JP5340640B2

JP5340640B2 - 電動リニアアクチュエータ

Info

Publication number: JP5340640B2
Application number: JP2008136284A
Authority: JP
Inventors: 宏臣栗林; 健太郎衛藤; 薫星出
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2028-05-26
Also published as: ATE550575T1; EP2128492B1; CN101594027A; CN101594027B; EP2128492A1; US20090288511A1; JP2009284714A; US8006579B2

Description

本発明は、入力信号に応じたモータの回転運動を送りねじ機構によってねじ軸の並進運動に変換して出力する電動リニアアクチュエータに係り、特に、モータと送りねじ機構との間にクラッチ機構を備えた電動リニアアクチュエータに関する。

従来、この種の電動リニアアクチュエータとしては、特開２００７−４６６３７に開示されるものが知られている。この電動リニアアクチュエータは、モータの回転運動を送りねじ機構のナット部材に伝達し、ナット部材に螺合するねじ軸を当該ナット部材の回転に伴って軸方向へ進退させるように構成されている。

前記モータはアクチュエータハウジングに固定される一方、ナット部材は回転軸受を介して前記アクチュエータハウジングに保持されており、モータの出力軸とナット部材の回転軸は互いに平行に設けられている。モータの出力軸の回転は複数の減速ギヤを介して前記ナット部材に伝達されており、モータを駆動すると、その回転方向及び回転量に応じてナット部材が回転し、かかるナット部材に螺合するねじ軸が軸方向へ進退するようになっている。

また、減速ギヤを用いたモータの回転動力の伝達経路の途中には、モータとナット部材との間における回転トルクの受け渡しを制御するクラッチが設けられている。このクラッチは、モータの回転トルクをナット部材側へ伝達する一方、ねじ軸に外部から作用した軸力によってナット部材が回転させられた際に、ナット部材から伝達された回転トルクを受け止めてアクチュエータハウジングとの間で負荷し、かかる回転トルクがモータ側に伝達されるのを防止している。
特開２００７−４６６３７

この種の電動リニアアクチュエータは、例えば航空機用座席の電動リクライニング機構に利用されるが、航空機用座席の場合はその利用の態様からして、何らかの理由でモータの起動が不可能になったとしても、手動で座席位置を調整できなくてはならない。この点に関し、前述した従来の電動リニアアクチュエータでは、強制的にねじ軸を軸方向へ進退させようとしても、前記クラッチがナット部材の発生する回転トルクをアクチュエータハウジングとの間で負荷してしまうため、ねじ軸を手動で軸方向へ移動させることができなかった。

また、モータからナット部材へ回転動力を伝達する複数の減速ギヤは夫々が回転軸受によってアクチュエータハウジングに保持されており、構成部品の数が多い他、アクチュエータハウジングが大型化し、結果的に重量が増加してしまう傾向にあった。特に、前述した航空機用座席に用いられる電動リニアアクチュエータには軽量化の要請が強く、部品点数の削減、小型化が強く求められている。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、何らかの理由でモータの起動が困難になった場合であってもねじ軸を手動で軸方向へ容易に進退させることが可能であり、しかも部品点数が少なく、小型化および軽量化の要請に応えることが可能な電動リニアアクチュエータを提供することにある。

すなわち、本発明の電動リニアアクチュエータは、ハウジングと、このハウジングに保持されたモータと、このモータと軸方向を合致させると共に前記ハウジングに対して回転自在に保持されたナット部材と、このナット部材に螺合すると共に当該ナット部材の回転に応じて軸方向へ進退するねじ軸と、前記モータに直結された駆動軸と、前記駆動軸の周囲に回転自在に支承された回転伝達部材と、前記ナット部材に固定されると共に前記回転伝達部材に連れ回される回転従動部材と、前記駆動軸の回転が伝達されると共に当該駆動軸上を軸方向に進退自在に設けられ、一端の係合位置において前記回転伝達部材と噛み合う一方、他端の退避位置において前記回転伝達部材との噛み合いが解消されるクラッチ部材と、このクラッチ部材と係合して当該クラッチ部材を前記進出位置又は退避位置のいずれか一方に設定可能な設定レバーとから構成されている。

