JP6397425B2 - 運動シミュレータ用リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本願は、例えば、プラットホームの１人又は複数の乗員を一連のビデオ画像と同期して変位させる（位置をずらす）よう運動シミュレータに用いられ又は運動シミュレーションの際に用いられるリニアアクチュエータに関する。

〔関連出願の説明〕
本願は、２０１２年１１月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／７３１，５８３号及び２０１３年３月１５日に出願された米国特許仮出願第６１／７８７，４２８号の優先権主張出願である。

ビデオ及びテレビ放映娯楽業界では、ビューワ又は視聴者の視聴して得られる実感又は体感を高めるための要求が増大している。したがって、視聴の際の画像及び音声を改良するための多くの革新的技術が登場している。運動シミュレーションも又、運動プラットホーム（例えば、シート（座席）、椅子）の運動を視聴の一連の画像と同期して生じさせるよう開発された。例えば、米国特許第６，５８５，５１５号明細書及び同第７，９３４，７７３号明細書は、運動をシートに与え、視聴して得られる実感又は体感を高めるよう創り出されたシステムの２つの例である。

電気機械式リニアアクチュエータは、通常、かかる運動プラットホームで用いられている。これらリニアアクチュエータは、高い精度で多数回のストロークについて低い又は中程度の振動数で低い及び中程度の振幅の出力を生じさせることができなければならない場合が多い。さらに、これらリニアアクチュエータは、プラットホーム及びその乗員の重量の一部分を支えなければならない。幾つかの要素、例えば駆動源付きシートでは、リニアアクチュエータは、シートと地面との間の空間が規格の範囲内にあるので、垂直寸法が制限される。その結果、これらリニアアクチュエータは、嵩張っていて故障しがちでありしかもストロークが制限される場合が多い。

米国特許第６，５８５，５１５号明細書 米国特許第７，９３４，７７３号明細書

例えば耐久性を考慮に入れながら、１ワット当たりの耐荷重を最大にすると共にストロークを増大させることによってかかるリニアアクチュエータの性能を高めることが望ましい。

したがって、本発明の目的は、先行技術と関連した問題に取り組むリニアアクチュエータを提供することにある。

したがって、本発明の第１の実施形態によれば、リニアアクチュエータであって、リニアアクチュエータは、両方向回転出力を生じさせる出力シャフトを備えたモータと、接合面を備えた内部キャビティを有するケーシングと、ケーシングの内部キャビティ内に設けられたねじ山付きシャフトと、ケーシングの近位部分に連結されると共にモータに連結された端ブロックとを有し、端ブロックは、この端ブロックの遠位端部に隣接して位置する端ぐり穴を備えた管状部分を有し、リニアアクチュエータは、内部キャビティ内に設けられた状態で端ブロックの端ぐり穴に嵌め込まれた状態で保持された少なくとも１つの軸受と、モータの出力シャフトをねじ山付きシャフトに結合するカップリング組立体とを更に有し、カップリング組立体は、モータからの回転出力を受け取る少なくとも第１のカップリングコンポーネント及び回転出力をねじ山付きシャフトに伝達するよう第１のカップリングコンポーネントに結合された少なくとも第２のカップリングコンポーネントを含み、リニアアクチュエータは更に、ケーシングの内部キャビティと摺動関係をなして配置されていて、ケーシングに対して並進運動を行う摺動管と、摺動管内に設けられていて、摺動管と一緒に動くトラベリングナットとを有し、トラベリングナットは、ねじ山付きシャフトの回転運動を摺動管の並進に変換するようねじ山付きシャフトに作動的に係合し、リニアアクチュエータは、モータ、ねじ山付きシャフト、端ブロック、少なくとも１つの軸受、トラベリングナット、及び摺動管を含む一体形組立体ユニットを更に有し、モータ、ねじ山付きシャフト、端ブロック、少なくとも１つの軸受、トラベリングナット、及び摺動管は、一体形組立体を全体としてケーシングの内部キャビティから近位端部を経て引き出すことによって分離可能であるよう互いに相互に連結されていることを特徴とするリニアアクチュエータが提供される。

さらに第１の実施形態によれば、第２のカップリングコンポーネントは、軸受の内レース内に受け入れられた管状シャフト支持体を含み、管状シャフト支持体は、ねじ山付きシャフトの近位端部を受け入れている。

さらに又、第１の実施形態によれば、管状シャフト支持体は、遠位フランジ及び近位ねじ山を有し、リニアアクチュエータは、管状シャフト支持体を軸受に取り付けた状態に保持するよう近位ねじ山に螺合したナットを更に有する。

さらに又、第１の実施形態によれば、管状シャフト支持体は、第１のカップリングコンポーネントに結合可能であるよう近位側に突き出た１対のフィンガを有する。

さらに又、第１の実施形態によれば、第１のカップリングコンポーネントは、管状シャフト支持体の１対のフィンガに結合された１対のフィンガを含む。

さらに又、第１の実施形態によれば、十字形のインターフェースが第１のカップリングコンポーネントの１対のフィンガと第２のカップリングコンポーネントの１対のフィンガとの間に設けられている。

さらに又、第１の実施形態によれば、十字形インターフェースは、第１のカップリングコンポーネントのフィンガ及び第２のカップリングコンポーネントのフィンガの硬度よりも低い硬度を有する。

さらに又、第１の実施形態によれば、端ブロックの管状部分は、軸受を含む軸方向区分内においてケーシングの内部キャビティの表面と接触状態にある。

さらに又、第１の実施形態によれば、リングが端ブロックの管状部分の遠位端部に締結されており、軸受は、一体形組立体ユニット内において端ぐり穴とリングとの間に保持されている。

さらに又、第１の実施形態によれば、端ブロックは、ケーシングの近位端部の外部に連結されると共にモータに連結されたフランジを有し、管状部分は、フランジから遠位側に突き出ている。

さらに又、第１の実施形態によれば、端ブロックは、モノリシック（継ぎ目のない一体となっている）コンポーネントである。

さらに又、第１の実施形態によれば、ケーシングは、実質的に円筒形のモノリシック管からの材料の除去によってのみ機械加工されている。

さらに又、第１の実施形態によれば、レセプタクルがケーシングの円筒形表面に機械加工され、少なくとも１つの案内がレセプタクル内に受け入れられると共に接合面から内方に突き出、少なくとも１つの案内チャネルが摺動管に設けられ、少なくとも１つの案内は、接合面に対する摺動管の回転を阻止するよう少なくとも１つの案内チャネル内に受け入れられている。

