JPH1169709A - ボールねじ式リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型且つ軽量に構成でき、ボールねじ軸４に
大きなスラスト荷重が加わった場合にも、このボールね
じ軸４が不用意に変位しない構造を得る。 【解決手段】 ウォーム軸５６を回転させ、ウォーム５
と噛合したウォームホイール３４と共に回転するボール
ナット３ｂを介して上記ボールねじ軸４を変位させる。
固定蓋４８に設けたハウジング部４９の内周面と上記ウ
ォーム軸５６の端部外周面との間に、逆転防止機構６２
を設ける。スラスト荷重により上記ウォーム軸５６が回
転する傾向の場合には、ローラクラッチ５４がロック
し、上記ウォーム軸５６が回転する事に対する抵抗を生
じる。上記ウォーム軸５６を回転させ、上記スラスト荷
重に抗して上記ボールねじ軸４を変位させる際には、上
記ローラクラッチ５４がロックしない。従って、間筒５
３はウォーム軸５６と共に回転し抵抗とはならない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係るボールねじ式
リニアアクチュエータは、重量物を持ち上げる為のジャ
ッキとして、或は各種機械装置に組み込んで小さな入力
トルクから大きな直線運動方向の出力を得る動力変換装
置として、それぞれ利用できる。

【０００２】

【従来の技術】ジャッキ等として使用できるボールねじ
式リニアアクチュエータとして従来から、例えば実開昭
６３−５３０５８号公報等に記載されたものが知られて
いる。図７〜８は、この公報に記載された構造とは若干
異なるが、従来から使用されているボールねじ式リニア
アクチュエータの要部を示している。このボールねじ式
リニアアクチュエータ１は、図示しない電動モータによ
り減速機構２を介してボールナット３を回転駆動し、こ
のボールナット３の回転をボールねじ軸４の直線運動に
変換するものである。

【０００３】上記減速機構２は、回転方向の変換自在な
図示しない電動モータにより回転駆動される、ウォーム
軸である入力軸に固定したウォーム５と、このウォーム
５と噛合したウォームホイール６とから成る。又、上記
ボールねじ軸４の外周面には、断面円弧形の第一螺旋溝
７を、上記ボールナット３の内周面には、やはり断面円
弧形の第二螺旋溝８を、それぞれ形成している。そし
て、これら第一螺旋溝７と第二螺旋溝８との間に複数の
ボール９、９を転動自在に設けて、上記ボールナット３
の回転を上記ボールねじ軸４の直線運動に変換する為の
ボールねじ機構を構成している。尚、ボールねじ式リニ
アアクチュエータ１の使用時には、上記ボールねじ軸４
の端部は非駆動部に結合する為、このボールねじ軸４が
回転する事はない。

【０００４】又、上記ボールナット３の一部外周面に形
成した第一平坦面１２には、それぞれが上記ボール９、
９を通過させる為の、１対の送り孔の端部を開口させて
いる。そして、これら両送り孔の端部開口同士を循環チ
ューブ（開口と共に図示省略）により連通させて、上記
第二螺旋溝８の一端部にまで移動したボール９、９をこ
の第二螺旋溝８の他端部に戻し、これら複数のボール
９、９を循環させる為の循環機構を構成している。

【０００５】上記ボールナット３とウォームホイール６
とは、互いの相対回転を不能として、軸方向に亙り互い
に同心に結合している。即ち、上記ボールナット３の一
端部（図７〜８の右端部）に内側円筒部１０を、上記ウ
ォームホイール６の一端部（図７〜８の左端部）に外側
円筒部１１を、それぞれ形成し、この外側円筒部１１に
上記内側円筒部１０を、がたつきなく内嵌している。
又、上記ボールナット３の外周面で、上記内側円筒部１
０よりも軸方向中央寄り部分には、互いに平行な１対の
第二平坦面１３、１３を形成している。一方、上記ウォ
ームホイール６の一端面（図７〜８の左端面）には１対
の突壁１４、１４を形成し、これら両突壁１４、１４の
内周側面を、互いに平行な１対の第三平坦面１５、１５
としている。これら第三平坦面１５、１５同士の間隔
は、上記第二平坦面１３、１３同士の間隔と同じか僅か
に大きくしている。従って、上記内側、外側両円筒部１
０、１１同士を嵌合させた状態でこれら第二、第三平坦
面１３、１５同士が係合し、上記ボールナット３とウォ
ームホイール６との相対回転を不能にする。上述の様に
組み合わされたボールナット３とウォームホイール６と
は、ケーシング１６の内側に、１対の転がり軸受１７、
１７により、回転自在に支承している。

【０００６】上述の様に構成されるボールねじ式リニア
アクチュエータ１の使用時には、電動モータを回転させ
る事により、前記ウォーム５を介して上記ウォームホイ
ール６及びボールナット３を所望方向に回転させる。こ
の結果、このボールナット３と複数のボール９、９を介
して螺合したボールねじ軸４が軸方向に変位する。

【０００７】上述の様に構成し作用するボールねじ式リ
ニアアクチュエータ１の場合、ウォーム５とウォームホ
イール６とから成る減速機構２として、動力の伝達方向
に可逆性を有するものを使用する場合が多い。この理由
は、上記ウォーム５のリード角を大きくし、このウォー
ム５の回転速度が比較的低速の場合にも、必要とする動
作速度（ボールねじ軸４が軸方向に変位する速度）を確
保する為である。一方、上記減速機構２として、動力の
伝達方向に可逆性を有するものを使用した場合には、上
記ウォーム５を固設した入力軸に力を加えない場合にも
上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１がスラスト荷
重に基づいて伸縮しない様にする為のブレーキ機構を付
設する必要がある。

【０００８】この様なブレーキ機構をボールねじ式リニ
アアクチュエータ１に組み込む為、従来一般的には、上
記入力軸を回転駆動する為の電動モータとして、ブレー
キ付のものを使用していた。ところが、ブレーキ付の電
動モータは、一般的な電動モータに比べて高価（２．５
倍程度）で、しかも設置スペースが嵩む（容積比で１．
５倍程度）為、より小型で安価な構造の実現が望まれて
いる。

