JP3807043B2 - ボールねじ式リニアアクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るボールねじ式リニアアクチュエータは、重量物を持ち上げる為のジャッキとして、或は各種機械装置に組み込んで小さな入力トルクから大きな直線運動方向の出力を得る動力変換装置として、それぞれ利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
ジャッキ等として使用できるボールねじ式リニアアクチュエータとして従来から、例えば実開昭６３−５３０５８号公報等に記載されたものが知られている。図６〜７は、この公報に記載された構造とは若干異なるが、従来から使用されているボールねじ式リニアアクチュエータの要部を示している。このボールねじ式リニアアクチュエータ１は、図示しない電動モータにより減速機構２を介してボールナット３を回転駆動し、このボールナット３の回転をボールねじ軸４の直線運動に変換するものである。
【０００３】
上記減速機構２は、回転方向の変換自在な図示しない電動モータにより回転駆動される、ウォーム軸である入力軸に固定したウォーム５と、このウォーム５と噛合したウォームホイール６とから成る。又、上記ボールねじ軸４の外周面には、断面円弧形の第一螺旋溝７を、上記ボールナット３の内周面には、やはり断面円弧形の第二螺旋溝８を、それぞれ形成している。そして、これら第一螺旋溝７と第二螺旋溝８との間に複数のボール９、９を転動自在に設けて、上記ボールナット３の回転を上記ボールねじ軸４の直線運動に変換する為のボールねじ機構を構成している。尚、ボールねじ式リニアアクチュエータ１の使用時には、上記ボールねじ軸４の端部は非駆動部に結合する為、このボールねじ軸４が回転する事はない。
【０００４】
又、上記ボールナット３の一部外周面に形成した第一平坦面１２には、それぞれが上記ボール９、９を通過させる為の、１対の送り孔の端部を開口させている。そして、これら両送り孔の端部開口同士を循環チューブ（開口と共に図示省略）により連通させて、上記第二螺旋溝８の一端部にまで移動したボール９、９をこの第二螺旋溝８の他端部に戻し、これら複数のボール９、９を循環させる為の循環機構を構成している。
【０００５】
上記ボールナット３とウォームホイール６とは、互いの相対回転を不能として、軸方向に亙り互いに同心に結合している。即ち、上記ボールナット３の一端部（図６〜７の右端部）に内側円筒部１０を、上記ウォームホイール６の一端部（図６〜７の左端部）に外側円筒部１１を、それぞれ形成し、この外側円筒部１１に上記内側円筒部１０を、がたつきなく内嵌している。又、上記ボールナット３の外周面で、この内側円筒部１０よりも軸方向中央寄り部分には、互いに平行な１対の第二平坦面１３、１３を形成している。一方、上記ウォームホイール６の一端面（図６〜７の左端面）には１対の突壁１４、１４を形成し、これら両突壁１４、１４の内周側面を、互いに平行な１対の第三平坦面１５、１５としている。これら第三平坦面１５、１５同士の間隔は、上記第二平坦面１３、１３同士の間隔と同じか僅かに大きくしている。従って、上記内側、外側両円筒部１０、１１同士を嵌合させた状態でこれら第二、第三平坦面１３、１５同士が係合し、上記ボールナット３とウォームホイール６との相対回転を不能にする。上述の様に組み合わされたボールナット３とウォームホイール６とは、ケーシング１６の内側に、１対の転がり軸受１７、１７により、回転自在に支承している。
【０００６】
上述の様に構成されるボールねじ式リニアアクチュエータ１の使用時には、電動モータを回転させる事により、前記ウォーム５を介して上記ウォームホイール６及びボールナット３を所望方向に回転させる。この結果、このボールナット３と複数のボール９、９を介して螺合したボールねじ軸４が軸方向に変位する。
【０００７】
上述の様に構成し作用するボールねじ式リニアアクチュエータ１の場合、ウォーム５とウォームホイール６とから成る減速機構２として、動力の伝達方向に可逆性を有するものを使用する場合が多い。この理由は、上記ウォーム５のリード角を大きくし、このウォーム５の回転速度が比較的低速の場合にも、必要とする動作速度（ボールねじ軸４が軸方向に変位する速度）を確保する為である。一方、上記減速機構２として、動力の伝達方向に可逆性を有するものを使用した場合には、上記ウォーム５を固設した入力軸に力を加えない場合にも上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１がスラスト荷重に基づいて伸縮しない様にする為のブレーキ機構を付設する必要がある。
【０００８】
この様なブレーキ機構をボールねじ式リニアアクチュエータ１に組み込む為、従来一般的には、上記入力軸を回転駆動する為の電動モータとして、ブレーキ付のものを使用していた。ところが、ブレーキ付の電動モータは、一般的な電動モータに比べて高価（２．５倍程度）で、しかも設置スペースが嵩む（容積比で１．５倍程度）為、より小型で安価な構造の実現が望まれている。
【０００９】
この様な目的を達成する為の構造として、特開平８−３２２１８９号公報には、図８に示す様な構造を有するボールねじ式リニアアクチュエータ１ａが記載されている。このボールねじ式リニアアクチュエータ１ａを伸縮させる際には、電動モータにより回転軸１８を、減速機構２を介して回転させ、この回転軸１８のボールねじ部１９と螺合したボールナット３ａを介して出力軸２０を変位させる。図８に示したボールねじ式リニアアクチュエータ１ａは、この出力軸２０に圧縮方向（図８の左方向）のスラスト荷重が加わる状態で使用するものである。
【００１０】
上記電動モータへの非通電時にも上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａが上記スラスト荷重に基づいて収縮する事を防止する為のブレーキ機構を構成する為、ケーシング１６ａの内周面と上記回転軸１８の外周面との間に、ローラクラッチ２１と間筒２２と滑り軸受２３とを設けている。又、上記回転軸１８と共に回転する間座２４とこの間筒２２の端面との間に、摩擦プレート２５を設けている。この間筒２２に加わる圧縮方向のスラスト荷重は、深溝型玉軸受等の転がり軸受が支承する。このスラスト荷重により、上記ボールねじ部１９とボールナット３ａとの螺合部の働きにより、上記回転軸１８が回転する傾向の場合には、上記ローラクラッチ２１がロックする。この状態では、上記間筒２２の端面と上記間座２４との間に挟持した上記摩擦プレート２５に作用する摩擦力に基づき、上記回転軸１８の回転を阻止し、上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａが上記スラスト荷重により収縮するのを阻止する。これに対して、上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａを伸長させるべく、上記電動モータにより上記回転軸１８を回転させ、上記スラスト荷重に抗して上記出力軸２０を変位させる際には、上記ローラクラッチ２１がロックしない。従って、上記電動モータにより上記回転軸１８を回転させる際に上記間筒２２は、この回転軸１８と共に回転し、この回転軸１８を回転させる事に対する抵抗とはならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示した従来構造の場合、ボールねじ部１９とボールナット３ａとの螺合部の働きにより回転軸１８に加わるトルクが、そのまま摩擦プレート２５と相手面との間に加わる。上記トルクは、ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａに加わるスラスト荷重に比例して大きくなる。従って、図８に示した従来構造の場合には、大きなスラスト荷重が加わる部分に使用する事は難しい。即ち、図８に示した従来構造で、大きなスラスト荷重に拘らずボールねじ式リニアアクチュエータ１ａが収縮するのを確実に防止する為には、上記摩擦プレート２５と相手面との摩擦係数を大きくするか、これら摩擦プレート２５と相手面との有効摩擦面の半径を大きくする必要がある。
摩擦係数を大きくする事は、使用可能な材質の面から難しく、有効摩擦面の半径を大きくする事は、ボールねじ式リニアアクチュエータの大型化に結び付く為、好ましくない。 本発明のボールねじ式リニアアクチュエータは、上述の様な事情に鑑み、使用可能な材質で得られる摩擦係数によっても、特に大型化する事なく、大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発揮する構造を実現すべく、発明したものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールねじ式リニアアクチュエータは、何れも、従来から知られている一般的なボールねじ式リニアアクチュエータと同様に、ケーシングと、外周面に断面円弧形の第一螺旋溝を有し、上記ケーシングの内側に軸方向に亙る変位自在に支持されたボールねじ軸と、内周面に断面円弧形の第二螺旋溝を有し、上記ケーシングの内側に回転自在に支持されたボールナットと、上記第一螺旋溝と上記第二螺旋溝との間に転動自在に設けられた複数のボールと、上記ボールナットと同心に設けられてこのボールナットと共に回転するウォームホイールと、上記ボールねじ軸に対して捩りの位置に配置されて上記ハウジングの内側に回転自在に支持されたウォーム軸と、このウォーム軸に固設されて上記ウォームホイールと噛合するウォームとを備え、上記ボールねじ軸に一方向のスラスト荷重が加わる状態で使用する。
【００１３】
特に、本発明のボールねじ式リニアアクチュエータに於いては、上記ケーシングと上記ウォーム軸との間に、上記スラスト荷重に基づいてこのウォーム軸に加わるトルクに抗してこのウォーム軸を回転させる際に、このウォーム軸が回転する事に対する抵抗にならず、上記スラスト荷重に基づいてこのウォーム軸が回転する際に、このウォーム軸が回転する事に対する抵抗になる、逆転防止機構を設けている。
【００１４】
請求項１に記載した発明の場合には、この逆転防止機構は、鍔部と、間筒と、一方向クラッチと、摩擦プレートと、上記スラスト荷重を支承する軸受とを備える。このうちの鍔部は、上記ウォーム軸の一部にこのウォーム軸の外周面よりも直径方向外方に突出する状態で、且つこのウォーム軸と共に回転自在に設けられて、このウォーム軸に加わる上記スラスト荷重を受ける。又、上記間筒は、このウォーム軸の周囲に、このウォーム軸に対する回転を自在として支持する。又、上記一方向クラッチは、上記間筒の外周面と上記ケーシングに固定した部分の内周面との間に設ける。又、上記摩擦プレートは、上記間筒の軸方向一端面と上記鍔部との間に設ける。更に、上記軸受は、上記間筒の軸方向他端面と上記ケーシングに固定した部分との間に設けて、上記ウォーム軸から間筒に加わる上記スラスト荷重を支承する。