さらに又、第１の実施形態によれば、少なくとも１つの案内チャネルは、少なくとも１つの案内との接触によってケーシングに対する摺動管のストロークを制限するよう寸法決めされている。

さらに又、第１の実施形態によれば、案内は、レセプタクル内に設けられた支持体及び支持体に転動可能に連結されると共に案内チャネル内に受け入れられた転動要素を有する。

さらに又、第１の実施形態によれば、少なくとも１つの低摩擦性スリーブが内部キャビティ内の接合面に当てて設けられ、摺動管は、並進運動を行っているとき、少なくとも１つの低摩擦性スリーブに当たった状態で摺動する。

さらに又、第１の実施形態によれば、摺動管は、端が閉鎖されたモノリシック管である。

さらに又、第１の実施形態によれば、端インターフェースがケーシングの外部に位置すると共に摺動管の遠位端部に解除可能に連結されている。

さらに又、第１の実施形態によれば、端インターフェースは、球面継手の遠位側に差し向けられた丸形表面部分を含む。

さらに又、第１の実施形態によれば、通気穴がケーシングに設けられると共に内部キャビティと流体連通状態にある。

さらに又、第１の実施形態によれば、メッシュ状プラグが通気穴内に設けられている。

さらに又、第１の実施形態によれば、連結フランジがケーシングの遠位端部に固定され、この連結フランジは、受座構造体に連結されるようになっている。

さらに又、第１の実施形態によれば、ケーシングの遠位端部は、円周方向凹部との一体形連結リングを有し、連結フランジは、嵌合可能なネガの形状のレセプタクルを有する。

第２の実施形態によれば、運動シミュレータと地面／台座との間で用いられるリニアアクチュエータ用のインターフェースであって、インターフェースは、地面／台座に固定されるようになった支持壁を含み、支持壁は、第１の表面と、第２の表面と、第１の表面及び第２の表面を貫通して設けられた開口部を有し、インターフェースは、リニアアクチュエータの出力端部に連結されるようになった第１の継手コンポーネント及び第１の表面上に摺動可能に受け入れられた第２の継手コンポーネントを有する球面継手を更に含み、球面継手は、第１の継手コンポーネント及び第２の継手コンポーネント上に設けられていて、第１の継手コンポーネントと第２の継手コンポーネントの相互の球面継手運動を可能にする対応の球形接合面を有し、インターフェースは更に、支持壁に設けられた開口部を介して球面継手に連結されたコネクタユニットを含み、コネクタユニットは、少なくとも１つの並進度に沿って運動可能であるように第２の継手コンポーネント及び支持壁と同時に一緒になって滑り継手を形成するよう支持壁の第２の表面に当接した摺動コンポーネントを有する。

さらに又、第２の実施形態によれば、支持壁は、ブラケットの一部であり、支持壁は、全体として、水平であり、ブラケットの１対の壁は、支持壁を地面から持ち上げている。

さらに又、第２の実施形態によれば、第１の継手コンポーネントは、凸状の球形接合面を有し、第２の継手コンポーネントは、凹状の球形接合面を有する。

さらに又、第２の実施形態によれば、コネクタユニットは、摺動コンポーネントに連結された第１の端部及びリニアアクチュエータに連結されるようになった第２の端部を有するシャフトを含み、シャフトの本体は、球面継手を貫通している。

さらに又、第２の実施形態によれば、摺動コンポーネントは、ワッシャ形プレートである。

本発明の第１の実施形態としての運動シミュレータ用のリニアアクチュエータの断面図である。 引っ込み状態にある図１のリニアアクチュエータの部分断面斜視図である。 伸長状態にある図１のリニアアクチュエータの部分断面斜視図である。 伸長状態にある図１のリニアアクチュエータの部分断面斜視図であり、ストッパ案内と摺動管との間の相互作用を示す図である。 図１のリニアアクチュエータの分解組立て図である。 リニアアクチュエータの残部に対する図１のリニアアクチュエータの底部インターフェース群の分解組立て図である。 本発明の底部インターフェース群の分解組立て図である。 図７の底部インターフェース群の断面図である。 本発明の第２の実施形態としての運動シミュレータ用のリニアアクチュエータの分解組立て図である。

図面を参照し、特に図１及び図２を参照すると、運動シミュレータに用いられる形式のリニアアクチュエータが符号１０で示されている。リニアアクチュエータ１０は、地面と運動プラットホーム（即ち、支持面、椅子、シート、フライトシミュレータ／コンパートメント等）との間に用いられて運動プラットホームを一連の画像及び音声、例えば映画、テレビ放映イベント、ビデオ、ビデオゲーム、シミュレーション、触覚イベント等の一部と同期して変位させるのに好適である。図示の実施形態のリニアアクチュエータ１０は、運動コントローラ又は運動信号（例えば、メディアプレーヤ、Ｄシネマプロジェクタ、インターネット等）、即ち、実施されるべき特定の運動を表すコードの任意他の適当な且つ適応型の源によって駆動される電気機械式リニアアクチュエータである。運動信号は、リニアアクチュエータ１０のモータを駆動するよう適当なフォーマットでリニアアクチュエータ１０に送られる。一実施形態では、アクチュエータ１０のうちの少なくとも２つは、シートを支持してこれを地面に対して変位させるよう同時に用いられる。したがって、リニアアクチュエータ１０は、この軸方向に沿って並進出力を生じさせる。以下、軸方向に言及する場合、これは、別段の指定がなければ、リニアアクチュエータ１０の長手方向軸線を意味している。

リニアアクチュエータ１０は、４つの群（即ち、４つの部分、４つのサブアセンブリ等）、即ち、モータ群（motor group ）１２、構造的群（structural group）１４、被動群（driven group）１６、及び底部インターフェース群（bottom interface group）１８の組立体である。

モータ群１２は、運動信号を電気フォーマットで受け取り、そして受け取った運動信号に対応した回転運動を生じさせる。したがって、モータ群１２は、運動信号の源に接続されている。

構造的群１４は、被動群１６を収容すると共にモータ群１２を被動群１６に作動的に連結している。さらに、構造的群１４は、図示の実施形態の場合のように、リニアアクチュエータ１０と運動プラットホームとの間のインターフェースであるのが良い。

