(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、このハウジングの内側に第一の転がり軸受を介して回転のみ自在に支持された合成樹脂製のナット部材と、このナット部材に設けられた多条の雌ねじ部と、上記ハウジングに固定された正転逆転自在な電動モータと、上記ナット部材の内側に、軸方向に亙る変位のみ自在に挿通された出力軸部材と、この出力軸部材の途中に設けられ、上記多条の雌ねじ部と直接螺合する多条の雄ねじ部と、上記電動モータの駆動軸と上記ナット部材との間に設けられて、この駆動軸のトルクを増大して上記ナット部材に伝達する減速機と、上記出力軸部材の周囲で上記ナット部材から軸方向にずれた位置に、この出力軸部材に対する回転を自在として支持された間筒と、この間筒と上記ハウジングとの間に設けられ、この間筒に加わるスラスト荷重を支承しつつこの間筒の回転を許容する第二の転がり軸受と、少なくとも上記間筒の一部と上記ナット部材の一部との間で軸方向に亙り挟持されたスラストプレートと、上記間筒の外周面と上記ハウジングの内周面との間に設けられて、上記スラスト荷重に基づいて上記間筒が回転しようとする際にロックする一方向クラッチとを備える電動式リニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る電動式リニアアクチュエータは、例えば介護用ベッド、昇降テーブル、ＣＴスキャナ、トラックのキャビンチルト装置、リフター等、各種機械装置に組み込んだ状態で使用する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば介護用の電動ベッド等には電動式リニアアクチュエータを組み込んで、電動モータを駆動源として被介護者を寝かせたベッドの角度調節等を自在としている。この様な電動式リニアアクチュエータには、次の(1)(2)の機能が要求される。
(1) 電動モータの回転運動を出力軸部材の軸方向運動（直線運動）に変換する機能。
(2) 電動モータの停止時に、スラスト方向に加わる荷重に拘らず出力軸部材が変位しない様にする機能。
これら(1)(2)の様な機能を満たすべく、従来から次の(A) 〜(I) に記載された様な電動式リニアアクチュエータが知られている。
【０００３】
(A) 井沢実著、工業調査会発行の「ボールねじとその応用技術」
この刊行物の第１３４〜１３６頁には、ボールねじにより回転運動を直線運動に変換するアクチュエータに関する技術、並びに次の(a) 〜(d) の何れかにより、ボールねじの逆転防止を図る技術が記載されている。
(a) 駆動モータにブレーキ作用を持たせる。
(b) 駆動歯車に逆転不能なウォームギヤを使用する。
(c) 駆動歯車軸にブレーキ装置を設ける。
(d) 一方向クラッチ又は両方向クラッチを使用する。
【０００４】
(B) トムソン−サギノー社が発行しているリニアアクチュエータのカタログ
(C) 特開昭６３−４７５５７号公報
(D) 特開昭５０−３１５５３号公報
(E) 特開平８−３３８４９５号公報
これらの刊行物には、ボールねじその他の送りねじにより回転運動を直線運動に変換するアクチュエータに関する技術、並びにばねクラッチにより送りねじの逆転防止を図る技術が記載されている。
【０００５】
(F) 特開昭６１−３８８９２号公報
この刊行物には、ボールねじにより回転運動を直線運動に変換するアクチュエータに関する技術、並びにソレノイドへの通電に基づいて断接される電動式のクラッチ及びブレーキにより駆動軸の回転を規制する技術が記載されている。
【０００６】
(G) 実開昭６２−６３４５３号公報
この刊行物には、ボールねじにより回転運動を直線運動に変換するアクチュエータに関する技術、並びにディスク状に形成された抵抗体及び一方向クラッチにより、外部荷重に基づく復帰時の衝撃を緩和する技術が記載されている。
【０００７】
(H) 実開昭６２−６３４５４号公報
この刊行物には、ボールねじにより回転運動を直線運動に変換するアクチュエータに関する技術、並びにこのボールねじに予圧を付与する事で、このボールねじに抵抗を付加し、逆転時の速度を調節する技術が記載されている。
【０００８】
(I) 特開平８−３２２１８９号公報
この刊行物には、ボールねじにより回転運動を直線運動に変換するアクチュエータに関する技術、並びにローラ式の一方向クラッチを用いて、上記(A) 〜(H) に記載した技術が有する不都合を解消する技術が記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記(A) 〜(I) に記載した各技術は、それぞれ次に述べる様な解決すべき問題点がある。
【００１０】
(A) に記載された従来技術の場合
先ず、(a) の様に、駆動モータにブレーキ作用を持たせる場合には、駆動モータのコスト及び重量が嵩む。又、(b) の様に駆動歯車に逆転不能なウォームギヤを使用する場合には、ウォームギヤのリード角を小さくしない限り、確実な逆転防止を図れない。一方、リード角を小さくすると、噛合効率が悪くなって、十分な動作速度を確保する為には高速で回転する大型の電動モータを使用する必要が生じる。更に、(c) の様に駆動歯車軸にブレーキ装置を設けたり、或は(d) の様に一方向クラッチ又は両方向クラッチを使用する構造の場合には、単独で十分な逆転防止を図ろうとすると、これらブレーキ装置やクラッチとして大型のものを使用しなければならず、装置全体が大型化する。
