WO2020179477A1 - 直動アクチュエータ - Google Patents

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motor
screw
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涼輔 小原
加藤　晃央
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Ntn株式会社
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    • H02K2205/03—Machines characterised by thrust bearings

Definitions

  • the present invention relates to a linear actuator that converts a rotary motion of a motor into a linear motion and outputs it.
  • a direct-acting actuator one having a motion conversion mechanism (screw mechanism) that directly moves the screw shaft and the nut screwed together by rotating the other with a motor is well known.
  • screw mechanism screw mechanism
  • the screw shaft (or nut) is rotationally driven by a motor
  • the nut (or screw shaft) is moved in the axial direction, and the output member attached to the nut (or screw shaft) is pressed against the operation target, the screw shaft is pressed.
  • the thread groove of the nut and the thread groove of the nut may bite each other.
  • Patent Document 1 there is a linear actuator that rotates a nut to directly move a screw shaft, and includes a nut side locking piece portion provided on the nut and a screw shaft side stopper provided on the screw shaft. It is shown that the rotation of the nut is restricted at a predetermined position by engaging the portion in the circumferential direction.
  • the stress generated when the nut-side locking piece and the screw-shaft-side stopper contact in the circumferential direction is absorbed by the deformation of the cushioning rubber, which results in damage to the gear due to the above-mentioned stress. Is being prevented.
  • an object of the present invention is to prevent the rotary portion of the linear actuator and the linear portion (for example, the screw shaft and the nut) from being caught in the threaded portion with a small number of parts.
  • the present invention has a motor, a rotating portion that is rotationally driven by the motor, and a screw groove that is screwed into a screw groove provided in the rotating portion.
  • a linear motion actuator having a linear motion part that linearly moves in the axial direction in accordance with, wherein the linear motion part has a linear motion part body having the screw groove, and an axial direction relative to the linear motion part body.
  • a linear motion actuator which is provided so as to be relatively movable in the above and which includes an output member which comes into contact with an operation target, and a spring which is arranged axially between the linear motion portion main body and the output member.
  • the linear acting portion main body that linearly moves with the rotation of the rotating portion and the output member that abuts on the operation target can be relatively moved in the axial direction, and between them.
  • the linearly moving portion main body with the output member stopped in place. Keeps moving straight while compressing the spring.
  • the linear motion part main body and the output member are floatingly supported in the axial direction by the elastic force of the spring, and the output member is brought into contact with the operation target, so that the screwing part between the rotary part and the linear motion part is formed.
  • the above linear actuator may be provided with rotation restricting means for restricting the rotation of the rotating portion in the positive direction (rotation in the direction of pressing the output member against the operation target) at a predetermined position. If the direct-acting portion main body and the output member come into direct axial contact with each other before the rotation of the rotating portion in the positive direction is regulated by the rotation regulating means without a spring, the screw between the direct-acting portion and the rotating portion is screwed. Since a large load is applied to the joint, the screwed part may get caught. Therefore, it is preferable to provide a gap in the direction in which the spring is compressed between the direct-acting part main body and the output member in a state where the rotation restricting means restricts the rotation of the rotating part in the positive direction.
  • the screwed portion between the rotating portion and the linearly moving portion is a sliding screw in which the thread grooves of both members are directly meshed with each other, the screwed portion is likely to be engaged, so the above structure should be adopted. Is especially effective.
  • the force that presses the output member against the operation target depends on the elastic force of the spring. Therefore, by arranging the spring between the linear motion section main body and the output member in the pre-compressed state, the force for pressing the output member against the operation target can be increased.
  • the present invention is, for example, a coaxial type linear actuator in which a motor and a rotating portion are arranged coaxially, or a parallel shaft type electric motor in which a central axis of a motor and a central axis of a rotating portion are arranged in parallel. It can be applied to an actuator.
  • the present invention also relates to a shaft rotation type linear actuator in which the rotating part has a screw shaft and the linear moving part has a nut screwed with the screw shaft.
  • the portion can also be applied to a nut rotation type linear motion actuator having a screw shaft screwed with the nut.
  • the linear actuator of the present invention it is possible to prevent the rotating portion and the linear acting portion (for example, the screw shaft and the nut) screwed together from being caught in the screwed portion with a small number of parts. ..
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1. It is sectional drawing which shows the state which brought the output member of the linear actuator into contact with an operation object. It is sectional drawing which shows the state which moved the linear motion part main body of the linear motion actuator to the front end position. It is a graph which shows the relationship between the stroke amount of the linear motion part main body of the linear actuator, and the load applied to a motor. It is sectional drawing of the linear actuator which concerns on other embodiment. It is sectional drawing which shows the state which moved the linear motion part main body of the linear motion actuator of FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view (IX-IX cross-sectional view of FIG. 10) of a linear motion actuator according to still another embodiment.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line XX of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a sectional view taken along line XI-XI in FIG. 10. It is sectional drawing of XII-XII of FIG. It is sectional drawing of the linear actuator which concerns on still another Embodiment.