【０００９】この様な目的を達成する為の構造として、
特開平８−３２２１８９号公報には、図９に示す様な構
造を有するボールねじ式リニアアクチュエータ１ａが記
載されている。このボールねじ式リニアアクチュエータ
１ａを伸縮させる際には、電動モータにより回転軸１８
を、減速機構２を介して回転させ、この回転軸１８のボ
ールねじ部１９と螺合したボールナット３ａを介して出
力軸２０を変位させる。図９に示したボールねじ式リニ
アアクチュエータ１ａは、上記出力軸２０に圧縮方向
（図９の左方向）のスラスト荷重が加わる状態で使用す
るものである。

【００１０】上記電動モータへの非通電時にも上記ボー
ルねじ式リニアアクチュエータ１ａが上記スラスト荷重
に基づいて収縮する事を防止する為のブレーキ機構を構
成する為、ケーシング１６ａの内周面と上記回転軸１８
の外周面との間に、ローラクラッチ２１と間筒２２と滑
り軸受２３とを設けている。又、上記回転軸１８と共に
回転する間座２４と上記間筒２２の端面との間に、摩擦
プレート２５を設けている。上記間筒２２に加わる圧縮
方向のスラスト荷重は、深溝型玉軸受等の転がり軸受が
支承する。このスラスト荷重により、上記ボールねじ部
１９とボールナット３ａとの螺合部の働きにより、上記
回転軸１８が回転する傾向の場合には、上記ローラクラ
ッチ２１がロックする。この状態では、上記間筒２２の
端面と上記間座２４との間に挟持した上記摩擦プレート
２５に作用する摩擦力に基づき、上記回転軸１８の回転
を阻止し、上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａ
が上記スラスト荷重により収縮するのを阻止する。これ
に対して、上記ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａ
を伸長させるべく、上記電動モータにより上記回転軸１
８を回転させ、上記スラスト荷重に抗して上記出力軸２
０を変位させる際には、上記ローラクラッチ２１がロッ
クしない。従って、上記電動モータにより上記回転軸１
８を回転させる際に上記間筒２２は、回転軸１８と共に
回転し、この回転軸１８を回転させる事に対する抵抗と
はならない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図９に示した従来構造
の場合、ボールねじ部１９とボールナット３ａとの螺合
部の働きにより回転軸１８に加わるトルクが、そのまま
摩擦プレート２５と相手面との間に加わる。上記トルク
は、ボールねじ式リニアアクチュエータ１ａに加わるス
ラスト荷重に比例して大きくなる。従って、図９に示し
た従来構造の場合には、大きなスラスト荷重が加わる部
分に使用する事は難しい。即ち、図９に示した従来構造
で、大きなスラスト荷重に拘らずボールねじ式リニアア
クチュエータ１ａが収縮するのを確実に防止する為に
は、上記摩擦プレート２５と相手面との摩擦係数を大き
くするか、これら摩擦プレート２５と相手面との有効摩
擦面の半径を大きくする必要がある。摩擦係数を大きく
する事は、使用可能な材質の面から難しく、有効摩擦面
の半径を大きくする事は、ボールねじ式リニアアクチュ
エータの大型化に結び付く為、好ましくない。本発明の
ボールねじ式リニアアクチュエータは、上述の様な事情
に鑑み、使用可能な材質で得られる摩擦係数によって
も、特に大型化する事なく、大きなスラスト荷重に対し
ても十分なブレーキ性能を発揮する構造を実現すべく、
発明したものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のボールねじ式リ
ニアアクチュエータは、従来から知られている一般的な
ボールねじ式リニアアクチュエータと同様に、ケーシン
グと、外周面に断面円弧形の第一螺旋溝を有し、上記ケ
ーシングの内側に軸方向に亙る変位自在に支持されたボ
ールねじ軸と、内周面に断面円弧形の第二螺旋溝を有
し、上記ケーシングの内側に回転自在に支持されたボー
ルナットと、上記第一螺旋溝と上記第二螺旋溝との間に
転動自在に設けられた複数のボールと、上記ボールナッ
トと同心に設けられてこのボールナットと共に回転する
ウォームホイールと、上記ボールねじ軸に対して捩りの
位置に配置されて上記ハウジングの内側に回転自在に支
持されたウォーム軸と、このウォーム軸に固設されて上
記ウォームホイールと噛合するウォームとを備え、上記
ボールねじ軸にスラスト荷重が加わる状態で使用する。

【００１３】特に、本発明のボールねじ式リニアアクチ
ュエータに於いては、上記ケーシングと上記ウォーム軸
との間に、上記スラスト荷重に基づいてこのウォーム軸
に加わるトルクに抗してこのウォーム軸を回転させる際
に、このウォーム軸が回転する事に対する抵抗になら
ず、上記スラスト荷重に基づいてこのウォーム軸が回転
する際に、このウォーム軸が回転する事に対する抵抗に
なる、逆転防止機構を設けている。

【００１４】上記逆転防止機構としては、例えば次の
又はの様な構造を採用する。 鍔部と、間筒と、一方向クラッチと、摩擦プレート
と、スラスト荷重を支承する軸受とを備える。このうち
の鍔部は、上記ウォーム軸の一部にこのウォーム軸の外
周面よりも直径方向外方に突出する状態で、且つ上記ウ
ォーム軸と共に回転自在に設けられて、このウォーム軸
に加わるスラスト荷重を受ける。又、上記間筒は、上記
ウォーム軸の周囲に、このウォーム軸に対する回転を自
在として支持する。又、上記一方向クラッチは、上記間
筒の外周面と上記ケーシングに固定した部分の内周面と
の間に設ける。又、上記摩擦プレートは、上記間筒の軸
方向一端面と上記鍔部との間に設ける。更に、上記軸受
は、上記間筒の軸方向他端面と上記ケーシングに固定し
た部分との間に設けて、上記ウォーム軸から間筒に加わ
るスラスト荷重を支承する。 鍔部と、間筒と、一方向クラッチと、スラスト荷重
を受ける軸受と、摩擦プレートとを備える。このうちの
鍔部は、上記ウォーム軸の一部にこのウォーム軸の外周
面よりも直径方向外方に突出する状態で、且つ上記ウォ
ーム軸と共に回転自在に設けて、このウォーム軸に加わ
るスラスト荷重を受ける。又、上記間筒は、上記ウォー
ム軸の周囲に、このウォーム軸に対する回転を自在とし
て支持する。又、上記一方向クラッチは、上記間筒の内
周面と上記ウォーム軸の外周面との間に設ける。又、上
記スラスト軸受は、上記間筒の軸方向一端面と上記鍔部
との間に設ける。更に、上記摩擦プレートは、上記間筒
の軸方向他端面と上記ケーシングに固定した部分との間
に設ける。

