WO2013168447A1 - 電動アクチュエータ - Google Patents

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WO2013168447A1
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WO
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linear motion
nut
electric actuator
electric motor
conversion mechanism
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佐藤　正
弘幸 山田
雅志 藤嶽
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株式会社日立産機システム
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2075—Coaxial drive motors
    • F16H2025/2078—Coaxial drive motors the rotor being integrated with the nut or screw body

Definitions

  • the present invention relates to an electric actuator that drives linear motion, and more particularly, to an electric actuator that includes an electric motor and a rotational linear motion conversion mechanism that is a mechanical element that converts rotational motion of the electric motor into linear motion.
  • a hydraulic cylinder As a drive mechanism which generates a high thrust in the vertical direction, a hydraulic cylinder, an electric actuator for direct drive, and the like are known.
  • the configuration of the electric actuator for linear drive is a combination of an electric motor for rotationally driving as a drive source and a ball screw mechanism which is one of rotational linear motion conversion mechanisms for converting rotational motion of the electric motor to linear motion. It can be realized by
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-073320 discloses a ball screw mechanism fixed to a rotor of an electric motor by adopting a direct drive method in which the electric motor is configured on the nut outer periphery of the ball screw mechanism.
  • a configuration is disclosed in which a nut is rotated, and a screw shaft (linearly moving shaft) screwed with the nut is driven in a linear motion.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-187262
  • a nut member of a ball screw mechanism is rotatably supported by a housing in a state of being inserted into a rotor magnet (rotor) of an electric motor.
  • a direct drive system that rotates integrally with a rotor magnet (rotor), the output shaft (linear motion shaft) is inserted into the nut member, and a ball is interposed between the output shaft and the ball groove on the outer peripheral surface
  • the structure of an electric actuator in which the shaft (linear motion shaft) is linearly driven in the axial direction by the rotation of a nut member accompanying the rotation of a rotor magnet (rotor) is disclosed.
  • an electric actuator for linear motion drive that includes an electric motor and a rotary linear motion conversion mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion
  • the total length of the electric actuator is large if the moving amount of the linear motion shaft is long.
  • the whole electric actuator is enlarged.
  • the electric motor is configured on the nut outer periphery of the rotary / linear motion conversion mechanism as in Patent Document 1 and Patent Document 2
  • the outer diameter of the electric motor becomes large. The whole will be larger.
  • this invention makes it a subject to provide a small-sized electrically-driven actuator.
  • the present invention provides an electric motor having a rotor and a stator, and a rotation-linear motion conversion mechanism having a linear motion shaft and a nut and converting rotational motion into linear motion.
  • the electric motor and the nut of the rotary-linear conversion mechanism are arranged in series with respect to the linear movement direction of the rotary-linear conversion mechanism, and the rotor of the electric motor is attached to a sleeve that rotates with the nut
  • the sleeve is an electric actuator characterized by having a space through which the linear motion shaft passes.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the electric actuator 100A according to the first embodiment.
  • the electric actuator 100A for linear motion drive includes an electric motor 10 for rotationally driving as a drive source, a rotational linear motion conversion mechanism 20 for converting rotational motion of the electric motor 10 into linear motion, and an encoder 30. , A thrust bearing 40, a slider mover 50a and a slider stator 50b, a pressing plate 60, and a cylindrical housing 70.
  • the rotary / linear motion conversion mechanism 20 has a linear motion shaft 20a having a helical groove and a nut 20b similarly having a helical groove, and is configured by screwing the nut 20b onto the linear motion shaft 20a. .
  • the pressing plate 60 is fixed to the tip of the linear motion shaft 20 a, and the slider movable element 50 a is disposed on the pressing plate 60.
  • the slider mover 50a is configured to be movable only in the linear movement direction along a slider stator 50b coupled to a structure (not shown) on which the electric actuator 100A is mounted. That is, the slider 50 (slider mover 50a, slider stator 50b) prevents the rotational movement of the linear movement shaft 20a, and can move the linear movement shaft 20a only in the linear movement direction.
  • the rotary / linear motion conversion mechanism 20 can linearly move the linear motion shaft 20a in the spiral direction of the linear motion shaft 20a by rotating the nut 20b.
  • the electric motor 10 has a stator 10a fixed to the housing 70, and a rotor 10b, and functions as a drive source to rotate the nut 20b of the rotary-to-linear motion conversion mechanism 20.
