JP2022055662A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ストッパ位置を容易に調整できるリニアアクチュエータの提供。【解決手段】リニアアクチュエータ１００は、第１ねじ部が設けられ、回転可能に支持されている回転軸３１と、第１ねじ部にねじ嵌合する第２ねじ部が設けられ、回転軸３１と同軸、かつ回転不能に支持されている往復動軸６０と、を備え、往復動軸６０は、回転軸３１の回転に伴って回転軸方向に移動し、回転軸３１は、往復動軸６０に当接して往復動軸６０の移動を止めるストッパ５０を有し、ストッパ５０は、回転軸３１に平行に設けられ、かつ、往復動軸６０に当接するストッパ当接面を含んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、リニアアクチュエータに関し、特に新規なストッパ構造を有するリニアアクチュエータに関する。

従来、特許文献１に記載されているようなリニアアクチュエータが利用されている。特許文献１に記載されているリニアアクチュエータでは、外周面にねじ溝が設けられている回転軸と、中空円筒状に形成され、内周面にねじ溝が設けられている往復動軸とを備えている。回転軸は回転可能に、往復動軸は回転不能かつ長手方向に直線移動可能なように、それぞれ支持されている。回転軸は、回転軸と往復動軸とのねじ溝をはめ合わせて、往復動軸の中空内部に挿入されている。回転軸と往復動軸とにより、ねじ送り機構が構成されている。

このように構成されているリニアアクチュエータは、モータにより回転軸が回されると、互いにはめ合うねじ溝の作用により、往復動軸が長手方向に直線移動する。それにより、往復動軸の端部に接続されている機器が直線方向に駆動される。直線方向の移動範囲の間で直線移動する往復動軸は、移動範囲の両端位置において、備えられたストッパが相手部材に当接して、往復動軸が停止する構造となっている。

特開２０１８－１１３７２９号公報

往復動軸の移動ストロークの両端位置に対応して、リニアアクチュエータに接続される機器のストローク端の位置も必然的に決定される。例えば、航空機のラダートリム装置では、接続されたペダル装置の初期位置、及びフルストローク位置は、リニアアクチュエータの往復動軸の位置に対応して必然的に決まるが、必ずしも最適なペダル位置とはならない。従来例のような往復動軸の移動直線方向に垂直な部位同士の当接によるストッパ構造だと、ペダル位置を調整する場合はシムを追加して調整を行っているが、工数がかかるとともに調整が煩わしかった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ストッパ位置を容易に調整できるリニアアクチュエータを提供することを目的としている。

本発明に係るリニアアクチュエータは、第１ねじ部が設けられ、回転可能に支持されている回転軸と、第１ねじ部にねじ嵌合する第２ねじ部が設けられ、回転軸と同軸、かつ回転不能に支持されている往復動軸と、を備え、往復動軸は、回転軸の回転に伴って回転軸方向に移動するリニアアクチュエータにおいて、回転軸は、往復動軸に当接して往復動軸の移動を止めるストッパを有し、ストッパは、回転軸に平行に設けられ、かつ、往復動軸に当接する当接面を含んでいる。

本発明によれば、回転軸に平行に設けられ、かつ、往復動軸に当接する当接面を含んでいるストッパにより、当接面の回転方向角度位置を容易に調整することができる。

本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータの正面断面図である。 図１におけるＡ－Ａ断面を示す断面図である。 図２におけるＣ－Ｃ断面を示す断面図である。 図１の駆動軸を示す斜視図である。 図４において、第１軸部材が省略された状態を示すＧ部拡大図である。 図４の回転軸を示す正面断面図である。 図１の往復動軸を示す正面断面図である。 図７の第２軸部材を示す正面図である。 図８におけるＤ－Ｄ断面を示す断面図である。 図８の第２軸部材を示す左側面図である。 図７の第３軸部材を示す正面図である。 図１１のＥ－Ｅ断面を示す断面図である。 図１１の第３軸部材を示す左側面図である。 図５のストッパを示す斜視図である。 図５のストッパを示す正面図である。 図１５のＦ－Ｆ断面を示す断面図である。 図１５の第３軸部材を示す左側面図である。

