JP2022051039A - 直動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】直動アクチュエータの出力先となる相手部材を支持する外部構造体と、直動アクチュエータのケースとの軸方向の位置関係を一定にする。【解決手段】第一ねじ要素１の回転力を第二ねじ要素２の軸方向推力に変換するねじ機構と、ねじ要素１に回転力を与える駆動機構３とをケース４で支持する。ケース４は、相手部材１０１に推力を出力する出力軸５を取り囲み、ケース４の内部と外部間に亘って軸方向に開口した一端部１９を有する。外部構造体１００の中空部１０２を一端部１９の内側に挿入する。出力軸５と相手部材１０１は、中空部１０２内を通じて軸方向に対向する。一端部１９の孔部１９ａと中空部１０２は、一端部１９に対して中空部１０２を抜け止めするように螺合されている。一端部１９の外側接触面１９ｂは、外部構造体１００との軸方向の当接によって一端部１９側への外部構造体１００の移動を規制する。【選択図】図１

Description

この発明は、ねじ軸とナットの一方の回転運動を他方の直線運動に変換するねじ機構と、そのねじ軸とナットの一方を正逆回転させる駆動機構とを備える直動アクチュエータに関し、特に、ねじ機構と駆動機構をケースでユニット化したものに関する。

直動アクチュエータは、ねじ軸を回転させてナットを直動させるねじ軸回転タイプと、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とに大別される。

従来、ねじ機構の直動ねじ要素（ねじ軸回転タイプではナット、ナット回転タイプではねじ軸）は、外部構造体に支持された相手部材に対して推力を出力する出力軸として構成されている。

直動アクチュエータの出力軸が軸方向に直動するストロークを一定に制限するため、出力軸としての直動ねじ要素の軸方向移動を規制することがある。その規制手段としてケースやねじ軸にストッパを設け、出力軸としての直動ねじ要素をストッパとの当接によって停止させるようにしている（例えば、特許文献１）。

特開２０１９－１５７９５２号公報

しかしながら、直動アクチュエータの出力軸と相手部材を軸方向に対向させ、これらを非連結に配置することがある。このような使用環境の場合、相手部材を直動アクチュエータに対して配置する位置決めの際に相手部材を支持する外部構造体とケースの軸方向の位置関係が狂うと、直動アクチュエータの出力軸に対する相手部材の軸方向の位置ずれの原因となり、出力軸が相手部材に向かって前進する際、出力軸が相手部材に衝突してねじ機構がロック状態に至る可能性がある。

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、直動アクチュエータの出力先となる相手部材を支持する外部構造体と、直動アクチュエータのケースとの軸方向の位置関係を一定にすることにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、第一ねじ要素の回転力を第二ねじ要素の軸方向の推力に変換するねじ機構と、前記第一ねじ要素に前記回転力を与える駆動機構と、前記駆動機構と前記ねじ機構とを支持するケースとを備える直動アクチュエータにおいて、外部構造体に支持された相手部材に前記推力を出力する出力軸を備え、前記ケースは、前記出力軸を取り囲む一端部を有し、前記ケースの一端部は、前記ケースの内部と外部間に亘って軸方向に開口しており、前記外部構造体に設けられた中空部が前記ケースの一端部の内側に挿入されており、前記出力軸と前記相手部材は、前記中空部内を通じて軸方向に対向しており、前記ケースの一端部は、前記外部構造体との軸方向の当接によって前記ケースの一端部側への前記外部構造体の移動を規制する外側接触面を有し、前記ケースの一端部と前記中空部は、互いの係合によって前記ケースの一端部に対する前記中空部の抜け方向移動を規制する連結手段を有する構成を採用したものである。

上記構成の採用によれば、直動アクチュエータのケースの一端部の内側に外部構造体の中空部が挿入され、外部構造体に支持された相手部材と直動アクチュエータの出力軸が中空部内を通じて軸方向に対向させられるので、ねじ機構で変換された推力を出力軸から相手部材へ出力することができる。ケースの一端部側への外部構造体の移動は、外部構造体とケースの一端部の外側接触面との当接によって規制され、そのケースの一端部と中空部の連結手段によってケースの一端部に対し中空部が抜け止めされているので、外部構造体と直動アクチュエータのケースとの軸方向の位置関係を一定にすることができる。

例えば、前記ケースの連結手段は、前記ケースの一端部の内周に設けられた雌ねじ状の孔部からなり、前記中空部の連結手段は、前記ケースの連結手段に螺合する前記中空部の外周からなる。このようにすると、ケースの外側接触面に外部構造体が当接するまで中空部とケースの連結部をねじ嵌合させる簡単な工程により前述の移動規制と抜け止めを行うことができる。

前記ケースの連結手段は、前記ケースの一端部の内周に形成された段差面からなり、前記中空部の連結手段は、前記中空部の外周に取り付けられた止め輪からなる。このようにすると、ケースの外側接触面に外部構造体が当接するまで中空部をケースの一端部の内側に挿入して中空部に止め輪を取り付けることにより、前述の移動規制と抜け止めを行うことができる。

前記ケースの一端部と前記外部構造体との間を密封する弾性部材を備えることが好ましい。このようにすると、ケースの一端部と中空部の隙間からの異物侵入を防止することができる。

