(57)【要約】【課題】回転電機の回転シャフトの制止機構を機械的機構とすることによって省エネルギー化を図るリニアアクチュエータを提供する。【解決手段】リニアアクチュエータ１は、回転するとロッド部４を直線的に動作させるねじ軸２５及び回転支持体２４と、回転支持体２４に機械的に連結された出力軸１０２と、電動モータ２の回転シャフト２ａに連結された入力軸１０１と、入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂに対向し且つ出力軸１０２と一体回転可能である押圧板１０３と、押圧板１０３を入力軸フランジ部１０１ｂに向かって押圧するコイルバネ１１１と、押圧板１０３と一体に移動する第一摩擦部材１０４と、第一摩擦部材１０４に対向すると共に固定された第二摩擦部材１０５と、入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３が相対回転するとこれらの間隔を変更する間隔調節部を構成する鋼球１１０及び係合溝１０１ｂ２とを備える。【選択図】図１
2014187746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアアクチュエータにおいて、
回転電機と、
直線的に動作可能なロッド部と、
前記ロッド部と螺合し、回転することによって前記ロッド部を直線的に動作させる支持軸部と、
前記支持軸部に機械的に連結された出力軸と、
前記回転電機の回転シャフトに機械的に連結された回転軸部及び前記回転軸部から径方向に突出するフランジ部を有する入力軸と、
前記フランジ部に対向して配置され、前記出力軸と一体回転可能である押圧部材と、
前記押圧部材を前記フランジ部に向かって押圧する付勢部材と、
前記押圧部材に一体に移動するように設けられた第一摩擦部材と、
前記第一摩擦部材に対向して配置されると共に固定された第二摩擦部材と、
前記フランジ部及び前記押圧部材の間に設けられ、前記フランジ部及び前記押圧部材が相対回転することによって前記フランジ部及び前記押圧部材の間隔を変更する間隔調節部と
を備え、
前記第一摩擦部材は、前記フランジ部及び前記押圧部材の間隔が広がると前記第二摩擦部材から離れ、前記フランジ部及び前記押圧部材の間隔が狭まると前記第二摩擦部材に接近し、
前記回転電機から前記入力軸に入力される回転駆動力によって前記フランジ部が前記押圧部材に対して第一の方向に相対回転すると、前記間隔調節部が前記フランジ部及び前記押圧部材の間隔を広げつつ前記フランジ部及び前記押圧部材と係合して一体回転可能となり、
前記間隔調節部及び前記押圧部材と一体回転可能な前記フランジ部が前記押圧部材に対して前記第一の方向と反対の第二の方向に相対回転するように前記入力軸又は前記出力軸が回転されると、前記間隔調節部が前記フランジ部及び前記押圧部材の間隔を狭めて、前記付勢部材が前記押圧部材を介して前記第一摩擦部材を前記第二摩擦部材に押し付けるリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記押圧部材は、前記フランジ部に接近する方向及び離れる方向に前記出力軸に対して移動可能である請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記間隔調節部は、
前記押圧部材に形成された突出部と、
前記フランジ部に形成され、前記突出部に係合する溝部と
を有し、
前記溝部は、前記フランジ部の回転方向に沿って深さが変化する請求項１または２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記フランジ部から離れる方向への前記押圧部材の移動を制限するストッパをさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
固定された内歯車をさらに備え、
前記出力軸は、周囲に複数の歯が形成された軸部を有し、
前記内歯車は、前記軸部の周囲を囲むようにして配置され、
前記支持軸部は、前記内歯車及び前記軸部の歯に係合する遊星歯車を回転自在に有する請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記回転電機の前記回転シャフト、前記入力軸、前記出力軸及び前記支持軸部は、回転中心軸を同軸にして配置される請求項１〜５のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアアクチュエータには、モータ等の回転電機によって回転駆動される軸部材を回転させることによって、この軸部材とねじ係合する係合部材を直線運動させるものがある。上記のようなリニアアクチュエータには、回転電機の作動時、回転電機の正逆両方向の回転駆動力を係合部材に出力するが、回転電機の不作動時、係合部材に加えられる外力が回転電機に入力するのを遮断することで係合部材が回転電機と共に動作するのを防ぐ機構が設けられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、モータの回転軸に電磁ブレーキを備えたリニアアクチュエータが記載されている。このリニアアクチュエータでは、電磁ブレーキは、非通電時にブレーキ状態となって回転軸が外力によって回転されるのを防止し、通電時にブレーキ解除状態となって回転軸を回転可能にする。このため、モータの停止時、電磁ブレーキへの給電が停止されて回転軸が回転しないように固定され、モータの稼働時、電磁ブレーキへ給電されてモータが回転軸を回転させ、リニアアクチュエータが動作することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４２８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のリニアアクチュエータは、モータの回転軸を回転可能にしている間、電磁ブレーキへの電力の供給が継続的に必要となるため、エネルギー消費量が増大するという問題がある。