【００１１】
(B) 〜(E) に記載された従来技術の場合
これらの場合には、ばねクラッチが、ばねと相手面との間に働く摩擦力により送りねじの逆転を防止している為、電動モータにより送りねじ機構を介して出力軸部材を変位させる際に、ばねクラッチが若干の抵抗となって効率を低下させるだけでなく、確実な逆転防止効果を得る為には、ばねクラッチとして相当に大型のものを使用しなければならない。
【００１２】
(F) に記載された従来技術の場合
この場合には、高価な部品を使用する為にリニアアクチュエータ自体が高価になるだけでなく、電動モータと連動させて電動式のクラッチ及びブレーキを制御する制御回路が必要になる等、装置全体が高価になる事が避けられない。
【００１３】
(G) に記載された従来技術の場合
この場合には、ディスク状に形成された抵抗体及び一方向クラッチの設置スペースが嵩み、装置全体が大型化する。しかも、復帰時の衝撃緩和を目的としている為、確実な逆転防止効果を得る事はできない。
【００１４】
(H) に記載された従来技術の場合
この場合には、逆転時の速度を調節する事はできても、十分な逆転防止を図る事は不可能である。
【００１５】
(I) に記載された従来技術の場合
この場合には、上記(A) 〜(H) に記載した技術の有する不都合を解消する事ができるが、上記(A) 〜(C) 、(E) 〜(H) に記載された技術と同様に、ボールねじにより回転運動を直線運動に変換する構造である為、コスト及び重量が嵩む。この様に電動式リニアアクチュエータのコスト及び重量が嵩むのは、この電動式リニアアクチュエータを組み込んだ電動ベッド等を広く一般に普及させる事に対する妨げとなり、好ましくない。
本発明の電動式リニアアクチュエータは、この様な不都合を何れも解消すべく、十分な効率を確保し、しかも出力軸部材が不用意に変位するのを確実に防止すると共に、コスト低減と軽量化とを図るべく発明したものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の電動式リニアアクチュエータは、ハウジングと、このハウジングの内側に第一の転がり軸受を介して回転のみ自在に支持された合成樹脂製のナット部材と、このナット部材に設けられた多条の雌ねじ部と、上記ハウジングに固定された正転逆転自在な電動モータと、上記ナット部材の内側に、軸方向に亙る変位のみ自在に挿通された出力軸部材と、この出力軸部材の途中に設けられ、上記多条の雌ねじ部と直接螺合する多条の雄ねじ部と、上記電動モータの駆動軸と上記ナット部材との間に設けられて、この駆動軸のトルクを増大して上記ナット部材に伝達する減速機と、上記出力軸部材の周囲で上記ナット部材から軸方向にずれた位置に、この出力軸部材に対する回転を自在として支持された間筒と、この間筒と上記ハウジングとの間に設けられ、この間筒に加わるスラスト荷重を支承しつつこの間筒の回転を許容する第二の転がり軸受と、少なくとも上記間筒の一部と上記ナット部材の一部との間で軸方向に亙り挟持されたスラストプレートと、上記間筒の外周面と上記ハウジングの内周面との間に設けられて、上記スラスト荷重に基づいて上記間筒が回転しようとする際にロックする一方向クラッチとを備える。
【００１８】
【作用】
上述の様に構成する本発明の電動式リニアアクチュエータは、出力軸部材に対してスラスト荷重が加わる状態で使用される。この様に組み付けられた状態で本発明の電動式リニアアクチュエータは、次の様に作用する事により、電動モータの駆動軸の回転方向に基づいて出力軸部材を軸方向に亙って変位させる。
【００１９】
先ず、上記電動モータの駆動軸を正転させ、上記出力軸部材を上記スラスト荷重に抗して変位させる際の作用に就いて説明する。この場合には、減速機を介してナット部材が所定方向に回転し、一方向クラッチはロックする事なく、間筒はハウジングに対して回転自在である。従ってこの状態では、間筒とスラストプレートとはナット部材と共に回転し、これら各部材の存在がこのナット部材の回転に対して抵抗となる事はない。この結果、上記駆動軸の正転に伴って上記ナット部材が、所定方向に円滑に回転する。そして、このナット部材に対して、多条のねじ部同士の螺合により、出力軸部材を上記スラスト荷重に抗して変位させる。この際、逆転防止機構の存在が出力軸部材を変位させる事に対して抵抗とはならない。
【００２０】
次に、上記駆動軸を停止させた状態では、上記スラスト荷重に基づいて出力軸部材から加わる力により、上記ナット部材が上記所定方向とは反対方向に回転する傾向となる。同時に上記間筒が、このナット部材と同方向に回転する傾向となる。この結果、上記一方向クラッチがロックし、上記間筒が上記ハウジングに対して回転しなくなる。この状態で上記ナット部材を回転させる為には、上記スラストプレートの側面と相手面とを滑らせる必要がある。従って、これらスラストプレートの側面と相手面との間の摩擦係数を、設計的に定められる所望値に規制する事により、上記スラスト荷重に基づいて上記回転軸又はナット部材が回転する事を確実に防止できる。
