(57)【要約】【課題】軸部材を高推進力で軸線方向に直線移動させることができる静粛性の高いリニアアクチュエータを提供する。【解決手段】押圧部材３の凸条部３２によりネジ部２１が半径方向に外周に沿って順次押圧されるように駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆにより押圧部材３を軸部材の外周に沿って順次変位させているので、軸部材を回転させて軸線方向に移動させることができる。このときの軸部材の推進力は押圧部材の軸部材に対する押圧力、すなわち駆動部材の押圧部材に対する駆動力に比例するので、駆動部材の駆動力を高めることにより高推進力を容易に得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネジ部が螺設された軸部材と、
該軸部材の前記ネジ部と円周上の一部で係脱可能な凸条部が内周面に少なくとも１周形成され前記ネジ部を前記凸条部で半径方向に押圧可能な押圧部材と、
該押圧部材を前記軸部材の半径方向に変位可能に支持する基台と、
該基台に固設され、前記押圧部材を前記軸部材の半径方向に変位させ前記軸部材の前記ネジ部を前記凸条部で半径方向に移動させる駆動部材と、を備え、
前記駆動部材が前記押圧部材を前記軸部材の外周に沿って順次変位させることにより、前記凸条部が前記ネジ部を半径方向に外周に沿って順次押圧することにより、前記軸部材を回転させて軸線方向に移動させることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動部材は、前記押圧部材を直交２方向から移動させることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記押圧部材の前記凸条部は、環状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記駆動部材は、積層圧電体でなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項において、前記軸部材及び前記基台の一方が車両用スライド装置の可動体に固定され、他方が前記可動体を移動可能に支持するベース部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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部材を軸線方向に直線移動させるリニアアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両用シートを車両の前後方向に移動させるスライド装置には、ネジが螺設されたシャフト（軸部材）と、シャフトに螺合するナットと、モータと、を組み合わせた構造のリニアアクチュエータが使用されている。近年、車両内の静粛性を高めることが要求されてきており、このためには回転時に可聴帯域の作動音が発生する電磁モータを使用するよりも超音波により駆動する超音波モータを使用した方が有効である。例えば、特許文献１には、円盤状であって周方向に複数の扇状の電極が形成された圧電体と、圧電体が固着された円盤状のステータと、ステータに加圧接触された円盤状のロータと、を備えた超音波モータが開示されている。圧電体の各電極に位相がずれた電圧を印加することにより圧電体の表面に表面波を発生させ、この表面波をステータからロータに伝搬する。これにより、ロータが回転する。
【０００３】
また、特許文献２には、直方体状の胴部と、胴部両端に連結されており、その連結面が胴部の軸線に対し４５度の角度で傾斜するように形成された２つの圧電体と、圧電体の端部から下方へ延在するように連結されており、その連結面が脚部の軸線に対し４５度の角度で傾斜するように形成された２本の脚部と、脚部が摺動自在に載置されたレールと、を備えた超音波リニアモータが開示されている。圧電体に電圧を印加することにより圧電体を振動させ、この振動を脚部に伝搬して脚部の下端面に楕円振動を励起する。これにより、胴部及び圧電体を含む脚部がレール上で摺動する。なお、この超音波リニアモータによれば、胴部及び圧電体を含む脚部自体がレールに沿って直線移動するので、上記のシャフト及びナットは不用となる。
【０００４】
また、特許文献３には、中空角柱状のハウジングと、このハウジングの外周四方に貼着された４つの圧電体と、ハウジングの中空部に貫装され、ネジ部が螺設されたシャフトと、ハウジングの中空部の一端に固着され、シャフトが螺合可能なネジ部が螺設されたナットと、を備えた超音波モータが開示されている。対向する対の圧電体に位相がずれた電圧を印加することにより一方の圧電体を伸長させると共に他方の圧電体を収縮させてハウジングを屈曲する。この電圧印加を隣接する対の圧電体に対し交互に行うことにより、ナットがシャフトの回りで揺動してナットのネジ部がシャフトのネジ部に接触・離間する。これにより、シャフトが回転して軸線方向に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−７７０６８号公報（第１頁左下欄第１９行〜右下欄第１０行、第１図，第２図）
【特許文献２】特開平２−２６６８８１号公報（第２頁右下欄第１３行〜第３頁左下欄第１８行、第１図）
