(57)【要約】      （修正有）【課題】被駆動部品に取り付けた状態において、ボールスクリューナットが暴走した場合にもボールスクリューナットやメカニカルエンドの破損を防止・抑制可能な電動リニアアクチュエータを提供する。【解決手段】外周面に雄ネジ２１を形成したボールスクリューロッド２と、内周面に雄ネジ２１に螺合可能な雌ネジ３１を形成したボールスクリューナット３と、ボールスクリューナット３の回転を規制する回転規制手段５とを備え、ボールスクリューロッド２のうち、制御ストローク範囲の限界位置と限界位置よりも制御ストローク範囲の外側に設定したメカニカルエンド６との間に対応する部分であり且つ軸方向Ａに沿ったボールスクリューナット３の寸法に相当する部分を雄ネジ非形成領域２２に設定した。【選択図】図１
2013169023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に雄ネジを形成したボールスクリューロッドと、前記ボールスクリューロッドに組み付けられ且つ内周面に前記雄ネジに螺合可能な雌ネジを形成したボールスクリューナットと、前記ボールスクリューナットの回転を規制する回転規制手段とを備え、前記ボールスクリューナットを前記ボールスクリューロッドの軸方向に設定した制御ストローク範囲内で進退移動可能に構成した電動リニアアクチュエータであって、
前記ボールスクリューロッドのうち、前記制御ストローク範囲の限界位置と当該限界位置よりも前記制御ストローク範囲の外側に設定したメカニカルエンドとの間に対応する部分であり且つ少なくとも前記軸方向に沿った前記ボールスクリューナットの寸法に相当する部分を、前記雄ネジを形成していない雄ネジ非形成領域に設定していることを特徴とする電動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、例えば電動ベッド、電動テーブル、電動椅子、リフター等の各種機械装置に組み込んだ状態で使用可能であったり、飛行機及びミサイル等の翼の駆動用、あるいはロケットのノズル駆動用として適用可能な電動リニアアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ボールスクリューロッドと、ボールスクリューロッドに係合した状態でボールスクリューロッドの軸方向に往復移動可能なボールスクリューナットとを備えた電動リニアアクチュエータが知られている。
【０００３】
このような電動リニアアクチュエータは、電動モータ等によりボールスクリューロッドが回転し、ボールスクリューナットに回転力が伝達されると、適宜の手段で回転が規制されているボールスクリューナットは、ボールスクリューロッドとの係合状態を維持したまま直線方向に往復移動し得る。
【０００４】
また、例えば電動リニアアクチュエータの開発時等において、制御装置の故障又は誤操作等によりボールスクリューナットが暴走してしまうことがあり得る。この場合、スリーブの両端に皿ばねが設置してあれば、暴走したボールスクリューナットが皿ばねに衝突し、ボールスクリューナットの運動エネルギーと皿ばねが縮んだことによる位置エネルギーが釣り合った位置でボールスクリューナットは停止する。
【０００５】
しかしながら、皿ばねで吸収可能な運動エネルギーには限界がある。そこで、本出願人は、図３に示すように、外部機器の故障等により、電動リニアアクチュエータ１０１０の制御が不能になった場合、ボールスクリューロッド１０２が回転することによって、ボールスクリューナットに形成されたキー溝に干渉する回り止めキー１０５で回転を拘束されているボールスクリューナット１０３が同図のａ方向に移動した際に、ボールスクリューナット１０３がメカニカルエンド１０６に衝突する寸前で、キー溝及び回り止め用キーの干渉状態を解除して、回り止めキー１０５からボールスクリューナット１０３が抜けるという構造に基づいて、ボールスクリューナット１０３の回転拘束を解除する技術を提案している。なお、図３では回り止めキー１０５をスリーブ１０４に取り付けている態様を示している。
【０００６】