被動群１６は、モータ群１２からの回転運動を直線運動に変換し、この被動群は、リニアアクチュエータ１０の出力である。被動群１６は、図示の実施形態の場合のように、リニアアクチュエータ１０と地面又は台座との間のインターフェースであるのが良い。

底部インターフェース群１８は、被動群１６を路面又は台座に連結し、それ故、この底部インターフェース群は、リニアアクチュエータ１０の底部のところに位置している。

モータ群１２

図１及び図２を参照すると、モータ群１２のコンポーネントが詳細に示されている。分かりやすくする目的で、モータ群１２のコンポーネントは、２０〜２５の符号が付けられている。

モータ群１２は、電気モータ２０を含む。電気モータ２０は、信号を電気運動信号に比例した回転出力でいずれかの円形方向にダイレクトドライブ方式で変換するよう電気運動信号を受け取る形式の両方向モータである。したがって、電気モータ２０は、出力シャフト２１を備えている。一例を挙げると、電気モータ２０は、考えられるオプションのうちで、ダナハー（Danaher ）モータ、例えばモデル２２Ｃ又は３２Ｄである。この種の電気モータは、一例として提供されており、任意他の適当な形式のモータを使用することができる。

モータ２０の本体は、出力シャフト２１に隣接して位置する連結フランジ２２を有している。連結フランジ２２は、貫通ボア２３（例えば、ねじ立て貫通ボア）を備え、締結具、例えばボルト（図示せず）、ワッシャ等がかかる貫通ボアを通って用いられてモータ２０を構造的群１４に連結することができる。任意適当な形式の連結手段をフランジ２２及び締結具の代替手段として用いることができる。

図示の実施形態では、カップリングコンポーネント、例えばモータカプラ２４が出力シャフト２１と一体となるように（例えば、止めねじ等によって）出力シャフト２１に連結されている。それ故、モータカプラ２４は、出力シャフト２１と一緒に回転する。モータカプラ２４は、以下に説明するように被動群１６に結合されるが、或いは、変形例として、被動群１６の一部であっても良い。カプラ２４は、結合のため、軸方向に突き出た１対のフィンガ２５を有している。フィンガ２５は、カプラ２４を被動群１６に結合する上で考えられる一形態である。

構造的群１４

図１〜図５を参照すると、構造的群１４のコンポーネントが詳細に示されている。分かりやすくする目的で、構造的群１４のコンポーネントは、符号４０〜５５が付けられている。

構造的群１４は、カバー、ハウジング等とも呼ばれるケーシング４０を含む。図示の実施形態では、ケーシング４０は、管状部分４１を有し、管状部分４１の近位端リムには、ねじ立て連結ボア４１Ａ（図５）が設けられている。ケーシング４０は、互いの反対側の端部のところに設けられた１対のフランジ４２を更に有するのが良い。一実施形態では、ケーシング４０の管状部分４１とフランジ４２は、モノリシック部品の状態に機械加工されている。ケーシング４０は、リニアアクチュエータ１０の主要な構造コンポーネントである。というのは、ケーシング４０は、モータ群１２を被動群１６にインターフェースすると共に、更に、リニアアクチュエータ１０を運動プラットホームにインターフェースする場合があるからである。ケーシング４０は、運動プラットホームとのリニアアクチュエータ１０のインターフェースであるのが良いので、ケーシング４０の表面には他の連結手段が設けられるのが良く、例えば、ねじ立てボア４２Ａがフランジ４２の平坦な表面に設けられる。

図１〜図４を参照すると、ケーシング４０は、被動群１６の一部を収容した内部キャビティ４３を備えている。内部キャビティ４３は、ケーシング４０の接合面４４及び開口遠位端部４４Ａによって画定された主要区分を有する。接合面４４は、被動群１６の可動コンポーネントが摺動する際に当接する表面である。

端ぐり穴区分が内部キャビティ４３の近位端部のところに設けられており、この端ぐり穴区分は、ケーシングの受座表面４５及び開口近位端部によって画定されている。端ぐり穴区分は、受座肩４５Ａによって接合面４４から隔てられている。

観察されるように、継手区分及び端ぐり穴区分は、単一の端部、即ち近位端部のところに挿入された工具から機械加工されるのが良い。さらに、これら区分は、互いに同心であるのが良い。

図１〜図５を参照すると、１つのスリーブ４６（又は複数のスリーブ４６）が以下に説明するように、被動群１６の摺動コンポーネントのインターフェースとして働くよう接合面４４に当てて設けられ又は装着されるのが良い。一実施形態では、利用可能なスリーブサイズについて、スリーブ４６を構成する少なくとも２つのスリーブ区分が設けられている。それ故、スリーブ４６は、比較的低い摩擦係数が得られるよう比較的高い硬度を有する材料、例えば、Igus（登録商標）、Iglide（登録商標）材料（例えば、Ａ−５００）で作られる。ストッパ案内４７が、接合面４４を通って内部キャビティ４３中に突き出ている。ストッパ案内４７の端部は、ケーシング４０の内部キャビティ４３内に位置し、かかる端部は、直線運動を保証するよう被動群１６の摺動コンポーネントのための案内、即ち、回転防止案内としての役目を果たすことになろう。さらに、案内４７は、リニアアクチュエータ１０のストロークを制限するストッパとして作用することができる。図示の実施形態では、案内４７は各々、弧状当接面を備えたストッパ当接部４８及び転動案内４９を有している。ストッパ当接部４８及び転動案内４９は、共通プレートに取り付けられるのが良く、そしてケーシング４０に設けられた適当な開口部内に挿入可能であるのが良く、例えばフランジ４２を貫通して挿入可能であるのが良い。図示の実施形態では、ストッパ案内４７は、ケーシング４０の直径方向反対側に設けられており、これらストッパ案内は、締結具４９Ａを緩めることによって容易に取り外し可能である。

