JP2022052266A - 直動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】振動条件下においても、逆入力による軸方向の位置ずれを防止することが可能な直動アクチュエータを提供する。【解決手段】駆動モータ１の回転が入力される入力側トルクカム４と、軸方向に移動可能かつ回転不能に支持された出力側トルクカム５とを有し、出力側トルクカム５には、複数のカム突起２６が形成され、入力側トルクカム４には、複数のカム突起２６と摺接する複数の傾斜カム面２７が形成され、さらに、入力側トルクカム４には、傾斜カム面２７を登り切った位置から周方向に延びる非傾斜カム面３０が形成されている直動アクチュエータ。【選択図】図５

Description

この発明は、回転を発生する駆動モータで駆動される直動アクチュエータに関する。

回転を発生する駆動モータで駆動される直動アクチュエータとして、例えば、駆動モータで発生する回転が入力されるナット部材と、そのナット部材にねじ係合するねじ軸とを有する滑りねじ方式のものが知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の直動アクチュエータは、ナット部材が、回転可能かつ軸方向に移動不能に支持され、ねじ軸が、軸方向に移動可能かつ回転不能に支持されている。そして、駆動モータでナット部材を回転させると、そのナット部材の回転に応じてねじ軸が軸方向に移動し、そのねじ軸によって対象物が軸方向に押し動かされる。

特開２０１８－０１７２５７号公報

上記の滑りねじ方式の直動アクチュエータは、逆入力による軸方向の位置ずれが生じにくいという利点がある。すなわち、滑りねじ方式の直動アクチュエータは、ナット部材の内周に形成された雌ねじと、ねじ軸の外周に形成された雄ねじとが滑り接触（摺接）しており、その接触面間に面圧に応じた大きさの摩擦力が生じる。そのため、外部からねじ軸に軸方向の押し込み力（逆入力の力）が作用したときに、その力によってナット部材が回転しにくく、ねじ軸の軸方向の位置ずれが生じにくい。

しかしながら、滑りねじ方式の直動アクチュエータを用いた場合でも、外部からねじ軸に軸方向の押し込み力（逆入力の力）が作用すると、ねじ軸とナット部材の接触面間に周方向の分力が生じるので、その周方向の分力によってねじ軸とナット部材がわずかに相対回転し、軸方向の位置ずれを生じるおそれがある。特に、振動条件下において直動アクチュエータが使用される場合には、外部からねじ軸に軸方向の押し込み力を受けたときに、ねじ軸とナット部材の間の相対回転を防ぐことが難しく、軸方向の位置ずれを防ぐことが難しかった。

この発明が解決しようとする課題は、振動条件下においても、逆入力による軸方向の位置ずれを防止することが可能な直動アクチュエータを提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成の直動アクチュエータを提供する。
回転を発生する駆動モータと、
前記駆動モータの回転が入力される入力側トルクカムと、
前記入力側トルクカムと軸方向に対向して配置され、軸方向に移動可能かつ回転不能に支持された出力側トルクカムと、を有し、
前記入力側トルクカムと前記出力側トルクカムのうちのいずれか一方のトルクカムには、他方のトルクカムに向かって軸方向に突出する複数のカム突起が周方向に間隔をおいて形成され、
前記他方のトルクカムには、前記複数のカム突起と摺接し、周方向に沿って軸方向に次第に変位する傾斜をもつ複数の傾斜カム面が周方向に間隔をおいて形成され、
さらに、前記他方のトルクカムには、前記傾斜カム面を登り切った位置から周方向に延び、周方向に沿って軸方向に変位しない形状の非傾斜カム面が形成されている、
直動アクチュエータ。

