(57)【要約】【課題】少ない部品数で、直動アクチュエータの回転部及び直動部（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。【解決手段】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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９２２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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８】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。
【図９】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１０】図９のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。
【図１２】図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。
【図１３】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
次に、上記の直動アクチュエータ１の動作を説明する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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）。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【符号の説明】
【００４０】
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
【図１】
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【図２】
2020143709.tif 000004
【図３】
2020143709.tif 000005
【図４】
2020143709.tif 000006
【図５】
2020143709.tif 000007
【図６】
2020143709.tif 000008
【図７】
2020143709.tif 000009
【図８】
2020143709.tif 000010
【図９】
2020143709.tif 000011
【図１０】
2020143709.tif 000012
【図１１】
2020143709.tif 000013
【図１２】
2020143709.tif 000014
【図１３】
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