  • the linear motion conversion mechanism 20 is disposed in series with the linear motion direction of the linear motion shaft 20 a of the motion conversion mechanism 20.
  • the rotor 10b of the electric motor 10 is configured to be attached to a nut 20b of the rotary-linear motion conversion mechanism 20 disposed in series. Specifically, a sleeve 20c extending in a linear motion direction from the nut 20b is formed, and the rotor 10b is attached to the outer peripheral surface of the sleeve 20c. Further, a space 20d is formed inside the sleeve 20c, and the linear movement shaft 20a is accommodated in a state where the electric actuator 100A is contracted.
  • the outer diameter of the sleeve 20c is smaller than the outer diameter of the nut 20b. Further, the inner diameter of the sleeve 20c (the space 20d) is configured to be larger than the outer diameter of the linear movement shaft 20a, and in a state where the linear movement shaft 20a is stored, the sleeve 20c and the linear movement shaft 20a do not contact. It is configured to be
  • the rotating member constituted by the nut 20 b and the sleeve 20 c is fixed to the housing 70 through the thrust bearing 40 mainly receiving a thrust load in one direction on the outer peripheral surface of the nut 20 b. It is fixed to the housing 70 on the opposite side of the bearing 40 via the bearing 10 c.
  • the encoder 30 can detect the position and / or the moving speed of the pressing plate 60 by detecting the rotation angle and / or the rotation speed of the rotating member (nut 20 b, sleeve 20 c).
  • the rotational members (nut 20b, sleeve 20c) attached to the rotor 10b can be made to rotate.
  • the electric actuator 100A drives the electric motor 10 to rotate the rotating member (the nut 20b and the sleeve 20c) attached to the rotor 10b, and the linear motion shaft 20a is a linear motion shaft It can be moved linearly in the spiral direction of 20a.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the electric actuator 100A according to the first embodiment in a state in which the linear movement shaft 20a has moved to the maximum movement amount.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an electric actuator 100C according to a first comparative example.
  • the electric actuator 100C includes, as main components, an electric motor 10, a linear motion shaft 20a and a nut 20b of the rotary / linear motion conversion mechanism 20, a thrust bearing 40 receiving a thrust load, and a pressing plate 60. .
  • the rotor 10b of the electric motor 10 is fixed to the nut 20b of the rotary-to-linear motion conversion mechanism 20 via the connection member 20e, and the nut 20b rotates by the rotational movement of the electric motor 10.
  • the linear motion shaft 20a screwed to the nut 20b is linearly moved by the rotational motion of the nut 20b, and the thrust bearing 40 receiving the thrust load is disposed on the outer periphery of the nut 20b.
  • the linear motion direction length of the electric actuator 100C will be examined.
  • the linear movement shaft 20a is required to have the maximum movement amount L1 of the linear movement shaft 20a + the length Hn1 of the nut 20b or more, and between the electric motor 10 and the rotation linear motion conversion mechanism 20 It is necessary to secure a moving space for Therefore, the length in the linear movement direction of the electric actuator 100C needs “Hm + L1 + Hn1” which is the sum of the length Hm of the electric motor 10, the maximum moving amount L1 of the linear movement shaft 20a, and the length Hn1 of the nut 20b.
  • the electric actuator 100C according to the first comparative example is vertically elongated in the linear movement direction, and is further longitudinally elongated depending on the maximum movement amount L1.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a direct drive type electric actuator 100D according to a second comparative example.
  • the electric motor 10 is formed on the outer periphery of the nut 20b, and the nut 20b is directly driven by the electric motor 10. For this reason, the length in the linear movement direction of the electric actuator 100D needs “L1 + Hn1” which is the sum of the maximum movement amount L1 of the linear movement shaft 20a and the length Hn1 of the nut 20b, and the electric actuator 100C according to the first comparative example Compared to (see FIG. 5), the length Hm6 of the electric motor 10 can be shortened.
  • the electric motor 10 is arranged on the outer periphery of the nut 20b, the outer diameter ⁇ Dm6 of the electric motor 10 is enlarged.
  • the nut 20b of the rotary-linear motion conversion mechanism 20 has a structure that is easily affected by heat generation by the electric motor 10 disposed on the outer periphery, and when using a ball screw mechanism of a precise mechanical element for the rotary-linear motion conversion mechanism 20 It is necessary to take measures in consideration of the effects of heat.
  • FIG. 3 is a schematic configuration view of the electric actuator 100A according to the first embodiment.