  • the linear actuator 1 includes a motor 2, a screw mechanism 3 as a motion conversion mechanism for converting a rotational motion of the motor 2 into a linear motion, a motor 2, and a screw. And a housing 4 that houses the mechanism 3.
  • the housing 4 is shown as a single component in the illustrated example, the housing is actually formed of a plurality of components to accommodate the motor 2 and the screw mechanism 3 inside.
  • the motor 2 has a motor body 2a fixed to the inner circumference of the housing 4, and a rotating shaft 2b protruding from the motor body 2a.
  • the motor body 2a is connected to a power source provided outside the housing 4 via wiring (not shown).
  • the screw mechanism 3 includes a screw shaft 5 as a rotating unit that is rotationally driven by the motor 2, and a linear moving unit 6 that linearly moves in the axial direction as the rotating unit rotates.
  • the operation target P side (left side in the drawing) in the axial direction is referred to as front
  • the motor 2 side (right side in the drawing) is referred to as rear.
  • the screw shaft 5 is connected to the rotating shaft 2b of the motor 2.
  • the rotary shaft 2b of the motor 2 is press-fitted and fixed in the hole 5a provided at the rear end of the screw shaft 5.
  • a screw groove 5b is formed on the outer peripheral surface of the screw shaft 5.
  • the outer peripheral surface of the rotating shaft 2b of the motor 2 may be provided with a spiral or mesh-shaped concavo-convex shape, and the concavo-convex shape may be bitten into the inner peripheral surface of the hole 5a of the screw shaft 5. This makes it possible to prevent the rotating shaft 2b of the motor 2 and the screw shaft 5 from slipping.
  • the linear motion unit 6 is between the linear motion unit main body 7 and the output member 8 provided so as to be movable relative to the linear motion unit main body 7 in the axial direction, and between the linear motion unit main body 7 and the output member 8 in the axial direction. And a spring 9 arranged in.
  • the linear motion unit main body 7 has a nut 10 having a screw groove 10a screwed with a screw groove 5b of a screw shaft 5 formed on an inner peripheral surface, and a spring case 11 accommodating a spring 9 on the inner circumference.
  • the screwing portion of the screw mechanism 3 is formed by a slide screw in which the screw groove 5b of the screw shaft 5 and the screw groove 10a of the nut 10 are directly meshed with each other.
  • the nut 10 and the spring case 11 are fixed with bolts or the like.
  • the spring case 11 has a tubular side portion 11a, a bottom portion 11b that closes the opening behind the side portion 11a, and a collar portion 11c that protrudes toward the inner diameter from the opening in front of the side portion 11a.
  • the spring case 11 is shown as a single component in the illustrated example, in actuality, the spring case 11 is formed of a plurality of components in order to incorporate the output member 8 and the spring 9 therein.
  • the spring case 11 is composed of a component having a side portion 11a and a flange portion 11c integrally and a bottom portion 11b formed separately from the component, and these are fixed by bolts or the like.
  • the output member 8 has an output shaft portion 8a that abuts on the operation target P, a flange portion 8b that protrudes from the rear end of the output shaft portion 8a to the outer diameter side, and a tubular shape that extends rearward from the outer diameter end of the collar portion 8b. And a side portion 8c.
  • the outer peripheral surface of the side portion 8c of the output member 8 is fitted to the inner peripheral surface of the side portion 11a of the spring case 11. As a result, the coaxiality between the output member 8 and the spring case 11 is increased.
  • the flange portion 8b of the output member 8 comes into contact with the flange portion 11c of the spring case 11 from the rear side, whereby the forward movement of the output member 8 with respect to the spring case 11 is restricted.
  • the spring 9 is arranged between the output member 8 and the linear motion portion main body 7 in the axial direction, and in the illustrated example, between the output shaft portion 8a of the output member 8 and the bottom portion 11b of the spring case 11 of the linear motion portion main body 7.
  • a spring 9 is arranged.
  • An axial gap G is provided between the output member 8 and the linear motion main body 7, and the output member 8 and the linear motion main body 7 compress the spring 9 while the axial gap G decreases in the axial direction. It can be moved relative to each other.
  • the spring 9 is arranged in a compressed state in advance between the output member 8 and the linear motion section body 7 (spring case 11). As a result, the output member 8 is always biased forward with respect to the spring case 11, and the flange portion 8b of the output member 8 is constantly pressed against the flange portion 11c of the spring case 11.
