JP2021152398A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 シャフトを停止された状態から迅速に動かす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１２は、ハウジング１１内に設けられる。筒体１４は、モータにより回転され、雌ねじ１４ａを有する。シャフト１７は、一部に筒体の雌ねじに螺合される雄ねじ１７ａを有する。突起１９は、シャフトに設けられる。案内部２０は、ハウジング内でシャフトに沿った直線部２０ｃと、直線部の少なくとも一端部に直線部に対して直交方向に屈曲された屈曲部２０ａ、２０ｂとを有し、突起を案内する。導入部材２０ｄ、２０ｅ、３０、３１は、屈曲部に設けられ、突起を屈曲部から直線部に導く。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、例えばリニアアクチュエータに関する。

モータの回転運動を例えば送りねじ機構によって直線運動に変換し、シャフトを直線状に移動させるリニアアクチュエータが知られている（例えば特許文献１参照）。

特許第６５４９８２６号公報

送りねじ機構を用いたリニアアクチュエータは、例えばモータにより回転される雌ねじが設けられたナットと、一部に雄ねじが設けられたシャフトと、シャフトに設けられた突起と、突起が当接するストッパと、を具備している。シャフトの雄ねじはナットの雌ねじに螺合され、ナットが回転されることにより、シャフトが直線運動する。シャフトに設けられた突起がストッパに当接することにより、シャフトの動きが停止され、モータも停止される。モータが逆に回転されると、ナットも逆に回転され、シャフトが元の位置の方向に駆動される。

モータは、突起がストッパに当接するタイミングで停止される。しかし、突起がストッパに当接したタイミングにおいて、ナットによりシャフトに駆動力が印加されているため、ナットの雌ねじとシャフトの雄ねじが強く締め付けられる。したがって、雌ねじと雄ねじとの摩擦力が大きくなるため、モータが逆回転された場合においても、シャフトは停止位置から迅速に動くことが困難であった。

本発明の実施形態は、シャフトを停止された状態から迅速に動かすことが可能なリニアアクチュエータを提供する。

本実施形態のリニアアクチュエータは、ハウジングと、前記ハウジング内に設けられたモータと、前記モータにより回転され、雌ねじを有する筒体と、一部に前記筒体の雌ねじに螺合される雄ねじを有するシャフトと、前記シャフトに設けられた突起と、前記ハウジング内で前記シャフトに沿った直線部と、前記直線部の少なくとも一端部に前記直線部に対して直交方向に屈曲された屈曲部とを有し、前記突起を案内する案内部と、前記屈曲部に設けられ、前記突起を前記屈曲部から前記直線部に導く導入部材と、を具備する。

本実施形態に係るリニアアクチュエータを示すものであり、一部を除いた上面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 図２Ａの一部を取り出して示す上面図。 図２Ａと異なる動作状態を示す断面図。 図３Ａの一部を取り出して示す上面図。 図３Ａと異なる動作状態を示す断面図。 図４Ａの一部を取り出して示す上面図。 本実施形態の変形例を示すものであり、一部を除いた上面図。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。

図１、図２Ａ、図２Ｂは、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１０を示している。リニアアクチュエータ１０のハウジング１１は、本体１１ａと、図２Ａに示すカバー１１ｂを有し、カバー１１ｂは、本体１１ａに取り付けられる。本体１１ａの内部には、隔壁１１ｃが設けられ、本体１１ａの内部は、隔壁１１ｃにより仕切られる。隔壁１１ｃは、本体１１ａ及びカバー１１ｂの両方に分割して設けられている。

本体１１ａの内部において、隔壁１１ｃで仕切られた一方側には、モータ１２が配置され、他方側には、減速機１３が配置されている。減速機１３は、例えば複数の歯車１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを含んでいる。歯車１３ａは、モータ１２のシャフトに設けられ、歯車１３ｂは、歯車１３ａに歯合されている。歯車１３ｃは、歯車１３ｂと一体化され、歯車１３ｄに歯合されている。歯車１３ｄは、送りねじ機構を構成する筒体１４と一体化されている。減速機１３の構成は、これに限定されるものではなく、変形可能である。

