JP4413288B2

JP4413288B2 - Electric linear actuator

Info

Publication number: JP4413288B2
Application number: JP06115598A
Authority: JP
Inventors: 一彦赤地; 隆勝五十棲
Original assignee: Kawada Industries Inc
Current assignee: Kawada Industries Inc
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2018-03-12
Also published as: JPH11257453A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基部材と、前記基部材に固定されたサーボモータと、前記サーボモータの出力軸に駆動結合されたボールネジ軸と、前記ボールネジ軸に螺合されたボール循環式ナットと、前記基部材に対する前記ボール循環式ナットの、前記ボールネジ軸の軸線方向への進退移動を許容しつつ、前記ボールネジ軸の軸線周りの前記ボール循環式ナットの回転を阻止するナット供回り阻止部と、前記ボール循環式ナットに一体的に結合された作動ロッドと、前記基部材に対する前記作動ロッドの、前記ボールネジ軸の軸線方向への進退移動を案内する作動ロッド案内部と具えて、前記サーボモータの作動により前記作動ロッドを前記基部材に対し高精度に進退移動させる電動式リニアアクチュエータに関するものである。
【０００２】
従来の上述の如き電動式リニアアクチュエータは一般に、ボールネジ軸の回転駆動の際のボール循環式ナットの供回りを防止してボールネジ軸の回転トルクを作動ロッドの推力に変換するナット供回り阻止部と、作動ロッドの進退移動を案内する作動ロッド案内部とを共に高い精度にするために、ボール循環式リニアガイドでそれらナット供回り阻止部と作動ロッド案内部とを構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の電動式リニアアクチュエータにあっては、そのボール循環式リニアガイドが一般に高い精度を確保すべく高剛性にしているために比較的大きな重量を持つとともに比較的大きなスペースを専有しており、これがため電動式リニアアクチュエータ全体としてのサイズおよび重量が大きなものになっているとともに、そのボール循環式リニアガイドのボール循環式スライド部材の慣性が大きいことから応答性が低いという問題があった。そしてこれらの問題は、例えば当該電動式リニアアクチュエータをヘリコプターに搭載してその操縦桿の代わりに操作機構を動かすといった、電動式リニアアクチュエータにコンパクトさと軽量さと同時に高い応答性が求められるような場合に、特に重大であった。
【０００４】
そこで、上記従来の電動式リニアアクチュエータの問題点を解決すべく研究を進めた結果、本願発明者は以下の点に想い到った。すなわち、上記従来の電動式リニアアクチュエータよりもさらに前の、通常のネジ軸を回転駆動してそのネジ軸に螺合する通常のナットに結合した作動ロッドを直線的に進退移動させる旧来の電動式リニアアクチュエータにおいては、ネジ軸とナットとの間の摩擦が大きいことから、ネジ軸の回転駆動の際のナットの供回りを防止してネジ軸の回転トルクを作動ロッドの推力に変換すべく作動ロッドをボール循環式リニアガイドでネジ軸の軸線方向に進退移動可能に支持することは意味があったが、ネジ軸とナットとの間の摩擦が極めて小さいボールネジ軸とボール循環式ナットとを用いた電動式リニアアクチュエータの場合には、ネジ軸の回転駆動の際にナットが供回りしようとするトルクは極めて小さいので、ボール循環式リニアガイドを使用する代わりにより簡易な構成のナット供回り阻止部を使用してもナットの供回りを充分防止することができ、このようにすれば、上述した従来の電動式リニアアクチュエータの問題点を解決することができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は、上述の点に鑑みて前記課題を有利に解決した電動式リニアアクチュエータを提供するものであり、この発明の電動式リニアアクチュエータは、基部材（１）と、前記基部材に固定されたサーボモータ（２）と、前記サーボモータの出力軸に駆動結合されたボールネジ軸（５）と、前記ボールネジ軸に螺合されたボール循環式ナット（７）と、前記基部材に対する前記ボール循環式ナットの、前記ボールネジ軸の軸線方向への進退移動を許容しつつ、前記ボールネジ軸の軸線周りの前記ボール循環式ナットの回転を阻止するナット供回り阻止部（9a，10a）と、前記ボール循環式ナットに一体的に結合された作動ロッド（８）と、前記基部材に対する前記作動ロッドの、前記ボールネジ軸の軸線方向への進退移動を案内する作動ロッド案内部（1e, 8a）と、を具える電動式リニアアクチュエータにおいて、前記ナット供回り阻止部が、前記基部材に固設された供回り阻止面（10a）と、前記ボール循環式ナットの一端部に固設された摺動部材（９）の外周の被阻止面（9a）とを有し、前記供回り阻止面が前記ボールネジ軸の軸線方向へ延在するとともに、前記被阻止面がその供回り阻止面に摺接し、前記作動ロッド案内部が、前記基部材に固設された進退移動案内面（1f）と、前記作動ロッドに固設された被案内面（8a）とを有し、前記進退移動案内面と前記被案内面とのうちの一方の面が前記ボールネジ軸の軸線方向へ延在するとともに、他方の面がその一方の面に摺接しており、前記基部材を、前記ボールネジ軸と前記ボール循環式ナットとを収容する円筒状のケーシング（１）により形成し、前記供回り阻止面（10a）を、そのケーシングの内側に固設されて互いに平行に延在しつつ互いに対向する二平面により形成して、前記被阻止面（9a）を、前記供回り阻止面と摺接する以外は前記ケーシングの内周面に対し離間させ、その離間により形成された隙間を通る空気の移動を可能にし、前記ケーシングの前記供回り阻止面を形成する二平面の外側を除く外周面に、前記作動ロッドの進退移動を検出するリニアセンサを配置する平坦面を前記ボールネジ軸の軸線方向に沿って形成し、前記ケーシングの前記二平面を形成する部分を前記平坦面を形成する部分より肉厚に形成したことを特徴としている。
【０００６】