【００１５】

【作用】上述の様に構成する本発明のボールねじ式リニ
アアクチュエータは、ボールねじ軸に対してスラスト荷
重が加わる状態で使用する。本発明のボールねじ式リニ
アアクチュエータは、直接スラスト荷重を受けるボール
ねじ軸に加わるトルクよりも小さなトルクを受けるウォ
ーム軸に逆転防止機構を組み付けている為、使用可能な
材質で得られる摩擦係数によっても、上記逆転防止機構
を特に大型化する事なく、大きなスラスト荷重に対して
も十分なブレーキ性能を発揮する構造を実現できる。

【００１６】例えば、前述のの逆転防止機構を組み込
んだボールねじ式リニアアクチュエータは、次の様に作
用する事により、ウォーム軸に付与された回転力の方向
に基づいて、上記ボールねじ軸を軸方向に変位させる。
先ず、上記ウォーム軸を所定方向に回転させ、上記ボー
ルねじ軸を上記スラスト荷重に抗して変位させる際の作
用に就いて説明する。この場合には、上記ウォーム軸が
所定方向に回転する事により、一方向クラッチはロック
する事なく、間筒はケーシングに固定した部分に対して
回転自在である。従ってこの状態では、間筒と摩擦プレ
ートと鍔部とはウォーム軸と共に回転し、これら各部材
の存在がこのウォーム軸の回転に対して抵抗にならな
い。従って、このウォーム軸が所定方向に円滑に回転
し、ウォームとウォームホイールとの噛合に基づいてボ
ールナットが、所定方向に回転する。この結果、複数個
のボールを介して上記ボールナットと螺合したボールね
じ軸が、上記スラスト荷重に抗して軸方向に変位する。
この際、ブレーキ機構の存在が、上記ボールねじ軸を変
位させる事に対して抵抗とはならない。

【００１７】次に、上記ウォーム軸を停止させた状態で
は、上記スラスト荷重に基づいてボールねじ軸から複数
のボールを介してボールナットに加わり、更にウォーム
ホイールとの噛合に基づいて上記ウォームに加わる力に
より、上記ウォーム軸が上記所定方向とは反対方向に回
転する傾向となる。同時に上記間筒が、このウォーム軸
と同方向に回転する傾向となる。この結果、上記一方向
クラッチがロックし、上記間筒がケーシングに固定した
部分に対して回転しなくなる。この状態で、上記ウォー
ム軸を回転させる為には、上記摩擦プレートの側面と相
手面とを滑らせる必要がある。従って、これら摩擦プレ
ートの側面と相手面との間の摩擦係数を設計的に定めら
れる所望値に規制する事により、上記スラスト荷重に基
づいて上記ウォーム軸が回転する事を防止できる。尚、
上記スラスト荷重に基づいて上記ウォーム軸に加わるト
ルクは、上記ボールねじ軸に加わるトルクに比べれば相
当に小さい。従って、前述の様に、使用可能な材質で得
られる摩擦係数によっても、上記逆転防止機構を特に大
型化する事なく、大きなスラスト荷重に対しても十分な
ブレーキ性能を発揮する構造を実現できる。

【００１８】更に、上記ウォーム軸を前記所定方向とは
反対方向に回転させた状態では、上記ウォーム軸に、上
記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加えて、上記
ウォーム軸に入力されるトルクが、上記反対方向に加わ
る。従って上記ウォーム軸は、上記摩擦プレートの側面
と相手面との間に作用する摩擦力に抗して回転する。こ
の際、この摩擦力が上記ウォーム軸の回転に対する抵抗
となるので、このウォーム軸が急激に回転する事が防止
される。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１〜３は、本発明の実施の形態
の第１例を示している。ボールナット３ｂの両端部はケ
ーシング１６ｂの内側に、１対の転がり軸受１７、１７
により、回転自在に支持している。即ち、上記ボールナ
ット３ｂの両端部に小径の段部２６、２６を形成し、こ
れら両段部２６、２６と上記ケーシング１６ｂの内周面
との間に上記転がり軸受１７、１７を設けている。これ
ら両転がり軸受１７、１７のうち、一方（図１の右方）
の転がり軸受１７を構成する外輪２７の外端面（図１の
右端面）は、上記ケーシング１６ｂの一部内側面に突き
当て、他方（図１の左方）の転がり軸受１７を構成する
外輪２７の外端面（図１の左端面）は、上記ケーシング
１６ｂ内に設けた円輪板２８の片側面（図１の右側面）
外周寄り部分に突き当てている。

【００２０】更に、上記円輪板２８の他側面（図１の左
側面）内周寄り部分には、覆いチューブ２９の基端縁
（図１の右端縁）を突き当てている。この覆いチューブ
２９は、その基端部外周面に形成した雄ねじ３０を上記
ケーシング１６ｂに形成したねじ孔３１に螺合し、更に
ロックナット３２を緊締する事により、上記ケーシング
１６ｂに固定している。この様にケーシング１６ｂに固
定した状態で上記覆いチューブ２９の基端縁は、上記円
輪板２８を上記他方の転がり軸受１７を構成する外輪２
７の外端面に向け押圧し、上記１対の転がり軸受１７、
１７に所望の予圧を付与する。尚、図示の例ではこの転
がり軸受１７、１７として、大きなラジアル荷重及びス
ラスト荷重を支承自在な、テーパころ軸受を使用してい
る。

