JP3422632B2 - 電動アクチュエータの緩衝装置 - Google Patents
電動アクチュエータの緩衝装置Info
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- JP3422632B2 JP3422632B2 JP14784796A JP14784796A JP3422632B2 JP 3422632 B2 JP3422632 B2 JP 3422632B2 JP 14784796 A JP14784796 A JP 14784796A JP 14784796 A JP14784796 A JP 14784796A JP 3422632 B2 JP3422632 B2 JP 3422632B2
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- Japan
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- screw shaft
- impact force
- connecting rod
- electric motor
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電動アクチュエータ
において、ストロークエンドにおける電動モータからの
衝撃力を緩和するための緩衝装置に関する。
において、ストロークエンドにおける電動モータからの
衝撃力を緩和するための緩衝装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4に電動アクチュエータの従来の1例
を示す。図4において50は遊星歯車減速機、2は該減
速機50のサンギア、4はリングギア、3はサンギア2
及びリングギア4に噛み合う複数個の遊星ギアである。
1は電動モータで、該モータ1の出力軸1aに前記遊星
歯車減速機50のサンギア2が固定されている。
を示す。図4において50は遊星歯車減速機、2は該減
速機50のサンギア、4はリングギア、3はサンギア2
及びリングギア4に噛み合う複数個の遊星ギアである。
1は電動モータで、該モータ1の出力軸1aに前記遊星
歯車減速機50のサンギア2が固定されている。
【0003】前記リングギア4はボルト5によってシリ
ンダ6に固定され、また前記遊星歯車減速機50のキャ
リア7には出力軸8が固定されている。6はシリンダ、
18は該シリンダ6の前部にボルト19により固着され
たシリンダエンド、11はボールナット、12は該ボー
ルナット11にボルト13により固定されたピストン、
14は該ピストン12を支持するためのグランドであ
る。
ンダ6に固定され、また前記遊星歯車減速機50のキャ
リア7には出力軸8が固定されている。6はシリンダ、
18は該シリンダ6の前部にボルト19により固着され
たシリンダエンド、11はボールナット、12は該ボー
ルナット11にボルト13により固定されたピストン、
14は該ピストン12を支持するためのグランドであ
る。
【0004】10は上記ボールナット11に螺合された
スクリュシャフト、16は該スクリュシャフト10の反
ナット11側に螺合されたナットである。上記スクリュ
シャフト10は、該ナット16により該スクリュシャフ
ト10に取付けられた2個のベアリング15,15を介
してシリンダ6に回転自在に支持されるとともに、この
ベアリング15,15により軸線方向への移動を停止さ
れている。
スクリュシャフト、16は該スクリュシャフト10の反
ナット11側に螺合されたナットである。上記スクリュ
シャフト10は、該ナット16により該スクリュシャフ
ト10に取付けられた2個のベアリング15,15を介
してシリンダ6に回転自在に支持されるとともに、この
ベアリング15,15により軸線方向への移動を停止さ
れている。
【0005】前記スクリュシャフト10の先端部には、
皿ばね25、該皿ばね支持用のプレート26及びリテー
ナ27より成る緩衝機構が設けられている。17は電動
モータ1の反出力軸側に取付けられて、該モータ1の回
転角を検出するセンサであり、該センサ17は前記電動
モータ1とともに、前記シリンダエンド18内に収納さ
れている。
皿ばね25、該皿ばね支持用のプレート26及びリテー
ナ27より成る緩衝機構が設けられている。17は電動
モータ1の反出力軸側に取付けられて、該モータ1の回
