(57)【要約】  外周面にフランジ部２３を有する出力ロッド２１と、ナット６に連結され、外周面にフランジ部２４を有する中間ロッド２２と、出力ロッド及び中間ロッドが同軸上に収納され、フランジ部２３とフランジ部２４の間に位置するように内周面に設けられたフランジ部２５を有するケージ４３と、ケージにおける出力ロッド側に取り付けられた蓋部材４１と、ケージにおける中間ロッド側に取り付けられた蓋部材４２と、フランジ部２３と第３フランジ部２５の間に収納された皿バネ３１と、フランジ部２４と蓋部材４２の間に収納された皿バネ３２とを備え、フランジ部２３を介して皿バネ３１をフランジ部２５に向かって押圧するように蓋部材４１をケージに固定し、皿バネ３２をフランジ部２４に向かって押圧するように蓋部材４２をケージに固定する。これによりねじ軸の軸方向における両方向からの衝撃荷重の緩和と高制御性の確保を同時に解決できる。
2012077213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸と、このねじ軸に螺合されたナットとを備え、前記ねじ軸と前記ナットとを軸回りに相対的に回転させることにより前記ねじ軸の軸方向の変位を発生するリニアアクチュエータにおいて、
前記ねじ軸又は前記ナットを回転駆動する駆動源の駆動軸及び前記ねじ軸に対する軸方向の変位を出力する出力部材のいずれか一方を第１部材とし、前記ねじ軸及び前記ナットのいずれか一方を第２部材としたとき、
前記ねじ軸に対する軸方向又は周方向に撓む第１バネ要素及び第２バネ要素と、
前記２つのバネ要素を介して前記第１部材及び前記第２部材を支持する支持機構とを備え、
前記第１バネ要素は、撓んだ状態で保持されており、前記支持機構に対して前記第１部材が前記２つのバネ要素の撓む方向における一方向に相対移動したときのみにさらに撓み、
前記第２バネ要素は、撓んだ状態で保持されており、前記支持機構に対して前記第２部材が前記２つのバネ要素の撓む方向における他方向に相対移動したときにのみにさらに撓むことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
ねじ軸と、このねじ軸に螺合されたナットとを備え、前記ねじ軸と前記ナットとを軸回りに相対的に回転させることにより前記ねじ軸の軸方向の変位を発生するリニアアクチュエータにおいて、
前記ねじ軸又は前記ナットを回転駆動する駆動源の駆動軸及び前記ねじ軸に対する軸方向の変位を出力する出力部材のいずれか一方を第１部材とし、前記ねじ軸及び前記ナットのいずれか一方を第２部材としたとき、
前記第１部材及び前記第２部材を支持する支持機構と、
前記ねじ軸に対する軸方向又は周方向に撓む第１バネ要素及び第２バネ要素とを備え、
前記第１バネ要素は、前記支持機構及び前記第１部材によって撓んだ状態で支持されており、前記支持機構に対して前記第１部材が前記２つのバネ要素の撓む方向における一方向に相対移動したときにさらに撓み、
前記第２バネ要素は、前記支持機構及び前記第２部材によって撓んだ状態で支持されており、前記支持機構に対して前記第２部材が前記２つのバネ要素の撓む方向における他方向に相対移動したときにさらに撓み、
前記支持機構は、
前記支持機構に対して前記２つのバネ要素の撓む方向における一方向に相対移動可能に前記第１部材を支持しており、
前記支持機構に対して前記２つのバネ要素の撓む方向における他方向に相対移動可能に前記第２部材を支持していることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項３】
ねじ軸と、このねじ軸に螺合されたナットとを備え、前記ねじ軸と前記ナットとを軸回りに相対的に回転させることにより前記ねじ軸の軸方向の変位を発生するリニアアクチュエータにおいて、
外周面に第１フランジ部を有し、前記ねじ軸の軸方向の変位を出力する第１ロッドと、
前記ねじ軸又は前記ナットに連結され、外周面に第２フランジ部を有する第２ロッドと、
前記第１ロッド及び前記第２ロッドが同軸上に収納され、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部の間に位置するように内周面に設けられた第３フランジ部を有する円筒部材と、
前記円筒部材の軸方向における端部のうち前記第１ロッド側に取り付けられた第１蓋部材と、
前記円筒部材の軸方向における端部のうち前記第２ロッド側に取り付けられた第２蓋部材と、
前記第１フランジ部と前記第３フランジ部の間に収納された第１バネ要素と、
前記第２フランジ部と前記第２蓋部材の間に収納された第２バネ要素とを備え、
前記第１蓋部材は、前記第１フランジ部を介して前記第１バネ要素を前記第３フランジ部に向かって押圧するように前記円筒部材に固定されており、
前記第２蓋部材は、前記第２バネ要素を第２フランジ部に向かって押圧するように前記円筒部材に固定されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項４】
ねじ軸と、このねじ軸に螺合されたナットとを備え、前記ねじ軸と前記ナットとを軸回りに相対的に回転させることにより前記ねじ軸の軸方向の変位を発生するリニアアクチュエータにおいて、
駆動源の駆動軸に連結される第１ロッドと、
前記ねじ軸又は前記ナットに連結される第２ロッドと、
前記第１ロッドを回転可能に支持する第１揺動部材と、
前記第１揺動部材に連結され、前記第２ロッドを回転可能に支持する第２揺動部材と、
前記第１ロッドと前記第１揺動部材の間に架け渡され、前記第１揺動部材に対して前記第１ロッドを前記ねじ軸の周方向における一方向に相対的に回転させる回転トルクによって撓む第１ねじりバネと、
前記第２ロッドと前記第２揺動部材の間に架け渡され、前記第２揺動部材に対して前記第２ロッドを前記ねじ軸の周方向における他方向に相対的に回転させる回転トルクによって撓む第２ねじりバネと、
前記第１ロッドに固定され、前記第１ねじりバネが撓んだ状態で保持されるように前記第１揺動部材を前記第１ロッドの周方向から支持する第１予圧部材と、