【００２１】上記ボールナット３ｂの内側にはボールね
じ軸４を挿通し、このボールねじ軸４の一部を、上記覆
いチューブ２９内に挿入している。そして、このボール
ねじ軸４の外周面に形成した断面円弧形の第一螺旋溝７
と、上記ボールナット３ｂの内周面に形成した断面円弧
形の第二螺旋溝８との間に複数のボール９、９を転動自
在に設けて、上記ボールナット３ｂの回転に基づいて上
記ボールねじ軸４を軸方向に変位自在としている。又、
上記ボールナット３ｂの外周面の一部には第一平坦面１
２を形成し、この第一の平坦面１２に、それぞれが上記
ボール９、９を通過させる為の、図示しない１対の送り
孔の端部を開口させている。そして、これら両送り孔の
端部開口同士を、循環チューブ３３により連通させてい
る。これら１対の送り孔と循環チューブ３３とが、上記
第二螺旋溝８の一端部にまで移動したボール９、９をこ
の第二螺旋溝８の他端部に戻してこれら複数のボール
９、９を循環させる、循環機構を構成する。

【００２２】又、上記ボールナット３ｂの周囲にはウォ
ームホイール３４を、このボールナット３ｂと共に回転
自在に設けている。このウォームホイール３４は、上記
ボールナット３ｂにがたつきなく外嵌自在な円筒部３５
と、この円筒部３５の中間部外周面に一体に設けられた
ギヤ部３６とから成る。これらボールナット３ｂとウォ
ームホイール３４とを同期して回転自在とする為に、上
記ボールナット３ｂの一端部（図１、３の左端部）外周
面には、外向フランジ状の鍔部３７を形成すると共に、
この鍔部３７の直径方向反対側２個所位置に、１対の切
り欠き３８、３８を形成している。又、上記ボールナッ
ト３ｂの外周面の直径方向反対側２個所位置で、これら
１対の切り欠き３８、３８と整合する位置には、それぞ
れ凹溝３９、３９を、上記ボールナット３ｂの全長に亙
って形成している。又、これら各凹溝３９、３９と上記
各切り欠き３８、３８の幅とは、互いに一致させてい
る。従って、上記各凹溝３９、３９の一端部（図１、３
の左端部）は、上記各切り欠き３８、３８の奥端部と一
致している。

【００２３】一方、上記ウォームホイール３４の軸方向
一端面（図１、３の左端面）の直径方向反対側２個所位
置には、１対の突起４０、４０を、それぞれ上記軸方向
一端面から軸方向に突出する状態で形成している。又、
これら各突起４０、４０の内径側側面は、上記ウォーム
ホイール３４の内周面よりも直径方向内方に、少し突出
している。これら各突起４０、４０の幅Ｗ₄₀は、上記各
凹溝３９、３９及び各切り欠き３８、３８の幅Ｗ₃₈より
も僅かに小さく（Ｗ₄₀＜Ｗ₃₈）して、これら各突起４
０、４０が、上記各凹溝３９、３９及び各切り欠き３
８、３８にがたつきなく係合する様にしている。

【００２４】ボールねじ式リニアアクチュエータ１ｂを
構成すべく、上記ウォームホイール３４を構成する円筒
部３５を上記ボールナット３ｂに外嵌した状態で、上記
１対の突起４０、４０と上記１対の切り欠き３８、３８
とが係合する。そして、上記ウォームホイール３４と上
記ボールナット３ｂとが同期して回転自在となる。これ
らウォームホイール３４とボールナット３ｂとを組み合
わせるのに本例の場合には、先ず、上記各突起４０、４
０の内径側端部を上記各凹溝３９、３９の他端（図１、
３の右端）開口部から係合させる。そして、これら各凹
溝３９、３９に沿って上記各突起４０、４０を摺動させ
つつ、上記ウォームホイール３４を上記ボールナット３
ｂに外嵌すれば、上記各突起４０、４０と上記各切り欠
き３８、３８とを容易に係合させる事ができる。

【００２５】尚、上記ウォームホイール３４はボールナ
ット３ｂに、所定の締め代で圧入嵌合させ、ギヤ部３６
と次述するウォーム５との噛合に基づいて上記ウォーム
ホイール３４に加わるスラスト荷重に拘らず、このウォ
ームホイール３４が上記ボールナット３ｂに対して軸方
向にずれる事を防止している。但し、上記ボールナット
３ｂの中間部外周面で上記ギヤ部３６の直径方向内側に
存在する部分には小径部４１を形成し、上記ギヤ部３６
が、圧入嵌合に基づいて変形する事を防止している。

【００２６】上述の様にしてボールナット３ｂに外嵌固
定したウォームホイール３４のギヤ部３６には、ウォー
ム５を噛合させて、減速機構２を構成している。このウ
ォーム５をその中間部に設けた、ボールねじ式リニアア
クチュエータ１ｂの入力軸であるウォーム軸５６は、上
記ウォームホイール３４の中心軸に対して捩れの位置関
係で配置し、アンギュラ型玉軸受、深溝型玉軸受等、ラ
ジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在な１対の転がり
軸受４２ａ、４２ｂにより、前記ケーシング１６ｂの内
側に、回転自在に支持している。そして、これら両転が
り軸受４２ａ、４２ｂを構成する内輪４３ａ、４３ｂの
互いに対向する端面のうち、一方（図２の左方）転がり
軸受４２ａを構成する内輪４３ａの片端面（図２の右端
面）は、上記ウォーム軸５６の中間部外周面に形成した
大径部４４の端面に突き当てている。又、上記一方の転
がり軸受４２ａを構成する外輪４５ａの反対側端面（図
２の左端面）は、上記ケーシング１６ｂの片側（図２の
左側）開口部に螺着したねじ蓋４６の一部に突き当てて
いる。更に、上記ねじ蓋４６の内周面と上記ウォーム軸
５６の端部外周面との間にはシールリング４７ａを設け
て、上記ケーシング１６ｂ内への異物進入防止とこのケ
ーシング１６ｂ内の潤滑油の漏洩防止とを図っている。