図１〜図５を参照すると、端ブロック５０がケーシング４０の近位開口端部に連結されている。端ブロック５０は、モータ２０とケーシング４０との間のインターフェースに位置し、従って、リニアアクチュエータ１０の他のコンポーネントに対して大きな力にさらされている。端ブロック５０は、端フランジ５１を備えた管状本体を有する。端フランジ５１は、円周方向に分布して設けられた貫通ボア５２を有し、端フランジ５１は、貫通ボア５２が管状部分４１のねじ立て連結ボア４１Ａと整列した状態で、これら貫通ボア５２によってケーシング４０に固定されている。それ故、締結具、例えばボルト５２Ａを用いることができる。同様に、端フランジ５１は、別の組をなす円周方向に分布して設けられた貫通ボア５３を有し、モータ２０は、貫通ボア５３がモータ２０の連結フランジ２２に設けられた貫通ボア２３と整列した状態でこれら貫通ボア５３によって端フランジ５１に固定されるのが良い。締結具、例えばボルト５３Ａを用いてモータ２０を端ブロック５０に連結するのが良い。カラー５４が端ブロック５０の端フランジ５１と遠位端部との間に位置している。カラー５４は、ケーシング４０の端ぐり穴区分内に受け入れられるよう寸法決めされていて、このカラーは、受座表面４５及び受座肩４５Ａと接触状態にある。したがって、端ぐり穴区分とカラー５４の嵌合によって、端ブロック５０は、ケーシング４０にしっかりと固定されている。

図２及び図３を参照すると、端ブロック５０の遠位端部が内部キャビティ４３の接合面４４の直径よりも小さな直径を有することが示されている。したがって、環状隙間が内部キャビティ４３の接合面４４と端ブロック５０の遠位端部との間に形成されている。

端ブロック５０の遠位端部は、その内部に設けられていて、軸受のための受座を形成する端ぐり穴５５を備えるのが良い。さらに、他のコンポーネントにより隠されているので目には見えないが、ねじ立てボアが端ブロック５０の遠位端部の端リムに円周方向に分布して設けられるのが良い。端ブロック５０は、機械加工され、成形されると共に／或いは鋳造されたモノリシックブロックであるのが良い。

被動群１６

図１〜図５を参照すると、被動群１６のコンポーネントが詳細に示されている。分かりやすくする目的で、被動群１６のコンポーネントは、符号６０代及び符号７０代が付けられている。

被動群１６は、ピストンとも呼ばれる摺動管６０を含む。摺動管６０は、被動群の主要な可動コンポーネントである。摺動管６０は、ケーシング４０の内部キャビティ４３内に嵌め込まれており、この摺動管は、接合面４４上のスリーブ４６と摺動接触関係をなすよう寸法決めされている。それ故、摺動管６０は、ケーシング４０の内部キャビティ４３内で軸方向に動くことができ、その結果、摺動管６０の遠位端部が可変距離だけケーシング４０の遠位端部から突き出ることができるようになっている。例えば、図２では、摺動管６０は、リニアアクチュエータ１０の引っ込み状態では、ケーシング４０内に引っ込められ、これに対し、摺動管６０は、リニアアクチュエータ１０の伸長状態では、図３及び図４においてケーシング４０から完全に伸長されている。

したがって、図示の実施形態では、インターフェース６１がケーシング４０の外側で摺動管６０の遠位端部のところに設けられている。インターフェース６１は、インターフェース６１が下方に向いた状態でリニアアクチュエータ１０を差し向けた場合に、地面又は台座インターフェースであるのが良い。例えば、インターフェース６１は、地面に直接載って位置しても良く、或いは、底部インターフェース群１８と共に同時に構成される継手の一部であっても良い。インターフェース６１は、切頭円錐形キャップ６２を有するものとして、即ち、丸形接触表面を形成するものとして図示されている。例えばねじ立てされたボア６２Ａがキャップ６２の中央に配置されており、その結果、キャップ６２は、締結具、例えばボルト又はシャフト６３Ａによって支持プラグ６３に締結できるようになっている。支持プラグ６３は、摺動管６０の内部キャビティ６４内に受け入れられる。図示の実施形態では、内部キャビティ６４は、支持プラグ６３に対する軸方向当接部をなす肩６４Ａを有し、この肩６４Ａも又、図示のように側方ねじ等によって摺動管６０に固定されるのが良い。キャップ６２及び支持プラグ６３は、とりわけ、摺動管６０の端部のところのインターフェース６１として使用できる一解決手段である。また、キャップ６２及び支持プラグ６３をモノリシック形態で提供することが考えられる。支持プラグ６３に用いられる材料は、以下に説明するように、底部インターフェース群１８のコンポーネントに対する支持プラグ６３の手動係合の関数として選択される。変形例として、支持プラグ６３の丸形表面には、滑らかであり、それ故に摩擦係数が低くなるよう表面処理が施されるのが良い。

図２〜図４を参照すると、内部キャビティ６４は、摺動管６０の全長を伸長させた状態で示されている。内壁６５が内部キャビティ６４の内側に設けられており、この内壁は、軸方向に対して横方向平面内に位置している。中央ボア６６が内壁６５内の中央に配置されている。中央ボア６６は、ねじ立てされたものとして示されている。

摺動管６０の外面には、１対の案内チャネル６７が形成されている。案内チャネル６７は、軸方向に平行である。作動にあたり、ストッパ案内４７の端部が案内チャネル６７内に受け入れられる。図示の実施形態では、摺動管６０は、１対の案内チャネル６７を備え、案内チャネル６７は、摺動管６０の直径方向反対側に設けられている。しかしながら、これよりも多い又は少ない数の案内チャネル６７を用いることができ、この場合、対応した数のストッパ４７が設けられる。図４に示されているように、ストッパ当接部４８は、リニアアクチュエータ１０が完全伸長状態に達すると、これらの弧状当接面を案内チャネル６７の端部に接触させるよう差し向けられている。転動案内４９は、ケーシング４０に対する摺動管６０の運動中、それぞれの案内チャネル６７の側壁のうちの１つに接触するよう寸法決めされている。したがって、転動案内４９は、摺動管６０が並進自由度に制限される（回転遊びがほとんどなく又は全くない）ようにする。さらに、転動案内４９が性質上転動することにより、転動案内４９と案内チャネル６７との接触部のところでの摩擦損失が最小限に抑えられることになる。図２に示されているように、転動案内４９は、摺動管６０を完全に引っ込めたときにストッパとして働くことができる。