前記第２ロッドに固定され、前記第２ねじりバネが撓んだ状態で保持されるように前記第２揺動部材を前記第２ロッドの周方向から支持する第２予圧部材とを備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のリニアアクチュエータを備えることを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はねじ機構を用いたリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ軸及びこれに螺合されたナットから成るねじ機構を用いたリニアアクチュエータ（例えばボールねじによる送り装置など）は、高速・高精度な分野で多く用いられてきたが、大推力を必要とする分野では油圧駆動によるリニアアクチュエータ（例えば油圧シリンダ）が多く用いられてきた。これは、ねじ機構で大推力化を実現することが困難であったためであるが、昨今の技術的進歩により、大推力向けのねじ機構が開発され、従来油圧が主に用いられてきた分野に電動リニアアクチュエータが適用されるようになってきた。電動化によるメリットは、油圧駆動に比べ効率が良く、また回生エネルギの活用がしやすい点や、制御性が良い点などが挙げられ、油圧駆動の電動化が進んでいる。【０００３】
しかし、従来油圧が用いられてきた製品を電動化するにあたり、油圧駆動ではそれほど問題とはしていなかった様々な条件が大きな課題となって表面化する場合がある。この課題の一つが振動や衝突などによって起こる衝撃荷重の問題である。油圧シリンダの場合、油圧の伸縮性によって衝撃荷重を緩和していたが、ねじ機構を用いたリニアアクチュエータでは、そのメリットの一つである制御性の良さを損なわないために剛性をなるべく高くすることが望ましく、その結果衝撃荷重を充分緩和することができず機械部品を痛めることがある。また、適用製品にもよるが、例えば、油圧ショベルのフロント作業装置の駆動に利用される油圧シリンダに代えてねじ機構を用いたリニアアクチュエータを利用した場合の衝撃荷重は、リニアアクチュエータのねじ軸の圧縮方向（例えば、掘削時のバケットと地面等の衝突時等）と引張方向（すくい上げ時におけるバケットの異物等の引っかかり時等）の両方向に作用するため、両方向の衝撃荷重を緩和する必要がある。【０００４】
このような耐衝撃性を改善する技術としては、ねじ軸と、ねじ軸に螺合されたナットと、当該ナットの両端部にそれぞれ螺合された調整ナットと、当該ナットの外周に固定されねじ軸の軸方向に移動可能な可動プレート（可動部材）と、当該２つの調整ナットと当該可動プレートの間に挿入された皿バネを備えるボールねじがある。このボールねじは、ねじ軸の軸方向におけるいずれの方向から可動プレートに衝撃荷重が加わった場合にも、その衝撃荷重を皿バネで吸収することで衝撃荷重の緩和を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２５１１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記技術は、ねじ軸の軸方向における両方向の衝撃荷重を緩和できるものであるが、可動プレートを軸方向の両端から挟むように２つの皿バネが配置されている。そのため、その２つの皿バネを撓ませた状態で保持し軸方向における両方向から可動プレートに対して予圧を加えても、それらが互いに打ち消し合ってしまう。これにより、皿バネに加えた予圧以下の荷重ではばねが撓まない（可動プレートが移動しない）という荷重の伝達経路の線形性の確保が望めず、衝撃荷重が作用した際における可動プレート（テーブル）の位置制御が難しく制御性が低下するおそれがある。【０００７】
ところで、上記文献には、ねじ軸の軸方向における一方向から加わる衝撃荷重のみを吸収可能なボールねじも開示されている。このボールねじは、ナットの軸方向における一方側の端部に螺合された調整ナットと、当該ナットの外周に固定されねじ軸の軸方向に移動可能な可動プレートと、当該調整ナットと当該可動プレートの間に挿入された皿バネを備えたものである。このボールねじの皿バネには、荷重の伝達経路の線形性を確保して可動プレート（テーブル）の制御性を向上させる観点から、ボールねじの許容荷重より若干小さい予圧が加えられており、当該予圧以下の荷重では皿ばねは撓まないように構成されている。しかし、このボールねじは、ねじ軸の軸方向における一方向から加わる衝撃荷重だけしか緩和することができない。【０００８】
このように、上記文献に記載された技術では、ねじ軸の軸方向における両方向からの衝撃荷重の緩和と制御性の確保という２つの課題を同時に満足することは困難である。本発明は、この２つの課題を同時に解決できるリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、ねじ軸と、このねじ軸に螺合されたナットとを備え、前記ねじ軸と前記ナットとを軸回りに相対的に回転させることにより前記ねじ軸の軸方向の変位を発生するリニアアクチュエータにおいて、前記ねじ軸又は前記ナットを回転駆動する駆動源の駆動軸及び前記ねじ軸に対する軸方向の変位を出力する出力部材のいずれか一方を第１部材とし、前記ねじ軸及び前記ナットのいずれか一方を第２部材としたとき、前記ねじ軸に対する軸方向又は周方向に撓む第１バネ要素及び第２バネ要素と、前記２つのバネ要素を介して前記第１部材及び前記第２部材を支持する支持機構とを備え、前記第１バネ要素は、撓んだ状態で保持されており、前記支持機構に対して前記第１部材が前記２つのバネ要素の撓む方向における一方向に相対移動したときのみにさらに撓み、前記第２バネ要素は、撓んだ状態で保持されており、前記支持機構に対して前記第２部材が前記２つのバネ要素の撓む方向における他方向に相対移動したときにのみにさらに撓むものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ねじ軸の軸方向における両方向に衝撃荷重が作用しても、当該衝撃荷重を緩和しつつリニアアクチュエータの制御性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータの全体構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る衝撃緩和機構１の部品構成を示した分解図。