【００２７】一方、上記ウォーム軸５６の先端部（図２
の右端部）は、上記ケーシング１６ｂの他側（図２の右
側）開口部に固定した固定蓋４８の内側に挿入し、上記
転がり軸受４２ｂによりこの固定蓋４８の内側に回転自
在に支持している。この固定蓋４８は、有底円筒状のハ
ウジング部４９と、このハウジング部４９の中間部外周
面に固設した、外向フランジ状の取付部５０とを備え
る。上記固定蓋４８は、上記取付部５０を挿通したボル
ト５１、５１により、上記ケーシング１６ｂに対し固定
している。又、上記ウォーム軸５６の中間部先端寄り部
分で、上記ハウジング部４９の開口部内側部分には、外
向フランジ状の鍔部５２を形成している。そして、この
鍔部５２の外周面と上記ハウジング４９の開口部内周面
との間にシールリング４７ｂを設けて、上記ケーシング
１６ｂ内に存在する潤滑油が上記ハウジング部４９内に
入り込む事を防止している。

【００２８】そして、上記シールリング４７ｂにより上
記ケーシング１６ｂ内と仕切られた、上記ハウジング部
４９内に、逆転防止機構６２を設けている。この逆転防
止機構６２は、上記鍔部５２と、円筒状の間筒５３と、
一方向クラッチであるローラクラッチ５４と、円輪状の
摩擦プレート５５と、スラスト荷重を支承する軸受であ
る前記転がり軸受４２ｂとを備える。上記間筒５３の内
径は、上記ウォーム軸５６の先端部の外径よりも少し大
きくしている。この様な間筒５３は、上記ローラクラッ
チ５４により上記ウォーム軸５６の先端部周囲に、この
ウォーム軸５６に対する相対回転自在に支持している。

【００２９】又、上記ローラクラッチ５４は、外輪５７
と図示しない保持器と複数本のローラ５８とを備え、上
記外輪５７の内周面に形成したカム面と、上記保持器に
設けたばね片との作用に基づき、上記間筒５３が所定方
向に回転する事のみを許容する。尚、この様なローラク
ラッチの構造及び作用は、従来から周知であるので、詳
しい説明は省略する。上記間筒５３は、この様なローラ
クラッチ５４により上記ウォーム軸５６の先端部周囲
に、このウォーム軸５６と同心に支持している。即ち、
上記ローラクラッチ５４は、上記間筒５３の外周面と上
記ハウジング部４９の内周面との間に設けている。この
様なローラクラッチ５４の装着方向は、次の様に規制し
ている。即ち、前記ボールねじ軸４を、このボールねじ
軸４に加わるスラスト荷重に抗して軸方向に変位させる
べく、上記ウォーム軸５６を回転させ、上記間筒５３が
このウォーム軸５６と連れ回りした場合には、上記ロー
ラクラッチ５４がロックせず、上記間筒５３が軽い力で
回転する様にしている。これに対し、上記スラスト荷重
に基づいて上記ボールねじ軸４が軸方向に変位する傾向
になり、このボールねじ軸４と前記ボールナット３ｂと
の係合、並びに前記ウォーム５とウォームホイール３４
との係合に基づいて上記ウォーム軸５６が回転する傾向
になった場合には、上記ローラクラッチ５４がロック
し、上記間筒５３の回転を阻止する様にしている。

【００３０】又、前記摩擦プレート５５は、上記間筒５
３の軸方向一端面（図２の左端面）と前記鍔部５２との
間に設けている。更に、前記転がり軸受４２ｂは、上記
間筒５３の軸方向他端面（図２の右端面）と上記ハウジ
ング部４９の奥端部との間に設けて、上記ウォーム軸５
６から上記間筒５３に加わるスラスト荷重を支承する。
この為に、上記転がり軸受４２ｂを構成する内輪４３ｂ
を上記ウォーム軸５６の先端部に、滑り軸受５９を介し
て外嵌すると共に、上記内輪４３ｂの端面に上記間筒５
３の軸方向他端面を突き当てている。又、上記転がり軸
受４２ｂを構成する外輪４５ｂの軸方向端面（図２の右
端面）を、上記ハウジング部４９の奥端面に突き当てて
いる。更に、図示の例では、前記転がり軸受４２ａを構
成する内輪４３ａと前記大径部４４の外周面に止着した
止め輪６０との間に圧縮ばね６１を設けて、上記ウォー
ム軸５６に、上記摩擦プレート５５を前記鍔部５２と上
記間筒５３との間で挟持する方向の弾力を付与してい
る。

【００３１】上述の様に構成する本発明のボールねじ式
リニアアクチュエータ１ｂの使用時、前記ボールねじ軸
４を、このボールねじ軸４に加わるスラスト荷重に抗し
て軸方向に変位させるには、図示しない電動モータに通
電し、或はやはり図示しないハンドルを手で回転させ
て、上記ウォーム軸５６を所定方向に回転させる。そし
て、このウォーム軸５６の中間部に設けたウォーム５を
介して、前記ウォームホイール３４を所望方向に回転さ
せる。この際、上記ローラクラッチ５４はロックせず、
上記間筒５３は上記ハウジング部４９の内側で軽い力で
回転する。従って、逆転防止機構６２の存在に基づき、
上記ウォーム軸５６を回転させる為に要する力が大きく
なる事はない。

【００３２】上記ウォーム軸５６の回転に基づく、上記
ウォームホイール３４の回転は、前記１対ずつの突起４
０、４０と切り欠き３８、３８との係合部によりボール
ナット３ｂに伝わり、このボールナット３ｂが上記所望
方向に回転する。この結果、このボールナット３ｂと複
数のボール９、９を介して螺合したボールねじ軸４が軸
方向に変位する。本例のボールねじ式リニアアクチュエ
ータ１ｂの場合には、上記１対ずつの突起４０、４０と
切り欠き３８、３８との係合部が、上記ウォームホイー
ル３４及びボールナット３ｂの端部に存在する為、これ
ら両部材３４、３ｂを組み合わせた部分の長さ並びに直
径を小さくできる。そして、小型且つ軽量なボールねじ
式リニアアクチュエータ１ｂを実現できる。