実施の形態
図１～図３を参照して、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１００を説明する。図１は、リニアアクチュエータ１００に設けられた駆動軸３０の中心軸Ｘ－Ｘに平行な断面による正面断面図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ断面を示す断面図である。図３は、図２において、モータ２０、及び、第１ギア２３～第６ギア２７のそれぞれの中心軸を通るＣ－Ｃ断面を示す断面図である。なお、図１は、図２におけるＢ－Ｂ断面を示す断面図である。

まず、リニアアクチュエータ１００の全体構造を説明する。リニアアクチュエータ１００は、ハウジング１０と、モータ２０と、第１ギア２３～第６ギア２７と、駆動軸３０とから構成されている。また、駆動軸３０には、図示しない機器と接続するための部材である、連結部材１７が設けられている。

前記ハウジング１０は、モータ２０等の装置を内部に収容する筐体である。ハウジング１０は、中空の直方体形状である第１ハウジング１１と、第１ハウジング１１に取り付けられている第２ハウジング１５とを有している。ハウジング１０は、金属で形成されている。第１ハウジング１１は、一端部１２と、他端部１３とを有している。第１ハウジング１１の中央部付近には、一端部１２と、他端部１３とを結ぶ直線方向と平行に、一端部１２と他端部１３との間のほぼ全体にわたって、筒状の軸収容部１４が第１ハウジング１１と一体的に設けられている。軸収容部１４には、後述する駆動軸３０が挿入されている。軸収容部１４の内周面は、後述する、往復動軸６０の外周面に形成されている山谷形状（凹凸形状）に対応した形状に形成されている。

前記第２ハウジング１５は、平板状、かつ、一方面に第１連結部１６を有して形成されている。第２ハウジング１５は、第１ハウジング１１の一端部１２側に取り付けられている。第１連結部１６は、リニアアクチュエータ１００の一方の端部を他の機器に接続するための穴を含んで形成されている接続部分である。第１連結部１６は、第２ハウジング１５の一面に設けられており、かつ、第２ハウジング１５に一体的に形成されている。

図２～図３を参照しながら、モータ２０と、各ギア類を説明する。モータ２０は、先端にギアが設けられているモータ回転軸２１を有している。モータ回転軸２１は第１ギア２３に噛み合っており、モータ２０の回転力が伝達される。第１ギア２３～第６ギア２７の各ギアは、第１ギア２３と第２ギア２４、第２ギア２４と第３ギア４０、第３ギア４０と第４ギア２５、第４ギア２５と第５ギア２６、第５ギア２６と第６ギア２７が、それぞれ噛み合っている。第３ギア４０は、駆動軸３０が有する回転軸３１に取り付けられている。また、第４ギア２５、第５ギア２６、及び、第６ギア２７を介して伝えられた回転力は、ハウジング１０内に設けられている１つ以上のポテンショメータ２９に伝達される。ポテンショメータ２９は、回転軸３１の回転角度位置を検出する。

前記リニアアクチュエータ１００は、航空機のラダーを操作するラダートリム装置の駆動機構の一部として機体内に装着される。リニアアクチュエータ１００は、ハウジング１０に設けられた第１連結部１６と、リニアアクチュエータ１００の第１連結部１６に対し反対側の端部に設けられている連結部材１７が有する第２連結部１８とが、それぞれ機体の一部と、図示しない他の機器とに連結される。

図４には、駆動軸３０の斜視図が示されている。駆動軸３０は、モータ２０により駆動され、リニアアクチュエータ１００に接続された図示しない機器を制御する部材である。駆動軸３０は、回転軸３１と、往復動軸６０とを有する。回転軸３１は、一端部３２に第３ギア４０を有し、他端部３４に２つの同じストッパ５０、５０を有している。往復動軸６０は、筒状の第１軸部材６１と、第１軸部材６１の一端部６２に設けられている筒状の第２軸部材７０と、第１軸部材６１の他端部６３に設けられている第３軸部材９０とを有している。また、往復動軸６０の第３軸部材９０には、図示しない機器と接続するための部材である連結部材１７が設けられている。