  • the linear motion body 7 is allowed to move in the axial direction with respect to the housing 4, while being restricted from rotating with respect to the housing 4.
  • a pair of parallel flat surfaces 11d are provided on the outer peripheral surface of the spring case 11, and a pair of parallel flat surfaces 4a are provided on the inner peripheral surface of the housing 4, and these are fitted. I am letting you.
  • the flat surface 11d of the spring case 11 and the flat surface 4a of the housing 4 are engaged with each other in the rotational direction, whereby the rotation of the linear motion section body 7 including the spring case 11 with respect to the housing 4 is restricted.
  • the screw mechanism 3 is provided with a rotation regulating means for regulating the rotation of the screw shaft 5 at a predetermined position.
  • the screw shaft side locking portion 12 projecting from the outer peripheral surface of the screw shaft 5 to the outer diameter side and the nut side locking portion projecting rearward from the end surface of the nut 10
  • a rotation restricting unit is configured with the portion 13. 1 and 3 show a state in which the linear motion portion main body 7 is arranged at the rear end position, and from this state, the screw shaft 5 rotates in the positive direction (direction of arrow Q in FIG. 3) to cause linear motion.
  • the part main body 7 moves forward. Then, as shown by the dotted line in FIG.
  • the screw shaft side locking portion 12 comes into contact with the nut side locking portion 13, so that the forward rotation of the screw shaft 5 is restricted, and the linear motion portion main body 7 is at the front end. Stop at position. Further, when the screw shaft 5 rotates in the opposite direction (the direction opposite to the arrow Q), the linear motion section body 7 moves rearward. Then, as shown by the solid line in FIG. 3, the screw shaft side locking portion 12 comes into contact with the nut side locking portion 13, so that the rotation of the screw shaft 5 in the reverse direction is restricted, and the linear motion portion main body 7 is rearranged. Stop at the end position.
  • the screw shaft 5 is allowed to rotate by approximately one rotation (from the solid line position to the dotted line position of the screw shaft side locking portion 12 in FIG. 3), and this amount. Only the linear motion unit main body 7 moves in the axial direction.
  • the output member 8 is always supported in a floating manner so that the output member 8 can move relative to the linear motion section main body 7 on the side compressing the spring 9. Therefore, it is possible to reliably prevent a situation in which a large load is applied to the screwed portion between the screw shaft 5 and the nut 10 and the screwed portion is caught.
  • FIG. 6 shows the relationship between the stroke amount of the linear motion section main body 7 and the load applied to the motor 2 when the motor 2 is rotationally driven in the positive direction as described above.
  • the load applied to the motor 2 increases to Fa.
  • the load Fa at this time depends on the compression amount of the spring 9 in the initial state in which the output member 8 is not in contact with the operation target P (hereinafter referred to as the initial compression amount). That is, if the initial compression amount of the spring 9 is reduced, the load Fa applied to the motor 2 when the output member 8 contacts the operation target P can be reduced. On the other hand, if the initial compression amount of the spring 9 is increased, the force pressing the output member 8 against the operation target P can be increased.
  • the load applied to the motor 2 linearly increases as the stroke amount of the linear motion main body 7 (that is, the compression amount of the spring 9) increases.
  • stroke amount b the load applied to the motor 2 becomes infinite and the motor 2 becomes infinite. Stop.
  • the stroke amount X ( ba) of the linear motion portion main body 7 from the time when the output member 8 abuts the operation target P until the rotation of the screw shaft 5 stops, from the initial state of the spring 9.
  • the output member 8 is moved backward and brought into contact with the operation target P.
  • the spring 9 is arranged in a compressed state between the collar portion 11c of the spring case 11 and the collar portion 8b provided at the rear end of the output member 8.
  • the linear actuator 1 shown in FIGS. 9 and 10 is designed to be compact in the axial direction by disposing the nut 10 on the inner circumference of the spring case 11.
  • the spring case 11 approaches each other from the pair of flat plate-shaped side portions 11a, the bottom portion 11b connecting the rear end of the pair of side portions 11a and the rear end of the nut 10, and the front end of each side portion 11a. It has a collar portion 11c extending to the side to be used (see FIG. 9).
  • the spring case 11 and the nut 10 are integrally formed, but they may be formed separately.
  • a spring 9 is arranged in a compressed state between the bottom portion 11b of the spring case 11 and the flange portion 8b of the output member 8. As shown in FIG.
  • each side portion 11a of the spring case 11 and the flat surface 4a provided on the inner peripheral surface of the housing 4 are engaged with each other in the rotational direction, whereby the linear moving portion main body 7 including the spring case 11 Rotation with respect to the housing 4 is restricted.
