JP3800719B2 - 電動式リニアアクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係る電動式リニアアクチュエータは、例えば電動ベッド、電動テーブル、電動椅子、リフター等、各種機械装置に組み込んだ状態で使用する。
【０００２】
【従来の技術】
電動ベッドを起倒させたりする為の電動式リニアアクチュエータとして、従来から各種構造のものが知られている。このうち、小型且つ軽量に構成でき、しかも不用意に全長が変化しない電動式リニアアクチュエータとして、特開平８−３２２１８９号公報に記載されたものが知られている。図９は、この公報に記載された電動式リニアアクチュエータ１を示している。
【０００３】
この電動式リニアアクチュエータ１を伸縮させる際には、図示しない電動モータにより回転軸２を、ウォーム式の減速機３を介して回転させる。この回転軸２に設けたボールねじ部４にはボールナット５を螺合しており、このボールナット５に円筒状の出力軸６の基端部を結合している。従って、上記回転軸２の回転に伴ってこの出力軸６が軸方向に変位し、上記電動式リニアアクチュエータ１が伸縮する。上記回転軸２の基部（図９の左部）の外周面と、この基部を回転自在に支持したハウジング７の内周面との間には、ローラクラッチ８と間筒９と滑り軸受１０とを設けている。又、上記回転軸２の中間部外周面に間座１１を、この回転軸２と共に回転自在に設けている。そして、この間座１１と上記間筒９の端面との間に、摩擦プレート１２を設けている。
【０００４】
上述の様に構成する電動式リニアアクチュエータ１は、上記出力軸６に、圧縮方向（電動式リニアアクチュエータ１を収縮させる方向の力で、図９の左方向）のスラスト荷重が加わる状態で使用する。上記出力軸６から上記間筒９に加わる圧縮方向のスラスト荷重は、玉軸受１３が支承する。又、このスラスト荷重により回転軸２が回転する傾向の場合には、上記ローラクラッチ８がロックして、この回転軸２の回転を阻止し、上記電動式リニアアクチュエータ１が、上記スラスト荷重に基づいて縮まる事を防止する。これに対して、上記電動式リニアアクチュエータ１を伸長させるべく、上記電動モータにより上記回転軸２を回転させ、上記スラスト荷重に抗して上記出力軸６を変位させる際には、上記ローラクラッチ８はロックしない。従って、上記間筒９は上記回転軸２と共に回転し、何ら抵抗とはならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様な従来の電動式リニアアクチュエータ１の場合、出力軸６に対して使用時に加わるスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重が加わった場合には、回転軸２が軽い力で回転し、この回転軸２のボールねじ部４と螺合したボールナット５がこの回転軸２の軸方向に変位してしまう。例えば、図９に示した構造の場合、上記出力軸６に引っ張り方向のスラスト荷重が加わると、このスラスト荷重が小さい場合でも、上記ボールナット５が上記ボールねじ部４の先端側（図９の右端側）に変位する。そして、場合によっては、上記ボールナット５が上記ボールねじ部４から抜け落ちる可能性がある。
【０００６】
上述の様な引っ張り方向のスラスト荷重は、例えば上記電動式リニアアクチュエータ１を電動ベッド等に組み付ける以前に、上記出力軸６の先端部をつかんでこの電動式リニアアクチュエータ１を持ち上げて搬送する様な場合に加わる。この様に、電動式リニアアクチュエータ１を搬送する際に作用する可能性のある力により、上記ボールナット５が上記ボールねじ部４から抜け落ちる可能性がある構造は、搬送時に注意を要する為、改良が望まれている。
本発明の電動式リニアアクチュエータは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動式リニアアクチュエータは、ハウジングと、このハウジングの内側に支持された、少なくとも一部外周面にボールねじ部を有する軸と、複数のボールを介してこのボールねじ部と螺合したボールナットと、正転逆転自在な電動モータと、この電動モータの駆動軸と上記軸又はボールナットとの間に設けられて、この駆動軸のトルクを増大して上記軸又はボールナットに伝達する、動力の伝達方向に可逆性を有する減速機とを備え、上記軸に対してほぼ一定方向のスラスト荷重が加わる状態で使用される。
【０００８】
又、好ましくは、上記軸又はボールナットの一部にこの軸又はボールナットと共に回転自在に支持されて、この軸又はボールナットに加わるスラスト荷重を受ける間座と、上記軸又はボールナットの周囲にこの軸又はボールナットに対する回転を自在として支持された間筒と、この間筒の外周面と上記ハウジングの内周面との間に設けられた一方向クラッチと、上記間筒の軸方向一端面と上記間座との間に設けられた摩擦プレートと、上記間筒と上記ハウジングとの間に設けられて、上記軸又はボールナットから上記間筒に加わるスラスト荷重を支承する軸受とを備える。
【０００９】
特に、本発明の電動式リニアアクチュエータに於いては、上記軸又はボールナットと共に回転する回転部分の軸方向側面と、この回転部分の軸方向側面に対し軸方向に対向する、上記ハウジングの内面に固定された固定部分の軸方向側面とを、上記回転部分の軸方向変位に伴って摩擦係合自在とする。そして、上記軸に対して上記一定方向と逆方向のスラスト荷重が加わって上記回転部分が軸方向に変位した場合にのみ、この回転部分の軸方向側面と上記固定部分の軸方向側面とを摩擦係合させる。この様な構成により、上記軸に対して上記一定方向と逆方向のスラスト荷重が加わった場合に上記軸又はボールナットが回転する事を阻止して、上記一定方向と逆方向のスラスト荷重に基づいて全長が変化する事を防止する。
【００１０】
【作用】
上述の様な本発明の電動式リニアアクチュエータによれば、軸に対して使用時に加わるスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重が加わった場合でも、電動式リニアアクチュエータの全長が不用意に伸縮する事はない。即ち、軸に対して使用時に加わるスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重が加わると、軸又はボールナットと共に回転する回転部分とハウジングの内面に固定された固定部分とが摩擦係合して、上記軸の回転を阻止する。この結果、ボールナットが上記軸に設けたボールねじ部に対して軸方向に変位する事がなくなり、上記電動式リニアアクチュエータの全長が不用意に伸縮する事がなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の電動式リニアアクチュエータは、使用時に圧縮方向のスラスト荷重が加わり続ける部分に組み付ける。ハウジング７は、例えばアルミニウム合金をダイキャスト成形する事により造る。このハウジング７の内側には、請求項に記載した軸に相当する回転軸２の基端部（図１の左端部）を、それぞれが深溝型である１対の玉軸受１３、１４により、回転自在に支持している。これら１対の玉軸受１３、１４のうち、図１の左側の玉軸受１４はラジアル荷重のみを支承する。これに対して、同図右側の玉軸受１３は、ラジアル荷重の他、上記圧縮方向のスラスト荷重も支承する。この為、上記右側の玉軸受１３を構成する外輪５２の軸方向片端面（図１の左端面）は、上記ハウジング７の内周面に螺着した止め輪１５に突き当てている。
【００１２】
又、上記ハウジング７の外側面に形成した取付フランジ１６には、正転逆転自在な電動モータ（図示省略）を固定し、この電動モータの駆動軸を、上記ハウジング７内に挿入している。そして、この駆動軸と上記回転軸２との間に減速機３を設け、この駆動軸のトルクを増大して上記回転軸２に伝達自在としている。図示の実施例の場合には、この減速機３として、ウォーム減速機を使用している。この為に上記回転軸２の基端部にはウォームホイール１７を外嵌固定している。図示の例では、これら回転軸２の外周面の一部とウォームホイール１７の内周面の一部とに、互いに係合する平坦面を形成する事により、上記回転軸２に対するウォームホイール１７の回転防止を図っている。又、上記ハウジング７内にウォーム１８を、上記回転軸２に対し捩れの方向に配置すると共に回転のみ自在に支持し、このウォーム１８と上記ウォームホイール１７とを噛合させている。
【００１３】