請求項２に記載した発明の場合には、上記逆転防止機構は、鍔部と、間筒と、一方向クラッチと、上記スラスト荷重を受ける軸受と、摩擦プレートとを備える。このうちの鍔部は、上記ウォーム軸の一部にこのウォーム軸の外周面よりも直径方向外方に突出する状態で、且つこのウォーム軸と共に回転自在に設けて、このウォーム軸に加わる上記スラスト荷重を受ける。又、上記間筒は、このウォーム軸の周囲に、このウォーム軸に対する回転を自在として支持する。又、上記一方向クラッチは、上記間筒の内周面とこのウォーム軸の外周面との間に設ける。又、上記スラスト軸受は、この間筒の軸方向一端面と上記鍔部との間に設ける。更に、上記摩擦プレートは、この間筒の軸方向他端面と上記ケーシングに固定した部分との間に設ける。
【００１５】
【作用】
上述の様に構成する本発明のボールねじ式リニアアクチュエータは、ボールねじ軸に対して一方向のスラスト荷重が加わる状態で使用する。本発明のボールねじ式リニアアクチュエータは、直接このスラスト荷重を受けるボールねじ軸に加わるトルクよりも小さなトルクを受けるウォーム軸に逆転防止機構を組み付けている為、使用可能な材質で得られる摩擦係数によっても、この逆転防止機構を特に大型化する事なく、大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発揮する構造を実現できる。
【００１６】
例えば、請求項１に記載したボールねじ式リニアアクチュエータは、次の様に作用する事により、ウォーム軸に付与された回転力の方向に基づいて、上記ボールねじ軸を軸方向に変位させる。先ず、上記ウォーム軸を所定方向に回転させ、このボールねじ軸を上記スラスト荷重に抗して変位させる際の作用に就いて説明する。この場合には、上記ウォーム軸が所定方向に回転する事により、一方向クラッチはロックする事なく、間筒はケーシングに固定した部分に対して回転自在である。従ってこの状態では、間筒と摩擦プレートと鍔部とはウォーム軸と共に回転し、これら各部材の存在がこのウォーム軸の回転に対して抵抗にならない。従って、このウォーム軸が所定方向に円滑に回転し、ウォームとウォームホイールとの噛合に基づいてボールナットが、所定方向に回転する。この結果、複数個のボールを介して上記ボールナットと螺合したボールねじ軸が、上記スラスト荷重に抗して軸方向に変位する。この際、ブレーキ機構の存在が、このボールねじ軸を変位させる事に対して抵抗とはならない。
【００１７】
次に、上記ウォーム軸を停止させた状態では、上記スラスト荷重に基づいて上記ボールねじ軸から複数のボールを介してボールナットに加わり、更にウォームホイールとの噛合に基づいて上記ウォームに加わる力により、上記ウォーム軸が上記所定方向とは反対方向に回転する傾向となる。同時に上記間筒が、このウォーム軸と同方向に回転する傾向となる。この結果、上記一方向クラッチがロックし、上記間筒がケーシングに固定した部分に対して回転しなくなる。この状態で、上記ウォーム軸を回転させる為には、上記摩擦プレートの側面と相手面とを滑らせる必要がある。従って、これら摩擦プレートの側面と相手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ウォーム軸が回転する事を防止できる。尚、上記スラスト荷重に基づいて上記ウォーム軸に加わるトルクは、上記ボールねじ軸に加わるトルクに比べれば相当に小さい。従って、前述の様に、使用可能な材質で得られる摩擦係数によっても、上記逆転防止機構を特に大型化する事なく、大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発揮する構造を実現できる。
【００１８】
更に、上記ウォーム軸を前記所定方向とは反対方向に回転させる状態では、上記ウォーム軸に、上記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加えて、上記ウォーム軸に入力されるトルクが、上記反対方向に加わる。従ってこのウォーム軸は、上記摩擦プレートの側面と相手面との間に作用する摩擦力に抗して回転する。この際、この摩擦力が上記ウォーム軸の回転に対する抵抗となるので、このウォーム軸が急激に回転する事が防止される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１〜３は、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。ボールナット３ｂの両端部はケーシング１６ｂの内側に、１対の転がり軸受１７、１７により、回転自在に支持している。即ち、上記ボールナット３ｂの両端部に小径の段部２６、２６を形成し、これら両段部２６、２６と上記ケーシング１６ｂの内周面との間に上記転がり軸受１７、１７を設けている。これら両転がり軸受１７、１７のうち、一方（図１の右方）の転がり軸受１７を構成する外輪２７の外端面（図１の右端面）は、上記ケーシング１６ｂの一部内側面に突き当て、他方（図１の左方）の転がり軸受１７を構成する外輪２７の外端面（図１の左端面）は、上記ケーシング１６ｂ内に設けた円輪板２８の片側面（図１の右側面）外周寄り部分に突き当てている。
【００２０】
更に、上記円輪板２８の他側面（図１の左側面）内周寄り部分には、覆いチューブ２９の基端縁（図１の右端縁）を突き当てている。この覆いチューブ２９は、その基端部外周面に形成した雄ねじ３０を上記ケーシング１６ｂに形成したねじ孔３１に螺合し、更にロックナット３２を緊締する事により、このケーシング１６ｂに固定している。この様にケーシング１６ｂに固定した状態で上記覆いチューブ２９の基端縁は、上記円輪板２８を上記他方の転がり軸受１７を構成する外輪２７の外端面に向け押圧し、上記１対の転がり軸受１７、１７に所望の予圧を付与する。尚、図示の例ではこれら両転がり軸受１７、１７として、大きなラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在な、テーパころ軸受を使用している。
【００２１】
上記ボールナット３ｂの内側にはボールねじ軸４を挿通し、このボールねじ軸４の一部を、上記覆いチューブ２９内に挿入している。そして、このボールねじ軸４の外周面に形成した断面円弧形の第一螺旋溝７と、上記ボールナット３ｂの内周面に形成した断面円弧形の第二螺旋溝８との間に複数のボール９、９を転動自在に設けて、上記ボールナット３ｂの回転に基づいて上記ボールねじ軸４を軸方向に変位自在としている。又、このボールナット３ｂの外周面の一部には第一平坦面１２を形成し、この第一平坦面１２に、それぞれが上記ボール９、９を通過させる為の、図示しない１対の送り孔の端部を開口させている。そして、これら両送り孔の端部開口同士を、循環チューブ３３により連通させている。これら１対の送り孔と循環チューブ３３とが、上記第二螺旋溝８の一端部にまで移動したボール９、９をこの第二螺旋溝８の他端部に戻してこれら複数のボール９、９を循環させる、循環機構を構成する。
【００２２】
又、上記ボールナット３ｂの周囲にはウォームホイール３４を、このボールナット３ｂと共に回転自在に設けている。このウォームホイール３４は、このボールナット３ｂにがたつきなく外嵌自在な円筒部３５と、この円筒部３５の中間部外周面に一体に設けられたギヤ部３６とから成る。これらボールナット３ｂとウォームホイール３４とを同期して回転自在とする為に、このボールナット３ｂの一端部（図１、３の左端部）外周面には、外向フランジ状の鍔部３７を形成すると共に、この鍔部３７の直径方向反対側２個所位置に、１対の切り欠き３８、３８を形成している。又、上記ボールナット３ｂの外周面の直径方向反対側２個所位置で、これら１対の切り欠き３８、３８と整合する位置には、それぞれ凹溝３９、３９を、上記ボールナット３ｂの全長に亙って形成している。又、これら各凹溝３９、３９と上記各切り欠き３８、３８の幅とは、互いに一致させている。従って、上記各凹溝３９、３９の一端部（図１、３の左端部）は、上記各切り欠き３８、３８の奥端部と一致している。
【００２３】
一方、上記ウォームホイール３４の軸方向一端面（図１、３の左端面）の直径方向反対側２個所位置には、１対の突起４０、４０を、それぞれ上記軸方向一端面から軸方向に突出する状態で形成している。又、これら各突起４０、４０の内径側側面は、上記ウォームホイール３４の内周面よりも直径方向内方に、少し突出している。上記各突起４０、４０の幅Ｗ40は、上記各凹溝３９、３９及び各切り欠き３８、３８の幅Ｗ38よりも僅かに小さく（Ｗ40＜Ｗ38）して、上記各突起４０、４０が、上記各凹溝３９、３９及び各切り欠き３８、３８にがたつきなく係合する様にしている。
【００２４】
ボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂを構成すべく、上記ウォームホイール３４を構成する円筒部３５を上記ボールナット３ｂに外嵌した状態で、上記１対の突起４０、４０と上記１対の切り欠き３８、３８とが係合する。そして、上記ウォームホイール３４と上記ボールナット３ｂとが同期して回転自在となる。これらウォームホイール３４とボールナット３ｂとを組み合わせるのに本例の場合には、先ず、上記各突起４０、４０の内径側端部を上記各凹溝３９、３９の他端（図１、３の右端）開口部から係合させる。そして、これら各凹溝３９、３９に沿って上記各突起４０、４０を摺動させつつ、上記ウォームホイール３４を上記ボールナット３ｂに外嵌すれば、これら各突起４０、４０と上記各切り欠き３８、３８とを容易に係合させる事ができる。
【００２５】
尚、上記ウォームホイール３４はボールナット３ｂに、所定の締め代で圧入嵌合させ、ギヤ部３６と次述するウォーム５との噛合に基づいて上記ウォームホイール３４に加わるスラスト荷重に拘らず、このウォームホイール３４が上記ボールナット３ｂに対して軸方向にずれる事を防止している。但し、上記ボールナット３ｂの中間部外周面で上記ギヤ部３６の直径方向内側に存在する部分には小径部４１を形成し、上記ギヤ部３６が、圧入嵌合に基づいて変形する事を防止している。
【００２６】
上述の様にしてボールナット３ｂに外嵌固定したウォームホイール３４のギヤ部３６には、ウォーム５を噛合させて、減速機構２を構成している。このウォーム５をその中間部に設けた、ボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂの入力軸であるウォーム軸５６は、上記ウォームホイール３４の中心軸に対して捩れの位置関係で配置し、アンギュラ型玉軸受、深溝型玉軸受等、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在な１対の転がり軸受４２ａ、４２ｂにより、前記ケーシング１６ｂの内側に、回転自在に支持している。そして、これら両転がり軸受４２ａ、４２ｂを構成する内輪４３ａ、４３ｂの互いに対向する端面のうち、一方（図２の左方）転がり軸受４２ａを構成する内輪４３ａの片端面（図２の右端面）は、上記ウォーム軸５６の中間部外周面に形成した大径部４４の端面に突き当てている。又、上記一方の転がり軸受４２ａを構成する外輪４５ａの反対側端面（図２の左端面）は、上記ケーシング１６ｂの片側（図２の左側）開口部に螺着したねじ蓋４６の一部に突き当てている。更に、上記ねじ蓋４６の内周面と上記ウォーム軸５６の端部外周面との間にはシールリング４７ａを設けて、上記ケーシング１６ｂ内への異物進入防止とこのケーシング１６ｂ内の潤滑油の漏洩防止とを図っている。
