JP2684430B2

JP2684430B2 - 伝動差動式推力発生装置

Info

Publication number: JP2684430B2
Application number: JP1286765A
Authority: JP
Inventors: 一郎上村
Original assignee: 一郎上村
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1997-12-03
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JPH03149449A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、従来主として気圧又は油圧シリンダによ
る推力発生の直進アクチュエータに替ってあらゆる分野
において利用可能な、より強力で作動正確なる直進する
アクチュエータとしての純電動差動式推力発生装置に関
するものである。

（従来の技術）従来、直進推力発生装置として最も利用されているの
は気圧又は油圧シリンダで、我国でも年間数百万本のも
のが生産されている。特に航空機の操舵装置の大半は油
圧方式で多数の油圧シリンダが使用されている。油圧方
式の利点は圧力を上げれば、いくらでも推力が上り、そ
の上シリンダ本体も小形化が図れるので現在ジェット戦
闘機からジャンボジェット機さらに宇宙ロケットの制御
システムにも利用されている。然しこの方式の欠点は油
圧を高くすればする程油圧ポンプや油圧配管の肉厚は厚
く重なり、大形化すればする程重量増加となり、かつパ
ッキン類や弁類の破損率も高く安全性は逆に低下する。
従って最近では油圧を低くする傾向にあり、そのため大
きなピストン径や油圧配径となって油量も増加してい
る。

勿論一般の産業機械用の油圧シリンダも同様で信頼性
の高い機械ほど油圧力を低く設定して安定化を図ってい
る。

（発明が解決しようとする問題点）最近の航空機事故においても油圧システムによる原因
が問題となり、更に輸送能力が巨大化する程より多くの
人命が失われる傾向である。

我が国においても日航ジャンボ機の事故以来通産省始
め国を挙げてこの対策として油圧システムに替わる純電
気システムの開発が進められており、最近では油圧配管
をなくす目的で油圧シリンダ制御モータと油圧ポンプを
直接併設させた電気油圧シリンダも開発されている。然
し油の持っている粘性、圧縮性、発火性及び劣化性の特
性により無人制御の為の精度維持や信頼性及び安全性等
に今一つの問題点を抱えている。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは倍力手段として油圧を用いること
なく、高出力かつ高精度の作動を行うことが可能な推力
発生装置を提供することにより、さまざまな機械装置の
動力源となるアクチュエータの信頼性と使い勝手の向上
とを図ることにある。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決するための本発明に係る手段は、任意の直方体又は円筒体からなる本体内部に、中空の出力軸を有する電動機と、該出軸をその軸芯に挿通し前記本体に対し回転不能に
支持される固定傘歯車と、前記出力軸の端部に形成された傾斜部に軸支され、前
記固定傘歯車と歯数差をもって噛み合う入力両面傘歯車
と、前記出力軸と同心をなし前記本体に対し回動自在かつ
軸方向に固定され、前記入力両面傘歯車と歯数差をもっ
て噛み合う出力傘歯車と、前記入力両面傘歯車に対して予圧を与えるために、前
記固定傘歯車の軸方向の位置決めを行う位置決め手段と
を設け、前記出力傘歯車の軸芯部に送りねじナットを配置し、
基台に固定した送りねじ軸を前記出力軸に貫通して前記
送りねじナットと噛み合わせてなることを特徴とする。

（作用）前記本体内部では前記固定傘歯車、前記入力両面傘歯
車、前記出力傘歯車の順列で各歯車が噛み合い、いわゆ
る中空軸両面傘歯車機構を形成する。そして、該中空軸
両面傘歯車機構によって前記電動機の出力軸の回転を変
速し、前記出力傘歯車に設けた送りねじナットで前記送
りねじ軸に動力を伝達することにより、該送りねじ軸と
前記本体との間に相対移動を生じせしめる。このような
動力伝達経路において、本体内部に設けた位置決め手段
により、前記入力両面傘歯車に対して予圧を与えるため
前記固定傘歯車の軸方向の位置決めを行い、前記固定傘
歯車と前記入力両面傘歯車の歯面同士に適切な予圧を付
与し、さらに、該予圧が前記入力両面傘歯車と前記出力
傘歯車の歯面同士にも作用して適切な予圧を付与し、各
歯面同士のバックラッシを解消する。