一方、上記回転軸２の基端部を除く部分には、断面が円弧形の螺旋溝を形成する事により、当該部分をボールねじ部４としている。そしてこのボールねじ部４の周囲にボールナット５を、複数のボール１９、１９を介して螺合させている。そしてこのボールナット５の先端部（図１の右端部）に形成した結合筒部２０に、円筒状の出力軸６の基端部を螺合固定している。又、上記ボールナット５及び出力軸６の周囲は円筒状のカバー２１により覆っている。尚、上記出力軸６及びボールナット５は、この出力軸６の先端部（前述した従来構造を示す図９参照）を所定部分に結合する事により、回転防止が図られる。従って、電動式リニアアクチュエータの組み付け状態では、上記ボールナット５は上記回転軸２の周囲に、この回転軸２の軸方向に亙る変位のみを自在として支持される。
【００１４】
又、上記カバー２１の基端部と先端部とにはそれぞれリミットスイッチ２２ａ、２２ｂ（先端部のリミットスイッチ２２ｂは、前述した従来構造を示す図９参照）を設け、上記ボールナット５の位置に応じて、何れかのリミットスイッチ２２ａ、２２ｂがＯＮ、ＯＦＦする様にしている。即ち、基端部に設けたリミットスイッチ２２ａは、上記ボールナット５がボールねじ部４の基端部に移動し、電動式リニアアクチュエータが縮みきった状態でＯＮ、ＯＦＦする。これに対して先端部に設けたリミットスイッチ２２ｂは、上記ボールナット５がボールねじ部４の先端部に移動し、電動式リニアアクチュエータが伸び切った状態でＯＮ、ＯＦＦする。前記電動モータへの通電は、これら各リミットスイッチ２２ａ、２２ｂの検出信号に基づいて制御される。即ち、電動式リニアアクチュエータが縮みきった状態から更に縮ませる方向に通電したり、或は伸びきった状態から更に伸ばす方向に通電する事を防止する。尚、上記カバー２１は、合成樹脂、或は金属により造られており、その基端部内周面に形成した突条２３を前記ハウジング７の外周面に形成した凹溝２４に係止し、更にバンド５３により締め付ける事で、上記ハウジング７に結合固定している。
【００１５】
又、前記回転軸２の一部で上記ボールねじ部４の基端部分には、このボールねじ部４側が大径となった段部２５を形成している。そして、この段部２５に、厚肉で円輪形の間座２６の片面（図１の右側面）内周寄り部分を突き当てている。従って、上記回転軸２に対して図１の左方向に加わる圧縮スラスト荷重は、上記間座２６に伝達される。又、この間座２６の内周縁は上記回転軸２の外周面に、締り嵌めにより嵌合しているか、或は非円形周面同士で嵌合している。従って上記間座２６は、上記回転軸２と共に回転する。
【００１６】
又、上記回転軸２の一部で、前記ウォームホイール１７の設置部分と上記ボールねじ部４の基端部との間部分には、厚肉円筒状の間筒２７を、滑り軸受２８を介して回転自在に支持している。そして、この間筒２７の外周面と前記ハウジング７の内周面との間に、一方向クラッチの一種であるローラクラッチ２９を設けている。即ち、内周面をカム面とした外輪３０を上記ハウジング７に内嵌固定し、この外輪３０がハウジング７に対して回転しない様にしている。そして、この外輪３０の内周面と上記間筒２７の外周面との間に、複数本のローラ３１、３１を設けている。周知の様にこれら各ローラ３１、３１は、図示を省略した回転しない保持器との間に設けられたばねにより、円周方向一方向に弾性的に押圧されている。従って、上記間筒２７が所定方向に回転する場合には上記各ローラ３１、３１が上記カム面に食い込む事なく、この間筒２７の回転が許容される。これに対して、上記間筒２７が逆方向に回転すると、上記各ローラ３１、３１が上記カム面に食い込み、上記間筒２７がハウジング７の内側で回転しなくなる。
【００１７】
更に、上記間筒２７の軸方向一端面（図１の右端面）と上記間座２６との間には、摩擦プレート３２を挟持している。この摩擦プレート３２は、少なくとも軸方向両側面を摩擦係数の大きな材料により造られて、相手面である前記間座２６の片面及び上記間筒２７の端面と摩擦係合する。但し、摩擦係合状態を一定にする為、間座２６と間筒２７とが相対回転した状態では、何れか一方の摩擦係合面が摺動（相対変位）し、他方の摩擦係合面が相対変位する事のない様にしている。図示の例では、間座２６の片面と摩擦プレート３２の片面との摩擦面積を、この摩擦プレート３２の他面と間筒２７の端面との摩擦面積よりも広くする事により、摩擦プレート３２の他面と間筒２７の端面とが摺動した場合でも、間座２６の片面と摩擦プレート３２の片面とが相対変位しない様にしている。従って、間座２６の片面と摩擦プレート３２の片面とは接着しても良い。
【００１８】
尚、図示の例では、前記回転軸２の基端部に螺着したナット３３と前記玉軸受１４の内輪との間に皿ばね３４を設け、前記ウォームホイール１７を上記回転軸２の中央部に向け弾性的に押圧している。これは、前記減速機３の構成各部材同士の隙間を調整したり、摩耗に基づく隙間を補正する事により、上記減速機３の作動音を低減する為である。
【００１９】
更に、本発明の電動式リニアアクチュエータの場合には、上記回転軸２と共に回転する回転部分である上記ウォームホイール１７の軸方向側面と、上記ハウジング７の内面に固定された固定部分である前記止め輪１５の軸方向側面との間に、摩擦リング３５を配置している。そして、前記出力軸６に対して使用時に加わる一定方向のスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重である、引っ張り方向のスラスト荷重が加わって上記ウォームホイール１７が軸方向（図１の右方向）に変位した場合にのみ上記摩擦リング３５を、上記ウォームホイール１７の軸方向側面と上記止め輪１５の軸方向側面との間で挟持自在としている。そして、上記出力軸６から上記回転軸２に、引っ張り方向（図１の右方向）のスラスト荷重が加わった場合に、上記摩擦リング３５を上記ウォームホイール１７の軸方向側面と上記止め輪１５の軸方向側面との間で、軸方向両側から挟持する事により、上記回転軸２が回転する事を阻止する様に構成している。
【００２０】
上述の様に構成される本発明の電動式リニアアクチュエータは、例えば前記ハウジング７の基端部（図１の左端部）に形成した固定側取付部３６（前述した従来構造を示す図９参照）を固定軸に、上記出力軸６の先端部（図１の右端部）に形成した変位側取付部３７（前述した従来構造を示す図９参照）を変位軸に、それぞれ枢支する。この変位軸は上記固定軸に近づく方向に変位する傾向となっているので、本例の電動式リニアアクチュエータは、上記出力軸６に圧縮方向のスラスト荷重が加わる状態で使用される。この様に組み付けられた状態で本発明の電動式リニアアクチュエータは、次の様に作用する事により、電動モータの駆動軸の回転方向に基づいて上記出力軸６を軸方向に亙って変位させる。
【００２１】
先ず、上記電動モータの駆動軸を正転させ、上記出力軸６を上記スラスト荷重に抗し変位させる事により、電動式アクチュエータを伸長させる際の作用に就いて説明する。この場合には、減速機３を介して回転軸２が所定方向に回転し、ローラクラッチ２９はロックせず、間筒２７はハウジング７に対して回転自在である。従ってこの状態では、間筒２７と摩擦プレート３２と間座２６とは回転軸２と共に回転し、これら各部材２７、３２、２６の存在がこの回転軸２の回転に対して抵抗となる事はない。又、ローラクラッチ２９はころ軸受の如く作用して、上記間筒２７の回転を許容する。従って、一方向クラッチであるローラクラッチ２９の存在が、回転軸２の回転に対して抵抗となる事もない。
【００２２】
この結果、上記駆動軸の正転に伴って上記回転軸２が、所定方向に円滑に回転する。そして、この回転軸２のボールねじ部４に螺合したボールナット５が軸方向（図１の右方）に変位し、上記出力軸６を上記スラスト荷重に抗して変位させる。この際、上述の様に、逆転防止機構を構成する上記間筒２７と摩擦プレート３２と間座２６とローラクラッチ２９との存在が、上記出力軸６を変位させる事に対して抵抗とはならない。従って、上記電動モータの駆動力は、上記出力軸６を変位させる事に有効に使われる。この結果、電動モータとして特に大型のものを使用したり、或は減速機３の減速比（トルクの増大比）を大きくしなくても、十分に電動式リニアアクチュエータを伸長させる事ができる。又、次述する様に、減速機３は逆転不能な構造である必要はない。従って、本例の様にウォーム減速機を使用する場合でも、ウォームギヤのリード角を大きくする事で噛合効率を向上させ、小型の電動モータで十分な動作速度を確保する事ができる。
【００２３】