【００２１】
次に、上記駆動軸を逆転させ、減速機を介して上記ナット部材を上記所定方向と反対方向に回転（逆転）させた状態では、このナット部材に、上記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加えて、上記減速機を介して加えられるトルクが、上記反対方向に加わる。従って上記ナット部材は、上記スラストプレートの側面と相手面との間に作用する摩擦力に抗して回転する。この際、この摩擦力が上記ナット部材の回転に対する抵抗となるので、この駆動軸の回転が急激に行なわれる事が防止される。
【００２２】
上述した様に本発明の電動式リニアアクチュエータの場合は、ボールねじでなく、多条のねじ部同士の螺合により、電動モータの回転運動を出力軸部材の直線運動に変換する。しかも、鋼等の金属等により造る、出力軸部材の雄ねじ部と螺合する、ナット部材を、合成樹脂製としている為、ねじ部での動摩擦係数を小さくできる。従って、本発明の場合は、電動モータの正転時及び逆転時の効率を十分に確保する事ができる。更に、本発明の場合には、送りねじ機構をボールねじにより構成していない為、複数のボールを設けずに済む分、コスト低減と軽量化とを図れる。更に、ナット部材が上記スラスト荷重に基づいて回転するのを防止する為に、一方向クラッチを用いている為、上記ナット部材を上記所定方向と同方向に回転させる際の効率を低下させる事なく、しかも、上記スラスト荷重に基づいて、出力軸部材が不用意に変位するのを確実に防止できる。
【００２３】
【本発明の実施の形態】
図１〜３は、本発明に関する参考例の第１例を示している。本参考例の電動式リニアアクチュエータは、その使用時に圧縮方向のスラスト荷重が加わる部分に組み付けられる。ハウジング１は、例えばアルミニウム合金をダイキャスト成形する事により造られる。このハウジング１の内側には、鋼等の金属製の回転軸２の基端部（図１〜２の左端部）を、それぞれが深溝型である１対の玉軸受３ａ、３ｂにより、回転のみ自在に支持している。これら１対の玉軸受３ａ、３ｂのうち、図１〜２の左側の玉軸受３ａはラジアル荷重のみを支承する。これに対して、同図右側の玉軸受３ｂは、ラジアル荷重の他、上記圧縮方向のスラスト荷重も支承する。この為、上記右側の玉軸受３ｂを構成する外輪４の軸方向片端面（図１〜２の左端面）は、上記ハウジング１の内周面に止着した止め輪５に突き当てている。
【００２４】
又、上記ハウジング１の外側面（図１〜２の奥面、図３の左面）に形成した取付フランジ６には、正転逆転自在な電動モータ７を固定している。そして、この電動モータ７の駆動軸８を、上記ハウジング１内に挿入している。この駆動軸８と上記回転軸２との間には減速機９を設けて、この駆動軸８のトルクを増大して上記回転軸２に伝達自在としている。図示の例の場合には、この減速機９として、ウォーム減速機を使用している。この為に上記回転軸２の一端部（図１〜２の左端部）にはウォームホイール１０を外嵌固定している。図示の参考例では、これら回転軸２の外周面の一部とウォームホイール１０の内周面の一部とに、それぞれキー溝１１、１２を形成し、これらキー溝１１、１２にキー１３を係合させる事により、上記回転軸２に対するウォームホイール１０の回転防止を図っている。
【００２５】
又、上記ハウジング１内にウォーム１４を、１対の玉軸受１５ａ、１５ｂにより、上記回転軸２に対して捩れの位置での回転のみ自在に支持し、このウォーム１４と上記ウォームホイール１０とを噛合させている。又、深溝型である一方の玉軸受１５ａを構成する外輪１６の端面に板ばね１７の外周縁部を突き当てて、上記ウォーム１４と上記１対の玉軸受１５ａ、１５ｂとに予圧を付与している。従って、この噛合部にはがたつきがない。又、上記板ばね１７の中央部には、上記ハウジング１の壁部に形成したねじ孔に螺合したスタッド１８の端面を突き当てて、上記予圧を調節自在としている。１９はロックナットである。上記ウォーム１４の基端面（図３の左端面）には直径方向に亙る切り欠き２０を、上記駆動軸８の先端面には直径方向に亙る突片２１を、それぞれ形成している。そして、これら切り欠き２０と突片２１とを係合させる事により、上記駆動軸８の回転をウォーム１４に伝達自在としている。
【００２６】
一方、前記回転軸２の基端部を除く部分の外周面には、２条、又は３条等の多条の雄ねじ部２２を形成している。例えば、この雄ねじ部２２を２条（３条）とした場合には、雄ねじ部２２のリードがこの雄ねじ部２２のピッチの２倍（３倍）の長さとなる。そしてこの様に多条とした雄ねじ部２２の周囲に、内周面のほぼ全長に亙り多条の雌ねじ部２４を形成した、合成樹脂製のナット部材２３を螺合させている。そして、このナット部材２３の先半部（図１〜２の右半部）に形成した結合筒部２５に、出力軸部材である、円筒状の出力軸２６の基端部を螺合固定している。更に、図示の参考例の場合には、この出力軸２６の基端縁部を、上記ナット部材２３の外周面中間部に全周に亙り形成した凹部２７に向けかしめ付ける事により、上記出力軸２６の上記ナット部材２３に対する緩み止めを図っている。又、上記ナット部材２３及び出力軸２６の周囲は、テーパ円筒状のカバー２８により覆っている。この際、上記ナット部材２３の基半部（図１〜２の左半部）外周面とカバー２８の内周面との間には微小隙間を存在させ、上記ナット部材２３が上記カバー２８に対して変位する際に大きな抵抗が加わるのを防止している。尚、上記出力軸２６及びナット部材２３は、この出力軸２６の先端部を所定部分に結合する事で、回転防止が図られる。従って、電動式リニアアクチュエータの組み付け時の状態では、上記ナット部材２３は上記回転軸２の周囲に、この回転軸２の軸方向に亙る変位のみを自在に支持される。