【図３】衝撃緩和機構１の軸方向における断面図。
【図４】皿バネ３１，３２に予圧を加えていない状態における衝撃緩和機構１の撓み特性を表したグラフ。
【図５】皿バネ３１，３２に予圧を加えた状態における衝撃緩和機構１の撓み特性を表したグラフ。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るリニアアクチュエータの全体構成図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る衝撃緩和機構１０の部品構成を示した分解図。
【図８】衝撃緩和機構１０におけるねじれ機構１００の構成図。
【図９】ねじれ機構１００におけるロッド１０３及び予圧部材１０５と、支持機構２における揺動部材１０４を示した分解図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータを油圧ショベルの油圧シリンダ部に適用した電動ショベルの図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータの全体構成図である。この図に示すリニアアクチュエータは、ねじ軸５と、ねじ軸５に螺合されたナット６と、ねじ軸５を回転駆動する駆動源であるモータ（駆動装置）７と、衝撃緩和機構１と、衝撃緩和機構１を介してナット６に対して回転不能に固定された出力ロッド（出力部材）２１を主に備えている。モータ７によってねじ軸５を回転駆動させることでねじ軸５とナット６とを軸周りに相対的に回転させると、ナット６の軸方向の変位が出力部材２１を介して出力される。
【００１３】
ねじ軸５は、円筒状のカバー（シリンダチューブ）９１内において、軸周りに回転可能かつ軸方向に移動不能に支持されている。ねじ軸５の軸方向における一方側（モータ７側）の端部は軸受８１，８２を介して軸支持部材９２に支持されており、他方側の端部（出力ロッド２１側）は出力ロッド２１内に位置し出力ロッド２１の内面に対してすべり又は転がり軸受（図示せず）を介して支持されている。軸支持部材９２は、四角柱状の固定部材９３を介してモータ７に取り付けられている。ねじ軸５とモータ７の出力軸とはカップリング８３を介して連結されており、ねじ軸５はモータ７の駆動トルクによって回転される。
【００１４】
ナット６及び衝撃緩和機構１は、ねじ軸５とともにカバー９１内に収納されている。出力ロッド２１の軸方向における一方側（モータ７側）の端部は、衝撃緩和機構１を介してナット６に対して回転不能に固定されており、他方側の端部は、カバー９１の軸方向における端面に設けた略円形の開口部を介してカバー９１から突出している。出力ロッド２１の当該他方側の端部は、リニアアクチュエータの駆動対象（図示せず）に対して回転不能に接続されている。これにより、衝撃緩和機構１及びナット６はねじ軸５の周方向に回転不能に出力ロッド２１と連結されている。そのため、モータ７の駆動トルクによってねじ軸５を軸周りに回転駆動させることでねじ軸５とナット６を軸周りに相対的に回転させると、ナット６が軸方向に直動し、衝撃緩和機構１を介して出力ロッド２１が軸方向に直動する。
【００１５】
図２は本発明の第１の実施の形態に係る衝撃緩和機構１の部品構成を示した分解図であり、図３は衝撃緩和機構１の軸方向における断面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。これらの図に示す衝撃緩和機構１は、皿バネ３１と、皿バネ３２と、支持機構２と、中間ロッド２２と、固定ナット４４を備えている。
【００１６】
皿バネ３１と皿バネ３２は、ねじ軸５の軸方向に撓むバネ要素であり、その中央に出力ロッド２１及び中間ロッド２２の外径よりも僅かに大きい径を有する孔が設けられている。なお、本実施の形態では、皿バネ３１，３２を利用する場合について説明するが、ねじ軸５の軸方向に撓むバネ要素（例えば、圧縮コイルばね、板ばね等）であれば代替が可能である。
【００１７】
支持機構２は、皿バネ３１及び皿バネ３２を介して出力ロッド２１及び中間ロッド２２を支持するものであり、ケージ４３と、蓋（第１蓋部材）４１と、蓋（第２蓋部材）４２を備えている。
【００１８】
ケージ４３は、皿バネ３１及び皿バネ３２を介して、出力ロッド（出力部材）２１とナット６を支持する部材であり、本実施の形態ではケージ４３として略円筒状の部材（円筒部材）を利用している。ケージ４３の軸方向における中央部の内部には、フランジ部（第３フランジ部）２５が形成されている。ケージ４３の内部には、出力ロッド２１と中間ロッド２２が同軸上に収納されている。本実施の形態では、図に示すように、フランジ部２５の図中右側から出力ロッド２１がケージ４３内に挿入されており、フランジ部２５の図中左側から中間ロッド２２がケージ４３内に挿入されている。
【００１９】
出力ロッド２１及び中間ロッド２２は、支持機構２によって、それぞれ独立してねじ軸５の軸方向に移動可能に支持されている。なお、フランジ部２５におけるねじ軸５の軸方向の長さＤは、ケージ４３内で出力ロッド２１と中間ロッド２２を最も近づけた場合にも両者が接触しないように確保することが好ましい。また、出力ロッド２１及び中間ロッド２２の外周面上には、ケージ４３に挿入したときにケージ４３内に収納される位置にフランジ部（第１フランジ部）２３及びフランジ部（第２フランジ部）２４がそれぞれ設けられている。
【００２０】
