特許 5964575 アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5964575

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F16H 25/20 20060101AFI20160721BHJP

【ＦＩ】

   F16H25/20 E

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-266917(P2011-266917)

(22)【出願日】2011年12月6日

(65)【公開番号】特開2013-119876(P2013-119876A)

(43)【公開日】2013年6月17日

【審査請求日】2014年10月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】安井 努

【審査官】 塚本 英隆

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０７−０１１８７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−１２１５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７５９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０１８３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３６４９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ２５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して機器を駆動するアクチュエータであって、
回転方向の駆動力を発生し又は出力する回転駆動部と、
前記回転駆動部が回転方向の駆動力を発生するときに直線方向の駆動力を出力し、或いは、前記回転駆動部が回転方向の駆動力を出力するときに直線方向の駆動力を発生する直線駆動部と、
前記直線駆動部が一体に設けられ又は固定されるピストンと、
ナット部及びスクリュー部を有し、前記ナット部及び前記スクリュー部が相対回転することで、回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して伝達する駆動力変換機構と、
筒状の部分を有し、前記ピストン及び前記駆動力変換機構が内側に設置されるケースと、
前記ケースの内側に設けられ、当該ケースに一体に設けられ又は当該ケースに固定されるとともに、内周が前記ピストンの外周を摺動可能に支持するピストン摺動部と、
を備え、
前記ナット部及び前記スクリュー部の一方が、前記ピストンとともに変位するように設けられ、
前記ナット部及び前記スクリュー部の他方が、前記回転駆動部とともに回転し、又は当該回転駆動部に対して回転駆動力伝達機構を介して連動して回転するように設けられ、
前記ピストンにおける前記回転駆動部側となる基端側の部分が前記ケースに対して、前記ケースの軸方向に摺動可能に設置され、かつ前記ピストンにおける先端側の部分が前記ピストン摺動部に対して、前記ケースの軸方向に摺動可能に設置され、
前記スクリュー部の軸心及び前記ナット部の軸心に対して、前記ピストンにおける前記ピストン摺動部と摺動する部分の軸心が偏心するように設定されるとともに、前記ピストン摺動部の内周の中心位置も偏心するように設定され、
前記ピストンにおける前記ピストン摺動部と摺動する部分の外径は、前記ピストンにおける前記基端側の部分の外径よりも小さく、
前記ピストン摺動部の内周部は、前記ピストンの軸方向において前記ピストンにおける前記基端側の部分と重なることを特徴とする、アクチュエータ。

【請求項2】

請求項１に記載のアクチュエータであって、
前記ピストン摺動部は、円形断面の筒状の摺動用部材として前記ケースと前記ピストンとの間に設置されたブッシュとして設けられ、
前記ブッシュは、内周が前記ピストンの外周に対して摺動可能であるとともに、外周が前記ケースに対して固定され、
前記ブッシュの内周の中心位置が、当該ブッシュの外周の中心位置に対して偏心していることを特徴とする、アクチュエータ。

【請求項3】

請求項２に記載のアクチュエータであって、
前記ブッシュの外周が前記ケースの内周に対してキー結合を介して固定されていることを特徴とする、アクチュエータ。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、
前記ピストンは、筒状の部分を有し、前記駆動力変換機構を内側に収納していることを特徴とする、アクチュエータ。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、
前記回転駆動部は、回転方向の駆動力を発生し、前記直線駆動部は、直線方向の駆動力を出力することを特徴とする、アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して機器を駆動するアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、例えば、航空機等、種々の分野において、各種機器を駆動するアクチュエータとして、回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して機器を駆動するアクチュエータが用いられている。

【0003】

特許文献１においては、電動モータで発生した回転方向の駆動力を駆動ベルト機構を介して伝達し、更に、この回転方向の駆動力をボールスクリュー機構によって直線方向の駆動力に変換し、直線方向の駆動力として出力するアクチュエータが開示されている。また、非特許文献１においても、電動モータで発生した回転方向の駆動力をボールスクリュー機構によって直線方向の駆動力に変換し、直線方向の駆動力として出力するアクチュエータが開示されている。

【0004】

特許文献１或いは非特許文献１に開示されたようなアクチュエータにおいては、回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して伝達するボールスクリュー機構のような駆動力変換機構が設けられている。このような駆動力変換機構においては、ナット部及びスクリュー部が備えられ、ナット部及びスクリュー部が相対回転することで、駆動力の作用方向の変換が行われる。

【0005】

そして、上記のような駆動力変換機構では、ナット部及びスクリュー部のうちの一方が回転し、他方が直線方向に変位することになる。このため、ナット部及びスクリュー部のうち直線方向に変位する要素の回転を規制するための機構が必要となる。尚、非特許文献１においては、ボールスクリュー機構において直線方向に変位するスクリュー部の回転を規制するため、別途、内蔵又は外部に設置される回転規制装置が必要である点が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第５１１１７０８号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Stephen C. Jensen 、外２名、“FLIGHT TEST EXPERIENCE WITH AN ELECTROMECHANICAL ACTUATOR ON THE F-18 SYSTEMS RESEARCH AIRCRAFT”、［online］、ＮＡＳＡ、［平成２３年１１月２８日検索］、インターネット〈http://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88699main_H-2425.pdf〉

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１或いは非特許文献１に開示されたようなアクチュエータによると、駆動力変換機構において、ナット部及びスクリュー部のうち直線方向に変位する要素の回転を規制するための回転規制機構が必要となる。このような回転規制機構は、ナット部及びスクリュー部の一方の回転を規制可能な構造体として構築されるため、アクチュエータの大型化及び構造の複雑化を招いてしまうことになる。そして、アクチュエータが大型化すると、アクチュエータの重量の増大を招いてしまうことになる。また、アクチュエータが大型化すると、更に、アクチュエータの設置の際における設置スペースの制約を増大させてしまうことになる。よって、回転規制機構の簡素化及び小型化を図れ、設置スペースのコンパクト化を図ることができるアクチュエータが望まれる。

