JP5000783B2 - 衝撃吸収機構を備えた電動アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、電動モータの回転運動を送りねじ機構によって並進運動に変換する電動アクチュエータに係り、特に外部からの衝撃荷重を吸収する機構を備え、例えば油圧シリンダ装置に置き換えて使用することが可能な電動アクチュエータに関する。

特許文献１には油圧シリンダ装置の伸縮作動によって動力を発生する船外機のチルト・トリム装置が開示されている。このチルト・トリム装置は、船体の船尾板に固定されるクランプブラケットと、このクランプブラケットに対して鉛直方向に揺動可能に軸支されたスイベルブラケットと、これらクランプブラケットとスイベルブラケットとの間に配設された油圧シリンダ装置とから構成されており、プロペラ及びエンジンを備えた船外機が前記スイベルブラケットに対して水平方向に揺動可能に軸支されている。そして、前記油圧シリンダ装置に伸縮動作を行わせることで、前記スイベルブラケットがクランプブラケットに対して鉛直方向に傾動し、前記船外機を水面上に上げ下げすることができるようになっている。

また、このようなチルト・トリム装置は船外機を単に水面上に上げ下げするだけでなく、急激な外力から船外機を保護する役目も担っている。すなわち、船体が水上を航走している最中に、船外機が流木等の障害物に衝突し、あるいは暗礁等の水中障害物に乗り上げてしまうケースが想定されることから、船外機に対して衝突エネルギが作用した場合には、前記油圧シリンダ装置によるスイベルブラケットの拘束状態を直ちに解除することが必要とされる。このため、前記油圧シリンダ装置にはシリンダ内の油圧変化に追従して開閉する複数のボールバルブが設けられ、オイルポンプの動作とは無関係に、急激な外力に応じて当該油圧シリンダ装置が自由に伸縮できるように構成されていた。

特開平７−１００８３号公報

しかし、油圧シリンダ装置にはオイルポンプを駆動する電動モータやオイルタンクが必要となる他、油圧変化に追従するための各種バルブや配管が必要となり、構造が複雑となることから軽量化、小型化が難しいといった課題がある。また、配管やバルブからオイルが漏れだす懸念もあり、環境負荷が高いといった課題もあった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、油圧シリンダ装置と比較して軽量化、小型化を容易に図ることができ、かかる油圧シリンダ装置に置き換えて使用することが可能であると共に、突然に作用する衝撃荷重に対して自由に伸長又は収縮することが可能な電動アクチュエータを提供することにある。

すなわち、本発明は、第一の構造体に固定されるハウジングと、中空部を有すると共に前記ハウジングに対して進退自在に保持され、第二の構造体に固定される出力ロッドと、前記ハウジングに対して回転自在に保持されると共に前記出力ロッドの中空部内に挿通され、電動モータによって適宜回転が与えられるねじ軸と、前記出力ロッドに備えられると共に前記ねじ軸に組み付けられて当該ねじ軸の回転に応じて軸方向へ移動するナット部材と、を備えた電動アクチュエータである。そして、前記出力ロッドは、前記ねじ軸の周囲に配置されると共に前記ナット部材が設けられた駆動筒と、前記駆動筒と重ねてねじ軸の周囲に配置されると共に当該駆動筒に対して進退自在であり、前記第二の構造体が固定される可動筒とを備え、更に、前記駆動筒と可動筒の間には、当該駆動筒に対して可動筒を係止する一方、前記第二の構造体に固定された可動筒に対して所定以上の軸力が作用した場合に前記駆動筒に対する可動筒の移動を許容する解放機構が設けられている。

以上のように構成された電動アクチュエータでは、電動モータを回転させると前記ねじ軸がハウジング内で回転し、ナット部材を介してこのねじ軸に組み付けられた出力ロッドがねじ軸の回転方向に応じてその周囲を軸方向へ進退する。前記出力ロッドは駆動筒及び当該駆動筒に対して移動自在な可動筒を備えており、これら駆動筒及び可動筒の間には解放機構が設けられている。前記解放機構によって前記可動筒が駆動筒に対して係止されている状態では、前記駆動筒がねじ軸の回転に応じて進退すると、当該駆動筒と一緒に可動筒も軸方向へ移動し、かかる可動筒が前記ハウジングに対して進退することになる。これにより、ハウジングが固定される第一の構造体と可動筒が固定される第二の構造体との間に押圧力を及ぼすことが可能となる。

一方、第一の構造体と第二の構造体との間に衝撃荷重が作用し、前記可動筒に対して所定以上の軸力が作用すると、前記解放機構は駆動筒に対する可動筒の移動を許容するので、可動筒は駆動筒の進退とは無関係にハウジングに対して進退することが可能となる。これにより、第一の構造体と第二の構造体との間に衝撃荷重が作用した場合であっても、可動筒をハウジングに対して自由に進退させることができ、前記衝撃荷重の作用による電動アクチュエータの破損を防止することが可能となる。

本発明の電動アクチュエータを用いて構成した船外機のチルト・トリム装置の一例を示す図である。 本発明を適用した電動アクチュエータの第一実施形態を示す斜視図である。 第一実施形態に係る電動アクチュエータにおいて外筒が係止位置に設定されている状態を示す正面断面図である。 第一実施形態に係る電動アクチュエータにおいて外筒が係止位置から離脱した状態を示す正面断面図である。 ボールプランジャの実施形態の一例を示す斜視図である。 図５に示したボールプランジャの正面図である。 図５に示したボールプランジャに使用される板ばねを示す斜視図である。 図３中の部位ＶＩＩＩの詳細を示す拡大図である。 図４中の部位ＩＸの詳細を示す拡大図である。 本発明を適用した電動アクチュエータの第二実施形態を示す正面断面図である。 図１０中の部位ＸＩの詳細を示す拡大図である。 第二実施形態における係止要素を示す斜視図である。 第二実施形態に係る電動アクチュエータにおいて外筒が係止位置から離脱した状態を示す正面断面図である。 第二実施形態に係るピストン軸受を示す斜視図である。