出力ロッド２１に対しては、フランジ部２３の図中左側に皿バネ３１が挿入されており、フランジ部２３の図中右側に蓋４１が挿入されている。すなわち、フランジ部２３の図中左側の側面には皿バネ３１が接触しており、右側の側面には蓋４１が接触している。皿バネ３１は、出力ロッド２１のフランジ部２３とケージ４３のフランジ部２５によってケージ４３内に形成される環状のバネ室４５内に収納されており、図中左側においてケージ４３のフランジ部２５と接触している。
【００２１】
ケージ４３における図中右側の端部の内周側には雌ねじ５１ｂが切られており、蓋４１の外周側には雄ねじ５１ａが切られている。蓋４１は、ケージ４３の軸方向における端部のうち出力ロッド２１側の端部に取り付けられており、雄ねじ５１ａをケージ４３の雌ねじ５１ｂに螺合させることでケージ４３に締結されている。なお、このねじ５１ａ，５２ｂの螺合が緩まないように、別途、蓋４１を止めねじ等でケージ４３に固定することが好ましい。
【００２２】
蓋４１は、フランジ部２３を介して皿バネ３１をフランジ部２５に向かって押圧するようにケージ４３に固定されている。これにより皿バネ３１は、ねじ軸５の軸方向に撓んだ状態（ねじ軸５の軸方向に作用する力によって付勢された状態）でバネ室４５内に保持されている。すなわち、皿バネ３１には蓋４１によって予圧が加えられた状態で保持されている。
【００２３】
また、中間ロッド２２に対しては、フランジ部２４の図中左側にまず皿ばね３２が挿入されており、そのさらに図中左側に蓋４２が挿入されている。すなわち、フランジ部２４の図中左側の側面には皿バネ３２が接触しており、右側の側面にはケージ４３のフランジ部２５が接触している。皿バネ３２は、中間ロッド２２のフランジ部２４と蓋４２によってケージ４３内に形成される環状のバネ室４６内に収納されており、図中左側において蓋４２と接触している。
【００２４】
ケージ４３における図中左側の端部の内周側には雌ねじ５２ｂ（図３参照）が切られており、蓋４２の外周側には雄ねじ５２ａが切られている。蓋４２は、ケージ４３の軸方向における端部のうち中間ロッド２２側の端部に取り付けられており、雄ねじ５２ａをケージ４３の雌ねじ５２ｂに螺合させることでケージ４３に締結されている。なお、このねじ５２ａ，５２ｂの螺合が緩まないように、別途、蓋４２を止めねじ等でケージ４３に固定することが好ましい。
【００２５】
蓋４２は、皿バネ３２をフランジ部２４に向かって押圧するようにケージ４３に固定されている。これにより皿バネ３２は、ねじ軸５の軸方向に撓んだ状態（ねじ軸５の軸方向に作用する力によって付勢された状態）でバネ室４６内に保持されている。すなわち、皿バネ３２には蓋４２によって予圧が加えられた状態で保持されている。
【００２６】
上記のように組み立てられた支持機構２は、皿バネ３１によって出力ロッド２１が付勢された状態において、支持機構２に対してＢ方向に相対移動可能に出力ロッド２１を支持し、かつ、支持機構２に対してＡ方向に相対移動不能に出力ロッド２１を支持している。また、支持機構２は、皿バネ３２によって中間ロッド２２が付勢された状態において、支持機構２に対してＡ方向に相対移動可能に中間ロッド２２を支持し、かつ、支持機構２に対してＢ方向に相対移動不能に中間ロッド２２を支持している。
【００２７】
固定ナット４４の内周側には雌ねじ５３ｂが切られており、中間ロッド２２における図中左側の端部の外周側には雄ねじ５３ａが切られている。中間ロッド２２は、固定ナット４４内に挿入されており、雄ねじ５３ａを固定ナット４４の雌ねじ５３ｂに螺合させることで固定ナット４４に締結されている。また、図２及び３には示していないが、固定ナット４４の図中左側の側面はナット６に連結されている。すなわち、ナット６は、固定ナット４４を介して中間ロッド２２と連結されている。なお、このねじ５３ａ，５３ｂの螺合が緩まないように、別途、中間ロッド２２を止めねじ等で固定ナット４４に固定することが好ましい。また、本実施の形態では、固定ナット４４における図中右側の側面を蓋４２に接触させているが、両者は接触させなくても良い。
【００２８】
次に上記のように構成されるリニアアクチュエータの動作について説明する。まず、ねじ軸５の軸方向における一方向であるＢ方向（ねじ軸圧縮方向）の衝撃荷重が出力ロッド２１に作用したとする。このとき、当該衝撃荷重は、出力ロッド２１のフランジ部２３から皿バネ３１に伝達され、皿バネ３１からケージ４３のフランジ部２５に伝達される。そして、さらに、当該衝撃荷重は、ケージ４３のフランジ部２５から出力ロッド２２のフランジ部２４を介して出力ロッド２２に伝達され、出力ロッド２２から固定ナット５を介してナット６に伝達される。
【００２９】
すなわち、本実施の形態におけるリニアアクチュエータでは、Ｂ方向（ねじ軸圧縮方向）から出力ロッド２１に作用する衝撃荷重は、２つの皿バネ３１，３２のうち皿バネ３１のみに作用し、さらにその皿バネ３１を介してナット６に伝達する。これにより、皿バネ３１は、支持機構２に対して出力ロッド２１がＢ方向（ねじ軸５の軸方向における一方向）に相対移動したときのみに、衝撃荷重が皿ばね３１に付勢された予圧以上であれば、予圧を加えられた状態からさらに撓んで衝撃を緩和する。また、別の言い方をすれば、衝撃荷重がＢ方向から作用したとき、出力ロッド２１は支持機構２に対してＢ方向に相対移動可能であるため、皿バネ３１に衝撃荷重（外力）が作用することになるが、中間ロッド２２は支持機構２に対してＢ方向には相対移動不能であるため、皿バネ３２には衝撃荷重（外力）は作用しない。したがって、上記のようにリニアアクチュエータを構成すると、Ｂ方向からの衝撃荷重の伝達経路内に２つの皿バネ３１，３２のうち皿バネ３１のみが入ることになるので、皿バネ３１のみを撓ませることで衝撃を緩和することができる。
【００３０】
次に、ねじ軸５の軸方向における他方向であるＡ方向（ねじ軸引張方向）の衝撃荷重が出力ロッド２１に作用したとする。このとき、当該衝撃荷重は、出力ロッド２１のフランジ部２３からから蓋４１に伝達され、蓋４１からケージ４３及び蓋４２に伝達される。そして、さらに、当該衝撃荷重は、蓋４２から皿バネ３２に伝達され、皿バネ３２から中間ロッド２２のフランジ部２４に伝達され、中間ロッド２２から固定ナット５を介してナット６に伝達される。