トラベリングナット６９が摺動管６０に固定されている。図示の実施形態では、トラベリングナット６９は、ねじ山付き端部を有し、このトラベリングナットは、摺動管６０と一体に動くようこのねじ山付き端部によって摺動管６０の内壁６５のねじ立てボアにねじ連結されている。トラベリングナット６９の本体は、図示の実施形態では、内壁６５の近位側に位置している。トラベリングナット６９は、親ねじ（即ち、ねじ山付きシャフト）の回転を摺動管６０の並進に変換するよう親ねじと一緒に作動する任意適当な形式の機構体であって良い。例えば、トラベリングナット６９は、ボールねじユニットである。適当なボールねじユニットの１つは、戻り管を備えたＮＳＫ転動ボールねじ、例えば、ＲＮＣＴ型ボールナットである。しかしながら、転動ボールねじの代替手段として、他の多くの形式のトラベリングナット６９が考えられる。さらに、ナット６９は、摺動管６０のモノリシック部分であっても良い。

図１〜図５を同時に参照すると、ねじ山付きシャフト７０（即ち、親ねじ、ボルト）がトラベリングナット６９と作動係合状態にある。ねじ山付きシャフト７０は、電気モータ２０の回転出力を摺動管６０に伝達するよう電気モータ２０に結合されている。ねじ山付きシャフト７０は、トラベリングナット６９と適合性のある螺旋軌道を有する。トラベリングナット６９は、摺動管６０に固定されているので、しかも摺動管６０がストッパ案内４７と案内チャネル６７との相互作用に起因して並進運動に制限されているので、ねじ山付きシャフト７０の回転の結果として、トラベリングナット６９の並進が生じる。

ねじ山付きシャフト７０は、並進運動しないよう保持された状態で、その長手方向軸線（実質的に軸方向に平行である）回りに回転するよう軸受７１によってケーシング４０に回転可能に連結されている。したがって、軸受７１は、端ブロック５０の端ぐり穴５５内に嵌め込まれている。リング７１Ａ及びボルト７１Ｂ又は同様な締結具を用いて軸受７１を端ぐり穴５５内にしっかりと保持するのが良い。軸受７１は、玉軸受けであっても良く転がり軸受であっても良く玉なし軸受であっても良く、任意適当な形式の軸受であっても良い。

シャフト支持体７２がシャフト７０を軸受７１に相互連結している。図示の実施形態では、シャフト支持体７２は、鋳造され成形されると共に／或いは機械加工されたモノリシック金属片である。シャフト支持体７２は、シャフト７０の近位端部を受け入れる環状本体を有する。シャフト支持体７２は、例えばシャフト７０とシャフト支持体７２との間に半径方向に配置された止めねじ又はロールドピンによってシャフト７０に固定され、それによりシャフト支持体７２は、シャフト７０と一緒に回転する。シャフト支持体７２は、遠位フランジ７３及び近位ヘッド７４を有している。ヘッド７４は、軸受７１の内レースの内径に一致した外径を有し、軸受７１は、ヘッド７４に取り付けられた状態でフランジ７３に当接する。ヘッド７４の寸法設定は、軸受７１とシャフト支持体７２との間の遊びを減少させ又はなくすよう軸受７１と適当な嵌まり具合（例えば、締り嵌め、圧力嵌め）を実現するよう選択される。

ヘッド７４は、近位端部のところにねじ山７５を有し、このヘッドは、モータカプラ２４に結合可能な１対のフィンガ７６を有している。１対のフィンガ７６は、電気モータ２０からの回転出力をシャフト７０に伝達するためにシャフト７０をモータ２０のモータカプラ２４のフィンガ２５に結合する手段としてのカップリングコンポーネントである。継手インターフェース７７がモータカプラ２４とヘッド７４との間に位置決めされている。継手インターフェース７７は、十字形であり、それ故、４つのクリアランスを構成しており、これらクリアランスのうちの２つは、フィンガ２５を受け入れ、クリアランスのうちの他の２つは、突起７６を受け入れる。継手インターフェース７７の４つのクリアランスは、フィンガ３５及び突起７６との遊びを最小限に抑え又はゼロにするよう寸法決めされている。しかしながら、継手インターフェース７７は、比較的硬質の材料で作られるが、その硬度は、モータカプラ２４及びシャフト支持体７２に用いられる金属材料の硬度よりは低い。例えば、継手インターフェース７７は、ジュロメータ硬度９０の高密度ポリマー材料で作られる。リニアアクチュエータ１０が図１〜図５に示されている仕方で組み立てられると、継手インターフェース７７は、モータカプラ２４とヘッド７４との間で開放キャビティ７５内に捕捉状態に保持されるが、これらモータカプラ及びヘッドのいずれにも固定されない。それ故、継手インターフェース７７は、例えばモータ２０の出力シャフト２１とねじ山付きシャフト７０が完全に整列していない場合であってもモータカプラ２４とヘッド７４との間に或る程度の整列の自由度の実現を可能にする。それ故、継手インターフェース７７は、モータカプラ２４とシャフト支持体７２との間にユニバーサル（自在）状の継手を形成する。上述のカップリング組立体は、シャフト２１，７０を互いに結合するために考えられる多くの形態のうちの１つである。

ナット７８又は同様なねじ立てリングは、ヘッド７４の外面のねじ山７５に螺合されている。ナット７８を軸受７１の内レースに対して締め付けることができ、それにより軸受７１の内レースとヘッド７４は、互いに一緒に一体的に回転する。

図３に最も良く示されているように、軸受７１は、端ブロック５０の遠位端部とケーシング４０の接合面４４との間に形成された環状隙間と整列する。リニアアクチュエータ１０の引き込み状態では、摺動管６０の端部は、環状隙間に入り込む。この構成により、ストロークの面で摺動管６０に動くだけの余地が与えられる。さらに、図４に示されているように、リニアアクチュエータ１０の完全伸長状態では、接合面４４（即ち、或いは、接合面４４上に設けられたスリーブ４６）との摺動管６０の相当な接触表面が相変わらず存在する。ケーシング４０と摺動管６０との間の軸方向における接触表面の最小長さ（即ち、伸長状態に置いてケーシング４０内に相変わらず存在する管６０の長さ）は、摺動管６０の直径の約２倍である。

底部インターフェース群１８

図１及び図６を参照すると、底部インターフェース群１８のコンポーネントが詳細に示されている。分かりやすくする目的で、底部インターフェース群１８のコンポーネントは、８０台の符号が付けられている。