【００３３】次に、上記ウォーム軸５６を停止させた状
態では、このウォーム軸５６が上記所定方向とは反対方
向に回転する傾向となる。即ち、この状態では、上記ボ
ールねじ軸４に加わるスラスト荷重に基づいて、このボ
ールねじ軸４から前記複数のボール９、９を介して前記
ボールナット３ｂに加わり、更に上記ウォームホイール
３４との噛合に基づいて前記ウォーム５に加わる力によ
り、上記ウォーム軸５６が上記所定方向とは反対方向に
回転する傾向となる。これと同時に、前記摩擦プレート
５５を介して前記鍔部５２に対向した前記間筒５３が、
上記ウォーム軸５６と同方向に回転する傾向となる。こ
の結果、前記ローラクラッチ５４がロックし、上記間筒
５３が前記ハウジング部４９の内側で回転しなくなる。

【００３４】この様に上記間筒５３が回転しなくなった
状態で、上記ウォーム軸５６を回転させる為には、上記
摩擦プレート５５の側面と、相手面である上記鍔部５２
の側面又は上記間筒５３の端面とを滑らせる必要があ
る。従って、これら摩擦プレート５５の側面と、上記鍔
部５２の側面又は上記間筒５３の端面との間の摩擦係数
を設計的に定められる所望値に規制する事により、上記
スラスト荷重に基づいて上記ウォーム軸５６が回転する
事を防止できる。しかも、本発明のボールねじ式リニア
アクチュエータ１ｂの場合には、逆転防止機構６２をウ
ォーム軸５６部分に組み付けている。一方、上記スラス
ト荷重に基づいて上記ウォーム軸５６に加わるトルク
は、（ウォーム式の減速機構２の逆効率が低い分）上記
ボールねじ軸４に加わるトルクに比べれば相当に小さ
い。従って、使用可能な材質で得られる摩擦係数によっ
ても、上記逆転防止機構６２を特に大型化する事なく、
大きなスラスト荷重に対しても十分なブレーキ性能を発
揮する構造を実現できる。

【００３５】更に、上記ボールねじ軸４を、このボール
ねじ軸４に加わるスラスト荷重の作用方向に変位させる
べく、上記ウォーム軸５６を前記所定方向とは反対方向
に回転させると、上記ウォーム軸５６に、上記スラスト
荷重に基づいて加わるトルクに加えて、上記ウォーム軸
５６に入力されるトルクが、上記反対方向に加わる。従
って上記ウォーム軸５６は、上記摩擦プレート５５の側
面と、上記鍔部５２の側面又は上記間筒５３の端面との
間に作用する摩擦力に抗して回転する。この際、この摩
擦力が上記ウォーム軸５６の回転に対する抵抗となるの
で、このウォーム軸５６が急激に回転する事が防止され
る。

【００３６】次に、上記摩擦プレート５５の側面と相手
面との間の摩擦係数並びに前記圧縮ばね６１の弾力の設
定方法に就いて、図４により説明する。尚、以下の説明
は、上記相手面が上記間筒５３の端面である場合に就い
て説明する。この場合に、上記摩擦プレート５５の他面
と上記鍔部５２の側面とは、接着等により滑らない様に
して、上記摩擦プレート５５の側面と相手面との摩擦状
態を安定させる。又、以下の説明で使用する符号の意味
は、それぞれ次の通りである。 Ｆ ： ボールねじ軸４に加わるスラスト荷重 ｆ ： 上記Ｆに基づいてウォーム軸５６に加わるスラ
スト荷重 Ｐ ： 前記圧縮ばね６１によりウォーム軸５６に加わ
るスラスト荷重 Ｗ ： ウォーム軸５６に加わる全スラスト荷重（＝ｆ
＋Ｐ） Ｒ ： ウォームホイール３４のピッチ円の半径 μ ： 摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との
間の摩擦係数 ｒ ： 摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との
接触部の平均直径 Ｌ ： ボールねじのリード Ｔ ： スラスト荷重Ｆに対してウォーム軸５６に加わ
えるべき、正方向の作動トルク Ｔ´： スラスト荷重Ｆに基づいてウォーム軸５６に加
わる、逆方向の作動トルク Ｔ_B ： 摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との
間の摩擦に基づいてウォーム軸５６に加わるブレーキト
ルク η ： ボールねじの伝達効率（正逆方向とも同じとす
る） η_A ： ウォーム５とウォームホイール３４との噛合部
の正方向の伝達効率 η_B ： ウォーム５とウォームホイール３４との噛合部
の逆方向の伝達効率 Ｇ ： ウォーム軸５６とウォームホイール３４との間
のギア比

【００３７】２・π・ｆ・Ｒ＝Ｌ・Ｆ・η であり、 Ｗ＝ｆ＋Ｐ＝（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋Ｐ であり、 Ｔ_B ＝μ・Ｗ・ｒ＝μ・｛（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・
Ｒ）＋Ｐ｝・ｒ であり、 ２・π・Ｔ・Ｇ・η・η_A ＝Ｌ・Ｆ であり、 Ｔ＝Ｌ・Ｆ／（２・π・Ｇ・η・η_A ） であり、 ２・π・Ｔ´・Ｇ＝Ｌ・Ｆ・η・η_B であり、 Ｔ´＝Ｌ・Ｆ・η・η_B ／（２・π・Ｇ） である。

【００３８】又、逆転防止の為、即ち、上記スラスト荷
重Ｆに基づいて前記ウォーム軸５６が回転するのを防止
する為には、Ｔ_B ＞Ｔ´である必要がある。又、正転
時、即ち、電動モータ等により上記ウォーム軸５６に加
えたトルクに基づいて前記ボールねじ軸４を軸方向に変
位させる際に、上記ウォーム軸５６に加えるべきトルク
Ｔは、上記ブレーキトルクＴ_B と逆方向の作動トルクＴ
´との差（Ｔ_B −Ｔ´）以上である事が好ましい。この
理由は、上記ウォーム軸５６を回転させる為に要するト
ルクが必要以上に大きくなる事を防止する為である。即
ち、前記ボールねじ軸４を上記スラスト荷重Ｆの作用方
向に変位させる際には、上記ウォーム軸５６に、上記ブ
レーキトルクＴ_B と逆方向の作動トルクＴ´との差（Ｔ
_B −Ｔ´）以上のトルクを加える必要がある。このトル
クが、上記正転時に上記ウォーム軸５６に加えるべきト
ルクＴよりも大きくなると、大きくなった分、逆転時に
ウォーム軸５６を回転させる為に必要とするトルクが大
きくなり、電動モータ等を徒に大型化する為である。特
に、上記スラスト荷重Ｆが大きい場合には、この無駄が
大きくなる。