【００３１】
すなわち、本実施の形態におけるリニアアクチュエータでは、Ａ方向（ねじ軸引張方向）から出力ロッド２１に作用する衝撃荷重は、２つの皿バネ３１，３２のうち皿バネ３２のみに作用し、さらにその皿バネ３２を介してナット６に伝達する。これにより、皿バネ３２は、支持機構２に対して出力ロッド２１がＡ方向（ねじ軸５の軸方向における他方向）に相対移動したときのみに、衝撃荷重が皿ばね３２に付勢された予圧以上であれば、予圧を加えられた状態からさらに撓んで衝撃を緩和する。また、別の言い方をすれば、衝撃荷重がＡ方向から作用したとき、中間ロッド２２は支持機構２に対してＡ方向に相対移動可能であるため、皿バネ３２に衝撃荷重（外力）が作用することになるが、出力ロッド２１は支持機構２に対してＡ方向には相対移動不能であるため、皿バネ３１には衝撃荷重（外力）は作用しない。したがって、上記のようにリニアアクチュエータを構成すると、Ａ方向からの衝撃荷重の伝達系路内に２つの皿バネ３１，３２のうち皿バネ３２のみが入ることになるので、皿バネ３２のみを撓ませることで衝撃を緩和することができる。
【００３２】
上記より、上記のように構成された本実施の形態に係るリニアアクチュエータによれば、ねじ軸５の軸方向におけるどちらの方向（Ａ方向及びＢ方向）から出力ロッド２１に対して衝撃荷重が作用しても、それぞれ異なる皿ばね３１，３２の撓みによって衝撃を緩和することができる。
【００３３】
また、本実施の形態における蓋４１及び蓋４２は、ケージ４３に対してねじ込まれており、皿バネ３１及び皿バネ３２にそれぞれ予圧を加えている。このように予圧を加えると、皿バネ３１，３２は当該予圧以下の荷重の作用では撓まないので、当該予圧以下の荷重が作用する環境では衝撃緩和機構１を剛体のように取り扱うことができる。このため、加える予圧をリニアアクチュエータの通常使用する最大荷重（好ましくは当該最大荷重より少し大きめ）に設定しておけば、通常使用時には衝撃緩和機構１にほぼ剛体の性質を持たせることができ、通常使用する荷重よりも大きな衝撃荷重が作用したときに衝撃緩和機構１にばねの性質を持たせることができる。次にこの点について図を用いて説明する。
【００３４】
図４は皿バネ３１，３２に予圧を加えていない状態における衝撃緩和機構１の撓み特性を表したグラフであり、図５は皿バネ３１，３２に予圧を加えた状態における衝撃緩和機構１の撓み特性を表したグラフである。これらの図では、縦軸に皿バネ３１，３２の撓み、縦軸に荷重をとっており、撓みのプラス方向は衝撃緩和機構１が圧縮され縮む方向、マイナス方向は衝撃緩和機構１が引張られ伸びる方向である。また、荷重のプラス方向は衝撃緩和機構１への圧縮方向の荷重が作用すること（すなわち、Ｂ方向に荷重が作用したとき）を示し、マイナス方向は引張方向の荷重が作用すること（すなわち、Ａ方向に荷重が作用したとき）を示している。
【００３５】
図４では、荷重が０のとき撓みも０であり、荷重が増加するに従って撓みも増加している。一方、図５では、荷重が予圧以下のとき撓みは0であり、予圧以上の荷重が作用すると撓み始めている。つまり、予圧以下の荷重の範囲では衝撃緩和機構１はほぼ剛体のように取り扱うことができ、駆動力の伝達経路の線形性を確保することが可能である。
【００３６】
すなわち、本実施の形態に係る衝撃緩和機構１によれば、衝撃荷重を緩和するためのバネ要素（皿バネ３１，３２）を駆動力の伝達経路内に挿入しても、通常使用する荷重の範囲では制御性の悪化を防止することができるとともに、当該荷重の範囲を超える衝撃荷重が作用した場合にはその衝撃を緩和することが可能である。なお、上記のように構成した衝撃緩和機構１によれば、一方の皿バネ（例えば皿バネ３１）に加えた予圧は他方の皿バネ（例えば皿バネ３２）に加えた予圧に影響を与えないので独立している。そのため、皿バネ３１，３２に対して異なる大きさの予圧を加えることも可能である。
【００３７】
したがって、本実施の形態に係るリニアアクチュエータによれば、リニアアクチュエータの軸方向における両方向に衝撃荷重が作用しても、２つのバネ要素３１，３２を個別に撓ませることで当該衝撃荷重を緩和することができるとともに、２つのバネ要素３１，３２に予圧を加えておくことで当該予圧以下の通常荷重が作用する環境では制御性を確保することができる。
【００３８】
なお、上記の実施の形態では、ねじ軸５がモータ７によって回転駆動されており、ケージ４３を介して出力ロッド２１がナット６に連結されている場合について説明したが、ナットがモータ等の駆動源によってねじ軸の周りに回転駆動されており、上記と同様の衝撃緩和機構を介して出力ロッドがねじ軸に連結されている場合についても本実施の形態は適用可能である。
【００３９】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、出力ロッド２１に対してねじ軸５の軸方向から作用する衝撃荷重を当該軸方向の荷重のまま緩和することを図ったが、本実施の形態では、ねじ軸５及びナット６を介して当該軸方向の荷重をねじ軸５の周方向の荷重（回転トルク）に変換し、当該変換後の荷重を緩和することを図った点に特徴がある。
【００４０】
図６は本発明の第２の実施の形態に係るリニアアクチュエータの全体構成図である。この図に示すように、本実施の形態では、第１の実施の形態における衝撃緩和機構１の代わりに衝撃緩和機構１０がねじ軸５とカップリング８３との間に接続されており、ナット６に出力ロッド２が直接接続されている。この図に示す衝撃緩和機構１０は、ねじれ機構１００と、ねじれ機構１１０と、ねじれ機構１００及びねじれ機構１１０を同一軸上で支持する支持機構２０を備えている。なお、２つのねじれ機構１００，１１０は支柱１０９を境にして対称に構成されているため、以下においては主にねじれ機構１００の構成について説明し、ねじれ機構１１０の構成については適宜省略することがある。
【００４１】