以上のように構成された本発明の電動リニアアクチュエータでは、前記モータを回転させると、このモータに直結された駆動軸は回転するが、前記回転伝達部材は駆動軸の周囲に回転自在に支承されているので、かかる駆動軸は回転伝達部材に対して空回りすることになり、モータにより発生した回転トルクは駆動軸から回転伝達部材には伝達されない。しかし、前記クラッチ部材には駆動軸の回転が伝達されているので、このクラッチ部材を係合位置に設定して前記回転伝達部材と噛み合わせると、モータの回転が駆動軸からクラッチ部材を介して回転伝達部材に伝達される。これにより、前記回転伝達部材から回転従動部材にモータの回転が伝達され、ナット部材が回転駆動されることになる。

また、前記クラッチ部材を退避位置に設定すると、かかるクラッチ部材と回転伝達部材の噛み合い状態が解消されるので、前記回転伝達部材は駆動軸に対して自由に回転することが可能となり、モータとナット部材との連動を解消することができる。

すなわち、本発明の電動リニアアクチュエータでは、前記設定レバーを操作して前記クラッチ部材を係合位置から退避位置に設定することにより、モータをナット部材から切り離して、かかるナット部材を自由に回転させることができるので、ねじ軸に外力を作用させてこれを自由に進退させることが可能となる。

また、前記回転伝達部材はクラッチ部材が配設された駆動軸の周囲に回転自在に支承されているので、かかる回転伝達部材をハウジングに対して回転自在に支承する必要はなく、従来のリニアアクチュエータと比較して部品点数を削減し、モータからナット部材への動力伝達経路を小型化、軽量化することが可能となる。また、回転伝達部材ヤクラッチ部材を収容するハウジングも小型化することができ、この点においても本発明の電動リニアアクチュエータは小型化、軽量化が促進されたものになっている。

以下、添付図面を用いながら本発明の電動リニアアクチュエータを詳細に説明する。

図１は本発明を適用した電動リニアアクチュエータ（以下、「アクチュエータ」という）の実施形態の一つを示すものである。このアクチュエータ１は、モータ２の回転をボールねじ装置のナット部材に伝達し、かかるナット部材を回転させることで当該ナット部材に螺合するねじ軸３を軸方向へ進退させるように構成されている。

前記モータ２は遊星ギヤを内蔵した減速機ユニット及び電磁ブレーキと共にユニット化されており、出力軸をハウジング４の内部に挿入するようにして当該ハウジング４に固定されている。また、モータ２とハウジング４との間にはクラッチケース４３が設けられており、このクラッチケース４３にはモータ２の回転とナット部材の回転とを任意に絶縁するクラッチ部材が内蔵されている。

一方、前記ハウジング４には前記モータ２に隣接して略円筒状のナット収容部４０が設けられており、ボールねじ装置のナット部材はこのナット収容部４０に格納され、前記ハウジング４に対して回転自在に保持されている。前記ナット部材と相まってボールねじ装置を構成するねじ軸３は前記ナット収容部４０を貫通すると共に前記ナット部材に螺合しており、モータ２を駆動すると、その回転方向に応じて軸方向へ進退し、前記ナット収容部４０からの突出長さが変化するようになっている。

前記ハウジング４内にはモータ２の回転をナット部材に伝達するためのプーリ及びタイミングベルトが格納されており、かかるハウジング４に固定されるカバー４１によって密閉されるようになっている。また、前記カバー４１にはポテンショメータを格納したセンサーケース４２が固定されている。

前記ねじ軸３はモータ２の回転軸と平行に設けられて前記ハウジング４を貫通しており、その一端にはリンク機構を構成する機器類を結合するためのブラケット３０が取付けられている。また、ハウジング４にも取付け孔４４を利用して図示外のブラケットが固定され、このブラケットを介してリンク機構を構成する機器類がハウジング４に結合されるようになっている。

図２は前記アクチュエータ１の要部を示す断面図である。前記ボールねじ装置は、ねじ軸３と、多数のボールを介して前記ねじ軸３に螺合するナット部材５とから構成されており、ナット部材５の回転方向及び回転量に応じてねじ軸３が軸方向へ進退するようになっている。尚、図２ではねじ軸３とナット部材５との間に存在するボールの記載は省略されている。