【００２７】
又、上記カバー２８の開口端部（図１〜２の右端部）内周面と出力軸２６の外周面との間には、欠円筒状で円周方向に亙り弾性変形自在な、円筒状のブッシュ４４を配置している。即ち、電動式リニアアクチュエータの組み立て時で、上記出力軸２６を上記カバー２８内に挿通させる以前に、上記ブッシュ４４を弾性変形させつつ上記カバー２８の開口端部内に挿入し、上記ブッシュ４４の外周面一部に形成した突部と上記カバー２８の開口端部内周面一部に形成した溝部とを係合させている。そして、上記出力軸２６を上記カバー２８及びブッシュ４４の内側に挿通して、このブッシュ４４を上記カバー２８の開口端部内周面と出力軸２６の外周面との間に配置する事により、上記ブッシュ４４が上記カバー２８の開口端部内側の所定位置から抜け出す事を防止している。
【００２８】
又、上記カバー２８の基端部と先端部とにはそれぞれリミットスイッチ２９ａ、２９ｂを設け、上記ナット部材２３の位置に応じて、何れかのリミットスイッチ２９ａ、２９ｂがＯＮ、ＯＦＦする様にしている。即ち、基端部に設けたリミットスイッチ２９ａは、上記ナット部材２３が雄ねじ部２２の基端部に移動し、電動式リニアアクチュエータが縮み切った状態でＯＮ、ＯＦＦする。これに対して先端部に設けたリミットスイッチ２９ｂは、上記ナット部材２３が雄ねじ部２２の先端部に移動し、電動式リニアアクチュエータが伸び切った状態でＯＮ、ＯＦＦする。前記電動モータ７への通電は、これら各リミットスイッチ２９ａ、２９ｂの検出信号に基づいて制御される。即ち、電動式リニアアクチュエータが縮み切った状態から更に縮ませる方向に通電したり、或は伸び切った状態から更に伸ばす方向に通電する事を防止する。尚、上記カバー２８は合成樹脂、或は金属により造っており、その基端部に形成した小径筒部３０に前記ハウジング１の先端部に形成した大径筒部３１を、圧入による締り嵌めにより外嵌固定している。
【００２９】
又、前記回転軸２の一部で上記雄ねじ部２２の基端部分には、この雄ねじ部２２側が大径となった段部３２を形成している。そして、この段部３２に、厚肉で円輪形の間座３３の片面（図１〜２の右側面）内周寄り部分を突き当てている。従って、上記回転軸２に図１〜２の左方向に加わる圧縮スラスト荷重は、上記間座３３に伝達される。又、この間座３３の内周縁は上記回転軸２の外周面に、締まりばめにより嵌合しているか、或は非円形周面同士で嵌合している。従って上記間座３３は、上記回転軸２と共に回転する。
【００３０】
又、上記回転軸２の一部で、前記ウォームホイール１０の設置部分と上記雄ねじ部２２の基端部との間部分には、厚肉円筒状の間筒３４を、滑り軸受３５を介して回転自在に支持している。そして、この間筒３４の外周面と前記ハウジング１の内周面との間に、一方向クラッチである、ローラクラッチ３６を設けている。即ち、内周面をカム面とした外輪３７を上記ハウジング１に内嵌固定し、この外輪３７がハウジング１に対し回転しない様にしている。そして、この外輪３７の内周面と上記間筒３４の外周面との間に、複数本のローラ３８、３８を設けている。周知の様にこれら各ローラ３８、３８は、図示を省略した、上記外輪３７に対し回転しない保持器との間に設けられたばねにより、円周方向一方向に弾性的に押圧されている。従って、上記間筒３４が所定方向に回転する場合には、上記各ローラ３８、３８が上記カム面に食い込む事なく、この間筒３４の回転が許容される。これに対して、上記間筒３４が逆方向に回転すると、上記各ローラ３８、３８が上記カム面に食い込み、上記間筒３４がハウジング１の内側で回転しなくなる。
【００３１】
更に、上記間筒３４の軸方向一端面（図１〜２の右端面）と上記間座３３との間には、スラストプレート３９を挟持している。このスラストプレート３９は、少なくとも両側面を摩擦係数が或る程度大きな材料により造っており、相手面である前記間座３３の片面及び上記間筒３４の端面と摩擦係合する。但し、摩擦係合状態を一定にする為、間座３３と間筒３４とが相対回転した状態では、何れか一方の摩擦係合面が摺動（相対変位）し、他方の摩擦係合面が相対変位する事のない様にしている。従って、間座３３の片面とスラストプレート３９の片面、或はスラストプレート３９の他面と間筒３４の端面とは接着しても良い。
【００３２】
尚、図示の参考例の場合には、前記回転軸２の基端部に螺着したナット４０と前記玉軸受３ａの内輪との間に平座金４１を設け、前記ウォームホイール１０が上記回転軸２から抜け出る事を防止している。但し、この平座金４１に代えて、皿ばねを設け、この皿ばねにより上記ウォームホイール１０を、回転軸２の中央部に向け弾性的に押圧しても良い。この場合には、前記減速機９の構成各部材同士の隙間を調整したり、摩耗に基づく隙間を補正する事で、減速機９の作動音を低減する事ができる。