以下、添付図面を用いながら本発明の電動アクチュエータを詳細に説明する。

図１は本発明の電動アクチュエータを用いて構成した船外機のチルト・トリム装置の一例を示す図である。このチルト・トリム装置は、船外機１を船体２の船尾板３に取り付ける装置であり、前記船尾板３に固定される第一の構造体としてのクランプブラケット４と、前記船外機１を支えると共に前記クランプブラケット４に対して支軸５を中心として揺動自在に連結された第二の構造体としてのスイベルブラケット６と、一端がピン７を介して前記クランプブラケット４に、他端がピン８を介して前記スイベルブラケット６に結合された電動アクチュエータ１０とから構成されている。前記電動アクチュエータ１０を駆動して、当該電動アクチュエータ１０を伸長させると、前記支軸５を中心としてスイベルブラケット６が鉛直方向（紙面上下方向）に揺動し、船外機１を船体２に対して矢線Ａ方向へ持ち上げることができるようになっている。

図２は、本発明を適用した電動アクチュエータ１０の第一実施形態を示す斜視図であり、内部構造が把握できるよう、一部を断面図として描いてある。この電動アクチュエータ１０はねじ運動機構を用いて電動モータ１１から出力される回転運動を出力ロッド９の並進運動に変換するものであり、前記電動モータ１１の回転に応じて円筒状に形成されたハウジング１３の先端から矢線Ｂ方向へ出力ロッド９を突出させ、又はハウジング１３の内部に出力ロッド９を引き込むことができるように構成されている。

前記ハウジング１３はギヤケース１４から突出しており、かかるギヤケース１４には前記ハウジング１３に並ぶようにして電動モータ１１が固定されている。また、前記ギヤケース１４は、前記ハウジング１３と一体に形成されたベース筐体１４ａと、このベース筐体１４ａに対してボルト１５で固定されるカバー筐体１４ｂとから構成されており、ベース筐体１４ａとカバー筐体１４ｂとの間にはガスケットが介装されて前記ギヤケース１４の密閉性が確保されている。このギヤケース１４の内部には電動モータ１１の回転を後述するねじ軸に伝達するための減速ギヤ列が収容されている。

図示はされていないが、前記ギヤケーシング１４には前記クランプブラケット４に結合するピン７を貫通させるためのクレビスが設けられる。

また、円筒状に形成された前記ハウジング１３の中空部の中心には、ねじ運動機構を構成するねじ軸１６が配設されている。このねじ軸１６はベアリング１７及びベアリングケース１８を介して前記ベース筐体１４ａ及びハウジング１３に対して回転自在に保持されており、前記ギヤケース１４内に挿入されたねじ軸１６の軸端にはカップリング１９を介して減速ギヤが連結されている。

前記ねじ軸の外周面にはボールの転動溝が螺旋状に形成されており、当該ねじ軸には多数のボールを介してナット部材２０が組み付けられている。前記ナット部材２０はねじ軸の転動溝を転動する多数のボールを有すると共に、これらボールの無限循環路を備えている。前記ナット部材２０には中空部を有する円筒状の駆動筒２１が固定されており、ナット部材２０を貫通した前記ねじ軸１６の軸端は前記駆動筒２１の中空部に収容されている。すなわち、前記ナット部材２０とねじ軸１６はボールねじ装置を構成しており、ねじ軸１６の回転に応じてナット部材２０が前記駆動筒２１と共に前記ハウジング１３の中空部内を軸方向へ進退する。尚、ねじ軸１６及びナット部材２０から構成されるねじ運動機構としてはボールねじ装置に限られるものではなく、滑りねじ装置であっても差し支えない。但し、ねじ軸１６に必要な回転トルクの低減化、前記電動モータの小型化といった観点からすると、ボールねじ装置が好適である。また、前記ナット部材２０は前記駆動筒２１の一部として、当該駆動筒２１に備えられていれば良く、図示のようにナット部材２０を駆動筒２１に固定しても、あるいは駆動筒２１の一部にナット部材２０の構造を直接設けても差し支えない。

一方、前記ハウジング１３の中空部内には前記ねじ軸１６及び駆動筒２１を覆う円筒状の可動筒１２が収容されている。前記可動筒１２は前記ねじ軸１６の周囲において前記駆動筒２１と重ねて配置されており、前記駆動筒２１及び可動筒１２が組み合わさって前記出力ロッド９を構成している。この可動筒１２の軸方向長さは前記ハウジング１３の軸方向長さよりも長尺に設定されており、かかる可動筒１２の一部は前記ハウジング１３のギヤケース１４と反対側の開口から当該ハウジング１３外に突出している。前記ハウジング１３から突出した外筒１３の軸端に設けられた開口はキャップ部材１３ａによって塞がれており、かかるキャップ部材１３ａには前記スイベルブラケット６に結合するピン８を貫通させるためのクレビス１３ｂが設けられている。

前記可動筒１２は一対の軸受ブッシュ２３，２４を介して前記ハウジング１３に組み付けられており、かかるハウジング１３に対して軸方向へ移動自在に保持されている。一方の軸受ブッシュ２３は前記ハウジング１３のギヤケース１４とは反対側の端部に固定されて、前記可動筒１２の外周面に当接し、他方の軸受ブッシュ２４はギヤケース１４寄りの可動筒１２の端部に固定されて前記ハウジング１３の内周面に当接している。図２はハウジング１３に対して可動筒１２を引き込んだ状態を示しているが、かかる可動筒１２を矢線Ｂ方向へ移動させてハウジング１３から突出させると、前記軸受ブッシュ２４がハウジング１３の内周面を摺接しながら移動し、ハウジング１３に固定されたもう一方の軸受ブッシュ２３に接近していくことになる。これにより、可動筒１２をハウジング１３に対して堅固に保持しながら、当該可動筒１２をハウジング１３に対して進退させることが可能となっている。尚、符号２５は前記ハウジング１３の開口縁において当該ハウジング１３と可動筒１２との間を密封するシール部材である。

