JPH0480260B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転−直線運動転換タイプの伝動装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

回転−直線運動転換タイプの伝動装置は、入力
が電動機等によつて回転的に与えられ、そして所
望出力が直線方向である場合に広く使用されてい
て、‘アクチユエータ’として知られているもの
である。先行技術による通常のタイプの装置は例
えば、米国特許第2906143号、第2943508号及び第
2977964号に開示されていて、戸、門、スライド、
バタフライダンパー弁等を開閉するためにレバ
ー、アーム、クランク、スライド等を動作させる
とき、及びプツシユ・プル出力が必要とされると
きに使用する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来からの典型的なねじタイプ
のアクチユエータは、必然的なものとして歯車減
速が要求され、構造が複雑になつている。

本発明は、従来の典型的なねじタイプのアクチ
ユエータにとつて必要とされる歯車減速を必要と
せず、構造が簡単であるとともに重量が軽く、し
かも能力の高い回転−直線アクチユエータを提供
することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る調和ねじ型アクチユエータは、 (a) 内側にねじ切りされた部分１５を有する剛性
で円筒状の外側外殻部材１０と、 (b) 前記外側外殻部材１０に入れ子式に配設さ
れ、外径が前記外側外殻部材１０の内径より小
さく、かつ弾性変形可能で外側にねじ切り部１
８を有し、前記外側外殻部材１０内を進退自在
な円筒状の内側外殻部材２０と、 (c) 前記内側外殻部材２０の内部に、軸方向に摺
動可能で、かつ回転可能に取り付けられた駆動
軸４４，４６と、 (d) 該駆動軸４４，４６を軸方向に進退させる駆
動手段８４，９７と、 (e) 該駆動軸４４，４６を回動させる回転手段３
０，９７と、 (f) 前記弾性変形可能な外側ねじ切り部１８の内
側に形成された軌道溝５２と、 (g) 前記駆動軸４４，４６に形成された軌道溝４
８と、 (h) 前記駆動軸４４，４６の軌道溝４８と前記外
側ねじ切り部１８の内側の軌道溝５２との間に
回動自在に嵌合し、前記内側外殻部材２０の内
半径と駆動軸４４，４６の半径との差より大き
い直径を有する複数のローラ５０とからなり、 (i) 前記駆動軸４４，４６が軸方向に移動するこ
とにより、前記複数のローラ５０を内側外殻部
材２０に対して垂直姿勢になるように移動さ
せ、これによつて内側外殻部材２０の外側ねじ
切り部１８を弾性変形させて、外側外殻部材１
０のねじ切り部１５とかみ合わせる、 構成を特徴としている。

〔作用〕

上記した構成に基づき、本発明のアクチユエー
タにおいては入力構成要素の回転運動は、該装置
の屈曲性スリーブ部材に印加された歪み波によつ
て出力構成要素の直線運動に変換される。すなわ
ち、前記の屈曲性スリーブ部材は、該スリーブ部
材の周辺に関して回転するようモータで駆動され
る部材によつて、外側のねじ部と断続したねじ係
合をするように屈曲させられ、それで本アクチユ
エータを使用している装置の軸方向で静止及び運
動可能な構成要素上に形成されたねじ状面との相
互係合は、累進的に前進又は後退する。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を添付図面を参照して以
下説明する。

第１図〜第３図は本発明の好適な実施例を示
し、通常端板１２（選択的に外殻と一体に形成し
てもよい）等によつて一端で閉成した構造的に剛
性の外側円筒状外殻部材１０を備えている。輪付
き棒１４のようなアクチユエータの一端を連結す
る手段を図のように端板１２に取付ける。外殻１
０は１５で示したように内側にねじ切りし、ねじ
形は技術的好適性に基いて選択する。弾性変形可
能な円筒状スリーブ部１６は１８で示したように
外側にねじ切りし、後述のように結合されて内側
外殻部材２０の一端から軸方向に延長し、スリー
ブ部１６及び内側外殻部材は共に外側外殻部材１
０内に自由に収容する。変形していない状態では
スリーブ部１６の外径は外殻部材１０の内径より
小さく、よつて変形していないときスリーブ１６
は外殻１０内で軸方向に自由に運動可能である。