次に、上記駆動軸を停止させた状態では、上記スラスト荷重に基づいて出力軸６からボールナット５、複数のボール１９、１９を介してボールねじ部４に加わる力により、上記回転軸２が上記所定方向とは反対方向に回転する傾向となる。同時に上記間筒２７が、この回転軸２と同方向に回転する傾向となる。この結果、上記ローラクラッチ２９がロックし、上記間筒２７がハウジング７に対して回転しなくなる。この状態では、上記回転軸２を回転させる為には、上記摩擦プレート３２の側面と相手面である上記間筒２７の端面とを滑らせる必要がある。従って、これら摩擦プレート３２の側面と間筒２７の端面との間の摩擦係数を設計的に定められる所望値に規制する事により、上記スラスト荷重に基づいて上記回転軸２が回転する事を防止できる。
【００２４】
更に、上記駆動軸を逆転させた状態で上記回転軸２には、上記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加え、上記駆動軸から減速機３を介して伝達されるトルクが、上記反対方向に加わる。従って上記駆動軸は、上記摩擦プレート３２の側面と間筒２７の端面との間に作用する摩擦力に抗して回転する。この際、この摩擦力が上記駆動軸の回転に対する抵抗となるので、この駆動軸の回転が急激に行なわれる事が防止される。従って、上記摩擦プレート３２の側面と間筒２７の端面との間の摩擦係数、並びに電動モータの駆動トルクを適正値にすれば、小型の電動モータで電動式リニアアクチュエータの伸長だけでなく収縮を円滑に行なわせる事ができる。
【００２５】
更に、本発明の電動式リニアアクチュエータによれば、搬送作業或は組み付け作業に伴って前記出力軸６に、この出力軸６対して使用時に加わるスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重である、上記電動式リニアアクチュエータを伸長させる方向のスラスト荷重が加わった場合でも、この電動式リニアアクチュエータの全長が不用意に伸長する事はない。即ち、上記出力軸６、ボールナット５、ボール１９、１９を介して上記回転軸２に、上記出力軸６に向け引っ張る方向のスラスト荷重が加わると、前記摩擦リング３５を上記ウォームホイール１７の軸方向側面と上記止め輪１５の軸方向側面との間で軸方向両側から挟持する事により、上記回転軸２が回転する事を阻止する。この結果、上記ボールナット５が、上記回転軸２に設けたボールねじ部４に対して軸方向に変位する事がなくなり、上記電動式リニアアクチュエータの全長が伸縮する事がなくなる。
【００２６】
次に、図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、電動式リニアアクチュエータの使用時に加わる圧縮方向のスラスト荷重を支承する軸受として、スラストニードル軸受３８を使用している。この為に本例の場合には、間筒２７の端部外周面に外向フランジ部３９を形成し、この外向フランジ部３９の片側面（図２の左側面）と、ハウジング７の内面に形成した段部４０との間に、上記スラストニードル軸受３８を設けている。又、摩擦プレート３２は、上記外向フランジ部３９の他側面（図２の右側面）と間座２６との間に挟持している。
【００２７】
又、本例の場合には、回転軸２と共に回転する部分であるウォームホイール１７の軸方向側面と、ハウジング７の内面に固定された部分である、玉軸受１３ａの外輪４１の軸方向側面との間に、摩擦リング３５ａを配置している。そして、出力軸６に対して引っ張り方向のスラスト荷重が加わった場合にのみ上記摩擦リング３５ａを、上記ウォームホイール１７の軸方向側面と上記外輪４１の軸方向側面との間で挟持自在としている。そして、上記出力軸６から上記回転軸２に、引っ張り方向（図２の右方向）のスラスト荷重が加わった場合に、上記摩擦リング３５ａを上記ウォームホイール１７の軸方向側面と上記外輪４１の軸方向側面との間で軸方向両側から挟持する事により、上記回転軸２が回転する事を阻止する様に構成している。その他の構成及び作用は、前述した第１例とほぼ同様である為、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２８】
次に、図３は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、ローラクラッチ２９にラジアルニードル軸受としての機能を兼ねさせる事により、ウォームホイール１７のうち、上記ローラクラッチ２９側を支持する玉軸受１３ａ（図２）を省略している。又、上記ウォームホイール１７の軸方向一端部（図３の右端部）で上記ローラクラッチ２９に対向する部分に鍔部４２を形成し、この鍔部４２の軸方向片側面（図３の右面）と、ハウジング７の内面に形成した段部４３の軸方向側面とを対向させている。
【００２９】
上述の様に構成する本例の場合には、搬送作業或は組み付け作業に伴って回転軸２に、出力軸６に向け引っ張る方向のスラスト荷重が加わると、上記鍔部４２の軸方向片側面と段部４３の軸方向側面とが摩擦係合して、上記回転軸２が回転する事を阻止する。この結果、ボールナット５（図２参照）が、上記回転軸２に設けたボールねじ部４に対して軸方向に変位する事がなくなり、上記電動式リニアアクチュエータの全長が伸長する事がなくなる。その他の構成及び作用は、上述した第２例とほぼ同様である為、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３０】
次に、図４は、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、電動式リニアアクチュエータの使用時に加わる圧縮方向のスラスト荷重を支承する軸受として、スラスト玉軸受４４を使用している。又、本例の場合には、間筒２７とウォームホイール１７との間位置で、ハウジング７の内面に鍔部４５を形成している。そして、この鍔部４５の軸方向片側面（図４の右面）と上記間筒２７との間に間座２６及び摩擦プレート３２を配置している。一方、上記鍔部４５の軸方向他側面（図４の左面）と上記ウォームホイール１７の軸方向片側面の一部とを対向させている。
【００３１】
上述の様に構成する本例の場合には、搬送作業或は組み付け作業に伴って回転軸２に、出力軸６に向け引っ張る方向のスラスト荷重が加わると、上記鍔部４５の軸方向他側面と上記ウォームホイール１７の軸方向片側面の一部とが摩擦係合して、上記回転軸２が回転する事を阻止する。この結果、ボールナット５が、上記回転軸２に設けたボールねじ部４に対して軸方向に変位する事がなくなり、上記電動式リニアアクチュエータの全長が伸長する事がなくなる。その他の構成及び作用は、前述した第２例或は上述した第３例とほぼ同様である為、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３２】
次に、図５は、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、ボールナット５の周囲にウォームホイール１７を外嵌固定し、このウォームホイール１７とウォーム１８とを噛合させている。即ち、本例の場合には、上記ボールナット５と減速機３とを直径方向に亙って配置する事により、上述した第１〜４例の様に、これらボールナット５と減速機３とを軸方向に亙り配置した場合に比べて、装置全体の軸方向寸法を短縮自在としている。従って、本例の場合には、第１〜４例の場合とは異なり、電動モータへの通電に基づいて上記ボールナット５が、軸方向に変位する事なく回転し、軸４６が、回転する事なく軸方向に変位する。ローラクラッチ２９、間筒２７、滑り軸受２８、間座２６、摩擦プレート３２、スラスト荷重を支承する為の玉軸受１３は、上記ボールナット５とハウジング７との間に設けている。
【００３３】
又、搬送作業時や組み付け作業時に上記軸４６が上記ボールナット５の内側から不用意に抜け出るのを防止する為の摩擦係合部は、上記ボールナット５に外嵌固定した上記ウォームホイール１７の軸方向側面と、上記ボールナット５を回転自在に支持する為の玉軸受１４を構成し、上記ハウジング７を構成する蓋体４７に嵌合固定された外輪４１の軸方向側面との間に設けている。この様に構成する本例の場合には、搬送作業或は組み付け作業に伴って上記軸４６に、上記ボールナット５から引き抜く方向（図５の右方向）のスラスト荷重が加わると、上記ウォームホイール１７の軸方向側面の一端面（図５の右端面）と上記外輪４１の軸方向側面とが摩擦係合して、上記ウォームホイール１７を外嵌固定した上記ボールナット５が回転する事を阻止する。この結果、上記軸４６が、上記ボールナット５に対して軸方向に変位する事がなくなり、上記電動式リニアアクチュエータの全長が伸長する事がなくなる。
【００３４】