また、前記駆動筒２１と可動筒１２との間には前記駆動筒２１に対して前記可動筒１２を係止する解放機構３０が設けられている。この解放機構３０は、可動筒１２の内周面に対して周方向に沿って環状に形成された断面Ｖ字状の係止溝３１と、前記駆動筒２１の外周面に保持されると共に前記係止溝３１に向けて付勢された一乃至複数の係止要素３６とから構成されている。各係止要素３６は凸球面を備えており、当該係止要素３６を前記係止溝３１に向けて付勢することにより、前記凸球面が係止溝３１に没入して、前記駆動筒２１に対して前記可動筒１２が係止されるようになっている。

図３は前記解放機構３０が可動筒１２を駆動筒２１に対して係止している状態を示す正面断面図であり、前記ギヤケース１４を省略して描いてある。この状態では前記駆動筒２１に保持された係止要素３６の一部が前記可動筒１２に形成された係止溝３１に入り込んでおり、前記駆動筒２１が軸方向へ移動すると前記可動筒１２も軸方向へ一緒に移動することになる。すなわち、電動モータ１１を駆動してねじ軸１６を回転させると、このねじ軸１６に螺合するナット部材２０及びそれに固定された駆動筒２１が軸方向へ移動し、前記解放機構３０によって駆動筒２１に係止された可動筒１２も軸方向へ移動することになる。これにより、電動モータ１１の回転方向に応じて前記可動筒１２をハウジング１３から任意量だけ突出させ、また、かかる可動筒１２をハウジング１３内に引き戻すことが可能となっている。

前記駆動筒２１及び可動筒１２は前記ハウジンング１３に対して進退自在に保持された前記出力ロッド９を構成しており、前記解放機構３０が駆動筒２１に対して可動筒１２を係止している状態では、前記出力ロッド９の全体が前記ねじ軸１６の回転に応じて進退する。

一方、図４は前記駆動筒２１に対する可動筒１２の係止状態が解除され、かかる可動筒１２が駆動筒２１の停止位置とは無関係に前記ハウジング１３から突出した状態を示す正面断面図である。前記解放機構３０の係止要素３６は可動筒１２の係止溝３１に向けて付勢されているので、電動モータ１１を停止した状態、すなわち駆動筒２１がハウジング１３に対して一定位置に保持された状態において、前記可動筒１２に対して軸方向へ大きな荷重が作用すると、前記係止要素３６が可動筒１２の係止溝３１から離脱し、駆動筒２１に対する可動筒１２の係止状態が解除される。これにより、前記可動筒１２は前記駆動筒２１と分離され、ハウジング１３に対して自由に軸方向へ移動することが可能となり、例えば図３に示す状態から駆動筒２１を移動させることなく、図４に示すように可動筒１２のみをハウジング１３から引き出すことができる。

尚、この実施形態では前記可動筒１２の内周面に係止溝３１を形成し、前記駆動筒２１の外周面に係止要素３６を保持したが、これとは逆に、前記可動筒１２の内周面に係止要素３６を保持し、前記駆動筒２１の外周面に係止溝３１を形成しても差し支えない。

図５及び図６は前記係止要素３６とこれを前記可動筒１２の内周面に向けて付勢するための具体的構成を示すものであり、前記係止要素３６としての鋼球が複数配置されたボールプランジャを示している。このボールプランジャ３２は前記駆動筒２１の外周面に固定して使用されるものであり、図５は前記ボールプランジャ３２を駆動筒２１から拭き取った斜視図、図６は前記ボールプランジャ３２の正面図である。このボールプランジャ３２は、前記駆動筒２１の外周面に嵌合するリング部材３３と、このリング部材３３の外周面に形成された凹溝３４内に配置される一対の板ばね３５と、これら板ばね３５によって前記係止溝３１に向けて付勢される複数の係止要素３６と、この係止要素３６の脱落を防止するリング状の保持器３７とから構成されている。

図７に示すように、各板ばね３５は金属板を半円状に湾曲させて形成されており、一対の板ばね３５が前記リング部材３３を囲むようにして配置されている。このボールプランジャ３２ではリング部材３３の周囲に前記係止要素３６としての鋼球が等間隔で６個配置されており、各板ばね３５には各鋼球３６に対応した押圧部３８が３カ所設けられている。互いに隣接する押圧部３８の間には板ばね３５の縁辺からスリット３９が向かい合って形成されており、各押圧部３８では前記スリット３９によって切り離された部位が脚部４０として前記リング部材３３に向けて屈曲している。また、各押圧部３８の中心には前記係止要素３６としての鋼球を位置決めする貫通孔４１が形成されており、この貫通孔４１の直径は鋼球３６の直径よりも小さく形成されている。

更に、前記保持器３７は金属板を略Ｃ字状に湾曲させて形成されている。この保持器３７の一方の縁辺からは前記板ばね３５に配置された６個の鋼球３６に対応して切欠き溝３７ａが設けられており、この切欠き溝３７ａの溝幅は前記鋼球３６の直径よりも狭く設定されている。この保持器３７は前記板ばね３５及び鋼球３６をリング部材３３の周囲に配置した後、リング部材３３の軸方向から当該リング部材３３の外側に被せられる。このとき、保持器３７に形成した各切欠き溝３７ａに前記板ばね３５上に配置された鋼球３６が入り込み、各鋼球３６は板ばね３５の押圧部３８に形成された貫通孔４１と前記保持器３７の切欠き溝３７ａとの間で拘束される。これにより、ボールプランジャ３２の組立が完了し、前記保持器３７をリング部材３３から取り外さない限り、前記鋼球３６及び板ばね３５がリング部材３３から脱落することがない。