転角を検出するセンサであり、該センサ17は前記電動
モータ1とともに、前記シリンダエンド18内に収納さ
れている。
【0006】前記従来の電動アクチュエータの作動を説
明する。電動モータ1が回転されると、該モータ1の出
力軸1aに固定された遊星歯車減速機50のサンギア2
が回転する。サンギア2からの回転力は遊星歯車減速機
50内で減速されるとともに高トルク化されてキャリア
7及び出力軸8を介してスクリュシャフト10に伝達さ
れる。
明する。電動モータ1が回転されると、該モータ1の出
力軸1aに固定された遊星歯車減速機50のサンギア2
が回転する。サンギア2からの回転力は遊星歯車減速機
50内で減速されるとともに高トルク化されてキャリア
7及び出力軸8を介してスクリュシャフト10に伝達さ
れる。
【0007】該スクリュシャフト10の回転は、これに
螺合されたボールナット11に伝達されここで往復運動
に変換される。該ボールナット11の往復動はピストン
12に伝達され、該ピストン12の伸縮により負荷を動
かす。また、前記センサ17により検出された電動モー
タ1の回転角の検出信号はコントローラ(図示せず)に
伝送される。
螺合されたボールナット11に伝達されここで往復運動
に変換される。該ボールナット11の往復動はピストン
12に伝達され、該ピストン12の伸縮により負荷を動
かす。また、前記センサ17により検出された電動モー
タ1の回転角の検出信号はコントローラ(図示せず)に
伝送される。
【0008】前記電動アクチュエータの運転中におい
て、誤動作あるいは制御系統の故障等により、該アクチ
ュエータの出力端(ピストン12側)がそのストローク
エンドのストッパ(図示せず)に当たった際の電動モー
タ1側からの衝撃力は、前記緩衝機構の皿ばね25が撓
むことにより吸収するとともに、ボールナット11とス
クリュシャフト10との間の締め込みを防止している。
て、誤動作あるいは制御系統の故障等により、該アクチ
ュエータの出力端(ピストン12側)がそのストローク
エンドのストッパ(図示せず)に当たった際の電動モー
タ1側からの衝撃力は、前記緩衝機構の皿ばね25が撓
むことにより吸収するとともに、ボールナット11とス
クリュシャフト10との間の締め込みを防止している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の電動アクチュエータには次のような問題点がある。
即ち、前記電動アクチュエータのように皿ばね25を有
する緩衝機構により衝撃力を緩和するものは、電動モー
タ1のロータの運動エネルギが小さい場合には有効であ
るが、これが大きい場合には、皿ばね25を多数積み重
ねて装着しなければ衝撃力を充分に緩和することができ
なくなり、このため電動アクチュエータの全長が長くな
り、大型化する。
来の電動アクチュエータには次のような問題点がある。
即ち、前記電動アクチュエータのように皿ばね25を有
する緩衝機構により衝撃力を緩和するものは、電動モー
タ1のロータの運動エネルギが小さい場合には有効であ
るが、これが大きい場合には、皿ばね25を多数積み重
ねて装着しなければ衝撃力を充分に緩和することができ
なくなり、このため電動アクチュエータの全長が長くな
り、大型化する。
【0010】このことを数式を使って説明すると次のよ
うになる。電動モータ1のロータの運動エネルギをばね
のたわみエネルギに変換するためには、次の(1)式が
成り立つ必要がある。
うになる。電動モータ1のロータの運動エネルギをばね
のたわみエネルギに変換するためには、次の(1)式が
成り立つ必要がある。
【0011】
1/2Iω2 =1/2Kx2 …(1)
【0012】
ここに I:電動モータ1のロータの慣性能率
ω:ロータの角速度
K:皿ばね25のばね定数
x:皿ばね25のたわみ
【0013】(1)式より、ロータの慣性能率あるいは
角速度が大きくなる程、皿ばね25のばね定数K又はた
わみxを大きくする必要がある。図4に示されるような
皿ばねにおいては、たわみxは、非常に小さな値に限定
されるため、ばね定数Kを大きくしなければ(1)式は
成立しないことになる。即ち、大きな出力を有する電動
アクチュエータでは、前記皿ばね25を用いてアクチュ
エータ底付き時の衝撃力を緩和しようとすると、該皿ば
ね25を並列に多数積み重ねて組み込むことが必要とな
り、該皿ばね25の収納スペースを確保するため、アク
