(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ボールナットと、このボールナットの内側に、軸方向に亙る変位のみ自在に挿通された出力軸と、この出力軸の途中に設けられ、複数のボールを介して上記ボールナットと螺合したボールねじ部と、上記出力軸の周囲で上記ボールナットから軸方向にずれた位置に、この出力軸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、上記間筒の一部と上記ボールナットの一部との間で軸方向に亙り挟持された摩擦プレートと、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事を特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
上記ボールナットを回転駆動する為の減速機を構成するギヤがこのボールナットの外周面に固設されている、請求項１に記載したリニアアクチュエータ。
【請求項３】
上記出力軸から上記ボールナットに加わる外力が、常に上記摩擦プレートを介して上記第二の転がり軸受にスラスト荷重を付加する方向に作用する状態で使用される、請求項１〜２の何れかに記載したリニアアクチュエータ。
【請求項４】
上記摩擦プレートが、上記間筒と上記ボールナットとの間に挟持されている、請求項１〜３の何れかに記載したリニアアクチュエータ。
【請求項５】
上記摩擦プレートの軸方向片面が、上記間筒の軸方向端面に直接突き当てられ、この摩擦プレートの軸方向他面が間座を介して上記ボールナットの軸方向端面に突き当てられている、請求項４に記載したリニアアクチュエータ。
【請求項６】
摩擦プレートの側面と間筒との間の摩擦係数をμとし、これら摩擦プレートの側面と間筒との接触部の平均直径をＤとし、ボールねじのリードをＬとし、ボールナットの正転時に於けるボールねじの伝達効率をηとし、同じく逆転時に於ける伝達効率をη´とした場合に、
（Ｌ／π・Ｄ）・｛η´＋（１／η）｝≧μ＞（Ｌ・η´）／（π・Ｄ）
を満たす事を特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載したリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係る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、リフター、車載ジャッキ等、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】
例えば介護用ベッドにはリニアアクチュエータを組み込み、手動ハンドル或は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) 手動ハンドル或は電動モータの回転運動を、出力軸の軸方向運動（直線運動）に変換する機能。
(2) 手動ハンドル或は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、出力軸が変位しない様にする機能。
この(1)(2)の様な機能を得るべく、従来から次の▲１▼〜▲７▼に記載された様なリニアアクチュエータが知られている。
【０００３】
▲１▼  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】
▲２▼  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
▲３▼  特開昭６３−４７５５７号公報
▲４▼  特開昭５０−３１５５３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】
▲５▼  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】
▲６▼  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】
▲７▼  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により、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】
上記▲１▼〜▲７▼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。
▲１▼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。又、手動ハンドルによりアクチュエータを駆動する場合には、この手動ハンドルを多数回回転させなければならず、操作が面倒である。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。
▲２▼▲３▼▲４▼に記載された従来技術の場合
これらの場合には、手動ハンドル或は電動モータにより送りねじ機構を介して出力軸を変位させる際に、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。