本発明の好適な１形式においては、外殻１０の
ねじ山１５は３条型のものでありねじ山１８は単
にねじ山１５と整合するようにピツチを設けた多
数の円周上のねじ形溝から成つている。スリーブ
１６上のねじ山１８はリードが無いように形成し
てもよいが、他の整合ねじ構成も使用可能であり
右ねじまたは左ねじあるいはその組合せでもよ
い。

内側外殻２０は鋼鉄または磁束を導通させるこ
とができる他の材料で作つた鋼管から成り、ピン
２３等によつてつば２２（第１図）に固定取付け
されて軸方向に外殻１０内に延長している。内側
外殻２０はその他端でブツシユ２６のフランジ２
４に隣接しており、該ブツシユは圧入または他の
適当な手段によつて外殻２０内に堅固に締付け
る。つば２２の端壁部２８はアクチユエータ駆動
モータの固定子３０を担持しており、該モータは
電気、水圧または空気圧のいずれのタイプにして
もよい。好適な実施例においては、その低同期速
度特性のゆえに永久磁石ステツパータイプの電動
機を使用する。モータの回転子を３１で示す（第
１図）。スリーブ１６は直径の小さい端壁厚さの
軸方向延長部３２を備えており、該延長部は環状
肩部３４で終結しており、該肩部内にはブツシユ
２６の端部に隣接する止め輪３６を取付け、よつ
て部材１６，２０および２２を結合する。端部キ
ヤツプ４０はピン２３によつてつば２２上に取付
けられてそこから軸方向に延長し、その他端で前
記アクチユエータに対する対向端取付手段を担持
する手段を設ける。例示したようにこの取付手段
はＵリンク型連結器４２から成つており、該連結
器は端部キヤツプ４０から延長するブラケツト４
３に回動取付けし、よつて作動装置に動作上の整
列の自由を与える。

モータ駆動される駆動手段は好ましくは、つば
２２のウエブ２８によつて担持した軸受４５上で
承軸され、その最端部で４８で示したように溝切
りしたローラー駆動体４６を固定担持している駆
動軸４４を備えており、該溝中にローラー５０を
受ける。スリーブ１６は同様に５２で示したよう
に溝切りしてローラー５０の直結方向対向周線を
受ける。自由浮動ローラー保持器５４を設けて駆
動体４６の周囲で周囲を離隔した関係でローラー
を閉込める。駆動体４６はその上で入れ子式スリ
ーブ装置６０の一端を支持するスラスト軸受５６
を固定担持する。図のように装置６０は６６で示
したそれらの共動端部で相互係合フランジを有す
る１対のスリーブ６２，６４を備えており、共動
するスリーブ６２のフランジ７０およびスリーブ
６４のフランジ７２に対して支持する予荷重圧縮
ばね６８を備えている。従つてばね６８はスリー
ブを推進して第３図に示したロツク位置に延長す
る。図面ではただ１組の３つのローラー５０を使
用しているが、荷重応力を動作部品上により均等
に分配するためその代りに各々２つ以上のローラ
ーを構成する２組以上を使用してもよいことを理
解されたい。

全体を８４を示した直線ソレノイドの巻線８２
を担持しているスプール８０は内側外殻２０に対
して内側に固定取付けし、ソレノイド電機子８５
はスプール８０の内径中に滑りばめで配設する。
電機子８５は円筒条のものでそれを介して駆動軸
４４を受ける。軟鉄製の端板８６，８８はスプー
ル８０の対向端で内側外殻２０に固定して付勢さ
れた際ソレノイドの磁束を伝える。スリーブ６４
は電機子８５に固定する。