図７は本発明の第２の実施の形態に係る衝撃緩和機構１０の部品構成を示した分解図であり、図８は衝撃緩和機構１０におけるねじれ機構１００の構成図であり、図９はねじれ機構１００におけるロッド１０３及び予圧部材１０５と、支持機構２０における揺動部材１０４を示した分解図である。
【００４２】
これらの図において、ねじれ機構１００は、ロッド１０１と、ねじりばね（バネ要素）１０２と、ロッド１０３と、予圧部材１０５と、固定部材１０６と、ボルト１０７を備えている。ねじれ機構１１０は、ロッド１１１と、ねじりばね（バネ要素）１１２と、ロッド１１３と、予圧部材１１５と、固定部材１１６と、ボルト１１７を備えている。支持機構２０は、ねじりバネ１０２及びねじりバネ１１２を介してねじれ機構１００及びねじれ機構１１０を支持するもので、揺動部材１０４と、揺動部材１１４と、支柱１０９と、ナット１０８と、ナット１１８を備えている。
【００４３】
ロッド１０１はねじ軸５と同一軸上に配置されている。ロッド１０１におけるねじ軸５側の端部はねじ軸５の端部に連結されており、ロッド１０１における支柱１０９側の端部はロッド１０３におけるねじ軸５側の端部に連結されている。ロッド１０１とロッド１０３の連結部には、ねじりバネ１０２におけるねじ軸５側の端部が挿入される穴１２１，１２３が設けられており、ねじりばね１０２の当該端部を挟んで固定した状態でロッド１０１とロッド１０３は連結されている。
【００４４】
ねじりバネ１０２は、穴１２１，１２３及び穴１２４（後述）を介して、ロッド１０１，１０３と揺動部材１０４の間に架け渡されており、ねじ軸５の周方向における一方向（図のＲａ方向）の回転トルクがロッド１０１，１０３に作用したときに撓むバネ要素である。
【００４５】
ロッド１０３は、ねじ軸５及びロッド１０１と同一軸上に配置されており、ねじりバネ１０２、揺動部材１０４及び予圧部材１０５に挿入されている。ロッド１０３における支柱１０９側の端面には、ボルト１０７が挿入されるボルト孔１４１が設けられており、予圧部材１０５及び固定部材１０６は、このボルト孔１４１を介してロッド１０３における支柱１０９側の端部に固定されている。これにより予圧部材１０５及び固定部材１０６は、ロッド１０３と一体となっており、例えば、ねじ軸５の周方向の回転トルクがロッド１０３に作用するとロッド１０３とともに回転する。また、ロッド１０３における支柱１０９側の円周面上には、螺旋状の溝１３３が２つ形成されている（主に図９参照）。この２つの溝１３３は、予圧部材１０５におけるキー１２５（後述）を収納するためのものであり、ロッド１０３の径方向において互いに対向するように配置されている。
【００４６】
揺動部材１０４は、環状の部材であり、ねじ軸５の周方向に回転可能な状態でロッド１０３に支持されている。また、揺動部材１０４は、ねじりバネ１０２における支柱１０９側の端部が挿入される穴１２４と、予圧部材１０５側に突出した２つの突起部１３４と、支柱１０９が挿入される４つの孔１４２を備えている。
【００４７】
２つの突起部１３４は、それぞれ予圧部材１０５の凹部１３６内に収納される部分であり、径方向において互いに対向するように配置されている。ねじれ機構１００を組み立てた状態における突起部１３４は、図８に示すように、予圧部材１０５の凹部１３６内に収納されており、さらに、ねじ軸５の周方向において予圧部材１０５の突起部１３５と接触した状態で保持されている。また、予圧部材１０５における凹部１３６には、突起部１３４と突起部１３５の接触面の反対側の位置に隙間Ｃ（図８参照）が形成されている。この構成により支持機構２０は、ねじりバネ１０２によってロッド１０１，１０３及び揺動部材１０４が付勢された状態において、支持機構２０（揺動部材１０４）に対してＲａ方向に相対回転可能にロッド１０１，１０３を支持し、かつ、支持機構２０（揺動部材１０４）に対してＲｂ方向に相対回転不能にロッド１０１，１０３を支持している。そのため、ロッド１０１，１０３をＲａ方向に回転させると、揺動部材１０４に対して予圧部材１０５が隙間Ｃが小さくなるように回転するので、ロッド１０１，１０３と揺動部材１０４の間にねじれが発生し、当該ねじれによってねじりバネ１０２は撓む。一方、ロッド１０１，１０３をＲｂ方向に回転させると、突起部１３４と突起部１３５の接触面を介して揺動部材１０４はロッド１０１，１０３と一体となって当該方向に回転するので、ねじりバネ１０２には撓みが発生しない。
【００４８】
各孔１４２には支柱１０９が挿入されており、各支柱１０９におけるねじ軸５側の端部はナット１０８によって揺動部材１０４に固定されている。各支柱１０９の他端は、ねじれ機構１１０における揺動部材１１４の孔１５２（図７参照）に挿入されており、同様にナット１１８によって揺動部材１１４に固定されている。これにより、揺動部材１０４及び揺動部材１１４は、４本の支柱１０９を介して連結されており、例えば、ねじ軸５の周方向の回転トルクが一方に作用した場合には両方が同一方向に回転しようとする。
【００４９】
ところで、上記のように、ねじれ機構１００における揺動部材１０４とロッド１０３は、ロッド１０３にロッド１０１から見て時計回りのＲａ方向にトルクが作用したときだけねじれ、反時計回りのＲｂ方向にトルクが作用したときにはトルクの大きさによらずねじれない。一方、ねじれ機構１１０は、支柱１０９を境にしてねじれ機構１００と対称に構成されている。そのためため、ねじれ機構１１０における揺動部材１１４とロッド１１３は、ロッド１０３にＲｂ方向にトルクが作用したときだけねじれ、ロッド１０３にＲａ方向にトルクが作用したときにはトルクの大きさによらずねじれない。
【００５０】
予圧部材１０５は、ねじりバネ１０２が撓んだ状態で保持されるように揺動部材１０４をロッド１０３の周方向から支持する部材である。予圧部材１０５は、揺動部材１０４側に突出した２つの突起部１３５と、２つの突起部１３５の内周面にそれぞれ設けられたキー１２５と、周方向における２つの突起部１３５の間の位置に形成された２つの凹部１３６を備えている。
【００５１】