このようにすると、入力側トルクカムと出力側トルクカムのうちの一方のトルクカムに形成されたカム突起が、他方のトルクカムに形成された傾斜カム面を登る側の周方向に、入力側トルクカムを回転させることで、出力側トルクカムを軸方向に移動させることができる。そして、カム突起が傾斜カム面を登り切るまで入力側トルクカムを回転させると、カム突起が傾斜カム面から非傾斜カム面に乗り移り、非傾斜カム面に摺接した状態となる。この状態では、外部から出力側トルクカムに軸方向の押し込み力（逆入力の力）が作用しても、周方向の分力が生じない。そのため、振動条件下においても、出力側トルクカムに、逆入力による軸方向の位置ずれが生じるのを防止することが可能である。

前記非傾斜カム面は、軸方向に直交する平面状に形成され、
前記カム突起には、軸方向に直交する平面状に形成され、前記非傾斜カム面に面接触する非傾斜面が形成されている構成を採用することができる。

このようにすると、カム突起が傾斜カム面を登り切ったときに、カム突起と非傾斜カム面とが、軸方向に直交する平面同士で面接触した状態となる。そのため、外部から出力側トルクカムに軸方向の押し込み力が作用したときに、入力側トルクカムと出力側トルクカムの間に周方向の分力が生じるのが確実に防止され、逆入力による軸方向の位置ずれが生じるのを確実に防止することが可能である。

前記一方のトルクカムは、周方向に隣り合う前記複数のカム突起の間に、軸方向に直交する第１平面を有し、
前記他方のトルクカムは、周方向に隣り合う前記複数の傾斜カム面の間に、前記一方のトルクカムに向かって軸方向に突出する軸方向突起を有し、その軸方向突起の先端に、前記カム突起が前記傾斜カム面を下ったときに前記第１平面に当接する第２平面が形成されている構成を採用すると好ましい。

このようにすると、入力側トルクカムと出力側トルクカムが相対回転することで、一方のトルクカムのカム突起が、他方のトルクカムの傾斜カム面を下ったときに、一方のトルクカムに形成された第１平面と、他方のトルクカムの軸方向突起に形成された第２平面とが、軸方向に直交する平面同士で面接触した状態となる。この状態では、外部から出力側トルクカムに軸方向の押し込み力が作用しても、入力側トルクカムと出力側トルクカムの間に周方向の分力が生じない。そのため、逆入力による軸方向の位置ずれが生じるのを確実に防止することが可能である。

前記出力側トルクカムは、前記入力側トルクカムに対向する側とは反対側に開口する筒状の軸収容部を有し、
前記軸収容部には、軸方向に移動可能に支持される直動出力軸と、前記直動出力軸を前記軸収容部から突出する方向に付勢する弾性体と、前記弾性体で前記直動出力軸に予圧をかけた状態となるように前記直動出力軸の前記軸収容部から突出する方向の移動範囲を規制するストッパ部材とが組み込まれている構成を採用すると好ましい。

このようにすると、出力側トルクカムが直動出力軸を介して対象物を押し動かすようにすることで、出力側トルクカムの軸方向の移動ストロークが、対象物の軸方向の移動可能なストロークより大きくても、そのストローク差を弾性体で吸収し、過大な押し込み力が対象物に作用するのを防止することができる。

前記出力側トルクカムを前記入力側トルクカムに向けて軸方向に付勢する戻り用弾性部材を設けると好ましい。

このようにすると、カム突起が傾斜カム面を下る側の周方向に入力側トルクカムを回転させたときに、戻り用弾性部材の付勢力によって、出力側トルクカムを入力側トルクカムに向かって確実に軸方向に押し戻すことができる。

この発明の直動アクチュエータは、入力側トルクカムと出力側トルクカムのうちの一方のトルクカムに形成されたカム突起が、他方のトルクカムに形成された傾斜カム面を登る側の周方向に、入力側トルクカムを回転させることで、出力側トルクカムを軸方向に移動させることができる。そして、カム突起が傾斜カム面を登り切るまで入力側トルクカムを回転させると、カム突起が傾斜カム面から非傾斜カム面に乗り移り、非傾斜カム面に摺接した状態となる。この状態では、外部から出力側トルクカムに軸方向の押し込み力（逆入力の力）が作用しても、周方向の分力が生じない。そのため、振動条件下においても、出力側トルクカムに、逆入力による軸方向の位置ずれが生じるのを防止することが可能である。