従つてソレノイド巻線を付勢した際電機子８５
は第１図〜第３図で示したように右へ運動し第３
図に示した位置をとり、よつて第２図のように電
機子を付勢していないときと比較して内側外殻端
部１６に対してより垂直に近い姿勢にローラー５
０を運動させることがわかる。ローラーがこのよ
うに推進されて第３図のようにより垂直に近くな
つた際、それらは第７図のように外殻１６を変形
させる。ローラーが圧迫する外殻のそれらの部分
は径方向に延長しねじ山１８のそれらの関連した
部分を駆動してスリーブ１６のねじ山１５と係合
させる。ねじ山１５および１８が係合する位置に
ない場合ローラーはそれによつて完全に直立して
第３図の位置になることが妨げられ、ソレノイド
が閉成部に対して前進するとばね装置６０は収縮
し、よつてばね６８にエネルギーを蓄積する。次
いで作動モータ３０を付勢した際駆動軸４４およ
び駆動体４６は回転し遊星車装置の態様でローラ
ーを軌道運動させる。これはローラーリムおよび
駆動体の溝４８の摩擦係合のためである。

こうしてスリーブ１６の変形パターンはねじ山
１５および１８が係合する位置になるときまでロ
ーラー５０と共に進行する。その際ばね６８は解
放されて駆動体およびローラー組立体を第３図の
ようなねじ山完全係合位置に進行させる。モータ
が動作し続けると進行するスリーブ変形パターン
によつてねじ係合点が周囲上で前進し、よつてね
じ山１８のねじ係合点はモータ回転の方向に従つ
てねじ山１５に対して長手方向に進行する。

本発明の別の好適な実施例においては、様々な
危険防止装置を設けてもよく、例えば９２で示し
た一端で外側外殻部材１０に固定し９４で示した
他端で端部キヤツプ４０に固定した予荷重引張ば
ね９０を備えて、入れ子式に関連した外殻１０お
よび端部キヤツプ４０をバイアスして縦方向に隣
接する関係（第１図）を維持したり、あるいはば
ね９０を圧縮タイプのものにして部品を互いに離
れるようにバイアスしてもよい。従つて電源故障
の結果であれ意図的な制御態様の結果であれ、ソ
レノイドに対するパワーが中断した場合、本発明
の作動装置はばねに応答して縦方向に伸張（また
は収縮）して所望の方向で直線方向の力を送る。
これに伴つて、端板１２およびソレノイド端板８
８間で装置内に閉込められた空気はダツシユポツ
トにおけるように機能していずれかの動作方向で
ばね力効果を緩和する。第３図のようにローラー
が弾性スリーブ１６を弾性変形させるように動作
している際、それらはまだ駆動体４６に対して垂
直よりもわずかに小さい角度になつており、よつ
てねじ機構１５および１８上の軸方向の力による
ねじカム力と合成されたスリーブ１６の弾性によ
つて駆動体４６はソレノイド８４の力に対向して
バイアスされることに注意されたい。従つてソレ
ノイドに対するパワーが失われた場合アクチユエ
ータは第２図のような離合位置をとり、ばね９０
は解放してアクチユエータに意図された危険防止
動作を行なわせる。９１で示したように、好まし
くは駆動体４６の外端に止め輪保持ウオツシヤを
設けて（アクチユエータが第１図および第２図の
ように離合しているとき）ローラー５０に対して
保持器５４を保持し、ローラーが溝５２からはず
れるのを防止する。同様のウオツシヤ装置９３を
設けて駆動体４６の溝４８からローラー５０がは
ずれるのを防止する。

さらに、９５で示した駆動軸４４の一端を端部
キヤツプ４０の端壁部９６を介して延長させてノ
ブ９７で終結させ、従つてそれを手動的にプツシ
ユ−プル並びに回転させて電力が利用可能な際上
述のようにねじ山１５，１８を係合あるいは離合
させることができるようにすること等によつて、
電源故障の場合アクチユエータを手動操作する手
段を設ける。それに関連して９８で示したような
ラツチ装置（第１図および第４図〜第６図）は端
部キヤツプ４０の端壁９６上に９９で示したよう
に回動取付けし、ハンドル１００によつて手動操
作可能であつて回動して駆動軸の延長部９５によ
つて担持されたフランジ１０２の外側と干渉係合
したりあるいは離合したりするとともに、従前通
り駆動軸を回転させる。