２つのキー１２５は、それぞれ予圧部材１０５の径方向における内側に向かって突出しており、ロッド１０３の溝１３３と嵌め合わさるように形成されている。ねじれ機構１００の組み立てに際して、ねじりバネ１０２及び揺動部材１０４をロッド１０３に挿入し、キー１２５を溝１３３に嵌め合わせて予圧部材１０５をロッド１０３に押し込むと、溝１３３の形状に沿って予圧部材１０５がねじ軸５の周方向（Ｒｂ方向）に回転する。このように予圧部材１０５を回転させると、予圧部材１０５の突起部１３５と揺動部材１０４の突起部１３４とがやがて接触し、予圧部材１０５とともに揺動部材１０４もロッド１０３に対してねじ軸５の周方向に相対的に回転することになる。このようにロッド１０３に対して揺動部材１０４を相対的に回転させると、ねじりバネ１０２が撓み、ねじりばね１０２に予圧が加わった状態となる。予圧部材１０５をロッド１０３に押し込むには、予圧部材１０５を固定部材１０６を介してボルト１０７によってロッド１０３に締め付けていけばよい。ボルト１０７がロッド１０３に対してそれ以上締まらなくなるまで締め付けることにより、予圧部材１０５を固定部材１０６及びボルト１０７を介してロッド１０３に固定する。これによりねじりバネ１０２は撓んだ状態で保持される。
【００５２】
このようにねじりばね１０２を撓ませて予圧を加えると、ねじりばね１０２のばね力（復元力）によって揺動部材１０４の突起部１３４と予圧部材１０５の突起部１３５が押し合う状態となる。そのため、揺動部材１０４は、ねじりバネ１０２の予圧トルクよりも大きく逆方向（Ｒａ方向）の回転トルクがロッド１０３に作用したときに初めてロッド１０３に対して相対的に回転することとなる。つまり、ねじりばね１０２の予圧よりも小さなトルクが作用する場合にはロッド１０３と揺動部材１０４を剛体のように扱うことができ、当該予圧よりも大きなトルクが作用する場合にはねじりバネ１０２を撓ませることで衝撃を緩和することができる。また、予圧部材１０５と揺動部材１０４との間に作用するトルクがねじりばね１０２の予圧トルクと同方向（Ｒｂ方向）の場合には、揺動部材１０４は、突起部１３４、１３５同士が接触していることにより、ロッド１０３及び予圧部材１０５とともに回転するので、ロッド１０３と揺動部材１０４とがねじれることはなく、剛体として扱うことができる。
【００５３】
上記のように構成される本実施の形態におけるリニアアクチュエータにおいて、ねじ軸５の軸方向における一方向であるＡ方向（ねじ軸引張方向）の衝撃荷重が出力ロッド２１に作用し、当該衝撃荷重がナット６を介してねじ軸５及びロッド１０３にＲａ方向の回転トルクを発生させたとする。このとき、当該回転トルクは、ロッド１０３と揺動部材１０４がねじれる方向に作用するので、ねじりバネ１０２を撓ませる。なお、例え、当該回転トルクによって揺動部材１０４がＲａ方向に回転したとしても、揺動部材１０４から支柱１０９を介して揺動部材１１４に伝達されたＲａ方向の回転トルクは、揺動部材１１４から予圧部材１１５及びロッド１１３に直接伝達される。そのため、揺動部材１１４は、予圧部材１１５及びロッド１０３とともにＲａ方向に回転するので、ねじりバネ１１２が撓むことはない。
【００５４】
すなわち、本実施の形態におけるリニアアクチュエータは、ねじりバネ１０２が撓む方向であるＲａ方向に作用する回転トルクを、ねじりバネ１１２に作用させることなく、ねじりバネ１０２に伝達している。これにより、ねじりバネ１０２は、支持機構２０に対してロッド１０３がＲａ方向（ねじ軸５の周方向における一方向）に相対的に回転したときのみに、予圧を加えられた状態からさらに撓んで衝撃を緩和する。また、別の言い方をすれば、Ｒａ方向の回転トルクがねじ軸５に作用したとき、ねじれ機構１００ではロッド１０３が支持機構２０（揺動部材１０４）に対して相対的に回転可能であるため、ねじりバネ１０２に当該回転トルクが作用することになるが、ねじれ機構１１０では支持機構２０（揺動部材１１４）がロッド１１３と同一方向に回転するため、ねじりバネ１１２に当該回転トルクは作用しない。したがって、上記のように衝撃緩和機構１０を構成すると、Ｒａ方向の回転トルク（Ａ方向からの衝撃荷重）の伝達系路内に２つのねじりバネ１０２，１１２のうちねじりバネ１０２のみが入ることになるので、ねじりバネ１０２を撓ませることで衝撃を緩和することができる。
【００５５】
次に、ねじ軸５の軸方向における他方向であるＢ方向（ねじ軸圧縮方向）の衝撃荷重が出力ロッド２１に作用し、当該衝撃荷重がナット６を介してねじ軸５及びロッド１０３にＲｂ方向の回転トルクを発生させたとする。このとき、当該回転トルクは、ロッド１０３及び予圧部材１０５から揺動部材１０４に直接伝達され、支柱１０９を介して揺動部材１１４に伝達される。そして、揺動部材１１４に伝達された当該回転トルクは、ロッド１１３と揺動部材１１４がねじれる方向に作用するので、ねじりバネ１１２を撓ませる。なお、このとき、揺動部材１０４は、ロッド１０３及び予圧部材１０５とともにＲｂ方向に回転するので、ねじりバネ１０２が撓むことはない。
【００５６】
すなわち、本実施の形態におけるリニアアクチュエータは、ねじりバネ１１２が撓む方向であるＲｂ方向に作用する回転トルクを、ねじりバネ１０２に作用させることなく、ねじりバネ１１２に伝達している。これにより、ねじりバネ１１２は、支持機構２０に対してロッド１１３がＲｂ方向（ねじ軸５の周方向における他方向）に相対的に回転したときのみに、予圧を加えられた状態からさらに撓んで衝撃を緩和する。また、別の言い方をすれば、Ｒｂ方向の回転トルクがねじ軸５に作用したとき、ねじれ機構１１０では支持機構２０（揺動部材１１４）がロッド１１３に対して相対的に回転可能であるため、ねじりバネ１１２に当該回転トルクが作用することになるが、ねじれ機構１００では支持機構２０（揺動部材１０４）がロッド１０３と同一方向に回転するため、ねじりバネ１０２に当該回転トルクは作用しない。したがって、上記のように衝撃緩和機構１０を構成すると、Ｒｂ方向の回転トルク（Ｂ方向からの衝撃荷重）の伝達系路内に２つのねじりバネ１０２，１１２のうちねじりバネ１１２のみが入ることになるので、ねじりバネ１１２を撓ませることで衝撃を緩和することができる。