【００２７】
一方、上記ウォーム軸５６の先端部（図２の右端部）は、上記ケーシング１６ｂの他側（図２の右側）開口部に固定した固定蓋４８の内側に挿入し、上記転がり軸受４２ｂによりこの固定蓋４８の内側に回転自在に支持している。この固定蓋４８は、有底円筒状のハウジング部４９と、このハウジング部４９の中間部外周面に固設した、外向フランジ状の取付部５０とを備える。上記固定蓋４８は、上記取付部５０を挿通したボルト５１、５１により、上記ケーシング１６ｂに対し固定している。又、上記ウォーム軸５６の中間部先端寄り部分で、上記ハウジング部４９の開口部内側部分には、外向フランジ状の鍔部５２を形成している。そして、この鍔部５２の外周面と上記ハウジング４９の開口部内周面との間にシールリング４７ｂを設けて、上記ケーシング１６ｂ内に存在する潤滑油が上記ハウジング部４９内に入り込む事を防止している。
【００２８】
そして、上記シールリング４７ｂにより上記ケーシング１６ｂ内と仕切られた、上記ハウジング部４９内に、逆転防止機構６２を設けている。この逆転防止機構６２は、上記鍔部５２と、円筒状の間筒５３と、一方向クラッチであるローラクラッチ５４と、円輪状の摩擦プレート５５と、スラスト荷重を支承する軸受である前記転がり軸受４２ｂとを備える。上記間筒５３の内径は、上記ウォーム軸５６の先端部の外径よりも少し大きくしている。この様な間筒５３は、上記ローラクラッチ５４により上記ウォーム軸５６の先端部周囲に、このウォーム軸５６に対する相対回転自在に支持している。
【００２９】
又、上記ローラクラッチ５４は、外輪５７と図示しない保持器と複数本のローラ５８とを備え、この外輪５７の内周面に形成したカム面と、この保持器に設けたばね片との作用に基づき、上記間筒５３が所定方向に回転する事のみを許容する。尚、この様なローラクラッチの構造及び作用は、従来から周知であるので、詳しい説明は省略する。上記間筒５３は、この様なローラクラッチ５４により上記ウォーム軸５６の先端部周囲に、このウォーム軸５６と同心に支持している。即ち、上記ローラクラッチ５４は、上記間筒５３の外周面と上記ハウジング部４９の内周面との間に設けている。この様なローラクラッチ５４の装着方向は、次の様に規制している。即ち、前記ボールねじ軸４を、このボールねじ軸４に加わるスラスト荷重に抗して軸方向に変位させるべく、上記ウォーム軸５６を回転させ、上記間筒５３がこのウォーム軸５６と連れ回りした場合には、上記ローラクラッチ５４がロックせず、上記間筒５３が軽い力で回転する様にしている。これに対し、上記スラスト荷重に基づいて上記ボールねじ軸４が軸方向に変位する傾向になり、このボールねじ軸４と前記ボールナット３ｂとの係合、並びに前記ウォーム５とウォームホイール３４との係合に基づいて上記ウォーム軸５６が回転する傾向になった場合には、上記ローラクラッチ５４がロックし、上記間筒５３の回転を阻止する様にしている。
【００３０】
又、前記摩擦プレート５５は、上記間筒５３の軸方向一端面（図２の左端面）と前記鍔部５２との間に設けている。更に、前記転がり軸受４２ｂは、上記間筒５３の軸方向他端面（図２の右端面）と上記ハウジング部４９の奥端部との間に設けて、上記ウォーム軸５６から上記間筒５３に加わるスラスト荷重を支承する。この為に、上記転がり軸受４２ｂを構成する内輪４３ｂを上記ウォーム軸５６の先端部に、滑り軸受５９を介して外嵌すると共に、この内輪４３ｂの端面に上記間筒５３の軸方向他端面を突き当てている。又、上記転がり軸受４２ｂを構成する外輪４５ｂの軸方向端面（図２の右端面）を、上記ハウジング部４９の奥端面に突き当てている。更に、図示の例では、前記転がり軸受４２ａを構成する内輪４３ａと前記大径部４４の外周面に止着した止め輪６０との間に圧縮ばね６１を設けて、上記ウォーム軸５６に、上記摩擦プレート５５を前記鍔部５２と上記間筒５３との間で挟持する方向の弾力を付与している。
【００３１】
上述の様に構成する本例のボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂの使用時、前記ボールねじ軸４を、このボールねじ軸４に加わるスラスト荷重に抗して軸方向に変位させるには、図示しない電動モータに通電し、或はやはり図示しないハンドルを手で回転させて、上記ウォーム軸５６を所定方向に回転させる。そして、このウォーム軸５６の中間部に設けたウォーム５を介して、前記ウォームホイール３４を所望方向に回転させる。この際、上記ローラクラッチ５４はロックせず、上記間筒５３は上記ハウジング部４９の内側で軽い力で回転する。従って、逆転防止機構６２の存在に基づき、上記ウォーム軸５６を回転させる為に要する力が大きくなる事はない。
【００３２】
上記ウォーム軸５６の回転に基づく、上記ウォームホイール３４の回転は、前記１対ずつの突起４０、４０と切り欠き３８、３８との係合部によりボールナット３ｂに伝わり、このボールナット３ｂが上記所望方向に回転する。この結果、このボールナット３ｂと複数のボール９、９を介して螺合したボールねじ軸４が軸方向に変位する。本例のボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂの場合には、上記１対ずつの突起４０、４０と切り欠き３８、３８との係合部が、上記ウォームホイール３４及びボールナット３ｂの端部に存在する為、これら両部材３４、３ｂを組み合わせた部分の長さ並びに直径を小さくできる。そして、小型且つ軽量なボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂを実現できる。
【００３３】
次に、上記ウォーム軸５６を停止させた状態では、このウォーム軸５６が上記所定方向とは反対方向に回転する傾向となる。即ち、この状態では、上記ボールねじ軸４に加わるスラスト荷重に基づいて、このボールねじ軸４から前記複数のボール９、９を介して前記ボールナット３ｂに加わり、更に上記ウォームホイール３４との噛合に基づいて前記ウォーム５に加わる力により、上記ウォーム軸５６が上記所定方向とは反対方向に回転する傾向となる。これと同時に、前記摩擦プレート５５を介して前記鍔部５２に対向した前記間筒５３が、上記ウォーム軸５６と同方向に回転する傾向となる。この結果、前記ローラクラッチ５４がロックし、上記間筒５３が前記ハウジング部４９の内側で回転しなくなる。
【００３４】
この様に上記間筒５３が回転しなくなった状態で、上記ウォーム軸５６を回転させる為には、上記摩擦プレート５５の側面と、相手面である上記鍔部５２の側面又は上記間筒５３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５５の側面と、上記鍔部５２の側面又は上記間筒５３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ウォーム軸５６が回転する事を防止できる。しかも、本例のボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂの場合には、逆転防止機構６２をウォーム軸５６部分に組み付けている。一方、上記スラスト荷重に基づいて上記ウォーム軸５６に加わるトルクは、（ウォーム式の減速機構２の逆効率が低い分）上記ボールねじ軸４に加わるトルクに比べれば相当に小さい。従って、使用可能な材質で得られる摩擦係数によっても、上記逆転防止機構６２を特に大型化する事なく、大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発揮する構造を実現できる。
【００３５】
更に、上記ボールねじ軸４を、このボールねじ軸４に加わるスラスト荷重の作用方向に変位させるべく、上記ウォーム軸５６を前記所定方向とは反対方向に回転させると、このウォーム軸５６に、上記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加えて、このウォーム軸５６に入力されるトルクが、上記反対方向に加わる。従ってこのウォーム軸５６は、上記摩擦プレート５５の側面と、上記鍔部５２の側面又は上記間筒５３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、この摩擦力が上記ウォーム軸５６の回転に対する抵抗となるので、このウォーム軸５６が急激に回転する事が防止される。
【００３６】
次に、上記摩擦プレート５５の側面と相手面との間の摩擦係数並びに前記圧縮ばね６１の弾力の設定方法に就いて、図４により説明する。尚、以下の説明は、上記相手面が上記間筒５３の端面である場合に就いて説明する。この場合に、上記摩擦プレート５５の他面と上記鍔部５２の側面とは、接着等により滑らない様にして、上記摩擦プレート５５の側面と相手面との摩擦状態を安定させる。又、以下の説明で使用する符号の意味は、それぞれ次の通りである。
Ｆ ： ボールねじ軸４に加わるスラスト荷重
ｆ ： 上記Ｆに基づいてウォーム軸５６に加わるスラスト荷重
Ｐ ： 前記圧縮ばね６１によりウォーム軸５６に加わるスラスト荷重
Ｗ ： ウォーム軸５６に加わる全スラスト荷重（＝ｆ＋Ｐ）
Ｒ ： ウォームホイール３４のピッチ円の半径
μ ： 摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との間の摩擦係数
ｒ ： 摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との接触部の平均直径
Ｌ ： ボールねじのリード
Ｔ ： スラスト荷重Ｆに対してウォーム軸５６に加わえるべき、正方向の作動トルク
Ｔ´： スラスト荷重Ｆに基づいてウォーム軸５６に加わる、逆方向の作動トルク
ＴB ： 摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との間の摩擦に基づいてウォーム軸５６に加わるブレーキトルク
η ： ボールねじの伝達効率（正逆方向とも同じとする）
ηA ： ウォーム５とウォームホイール３４との噛合部の正方向の伝達効率
ηB ： ウォーム５とウォームホイール３４との噛合部の逆方向の伝達効率
Ｇ ： ウォーム軸５６とウォームホイール３４との間のギア比
【００３７】
２・π・ｆ・Ｒ＝Ｌ・Ｆ・η
であり、
Ｗ＝ｆ＋Ｐ＝（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋Ｐ
であり、
ＴB ＝μ・Ｗ・ｒ＝μ・｛（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋Ｐ｝・ｒ
であり、
２・π・Ｔ・Ｇ・η・ηA ＝Ｌ・Ｆ
であり、
Ｔ＝Ｌ・Ｆ／（２・π・Ｇ・η・ηA ）
であり、
２・π・Ｔ´・Ｇ＝Ｌ・Ｆ・η・ηB
であり、
Ｔ´＝Ｌ・Ｆ・η・ηB ／（２・π・Ｇ）
である。
【００３８】
又、逆転防止の為、即ち、上記スラスト荷重Ｆに基づいて前記ウォーム軸５６が回転するのを防止する為には、ＴB ＞Ｔ´である必要がある。又、正転時、即ち、電動モータ等により上記ウォーム軸５６に加えたトルクに基づいて前記ボールねじ軸４を軸方向に変位させる際に、このウォーム軸５６に加えるべきトルクＴは、上記ブレーキトルクＴB と逆方向の作動トルクＴ´との差（ＴB −Ｔ´）以上である事が好ましい。この理由は、上記ウォーム軸５６を回転させる為に要するトルクが必要以上に大きくなる事を防止する為である。即ち、前記ボールねじ軸４を上記スラスト荷重Ｆの作用方向に変位させる際には、上記ウォーム軸５６に、上記ブレーキトルクＴB と逆方向の作動トルクＴ´との差（ＴB −Ｔ´）以上のトルクを加える必要がある。このトルクが、上記正転時に上記ウォーム軸５６に加えるべきトルクＴよりも大きくなると、大きくなった分、逆転時にこのウォーム軸５６を回転させる為に必要とするトルクが大きくなり、電動モータ等を徒に大型化する為である。特に、上記スラスト荷重Ｆが大きい場合には、この無駄が大きくなる。
【００３９】
以上の事をまとめれば、上記スラスト荷重Ｆに基づいて上記ボールねじ軸４が変位する事を確実に防止し、且つ、このボールねじ軸４を変位させる為に上記ウォーム軸５６に加えるべきトルクが徒に大きくなる事を防止する為には、
Ｔ≧（ＴB −Ｔ´）＞０
なる条件を満たす必要がある。
この式に、Ｔ、ＴB 、Ｔ´を表した前記各式を代入し、辺々を整理すると、
［（Ｌ・Ｆ）・｛１／（η・ηA ）＋η・ηB ｝／（２・π・Ｇ）］／［｛（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋Ｐ｝・ｒ］≧μ＞｛（Ｌ・Ｆ・η・ηB ）／（２・π・Ｇ）｝／［｛（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋Ｐ｝・ｒ］
となり、特に、前記圧縮ばね６１を設けず、従ってＰ＝０の場合には、
Ｒ・｛１／（η・ηA ）＋η・ηB ｝／（ｒ・η・Ｇ）≧μ＞（Ｒ・ηB ）／（ｒ・Ｇ）
となる。
【００４０】
本発明を実施する場合に一般的なボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂの大きさとして、例えば、Ｌ＝１０mm、Ｒ＝４０mm、Ｇ＝１５、ｒ＝１０mm、η＝０．８、ηA ＝０．６５５、ηB ＝０．４９程度の値が考えられる。この場合に、上記Ｐ＝０とすると、
０．７６７≧μ＞０．１３１
となる。
前記摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との摩擦面の摩擦係数μは、初期には十分にこの値の範囲に収まる。但し、この摩擦係数は長期間に亙る使用に伴って次第に低下し、０．１程度にまでなる可能性がある。そこで、長期間に亙る使用によっても逆転防止を確実に図る為には、前記圧縮ばね６１を設けたり、或は前記各転がり軸受４２ａ、４２ｂに予圧を付与して、上記摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との摩擦面の当接圧を高める。例えば、上記圧縮ばね６１或は予圧に基づき、この摩擦面に８kgf のスラスト荷重Ｐを加えれば、スラスト荷重Ｆが１０００kgf の場合で
０．６１≧μ＞０．１０４
となり、１００kgf の場合で
０．２１８≧μ＞０．０３７
となる。この値は、長期間に亙る使用を十分に可能にする値である。即ち、上記摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との摩擦面の摩擦係数μは、０．１〜０．２２程度であるから、スラスト荷重Ｆが１トン程度までならば、スラスト荷重Ｐが８kgf 程度の弾力を有する圧縮ばね６１を組み込む事により、十分に実用的なボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂを実現できる。尚、上記スラスト荷重Ｆが１トン以上の場合には、上記スラスト荷重Ｐを大きくする事により、対応する事ができる。スラスト荷重Ｐを大きくする変更は、上記圧縮ばね６１のばね圧を大きくする事により行なえる。
【００４１】
次に、図５は、請求項２に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例に組み込む逆転防止機構６２ｃでは、一方向クラッチであるローラクラッチ５４は、間筒５３の内周面とウォーム軸５６の端部外周面との間に設けている。この間筒５３は、ケーシング１６ｂに固定した固定蓋４８の内側に、この固定蓋４８に対する回転自在に、緩く内嵌している。又、スラスト玉軸受６４を、上記間筒５３の軸方向一端面（図５の左端面）と上記ウォーム軸５６の中間部外周面に設けた鍔部５２との間に設けている。更に、摩擦プレート５５は、上記間筒５３の軸方向他端面（図５の右端面）と上記固定蓋４８の奥端面との間に設けている。尚、図示の例では、この奥端面と上記摩擦プレート５５との間に、間座６３ａを設けている。この間座６３ａは、上記固定蓋４８に内嵌固定して、この固定蓋４８に対し回転する事はない。又、上記ローラクラッチ５４を構成する外輪５７は、上記間筒５３に圧入して、この間筒５３に対する相対回転を不能にしている。
【００４２】
上述の様に構成する本例の構造の場合には、ボールねじ軸４をスラスト荷重に抗して変位させるべく、上記ウォーム軸５６を回転駆動する場合には、上記ローラクラッチ５４はロックしない。この結果、このローラクラッチ５４の内側でこのウォーム軸５６が軽い力で回転する。これに対して、上記スラスト荷重に基づいて上記ウォーム軸５６が回転する傾向になった場合には、上記ローラクラッチ５４がロックすると共に、このウォーム軸５６が上記間筒５３に向け押し付けられる。この結果、上記間筒５３がこのウォーム軸５６と共に回転し、この間筒５３の端面と上記摩擦プレート５５の側面との間に作用する摩擦力が、上記ウォーム軸５６を回転させる事に対する抵抗になる。その他の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、小型且つ軽量で、しかも大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発揮するボールねじ式リニアアクチュエータの実現に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の第１例の全体構成を示す断面図。
【図２】 図１の拡大Ａ−Ａ断面図。
【図３】 第１例の構造に組み込むボールナットとウォームホイールとを、一部を省略して示す分解斜視図。
【図４】 摩擦係数の設定方法を説明する為の、図２の上部に相当する図。
【図５】 本発明の実施の形態の第２例を示す、図２と同様の図。
【図６】 従来構造の第１例を示す部分断面図。
【図７】 従来構造の第１例に組み込むボールナットとウォームホイールとを、一部を省略して示す分解斜視図。
【図８】 従来構造の第２例を示す部分断面図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ ボールねじ式リニアアクチュエータ
２ 減速機構
３、３ａ、３ｂ ボールナット
４ ボールねじ軸
５ ウォーム
６ ウォームホイール
７ 第一螺旋溝
８ 第二螺旋溝
９ ボール
１０ 内側円筒部
１１ 外側円筒部
１２ 第一平坦面
１３ 第二平坦面
１４ 突壁
１５ 第三平坦面
１６、１６ａ、１６ｂ ケーシング
１７ 転がり軸受
１８ 回転軸
１９ ボールねじ部
２０ 出力軸
２１ ローラクラッチ
２２ 間筒
２３ 滑り軸受
２４ 間座
２５ 摩擦プレート
２６ 段部
２７ 外輪
２８ 円輪板
２９ 覆いチューブ
３０ 雄ねじ
３１ ねじ孔
３２ ロックナット
３３ 循環チューブ
３４ ウォームホイール
３５ 円筒部
３６ ギヤ部
３７ 鍔部
３８ 切り欠き
３９ 凹溝
４０ 突起
４１ 小径部
４２ａ、４２ｂ 転がり軸受
４３ａ、４３ｂ 内輪
４４ 大径部
４５ａ、４５ｂ 外輪
４６ ねじ蓋
４７ａ、４７ｂ シールリング
４８ 固定蓋
４９ ハウジング部
５０ 取付部
５１ ボルト
５２ 鍔部
５３ 間筒
５４ ローラクラッチ
５５ 摩擦プレート
５６ ウォーム軸
５７ 外輪
５８ ローラ
５９ 滑り軸受
６０ 止め輪
６１ 圧縮ばね
６２、６２ｃ 逆転防止機構
６３、６３ａ 間座
６４ スラスト玉軸受
【発明の属する技術分野】
この発明に係るボールねじ式リニアアクチュエータは、重量物を持ち上げる為のジャッキとして、或は各種機械装置に組み込んで小さな入力トルクから大きな直線運動方向の出力を得る動力変換装置として、それぞれ利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
ジャッキ等として使用できるボールねじ式リニアアクチュエータとして従来から、例えば実開昭６３−５３０５８号公報等に記載されたものが知られている。図６〜７は、この公報に記載された構造とは若干異なるが、従来から使用されているボールねじ式リニアアクチュエータの要部を示している。このボールねじ式リニアアクチュエータ１は、図示しない電動モータにより減速機構２を介してボールナット３を回転駆動し、このボールナット３の回転をボールねじ軸４の直線運動に変換するものである。
【０００３】
上記減速機構２は、回転方向の変換自在な図示しない電動モータにより回転駆動される、ウォーム軸である入力軸に固定したウォーム５と、このウォーム５と噛合したウォームホイール６とから成る。又、上記ボールねじ軸４の外周面には、断面円弧形の第一螺旋溝７を、上記ボールナット３の内周面には、やはり断面円弧形の第二螺旋溝８を、それぞれ形成している。そして、これら第一螺旋溝７と第二螺旋溝８との間に複数のボール９、９を転動自在に設けて、上記ボールナット３の回転を上記ボールねじ軸４の直線運動に変換する為のボールねじ機構を構成している。尚、ボールねじ式リニアアクチュエータ１の使用時には、上記ボールねじ軸４の端部は非駆動部に結合する為、このボールねじ軸４が回転する事はない。
【０００４】
又、上記ボールナット３の一部外周面に形成した第一平坦面１２には、それぞれが上記ボール９、９を通過させる為の、１対の送り孔の端部を開口させている。そして、これら両送り孔の端部開口同士を循環チューブ（開口と共に図示省略）により連通させて、上記第二螺旋溝８の一端部にまで移動したボール９、９をこの第二螺旋溝８の他端部に戻し、これら複数のボール９、９を循環させる為の循環機構を構成している。