第５図および第６図のように、ラツチ９８は１
０４で示したように切除して軸９５を受け１０６
で示したように穴ぐりする。従つて電源故障の場
合等、あるいは他の要因が手動操作を必要とした
場合装置を手動操作するため、ノブ９７の内側に
押してローラー５０にねじ係合位置をとらせ、ラ
ツチ９８はその際回動してフランジ１０２の後ろ
で係合する。従つてフランジ１０２はラツチ凹部
１０６内におさめられ従てラツチは保持位置にロ
ツクされる。ねじりばね１０８は肩ねじ９９に取
付けラツチハンドル１００およびブラケツト４３
上でその対向端で支持するように配設して、ラツ
チをその開位置に向かつてバイアスする。またラ
ツチ９８は１０９（第４図）で示したように切除
して肩ねじ１１０の頭部の下で係合して堅固な保
持位置でラツチを安定させることに注意された
い。ラツチを解放しようとする際は常にノブ９７
を再度手動的に押し、その際フランジ１０２は軸
方向に変位してラツチ凹部１０６と離合しばね１
０８がラツチをその開位置に回動させることを可
能にする。同様にラツチ９８が保持位置にある間
にパワーが再設定された場合、ソレノイド８４は
ラツチ凹部１０６からフランジ１０２を解放しば
ね１０８にラツチを開放させるのに十分なだけ前
方に電機子８５を引張るように動作する。

第８図は周囲雰囲気の温度が或る度合を越えた
際常にアクチユエータを自動動作させる装置を示
す。従つて周囲雰囲気が予選択温度に達した際ア
クチユエータは危険防止モードで動作して、例え
ば熱供給装置を閉にしたり冷媒供給装置を開にし
たりする。この場合熱可溶性１１５を使用して通
常ラツチ板１１６を適所に保持して軸延長部９５
の端部に対して保持板１１８を保持する。従つて
ローラー駆動体４６および駆動軸４４およびその
延長部９５に作用するスリーブ１６の弾性特性
は、第１図および第８図のように軸延長部９５を
外側に押し動かすことができず、よつて予選択周
囲温度が生じるときまで危険防止機構の動作を防
止する。好ましくは玉軸受１１９（第８図）を軸
９５の端部に設けてそれを板１１８に関して自由
に回転させる。板１１６はトリガ板１２０を担持
しており、該トリガ板の内端は１２２で示したよ
うにわずかに湾曲しており板１１８の同様に湾曲
した端部と共動して栓１１５が無傷である限り組
立体を結合させていることに注意されたい。しか
しながら栓１１５が溶解する際トリガ板１２０は
開放されて板組立体全体を崩壊させアクチユエー
タの危険防止の特徴を動作させる。後続の動作の
ため危険防止の特徴をリセツトするために、別の
可溶栓１１５によつて結合した板１１６および１
２０から成る新しいサブアセンブリーを、アクチ
ユエータを分解および（または）その動作位置か
ら移動することなく容易に取付けることができ
る。

第９図は自動的にアクチユエータを地震の衝撃
に応答して動作させる装置を示す。トリガ板１２
０は１２５で示したような吊り重りによつて組立
体を解放するようにさせること以外は、第８図の
ような保持板組立体をこの場合も同様に使用する
ことができる。従つて重り１２５の慣性は地震の
衝撃に応答して板１１８を解放することによつて
アクチユエータの危険防止の特徴を解放する。

第１０図は、全体を１３０で示した煙検出装置
と結合して本発明のアクチユエータを組込んだも
のを示す。図のように検出装置からの信号は電源
１３４からアクチユエータのソレノイド８４に対
する電流の流れを制御するリレー１３２に送られ
る。従つてリレー１３２を動作させるのに十分な
検出装置からのほんの最小電流によつてアクチユ
エータが付勢されて建物内に居る人々を助けよう
とする。これは例えば排気管の開放および（また
は）外気取入れ管の閉止によつて行ない、こうし
なければ煙の源を煽り立てることになる。

この装置は、単に栓１１５（第８図）をボルト
またはリベツト等に置換えることによつてパワー
が失われた際機能を喪失する解放不可能型アクチ
ユエータに転換することができることがわかる。
これによつてローラー装置は永久的に係合したま
まになり危険防止ばね９０の必要性が除去され
る。またこの場合（第８図および第９図の構成に
おけると同様）ソレノイド８４も使用されない。