▲５▼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、手動ハンドル或は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。
▲６▼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。
▲７▼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。
【０００９】
【先発明の説明】
上述の様な不都合を解消すべく、本発明者は先に、図８〜９に示す様なリニアアクチュエータを発明した（特願平７−１３９６９９号）。先ず、この先発明に係るリニアアクチュエータに就いて説明する。
この図８〜９に示したリニアアクチュエータは、例えば手動ハンドルを操作する事により背もたれの角度を調節する介護用ベッドの角度調節装置の様に、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の基端部（図８〜９の左端部）の直径方向反対位置に設けられた１対のねじ孔２、２には、それぞれ図示しないボルトの端部を螺合させて、上記ハウジング１を上記介護用ベッドのフレーム等に、揺動自在に支持する。
【００１０】
この様なハウジング１の内側には回転軸３の基端部（図８〜９の左端部）を、深溝型の玉軸受４により、回転のみ自在に支持している。この玉軸受４は、上記回転軸３に加わるラジアル荷重の他、上記圧縮方向のスラスト荷重も支承する。この為、上記玉軸受４を構成する外輪５の軸方向片端面（図８〜９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６に突き当てている。
【００１１】
又、上記回転軸３の基端で上記玉軸受４から突出した部分には、自在継手７を構成する一方（図８の右方）のヨーク８を、スプリングピン９により結合固定している。そして、上記自在継手７を構成する他方（図８の左方）のヨーク１０に、入力部である手動ハンドル１１の端部を結合している。この手動ハンドル１１は、リニアアクチュエータを伸縮させる際に、作業者が手で回転させる。
【００１２】
一方、上記回転軸３の基端部を除く部分には、断面が円弧形の螺旋溝を形成する事により、ボールねじ部１２としている。そしてこのボールねじ部１２の周囲にボールナット１３を、複数のボール１４、１４を介して螺合させている。そしてこのボールナット１３の先端部（図８〜９の右端部）に形成した結合筒部１５に、円筒状の出力軸１６の基端部（図８〜９の左端部）を螺合固定している。又、上記ボールナット１３及び出力軸１６の周囲は、テーパ円筒状のカバー１７により覆っている。尚、上記出力軸１６及びボールナット１３は、この出力軸１６の先端部（図８の右端部）を介護用ベッドの背もたれ部分等の所定部分に結合する事により、回転防止が図られる。従って、リニアアクチュエータの組み付け状態では、上記ボールナット１３は上記回転軸３の周囲に、この回転軸３の軸方向（図８〜９の左右方向）に亙る変位のみを自在に支持される。尚、上記カバー１７は、合成樹脂、或は金属により造られており、その基端部（図８〜９の左端部）内周面に形成された突条１８を前記ハウジング１の外周面に形成した凹溝１９に係止し、更にバンド２０で締め付ける事により、上記ハウジング１に結合固定している。
【００１３】
又、前記回転軸３の一部で上記ボールねじ部１２の基端部分（図８〜９の左端部分）には、このボールねじ部１２側が大径となった段部２１を形成している。そして、この段部２１に、円輪形の間座２２の内周縁部に形成した円筒部２３の軸方向片面（図８〜９の右側面）を突き当てている。従って、上記回転軸３に図８〜９の左方向に加わる圧縮スラスト荷重は、上記間座２２に伝達される。又、この間座２２の内周縁は上記回転軸３の外周面に、締まり嵌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２２は、上記回転軸３と共に回転する。
【００１４】
又、上記回転軸３の一部で、前記ヨーク８の設置部分と上記間座２２との間部分には、滑り軸受２４を外嵌している。前記玉軸受４を構成する内輪２５は、この滑り軸受２４の端部に外嵌している。又、この滑り軸受２４の残り部分の周囲には、円筒状の間筒２６を、回転自在に支持している。そして、この間筒２６の外周面と前記ハウジング１の内周面との間に、一方向クラッチの一種であるローラクラッチ２７を設けている。即ち、内周面をカム面とした外輪２８を上記ハウジング１に内嵌固定し、この外輪２８がハウジング１に対して回転しない様にしている。そして、この外輪２８の内周面と上記間筒２６の外周面との間に、複数本のローラ２９、２９を設けている。周知の様にこれら各ローラ２９、２９は、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している。従って、上記間筒２６が所定方向に回転する場合には、上記各ローラ２９、２９が上記カム面に食い込む事なく、この間筒２６の回転を許容する。これに対して、上記間筒２６が上記所定方向とは反対方向に回転すると、上記各ローラ２９、２９が上記カム面に食い込み、上記間筒２６がハウジング１の内側で回転しなくなる。