次に、図６は本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合は、図示しない出力軸に対して引っ張り方向のスラスト荷重が加わる部分に使用される。この為に本例の場合には、ハウジング７の先端部（図６の右端部）内周面に形成した鍔部４８と間筒２７の先端面（図６の右端面）との間に、スラスト玉軸受４４を設けている。そして、上記間筒２７の基端面（図６の左端面）と回転軸２に外嵌固定した間座２６との間に、摩擦プレート３２を挟持している。回転軸２に対して引っ張り方向に加わるスラスト荷重は、この回転軸２の基端部に螺着したナット３３、座板４９、ウォームホイール１７を介して、上記間座２６に加えられる。
【００３５】
組み付け以前に、図示しない出力軸に加わる圧縮方向のスラスト荷重に基づいて上記回転軸２が回転する事を防止し、電動式リニアアクチュエータの全長が不用意に縮まるのを防止する為に、本例の場合には、玉軸受１４を構成し、ハウジング７に内嵌固定した外輪４１の軸方向側面とウォームホイール１７の軸方向側面との間に、摩擦リング３５を配置している。スラスト荷重が圧縮方向から引っ張り方向に変わった事に伴ない、ローラクラッチ２９がロックする方向を変えた（回転軸２が引っ張り方向のスラスト荷重により回転する傾向となった場合にロックする様にした）点、上記回転軸２に圧縮方向のスラスト荷重が加わった場合に、上記摩擦リング３５が上記外輪４１の軸方向側面とウォームホイール１７の軸方向側面との間で軸方向両側から挟持される様にした点以外の構成及び作用は、前述した第１例とほぼ同様である。
【００３６】
尚、本発明の電動式リニアアクチュエータは、一般的には、常に同じ方向のスラスト荷重が作用する状態で使用する。但し、図７に示す様に、電動式リニアアクチュエータ１の伸縮の過程で、この電動式リニアアクチュエータ１に加わるスラスト荷重の方向が変化する様な使用状態にも対応できる。即ち、枢支部５０を中心に揺動する被駆動物５１を、別の枢支部５４にその基端部を枢支した電動式リニアアクチュエータ１により、鉛直線αを跨いで駆動する場合、この被駆動物５１が鉛直線αよりも上記別の枢支部５４に近づくと引っ張り荷重が、離れると圧縮荷重が、それぞれ上記電動式リニアアクチュエータ１に加わる。この様な用途に、前述した第１〜５例の構造を有する電動式リニアアクチュエータ１を組み込めば、電動モータへの通電停止に伴って上記被駆動物５１を、任意の位置で停止させる事ができる。
【００３７】
以下、この様な使用状態を実現可能とする為の条件に就いて、図８により説明する。尚、この図８は、前述の図２に示した実施の形態の第２例の構造に準拠している。又、ボールナット５とボールねじ部４との螺合部（図２）の作動正効率をηとし、同じく逆効率をη´とし、上記ボールねじ部４のリードをＬとし、外輪４１の軸方向側面とウォームホイール１７の軸方向側面（又はこのウォームホイール１７に固定した摩擦リング３５の軸方向側面）との摩擦面の平均半径をｒとし、この摩擦面の摩擦係数をμとする。
【００３８】
先ず、電動モータへの非通電時に、出力軸６（図２）にＦ´なる引っ張り方向（図８の右方向）のスラスト荷重が加わり、このスラスト荷重に基づいてボールナット５とボールねじ部４との螺合に基づいて回転軸２に、ｔ´なるトルクが加わるとすると、このトルクｔ´は次の（１）式で表される。
ｔ´＝Ｌ・Ｆ´・η´／２π −−− （１）
一方、上記スラスト荷重Ｆ´に基づいて上記摩擦面部分で発生するブレーキトルク、即ち、上記回転軸２が回転するのを防止する方向に作用する力ｔB は、次の（２）式で表される。
ｔB ＝μ・Ｆ´・ｒ −−− （２）
上記スラスト荷重Ｆ´により上記回転軸２が回転する事を防止する為には、次の（３）式を満たす必要がある。
ｔB ≧ｔ´ −−− （３）
この（３）式に上記（１）（２）式を代入して辺々整理すれば、次の（４）式が導かれる。
ｒ≧Ｌ・η´／２π・μ −−− （４）
【００３９】
この（４）式を満たせば、搬送時、或は組み付け作業時に出力軸６に引っ張り方向のスラスト荷重を付与しても、上記回転軸２のボールねじ部４がボールナット５から抜け出る事はない。例えば、電動ベッド用の電動式リニアアクチュエータの場合には、リードＬが５mm程度、作動正効率η及び逆効率η´が０．８５程度であるから、上記摩擦部分の摩擦係数μが０．０５程度と仮定すれば、前記摩擦面の平均半径ｒを１３．５mm程度以上にすれば良い。尚、減速機３による制動力は考慮していない。電動モータへの非通電時にこの減速機３は、上記回転軸２が回転する事に対する抵抗となる。従って、実際には、上記（４）式を満たさなくても、ｒがＬ・η´／２π・μに近い値であれば、上記ボールねじ部４がボールナット５から抜け出る事はない。
【００４０】
次に、上記電動モータへの通電時の状態に就いて考える。先ず、上記出力軸６に要求される最大圧縮出力値、即ち、この出力軸６を押す方向に発生させるべきスラスト荷重をＦとすると、このスラスト荷重Ｆを得る為に上記回転軸２に要求されるトルクｔは次の（５）式で表される。
ｔ＝Ｌ・Ｆ／２π・η −−− （５）
次に、上記出力軸６に要求される最大引っ張り出力値、即ち、この出力軸６を引っ張る方向に発生させるべきスラスト荷重をＦ″とすると、このスラスト荷重Ｆ″を得る為に上記回転軸２に要求されるトルクｔ″は次の（６）式で表される。
ｔ″＝μ・Ｆ″・ｒ＋Ｌ・Ｆ″／２π・η −−− （６）
上記最大圧縮出力値も最大引っ張り出力値も、同じ電動モータへの通電に基づく事、即ち、ｔ＝ｔ″である事を考えると、このｔ＝ｔ″なる式に（５）（６）式を代入し、辺々整理すれば、次の（７）式が導かれる。
Ｆ″／Ｆ＝１／（１＋μ・ｒ・２π・η／Ｌ） −−− （７）
この（７）式に、電動ベッド用の電動式リニアアクチュエータの場合に一般的な、リードＬ、作動正効率η、前記摩擦部分の摩擦係数μ、前記摩擦面の平均半径ｒを代入すれば、前記引っ張り方向のスラスト荷重Ｆ″と圧縮方向のスラスト荷重Ｆとの比をどの程度にすれば、前述の図７に示す様な使用状態を実現できるかが分る。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の電動式リニアアクチュエータは、以上に述べた通り構成され作用するので、搬送時等に不用意に全長が変化したり、或は構成部材同士が分離する事を防止できる。この為、電動式リニアアクチュエータの搬送作業や組み付け作業に特に注意を払う必要がなくなり、これらの作業の能率向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、図９のＡ部に相当する部分断面図。
【図２】同第２例を示す部分断面図。
【図３】同第３例を示す部分断面図。
【図４】同第４例を示す部分断面図。
【図５】同第５例を示す断面図。
【図６】同第６例を示す部分断面図。
【図７】作動範囲に応じて作用するスラスト荷重の方向が変化する形態の１例を示す模式図。
【図８】摩擦部材の寸法を規定する方法を説明する為の部分断面図。
【図９】従来構造の１例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 電動式リニアアクチュエータ
２ 回転軸
３ 減速機
４ ボールねじ部
５ ボールナット
６ 出力軸
７ ハウジング
８ ローラクラッチ
９ 間筒
１０ 滑り軸受
１１ 間座
１２ 摩擦プレート
１３、１３ａ、１４ 玉軸受
１５ 止め輪
１６ 取付フランジ
１７ ウォームホイール
１８ ウォーム
１９ ボール
２０ 結合筒部
２１ カバー
２２ａ、２２ｂ リミットスイッチ
２３ 突条
２４ 凹溝
２５ 段部
２６ 間座
２７ 間筒
２８ 滑り軸受
２９ ローラクラッチ
３０ 外輪
３１ ローラ
３２ 摩擦プレート
３３ ナット
３４ 皿ばね
３５、３５ａ 摩擦リング
３６ 固定側取付部
３７ 変位側取付部
３８ スラストニードル軸受
３９ 外向フランジ部
４０ 段部
４１ 外輪
４２ 鍔部
４３ 段部
４４ スラスト玉軸受
４５ 鍔部
４６ 軸
４７ 蓋体
４８ 鍔部
４９ 座板
５０ 枢支部
５１ 被駆動物
５２ 外輪
５３ バンド
５４ 枢支部
【産業上の利用分野】
この発明に係る電動式リニアアクチュエータは、例えば電動ベッド、電動テーブル、電動椅子、リフター等、各種機械装置に組み込んだ状態で使用する。
【０００２】
【従来の技術】
電動ベッドを起倒させたりする為の電動式リニアアクチュエータとして、従来から各種構造のものが知られている。このうち、小型且つ軽量に構成でき、しかも不用意に全長が変化しない電動式リニアアクチュエータとして、特開平８−３２２１８９号公報に記載されたものが知られている。図９は、この公報に記載された電動式リニアアクチュエータ１を示している。