この発明の実施形態の直動アクチュエータの部分断面図 図１の運動変換機構の近傍の拡大図 図２の運動変換機構を上方から見た部分断面図 図２の入力側トルクカムを回転させることで、出力側トルクカムを入力側トルクカムから遠ざかる方向に軸方向移動させた状態を示す図 図２の入力側トルクカムおよび出力側トルクカムを取り出して示す外形図 図５のVI－VI線に沿った断面図 図４の入力側トルクカムおよび出力側トルクカムを取り出して示す外形図 図７のVIII－VIII線に沿った断面図 入力側トルクカムおよび出力側トルクカムの分解斜視図

図１に、この発明の実施形態の直動アクチュエータを示す。この直動アクチュエータは、回転を発生する駆動モータ１と、駆動モータ１の回転を減速する減速機２と、駆動モータ１から減速機２を介して入力される回転を軸方向の直線運動に変換する運動変換機構３とを有する。

図２に示すように、運動変換機構３は、駆動モータ１（図１参照）の回転が入力される入力側トルクカム４と、入力側トルクカム４と軸方向に対向して配置される出力側トルクカム５と、入力側トルクカム４および出力側トルクカム５を収容するケース６と、ケース６に固定された蓋体７とを有する。

入力側トルクカム４は、回転が入力される回転入力軸８と、回転入力軸８と一体に回転するフランジ部９とを有する。回転入力軸８は、一端がケース６から突出し、他端がケース６内に挿入されている。回転入力軸８のケース６からの突出端には、減速機２（図１参照）の出力軸１０が接続されている。回転入力軸８のケース６内への挿入部分の外周には、フランジ部９が固定されている。

ケース６は、入力側トルクカム４および出力側トルクカム５の外周を囲む筒部１１と、筒部１１の入力側トルクカム４の側（図では左側）の軸方向端部に設けられた端板１２とを有する。端板１２には、回転入力軸８を挿通させる貫通孔１３が形成されている。端板１２とフランジ部９の間には、入力側トルクカム４を回転可能に支持するスラスト軸受１４が組み込まれている。スラスト軸受１４は、図では、スラスト針状ころ軸受である。

ケース６の筒部１１は、出力側トルクカム５の外周と対向する位置に、軸方向に延びる長穴１５を有する。長穴１５には、出力側トルクカム５に固定した回り止め突起１６が軸方向に移動可能に係合している。この長穴１５と回り止め突起１６の係合によって、出力側トルクカム５は、軸方向に移動可能かつ回転不能に支持された状態となっている。

ケース６の筒部１１の出力側トルクカム５の側（図では右側）の軸方向端部には、蓋体７がボルト１７で固定されている。蓋体７と出力側トルクカム５の間には、戻り用弾性部材１８が組み込まれている。戻り用弾性部材１８としては、圧縮コイルばね、皿ばね、波ばね等の金属製スプリングを用いることができる。戻り用弾性部材１８は、軸方向に圧縮した状態で組み込まれており、その弾性復元力によって出力側トルクカム５を入力側トルクカム４に向けて軸方向に付勢している。

出力側トルクカム５は、入力側トルクカム４に対向する側とは反対側（図では右側）に開口する筒状の軸収容部１９を有する。軸収容部１９には、直動出力軸２０と弾性体２１とストッパ部材２２とが組み込まれている。

直動出力軸２０は、軸収容部１９に収容された大径軸部２３と、大径軸部２３から蓋体７に向けて軸方向に延びる小径軸部２４とを有する。大径軸部２３は、軸収容部１９の内周で軸方向に移動可能に支持されている。小径軸部２４は、大径軸部２３よりも小さい外径を有する。小径軸部２４は、蓋体７に形成された貫通孔２５に軸方向に移動可能に挿入されている。