  • rotation of the screw shaft 5 is restricted at a predetermined position by engaging the screw shaft side locking portion 12 and the nut side locking portion 13 in the circumferential direction.
  • the case where the present invention is applied to a coaxial type linear actuator in which the motor 2 and the rotating portion (screw shaft 5) of the screw mechanism 3 are arranged coaxially is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to a parallel shaft type linear actuator in which the central axis of the motor and the central axis of the rotating portion are arranged in parallel with each other.
  • the linear motion actuator 1 shown in FIGS. 9 and 10 is changed to a parallel shaft type linear motion actuator 1.
  • the rotary unit of the screw mechanism 3 has the screw shaft 5, and the linear motion unit 6 has the nut 10.
  • the linear motion actuator 1 is not limited to this, and the present invention is not limited to this. It can also be applied to a nut rotation type linear motion actuator in which the rotary portion of the screw mechanism has a nut and the linear motion portion has a screw shaft.

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Abstract

直動アクチュエータ１は、モータ２と、モータ２で回転駆動される回転部（ねじ軸５）と、ねじ軸５と螺合し、ねじ軸５の回転に伴って軸方向に直動する直動部６とを備える。直動部６は、直動部本体７（ナット１０及びバネケース１１）と、直動部本体７に対して軸方向に相対移動可能に設けられ、操作対象Ｐに当接する出力部材８と、直動部本体７と出力部材８との軸方向間に配されたスプリング９とを備える。

Description

直動アクチュエータ
　本発明は、モータの回転運動を直線運動に変換して出力する直動アクチュエータに関する。
　直動アクチュエータとしては、互いに螺合したねじ軸及びナットの一方をモータで回転させることで他方を直動させる運動変換機構（ねじ機構）を有するものが周知である。このような直動アクチュエータにおいて、モータでねじ軸（あるいはナット）を回転駆動し、ナット（あるいはねじ軸）を軸方向に移動させてこれに取り付けられた出力部材を操作対象に押し付けると、ねじ軸のねじ溝とナットのねじ溝とが互いに噛み込むことがある。この場合、モータでねじ軸（あるいはナット）を逆方向に回転させようとしても、螺合部の噛み込みによってねじ軸（あるいはナット）が逆方向に回転せず、出力部材を操作対象から離反させることができなくなる恐れがある。
　例えば、下記の特許文献１には、ナットを回転させてねじ軸を直動させる直動アクチュエータであって、ナットに設けられたナット側係止片部とねじ軸に設けられたねじ軸側ストッパ部とを周方向で係合させることで、ナットの回転を所定位置で規制するものが示されている。この直動アクチュエータでは、ナット側係止片部とねじ軸側ストッパ部とが周方向で当接した際に発生した応力を、緩衝ゴムの変形により吸収することで、上記の応力による歯車の損傷を防止している。
特開２０１４－９２２２３号公報
　しかし、上記のような直動アクチュエータでは、歯車とナットとの間に複数の緩衝ゴムが周方向等間隔に設けられるため、部品数が多くなると共に構造が複雑になる。