また、前記出力軸は、前記第一ねじ要素、前記第二ねじ要素及び前記ケースに対して軸方向に往復移動可能に配置されており、前記出力軸と前記第二ねじ要素との間に前記第二ねじ要素の前進方向の前記推力を前記出力軸まで伝達する第一弾性要素が配置されており、前記出力軸と前記第二ねじ要素との間に前記第二ねじ要素の後進方向の前記推力を前記出力軸まで伝達する第二弾性要素が配置されており、前記第一弾性要素は、前記出力軸が軸方向に前進可能な状態で前進方向の前記推力を伝達する場合に前記第二ねじ要素と前記出力軸を前進方向に連動させ、前記出力軸が軸方向に前進不可な状態で前進方向の前記推力を伝達する場合に前進方向の前記推力と同等以上の弾性反発力を前記第二ねじ要素に与えて前記第二ねじ要素の前進を停止させるものであり、前記第二弾性要素は、前記出力軸が軸方向に後進可能な状態で後進方向の前記推力を伝達する場合に前記第二ねじ要素と前記出力軸を後進方向に連動させ、前記出力軸が軸方向に後進不可な状態で後進方向の前記推力を伝達する場合に後進方向の前記推力と同等以上の弾性反発力を前記第二ねじ要素に与えて前記第二ねじ要素の後進を停止させるものであることが好ましい。このようにすると、駆動機構によって第二ねじ要素が前進又は後進中、出力軸が相手部材、ケース等の他部材と前進方向又は後進方向に衝突しない場合、第一弾性要素又は第二弾性要素を介して推力が出力軸に伝達されて第二ねじ要素の前進又は後進に出力軸が連動させられる。一方、駆動機構によって第二ねじ要素が前進又は後進中、出力軸が他部材と前進方向又は後進方向に衝突した場合、第二ねじ要素が出力軸に対して前進又は後進することになり、その前進又は後進が進むことに伴い、対応側の第一弾性要素又は第二弾性要素が第二ねじ要素から圧縮されて弾性反発力を増し、その弾性反発力が第二ねじ要素の移動方向の推力と同等以上になると、その弾性反発力によって第二ねじ要素の移動が停止させられるので、第一ねじ要素と第二ねじ要素が噛み込まず、これにより、ねじ機構でのロック状態発生が防止される。

より好ましくは、前記第二ねじ要素は、軸方向に延びる中空軸を有し、前記第一弾性要素と前記第二弾性要素は、前記中空軸の内側と前記出力軸との間に配置されており、前記出力軸は、前記中空軸の内側に向かって突き出た中間ばね受けを有し、前記第二ねじ要素は、前記第一弾性要素を前記中間ばね受けの後端と軸方向に挟む後方ばね受けと、前記第二弾性要素を前記中間ばね受けの前端と軸方向に挟む前方ばね受けとを有するとよい。このようにすると、第一弾性要素と第二弾性要素を第二ねじ要素の中空軸内に保持し、第一ねじ要素と第二ねじ要素の弾性反発力を共通の中間ばね受けで受けて中間ばね受けの傾きを防止しつつ、第二ねじ要素に対する出力軸の移動方向に応じて第一弾性要素と第二弾性要素を伸縮させることができる。

さらに好ましくは、前記第二ねじ要素の中空軸は、前記ケースに径方向に支持されており、前記出力軸の中間ばね受けは、前記中空軸に径方向に支持されており、前記第二ねじ要素の前方ばね受けは、前記出力軸を径方向に支持しているとよい。このようにすると、中間ばね受けと前方ばね受けを中空軸に対する出力軸の支持構造に利用し、その中空軸をケースで径方向に支持して安定させることができる。

上述のように、この発明は、上記構成の採用により、直動アクチュエータの出力先となる相手部材を支持する外部構造体と、直動アクチュエータのケースとの軸方向の位置関係を一定にすることができる。

この発明の第一実施形態に係る直動アクチュエータを示す縦断面図 図１のねじ機構付近の拡大図 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線の断面図 図１の状態から直動アクチュエータの出力軸を前進させた様子を示す縦断面図 この発明の第二実施形態を示す断面図

以下、この発明の一例としての第一実施形態を添付の図１～図４に基づいて説明する。

図１、２に示すこの直動アクチュエータは、第一ねじ要素１の回転力を第二ねじ要素２の軸方向の推力に変換するねじ機構と、第一ねじ要素１に回転力を与える駆動機構３と、駆動機構３と前述のねじ機構とを支持するケース４と、第一ねじ要素１、第二ねじ要素２及びケース４に対して軸方向に往復移動可能に配置された出力軸５と、出力軸５と第二ねじ要素２との間に介在する第一弾性要素６及び第二弾性要素７とを備える。ここで、軸方向とは、第一ねじ要素１の回転軸線に沿った方向のことをいう。以下、その回転軸線に対して直角な方向のことを径方向といい、その回転軸線回りに一周する円周方向を周方向という。

この直動アクチュエータは、ケース４の外部に位置する他装置の外部構造体１００に支持された相手部材１０１を軸方向に駆動するためのものである。相手部材１０１は、外部構造体１００に対して軸方向に所定範囲を往復移動可能に支持されている。