【００１５】
更に、上記間筒２６の軸方向一端部（図８〜９の右端部）外周面には、外向フランジ状の鍔部３０を形成し、この鍔部３０の片面（図８〜９の右側面）を、上記間筒２６の軸方向一端面としている。そして、この鍔部３０の片面と上記間座２２との間に、摩擦プレート３１を挟持している。この摩擦プレート３１は、少なくとも軸方向両側面を摩擦係数の大きな材料により造られて、相手面である前記間座２２の片面（図８〜９の左面）及び上記間筒２６の軸方向一端面である上記鍔部３０の片面と摩擦係合する。但し、摩擦係合状態を一定にする為、間座２２と間筒２６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しない様にする。従って、一方の対向面（例えば、間座２２の片面と摩擦プレート３１の片面）は接着しても良い。この場合、接着する側の面の摩擦係数は特に問わない事は勿論である。
【００１６】
上述の様に構成される先発明のリニアアクチュエータは、前述の様に、前記ハウジング１の基端部に形成したねじ孔２、２に螺合したボルトにより、このハウジング１を揺動自在に支持する。又、前記出力軸１６の先端部に形成した変位側取付部３２を変位軸に、それぞれ枢支する。この変位軸は上記ボルトに近づく方向に変位する傾向となっているので、この先発明のリニアアクチュエータは、上記出力軸１６に圧縮方向の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先発明のリニアアクチュエータは、次の様に作用する事により、前記手動ハンドル１１の回転方向に基づいて上記出力軸１６を軸方向に亙り変位させる。
【００１７】
先ず、上記手動ハンドル１１を所定方向に回転させ、上記出力軸１６を上記スラスト荷重に抗し変位させる事により、リニア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。この場合には自在継手７を介して回転軸３が所定方向に回転し、ローラクラッチ２７はロックする事なく、間筒２６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２６と摩擦プレート３１と間座２２とは回転軸３と共に回転し、これら各部材２６、３１、２２の存在がこの回転軸３の回転に対し抵抗とはならない。又、ローラクラッチ２７はラジアルニードル軸受の如く作用して、上記間筒２６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２７の存在も、回転軸３の回転に対し抵抗とはならない。
【００１８】
この結果、上記手動ハンドル１１の回転に伴って上記回転軸３が、所定方向に円滑に回転する。そして、この回転軸３のボールねじ部１２に螺合したボールナット１３が、このボールねじ部１２の先端方向（図８〜９の右方向）に変位し、上記出力軸１６を上記スラスト荷重に抗して変位させる。この際、上述の様に、逆転防止機構を構成する上記間筒２６と摩擦プレート３１と間座２２とローラクラッチ２７との存在が、出力軸１６を変位させる事に対して抵抗とはならない。従って、上記手動ハンドル１１の駆動力は、上記出力軸１６を変位させる事に有効に使われる。この結果、作業者が手動ハンドル１１に加える力を徒に大きくしなくても、十分にリニアアクチュエータを伸長させる事ができる。
【００１９】
次に、上記手動ハンドル１１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１６からボールナット１３、複数のボール１４、１４を介してボールねじ部１２に加わる力により、上記回転軸３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２６が、この回転軸３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２７がロックし、上記間筒２６がハウジング１に対して回転しなくなる。この状態では、上記回転軸３を回転させる為には、例えば上記摩擦プレート３１の側面と相手面である前記鍔部３０の片面とを滑らせる必要がある。従って、これら摩擦プレート３１の側面と鍔部３０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３が回転する事を防止できる。
【００２０】