  • the electric motor 10 and the nut 20b are arranged in series in the linear movement direction in the electric actuator 100A. Further, the rotor 10b of the electric motor 10 and the nut 20b are fixed in series, and a space 20d (see FIGS. 1 and 2) is provided for the linear motion shaft 20a to pass through the central portion of the rotor 10b.
  • the outer diameter of the electric motor 10 is set to ⁇ Dm1 which is approximately the same as the outer diameter ⁇ Db1 of the thrust bearing 40, and the output torque of the electric motor 10 is equal to the electric motor 10 of the electric actuator 100D (see FIG. 6).
  • the length Hm1 of the electric motor 10 at time t1 is larger than the length Hm6 (see FIG. 6) of the electric motor 10 at the electric actuator 100D (see FIG. 6).
  • the linear movement direction length of the electric actuator 100A is the maximum movement amount L1 of the linear movement shaft 20a and the nut 20b. It becomes “L1 + Hn1” which is the sum of the length Hn1, and can be shortened similarly to the electric actuator 100D (see FIG. 6).
  • the maximum outer diameter of the electric actuator 100A is ⁇ Dm1 ( ⁇ Db1), which can be smaller than the maximum outer diameter ⁇ Dm6 of the electric actuator 100D (see FIG. 6).
  • the electric actuator 100A has a structure in which the housing 70 approaches a cylindrical shape, there are few irregularities, and space is effectively used, and it is similar to a hydraulic cylinder shape. It is a structure which is easy to apply to the drive device of the used apparatus. Of course, when replacing with a hydraulic cylinder is considered, a compressor is further unnecessary, and the maintainability by oil elimination is improved.
  • the electric actuator 100A (see FIG. 3) according to the first embodiment has been described as “the length Hm1 of the electric motor 10 ⁇ the maximum movement amount L1 of the linear movement shaft 20a”.
  • the electric actuator 100B according to the second embodiment when the maximum movement amount of the linear movement shaft 20a is short, ie, “maximum movement amount L2 of the linear movement shaft 20a of the electric actuator 100B (see FIG. 4) “Maximum movement L1 of the linear movement shaft 20a of the electric actuator 100A (see FIG. 3)”, “maximum movement L2 of the linear movement shaft 20a of the electric actuator 100B (see FIG. 4) ⁇ length Hm1 of the electric motor 10
  • FIG. 4 shows that the maximum movement amount of the linear movement shaft 20a is short.
  • FIG. 4 is a schematic configuration view of an electric actuator 100B according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a direct drive type electric actuator 100E according to a third comparative example.
  • the maximum moving amount of the linear movement shaft 20a is L1 and L2 (L2 ⁇ L1). The description is the same except that the difference between
  • the length Hm2 of the electric motor 10 is designed to be short so that “the length Hm2 of the electric motor 10 ⁇ the maximum moving amount L2 of the linear movement shaft 20a”. Further, in the electric actuator 100B, in order to make the output torque of the electric motor 10 equal to that of the electric actuator 100E (see FIG. 7), the stator 10a and the rotor 10b of the electric motor 10 are designed thick. Expand the outer diameter of 10 to ⁇ Dm2.
  • the outer diameter ⁇ Dm2 of the electric motor 10 and the outer diameter ⁇ Db2 of the thrust bearing 40 are designed to satisfy ⁇ Dm2 ⁇ ⁇ Db2, and according to the inner diameter of the thrust bearing 40, the outer diameter of the nut 20b is ⁇ Dn2.
  • the linear movement direction length of the electric actuator 100B becomes “L2 + Hn2”, which is shorter than “L2 + Hn1” of the linear movement direction length of the electric actuator 100E (see FIG. 7). be able to.
  • the electric actuator 100B approaches a cylindrical shape, has less unevenness, and has a structure that effectively utilizes space.
  • the ball screw mechanism when a ball screw mechanism is applied as the rotary / linear motion conversion mechanism 20, the ball screw mechanism includes a linear motion shaft 20a having a spiral ball screw groove and a nut 20b having a spiral ball screw groove similarly.
  • the ball screw is configured to be screwed through a spherical ball, and a large number of balls are in point contact with the ball screw groove of the nut 20b to support a thrust load.
  • the maximum thrust load of the ball screw mechanism can be determined by the number of balls in contact with the ball screw groove of the linear motion shaft 20a and the limit load per ball due to the size of the balls.