【0009】

本発明は、上記実情に鑑みることにより、ナット部及びスクリュー部のうち直線方向に変位する要素の回転を規制するための機構を簡素化及び小型化でき、構造の簡素化及び小型化を図るとともに設置スペースのコンパクト化を図ることができる、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】

【0010】

上記目的を達成するための第１発明に係るアクチュエータは、回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して機器を駆動するアクチュエータであって、回転方向の駆動力を発生し又は出力する回転駆動部と、前記回転駆動部が回転方向の駆動力を発生するときに直線方向の駆動力を出力し、或いは、前記回転駆動部が回転方向の駆動力を出力するときに直線方向の駆動力を発生する直線駆動部と、前記直線駆動部が一体に設けられ又は固定されるピストンと、ナット部及びスクリュー部を有し、前記ナット部及び前記スクリュー部が相対回転することで、回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して伝達する駆動力変換機構と、筒状の部分を有し、前記ピストン及び前記駆動力変換機構が内側に設置されるケースと、前記ケースの内側に設けられ、当該ケースに一体に設けられ又は当該ケースに固定されるとともに、内周が前記ピストンの外周を摺動可能に支持するピストン摺動部と、を備え、前記ナット部及び前記スクリュー部の一方が、前記ピストンとともに変位するように設けられ、前記ナット部及び前記スクリュー部の他方が、前記回転駆動部とともに回転し、又は当該回転駆動部に対して回転駆動力伝達機構を介して連動して回転するように設けられ、前記ピストンにおける前記回転駆動部側となる基端側の部分が前記ケースに対して、前記ケースの軸方向に摺動可能に設置され、かつ前記ピストンにおける先端側の部分が前記ピストン摺動部に対して、前記ケースの軸方向に摺動可能に設置され、前記スクリュー部の軸心及び前記ナット部の軸心に対して、前記ピストンにおける前記ピストン摺動部と摺動する部分の軸心が偏心するように設定されるとともに、前記ピストン摺動部の内周の中心位置も偏心するように設定され、前記ピストンにおける前記ピストン摺動部と摺動する部分の外径は、前記ピストンにおける前記基端側の部分の外径よりも小さく、前記ピストン摺動部の内周部は、前記ピストンの軸方向において前記ピストンにおける前記基端側の部分と重なることを特徴とする。

【0011】

この構成によると、直線駆動部に一体に設けられた又は固定されたピストンは、ケースに一体に設けられた又は固定されたピストン摺動部に対して軸方向に摺動可能に設置されている。そして、そのピストンの軸心と、ピストンの外周を摺動可能に支持するピストン摺動部の内周の中心位置とが、スクリュー部及びナット部の軸心に対して偏心するように設定されている。このため、ピストンはその軸心を中心とした回転方向の変位が規制された状態となり、ナット部及びスクリュー部の軸心を中心とするピストンの回転も規制されることになる。これにより、ピストンは、ナット部及びスクリュー部の他方が回転する際に、ナット部及びスクリュー部の一方の回転を規制して、ナット部及びスクリュー部の一方とともに直線方向に変位することになる。よって、ナット部及びスクリュー部のうち直線方向に変位する要素の回転を規制するための機構について、ケースの内側でスクリュー部及びナット部に対して軸心が偏心したピストンによって構成でき、簡素化及び小型化することができる。そして、このことにより、アクチュエータの構造の簡素化及び小型化を図れ、アクチュエータの重量の増大を抑制でき、更に、アクチュエータの設置スペースのコンパクト化を図ることができる。

【0012】

従って、上記の構成によると、ナット部及びスクリュー部のうち直線方向に変位する要素の回転を規制するための機構を簡素化及び小型化でき、構造の簡素化及び小型化を図るとともに設置スペースのコンパクト化を図ることができる、アクチュエータを提供することができる。

【0013】

第２発明に係るアクチュエータは、第１発明のアクチュエータにおいて、前記ピストン摺動部は、円形断面の筒状の摺動用部材として前記ケースと前記ピストンとの間に設置されたブッシュとして設けられ、前記ブッシュは、内周が前記ピストンの外周に対して摺動可能であるとともに、外周が前記ケースに対して固定され、前記ブッシュの内周の中心位置が、当該ブッシュの外周の中心位置に対して偏心していることを特徴とする。

【0014】

この構成によると、ナット部及びスクリュー部に対して軸心が偏心したピストンをケースに対して軸方向に摺動可能で回転方向の変位を規制した状態で支持するためのピストン摺動部を容易に実現することができる。即ち、内周の中心位置が外周の中心位置に対して偏心したブッシュをケースとピストンとの間に設置するだけで、上記の機構を容易に実現することができる。よって、ナット部及びスクリュー部のうち直線方向に変位する要素の回転を規制するための機構の更なる簡素化及び小型化を図ることができる。また、上記の構成によると、ピストン摺動部を構成するブッシュをケースとピストンとの間に装着することで上記の回転を規制するための機構を構築できるため、組立作業も容易に行うことができる。

【0015】

第３発明に係るアクチュエータは、第２発明のアクチュエータにおいて、前記ブッシュの外周が前記ケースの内周に対してキー結合を介して固定されていることを特徴とする。

【0016】

この構成によると、キー結合を介して、ブッシュをケースの内側に容易に固定することができる。よって、ナット部及びスクリュー部に対して軸心が偏心したピストンをケースに対して軸方向に摺動可能で回転方向の変位を規制した状態で設置するための機構を更に容易に実現でき、機構の更なる簡素化及び小型化を図ることができる。また、ケースの内側へのブッシュの取り付け作業を更に容易に行うことができる。