図８及び図９は前記解放機構３０の動作状態を示す拡大図であり、図８は前記可動筒１２が駆動筒２１に対して係止された状態を、図９は前記可動筒１２が駆動筒２１から分離され当該駆動筒２１に対する可動筒１２の移動が許容された状態を示している。図３に示すように前記可動筒１２が駆動筒２１に対して最も引き込まれた状態において、前記ボールプランジャ３２の鋼球３６は可動筒１２の係止溝３１に対向している。図８に示すように、ボールプランジャ３２の板ばね３５はその脚部４０をリング部材３３に当接させており、前記鋼球３６は板ばね３５の押圧部３８に形成された貫通孔４１の上に載っかっている。板ばね３５の押圧部３８は鋼球３６をリング部材３３から引き離す方向（紙面上方向）、すなわちボールプランジャ３２の半径方向外側に位置する可動筒１２に向けて付勢しており、鋼球３６の球面の一部は対向する係止溝３１に没入している。このため、前記鋼球３６は板ばね３５に対して可動筒１２を拘束した状態にあり、また板ばね３５は駆動筒２１に固定されたリング部材３３の凹溝３４内に配置されていることから、結果として駆動筒２１に対して可動筒１２が拘束された状態にある。このため、前記可動筒１２は駆動筒２１に対して係止された状態にあり、駆動筒２１が軸方向（紙面左右方向）へ移動すると、可動筒１２もこれと一緒に軸方向へ移動することになる。

一方、図８に示す状態から前記可動筒１２に対して軸方向に沿った大きな外力が作用すると、断面Ｖ字状に形成された係止溝３１が鋼球３６を駆動筒２１に向けて半径方向へ押圧し、かかる押圧力が板ばね３５の付勢力に打ち勝つと、図９に示すように板ばね３５の脚部４０が弾性変形し、鋼球３６が可動筒１２の係止溝３１から離脱する。これにより、駆動筒２１に対する可動筒１２の係止状態が解除され、前記可動筒１２は電動モータ１１の回転と関係なく自由に軸方向へ移動してハウジング１３から突出することが可能となる。前記駆動筒２１に対する可動筒１２の係止状態を解除するために必要となる軸方向外力の大きさは、前記ボールプランジャ３２における板ばね３５の付勢力や、可動筒１２に形成された係止溝３１の断面形状、かかる係止溝３１の溝幅に対する鋼球３６の直径を調整することで、任意に設定することが可能である。

尚、前記係止溝３１及びボールブランジャ３２は前記解放機構３０の一例であり、例えば前記係止溝３１は係止要素３６との対向位置に形成されていれば、周方向に連続する環状溝である必要はない。また、係止要素３６はその先端が係止溝３１に入り込む一方、外力に応じて係止溝３１から離脱できるものであれば、鋼球である必要はなく、例えば先端に凸球面を有するピン部材であっても差し支えない。

ところで、例えば可動筒１２に対してこれをハウジング１３から引き抜く方向へ大きな外力が作用し、前述の如く解放機構３０による駆動筒２１と可動筒１２との係止状態が解除されて当該駆動筒２１に対する可動筒１２の移動が許容されると、作用した外力によって前記可動筒１２が勢い良くハウジング１３から突出する懸念がある。このような挙動が可動筒１２に生じると、例えば図１に示すチルト・トリム装置では船外機１が急激に跳ね上がることになって危険である他、電動アクチュエータ１０そのものが破損する可能性もある。

このため、この第一実施形態に示す電動アクチュエータ１０では、前記駆動筒２１に対する可動筒１２の急激なスライドを抑えるための減衰機構が前記出力ロッド９に設けられている。前記駆動筒２１は可動筒１２の軸方向長さの１／２よりも僅かに長尺に形成されており、図３に示すように、駆動筒２１の外周面と可動筒１２の内周面との間にはオイル等の粘性流体が密封された作用室５０が形成されている。また、この作用室５０を密封するため、前記駆動筒２１の軸方向の両端には鍔部材５６，５７を介して一対のオイルシール５１，５２が保持されており、これらオイルシール５１，５２は前記可動筒１２の内周面に接している。前記ボールプランジャ３２は前記オイルシール５２と隣接する位置で駆動筒２１の外周面に固定されており、前記作用室５０内に位置している。このため、前記作用室５０に密閉された粘性流体はボールプランジャの鋼球３６の磨耗を防ぐ役割も果たしている。

一方、一対のオイルシール５１，５２で区画された前記作用室５０内には隔壁５３が設けられている。この隔壁５３は前記可動筒１２の軸方向の略中央に形成されており、前記可動筒１２の内周面から内径側に向けて張り出して前記駆動筒２１の外周面に接している。このため、前記解放機構３０による駆動筒２１と可動筒１２との係止状態が解除されて、可動筒１２が駆動筒２１に対して軸方向へ移動を生じると、図４に示すように、前記隔壁５３が駆動筒２１の軸方向両端に保持された一対のオイルシール５１，５２の間で作用室５０内を軸方向へ移動することになり、かかる作用室５０が前記隔壁５３によって第一作用室５０ａ及び第二作用室５０ｂに二分されることになる。また、この隔壁５３には軸方向に沿って複数のオリフィス５４が貫通しており、作用室５０内を隔壁が移動すると、前記第一作用室５０ａから他方の第二作用室５０ｂへ粘性流体が流動するように構成されている。尚、可動筒１２が駆動筒２１に対して係止された状態、すなわち図３に示す状態では、前記隔壁５３が一方のオイルシール５２側に位置して前記ボールプランジャ３２と接しており、第二作用室５０ｂは前記ボールプランジャの周囲にのみ形成されている。