  • the shape of the nut 20b changes.
  • the same effect can be obtained by using the rotation / linear motion conversion mechanism 20 having the variability of the nut shape under the same thrust limit load in the rotation / linear motion conversion mechanism 20 other than the above-mentioned ball screw mechanism and trapezoidal screw mechanism.
  • the present invention can be easily applied to a drive mechanism that currently uses a hydraulic cylinder, and can be expected to be compact due to the elimination of a compressor essential to the hydraulic cylinder and to improve maintenance performance by eliminating oil.
  • the electric actuators 100A and 100B according to the present embodiment are not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the invention. Is possible.
  • the electric actuators 100A and 100B according to the present embodiment require a high thrust, and the electric actuator requiring the thrust bearing 40 supporting an excessive thrust load in one direction has been described, the radial load, the thrust load, and The same applies to a structure receiving both radial load and thrust load, and the present invention is not limited to the above.
  • the thrust bearing 40 has been described as having a structure in which a plurality of angular contact ball bearings suitable for receiving a thrust load or a rigid load in one direction are used to receive a high load, the same applies to a structure using a thrust ball bearing Miniaturization is possible regardless of the type of

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Abstract

　回転子（１０ｂ）および固定子（１０ａ）を有する電動モータ（１０）と、直動軸（２０ａ）およびナット（２０ｂ）を有し、回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構（２０）と、を備え、電動モータ（１０）と回転直動変換機構（２０）のナット（２０ｂ）を回転直動変換機構（２０）の直動方向に対して直列に配置し、電動モータ（１０）の回転子（１０ｂ）は、ナット（２０ｂ）とともに回転するスリーブ（２０ｃ）に着設され、スリーブ（２０ｃ）は、直動軸（２０ａ）が挿通する空間（２０ｄ）を有する。

Description

電動アクチュエータ
　本発明は、直動駆動する電動アクチュエータに関し、特に、電動モータと、電動モータの回転運動を直動運動に変換する機構要素である回転直動変換機構と、を備える電動アクチュエータに関する。
　一般に、垂直方向に高推力を発生する駆動機構として、油圧シリンダや直動駆動する電動アクチュエータなどが知られている。直動駆動する電動アクチュエータの構成は、駆動源として回転駆動する電動モータと、電動モータの回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構の１つであるボールねじ機構と、を組み合せることで実現できる。
　例えば、特許文献１（特開２００５－０７３３２０号公報）には、ボールねじ機構のナット外周に電動モータを構成したダイレクトドライブ方式とすることで、電動モータの回転子と固定されたボールねじ機構のナットを回転し、ナットと螺合するねじ軸（直動軸）が直動駆動する構成が開示されている。
　また、特許文献２（特開２００７－１８７２６２号公報）には、ボールねじ機構のナット部材が、電動モータのロータマグネット（回転子）内に挿通された状態で、ハウジングに回転可能に支持されて、ロータマグネット（回転子）と一体回転するダイレクトドライブ方式であり、出力軸（直動軸）はナット部材内に挿通されており、外周面のボール溝との間にボールを介装し、出力軸（直動軸）はロータマグネット（回転子）の回転に伴うナット部材の回転により、軸方向に直動駆動する電動アクチュエータの構造が開示されている。