【0017】

第４発明に係るアクチュエータは、第１発明乃至第３発明のいずれかのアクチュエータにおいて、前記ピストンは、筒状の部分を有し、前記駆動力変換機構を内側に収納していることを特徴とする。

【0018】

この構成によると、駆動力変換機構が筒状のピストンの内側に収納されるため、ナット部及びスクリュー部が設置されている領域に異物が入り込んでしまうことを容易に抑制することができる。これにより、ナット部及びスクリュー部における異物噛み込みによる固着状態の発生を抑制することができる。また、ピストンの内側の領域が効率よく利用されるため、更に構造の小型化が図られたスペース効率のよい更にコンパクトなアクチュエータを提供することができる。

【0019】

第５発明に係るアクチュエータは、第１発明乃至第４発明のいずれかのアクチュエータにおいて、前記回転駆動部は、回転方向の駆動力を発生し、前記直線駆動部は、直線方向の駆動力を出力することを特徴とする。

【0020】

この構成によると、回転方向の駆動力の作用方向を変換して直線方向の駆動力を出力するアクチュエータの構造の簡素化及び小型化を図ることができる。また、この構成によると、ナット部及びスクリュー部の一方と、直線駆動部とともに変位するピストンとが、駆動力伝達経路における出力側に設けられる。このため、駆動力伝達経路における出力側で作用する大きな駆動力によって、ナット部及びスクリュー部の軸心を中心とする回転方向に生じる力を、筒状のケースの内周で効率よく分散して支持することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によると、ナット部及びスクリュー部のうち直線方向に変位する要素の回転を規制するための機構を簡素化及び小型化でき、構造の簡素化及び小型化を図るとともに設置スペースのコンパクト化を図ることができる、アクチュエータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施の形態に係るアクチュエータが航空機の翼及び舵面に対して取り付けられた状態を示す模式図である。

【図2】図１に示すアクチュエータの斜視図である。

【図3】図２に示すアクチュエータの断面図である。

【図4】図３に示すアクチュエータの断面の一部を拡大して示す図である。

【図5】図３に示すアクチュエータの断面の一部を拡大して示す図である。

【図6】図３に示すアクチュエータにおけるピストン摺動部としてのブッシュを示す平面図である。

【図7】図６のＡ−Ａ線矢視方向から見た断面図である。

【図8】図２に示すアクチュエータの制御構成を模式的に示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。以下の実施形態では、航空機の動翼を駆動するための航空機用動翼駆動装置としてアクチュエータが用いられる形態を例にとって説明する。しかし、本発明は、以下の実施形態で例示した形態に限らず、回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して機器を駆動するアクチュエータに関して広く適用することができるものである。例えば、航空機、ヘリコプター、或いは、飛しょう体において用いられるアクチュエータに対して、本発明を適用することができる。

【0024】

図１は、本発明の一実施の形態に係るアクチュエータ１が航空機の翼１０１及び舵面１０２に対して取り付けられた状態を示す模式図である。図１に示すアクチュエータ１は、図１にて翼１０１及び舵面１０２のみを図示して主要部の図示を省略した航空機に設置される。そして、アクチュエータ１は、航空機の舵面１０２を駆動するために用いられる。

【0025】

尚、舵面１０２を構成する航空機の動翼（操縦翼面）として、補助翼（エルロン）、方向舵（ラダー）、昇降舵（エレベータ）などが挙げられる。また、アクチュエータ１は、フラップやスポイラー等として構成される動翼を駆動する機構として用いられてもよい。

【0026】

図１に示すアクチュエータ１は、直線方向に沿って伸縮するように変位することで本実施形態の機器である舵面１０２を駆動するアクチュエータとして設けられている。そして、アクチュエータ１の一端側の端部が、舵面１０２に取り付けられた揺動軸１０３に対して、軸受或いは円筒状の摺動用部材を介して回転自在に取り付けられている。これにより、アクチュエータ１は、舵面１０２に対して、一端側が揺動自在に取り付けられている。

【0027】

また、アクチュエータ１の他端側の端部は、翼１０１に取り付けられた連結軸１０４に対して、軸受或いは円筒状の摺動用部材としてのブッシュを介して回転自在に取り付けられている。これにより、アクチュエータ１は、連結軸１０４を介して、翼１０１に対して回転自在に支持されている。

【0028】

また、舵面１０２は、翼１０１側に対して、支点軸１０５を介して、回転自在に支持されている。また、支点軸１０５と揺動軸１０３とは、軸方向が互いに平行に延びるように設けられている。そして、支点軸１０５と揺動軸１０３との間の距離寸法は、アクチュエータ１の作動によって支点軸１０５を中心として揺動させて舵面１０２を駆動するために必要なトルクアーム長さを確保できるように、適宜設定されている。

【0029】

尚、一端側が支点軸１０５に対して揺動自在に取り付けられるとともに他端側が連結軸１０４に対して揺動自在に取り付けられるリアクションリンクが更に設置されてもよい。このようなリアクションリンクが設けられることで、翼１０１に対して揺動する可動側の舵面１０２が受ける負荷が、舵面１０２が揺動自在に支持される固定側の翼１０１に対して、直接に影響してしまうことを抑制することができる。