第一ねじ要素１は、ケース４に対して回転可能かつ軸方向に移動不可に配置されている。第一ねじ要素１は、雄ねじ部を有するねじ軸８と、ねじ軸８に取り付けられた軸受９と、ねじ軸８に取り付けられた止め輪１０とで構成されている。

ねじ軸８は、その雄ねじ部と反対側の端部で開口した中空軸状になっている。軸受９は、ねじ軸８の雄ねじと反対側をケース４に対して回転可能かつ軸方向に移動不可に支持するためのものである。軸受９は、非分離形の転がり軸受からなる。止め輪１０は、ねじ軸８に形成された止め輪溝に取り付けられている。軸受９の内輪は、ねじ軸８の肩部と止め輪１０とで軸方向に規制されている。軸受９の外輪は、ケース４の肩部と、ケース４に取り付けられた止め輪１１とで軸方向に規制されている。止め輪１１は、ケース４の内周に形成された止め輪溝に取り付けられている。

第二ねじ要素２は、ケース４に対して回転不可かつ軸方向に移動可能に配置されている。第二ねじ要素２は、第一ねじ要素１のねじ軸８の雄ねじにねじ嵌合されたナット１２と、第二弾性要素７の前端を軸方向に受ける前方ばね受け１３と、ナット１２の内側に取り付けられた止め輪１４とで構成されている。ここで、第二ねじ要素２が軸方向に図中右方へ移動する方向を前進方向とし、第二ねじ要素２が軸方向に図中左方へ移動する方向を後進方向とする。

ナット１２には、雌ねじ部１２ａと、軸方向に延びる中空軸１２ｂと、第一弾性要素６の後端を軸方向に受ける後方ばね受け１２ｃと、第二ねじ要素２の回り止めに使用される複数のピン挿入溝１２ｄとが一体に形成されている。

中空軸１２ｂは、雌ねじ部１２ａと同軸に前方へ延びる筒状になっている。中空軸１２ｂの内周は、円筒面状になっており、その内径は、雄ねじ部１２ａの内径よりも大きくなっている。中空軸１２ｂの外径面を含むナット１２の外径面は、ケース４の内側に径方向に支持されており、ケース４の内側と軸方向に摺動可能に接触する嵌め合い面になっている。また、この支持により、ナット１２は、第一ねじ要素１のねじ軸８と同軸に配置されている。

後方ばね受け１２ｃは、雌ねじ部１２ａと中空軸１２ｂとの間で内径差を設けるための段差面からなる。ピン挿入溝１２ｄは、ナット１２の外側を軸方向に延びている。複数のピン挿入溝１２ｄは、図３に示すように、周方向複数個所に均等配置で形成されている。

図１、２に示す前方ばね受け１３は、中空軸１２ｂの内側に嵌合されたワッシャからなる。前方ばね受け１３は、中空軸１２ｂと、中空軸１２ｂの内側に挿入された出力軸５との間に介在する。前方ばね受け１３は、出力軸５を径方向に支持する。前方ばね受け１３の内径面は、出力軸５と軸方向に摺動可能に接触する嵌め合い面になっている。止め輪１４は、中空軸１２ｂに形成された止め輪溝に取り付けられている。止め輪１４は、第二弾性要素７によって生成される弾性反発力に抗して中空軸１２ｂに対する前方ばね受け１３の前進を阻止する。

駆動機構３は、駆動軸１５を有する電動モータからなる。駆動機構３は、駆動軸１５を正逆回転させることができる。駆動軸１５とねじ軸８の中空軸は、正逆回転のいずれの回転方向にも回転力を伝達可能に嵌合されている。駆動軸１５に取り付けられた回転伝達部材１６は、軸受９と径方向に重なる位置でねじ軸８の中空軸に径方向に接合されている。尚、回転伝達部材は二面幅やＤカットといった多角形状、またはスプライン等が適用される。駆動機構３の駆動軸１５と第一ねじ要素１とを直結した例を示したが、駆動軸と第一ねじ要素とを平行に配置したり、駆動軸と第一ねじ要素間に回転力を伝達する歯車機構を追加したりすることも可能である。

ケース４は、第一ねじ要素１及び第二ねじ要素２を支持するねじケース１７と、駆動機構３を支持するモータケース１８と、外部構造体１００と軸方向に突き合わされる前端ケース１９とで構成されている。

ねじケース１７の内周は、中空軸１２ｂを含むナット１２の外側を径方向に支持して軸方向に案内する。ねじケース１７の内周には、図２、３に示すように、複数のピン挿入溝１７ａが形成されている。ピン挿入溝１７ａは、ナット１２のピン挿入溝１２ｄと径方向に対向するように軸方向に延びている。ナット１２のピン挿入溝１２ｄと、ねじケース１７のピン挿入溝１７ａとの間にピン２０が挿入されている。複数のピン挿入溝１２ｄ、ピン２０及びピン挿入溝１７ａにより、ナット１２に回転力が与えられると、ナット１２のピン挿入溝１２ｄに回転方向に押されたピン２０がねじケース１７のピン挿入溝１７ａと回転方向に係合するため、ナット１２はケース４に対して回転することができない。なお、ピンは、径方向に向けて設置してもよいし、ピンを用いずに多角断面形状のナットとねじケースの嵌合構造でナットをねじケースで回り止めしてもよい。