かかる電動式リニアアクチュエータにあっては、サーボモータの作動によりボールネジ軸が回転すると、ナット供回り阻止部でボールネジ軸の軸線周りの回転を阻止されているボール循環式ナットがボールネジ軸の軸線方向へ高精度に移動し、この移動によって、そのボール循環式ナットに一体的に結合された作動ロッドが作動ロッド案内部による案内下で基部材に対し進退移動する。
【０００７】
しかもこの電動式リニアアクチュエータにあっては、ナット供回り阻止部が、基部材に固設された供回り阻止面とボール循環式ナットに固設された被阻止面とを有し、それら供回り阻止面と被阻止面とのうちの一方の面がボールネジ軸の軸線方向へ延在するとともに他方の面がその一方の面に摺接しており、また作動ロッド案内部が、基部材に固設された進退移動案内面と作動ロッドに固設された被案内面とを有し、それら進退移動案内面と被案内面とのうちの一方の面がボールネジ軸の軸線方向へ延在するとともに他方の面がその一方の面に摺接していることから、ナット供回り阻止部と作動ロッド案内部とが共に簡易な摺接構造で構成されている。
【０００８】
従って、この発明の電動式リニアアクチュエータによれば、ナット供回り阻止部と作動ロッド案内部とが、比較的大きな重量を持つとともに比較的大きなスペースを専有し、かつ比較的大きな慣性を持つボール循環式リニアガイドを使用せずに、簡易な摺接構造で構成されているので、電動式リニアアクチュエータを、コンパクトかつ軽量で、しかも高い応答性を持つものとすることができる。
【０００９】
しかも、この発明においては、前記基部材が、前記ボールネジ軸と前記ボール循環式ナットとを収容するケーシングであって、前記供回り阻止面が、そのケーシングの内側に固設されて前記ボールネジ軸の軸線方向へ延在しており、このように基部材をケーシングとする構成によれば、ボールネジ軸およびボール循環式ナットをケーシングで保護しつつ、電動式リニアアクチュエータをコンパクトに構成することができる。
【００１０】
なお、この発明においては、基部材に固設される前記進退移動案内面が前記ボールネジ軸の軸線方向へ延在していても良いが、前記被案内面が、前記作動ロッドに固設されて前記ボールネジ軸の軸線方向へ延在していても良く、このように作動ロッド側の被案内面がボールネジ軸の軸線方向へ延在する構成によれば、作動ロッド案内部の、基部材に固設される進退移動案内面をボールネジ軸の軸線方向へ長尺にわたって延在させる必要がないので、ケーシング等の基部材をコンパクトに構成することができる。
【００１１】
さらにこの発明においては、前記作動ロッドは中実のものでも良いが、前記作動ロッドの内部に、前記ボールネジ軸の、前記サーボモータの出力軸に駆動結合された側と対抗する側の部分を収容するための空洞が形成されていても良く、かかる作動ロッド内部を中空とする構成によれば、作動ロッドの後退移動時にその内部にボールネジ軸の一部を収容し得るので、電動式リニアアクチュエータをさらにコンパクトに構成することができ、しかも作動ロッドが軽量になるので、電動式リニアアクチュエータの応答性をさらに高めることができる。
【００１２】
そしてこの発明においては、前記サーボモータにロータリエンコーダが設けられていても良いが、前記基部材に、リニアセンサの本体が前記ボールネジ軸の軸線方向へ延在するように固設され、前記リニアセンサの変移検出部材が、前記作動ロッドに一体的に固定されていても良く、このようにしてリニアセンサを設ける構成によれば、リニアセンサが作動ロッドの進退移動を遊びなしに直接検出するので、前記サーボモータの作動を制御する制御系にそのリニアセンサからの信号をフィードバックすることで、作動ロッドを基部材に対して極めて高精度に進退移動させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１（ａ）は、この発明の電動式リニアアクチュエータの一実施例を示す平面図、同図（ｂ）は、その実施例の電動式リニアアクチュエータの縦断面図、図２（ａ）は、その実施例の電動式リニアアクチュエータを作動ロッド側から見た正面図、同図（ｂ）〜（ｄ）は、その実施例の電動式リニアアクチュエータの、図１（ｂ）のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線にそれぞれ沿う横断面図、そして図３は、その実施例の電動式リニアアクチュエータを一部切り書いて示す斜視図である。
【００１４】
この実施例の電動式リニアアクチュエータは上記各図に示すように、基部材としてのケーシング１を具えており、このケーシング１は、全体として概略筒状をなすとともに、モータ収容部1aとカップリング収容部1bとボールネジ軸支持部1cとボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dと作動ロッド支持部1eとの、軸線方向に並んだ五つの部分から構成されていて、それらはそれぞれボルトを介して互いに一体的にかつ分解可能に結合されている。
【００１５】
そして、モータ収容部1aの内部にはサーボモータ２が収容され、カップリング収容部1bの内部にはオルダム継手タイプのカップリング３が収容され、ボールネジ軸支持部1cの内部には一対のボールベアリング４が嵌着され、それらカップリング収容部1bおよびボールネジ軸支持部1cとボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dとの内部にはそれらの部分に渡ってボールネジ軸５が収容されており、ここで、カップリング３は、サーボモータ２の出力軸2aとボールネジ軸５の後端部5a（図１（ｂ）では左端部）との間の多少の偏心を許容しつつそれらサーボモータ出力軸2aとボールネジ軸後端部5aとを駆動結合し、ボールベアリング４は、ボールネジ軸５の後部に位置する、ボールネジ溝が形成されていない軸部5bを回転自在に支持している。なお、軸部5bの端部には、ボールネジ軸５自体の軸線方向移動の防止とボールベアリング４への予圧付与とのためにナット６が螺着されている。
【００１６】
ボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの内部にはまたボール循環式ナット７が収容されており、そのボール循環式ナット７は、ボールネジ軸５の中央部から前部にかけての、ボールネジ溝が形成されたネジ部5cに螺合されている。
【００１７】
