(57)【要約】【課題】  構成部材を出力軸に沿って直線的に配置し、また原点位置を機械的に検出できるようにした小形で安価な精密アクチュエータを提供することを目的とする。【解決手段】  ハウジングと、モータと、減速機構部と、駆動部と、リニア作動部とからなる精密リニアアクチュエータであって、前記駆動部は前記減速機構部との連結部に対して前記リニア作動部との螺合部が小径に形成されていて両者の境界に段差部を有し、該段差部に前記リニア作動部側に向って突出する駆動部突起が設けられ、前記リニア作動部の基端部には前記駆動部側に向って突出する作動部突起が設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも内面が円筒形に形成されたハウジングと、該ハウジング内に固定されたモータと、該モータの駆動軸に連結された減速機構部と、基端部が該減速機構部の出力軸の回転に追従するよう該出力軸に嵌合されて回転方向に係止されていて末端部側外周部には雄ネジが形成されている円筒形状の駆動部と、基端部側が内面空洞を有する有底円筒状であって該空洞内表面に雌ネジが形成されており末端底部表面に作動突起部が設けられていてさらに前記空洞部の前記雌ネジにより前記駆動部の雄ネジと螺合し外表面は前記ハウジング内表面と摺動自在に接しているリニア作動部とからなるリニアアクチュエータであって、前記駆動部は前記減速機構部との連結部に対して前記リニア作動部との螺合部が小径に形成されていて両者の境界に段差部を有し、該段差部に前記リニア作動部側に向って突出する駆動部突起が設けられ、前記リニア作動部の基端部には前記駆動部側に向って突出する作動部突起が設けられていることを特徴とする精密リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記ハウジングは内部に段部を有していて前記駆動部及び前記リニア作動部を収納する部分が小径に形成されており、前記駆動部の前記減速機構部側基端部には支承フランジ部が形成されて前記段部により係止されていることを特徴とする請求項１記載の精密リニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記リニア作動部の外周には少なくとも１個のガイドピンを突出させ、前記ハウジング内面に設けたガイド溝に嵌合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の精密リニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記減速機構部出力軸の先端は十字状突起が形成され、前記駆動部の前記支承フランジ内側に設けた十字状凹部に嵌合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の精密リニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記モータ、前記減速機構部、前記駆動部及び前記リニア作動部はアクチュエータの中心軸に沿って直線的に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の精密リニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記ハウジングの外形が円筒状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の精密リニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記減速機構部が、太陽歯車と複数の遊星歯車とからなる遊星歯車機構であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の精密リニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記モータがステッピングモータ或いはＤＣモータであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の精密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、小形モータを用いた精密リニアアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  モータの回転運動を直線運動に変換するリニアアクチュエータは、リフター等の昇降装置、介護用ベッドなどの福祉機器、ＣＴスキャナーなどの医療機器をはじめとして多種多様な機械装置に採用されており、その機構としても種々のものが提案されている。【０００３】  特許文献１（特開２０００−１５２５５７号公報）では、ハウジングと、このハウジングの内側に支持された回転軸と、このハウジングに固定された電動モータと、このモータ駆動軸のトルクを増大して前記回転軸に伝達する減速機と、前記回転軸の一部に設けられた多条の雄ねじ部と、この雄ねじ部と直接螺合する雌ねじ部を有する合成樹脂製のナット部材と、基端部をこのナット部材に結合固定された出力軸部材と、この回転軸に加わるスラスト荷重を受ける間座と、この回転軸の周囲に配置された間筒と、この間筒の外周面と前記ハウジングの内周面との間に設けられた一方向クラッチと、スラストプレートと、軸受とを備えた電動式リニアアクチュエータが開示されている。