弾性体２１は、一端が出力側トルクカム５で支持され、他端が大径軸部２３を軸方向に押圧している。弾性体２１としては、圧縮コイルばね、皿ばね、波ばね等の金属製スプリングを用いることができる。弾性体２１は、軸方向に圧縮した状態で組み込まれ、直動出力軸２０を軸収容部１９から突出する方向（図では右方向）に付勢している。

ストッパ部材２２は、ここでは軸収容部１９の内周に装着された止め輪である。ストッパ部材２２は、大径軸部２３の小径軸部２４の側（図では右側）の端部を受け止め、軸収容部１９から突出する方向（図では右方向）の直動出力軸２０の移動範囲を規制している。ストッパ部材２２は、直動出力軸２０の移動範囲を規制することで、弾性体２１を軸方向に圧縮した状態に保持している。そして、その弾性体２１の弾性復元力により、直動出力軸２０は予圧がかけられた状態となっている。

図３に示すように、出力側トルクカム５には、入力側トルクカム４に向かって軸方向に突出するカム突起２６が形成されている。一方、入力側トルクカム４には、カム突起２６と摺接（滑り接触）する傾斜カム面２７が形成されている。傾斜カム面２７は、周方向に沿って軸方向に次第に変位する傾斜をもつ面であり、入力側トルクカム４を回転させたときに、カム突起２６の先端部と摺接することで、出力側トルクカム５を軸方向に押し動かす。

図５に示すように、カム突起２６の先端部には、軸方向に直交する平面状の非傾斜面２８と、傾斜カム面２７と同方向に傾斜する傾斜面２９とが形成されている。図６、図９に示すように、カム突起２６は、周方向に間隔をおいて複数設けられている。傾斜カム面２７も、周方向に間隔をおいて複数設けられている。カム突起２６の個数と傾斜カム面２７の個数は同じである。

図５に示すように、入力側トルクカム４には、傾斜カム面２７を登り切った位置から周方向に延びる非傾斜カム面３０が形成されている。非傾斜カム面３０は、周方向に沿って軸方向に変位しない形状（図では軸方向に直交する平面状）の面である。入力側トルクカム４を出力側トルクカム５に対して回転させ、カム突起２６が傾斜カム面２７を登り切ったとき、カム突起２６の先端部の非傾斜面２８は、非傾斜カム面３０と摺接した状態となる（図７参照）。

図７、図８に示すように、出力側トルクカム５は、周方向に隣り合う複数のカム突起２６の間に、軸方向に直交する第１平面３１を有する。入力側トルクカム４は、周方向に隣り合う複数の傾斜カム面２７の間に、出力側トルクカム５に向かって軸方向に突出する軸方向突起３２を有する。軸方向突起３２の先端には、第２平面３３が形成されている。第２平面３３は、図５に示すように、カム突起２６が傾斜カム面２７を下ったときに、第１平面３１に当接する面である。軸方向突起３２の軸方向長さは、カム突起２６の軸方向長さよりも長い。

この直動アクチュエータの動作例を説明する。

図５は、入力側トルクカム４と出力側トルクカム５が初期位置にある状態を示す。この状態では、入力側トルクカム４と出力側トルクカム５の軸方向長さが最も小さくなっており、入力側トルクカム４の軸方向突起３２の先端の第２平面３３が、出力側トルクカム５の第１平面３１に面接触している。また、直動出力軸２０が、蓋体７の内部に引き込まれている。

駆動モータ１（図１参照）で入力側トルクカム４を回転させると、傾斜カム面２７とカム突起２６が摺接し、カム突起２６が傾斜カム面２７を登ることで、出力側トルクカム５が入力側トルクカム４から遠ざかる方向に移動する。このとき、出力側トルクカム５は、長穴１５と回り止め突起１６の係合によってケース６に回り止めされているので、入力側トルクカム４と連れ回りせず、入力側トルクカム４の回転位相に応じて軸方向に移動する。