特開２００５－０７３３２０号公報 特開２００７－１８７２６２号公報
　ところで、電動モータと、電動モータの回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構と、を備える直動駆動用の電動アクチュエータにおいて、直動軸の移動量が長いと電動アクチュエータの全長が伸びるため、電動アクチュエータ全体は大型化する。
　また、特許文献１および特許文献２のような回転直動変換機構のナット外周に電動モータを構成するダイレクトドライブ方式では、全長を抑えることはできるが電動モータの外径が大きくなるため、電動アクチュエータ全体は大型化する。
　そのため、例えば、現状で油圧シリンダを用いている高推力用の駆動機構において、電動化による省エネや油を不要とすることによるメンテナンス性の向上を目的として、油圧シリンダに替えて電動アクチュエータの適用を検討する場合、油圧シリンダによる駆動機構を有する既存の装置に搭載するには、電動アクチュエータは寸法が大きく、また、全長が長いなどの課題があり、電動アクチュエータの搭載し難かった。
　そこで、本発明は、小型な電動アクチュエータを提供することを課題とする。
　このような課題を解決するために、本発明は、回転子および固定子を有する電動モータと、直動軸およびナットを有し、回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構と、を備え、前記電動モータと前記回転直動変換機構のナットを前記回転直動変換機構の直動方向に対して直列に配置し、前記電動モータの回転子は、前記ナットとともに回転するスリーブに着設され、該スリーブは、前記直動軸が挿通する空間を有することを特徴とする電動アクチュエータである。
　本発明によれば、従来よりも小型な電動アクチュエータを提供できる。
第１実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。 直動軸が最大移動量まで移動した状態における第１実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。 第１実施形態に係る電動アクチュエータの概略構成図である。 第２実施形態に係る電動アクチュエータの概略構成図である。 第１比較例に係る電動アクチュエータの概略構成図である。 第２比較例に係るダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータの概略構成図である。 第３比較例に係るダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータの概略構成図である。
　以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
≪第１実施形態≫
　図１を用いて、第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａについて説明する。図１は、第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａの縦断面図である。
　図１に示すように、直動駆動する電動アクチュエータ１００Ａは、駆動源として回転駆動する電動モータ１０と、電動モータ１０の回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構２０と、エンコーダ３０と、スラスト軸受４０と、スライダ可動子５０ａおよびスライダ固定子５０ｂから構成されるスライダ５０と、押圧プレート６０と、円筒形状のハウジング７０と、を備えている。
　回転直動変換機構２０は、螺旋状の溝を有する直動軸２０ａと、同様に螺旋状の溝を有するナット２０ｂとを有し、ナット２０ｂを直動軸２０ａに螺合して構成される。
　直動軸２０ａの先端には、押圧プレート６０が固着され、押圧プレート６０にはスライダ可動子５０ａが配置されている。スライダ可動子５０ａは、電動アクチュエータ１００Ａを搭載する構造体（図示せず）と結合されたスライダ固定子５０ｂに沿って直動方向にのみ移動可能に構成されている。即ち、スライダ５０（スライダ可動子５０ａ，スライダ固定子５０ｂ）により、直動軸２０ａの回転運動を防止し、直動軸２０ａを直動方向にのみ移動することができるようになっている。
　よって、回転直動変換機構２０は、ナット２０ｂを回転運動させることにより、直動軸２０ａを直動軸２０ａの螺旋方向に直動運動させることができるようになっている。
　電動モータ１０は、ハウジング７０と固定される固定子１０ａと、回転子１０ｂとを有し、回転直動変換機構２０のナット２０ｂを回転運動させる駆動源として機能するようになっており、回転直動変換機構２０の直動軸２０ａの直動方向に対して、回転直動変換機構２０と直列に配置される。
　電動モータ１０の回転子１０ｂは、直列に配置した回転直動変換機構２０のナット２０ｂに着設して構成される。
　具体的には、ナット２０ｂから直動方向に延出したスリーブ２０ｃが形成され、スリーブ２０ｃの外周面に回転子１０ｂが着設される。
　また、スリーブ２０ｃの内部には、空間２０ｄが形成され、電動アクチュエータ１００Ａが縮んだ状態において、直動軸２０ａが収納されるようになっている。
　なお、スリーブ２０ｃの外径は、ナット２０ｂの外径よりも小さくなるように構成されている。また、スリーブ２０ｃ（空間２０ｄ）の内径は、直動軸２０ａの外径よりも大きくなるように構成され、直動軸２０ａが収納された状態において、スリーブ２０ｃと直動軸２０ａとが非接触となるように構成されている。
　ナット２０ｂおよびスリーブ２０ｃで構成される回転部材は、ナット２０ｂの外周面において、主に一方向のスラスト荷重を受けるスラスト軸受４０を介してハウジング７０と固定され、更に、電動モータ１０から見てスラスト軸受４０の反対側において軸受１０ｃを介してハウジング７０と固定される。