歯車１３ｄ及び筒体１４は、軸受１５及び軸受１６により回転可能に保持されている。軸受１５は、本体１１ａに設けられ、軸受１６は、隔壁１１ｃに設けられている。

図２Ａに示すように、送りねじ機構は、筒体１４とシャフト１７により構成される。筒体１４の内面には、雌ねじ１４ａが設けられている。シャフト１７の第１端部は、本体１１ａの側面を貫通して配置され、シャフト１７は、本体１１ａに設けられた軸受１８により回転可能に保持されている。シャフト１７の第２端部は、筒体１４の内部に配置される。シャフト１７の第２端部には、雄ねじ１７ａが設けられ、雄ねじ１７ａは、筒体１４の雌ねじ４ａに螺合されている。このため、筒体１４が回転されると、雌ねじ１４ａと雄ねじ１７ａとにより回転運動が直線運動に変換され、シャフト１７は、シャフト１７の軸心方向（長手方向）に移動される。

シャフト１７の中間部には、突起１９が設けられている。突起１９は、例えば円柱状であり、シャフト１７の軸心に対して直交方向に設けられている。シャフト１７及び突起１９は、例えば金属製であるが、金属に限定されるものではなく、樹脂であってもよく、突起１９は、弾性を有する材料により構成されてもよい。

本体１１ａの底部には、シャフト１７の軸心に沿って溝２０が設けられている。溝２０は、突起１９の案内部として機能し、図２Ａ、図２Ｂに示すように、直線部２０ｃ、第１屈曲部２０ａ、及び第２屈曲部２０ｂを有している。直線部２０ｃの幅Ｗは、突起１９の直径Ｄ１より若干大きく、突起１９が溝２０に沿って移動可能とされている。溝２０の長さＬ１は、シャフト１７及び突起１９の移動範囲に対応している。

第１屈曲部２０ａは、直線部２０ｃの第１端部に設けられ、第２屈曲部２０ｂは、直線部２０ｃの第２端部に設けられている。第１屈曲部２０ａ及び第２屈曲部２０ｂは、シャフト１７の軸心に対して例えば直交方向に屈曲されている。このため、溝２０の上面から見た形状は、例えばＨ型である。しかし、Ｈ型に限定されるものではない。

第１屈曲部２０ａ及び第２屈曲部２０ｂは、図２Ａに破線で示すように、本体１１ａの底部に形成された例えば半円形状の溝である。しかし、溝の形状は、半円形に限定されるものではなく、突起１９が回転して移動することが可能な空間であればよい。すなわち、第１屈曲部２０ａの幅Ｗ１と第２屈曲部２０ｂの幅Ｗ２は、直線部２０ｃの幅Ｗより大きく（Ｗ＜Ｗ１、Ｗ２）、突起１９は、第１屈曲部２０ａ又は第２屈曲部２０ｂの内部で、シャフト１７の軸心方向に移動しながら回転可能とされている。

シャフト１７は、筒体１４が回転されると、雌ねじ１４ａと雄ねじ１７ａの摩擦力により、筒体１４の回転方向と同一方向に回転力を受けている。しかし、突起１９が溝２０の直線部２０ｃに位置するとき、突起１９は溝２０の側壁に接することにより、シャフト１７の回転が抑えられる。このため、突起１９は、回転されず、溝２０の直線部２０ｃに沿って移動する。突起１９が溝２０の第１屈曲部２０ａに位置するとき、突起１９は、シャフト１７の回転力により、第１屈曲部２０ａに沿って回転しながら移動する。また、突起１９が溝２０の第２屈曲部２０ｂに位置するとき、突起１９は、シャフト１７の回転力により、第２屈曲部２０ｂに沿って回転しながら移動する。