底部インターフェース群１８は、リニアアクチュエータ１０が地面又は台座とのそのインターフェースのところで受ける応力及びひずみを減少させるようリニアアクチュエータ１０と一緒になって継手を形成している。したがって、底部インターフェース群１８は、リニアアクチュエータ１０と地面との間に多くの自由度の実現を可能にしている。図示の実施形態では、底部インターフェース群１８は、最大３つの回転自由度及び２つの並進自由度の実現を可能にする場合がある。

底部インターフェース群１８は、ベースプレートＧに連結され、このベースプレートは、例えば、リニアアクチュエータ１０を地面又は台座に連結するフレームの一部である。ベースプレートＧは、開口部Ｇ１及び互いに反対側に位置する平坦な表面を有している。

レセプタクル又は受け具８０がキャップ６２と同一の半径を有するよう寸法決めされた切頭円錐形表面８１を有する開放キャビティを画定している。したがって、キャップ６２は、切頭円錐形表面８１と摺動接触関係をなすよう開放キャビティ内に受け入れられ、かくして球面継手が形成される。これら２つの継手コンポーネントを逆にすることができ、その結果、レセプタクル８０は、切頭円錐形の凸状の表面を有し、キャップ６２は、凹状の球形接合面を提供する。したがって、レセプタクル８０は、低い摩擦係数を有し又は球形表面８１上におけるキャップ６２の滑らかな運動を可能にするよう球形表面８１上に被膜等を有する場合のある材料から成るのが良い。中央開口部８２は、シャフト６３ＡがベースプレートＧの下側まで延びることができるようレセプタクル８０の底部中心に設けられている。

ワッシャプレート８３がベースプレートＧの互いに反対側に位置しており、これらワッシャプレートは、滑り継手の一部を形成する上で考えられる多くの形態のうちの１つである。ベースプレートＧには種々の貫通ボアが設けられているので、ワッシャプレート８３は、ベースプレートＧに対して動くことができる。クランプ片８４がシャフト６３Ａに取り付けられていて、キャップ８５を締めることによってワッシャプレート８３のうちの１枚に押し付けられる。その結果、ベースプレートＧ及びワッシャプレート８３は、レセプタクル８０の底面とクランプ片８４との間にサンドイッチされる。この組立体は、リニアアクチュエータ１０の底端部（即ち、キャップ６２を介して）とベースプレートＧとの間に並進自由度の継手を形成する。このようにして形成された滑り継手は、１つ又は２つの並進自由度を有することができる。

リニアアクチュエータ１０の種々のコンポーネントの構成について説明したからには、その作動について説明する。

作動は、インターフェース６１が地面に向いているように差し向けられているものとしてリニアアクチュエータ１０について行う。

摺動管６０の位置がケーシング４０に対して既知であるので、リニアアクチュエータ１０を最初に較正する。これは、任意適当な方法によって実施でき、かかる方法としては、リニアアクチュエータ１０をターンオンしたときにプラットホームコントローラによって制御される較正運動が挙げられる。

電気モータ２０は、運動信号を受け取り、それ故、選択された方向に運動信号に比例した回転出力を生じさせる。回転出力は、出力シャフト２１を通って出力シャフトとねじ山付きシャフト７０との間の結合を介してねじ山付きシャフト７０に伝達される。

摺動管６０及びトラベリングナット６９は、ねじ山付きシャフト７０の回転を軸方向に沿う摺動管６０の並進に変換する。摺動管６０は、底部インターフェース群１８を介して地面又は台座に連結されているので、結果として生じる作用は、地面又は台座に対するモータ２０及びケーシング４０の並進運動及び場合によっては底部インターフェース群１８と一緒になって形成される継手によって許容される他の調節運動であろう。運動プラットホームは、モータ２０又はケーシング４０に連結されているので、運動プラットホームは、モータ２０及びケーシング４０と共に動くことになる。上述したように、例えば運動プラットホームと地面／台座とリニアアクチュエータ１０との間の継手の存在によって、地面／台座とモータ２０／ケーシング４０と摺動管６０のうちの任意のもの相互間には追加の自由度が存在する場合のあることが指摘される。

場合によっては、摺動管６０は、運動プラットホームに連結され、一方、モータ２０及びケーシング４０は、地面又は台座に固定される。かかる場合、運動プラットホームは、摺動管６０と共に動くことになる。

図７及び図８を参照すると、底部インターフェース群の変形実施形態が全体を符号１８′で示されている。図７及び図８の底部インターフェース群１８′は、図１〜図６の底部インターフェース群１８と多くの類似性を備えているので、同一の要素には、同一の参照符号が付けられている。

底部インターフェース群１８′は、底部インターフェース群１８のワッシャ及びナットの代替手段として様々なワッシャ及びナット９０を有するが、群１８の構成と類似した構成を用いることができる。ブラケット１００がベースプレートＧの代わりに用いられている。ブラケット１００は、垂直壁１０２によって地面から離隔された支持壁１０１を有している。フランジ１０３が垂直壁１０２の底部のところに位置しており、これらフランジは、任意適当な仕方で、例えばボルト、ねじ等によって地面に締結されるのが良い。開口部１０４がシャフト６３Ａを挿通させるよう支持壁１０１に設けられている。それ故、この組立体は、リニアアクチュエータ１０の底端部（即ち、キャップ６２を介して）と支持壁１０１との間に２つの並進自由度の継手を形成している。ブラケット１００により、継手が地面の上方に形成され、それにより、リニアアクチュエータ１０は、地面にキャビティを設ける必要なく、設置可能である。

図９を参照すると、リニアアクチュエータの変形実施形態が全体を符号１０′で示されている。図９のリニアアクチュエータ１０′は、図１〜図６のリニアアクチュエータと多くの類似性を備えているので、図９では同一の要素には同一の参照符号が付けられている。

リニアアクチュエータ１０′は、管状円筒形本体に機械加工により形成された種々の細部を備えた全体として管状の円筒形本体を有している点において、ケーシング４０（図１）とは異なるケーシング１４０を有している。それ故、説明の初めとして、ケーシング１４０は、比較的標準フォーマットの実質的に管状の円筒形本体を有し、図９の場合のようにケーシング１４０の完成状態の形態を達成するのに必要な機械加工は、金属の除去量の場合と同様に、ケーシング４０の機械加工と比較して実質的に少なくなっている。