そして、図７、図８に示すように、カム突起２６が傾斜カム面２７を登り切るまで入力側トルクカム４を回転させると、入力側トルクカム４と出力側トルクカム５は、ストロークエンドにある状態となる。この状態では、入力側トルクカム４と出力側トルクカム５の軸方向長さが最も大きくなっており、カム突起２６の先端の非傾斜面２８が、傾斜カム面２７に隣接して設けられた非傾斜カム面３０に面接触している。また、直動出力軸２０の先端が、蓋体７から突出している。

その後、駆動モータ１（図１参照）で入力側トルクカム４を逆回りに回転させると、カム突起２６が傾斜カム面２７を下ることで、出力側トルクカム５が入力側トルクカム４に近づく方向に移動し、図５に示すように、入力側トルクカム４と出力側トルクカム５は初期位置に戻る。

この直動アクチュエータは、図５に示すように、入力側トルクカム４および出力側トルクカム５が初期位置にある状態から、カム突起２６が傾斜カム面２７を登る側の周方向に、入力側トルクカム４を回転させることで、出力側トルクカム５を軸方向に移動させることができる。そして、図７に示すように、カム突起２６が傾斜カム面２７を登り切るまで入力側トルクカム４を回転させると、カム突起２６が傾斜カム面２７から非傾斜カム面３０に乗り移り、非傾斜カム面３０に摺接した状態となる。この状態では、外部から出力側トルクカム５に軸方向の押し込み力（逆入力の力）が作用しても、周方向の分力が生じない。そのため、振動条件下においても、出力側トルクカム５に、逆入力による軸方向の位置ずれが生じるのを防止することが可能である。

また、この直動アクチュエータは、図７に示すように、カム突起２６が傾斜カム面２７を登り切ったときに、カム突起２６と非傾斜カム面３０とが軸方向に直交する平面同士で面接触する。そのため、図７に示すように、入力側トルクカム４および出力側トルクカム５がストロークエンドにある状態において、外部から出力側トルクカム５に軸方向の押し込み力が作用したときに、入力側トルクカム４と出力側トルクカム５の間に周方向の分力が生じるのが確実に防止され、逆入力による軸方向の位置ずれが生じるのを確実に防止することが可能となっている。

また、この直動アクチュエータは、図７に示すストロークエンドの状態から、入力側トルクカム４と出力側トルクカム５が相対回転することで、カム突起２６が傾斜カム面２７を下って初期位置に戻ったときに、図５に示すように、出力側トルクカム５に形成された第１平面３１と、入力側トルクカム４の軸方向突起３２に形成された第２平面３３とが、軸方向に直交する平面同士で面接触した状態となる。この状態では、外部から出力側トルクカム５に軸方向の押し込み力が作用しても、入力側トルクカム４と出力側トルクカム５の間に周方向の分力が生じない。そのため、図５に示すように、入力側トルクカム４および出力側トルクカム５が初期位置にある状態において、逆入力による軸方向の位置ずれが生じるのを確実に防止することが可能である。

また、この直動アクチュエータは、図２、図４に示すように、出力側トルクカム５が、弾性体２１で予圧をかけた状態の直動出力軸２０を介して対象物を押し動かすようにしているので、出力側トルクカム５の軸方向の移動ストロークが、対象物の軸方向の移動可能なストロークより大きくても、そのストローク差を弾性体２１で吸収し、過大な押し込み力が対象物に作用するの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、図３に示すように、出力側トルクカム５を入力側トルクカム４に向けて軸方向に付勢する戻り用弾性部材１８を設けているので、カム突起２６が傾斜カム面２７を下る側の周方向に入力側トルクカム４を回転させたときに、戻り用弾性部材１８の付勢力によって、出力側トルクカム５を入力側トルクカム４に向かって確実に軸方向に押し戻すことが可能となっている。