【0030】

次に、本実施形態に係るアクチュエータ１について詳しく説明する。図２は、アクチュエータ１の斜視図である。図３は、アクチュエータ１の断面図である。図１乃至図３に示すアクチュエータ１は、回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して舵面１０２を駆動するアクチュエータとして設けられている。そして、アクチュエータ１は、電動モータ１１、出力部１２、ピストン１３、駆動力変換機構１４、ケース１５、ブッシュ１６、ギヤ機構１７、位置検出器１８、等を備えて構成されている。尚、図３では、一部の要素については、その全体或いは更にその一部に関し、断面ではなく外形が図示されている。

【0031】

電動モータ１１は、図示が省略された電源からドライバ１９を介して電流が供給されることで回転方向の駆動力を発生する駆動源として設けられている。そして、電動モータ１１は、本実施形態における回転駆動部を構成している。また、電動モータ１１は、正逆回転動作が可能なモータとして構成され、後述するアクチュエータコントローラ２０からの指令に基づいてフィードバック制御が行われる。

【0032】

尚、電動モータ１１は、ドライバ１９を介してアクチュエータコントローラ２０によって制御される。ドライバ１９は、アクチュエータコントローラ２０からの指令に基づいて、電動モータ１１へ供給する電流と、電動モータ１１の回転数と、を制御し、電動モータ１１を駆動する。電動モータ１１及びドライバ１９は、ケース１５に対して固定されている。

【0033】

出力部１２は、直線方向の駆動力を出力する部分として設けられ、揺動軸１０３に対して揺動自在に取り付けられている。そして、出力部１２は、回転駆動部である電動モータ１１が回転方向の駆動力を発生するときに直線方向の駆動部を出力する本実施形態の直線駆動部を構成している。

【0034】

本実施形態では、上述のように、電動モータ１１として設けられた回転駆動部が、回転方向の駆動力を発生し、出力部１２として設けられた直線駆動部が、直線方向の駆動力を出力するように構成されている。しかし、この例に限らず、回転駆動部及び直線駆動部の入出力構成が逆の形態が実施されてもよい。例えば、圧力流体が給排されることで作動するシリンダ機構として設けられた直線駆動部が直線方向の駆動力を発生し、回転軸部として設けられた回転駆動部が回転方向の駆動力を出力するように構成されたアクチュエータが実施されてもよい。

【0035】

ピストン１３は、一方の端部が開口する筒状の部分として設けられた筒状部１３ａを備え、出力部１２とともに直線方向に変位する部材として設けられている。そして、ピストン１３は、開口する側と反対側の端部において、出力部１２に対して固定されている。また、ピストン１３の筒状部１３ａの内側には、後述する駆動力変換機構１４及び位置検出器１８が収納されている。尚、本実施形態では、ピストン１３が出力部１２に固定された形態が例示されているが、この通りでなくてもよい。ピストン１３と出力部１２とが一体に設けられた形態が実施されてもよい。

【0036】

図４は、図３に示すアクチュエータ１の断面の一部を拡大して示す図であって、アクチュエータ１におけるピストン１３及び駆動力変換機構１４が設置されている箇所を拡大して示す図である。図３及び図４に示す駆動力変換機構１４は、ナット部２１及びスクリュー部２２を有し、ナット部２１及びスクリュー部２２がが相対回転することで、回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して伝達する機構として設けられている。

【0037】

また、本実施形態では、駆動力変換機構１４は、同軸心を中心として互いに相対回転可能に設けられたナット部２１及びスクリュー部２２と、ナット部２１及びスクリュー部２２の間に配置される複数のボールと、を備えて構成されている。即ち、本実施形態では、駆動力変換機構１４は、ボールスクリュー機構として設けられ、複数のボールが、ナット部２１の内周に設けられたネジ溝とスクリュー部２２の外周に設けられたネジ溝との間で転動しながら循環するように構成されている。尚、図３及び図４では、ナット部２１及びスクリュー部２２の間に配置される複数のボールの図示と、ナット部２１及びスクリュー部２２に設けられたネジ溝の図示とが、省略されている。

【0038】

また、ナット部２１は、ピストン１３の筒状部１３ａの内側に設置されている。そして、筒状部１３ａの内周及びナット部２１の外周のそれぞれには、キー部材２３が嵌まり込むキー溝が形成されている。即ち、ピストン１３とナット部２１とは、キー部材２３を介してキー結合されている。これにより、ピストン１３とナット部２１とが、互いに回転不能に固定されている。

【0039】

また、筒状部１３ａの内周壁には、ピストン１３の軸方向における出力部１２側に向かって径寸法が小さくなるように段状に縮径する段部１３ｂが形成されている。そして、ナット部２１は、その出力部１２側に配置される端部が筒状部１３ａにおける段部１３ｂに当接した状態で、筒状部１３ａ内に設置される。そして、筒状部１３ａにおける出力部１２側と反対側からリングナット２４が筒状部１３ａに取り付けられることで、ナット部２１が、ピストン１３に対して、その軸方向においても固定される。

【0040】

尚、筒状部１３ａには、ピストン１３の軸方向における出力部１２側と反対側の端部の内周においてメネジ部分が設けられている。そして、外周にオネジ部分が設けられたリングナット２４が、筒状部１３ｂの内周のメネジ部分に対して螺合するように筒状部１３ｂに対して取り付けられる。これにより、段部２３ｂに当接したナット部２１が、筒状部１３ａの内周に螺合するリングナット２４によって締め付けられ、ピストン１３に固定される。

【0041】

上記のように、本実施形態では、ナット部２１及びスクリュー部２２の一方であるナット部２１が、ピストン１３に固定され、ピストン１３とともに変位するように設けられている。