前記回転軸３１の他端部３４は、中空の往復動軸６０の内部に挿入されている。その状態で、駆動軸３０は、ハウジング１０の軸収容部１４に収容されている。回転軸３１は、回転可能に保持されている。また、往復動軸６０は、その回転軸方向に移動可能、かつ回転不能に保持されている。後述するように、回転軸３１と往復動軸６０とは、回転軸３１の外周面と、往復動軸６０の内周面とに形成された、互いに噛み合うねじ部分で噛み合っており、回転軸３１がＲ方向に回転することに応じて往復動軸６０がＬ方向に往復動する。回転軸３１と、往復動軸６０とは、いわゆる送りねじ機構を構成している。

図５には、図４のＧ部拡大図において、第１軸部材６１が省略された状態を示している。回転軸３１と、回転軸３１の他端部３４に設けられているストッパ５０、５０とは、一体的にＲ方向に回転する。往復動軸６０は、軸収容部１４に、回転軸３１の回転軸方向であるＸ－Ｘ方向に移動可能、かつ回転不能に保持されている。したがって、回転軸３１の回転に伴い、往復動軸６０を構成する第１軸部材６１と、第２軸部材７０と、第３軸部材９０とは、一体的にＬ方向に往復移動する。

次に、駆動軸３０を構成する回転軸３１と往復動軸６０とについて説明する。

図６には、回転軸３１の断面図であって、中心軸Ｘ－Ｘに沿った面における正面断面図が示されている。回転軸３１は、一端部３２と、中央部３３と、他端部３４とを有している。一端部３２には、中心にギア固定穴４１が設けられた第３ギアが、ギア固定穴４１に一端部３２が貫通した状態で、キー４２により回り止めされて固定されている。中央部３３から他端部３４の外周面には、第１ねじ部３５が形成されている。また、他端部３４の外周面には、スプラインが形成された第１スプライン部３６が設けられている。

他端部３４の外周面には、図１４に示されているように、中心穴５３が形成された２つの同じストッパ５０、５０が互いの側面を接した状態で固定されている。ストッパ５０の中心穴５３の内周面には、図１４に示されているように、第１スプライン部３６に対応した第２スプライン部５７が形成されている。２つのストッパ５０、５０は、第１スプライン部３６に第２スプライン部５７を嵌め合わせた状態で、他端部３４がそれぞれの中心穴５３に貫通して固定されている。他端部３４の最端部には、止め輪５８を保持するための環状溝が他端部３４の外周全周に設けられており、他端部３４に把持された２つのストッパ５０、５０は、止め輪５８で抜け止めされている。

図７には、図１と同じ方向に見た往復動軸６０の断面図が示されている。往復動軸６０は、前述したように、筒状の第１軸部材６１と、第１軸部材６１の一端部６２に設けられている筒状の第２軸部材７０と、第１軸部材６１の他端部６３に設けられている第３軸部材９０とを有している。

第１軸部材６１は、中心穴６４を有する筒状であり、一端部６２と、他端部６３とを有している。中心穴６４の一端部６２側の内周面には、第３ねじ部６５が形成されている。また、中心穴６４の他端部６３側の内周面には、第５ねじ部６６が形成されている。

図８～図１０には、第２軸部材７０の正面図、図８のＤ－Ｄ断面図、及び、左側面図がそれぞれ示されている。第２軸部材７０は、第１軸部材６１の一端部６２に固定されている。第２軸部材７０は、一端部７１と、他端部７２と、中心穴７３とを有する。また、一端部７１側の外周面の全周には、摺動部７４が設けられている。図１０に明確に示されているように、摺動部７４は、複数の山部７５と、複数の谷部７６とを有している。

前記山部７５は、外径が第２軸部材７０の他端部７２を含む外周面の外径より大きく、第２軸部材７０の回転軸方向には一定の長さで形成されている突状部分を構成している。山部７５は、一端部７１側の外周面の全周に、等間隔で複数設けられている。一方、谷部７６は、一端部７１側の外周面において、２つの山部７５の間に形成されているへこみ状部分である。すなわち、摺動部７４は、凸状に形成されている山部７５と、山部７５の周方向に隣接して形成されている谷部７６とが、周方向の全周において、交互に並んで設けられている。

前記第２軸部材７０の他端部７２側の外周面には、第１軸部材６１の第３ねじ部６５に対応する第４ねじ部７７が形成されている。第２軸部材７０は、第４ねじ部７７を第３ねじ部６５にねじ嵌合させて、第１軸部材６１に固定されている。