チュエータの全長が長くなる。
角速度が大きくなる程、皿ばね25のばね定数K又はた
わみxを大きくする必要がある。図4に示されるような
皿ばねにおいては、たわみxは、非常に小さな値に限定
されるため、ばね定数Kを大きくしなければ(1)式は
成立しないことになる。即ち、大きな出力を有する電動
アクチュエータでは、前記皿ばね25を用いてアクチュ
エータ底付き時の衝撃力を緩和しようとすると、該皿ば
ね25を並列に多数積み重ねて組み込むことが必要とな
り、該皿ばね25の収納スペースを確保するため、アク
チュエータの全長が長くなる。
【0014】本発明の目的は、全長が増加することな
く、小型化された装置で、大きな衝撃力を緩衝可能な電
動アクチュエータを提供するにある。
く、小型化された装置で、大きな衝撃力を緩衝可能な電
動アクチュエータを提供するにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の電動アクチュエ
ータは、電動モータからの回転出力を、遊星歯車減速機
等の減速装置にて減速し、該減速装置の出力端に連結さ
れるスクリュシャフトとこれに螺合されるボールナット
とより成るボールスクリュ機構にて直線運動に変換する
ものであって、前記減速装置とボールスクリュ機構との
間に、衝撃力を吸収する低剛性のねじりばね機構を介装
したことを特徴としている。
ータは、電動モータからの回転出力を、遊星歯車減速機
等の減速装置にて減速し、該減速装置の出力端に連結さ
れるスクリュシャフトとこれに螺合されるボールナット
とより成るボールスクリュ機構にて直線運動に変換する
ものであって、前記減速装置とボールスクリュ機構との
間に、衝撃力を吸収する低剛性のねじりばね機構を介装
したことを特徴としている。
【0016】また、具体的には、前記手段において、前
記ねじりばね機構を、細径棒状の連結ロッドつまりトー
ションバーにて構成している。
記ねじりばね機構を、細径棒状の連結ロッドつまりトー
ションバーにて構成している。
【0017】本発明の手段は前記のように構成されてい
るので、アクチュエータの出力端がストロークエンドに
当たって電動モータの運動エネルギによる衝撃力が作用
すると、低剛性のトーションバー等からなるねじりばね
機構が大きく捩れることによって、前記衝撃力を吸収す
るとともにスクリュシャフトとボールナットとの間の締
め込みを阻止する。これにより、突発的な衝撃力の発生
があっても、これによって電動アクチュエータが破壊す
ることが回避される。
るので、アクチュエータの出力端がストロークエンドに
当たって電動モータの運動エネルギによる衝撃力が作用
すると、低剛性のトーションバー等からなるねじりばね
機構が大きく捩れることによって、前記衝撃力を吸収す
るとともにスクリュシャフトとボールナットとの間の締
め込みを阻止する。これにより、突発的な衝撃力の発生
があっても、これによって電動アクチュエータが破壊す
ることが回避される。
【0018】また前記連結ロッドと、該連結ロッドが内
挿される中空の連結パイプとを直列に連結して前記ねじ
りばねの機構を構成してもよい。このように構成する
と、前記連結ロッドのみの場合よりもさらに低剛性のね
じりばね機構となり、より大きな衝撃力を緩和すること
ができる。
挿される中空の連結パイプとを直列に連結して前記ねじ
りばねの機構を構成してもよい。このように構成する
と、前記連結ロッドのみの場合よりもさらに低剛性のね
じりばね機構となり、より大きな衝撃力を緩和すること
ができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下図1〜図3を参照して本発明
の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の第1実施
形態を示す断面図で、図において、50は遊星歯車減速
機、2は該減速機50のサンギア、3は遊星ギア、4は
リングギアである。1は電動モータで、該モータ1の出
力軸1aに前記遊星歯車減速機50のサンギア2が固定
されている。
の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の第1実施
形態を示す断面図で、図において、50は遊星歯車減速
機、2は該減速機50のサンギア、3は遊星ギア、4は
リングギアである。1は電動モータで、該モータ1の出