【特許文献３】特開２００８−５１０４４５号公報（段落００２９、図２，１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の超音波モータは、ステータの表面に表面波を励起してロータを回転するが、このときの回転力は電磁モータの回転力に対し約１００分の１程度であり非常に小さい。また、特許文献２に記載の超音波リニアモータは、脚部の下端面に楕円振動を励起して胴部及び圧電体を含む脚部自体がレールに沿って直線移動するが、このときの推進力は脚部とレールとの摩擦力分であり非常に小さい。また、特許文献３に記載の超音波モータは、ハウジングが変形してナットのネジ部がシャフトのネジ部と擦り合い、この接触摩擦によりシャフトが回転して軸線方向に移動するが、このときの推進力はナットとシャフトとの摩擦力分であり非常に小さい。よって、従来の超音波（リニア）モータでは、高回転力（高推進力）が必要な車両用シートスライド装置等の車両に使用されるスライド装置に適用することが困難であり電磁モータが使用されていたが、電磁モータでは車両内の静粛性を高めることが困難である。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、軸部材を高推進力で軸線方向に直線移動させることができる静粛性の高いリニアアクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、ネジ部が螺設された軸部材と、該軸部材の前記ネジ部と円周上の一部で係脱可能な凸条部が内周面に少なくとも１周形成され前記ネジ部を前記凸条部で半径方向に押圧可能な押圧部材と、該押圧部材を前記軸部材の半径方向に変位可能に支持する基台と、該基台に固設され、前記押圧部材を前記軸部材の半径方向に変位させ前記軸部材の前記ネジ部を前記凸状部で半径方向に移動させる駆動部材と、を備え、前記駆動部材が前記押圧部材を前記軸部材の外周に沿って順次変位させることにより、前記凸条部が前記ネジ部を半径方向に外周に沿って順次押圧することにより、前記軸部材を回転させて軸線方向に移動させることである。
【０００９】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記駆動部材は、前記押圧部材を直交２方向から移動させることである。
【００１０】
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記押圧部材の前記凸条部は、環状に形成されていることである。
【００１１】
請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜３の何れか一項において、前記駆動部材は、積層圧電体でなることである。
【００１２】
請求項５に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜４の何れか一項に、おいて、前記軸部材及び前記基台の一方が車両用スライド装置の可動体に固定され、他方が前記可動体を移動可能に支持するベース部に固定されていることである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、押圧部材の凸条部によりネジ部が半径方向に外周に沿って順次押圧されるように駆動部材により押圧部材を軸部材の外周に沿って順次変位させているので、軸部材を回転させて軸線方向に移動させることができる。このときの軸部材の推進力は押圧部材の軸部材に対する押圧力、すなわち駆動部材の押圧部材に対する駆動力に比例するので、駆動部材の駆動力を高めることにより高推進力を容易に得ることができる。また、電磁モータのように軸振れが生じ易いロータが不要であるため、特に高速で軸部材を移動させるときの静粛性を高めることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、押圧部材を直交２方向から移動させるのみで、軸部材を回転させて軸線方向に移動させることができるので、リニアアクチュエータを簡易な構造として小型化及び軽量化を図ることができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、押圧部材の凸条部を環状の形状としているので、加工が容易となり部品の低コスト化を図ることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、駆動部材を積層圧電体で形成しているので、応答性が高く消費電力が低いため制御が容易となる。また、高い駆動力を容易に得ることができ軸部材の推進力を高めることができる。
【００１７】
請求項５に係る発明においては、本発明のリニアアクチュエータを車両用スライド装置に適用しているが、本発明のリニアアクチュエータによれば高推進力を容易に得ることができるので、高推進力が必要な車両用スライド装置に最適である。また、従来の電磁モータを適用した場合と比較して軸振れが生じ易いロータが本発明のリニアアクチュエータには無いため、特に高速で車両用スライド装置を作動させるときの静粛性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す平面図及び主要部の軸線方向の断面図である。