【００３３】
上述の様に構成する本発明に関する参考例の電動式リニアアクチュエータは、例えば前記ハウジング１の基端部（図１〜２の左端部）に形成した固定側取付部４２を固定部材に、前記出力軸２６の先端部（図１〜２の右端部）を、この先端部に設けた取付孔４３を介して変位部材に、それぞれ支持する。この変位部材は上記固定部材に近づく方向に変位する傾向となっているので、本参考例の電動式リニアアクチュエータは、上記出力軸２６に圧縮方向のスラスト荷重が加わる状態で使用される。
【００３４】
尚、図示の参考例では、上記固定側取付部４２の端面を平坦面としている。従って、この平坦面を上記固定部材の平坦面に突き当てた状態で、この固定側取付部４２を上記固定部材に結合固定すれば、上記出力軸２６に、例えば図１に矢印で示す方向、即ち、出力軸２６の軸方向に対して角度θをなす方向に、力Ｆ0 が作用する事により、この出力軸２６に曲げ方向の力Ｆ0sinθが作用した場合でも、この曲げ方向の力Ｆ0sinθを受ける事ができる。この際、この曲げ方向の力Ｆ0sinθが、前記回転軸２に設けた雄ねじ部２２に作用する傾向となるが、上記出力軸２６の中間部が前記ブッシュ４４に当接すると共に、上記出力軸２６の基端部に結合したナット部材２３の一部が前記カバー２８の一部に当接する為、上記曲げ方向の力Ｆ0sinθは上記雄ねじ部２２に作用しない。従って、上記出力軸２６に対して曲げ方向の力が作用した場合でも、小径である回転軸２にこの力が作用する事を防止すると共に、上記雄ねじ部２２及び上記ナット部材２３に設けた雌ねじ部２４が破損する事を防止できる。
【００３５】
上述の様に組み付けられた状態で本発明に関する参考例の電動式リニアアクチュエータは、次の様に作用する事により、電動モータ７の駆動軸８の回転方向に基づいて上記出力軸２６を軸方向に亙って変位させる。
【００３６】
先ず、上記電動モータ７の駆動軸８を正転させ、上記出力軸２６を上記スラスト荷重に抗し変位させる事で、電動式アクチュエータを伸長させる際の作用に就いて説明する。この場合には、減速機９を介して回転軸２が所定方向に回転し、ローラクラッチ３６はロックする事なく、間筒３４はハウジング１に対して回転自在である。従ってこの状態では、間筒３４とスラストプレート３９と間座３３とは回転軸２と共に回転し、これら各部材３４、３９、３３の存在がこの回転軸２の回転に対して抵抗となる事はない。又、ローラクラッチ３６はころ軸受の如く作用して、上記間筒３４の回転を許容する。従って、一方向クラッチであるローラクラッチ３６の存在が、回転軸２の回転に対して抵抗となる事もない。
【００３７】
この結果、上記駆動軸８の正転に伴って上記回転軸２が、所定方向に円滑に回転する。そして、この回転軸２に設けた多条の雄ねじ部２２に螺合した、ナット部材２３が軸方向（図１〜２の右方）に変位し、上記出力軸２６を上記スラスト荷重に抗して変位させる。この際、上述した様に、逆転防止機構を構成する上記間筒３４とスラストプレート３９と間座３３とローラクラッチ３６との存在が出力軸２６を変位させる事に対して抵抗とはならない。従って、上記電動モータ７の駆動力は上記出力軸２６を変位させる事に有効に使われる。この結果、電動モータ７として特に大型のものを使用したり、或は減速機９の減速比（トルクの増大比）を大きくしなくても、十分に電動式リニアアクチュエータを伸長させる事ができる。又、次述する様に、減速機９は必ずしも逆転不能な構造である必要はない。従って、本参考例の様にウォーム減速機を使用する場合でも、ウォームギヤのリード角を大きくする事で噛合効率を向上させ、小型の電動モータ７で十分な動作速度を確保する事ができる。
【００３８】
次に、上記駆動軸８を停止させた状態では、上記スラスト荷重に基づいて出力軸２６からナット部材２３を介して雄ねじ部２２に加わる力により、上記回転軸２が上記所定方向とは反対方向に回転する傾向となる。同時に上記間筒３４が、この回転軸２と同方向に回転する傾向となる。この結果、上記ローラクラッチ３６がロックし、上記間筒３４がハウジング１に対して回転しなくなる。この状態で上記回転軸２を回転させる為には、上記スラストプレート３９の側面と相手面である上記間筒３４の端面（或は上記間座３３の片面）とを滑らせる必要がある。従って、これらスラストプレート３９の側面と間筒３４の端面（或は間座３３の片面）との間の摩擦係数を設計的に定められる所望値に規制する事により、上記スラスト荷重に基づいて上記回転軸２が回転する事を確実に防止できる。
【００３９】
次に、上記駆動軸８を逆転させた状態では、上記回転軸２には、上記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加えて、上記駆動軸８から減速機９を介して伝達されるトルクが、上記反対方向に加わる。従って上記駆動軸８は、上記スラストプレート３９の側面と間筒３４の端面（或は間座３３の片面）との間に作用する摩擦力に抗して回転する。この際、この摩擦力が上記駆動軸８の回転に対する抵抗となるので、この駆動軸８の回転が急激に行なわれる事が防止される。従って、上記スラストプレート３９の側面と間筒３４の端面（或は間座３３の片面）との間の摩擦係数、並びに電動モータ７の駆動トルクを適正値にすれば、小型の電動モータ７で電動式リニアアクチュエータの伸長だけでなく収縮を円滑に行なわせる事ができる。