第１屈曲部２０ａの内部で、溝２０の直線部２０ｃの近傍には、導入部材としての第１扉２０ｄが斜めに設けられ、第２屈曲部２０ｂの内部で、溝２０の直線部２０ｃの近傍には、導入部材としての第２扉２０ｅが斜めに設けられている。第１扉２０ｄは、シャフト１７の第１回転方向（図示矢印Ａ方向で、第１方向とも言う）に回転可能であり、シャフト１７の第２回転方向（図示矢印Ｂ方向で、第２方向とも言う）に回転不可能である。第２扉２０ｅは、シャフト１７の第２回転方向に回転可能であり、シャフト１７の第１回転方向に回転不可能である。

尚、突起１９を案内する案内部は、溝２０に限定されるものではなく、直線部２０ｃ、第１屈曲部２０ａ、及び第２屈曲部２０ｂを有する突部であってもよい。

（リニアアクチュエータの動作）
シャフト１７及び突起１９が図１、図２Ａ、図２Ｂに示す位置にある状態において、モータ１２が駆動され、筒体１４が第１方向（図示矢印Ａ方向）に回転されると、シャフト１７は、本体１１ａから突出する方向に移動される。

図３Ａ、図３Ｂに示すように、突起１９が溝２０の第１屈曲部２０ａ内に到達すると、突起１９は、第１扉２０ｄに案内されて第１屈曲部２０ａ内に侵入する。モータ１２は、突起１９が例えば第１屈曲部２０ａに到達したタイミングで停止される。突起１９が第１屈曲部２０ａ内に侵入することにより、シャフト１７は、図２Ａに示す矢印Ａ方向に若干回転しながら移動して停止する。このため、雌ねじ１４ａと雄ねじ１７ａとの摩擦力は、第１屈曲部２０ａが無く、シャフト１７が回転せずに停止される場合に比べて低減される。

尚、突起１９が第１屈曲部２０ａの内部に位置する状態で、シャフト１７が図示矢印Ａ方向に１回転した場合においても、第１扉２０ｄが図示矢印Ａ方向に回転可能であるため、突起１９は、第１屈曲部２０ａの内部において、図３Ｂに示す位置よりシャフト１７の軸心方向に若干移動した位置に戻ることができる。

突起１９が第１屈曲部２０ａ内に位置した状態において、モータ１２が逆方向に駆動され、筒体１４が第２方向（図示矢印Ｂ方向）に回転されると、シャフト１７は、第２方向に回転しながら、本体１１ａに侵入する方向に移動される。

図４Ａ、図４Ｂに示すように、シャフト１７の移動に従って、第１屈曲部２０ａ内の突起１９は、第１扉２０ｄに沿って、第１屈曲部２０ａ内から直線部２０ｃ内に導かれる。この後、突起１９は、直線部２０ｃ内を移動し、第２屈曲部２０ｂに到達すると、第２扉２０ｅに沿って第２屈曲部２０ｂ内に侵入する。モータ１２は、突起１９が例えば第２屈曲部２０ｂに到達したタイミングで停止される。突起１９が第２屈曲部２０ｂ内に侵入することにより、シャフト１７は図示矢印Ｂ方向に若干回転しながら移動して停止する。このため、雌ねじ１４ａと雄ねじ１７ａとの摩擦力は、シャフト１７が回転せずに停止される場合に比べて低減される。

尚、突起１９が第２屈曲部２０ｂの内部に位置する状態で、シャフト１７が図示矢印Ｂ方向に１回転した場合においても、第２扉２０ｅが図示矢印Ｂ方向に回転可能であるため、突起１９は、第２屈曲部２０ｂの内部において、図４Ｂに示す位置よりシャフト１７の軸心方向に若干移動した位置に戻ることができる。

突起１９が第２屈曲部２０ｂ内に位置した状態において、モータ１２が逆方向に駆動され、筒体１４が第１方向（図示矢印Ａ方向）に回転されると、シャフト１７の移動に従って、突起１９は、第２扉２０ｅに沿って第２屈曲部２０ｂから直線部２０ｃ内に導かれる。

モータ１２は、例えば図示せぬ磁性体と、２つの磁気センサと、制御部とを用いて制御される。磁性体は、シャフト１７の一部に設けられ、２つの磁気センサは、シャフト１７の移動方向に沿って離間して配置される。制御部によりモータ１２が例えばＡ方向に回転され、シャフト１７の移動に伴い２つの磁気センサの一方によって磁性体が検出されると、制御部によりモータ１２が停止される。また、制御部によりモータ１２が例えばＢ方向に回転され、シャフト１７の移動に伴い２つの磁気センサの他方により磁性体が検出されると、制御部によりモータ１２が停止される。