　そこで、本発明は、少ない部品数で、直動アクチュエータの回転部と直動部（例えばねじ軸とナット）との螺合部の噛み込みを防止することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明は、モータと、前記モータで回転駆動される回転部と、前記回転部に設けられたねじ溝と螺合するねじ溝を有し、前記回転部の回転に伴って軸方向に直動する直動部とを備えた直動アクチュエータであって、前記直動部が、前記ねじ溝を有する直動部本体と、前記直動部本体に対して軸方向に相対移動可能に設けられ、操作対象に当接する出力部材と、前記直動部本体と前記出力部材との軸方向間に配されたスプリングとを備えた直動アクチュエータを提供する。
　上記のように、本発明の直動アクチュエータでは、回転部の回転に伴って直動する直動部本体と、操作対象に当接する出力部材とを軸方向で相対移動可能とし、これらの間にスプリングを配した。この場合、モータで回転部を正方向に回転駆動して直動部を直動させて出力部材を操作対象に当接させたとき、出力部材がその場に止まった状態で、直動部本体がスプリングを圧縮しながら直動し続ける。このように、直動部本体と出力部材とをスプリングの弾性力により軸方向でフローティング支持しながら、出力部材を操作対象に当接させることで、回転部と直動部との螺合部には、スプリングの弾性力のみが加わるため、螺合部に加わる軸方向の力が軽減され、螺合部の噛み込みを防止できる。この機構は、直動部本体と出力部材との間にスプリングを配するだけで構成されるため、複数の緩衝ゴムを周方向で等間隔に設ける従来の直動アクチュエータと比べて、部品数が抑えられる。
　上記の直動アクチュエータには、回転部の正方向の回転（出力部材を操作対象に押し付ける方向の回転）を所定位置で規制する回転規制手段を設けることができる。この回転規制手段により回転部の正方向の回転が規制される前に、直動部本体と出力部材とがスプリングを介することなく軸方向に直接当接すると、直動部と回転部との螺合部に大きな負荷が加わるため、螺合部が噛み込む恐れがある。従って、回転規制手段により回転部の正方向の回転が規制された状態で、直動部本体と出力部材との間に、スプリングを圧縮する方向の隙間を設けることが好ましい。
　回転部と直動部との螺合部が、両部材のねじ溝同士を直接噛み合わせた滑りねじである場合、螺合部の噛み込みが生じやすいため、上記のような構造を採用することが特に有効である。
　上記の電動アクチュエータでは、出力部材を操作対象に押し付ける力は、スプリングの弾性力に依存する。従って、直動部本体と出力部材との軸方向間にスプリングを予め圧縮した状態で配することで、出力部材を操作対象に押し付ける力を大きくすることができる。
　本発明は、例えば、モータと回転部とが同軸に配された同軸タイプの直動アクチュエータや、モータの中心軸と回転部の中心軸とが平行に離間して配された平行軸タイプの電動アクチュエータに適用することができる。
　また、本発明は、回転部がねじ軸を有し、直動部が、前記ねじ軸と螺合するナットを有する軸回転タイプの直動アクチュエータにも、回転部がナットを有し、直動部が、前記ナットと螺合するねじ軸を有するナット回転タイプの直動アクチュエータにも適用することができる。
　以上のように、本発明の直動アクチュエータによれば、少ない部品数で、互いに螺合した回転部及び直動部（例えばねじ軸及びナット）の螺合部の噛み込みを防止することができる。
本発明の一実施形態に係る直動アクチュエータの断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 上記直動アクチュエータの出力部材を操作対象に当接させた状態を示す断面図である。 上記直動アクチュエータの直動部本体を前端位置まで移動させた状態を示す断面図である。 上記直動アクチュエータの直動部本体のストローク量とモータに加わる負荷との関係を示すグラフである。 他の実施形態に係る直動アクチュエータの断面図である。 図７の直動アクチュエータの直動部本体を後端位置まで移動させた状態を示す断面図である。 さらに他の実施形態に係る直動アクチュエータの断面図（図１０のＩＸ－ＩＸ断面図）である。 図９のＸ－Ｘ断面図である。 図１０のＸＩ－ＸＩ断面図である。 図１０のＸＩＩ－ＸＩＩ断面図である。 さらに他の実施形態に係る直動アクチュエータの断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　本発明の一実施形態に係る直動アクチュエータ１は、図１に示すように、モータ２と、モータ２の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構としてのねじ機構３と、モータ２及びねじ機構３を収容するハウジング４とを有する。尚、図示例ではハウジング４を一部品で示しているが、実際には、内部にモータ２及びねじ機構３を収容するために、ハウジングが複数の部品で形成される。
　モータ２は、ハウジング４の内周に固定されたモータ本体２ａと、モータ本体２ａから突出した回転軸２ｂとを有する。モータ本体２ａには、図示しない配線を介してハウジング４の外部に設けられた電源と接続される。