【０００６】
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、モータの回転軸の制止機構を機械的機構とすることによって省エネルギー化を図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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明に係るリニアアクチュエータは、回転電機と、直線的に動作可能なロッド部と、ロッド部と螺合し、回転することによってロッド部を直線的に動作させる支持軸部と、支持軸部に機械的に連結された出力軸と、回転電機の回転シャフトに機械的に連結された回転軸部及び回転軸部から径方向に突出するフランジ部を有する入力軸と、フランジ部に対向して配置され、出力軸と一体回転可能である押圧部材と、押圧部材をフランジ部に向かって押圧する付勢部材と、押圧部材に一体に移動するように設けられた第一摩擦部材と、第一摩擦部材に対向して配置されると共に固定された第二摩擦部材と、フランジ部及び押圧部材の間に設けられ、フランジ部及び押圧部材が相対回転することによってフランジ部及び押圧部材の間隔を変更する間隔調節部とを備え、第一摩擦部材は、フランジ部及び押圧部材の間隔が広がると第二摩擦部材から離れ、フランジ部及び押圧部材の間隔が狭まると第二摩擦部材に接近し、回転電機から入力軸に入力される回転駆動力によってフランジ部が押圧部材に対して第一の方向に相対回転すると、間隔調節部がフランジ部及び押圧部材の間隔を広げつつフランジ部及び押圧部材と係合して一体回転可能となり、間隔調節部及び押圧部材と一体回転可能なフランジ部が押圧部材に対して第一の方向と反対の第二の方向に相対回転するように入力軸又は出力軸が回転されると、間隔調節部がフランジ部及び押圧部材の間隔を狭めて、付勢部材が押圧部材を介して第一摩擦部材を第二摩擦部材に押し付ける。
【０００８】
押圧部材は、フランジ部に接近する方向及び離れる方向に出力軸に対して移動可能であってもよい。
間隔調節部は、押圧部材に形成された突出部と、フランジ部に形成され、突出部に係合する溝部とを有し、溝部は、フランジ部の回転方向に沿って深さが変化してもよい。
また、上記リニアアクチュエータは、フランジ部から離れる方向への押圧部材の移動を制限するストッパをさらに備えてもよい。
また、上記リニアアクチュエータは、固定された内歯車をさらに備え、出力軸は、周囲に複数の歯が形成された軸部を有し、内歯車は、軸部の周囲を囲むようにして配置され、支持軸部は、内歯車及び軸部の歯に係合する遊星歯車を回転自在に有してもよい。
回転電機の回転シャフト、入力軸、出力軸及び支持軸部は、回転中心軸を同軸にして配置されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るリニアアクチュエータによれば、回転電機の回転シャフトの制止機構を機械的機構とすることによって省エネルギー化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータの構成を示す断面側面図である。
【図２】図１のリニアアクチュエータのトルク伝達機構を拡大した断面側面図であり、逆入力遮断状態を示す図である。
【図３】図１のリニアアクチュエータのトルク伝達機構を拡大した断面側面図であり、トルク伝達可能な状態を示す図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った押圧板の平面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿った入力軸の入力軸フランジ部の平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った入力軸の入力軸フランジ部の断面図である。
【図７】図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った入力軸の入力軸フランジ部及び押圧板の状態を示す断面側面図であり、逆入力遮断状態を示す図である。
【図８】図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った入力軸の入力軸フランジ部及び押圧板の状態を示す断面側面図であり、トルク伝達可能な状態を示す図である。
【図９】図８の押圧板の変形例を示す断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態