【図２】図１に示すリニアアクチュエータの上面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は図１に示すリニアアクチュエータの４つの駆動部材に入力される制御信号を示す波形図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は図１に示すリニアアクチュエータが図３に示す制御信号により制御されたときの駆動状態を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は図１に示すリニアアクチュエータが駆動したときの軸部材と押圧部材の状態を示す軸線方向の断面図である。
【図６】図１に示すリニアアクチュエータを車両用シートスライド装置に適用したときの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に係るリニアアクチュエータを図１及び図２に従って説明する。このリニアアクチュエータ１は、軸部材２と押圧部材３と基台４と４つの駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆとを有する。軸部材２は、金属、プラスチック等の材料により円筒状に形成されており、外周にネジ部２１が螺設されている。押圧部材３は、金属、プラスチック等の材料により中心部に円形状の貫通穴３１が穿設された矩形板状に形成されている。そして、この貫通穴３１の内周略中央部には、少なくとも１周分の環状の凸条部３２が突設されている。この凸条部３２は、軸部材２のネジ部２１と円周上の一部で係脱可能でネジ部２１を半径方向に押圧可能な形状に形成されている。すなわち、凸条部３２は、断面が三角形状であって、頂部の角度が軸部材２のネジ山の角度以下となるように且つ頂部からの高さが軸部材２のネジ山の高さ以上となるように形成されている。そして、凸条部３２の内径（頂部の径）は、軸部材２のネジ溝の径よりも大径となるように形成されている。
【００２０】
基台４は、金属、プラスチック等の材料により中心部に円形状の貫通穴４１が穿設された矩形板状に形成されている。この貫通穴４１の径は、軸部材２のネジ山の径よりも大径となるように形成されている。基台４の上面４ａの貫通穴４１の近傍には、金属、プラスチック等のバネ材料により押圧部材３を軸部材２の半径方向に変位可能に支持する支持部材４２が立設されている。押圧部材３は、貫通穴３１の中心軸が基台４の貫通穴４１の中心軸と同軸となるように、且つ下面３ａが基台４の上面４ａから離間するように配置され、一角部３ｂが支持部材４２に固着されている。すなわち、押圧部材３は、支持部材４２に片持ちで支持されており、これにより軸部材２の軸線方向の変位は規制されるが半径方向には容易に変位可能となる。そして、軸部材２が、中心軸が押圧部材３の貫通穴３１の中心軸及び基台４の貫通穴４１の中心軸と同軸となるように貫装されている。なお、図示していないが、軸部材２の両端は軸受等により回転自在に支持されている。なお、支持部材４２を複数設けて押圧部材３の角部を２箇所以上で支持するようにしてもよい。
【００２１】
駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆは、ＰＺＴ等の圧電材料により矩形薄板状に形成された圧電板が複数枚積層された構造となっている。駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆは、同一の積層圧電体であり、電圧を印加することにより積層方向に伸長するようになっている。各駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆは、伸縮方向が押圧部材３の４つの側面３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆと交差するように、すなわち凸条部３２の半径方向であって直交２方向に配置されている。そして、駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆは、電圧が印加されていないときは各先端面が押圧部材３の側面３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆから離間し、電圧が印加されたときは押圧部材３の側面３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆに当接して押圧部材３を移動可能なように配置されて基台４の上面４ａに固設されている。
【００２２】
以上のような構成のリニアアクチュエータ１の駆動について説明する。駆動前においては、図１及び図２に示すように、駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆは、押圧部材３の４つの側面３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆから離間しており、軸部材２の中心軸と押圧部材３の貫通穴３１の中心軸と基台４の貫通穴４１の中心軸とは同軸となっている。よって、図１（Ｂ）に示すように、押圧部材３の凸条部３２と軸部材２のネジ部２１との間は、一定の隙間があいた状態となっている。
【００２３】