従って、前記解放機構３０による駆動筒２１と可動筒１２との係止状態が解除され、作用した外力によって前記可動筒１２が駆動筒２１に対して移動を開始すると、前記隔壁５３が駆動筒２１の外周面に摺接しながら軸方向へ移動して、かかる隔壁５３とオイルシール５２との間に前記第二作用室５０ｂが形成される。これに伴い、第一作用室５０ａに密封された粘性流体が前記オリフィス５４を通じて第二作用室５０ｂに流動するが、前記オリフィス５４の断面積は作用室５０の断面積よりも極度に小さいため、粘性流体に対して流路抵抗が作用する。すなわち、前記作用室５０、隔壁５３、オリフィス５４によってオイルダンパに模した構造が前記出力ロッド９に与えられている。そして、このような減衰機構が電動アクチュエータ内に設けられたことにより、前記解放機構３０による駆動筒２１と可動筒１２との係止状態が解除されても、前記可動筒１２がハウジング１３から急激に飛び出す危険を回避することができる他、自由状態（図４の状態）にある可動筒１２が急激にハウジング１３内に押し込まれる危険を回避することも可能となる。

また、前記駆動筒２１と可動筒１２との間には、駆動筒２１との係止状態が解除された可動筒１２を図３に示す係止位置に復帰させるための弾性部材５５が設けられている。具体的には、前記第一作用室５０ａの内部に弾性部材５５としてのコイルスプリングが設けられており、かかるコイルスプリング５５は前記オイルシール５１を保持する鍔部材５６と前記隔壁５３との間に配置されている。このコイルスプリング５５は可動筒１２が駆動筒２１に対して係止されている状態、すなわち第一作用室５０ａが最大サイズに設定されている状態で自由長となり、その両端が前記鍔部材５６及び隔壁５３に接している。そして、可動筒１２の係止状態が解除されて隔壁５３が駆動筒２１に対して移動し、第２作用室５０ｂが形成されるにつれて、前記コイルスプリング５５は図４に示すように徐々に圧縮され、前記可動筒１２を係止位置に押し戻す付勢力を発揮する。

このため、前記解放機構３０による可動筒１２と駆動筒２１との係止状態が解除されて、可動筒１２が駆動筒２１に対して自由に移動を生じた場合であっても、前記コイルスプリング５５が可動筒１２を係止位置に押し戻す付勢力を発揮するので、前記係止状態を解除する契機となった外力が可動筒１２から取り除かれれば、かかる可動筒１２は自ずと係止位置に復帰し、前記解放機構３０によって可動筒１２が駆動筒２１に対して再び係止され、両者を一体化することができる。

尚、前記解放機構３０は、必ずしも前述の如き係止溝３１と係止要素３６との組合せでなくとも良い。例えば、前記駆動筒２１に対して前記可動筒１２を所定の付勢力で軸方向へ押圧する弾性部材を設け、当該付勢力に打ち勝つ外力が前記可動筒１２に作用した場合にのみ、前記駆動筒２１に対する前記可動筒１２の移動を許容するように構成することができる。一例としては、前記コイルスプリング５５の付勢力を調整することで、前記解放機構３０の機能を当該コイルスプリング５５に発揮させることが可能であり、その場合には前記係止溝３１及び係止要素３６は省略することができる。また、前記解放機構３０として使用可能な弾性部材としては、線形特性ばねに限らず、不等ピッチコイルスプリングのような非線形特性ばねを使用することも可能である。

以上のように構成された電動アクチュエータ１０では、図３に示すように、駆動筒２１が可動筒１２の中空部内に最も入り込んだ状態が当該電動アクチュエータ１０の最も短い状態であり、このとき解放機構３０は駆動筒２１に対して可動筒１２を係止している。この電動アクチュエータ１０を船外機１のチルト・トリム装置に適用した場合を想定すると、前記状態が図１に示すように船外機１のプロペラを水中に下ろした状態に対応しており、船体２の航走が可能である。

そして、この状態から電動モータ１１を回転させると、ナット部材２０を介してねじ軸１６に螺合した駆動筒２１がハウジング１３内を軸方向へ移動し、これに伴って駆動筒２１に係止された可動筒１２は当該駆動筒２１と一緒に移動してハウジング１３から突出し、電動アクチュエータ１０の全長が徐々に長くなる。これにより、チルト・トリム装置では船外機１が矢線Ａ方向へ傾動し、プロペラを水中から水上へ持ち上げることができる。

一方、船外機１を図１に示す状態に設定して船体２が航走している最中に、流木などの水中の障害物が船外機１に衝突した場合を想定すると、かかる障害物と船外機１との衝突によってスイベルブラケット６に連結された電動アクチュエータ１０の可動筒１２には軸方向への衝撃荷重が作用するので、前記解放機構３０の係止要素３６が可動筒１２の係止溝３１から離脱し、駆動筒２１に対する可動筒１２の係止状態が解除されて当該駆動筒２１に対する可動筒１２の移動が許容される。このため、電動モータ１１が停止しているにもかかわらず、可動筒１２がハウジング１３から突出することが可能となり、船外機１を支えているスイベルブラケット６は矢線Ａ方向へ自由に傾動することが可能となる。これにより、障害物との衝突による船外機１及びチルト・トリム装置の破損を防止することが可能となる。

また、前記衝撃荷重によって電動アクチュエータ１０の可動筒１２がハウジング１３から突出する際には、前記駆動筒２１と可動筒１２との間に設けられた減衰機構が働き、可動筒１２の急激な突出に対して抵抗力を作用させるので、前記解放機構３０による係止状態が解除されたとしても、かかる可動筒１２が瞬時にハウジング１３から引き出されることはなく、電動アクチュエータ１０の破損を防止することが可能となる。また、チルト・トリム装置に関しては、前述した障害物との衝突に起因してスイベルブラケット６の傾動が自由になっても、船外機１が衝突の衝撃によって急激に跳ね上がるのを防止することができ、船外機１を安全に使用することが可能となる。