【０００４】  特許文献２（特開２００１−５４２５５号公報）には、減速機付き極小径小型モータと、この小型モータの減速機の外周部で嵌合固定された外ハウジングと、モータ出力軸と同一方向に配置されたレール部材と、雌ネジ部を内径側に有するスライダ部材と、雄ネジ部を外周に有するスクリュー部材とからなる駆動機構を有するリニア駆動マイクロアクチュエータが開示されている。【０００５】  また、特許文献３（特開２００３−１８４９８８号公報）には、モータ部と、アクチュエータロッドを伸縮させる伸縮機構部と、モータ部の回転速度を減速させた上で伸縮機構部に伝達する駆動力伝達機構部と、クラッチ機構部と、手動操作機構部とを備えたリニアアクチュエータが提案されており、駆動力伝達機構部には太陽ギヤと遊星ギヤを使用することが開示されている。【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５２５５７号公報
【特許文献２】特開２００１−５４２５５号公報
【特許文献３】特開２００３−１８４９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  上述のような従来技術において、例えば特許文献１では、介護用の電動ベッドに使用することを目的としているので小型化や機構の簡素化はそれ程要求されない。出力軸の位置検出用として複数のリミットスイッチを使用しており、また出力軸が不用意に変位するのを防止するために一方向クラッチを採用しているので、機構が複雑となり小型化が困難なばかりか製造コストも高価となってしまう。また、減速機構として採用しているウォーム機構も形状が大きくなってしまうという欠点があり、小形精密アクチュエータには適していない。【０００８】  また、特許文献２のリニア駆動マイクロアクチュエータは内視鏡などの医療器具に組み込まれることを想定しているため小形である。しかしながら、このアクチュエータでは、実際の作動部となるスライダ部材を支持するために１個以上のレール部材を配し、アクチュエータ末端部においてこのレール部材並びに、前記スライダ部材を駆動するためのスクリュー部材を支持している。従って、直線的に動作させる対象は前記スライダ部材の側面に配置しなければならない。また、位置検出機構が備えられていないため、別途センサー等により位置検出を行わない限り原点位置の検出が行えない。【０００９】  さらに、特許文献３のリニアアクチュエータにおいては、電動式の介護ベッドに使用することを目的としているため、出力軸方向に手動操作機構部が設けてあり、そのためにモータ部は出力軸上に配置できない構造となっている。また、モータ駆動と手動操作とを切り替えるためのクラッチ機構部を備えているため、構造が複雑で製造コストも高価となる。以上述べたように、本文献のリニアアクチュエータも小形で安価な精密アクチュエータとして使用することは難しい。【００１０】  本発明が意図する用途である自動車などの電気的制御用のリニアアクチュエータとしては、小形・高信頼性はもちろんのこと、特に微少の変位を制御する精密アクチュエータが要求されている。【００１１】  本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、構成部材を出力軸に沿って直線的に配置し、また原点位置を機械的に検出できるようにした小形で安価な精密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】
【００１２】  上記課題を解決するため本発明による精密リニアアクチュエータは、少なくとも内面が円筒形に形成されたハウジングと、該ハウジング内に固定されたモータと、該モータの駆動軸に連結された減速機構部と、基端部が該減速機構部の出力軸の回転に追従するよう該出力軸に嵌合されて回転方向に係止されていて末端部側外周部には雄ネジが形成されている円筒形状の駆動部と、基端部側が内面空洞を有する有底円筒状であって該空洞内表面に雌ネジが形成されており末端底部表面に作動突起部が設けられていてさらに前記空洞部の前記雌ネジにより前記駆動部の雄ネジと螺合し外表面は前記ハウジング内表面と摺動自在に接しているリニア作動部とからなるリニアアクチュエータであって、前記駆動部は前記減速機構部との連結部に対して前記リニア作動部との螺合部が小径に形成されていて両者の境界に段差部を有し、該段差部に前記リニア作動部側に向って突出する駆動部突起が設けられ、前記リニア作動部の基端部には前記駆動部側に向って突出する作動部突起が設けられていることを特徴とする。【００１３】  前記ハウジングは内部に段部を有していて前記駆動部及び前記リニア作動部を収納する部分が小径に形成されており、前記駆動部の前記減速機構部側基端部には支承フランジ部が形成されて前記段部により係止されていることが望ましい。