を説明する。

図２及び３に示す状態では、回転側係止部７が中間係止部９ｂを介して固定側係止部８に周方向一方側から係合することで、ねじ軸５の逆方向（図２では反時計回り方向）の回転が規制されている。このとき、ナット６は後端位置（図１に実線で示す位置）に配される。

この状態からモータ２を駆動し、図４に矢印で示すようにねじ軸５を正方向（図４では時計回り方向）に回転させる。そして、ねじ軸５に設けられた回転側係止部７が、固定側係止部８の内周を通過して、中間部材９の中間係止部９ｂに当接する（図４及び５参照）。このように、ねじ軸５に設けられた回転側係止部７は、ナット６に設けられた固定側係止部８と周方向で直接係合することなく、固定側係止部８を周方向に追い越していく。

その後、モータ２を駆動し続けてねじ軸５を正方向にさらに回転させると、回転側係止部７が中間係止部９ｂを正方向に押し込むことで、ねじ軸５と中間部材９とが一体に正方向に回転する。そして、図６及び７に示すように、回転側係止部７が、中間係止部９ｂを介して固定側係止部８に周方向他方側から係合することで、ねじ軸５の正方向の回転が規制される。以上のようなねじ軸５の回転に伴って、ナット６が図１の実線位置から点線位置まで移動する。

このように、回転側係止部７と固定側係止部８とを直接係合させるのではなく、回転側係止部７と共に連れ回る中間係止部９ｂ（中間部材９）を介して係合させることで、ねじ軸５を一回転以上回転させることができる。図示例では、回転側係止部７、固定側係止部８、及び中間係止部９ｂの占める角度が何れも４５°であるため、ねじ軸５の回転角度範囲（ナット６を後端位置から前端位置まで移動させるためのねじ軸５の回転角度）は５４０°となる。これにより、ナット６のストローク量を、ねじ軸５の一回転分以上（すなわち、ねじ溝５ｂ，６ｃのリードＬ以上）確保することができる。

このとき、ねじ軸５及び中間部材９は軸方向で移動することなくその場で回転するため、回転側係止部７と中間係止部９ｂとの当接部の軸方向寸法Ｋ１（図１参照）は変わらない。一方、中間部材９がその場で回転する一方で、ナット６は軸方向に移動するため、中間係止部９ｂと固定側係止部８との当接部の軸方向寸法はナット６のストロークによって変化する。具体的に、ナット６を後端位置に配した状態（図１の実線参照）で、中間係止部９ｂと固定側係止部８との当接部の軸方向寸法が最大値Ｋ２ｍａｘとなり、ナット６を前端位置に配した状態（図１の点線参照）で、中間係止部９ｂと固定側係止部８との当接部の軸方向寸法が最小値Ｋ２ｍｉｎとなる。このとき、回転側係止部７と中間係止部９ｂとの当接部の軸方向寸法Ｋ１や、中間係止部９ｂと固定側係止部８との当接部の軸方向寸法（特に、最小となるＫ２ｍｉｎ）を十分に確保することが好ましく、具体的には、これらの当接部の軸方向寸法Ｋ１，Ｋ２ｍｉｎを、ねじ溝５ｂ，６ｃのリードＬよりも大きくすることが好ましい。これにより、上記の当接部を介した接触面積を確保できるため、これらの当接部でねじ軸５の回転トルクを確実に受けることができる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。

図８に示す直動アクチュエータ１は、回転部をナット６、直動部をねじ軸５とした点で上記の実施形態と異なる。ナット６は、モータ２の回転軸２ｂに連結される。ねじ軸５は、外周面にねじ溝５ｂを有するねじ軸本体５ｃと、ねじ軸本体５ｃから外径に突出したフランジ部５ｄと、ねじ軸本体５ｃから前方に突出した出力軸部５ｅとを有する。ねじ軸５のフランジ部５ｄに設けられた平坦面５ｄ１と、ハウジング４の内周面に設けられた平坦面４ａとが周方向で係合することで、ねじ軸５のハウジング４に対する回転が規制される。

この実施形態では、ナット６に回転側係止部７が設けられ、ねじ軸５に固定側係止部８が設けられる。図示例では、回転側係止部７が、固定側係止部８よりも外径側に設けられる。図９に示すように、回転側係止部７が、中間部材９に設けられた中間係止部９ｂを介して固定側係止部８に周方向一方側から係合することで、ナット６の逆方向（図９では反時計回り方向）の回転が規制される。モータ２でナット６を正方向（図１０の矢印方向）に回転させると、回転側係止部７が中間係止部９ｂに当接する。その後、回転側係止部７が中間係止部９ｂを正方向に押し込むことでナット６と中間部材９とが連れ回り、図１１に示すように、回転側係止部７が中間係止部９ｂを介して固定側係止部８と周方向で係合し、ナット６の正方向の回転が規制される。

以上の実施形態では、ねじ機構３の螺合部を、ねじ軸５のねじ溝５ｂとナット６のねじ溝６ｃとを直接噛み合わせた滑りねじ機構で構成した場合を示したが、これに限らず、これらのねじ溝５ｂ，６ｃを多数のボールを介して噛み合わせるボールねじ機構で螺合部を構成してもよい。

以上の実施形態では、モータ２とねじ機構３の回転部とが同軸に配された同軸タイプの直動アクチュエータに本発明を適用した場合を示したが、これに限らず、本発明は、モータの中心軸と回転部の中心軸を平行に離間して配した平行軸タイプの直動アクチュエータに適用することもできる。

１ 直動アクチュエータ
２ モータ
３ ねじ機構
４ ハウジング
５ ねじ軸
６ ナット
７ 回転側係止部
８ 固定側係止部
９ 中間部材
９ａ 環状部
９ｂ 中間係止部
Ｋ１ 回転側係止部と中間係止部との当接部の軸方向寸法
Ｋ２ｍａｘ、Ｋ２ｍｉｎ 中間係止部と固定側係止部との当接部の軸方向寸法
Ｌ ねじ溝のリード

Claims (4)

1. モータと、前記モータで回転駆動される回転部と、前記回転部と螺合し、前記回転部の回転に伴って軸方向に直動する直動部とを備えた直動アクチュエータであって、
   前記回転部に設けられた回転側係止部と、前記回転部と同軸周りの回転が規制され、前記回転側係止部と周方向で直接係合しない位置に設けられた固定側係止部と、前記回転側係止部及び前記固定側係止部に対して前記回転部と同軸周りに回転可能に設けられ、前記回転側係止部及び前記固定側係止部と周方向で係合可能な中間係止部とを有し、
   前記回転側係止部が前記中間係止部を介して前記固定側係止部に周方向一方側から係合することで前記回転部の正方向の回転が規制され、前記回転側係止部が前記中間係止部を介して前記固定側係止部に周方向他方側から係合することで前記回転部の逆方向の回転が規制される直動アクチュエータ。
2. 前記回転側係止部と前記中間係止部との当接部の軸方向寸法、及び、前記固定側係止部と前記中間係止部との当接部の軸方向寸法が、何れも前記回転部と前記直動部との螺合部のリードよりも大きい請求項１に記載の直動アクチュエータ。
3. 前記回転部がねじ軸を有し、前記直動部が、前記ねじ軸と螺合するナットを有する請求項１又は２に記載の直動アクチュエータ。
4. 前記回転部がナットを有し、前記直動部が、前記ナットと螺合するねじ軸を有する請求項１又は２に記載の直動アクチュエータ。
   
   

Images