【０００５】
上記ボールナット３とウォームホイール６とは、互いの相対回転を不能として、軸方向に亙り互いに同心に結合している。即ち、上記ボールナット３の一端部（図６〜７の右端部）に内側円筒部１０を、上記ウォームホイール６の一端部（図６〜７の左端部）に外側円筒部１１を、それぞれ形成し、この外側円筒部１１に上記内側円筒部１０を、がたつきなく内嵌している。又、上記ボールナット３の外周面で、この内側円筒部１０よりも軸方向中央寄り部分には、互いに平行な１対の第二平坦面１３、１３を形成している。一方、上記ウォームホイール６の一端面（図６〜７の左端面）には１対の突壁１４、１４を形成し、これら両突壁１４、１４の内周側面を、互いに平行な１対の第三平坦面１５、１５としている。これら第三平坦面１５、１５同士の間隔は、上記第二平坦面１３、１３同士の間隔と同じか僅かに大きくしている。従って、上記内側、外側両円筒部１０、１１同士を嵌合させた状態でこれら第二、第三平坦面１３、１５同士が係合し、上記ボールナット３とウォームホイール６との相対回転を不能にする。上述の様に組み合わされたボールナット３とウォームホイール６とは、ケーシング１６の内側に、１対の転がり軸受１７、１７により、回転自在に支承している。
【０００６】
上述の様に構成されるボールねじ式リニアアクチュエータ１の使用時には、電動モータを回転させる事により、前記ウォーム５を介して上記ウォームホイール６及びボールナット３を所望方向に回転させる。この結果、このボールナット３と複数のボール９、９を介して螺合したボールねじ軸４が軸方向に変位する。
【０００７】
上述の様に構成し作用するボールねじ式リニアアクチュエータ１の場合、ウォーム５とウォームホイール６とから成る減速機構２として、動力の伝達方向に可逆性を有するものを使用する場合が多い。この理由は、上記ウォーム５のリード角を大きくし、このウォーム５の回転速度が比較的低速の場合にも、必要とする動作速度（ボールねじ軸４が軸方向に変位する速度）を確保する為である。一方、上記減速機構２として、動力の伝達方向に可逆性を有するものを使用した場合には、上記ウォーム５を固設した入力軸に力を加えない場合にも上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１がスラスト荷重に基づいて伸縮しない様にする為のブレーキ機構を付設する必要がある。
【０００８】
この様なブレーキ機構をボールねじ式リニアアクチュエータ１に組み込む為、従来一般的には、上記入力軸を回転駆動する為の電動モータとして、ブレーキ付のものを使用していた。ところが、ブレーキ付の電動モータは、一般的な電動モータに比べて高価（２．５倍程度）で、しかも設置スペースが嵩む（容積比で１．５倍程度）為、より小型で安価な構造の実現が望まれている。
【０００９】
この様な目的を達成する為の構造として、特開平８−３２２１８９号公報には、図８に示す様な構造を有するボールねじ式リニアアクチュエータ１ａが記載されている。このボールねじ式リニアアクチュエータ１ａを伸縮させる際には、電動モータにより回転軸１８を、減速機構２を介して回転させ、この回転軸１８のボールねじ部１９と螺合したボールナット３ａを介して出力軸２０を変位させる。図８に示したボールねじ式リニアアクチュエータ１ａは、この出力軸２０に圧縮方向（図８の左方向）のスラスト荷重が加わる状態で使用するものである。
【００１０】
上記電動モータへの非通電時にも上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａが上記スラスト荷重に基づいて収縮する事を防止する為のブレーキ機構を構成する為、ケーシング１６ａの内周面と上記回転軸１８の外周面との間に、ローラクラッチ２１と間筒２２と滑り軸受２３とを設けている。又、上記回転軸１８と共に回転する間座２４とこの間筒２２の端面との間に、摩擦プレート２５を設けている。この間筒２２に加わる圧縮方向のスラスト荷重は、深溝型玉軸受等の転がり軸受が支承する。このスラスト荷重により、上記ボールねじ部１９とボールナット３ａとの螺合部の働きにより、上記回転軸１８が回転する傾向の場合には、上記ローラクラッチ２１がロックする。この状態では、上記間筒２２の端面と上記間座２４との間に挟持した上記摩擦プレート２５に作用する摩擦力に基づき、上記回転軸１８の回転を阻止し、上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａが上記スラスト荷重により収縮するのを阻止する。これに対して、上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａを伸長させるべく、上記電動モータにより上記回転軸１８を回転させ、上記スラスト荷重に抗して上記出力軸２０を変位させる際には、上記ローラクラッチ２１がロックしない。従って、上記電動モータにより上記回転軸１８を回転させる際に上記間筒２２は、この回転軸１８と共に回転し、この回転軸１８を回転させる事に対する抵抗とはならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示した従来構造の場合、ボールねじ部１９とボールナット３ａとの螺合部の働きにより回転軸１８に加わるトルクが、そのまま摩擦プレート２５と相手面との間に加わる。上記トルクは、ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａに加わるスラスト荷重に比例して大きくなる。従って、図８に示した従来構造の場合には、大きなスラスト荷重が加わる部分に使用する事は難しい。即ち、図８に示した従来構造で、大きなスラスト荷重に拘らずボールねじ式リニアアクチュエータ１ａが収縮するのを確実に防止する為には、上記摩擦プレート２５と相手面との摩擦係数を大きくするか、これら摩擦プレート２５と相手面との有効摩擦面の半径を大きくする必要がある。
摩擦係数を大きくする事は、使用可能な材質の面から難しく、有効摩擦面の半径を大きくする事は、ボールねじ式リニアアクチュエータの大型化に結び付く為、好ましくない。 本発明のボールねじ式リニアアクチュエータは、上述の様な事情に鑑み、使用可能な材質で得られる摩擦係数によっても、特に大型化する事なく、大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発揮する構造を実現すべく、発明したものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールねじ式リニアアクチュエータは、何れも、従来から知られている一般的なボールねじ式リニアアクチュエータと同様に、ケーシングと、外周面に断面円弧形の第一螺旋溝を有し、上記ケーシングの内側に軸方向に亙る変位自在に支持されたボールねじ軸と、内周面に断面円弧形の第二螺旋溝を有し、上記ケーシングの内側に回転自在に支持されたボールナットと、上記第一螺旋溝と上記第二螺旋溝との間に転動自在に設けられた複数のボールと、上記ボールナットと同心に設けられてこのボールナットと共に回転するウォームホイールと、上記ボールねじ軸に対して捩りの位置に配置されて上記ハウジングの内側に回転自在に支持されたウォーム軸と、このウォーム軸に固設されて上記ウォームホイールと噛合するウォームとを備え、上記ボールねじ軸に一方向のスラスト荷重が加わる状態で使用する。
【００１３】
特に、本発明のボールねじ式リニアアクチュエータに於いては、上記ケーシングと上記ウォーム軸との間に、上記スラスト荷重に基づいてこのウォーム軸に加わるトルクに抗してこのウォーム軸を回転させる際に、このウォーム軸が回転する事に対する抵抗にならず、上記スラスト荷重に基づいてこのウォーム軸が回転する際に、このウォーム軸が回転する事に対する抵抗になる、逆転防止機構を設けている。
【００１４】
請求項１に記載した発明の場合には、この逆転防止機構は、鍔部と、間筒と、一方向クラッチと、摩擦プレートと、上記スラスト荷重を支承する軸受とを備える。このうちの鍔部は、上記ウォーム軸の一部にこのウォーム軸の外周面よりも直径方向外方に突出する状態で、且つこのウォーム軸と共に回転自在に設けられて、このウォーム軸に加わる上記スラスト荷重を受ける。又、上記間筒は、このウォーム軸の周囲に、このウォーム軸に対する回転を自在として支持する。又、上記一方向クラッチは、上記間筒の外周面と上記ケーシングに固定した部分の内周面との間に設ける。又、上記摩擦プレートは、上記間筒の軸方向一端面と上記鍔部との間に設ける。更に、上記軸受は、上記間筒の軸方向他端面と上記ケーシングに固定した部分との間に設けて、上記ウォーム軸から間筒に加わる上記スラスト荷重を支承する。
請求項２に記載した発明の場合には、上記逆転防止機構は、鍔部と、間筒と、一方向クラッチと、上記スラスト荷重を受ける軸受と、摩擦プレートとを備える。このうちの鍔部は、上記ウォーム軸の一部にこのウォーム軸の外周面よりも直径方向外方に突出する状態で、且つこのウォーム軸と共に回転自在に設けて、このウォーム軸に加わる上記スラスト荷重を受ける。又、上記間筒は、このウォーム軸の周囲に、このウォーム軸に対する回転を自在として支持する。又、上記一方向クラッチは、上記間筒の内周面とこのウォーム軸の外周面との間に設ける。又、上記スラスト軸受は、この間筒の軸方向一端面と上記鍔部との間に設ける。更に、上記摩擦プレートは、この間筒の軸方向他端面と上記ケーシングに固定した部分との間に設ける。
【００１５】
【作用】
上述の様に構成する本発明のボールねじ式リニアアクチュエータは、ボールねじ軸に対して一方向のスラスト荷重が加わる状態で使用する。本発明のボールねじ式リニアアクチュエータは、直接このスラスト荷重を受けるボールねじ軸に加わるトルクよりも小さなトルクを受けるウォーム軸に逆転防止機構を組み付けている為、使用可能な材質で得られる摩擦係数によっても、この逆転防止機構を特に大型化する事なく、大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発揮する構造を実現できる。
【００１６】
例えば、請求項１に記載したボールねじ式リニアアクチュエータは、次の様に作用する事により、ウォーム軸に付与された回転力の方向に基づいて、上記ボールねじ軸を軸方向に変位させる。先ず、上記ウォーム軸を所定方向に回転させ、このボールねじ軸を上記スラスト荷重に抗して変位させる際の作用に就いて説明する。この場合には、上記ウォーム軸が所定方向に回転する事により、一方向クラッチはロックする事なく、間筒はケーシングに固定した部分に対して回転自在である。従ってこの状態では、間筒と摩擦プレートと鍔部とはウォーム軸と共に回転し、これら各部材の存在がこのウォーム軸の回転に対して抵抗にならない。従って、このウォーム軸が所定方向に円滑に回転し、ウォームとウォームホイールとの噛合に基づいてボールナットが、所定方向に回転する。この結果、複数個のボールを介して上記ボールナットと螺合したボールねじ軸が、上記スラスト荷重に抗して軸方向に変位する。この際、ブレーキ機構の存在が、このボールねじ軸を変位させる事に対して抵抗とはならない。