【0042】

スクリュー部２２は、ピストン１３の筒状部１３ａの内側に配置されている。そして、ケース１５に対して、片持ち状に保持された状態で、軸受２５を介して回転自在に支持されている。スクリュー部２２の内側には、軸方向に貫通して延びる貫通孔が設けられている。この貫通孔には、後述する位置検出器１８が配置されている。また、本実施形態では、ナット部２１及びスクリュー部２２の他方であるスクリュー部２２が、回転駆動部である電動モータ１１に対して、後述のギヤ機構１７を介して、連動して回転するように設けられている。

【0043】

尚、駆動力変換機構１４は、ナット部及びスクリュー部が相対回転することで回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して伝達する機構であればよく、ボールスクリュー機構以外の機構として構成されていてもよい。例えば、アクメスクリュー機構、或いは、ローラスクリュー機構として構成されていてもよい。

【0044】

図１乃至図４に示すケース１５は、ピストンケース部１５ａとギヤケース部１５ｂとを備えて構成されている。ピストンケース部１５ａは、ケース１５における筒状の部分として設けられ、ピストン１３及び駆動力変換機構１４が内側に設置されている。ピストンケース部１５ａにおける一方の端部は、外部に開口するように設けられている。そして、ピストンケース部１５ａの内側に設置されたピストン１３の端部が、ピストンケース部１５ａにおける一方の端部の開口から外部に向かって突出している。ピストンケース部１５ａから突出したピストン１３の端部には、出力部１２が固定されている。

【0045】

ギヤケース部１５ｂは、ピストンケース部１５ａに対して、ピストンケース部１５ａにおけるピストン１３が突出する側と反対側の端部において、固定されている。そして、ギヤケース部１５ｂの内側には、ギヤ機構１７が設置されている。

【0046】

図５は、図３に示すアクチュエータ１の断面の一部を拡大して示す図であって、アクチュエータ１におけるギヤ機構１７が設置されている箇所を拡大して示す図である。図３及び図５に示すギヤ機構１７は、電動モータ１１の回転方向の駆動力をスクリュー部２２に伝達する本実施形態の回転駆動力伝達機構として設けられている。また、本実施形態では、ギヤ機構１７は、電動モータ１１の回転を減速して伝達する減速機構として設けられている。そして、ギヤ機構１７は、電動モータ１１の回転が入力されるインプットギヤ２６、スパーギヤ（２７、２８）、サンギヤ２９、プラネタリギヤ３０、リングギヤ３１、回転筒部３２、等を備えて構成されている。

【0047】

インプットギヤ２６は、入力軸２６ａに固定されており、電動モータ１１の回転は、入力軸２６ａを介してインプットギヤ２６に伝達される。インプットギヤ２６は、ギヤケース部１５ｂに対して回転自在に支持された回転軸２７ａに固定されたスパーギヤ２７に噛み合うように設置されている。更に、スパーギヤ２７は、ギヤケース部１５ｂに対して回転自在に支持された回転軸２８ａに固定されたスパーギヤ２８に噛み合うように設置されている。

【0048】

また、回転軸２８ａは、一方の端部にスパーギヤ２８が固定され、他方の端部にサンギヤ２９が固定されている。サンギヤ２９の周囲には、複数のプラネタリギヤ３０が設置され、各プラネタリギヤ３０は、サンギヤ２９に噛み合うように設置されている。尚、各プラネタリギヤ３０は、ギヤケース部１５ｂに固定された回転軸３０ａに対して回転自在に支持されており、サンギヤ２９の周りを周方向に移動しないように設置されている。また、各プラネタリギヤ３０は、リングギヤ３１の内周に設けられた内歯に噛み合うように設置されている。

【0049】

リングギヤ３１は、筒状に形成された回転筒部３２の端部に対してボルト部材を介して固定されている。回転筒部３２は、スクリュー部２２側に向かって外径が段状に小さくなるように縮径した縮径部分３２ａが設けられている。そして、回転筒部３２は、この縮径部分３２ａにおいて、ギヤケース部１５ｂに対して、軸受３３を介して回転自在に支持されている。また、回転筒部３２は、縮径部分３２ａの内側において、キー部材３４を介したキー結合により、スクリュー部２２の外周に対して固定されている。また、リングギヤ３１及び回転筒部３２の軸心と、サンギヤ２８が取り付けられた回転軸２８ａの軸心と、スクリュー部２２の軸心とは、一致している。

【0050】

上述した構成を備えたギヤ機構１７においては、まず、電動モータ１１の回転駆動力が、入力軸２６ａを介してインプットギヤ２６に入力される。そして、インプットギヤ２６とスパーギヤ２７との噛み合いを介して、電動モータ１１の回転が減速されてスパーギヤ２７に伝達される。スパーギヤ２７に伝達された回転は、スパーギヤ２７に噛み合うスパーギヤ２８に伝達され、更に、スパーギヤ２８とともに回転する回転軸２８ａを介してサンギヤ２９に伝達される。

【0051】

回転軸２８ａとともにサンギヤ２９が回転すると、その回転は、サンギヤ２９に噛み合う複数のプラネタリギヤ３０を介して、減速されてリングギヤ３１に伝達される。これにより、リングギヤ３１が、回転筒部３２とともに、ギヤケース部１５ｂに対して、回転軸２８ａ及びスクリュー部２２の軸心を回転中心として回転する。そして、回転筒部３２の回転とともに、回転筒部３２に対してキー結合を介して固定されたスクリュー部２２も回転する。