【００４０】
次に、上記スラストプレート３９の側面と間筒３４の端面（或は間座３３の片面）との間の摩擦係数の設定方法に就いて説明する。尚、以下の説明で使用する符号の意味は、それぞれ次の通りである。又、減速機９が逆転防止に寄与する程度は無視する事と（減速機９に逆転防止機能は全くないと仮定）した。
Ｆ  ：  出力軸２６に圧縮方向に加わるスラスト荷重
μ  ：  スラストプレート３９の側面と間筒３４の端面（或は間座３３の片面）との間の摩擦係数
Ｄ  ：  スラストプレート３９の側面と間筒３４の端面（或は間座３３の片面）との接触部の平均直径
Ｌ  ：  ねじ部のリード
Ｔ  ：  電動式リニアアクチュエータを伸長させる為に、回転軸２に加えるべき作動トルク
Ｔ´：  圧縮方向のスラスト荷重に基づいて回転軸２に加わるトルク
Ｔb ：  スラストプレート３９の側面と間筒３４の端面との間の摩擦に基づくブレーキトルク
η  ：  駆動軸８の正転時に於けるねじ部の伝達効率
η´：  駆動軸８の逆転時に於けるねじ部の伝達効率
【００４１】
Ｔ＝（Ｆ・Ｌ）／（２・π・η）  −−−  （１）
であり、
Ｔ´＝（Ｆ・Ｌ・η´）／（２・π）  −−−  （２）
であり、
Ｔb ＝（μ・Ｆ・Ｄ）／２  −−−  （３）
である。
電動モータ７への通電停止時にも電動式リニアアクチュエータの全長がスラスト荷重により縮まらない為には、
Ｔb ＞Ｔ´  −−−  （４）
である必要がある。又、電動モータ７として、駆動トルクができるだけ小さいものを使用可能にする為には、電動式リニアアクチュエータの全長を収縮させる際に駆動軸８に要求する駆動トルクを、伸長させる際に駆動軸８に要求する駆動トルク以下にする事が好ましい。又、電動式リニアアクチュエータの収縮時に駆動軸８に要求される駆動トルクは、（Ｔb −Ｔ´）に比例する。従って、
Ｔ≧（Ｔb −Ｔ´）  −−−  （５）
である事が好ましい。（４）（５）式をまとめると、
Ｔ＋Ｔ´≧Ｔb ＞Ｔ´  −−−  （６）
となる。更にこの（６）式に前記（１）〜（３）式を代入すると、
（Ｌ／π・Ｄ）・｛η´＋（１／η）｝≧μ＞（Ｌ・η´）／（π・Ｄ）  −−−  （７）
【００４２】
ここで、本発明に関する参考例の電動式リニアアクチュエータの場合には、各ねじ部２２、２４を多条としている。この為、一般的な１条式のねじ部の場合にはリード角が３〜４度となるのに対して、各ねじ部２２、２４を、例えば、呼びがＭ１２でピッチが２mmの２条ねじとした場合には、リード角が６．６度となる。又、各ねじ部２２、２４のリードＬは、ピッチの２倍である４mmとなる。更に、本発明に関する参考例の場合には、ナット部材２３を合成樹脂製とし、相手部材である回転軸２を鋼等の金属製としている。従って、ナット部材２３の雌ねじ部２４にグリースを薄く塗布する事により、ねじ部の動摩擦係数μ0 として、凡そ０．０７付近（０．０５〜０．０９の範囲で変動する）のものが得られる。これに対して、ナット部材２３を、鋳鉄又は青銅等の一般的に用いられる材料から造った場合には、ねじ部の動摩擦係数μ0 として、凡そ０．１５付近（０．１０〜０．２０の範囲で変動する）のものが得られる。従って、本発明に関する参考例の場合には、ねじ部の動摩擦係数μ0 を小さく設定できる事が分かる。
【００４３】
次に、図４〜５には、ねじ部を圧力角が１５度である３０度台形ねじとした場合の、このねじ部のリード角及び動摩擦係数μ0 と、正効率η及び逆効率η´との関係を示している。これらの図から分かる様に、上述した様な２条ねじで、ねじ部の動摩擦係数μ0 を凡そ０．０７とした場合には、上記正効率ηが凡そ６２％で、上記逆効率η´が凡そ３９％と、それぞれの効率で高いものが得られる。そして、上述の様にして求めた、ねじ部のリードＬ及び正効率η及び逆効率η´を、Ｄ≒２０mmとして、上記（７）式に代入すると、スラストプレート３９の側面と間筒３４の端面（或は間座３３の片面）との間の摩擦係数μを、
０．１２７≧μ＞０．０２５  −−−  （８）
の範囲に規制すれば、小型の電動モータを使用して伸縮可能で、しかも電動モータへの非通電時に収縮する事のない電動式リニアアクチュエータを構成できる事が分かる。
【００４４】
尚、上記摩擦係数μの上限は、電動モータ７の出力に余裕がある場合は、０．１２７よりも若干大きな値に設定しても良い。又、尚、図４〜５から明らかなように、リード角が３〜４度である、一般的な１条ねじの場合には、正効率を十分に確保できないだけでなく、よほど上記摩擦係数μを小さくしないと（μ≦０．０５にしないと）電動モータ７の逆転に基づいて回転軸２を回転させる事ができない。
【００４５】
一方、前記(A) 〜(C) 、(E) 〜(H) に記載された従来技術の様に、本発明に関する参考例の場合のねじ部２２、２４に代えて、送りねじ機構をボールねじにより構成した場合で、例えば一般的に電動ベッドに組み込まれる電動式リニアアクチュエータの場合では、スラストプレート３９の側面と間筒３４の端面（或は間座３３の片面）との間の摩擦係数μ´は、