【０００３】
この電動式リニアアクチュエータ１を伸縮させる際には、図示しない電動モータにより回転軸２を、ウォーム式の減速機３を介して回転させる。この回転軸２に設けたボールねじ部４にはボールナット５を螺合しており、このボールナット５に円筒状の出力軸６の基端部を結合している。従って、上記回転軸２の回転に伴ってこの出力軸６が軸方向に変位し、上記電動式リニアアクチュエータ１が伸縮する。上記回転軸２の基部（図９の左部）の外周面と、この基部を回転自在に支持したハウジング７の内周面との間には、ローラクラッチ８と間筒９と滑り軸受１０とを設けている。又、上記回転軸２の中間部外周面に間座１１を、この回転軸２と共に回転自在に設けている。そして、この間座１１と上記間筒９の端面との間に、摩擦プレート１２を設けている。
【０００４】
上述の様に構成する電動式リニアアクチュエータ１は、上記出力軸６に、圧縮方向（電動式リニアアクチュエータ１を収縮させる方向の力で、図９の左方向）のスラスト荷重が加わる状態で使用する。上記出力軸６から上記間筒９に加わる圧縮方向のスラスト荷重は、玉軸受１３が支承する。又、このスラスト荷重により回転軸２が回転する傾向の場合には、上記ローラクラッチ８がロックして、この回転軸２の回転を阻止し、上記電動式リニアアクチュエータ１が、上記スラスト荷重に基づいて縮まる事を防止する。これに対して、上記電動式リニアアクチュエータ１を伸長させるべく、上記電動モータにより上記回転軸２を回転させ、上記スラスト荷重に抗して上記出力軸６を変位させる際には、上記ローラクラッチ８はロックしない。従って、上記間筒９は上記回転軸２と共に回転し、何ら抵抗とはならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様な従来の電動式リニアアクチュエータ１の場合、出力軸６に対して使用時に加わるスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重が加わった場合には、回転軸２が軽い力で回転し、この回転軸２のボールねじ部４と螺合したボールナット５がこの回転軸２の軸方向に変位してしまう。例えば、図９に示した構造の場合、上記出力軸６に引っ張り方向のスラスト荷重が加わると、このスラスト荷重が小さい場合でも、上記ボールナット５が上記ボールねじ部４の先端側（図９の右端側）に変位する。そして、場合によっては、上記ボールナット５が上記ボールねじ部４から抜け落ちる可能性がある。
【０００６】
上述の様な引っ張り方向のスラスト荷重は、例えば上記電動式リニアアクチュエータ１を電動ベッド等に組み付ける以前に、上記出力軸６の先端部をつかんでこの電動式リニアアクチュエータ１を持ち上げて搬送する様な場合に加わる。この様に、電動式リニアアクチュエータ１を搬送する際に作用する可能性のある力により、上記ボールナット５が上記ボールねじ部４から抜け落ちる可能性がある構造は、搬送時に注意を要する為、改良が望まれている。
本発明の電動式リニアアクチュエータは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動式リニアアクチュエータは、ハウジングと、このハウジングの内側に支持された、少なくとも一部外周面にボールねじ部を有する軸と、複数のボールを介してこのボールねじ部と螺合したボールナットと、正転逆転自在な電動モータと、この電動モータの駆動軸と上記軸又はボールナットとの間に設けられて、この駆動軸のトルクを増大して上記軸又はボールナットに伝達する、動力の伝達方向に可逆性を有する減速機とを備え、上記軸に対してほぼ一定方向のスラスト荷重が加わる状態で使用される。
【０００８】
又、好ましくは、上記軸又はボールナットの一部にこの軸又はボールナットと共に回転自在に支持されて、この軸又はボールナットに加わるスラスト荷重を受ける間座と、上記軸又はボールナットの周囲にこの軸又はボールナットに対する回転を自在として支持された間筒と、この間筒の外周面と上記ハウジングの内周面との間に設けられた一方向クラッチと、上記間筒の軸方向一端面と上記間座との間に設けられた摩擦プレートと、上記間筒と上記ハウジングとの間に設けられて、上記軸又はボールナットから上記間筒に加わるスラスト荷重を支承する軸受とを備える。
【０００９】
特に、本発明の電動式リニアアクチュエータに於いては、上記軸又はボールナットと共に回転する回転部分の軸方向側面と、この回転部分の軸方向側面に対し軸方向に対向する、上記ハウジングの内面に固定された固定部分の軸方向側面とを、上記回転部分の軸方向変位に伴って摩擦係合自在とする。そして、上記軸に対して上記一定方向と逆方向のスラスト荷重が加わって上記回転部分が軸方向に変位した場合にのみ、この回転部分の軸方向側面と上記固定部分の軸方向側面とを摩擦係合させる。この様な構成により、上記軸に対して上記一定方向と逆方向のスラスト荷重が加わった場合に上記軸又はボールナットが回転する事を阻止して、上記一定方向と逆方向のスラスト荷重に基づいて全長が変化する事を防止する。
【００１０】
【作用】
上述の様な本発明の電動式リニアアクチュエータによれば、軸に対して使用時に加わるスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重が加わった場合でも、電動式リニアアクチュエータの全長が不用意に伸縮する事はない。即ち、軸に対して使用時に加わるスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重が加わると、軸又はボールナットと共に回転する回転部分とハウジングの内面に固定された固定部分とが摩擦係合して、上記軸の回転を阻止する。この結果、ボールナットが上記軸に設けたボールねじ部に対して軸方向に変位する事がなくなり、上記電動式リニアアクチュエータの全長が不用意に伸縮する事がなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の電動式リニアアクチュエータは、使用時に圧縮方向のスラスト荷重が加わり続ける部分に組み付ける。ハウジング７は、例えばアルミニウム合金をダイキャスト成形する事により造る。このハウジング７の内側には、請求項に記載した軸に相当する回転軸２の基端部（図１の左端部）を、それぞれが深溝型である１対の玉軸受１３、１４により、回転自在に支持している。これら１対の玉軸受１３、１４のうち、図１の左側の玉軸受１４はラジアル荷重のみを支承する。これに対して、同図右側の玉軸受１３は、ラジアル荷重の他、上記圧縮方向のスラスト荷重も支承する。この為、上記右側の玉軸受１３を構成する外輪５２の軸方向片端面（図１の左端面）は、上記ハウジング７の内周面に螺着した止め輪１５に突き当てている。
【００１２】
又、上記ハウジング７の外側面に形成した取付フランジ１６には、正転逆転自在な電動モータ（図示省略）を固定し、この電動モータの駆動軸を、上記ハウジング７内に挿入している。そして、この駆動軸と上記回転軸２との間に減速機３を設け、この駆動軸のトルクを増大して上記回転軸２に伝達自在としている。図示の実施例の場合には、この減速機３として、ウォーム減速機を使用している。この為に上記回転軸２の基端部にはウォームホイール１７を外嵌固定している。図示の例では、これら回転軸２の外周面の一部とウォームホイール１７の内周面の一部とに、互いに係合する平坦面を形成する事により、上記回転軸２に対するウォームホイール１７の回転防止を図っている。又、上記ハウジング７内にウォーム１８を、上記回転軸２に対し捩れの方向に配置すると共に回転のみ自在に支持し、このウォーム１８と上記ウォームホイール１７とを噛合させている。
【００１３】
一方、上記回転軸２の基端部を除く部分には、断面が円弧形の螺旋溝を形成する事により、当該部分をボールねじ部４としている。そしてこのボールねじ部４の周囲にボールナット５を、複数のボール１９、１９を介して螺合させている。そしてこのボールナット５の先端部（図１の右端部）に形成した結合筒部２０に、円筒状の出力軸６の基端部を螺合固定している。又、上記ボールナット５及び出力軸６の周囲は円筒状のカバー２１により覆っている。尚、上記出力軸６及びボールナット５は、この出力軸６の先端部（前述した従来構造を示す図９参照）を所定部分に結合する事により、回転防止が図られる。従って、電動式リニアアクチュエータの組み付け状態では、上記ボールナット５は上記回転軸２の周囲に、この回転軸２の軸方向に亙る変位のみを自在として支持される。
【００１４】