ケーシング１の作動ロッド支持部1eの内部には円筒状の摺接面1fが形成され、その摺接面1fには作動ロッド８が、その作動ロッド８の円筒状の外周面8aにて、ボールネジ軸５の軸線方向へ摺動自在にかつその軸線周りに回転自在に、密に嵌め合わされており、ここで、作動ロッド８の外周面8aは、ボールネジ軸５の軸線方向へ、ボールネジ軸５のネジ部5cよりも長尺に渡って延在し、また作動ロッド支持部1eの摺接面1fも、ボールネジ軸５のネジ部5cよりは短いがある程度の長さに渡ってボールネジ軸５の軸線方向へ延在しており、これより作動ロッド支持部1eは、ケーシング１に対する作動ロッド８の、ボールネジ軸５の軸線方向への進退移動を案内するとともに、その作動ロッド８を支持している。従ってこの実施例では、作動ロッド支持部1eの上記円筒状の摺接面1fが、作動ロッド案内部の、基部材に固設された進退移動案内面に相当し、また、作動ロッド８の上記円筒状の外周面8aが、作動ロッド案内部の、作動ロッドに固設された被案内面に相当する。
【００１８】
作動ロッド８の内部には、作動ロッド８の後端部8b（図１（ｂ）では左端部）から中央部にかけて空洞8cが形成され、また作動ロッド８の後端部8b内には、上記ボール循環式ナット７が嵌め合われていて、そのボール循環式ナット７と作動ロッド８の後端部8bとは、ボルトを介して互いに一体的に固定されており、ボールネジ軸５の、ボール循環式ナット７よりも前方側の部分は、その作動ロッド８の内部の空洞8c内に収容される。
【００１９】
ボール循環式ナット７には、作動ロッド８の後端部8bと反対の側に、作動ロッド８の後退限位置を特定するストッパを兼ねた含油合金製の摺動部材９がボルトを介して一体的に固定され、この摺動部材９は、図２（ｄ）および図３に示すように、概略長方形状をなしており、その一方で、ボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの内面は角筒状をなしていて、上記摺動部材９は、そのボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの内面に対して隙間を空けて遊嵌されている。この隙間は、作動ロッド８の進退移動に伴う摺動部材９の進退移動の際に、ボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの内部の空気がその隙間を通って容易に摺動部材９の前方から後方へ、また後方から前方へ移動できるようにして、ボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの内部を防塵・防水等のために密閉しつつ作動ロッド８の高速移動を容易にするためのものである。
【００２０】
しかしてそのボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの内面のうちの互いに対向する二つの内側面（図２（ｄ）では左右内側面）には、この実施例ではテフロン（登録商標）コーティング層10が、実質的にそのボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの全長に渡り、ボールネジ軸５の軸線方向へ延在して形成されていて、上記含油合金製の摺動部材９は、その摺動部材９の互いに対抗する二つの側面（図２（ｄ）では左右外側面）9aにて、それらのテフロン（登録商標）コーティング層10の、極めて摩擦係数が小さい表面10a の間に摺動自在に、密に嵌め合わされている。従ってこの実施例では、それらのテフロン（登録商標）コーティング層10の表面10a が、ナット供回り阻止部の、基部材に固設された供回り阻止面に相当し、また、摺動部材９の上記二側面9aが、ナット供回り阻止部の、ボール循環式ナットに固設された被阻止面に相当する。
【００２１】
さらにボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの外面には、リニアセンサとしての可変抵抗式ポテンショメータ11の本体11a が、ボールネジ軸５の軸線方向へ延在するようにボルトを介して一体的に固定されており、そのポテンショメータ11の、本体11a に対してボールネジ軸５の軸線方向へ移動可能な変移検出部材11b は、図３に示す如くボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dにボールネジ軸５の軸線方向へ延在するように形成されたスリット1gを介してそのボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの内部に挿入され、作動ロッド８の後端部8bにボルトを介して一体的に結合されている。
【００２２】
なお、ケーシング１のモータ収容部1aには、放熱のための開口部1hが三箇所に形成されている。またケーシング１のカップリング収容部1bには、ケーシング１の組立後にそのカップリング収容部1b内のカップリング３をサーボモータ２の出力軸2aとボールネジ軸５の後端部5aとに小ネジで固定するために、ドライバを挿入し得る開口部1iが形成されており、その開口部1iには、上記の固定作業後に弾性体製のキャップ12が嵌着される。
【００２３】
この実施例の電動式リニアアクチュエータにあっては、サーボモータ２の作動によりボールネジ軸５が回転すると、ナット供回り阻止部を構成するボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの内面のテフロンコーティング層10の表面10a と摺動部材９の側面9aとの摺接によりボールネジ軸５の軸線周りの回転を阻止されているボール循環式ナット７がボールネジ軸５の軸線方向へ高精度に移動し、この移動によって、そのボール循環式ナット７に一体的に結合された作動ロッド８が作動ロッド支持部1eの摺接面1fと作動ロッド８の外周面8aとの摺接による案内下でケーシング１に対し進出および後退移動する。
【００２４】
しかもこの実施例の電動式リニアアクチュエータにあっては、ナット供回り阻止部が、ボールネジ軸・ボール循環式ナット収容部1dの内面のテフロンコーティング層10の表面10a とそこに摺接する摺動部材９の側面9aとにより構成され、また作動ロッド案内部が、作動ロッド支持部1eの摺接面1fとそこに摺接する作動ロッド８の外周面8aとで構成されていることから、ナット供回り阻止部と作動ロッド案内部とが共に簡易な摺接構造を有している。
【００２５】
従って、この実施例の電動式リニアアクチュエータによれば、ナット供回り阻止部と作動ロッド案内部とが、比較的大きな重量を持つとともに比較的大きなスペースを専有し、かつ比較的大きな慣性を持つボール循環式リニアガイドを使用せずに、簡易な摺接構造で構成されているので、電動式リニアアクチュエータをコンパクトかつ軽量で、しかも高い応答性を持つものとすることができる。