まず、この発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１の構成を説明する。
リニアアクチュエータ１は、貫通孔１１ｂが形成された板状の連結部１１ａを端部に一体に有する有底円筒状の第一ハウジング１１と、第一ハウジング１１の開口端部に開口端部の一方が連結された略円筒状の第二ハウジング１２と、第一ハウジング１１と反対側で第二ハウジング１２の開口端部の他方に連結された略円筒状の第三ハウジング１３とを備えている。そして、第一ハウジング１１、第二ハウジング１２及び第三ハウジング１３は、これらの内部に一端の開口端部１４ａで開放した１つの略円筒状の内部空間１４を形成している。
【００１２】
内部空間１４内において、第一ハウジング１１の内部の連結部１１ａ側に回転電機である電動モータ２が設けられている。さらに、内部空間１４内において、電動モータ２が有する略円柱状の回転シャフト２ａは、略円筒状の内部空間１４と中心軸を同一にして、第二ハウジング１２の内部まで延びている。さらに、回転シャフト２ａは、第二ハウジング１２の内部に配置され且つ第二ハウジング１２に固定されたトルク伝達機構１００における入力軸１０１の端部の凹部に、一体回転するようにスプライン嵌合している。このとき、回転シャフト２ａ及び入力軸１０１は、回転中心軸を同軸にして配置されている。そして、回転シャフト２ａは、第一ハウジング１１の内部に取り付けられた軸受２ｂ及び２ｃによって内部空間１４の内周方向に回転自在に支持されている。
【００１３】
さらに、内部空間１４内おいて、電動モータ２とトルク伝達機構１００との間には、レゾルバ３が設けられている。レゾルバ３は、回転シャフト２ａの周囲を囲むようにして配置され、回転シャフト２ａの回転角度を検出する。
また、内部空間１４内において、第三ハウジング１３における第二ハウジング１２側の端部１３ａには、内周に沿って複数の歯２１ａを有する輪状の内歯車２１が固定されている。内歯車２１は、歯２１ａを略円筒状の内部空間１４の中心軸に向けるようにして配置されている。そして、トルク伝達機構１００の出力軸１０２の軸部１０２ａの一部が、内歯車２１の内側に、歯２１ａと対向するように突出している。出力軸１０２の軸部１０２ａは、円柱状の形状を有して回転シャフト２ａ及び入力軸１０１と回転中心軸を同軸にして配置されており、その突出部位の円筒状の周面に複数の歯１０２ａ１を有している。
【００１４】
内歯車２１の歯２１ａと軸部１０２ａの歯１０２ａ１との間には、輪状の遊星歯車２２が設けられている。遊星歯車２２は、その外周に沿って形成された複数の歯２２ａを、内歯車２１の歯２１ａ及び軸部１０２ａの歯１０２ａ１とギヤ係合させている。さらに、遊星歯車２２は、その内周で、支持シャフト２３によって回転自在に支持されている。
【００１５】
また、内部空間１４内において、軸部１０２ａに開口端部１４ａ側で隣り合って、有底円筒状をした回転支持体２４が設けられている。回転支持体２４は、閉鎖底部２４ａを開口端部１４ａ側にし、その筒部２４ｂの円筒軸を回転シャフト２ａ、入力軸１０１及び出力軸１０２の軸部１０２ａの回転中心軸と同軸にして配置されている。さらに、回転支持体２４は、筒部２４ｂを、第一ハウジング１１に向かって遊星歯車２２を越えて延在させている。そして、筒部２４ｂは、その内部で支持シャフト２３を支持して遊星歯車２２を軸方向両側から挟むようにして支持している。また、筒部２４ｂは、その外周面において、第二ハウジング１２の内部に設けられた軸受１２ａ及び第三ハウジング１３の内部に設けられた軸受１３ｂによって、内部空間１４の内周方向に回転自在に支持されている。
【００１６】
回転支持体２４の閉鎖底部２４ａの中心には、回転シャフト２ａ及び出力軸１０２の軸部１０２ａの回転中心軸と中心軸を同軸とし且つ内周面にスプラインを有する貫通穴２４ａ１が形成されている。貫通穴２４ａ１には、外周面に雄ねじ状に螺旋溝２５ａが形成されたねじ軸２５の端部がスプライン嵌合している。ねじ軸２５は、第三ハウジング１３の内部において、回転シャフト２ａ、入力軸１０１、出力軸１０２の軸部１０２ａ及び回転支持体２４と回転中心軸を同軸として、開口端部１４ａに向かって延びている。ここで、回転支持体２４及びねじ軸２５は、支持軸部を構成している。
【００１７】
よって、出力軸１０２が回転すると、軸部１０２ａとギヤ係合する遊星歯車２２が支持シャフト２３を中心に自転しつつ軸部１０２ａの周囲を公転する。遊星歯車２２が公転することによって、回転支持体２４が内部空間１４の内周方向に沿って回転し、ねじ軸２５が、回転支持体２４と共に、その中心軸を中心に回転する。このとき、出力軸１０２から回転支持体２４へは、回転速度が減速されて回転駆動力が伝達する。
【００１８】
また、内部空間１４内には、開口端部１４ａ側からロッド部４が挿入されている。ロッド部４は、両端が閉鎖された略円筒状の形状を有し、その内部に円筒軸方向に延在する円筒状の空間４ｃを有している。ロッド部４は、その円筒軸を内部空間１４及び回転シャフト２ａの中心軸と同軸にして配置されており、第三ハウジング１３によって外周面が摺動自在に支持されている。そして、ねじ軸２５が、ロッド部４の一方の端部を貫通して空間４ｃの内部に延在している。また、ロッド部４の他方の端部には、貫通孔４ｂを有する板状の連結部４ａが一体に形成され、連結部４ａは、開口端部１４ａから第三ハウジング１３の外部に突出している。