前記ナット部材５はクロスローラ軸受５０を介して前記ハウジング４に保持されている。クロスローラ軸受５０は、外周面にローラの転走軌道となるＶ字溝を有する内輪と、内周面にローラの転走軌道となるＶ字溝を有する外輪と、これら内輪と外輪との間に形成された転走軌道に配列される多数のローラとから構成されており、ローラは自転軸を９０度ずつ交互に異ならせた状態で前記転走軌道に配列されている。これにより、ナット部材５の回転軸方向に対して作用するアキシャル荷重に対しても十分な負荷能力を発揮することができるようになっている。また、図２に示されたボールねじ装置では、クロスローラ軸受５０の内輪がナット部材５のフランジ部として形成されており、十分な荷重負荷能力を与えつつも、ボールねじ装置の小型化、軽量化を実現している。そして、前記ナット部材５は、その円筒部を前記ハウジング４のナット収容部４０に遊嵌させつつ、前記クロスローラ軸受５０の外輪をハウジング４に固定することにより、前記ナット収容部４０の内部で回転自在に保持されている。

尚、この実施形態ではモータによって発生した回転運動を軸の並進運動に変換する手段として前記ボールねじ装置を用いたが、ボールを用いないすべり接触タイプの送りねじ装置であっても適用することが可能である。

前記ナット部材５には回転従動部材としての従動側プーリ５１が固定されており、タイミングベルト５２によって前記モータ２の回転が従動側プーリ５１に伝達され、前記ナット部材５がモータ２の動作に呼応して回転するようになっている。

また、前記センサーケース４２に格納されたポテンショメータ６には、２枚の減速ギヤ５３，５４を介してナット部材５の回転が伝達されている。前記ポテンショメータ６は入力される回転量に応じて抵抗値が変化するので、前記ナット部材５の回転をポテンショメータ６に入力することにより、ナット部材５の回転量、すなわちねじ軸３の軸方向移動量をポテンショメータ６の抵抗値として保持することができ、かかる抵抗値を検出することにより、ハウジング４に対するねじ軸３の絶対位置を把握し、モータ２の回転制御に利用することが可能となる。

一方、前記モータ２の出力軸２０は前記クラッチケース４３の内部に挿入され、かかるクラッチケース４３の内部において駆動軸２１と結合されている。図３はモータ２の出力軸２０に装着される部品を示した分解斜視図である。前記駆動軸２１は大径部２１ａと小径部２１ｂとからなる段付き軸であり、前記大径部２１ａに設けられた中空部に対して前記モータ２の出力軸２０が嵌合している。この駆動軸２１は出力軸２０に被さることによってその回転が支承されており、前記ハウジング４との間には何ら軸受が設けられていない。また、駆動軸２１はキー２２によって出力軸２０と結合されており、モータ２の回転がそのまま駆動軸２１に伝達されるようになっている。

前記駆動軸２１の小径部２１ｂには一対の玉軸受２３を介して回転駆動部材としての駆動側プーリ２４が装着されている。従って、この駆動側プーリ２４は前記駆動軸２１を支軸として、かかる駆動軸２１に対しては自由回転が可能であり、後述するクラッチ部材７が駆動側プーリ２４に噛み合わない限り、モータ２の出力軸２０と駆動側プーリ２４は切り離された状態にある。この駆動側プーリ２４と前記従動側プーリ５１との間にはタイミングベルト５２が掛け回されており、前記クラッチ部材７によって駆動側プーリ２４とモータ２の出力軸２０とが結合されると、モータ２の回転が駆動側プーリ２４からタイミングベルト５２を経て従動側プーリ５１へ伝達されるようになっている。

尚、このアクチュエータ１ではモータ２の出力軸２０の回転を一対のプーリ２４，５１とタイミングベルト５２によってナット部材５に伝達したが、これ以外にもギヤやチェーン等を用いてナット部材５への回転の伝達を行っても良い。

前記クラッチ部材７は、略円筒状に形成されると共に前記駆動軸２１の小径部２１ｂの外側に嵌合する第１クラッチブロック７０と、この第１クラッチブロック７０の外側に嵌合する軸受ブッシュ７１と、この軸受ブッシュ７１の外側に嵌合する第２クラッチブロック７２とから構成されている。