【００５７】
したがって、上記のように構成された本実施の形態に係るリニアアクチュエータによれば、ねじ軸５に対してその周方向におけるどちらの方向（Ｒａ方向及びＲｂ方向）からの回転トルクが作用しても、それぞれ異なるねじりバネ１０２，１１２の撓みによって衝撃を緩和することができる。
【００５８】
また、本実施の形態においても、ねじりばね１０２とねじりばね１１２に独立して予圧を加えることが可能であり、例えば両者に異なる大きさの予圧を加えることも可能である。予圧の大きさを変更するには、ロッド１０３に形成された螺旋状の溝１３３の螺旋のピッチを変えればよい。このように予圧を加えると、ねじりバネ１０２，１１２は当該予圧以下の回転トルクでは撓まないので、当該予圧以下の回転トルクが作用する環境では衝撃緩和機構１０を剛体のように取り扱うことができる。このため、加える予圧をリニアアクチュエータの通常使用する最大荷重（好ましくは当該最大荷重より少し大きめ）に設定しておけば、通常使用時には衝撃緩和機構１０にほぼ剛体の性質を持たせることができ、通常使用する荷重よりも大きな衝撃荷重が作用したときに衝撃緩和機構１０にばねの性質を持たせることができる。
【００５９】
したがって、本実施の形態に係るリニアアクチュエータによっても、リニアアクチュエータの軸方向における両方向に衝撃荷重が作用しても、２つのバネ要素１０２，１１２を個別に撓ませることで当該衝撃荷重を緩和することができるとともに、２つのバネ要素１０２，１１２に予圧を加えておくことで当該予圧以下の衝撃荷重が作用する環境では良好な制御性を確保することができる。
【００６０】
なお、上記の実施の形態では、ねじ軸５がモータ７によって回転駆動されており、ねじ軸５とモータ７の間に衝撃緩和機構１０を設けた場合について説明したが、ナットがモータ等の駆動源によってねじ軸の周りに回転駆動されており、当該ねじ軸と駆動源の間に上記と同様の衝撃緩和機構を設けた場合についても本実施の形態は適用可能である。
【００６１】
図１０は第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータを油圧ショベルの油圧シリンダ部に適用した電動ショベルの図である。この図に示す電動ショベル２００は、上部旋回体２０１と、ブーム２０２、アーム２０３及びバケット２０４を有する作業装置と、クローラ（下部走行体）２０５と、複数のリニアアクチュエータ２０６を備えている。リニアアクチュエータ２０６は第１の実施の形態において説明したものに相当する。上部旋回体２０１にはブーム２０２が回動可能に接続されており、ブーム２０２にはアーム２０３が回動可能に接続されており、アーム２０３にはバケット２０４が回動可能に接続されている。
【００６２】
上部旋回体２０１には、上部旋回体２０１とブーム２０２の接続部２１０と異なる位置にリニアアクチュエータ２０６のモータ７側が回動可能に接続されており、このリニアアクチュエータ２０６の出力ロッド２１側はブーム２０２の略中央部に回動可能に接続されている。これによりリニアアクチュエータ２０６を直線駆動すると、ブーム２０２を上部旋回体２０１に対して接続部２１０を中心に回転駆動することができる。
【００６３】
詳細な説明は省略するが、図示のようにアーム２０３及びバケット２０４に対しても上記と同様にリニアアクチュエータ２０６が接続されており、各リニアアクチュエータ２０６を直線駆動することにより、アーム２０３がブーム２０２に対して回転駆動され、また、バケット２０４がアーム２０３に対して回転駆動される。これらにより、第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータ２０６を直線駆動源とする電動ショベルの作業装置（ブーム、アーム、バケット）を構成することができる。
【００６４】
このように構成された油圧ショベル２００の作業装置を駆動する直線駆動部には、シリンダ（出力ロッド２１）の伸張側と縮短側の両方向の衝撃が作用する。しかし、上記の実施の形態で説明したリニアアクチュエータ２０６を適用すれば、当該両方向の衝撃が作用しても衝撃荷重を緩和できるのでねじ軸５やナット６の損傷が防止でき、さらに、通常使用する荷重の範囲では、モータ出力軸から出力ロッド先端部までの高い剛性と良好な制御性を保持できる。また、油圧シリンダからリニアアクチュエータ２０６に変更すれば、駆動効率が向上するためエネルギ消費量を抑えることもできる。
【００６５】
なお、ここでは、第１の実施の形態のリニアアクチュエータ２０６を油圧シリンダの代わりに利用する場合について説明したが、第２の実施の形態に係るリニアアクチュエータを利用しても同様の効果を発揮できることは言うまでもない。また、ここでは、油圧ショベルにリニアアクチュエータ２０６を利用した例について説明したが、フォークリフトやホイールローダ等の各種建設機械（作業機械）にも勿論適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１…衝撃緩和機構、２…支持機構、５…ねじ軸、６…ナット、７…モータ（駆動源）、１０…衝撃緩和機構、２０…支持機構、２１…出力ロッド、２２…中間ロッド、３１，３２…皿ばね（バネ要素）、４１，４２…蓋（蓋部材）、４３…ケージ（円筒部材）、１００，１１０…ねじれ機構、１０１，１１１…ロッド、１０２，１１２…ねじりばね、１０３，１１３…ロッド、１０４，１１４…揺動部材、１０５，１１５…予圧部材、１０６，１１６…固定部材、１０７，１１７…ボルト、１０８，１１８…ナット、１０９…支柱、２００…電動ショベル
【図１】
2012077213.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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