【００１９】
また、ロッド部４は、空間４ｃの内部において、ねじ軸２５の螺旋溝２５ａと対向するようにして形成された雌ねじ状の螺旋溝４ｅを内周面に有するスリーブ４ｄを一体に備えている。スリーブ４ｄの螺旋溝４ｅ内には、螺旋溝４ｅに沿って複数の鋼球４ｆが設けられて嵌っている。鋼球４ｆは、対向するねじ軸２５の螺旋溝２５ａにも嵌っている。これにより、ねじ軸２５がその中心軸を中心に回転すると、スリーブ４ｄがねじ軸２５の軸方向に移動して、ロッド部４がねじ軸２５に対して軸方向に移動する。
【００２０】
さらに、トルク伝達機構１００の詳細な構成を説明する。
図２を参照すると、逆入力遮断状態のトルク伝達機構１００、つまり出力軸１０２側から回転駆動力を入力しても出力軸１０２を回転駆動させることができない状態のトルク伝達機構１００が示されている。
【００２１】
トルク伝達機構１００の入力軸１０１は、回転シャフト２ａがスプライン嵌合する凹部１０１ａ１を一方の端部に有する円筒状の第一軸部１０１ａと、第一軸部１０１ａの他方の端部に隣接して一体に形成された円板状の入力軸フランジ部１０１ｂと、第一軸部１０１ａと反対側で入力軸フランジ部１０１ｂに隣接して一体に形成された円柱状の第二軸部１０１ｃとを有している。第一軸部１０１ａ、入力軸フランジ部１０１ｂ及び第二軸部１０１ｃは、回転シャフト２ａと回転中心軸を同軸にして配置されている。入力軸フランジ部１０１ｂは、回転シャフト２ａの中心軸と垂直な方向に向かって、第二軸部１０１ｃよりも大きい径を有して延在している。第二軸部１０１ｃの先端は、出力軸１０２の軸部１０２ａにおける歯１０２ａ１を有する端部と反対側の端部に、軸部１０２ａと回転中心軸を同軸にして嵌合している。このとき、入力軸１０１は、出力軸１０２に対して相対回転することができる。ここで、第一軸部１０１ａは、回転軸部を構成している。
【００２２】
また、出力軸１０２は、軸部１０２ａにおける歯１０２ａ１を有する端部と反対側の端部に、軸部１０２ａの径方向に突出する出力軸フランジ部１０２ｂと、出力軸フランジ部１０２ｂの外周縁近傍から軸部１０２ａの延在方向と反対方向に向かって突出する複数の脚部１０２ｃとを一体に有している。複数の脚部１０２ｃは、入力軸１０１の第二軸部１０１ｃの周囲を囲むようにして配置されている。さらに、脚部１０２ｃはそれぞれ、円筒を軸方向に沿って分割したような湾曲した板状の形状を有し、周方向に互いの間に間隙を有して円筒状に配置されている（図４参照）。
【００２３】
また、トルク伝達機構１００は、入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂと出力軸１０２の脚部１０２ｃとの間に、入力軸フランジ部１０１ｂに対向して平行に延在し且つ入力軸フランジ部１０１ｂよりも大径である円板状の押圧板１０３を有している。押圧板１０３は、その中央に形成された貫通穴１０３ａ内に入力軸１０１の第二軸部１０１ｃを貫通させるようにして配置されており、第二軸部１０１ｃに対して軸方向に摺動することができる。ここで、押圧板１０３は、押圧部材を構成している。
【００２４】
押圧板１０３における出力軸１０２側の表面１０３ｂには、出力軸１０２の脚部１０２ｃのそれぞれと整合する位置に、各脚部１０２ｃの断面形状に整合する形状を有し且つ押圧板１０３を貫通する貫通長穴１０３ｄ（図４参照）が、互いに間隔をあけて形成されている。脚部１０２ｃはそれぞれ、１つの貫通長穴１０３ｄの中に挿入されて軸方向に摺動することができる。このため、軸部１０２ａを中心に出力軸１０２を回転させると、貫通長穴１０３ｄに嵌合する脚部１０２ｃが、押圧板１０３を一体に回転させる。
【００２５】
さらに、図４をあわせて参照すると、押圧板１０３における表面１０３ｂと反対側の表面１０３ｃには、入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂと対向する位置に、鋼球１１０を受け入れる直方体状をした３つの受入凹部１０３ｅが、貫通長穴１０３ｄ同士の間毎に形成されている。受入凹部１０３ｅは、その内部に鋼球１１０を回転可能に収容するが入力軸１０１の第二軸部１０１ｃの軸方向と垂直な方向に鋼球１１０を移動させないような断面形状を有し、且つ収容した鋼球１１０の一部が受入凹部１０３ｅの外部に突出するような深さを有して形成されている。
【００２６】
図２及び図５をあわせて参照すると、入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂにおける押圧板１０３と対向する表面１０１ｂ１には、受入凹部１０３ｅに対向する位置にそれぞれ、長手方向を入力軸フランジ部１０１ｂの周方向に沿わせるようにして延在する係合溝１０１ｂ２が形成されている。３つの係合溝１０１ｂ２が、互いに間隔をあけて入力軸フランジ部１０１ｂの周方向に沿って配置されている。そして、受入凹部１０３ｅから突出する各鋼球１１０が、各係合溝１０１ｂ２内に係合する。
【００２７】