更に、上記手動ハンドル１１を、上記所定方向とは反対方向に回転させた状態で上記回転軸３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、上記手動ハンドル１１から自在継手７を介して伝達されるトルクが、上記反対方向に加わる。従って上記手動ハンドル１１は、上記摩擦プレート３１の側面と鍔部３０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、この摩擦力が上記手動ハンドル１１の回転に対する抵抗となるので、この手動ハンドル１１の回転が急激に行なわれる事が防止される。従って、上記摩擦プレート３１の側面と鍔部３０の片面との間の摩擦係数を適正値にすれば、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。
【００２１】
上記摩擦プレート３１の側面と鍔部３０の片面との間の摩擦係数の設定方法は次の通りである。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、この説明に使用する図１０では、間筒２６を厚肉円筒状に形成しているが、この間筒２６の作用自体は、図８〜９に示したものと同様である。
Ｆ  ：  出力軸１６に圧縮方向に加わるスラスト荷重
μ  ：  摩擦プレート３１の側面と間筒２６の軸方向一端面（図８〜９に於ける鍔部３０の片面）との間の摩擦係数
Ｄ  ：  摩擦プレート３１の側面と間筒２６の軸方向一端面（図８〜９に於ける鍔部３０の片面）との接触部の平均直径
Ｌ  ：  ボールねじのリード
Ｔ  ：  リニアアクチュエータを伸長させる為に、回転軸３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３に加わるトルク
Ｔb ：  摩擦プレート３１の側面と間筒２６の軸方向一端面（図８〜９に於ける鍔部３０の片面）との間の摩擦に基づくブレーキトルク
η  ：  手動ハンドル１１の正転時に於けるボールねじの伝達効率
η´：  手動ハンドル１１の逆転時に於けるボールねじの伝達効率
【００２２】
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。
手動ハンドル１１から手を離した状態でも、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、作業者が手動ハンドル１１に加えるトルクを小さく抑える為には、リニアアクチュエータの全長を収縮させる際に手動ハンドル１１に加えるべきトルクを、伸長させる際に手動ハンドル１１に加えるべきトルク以下にする事が好ましい。又、リニアアクチュエータの収縮時に手動ハンドル１１に加えるべきトルクは、（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）
例えば、介護用ベッドに組み込まれるリニアアクチュエータの場合には、Ｌ≒５mm、Ｄ≒２０mm、η≒η´≒０．９程度のものが造られる。この条件を上記（７）式に代入すると、
０．１６≧μ＞０．０７  −−−  （８）
とする事により、手動ハンドル１１に加えるべきトルクを小さくして、しかもこの手動ハンドル１１から手を離した状態で収縮する事のないリニアアクチュエータを構成できる事が分る。
【００２３】
尚、図８〜１０の例は、リニアアクチュエータに圧縮方向の荷重が加わる場合を示しているが、構成各部材の軸方向に亙る配列順序を図８〜１０とは逆にする事により、引っ張り方向に亙るスラスト荷重が加わる部分にも使用できる。更には、軸方向に亙る配列順序を互いに逆方向にした構成各部材を２組設ける事により、両方向のスラスト荷重が加わる部分にも使用できる。これらは何れも、前記特願平７−１３９６９９号に開示されている。又、伸縮作業を電動式に行なわせる構造も、特願平７−１２３７２１号に記載されている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成され作用する、先発明に係るリニアアクチュエータは、前述の従来から知られた構造が有する不都合を何れも解消する事ができる。但し、より実用性を高める為には、小型軽量化を図れる構造にする事が望まれる。即ち、先発明の構造の場合には、回転軸３を軸方向に変位させずにボールナット１３を軸方向に変位させ、このボールナット１３にその基端部を結合固定した円筒状の出力軸１６を押し引きする構造である為、リニアアクチュエータ全体として直径が大きくなり、大型化する。
【００２５】
又、上記回転軸３を回転駆動する為の入力部と上記ボールナット１３とを、軸方向にずらせた状態で配置する必要がある為、この面からもリニアアクチュエータが大型化する。例えば、リニアアクチュエータを電動式とする場合には、電動モータにより上記回転軸３を、ウォーム減速機等の減速機を介して回転駆動させる必要があるが、上記先発明に係る構造の場合には、ウォーム減速機を構成するウォーム車を、上記回転軸３の一部で上記ボールナット１３から軸方向にずれた位置に設けなければならない。この為、上記回転軸３の長さ寸法が、得られるストロークに比べて長くなり、リニアアクチュエータが、外径寸法だけでなく長さ寸法も大きくなる。
本発明のリニアアクチュエータは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００２６】
【課題を解決する為の手段】