【００１４】  また、前記リニア作動部の外周には少なくとも１個のガイドピンを突出させ、前記ハウジング内面に設けたガイド溝に嵌合されている構成を採用することもできる。【００１５】  前記減速機構部出力軸の先端は十字状突起が形成され、前記駆動部の前記支承フランジ内側に設けた十字状凹部に嵌合されていることが好適である。【００１６】  前記モータ、前記減速機構部、前記駆動部及び前記リニア作動部はアクチュエータの中心軸に沿って直線的に配置されていることが望ましい。【００１７】  前記ハウジングの外形が円筒状であることが好適である。【００１８】  前記減速機構部としては、太陽歯車と複数の遊星歯車とからなる遊星歯車機構を採用することができる。【００１９】  前記モータとしては、ステッピングモータ或いはＤＣモータが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】  請求項１に記載した構成を採用することにより、駆動部は出力軸方向に移動せず、リニア作動部のみがハウジング内表面に案内されて出力軸方向に確実に移動でき、またリニア作動部がモータや減速機構部側に後退してきた際に、リニア作動部の基端部に設けた作動部突起が駆動部の段差部に設けた駆動部突起の回転経路内に進入して駆動部突起に当接することによって駆動部の回転を停止させることができるので、リニア作動部の原点位置を機械的に検出することができる。単純な機構により原点検出ができるので、センサー等を使用する必要がなく、製造コストが低く抑えられ、また製造も容易となる。【００２１】  請求項２に記載した構成を採用することにより、ハウジング内段部が軸受として駆動部の支承フランジ部を支承するので、駆動部の出力軸方向の移動を抑止することができる。【００２２】  請求項３に記載したガイドピンをリニア作動部の外周に設け、ハウジング内面に設けたガイド溝に収納することにより、リニア作動部は回転を制限され安定して出力軸方向に案内される。【００２３】  請求項４に記載した減速機構部出力軸先端の十字状突起と、駆動部の支承フランジ内側に設けた十字状凹部とを嵌合させることにより、減速機構部と駆動部とを接続部材を用いずに結合することができ、また出力軸の回転出力を確実に駆動部に伝達することができる。【００２４】  請求項５に記載したように、モータ、減速機構部、駆動部及びリニア作動部をアクチュエータの中心軸に沿って直線的に配置することによりコンパクトサイズのアクチュエータが可能となる。【００２５】  請求項６に記載したように、ハウジングの外形を円筒状とすることによりアクチュエータを取り付ける場所におけるスペースの効率が向上できる。【００２６】  減速機構部としては従来知られている種々の形式が利用できるが、太陽歯車と複数の遊星歯車とからなる遊星歯車機構を採用することにより空間効率を向上できる。【００２７】  アクチュエータ駆動源としてのモータは、市販の種々のタイプが利用できるが、ステッピングモータ或いはＤＣモータを使用することにより本発明のアクチュエータに適した精密制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００２８】  以下、図面に基いて本発明の好適な実施例について説明する。図１は本発明による精密アクチュエータの一実施例の断面図である。少なくとも内面が円筒形に形成されたハウジング３内にモータ１が固定されており、モータの出力軸１１は減速機構部２に連結されている。この減速機構部２の出力軸２５にはこの軸に垂直方向に十字状突起２７が形成されていて、駆動部４の十字状凹部４３に嵌合接続されている。【００２９】  その詳細は図２に示す。図２は、図１のＡ−Ａ’線における断面図である。減速機構部の出力軸先端に設けた十字状突起２７が駆動部基端部の十字状凹部に嵌合し、モータからの回転を駆動部に伝達する。【００３０】  駆動部４は円柱形状であり、基端部において支承フランジ４１を外周部に備え、ハウジング３の内段部３３において支承されて出力軸方向の応力が抑止される。また、この駆動部４は減速機構部２との連結部に対して末端部側が小径に形成されていて、この小径部表面には雄ネジ４５が形成されている。さらにこの連結部と小径部との境界は段差部４２が設けられていて、その一部に前期小径部に沿って出力軸方向に駆動部突起４４が形成されている。【００３１】  リニア作動部５は基端部側が内面空洞５１を有する有底円筒状であって、この空洞内表面に雌ネジ５３が形成されており、この雌ネジ部５３において前記駆動部４の雄ネジ４５と螺合している。また、リニア作動部５外周面はハウジング３の内表面に接しており出力軸方向に摺動自在とされている。さらに、リニア作動部外周面には少なくとも１個のガイドピン５４を設けてあり、ハウジング３内面に形成されたガイド溝３２に嵌合されている。これにより、リニア作動部５が駆動部４の回転に伴って回転するのを抑止している。このガイドピン５４部分の断面図を図３に示す。リニア作動部末端底部表面には作動杵５５が設けられていて、この作動杵５５が被作動対象に働きかけることになる。