【００１７】
次に、上記ウォーム軸を停止させた状態では、上記スラスト荷重に基づいて上記ボールねじ軸から複数のボールを介してボールナットに加わり、更にウォームホイールとの噛合に基づいて上記ウォームに加わる力により、上記ウォーム軸が上記所定方向とは反対方向に回転する傾向となる。同時に上記間筒が、このウォーム軸と同方向に回転する傾向となる。この結果、上記一方向クラッチがロックし、上記間筒がケーシングに固定した部分に対して回転しなくなる。この状態で、上記ウォーム軸を回転させる為には、上記摩擦プレートの側面と相手面とを滑らせる必要がある。従って、これら摩擦プレートの側面と相手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ウォーム軸が回転する事を防止できる。尚、上記スラスト荷重に基づいて上記ウォーム軸に加わるトルクは、上記ボールねじ軸に加わるトルクに比べれば相当に小さい。従って、前述の様に、使用可能な材質で得られる摩擦係数によっても、上記逆転防止機構を特に大型化する事なく、大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発揮する構造を実現できる。
【００１８】
更に、上記ウォーム軸を前記所定方向とは反対方向に回転させる状態では、上記ウォーム軸に、上記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加えて、上記ウォーム軸に入力されるトルクが、上記反対方向に加わる。従ってこのウォーム軸は、上記摩擦プレートの側面と相手面との間に作用する摩擦力に抗して回転する。この際、この摩擦力が上記ウォーム軸の回転に対する抵抗となるので、このウォーム軸が急激に回転する事が防止される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１〜３は、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。ボールナット３ｂの両端部はケーシング１６ｂの内側に、１対の転がり軸受１７、１７により、回転自在に支持している。即ち、上記ボールナット３ｂの両端部に小径の段部２６、２６を形成し、これら両段部２６、２６と上記ケーシング１６ｂの内周面との間に上記転がり軸受１７、１７を設けている。これら両転がり軸受１７、１７のうち、一方（図１の右方）の転がり軸受１７を構成する外輪２７の外端面（図１の右端面）は、上記ケーシング１６ｂの一部内側面に突き当て、他方（図１の左方）の転がり軸受１７を構成する外輪２７の外端面（図１の左端面）は、上記ケーシング１６ｂ内に設けた円輪板２８の片側面（図１の右側面）外周寄り部分に突き当てている。
【００２０】
更に、上記円輪板２８の他側面（図１の左側面）内周寄り部分には、覆いチューブ２９の基端縁（図１の右端縁）を突き当てている。この覆いチューブ２９は、その基端部外周面に形成した雄ねじ３０を上記ケーシング１６ｂに形成したねじ孔３１に螺合し、更にロックナット３２を緊締する事により、このケーシング１６ｂに固定している。この様にケーシング１６ｂに固定した状態で上記覆いチューブ２９の基端縁は、上記円輪板２８を上記他方の転がり軸受１７を構成する外輪２７の外端面に向け押圧し、上記１対の転がり軸受１７、１７に所望の予圧を付与する。尚、図示の例ではこれら両転がり軸受１７、１７として、大きなラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在な、テーパころ軸受を使用している。
【００２１】
上記ボールナット３ｂの内側にはボールねじ軸４を挿通し、このボールねじ軸４の一部を、上記覆いチューブ２９内に挿入している。そして、このボールねじ軸４の外周面に形成した断面円弧形の第一螺旋溝７と、上記ボールナット３ｂの内周面に形成した断面円弧形の第二螺旋溝８との間に複数のボール９、９を転動自在に設けて、上記ボールナット３ｂの回転に基づいて上記ボールねじ軸４を軸方向に変位自在としている。又、このボールナット３ｂの外周面の一部には第一平坦面１２を形成し、この第一平坦面１２に、それぞれが上記ボール９、９を通過させる為の、図示しない１対の送り孔の端部を開口させている。そして、これら両送り孔の端部開口同士を、循環チューブ３３により連通させている。これら１対の送り孔と循環チューブ３３とが、上記第二螺旋溝８の一端部にまで移動したボール９、９をこの第二螺旋溝８の他端部に戻してこれら複数のボール９、９を循環させる、循環機構を構成する。
【００２２】
又、上記ボールナット３ｂの周囲にはウォームホイール３４を、このボールナット３ｂと共に回転自在に設けている。このウォームホイール３４は、このボールナット３ｂにがたつきなく外嵌自在な円筒部３５と、この円筒部３５の中間部外周面に一体に設けられたギヤ部３６とから成る。これらボールナット３ｂとウォームホイール３４とを同期して回転自在とする為に、このボールナット３ｂの一端部（図１、３の左端部）外周面には、外向フランジ状の鍔部３７を形成すると共に、この鍔部３７の直径方向反対側２個所位置に、１対の切り欠き３８、３８を形成している。又、上記ボールナット３ｂの外周面の直径方向反対側２個所位置で、これら１対の切り欠き３８、３８と整合する位置には、それぞれ凹溝３９、３９を、上記ボールナット３ｂの全長に亙って形成している。又、これら各凹溝３９、３９と上記各切り欠き３８、３８の幅とは、互いに一致させている。従って、上記各凹溝３９、３９の一端部（図１、３の左端部）は、上記各切り欠き３８、３８の奥端部と一致している。
【００２３】
一方、上記ウォームホイール３４の軸方向一端面（図１、３の左端面）の直径方向反対側２個所位置には、１対の突起４０、４０を、それぞれ上記軸方向一端面から軸方向に突出する状態で形成している。又、これら各突起４０、４０の内径側側面は、上記ウォームホイール３４の内周面よりも直径方向内方に、少し突出している。上記各突起４０、４０の幅Ｗ40は、上記各凹溝３９、３９及び各切り欠き３８、３８の幅Ｗ38よりも僅かに小さく（Ｗ40＜Ｗ38）して、上記各突起４０、４０が、上記各凹溝３９、３９及び各切り欠き３８、３８にがたつきなく係合する様にしている。
【００２４】
ボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂを構成すべく、上記ウォームホイール３４を構成する円筒部３５を上記ボールナット３ｂに外嵌した状態で、上記１対の突起４０、４０と上記１対の切り欠き３８、３８とが係合する。そして、上記ウォームホイール３４と上記ボールナット３ｂとが同期して回転自在となる。これらウォームホイール３４とボールナット３ｂとを組み合わせるのに本例の場合には、先ず、上記各突起４０、４０の内径側端部を上記各凹溝３９、３９の他端（図１、３の右端）開口部から係合させる。そして、これら各凹溝３９、３９に沿って上記各突起４０、４０を摺動させつつ、上記ウォームホイール３４を上記ボールナット３ｂに外嵌すれば、これら各突起４０、４０と上記各切り欠き３８、３８とを容易に係合させる事ができる。
【００２５】
尚、上記ウォームホイール３４はボールナット３ｂに、所定の締め代で圧入嵌合させ、ギヤ部３６と次述するウォーム５との噛合に基づいて上記ウォームホイール３４に加わるスラスト荷重に拘らず、このウォームホイール３４が上記ボールナット３ｂに対して軸方向にずれる事を防止している。但し、上記ボールナット３ｂの中間部外周面で上記ギヤ部３６の直径方向内側に存在する部分には小径部４１を形成し、上記ギヤ部３６が、圧入嵌合に基づいて変形する事を防止している。
【００２６】
上述の様にしてボールナット３ｂに外嵌固定したウォームホイール３４のギヤ部３６には、ウォーム５を噛合させて、減速機構２を構成している。このウォーム５をその中間部に設けた、ボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂの入力軸であるウォーム軸５６は、上記ウォームホイール３４の中心軸に対して捩れの位置関係で配置し、アンギュラ型玉軸受、深溝型玉軸受等、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在な１対の転がり軸受４２ａ、４２ｂにより、前記ケーシング１６ｂの内側に、回転自在に支持している。そして、これら両転がり軸受４２ａ、４２ｂを構成する内輪４３ａ、４３ｂの互いに対向する端面のうち、一方（図２の左方）転がり軸受４２ａを構成する内輪４３ａの片端面（図２の右端面）は、上記ウォーム軸５６の中間部外周面に形成した大径部４４の端面に突き当てている。又、上記一方の転がり軸受４２ａを構成する外輪４５ａの反対側端面（図２の左端面）は、上記ケーシング１６ｂの片側（図２の左側）開口部に螺着したねじ蓋４６の一部に突き当てている。更に、上記ねじ蓋４６の内周面と上記ウォーム軸５６の端部外周面との間にはシールリング４７ａを設けて、上記ケーシング１６ｂ内への異物進入防止とこのケーシング１６ｂ内の潤滑油の漏洩防止とを図っている。
【００２７】
一方、上記ウォーム軸５６の先端部（図２の右端部）は、上記ケーシング１６ｂの他側（図２の右側）開口部に固定した固定蓋４８の内側に挿入し、上記転がり軸受４２ｂによりこの固定蓋４８の内側に回転自在に支持している。この固定蓋４８は、有底円筒状のハウジング部４９と、このハウジング部４９の中間部外周面に固設した、外向フランジ状の取付部５０とを備える。上記固定蓋４８は、上記取付部５０を挿通したボルト５１、５１により、上記ケーシング１６ｂに対し固定している。又、上記ウォーム軸５６の中間部先端寄り部分で、上記ハウジング部４９の開口部内側部分には、外向フランジ状の鍔部５２を形成している。そして、この鍔部５２の外周面と上記ハウジング４９の開口部内周面との間にシールリング４７ｂを設けて、上記ケーシング１６ｂ内に存在する潤滑油が上記ハウジング部４９内に入り込む事を防止している。
【００２８】
そして、上記シールリング４７ｂにより上記ケーシング１６ｂ内と仕切られた、上記ハウジング部４９内に、逆転防止機構６２を設けている。この逆転防止機構６２は、上記鍔部５２と、円筒状の間筒５３と、一方向クラッチであるローラクラッチ５４と、円輪状の摩擦プレート５５と、スラスト荷重を支承する軸受である前記転がり軸受４２ｂとを備える。上記間筒５３の内径は、上記ウォーム軸５６の先端部の外径よりも少し大きくしている。この様な間筒５３は、上記ローラクラッチ５４により上記ウォーム軸５６の先端部周囲に、このウォーム軸５６に対する相対回転自在に支持している。
【００２９】