　エンコーダ３０は、回転部材（ナット２０ｂ，スリーブ２０ｃ）の回転角および／または回転速度を検出することにより、押圧プレート６０の位置および／または移動速度を検出することができるようになっている。
　よって、電動モータ１０を駆動させることにより、回転子１０ｂに着設される回転部材（ナット２０ｂ，スリーブ２０ｃ）を回転運動させることができるようになっている。
　以上説明した構成により、電動アクチュエータ１００Ａは、電動モータ１０を駆動させることにより、回転子１０ｂに着設される回転部材（ナット２０ｂ，スリーブ２０ｃ）を回転運動させ、直動軸２０ａを直動軸２０ａの螺旋方向に直動運動させることができるようになっている。
　図２は、直動軸２０ａが最大移動量まで移動した状態における第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａの縦断面図である。
　図２に示すように、直動軸２０ａが電動モータ１０の対向方向に移動することで、電動モータ１０の回転子１０ｂの内部に直動軸２０ａが移動したことで生じた空間２０ｄが形成される。このように電動モータ１０の回転子１０ｂの内部を直動軸２０ａの移動空間としても利用することができるようになっている。
＜比較例との対比＞
　ここで、第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａの構造の構成について、図５に示す第１比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｃおよび図６に示す第２比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｄと対比しつつ、図３を用いて説明する。
　なお、図３、図５、図６（および、後述する図４、図７）の説明において、主要な構成要素を判りやすく示すために、エンコーダ３０、スライダ５０、ハウジング７０等は適宜省略して図示している。
　まず、図５を用いて一般的な電動アクチュエータの概略構造について説明する。特に、高推力を出力可能で、主に一方向に過大なスラスト荷重を受ける駆動機構に適用するときの電動アクチュエータの構成を示す。図５は、第１比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｃの概略構成図である。
　電動アクチュエータ１００Ｃは、主な構成要素として、電動モータ１０と、回転直動変換機構２０の直動軸２０ａおよびナット２０ｂと、スラスト荷重を受けるスラスト軸受４０と、押圧プレート６０と、から構成される。
　電動モータ１０の回転子１０ｂは、連結部材２０ｅを介して回転直動変換機構２０のナット２０ｂと固定され、電動モータ１０の回転運動でナット２０ｂが回転運動する。ナット２０ｂの回転運動により、ナット２０ｂに螺合された直動軸２０ａが直動運動する構成であり、スラスト荷重を受けるスラスト軸受４０はナット２０ｂの外周に配置する。
　ここで、電動アクチュエータ１００Ｃの直動方向長さについて検討する。
　直動軸２０ａは、直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１＋ナット２０ｂの長さＨｎ１以上必要であり、電動モータ１０と回転直動変換機構２０との間に最大移動量Ｌ１分の直動軸２０ａの移動空間を確保する必要がある。
　このため、電動アクチュエータ１００Ｃの直動方向長さは、電動モータ１０の長さＨｍ、直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１、ナット２０ｂの長さＨｎ１の合計である「Ｈｍ＋Ｌ１＋Ｈｎ１」が必要となる。
　このように、第１比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｃは、直動方向に縦長となり、最大移動量Ｌ１によっては更に縦長となる。
　そのため、電動アクチュエータの直動方向長さを短く構成するために、図６に示すようなナット２０ｂを直接駆動するダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータが知られている。図６は、第２比較例に係るダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータ１００Ｄの概略構成図である。
　電動アクチュエータ１００Ｄは、ナット２０ｂの外周に電動モータ１０を構成し、ナット２０ｂを直接電動モータ１０で駆動する構成となっている。
　このため、電動アクチュエータ１００Ｄの直動方向長さは、直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１、ナット２０ｂの長さＨｎ１の合計である「Ｌ１＋Ｈｎ１」が必要となり、第１比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｃ（図５参照）と比較して、電動モータ１０の長さＨｍ６の分だけ短縮することができる。
　しかし、ナット２０ｂの外周に電動モータ１０を配置することで電動モータ１０の外径φＤｍ６が拡大する。
　また、回転直動変換機構２０のナット２０ｂは、外周に配置した電動モータ１０による発熱の影響を受け易い構造であり、回転直動変換機構２０に精密な機構要素のボールねじ機構を用いる場合は熱の影響を考慮した対策が必要となる。
　第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａの構成について図３を用いて説明する。図３は、第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａの概略構成図である。