本発明のリニアアクチュエータは、ハウジングと、ボールナットと、出力軸と、ボールねじ部と、間筒と、第二の転がり軸受と、摩擦プレートと、一方向クラッチとを備える。
このうち、上記ボールナットは、上記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している。
又、上記出力軸は、上記ボールナットの内側に、軸方向に亙る変位のみ自在に挿通している。
又、上記ボールねじ部は、上記出力軸の途中に設けて、複数のボールを介して、上記ボールナットと螺合している。
又、上記間筒は、上記出力軸の周囲で上記ボールナットから軸方向にずれた位置に、この出力軸に対する回転を自在に支持している。
又、上記第二の転がり軸受は、上記間筒と上記ハウジングとの間に設けて、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。
又、上記摩擦プレートは、上記間筒の一部と上記ボールナットの一部との間で、軸方向に亙り挟持している。
更に、上記一方向クラッチは、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。
【００２７】
【作用】
上述の様に構成される本発明のリニアアクチュエータは、出力軸に対してスラスト荷重が加わる状態で組み付ける。そして、次の様に作用する事により、ボールナットに付与された回転力の方向に基づいて、出力軸を軸方向に変位させる。
先ず、上記ボールナットを所定方向に回転させ、上記出力軸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。この際には、上記ボールナットを所定方向に回転させると、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する。従ってこの状態では、間筒と摩擦プレートとはボールナットと共に回転し、これら各部材の存在がこのボールナットの回転に対して抵抗にならない。この結果、上記ボールナットが、所定方向に円滑に回転する。そして、その中間部に設けたボールねじ部を上記ボールナットに螺合させた出力軸が、上記スラスト荷重に抗して軸方向に変位する。
次に、上記ボールナット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のボールねじ部から複数のボールを介してボールナットに加わる力により、上記ボールナットが上記所定方向と反対方向に回転する傾向となる。同時に上記間筒が、このボールナット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、上記間筒がハウジングに対して回転しなくなる。この状態で上記ボールナットを回転させる為には、上記摩擦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、これら摩擦プレートの側面と相手面との間の摩擦係数を、前述の様にして設計的に定められる所望値に規制すれば、上記スラスト荷重に基づいて上記ボールナットが回転する事を防止できる。
次に、上記ボールナットを、上記所定方向と反対方向に回転させた状態では、上記ボールナットに、上記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加えて、上記反対方向に回転させるトルクが加わる。従って上記ボールナットは、上記摩擦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、この摩擦力が上記ボールナットの回転に対する抵抗となるので、このボールナットが急激に回転する事が防止される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本発明のリニアアクチュエータは、ハウジング３３と、ボールナット１３ａと、出力軸５１と、ボールねじ部１２と、ギヤであるウォームホイール３４と、間筒２６ａと、第二の転がり軸受である深溝型の玉軸受４ａと、摩擦プレート３１と、一方向クラッチであるローラクラッチ２７とを備える。
【００２９】
このうちのボールナット１３ａは、上記ハウジング３３の内側に、第一の転がり軸受である深溝型の玉軸受３５を介して、回転のみ自在に支持している。即ち、上記ハウジング３３の先端側（図１の右端側）に円輪状の蓋体３６を螺合固定し、この蓋体３６の外周縁部に形成した円筒部３７の内周面に上記玉軸受３５を構成する外輪を内嵌固定し、上記ボールナット１３ａの先端部（図１の右端部）に上記玉軸受３５を構成する内輪を外嵌固定している。この様にして上記ボールナット１３ａを上記ハウジング３３の内側に、回転のみ自在に支持している。
【００３０】