前記第２軸部材７０の他端部７２側の端部には、図１１に示されている突出側端面９９と、第１当接面８０を有する突出部７９が設けられている。突出部７９は、第２軸部材７０の他端部７２の端面に、第２軸部材７０の中心軸方向に突出して形成されている突出部分である。突出部７９は、他端部７２の端面上の起点から、円周方向において起点から離れるについて、連続して徐々に中心軸方向に突出して形成されている。起点から中心軸周りに約１８０°の位置、すなわち、起点から円周のほぼ反対側となる位置が、突出部７９の突出が最大となる最大突出位置である。突出部７９の最大突出位置には、第２軸部材７０の中心軸に平行な第１当接面８０が設けられている。また、第２軸部材７０の他端部７２の端面上の、第１当接面８０との隣接位置に、第２溝部８１が設けられている。第２溝部８１は、突出側端面９９をえぐるようにへこんで形成されている凹形状部である。

前記第２軸部材７０の中心穴７３の内周面には、図６に示されている、回転軸３１の第１ねじ部３５に対応する第２ねじ部７８が形成されている。回転軸３１と往復動軸６０とは、第１ねじ部３５を第２ねじ部７８にねじ込まれた状態で、駆動軸３０が組み立てられている。

往復動軸６０が収容されるハウジング１０の軸収容部１４の内周面は、第２軸部材７０の摺動部７４の外周面形状に対応する凹凸形状に形成されており、駆動軸３０は、第２軸部材７０の摺動部７４の外周面の山谷形状と、軸収容部１４の内周面の凹凸形状とが嵌め合った状態で軸収容部１４に収容されている。この嵌め合いにより、往復動軸６０は、ハウジング１０に対し、回転せず、かつ、回転軸３１の中心軸Ｘ－Ｘ方向に往復移動可能に保持されている。

図１１～図１３には、第３軸部材９０の正面図、図１１のＥ－Ｅ断面図、及び、左側面図がそれぞれ示されている。第３軸部材９０は、第１軸部材６１の他端部６３に固定されている。第３軸部材９０は、一端部９１と、他端部９２とを有する。また、第３軸部材９０の一端部９１側には、突出側端面９９と、突出部９５と、中心穴９３とを有する。突出部９５の形状は、第２軸部材７０に設けられている突出部７９に類似した形状に形成されている。突出部９５は、一端部９１の突出側端面９９上の起点から、円周方向において起点から離れるについて、連続して徐々に中心軸方向に突出して形成されている。起点から中心軸周りに約１８０°の位置、すなわち、起点から円周上のほぼ反対側となる位置が、突出部９５の突出が最大となる最大突出位置である。突出部９５の最大突出位置には、第３軸部材９０の中心軸に平行な第２被当接面９６が設けられている。また、第３軸部材９０の一端部９１の突出側端面９９上の、第１当接面８０との隣接位置に、第３溝部９７が設けられている。第３溝部９７は、突出側端面９９をえぐるようにへこんで形成されている凹形状部である。

一端部９１の外周面には、第１軸部材６１の第５ねじ部６６に対応した第６ねじ部９４が設けられている。また、他端部９２の外周面には、第７ねじ部９８が設けられている。第７ねじ部９８は、往復動軸６０に設けられる連結部材１７に対応した形状に形成されている。

図１４～図１７は、それぞれストッパ５０の斜視図、ストッパ５０の正面図、図１５のＦ－Ｆ断面図、及び、ストッパ５０の右側面図である。ストッパ５０は、図１、図５～図６に示されているように、回転軸３１の他端部３４に２つ設けられている。ストッパ５０は、平坦面５２と、突出面５１と、突出部５４と、中心穴５３とを有するリング形状である。突出部５４の形状は、第２軸部材７０に設けられている突出部７９に類似した形状に形成されている。突出部５４は、突出面５１上の起点から、円周方向において起点から離れるについて、連続して徐々に中心軸方向に突出して形成されている。起点から中心軸周りに約１８０°の位置、すなわち、起点から円周上のほぼ反対側となる位置が、突出部５４の突出が最大となる最大突出位置である。突出部５４の最大突出位置には、ストッパ５０の中心軸に平行なストッパ当接面５５が設けられている。また、突出面５１上の、ストッパ当接面５５との隣接位置に、第１溝部５６が設けられている。第１溝部５６は、突出面５１をえぐるようにへこんで形成されている凹形状部である。