　ねじ機構３は、モータ２で回転駆動される回転部としてのねじ軸５と、回転部の回転に伴って軸方向に直動する直動部６とを備える。尚、以下の説明では、軸方向で操作対象Ｐ側（図中左側）を前方、モータ２側（図中右側）を後方と言う。
　ねじ軸５は、モータ２の回転軸２ｂと連結される。例えば、ねじ軸５の後方端部に設けられた穴５ａに、モータ２の回転軸２ｂが圧入固定される。ねじ軸５の外周面には、ねじ溝５ｂが形成される。尚、モータ２の回転軸２ｂの外周面に、螺旋状や網目状の凹凸形状を設け、この凹凸形状をねじ軸５の穴５ａの内周面に食い込ませてもよい。これにより、モータ２の回転軸２ｂとねじ軸５との空転を防ぐことが可能となる。
　直動部６は、直動部本体７と、直動部本体７に対して軸方向に相対移動可能に設けられた出力部材８と、直動部本体７と出力部材８との軸方向間に配されたスプリング９とを備える。
　直動部本体７は、内周面に、ねじ軸５のねじ溝５ｂと螺合するねじ溝１０ａが形成されたナット１０と、内周にスプリング９を収容したバネケース１１とを有する。本実施形態では、ねじ機構３の螺合部が、ねじ軸５のねじ溝５ｂとナット１０のねじ溝１０ａとを直接噛み合わせた滑りねじで構成される。ナット１０とバネケース１１とはボルト等で固定される。バネケース１１は、筒状の側部１１ａと、側部１１ａの後方の開口部を閉塞する底部１１ｂと、側部１１ａの前方の開口部から内径側に突出した鍔部１１ｃとを有する。尚、図示例ではバネケース１１を一部品で示しているが、実際には、内部に出力部材８やスプリング９を組み込むために、バネケース１１が複数の部品で形成される。例えば、バネケース１１が、側部１１ａ及び鍔部１１ｃを一体に有する部品と、これと別体に形成された底部１１ｂとで構成され、これらがボルト等により固定される。
　出力部材８は、操作対象Ｐに当接する出力軸部８ａと、出力軸部８ａの後端から外径側に突出した鍔部８ｂと、鍔部８ｂの外径端から後方に延びる筒状の側部８ｃとを有する。出力部材８の側部８ｃの外周面は、バネケース１１の側部１１ａの内周面と嵌合している。これにより、出力部材８とバネケース１１との同軸度が高められる。出力部材８の鍔部８ｂが、バネケース１１の鍔部１１ｃに後方から当接することで、出力部材８のバネケース１１に対する前方への移動が規制される。
　スプリング９は、出力部材８と直動部本体７との軸方向間に配され、図示例では、出力部材８の出力軸部８ａと直動部本体７のバネケース１１の底部１１ｂとの間にスプリング９が配される。出力部材８と直動部本体７との間には軸方向の隙間Ｇが設けられ、出力部材８と直動部本体７とが、スプリング９を圧縮しながら、隙間Ｇが小さくなる方向に軸方向に相対移動可能とされる。本実施形態では、出力部材８と直動部本体７（バネケース１１）との間にスプリング９が予め圧縮状態で配される。これにより、出力部材８がバネケース１１に対して常に前方に付勢され、出力部材８の鍔部８ｂがバネケース１１の鍔部１１ｃに常に押し付けられている。
　直動部本体７は、ハウジング４に対する軸方向移動が許容される一方で、ハウジング４に対する回転が規制される。本実施形態では、図２に示すように、バネケース１１の外周面に一対の平行な平坦面１１ｄを設けると共に、ハウジング４の内周面に一対の平行な平坦面４ａを設け、これらを嵌合させている。バネケース１１の平坦面１１ｄとハウジング４の平坦面４ａとが回転方向で係合することにより、バネケース１１を含む直動部本体７のハウジング４に対する回転が規制される。
　ねじ機構３には、ねじ軸５の回転を所定位置で規制する回転規制手段が設けられる。本実施形態では、図１及び図３に示すように、ねじ軸５の外周面から外径側に突出したねじ軸側係止部１２と、ナット１０の端面から後方に突出したナット側係止部１３とで、回転規制手段が構成される。図１及び図３は、直動部本体７が後端位置に配された状態を示し、この状態から、ねじ軸５が正方向（図３の矢印Ｑ方向）に回転することで、直動部本体７が前方に移動する。そして、図３に点線で示すように、ねじ軸側係止部１２がナット側係止部１３に当接することで、ねじ軸５の正方向の回転が規制され、直動部本体７が前端位置で停止する。また、ねじ軸５が逆方向（矢印Ｑと反対方向）に回転することで、直動部本体７が後方に移動する。そして、図３に実線で示すように、ねじ軸側係止部１２がナット側係止部１３に当接することで、ねじ軸５の逆方向の回転が規制され、直動部本体７が後端位置で停止する。以上のように、本実施形態の直動アクチュエータ１では、ねじ軸５が略一回転分（図３のねじ軸側係止部１２の実線位置から点線位置まで）の回転が許容され、この分だけ直動部本体７が軸方向に移動する。
　次に、上記の直動アクチュエータ１の動作を説明する。