【００３９】以上の事をまとめれば、上記スラスト荷重
Ｆに基づいて上記ボールねじ軸４が変位する事を確実に
防止し、且つ、このボールねじ軸４を変位させる為に上
記ウォーム軸５６に加えるべきトルクが徒に大きくなる
事を防止する為には、 Ｔ≧（Ｔ_B −Ｔ´）＞０ なる条件を満たす必要がある。この式に、Ｔ、Ｔ_B 、Ｔ
´を表した前記各式を代入し、辺々を整理すると、 ［（Ｌ・Ｆ）・｛１／（η・η_A ）＋η・η_B ｝／（２
・π・Ｇ）］／［｛（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋
Ｐ｝・ｒ］≧μ＞｛（Ｌ・Ｆ・η・η_B ）／（２・π・
Ｇ）｝／［｛（Ｌ・Ｆ・η）／（２・π・Ｒ）＋Ｐ｝・
ｒ］ となり、特に、前記圧縮ばね６１を設けず、従ってＰ＝
０の場合には、 Ｒ・｛１／（η・η_A ）＋η・η_B ｝／（ｒ・η・Ｇ）
≧μ＞（Ｒ・η_B ）／（ｒ・Ｇ） となる。

【００４０】本発明を実施する場合に一般的なボールね
じ式リニアアクチュエータ１ｂの大きさとして、例え
ば、Ｌ＝１０mm、Ｒ＝４０mm、Ｇ＝１５、ｒ＝１０mm、
η＝０．８、η_A ＝０．６５５、η_B ＝０．４９程度の
値が考えられる。この場合に、上記Ｐ＝０とすると、 ０．７６７≧μ＞０．１３１ となる。前記摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面
との摩擦面の摩擦係数μは、初期には十分にこの値の範
囲に収まる。但し、この摩擦係数は長期間に亙る使用に
伴って次第に低下し、０．１程度にまでなる可能性があ
る。そこで、長期間に亙る使用によっても逆転防止を確
実に図る為には、前記圧縮ばね６１を設けたり、或は前
記各転がり軸受４２ａ、４２ｂに予圧を付与して、上記
摩擦プレート５５の側面と間筒５３の端面との摩擦面の
当接圧を高める。例えば、上記圧縮ばね６１或は予圧に
基づき、この摩擦面に８kgf のスラスト荷重Ｐを加えれ
ば、スラスト荷重Ｆが１０００kgf の場合で ０．６１≧μ＞０．１０４ となり、１００kgf の場合で ０．２１８≧μ＞０．０３７ となる。この値は、長期間に亙る使用を十分に可能にす
る値である。即ち、上記摩擦プレート５５の側面と間筒
５３の端面との摩擦面の摩擦係数μは、０．１〜０．２
２程度であるから、スラスト荷重Ｆが１トン程度までな
らば、スラスト荷重Ｐが８kgf 程度の弾力を有する圧縮
ばね６１を組み込む事により、十分に実用的なボールね
じ式リニアアクチュエータ１ｂを実現できる。尚、上記
スラスト荷重Ｆが１トン以上の場合には、上記スラスト
荷重Ｐを大きくする事により、対応する事ができる。ス
ラスト荷重Ｐを大きくする変更は、上記圧縮ばね６１の
ばね圧を大きくする事により行なえる。

【００４１】次に、図５は、本発明の実施の形態の第２
例を示している。本例は、ボールねじ軸４に加わるスラ
スト荷重の方向が一定しない状態で使用されるボールね
じ式リニアアクチュエータに、本発明を適用した状態を
示している。この為に本例の場合には、ウォーム軸５６
の両端部に１対の逆転防止機構６２ａ、６２ｂを、この
ウォーム軸５６の中間部に設けたウォーム５を境に対称
に設けている。即ち、ケーシング１６ｂに螺合固定した
ねじ蓋４６ａにハウジング部４９ａを設け、このハウジ
ング部４９ａ内に一方（図５の左方）の逆転防止機構６
２ａを設けると共に、固定蓋４８のハウジング部４９内
に、他方の逆転防止機構６２ｂを設けている。これら各
逆転防止機構６２ａ、６２ｂの構成自体は、前述した第
１例に組み込んだ逆転防止機構６２と同様である。但
し、本例の場合には、単一の圧縮ばね６１により双方の
逆転防止機構６２ａ、６２ｂに予圧付与を行なうべく、
上記圧縮ばね６１を、上記ウォーム軸５６側に止着した
止め輪６０と、このウォーム軸５６の外周面にスプライ
ン係合させた間座６３との間に配置している。そして、
一方（図５の左方）の逆転防止機構６２ａを構成する摩
擦プレート５５を、上記間座６３の片側面（図５の左側
面）と間筒５３の端面との間で挟持している。

【００４２】そして、上記スラスト荷重に基づいて上記
ウォーム軸５６が何れの方向に回転しようとした場合に
は、何れか一方の逆転防止機構６２ａ（又は６２ｂ）を
構成する間筒５３がローラクラッチ５４によりハウジン
グ部４９ａ（又は４９）に対し回転不能にされ、他方の
逆転防止機構６２ｂ（又は６２ａ）を構成する間筒６３
はハウジング部４９（又は４９ａ）に対し回転自在とな
る様に、上記両逆転防止機構６２ａ、６２ｂの設置方向
を規制している。従って、上記ウォーム軸５６が何れの
方向に回転しようとする場合でも、何れか一方の逆転防
止機構６２ａ（又は６２ｂ）が上記ウォーム軸５６の回
転に対する抵抗力を生じさせて、上記スラスト荷重に基
づいて前記ボールねじ軸４が軸方向に変位する事を防止
する。