【００２６】
そしてこの実施例の電動式リニアアクチュエータによれば、基部材が、ボールネジ軸５とボール循環式ナット７とを収容するケーシング１であって、供回り阻止面としてのテフロンコーティング層表面10a が、そのケーシング１の内側に固設されてボールネジ軸５の軸線方向へ延在しているので、ボールネジ軸５およびボール循環式ナット７をケーシング１で保護しつつ、電動式リニアアクチュエータをコンパクトに構成することができる。
【００２７】
さらにこの実施例の電動式リニアアクチュエータによれば、作動ロッド８に固設される被案内面を、ボールネジ軸５の軸線方向へ延在している作動ロッド８の外周面8aとしていることから、進退移動案内面としての、作動ロッド支持部1eの摺接面1fを、ボールネジ軸５の軸線方向へ長尺にわたって延在させる必要がないので、ケーシング等の基部材をコンパクトに構成することができる。
【００２８】
さらにこの実施例の電動式リニアアクチュエータによれば、作動ロッド８の内部に、ボールネジ軸５の、サーボモータ２の出力軸2aに駆動結合された側と対抗する側の部分を収容するための空洞8cが形成されていることから、作動ロッド８の後退移動時にその内部にボールネジ軸５の一部を収容し得るので、電動式リニアアクチュエータをさらにコンパクトに構成することができ、しかも作動ロッド８が軽量になるので、電動式リニアアクチュエータの応答性をさらに高めることができる。
【００２９】
そしてこの実施例の電動式リニアアクチュエータによれば、ケーシング１に、ポテンショメータ11の本体11a が、ボールネジ軸５の軸線方向へ延在するように固設され、そのポテンショメータ11の変移検出部材11b が、作動ロッド８に一体的に固定されていることから、ポテンショメータ11が作動ロッド８の進退移動を遊びなしに直接検出するので、サーボモータ２の作動を制御する図示しない制御系にそのポテンショメータ11からの信号をフィードバックすることで、作動ロッド８をケーシング１に対して極めて高精度に進退移動させることができる。
【００３０】
図４は、上記実施例の電動式アクチュエータを有人ヘリコプターに搭載してその操縦桿の代わりに操作機構を動かすようにした適用例を示す斜視図であり、図中符号13はその有人ヘリコプターの前部、また符号14は上記実施例の電動式アクチュエータを示す。このように上記実施例の電動式アクチュエータ14を複数本搭載して操縦桿の代わりに操作機構を動かすようにすれば、有人ヘリコプター13を例えば無線操縦やコンピュータ制御の自動操縦等により無人で飛行させることが可能となるので、積み荷積載能力の極めて高い無人ヘリコプターを安価に製造することができ、かかる場合に上記実施例の電動式アクチュエータ14は、コンパクトかつ軽量で、しかも高い応答性を持つので、特に有利である。
【００３１】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は、上述の例に限定されるものでなく、例えば互いに摺接する一対の摺動面でナット供回り阻止部と作動ロッド案内部との両方を構成する等、特許請求の範囲の記載に範囲内で当業者が適宜変更し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、この発明の電動式リニアアクチュエータの一実施例を示す平面図、（ｂ）は、その実施例の電動式リニアアクチュエータの縦断面図である。
【図２】（ａ）は、上記実施例の電動式リニアアクチュエータを作動ロッド側から見た正面図、（ｂ）〜（ｄ）は、その実施例の電動式リニアアクチュエータの、図１（ｂ）のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線にそれぞれ沿う横断面図である。
【図３】上記実施例の電動式リニアアクチュエータをその一部を切り書いて示す斜視図である。
【図４】上記実施例の電動式アクチュエータを有人ヘリコプターに搭載してその操縦桿の代わりに操作機構を動かすようにすることで無人飛行を可能にした適用例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ケーシング
1f 摺接面
２サーボモータ
３カップリング
４ボールベアリング
５ボールネジ軸
６ナット
７ボール循環式ナット
８作動ロッド
8a 外周面
９摺動部材
9a 側面
10 テフロンコーティング層
10a 表面
11 ポテンショメータ11
11a 本体
11b 変移検出部材
12 キャップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a base member, a servo motor fixed to the base member, a ball screw shaft drivingly coupled to an output shaft of the servo motor, a ball circulation nut screwed to the ball screw shaft, and the base A nut rotation preventing portion for preventing rotation of the ball circulating nut around the axis of the ball screw shaft while allowing the ball circulating nut to advance and retreat in the axial direction of the ball screw shaft with respect to a member; An actuating rod integrally coupled to the circulating nut, and an actuating rod guide for guiding the advancing and retreating movement of the actuating rod with respect to the base member in the axial direction of the ball screw shaft. The present invention relates to an electric linear actuator that moves the operating rod with respect to the base member with high accuracy.