ねじケース１７の内周は、出力軸５の後端と軸方向に対向する後方ストッパ１７ｂを有する。後方ストッパ１７ｂは、出力軸５との接触によってケース４に対する出力軸５の後進を停止させる部位であって、ケース４に対する出力軸５の往復移動のストロークＬの後進側終端位置（後進限界位置）を定める部位である（図４参照）。後方ストッパ１７ｂは、径方向に沿った段差面からなる。後方ストッパ１７ｂは、ねじケース１７の前方開口部の内径をナット１２との接触部分の内径よりも大きくすることで段部を形成し、その段部に径方向に沿った段差面を加工することで形成されている。

図１、２に示すモータケース１８は、ねじケース１７の後端側に結合されている。モータケース１８は、駆動機構３の駆動軸１５と第一ねじ要素１の同軸配置及び結合状態を保つように駆動機構３のモータハウジング部をねじケース１７に支持する。

前端ケース１９は、ねじケース１７の前端側に結合されている。前端ケース１９は、ケース４の一端部として構成されている。前端ケース１９は、ねじケース１７の内周よりも前方に位置する出力軸５の突出部分の周囲を取り囲んでいる。

前端ケース１９は、ケース４の内部と外部間に亘って軸方向に開口している。前端ケース１９の内周端部は、前端ケース１９を軸方向に貫通している。外部構造体１００に設けられた中空部１０２が、前端ケース１９の内側に挿入されている。

中空部１０２は、ねじ軸と頭部を有する中空ねじ軸状に形成されている。相手部材１０１は、中空部１０２内に通されている。出力軸５と相手部材１０１は、中空部１０２内を通じて軸方向に対向している。

前端ケース１９と中空部１０２は、互いの係合によって前端ケース１９に対する中空部１０２の抜け方向移動を規制する連結手段を有する。前端ケース１９の連結手段は、前端ケース１９の内周端部に設けられた雌ねじ状の孔部１９ａからなる。中空部１０２の連結手段は、前端ケース１９の孔部１９ａに螺合する中空部１０２の外周からなる。

前端ケース１９は、外部構造体１００との軸方向の当接によって前端ケース１９側への外部構造体１００の移動を規制する外側接触面１９ｂを有する。外側接触面１９ｂは、前端ケース１９の外部側開口の周囲にあって、径方向に沿った平坦面状に形成されている。

外部構造体１００の中空部１０２の外周を前端ケース１９の雌ねじ状の孔部１９ａにねじ嵌合することにより、前端ケース１９の外側接触面１９ｂと外部構造体１００とが相手部材１０１の周囲で軸方向に突き合わされた状態に締結される。この締結により、ケース４に対する外部構造体１００及び相手部材１０１の軸方向の位置決めが一定の精度に確保されると共に、第一ねじ要素１、第二ねじ要素２及び出力軸５に対する相手部材１０１の径方向の位置決めも一定の同軸度に確保される。なお、相手部材１０１と出力軸５は、各々が独立して軸方向に移動可能な非連結の状態で配置されており、常に軸方向に一体で移動するとは限らない。

出力軸５は、第二ねじ要素２から伝達された推力を相手部材１０１に出力する。出力軸５は、第一ねじ要素１及び第二ねじ要素２に対して軸方向に往復移動可能に配置されている。出力軸５のストロークＬは、この直動アクチュエータで相手部材１０１の軸方向位置を調整可能な駆動範囲に相当する。

出力軸５は、棒材２１と、中空軸１２ｂの内側に向かって径方向に突き出た中間ばね受け２２と、棒材２１の後方側に取り付けられた止め輪２３と、中空軸１２ｂよりも前方の位置で中空軸１２ｂよりも大径に突出した係合板２４と、棒材２１の前方側に取り付けられた止め輪２５とで構成されている。

棒材２１は、その軸方向長さの中間部の軸径に比して軸径が小さい軸端部を前方側と後方側とに有する段付き軸状になっている。棒材２１の中間部は、前方ばね受け１３に径方向に支持されている。棒材２１の前方側の軸端部は、その端面において相手部材１０１と軸方向に突き合い、前進方向の推力を相手部材１０１に出力する部位になっている。

中間ばね受け２２は、第一弾性要素６の前端及び第二弾性要素７の後端を軸方向に受ける。中間ばね受け２２は、棒材２１の後方側の軸端部に嵌合されたワッシャからなる。止め輪２３は、棒材２１の後方側の軸端部に形成された止め輪溝に取り付けられている。中間ばね受け２２は、棒材２１の後方側の軸端部と中間部との間に形成された段差面と、止め輪２３とにより、棒材２１に対して移動不可な状態に規制されている。中間ばね受け２２は、中空軸１２ｂに径方向に支持されている。中間ばね受け２２の外径面は、中空軸１２ｂと軸方向に摺動可能に接触する嵌め合い面になっている。中間ばね受け２２は、棒材２１と一体に形成してもよい。

係合板２４は、棒材２１の前方側の軸端部に嵌合されたワッシャからなる。止め輪２５は、棒材２１の前方側の軸端部に形成された止め輪溝に取り付けられている。係合板２４は、棒材２１の前方側の軸端部と中間部との間に形成された段差面と、止め輪２５とにより、棒材２１に対して移動不可な状態に規制されている。係合板２４は、出力軸５がストロークＬの後進側終端位置まで後進した際にねじケース１７の後方ストッパ１７ｂと軸方向に接触させるために取り付けられている。