係合溝１０１ｂ２の長手方向に沿った入力軸フランジ部１０１ｂの断面を示す図６を参照すると、係合溝１０１ｂ２は、長手方向の中央部１０１ｂ３で最も深くて平坦になっており、中央部１０１ｂ３の周方向両側に、中央部１０１ｂ３を表面１０１ｂ１に連結し且つ係合溝１０１ｂ２の深さを徐々に浅くするテーパ部１０１ｂ４を有している。
【００２８】
このため、押圧板１０３（図２参照）が入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂに対して相対回転すると、鋼球１１０（図２参照）は、押圧板１０３と共に、係合溝１０１ｂ２内をその長手方向に沿って転動することができる。そして、図２は、鋼球１１０が係合溝１０１ｂ２の中央部１０１ｂ３に位置している状態を示している。ここで、鋼球１１０及び係合溝１０１ｂ２は、間隔調節部を構成している。
【００２９】
図２を参照すると、トルク伝達機構１００は、入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂから出力軸１０２の出力軸フランジ部１０２ｂ及び軸部１０２ａの一部にわたって、入力軸１０１、押圧板１０３及び出力軸１０２を外側から覆うカバー１０６を有している。
カバー１０６における入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３に対向する円環板状の端部１０６ａの内側には、円環板状の第二摩擦部材１０５が取り付け・固定されている。第二摩擦部材１０５は、入力軸フランジ部１０１ｂの径方向外側に配置されて押圧板１０３に対向している。さらに、押圧板１０３の表面１０３ｃには、第二摩擦部材１０５と対向する位置に、第二摩擦部材１０５と同一の平面形状をした円環板状の第一摩擦部材１０４が取り付け・固定されている。第一摩擦部材１０４及び第二摩擦部材１０５は、ブレーキパッド等の摩擦係数が高い材料によって形成されている。
【００３０】
また、カバー１０６における出力軸１０２の軸部１０２ａの周面に対向する円筒状の側部１０６ｂの内側には、軸受１０７が設けられている。カバー１０６の側部１０６ｂは、軸受１０７を介して軸部１０２ａを周方向に回転自在に支持する。
さらに、カバー１０６は、周縁のフランジ部１０６ｃにおいて、第二ハウジング１２に固定されている。
【００３１】
また、トルク伝達機構１００は、出力軸１０２の脚部１０２ｃの内側における出力軸フランジ部１０２ｂ及び押圧板１０３の間に、入力軸１０１の第二軸部１０１ｃの周囲を囲むコイルバネ１１１を備えている。コイルバネ１１１は、出力軸フランジ部１０２ｂ及び押圧板１０３に当接し、押圧板１０３を出力軸フランジ部１０２ｂから引き離して入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂに向かって押圧する。このため、押圧板１０３の受入凹部１０３ｅ内の鋼球１１０は、コイルバネ１１１によって入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂに常に押し付けられている。ここで、コイルバネ１１１は、付勢部材を構成している。
【００３２】
次に、この発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１の動作を説明する。
図１及び図２をあわせて参照すると、リニアアクチュエータ１では、電動モータ２が停止され回転シャフト２ａ及び入力軸１０１に回転駆動力が付与されないとき、トルク伝達機構１００において、押圧板１０３の第一摩擦部材１０４が、第二摩擦部材１０５に当接してコイルバネ１１１によって押し付けられている。このとき、第一摩擦部材１０４及び第二摩擦部材１０５の間の摩擦力によって、押圧板１０３及び出力軸１０２が回転することができない。これにより、ロッド部４に軸方向に押圧力又は引張力を加えても、ねじ軸２５が回転することができないため、ロッド部４は軸方向に移動しない。
【００３３】
その詳細を説明すると、図２において入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂにおける係合溝１０１ｂ２の中央長手方向に延びるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面を示す図７を図２とあわせて参照すると、鋼球１１０は、押圧板１０３を介してコイルバネ１１１によって、入力軸フランジ部１０１ｂの係合溝１０１ｂ２内に押し付けられている。このとき、入力軸１０１は、電動モータ２（図１参照）から回転駆動力が入力されずにフリーな状態であるため、鋼球１１０は、係合溝１０１ｂ２のテーパ部１０１ｂ４上に位置する場合であっても、係合溝１０１ｂ２の最も深い中央部１０１ｂ３へと摺動しつつ、入力軸フランジ部１０１ｂを入力軸１０１と共に押圧板１０３に対して相対的に回転させる。これにより、入力軸フランジ部１０１ｂと押圧板１０３とが接近して、押圧板１０３の第一摩擦部材１０４が第二摩擦部材１０５に当接してコイルバネ１１１によって押し付けられる。
よって、電動モータ２（図１参照）の停止状態では、押圧板１０３は、カバー１０６に対して回転方向に固定され、さらに、貫通長穴１０３ｄで脚部１０２ｃが係合する出力軸１０２も回転方向に固定される。このため、出力軸１０２は、回転方向の外力（逆入力）が作用しても回転しない。