又、上記ローラクラッチ５４は、外輪５７と図示しない保持器と複数本のローラ５８とを備え、この外輪５７の内周面に形成したカム面と、この保持器に設けたばね片との作用に基づき、上記間筒５３が所定方向に回転する事のみを許容する。尚、この様なローラクラッチの構造及び作用は、従来から周知であるので、詳しい説明は省略する。上記間筒５３は、この様なローラクラッチ５４により上記ウォーム軸５６の先端部周囲に、このウォーム軸５６と同心に支持している。即ち、上記ローラクラッチ５４は、上記間筒５３の外周面と上記ハウジング部４９の内周面との間に設けている。この様なローラクラッチ５４の装着方向は、次の様に規制している。即ち、前記ボールねじ軸４を、このボールねじ軸４に加わるスラスト荷重に抗して軸方向に変位させるべく、上記ウォーム軸５６を回転させ、上記間筒５３がこのウォーム軸５６と連れ回りした場合には、上記ローラクラッチ５４がロックせず、上記間筒５３が軽い力で回転する様にしている。これに対し、上記スラスト荷重に基づいて上記ボールねじ軸４が軸方向に変位する傾向になり、このボールねじ軸４と前記ボールナット３ｂとの係合、並びに前記ウォーム５とウォームホイール３４との係合に基づいて上記ウォーム軸５６が回転する傾向になった場合には、上記ローラクラッチ５４がロックし、上記間筒５３の回転を阻止する様にしている。
【００３０】
又、前記摩擦プレート５５は、上記間筒５３の軸方向一端面（図２の左端面）と前記鍔部５２との間に設けている。更に、前記転がり軸受４２ｂは、上記間筒５３の軸方向他端面（図２の右端面）と上記ハウジング部４９の奥端部との間に設けて、上記ウォーム軸５６から上記間筒５３に加わるスラスト荷重を支承する。この為に、上記転がり軸受４２ｂを構成する内輪４３ｂを上記ウォーム軸５６の先端部に、滑り軸受５９を介して外嵌すると共に、この内輪４３ｂの端面に上記間筒５３の軸方向他端面を突き当てている。又、上記転がり軸受４２ｂを構成する外輪４５ｂの軸方向端面（図２の右端面）を、上記ハウジング部４９の奥端面に突き当てている。更に、図示の例では、前記転がり軸受４２ａを構成する内輪４３ａと前記大径部４４の外周面に止着した止め輪６０との間に圧縮ばね６１を設けて、上記ウォーム軸５６に、上記摩擦プレート５５を前記鍔部５２と上記間筒５３との間で挟持する方向の弾力を付与している。
【００３１】
上述の様に構成する本例のボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂの使用時、前記ボールねじ軸４を、このボールねじ軸４に加わるスラスト荷重に抗して軸方向に変位させるには、図示しない電動モータに通電し、或はやはり図示しないハンドルを手で回転させて、上記ウォーム軸５６を所定方向に回転させる。そして、このウォーム軸５６の中間部に設けたウォーム５を介して、前記ウォームホイール３４を所望方向に回転させる。この際、上記ローラクラッチ５４はロックせず、上記間筒５３は上記ハウジング部４９の内側で軽い力で回転する。従って、逆転防止機構６２の存在に基づき、上記ウォーム軸５６を回転させる為に要する力が大きくなる事はない。
【００３２】
上記ウォーム軸５６の回転に基づく、上記ウォームホイール３４の回転は、前記１対ずつの突起４０、４０と切り欠き３８、３８との係合部によりボールナット３ｂに伝わり、このボールナット３ｂが上記所望方向に回転する。この結果、このボールナット３ｂと複数のボール９、９を介して螺合したボールねじ軸４が軸方向に変位する。本例のボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂの場合には、上記１対ずつの突起４０、４０と切り欠き３８、３８との係合部が、上記ウォームホイール３４及びボールナット３ｂの端部に存在する為、これら両部材３４、３ｂを組み合わせた部分の長さ並びに直径を小さくできる。そして、小型且つ軽量なボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂを実現できる。
【００３３】
次に、上記ウォーム軸５６を停止させた状態では、このウォーム軸５６が上記所定方向とは反対方向に回転する傾向となる。即ち、この状態では、上記ボールねじ軸４に加わるスラスト荷重に基づいて、このボールねじ軸４から前記複数のボール９、９を介して前記ボールナット３ｂに加わり、更に上記ウォームホイール３４との噛合に基づいて前記ウォーム５に加わる力により、上記ウォーム軸５６が上記所定方向とは反対方向に回転する傾向となる。これと同時に、前記摩擦プレート５５を介して前記鍔部５２に対向した前記間筒５３が、上記ウォーム軸５６と同方向に回転する傾向となる。この結果、前記ローラクラッチ５４がロックし、上記間筒５３が前記ハウジング部４９の内側で回転しなくなる。
【００３４】
この様に上記間筒５３が回転しなくなった状態で、上記ウォーム軸５６を回転させる為には、上記摩擦プレート５５の側面と、相手面である上記鍔部５２の側面又は上記間筒５３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５５の側面と、上記鍔部５２の側面又は上記間筒５３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ウォーム軸５６が回転する事を防止できる。しかも、本例のボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂの場合には、逆転防止機構６２をウォーム軸５６部分に組み付けている。一方、上記スラスト荷重に基づいて上記ウォーム軸５６に加わるトルクは、（ウォーム式の減速機構２の逆効率が低い分）上記ボールねじ軸４に加わるトルクに比べれば相当に小さい。従って、使用可能な材質で得られる摩擦係数によっても、上記逆転防止機構６２を特に大型化する事なく、大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発揮する構造を実現できる。
【００３５】
更に、上記ボールねじ軸４を、このボールねじ軸４に加わるスラスト荷重の作用方向に変位させるべく、上記ウォーム軸５６を前記所定方向とは反対方向に回転させると、このウォーム軸５６に、上記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加えて、このウォーム軸５６に入力されるトルクが、上記反対方向に加わる。従ってこのウォーム軸５６は、上記摩擦プレート５５の側面と、上記鍔部５２の側面又は上記間筒５３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、この摩擦力が上記ウォーム軸５６の回転に対する抵抗となるので、このウォーム軸５６が急激に回転する事が防止される。
【００３６】
次に、上記摩擦プレート５５の側面と相手面との間の摩擦係数並びに前記圧縮ばね６１の弾力の設定方法に就いて、図４により説明する。尚、以下の説明は、上記相手面が上記間筒５３の端面である場合に就いて説明する。この場合に、上記摩擦プレート５５の他面と上記鍔部５２の側面とは、接着等により滑らない様にして、上記摩擦プレート５５の側面と相手面との摩擦状態を安定させる。又、以下の説明で使用する符号の意味は、それぞれ次の通りである。
Ｆ ： ボールねじ軸４に加わるスラスト荷重
ｆ ： 上記Ｆに基づいてウォーム軸５６に加わるスラスト荷重
Ｐ ： 前記圧縮ばね６１によりウォーム軸５６に加わるスラスト荷重
Ｗ ： ウォーム軸５６に加わる全スラスト荷重（＝ｆ＋Ｐ）
Ｒ ： ウォームホイール３４のピッチ円の半径
μ ： 摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との間の摩擦係数
ｒ ： 摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との接触部の平均直径
Ｌ ： ボールねじのリード
Ｔ ： スラスト荷重Ｆに対してウォーム軸５６に加わえるべき、正方向の作動トルク
Ｔ´： スラスト荷重Ｆに基づいてウォーム軸５６に加わる、逆方向の作動トルク
ＴB ： 摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との間の摩擦に基づいてウォーム軸５６に加わるブレーキトルク
η ： ボールねじの伝達効率（正逆方向とも同じとする）
ηA ： ウォーム５とウォームホイール３４との噛合部の正方向の伝達効率
ηB ： ウォーム５とウォームホイール３４との噛合部の逆方向の伝達効率
Ｇ ： ウォーム軸５６とウォームホイール３４との間のギア比
【００３７】
２・π・ｆ・Ｒ＝Ｌ・Ｆ・η
であり、
Ｗ＝ｆ＋Ｐ＝（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋Ｐ
であり、
ＴB ＝μ・Ｗ・ｒ＝μ・｛（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋Ｐ｝・ｒ
であり、
２・π・Ｔ・Ｇ・η・ηA ＝Ｌ・Ｆ
であり、
Ｔ＝Ｌ・Ｆ／（２・π・Ｇ・η・ηA ）
であり、
２・π・Ｔ´・Ｇ＝Ｌ・Ｆ・η・ηB
であり、
Ｔ´＝Ｌ・Ｆ・η・ηB ／（２・π・Ｇ）
である。
【００３８】
又、逆転防止の為、即ち、上記スラスト荷重Ｆに基づいて前記ウォーム軸５６が回転するのを防止する為には、ＴB ＞Ｔ´である必要がある。又、正転時、即ち、電動モータ等により上記ウォーム軸５６に加えたトルクに基づいて前記ボールねじ軸４を軸方向に変位させる際に、このウォーム軸５６に加えるべきトルクＴは、上記ブレーキトルクＴB と逆方向の作動トルクＴ´との差（ＴB −Ｔ´）以上である事が好ましい。この理由は、上記ウォーム軸５６を回転させる為に要するトルクが必要以上に大きくなる事を防止する為である。即ち、前記ボールねじ軸４を上記スラスト荷重Ｆの作用方向に変位させる際には、上記ウォーム軸５６に、上記ブレーキトルクＴB と逆方向の作動トルクＴ´との差（ＴB −Ｔ´）以上のトルクを加える必要がある。このトルクが、上記正転時に上記ウォーム軸５６に加えるべきトルクＴよりも大きくなると、大きくなった分、逆転時にこのウォーム軸５６を回転させる為に必要とするトルクが大きくなり、電動モータ等を徒に大型化する為である。特に、上記スラスト荷重Ｆが大きい場合には、この無駄が大きくなる。
【００３９】
以上の事をまとめれば、上記スラスト荷重Ｆに基づいて上記ボールねじ軸４が変位する事を確実に防止し、且つ、このボールねじ軸４を変位させる為に上記ウォーム軸５６に加えるべきトルクが徒に大きくなる事を防止する為には、
Ｔ≧（ＴB −Ｔ´）＞０
なる条件を満たす必要がある。
この式に、Ｔ、ＴB 、Ｔ´を表した前記各式を代入し、辺々を整理すると、
［（Ｌ・Ｆ）・｛１／（η・ηA ）＋η・ηB ｝／（２・π・Ｇ）］／［｛（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋Ｐ｝・ｒ］≧μ＞｛（Ｌ・Ｆ・η・ηB ）／（２・π・Ｇ）｝／［｛（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋Ｐ｝・ｒ］