このような技術であれば、ボールスクリューナット１０３の回転拘束が解除されることにより、ボールスクリューナット１０３はボールスクリューロッド１０２の回転と同期して回転（連れ回り）するため、ボールスクリューロッド１０２のイナーシャや、ボールスクリューロッド１０３に減速ギアＧ等を介して接続されている電動モータＭ等のイナーシャが、直線等価質量に換算されなくなる。そして、直線等価質量を小さくすることで、メカニカルエンド１０６に衝突する際の運動エネルギーを低減することができ、ボールスクリューナット１０３及びメカニカルエンド１０６の損傷を防止・抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６４４２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、図３に示す電動リニアアクチュエータ１０１のボールスクリューナット１０３が被駆動部品に結合されている場合では、ボールスクリューナット１０３が暴走した際に回り止めキー１０５によるボールスクリューナット１０３の回転拘束が解除されても、被駆動部品との結合部がボールスクリューナット１０３の回転を規制する役目を果たし、ボールスクリューナット１０３の回転が拘束されたままとなる。
【０００９】
その結果、特許文献１記載の構造では、電動リニアアクチュエータが単体でなければ上述した機能を発揮することができず、電動リニアアクチュエータが被駆動部品に取り付けられた状態では上述した機能を発揮できない。
【００１０】
本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、被駆動部品に取り付けた状態において、ボールスクリューナットが暴走した場合にもボールスクリューナットやメカニカルエンドの破損を防止・抑制可能な電動リニアアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明は、外周面に雄ネジを形成したボールスクリューロッドと、ボールスクリューロッドに組み付けられ且つ内周面に雄ネジに螺合可能な雌ネジを形成したボールスクリューナットと、ボールスクリューナットの回転を規制する回転規制手段とを備え、ボールスクリューナットをボールスクリューロッドの軸方向に設定した制御ストローク範囲内で進退移動可能に構成した電動リニアアクチュエータに関するものである。ここで、「制御ストローク範囲」は、制御可能なストロークの範囲を意味する。このような電動リニアアクチュエータは、ボールスクリューロッドが回転し、ボールスクリューナットに回転力が伝達されると、ボールスクリューナット自体は、回転規制手段によって回転せず、ボールスクリューロッドとの係合状態を維持したまま制御ストローク範囲内で進退移動（往復移動）し得る。
【００１２】
そして、本発明の電動リニアアクチュエータは、ボールスクリューロッドのうち、制御ストローク範囲の限界位置と限界位置よりも制御ストローク範囲の外側に設定したメカニカルエンドとの間に対応する部分であり且つ少なくとも軸方向に沿ったボールスクリューナットの寸法に相当する部分を、雄ネジを形成していない雄ネジ非形成領域に設定していることを特徴としている。
【００１３】
このような電動リニアアクチュエータであれば、ボールスクリューナットをボールスクリューロッドの軸方向に沿って雌ネジと雄ネジとの螺合状態を維持したまま制御ストローク範囲内で進退移動させることでストローク長を調整することができる一方で、仮にボールスクリューナットが暴走して制御ストローク範囲の限界位置を超え、メカニカルエンドに向かって移動し得る場合には、ボールスクリューロッドのうち制御ストローク範囲の限界位置とメカニカルエンドとの間に対応する部分であって且つ軸方向に沿ったボールスクリューナットの寸法に相当する部分を雄ネジ非形成領域に設定しているため、ボールスクリューナットがメカニカルエンドに衝突するよりも前の時点で雌ネジと雄ネジとの螺合状態を確実に解除することでき、ボールスクリューロッド及びボールスクリューナットを何れも空転させることができる。
【００１４】