　図６に示す電動モータ１０の外径φＤｍ６より縮小するために、電動アクチュエータ１００Ａにおいて電動モータ１０とナット２０ｂを直動方向に対して直列に配置する。また、電動モータ１０の回転子１０ｂとナット２０ｂを直列に固定し、更に回転子１０ｂの中心部を直動軸２０ａが通過するための空間２０ｄ（図１および図２参照）を設ける。
　また、電動モータ１０の外径をスラスト軸受４０の外径φＤｂ１と同程度のφＤｍ１とし、電動モータ１０の出力トルクを電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）の電動モータ１０と等しくするため、電動アクチュエータ１００Ａにおける電動モータ１０の長さＨｍ１を電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）における電動モータ１０の長さＨｍ６（図６参照）より拡大する。
　ここで、「電動モータ１０の長さＨｍ１≦直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１」であれば、電動アクチュエータ１００Ａの直動方向長さは、直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１、ナット２０ｂの長さＨｎ１の合計である「Ｌ１＋Ｈｎ１」となり、電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）と同様に短縮することができる。
　加えて、電動アクチュエータ１００Ａの最大外径はφＤｍ１（φＤｂ１）となり、電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）の最大外径φＤｍ６より小さくすることができる。
　また、電動アクチュエータ１００Ａは、図１および図２に示すように、ハウジング７０が円筒形状に近づき、凹凸が少なく、空間を有効に利用した構造であり、油圧シリンダ形状にも近く、現油圧シリンダを用いた装置の駆動装置に適用し易い構成である。もちろん油圧シリンダとの置き替えを考える場合には、更に圧縮機が不要であり、また、油不要によるメンテナンス性が向上する。
　また、図１から図３に示すように、電動アクチュエータ１００Ａは、電動モータ１０とナット２０ｂを直列配置することで、図６に示す電動アクチュエータ１００Ｄの構成と比較して、電動モータ１０発熱の影響を受け難い構成である。また、電動モータ１０内部にナット２０ｂを配置していないため、ナット２０ｂ外周からファンなどによる冷却が容易な構成でもある。
≪第２実施形態≫
　第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａ（図３参照）は、「電動モータ１０の長さＨｍ１≦直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１」であるものとして説明した。
　第２実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ｂ（図４参照）は、直動軸２０ａの最大移動量が短い場合、即ち、「電動アクチュエータ１００Ｂの直動軸２０ａの最大移動量Ｌ２（図４参照）＜電動アクチュエータ１００Ａの直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１（図３参照）」であり、「電動アクチュエータ１００Ｂの直動軸２０ａの最大移動量Ｌ２（図４参照）＜電動モータ１０の長さＨｍ１（図３参照）」となる場合について説明する。
　なお、「Ｌ２（Ｌ１）＜Ｈｍ１」の場合、第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａ（図３参照）の直動方向長さは「Ｈｍ１＋Ｈｎ１」となり、第２比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）の直動方向長さ「Ｌ１＋Ｈｎ１」より長くなる。
　第２実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ｂの構成について図７に示す第３比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｅと対比しつつ、図４を用いて説明する。図４は、第２実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ｂの概略構成図である。
　図７は、第３比較例に係るダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータ１００Ｅの概略構成図である。なお、第２比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）と第３比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｅ（図７参照）とは、直動軸２０ａの最大移動量がＬ１とＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）で異なる点を除けば同様であり説明を省略する。
　電動アクチュエータ１００Ｂにおいて、「電動モータ１０の長さＨｍ２≦直動軸２０ａの最大移動量Ｌ２」となるように、電動モータ１０の長さＨｍ２を短く設計する。
　また、電動アクチュエータ１００Ｂにおいて、電動モータ１０の出力トルクを電動アクチュエータ１００Ｅ（図７参照）の電動モータ１０と等しくするため、電動モータ１０の固定子１０ａおよび回転子１０ｂを太く設計することで電動モータ１０の外径をφＤｍ２に拡大する。ここで、電動アクチュエータ１００Ｂにおいて、電動モータ１０の外径φＤｍ２とスラスト軸受４０の外径φＤｂ２がφＤｍ２≒φＤｂ２となるように設計し、このスラスト軸受４０の内径に合わせてナット２０ｂの外径をφＤｎ２、ナット２０ｂの長さをＨｎ２に設計することにより、電動アクチュエータ１００Ｂの直動方向長さは「Ｌ２＋Ｈｎ２」となり、電動アクチュエータ１００Ｅ（図７参照）の直動方向長さの「Ｌ２＋Ｈｎ１」より短縮することができる。また、電動アクチュエータ１００Ｂは、円筒形状に近づき、凹凸が少なく、空間を有効に利用した構造となる。