駆動時においては、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、矩形波の制御信号Ａ〜Ｄが各駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆに１／４周期ずれて入力される。例えば、時点ｔ１〜ｔ２においては、制御信号Ａがオンになり、制御信号Ｂがオフ状態にあり、制御信号Ｃがオフになり、制御信号Ｄがオン状態にある。よって、図４（Ａ）に示すように、駆動部材５ｄ，５ｅは押圧部材３の側面３ｄ，３ｅから離間した状態にあり、駆動部材５ｆは押圧部材３の側面３ｆに当接した状態にあり、駆動部材５ｃは押圧部材３の側面３ｃに当接して押圧部材３を軸部材２の半径方向に移動させる。このとき、図５（Ａ）に示すように、押圧部材３の凸条部３２は軸部材２のネジ部２１から離間していた状態からネジ部２１に徐々に近付いていく。そして、図５（Ｂ）に示すように、凸条部３２の斜面がネジ部２１の斜面に当接する。さらに、図５（Ｃ）に示すように、凸条部３２の斜面がネジ部２１の斜面を半径方向に押圧し、最終的に凸条部３２がネジ部２１に係合するまで移動させる。よって、軸部材２は僅かに回転し距離ｄ分だけ軸線方向に移動する。
【００２４】
時点ｔ２〜ｔ３においては、制御信号Ａがオン状態にあり、制御信号Ｂがオンになり、制御信号Ｃがオフ状態にあり、制御信号Ｄがオフになる。よって、図４（Ｂ）に示すように、駆動部材５ｅ，５ｆは押圧部材３の側面３ｅ，３ｆから離間した状態にあり、駆動部材５ｃは押圧部材３の側面３ｃに当接した状態にあり、駆動部材５ｄは押圧部材３の側面３ｄに当接して押圧部材３を軸部材２の半径方向に移動させる。このときも、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように動作し、凸条部３２の斜面がネジ部２１の斜面に当接してネジ部２１の斜面を半径方向に押圧し、軸部材２は僅かに回転し距離ｄ分だけ軸線方向に移動する。
【００２５】
時点ｔ３〜ｔ４においては、制御信号Ａがオフになり、制御信号Ｂがオン状態にあり、制御信号Ｃがオンになり、制御信号Ｄがオフ状態にある。よって、図４（Ｃ）に示すように、駆動部材５ｃ，５ｆは押圧部材３の側面３ｃ，３ｆから離間した状態にあり、駆動部材５ｄは押圧部材３の側面３ｄに当接した状態にあり、駆動部材５ｅは押圧部材３の側面３ｅに当接して押圧部材３を軸部材２の半径方向に移動させる。このときも、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように動作し、凸条部３２の斜面がネジ部２１の斜面に当接してネジ部２１の斜面を半径方向に押圧し、軸部材２は僅かに回転し距離ｄ分だけ軸線方向に移動する。
【００２６】
時点ｔ４〜ｔ５においては、制御信号Ａがオフ状態にあり、制御信号Ｂがオフになり、制御信号Ｃがオン状態にあり、制御信号Ｄがオンになる。よって、図４（Ｄ）に示すように、駆動部材５ｃ，５ｄは押圧部材３の側面３ｃ，３ｄから離間した状態にあり、駆動部材５ｅは押圧部材３の側面３ｅに当接した状態にあり、駆動部材５ｆは押圧部材３の側面３ｆに当接して押圧部材３を軸部材２の半径方向に移動させる。このときも、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように動作し、凸条部３２の斜面がネジ部２１の斜面に当接してネジ部２１の斜面を半径方向に押圧し、軸部材２は僅かに回転し距離ｄ分だけ軸線方向に移動する。
【００２７】
以上の動作が１サイクルであり、以降はこのサイクルが繰り返される。このように、押圧部材３は軸部材２に対し偏心して公転するように各駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆにより軸部材２の外周に沿って順次変位されるので、凸条部３２により軸部材２の外周に沿ってネジ部２１を半径方向に順次押圧することができ、軸部材２を回転させて軸線方向に移動させることができる。このときの軸部材２の推進力は押圧部材３の軸部材２に対する押圧力、すなわち駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの押圧部材３に対する駆動力に比例するので、駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの駆動力を高めることにより高推進力を容易に得ることができる。また、軸部材２の駆動速度は押圧部材３の公転速度、すなわち駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの伸縮速度に比例するので、駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆに入力する制御信号の周波数を変化させることにより軸部材２の駆動速度を制御することができる。
【００２８】
また、電磁モータのように軸振れが生じ易いロータが不要であるため、特に高速で軸部材２を移動させるときの静粛性を高めることができる。また、押圧部材３を駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆにより直交２方向から移動させるのみで、軸部材２を回転させて軸線方向に移動させることができるので、リニアアクチュエータ１を簡易な構造として小型化及び軽量化を図ることができる。また、駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆを積層圧電体で形成しているので、応答性が高く消費電力が低いため制御が容易となり、高い駆動力を容易に得ることができ軸部材２の推進力を高めることができる。また、凸条部３２が軸部材２のネジ部２１と噛み合った状態で駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの駆動を停止することにより、軸部材２を任意の位置で保持することができる。