この機械加工では、連結リング１４１をケーシング１４０の遠位端部のところに形成する。連結リング１４１は、円周方向凹部１４１Ａを備えた全体として環状の形を有する。それ故、ケーシング１４０とは別個独立のフランジ１４２が連結リング１４１との嵌合によってケーシング１４０に取り付けられるのが良い。というのは、フランジ１４２は、連結リング１４１に対してネガの形状のレセプタクル１４３を有しているからである。凹部１４１Ａにより、締結具１４３Ａがリニアアクチュエータ１０′の中心の近くに位置することができ、これら締結具１４３Ａは、フランジ１４２をケーシング１４０に固定する。さらに、連結リング１４１の凹部１４１Ａは、リニアアクチュエータ１０′の長手方向軸線回りのフランジ１４２の回転を阻止する補足的回転防止特徴部としての役目を果たす。フランジ１４２は、リニアアクチュエータ１０′を或る構造体（例えば、受座構造体）にインターフェースするために用いられ、かくして、このフランジは、リニアアクチュエータ１０／１０′を或る構造体に連結するためのものとして考えられる多くの形態のうちの１つとして、連結穴１４４を備えている。円周方向に分布して設けられた連結穴１４５は、締結具１４３Ａと共に用いられる。

ケーシング１４０の機械加工では、更に、ストッパ案内４７のうちの１つ又は２つ以上のレセプタクル１４６を形成する。ストッパ案内４７のうちの１つ（そのストッパ当接部４８及び転動案内４９を含む）は、リニアアクチュエータ１０′のストロークを制限してその並進運動を保証する上で十分であると言える。

ケーシング１４０の機械加工では、更に、ケーシング１４０の円筒形部分に穴１４７，１４８を形成する。穴１４７は、締結具１４７Ａがスリーブ４６をケーシング１４０の内側の位置に保持するためにケーシング１４０に設けられるのが良いねじ立て穴（ねじ穴）である。穴１４８は、ケーシング１４０内における摺動管の運動に起因して生じるケーシング１４０内の容積の変化に照らして、通気穴として用いられる。メッシュプラグ１４８Ａがケーシング１４０内における汚染物の入り込みの恐れを減少させるために使用されるのが良い。

依然として図９を参照すると、リニアアクチュエータ１０′は、管状本体がカラー５４によって段付けされている端ブロック５０とは異なり、単一の円筒形外面１５１を備えている点において、端ブロック５０（図１）とは異なる端ブロック１５０を有している。換言すると、円筒形外面１５１は、ケーシング１４０の内部キャビティの表面に接触可能に受け入れられるよう精密に機械加工されており、これら表面相互間には遊びが全くない。端ブロック１５０とケーシング４０とを比較して端ブロック１５０とケーシング１４０との接触面積のこの増大により、この組立体の構造的健全性又は一体性が高められる。端ブロック１５０は、その端ぐり穴５５内に軸受７１を支持しているので、リニアアクチュエータ１０′のこの部分は、相当な荷重を受け、それにより、上述の形態は、この部分に関与する荷重に好適である。端ブロック１５０は、軸受を含む軸方向区分のところで、即ち、リニアアクチュエータ１０／１０′の長手方向軸線と垂直関係をなす軸方向平面を含む軸方向区分のところでケーシング１４０の内部キャビティに接触する。

依然として図９を参照すると、リニアアクチュエータ１０′は、摺動管１６０の一体的部分である閉鎖端部１６１を備えた全体として管状の円筒形本体を有する点で、摺動管６０（図１）とは異なる摺動管１６０を有している。それ故、摺動管１６０は、特に閉鎖端部１６１がこれをインターフェース６１に連結するためのねじ立てボア１６２を有しているので、向上した構造的健全性又は一体性を有している。

図１〜図９のリニアアクチュエータ１０，１０′は、モータ２０、端ブロック５０／１５０、摺動管６０／１６０、トラベリングナット６９、ねじ山付きシャフト７０、及び軸受７１を含む一体形組立体ユニットが形成されているという点で、重要な保守上の単純化が行われることを示している。一体形組立体ユニットは、単に一体形組立体を近位端部を経てケーシング４０，１４０から全体として引き出すだけで、全体としてケーシング４０／１４０から分離可能であるように互いに相互に連結されたこれらコンポーネント及び関連コンポーネントを有している。前もって摺動管６０／１６０を底部インターフェース群１８のコンポーネントから切り離すことが必要な場合がある。同様に、ストッパ案内４７は、この操作前に取り外される。したがって、リニアアクチュエータ１０／１０′のうちの一方が補修又は保守を必要とする場合、リニアアクチュエータ１０／１０′の幾つかの構造コンポーネント（例えば、ケーシング４０／１４０）は、取り外された一体形組立体ユニットを取り去ることができる間、交換用一体形組立体ユニットと共に使用できるよう現場に位置したままであって良い。

上述のリニアアクチュエータ１０／１０′は、０〜１００Ｈｚの運動の周期数で３４０ｋｇ〜４０８ｋｇの耐荷重で動作することができる場合がある。ストロークの振幅は、上述の耐荷重については最高１５２ｍｍまでであるのが良い。摺動管６０は、７４ｍｍ±５ｍｍの直径を有し、ケーシング４０の内部キャビティ４３は、約２７４ｍｍ±１０ｍｍの長さを有する。したがって、リニアアクチュエータ１０／１０′は、ケーシング長さとピストン直径の比が３．３から４．１までの範囲にある場合、かかる耐荷重及びストロークを有する。

Claims (23)