力軸1aに前記遊星歯車減速機50のサンギア2が固定
されている。
【0020】6はシリンダ、18は該シリンダ6の前部
にボルト19により固着されたシリンダエンド、11は
ボールナット、12は該ボールナット11にボルト13
により固定されたピストン、14は該ピストン12を支
持するためのグランドである。
にボルト19により固着されたシリンダエンド、11は
ボールナット、12は該ボールナット11にボルト13
により固定されたピストン、14は該ピストン12を支
持するためのグランドである。
【0021】前記遊星歯車減速機50は公知の構造であ
り、サンギア2の外歯とリングギア4の内歯との間にキ
ャリア7に支持された複数個の遊星ギアが噛み合って構
成されている。前記リングギア4はボルト5によってシ
リンダ6に固定されている。8はキャリア7に固定され
た出力軸である。
り、サンギア2の外歯とリングギア4の内歯との間にキ
ャリア7に支持された複数個の遊星ギアが噛み合って構
成されている。前記リングギア4はボルト5によってシ
リンダ6に固定されている。8はキャリア7に固定され
た出力軸である。
【0022】10は上記ボールナット11に螺合された
スクリュシャフト、16は該スクリュシャフト10の反
ナット11側に螺合されたナットである。上記スクリュ
シャフト10は、該ナット16により該スクリュシャフ
ト10に取付けられた2個のベアリング15,15を介
してシリンダ6に回転自在に支持されるとともにこのベ
アリング15,15により軸線方向への移動を停止され
ている。
スクリュシャフト、16は該スクリュシャフト10の反
ナット11側に螺合されたナットである。上記スクリュ
シャフト10は、該ナット16により該スクリュシャフ
ト10に取付けられた2個のベアリング15,15を介
してシリンダ6に回転自在に支持されるとともにこのベ
アリング15,15により軸線方向への移動を停止され
ている。
【0023】17は電動モータ1の反出力軸側に取付け
られて、該モータ1の回転角を検出するセンサである。
図1に示されるように、前記電動モータ1及びセンサ1
7は前記シリンダエンド18内に収納されている。ま
た、前記スクリュシャフト10のボールナット11を挟
んだ両端部には、ストッパ20,21がピン22,23
により取付けられ、該シャフト10の機械的ストローク
を制限せしめている。
られて、該モータ1の回転角を検出するセンサである。
図1に示されるように、前記電動モータ1及びセンサ1
7は前記シリンダエンド18内に収納されている。ま
た、前記スクリュシャフト10のボールナット11を挟
んだ両端部には、ストッパ20,21がピン22,23
により取付けられ、該シャフト10の機械的ストローク
を制限せしめている。
【0024】9は連結ロッドで、一端が、前記遊星歯車
減速機50の出力軸8に固定され、他端がスクリュシャ
フト8の軸端内周にスプライン結合されており、所要の
外径に設定されたねじりばね即ちトーションバーに構成
されている。
減速機50の出力軸8に固定され、他端がスクリュシャ
フト8の軸端内周にスプライン結合されており、所要の
外径に設定されたねじりばね即ちトーションバーに構成
されている。
【0025】また、前記スクリュシャフト10のストロ
ークエンドでストッパ20あるいは21とボールナット
11とが当たった際に、スクリュシャフト10からの締
付け作用により噛み込みが生じ、それ以降の正常な作動
が不能に陥らないようにするため、図2に示すように、
ストッパ20及びボールナット11には爪20a及び1
1aを設け、両者を回転方向において当接するように構
成している。
ークエンドでストッパ20あるいは21とボールナット
11とが当たった際に、スクリュシャフト10からの締
付け作用により噛み込みが生じ、それ以降の正常な作動
が不能に陥らないようにするため、図2に示すように、
ストッパ20及びボールナット11には爪20a及び1
1aを設け、両者を回転方向において当接するように構
成している。
【0026】前記のように構成された電動アクチュエー
タの作用について説明する。電動モータ1が回転される
と、該モータ1の出力軸1aに固定された遊星歯車減速
機50のサンギア2が回転する。サンギア2からの回転
力は遊星歯車減速機50内で減速されるとともに、高ト
ルク化されてキャリア7及び出力軸8を介して連結ロッ
ド9に伝達される。
タの作用について説明する。電動モータ1が回転される