　図１に示すように直動部本体７を後端位置に配した状態から、モータ２を駆動してねじ軸５を正方向に回転させると、直動部６を構成する直動部本体７（ナット１０及びバネケース１１）、出力部材８、及びスプリング９が一体的に前方に移動する。このとき、出力部材８は、直動部本体７に対してスプリング９で前方に付勢され、且つ、直動部本体７に対して後方に移動可能な状態でフローティング支持されている。そして、図４に示すように出力部材８が操作対象Ｐに当接すると、出力部材８がその場に停止する一方で、直動部本体７が、スプリング９を圧縮しながら前方に移動する。このとき、ねじ軸５のねじ溝５ｂとナット１０のねじ溝１０ａとの螺合部には、スプリング９の弾性力のみが加わるため、螺合部に加わる軸方向の力が軽減され、螺合部の噛み込みを防止できる。
　その後、ねじ軸側係止部１２がナット側係止部１３に当接することで（図３の点線参照）、ねじ軸５の正方向の回転が規制され、直動部本体７が停止される（図５参照）。このとき、出力部材８とバネケース１１の底部１１ｂとの間には軸方向の隙間Ｇが残っている。すなわち、直動部本体７が出力部材８に後方から当接する前に、ねじ軸側係止部１２がナット側係止部１３に当接してねじ軸５の回転が規制され、直動部本体７の前方への移動が停止する。このように、直動部本体７を直動させている間、常に、出力部材８が直動部本体７に対して、スプリング９を圧縮する側に相対移動可能な状態でフローティング支持されているため、ねじ軸５とナット１０との螺合部に大きな負荷が加わって螺合部が噛み込む事態を確実に防止できる。
　そして、図５に示す状態から、モータ２でねじ軸５を逆方向に回転駆動すると、出力部材８が操作対象Ｐに当接した状態のまま、直動部本体７が後方に移動する。このとき、上記のようにねじ軸５のねじ溝５ｂとナット１０のねじ溝１０ａとの螺合部に噛み込みが生じていないことで、モータ２を逆方向に回転駆動することでナット１０を含む直動部本体７をスムーズに後退させることができる。そして、図４に示すようにバネケース１１の鍔部１１ｃが出力部材８の鍔部８ｂに前方側から係合した後、直動部本体７及び出力部材８が一体に後方に移動する。その後、ねじ軸側係止部１２がナット側係止部１３に当接することで（図３の実線参照）、ねじ軸５の逆方向の回転が規制され、直動部本体７及び出力部材８が後端位置で停止する（図１参照）。
　本実施形態のように、ねじ機構３の回転部と直動部との螺合部が、ねじ軸５のねじ溝５ｂとナット１０のねじ溝１０ａとを直接噛み合わせた滑りねじで構成される場合、ねじ溝５ｂ，１０ａ同士の摩擦により噛み込みが生じやすいため、上記のようにスプリング９を介して噛み込みを回避することが特に有効となる。尚、ねじ機構３の回転部と直動部との螺合部が、ねじ溝同士をボールを介して噛み合わせたボールねじである場合でも、上記のようにスプリング９を設けることで、螺合部の噛み込みを確実に回避することができる。
　図６に、上記のようにモータ２を正方向に回転駆動したときの、直動部本体７のストローク量とモータ２に加わる負荷との関係を示す。同図に示すように、モータ２を正方向に回転駆動して出力部材８が操作対象Ｐに当接すると（ストローク量ａ）、モータ２に加わる負荷がＦａまで上昇する。このときの負荷Ｆａは、出力部材８が操作対象Ｐに当接していない初期状態でのスプリング９の圧縮量（以下、初期圧縮量と言う。）に依存する。すなわち、スプリング９の初期圧縮量を小さくすれば、出力部材８が操作対象Ｐに当接したときにモータ２に加わる負荷Ｆａを小さくすることができる。一方、スプリング９の初期圧縮量を大きくすれば、出力部材８を操作対象Ｐに押し付ける力を大きくすることができる。
　出力部材８が操作対象Ｐに当接した後は、直動部本体７のストローク量（すなわち、スプリング９の圧縮量）の増加に伴って、モータ２に加わる負荷が線形的に増加する。そして、ねじ軸側係止部１２がナット側係止部１３に当接してねじ軸５の回転が規制されると（ストローク量ｂ）、モータ２に加わる負荷が無限大となってモータ２が停止する。このとき、出力部材８が操作対象Ｐに当接してからねじ軸５の回転が停止するまでの間の直動部本体７のストローク量Ｘ（＝ｂ－ａ）が、スプリング９の初期状態からの圧縮量であり、このスプリング９の圧縮による弾性力Ｙ（＝Ｆｂ－Ｆａ）の分だけ、モータ２に加わる負荷が増加する。
　本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については、重複説明を省略する。
　図７に示す実施形態は、出力部材８を後方に移動させて操作対象Ｐに当接させるものである。図示例では、バネケース１１の鍔部１１ｃと出力部材８の後端に設けられた鍔部８ｂとの間にスプリング９が圧縮状態で配される。図７に示す状態から、モータ２でねじ軸５を正方向に回転させると、直動部本体７及び出力部材８が一体に後方に移動し、出力部材８の前端に設けられた鍔部８ｄが操作対象Ｐに当接する。その後、さらにモータ２を回転駆動すると、図８に示すように、出力部材８が操作対象Ｐに当接してその場に停止したまま、直動部本体７がスプリング９を圧縮しながら後方に移動する。そして、ねじ軸側係止部１２とナット側係止部１３とが当接することで、ねじ軸５の回転が規制され、直動部本体７が停止される。