[0002]
Conventional electric linear actuators as described above generally have a nut rotation prevention unit that prevents rotation of the ball circulating nut during rotation of the ball screw shaft and converts the rotational torque of the ball screw shaft into thrust of the operating rod. In order to make both the working rod guide part for guiding the forward and backward movement of the working rod highly accurate, the nut circulation blocking part and the working rod guide part are constituted by a ball circulation type linear guide.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional electric linear actuator, the ball circulation linear guide generally has high rigidity so as to ensure high accuracy, so that it has a relatively large weight and a relatively large space. Therefore, the size and weight of the electric linear actuator as a whole are large, and there is a problem that the responsiveness is low due to the large inertia of the ball circulation slide member of the ball circulation linear guide. . These problems arise when, for example, the electric linear actuator is mounted on a helicopter and the operating mechanism is moved instead of the control stick, and the electric linear actuator is required to have high responsiveness as well as compactness and light weight. Was particularly serious.
[0004]
Therefore, as a result of research to solve the problems of the conventional electric linear actuator, the present inventor has conceived the following points. In other words, a conventional electric type that linearly moves an operating rod coupled to a normal nut that is rotationally driven and screwed to the normal screw shaft before the conventional electric linear actuator. In linear actuators, the friction between the screw shaft and the nut is large, so that the nut rotates when the screw shaft is driven to rotate, and the rotational torque of the screw shaft is converted to the thrust of the operating rod. Although it was meaningful to support the rod so that it could move forward and backward in the axial direction of the screw shaft with a ball-circulating linear guide, it used a ball screw shaft and a ball-circulating nut with very little friction between the screw shaft and the nut. In the case of the conventional electric linear actuator, the torque that the nut tries to rotate when the screw shaft is driven to rotate is extremely small. Even if a nut rotation blocking portion having a simple configuration is used instead of using the nut, the rotation of the nut can be sufficiently prevented. In this way, the problems of the conventional electric linear actuator described above are solved. be able to.
[0005]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
This invention provides the electric linear actuator which solved the said subject advantageously in view of the above-mentioned point, and the electric linear actuator of this invention is fixed to the base member (1) and the said base member. A servo motor (2), a ball screw shaft (5) drivingly coupled to the output shaft of the servo motor, a ball circulation nut (7) screwed to the ball screw shaft, and the ball circulation to the base member A nut rotation preventing portion (9a, 10a) for preventing rotation of the ball circulation nut around the axis of the ball screw shaft while allowing the nut to advance and retreat in the axial direction of the ball screw shaft; An operating rod (8) integrally coupled to the circulation nut, and an operating rod for guiding the movement of the operating rod relative to the base member in the axial direction of the ball screw shaft. An electric linear actuator comprising a guide portion (1e, 8a), wherein the nut rotation prevention portion includes a rotation prevention surface (10a) fixed to the base member and one end of the ball circulation nut. And an obstructed surface (9a) on the outer periphery of the sliding member (9) fixed to the portion, the rotation preventing surface extends in the axial direction of the ball screw shaft, and the obstructed surface is The operating rod guide portion is in sliding contact with the rotation preventing surface, and the advance / retreat movement guide surface (1f) fixed to the base member and a guided surface (8a) fixed to the operation rod. One of the forward / backward movement guide surface and the guided surface extends in the axial direction of the ball screw shaft, the other surface is in sliding contact with the one surface, and the base member is A cylindrical casing (1) that accommodates the ball screw shaft and the ball circulation nut. And the anti-rotation surface (10a) is formed by two planes that are fixed to the inside of the casing and extend parallel to each other and face each other, and the obstructed surface (9a) Two planes that are spaced apart from the inner peripheral surface of the casing except for sliding contact with the rotation preventing surface, allow air to move through the gap formed by the separation, and form the rotation preventing surface of the casing on the outer peripheral surface excluding the outer, flat surfaces to place the linear sensor for detecting the forward and backward movement of the actuating rod is formed along the axial direction of the ball screw shaft, the flat portions that form the two planes of the casing It is characterized by being formed thicker than the portion forming the surface.
[0006]
In such an electric linear actuator, when the ball screw shaft is rotated by the operation of the servo motor, the ball circulation nut whose rotation around the axis of the ball screw shaft is blocked by the nut rotation preventing portion is moved in the axial direction of the ball screw shaft. The movement rod moves with high accuracy, and the movement rod integrally coupled to the ball circulation nut moves forward and backward with respect to the base member under the guidance of the movement rod guide.
[0007]
In addition, in this electric linear actuator, the nut rotation prevention portion has a rotation prevention surface fixed to the base member and a blocked surface fixed to the ball circulation nut, and these rotations One of the blocking surface and the blocked surface extends in the axial direction of the ball screw shaft, the other surface is in sliding contact with the one surface, and the operating rod guide is fixed to the base member. And a guided surface fixed to the actuating rod, and one of the advancing / retracting guiding surface and the guided surface extends in the axial direction of the ball screw shaft and the other Since this surface is in sliding contact with one of the surfaces, the nut rotation preventing portion and the operating rod guide portion are both configured with a simple sliding contact structure.
[0008]
Therefore, according to the electric linear actuator of the present invention, the nut circulation blocking portion and the actuating rod guide portion have a relatively large weight, occupy a relatively large space, and have a relatively large inertia. Since it is configured with a simple sliding contact structure without using a linear guide, the electric linear actuator can be compact and lightweight and have high responsiveness.