上記実施形態では、入力側トルクカム４と出力側トルクカム５のうちの出力側トルクカム５にカム突起２６を形成し、入力側トルクカム４に傾斜カム面２７および非傾斜カム面３０を形成したが、入力側トルクカム４と出力側トルクカム５の関係を逆にすることも可能である。すなわち、入力側トルクカム４に、出力側トルクカム５に向かって突出するカム突起２６を形成し、出力側トルクカム５に、そのカム突起２６と摺接する傾斜カム面２７および非傾斜カム面３０を形成するようにしてもよい。

今回開示された実施の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。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 駆動モータ
４ 入力側トルクカム
５ 出力側トルクカム
１８ 戻り用弾性部材
１９ 軸収容部
２０ 直動出力軸
２１ 弾性体
２２ ストッパ部材
２６ カム突起
２７ 傾斜カム面
２８ 非傾斜面
３０ 非傾斜カム面
３１ 第１平面
３２ 軸方向突起
３３ 第２平面

Claims (5)

1. 回転を発生する駆動モータ（１）と、
   前記駆動モータ（１）の回転が入力される入力側トルクカム（４）と、
   前記入力側トルクカム（４）と軸方向に対向して配置され、軸方向に移動可能かつ回転不能に支持された出力側トルクカム（５）と、を有し、
   前記入力側トルクカム（４）と前記出力側トルクカム（５）のうちのいずれか一方のトルクカムには、他方のトルクカムに向かって軸方向に突出する複数のカム突起（２６）が周方向に間隔をおいて形成され、
   前記他方のトルクカムには、前記複数のカム突起（２６）と摺接し、周方向に沿って軸方向に次第に変位する傾斜をもつ複数の傾斜カム面（２７）が周方向に間隔をおいて形成され、
   さらに、前記他方のトルクカムには、前記傾斜カム面（２７）を登り切った位置から周方向に延び、周方向に沿って軸方向に変位しない形状の非傾斜カム面（３０）が形成されている、
   直動アクチュエータ。
2. 前記非傾斜カム面（３０）は、軸方向に直交する平面状に形成され、
   前記カム突起（２６）には、軸方向に直交する平面状に形成され、前記非傾斜カム面（３０）に面接触する非傾斜面（２８）が形成されている請求項１に記載の直動アクチュエータ。
3. 前記一方のトルクカムは、周方向に隣り合う前記複数のカム突起（２６）の間に、軸方向に直交する第１平面（３１）を有し、
   前記他方のトルクカムは、周方向に隣り合う前記複数の傾斜カム面（２７）の間に、前記一方のトルクカムに向かって軸方向に突出する軸方向突起（３２）を有し、その軸方向突起（３２）の先端に、前記カム突起（２６）が前記傾斜カム面（２７）を下ったときに前記第１平面（３１）に当接する第２平面（３３）が形成されている請求項１または２に記載の直動アクチュエータ。
4. 前記出力側トルクカム（５）は、前記入力側トルクカム（４）に対向する側とは反対側に開口する筒状の軸収容部（１９）を有し、
   前記軸収容部（１９）には、軸方向に移動可能に支持される直動出力軸（２０）と、前記直動出力軸（２０）を前記軸収容部（１９）から突出する方向に付勢する弾性体（２１）と、前記弾性体（２１）で前記直動出力軸（２０）に予圧をかけた状態となるように前記直動出力軸（２０）の前記軸収容部（１９）から突出する方向の移動範囲を規制するストッパ部材（２２）とが組み込まれている請求項１から３のいずれかに記載の直動アクチュエータ。
5. 前記出力側トルクカム（５）を前記入力側トルクカム（４）に向けて軸方向に付勢する戻り用弾性部材（１８）を更に有する請求項１から４のいずれかに記載の直動アクチュエータ。

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