しかし、モータ１２の制御はこれに限定されるものではなく、モータ１２の負荷を検出してモータ１２を停止させる方法や、その他の方法を適用することも可能である。

また、モータ１２を停止させるタイミングは、突起１９が第１屈曲部２２ａ又は第２屈曲部２２ｂに到達したときとした。しかし、これに限定されるものではなく、モータ１２は、雌ねじ１４ａと雄ねじ１７ａとの摩擦力の増大を抑制でき、シャフト１７が予め定められた位置に到達するタイミングで停止されればよい。

さらに、第１屈曲部２０ａ及び第２屈曲部２０ｂは、両方が必ずしも設けられる必要はなく、第１屈曲部２０ａ及び第２屈曲部２０ｂのどちらか一方のみを設けてもよい。

（実施形態の効果）
上記実施形態によれば、溝２０は、直線部２０ｃと、直線部２０ｃと直交する方向に設けられた第１屈曲部２０ａ及び第２屈曲部２０ｂとを有し、第１屈曲部２０ａは、シャフト１７の第１回転方向Ａに回動可能で、突起１９を直線部２０ｃから第１屈曲部２０ａへ、又は第１屈曲部２０ａから直線部２０ｃへ導く第１扉２０ｄを有し、第２屈曲部２０ｂはシャフト１７の第２回転方向Ｂに回動可能で、突起１９を直線部２０ｃから第２屈曲部２０ｂへ、又は第２屈曲部２０ｂから直線部２０ｃへ導く第２扉２０ｅを有している。突起１９は、第１屈曲部２０ａ又は第２屈曲部２０ｂ内へ回転しながら侵入して停止する。このため、雌ねじ１４ａと雄ねじ１７ａとの摩擦力は、シャフト１７が回転せずに停止される場合に比べて低減される。したがって、雌ねじ１４ａと雄ねじ１７ａとがロックされることを防止でき、突起１９が第１屈曲部２０ａ又は第２屈曲部２０ｂ内に位置する状態から反対方向に駆動されるとき、シャフト１７を迅速に移動させることが可能である。

しかも、本実施形態によれば、第１屈曲部２０ａ、第２屈曲部２０ｂ、第１扉２０ｄ、及び第２扉２０ｅを設けることにより、モータ１２を停止させるタイミングを厳密に制御することなく、雌ねじ１４ａと雄ねじ１７ａとがロックされることを防止できる。このため、モータ１２の制御を容易化することが可能である。

（変形例）
図５乃至図７は、本実施形態の変形例を示している。

上記実施形態において、第１屈曲部２０ａは、第１扉２０ｄを有し、第２屈曲部２０ｂは、第２扉２０ｅを有している。

一方、変形例において、第１屈曲部２０ａは、第１係止部３０を有し、第２屈曲部２０ｂは、第２係止部３１を有している。

第１屈曲部２０ａは、例えば溝のような形状であり、側壁１１ｄを有し、第２屈曲部２０ｂも第１屈曲部２０ａと同様に側壁１１ｅを有している。突起１９は、第１屈曲部２０ａ内において、側壁１１ｄに沿って回転可能であり、第２屈曲部２０ｂ内において、側壁１１ｅに沿って回転可能である。

図６に示すように、第１係止部３０は、例えば本体１１ａを貫通して第１屈曲部２０ａ内に出入可能とされ、本体１１ａの外側に設けられた弾性体としてのばね３２により、第１屈曲部２０ａ内に侵入するように付勢されている。

第１係止部３０は、シャフト１７の移動に伴い、第１屈曲部２０ａ内において、突起１９が矢印Ａ方向に回転された場合、突起１９に当接して突起１９の回転を阻止する。

また、第１係止部３０は、第１傾斜部３０ａを有しており、シャフト１７の移動に伴い、突起１９が矢印Ｂ方向に回転された場合、突起１９が第１傾斜部３０ａに接触し、ばね３２の付勢力に抗して第１係止部３０が第１屈曲部２０ａから出るように構成されている。このため、突起１９は、第１屈曲部２０ａから直線部２０ｃ内に入ることができる。