【0052】

上記により、スクリュー部２２は、回転駆動部である電動モータ１１に対して、回転駆動力伝達機構であるギヤ機構１７を介して、連動して回転するように構成されている。尚、本実施形態では、回転駆動力伝達機構が、ギヤ機構として構成された形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、回転駆動力伝達機構が、周回する駆動ベルトを備える機構として設けられてもよい。また、回転駆動力伝達機構としてのギヤ機構は、上述したギヤ機構１７の形態に限らず、種々変更されて実施されてもよい。また、スクリュー部２２が、回転駆動力伝達機構を介さずに、回転駆動部である電動モータ１１とともに回転するように構成されていてもよい。即ち、電動モータ１１の回転駆動力が直接にスクリュー部２２に伝達されるように構成されていてもよい。

【0053】

図６は、ブッシュ１６を示す平面図である。また、図７は、図６のＡ−Ａ線矢視方向から見たブッシュ１６の断面図である。図３、図４、図６及び図７に示すブッシュ１６は、ケース１５のピストンケース部１５ａにおける出力部１２側の端部の内側に設けられ、ピストンケース部１５ａに対して固定されている。また、ブッシュ１６は、円形断面の筒状の摺動用部材として設けられ、ケース１５のピストンケース部１５ａとピストン１３の筒状部１３ａとの間に設置されている。そして、ブッシュ１６は、内周１６ａがピストン１３の外周に対して摺動可能であるとともに、外周１６ｂがケース１５に対して固定されている。これにより、ブッシュ１６は、内周１６ａがピストン１３の外周を摺動可能に支持する本実施形態におけるピストン摺動部として構成されている。

【0054】

尚、ピストン１３及びケース１５は、例えば、ステンレス鋼を素材として形成されている。一方、ブッシュ１６は、例えば、アルミニッケルブロンズを素材として形成されている。また、ブッシュ１６の素材としては、ベリリウムカッパ等の他の金属材料、或いは、ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂材料、などが選択されてもよい。

【0055】

また、ブッシュ１６の外周１６ｂには、キー部材３５が嵌まり込むキー溝１６ｃが形成されている。そして、ピストンケース部１５ａにおける出力部１２側の端部の内周にも、キー部材３５が嵌まり込むキー溝が形成されている。これにより、ブッシュ１６の外周１６ｂがピストンケース部１５ａの内周に対してキー部材３５によるキー結合を介して固定されている。

【0056】

また、ブッシュ１６の外周１６ｂには、ブッシュ１６の径方向に短く突出してフランジ状に張り出すとともにブッシュ１６の周方向に沿って延びる段部１６ｄが設けられている。キー結合を介してピストンケース部１５ａの内周に対して周方向における変位が拘束されたブッシュ１６は、ピストンケース部１５ａの内周において段状に径寸法が縮小するように縮径した部分に対して、段部１６ｄにおいて当接するように、設置されている。そして、この状態で、ブッシュ１６は、ピストンケース部１５ａにおける出力部１２側の端部の内周に設けられたメネジ部分に螺合するオネジ部分が外周に設けられたリングナット３６によって、ピストンケース部１５ａに対して軸方向においても固定される。即ち、ブッシュ１６は、ピストンケース部１５ａの内周において段状に縮径した部分とリングナット３６との間で段部１６ｄが締め付けられ、ピストンケース部１５ａに対して固定される。

【0057】

また、図６に示すように、ブッシュの１６の内周１６ａの中心位置Ｃ３（図６にて一点鎖線の交線で示す位置Ｃ３）は、ブッシュ１６の外周１６ｂの中心位置Ｃ４（図６にて一点鎖線の交線で示す位置Ｃ４）に対して偏心している。即ち、ブッシュ１６においては、円形断面の内周１６ａの中心位置Ｃ３が、円形断面の外周１６ｂの中心位置Ｃ４に対して、偏ってずれた位置に位置している。

【0058】

そして、アクチュエータ１においては、ピストン１３が、ピストン摺動部であるブッシュ１６に対して、ケース１５の軸方向に摺動可能に設置されている。即ち、アクチュエータ１では、円形断面の筒状部１３ａの外周が、ブッシュ１６の内周１６ａに対して、ピストンケース部１５ａの軸方向において、摺動するように構成されている。また、アクチュエータ１では、スクリュー部２２の軸心及びナット部２１の軸心は、ケース１５のピストンケース部１５ａの軸心と位置が一致している。尚、スクリュー部２２の軸心及びナット部２１の軸心は、図３乃至図５においては、一点鎖線Ｃ１で示されており、以下、スクリュー部２２の軸心Ｃ１及びナット部２１の軸心Ｃ１とも称する。

【0059】

上述した構成により、アクチュエータ１においては、スクリュー部２２の軸心Ｃ１及びナット部２１の軸心Ｃ１に対して、ピストン１３の筒状部１３ａの軸心Ｃ２が偏心するように設定されている。そして、スクリュー部２２の軸心Ｃ１及びナット部２１の軸心Ｃ１に対して、ブッシュ１６の内周１６ａの中心位置Ｃ３も偏心するように設定されている。尚、ピストン１３の筒状部１３ａの軸心Ｃ２は、図３乃至図５においては、一点鎖線で示されており、筒状部１３ａの外周の径方向における中心を繋ぐ仮想の中心線として構成される。そして、ブッシュの１６の内周１６ａの中心位置Ｃ３が、ピストン１３の筒状部１３ａの軸心Ｃ２上に配置されている。一方、ブッシュ１６の外周１６ｂの中心位置Ｃ４が、スクリュー部２２の軸心Ｃ１及びナット部２１の軸心Ｃ１上に配置されている。