したがって、本発明の電動リニアアクチュエータであれば、被駆動部品に接続されている状態であっても、ボールスクリューナットが制御ストローク範囲の限界位置を越えてメカニカルエンドに衝突する際の運動エネルギーを小さくすることができ、ボールスクリューナットやメカニカルエンドの損傷を防止・抑制することができる。
【００１５】
ここで、ボールスクリューロッドの軸方向において設定される制御ストローク範囲は、ストローク長が最大となる最大ストローク限界位置と、ストローク長が最小となる最小ストローク限界位置とによって規定されるものであり、各限界位置よりも制御ストローク範囲から外れた位置にそれぞれメカニカルエンドが設定されるが、本発明の電動リニアアクチュエータは、少なくとも何れか一方の限界位置とその限界位置よりも制御ストローク範囲から外れた位置のメカニカルエンドとの間であって少なくとも軸方向に沿ったボールスクリューナットの寸法に相当する部分にのみ、雄ネジ非形成領域を設定したものであってもよいし、各限界位置とそれぞれの限界位置よりも制御ストローク範囲から外れた位置のメカニカルエンドとの間であって少なくとも軸方向に沿ったボールスクリューナットの寸法に相当する部分に、それぞれ雄ネジ非形成領域を設定したものであってもよい。つまり、本発明の電動リニアアクチュエータは、ボールスクリューロッドにおける１箇所にだけ雄ネジ非形成領域を設定した構成、及びボールスクリューロッドにおける２箇所に雄ネジ非形成領域を設定した構成の何れも包含するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電動リニアアクチュエータであれば、被駆動部品に接続されている状態で使用した場合に、ボールスクリューナットが制御ストローク範囲を超えてメカニカルエンドに衝突する前の時点でボールスクリューナットをボールスクリューロッドの雄ネジ非形成領域に到達させることで、ボールスクリューロッド及びボールスクリューナットの両方を空回りさせることができる。その結果、ボールスクリューナットがメカニカルエンドに衝突する際の運動エネルギーが小さくなり、ボールスクリューナット及びメカニカルエンドの損傷を防止・抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動リニアアクチュエータの断面模式図。
【図２】同実施形態に係る電動リニアアクチュエータにおいてボールスクリューナットが雄ネジ非形成領域に到達している状態の図１対応図。
【図３】従来の電動リニアアクチュエータの断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
本実施形態に係る電動リニアアクチュエータ１は、図１及び図２に示すように、外周面に雄ネジ２１を形成したボールスクリューロッド２と、雄ネジ２１に螺合可能な雌ネジ３１を内周面に形成したボールスクリューナット３と、ボールスクリューナットの回転を規制する回転規制手段５とを備えたものである。本実施形態のリニアアクチュエータ１は、ボールスクリューロッド２及びボールスクリューナット３を覆うスリーブ４を備え、このスリーブ４に取り付けられ且つボールスクリューナット３に設けたキー溝の中に配置している回り止め用キー５によって回転規制手段を構成している。
【００２０】
本実施形態の電動リニアアクチュエータ１は、ボールスクリューロッド２に減速ギアＧ等を介して電動モータＭを接続し、この電動モータＭからの回転力を回り止め用キー５によってボールスクリューナット３を直線移動させる推力に変換することで、ボールスクリューロッド２の軸方向Ａに設定した所定の制御ストローク範囲内においてボールスクリューナット３を進退移動（往復移動）させて、ストローク長を変更するものである。図２では、制御ストローク範囲内においてボールスクリューロッド２の雄ネジ２１とボールスクリューナット３の雌ネジ３１が螺合している状態を示している。ここで、制御ストローク範囲は、制御可能なストロークの範囲であって且つボールスクリューロッド２の全長（機械的ストローク範囲）よりも短い範囲であり、本実施形態の電動リニアアクチュエータ１では、この制御ストロークの限界位置よりも制御ストローク範囲の外側にメカニカルエンド６を設けている。