第一弾性要素６と第二弾性要素７は、中空軸１２ｂの内側と出力軸５との間に配置されている。第一弾性要素６と第二弾性要素７は、それぞれ駆動機構３の最大出力に基づく第二ねじ要素２の推力と同等以上の弾性反発力を生成可能なものである。第一弾性要素６と第二弾性要素７は、それぞれ環状ばねからなる。環状ばねとして、圧縮コイルばねが採用されている。なお、第一弾性要素６と第二弾性要素７には、同一仕様のものが採用されている。第一弾性要素６と第二弾性要素７は、それぞれ複数のばね部材で構成してもよい。

第一弾性要素６は、中間ばね受け２２の後端と、後方ばね受け１２ｃとで軸方向に挟まれている。第二弾性要素７は、中間ばね受け２２の前端と、前方ばね受け１３とで軸方向に挟まれている。駆動機構３による第二ねじ要素２の前進又は後進の際、第二ねじ要素２の推力が後方ばね受け１２ｃ又は前方ばね受け１３から第一弾性要素６又は第二弾性要素７に伝達され、さらに第一弾性要素６又は第二弾性要素７から中間ばね受け２２に伝達され、さらに棒材２１に伝達される。なお、第一弾性要素６と第二弾性要素７が中間ばね受け２２の外径側を前後両側から挟んでいるので、中間ばね受け２２の外径側に第一弾性要素６及び第二弾性要素７の弾性反発力が作用しても、中間ばね受け２２の傾きが抑制され、中空軸１２ｂの内側に食い込む懸念がない。

第一弾性要素６と第二弾性要素７は、予め所定の圧縮状態で中間ばね受け２２と対応の後方ばね受け１２ｃ又は前方ばね受け１３との間に配置されている。これは、ストッパ１７ｂや相手部材１０１から抵抗を受けずに出力軸５が推力で前進又は後進する際、後方ばね受け１２ｃ又は前方ばね受け１３から伝達された推力で第一弾性要素６又は第二弾性要素７が一層軸方向に圧縮されることを避け、第二ねじ要素２の前進又は後進に連動して出力軸５を前進又は後進させ、第二ねじ要素２の前進又は後進に対する出力軸５のストロークの損失を実質的に無くすためである。

ここで、図１、２は、第二ねじ要素２が駆動機構３によって最も後退させられた状態を示し、図４は、第二ねじ要素２が駆動機構３によって最も前進させられた状態を示す。駆動機構３による第二ねじ要素２の前後進のストロークは、出力軸５のストロークＬよりも長く、その冗長分は、第一弾性要素６と第二弾性要素７を駆動機構３によって圧縮させられる軸方向長さに基づく。

具体的には、駆動機構３による第二ねじ要素２の後進に連動して出力軸５が後進するとき、後進中の出力軸５の係合板２４がケース４の後方ストッパ１７ｂに接触すると、出力軸５の後進が停止させられる。このとき、駆動機構３が直ぐに停止することはできず、停止した出力軸５に対して第二ねじ要素２がさらに後進させられる。この後進に伴い、第二弾性要素７の後端が出力軸５の中間ばね受け２２に受けられた状態のまま第二弾性要素７の前端が第二ねじ要素２の前方ばね受け１３から後方に向かって押されるので、第二弾性要素７が軸方向に圧縮されて弾性反発力を増す一方、中間ばね受け２２と後方ばね受け１２ｃ間の軸方向間隔が広がるので、第一弾性要素６は伸長することになる。その第二弾性要素７の弾性反発力は、第二弾性要素７の後端が出力軸５の中間ばね受け２２に受けられた状態のまま第二弾性要素７の前端、前方ばね受け１３、止め輪１４、ナット１２の順に作用するので、第二ねじ要素２を前方に向かって押す力、すなわち第二ねじ要素２の後進方向の推力に対して逆向きの力として第二ねじ要素２の全体に作用することになる。その弾性反発力が第二ねじ要素２の後進方向の推力と同等以上になると、第二ねじ要素２の後進が停止させられて図１、２の状態となる。このように、出力軸５の後進行程においては、第二弾性要素７の弾性反発力によって第二ねじ要素２の後進が停止させられるので、雌ねじ部１２ａとねじ軸８間がロック状態になる程に高摩擦状態とならない。

図２の状態から駆動機構３により第二ねじ要素２を前進させる場合、第二ねじ要素２の前方ばね受け１３の前進に応じて第二弾性要素７が伸長しつつ出力軸５が第二ねじ要素２に連動して前進することになる。