（実施例）上記の目的を達成するため本発明は、その実施例を図
面を参照して説明すると、円筒体の本体（Ａ）を設け、
該本体（Ａ）の内部に固定子（３）を取付け、回転子
（２）を電動機中空軸（１）に嵌合し、続いて固定傘歯
車（６）を推力軸受（９）を介して嵌合し、さらに中空
軸端を傾斜偏心（14）させ、この外周部に推力軸受（1
5）を嵌入して前記固定傘歯車と噛み合う入力両面傘歯
車（７）を軸承させる。次にこの入力両面傘歯車（７）
と噛み合う出力傘歯車（８）を設け、この出力軸内部に
予圧ボールねじ送りナット（12）を嵌合し、出力傘歯車
（８）の外周には多数の推力軸受（10）を組合せて本体
（Ａ）に対し回動自在かつ軸方向に固定する。これら固
定傘歯車（６）、入力両面傘歯車（７）および出力傘歯
車（８）によって、いわゆる中空軸両面傘歯車機構が構
成される。

ところで、固定傘歯車（６）の歯数（N₁）、入力両面
傘歯車（７）の入力側歯数（N₂）は、１つもしくは複数
差が生じるように形成されている。同様に、入力両面傘
歯車（７）の出力側歯数（N₃）、出力傘歯車（８）の歯
数（N₄）も、１つもしくは複数差が生じるように形成さ
れている。さらに、固定傘歯車（６）は入力両面傘歯車
（７）に対して予圧を与えるために、位置決め手段であ
る予圧筒（13）により本体（Ａ）に対してその軸方向の
位置決めがなされる。加えて、出力傘歯車（８）の軸芯
部に送りねじナット（12）を配置し、基台（Ｂ）に固定
した送りねじ軸（11）を電動機中空軸（１）に貫通し
て、送りねじナット（12）と噛み合わせている。

なお、停電時の逆推力を防ぐために電磁ブレーキ
（４）を設けている。また、正確な位置決めをするため
エンコーダ（５）を設置可能な構造としている。図中に
おいて符号（16）で示される部材は、本体スライド用の
リニアガイドである。

さて、上記中空軸両面傘歯車機構においては、両面差
動傘歯車の固定傘歯車（６）の歯車（N₁）、入力両面傘
歯車（７）の入力側歯数（N₂）、同歯車（７）の出力側
歯車（N₃）及び出力歯車（８）の歯数（N₄）を任意の歯
数に選定することにより、10倍から数1,000倍のトルク
を得ることができる。

その減速比は近似的に 1/R＝１−（N₄×N₃）／（N₂×N₄）で表される。例えば、N₁＝37,N₂＝40,N₃＝54,N₄＝50と
すれば 1/R＝１−（37×54）／（40×50）＝１−1,998/2,000 ＝＋1/1,000 となり、出力歯車（８）は1/1,000の正回転となる。従
ってトルクは電動機トルクの1,000倍となる。

また、参考例として、N₁＝27,N₂,N₃,N₄＝30とすれば 1/R＝１−（27×30）／（30×30）＝＋3/30 ＝＋1/10 となり出力歯車（８）は1/10の正回転となる。従って、
そのトルクは電動機トルクの10倍となる。

なお正確な位置決めの場合は、電動機軸（１）に10,0
00パルスのエンコーダ（５）を取付け、一例として減速
比1/R＝1/100とすれば、100×１万パルス＝100万パルス
/1回出力軸回転となり、従来の電動機の回転制御をスイ
ッチング制御で行えば大凡±10度の誤差（１回転360
度）であるが、機構的にの精度を100倍に向上すること
ができる。またサーボモータを利用すれば高負荷時で
も、極限に近い精度の位置決めが初めて可能になったと
言うことができる。