又、上記出力軸５１は、上記ボールナット１３ａの内側に、軸方向（図１の左右方向、図２の表裏方向）に亙る変位のみ自在に挿通している。即ち、この出力軸５１は、上記ボールナット１３ａ及び上記ハウジング３３を挿通して、その両端部（図１の左右方向両端部）を、このハウジング３３の両端開口から突出させている。そして、この出力軸５１の基端部（図１の左端部）にはストッパ３８を螺合固定し、同じく先端部（図１の右端部）には接合用フランジ３９を、ピン４０により結合固定している。この接合用フランジ３９は、ねじ等により、図示しない相手部材に接合する。この状態で上記出力軸５１はこの相手部材に対して、軸方向に亙る変位のみ自在（回転不能）に接合される。又、この出力軸５１にはこの相手部材から、圧縮方向（図１の左方向）のスラスト荷重が加えられる。
【００３１】
又、上記ボールねじ部１２は、上記出力軸５１の途中に設けており、複数のボール１４、１４を介して、上記ボールナット１３ａと螺合している。尚、このボールナット１３ａには、上記ボール１４、１４を循環させる為のチューブ４１を付設している。この部分の構成及び作用に就いては、従来から周知のボールねじ機構と同様である。
【００３２】
又、前記ウォームホイール３４は、上記ボールナット１３ａの外周面に固設され、このボールナット１３ａを回転駆動する為のウォーム減速機４２を構成する。即ち、上記ボールナット１３ａの外周面には上記ウォームホイール３４を、締まり嵌めにより外嵌固定し、更に必要に応じて、キー等により上記ボールナット１３ａに対する回転を防止している。一方、上記ウォームホイール３４と噛合する事により、ウォーム減速機４２を構成するウォーム４３は、上記出力軸５１に対し捩れの位置関係で配置している。そして、このウォーム４３の軸方向両端部（図２の左右両端部）は、１対の玉軸受４４、４４により前記ハウジング３３の内側に、回転のみ自在に支持している。この様なウォーム４３の基端部（図２の右端部）に形成した切り割り４５には、電動モータ５０の回転駆動軸４６の先端部（図２の左端部）に形成した扁平部４７を係合させている。従って上記ボールナット１３ａは、上記電動モータ５０への通電状態を切り換える事により、上記ウォーム減速機４２を介して、任意の方向に回転駆動自在である。
【００３３】
又、前記間筒２６ａは、上記出力軸５１の周囲で上記ボールナット１３ａから軸方向（図１の左方向）にずれた位置に、この出力軸５１に対する回転を自在に支持している。即ち、上記ボールナット１３ａの基端部（図１の左端部）に形成した円筒部４８の周囲に上記間筒２６ａの先端部（図１の右端部）を、滑り軸受２４ａを介して、回転自在に支持している。又、この間筒２６ａと前記ハウジング３３との間には、前記第二の転がり軸受である玉軸受４ａを設けている。上記間筒２６ａの先端部外周面には鍔部３０ａを形成しており、上記間筒２６ａに外嵌した上記玉軸受４ａの内輪の端面を、この鍔部３０ａに突き当てている。又、上記ハウジング３３の内周面には段部４９を形成しており、このハウジング３３に内嵌した上記玉軸受４ａの外輪の端面を、上記段部４９に突き当てている。従って上記玉軸受４ａは、上記間筒２６ａに（図１の左方向に）加わるスラスト荷重を支承しつつ、この間筒２６ａの回転を許容する。
【００３４】
又、前記摩擦プレート３１は、上記間筒２６ａの先端部外周面に形成した上記鍔部３０ａと、上記ボールナット１３ａの中間部に外嵌固定した円輪状の間座２２ａとの間で、軸方向（図１の左右方向）に亙り挟持している。この摩擦プレート３１と相手面との摩擦係数は、前述の図１０で説明した先発明の場合と同様にして、設計的に定める。即ち、上記摩擦プレート３１の側面と上記間筒２６ａとの間の摩擦係数をμとし、これら摩擦プレート３１の側面と間筒２６ａとの接触部の平均直径をＤとし、前記ボールねじ部１２と前記ボールナット１３ａとにより構成するボールねじのリードをＬとし、このボールナット１３ａの正転時に於けるボールねじの伝達効率をηとし、同じく逆転時に於ける伝達効率をη´とした場合に、
（Ｌ／π・Ｄ）・｛η´＋（１／η）｝≧μ＞（Ｌ・η´）／（π・Ｄ）
を満たす様に、上記摩擦係数を設定する。この式は、前述の先発明の説明部分に記載した（７）式と同じである。
【００３５】
更に、前記ローラクラッチ２７は、上記間筒２６ａの基端部（図１の右半部）外周面と上記ハウジング３３の内周面との間に設けている。即ち、このローラクラッチ２７は、内周面をカム面とした外輪２８と、複数のローラ２９、２９と、これら複数のローラ２９、２９を円周方向一方向に押圧するばねを備えた保持器（図示省略）とから構成している。この様なローラクラッチ２７は、前記スラスト荷重に基づいて上記間筒２６ａが回転しようとする際にロックする。
【００３６】
上述の様に構成される本発明のリニアアクチュエータは、前述した様に、出力軸５１に対して圧縮方向のスラスト荷重が加わる状態で組み付ける。そして、次の様に作用する事により、ウォーム減速機４２からボールナット１３ａに付与する回転力の方向に基づいて、出力軸５１を軸方向に変位させる。
【００３７】