【００３２】  また、リニア作動部５の基端部である内面空洞の周縁部には作動部突起５２が形成されており、前記駆動部４の駆動部突起４４と回転方向において当接することにより、駆動部の回転を制限するストッパーとして機能するので、原点位置を機械的に検出することが可能となる。【００３３】  上記実施例に用いる減速機構部の一例を図４及び図５に示した。図４は減速機構部の断面図であり、モータの出力軸１１が太陽歯車２１の軸に結合されている。この太陽歯車２１の周縁部には一定の距離をもって固定内歯２２が形成されており、この太陽歯車２１及び固定内歯２２により３個の遊星歯車２３と係合規制している。さらに、遊星歯車２３は一方で出力軸歯車２４とも噛合しており、これによりモータからの回転を減速、トルク増大した上で出力軸２５に伝達する。【００３４】  本発明によるアクチュエータの外形形状としては、内部構成品がすべて丸型であるために、丸型とすることが好ましく、丸型とすることにより取り付けも容易で製造も安価となる。【００３５】  次に、上記実施例の動作を説明する。ステッピングモータ或いはＤＣモータ１が回転することによりモータ出力軸を通して結合されている減速機構部２に回転が伝達される。減速機構部２においては、先に述べたよう��遊星歯車２３によりモータ回転を減速、トルク増大した上で回転を出力軸２５に出力する。この回転は十字状突起２７と十字状凹部４３との結合を通して駆動部４に伝えられる。駆動部４は、一方では減速機構部２の十字状突起２７により、また他方ではハウジング３の段部３３による駆動部支承フランジ４１の支承によって駆動部４の出力軸方向の移動を規制されているため、減速機構出力軸の気亜点を受けて、その場で回転を行う。さらに、駆動部４は小径部雄ネジ４５においてリニア作動部５の内面空洞５１の雌ネジ５３と噛合されている。リニア作動部はまた、その外周部をハウジング内面により摺動自在に支持されており、また、外周部に設けられたガイドピン５４がハウジング内面のガイド溝３２に嵌合して案内されるために回転が規制され、駆動部の回転に伴って回転することなく出力軸方向の運動を行う。【００３６】  このようなリニアアクチュエータの場合、作動精度を確保するために作動の原点位置を固定する必要があるが、本実施例の場合は非常に単純な機械的メカニズムによりその位置決めが可能となる。すなわち、駆動部４の減速機構部２との連結部とリニア作動部５との螺合部の境界に段差部を有し、この段差部にリニア作動部５側に向って突出する駆動部突起４４が設けられており、またリニア作動部５の基端部には駆動部４側に向って突出する作動部突起５２が設けられている。駆動部突起４４は駆動部４の回転に伴って回転するが、作動部突起５２は、作動部自身が回転しないため単に出力軸に沿って直線的に移動するのみである。従って、駆動部４の回転によりリニア作動部５が駆動部４に近づく方向に移動してきた場合、ある時点において作動部突起５２が駆動部突起４４の周回軌道内に侵入し、回転してきた駆動部突起４４と当接することによって駆動部４の回転を制止する。すなわち、この時点がアクチュエータの原点位置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】  自動車の制御用、精密機器の組立、ＩＣや表示体の製造装置等の場合、小形のアクチュエータは必要となりまた非常に精密な動作が要求される。その精度は、０．２ミクロン程度になることがある。このような小形精密アクチュエータとしては、ステッピングモータ或いはＤＣモータを用いた本発明によるアクチュエータが最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による精密アクチュエータの一実施例の断面図である。
【図２】図１に示した実施例のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】図１に示した実施例のリニア作動部ガイドピン部分の断面図である。
【図４】図１に示した実施例に使用した減速機構部の横断面図である。
【図５】図４に示した減速機構部の遊星歯車配置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】１    モータ
２    減速機構部
３    ハウジング
４    駆動部
５    リニア作動部
６    リード線
１１  モータ出力軸
２１  太陽歯車
２２  固定内歯
２３  遊星歯車
２４  出力軸歯車
２５  出力軸
２６  ケーシング
２７  十字状突起
３１  外段部
３２  ガイド溝
３３  内段部
４１  支承フランジ
４２  段差部
４３  十字状凹部
４４  駆動部突起
４５  雄ネジ部
５１  内面空洞部
５２  作動部突起
５３  雌ネジ部
５４  ガイドピン
５５  作動杵
【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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