０．１６≧μ´＞０．０７  −−−  （９）
の範囲に規制する必要がある。この様に本参考例の場合には、送りねじ機構にボールねじを用いた場合よりも、上記摩擦係数μを小さく設定する事ができる。この様に摩擦係数μを小さくする為には、上記スラストプレート３９の側面にグリースを塗布する等の手段を採れる。
【００４６】
上述した様に本発明に関する参考例の電動式リニアアクチュエータの場合は、ボールねじでなく、多条のねじ部同士の螺合により、電動モータ７の回転運動を出力軸２６の直線運動に変換する事としている。しかも、鋼等の金属製である、回転軸２の雄ねじ部２２と螺合する、ナット部材２３を、合成樹脂製としている為、ねじ部での動摩擦係数μ0 を小さくできる。従って、本発明に関する参考例の場合は、電動モータ７の正転時及び逆転時での効率を十分に確保する事ができる。更に、本発明に関する参考例の場合には、送りねじ機構をボールねじにより構成していない為、複数のボールを設けずに済む分、コスト低減と軽量化とを図れる。更に、回転軸２がスラスト荷重に基づいて回転するのを防止する為に、ローラクラッチ３６を用いている為、上記回転軸２を上記所定方向と同方向に回転させる際の効率を低下させる事なく、しかも、上記スラスト荷重に基づいて出力軸２６が不用意に変位するのを確実に防止できる。
【００４７】
尚、上述のスラストプレート３９の側面と間筒３４の端面（又は間座３３の片面）との間の摩擦係数μの設定方法は、ねじ部２２、２４を２条とした場合に就いて説明したが、本発明に関する参考例はねじ部２２、２４を２条に限定したものではなく、３条等、他の多条のねじ部を採用する事ができる。例えば、ねじ部２２、２４を呼びがＭ１２でピッチが２mmの３条ねじとした場合には、ねじ部のリード角が９．８５度となる。又、この際、ねじ部２２，２４のリードＬは、ピッチの３倍である６mmとなる。従って、上述の図４〜５から分かるように、この場合のねじ部２２、２４の正効率ηは凡そ７０％となり、逆効率η´は凡そ５９％となる。この結果、上記スラストプレート３９の側面と上記間筒３４の端面（或は間座３３の片面）との間の摩擦係数μは、前述の（７）式から、
０．１９３≧μ＞０．０５６  −−−  （１０）
の範囲に規制すれば良い事が分かる。この様にして求めた（１０）式の摩擦係数μと、上記（９）式の摩擦係数μ´との関係を比較すると、ねじ部を３条とした場合には、送りねじ機構をボールねじにより構成した場合よりも上記摩擦係数μを広い範囲で設定する事ができる事が分かる。この様に摩擦係数μを広い範囲で設定できれば、スラストプレート３９の加工を容易にできる。
【００４８】
次に、図６は、本発明に関する参考例の第２例を示している。本参考例の場合は、上述した参考例の第１例の場合と異なり、引っ張り方向のスラスト荷重が加わる部分に使用する。この為に本参考例の場合には、ハウジング１の先端部（図６の右端部）内周面に形成した内向フランジ状の係止部４５と間筒３４の先端面（図６の右端面）との間にスラストプレート３９と間座３３とを、間筒３４の側から順に設けている。又、回転軸２は、１対の深溝型の玉軸受４６ａ、４６ｂによりハウジング１の内側に、回転自在に支持している。これら両玉軸受４６ａ、４６ｂは、ラジアル荷重だけでなくスラスト荷重も支承する。特に、間筒３４に対向する玉軸受４６ｂは大型のものを使用して、十分に大きなスラスト荷重を支承できる様にしている。又、上記間筒３４の外周面には滑り軸受４７を設けて、ハウジング１の内側での間筒３４の回転が、がたつきなく、しかも円滑に行なわれる様にしている。
【００４９】
上述の様に構成する本参考例の電動式リニアアクチュエータの使用時に、上記回転軸２に対して引っ張り方向に加わるスラスト荷重は、この回転軸２の基端部に係止した平座金４１、玉軸受４６ａの内輪４８、ウォームホイール１０、玉軸受４６ｂを介して、上記間筒３４に加えられる。本参考例の場合には、スラスト荷重が圧縮方向から引っ張り方向に変わった事に伴い、ローラクラッチ３６がロックする方向を変え（回転軸２が引っ張り方向のスラスト荷重により回転する傾向となった場合にロックする様にし）ている。又、本参考例の場合は、出力軸部材を、断面を矩形状、或は円弧状とした１対のアーム４９、４９同士を組み合わせる事により構成している。即ち、各アーム４９、４９の一部に設けた係止孔５０、５０に、ナット部材２３ａの外周面にそれぞれ設けた１対の係止突部５９、５９を係止する事により、上記各アーム５０、５０とナット部材２３ａとを結合している。それ以外の基本的な構成及び作用は、前述した参考例の第１例とほぼ同様である。
【００５０】
尚、図示は省略するが、出力軸部材の端部を、上記ナット部材２３ａの先端面（図６の右端面）に固定した構造とする事もできる。又、上述した各参考例の場合には、間筒３４の軸方向片側にのみスラストプレート３９を配置した場合に就いて説明したが、間筒３４の軸方向片側だけでなく他側にも他のスラストプレートを設ける事ができる。この場合には、回転軸２に設けた段部３２とこの回転軸２の基端部に固定したナット等の固定の部材との間で、上記間筒３４の軸方向両側に位置する部分に、１対のスラストプレートを設ける。