更に、このように不意の衝撃荷重に起因して可動筒１２がハウジング１３から引き出されたとしても、前記コイルスプリング５５の付勢力が可動筒１２を駆動筒２１との係止位置に向けて付勢するので、可動筒１２に作用する軸方向の外力が除去されれば、かかる可動筒１２は速やかに係止位置に復帰して駆動筒２１に係止され、以降は電動モータ１１の回転に応じた駆動筒２１の動きに追従することになる。このことをチルト・トリム装置に当てはめてみると、障害物との衝突によってスイベルブラケット６が一時的に矢線Ａ方向へ傾動しても、かかるスイベルブラケット６は直ちに元の状態、すなわち電動アクチュエータ１０によって拘束された航走状態へ自動的に復帰することになる。

このように本発明を適用した電動アクチュエータ１０は、油圧シリンダ装置の置き換えに最適であり、しかも油圧シリンダ装置に比べて構造が簡易なので、小型化及び低コスト化を容易に達成することが可能となる。また、油圧シリンダ装置のようなオイル漏れの懸念がなく、環境負荷も低減することが可能となる。

次に、本発明を適用した電動アクチュエータの第二実施形態について説明する。

図１０は第二実施形態の電動アクチュエータ１００を示す正面断面図であり、出力ロッド９０をハウジング１３０内に引き込んだ状態、すなわち電動アクチュエータ１００の軸方向長さを最も短くした状態を示している。尚、この図１０は第一実施形態を示した図３と同様に前記ギヤケース１４を省略して描いてある。

円筒状に形成された前記ハウジング１３０の中空部の中心にはねじ運動機構を構成するねじ軸１６０が配設され、このねじ軸１６０には多数のボールを介してナット部材２００が組み付けられている。前記ねじ軸１６０は図示外のベアリングによって前記ハウジング１３０に対して回転自在に保持されており、電動モータの回転が減速ギヤを介して伝達される。前記ねじ軸１６０及びナット部材２００の組合せはボールねじ装置を構成している。

前記ナット部材２００には中空部を有する駆動筒１２０が固定され、前記ねじ軸１６０は前記駆動筒１２０の中空部を貫通している。この駆動筒１２０は円筒状に形成された前記ハウジング１３０の中空部内に設けられており、前記ねじ軸１６０が回転すると、その回転に応じてナット部材２００と一緒に前記ハウジング１３０の中空部内を軸方向へ進退する。前記ハウジング１３０の開口端には、前記駆動筒１２０の外周面に摺接する軸受ブッシュ２３０が設けられると共に，当該ハウジング１３０と駆動筒１２０との間を密封するシール部材２５０が設けられている。また、前記ねじ軸１６０の回転に対してナット部材２００がつれ回るのを防止するため、当該ナット部材２００には周り止め部材２０１が固定される一方、前記ハウジング１３０の内周面には前記駆動筒１２０の移動方向に沿って案内溝１３１が設けられ、前記周り止め部材２０１の先端は前記案内溝１３１に挿入されている。

また、前記駆動筒１２０の中空部内であって前記ねじ軸１６０の周囲には円筒状の延設筒１２１が設けられており、この延設筒１２１は前記駆動筒１２０と同様に前記ナット部材２００に固定されている。前記延設筒１２１は大径部１２１ａ及び小径部１２１ｂを有しており、前記ナット部材２００は前記大径部１２１ａの内周面に固定される一方、前記ねじ軸１６０は前記小径部１２１ｂを貫通している。前記延設筒１２１の軸方向長さは前記駆動筒１２０よりも短く設定されている。尚、前記延設筒１２１は前記ナット部材２００の一部として当該ナット部材２００と一体に形成しても差し支えない。

前記延設筒１２１の小径部１２１ｂと前記駆動筒１２０との間には環状空間が設けられており、この環状空間には可動筒２１０が収容されている。前記可動筒２１０はその内径が前記延設筒１２１の小径部１２１ｂの外径よりも大きく設定される一方、その外径は前記駆動筒１２０の内径よりも小さく設定されており、当該可動筒２１０の中空部に前記ねじ軸１６０及び延設筒１２１の小径部１２１ｂが収容されている。すなわち、前記ねじ軸１６０の周囲には前記延設筒１２１、可動筒２１０及び駆動筒１２０が重ねて配置されている。

前記可動筒２１０は前記駆動筒１２０に対して進退自在に配置されて、前記環状空間内を軸方向へ移動できるように構成されており、当該可動筒２１０は前記駆動筒１２０と組み合わさって前記出力ロッド９０を構成している。図１０は前記可動筒２１０を前記駆動筒１２０に対して最も引き込んだ状態を示しており、この状態で前記出力ロッド９０の軸方向長さは最も短くなっている。前記駆動筒１２０の開口端、すなわち前記ナット部材２００に対する固定端と反対側の端部には前記可動筒２１０の外周面に摺接する軸受ブッシュ２４０が設けられる一方、前記可動筒２１０のナット部材２００側の端部には前記駆動筒１２０の内周面に摺接するピストン軸受２４１が設けられている。

前記可動筒２１０を駆動筒１２０に対して軸方向へ移動させ、当該駆動筒１２０の中空部内から進出させると、前記ピストン軸受２４１が駆動筒１２０の内周面に沿って移動し、前記軸受ブッシュ２４０に接近する。これにより、前記可動筒２１０は駆動筒１２０に対して円滑に移動する。また、前記駆動筒１２０の開口端には前記軸受ブッシュ２４０に隣接して、前記駆動筒１２０と前記可動筒２１０との間を密封するシール部材２５１が設けられている。また、前記可動筒２１０の先端に設けられた開口はキャップ部材１３０ａによって閉塞されており、当該キャップ部材１３０ａは前記シール部材２５１が設けられた前記駆動筒１２０の開口端から突出している。尚、前記キャップ部材１３０ａにはクレビスが設けられており、前述したチルト・トリム装置のスイベルブラケット６に結合できるようになっている。