【００２１】
本実施形態では、変更可能なストローク長の最大値を規定する制御ストロークの限界位置（最大ストローク限界位置）にのみ対応させてメカニカルエンド６を設けている。なお、電動リニアアクチュエータ１のストローク長の最小値を規定する制御ストロークの限界位置（最小ストローク限界位置）及び最大ストローク限界位置のそれぞれに対応させてメカニカルエンドを設けてもよい。
【００２２】
そして、本実施形態に係る電動リニアアクチュエータ１は、ボールスクリューロッド２のうち、最大ストローク限界位置とこの最大ストローク限界位置よりも制御ストローク範囲の外側に設定したメカニカルエンド６との間に対応する部分であり且つ軸方向Ａに沿ったボールスクリューナット３の寸法（ボールスクリューナット３の幅寸法）に相当する部分を、雄ネジ２１を形成していない雄ネジ非形成領域２２に設定している。つまり、ボールスクリューロッド２のうち、一方の端部近傍領域を雄ネジ非形成領域２２に設定している。
【００２３】
本実施形態では、ボールスクリューロッド２やボールスクリューナット３の公差を考慮し、ボールスクリューロッド２のうち、制御ストローク範囲の最大ストローク限界位置よりも公差分だけ制御ストローク範囲の外側に変位させた位置からボールスクリューロッド２の端部に亘る領域であって且つボールスクリューナット３の幅寸法に相当する領域（図示例ではボールスクリューナット３の幅寸法よりも所定寸法分だけ大きい領域）を雄ネジ非形成領域２２に設定している。また、本実施形態の電動リニアアクチュエータ１では、ボールスクリューロッド２のうち雄ネジ非形成領域２２の外径を、雄ネジ２１を形成している領域のネジ溝谷径と同径に設定している。
【００２４】
この種の電動リニアアクチュエータ１では、開発試験時や被駆動部品Ｈに取り付けた使用時などに電動モータＭの故障等で制御不能な状態に陥り、ボールスクリューナット３が暴走するケースが想定される。
【００２５】
本実施形態の電動リニアアクチュエータ１において、ボールスクリューナット３が暴走し、制御ストローク範囲の最大ストローク限界位置を越えてメカニカルエンド６に向かって移動した場合、図１に示すように、ボールスクリューナット３は、メカニカルエンド６に衝突するよりも前の時点でボールスクリューロッド２の雄ネジ非形成領域２２に到達する。この雄ネジ非形成領域２２は、ボールスクリューロッド２のうちボールスクリューナット３の幅寸法に相当する部分に亘って連続して形成したものであるため、ボールスクリューナット３のうち暴走する方向の先端部がメカニカルエンド６に衝突する前の時点で、ボールスクリューナット３全体が雄ネジ非形成領域２２に到達し、雄ネジ２１と雌ネジ３１との螺合を介したボールスクリューロッド２及びボールスクリューナット３の係合状態は解除される。その結果、ボールスクリューナット３全体が雄ネジ非形成領域２２に到達した時点で、ボールスクリューナット３がボールスクリューロッド２の回転に連動して回転（連れ回り）することはなく、ボールスクリューロッド２及びボールスクリューナット３は何れも空転する。
【００２６】
そして、ボールスクリューロッド２及びボールスクリューナット３がそれぞれ空転することにより、ボールスクリューロッド２自体のイナーシャや、ボールスクリューロッド２に減速ギアＧ等を介して接続されている電動モータＭ等のイナーシャが、直線等価質量に換算されず、直線方向の慣性質量はボールスクリューナット３単体の質量のみとなり、メカニカルエンド６に衝突する時の運動エネルギーは低減し、メカニカルエンド６及びボールスクリューナット３の損傷を防止・抑制することができる。
【００２７】
このような電動リニアアクチュエータ１は、ボールスクリューナット３を被駆動部品Ｈに結合した状態で使用した場合において、たとえボールスクリューナット３と被駆動部品Ｈとの結合部分が回り止めキーの役目を果たしてボールスクリューナット３の回転が拘束されたままであっても、制御ストローク範囲の最大ストローク限界位置を越えて雄ネジ非形成領域２２に到達したボールスクリューナット３を確実に空転させることができ、上述したように、メカニカルエンド６に衝突する時の運動エネルギーは低減し、メカニカルエンド６及びボールスクリューナット３の損傷を防止・抑制することができる。