又本装置の出力側に電動機を、入力側にねじナットを
組み替えれば、そっくりそのまま増速装置となるのは当
然である。

上記構成をなす本発明の実施例により得られる作用効
果は、以下の通りである。

前述のごとく、本実施例に係る推力発生装置において
は、固定傘歯車（６）は、位置決め手段である予圧筒
（13）により本体（Ａ）に対しその軸方向の位置決めを
行うことができる。固定傘歯車（６）は本体（Ａ）内壁
に設けられた段差部分（A1）によって一応の位置決めが
なされていが、予圧筒（13）による位置決めを行うこと
により、固定傘歯車（６）を入力両面傘歯車（７）に対
し所望の圧力で押し付けることが可能となる。したがっ
て、固定傘歯車（６）と入力両面傘歯車（７）の歯面同
士に所望の予圧を付与することができる。また、この予
圧は入力両面傘歯車（７）と出力傘歯車（８）の歯面同
士にも作用し、該歯車の歯面間にも所望の予圧を付与す
ることが可能となる。したがって、固定傘歯車（６）、
入力両面傘歯車（７）および出力傘歯車（８）で構成さ
れる中空軸両面傘歯車機構の各歯面同士には、夫々予圧
が付与され、ここでのバックラッシは解消される。

この、本実施例に係る中空軸両面傘歯車機構を従来の
遊星歯車機構機構に置き換えた場合には、３段歯車の場
合で6/100mm以上のバックラッシが生ずることになる。
また、予圧筒（１）を持たない中空軸両面傘歯車機構の
場合は、各歯車面同士に適切な予圧を付与することが困
難であり、結果としてバックラッシを十分に解消しえな
いか、もしくは、過大な予圧による発熱、摩耗等の弊害
を生ずることになる。

このように、本実施例に係る推力発生装置によると、
バックラッシを解消することによって高精度の位置決め
が可能となり、同時に数1,000倍のトルクを得ることも
可能となり、高出力に対応することも容易となる。

また、従来一般的に用いられているウォーム歯車、遊
星歯車機構等による減速手段を組み合わせた場合に比
べ、可動部品点数を大幅に削減することが可能となり
（電動機中空軸（１）、入力両面傘歯車（７）、出力傘
歯車（８）および送りねじ軸（11）の僅か４点であ
る。）、部品の精度や誤差等から発生する装置全体とし
てのばらつきは、従来の減速手段によるものに比べ1/10
以下に抑えることが可能となった。

（発明の効果）本発明はこのように構成したので、以下のような効果
を有する。本発明においては、電動機の出力軸の動力を
送りねじ軸に伝える中有空軸両面傘歯車機構において、
各歯車同士に適切な予圧を付与し、各歯車同士のバック
ラッシを解消することにより、高精度かつ高出力の推力
発生装置を得ることができる。しかも、該推力発生装置
は純電動によるものであり、従来の油圧系制御機構によ
るアクチュエータ（油圧ポンプ、油圧シリンダ等）に比
して、制御弁、長大な油圧配管等多くの構成要素を不要
とし、小型、軽量、低コストかつ信頼性の高いアクチュ
エータを提供することができる。したがって、その適用
範囲を、航空機、宇宙ロケットの制御機構等さまざまな
対象に広げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は一部欠けの正面縦断面図である。１……電動機中空軸、２……回転子３……固定子、４……電磁ブレーキ５……エンコーダ、６……固定傘歯車７……入力両面傘歯車、８……出力傘歯車９……固定歯車推力軸受 10……出力歯車推力軸受、11……送りねじ軸 12……送りねじナット、13……予圧筒 14……中空軸傾斜偏心部 15……入力傘歯車推力軸受、16……リニアガイドＡ……本体、Ｂ……基台 N₁……固定傘歯車の歯数 N₂……入力両面傘歯車の入力側歯車の歯数 N₃……入力両面傘歯車の出力側歯車の歯数 N₄……出力傘歯車の歯数、Ｒ……減速比

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】任意の直方体又は円筒体からなる本体内部
に、中空の出力軸を有する電動機と、該出軸をその軸芯に挿通し前記本体に対し回転不能に支
持される固定傘歯車と、前記出力軸の端部に形成された傾斜部に軸支され、前記
固定傘歯車と歯数差をもって噛み合う入力両面傘歯車
と、前記出力軸と同心をなし前記本体に対し回動自在かつ軸
方向に固定され、前記入力両面傘歯車と歯数差をもって
噛み合う出力傘歯車と、前記入力両面傘歯車に対して予圧を与えるために、前記
固定傘歯車の軸方向の位置決めを行う位置決め手段とを
設け、前記出力傘歯車の軸芯部に送りねじナットを配置し、基
台に固定した送りねじ軸を前記出力軸に貫通して前記送
りねじナットと噛み合わせてなることを特徴とする電動
差動式推力発生装置。