[0009]
In addition, in the present invention, the base member is a casing that accommodates the ball screw shaft and the ball circulation nut, and the rotation prevention surface is fixed inside the casing so that the ball screw shaft According to the configuration that extends in the axial direction and uses the base member as the casing as described above, the electric linear actuator can be configured compactly while protecting the ball screw shaft and the ball circulation nut with the casing.
[0010]
In this invention, the forward / backward moving guide surface fixed to the base member may extend in the axial direction of the ball screw shaft, but the guided surface is fixed to the operating rod. The guide surface on the operating rod side may extend in the axial direction of the ball screw shaft. Thus, according to the configuration in which the guided surface on the operating rod side extends in the axial direction of the ball screw shaft, the base member of the operating rod guide portion is fixed. Since it is not necessary to extend the advancing / retreating guide surface provided in the axial direction of the ball screw shaft over a long length, a base member such as a casing can be made compact.
[0011]
Further, in the present invention, the operating rod may be solid, but a portion of the ball screw shaft on the side opposite to the side coupled to the output shaft of the servo motor is accommodated inside the operating rod. According to the configuration in which the inside of the actuating rod is hollow, a part of the ball screw shaft can be accommodated in the inside of the actuating rod when the actuating rod moves backward. Furthermore, since it can be configured more compact and the operating rod becomes lighter, the responsiveness of the electric linear actuator can be further enhanced.
[0012]
In this invention, the servomotor may be provided with a rotary encoder, but the linear sensor body is fixed to the base member so as to extend in the axial direction of the ball screw shaft, and the linear sensor The displacement detection member may be integrally fixed to the operating rod, and according to the configuration in which the linear sensor is provided in this way, the linear sensor directly detects the forward / backward movement of the operating rod without play. By feeding back a signal from the linear sensor to a control system that controls the operation of the servo motor, the operating rod can be moved back and forth with high precision relative to the base member.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1A is a plan view showing an embodiment of the electric linear actuator of the present invention, FIG. 1B is a longitudinal sectional view of the electric linear actuator of the embodiment, and FIG. ) Is a front view of the electric linear actuator of the embodiment as viewed from the operating rod side, and FIGS. 4B to 4D are views of the electric linear actuator of the embodiment of FIG. Cross-sectional views taken along lines A, BB, and CC, respectively, and FIG. 3 are perspective views showing a part of the electric linear actuator of the embodiment.
[0014]
The electric linear actuator of this embodiment is provided with a casing 1 as a base member as shown in the above drawings. The casing 1 has a generally cylindrical shape as a whole, and has a motor housing portion 1a and a coupling housing. Part 1b, ball screw shaft support part 1c, ball screw shaft / ball circulation nut housing part 1d, and actuating rod support part 1e, which are composed of five parts aligned in the axial direction, which are mutually connected via bolts It is integrally and releasably connected.
[0015]
A servo motor 2 is accommodated in the motor accommodating portion 1a, an Oldham coupling type coupling 3 is accommodated in the coupling accommodating portion 1b, and a pair of ball bearings is accommodated in the ball screw shaft support portion 1c. 4 are fitted, and the ball screw shaft 5 is housed in the coupling housing portion 1b, the ball screw shaft support portion 1c, and the ball screw shaft / ball circulation nut housing portion 1d. Thus, the coupling 3 allows the servomotor output shaft 2a while allowing a slight eccentricity between the output shaft 2a of the servomotor 2 and the rear end portion 5a of the ball screw shaft 5 (left end portion in FIG. 1B). And a ball screw shaft rear end portion 5a are coupled to each other, and the ball bearing 4 rotatably supports a shaft portion 5b located at the rear portion of the ball screw shaft 5 and not formed with a ball screw groove. A nut 6 is screwed to the end of the shaft portion 5b in order to prevent the ball screw shaft 5 itself from moving in the axial direction and to apply a preload to the ball bearing 4.
[0016]
A ball circulation nut 7 is also accommodated inside the ball screw shaft / ball circulation nut housing portion 1d. The ball circulation nut 7 has a ball screw groove formed from the center to the front of the ball screw shaft 5. The threaded portion 5c is screwed.
[0017]
A cylindrical slidable contact surface 1f is formed inside the actuating rod support 1e of the casing 1, and an actuating rod 8 is formed on the slidable contact surface 1f on the cylindrical outer peripheral surface 8a of the actuating rod 8 at the ball screw. The outer peripheral surface 8a of the actuating rod 8 is closely fitted in the axial direction of the ball screw shaft 5 so as to be slidable in the axial direction of the shaft 5 and rotatable about the axis. It extends over the length of the screw portion 5c, and the sliding contact surface 1f of the operating rod support portion 1e is shorter than the screw portion 5c of the ball screw shaft 5, but the axis of the ball screw shaft 5 over a certain length. Thus, the operating rod support portion 1e guides the forward and backward movement of the operating rod 8 relative to the casing 1 in the axial direction of the ball screw shaft 5, and supports the operating rod 8. Therefore, in this embodiment, the cylindrical sliding contact surface 1f of the operating rod support portion 1e corresponds to the forward / backward moving guide surface fixed to the base member of the operating rod guide portion. The cylindrical outer peripheral surface 8a corresponds to the guided surface fixed to the operating rod of the operating rod guide portion.
[0018]
Inside the working rod 8, a cavity 8c is formed from the rear end portion 8b (left end portion in FIG. 1 (b)) to the center portion of the working rod 8, and the rear end portion 8b of the working rod 8 includes the above-mentioned cavity 8c. A ball circulation nut 7 is fitted, and the ball circulation nut 7 and the rear end portion 8b of the operating rod 8 are fixed integrally with each other via bolts. A portion on the front side of the type nut 7 is accommodated in a cavity 8 c inside the operating rod 8.