となり、特に、前記圧縮ばね６１を設けず、従ってＰ＝０の場合には、
Ｒ・｛１／（η・ηA ）＋η・ηB ｝／（ｒ・η・Ｇ）≧μ＞（Ｒ・ηB ）／（ｒ・Ｇ）
となる。
【００４０】
本発明を実施する場合に一般的なボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂの大きさとして、例えば、Ｌ＝１０mm、Ｒ＝４０mm、Ｇ＝１５、ｒ＝１０mm、η＝０．８、ηA ＝０．６５５、ηB ＝０．４９程度の値が考えられる。この場合に、上記Ｐ＝０とすると、
０．７６７≧μ＞０．１３１
となる。
前記摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との摩擦面の摩擦係数μは、初期には十分にこの値の範囲に収まる。但し、この摩擦係数は長期間に亙る使用に伴って次第に低下し、０．１程度にまでなる可能性がある。そこで、長期間に亙る使用によっても逆転防止を確実に図る為には、前記圧縮ばね６１を設けたり、或は前記各転がり軸受４２ａ、４２ｂに予圧を付与して、上記摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との摩擦面の当接圧を高める。例えば、上記圧縮ばね６１或は予圧に基づき、この摩擦面に８kgf のスラスト荷重Ｐを加えれば、スラスト荷重Ｆが１０００kgf の場合で
０．６１≧μ＞０．１０４
となり、１００kgf の場合で
０．２１８≧μ＞０．０３７
となる。この値は、長期間に亙る使用を十分に可能にする値である。即ち、上記摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との摩擦面の摩擦係数μは、０．１〜０．２２程度であるから、スラスト荷重Ｆが１トン程度までならば、スラスト荷重Ｐが８kgf 程度の弾力を有する圧縮ばね６１を組み込む事により、十分に実用的なボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂを実現できる。尚、上記スラスト荷重Ｆが１トン以上の場合には、上記スラスト荷重Ｐを大きくする事により、対応する事ができる。スラスト荷重Ｐを大きくする変更は、上記圧縮ばね６１のばね圧を大きくする事により行なえる。
【００４１】
次に、図５は、請求項２に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例に組み込む逆転防止機構６２ｃでは、一方向クラッチであるローラクラッチ５４は、間筒５３の内周面とウォーム軸５６の端部外周面との間に設けている。この間筒５３は、ケーシング１６ｂに固定した固定蓋４８の内側に、この固定蓋４８に対する回転自在に、緩く内嵌している。又、スラスト玉軸受６４を、上記間筒５３の軸方向一端面（図５の左端面）と上記ウォーム軸５６の中間部外周面に設けた鍔部５２との間に設けている。更に、摩擦プレート５５は、上記間筒５３の軸方向他端面（図５の右端面）と上記固定蓋４８の奥端面との間に設けている。尚、図示の例では、この奥端面と上記摩擦プレート５５との間に、間座６３ａを設けている。この間座６３ａは、上記固定蓋４８に内嵌固定して、この固定蓋４８に対し回転する事はない。又、上記ローラクラッチ５４を構成する外輪５７は、上記間筒５３に圧入して、この間筒５３に対する相対回転を不能にしている。
【００４２】
上述の様に構成する本例の構造の場合には、ボールねじ軸４をスラスト荷重に抗して変位させるべく、上記ウォーム軸５６を回転駆動する場合には、上記ローラクラッチ５４はロックしない。この結果、このローラクラッチ５４の内側でこのウォーム軸５６が軽い力で回転する。これに対して、上記スラスト荷重に基づいて上記ウォーム軸５６が回転する傾向になった場合には、上記ローラクラッチ５４がロックすると共に、このウォーム軸５６が上記間筒５３に向け押し付けられる。この結果、上記間筒５３がこのウォーム軸５６と共に回転し、この間筒５３の端面と上記摩擦プレート５５の側面との間に作用する摩擦力が、上記ウォーム軸５６を回転させる事に対する抵抗になる。その他の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、小型且つ軽量で、しかも大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発揮するボールねじ式リニアアクチュエータの実現に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の第１例の全体構成を示す断面図。
【図２】 図１の拡大Ａ−Ａ断面図。
【図３】 第１例の構造に組み込むボールナットとウォームホイールとを、一部を省略して示す分解斜視図。
【図４】 摩擦係数の設定方法を説明する為の、図２の上部に相当する図。
【図５】 本発明の実施の形態の第２例を示す、図２と同様の図。
【図６】 従来構造の第１例を示す部分断面図。
【図７】 従来構造の第１例に組み込むボールナットとウォームホイールとを、一部を省略して示す分解斜視図。
【図８】 従来構造の第２例を示す部分断面図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ ボールねじ式リニアアクチュエータ
２ 減速機構
３、３ａ、３ｂ ボールナット
４ ボールねじ軸
５ ウォーム
６ ウォームホイール
７ 第一螺旋溝
８ 第二螺旋溝
９ ボール
１０ 内側円筒部
１１ 外側円筒部
１２ 第一平坦面
１３ 第二平坦面
１４ 突壁
１５ 第三平坦面
１６、１６ａ、１６ｂ ケーシング
１７ 転がり軸受
１８ 回転軸
１９ ボールねじ部
２０ 出力軸
２１ ローラクラッチ
２２ 間筒
２３ 滑り軸受
２４ 間座
２５ 摩擦プレート
２６ 段部
２７ 外輪
２８ 円輪板
２９ 覆いチューブ
３０ 雄ねじ
３１ ねじ孔
３２ ロックナット
３３ 循環チューブ
３４ ウォームホイール
３５ 円筒部
３６ ギヤ部
３７ 鍔部
３８ 切り欠き
３９ 凹溝
４０ 突起
４１ 小径部
４２ａ、４２ｂ 転がり軸受
４３ａ、４３ｂ 内輪
４４ 大径部
４５ａ、４５ｂ 外輪
４６ ねじ蓋
４７ａ、４７ｂ シールリング
４８ 固定蓋
４９ ハウジング部
５０ 取付部
５１ ボルト
５２ 鍔部
５３ 間筒
５４ ローラクラッチ
５５ 摩擦プレート
５６ ウォーム軸
５７ 外輪
５８ ローラ
５９ 滑り軸受
６０ 止め輪
６１ 圧縮ばね
６２、６２ｃ 逆転防止機構
６３、６３ａ 間座
６４ スラスト玉軸受
Claims (2)
- ケーシングと、外周面に断面円弧形の第一螺旋溝を有し、上記ケーシングの内側に軸方向に亙る変位自在に支持されたボールねじ軸と、内周面に断面円弧形の第二螺旋溝を有し、上記ケーシングの内側に回転自在に支持されたボールナットと、上記第一螺旋溝と上記第二螺旋溝との間に転動自在に設けられた複数のボールと、上記ボールナットと同心に設けられてこのボールナットと共に回転するウォームホイールと、上記ボールねじ軸に対して捩りの位置に配置されて上記ハウジングの内側に回転自在に支持されたウォーム軸と、このウォーム軸に固設されて上記ウォームホイールと噛合するウォームとを備え、上記ボールねじ軸に一方向のスラスト荷重が加わる状態で使用するボールねじ式リニアアクチュエータに於いて、上記ケーシングと上記ウォーム軸との間に、上記ウォーム軸の一部にこのウォーム軸の外周面よりも直径方向外方に突出する状態で、且つこのウォーム軸と共に回転自在に設けられて、このウォーム軸に加わる上記スラスト荷重を受ける鍔部と、このウォーム軸の周囲に、このウォーム軸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ケーシングに固定した部分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鍔部との間に設けられた摩擦プレートと、この間筒の軸方向他端面と上記ケーシングに固定した部分との間に設けられて、上記ウォーム軸から間筒に加わる上記スラスト荷重を支承する軸受とを備え、このスラスト荷重に基づいて上記ウォーム軸に加わるトルクに抗してこのウォーム軸を回転させる際に、このウォーム軸が回転する事に対する抵抗にならず、上記スラスト荷重に基づいてこのウォーム軸が回転する際に、このウォーム軸が回転する事に対する抵抗になる、逆転防止機構を設けた事を特徴とするボールねじ式リニアアクチュエータ。
- ケーシングと、外周面に断面円弧形の第一螺旋溝を有し、上記ケーシングの内側に軸方向に亙る変位自在に支持されたボールねじ軸と、内周面に断面円弧形の第二螺旋溝を有し、上記ケーシングの内側に回転自在に支持されたボールナットと、上記第一螺旋溝と上記第二螺旋溝との間に転動自在に設けられた複数のボールと、上記ボールナットと同心に設けられてこのボールナットと共に回転するウォームホイールと、上記ボールねじ軸に対して捩りの位置に配置されて上記ハウジングの内側に回転自在に支持されたウォーム軸と、このウォーム軸に固設されて上記ウォームホイールと噛合するウォームとを備え、上記ボールねじ軸に一方向のスラスト荷重が加わる状態で使用するボールねじ式リニアアクチュエータに於いて、上記ケーシングと上記ウォーム軸との間に、このウォーム軸の一部にこのウォーム軸の外周面よりも直径方向外方に突出する状態で、且つこのウォーム軸と共に回転自在に設けられて、このウォーム軸に加わる上記スラスト荷重を受ける鍔部と、このウォーム軸の周囲に、このウォーム軸に対する回転を自在として支持された間筒と、この間筒の内周面とこのウォーム軸の外周面との間に設けられた一方向クラッチと、この間筒の軸方向一端面と上記鍔部との間に設けられて上記スラスト荷重を受ける軸受と、この間筒の軸方向他端面と上記ケーシングに固定した部分との間に設けられた摩擦プレートとを備え、上記スラスト荷重に基づいて上記ウォーム軸に加わるトルクに抗してこのウォーム軸を回転させる際に、このウォーム軸が回転する事に対する抵抗にならず、上記スラスト荷重に基づいてこのウォーム軸が回転する際に、このウォーム軸が回転する事に対する抵抗になる、逆転防止機構を設けた事を特徴とするボールねじ式リニアアクチュエータ。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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-
1997
- 1997-08-21 JP JP22508197A patent/JP3807043B2/ja not_active Expired - Fee Related
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