前記第１クラッチブロック７０は駆動軸２１の大径部２１ａに対して軸方向へ移動自在に嵌合しており、しかも図示外のキーを第１クラッチブロック７０と大径部２１ａとの間に介装することにより、駆動軸２１の回転が第１クラッチブロック７０に伝達されるようになっている。また、第１クラッチブロック７０には前記駆動側プーリ２４に面してフランジ部７０ａが設けられており、このフランジ部７０ａには複数本のスタッド７０ｂが立設されている。一方、第１クラッチブロック７０のフランジ部７０ａと対向する駆動側プーリ２４の側面には、前記スタッド７０ｂが嵌合する規制孔が設けられており、第１クラッチブロック７０が駆動軸２１に対して軸方向へ移動して駆動側プーリ２４に接近すると、前記スタッド７０ｂが駆動側プーリ２４の規制孔に嵌合し、駆動側プーリ２４と第１クラッチブロック７０とが噛み合って一体化するように構成されている。駆動側プーリ２４の回転位置にかかわらず、前記第１クラッチブロック７０のスタッド７０ｂが駆動側プーリ２４の規制孔に嵌合可能とするため、前記駆動側プーリ２４には前記スタッド７０ｂの立設ピッチよりも短いピッチで多数の規制孔が設けられている。

また、この第１クラッチブロック７０の外側には前記軸受ブッシュ７１を介して第２クラッチブロック７２が嵌合している。すなわち、この第２クラッチブロック７２は駆動軸２１の大径部２１ａによって保持されており、第１クラッチブロック７０と共に前記大径部２１ａの軸方向へ自在に移動することが可能となっている。尚、第１クラッチブロック７０、軸受ブッシュ７１及び第２クラッチブロック７２の三者は、第１クラッチブロック７０に装着されるスナップリングによって一体化されるようになっている。

この第２クラッチブロック７２には設定レバー７３が係合している。この設定レバー７３はハウジング４に固定されたベースプレート４５に対しピン４６を介して結合されており、かかるピン４６を中心として自在に揺動できるようになっている。設定レバー７３は前記第２クラッチブロック７２を抱え込む一対の伝達アーム７４を備えており、各伝達アーム７４の先端には第２クラッチブロック７２の外周面に突出した係合ピン７２ａを収容する係合溝が形成されている。このため、設定レバー７３をピン４６の周囲で揺動させると、第２クラッチブロック７２が駆動軸２１の軸方向へ押圧され、この第２クラッチブロック７２の内側に嵌合する軸受ブッシュ７１と第１クラッチブロック７０が第２クラッチブロック７２と共に駆動軸２１の軸方向へ移動することになる。また、第２クラッチブロック７２は設定レバー７３と係合しているため、駆動軸２１と共に回転することはできないが、第２クラッチブロック７２と第１クラッチブロック７０の間には軸受ブッシュ７１が介装されていることから、第１クラッチブロック７０は駆動軸２１と共に回転することが可能である。尚、前記ベースプレート４５はハウジング４とクラッチケース４３との間に設けられており、ハウジング４に対してクラッチケース４３を保持している。

前記設定レバー７３とベースプレート４５との間には図示外のコイルスプリングが圧縮状態で介装されており、前記設定レバー７３はこのコイルスプリングの付勢力によって第２クラッチブロック７２を駆動側プーリ２４に向けて常に押圧している。これにより、設定レバー７３を何ら操作しない状態では、第１クラッチブロック７２のフランジ部７０ａが駆動側プーリ２４の側面に押しけられ、前記フランジ部７０ａに立設されたスタッド７０ｂが駆動側プーリ２４の規制孔に嵌合し、第１クラッチブロック７０と駆動側プーリ２４の噛み合い状態が維持されるようになっている。

図４は、モータ２の出力軸２０の回転が前記駆動側プーリ２４に伝達されている状態、すなわちクラッチ部材７が進出位置に設定されている状態を示す断面図である。この状態では、駆動側プーリ２４の側面に形成された規制孔２４ａに対して第１クラッチブロック７０のスタッド７０ｂが嵌合しており、駆動側プーリ２４と第１クラッチブロック７０の噛み合い状態が維持されている。このとき、前記設定レバー７３は何ら操作されておらず、前述したスプリングの付勢力によって前記噛み合い状態が維持されている。この状態でモータ２の出力軸２０が回転すると、この出力軸２０に被せられた駆動軸２１、及びこの駆動軸２１の大径部２１ａに嵌合する第１クラッチブロック７０が前記出力軸２０に同期して回転し、第１クラッチブロック７０と噛み合う駆動側プーリ２４も出力軸２０に同期して回転することになる。