[0019]
An oil-impregnated sliding member 9 that also serves as a stopper for specifying the retreat limit position of the operating rod 8 is integrated with the ball circulation nut 7 on the side opposite to the rear end portion 8b of the operating rod 8 through bolts. The sliding member 9 has a substantially rectangular shape as shown in FIGS. 2 (d) and 3, while the inner surface of the ball screw shaft / ball circulating nut housing 1d is The sliding member 9 has a rectangular tube shape, and is loosely fitted to the inner surface of the ball screw shaft / ball circulation nut housing 1d with a gap. When the sliding member 9 advances and retracts as the operating rod 8 advances and retreats, this clearance easily allows the air inside the ball screw shaft / ball circulation nut accommodating portion 1d to easily pass through the clearance of the sliding member 9. To make it possible to move from the front to the back and from the back to the front, and to facilitate the high-speed movement of the operating rod 8 while sealing the inside of the ball screw shaft / ball circulating nut housing 1d for dustproofing and waterproofing. belongs to.
[0020]
Thus the two inner surfaces facing each other of the inner surface of the ball screw shaft-circulating-ball nut accommodating portion 1d (FIG. 2 (d) in the right and left inner side surface), Teflon in this example (R) coating layer 10 extends substantially in the axial direction of the ball screw shaft 5 over the entire length of the ball screw shaft / ball circulation nut housing portion 1d, and the oil-impregnated sliding member 9 comprises Sliding between the surfaces 10a of the Teflon (registered trademark) coating layer 10 of the Teflon (registered trademark) layer 10 on the two side surfaces (the left and right outer surfaces in FIG. It is freely and closely fitted. Therefore, in this embodiment, the surface 10a of the Teflon (registered trademark) coating layer 10 corresponds to the rotation prevention surface fixed to the base member of the nut rotation prevention portion, and the sliding member 9 The two side surfaces 9a correspond to the blocked surface fixed to the ball circulation nut of the nut rotation blocking portion.
[0021]
Further, the main body 11a of the variable resistance potentiometer 11 as a linear sensor is fixed to the outer surface of the ball screw shaft / ball circulation nut housing 1d through bolts so as to extend in the axial direction of the ball screw shaft 5. The displacement detecting member 11b of the potentiometer 11 which is movable in the axial direction of the ball screw shaft 5 with respect to the main body 11a is provided on the ball screw shaft / ball circulating nut housing portion 1d as shown in FIG. Inserted into the ball screw shaft / ball circulating nut housing 1d through a slit 1g formed so as to extend in the axial direction, and integrally coupled to the rear end 8b of the operating rod 8 via a bolt. Has been.
[0022]
The motor housing 1a of the casing 1 has three openings 1h for heat dissipation. Further, the coupling housing 1b of the casing 1 is connected to the coupling 3 in the coupling housing 1b after the assembly of the casing 1 with a small screw on the output shaft 2a of the servo motor 2 and the rear end 5a of the ball screw shaft 5. In order to fix, the opening part 1i which can insert a driver is formed, and the cap 12 made of an elastic body is fitted in the opening part 1i after the above fixing work.
[0023]
In the electric linear actuator of this embodiment, when the ball screw shaft 5 is rotated by the operation of the servo motor 2, the Teflon coating layer on the inner surface of the ball screw shaft / ball circulating nut housing portion 1d constituting the nut rotation preventing portion is provided. The ball circulation nut 7, which is prevented from rotating around the axis of the ball screw shaft 5 by sliding contact between the surface 10 a of the sliding member 10 and the side surface 9 a of the sliding member 9, moves with high accuracy in the axial direction of the ball screw shaft 5. Due to the movement, the operating rod 8 integrally coupled to the ball circulation nut 7 is guided with respect to the casing 1 by the sliding contact surface 1f of the operating rod support 1e and the outer peripheral surface 8a of the operating rod 8 under guidance. Move forward and backward.
[0024]
In addition, in the electric linear actuator of this embodiment, the nut rotation preventing portion has a sliding member 9 which is in sliding contact with the surface 10a of the Teflon coating layer 10 on the inner surface of the ball screw shaft / ball circulating nut housing portion 1d. And the operating rod guide portion is composed of the sliding contact surface 1f of the operating rod support portion 1e and the outer peripheral surface 8a of the operating rod 8 that is in sliding contact with the operating rod support portion 1e. Both the part and the operating rod guide part have a simple sliding contact structure.
[0025]
Therefore, according to the electric linear actuator of this embodiment, the nut rotation preventing portion and the actuating rod guide portion have a relatively large weight, a relatively large space, and a relatively large inertia ball. Since it is configured with a simple sliding contact structure without using a circulating linear guide, the electric linear actuator can be made compact and lightweight and have high responsiveness.
[0026]
According to the electric linear actuator of this embodiment, the base member is the casing 1 that accommodates the ball screw shaft 5 and the ball circulation nut 7, and the surface of the Teflon coating layer 10a as the rotation preventing surface is Since it is fixed inside the casing 1 and extends in the axial direction of the ball screw shaft 5, the electric linear actuator can be compactly constructed while the ball screw shaft 5 and the ball circulation nut 7 are protected by the casing 1. Can do.
[0027]
Furthermore, according to the electric linear actuator of this embodiment, the guided surface fixed to the operating rod 8 is the outer peripheral surface 8a of the operating rod 8 extending in the axial direction of the ball screw shaft 5. Since it is not necessary to extend the sliding contact surface 1f of the actuating rod support 1e as the advance / retreat movement guide surface in the axial direction of the ball screw shaft 5, the base member such as the casing can be made compact. .