また、前記可動筒２１０と駆動筒１２０との間には前記駆動筒１２０に対して前記可動筒２１０を係止する解放機構３００が設けられている。図１１に詳細を示すように、この解放機構３００は、駆動筒１２０の内周面に対して周方向に沿って環状に形成された断面Ｖ字状の係止溝３１０と、前記可動筒２１０の外周面に保持されると共に前記係止溝３１０に向けて付勢された係止要素３６０とから構成されている。前記係止要素３６０は前記可動筒２１０が前記駆動筒１２０に引き込まれた状態、すなわち図１０に示す状態において前記係止溝３１０と対向しており、この状態で前記係止要素３６０の一部が前記係止溝３１０に入り込み、前記可動筒２１０と駆動筒１２０を結合している。

前記可動筒２１０の外周面には前記係止要素３６０を収容するための円形状の凹所２１１が周方向に沿って複数形成されており、各凹所２１１内には複数の皿ばね３６１が重ねて配置される共に、これら皿ばね３６１を覆うようにして前記係止要素３６０が配置されている。図１２は前記係止要素３６０を示す斜視図である。この係止要素３６０は円盤部３６２の周囲を側壁３６３で囲んで前記皿ばね３６１の収容部を形成したものであり、前記円盤部３６２の中心には前記係止溝３１０に没入する凸球面３６４が形成されている。従って、前記係止要素３６０は前記可動筒２１０から駆動筒１２０に向けて前記皿ばね３６１で付勢され、前記凸球面３６４に対する駆動筒１２０からの押圧力に応じて前記凹所２１１内を上下に移動する。また、前記係止要素３６０は前記凸球面３６４が係止溝３１０に没入している状態で前記可動筒２１０の凹所２１１から離脱しないようになっている。

この解放機構３００の作用は前述の第一実施形態の解放機構３０と同じである。図１０に示すように前記係止要素の一部が前記係止溝３１０に入り込んでいる状態では、前記ねじ軸１６０を回転させると、前記出力ロッド９０を構成する駆動筒１２０と可動筒２１０が一体となって移動し、当該出力ロッド９０をハウジング１３０から進出させ、あるいはハウジング１３０に引き込むことができる。また、前記スイベルブラケット６に固定された可動筒２１０に対して大きな軸方向荷重が作用すると、図１３に示すように、前記係止要素３６０が駆動筒１２０の係止溝３１０から離脱し、駆動筒１２０と可動筒２１０との結合状態が解除される。これにより、前記可動筒２１０は前記ねじ軸１６０の回転とは無関係にハウジング１３０に対して自由に軸方向へ移動することが可能となり、駆動筒１２０をハウジング１３０内に収容したままの状態で可動筒２１０を前記駆動筒１２０の開口端から引き出すことができる。

一方、この第二実施形態に示す電動アクチュエータ１０でも、前記駆動筒１２０に対する可動筒２１０の急激なスライドを抑えるための減衰機構が設けられている。図１０に示すように、可動筒２１０の外周面と駆動筒１２０の内周面との間にはオイル等の粘性流体が密封された作用室５００が形成されている。前記駆動筒１２０の開口端の近傍には前記可動筒２１０の外周面と接するＵパッキン２４２が設けられる一方、前記作用室５００のナット部材２００側の端部には前記ピストン軸受２４１が設けられており、これらＵパッキン２４２とピストン軸受２４１によって前記作用室５００は密閉されている。

但し、図１４に示すように、前記ピストン軸受２４１は円周の一部にスリット５４０が形成されており、このスリット５４０はオリフィスとして機能する。このため、前記可動筒２１０が駆動筒１２０の中空部内に収容された状態（図１０参照）から駆動筒１２０の外へ徐々に引き出されると、作用室５００の容積が次第に小さくなることから、当該作用室５００内の粘性流体は前記ピストン軸受２４１に形成されたスリット（オリフィス）５４０に流入し、作用室５００から排出される。

前記作用室５００からオリフィス５４０に流入した粘性流体は、図１３に示すように、前記延設筒１２１の小径部１２１ａと駆動筒１２０との間に生じる受容室５０１に排出される。この受容室５０１は前記延設筒１２１の小径部１２１ａと駆動筒１２０との間に設けられた環状空間であり、前記可動筒２１０が駆動筒１２０から引き出される前に収容されていた空間である。前記受容室５０１に流入した粘性流体が前記延設筒１２１と可動筒２１０との間から漏れ出すのを防止するため、当該可動筒２１０のナット部材２００側の端部には前記延設筒１２１の小径部１２１ａに接するＯリング２４３が設けられている。このＯリング２４３は前記駆動筒１２０に対する可動筒２１０の移動に応じて前記小径部１２１ａの外周面上を軸方向へ移動する。すなわち、前記延設筒１２１の小径部１２１ａの軸方向長さは、前記可動筒２１０が前記駆動筒１２０から最も突出した場合であっても、前記Ｏリング２４３が当該小径部１２１ａから離脱しない長さに設定されている。

前記粘性流体が作用室５００から受容室５０１に流動する際、前記オリフィス５４０の断面積は作用室５００の断面積よりも極度に小さいため、粘性流体に対して流路抵抗が作用し、前記駆動筒１２０に対する可動筒２１０の急激な移動に対して減衰力を作用させることができる。すなわち、この第二実施形態の電動アクチュエータ１００においても、前述した第一実施形態と同様に、オイルダンパに模した構造が出力ロッド９０に与えられており、前記解放機構３００による可動筒２１０と駆動筒１２０との係止状態が解除されても、前記可動筒２１０が駆動筒１２０から急激に飛び出す危険を回避することができる。

そして、このように構成された第二実施形態の電動アクチュエータ１００も、前述した第一実施形態の電動アクチュエータ１０と同様に使用することが可能であり、油圧シリンダ装置の置き換えに最適である。