【0060】

尚、アクチュエータ１では、ピストン１３の筒状部１３ａの外周において、筒状部１３ａの軸方向における中途位置に、筒状部１３ａの径方向外側に向かって凸状に突出した凸部１３ｃが設けられている。凸部１３ｃは、筒状部１３ａの外周に沿って周方向に延びるように設けられている。そして、凸部１３ｃの外周は、ピストンケース部１５ａの内周に摺動可能に配置されている。ピストン１３は、凸部１３ｃによっても、ピストンケース部１５ａの軸方向に摺動可能に設置されている。

【0061】

図３乃至図５に示す位置検出器１８は、本体部１８ａ及びこの本体部１８ａに対して変位するプローブ１８ｂを有し、本体部１８ａに対するプローブ１８ｂの相対位置を検出する機構として設けられている。本体部１８ａは、筒状に形成された部分を有し、ギヤケース部１５ｂに固定された支持プレート３７に対して一方の端部が固定されて設置されている。尚、支持プレート３７は、複数のプラネタリギヤ３０を中途位置にてそれぞれ回転自在に支持する複数の回転軸３０ａによって、ギヤケース部１５ｂに固定されている。そして、支持プレート３７の外周と回転筒部３２の内周との間には、支持プレート３７に対して回転筒部３２を内側から回転自在に保持する軸受３８が設置されている。

【0062】

また、本体部１８ａは、支持プレート３７に対して片持ち状に支持され、スクリュー部２２の内側を貫通する貫通孔において、スクリュー部２２の軸方向に沿って延びるように設置されている。尚、本体部１８ａの外周とスクリュー部２２の内周との間には、隙間が形成されている。これにより、本体部１８ａとスクリュー部２２とが接触しないように構成されている。また、本体部１８ａは、内部に１次側及び２次側のコイルが設けられている。

【0063】

プローブ１８ｂは、軸状に形成された部分を有し、図示が省略された可動鉄心が設けられた一方の端部が、本体部１８ａの内側に配置されている。そして、プローブ１８ｂは、スクリュー部２２の内側の貫通孔においてスクリュー部２２の軸方向に沿って延びるように設置されている。更に、プローブ１８ｂは、他方の端部が、スクリュー部２２の端部から突出するとともにピストン１３の端部に対してピストン１３の内側から固定されている。これにより、プローブ１８ｂは、ピストン１３を介して出力部１２に取り付けられており、出力部１２とともに変位するように設けられている。プローブ１８ｂは、出力部１２とともに変位することで、一方の端部に設けられた可動鉄心が、本体部１８ａのコイルの内側で相対変位するように構成されている。上記の構成より、位置検出器１８は、ケース１５に対する出力部１２の変位量を検出するように構成されている。

【0064】

図８は、アクチュエータ１の制御構成を模式的に示すブロック図である。アクチュエータコントローラ２０は、ドライバ１９を介して、アクチュエータ１の作動を制御する。アクチュエータコントローラ２０は、図示が省略された上位のコンピュータからの指令信号に基づいて、アクチュエータ１を制御する。これにより、上位のコンピュータからの指令基づいて、アクチュエータ１が駆動する舵面１０２の動作が制御されることになる。

【0065】

また、位置検出器１８においては、本体部１８ａの１次側のコイルが励磁された状態でプローブ１８ｂの可動鉄心が変位することで本体部１８ａの２次側のコイルで発生した誘起電圧に基づく信号が位置検出信号Ｓ１として出力される。そして、この出力された位置検出信号Ｓ１は、アクチュエータコントローラ２０に送信される（図８を参照）。

【0066】

また、アクチュエータコントローラ２０には、位置検出器１８から送信される位置検出信号Ｓ１が入力されることに加え、電動モータ１１におけるレゾルバ等の回転数検出器にて検出された回転数信号が電動モータ１１からドライバ１９を介して送信されて入力される。そして、アクチュエータコントローラ２０は、位置検出信号Ｓ１と上記の回転数信号とに基づいて、ドライバ１９に対して電動モータ１１を駆動させる指令信号Ｓ２を出力する。このように、アクチュエータコントローラ２０は、ドライバ１９を介して電動モータ１１の回転数を制御し、出力部１２のケース１５に対する位置のフィードバック制御を行う。

【0067】

次に、アクチュエータ１の作動について説明する。電動モータ１１が回転駆動力を発生すると、入力軸２６ａとともにインプットギヤ２６が回転する。そして、インプットギヤ２６に入力された回転が、スパーギヤ２７、スパーギヤ２８、回転軸２８ａを介してサンギヤ２９に伝達される。更に、サンギヤ２９に伝達された回転は、プラネタリギヤ３０を介してリングギヤ３１に伝達される。これにより、リングギヤ３１とともに回転筒部３２が回転し、回転筒部３２にキー部材３４を介して固定されたスクリュー部２２が軸心Ｃ１を中心として回転することになる。

【0068】

そして、駆動力変換機構１４において、スクリュー部２２が回転することで、スクリュー部２２とナット部２１との間で循環する複数のボールを介してナット部２１が駆動される。一方、ナット部２１は、ピストン１３の内周に固定されている。また、直線駆動部である出力部１２に固定されたピストン１３は、ケース１５に固定されたピストン摺動部であるブッシュ１６に対して軸方向に摺動可能に設置されている。そして、そのピストン１３の軸心Ｃ２と、ピストン１３の外周を摺動可能に支持するブッシュ１６の内周１６ａの中心位置Ｃ３とが、スクリュー部２２及びナット部２１の軸心Ｃ１に対して偏心するように設定されている。