【００３４】
また、図３を図１とあわせて参照すると、トルク伝達機構１００では、電動モータ２が作動され、電動モータ２の回転駆動力が回転シャフト２ａを介して入力軸１０１に付与されると、押圧板１０３の第一摩擦部材１０４が第二摩擦部材１０５から離される。
【００３５】
その詳細を説明すると、図３において入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂにおける係合溝１０１ｂ２の中央長手方向に延びるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面を示す図８を図３をあわせて参照すると、電動モータ２（図１参照）から回転駆動力が付与されることによって入力軸１０１と共に入力軸フランジ部１０１ｂが回転する。このとき、電動モータ２が正逆のいずれの方向に回転する場合であっても、入力軸フランジ部１０１ｂが押圧板１０３に対して相対的に回転してその係合溝１０１ｂ２が鋼球１１０に対して周方向に摺動し、鋼球１１０が係合溝１０１ｂ２の中央部１０１ｂ３からテーパ部１０１ｂ４に移動する。このとき、鋼球１１０は、テーパ部１０１ｂ４によって押圧板１０３に向かって押圧され、それにより、押圧板１０３が、コイルバネ１１１の付勢力に抗して入力軸フランジ部１０１ｂと反対方向に、入力軸１０１の第二軸部１０１ｃ及び出力軸１０２の脚部１０２ｃに沿って軸方向に移動させられる。そして、押圧板１０３が軸方向に移動することによって、第一摩擦部材１０４が第二摩擦部材１０５から引き離され、出力軸１０２は回転可能になる。
【００３６】
さらに、移動する押圧板１０３が押し縮めることで増大するコイルバネ１１１の付勢力の作用によって、入力軸フランジ部１０１ｂ、鋼球１１０及び押圧板１０３が互いの間の摩擦力を増大させて摩擦係合するため、入力軸フランジ部１０１ｂ、鋼球１１０、押圧板１０３及び出力軸１０２が一体に回転することができる。このとき、入力軸フランジ部１０１ｂの押圧板１０３に対する相対的な回転量が増えるに従い押圧板１０３の移動量が増え、それに従い、入力軸フランジ部１０１ｂ、鋼球１１０及び押圧板１０３の間の摩擦力も増加する。
【００３７】
図３を図１とあわせて参照すると、出力軸１０２が回転することによって、出力軸１０２の軸部１０２ａ及び内歯車２１とギヤ係合する遊星歯車２２が自転をしつつ軸部１０２ａの周囲を公転し、それにより、遊星歯車２２を支持する回転支持体２４が軸部１０２ａを中心として回転する。さらに、ねじ軸２５が回転支持体２４と共に回転し、それにより、ねじ軸２５とボールねじ係合をしているスリーブ４ｄを有するロッド部４が、第三ハウジング１３に対してねじ軸２５の軸方向に伸長又は収縮する。このロッド部４の伸長又は収縮動作は、電動モータ２の回転方向を正方向又は逆方向に変更することによって、切り替えることができる。
【００３８】
なお、電動モータ２の稼働中、レゾルバ３が回転シャフト２ａの回転角度を検出し、リニアアクチュエータ１の図示しない制御装置に検出した回転角度情報を送る。制御装置は、回転シャフト２ａの回転角度情報に基づき、電動モータ２の動作を制御して、ロッド部４の伸縮量を調節する。
【００３９】
そして、電動モータ２が停止されると、トルク伝達機構１００では入力軸１０１がフリーな状態となるため、コイルバネ１１１の付勢力を受ける鋼球１１０は、入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂの係合溝１０１ｂ２のテーパ部１０１ｂ４（図８参照）を押圧し、係合溝１０１ｂ２内で摺動しつつ入力軸フランジ部１０１ｂを回転させる。そして、鋼球１１０が係合溝１０１ｂ２の中央部１０１ｂ３（図７参照）に至ると、入力軸フランジ部１０１ｂは回転を停止する。このとき、第一摩擦部材１０４及び第二摩擦部材１０５が互いに押し付けられているため、押圧板１０３及び出力軸１０２が回転できず、ロッド部４は外力が加えられても伸縮動作をしない。
【００４０】
このように、この発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１は、電動モータ２と、直線的に動作可能なロッド部４と、ロッド部４と螺合し且つ回転することによってロッド部４を直線的に動作させるねじ軸２５及び回転支持体２４と、回転支持体２４に機械的に連結された出力軸１０２と、電動モータ２の回転シャフト２ａに機械的に連結された第一軸部１０１ａ及び第一軸部１０１ａから径方向に突出する入力軸フランジ部１０１ｂを有する入力軸１０１と、入力軸フランジ部１０１ｂに対向して配置されると共に出力軸１０２と一体回転可能である押圧板１０３と、押圧板１０３を入力軸フランジ部１０１ｂに向かって押圧するコイルバネ１１１と、押圧板１０３に一体に移動するように設けられた第一摩擦部材１０４と、第一摩擦部材１０４に対向して配置されると共に固定された第二摩擦部材１０５と、入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３の間に設けられ且つ入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３が相対回転することによって入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３の間隔を変更する間隔調節部を構成する鋼球１１０及び係合溝１０１ｂ２とを備える。