と、該モータ1の出力軸1aに固定された遊星歯車減速
機50のサンギア2が回転する。サンギア2からの回転
力は遊星歯車減速機50内で減速されるとともに、高ト
ルク化されてキャリア7及び出力軸8を介して連結ロッ
ド9に伝達される。
【0027】該連結ロッド9の回転はスクリュシャフト
10に伝達され、該スクリュシャフト10の回転がこれ
に螺合されたボールナット11に伝達され、ここで往復
運動に変換される。該ボールナット11の往復動はピス
トン12に伝達され、該ピストン12の伸縮により負荷
を動かす。
10に伝達され、該スクリュシャフト10の回転がこれ
に螺合されたボールナット11に伝達され、ここで往復
運動に変換される。該ボールナット11の往復動はピス
トン12に伝達され、該ピストン12の伸縮により負荷
を動かす。
【0028】一方、前記センサ17により検出された電
動モータ1の回転角の検出信号はコントローラ(図示せ
ず)に伝送され、該コントローラにおいては、この検出
信号に基づくアクチュエータの出力変位とその目標値と
を一致させる制御を行う。
動モータ1の回転角の検出信号はコントローラ(図示せ
ず)に伝送され、該コントローラにおいては、この検出
信号に基づくアクチュエータの出力変位とその目標値と
を一致させる制御を行う。
【0029】前記電動アクチュエータの運転中におい
て、誤動作あるいは制御系統の故障等により、該アクチ
ュエータの出力端(ピストン12側)がこのストローク
エンドのストッパ(図示せず)に当たった際には、前記
電動モータ1の運動エネルギは該モータの出力軸1aか
ら前記ストッパまでの衝撃力に変換される。
て、誤動作あるいは制御系統の故障等により、該アクチ
ュエータの出力端(ピストン12側)がこのストローク
エンドのストッパ(図示せず)に当たった際には、前記
電動モータ1の運動エネルギは該モータの出力軸1aか
ら前記ストッパまでの衝撃力に変換される。
【0030】しかしながら、図1〜図2に示す本発明に
係る電動アクチュエータにおいては、上記のような衝撃
力が作用すると、ねじりばね(トーションバー)に構成
された連結ロッド9が大きく捩れることによって、上記
衝撃力を吸収する。
係る電動アクチュエータにおいては、上記のような衝撃
力が作用すると、ねじりばね(トーションバー)に構成
された連結ロッド9が大きく捩れることによって、上記
衝撃力を吸収する。
【0031】万一、前記衝撃力が過大となっても、連結
ロッド9が折れて破壊するのみであるので、連結ロッド
9のみを交換すれば、電動アクチュエータは支障なく運
転できる。これにより、前記のような突発的な衝撃力の
発生があっても、電動アクチュエータが破壊するような
事態に陥ることが無くなり、安全性、信頼性が向上す
る。
ロッド9が折れて破壊するのみであるので、連結ロッド
9のみを交換すれば、電動アクチュエータは支障なく運
転できる。これにより、前記のような突発的な衝撃力の
発生があっても、電動アクチュエータが破壊するような
事態に陥ることが無くなり、安全性、信頼性が向上す
る。
【0032】図3は本発明の第2実施形態を示す。この
実施形態においては連結ロッド9にさらに連結パイプ2
4を直列に連結して剛性を下げ、衝撃力の緩和機能を増
大させている。
実施形態においては連結ロッド9にさらに連結パイプ2
4を直列に連結して剛性を下げ、衝撃力の緩和機能を増
大させている。
【0033】即ち、図3において、24は前記連結ロッ
ド9の外側に遊嵌された中空の連結パイプで、該連結パ
イプ24の内部端(図3のZ部)はスクリュシャフト1
0の内周とスプライン結合され、外部端(図3のY部)
はその内周を連結ロード9の外周と溶接により固着して
いる。
ド9の外側に遊嵌された中空の連結パイプで、該連結パ
イプ24の内部端(図3のZ部)はスクリュシャフト1
0の内周とスプライン結合され、外部端(図3のY部)
はその内周を連結ロード9の外周と溶接により固着して
いる。
【0034】これにより、衝撃力は、電動モータ1の出
力軸1aから遊星歯車減速機50、連結ロッド9、連結
パイプ24、スクリュシャフト10、ボールナット1
1、ピストン12の順に伝達されることとなる。従っ
て、前記のように連結ロッド9と連結パイプ24とを直
列に連結することにより、図1に示す第1実施形態のも
のよりも剛性が小さくなり、衝撃力の緩和機能が増大す
る。