一方、駆動機構３による第二ねじ要素２の前進に連動して出力軸５が前進する場合において、前進中の出力軸５が相手部材１０１に衝突して出力軸５の前進が停止させられたとき、駆動機構３が直ぐに停止することはできず、停止した出力軸５に対して第二ねじ要素２がさらに前進させられる。この前進に伴い、第一弾性要素６の前端が出力軸５の中間ばね受け２２に受けられた状態のまま第一弾性要素６の後端が第二ねじ要素２の後方ばね受け１２ｃから前方に向かって押されるので、第一弾性要素６が軸方向に圧縮されて弾性反発力を増す一方、中間ばね受け２２と前方ばね受け１３間の軸方向間隔が広がるので、第二弾性要素７は伸長することになる。その第一弾性要素６の弾性反発力は、第一弾性要素６の前端が出力軸５の中間ばね受け２２に受けられた状態のまま第一弾性要素６の後端、ナット１２の後方ばね受け１２ｃの順に作用するので、第二ねじ要素２を後方に向かって押す力、すなわち第二ねじ要素の前進方向の推力に対して逆向きの力として第二ねじ要素２の全体に作用することになる。その第一弾性要素６の弾性反発力が第二ねじ要素２の前進方向の推力と同等以上になると、第二ねじ要素２の前進が停止させられ、図４の状態となる。このように、出力軸５の前進行程においては、第一弾性要素６の弾性反発力によって第二ねじ要素２の前進が停止させられるので、雌ねじ部１２ａとねじ軸８間がロック状態になる程に高摩擦状態とならない。

図４の状態から駆動機構３により第二ねじ要素２を後進させる場合、第二ねじ要素２の後方ばね受け１２ｃの後進に応じて第一弾性要素６が伸長しつつ出力軸５が第二ねじ要素２に連動して後進することになる。

この直動アクチュエータは、上述のように、外部構造体１００に支持された相手部材１０１に推力を出力する出力軸５を備え、ケース４が出力軸５を取り囲む一端部（前端ケース１９）を有し、ケース４の一端部（前端ケース１９）がケース４の内部と外部間に亘って軸方向に開口しており、外部構造体１００に設けられた中空部１０２がケース４の一端部（前端ケース１９）の内側に挿入されており、出力軸５と相手部材１０１が中空部１０２内を通じて軸方向に対向しており、ケース４の一端部（前端ケース１９）が外部構造体１００との軸方向の当接によってケース４の一端部（前端ケース１９）側への外部構造体１００の移動を規制する外側接触面１９ｂを有し、ケース４の一端部（前端ケース１９）と中空部１０２が互いの係合によってケース４の一端部（前端ケース１９）に対する中空部１０２の抜け方向移動を規制する連結手段を有することにより、ケース４の一端部（前端ケース１９）の内側に外部構造体１００の中空部１０２が挿入され、外部構造体１００に支持された相手部材１０１と出力軸５が中空部１０２内を通じて軸方向に対向させられるので、ねじ機構で変換された推力を出力軸５から相手部材１０１へ出力することができる。そのケース４の一端部（前端ケース１９）側への外部構造体１００の移動は、外部構造体１００とケース４の一端部（前端ケース１９）の外側接触面１９ｂとの当接によって規制され、そのケース４の一端部（前端ケース１９）と中空部１０２の連結手段によってケース４の一端部（前端ケース１９）に対し中空部１０２が抜け止めされているので、外部構造体１００とケース４との軸方向の位置関係を一定にすることができ、ひいては、相手部材１０１と出力軸５との対向位置関係を適切にして出力軸５と相手部材１０１の衝突によるねじ機構のロック状態発生を防止することができる。

また、この直動アクチュエータは、ケース４の連結手段がケース４の一端部（前端ケース１９）に雌ねじ状に設けられた孔部１９ａからなり、中空部１０２の連結手段がケース４の孔部１９ａに螺合する中空部１０２の外周からなることにより、ケース４の外側接触面１９ｂに外部構造体１００（中空部１０２の頭部）が当接するまで中空部１０２をケース４の孔部１９ａにねじ嵌合させる簡単な工程により前述の移動規制と抜け止めを行うことができる。

また、この直動アクチュエータは、出力軸５がねじ機構の第一ねじ要素１、第二ねじ要素２及びねじ機構を支持するケース４に対して軸方向に往復移動可能に配置されており、出力軸５と第二ねじ要素２との間に第二ねじ要素２の前進方向の推力を出力軸５まで伝達する第一弾性要素６が配置されており、出力軸５と第二ねじ要素２との間に第二ねじ要素２の後進方向の推力を出力軸５まで伝達する第二弾性要素７が配置されており、第一弾性要素６は、出力軸５が軸方向に前進可能な状態で前進方向の推力を伝達する場合に第二ねじ要素２と出力軸５を前進方向に連動させ、出力軸５が軸方向に前進不可な状態で前進方向の推力を伝達する場合に前進方向の推力と同等以上の弾性反発力を第二ねじ要素２に与えて第二ねじ要素２の前進を停止させるものであり、第二弾性要素７は、出力軸５が軸方向に後進可能な状態で後進方向の推力を伝達する場合に第二ねじ要素２と出力軸５を後進方向に連動させ、出力軸５が軸方向に後進不可な状態で後進方向の推力を伝達する場合に後進方向の推力と同等以上の弾性反発力を第二ねじ要素２に与えて第二ねじ要素２の後進を停止させるものであることにより、駆動機構３によって第二ねじ要素２が前進又は後進中、出力軸５がストッパ１７ｂや相手部材１０１と軸方向に衝突しない場合、第二ねじ要素２の推力が第一弾性要素６又は第二弾性要素７を介して出力軸５に伝達されて第二ねじ要素２の移動方向に出力軸５が連動させられる一方、駆動機構３によって第二ねじ要素２が前進又は後進中、出力軸５がストッパ１７ｂや相手部材１０１と軸方向に衝突した場合、停止した出力軸５に対する第二ねじ要素２の前進又は後進が進んでいくことにより、対応側の第一弾性要素６又は第二弾性要素７が第二ねじ要素２から圧縮されて弾性反発力を増し、その弾性反発力が第二ねじ要素２の移動方向の推力と同等以上になると、その弾性反発力によって第二ねじ要素２の移動が停止させられるので、第一ねじ要素１と第二ねじ要素２が噛み込まず、ねじ機構でのロック状態発生が防止される。このように、この直動アクチュエータは、駆動機構３による直動中の出力軸５がケース４のストッパ１７ｂや相手部材１０１と軸方向に衝突した際にねじ機構でのロック状態発生を防止することができる。