ストッパ５０の中心穴５３の内周面には、回転軸３１の第１スプライン部３６に対応した第２スプライン部５７が設けられている。回転軸３１の他端部３４には、ストッパ５０が、互いの向きを逆にして２つ設けられている。１つ目のストッパ５０は、突出部５４を回転軸３１の一端部３２側に向けた状態で、第２スプライン部５７を第１スプライン部３６に嵌め合わせて、回転軸３１の他端部３４に差し込まれている。２つ目のストッパ５０は、突出部５４を回転軸３１の他端部３４側に向けた状態で、第２スプライン部５７を第１スプライン部３６に嵌め合わせて、回転軸３１の他端部３４に差し込まれている。すなわち、２つのストッパ５０は、平らな面である平坦面５２同士を合わせた状態で、両者の中心穴５３に、回転軸３１の他端部３４が差し込まれて、保持されている。

２つのストッパ５０がそれぞれこのような向きに配置されていることで、往復動軸６０の両方向のストロークエンドにおいて、ストッパ５０が相手部材に適切に当接することができる。回転軸３１の一端部３２側に向けて突出しているストッパ５０の突出部５４は、往復動軸６０の一方のストロークエンドで、第２軸部材７０の突出部７９に当接可能である。また、回転軸３１の他端部３４側に向けて突出しているストッパ５０の突出部５４は、往復動軸６０の他方のストロークエンドで、第３軸部材９０の突出部９５に当接可能である。また、回転軸３１とストッパ５０とは、第１スプライン部３６と第２スプライン部５７との嵌め合いで保持されている。したがって、ストッパ５０のスプアインの嵌め合わせ位置を円周方向の任意の位置にすることで、突出部５４の最大突出位置を最大３６０°調整できるので、リニアアクチュエータ１００に接続されている機器の制御ストローク端位置を、ストッパ５０の１回転分の範囲で調整することができる。

図５を参照しながら、往復動軸６０と、ストッパ５０との作動について説明する。図５において、ストッパ５０は往復動する第２軸部材７０と、第３軸部材９０との中間に位置している。まず、往復動軸６０の突出量が大きくなる場合を説明する。モータ２０が一方向に回転すると、回転軸３１も回転する。回転軸３１の回転に伴い、回転軸３１の第１ねじ部３５に第２ねじ部７８がねじ嵌合している第２軸部材７０は、摺動部７４が回転不能に保持されているため、回転せずに直線移動し往復動軸６０の突出が長くなる。回転軸３１と一体的に回転するストッパ５０は、第２軸部材７０に徐々に接近するとともに、一方のストッパ５０の第２軸部材７０側の突出部５４は、第２軸部材７０の突出部７９に近づく。往復動軸６０のストロークエンドにおいて、回転しながら第２軸部材７０に近づいてきたストッパ５０の第２軸部材７０側のストッパ当接面５５が、第２軸部材７０の第１被当接面８０に当接して、往復動軸６０の直線移動が停止する。すなわち、ともに回転軸方向に平行なストッパ当接面５５と第１被当接面８０とが当接することで、往復動軸６０が停止する。

次に、往復動軸６０の突出量が小さくなる場合を説明する。基本的な作動は、上記の往復動軸６０の突出が長くなる場合に対し、逆の作動である。モータ２０が他方向に回転して、回転軸３１も回転する。回転軸３１の回転に伴い、回転軸３１の第１ねじ部３５に第２ねじ部７８がねじ嵌合している第２軸部材７０は、摺動部７４が回転不能に保持されているため、回転せずに直線移動し往復動軸６０の突出量が小さくなる。回転軸３１と一体的に回転するストッパ５０は、第３軸部材９０に徐々に接近するとともに、一方のストッパ５０の第３軸部材９０側の突出部５４は、第３軸部材９０の突出部９５に近づく。往復動軸６０のストロークエンドにおいて、回転しながら第２軸部材７０に近づいてきたストッパ５０の第３軸部材９０側のストッパ当接面５５が、第３軸部材９０の第２被当接面９６に当接して、往復動軸６０の直線移動が停止する。すなわち、ともに回転軸方向に平行なストッパ当接面５５と第２被当接面９６とが当接することで、往復動軸６０が停止する。以上のように作動して、往復動軸６０がストローク端で停止する。