又、上記カバー２１の基端部と先端部とにはそれぞれリミットスイッチ２２ａ、２２ｂ（先端部のリミットスイッチ２２ｂは、前述した従来構造を示す図９参照）を設け、上記ボールナット５の位置に応じて、何れかのリミットスイッチ２２ａ、２２ｂがＯＮ、ＯＦＦする様にしている。即ち、基端部に設けたリミットスイッチ２２ａは、上記ボールナット５がボールねじ部４の基端部に移動し、電動式リニアアクチュエータが縮みきった状態でＯＮ、ＯＦＦする。これに対して先端部に設けたリミットスイッチ２２ｂは、上記ボールナット５がボールねじ部４の先端部に移動し、電動式リニアアクチュエータが伸び切った状態でＯＮ、ＯＦＦする。前記電動モータへの通電は、これら各リミットスイッチ２２ａ、２２ｂの検出信号に基づいて制御される。即ち、電動式リニアアクチュエータが縮みきった状態から更に縮ませる方向に通電したり、或は伸びきった状態から更に伸ばす方向に通電する事を防止する。尚、上記カバー２１は、合成樹脂、或は金属により造られており、その基端部内周面に形成した突条２３を前記ハウジング７の外周面に形成した凹溝２４に係止し、更にバンド５３により締め付ける事で、上記ハウジング７に結合固定している。
【００１５】
又、前記回転軸２の一部で上記ボールねじ部４の基端部分には、このボールねじ部４側が大径となった段部２５を形成している。そして、この段部２５に、厚肉で円輪形の間座２６の片面（図１の右側面）内周寄り部分を突き当てている。従って、上記回転軸２に対して図１の左方向に加わる圧縮スラスト荷重は、上記間座２６に伝達される。又、この間座２６の内周縁は上記回転軸２の外周面に、締り嵌めにより嵌合しているか、或は非円形周面同士で嵌合している。従って上記間座２６は、上記回転軸２と共に回転する。
【００１６】
又、上記回転軸２の一部で、前記ウォームホイール１７の設置部分と上記ボールねじ部４の基端部との間部分には、厚肉円筒状の間筒２７を、滑り軸受２８を介して回転自在に支持している。そして、この間筒２７の外周面と前記ハウジング７の内周面との間に、一方向クラッチの一種であるローラクラッチ２９を設けている。即ち、内周面をカム面とした外輪３０を上記ハウジング７に内嵌固定し、この外輪３０がハウジング７に対して回転しない様にしている。そして、この外輪３０の内周面と上記間筒２７の外周面との間に、複数本のローラ３１、３１を設けている。周知の様にこれら各ローラ３１、３１は、図示を省略した回転しない保持器との間に設けられたばねにより、円周方向一方向に弾性的に押圧されている。従って、上記間筒２７が所定方向に回転する場合には上記各ローラ３１、３１が上記カム面に食い込む事なく、この間筒２７の回転が許容される。これに対して、上記間筒２７が逆方向に回転すると、上記各ローラ３１、３１が上記カム面に食い込み、上記間筒２７がハウジング７の内側で回転しなくなる。
【００１７】
更に、上記間筒２７の軸方向一端面（図１の右端面）と上記間座２６との間には、摩擦プレート３２を挟持している。この摩擦プレート３２は、少なくとも軸方向両側面を摩擦係数の大きな材料により造られて、相手面である前記間座２６の片面及び上記間筒２７の端面と摩擦係合する。但し、摩擦係合状態を一定にする為、間座２６と間筒２７とが相対回転した状態では、何れか一方の摩擦係合面が摺動（相対変位）し、他方の摩擦係合面が相対変位する事のない様にしている。図示の例では、間座２６の片面と摩擦プレート３２の片面との摩擦面積を、この摩擦プレート３２の他面と間筒２７の端面との摩擦面積よりも広くする事により、摩擦プレート３２の他面と間筒２７の端面とが摺動した場合でも、間座２６の片面と摩擦プレート３２の片面とが相対変位しない様にしている。従って、間座２６の片面と摩擦プレート３２の片面とは接着しても良い。
【００１８】
尚、図示の例では、前記回転軸２の基端部に螺着したナット３３と前記玉軸受１４の内輪との間に皿ばね３４を設け、前記ウォームホイール１７を上記回転軸２の中央部に向け弾性的に押圧している。これは、前記減速機３の構成各部材同士の隙間を調整したり、摩耗に基づく隙間を補正する事により、上記減速機３の作動音を低減する為である。
【００１９】
更に、本発明の電動式リニアアクチュエータの場合には、上記回転軸２と共に回転する回転部分である上記ウォームホイール１７の軸方向側面と、上記ハウジング７の内面に固定された固定部分である前記止め輪１５の軸方向側面との間に、摩擦リング３５を配置している。そして、前記出力軸６に対して使用時に加わる一定方向のスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重である、引っ張り方向のスラスト荷重が加わって上記ウォームホイール１７が軸方向（図１の右方向）に変位した場合にのみ上記摩擦リング３５を、上記ウォームホイール１７の軸方向側面と上記止め輪１５の軸方向側面との間で挟持自在としている。そして、上記出力軸６から上記回転軸２に、引っ張り方向（図１の右方向）のスラスト荷重が加わった場合に、上記摩擦リング３５を上記ウォームホイール１７の軸方向側面と上記止め輪１５の軸方向側面との間で、軸方向両側から挟持する事により、上記回転軸２が回転する事を阻止する様に構成している。
【００２０】
上述の様に構成される本発明の電動式リニアアクチュエータは、例えば前記ハウジング７の基端部（図１の左端部）に形成した固定側取付部３６（前述した従来構造を示す図９参照）を固定軸に、上記出力軸６の先端部（図１の右端部）に形成した変位側取付部３７（前述した従来構造を示す図９参照）を変位軸に、それぞれ枢支する。この変位軸は上記固定軸に近づく方向に変位する傾向となっているので、本例の電動式リニアアクチュエータは、上記出力軸６に圧縮方向のスラスト荷重が加わる状態で使用される。この様に組み付けられた状態で本発明の電動式リニアアクチュエータは、次の様に作用する事により、電動モータの駆動軸の回転方向に基づいて上記出力軸６を軸方向に亙って変位させる。
【００２１】
先ず、上記電動モータの駆動軸を正転させ、上記出力軸６を上記スラスト荷重に抗し変位させる事により、電動式アクチュエータを伸長させる際の作用に就いて説明する。この場合には、減速機３を介して回転軸２が所定方向に回転し、ローラクラッチ２９はロックせず、間筒２７はハウジング７に対して回転自在である。従ってこの状態では、間筒２７と摩擦プレート３２と間座２６とは回転軸２と共に回転し、これら各部材２７、３２、２６の存在がこの回転軸２の回転に対して抵抗となる事はない。又、ローラクラッチ２９はころ軸受の如く作用して、上記間筒２７の回転を許容する。従って、一方向クラッチであるローラクラッチ２９の存在が、回転軸２の回転に対して抵抗となる事もない。
【００２２】
この結果、上記駆動軸の正転に伴って上記回転軸２が、所定方向に円滑に回転する。そして、この回転軸２のボールねじ部４に螺合したボールナット５が軸方向（図１の右方）に変位し、上記出力軸６を上記スラスト荷重に抗して変位させる。この際、上述の様に、逆転防止機構を構成する上記間筒２７と摩擦プレート３２と間座２６とローラクラッチ２９との存在が、上記出力軸６を変位させる事に対して抵抗とはならない。従って、上記電動モータの駆動力は、上記出力軸６を変位させる事に有効に使われる。この結果、電動モータとして特に大型のものを使用したり、或は減速機３の減速比（トルクの増大比）を大きくしなくても、十分に電動式リニアアクチュエータを伸長させる事ができる。又、次述する様に、減速機３は逆転不能な構造である必要はない。従って、本例の様にウォーム減速機を使用する場合でも、ウォームギヤのリード角を大きくする事で噛合効率を向上させ、小型の電動モータで十分な動作速度を確保する事ができる。
【００２３】
次に、上記駆動軸を停止させた状態では、上記スラスト荷重に基づいて出力軸６からボールナット５、複数のボール１９、１９を介してボールねじ部４に加わる力により、上記回転軸２が上記所定方向とは反対方向に回転する傾向となる。同時に上記間筒２７が、この回転軸２と同方向に回転する傾向となる。この結果、上記ローラクラッチ２９がロックし、上記間筒２７がハウジング７に対して回転しなくなる。この状態では、上記回転軸２を回転させる為には、上記摩擦プレート３２の側面と相手面である上記間筒２７の端面とを滑らせる必要がある。従って、これら摩擦プレート３２の側面と間筒２７の端面との間の摩擦係数を設計的に定められる所望値に規制する事により、上記スラスト荷重に基づいて上記回転軸２が回転する事を防止できる。
【００２４】