[0028]
Furthermore, according to the electric linear actuator of this embodiment, a cavity for accommodating the part of the ball screw shaft 5 on the side opposite to the side that is drivingly coupled to the output shaft 2a of the servo motor 2 in the operating rod 8. Since 8c is formed, a part of the ball screw shaft 5 can be accommodated inside the operating rod 8 when the operating rod 8 moves backward, so that the electric linear actuator can be configured more compactly. Since the weight is reduced, the response of the electric linear actuator can be further enhanced.
[0029]
According to the electric linear actuator of this embodiment, the main body 11a of the potentiometer 11 is fixed to the casing 1 so as to extend in the axial direction of the ball screw shaft 5, and the displacement detection member 11b of the potentiometer 11 is Since the potentiometer 11 directly detects the forward / backward movement of the actuating rod 8 without play because it is integrally fixed to the actuating rod 8, the control system (not shown) for controlling the operation of the servo motor 2 is supplied from the potentiometer 11 to the actuating rod 8. By feeding back the signal, the operating rod 8 can be moved back and forth with respect to the casing 1 with extremely high accuracy.
[0030]
FIG. 4 is a perspective view showing an application example in which the electric actuator of the above embodiment is mounted on a manned helicopter and the operation mechanism is moved instead of the control stick. Reference numeral 13 in the figure denotes the front of the manned helicopter. Reference numeral 14 denotes the electric actuator of the above embodiment. As described above, if a plurality of the electric actuators 14 of the above embodiment are mounted and the operation mechanism is moved instead of the control stick, the manned helicopter 13 is unmannedly flying by, for example, wireless control or computer-controlled automatic control. Therefore, it is possible to manufacture an unmanned helicopter with extremely high loading capacity at low cost, and in such a case, the electric actuator 14 of the above embodiment is compact and lightweight, and has high responsiveness. Particularly advantageous.
[0031]
As mentioned above, although demonstrated based on the example of illustration, this invention is not limited to the above-mentioned example, For example, both a nut rotation prevention part and an action | operation rod guide part are comprised by a pair of sliding surface which mutually slidably contacts. For example, those skilled in the art can make appropriate changes within the scope of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing an embodiment of an electric linear actuator of the present invention, and FIG. 1B is a longitudinal sectional view of the electric linear actuator of the embodiment.
2A is a front view of the electric linear actuator of the above embodiment as viewed from the operating rod side, and FIGS. 2B to 2D are views of the electric linear actuator of the embodiment shown in FIG. Is a cross-sectional view taken along lines AA, BB and CC, respectively.
FIG. 3 is a perspective view showing a part of the electric linear actuator of the embodiment described above.
FIG. 4 is a perspective view showing an application example in which an unmanned flight is enabled by mounting the electric actuator of the above embodiment on a manned helicopter and moving an operation mechanism instead of its control stick.
[Explanation of symbols]
1 casing
1f Sliding contact surface 2 Servo motor 3 Coupling 4 Ball bearing 5 Ball screw shaft 6 Nut 7 Ball circulating nut 8 Actuating rod
8a Outer peripheral surface 9 Sliding member
9a side
10 Teflon coating layer
10a surface
11 Potentiometer 11
11a body
11b Transition detection member
12 cap

Claims

A base member (1);
A servo motor (2) fixed to the base member;
A ball screw shaft (5) drivingly coupled to the output shaft of the servo motor;
A ball circulation nut (7) screwed onto the ball screw shaft;
A nut rotation preventing portion (9a) that prevents the rotation of the ball circulation nut around the axis of the ball screw shaft while allowing the ball circulation nut to advance and retreat in the axial direction of the ball screw shaft with respect to the base member. , 10a)
An actuating rod (8) integrally coupled to the ball circulation nut;
An actuating rod guide (1e, 8a) for guiding the actuating rod relative to the base member to advance and retreat in the axial direction of the ball screw shaft;
In the electric linear actuator comprising
The nut rotation blocking portion includes a rotation blocking surface (10a) fixed to the base member and a blocked surface on the outer periphery of a sliding member (9) fixed to one end of the ball circulation nut. (9a)
The rotation preventing surface extends in the axial direction of the ball screw shaft, and the blocked surface is in sliding contact with the rotation preventing surface,
The operating rod guide portion has a forward / backward moving guide surface (1f) fixed to the base member, and a guided surface (8a) fixed to the operating rod,
One surface of the advance / retreat movement guide surface and the guided surface extends in the axial direction of the ball screw shaft, and the other surface is in sliding contact with the one surface,
The base member is formed by a cylindrical casing (1) that accommodates the ball screw shaft and the ball circulation nut, and the anti-rotation surface (10a) is fixed inside the casing and parallel to each other. The blocked surface (9a) is separated from the inner peripheral surface of the casing except that the blocked surface (9a) is in sliding contact with the rotation preventing surface. Air movement through the gaps,
A flat surface on which a linear sensor for detecting the advancing and retreating movement of the operating rod is arranged along the axial direction of the ball screw shaft on the outer peripheral surface of the casing excluding the outer side of the two planes forming the rotation preventing surface, An electric linear actuator characterized in that a portion forming the two flat surfaces of the casing is formed thicker than a portion forming the flat surface.

The electric linear actuator according to claim 1, wherein the guided surface (8a) is fixed to the operating rod and extends in an axial direction of the ball screw shaft.

A cavity (8c) is formed in the working rod to accommodate a portion of the ball screw shaft that is opposite to the side that is drivingly coupled to the output shaft of the servo motor. The electric linear actuator according to claim 1 or 2.

Said base member, said body of the linear sensor (11) (11a) is fixed so as to extend in the axial direction of the ball screw shaft,
The electric linear actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the displacement detection member (11b) of the linear sensor is integrally fixed to the operating rod.