また、この第二実施形態の電動アクチュエータ１００では、前記出力ロッド９０をハウジング１３０内に収容した際の軸方向全長が前述の第一実施形態の電動アクチュエータ１０に比べて短くなっており、一層の小型化が図られている。第一実施形態の電動アクチュエータ１０では前記可動筒１２に設けた隔壁５３が作用室５０を第一作用室と第二作用室に二分しており、駆動筒２１に対する可動筒１２の移動に応じて前記隔壁５３が第一作用室と第二作用室の容積を変更していた。このため、可動筒１２は駆動筒２１の約２倍程度の長さが必要である。

その一方、第二実施形態の電動アクチュエータ１００では、前記駆動筒１２０と延設筒１２１との間の環状空間に対して可動筒２１０を収容し、前記駆動筒１２０と可動筒との間に粘性流体の作用室５００を設ける一方、当該可動筒２１０が駆動筒１２０に対して移動した際には前記環状空間を粘性流体の受容室５０１として利用するので、前記可動筒２１０の軸方向長さは前記駆動筒１２０のそれと同じ、あるいは僅かに短く設定することができる。これにより、第二実施形態の電動アクチュエータ１００は小型化に適したものとなっている。

尚、前述した第一実施形態及び第二実施形態の電動アクチュエータでは、前記駆動筒及び可動筒を円筒状に形成したが、中空部を有する形状であれば、適宜設計変更して差し支えない。

また、前述した電動アクチュエータの実施形態では、前記可動筒に対して衝撃荷重が作用した場合に、かかる可動筒がハウジングから自由に突出するように構成したが、これとは逆に、かかる可動筒が衝撃荷重に対してハウジング内に収容されるように構成しても良い。

更に、前述した電動アクチュエータの各実施形態では前記可動筒と駆動筒との間に減衰機構を内蔵させたが、これは本発明の電動アクチュエータに必須の構成ではなく、電動アクチュエータの外部にオイルダンパ等の減衰装置を並列的に設けても差し支えない。

また更に、前記第二実施形態では第一実施形態と異なり、前記可動筒を係止位置に復帰させるためのコイルスプリングを設けていないが、例えば前記チルト・トリム装置に対してそのスイベルブラケット６をクランプブラケット４へ近接する方向へ付勢する弾性部材を設けるように構成しても良い。

また、前述した実施形態では本発明の電動アクチュエータを船外機のチルト・トリム装置に使用した例を説明したが、本発明の電動アクチュエータはこれ以外の用途に対しても使用することが可能である。

９，９０…出力ロッド、１０，１００…電動アクチュエータ、１１…電動モータ、１２，２１０…可動筒、１３…ハウジング、２１，１２０…駆動筒、３０，３００…解放機構、３１，３１０…係止溝、３６，３６０…係止要素、５０，５００…作用室

Claims (8)

1. 第一の構造体に固定されるハウジングと、
   中空部を有すると共に前記ハウジングに対して進退自在に保持され、第二の構造体に固定される出力ロッドと、
   前記ハウジングに対して回転自在に保持されると共に前記出力ロッドの中空部内に挿通され、電動モータによって適宜回転が与えられるねじ軸と、
   前記出力ロッドに備えられると共に前記ねじ軸に組み付けられて当該ねじ軸の回転に応じて軸方向へ移動するナット部材と、を備え、
   前記出力ロッドは、前記ナット部材が設けられた駆動筒と、前記駆動筒と重ねて配置されると共に当該駆動筒に対して進退自在であり、前記第二の構造体が固定される可動筒とを備え、更に、
   前記駆動筒と可動筒の間には、当該駆動筒に対して可動筒を係止する一方、前記第二の構造体に固定された可動筒に対して所定以上の軸力が作用した場合に前記駆動筒に対する可動筒の移動を許容する解放機構が設けられていることを特徴とする電動アクチュエータ。
2. 前記解放機構は、前記駆動筒又は可動筒に設けられた係止溝と、前記可動筒又は駆動筒に保持され、前記係止溝に向けて付勢されると共に当該係止溝に没入する係止要素とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ。
3. 前記係止溝は前記駆動筒又は可動筒の周方向に沿って形成された断面Ｖ字状の環状溝であり、前記係止要素は前記環状溝に没入する凸球面を有すると共に当該環状溝の周方向に沿って複数配置され、各係止要素はばねによって前記環状溝に向けて付勢されていることを特徴とする請求項２記載の電動アクチュエータ。
4. 前記駆動筒と可動筒との間には粘性流体を密封した作用室を設けると共に、この作用室には前記駆動筒に対する可動筒の移動に伴って前記作用室内の粘性流体が流入するオリフィスが設けられていることを特徴とする請求項２記載の電動アクチュエータ。
5. 前記作用室内には当該作用室を二分すると共に前記駆動筒に対する可動筒の移動に伴って当該作用室内を軸方向へ移動する隔壁が設けられ、前記オリフィスは前記隔壁に形成されていることを特徴とする請求項４記載の電動アクチュエータ。
6. 前記駆動筒と可動筒との間には、当該可動筒を駆動筒に対する係止位置に向けて付勢する弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項５記載の電動アクチュエータ。
7. 前記弾性部材は前記作用室内に設けられて前記隔壁を押圧するコイルスプリングであり、当該コイルスプリングは可動筒の係止位置において自由長に設定されていることを特徴とする請求項６記載の電動アクチュエータ。
8. 前記ねじ軸の周囲において前記駆動筒と重ねて配置される延設筒を前記ナット部材に固定し、これら駆動筒と延設筒の間には環状空間を形成すると共に、この環状空間には前記可動筒を収容し、
   前記可動筒のナット部材側の端部には前記オリフィスを形成し、前記環状空間を前記オリフィスに流入した粘性流体の受容室としたことを特徴とする請求項４記載の電動アクチュエータ。
   

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