力軸1aから遊星歯車減速機50、連結ロッド9、連結
パイプ24、スクリュシャフト10、ボールナット1
1、ピストン12の順に伝達されることとなる。従っ
て、前記のように連結ロッド9と連結パイプ24とを直
列に連結することにより、図1に示す第1実施形態のも
のよりも剛性が小さくなり、衝撃力の緩和機能が増大す
る。
【0035】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、アクチュエータの出力端がストロークエンドに当た
り、電動モータの運動エネルギによる衝撃力が電動アク
チュエータに作用しても、ねじりばね機構が大きく捩れ
ることにより前記衝撃力が緩和される。これによって前
記衝撃力による電動アクチュエータの破壊の発生を回避
することができ、該アクチュエータの安全性、信頼性が
向上する。
で、アクチュエータの出力端がストロークエンドに当た
り、電動モータの運動エネルギによる衝撃力が電動アク
チュエータに作用しても、ねじりばね機構が大きく捩れ
ることにより前記衝撃力が緩和される。これによって前
記衝撃力による電動アクチュエータの破壊の発生を回避
することができ、該アクチュエータの安全性、信頼性が
向上する。
【0036】請求項2のように、ねじりばね機構を低剛
性のトーションバーで構成すると、電動モータからの衝
撃力が大きくても、従来の皿ばねを多数設けるもののよ
うに装置を大型化することなく、小型(特に小径)の装
置で以って、この大衝撃力を緩和することができる。
性のトーションバーで構成すると、電動モータからの衝
撃力が大きくても、従来の皿ばねを多数設けるもののよ
うに装置を大型化することなく、小型(特に小径)の装
置で以って、この大衝撃力を緩和することができる。
【0037】さらに請求項3のように構成すると、小さ
いスペースで前記トーションバーよりも低剛性のねじり
ばね機構となり、前記よりもさらに大きな衝撃力を緩衝
できる。
いスペースで前記トーションバーよりも低剛性のねじり
ばね機構となり、前記よりもさらに大きな衝撃力を緩衝
できる。
【図1】本発明の第1実施形態による電動アクチュエー
タの断面図。
タの断面図。
【図2】上記実施形態におけるボールナット近傍の外観
図。
図。
【図3】本発明の第2実施形態による電動アクチュエー
タの断面図。
タの断面図。
【図4】従来の電動アクチュエータの断面図。
50…遊星歯車減速機、1…電動モータ、1a…電動モ
ータの出力軸、6…シリンダ、8…遊星歯車減速機の出
力軸、9…連結ロッド、10…スクリュシャフト、11
…ボールナット、12…ピストン、17…センサ、18
…シリンダエンド、24…連結パイプ。
ータの出力軸、6…シリンダ、8…遊星歯車減速機の出
力軸、9…連結ロッド、10…スクリュシャフト、11
…ボールナット、12…ピストン、17…センサ、18
…シリンダエンド、24…連結パイプ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大塚 忠宏
名古屋市中村区岩塚町九反所60番地の1
中菱エンジニアリング株式会社内
(56)参考文献 特開 昭61−135345(JP,A)
実開 昭63−185957(JP,U)
実開 平3−11157(JP,U)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H02K 7/00 - 7/20
F16H 19/00 - 37/16
F16H 49/00
Claims (3)
- 【請求項1】 電動モータからの回転出力を遊星歯車減
速機等の減速装置にて減速し、該減速装置の出力端に連
結されるスクリュシャフトとこれに螺合されるボールナ
ットとより成るボールスクリュ機構にて直線運動に変換
する電動アクチュエータにおいて、 前記減速装置とボールスクリュ機構との間に、衝撃力を
吸収する低剛性のねじりばね機構を介装したことを特徴
とする電動アクチュエータの緩衝装置。 - 【請求項2】 前記ねじりばね機構を、細径棒状の連結
ロッドで構成した請求項1に記載の電動アクチュエータ
の緩衝装置。 - 【請求項3】 前記ねじりばね機構を、細径棒状の連結
ロッドと該連結ロッドが内挿される中空の連結パイプと
を直列に連結して構成した請求項1に記載の電動アクチ
ュエータの緩衝装置。
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