また、この直動アクチュエータは、第二ねじ要素２が軸方向に延びる中空軸１２ｂを有し、第一弾性要素６と第二弾性要素７が中空軸１２ｂの内側と出力軸５との間に配置されており、出力軸５が中空軸１２ｂの内側に向かって突き出た中間ばね受け２２を有し、第二ねじ要素２が第一弾性要素６を中間ばね受け２２の後端と軸方向に挟む後方ばね受け１２ｃと、第二弾性要素７を中間ばね受け２２の前端と軸方向に挟む前方ばね受け１３とを有することにより、第一弾性要素６と第二弾性要素７を第二ねじ要素２の中空軸１２ｂ内に保持し、第一ねじ要素１と第二ねじ要素２の弾性反発力を共通の中間ばね受け２２で受けて中間ばね受け２２の傾きを防止しつつ、第二ねじ要素２に対する出力軸５の移動方向に応じて第一弾性要素６と第二弾性要素７を伸縮させることができる。

また、この直動アクチュエータは、第二ねじ要素２の中空軸１２ｂがケース４に径方向に支持されており、出力軸５の中間ばね受け２２が中空軸１２ｂに径方向に支持されており、第二ねじ要素２の前方ばね受け１３が出力軸５を径方向に支持していることにより、中間ばね受け２２と前方ばね受け１３を中空軸１２ｂに対する出力軸５の支持構造に利用し、その中空軸１２ｂをケース４で径方向に支持して安定させることができる。

また、この直動アクチュエータは、第二ねじ要素２が第一ねじ要素１にねじ嵌合されたナット１２を有し、第二ねじ要素２の中空軸１２ｂと後方ばね受け１２ｃがナット１２と一体に形成されていることにより、中空軸１２ｂに出力軸５、第一、第二弾性要素６、７を挿入した状態で前方ばね受け１３をナット１２に取り付けるだけで、出力軸５、第一、第二弾性要素６、７及びナット１２をサブユニットに組み立てることができる。

また、この直動アクチュエータは、ケース４が出力軸５との接触によってケース４に対する出力軸５の後進を停止させる後方ストッパ１７ｂを有することにより、出力軸５の後進行程のストローク量を直動アクチュエータ単体で正確に定めることができる。

この発明の第二実施形態を図５に示す。なお、ここでは、第一実施形態との相違点を述べるに留める。

図５に示すこの直動アクチュエータでは、前端ケース１９の連結手段が、前端ケース１９の内周に形成された段差面１９ｃからなる。孔部１９ａは、雌ねじ状に代えて円筒孔状に設けられている。段差面１９ｃは、孔部１９ａの内部側の開口から径方向に延びている。中空部１０２の連結手段は、段差面１９ｃと軸方向に対向するように中空部１０２の外周に突き出た止め輪１０３からなる。止め輪１０３は、中空部１０２の外周に形成された止め輪溝に取り付けられている。中空部１０２の外周には、孔部１９ａに嵌合する円筒面が設けられている。

この直動アクチュエータは、前端ケース１９（ケース４の一端部）と外部構造体１００との間に介在する弾性部材１０４を備える。弾性部材１０４は、孔部１９ａの外部側に連続する面取り部と、中空部１０２の付け根乃至頭部との間に挟まれている。弾性部材１０４は、前端ケース１９（ケース４の一端部）と外部構造体１００との間を水密に密封する。弾性部材１０４は、例えば、Ｏリングからなる。

この直動アクチュエータは、前端ケース１９（ケース４の一端部）の外側接触面１９ｂに外部構造体１００が当接するまで中空部１０２を前端ケース１９（ケース４の一端部）の内側（孔部１９ａ）に挿入して中空部１０２に止め輪１０３を取り付けることにより、前述の外部構造体１００の移動規制と中空部１０２の抜け止めを行うことができる。

また、この直動アクチュエータは、前端ケース１９（ケース４の一端部）と外部構造体１００との間を密封する弾性部材１０４を備えることにより、前端ケース１９（ケース４の一端部）と中空部１０２の隙間からの異物侵入を防止することができる。

なお、上述の各実施形態では、第一ねじ要素１に雄ねじ、第二ねじ要素２に雌ねじを設けたが、第一ねじ要素に雌ねじ、第二ねじ要素に雄ねじを設けたねじ機構に変更することも可能である。この変更は、例えば、第一ねじ要素のねじ軸に中空軸相当の部位を延ばし、この中空軸の内側で出力軸、第一弾性要素、第二弾性要素を保持させることで実現可能である。この直動アクチュエータでは、雌ねじ部１２ａの径方向肉厚を利用して後方ばね受け１２ｃとする段差面が形成されているので、ねじ軸から中空軸を延長する場合に比して第二ねじ要素２の軸方向長さを抑えることができる。