　上記構成を実現するには、回転直動変換機構２０が受けるスラスト限界荷重値を変更することなく、外径形状を細長構造から太短構造に変更できる回転直動変換機構２０を用いれば可能である。
　例えば、回転直動変換機構２０としてボールねじ機構を適用する場合、ボールねじ機構は、螺旋状のボールねじ溝部を有する直動軸２０ａと、同様に螺旋状のボールねじ溝部を有するナット２０ｂとを、球状のボールを介して螺合して構成されるものであり、多数のボールがナット２０ｂのボールねじ溝と点接触してスラスト荷重を支える構造である。
　そのため、直動軸２０ａのボールねじ溝部に接触するボールの個数、および、ボールの大きさに起因する１個当たりの限界荷重によってボールねじ機構の最大スラスト荷重が求められ、ボールの大きさおよび個数によりナット２０ｂの形状が変化する。
　大まかに言えば、スラスト限界荷重値を一定として、太短構造のナット形状にするには、ボール１個の耐荷重を増加するためボール外径を拡大し、螺旋状に配置するボール個数を減少することで実現できる。
　また、回転直動変換機構２０として台形ねじ機構を適用する場合においても、同様のことがいえる。つまり、台形形状の溝を拡大することで、ナット２０ｂとの接触面積を拡大すれば、ナット２０ｂの直動方向長さを短く設計することが可能である。
　上記したボールねじ機構、台形ねじ機構以外の回転直動変換機構２０においても、同スラスト限界荷重におけるナット形状の可変性がある回転直動変換機構２０を用いれば同様の効果が得られる。
　以上説明した構成により、電動アクチュエータを小型化が可能であり、更に凹凸の少ない円筒形状に近似な構成の電動アクチュエータを提供することができる。このため、現状で油圧シリンダを用いている駆動機構に適用し易く、油圧シリンダに必須の圧縮機を不要とすることによる小型化、及び油を不要とすることによるメンテナンス性の向上が期待できる。
＜変形例＞
　なお、本実施形態（第１実施形態，第２実施形態）に係る電動アクチュエータ１００Ａ，１００Ｂは、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
　本実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａ，１００Ｂは、高推力を必要とし、一方向に過大なスラスト荷重を支持するスラスト軸受４０を必要とする電動アクチュエータについて説明したが、ラジアル荷重、スラスト荷重、および、ラジアル荷重とスラスト荷重を両方受ける構造についても同様であり、上記に限定するものではない。
　また、スラスト軸受４０として、一方向のスラスト荷重または剛性荷重を受けるのに適するアンギュラ玉軸受を複数用いて高荷重を受ける構造として説明したが、スラスト玉軸受を用いた構造でも同様であり、軸受の種類に関係なく小型化が可能である。
１０　　　電動モータ
１０ａ　　固定子
１０ｂ　　回転子
１０ｃ　　軸受
２０　　　回転直動変換機構
２０ａ　　直動軸
２０ｂ　　ナット（回転部材）
２０ｃ　　スリーブ（回転部材）
２０ｄ　　空間
３０　　　エンコーダ
４０　　　スラスト軸受
５０　　　スライダ
５０ａ　　スライダ可動子
５０ｂ　　スライダ固定子
６０　　　押圧プレート
７０　　　ハウジング
１００Ａ、１００Ｂ　電動アクチュエータ

Claims (6)

  1. 　回転子および固定子を有する電動モータと、
    　直動軸およびナットを有し、回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構と、を備え、
    　前記電動モータと前記回転直動変換機構のナットを前記回転直動変換機構の直動方向に対して直列に配置し、
    　前記電動モータの回転子は、前記ナットとともに回転するスリーブに着設され、
    　該スリーブは、前記直動軸が挿通する空間を有する
    ことを特徴とする電動アクチュエータ。
  2. 　前記電動モータの固定子外径は、
    　前記回転直動変換機構のナット外周に軸着した軸受の軸受外径と同程度とする
    ことを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
  3. 　前記回転直動変換機構の前記直動軸の最大移動量は、
    　前記電動モータの軸方向長さ以上で構成する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
  4. 　前記電動モータの軸方向長さと前記回転直動変換機構の前記直動軸の最大移動量が同程度となるように前記電動モータの固定子外径を構成し、
    　前記電動モータの固定子外径を前記回転直動変換機構のナット外周に軸着した軸受の軸受外径と同程度となるように該軸受外径を構成する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
  5. 　前記回転直動変換機構は、
    　前記直動軸に構成された螺旋状の溝と前記ナットとが螺合して構成される
    ことを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
  6. 　前記空間は、
    　前記回転直動変換機構の直動軸外径以上で構成する
    ことを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
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