第一摩擦部材１０４は、入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３の間隔が広がると第二摩擦部材１０５から離れ、入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３の間隔が狭まると第二摩擦部材１０５に接近する。さらに、電動モータ２から入力軸１０１に入力される回転駆動力によって入力軸フランジ部１０１ｂが押圧板１０３に対して第一の方向に相対回転すると、鋼球１１０及び係合溝１０１ｂ２が入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３の間隔を広げつつ入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３と係合して一体回転可能となる。また、鋼球１１０及び押圧板１０３と一体回転可能な入力軸フランジ部１０１ｂが押圧板１０３に対して第一の方向と反対の第二の方向に相対回転するように入力軸１０１又は出力軸１０２が回転されると、鋼球１１０及び係合溝１０１ｂ２が入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３の間隔を狭めて、コイルバネ１１１が押圧板１０３を介して第一摩擦部材１０４を第二摩擦部材１０５に押し付ける。
【００４１】
このとき、鋼球１１０及び係合溝１０１ｂ２は、入力軸１０１へ加えられる外力によって入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３が第一の方向に相対回転すると、第一摩擦部材１０４及び第二摩擦部材１０５を互いに離すように機械式に作用し、入力軸１０１と押圧板１０３及び出力軸１０２とは、押圧板１０３によって押圧されて増大するコイルバネ１１１の付勢力による摩擦係合によって一体回転可能となる。上記の状態の鋼球１１０及び係合溝１０１ｂ２は、出力軸１０２に加えられる外力によって入力軸フランジ部１０１ｂ及び押圧板１０３が第二の方向に相対回転すると、第一摩擦部材１０４及び第二摩擦部材１０５を互いに接近させて接触させるように機械式に作用し、押圧板１０３及び出力軸１０２は第一摩擦部材１０４を第二摩擦部材１０５の摩擦係合によって回転不能となる。
よって、リニアアクチュエータ１では、電動モータ２から加えられる回転駆動力は、出力軸１０２及びロッド部４に機械式に伝達してこれらを動作させるが、ロッド部４に加えられる逆入力による外力は、回転支持体２４を介して出力軸１０２に機械式に伝達するが、第一摩擦部材１０４及び第二摩擦部材１０５の摩擦係合によって出力軸１０２の動作が阻止される。従って、リニアアクチュエータ１は、電動モータ２の回転シャフト２ａの逆入力による制止機構を機械的な機構にして省エネルギー化を可能にする。
さらに、リニアアクチュエータ１では、入力軸１０１と出力軸１０２との間の駆動力伝達機構であるトルク伝達機構１００が、間隔調節部を構成する鋼球１１０及び係合溝１０１ｂ２、入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂ、押圧板１０３及びコイルバネ１１１からなる機械式で簡易なものとすることができる。
【００４２】
また、リニアアクチュエータ１において、押圧板１０３は、入力軸フランジ部１０１ｂに接近する方向及び離れる方向に出力軸１０２に対して移動可能である。これにより、出力軸１０２は、押圧板１０３の上記移動による位置的な影響を受けず、その位置を固定することができるので、リニアアクチュエータ１の小型化が可能になる。
また、リニアアクチュエータ１において、鋼球１１０は、押圧板１０３の突出部を構成し、係合溝１０１ｂ２は、入力軸フランジ部１０１ｂに形成され且つ鋼球１１０に係合する溝部を構成する。そして、係合溝１０１ｂ２では、入力軸フランジ部１０１ｂの回転方向に沿って深さが変化する。これにより、鋼球１１０及び係合溝１０１ｂ２を備える簡易な機械式の構造によって、入力軸フランジ部１０１ｂと押圧板１０３との間隔を変更することができる。さらに、押圧板１０３は、入力軸フランジ部１０１ｂに対して回転することによって、係合溝１０１ｂ２内で鋼球１１０を摺動させ、それによって、押圧板１０３と入力軸フランジ部１０１ｂとの間隔を変えることができる。
【００４３】
また、リニアアクチュエータ１は、固定された内歯車２１を備える。さらに、出力軸１０２は、周囲に複数の歯１０２ａ１が形成された軸部１０２ａを有し、内歯車２１は、軸部１０２ａの周囲を囲むようにして配置され、回転支持体２４は、内歯車２１及び軸部１０２ａの歯に係合する遊星歯車２２を回転自在に有する。これにより、出力軸１０２の回転が減速されて回転支持体２４に伝達する。このため、ロッド部４に加えられる逆入力による外力は、ねじ軸２５、回転支持体２４、内歯車２１及び遊星歯車２２を介して、低減された状態で回転駆動力として出力軸１０２に伝達する。よって、第一摩擦部材１０４及び第二摩擦部材１０５の間の摩擦力が弱くても、ロッド部４に加えられる外力によって出力軸１０２及び押圧板１０３が回転されることを防ぐことができる。