【0069】

上記の構成のため、スクリュー部２２の回転によってナット部２１が駆動される際には、ピストン１３はその軸心Ｃ２を中心とした回転方向の変位が規制された状態となる。そして、ナット部２１及びスクリュー部２２の軸心Ｃ１を中心とするピストン１３の筒状部１３ａの回転も規制されることになる。これにより、ピストン１３は、スクリュー部２２が回転する際に、ナット部２１の回転を規制して、ナット部２１とともに直線方向に変位することになる。尚、ナット部２１及びピストン１３の出力部１２側への直線方向の変位量は、スクリュー部２２の出力部１２側の端部に固定されるとともにナット部２１の端部に対して当接可能に設けられたストッパリング３９によって規制されている。

【0070】

ピストン１３がケース１５に対してその軸方向に沿って直線方向に変位すると、ピストン１３に固定された出力部１２が揺動自在に取り付けられた舵面１０２が、翼１０１に対して揺動するように駆動されることになる。

【0071】

以上説明したように、アクチュエータ１によると、ナット部２１及びスクリュー部２２のうち直線方向に変位する要素（本実施形態では、ナット部２１）の回転を規制するための機構について、ケース１５の内側でスクリュー部２２及びナット部２１に対して軸心が偏心したピストン１３によって構成でき、簡素化及び小型化することができる。そして、本実施形態によると、上記によって、アクチュエータ１の構造の簡素化及び小型化を図れ、アクチュエータ１の重量の増大を抑制でき、更に、アクチュエータ１の設置スペースのコンパクト化を図ることができる。

【0072】

また、アクチュエータ１によると、ナット部２１及びスクリュー部２２に対して軸心が偏心したピストン１３をケース１５に対して軸方向に摺動可能で回転方向の変位を規制した状態で支持するためのピストン摺動部を容易に実現することができる。即ち、アクチュエータ１によると、内周１６ａの中心位置Ｃ３が外周１６ｂの中心位置Ｃ４に対して偏心したブッシュ１６をケース１５とピストン１３との間に設置するだけで、上記の機構を容易に実現することができる。よって、ナット部２１及びスクリュー部２２のうち直線方向に変位する要素の回転を規制するための機構の更なる簡素化及び小型化を図ることができる。また、本実施形態によると、ピストン摺動部を構成するブッシュ１６をケース１５とピストン１３との間に装着することで上記の回転を規制するための機構を構築できるため、アクチュエータ１の組立作業も容易に行うことができる。

【0073】

また、アクチュエータ１によると、キー結合を介して、ブッシュ１６をケース１５の内側に容易に固定することができる。よって、ナット部２１及びスクリュー部２２に対して軸心が偏心したピストン１３をケース１５に対して軸方向に摺動可能で回転方向の変位を規制した状態で設置するための機構を更に容易に実現でき、機構の更なる簡素化及び小型化を図ることができる。また、本実施形態によると、ケース１５の内側へのブッシュ１６の取り付け作業を更に容易に行うことができる。

【0074】

また、アクチュエータ１によると、駆動力変換機構１４が筒状のピストン１３の内側に収納されるため、ナット部２１及びスクリュー部２２が設置されている領域に異物が入り込んでしまうことを容易に抑制することができる。これにより、ナット部２１及びスクリュー部２２における異物噛み込みによる固着状態の発生を抑制することができる。また、本実施形態によると、ピストン１３の内側の領域が効率よく利用されるため、更に構造の小型化が図られたスペース効率のよい更にコンパクトなアクチュエータ１を提供することができる。

【0075】

また、本実施形態によると、回転方向の駆動力の作用方向を変換して直線方向の駆動力を出力するアクチュエータ１の構造の簡素化及び小型化を図ることができる。また、本実施形態によると、ナット部２１と、直線駆動部としての出力部１２とともに変位するピストン１３とが、駆動力伝達経路における出力側に設けられる。このため、駆動力伝達経路における出力側で作用する大きな駆動力によって、ナット部２１及びスクリュー部２２の軸心Ｃ１を中心とする回転方向に生じる力を、ケース１５における筒状のピストンケース部１５ａの内周で効率よく分散して支持することができる。

【0076】

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができる。例えば、次のように変更して実施してもよい。

【0077】

（１）前述の実施形態では、アクチュエータとして、電動モータによって駆動される電動アクチュエータを例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。油圧モータ或いは油圧シリンダ機構などのような圧力流体で作動するアクチュエータが実施されてもよい。

【0078】

（２）前述の実施形態では、回転駆動部が回転方向の駆動力を発生し、直線駆動部が直線方向の駆動力を出力する形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。直線駆動部が直線方向の駆動力を発生し、回転駆動部が回転方向の駆動力を出力するアクチュエータが実施されてもよい。この場合、駆動力変換機構は、直線駆動部にて発生した直線方向の駆動力の作用方向を回転方向に変換することになる。

【0079】

（３）前述の実施形態では、ピストン摺動部が、ケースに固定された形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。ピストン摺動部が、ケースに一体に設けられた形態が実施されてもよい。

【0080】

（４）前述の実施形態では、ナット部が、ピストンとともに変位するように設けられ、スクリュー部が、回転駆動部に対して回転駆動力伝達機構を介して連動するように設けられた形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。スクリュー部が、ピストンとともに変位するように設けられ、ナット部が、回転駆動部とともに回転し、又は回転駆動部に対して回転駆動力伝達機構を介して連動するように設けられた形態が実施されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0081】

本発明は、回転方向と直線方向との間で駆動力の作用方向を変換して機器を駆動するアクチュエータに関して広く適用することができるものである。

【符号の説明】

【0082】

１ アクチュエータ
１１ 電動モータ（回転駆動部）
１２ 出力部（直線駆動部）
１３ ピストン
１４ 駆動力変換機構
１５ ケース
１６ ブッシュ（ピストン摺動部）
１７ ギヤ機構（回転駆動力伝達機構）
２１ ナット部
２２ スクリュー部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】