更に、上記駆動軸を逆転させた状態で上記回転軸２には、上記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加え、上記駆動軸から減速機３を介して伝達されるトルクが、上記反対方向に加わる。従って上記駆動軸は、上記摩擦プレート３２の側面と間筒２７の端面との間に作用する摩擦力に抗して回転する。この際、この摩擦力が上記駆動軸の回転に対する抵抗となるので、この駆動軸の回転が急激に行なわれる事が防止される。従って、上記摩擦プレート３２の側面と間筒２７の端面との間の摩擦係数、並びに電動モータの駆動トルクを適正値にすれば、小型の電動モータで電動式リニアアクチュエータの伸長だけでなく収縮を円滑に行なわせる事ができる。
【００２５】
更に、本発明の電動式リニアアクチュエータによれば、搬送作業或は組み付け作業に伴って前記出力軸６に、この出力軸６対して使用時に加わるスラスト荷重と逆方向のスラスト荷重である、上記電動式リニアアクチュエータを伸長させる方向のスラスト荷重が加わった場合でも、この電動式リニアアクチュエータの全長が不用意に伸長する事はない。即ち、上記出力軸６、ボールナット５、ボール１９、１９を介して上記回転軸２に、上記出力軸６に向け引っ張る方向のスラスト荷重が加わると、前記摩擦リング３５を上記ウォームホイール１７の軸方向側面と上記止め輪１５の軸方向側面との間で軸方向両側から挟持する事により、上記回転軸２が回転する事を阻止する。この結果、上記ボールナット５が、上記回転軸２に設けたボールねじ部４に対して軸方向に変位する事がなくなり、上記電動式リニアアクチュエータの全長が伸縮する事がなくなる。
【００２６】
次に、図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、電動式リニアアクチュエータの使用時に加わる圧縮方向のスラスト荷重を支承する軸受として、スラストニードル軸受３８を使用している。この為に本例の場合には、間筒２７の端部外周面に外向フランジ部３９を形成し、この外向フランジ部３９の片側面（図２の左側面）と、ハウジング７の内面に形成した段部４０との間に、上記スラストニードル軸受３８を設けている。又、摩擦プレート３２は、上記外向フランジ部３９の他側面（図２の右側面）と間座２６との間に挟持している。
【００２７】
又、本例の場合には、回転軸２と共に回転する部分であるウォームホイール１７の軸方向側面と、ハウジング７の内面に固定された部分である、玉軸受１３ａの外輪４１の軸方向側面との間に、摩擦リング３５ａを配置している。そして、出力軸６に対して引っ張り方向のスラスト荷重が加わった場合にのみ上記摩擦リング３５ａを、上記ウォームホイール１７の軸方向側面と上記外輪４１の軸方向側面との間で挟持自在としている。そして、上記出力軸６から上記回転軸２に、引っ張り方向（図２の右方向）のスラスト荷重が加わった場合に、上記摩擦リング３５ａを上記ウォームホイール１７の軸方向側面と上記外輪４１の軸方向側面との間で軸方向両側から挟持する事により、上記回転軸２が回転する事を阻止する様に構成している。その他の構成及び作用は、前述した第１例とほぼ同様である為、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２８】
次に、図３は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、ローラクラッチ２９にラジアルニードル軸受としての機能を兼ねさせる事により、ウォームホイール１７のうち、上記ローラクラッチ２９側を支持する玉軸受１３ａ（図２）を省略している。又、上記ウォームホイール１７の軸方向一端部（図３の右端部）で上記ローラクラッチ２９に対向する部分に鍔部４２を形成し、この鍔部４２の軸方向片側面（図３の右面）と、ハウジング７の内面に形成した段部４３の軸方向側面とを対向させている。
【００２９】
上述の様に構成する本例の場合には、搬送作業或は組み付け作業に伴って回転軸２に、出力軸６に向け引っ張る方向のスラスト荷重が加わると、上記鍔部４２の軸方向片側面と段部４３の軸方向側面とが摩擦係合して、上記回転軸２が回転する事を阻止する。この結果、ボールナット５（図２参照）が、上記回転軸２に設けたボールねじ部４に対して軸方向に変位する事がなくなり、上記電動式リニアアクチュエータの全長が伸長する事がなくなる。その他の構成及び作用は、上述した第２例とほぼ同様である為、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３０】
次に、図４は、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、電動式リニアアクチュエータの使用時に加わる圧縮方向のスラスト荷重を支承する軸受として、スラスト玉軸受４４を使用している。又、本例の場合には、間筒２７とウォームホイール１７との間位置で、ハウジング７の内面に鍔部４５を形成している。そして、この鍔部４５の軸方向片側面（図４の右面）と上記間筒２７との間に間座２６及び摩擦プレート３２を配置している。一方、上記鍔部４５の軸方向他側面（図４の左面）と上記ウォームホイール１７の軸方向片側面の一部とを対向させている。
【００３１】
上述の様に構成する本例の場合には、搬送作業或は組み付け作業に伴って回転軸２に、出力軸６に向け引っ張る方向のスラスト荷重が加わると、上記鍔部４５の軸方向他側面と上記ウォームホイール１７の軸方向片側面の一部とが摩擦係合して、上記回転軸２が回転する事を阻止する。この結果、ボールナット５が、上記回転軸２に設けたボールねじ部４に対して軸方向に変位する事がなくなり、上記電動式リニアアクチュエータの全長が伸長する事がなくなる。その他の構成及び作用は、前述した第２例或は上述した第３例とほぼ同様である為、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３２】
次に、図５は、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、ボールナット５の周囲にウォームホイール１７を外嵌固定し、このウォームホイール１７とウォーム１８とを噛合させている。即ち、本例の場合には、上記ボールナット５と減速機３とを直径方向に亙って配置する事により、上述した第１〜４例の様に、これらボールナット５と減速機３とを軸方向に亙り配置した場合に比べて、装置全体の軸方向寸法を短縮自在としている。従って、本例の場合には、第１〜４例の場合とは異なり、電動モータへの通電に基づいて上記ボールナット５が、軸方向に変位する事なく回転し、軸４６が、回転する事なく軸方向に変位する。ローラクラッチ２９、間筒２７、滑り軸受２８、間座２６、摩擦プレート３２、スラスト荷重を支承する為の玉軸受１３は、上記ボールナット５とハウジング７との間に設けている。
【００３３】
又、搬送作業時や組み付け作業時に上記軸４６が上記ボールナット５の内側から不用意に抜け出るのを防止する為の摩擦係合部は、上記ボールナット５に外嵌固定した上記ウォームホイール１７の軸方向側面と、上記ボールナット５を回転自在に支持する為の玉軸受１４を構成し、上記ハウジング７を構成する蓋体４７に嵌合固定された外輪４１の軸方向側面との間に設けている。この様に構成する本例の場合には、搬送作業或は組み付け作業に伴って上記軸４６に、上記ボールナット５から引き抜く方向（図５の右方向）のスラスト荷重が加わると、上記ウォームホイール１７の軸方向側面の一端面（図５の右端面）と上記外輪４１の軸方向側面とが摩擦係合して、上記ウォームホイール１７を外嵌固定した上記ボールナット５が回転する事を阻止する。この結果、上記軸４６が、上記ボールナット５に対して軸方向に変位する事がなくなり、上記電動式リニアアクチュエータの全長が伸長する事がなくなる。
【００３４】
次に、図６は本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合は、図示しない出力軸に対して引っ張り方向のスラスト荷重が加わる部分に使用される。この為に本例の場合には、ハウジング７の先端部（図６の右端部）内周面に形成した鍔部４８と間筒２７の先端面（図６の右端面）との間に、スラスト玉軸受４４を設けている。そして、上記間筒２７の基端面（図６の左端面）と回転軸２に外嵌固定した間座２６との間に、摩擦プレート３２を挟持している。回転軸２に対して引っ張り方向に加わるスラスト荷重は、この回転軸２の基端部に螺着したナット３３、座板４９、ウォームホイール１７を介して、上記間座２６に加えられる。
【００３５】