【００２９】
なお、本実施形態においては、押圧部材３は、矩形板状に形成し貫通穴３１の内周面に軸部材２のネジ部２１と円周上の一部で係脱可能でネジ部２１を半径方向に押圧可能な環状の凸条部３２を形成したが、軸部材２に対し偏心して公転することが可能で貫通穴３１の内周面に凸条部３２が形成可能であれば三角形板状や多角形板状、円板状等に形成してもよい。また、押圧部材３には加工が容易であり部品の低コスト化を図ることができることから断面が三角形状の環状の凸条部３２を形成したが、軸部材２のネジ部２１を半径方向に押圧可能な形状であれば断面は半円形状や矩形状等に形成してもよく、また、１巻分の鶴巻線でなり、軸部材２のネジ部２１のピッチの整数倍のピッチのネジ部を螺設してもよい。
【００３０】
また、駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの先端面は、押圧部材３の側面３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆから離間して配置したが、駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの先端面と押圧部材３の側面３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆとを接触もしくは固着してもよい。固着する場合は、少なくとも２つの駆動部材、例えば駆動部材５ｃ，５ｄを直角に配置し、押圧部材３の側面３ｃ，３ｄを押し引きして軸部材２の外周に沿って順次変位させることにより押圧部材３を軸部材２に対し偏心して公転することが可能である。すなわち、駆動部材５ｃ，５ｄが収縮することにより駆動部材５ｅ，５ｆの伸長を代用することができる。２つの駆動部材５ｃ，５ｄを設ければよいので静粛性をさらに高めることができる。また、駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの制御信号として矩形波を用いたが、正弦波や三角波等を用いても押圧部材３を軸部材２に対し偏心して公転することが可能である。特に、駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの制御信号として正弦波を用いることにより、押圧部材３の変位を滑らかにして軌跡を略円形状にすることができるので、押圧部材３の凸条部３２を軸部材２のネジ部２１に螺合させた状態で押圧部材３を軸部材２に対し偏心して公転させることが可能となる。よって、リニアアクチュエータ１の静粛性をさらに高めることができる。また、駆動部材５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆとして積層圧電体を用いたが、磁気により変位可能な磁歪体、通電による加熱により変位可能な形状記憶合金体、電圧や電流により変位可能な高分子体を用いることも可能である。
【００３１】
本実施形態のリニアアクチュエータ１によれば高推進力を容易に得ることができるので、例えば、高推進力が必要な車両用シートスライド装置に適用することができる。図６に示すように、車両用シート（本発明の「可動体」に相当する）６０はシートクッション６１及びシートバック６２を備えている。そして、シートクッション６１と車両フロア（本発明の「ベース部」に相当する）６３の間に、本実施形態のリニアアクチュエータ１が配設されている。軸部材２は、シートクッション６１の下方左右両側に車両の前後方向に延在して配置され、軸部材２の両端がシートクッション６１のクッションフレーム６４の角部の下部に固設された軸受６５により回転自在に支承されている。基台４は、車両フロア６３上に固設されている。
【００３２】
このような構成において、図３に示す制御信号をリニアアクチュエータ１に入力することにより、軸部材２を図示矢印方向に移動させることができるので、車両用シートを車両の前後方向にスライドさせることができる。リニアアクチュエータ１は超音波を利用しているとともに従来の電磁モータのように軸振れが生じ易いロータが無いため、従来の電磁モータを使用した車両用シートスライド装置と比較して特に高速で作動させるときの静粛性を高めることができる。なお、リニアアクチュエータ１は車両用シートスライド装置の他、例えば車両のウインドウガラスを上下動させる装置等の車両用スライド装置の可動体を移動させるためのアクチュエータとして適用可能である。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３４】
１：リニアアクチュエータ、２：軸部材、２１：ネジ部、３：押圧部材、３１：貫通穴、３２：凸条部、４：基台、４１：貫通穴、４２：支持部材、５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ：駆動部材、６０：車両用シート（可動体）、６１：シートクッション、６２：シートバック、６３：車両フロア（ベース部）、６４：クッションフレーム、６５：軸受。
【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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