【００４３】次に、図６は、本発明の実施の形態の第３
例を示している。本例に組み込む逆転防止機構６２ｃで
は、一方向クラッチであるローラクラッチ５４は、間筒
５３の内周面とウォーム軸５６の端部外周面との間に設
けている。この間筒５３は、ケーシング１６ｂに固定し
た固定蓋４８の内側に、この固定蓋４８に対する回転自
在に、緩く内嵌している。又、スラスト玉軸受６４を、
上記間筒５３の軸方向一端面（図６の左端面）と上記ウ
ォーム軸５６の中間部外周面に設けた鍔部５２との間に
設けている。更に、摩擦プレート５５は、上記間筒５３
の軸方向他端面（図６の右端面）と上記固定蓋４８の奥
端面との間に設けている。尚、図示の例では、この奥端
面と上記摩擦プレート５５との間に、間座６３ａを設け
ている。この間座６３ａは、上記固定蓋４８に内嵌固定
して、この固定蓋４８に対し回転する事はない。又、上
記ローラクラッチ５４を構成する外輪５７は、上記間筒
５３に圧入して、この間筒５３に対する相対回転を不能
にしている。

【００４４】上述の様に構成する本例の構造の場合に
は、ボールねじ軸４をスラスト荷重に抗して変位させる
べく、上記ウォーム軸５６を回転駆動する場合には、上
記ローラクラッチ５４はロックしない。この結果、この
ローラクラッチ５４の内側で上記ウォーム軸５６が軽い
力で回転する。これに対して、上記スラスト荷重に基づ
いて上記ウォーム軸５６が回転する傾向になった場合に
は、上記ローラクラッチ５４がロックすると共に、上記
ウォーム軸５６が上記間筒５３に向け押し付けられる。
この結果、上記間筒５３が上記ウォーム軸５６と共に回
転し、この間筒５３の端面と上記摩擦プレート５５の側
面との間に作用する摩擦力が、上記ウォーム軸５６を回
転させる事に対する抵抗になる。その他の構成及び作用
は、前述した第１例の場合と同様である。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成され作
用するので、小型且つ軽量で、しかも大きなスラスト荷
重に対しても十分なブレーキ性能を発揮するボールねじ
式リニアアクチュエータの実現に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例の全体構成を示す
断面図。

【図２】図１の拡大Ａ−Ａ断面図。

【図３】第１例の構造に組み込むボールナットとウォー
ムホイールとを、一部を省略して示す分解斜視図。

【図４】摩擦係数の設定方法を説明する為の、図２の上
部に相当する図。

【図５】本発明の実施の形態の第２例を示す、図２と同
様の図。

【図６】同第３例を示す、図２と同様の図。

【図７】従来構造の第１例を示す部分断面図。

【図８】従来構造の第１例に組み込むボールナットとウ
ォームホイールとを、一部を省略して示す分解斜視図。

【図９】従来構造の第２例を示す部分断面図。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ ボールねじ式リニアアクチュエータ ２ 減速機構 ３、３ａ、３ｂ ボールナット ４ ボールねじ軸 ５ ウォーム ６ ウォームホイール ７ 第一螺旋溝 ８ 第二螺旋溝 ９ ボール １０ 内側円筒部 １１ 外側円筒部 １２ 第一平坦面 １３ 第二平坦面 １４ 突壁 １５ 第三平坦面 １６、１６ａ、１６ｂ ケーシング １７ 転がり軸受 １８ 回転軸 １９ ボールねじ部 ２０ 出力軸 ２１ ローラクラッチ ２２ 間筒 ２３ 滑り軸受 ２４ 間座 ２５ 摩擦プレート ２６ 段部 ２７ 外輪 ２８ 円輪板 ２９ 覆いチューブ ３０ 雄ねじ ３１ ねじ孔 ３２ ロックナット ３３ 循環チューブ ３４ ウォームホイール ３５ 円筒部 ３６ ギヤ部 ３７ 鍔部 ３８ 切り欠き ３９ 凹溝 ４０ 突起 ４１ 小径部 ４２ａ、４２ｂ 転がり軸受 ４３ａ、４３ｂ 内輪 ４４ 大径部 ４５ａ、４５ｂ 外輪 ４６、４６ａ ねじ蓋 ４７ａ、４７ｂ シールリング ４８ 固定蓋 ４９、４９ａ ハウジング部 ５０ 取付部 ５１ ボルト ５２ 鍔部 ５３ 間筒 ５４ ローラクラッチ ５５ 摩擦プレート ５６ ウォーム軸 ５７ 外輪 ５８ ローラ ５９ 滑り軸受 ６０ 止め輪 ６１ 圧縮ばね ６２、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ 逆転防止機構 ６３、６３ａ 間座 ６４ スラスト玉軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングと、外周面に断面円弧形の第
   一螺旋溝を有し、上記ケーシングの内側に軸方向に亙る
   変位自在に支持されたボールねじ軸と、内周面に断面円
   弧形の第二螺旋溝を有し、上記ケーシングの内側に回転
   自在に支持されたボールナットと、上記第一螺旋溝と上
   記第二螺旋溝との間に転動自在に設けられた複数のボー
   ルと、上記ボールナットと同心に設けられてこのボール
   ナットと共に回転するウォームホイールと、上記ボール
   ねじ軸に対して捩りの位置に配置されて上記ハウジング
   の内側に回転自在に支持されたウォーム軸と、このウォ
   ーム軸に固設されて上記ウォームホイールと噛合するウ
   ォームとを備え、上記ボールねじ軸にスラスト荷重が加
   わる状態で使用するボールねじ式リニアアクチュエータ
   に於いて、上記ケーシングと上記ウォーム軸との間に、
   上記スラスト荷重に基づいてこのウォーム軸に加わるト
   ルクに抗してこのウォーム軸を回転させる際に、このウ
   ォーム軸が回転する事に対する抵抗にならず、上記スラ
   スト荷重に基づいてこのウォーム軸が回転する際に、こ
   のウォーム軸が回転する事に対する抵抗になる、逆転防
   止機構を設けた事を特徴とするボールねじ式リニアアク
   チュエータ。