図７に示すように、第２係止部３１は、例えば本体１１ａを貫通して第２屈曲部２０ｂ内に出入可能とされ、本体１１ａの外側に設けられた弾性体としてのばね３３により、第２屈曲部２０ｂ内に侵入するように付勢されている。

第２係止部３１は、シャフト１７の移動に伴い、第２屈曲部２０ｂ内において、突起１９が矢印Ｂ方向に回転された場合、突起１９に当接して突起１９の回転を阻止する。

また、第２係止部３１は、第２傾斜部３１ａを有しており、シャフト１７の移動に伴い、突起１９が矢印Ａ方向に回転された場合、突起１９が第２傾斜部３１ａに接触し、ばね３３の付勢力に抗して第２係止部３１が第２屈曲部２０ｂから出るように構成されている。このため、突起１９は、第２屈曲部２０ｂから直線部２０ｃ内に入ることができる。

上記変形例によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…ハウジング、１２…モータ、１３…減速機、１４…筒体、１４ａ…雌ねじ、１７…シャフト、１７ａ…雄ねじ、１９…突起、２０…溝（案内部）、２０ａ…第１屈曲部、２０ｂ…第２屈曲部、２０ｃ…直線部、２０ｄ…第１扉、２０ｅ…第２扉、３０…第１係止部、３０ａ…第１傾斜部、３１…第２係止部、３１ａ…第２傾斜部。

Claims (7)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられたモータと、
   前記モータにより回転され、雌ねじを有する筒体と、
   一部に前記筒体の雌ねじに螺合される雄ねじを有するシャフトと、
   前記シャフトに設けられた突起と、
   前記ハウジング内で前記シャフトに沿った直線部と、前記直線部の少なくとも一端部に前記直線部に対して直交方向に屈曲された屈曲部とを有し、前記突起を案内する案内部と、
   前記屈曲部に設けられ、前記突起を前記屈曲部から前記直線部に導く導入部材と、
   を具備することを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記案内部は、前記ハウジングに設けられた溝であ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. 前記溝は、前記直線部と、前記直線部の第１端部に設けられ、前記直線部に対して直交方向に屈曲した第１屈曲部と、前記直線部の第２端部に設けられ、前記直線部に対して直交方向に屈曲した第２屈曲部を有する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. 前記導入部材は、前記第１屈曲部内に設けられた第１扉を具備し、
   前記第１扉は、前記シャフトが第１方向に回転されたとき、前記突起を前記直線部から前記第１屈曲部に導き、前記シャフトが前記第１方向と反対の第２方向に回転されたとき、前記突起を前記第１屈曲部から前記直線部に導く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. 前記導入部材は、前記第２屈曲部内に設けられた第２扉を具備し、
   前記第２扉は、前記シャフトが前記第２方向に回転されたとき、前記突起を前記直線部から前記第２屈曲部に導き、前記シャフトが前記第１方向に回転されたとき、前記突起を前記第２屈曲部から前記直線部に導く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。
6. 前記導入部材は、前記第１屈曲部内に出入可能とされた第１係止部と、第１係止部を前記第１屈曲部方向に付勢する第１弾性体と、を具備し、
   前記第１係止部は、前記突起の第１方向の回転を阻止し、前記突起が第２方向に回転された場合、前記第１係止部を前記第１屈曲部から出す第１傾斜部を有す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。
7. 前記導入部材は、前記第２屈曲部内に出入可能とされた第２係止部と、第２係止部を前記第２屈曲部方向に付勢する第２弾性体と、を具備し、
   前記第２係止部は、前記突起の第２方向の回転を阻止し、前記突起が第１方向に回転された場合、前記第２係止部を前記第２屈曲部から出す第２傾斜部を有することを特徴とする請求項６記載のリニアアクチュエータ。

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