1. リニアアクチュエータであって、
   両方向回転出力を生じさせる出力シャフトを備えたモータと、
   接合面を備えた内部キャビティを有するケーシングと、
   前記ケーシングの前記内部キャビティ内に設けられたねじ山付きシャフトと、
   前記ケーシングの近位部分に連結されると共にモータに連結された端ブロックであって、管状部分を有し且つ接合受座表面が形成された前記端ブロックと、
   前記内部キャビティ内に設けられた状態で前記端ブロックの前記接合受座表面に接して保持された少なくとも１つの軸受と、
   前記回転出力を前記ねじ山付きシャフトに伝達するために前記モータの前記出力シャフトを前記ねじ山付きシャフトに結合するカップリング組立体と、
   前記ケーシングの前記内部キャビティと摺動関係をなして配置されていて、前記ケーシングに対して並進運動を行う摺動管と、
   前記摺動管に連結し、前記摺動管と一緒に動くトラベリングナットであって、前記トラベリングナットは、前記ねじ山付きシャフトの回転運動を前記摺動管の並進に変換するよう前記ねじ山付きシャフトに作動的に係合している、前記トラベリングナットと、
   前記モータ、前記ねじ山付きシャフト、前記端ブロック、前記少なくとも１つの軸受、前記トラベリングナット、及び前記摺動管を含む一体形組立体ユニットであって、前記モータ、前記ねじ山付きシャフト、前記端ブロック、前記少なくとも１つの軸受、前記トラベリングナット、及び前記摺動管は、前記一体形組立体を全体として前記ケーシングの前記内部キャビティから近位端部を経て引き出すことによって分離可能であるよう互いに相互に連結されている、前記一体形組立体ユニットと、を有しているリニアアクチュエータ。
2. 前記カップリング組立体は、前記モータからの前記回転出力を受け取る少なくとも第１のカップリングコンポーネント及び前記回転出力を前記ねじ山付きシャフトに伝達するよう前記第１のカップリングコンポーネントに結合された少なくとも第２のカップリングコンポーネントを備え、前記第２のカップリングコンポーネントは、前記軸受の内レース内に受け入れられた管状シャフト支持体を含み、前記管状シャフト支持体は、前記ねじ山付きシャフトの近位端部を受け入れている、請求項１記載のリニアアクチュエータ。
3. 前記管状シャフト支持体は、遠位フランジ及び近位ねじ山を有し、前記リニアアクチュエータは、前記管状シャフト支持体を前記軸受に取り付けた状態に保持するよう前記近位ねじ山に螺合したナットを更に有する、請求項２記載のリニアアクチュエータ。
4. 前記管状シャフト支持体は、前記第１のカップリングコンポーネントに結合可能であるよう近位側に突き出た１対のフィンガを有する、請求項２又は３記載のリニアアクチュエータ。
5. 前記第１のカップリングコンポーネントは、前記管状シャフト支持体の前記１対のフィンガに結合された１対のフィンガを含む、請求項４記載のリニアアクチュエータ。
6. 前記第１のカップリングコンポーネントの前記１対のフィンガと前記第２のカップリングコンポーネントの前記１対のフィンガとの間に設けられた十字形のインターフェースを更に有する、請求項５記載のリニアアクチュエータ。
7. 前記十字形インターフェースは、前記第１のカップリングコンポーネントの前記フィンガ及び前記第２のカップリングコンポーネントの前記フィンガの硬度よりも低い硬度を有する、請求項６記載のリニアアクチュエータ。
8. 前記端ブロックの前記管状部分は、前記軸受を含む軸方向区分内において前記ケーシングの前記内部キャビティの表面と接触状態にある、請求項１〜７のうちいずれか一に記載のリニアアクチュエータ。
9. 前記接合受座表面に、前記端ブロックの遠位端部に隣接した端ぐり穴が形成され、前記端ブロックの遠位端部に締結されたリングを更に有し、前記軸受は、前記一体形組立体ユニット内において前記接合受座表面と前記リングとの間に保持されている、請求項１〜８のうちいずれか一に記載のリニアアクチュエータ。
10. 前記端ブロックは、前記ケーシングの前記近位端部の外部に連結されると共に前記モータに連結されたフランジを有し、前記管状部分は、前記フランジから遠位側に突き出ている、請求項１〜９のうちいずれか一に記載のリニアアクチュエータ。
11. 前記端ブロックは、モノリシックコンポーネントである、請求項１０記載のリニアアクチュエータ。
12. 前記ケーシングは、実質的に円筒形のモノリシック管からの材料の除去によってのみ機械加工されている、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載のリニアアクチュエータ。
13. 前記ケーシングの円筒形表面に機械加工されたレセプタクルと前記レセプタクル内に受け入れられると共に前記接合面から内方に突き出た少なくとも１つの案内、及び前記摺動管に設けられた少なくとも１つの案内チャネルを更に有し、前記少なくとも１つの案内は、前記接合面に対する前記摺動管の回転を阻止するよう前記少なくとも１つの案内チャネル内に受け入れられている、請求項１２記載のリニアアクチュエータ。
14. 前記少なくとも１つの案内チャネルは、前記少なくとも１つの案内との接触によって前記ケーシングに対する前記摺動管のストロークを制限するよう寸法決めされている、請求項１３記載のリニアアクチュエータ。
15. 前記案内は、前記レセプタクル内に設けられた支持体及び前記支持体に転動可能に連結されると共に前記案内チャネル内に受け入れられた転動要素を有する、請求項１３又は１４記載のリニアアクチュエータ。
16. 前記内部キャビティ内の前記接合面に当てた状態で設けられた少なくとも１つの低摩擦性スリーブを更に有し、前記摺動管は、並進運動を行っているとき、前記少なくとも１つの低摩擦性スリーブに当たった状態で摺動する、請求項１〜１５のうちいずれか一に記載のリニアアクチュエータ。
17. 前記摺動管は、端が閉鎖されたモノリシック管である、請求項１〜１６のうちいずれか一に記載のリニアアクチュエータ。
18. 前記ケーシングの外部に位置していて、前記摺動管の遠位端部に解除可能に連結された端インターフェースを更に有する、請求項１〜１７のうちいずれか一に記載のリニアアクチュエータ。
19. 前記端インターフェースは、球面継手の遠位側に差し向けられた丸形表面部分を含む、請求項１８記載のリニアアクチュエータ。
20. 前記ケーシングに設けられると共に前記内部キャビティと流体連通状態にある通気穴を更に有する、請求項１〜１９のうちいずれか一に記載のリニアアクチュエータ。
21. 前記通気穴内に設けられたメッシュ状プラグを更に有する、請求項２０記載のリニアアクチュエータ。
22. 前記ケーシングの遠位端部に固定された連結フランジを更に有し、前記連結フランジは、受座構造体に連結されるようになっている、請求項１〜２１のうちいずれか一に記載のリニアアクチュエータ。
23. 前記ケーシングの前記遠位端部は、円周方向凹部との一体形連結リングを有し、前記連結フランジは、嵌合可能なネガの形状のレセプタクルを有する、請求項２２記載のリニアアクチュエータ。

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