【００２８】
このように、本実施形態に係る電動リニアアクチュエータ１では、ボールスクリューナット３が制御ストローク範囲の最大ストローク限界位置を越えてメカニカルエンド６に衝突し得る事態に直面した際、ボールスクリューロッド２のうち最大ストローク限界位置からメカニカルエンド６までの領域であって且つボールスクリューナット３の幅寸法に相当する領域を雄ネジ非形成領域２２に設定しているため、ボールスクリューロッド２とボールスクリューナット３をそれぞれ空回りさせることができ、被駆動部品Ｈを取り付けた状態においても、メカニカルエンド６に衝突する際の運動エネルギーを小さくすることができ、ボールスクリューナット３やメカニカルエンド６の損傷を防止・抑制することができる。
【００２９】
このような機能を有し、作用効果を奏する本実施形態に係る電動リニアアクチュエータ１は、例えばロケットのノズル駆動用や、航空機及びミサイル等の翼の駆動用として好適に使用することが可能である。また、本実施形態に係る電動リニアアクチュエータ１は、例えば電動ベッド、電動テーブル、電動椅子、リフター等の各種機械装置に組み込んだ状態でも好適に使用することが可能である。
【００３０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、ボールスクリューロッドのうち、制御ストローク範囲の最大ストローク限界位置と最大ストローク限界位置よりも制御ストローク範囲外に設けたメカニカルエンドとの間であって且つボールスクリューの幅寸法に相当する領域のみを雄ネジ非形成領域に設定した態様を例示したが以下の態様であってもよい。つまり、ボールスクリューロッドのうち、制御ストローク範囲の最大ストローク限界位置と最大ストローク限界位置よりも制御ストローク範囲外に設けたメカニカルエンドとの間であって且つボールスクリューの幅寸法に相当する領域と、制御ストローク範囲の最小ストローク限界位置と最小ストローク限界位置よりも制御ストローク範囲外に設けたメカニカルエンドとの間であって且つボールスクリューの幅寸法に相当する領域とをそれぞれ雄ネジ非形成領域に設定した態様や、ボールスクリューロッドのうち、制御ストローク範囲の最小ストローク限界位置と最小ストローク限界位置よりも制御ストローク範囲外に設けたメカニカルエンドとの間であって且つボールスクリューの幅寸法に相当する領域のみを雄ネジ非形成領域に設定した態様を採用することもできる。前者の態様であれば、ボールスクリューロッドの２箇所（例えば両端部乃至両端部近傍部分）に雄ネジ非形成領域が形成されることになる。
【００３１】
また、衝突エネルギー吸収用の緩衝部材（例えば皿ばね等）をメカニカルエンドの近傍に配置することもできる。
【００３２】
また、回り止め用キーを、制御ストローク範囲を外れた領域においてボールスクリューナットから外れるように配置することもできる。さらに、上述した実施形態ではスリーブに取り付けた回り止めキーによってボールスクリューナットの回転を規制する回転規制手段を構成した態様を例示したが、他の部材や構造を用いて回転規制手段を構成することもできる。例えば、スリーブを有さずに、ボールスクリューナットやボールスクリューロッドの一部が外部に露出している電動リニアアクチュエータであれば、ボールスクリューナットと被駆動部品との結合部分を回転規制手段として機能させることが可能である。
【００３３】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１…電動リニアアクチュエータ
２…ボールスクリューロッド
２１…雄ネジ
２２…雄ネジ非形成領域
３…ボールスクリューナット
５…回転規制部材（回り止め用キー）
６…メカニカルエンド
【図１】
2013169023.tif 000003
【図２】
2013169023.tif 000004
【図３】
2013169023.tif 000005