本発明に係るリニアアクチュエータ１００は、回転軸３１と、往復動軸６０と、を備え、回転軸３１は、往復動軸６０に当接して往復動軸６０の移動を止めるストッパ５０、５０を有し、ストッパ５０、５０は、回転軸３１に平行に設けられ、かつ、往復動軸６０に当接するストッパ当接面５５を含んでいる。

したがって、本発明に係るリニアアクチュエータ１００では、ストッパ当接面５５は、回転軸３１に平行に設けられているので、回転軸３１に垂直に設けられている場合に対して、ストッパ当接面５５の回転方向角度位置を容易に調整することができる。したがって、ストッパ位置を容易に調整することができる。また、往復動軸の移動直線方向に垂直な面同士が当接する従来のストッパ構造の場合、面同士が当接してから完全停止するまでに、回転軸側の面が往復動軸側の面に、ねじ溝による移動分圧接して停止する。そのため、逆方向に駆動する際には、ねじ駆動分以上のトルクが必要となり、モータへの負担や、駆動スピードの低下となっていたが、本発明のリニアアクチュエータ１００では、上記短所も改善できる。

さらに、本発明にかかるリニアアクチュエータ１００では、ストッパ当接面５５は、回転軸３１に対し、回転軸周りの回転角度位置が調整可能に保持されている。

したがって、本発明に係るリニアアクチュエータ１００では、ストッパ５０、５０の調整に際し、ストッパ５０、５０等の部品を作り直すことなく、容易に調整することができる。

さらに、本発明にかかるリニアアクチュエータ１００では、ストッパ５０、５０は、回転軸３１の端部に設けられている。

したがって、本発明に係るリニアアクチュエータ１００では、従来構造である、回転軸３１と往復動軸６０とによるねじ送り機構の構造を変更することなく、ストッパ５０、５０の調整ができる構造である。

さらに、本発明にかかるリニアアクチュエータ１００では、同じ形状の２つのストッパ５０、５０が設けられている。

したがって、本発明に係るリニアアクチュエータ１００では、製造コストを抑えた構成とすることができる。

本発明は、回転軸３１と往復動軸６０とを備え、ねじ送り機構により直線方向の駆動力を発生するリニアアクチュエータに適用することができる。

３１ 回転軸、３５ 第１ねじ部、５０ ストッパ、５５ ストッパ当接面、
６０ 往復動軸、７８ 第２ねじ部。

Claims (4)

1. 第１ねじ部(35)が設けられ、回転可能に支持されている回転軸(31)と、
   前記第１ねじ部(35)にねじ嵌合する第２ねじ部(78)が設けられ、前記回転軸(31)と同軸、かつ回転不能に支持されている往復動軸(60)と、を備え、
   前記往復動軸(60)は、前記回転軸(31)の回転に伴って回転軸方向に移動するリニアアクチュエータにおいて、
   前記回転軸(31)は、前記往復動軸(60)に当接して前記往復動軸(60)の移動を止めるストッパ(50,50)を有し、
   前記ストッパ(50,50)は、前記回転軸(31)に平行に設けられ、かつ、前記往復動軸(60)に当接するストッパ当接面(55)を含む、リニアアクチュエータ。
2. 前記ストッパ当接面(55)は、前記回転軸(31)に対し、前記回転軸周りの回転角度位置が調整可能に保持されている、請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
3. 前記ストッパ(50,50)は、前記回転軸(31)の端部に設けられている、請求項１又は２に記載のリニアアクチュエータ。
4. 前記ストッパ(50,50)は、同じ形状の前記ストッパ(50,50)が２つ設けられており、
   一方の前記ストッパ(50)は、前記往復動軸(60)の一方のストローク端位置で前記往復動軸(60)に当接し、
   他方の前記ストッパ(50)は、前記往復動軸(60)の他方のストローク端位置で前記往復動軸(60)と当接する、請求項１～３の何れか一項に記載のリニアアクチュエータ。

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