先ず、前記電動モータ５０への通電に基づき、上記ウォーム減速機４２を介してボールナット１３ａを所定方向に回転させ、上記出力軸５１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。この際には、上記ウォーム減速機４２を介してボールナット１３ａを所定方向に回転（正転）させると、ローラクラッチ２７はロックする事なく、間筒２６ａはハウジング３３に対して回転する。従ってこの状態では、間筒２６ａと摩擦プレート３１とは、間座２２ａ及びボールナット１３ａと共に回転し、これら各部材２６ａ、３１、２２ａの存在が、このボールナット１３ａの回転に対して抵抗にならない。この結果、上記ボールナット１３ａが、所定方向に円滑に回転する。
【００３８】
そして、その中間部に設けたボールねじ部１２を上記ボールナット１３ａに螺合させた出力軸５１が、上記スラスト荷重に抗して軸方向（図１の右方向）に変位する。この結果、リニアアクチュエータが伸長する（全長が延びる）。上記スラスト荷重に抗しての上記出力軸５１の変位は、前記ストッパ３８と上記ハウジング３３の基端面（図１の左端面）とが衝合する事により停止する。即ち、これらストッパ３８と上記基端面とが衝合した状態では、上記電動モータ５０に流れる電流が増大する。そこで、この電流の増大を検知してこの電動モータ５０への通電を停止すれば、特にリミットスイッチ等を設けなくても、リニアアクチュエータが伸長し切った状態で、上記電動モータ５０への通電停止を行なえる。
【００３９】
次に、上記ボールナット１３ａを停止させた状態では、前記接合用フランジ３９を介して加わる圧縮方向のスラスト荷重に基づき、上記出力軸５１のボールねじ部１２から複数のボール１４、１４を介してボールナット１３ａに加わる力により、このボールナット１３ａ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２６ａが、前記間座２２ａ及び摩擦プレート３１を介して、上記ボールナット１３ａ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２７がロックし、上記間筒２６ａがハウジング３３に対して回転しなくなる。この状態では、上記ボールナット１３ａを回転させる為には、上記摩擦プレート３１の側面と相手面とを滑らせる必要がある。従って、これら摩擦プレート３１の側面と相手面との間の摩擦係数を、前述の様にして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ボールナット１３ａが回転する事を防止できる。即ち、この状態でリニアアクチュエータは、上記圧縮方向のスラスト荷重に拘らず、収縮する事がない。
【００４０】
次に、上記ウォーム減速機４２を介して上記ボールナット１３ａを、上記所定方向と反対方向に回転（逆転）させた状態では、上記ボールナット１３ａに、上記スラスト荷重に基づいて加わるトルクに加えて、上記ウォーム減速機４２を介して加えられるトルクが、上記反対方向に加わる。従って上記ボールナット１３ａは、上記摩擦プレート３１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。そして、前記出力軸５１が上記ハウジング３３内に引き込まれて、リニアアクチュエータが収縮する。この際、この摩擦力が上記ボールナット１３ａの回転に対する抵抗となるので、このボールナット１３ａが急激に回転する事が防止され、上記リニアアクチュエータの収縮は緩徐に行なわれる。
【００４１】
上記スラスト荷重及び電動モータ５０への通電に基づく上記出力軸５１の変位は、前記接合用フランジ３９と前記蓋体３６とが衝合する事により停止する。即ち、これら接合用フランジ３９と蓋体３６とが衝合した状態では、上記電動モータ５０に流れる電流が増大する。そこで、この電流の増大を検知してこの電動モータ５０への通電を停止すれば、特にリミットスイッチ等を設けなくても、リニアアクチュエータが収縮し切った状態で、上記電動モータ５０への通電停止を行なえる。
【００４２】
次に、図３は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ボールナット１３ａを、それぞれが第一の転がり軸受である１対の深溝型の玉軸受３５、３５を介してハウジング３３ａの内側に、回転のみ自在に支持している。又、間筒２６ｂはハウジング３３ａの基半部（図３の左半部）内側に、一方向クラッチであるローラクラッチ２７により、一方向の回転のみ自在に支持している。この間筒２６ｂの内周面と出力軸５１の外周面との間には隙間を介在させている。そして、上記間筒２６ｂの基端面（図３の左端面）と、上記ハウジング３３ａの基端部内周面に形成した鍔部５２の側面との間に、第二の転がり軸受であるスラストニードル軸受５３を設けて、上記間筒２６ｂの回転を許容しつつ、この間筒２６ｂに加わるスラスト荷重を支承自在としている。又、上記間筒２６ｂには、上述した第１例の場合の様な鍔部３０ａ（図１）は形成せず、摩擦プレート３１は、この間筒２６ｂの先端面（図３の右端面）と間座２２ｂとの間で軸方向（図３の左右方向）に亙り挟持している。
【００４３】