これにより、モータ２の出力軸２０の回転がタイミングベルト５２及び従動側プーリ５１を介してナット部材５に伝達され、かかるナット部材５に螺合するねじ軸３をモータ２の出力軸２０の回転に応じて軸方向へ進退させることができる。

一方、図５は、モータ２の出力軸２０と前記駆動側プーリ２４とが切り離された状態、すなわちクラッチ部材７が退避位置に設定された状態を示す断面図である。前記設定レバー７３とベースプレート４５に指をかけ、スプリングの付勢力に抗して両者を摘まむと、設定レバー７３に係合する第２クラッチブロック７２が駆動軸２１に沿ってモータ２の方向へ移動するので、第２クラッチブロック７２と一体をなす第１クラッチブロック７０が駆動側プーリ２４から引き離される。これにより、第１クラッチブロック７０のスタッド７０ｂが駆動側プーリ２４の規制孔２４ａから抜け出し、駆動側プーリ２４は第１クラッチブロック７０及び駆動軸２1に対して自由に回転することが可能となる。

従って、設定レバー７３を操作することで駆動側プーリ２４をモータ２の出力軸２０から切り離して自由に回転させることが可能となり、前記ねじ軸３に対して軸方向の外力を加えた際にナット部材５を容易に回転させることができる。すなちわ、本発明のアクチュエータ１によれば、前記設定レバー７３を操作している最中はハウジング４に対するねじ軸３の位置調整を容易に行うことが可能となり、例えばこのアクチュエータ１を用いて構成したリンク機構をモータ２を使用することなく位置調整したい場合であっても、前記設定レバー７３の操作によって当該調整を容易に行うことができるものである。

また、このアクチュエータ１ではモータ２の出力軸２０の回転をクラッチ部材７、駆動側プーリ２４を介してナット部材５に伝達しているが、これらクラッチ部材７や駆動側プーリ２４はその回転がハウジング４に対しては支承されておらず、モータ２の出力軸２０によって保持されている。このため、ハウジング４の構造は簡素であり、回転運動の伝達経路を構成する部品の点数も最小限に抑えられている。従って、このアクチュエータ１は小型化、軽量化が促進されたものとなっており、これらの要求が高い用途、特に航空機に使用される電動リニアアクチュエータとして最適である。

本発明が適用された電動リニアアクチュエータの一例を示す斜視図である。図１に示す電動リニアアクチュエータの要部を示す断面図である。モータの出力軸に装着される部品を示した分解斜視図である。モータの出力軸の回転が駆動側プーリに伝達されている状態を示す断面図である。モータの出力軸と駆動側プーリとが切り離された状態を示す断面図である。

符号の説明

１…アクチュエータ、２…モータ、３…ねじ軸、４…ハウジング、５…ナット部材、７…クラッチ部材、２１…駆動軸、２４…駆動側プーリ、５１…従動側プーリ、７３…設定レバー

Claims

ハウジングと、このハウジングに保持されたモータと、このモータと軸方向を合致させると共に前記ハウジングに対して回転自在に保持されたナット部材と、このナット部材に螺合すると共に当該ナット部材の回転に応じて軸方向へ進退するねじ軸と、前記モータに直結された駆動軸と、前記駆動軸の周囲に回転自在に支承された回転伝達部材と、前記ナット部材に固定されると共に前記回転伝達部材に連れ回される回転従動部材と、前記駆動軸の回転が伝達されると共に当該駆動軸上を軸方向に進退自在に設けられ、一端の係合位置において前記回転伝達部材と噛み合う一方、他端の退避位置において前記回転伝達部材との噛み合いが解消される第１クラッチブロックと、この第１クラッチブロックを前記係合位置又は退避位置のいずれか一方に設定可能な設定レバーと、当該設定レバーの設定位置に応じて前記第１クラッチブロックを前記駆動軸の軸方向へ進退させる第２クラッチブロックと、前記第１クラッチブロックと第２クラッチブロックとの間に配置され、第２クラッチブロックに対して第１クラッチブロックを回転自在に支承する軸受ブッシュとから構成されることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
前記回転伝達部材と回転従動部材は一対のプーリであり、これらプーリの間にタイミングベルトが掛けまわされていることを特徴とする請求項１記載の電動リニアアクチュエータ。
前記回転従動部材には減速機を介してポテンショメータが接続されていることを特徴とする請求項１記載の電動リニアアクチュエータ。