　この実施形態でも、出力部材８が、直動部本体７に対してスプリング９により軸方向でフローティングされた状態で操作対象Ｐに押し付けられるため、回転部（ねじ軸５）と直動部６（ナット１０）との螺合部に加わる負荷が軽減され、螺合部の噛み込みを防止できる。
　図９及び１０に示す直動アクチュエータ１は、バネケース１１の内周にナット１０を配することで、軸方向のコンパクト化を図っている。具体的には、バネケース１１が、一対の平板状の側部１１ａと、一対の側部１１ａの後端とナット１０の後端とを連結する底部１１ｂと、各側部１１ａの前端から互いに接近する側に延びる鍔部１１ｃとを有する（図９参照）。図示例では、バネケース１１とナット１０とが一体に形成されているが、これらを別体に形成してもよい。バネケース１１の底部１１ｂと出力部材８の鍔部８ｂとの間には、スプリング９が圧縮状態で配される。図１１に示すように、バネケース１１の各側部１１ａと、ハウジング４の内周面に設けられた平坦面４ａとが回転方向で係合することで、バネケース１１を含む直動部本体７のハウジング４に対する回転が規制される。図１２に示すように、ねじ軸側係止部１２とナット側係止部１３とを周方向で係合させることで、ねじ軸５の回転が所定位置で規制される。
　以上の実施形態では、モータ２とねじ機構３の回転部（ねじ軸５）とが同軸に配された同軸タイプの直動アクチュエータに本発明を適用した場合を示したが、これに限らず、本発明は、モータの中心軸と回転部の中心軸を平行に離間して配した平行軸タイプの直動アクチュエータに適用することもできる。例えば、図１３に示す実施形態は、図９及び１０に示す直動アクチュエータ１を平行軸タイプの直動アクチュエータ１に変更したものである。モータ２の回転軸２ｂに固定された歯車１４と、ねじ軸５から延びる中間軸１５に固定された歯車１６とを噛み合わせることで、モータ２の回転駆動力がねじ軸５に伝達される。
　以上の実施形態では、ねじ機構３の回転部がねじ軸５を有し、直動部６がナット１０を有する軸回転タイプの直動アクチュエータ１を示したが、これに限らず、本発明は、ねじ機構の回転部がナットを有し、直動部がねじ軸を有するナット回転タイプの直動アクチュエータに適用することもできる。
１     直動アクチュエータ
２     モータ
３     ねじ機構
４     ハウジング
５     ねじ軸
６     直動部
７     直動部本体
８     出力部材
９     スプリング
１０   ナット
１１   バネケース
１２   ねじ軸側係止部
１３   ナット側係止部
Ｐ     操作対象
 

Claims (9)

  1. 　モータと、前記モータで回転駆動される回転部と、前記回転部に設けられたねじ溝と螺合するねじ溝を有し、前記回転部の回転に伴って軸方向に直動する直動部とを備えた直動アクチュエータであって、
    　前記直動部が、前記ねじ溝を有する直動部本体と、前記直動部本体に対して軸方向に相対移動可能に設けられ、操作対象に当接する出力部材と、前記直動部本体と前記出力部材との軸方向間に配されたスプリングとを備えた直動アクチュエータ。
  2. 　前記回転部の正方向の回転を所定位置で規制する回転規制手段を有し、
    　前記回転規制手段により前記回転部の正方向の回転が所定位置で規制された状態で、前記直動部本体と前記出力部材との間に、前記スプリングを圧縮する方向の隙間を設けた請求項１に記載の直動アクチュエータ。
  3. 　前記回転部と前記直動部との螺合部が、両部材のねじ溝同士を直接噛み合わせた滑りねじである請求項１又は２に記載の直動アクチュエータ。
  4. 　前記直動部本体と前記出力部材との軸方向間に前記スプリングが予め圧縮状態で配された請求項１～３の何れか１項に記載の直動アクチュエータ。
  5. 　前記モータが、外周面に凹凸形状が形成された回転軸を有し、
    　前記回転軸の凹凸形状を前記回転部材の内周面に食い込ませた請求項１～４の何れか１項に記載の直動アクチュエータ。
  6. 　前記モータと前記回転部とが同軸に配された請求項１～５の何れか１項に記載の直動アクチュエータ。
  7. 　前記モータの中心軸と前記回転部の中心軸とが平行に離間して配された請求項１～５の何れか１項に記載の直動アクチュエータ。
  8. 　前記回転部がねじ軸を有し、前記直動部が、前記ねじ軸と螺合するナットを有する請求項１～７の何れか１項に記載の直動アクチュエータ。
  9. 　前記回転部がナットを有し、前記直動部が、前記ナットと螺合するねじ軸を有する請求項１～７の何れか１項に記載の直動アクチュエータ。
     
     
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