又、本例の場合には、上記ハウジング３３ａの基端部外周面に結合筒５４の先端部（図３の右端部）を螺合固定し、この結合筒５４の基端部（図３の左端部）に結合ブラケット５５を嵌合固定している。出力軸５１の基半部は、上記結合筒５４に覆われて、外部には露出しない。更に、本例の場合にも、上記出力軸５１の基端部（図３の左端部）にストッパ３８ａを、先端部（図３の右端部）には接合用ブラケット５６を、それぞれ固定している。その他の構成及び作用は、前述した第１例の場合とほぼ同様である。
【００４４】
次に、図４〜６は、本発明の実施の形態の第３例を示している。前述した第１例及び上述した第２例が何れも、ウォーム減速機４２を構成するウォーム４３を電動モータ５０（図２参照）により回転駆動する様に構成していたのに対して、本例の場合には、手動ハンドルにより、上記ウォーム４３を回転駆動する様に構成している。この為に本例の場合には、上記ウォーム４３を構成するウォーム軸５７の基端部（図５の右端部）でハウジング３３ｂから突出した部分に、図６に示す様な四角柱部５８を形成し、この四角柱部５８に、図示しない手動ハンドルの基端部を嵌合固定自在としている。リニアアクチュエータを伸縮させる際には、この四角柱部５８にその基端部を外嵌した手動ハンドルを回転させ、上記ウォーム減速機４２を介してボールナット１３ａを所望方向に回転させる。上記ウォーム４３を駆動させる機構が、電動モータ５０から手動ハンドルに変わった以外の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００４５】
次に、図７は、本発明の実施の形態の第４例を示している。上述した各例の場合、ボールナット１３ａの外周面に固設したウォームホイール３４の直径方向内側に、ボール１４、１４を循環させる為のチューブ４１を配設していた。これに対して本例の場合には、ボールナット１３ｂの外周面に固設したウォームホイール３４と上記チューブ４１とを、軸方向（図７の左右方向）に亙りずらせている。その他の構成及び作用は、上述した何れかの実施の形態と同じである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の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、先発明と同様に、小型且つ軽量で、しかも回転軸を回転させる為に要する力が小さくて済むリニアアクチュエータを安価に提供できる。更に、本発明のリニアアクチュエータは、外径寸法並びに軸方向に亙る長さ寸法を、上記先発明の場合よりも小さくしてより小型軽量化を図る事ができて、リニアアクチュエータを組み込んだ各種装置の実用性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す断面図。
【図４】同第３例を示す断面図。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図。
【図６】図５のＣ矢視図。
【図７】本発明の実施の形態の第４例を示す部分断面図。
【図８】先発明の構造の１例を示す断面図。
【図９】図８のＤ部拡大図。
【図１０】摩擦係数の設定方法を説明する為の部分断面図。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  ねじ孔
３  回転軸
４、４ａ  玉軸受
５  外輪
６  止め輪
７  自在継手
８  ヨーク
９  スプリングピン
１０  ヨーク
１１  手動ハンドル
１２  ボールねじ部
１３、１３ａ、１３ｂ  ボールナット
１４  ボール
１５  結合筒部
１６  出力軸
１７  カバー
１８  突条
１９  凹溝
２０  バンド
２１  段部
２２、２２ａ、２２ｂ  間座
２３  円筒部
２４、２４ａ  滑り軸受
２５  内輪
２６、２６ａ、２６ｂ  間筒
２７  ローラクラッチ
２８  外輪
２９  ローラ
３０、３０ａ  鍔部
３１  摩擦プレート
３２  変位側取付部
３３、３３ａ、３３ｂ  ハウジング
３４  ウォームホイール
３５  玉軸受
３６  蓋体
３７  円筒部
３８、３８ａ  ストッパ
３９  接合用フランジ
４０  ピン
４１  チューブ
４２  ウォーム減速機
４３、４３ａ  ウォーム
４４  玉軸受
４５  切り割り
４６  回転駆動軸
４７  扁平部
４８  円筒部
４９  段部
５０  電動モータ
５１  出力軸
５２  鍔部
５３  スラストニードル軸受
５４  結合筒
５５  結合ブラケット
５６  接合用ブラケット
５７  ウォーム軸
５８  四角柱部
【図１】
0003744057.tif 000002
【図２】
0003744057.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003744057.tif 000007
【図７】
0003744057.tif 000008
【図８】
0003744057.tif 000009
【図９】
0003744057.tif 000010
【図１０】
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