また、ねじ機構として第一ねじ要素１と第二ねじ要素２のねじ山同士が直接に螺合する滑りねじを採用したが、ボールねじを採用することも可能である。

また、第二実施形態の弾性部材１０４は、第一実施形態においても同様に介在させてもよい。

また、ロック状態発生の防止性能を重視して出力軸５と第二ねじ要素２を別体に弾性要素６、７を介在させたが、弾性要素を省略し、第二ねじ要素と出力軸を一体に形成してもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 第一ねじ要素
２ 第二ねじ要素
３ 駆動機構
４ ケース
５ 出力軸
６ 第一弾性要素
７ 第二弾性要素
８ ねじ軸
１２ ナット
１２ｂ 中空軸
１２ｃ 後方ばね受け
１３ 前方ばね受け
１７ｂ 後方ストッパ
１９ 前端ケース（ケースの一端部）
１９ａ 孔部
１９ｂ 外側接触面
１９ｃ 段差面
２２ 中間ばね受け
２４ 係合板
１００ 外部構造体
１０１ 相手部材
１０２ 中空部
１０３ 止め輪
１０４ 弾性部材

Claims (7)

1. 第一ねじ要素の回転力を第二ねじ要素の軸方向の推力に変換するねじ機構と、前記第一ねじ要素に前記回転力を与える駆動機構と、前記駆動機構と前記ねじ機構とを支持するケースとを備える直動アクチュエータにおいて、
   外部構造体に支持された相手部材に前記推力を出力する出力軸を備え、
   前記ケースは、前記出力軸を取り囲む一端部を有し、前記ケースの一端部は、前記ケースの内部と外部間に亘って軸方向に開口しており、前記外部構造体に設けられた中空部が前記ケースの一端部の内側に挿入されており、前記出力軸と前記相手部材は、前記中空部内を通じて軸方向に対向しており、前記ケースの一端部は、前記外部構造体との軸方向の当接によって前記ケースの一端部側への前記外部構造体の移動を規制する外側接触面を有し、前記ケースの一端部と前記中空部は、互いの係合によって前記ケースの一端部に対する前記中空部の抜け方向移動を規制する連結手段を有することを特徴とする直動アクチュエータ。
2. 前記ケースの連結手段は、前記ケースの一端部の内周に設けられた雌ねじ状の孔部からなり、前記中空部の連結手段は、前記ケースの連結手段に螺合する前記中空部の外周からなる請求項１に記載の直動アクチュエータ。
3. 前記ケースの連結手段は、前記ケースの一端部の内周に形成された段差面からなり、前記中空部の連結手段は、前記中空部の外周に取り付けられた止め輪からなる請求項１に記載の直動アクチュエータ。
4. 前記ケースの一端部と前記外部構造体との間を密封する弾性部材を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の直動アクチュエータ。
5. 前記出力軸は、前記第一ねじ要素、前記第二ねじ要素及び前記ケースに対して軸方向に往復移動可能に配置されており、
   前記出力軸と前記第二ねじ要素との間に前記第二ねじ要素の前進方向の前記推力を前記出力軸まで伝達する第一弾性要素が配置されており、前記出力軸と前記第二ねじ要素との間に前記第二ねじ要素の後進方向の前記推力を前記出力軸まで伝達する第二弾性要素が配置されており、
   前記第一弾性要素は、前記出力軸が軸方向に前進可能な状態で前進方向の前記推力を伝達する場合に前記第二ねじ要素と前記出力軸を前進方向に連動させ、前記出力軸が軸方向に前進不可な状態で前進方向の前記推力を伝達する場合に前進方向の前記推力と同等以上の弾性反発力を前記第二ねじ要素に与えて前記第二ねじ要素の前進を停止させるものであり、
   前記第二弾性要素は、前記出力軸が軸方向に後進可能な状態で後進方向の前記推力を伝達する場合に前記第二ねじ要素と前記出力軸を後進方向に連動させ、前記出力軸が軸方向に後進不可な状態で後進方向の前記推力を伝達する場合に後進方向の前記推力と同等以上の弾性反発力を前記第二ねじ要素に与えて前記第二ねじ要素の後進を停止させるものである請求項１から４のいずれか１項に記載の直動アクチュエータ。
6. 前記第二ねじ要素は、軸方向に延びる中空軸を有し、
   前記第一弾性要素と前記第二弾性要素は、前記中空軸の内側と前記出力軸との間に配置されており、
   前記出力軸は、前記中空軸の内側に向かって突き出た中間ばね受けを有し、
   前記第二ねじ要素は、前記第一弾性要素を前記中間ばね受けの後端と軸方向に挟む後方ばね受けと、前記第二弾性要素を前記中間ばね受けの前端と軸方向に挟む前方ばね受けとを有する請求項５に記載の直動アクチュエータ。
7. 前記第二ねじ要素の中空軸は、前記ケースに径方向に支持されており、
   前記出力軸の中間ばね受けは、前記中空軸に径方向に支持されており、
   前記第二ねじ要素の前方ばね受けは、前記出力軸を径方向に支持している請求項６に記載の直動アクチュエータ。

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