組み付け以前に、図示しない出力軸に加わる圧縮方向のスラスト荷重に基づいて上記回転軸２が回転する事を防止し、電動式リニアアクチュエータの全長が不用意に縮まるのを防止する為に、本例の場合には、玉軸受１４を構成し、ハウジング７に内嵌固定した外輪４１の軸方向側面とウォームホイール１７の軸方向側面との間に、摩擦リング３５を配置している。スラスト荷重が圧縮方向から引っ張り方向に変わった事に伴ない、ローラクラッチ２９がロックする方向を変えた（回転軸２が引っ張り方向のスラスト荷重により回転する傾向となった場合にロックする様にした）点、上記回転軸２に圧縮方向のスラスト荷重が加わった場合に、上記摩擦リング３５が上記外輪４１の軸方向側面とウォームホイール１７の軸方向側面との間で軸方向両側から挟持される様にした点以外の構成及び作用は、前述した第１例とほぼ同様である。
【００３６】
尚、本発明の電動式リニアアクチュエータは、一般的には、常に同じ方向のスラスト荷重が作用する状態で使用する。但し、図７に示す様に、電動式リニアアクチュエータ１の伸縮の過程で、この電動式リニアアクチュエータ１に加わるスラスト荷重の方向が変化する様な使用状態にも対応できる。即ち、枢支部５０を中心に揺動する被駆動物５１を、別の枢支部５４にその基端部を枢支した電動式リニアアクチュエータ１により、鉛直線αを跨いで駆動する場合、この被駆動物５１が鉛直線αよりも上記別の枢支部５４に近づくと引っ張り荷重が、離れると圧縮荷重が、それぞれ上記電動式リニアアクチュエータ１に加わる。この様な用途に、前述した第１〜５例の構造を有する電動式リニアアクチュエータ１を組み込めば、電動モータへの通電停止に伴って上記被駆動物５１を、任意の位置で停止させる事ができる。
【００３７】
以下、この様な使用状態を実現可能とする為の条件に就いて、図８により説明する。尚、この図８は、前述の図２に示した実施の形態の第２例の構造に準拠している。又、ボールナット５とボールねじ部４との螺合部（図２）の作動正効率をηとし、同じく逆効率をη´とし、上記ボールねじ部４のリードをＬとし、外輪４１の軸方向側面とウォームホイール１７の軸方向側面（又はこのウォームホイール１７に固定した摩擦リング３５の軸方向側面）との摩擦面の平均半径をｒとし、この摩擦面の摩擦係数をμとする。
【００３８】
先ず、電動モータへの非通電時に、出力軸６（図２）にＦ´なる引っ張り方向（図８の右方向）のスラスト荷重が加わり、このスラスト荷重に基づいてボールナット５とボールねじ部４との螺合に基づいて回転軸２に、ｔ´なるトルクが加わるとすると、このトルクｔ´は次の（１）式で表される。
ｔ´＝Ｌ・Ｆ´・η´／２π −−− （１）
一方、上記スラスト荷重Ｆ´に基づいて上記摩擦面部分で発生するブレーキトルク、即ち、上記回転軸２が回転するのを防止する方向に作用する力ｔB は、次の（２）式で表される。
ｔB ＝μ・Ｆ´・ｒ −−− （２）
上記スラスト荷重Ｆ´により上記回転軸２が回転する事を防止する為には、次の（３）式を満たす必要がある。
ｔB ≧ｔ´ −−− （３）
この（３）式に上記（１）（２）式を代入して辺々整理すれば、次の（４）式が導かれる。
ｒ≧Ｌ・η´／２π・μ −−− （４）
【００３９】
この（４）式を満たせば、搬送時、或は組み付け作業時に出力軸６に引っ張り方向のスラスト荷重を付与しても、上記回転軸２のボールねじ部４がボールナット５から抜け出る事はない。例えば、電動ベッド用の電動式リニアアクチュエータの場合には、リードＬが５mm程度、作動正効率η及び逆効率η´が０．８５程度であるから、上記摩擦部分の摩擦係数μが０．０５程度と仮定すれば、前記摩擦面の平均半径ｒを１３．５mm程度以上にすれば良い。尚、減速機３による制動力は考慮していない。電動モータへの非通電時にこの減速機３は、上記回転軸２が回転する事に対する抵抗となる。従って、実際には、上記（４）式を満たさなくても、ｒがＬ・η´／２π・μに近い値であれば、上記ボールねじ部４がボールナット５から抜け出る事はない。
【００４０】
次に、上記電動モータへの通電時の状態に就いて考える。先ず、上記出力軸６に要求される最大圧縮出力値、即ち、この出力軸６を押す方向に発生させるべきスラスト荷重をＦとすると、このスラスト荷重Ｆを得る為に上記回転軸２に要求されるトルクｔは次の（５）式で表される。
ｔ＝Ｌ・Ｆ／２π・η −−− （５）
次に、上記出力軸６に要求される最大引っ張り出力値、即ち、この出力軸６を引っ張る方向に発生させるべきスラスト荷重をＦ″とすると、このスラスト荷重Ｆ″を得る為に上記回転軸２に要求されるトルクｔ″は次の（６）式で表される。
ｔ″＝μ・Ｆ″・ｒ＋Ｌ・Ｆ″／２π・η −−− （６）
上記最大圧縮出力値も最大引っ張り出力値も、同じ電動モータへの通電に基づく事、即ち、ｔ＝ｔ″である事を考えると、このｔ＝ｔ″なる式に（５）（６）式を代入し、辺々整理すれば、次の（７）式が導かれる。
Ｆ″／Ｆ＝１／（１＋μ・ｒ・２π・η／Ｌ） −−− （７）
この（７）式に、電動ベッド用の電動式リニアアクチュエータの場合に一般的な、リードＬ、作動正効率η、前記摩擦部分の摩擦係数μ、前記摩擦面の平均半径ｒを代入すれば、前記引っ張り方向のスラスト荷重Ｆ″と圧縮方向のスラスト荷重Ｆとの比をどの程度にすれば、前述の図７に示す様な使用状態を実現できるかが分る。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の電動式リニアアクチュエータは、以上に述べた通り構成され作用するので、搬送時等に不用意に全長が変化したり、或は構成部材同士が分離する事を防止できる。この為、電動式リニアアクチュエータの搬送作業や組み付け作業に特に注意を払う必要がなくなり、これらの作業の能率向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、図９のＡ部に相当する部分断面図。
【図２】同第２例を示す部分断面図。
【図３】同第３例を示す部分断面図。
【図４】同第４例を示す部分断面図。
【図５】同第５例を示す断面図。
【図６】同第６例を示す部分断面図。
【図７】作動範囲に応じて作用するスラスト荷重の方向が変化する形態の１例を示す模式図。
【図８】摩擦部材の寸法を規定する方法を説明する為の部分断面図。
【図９】従来構造の１例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 電動式リニアアクチュエータ
２ 回転軸
３ 減速機
４ ボールねじ部
５ ボールナット
６ 出力軸
７ ハウジング
８ ローラクラッチ
９ 間筒
１０ 滑り軸受
１１ 間座
１２ 摩擦プレート
１３、１３ａ、１４ 玉軸受
１５ 止め輪
１６ 取付フランジ
１７ ウォームホイール
１８ ウォーム
１９ ボール
２０ 結合筒部
２１ カバー
２２ａ、２２ｂ リミットスイッチ
２３ 突条
２４ 凹溝
２５ 段部
２６ 間座
２７ 間筒
２８ 滑り軸受
２９ ローラクラッチ
３０ 外輪
３１ ローラ
３２ 摩擦プレート
３３ ナット
３４ 皿ばね
３５、３５ａ 摩擦リング
３６ 固定側取付部
３７ 変位側取付部
３８ スラストニードル軸受
３９ 外向フランジ部
４０ 段部
４１ 外輪
４２ 鍔部
４３ 段部
４４ スラスト玉軸受
４５ 鍔部
４６ 軸
４７ 蓋体
４８ 鍔部
４９ 座板
５０ 枢支部
５１ 被駆動物
５２ 外輪
５３ バンド
５４ 枢支部
Claims (1)
- ハウジングと、このハウジングの内側に支持された、少なくとも一部外周面にボールねじ部を有する軸と、複数のボールを介してこのボールねじ部と螺合したボールナットと、正転逆転自在な電動モータと、この電動モータの駆動軸と上記軸又はボールナットとの間に設けられて、この駆動軸のトルクを増大して上記軸又はボールナットに伝達する、動力の伝達方向に可逆性を有する減速機とを備え、上記軸に対してほぼ一定方向のスラスト荷重が加わる状態で使用される電動式リニアアクチュエータに於いて、この電動式リニアアクチュエータの伸縮時に回転する上記軸又はボールナットと共に回転する回転部分の軸方向側面と、この回転部分の軸方向側面に対し軸方向に対向する、上記ハウジングの内面に固定された固定部分の軸方向側面とを、上記回転部分の軸方向変位に伴って摩擦係合自在とし、上記軸に対して上記一定方向と逆方向のスラスト荷重が加わって上記回転部分が軸方向に変位した場合にのみ、この回転部分の軸方向側面と上記固定部分の軸方向側面とを摩擦係合させる事により、上記軸に対して上記一定方向と逆方向のスラスト荷重が加わった場合に上記軸又はボールナットが回転する事を阻止して、上記逆方向のスラスト荷重に基づいて全長が変化する事を防止する事を特徴とする電動式リニアアクチュエータ。
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