上述の発明は部材４４，４６の駆動軸の「組合
せ」を使用しているが、このような組合せはソレ
ノイド８４がアクチユエータ組立体の不可欠の構
成要素として含まれているときのみ好ましい。こ
の場合主軸部４４は柔かい非磁性体で作ることが
でき駆動体部４６は硬化された長期耐用材料で作
るのが好ましい。しかしながら本発明はこのよう
なソレノイドを使用しておらずその代りに第４
図、第８図および第９図に示したようなロツキン
グ制御手段を使用しているアクチユエータにおい
ても実現することができる。このような場合アク
チユエータ「駆動軸」は１片の硬化可能な材料と
して作ることができる。

さらに、フイードバツク又は無フイードバツク
で精密に位置決めを行う回転−直線アクチユエー
タとして使用することができるし、また、限定さ
れた領域内の雰囲気の、いわゆる「環境制御」の
ためのシステム、及び／又は限定された能力を出
力するコンピユータ又はマイクロプロセツサの制
御作用が利用されている他の制御機能のために応
用することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のアクチユエータ
は、典型的なねじタイプのアクチユエータで通常
必要とされる歯車減速の必要性を取り除いてい
て、従つて、本発明のアクチユエータはに単純化
された低コストの構造からなる改良された「調和
ねじ」タイプのアクチユエータである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアクチユエータの縦断面図で
離合位置でのねじ係合機構の断面図を示し、第２
図は第１図の右上方部の部分拡大図、第３図は第
２図に対応しているが、ねじ係合機構の横方向に
配設したねじ係合部分がアクチユエータが動作中
の際どのように見えるかを示し、第４図は第１図
の線４−４に沿つた拡大端面図、第５図は第４図
の線５−５に沿つた部分側面図、第６図は第４図
の線６−６に沿つた部分断面図、第７図は第１図
の線７−７に沿つた拡大断面図、第８図は第１図
の左端部に対応する部分拡大図であるが、装置の
危険防止動作のための周囲熱応答装置の代用形式
を示し、第９図は第８図に対応しているが、その
ための地震衝撃応答危険防止動作装置を示し、第
１０図は本発明の危険防止動作の特徴の制御のた
めの周囲雰囲気煙検出装置を示す概略図である。 １０……外側外殻部材、１５，１８……ねじ
山、２０……内側外殻部材、３０……固定子、４
２……連結器、４４……駆動軸、４５……軸受、
４６……駆動体、５０……ローラー、５４……保
持器、５６……スラスト軸受、６０……スリーブ
装置、６８……圧縮ばね、８４……ソレノイド、
８５……電機子、９０……引張ばね、９８……ラ
ツチ装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 内側にねじ切りされた部分１５を有する
   剛性で円筒状の外側外殻部材１０と、 (b) 前記外側外殻部材１０に入れ子式に配設さ
   れ、外径が前記外側外殻部材１０の内径より小
   さく、かつ弾性変形可能で外側にねじ切り部１
   ８を有し、前記外側外殻部材１０内を進退自在
   な円筒状の内側外殻部材２０と、 (c) 前記内側外殻部材２０の内部に、軸方向に摺
   動可能で、かつ回転可能に取り付けられた駆動
   軸４４，４６と、 (d) 該駆動軸４４，４６を軸方向に進退させる駆
   動手段８４，９７と、 (e) 該駆動軸４４，４６を回動させる回転手段３
   ０，９７と、 (f) 前記弾性変形可能な外側ねじ切り部１８の内
   側に形成された軌道溝５２と、 (g) 前記駆動軸４４，４６に形成された軌道溝４
   ８と、 (h) 前記駆動軸４４，４６の軌道溝４８と前記外
   側ねじ切り部１８の内側の軌道溝５２との間に
   回動自在に嵌合し、前記内側外殻部材２０の内
   半径と駆動軸４４，４６の半径との差より大き
   い直径を有する複数のローラ５０とからなり、 (i) 前記駆動軸４４，４６が軸方向に移動するこ
   とにより、前記複数のローラ５０を内側外殻部
   材２０に対して垂直姿勢になるように移動さ
   せ、これによつて内側外殻部材２０の外側ねじ
   切り部１８を弾性変形させて、外側外殻部材１
   ０のねじ切り部１５とかみ合わせることを特徴
   とする調和ねじ型アクチユエータ。