また、リニアアクチュエータ１において、電動モータ２の回転シャフト２ａ、入力軸１０１、出力軸１０２、回転支持体２４及びねじ軸２５は、回転中心軸を同軸にして配置されている。これにより、リニアアクチュエータ１は、回転シャフト２ａの径方向での小型化を可能にする。
【００４４】
また、実施の形態のリニアアクチュエータ１のトルク伝達機構１００では、電動モータ２が停止したとき、コイルバネ１１１の付勢力によって、押圧板１０３が自動的に入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂに接近して第一摩擦部材１０４が第二摩擦部材１０５に押し付けられる構成であったが、これに限定されるものでない。電動モータ２の停止後、ロッド部４に外力が加わった際に出力軸１０２が押圧板１０３と共に回転し、それにより、鋼球１１０が入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂの係合溝１０１ｂ２のテーパ部１０１ｂ４から中央部１０１ｂ３に移動することによって、押圧板１０３が入力軸フランジ部１０１ｂに接近し、第一摩擦部材１０４が第二摩擦部材１０５に押し付けられてもよい。
【００４５】
また、実施の形態のリニアアクチュエータ１のトルク伝達機構１００では、出力軸１０２の脚部１０２ｃが押圧板１０３の貫通長穴１０３ｄを貫通して延在していたが、これに限定されるものでない。図９に示されるように、押圧板１０３の貫通長穴１０３ｄは、出力軸１０２側で脚部１０２ｃに整合する断面をもつ第一の部位１０３ｄ１を有し、入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂ側で第一の部位１０３ｄ１よりも断面が小さくなった第二の部位１０３ｄ２を有していてもよい。このとき、入力軸フランジ部１０１ｂが回転し、押圧板１０３が出力軸１０２に向かって移動すると、押圧板１０３の貫通長穴１０３ｄにおける第一の部位１０３ｄ１と第二の部位１０３ｄ２との段差部１０３ｄ３が出力軸１０２の脚部１０２ｃに当接してストッパとして作用し、それにより押圧板１０３の移動が制止される。このとき、鋼球１１０が入力軸フランジ部１０１ｂと押圧板１０３との間にきつく嵌まり込み、入力軸フランジ部１０１ｂと鋼球１１０と押圧板１０３と出力軸１０２の脚部１０２ｃとが互いに噛み合って摩擦係合力を増大させることによって、入力軸フランジ部１０１ｂ、押圧板１０３及び出力軸１０２が一体に回転する。従って、入力軸１０１の回転時、コイルバネ１１１による押圧板１０３への押圧力の大きさに関係なく、入力軸１０１、押圧板１０３及び出力軸１０２を一体に回転させることができる。
【００４６】
また、実施の形態のリニアアクチュエータ１のトルク伝達機構１００では、押圧板１０３は、出力軸１０２に対して軸方向に摺動することができたが、摺動できなくてもよい。このとき、入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂに対して押圧板１０３が軸方向に移動する際、出力軸１０２も軸方向に移動できる構成とすればよい。
また、実施の形態のリニアアクチュエータ１のトルク伝達機構１００では、付勢部材としてコイルバネ１１１が使用されていたが、これに限定するものでなく、板ばね、線ばね、空気圧若しくは液圧ばね等の任意の付勢部材が用いられてもよい。
【００４７】
また、実施の形態のリニアアクチュエータ１のトルク伝達機構１００では、押圧板１０３の受入凹部１０３ｅ内に鋼球１１０が配置されて受入凹部１０３ｅから突出していたが、これに限定されるものでなく、鋼球１１０を、押圧板１０３と一体に形成された突出部としてもよい。
また、実施の形態のリニアアクチュエータ１のトルク伝達機構１００では、入力軸１０１の入力軸フランジ部１０１ｂに係合溝１０１ｂ２が形成され、押圧板１０３に受入凹部１０３ｅが形成されていたが、これに限定されるものでなく、係合溝及び受入凹部はそれぞれ、逆の部材に形成されてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  リニアアクチュエータ、２  電動モータ（回転電機）、２ａ  回転シャフト、４  ロッド部、２１  内歯車、２２  遊星歯車、２４  回転支持体（支持軸部）、２５  ねじ軸（支持軸部）、１００  トルク伝達機構、１０１  入力軸、１０１ａ  第一軸部（回転軸部）、１０１ｂ  入力軸フランジ部、１０１ｂ２  係合溝（間隔調節部）、１０２  出力軸、１０２ａ  軸部、１０２ａ１  歯、１０３  押圧板（押圧部材）、１０３ｄ３  段差部（ストッパ）、１０４  第一摩擦部材、１０５  第二摩擦部材、１１０  鋼球（間隔調節部）、１１１  コイルバネ（付勢部材）。
【図１】
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【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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