【００５１】
又、上述した各参考例は、回転軸２をハウジング１の内側に回転のみを自在に支持すると共に、ナット部材２３（２３ａ）をこの回転軸２に対して軸方向に亙る変位のみを自在に支持し、出力軸部材の軸方向に亙る変位を自在とした構造に就いて説明した。但し、本発明を実施する場合には、図７に、本発明の実施の形態の１例として示す様に、出力軸部材である、出力軸５１をハウジング１ａに対して軸方向に亙る変位のみを自在に支持すると共に、ナット部材５２を上記ハウジング１ａの内側に回転のみを自在に支持し、電動モータ７（図３参照）の出力を減速機９を介して上記ナット部材５２に伝達する構造で実施する。この場合には、このナット部材５２に対して軸方向に亙り変位自在な出力軸５１の先端部（図７の右端部）に相手部材を結合する事により、上記電動モータ７の回転に基づいて上記相手部材を変位させる事ができる。この場合、上記ナット部材５２を合成樹脂製とすると共に、上記出力軸５１を鋼等の金属製とし、上記ナット部材５２に設けた多条の雌ねじ部２４と、上記出力軸５１に設けた多条の雄ねじ部２２とを螺合させる。
【００５２】
図示の例では、上記ナット部材５２を、第一の転がり軸受である玉軸受５３により、上記ハウジング１ａの内側に回転のみ自在に支持している。又、この電動式リニアアクチュエータの使用時には、上記出力軸５１に対して、図７の左方向に圧縮方向のスラスト荷重が加えられる。又、上記減速機９を構成する為のウォームホイール１０は、上記ナット部材５２の外周面に締り嵌めにより外嵌固定し、更に必要に応じてキー等により、このナット部材５２に対する回転を不能としている。そして、このナット部材５２の基端部（図７の左端部）周囲に間筒５４の先端部（図７の右端部）を、滑り軸受５５を介して、回転自在に支持している。又、上記間筒５４とハウジング１ａとの間で軸方向に亙り離隔した部分にはローラクラッチ３６と、第二の転がり軸受である、玉軸受５６とを、それぞれ設け、更に、上記間筒５４の先端部に形成した鍔部５７の片面と、上記ナット部材５２の中間部外周面に形成した段部５８との間に、間座３３とスラストプレート３９とを、それぞれ設けている。この構成により、上記電動モータ７の駆動軸８（図３参照）の停止時に、上記スラスト荷重に基づき上記ナット部材５２が逆回転するのを防止する逆転防止機構を構成している。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の電動式リニアアクチュエータは、以上に述べた通り構成され作用するので、十分な効率を確保し、しかも出力軸部材が不用意に変位するのを確実に防止すると共に、コスト低減と軽量化とを図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関する参考例の第１例を示す断面図。
【図２】  図１のＡ部拡大図。
【図３】  図２のＢ−Ｂ断面図。
【図４】  ３０度台形ねじに於ける、ねじ部のリード角及び動摩擦係数と正効率との関係を示す図。
【図５】  ３０度台形ねじに於ける、ねじ部のリード角及び動摩擦係数と逆効率との関係を示す図。
【図６】  本発明に関する参考例の第２例を示す要部断面図。
【図７】  本発明の実施の形態の１例を示す断面図。
【符号の説明】
１、１ａ  ハウジング
２    回転軸
３ａ、３ｂ  玉軸受
４    外輪
５    止め輪
６    取付フランジ
７    電動モータ
８    駆動軸
９    減速機
１０    ウォームホイール
１１    キー溝
１２    キー溝
１３    キー
１４    ウォーム
１５ａ、１５ｂ  玉軸受
１６    外輪
１７    板ばね
１８    スタッド
１９    ロックナット
２０    切り欠き
２１    突片
２２    雄ねじ部
２３、２３ａ  ナット部材
２４    雌ねじ部
２５    結合筒部
２６    出力軸
２７    凹部
２８    カバー
２９ａ、２９ｂ  リミットスイッチ
３０    小径筒部
３１    大径筒部
３２    段部
３３    間座
３４    間筒
３５    滑り軸受
３６    ローラクラッチ
３７    外輪
３８    ローラ
３９    スラストプレート
４０    ナット
４１    平座金
４２    固定側取付部
４３    取付孔
４４    ブッシュ
４５    係止部
４６ａ、４６ｂ  玉軸受
４７    滑り軸受
４８    内輪
４９    アーム
５０    係止孔
５１    出力軸
５２    ナット部材
５３    玉軸受
５４    間筒
５５    滑り軸受
５６    玉軸受
５７    鍔部
５８    段部
５９    係止突部
【図１】
0003959872.tif 000002
【図２】
0003959872.tif 000003
【図３】
0003959872.tif 000004
【図４】
0003959872.tif 000005
【図５】
0003959872.tif 000006
【図６】
0003959872.tif 000007
【図７】
0003959872.tif 000008