(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の電動アクチュエータを用いて検体に高周波で小さい振幅の振動を与えるような振動試験を行う場合、グリスが螺子軸の螺子溝の全周に行きわたらずにボールナットのナット本体とボールとの間、或いは、ボールナットのボールと螺子軸の螺子溝との間の潤滑をうまく行うことができず、フレッティングと称される摩擦による表面損傷が引き起こされて、電動アクチュエータの劣化を
早めてしまう問題がある。
【0006】
そこで、本発明は、上記不具合を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、フレッティングによる劣化を抑制することができる電動アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
そして、本発明の電動アクチュエータは、運動変換部を収容するケース内および出力筒内に充填される潤滑油とケース内に収容される弾性部材を備えているので、回転部材と直動部材とが潤滑油に油浸され、常時、両者の潤滑が行われ、出力筒がケース内で出入りしても弾性部材の体積変化によって出力筒が円滑に移動することが可能である。
【0008】
また、ケース内に気体を封入するのはなく、弾性部材の体積変化によって、出力筒の押しのけ容積の変動を吸収するので、電動アクチュエータの伸縮作動によってケース内で油面が波立って気体を巻き込んでしまうことがなくなる。このように本発明の電動アクチュエータによれば、潤滑油の気体の巻き込みが防止さ
れ、運動変換部に回転部材と直動部材が気体に触れることがないから両者の接触部位の油膜切れが生じることがなく、潤滑不良を引き起こすことが阻止される。
【0009】
さらに、請求項2の課題解決手段では、中間筒を設けてケース本体との間に弾性部材を収容したので、ケース内で弾性部材が移動して出力筒に干渉し、出力筒の移動を妨げることもない。また、中間筒が直動部材のまわり止めとして機能しているので、回り止め自体も常時潤滑油に油浸され円滑な出力筒の伸縮作動が保証される。
【0010】
また、請求項3の課題解決手段では、ケースが、ケース本体と、回転部材を回転自在に保持するホルダとを備えて、このホルダに潤滑油の注入口を設けているので、ホルダに備えられた回転部材を軸支するボールベアリングの至近から潤滑油が注入される。そのため、ボールベアリングについても潤滑油に満たされて潤滑不良を生じることがない。
【0011】
そして、さらに、請求項4の課題解決手段では、螺子軸を回転部材として、ボールナットを直動部材としたので、ボールナットをモータに連結する場合に比較して、ボールナットを連結部品が不要となるので、電動アクチュエータが軽量となり、コストも低減されることになる。
【発明の効果】
【0012】
本発明の電動アクチュエータによれば、微振幅で伸縮するような場合でも、運動変換部における回転部材と直動部材が常時潤滑油によって潤滑されるため、フレッティングが発生せず、電動アクチュエータの劣化を防止することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における電動アクチュエータ1は、
図1に示すように、回転部材としての螺子軸3と螺子軸3に螺合される直動部材としてのボールナット4とを有する運動変換部2と、螺子軸3に連結されて螺子軸3を回転駆動するモータMと、ボールナット4に装着される出力筒5と、運動変換部2を収容するとともに出力筒5が移動自在に挿入されるケースCと、ケースC内に収容される弾性部材6と、ケースCおよび出力筒5内に充填される潤滑油Jとを備えて構成される。そして、この実施の形態における電動アクチュエータ1は、モータMを駆動することで、螺子軸3を回転させることでボールナット4を螺子軸3上で軸方向に移動させることができ、出力筒5を通じてボールナット4を移動させる推力を図示しない外部機器へ作用させることができる。
【0015】
以下、電動アクチュエータ1の各部について詳細に説明する。運動変換部2は、回転部材と回転部材の回転によって直線運動を呈する直動部材とを備えて構成されており、この実施の形態の場合、回転部材を螺子軸3とし、直動部材を螺子軸3に螺合されるボールナット4とする送り螺子機構を成している。
【0016】
そして、螺子軸3は、
図1に示すように、円筒或いは円柱状に形成されるとともに、その外周に螺旋状の螺子溝3bが形成される螺子部3aと螺子部3aからモータ側に伸びるシャフト部3cとを備えている。ボールナット4は、詳しくは図示しないが、筒状とされており、内部に、螺子軸3の螺子溝3bに対向する螺旋状のボール通路と、ボール通路に収容されて螺子溝3bを走行する多数のボールとを備えて構成されている。ボールナット4を回り止めして螺子軸3を回転させると、前記ボールが螺子溝3bを走行してボールナット4を軸方向に滑らかに移動させることができるようになっている。
【0017】
つづいて、モータMは、
図1に示すように、図示しないステータとロータを収容したモータ本体7と、ロータに連結された出力軸8とを備えて構成されており、出力軸8がカップリング9を介して螺子軸3の
図1中左端に連結されている。モータMに電流供給することで出力軸8を回転駆動させると、出力軸8に連結された螺子軸3も回転駆動されてボールナット4を軸方向に直線往復運動させることができる。
【0018】
ボールナット4は、ナットホルダ10を介して出力筒5に連結されている。ナットホルダ10は、筒状であって、外周に設けられて軸方向に沿うキー10aと、外周に周方向に沿って装着されるウェアリング10bを備えている。ナットホルダ10の内周であって
図1中左方に、ボールナット4が収容され、且つ固定されている。また、ナットホルダ10の内周であって
図1中右端には、出力筒5の
図1中左端が螺子締結され、これにより、ボールナット4と出力筒5とが連結される。
【0019】
出力筒5の
図1中右端は、外部機器や検体への連結を可能とするブラケット11が装着されている。また、出力筒5内には、環状のスライダ12が摺動自在に挿入されている。スライダ12は、外周に出力筒5の内周に摺接するシールリング12aを備えており、また、内周にはボールベアリング12bとボールベアリング12bの反ボールナット側である
図1中右方に設けたシールリング12cとを備えている。そして、出力筒5内には、螺子軸3が挿通されていて、螺子軸3の
図1中右端がスライダ12のボールベアリング12bによって回転自在に支持されている。スライダ12のシールリング12a,12cにより、出力筒5と螺子軸3との間がシールされ、螺子軸3の回転によって出力軸5が
図1中左右方向に直線運動しても、出力筒5内のスライダ12よりもボールナット4側である
図1中左方側が密封状態に維持される。
【0020】
ケースCは、筒状のケース本体13と、ケース本体13の反モータ側である
図1中右端に嵌合される環状のエンドキャップ14と、ケース本体13のモータ側である
図1中左端に嵌合される環状のホルダ15とを備えて構成されている。
【0021】
エンドキャップ14は、内周に設けた出力筒5の外周に摺接するすべり軸受14aと、同じく内周であってすべり軸受14aの反モータ側である
図1中右方に設けたシールリング14bとを備えており、出力筒5を摺動可能に軸支しつつ、ケース本体13の
図1中右端を閉塞している。これにより、エンドキャップ14は、出力筒5のケースC内での直線方向の往復動をガイドしつつケースCの右端を密封している。
【0022】
ホルダ15は、内周に装着されるボールベアリング15a,15bと、ボールベアリング15a,15bよりもモータ側に設けたシールリング15cと、外周から開口して内部へ通じる注入口15dと、注入口15dを閉塞するプラグ15eとを備えている。ホルダ15は、モータMと筒状の連結部材17を介して連結されており、モータMとケースCとが一体化されている。
【0023】
ケース本体13は、筒状であって、エンドキャップ14とホルダ15の外周に装着されて、エンドキャップ14とホルダ15に一体化されている。ケース本体13とエンドキャップ14との間、および、ケース本体13とホルダ15との間にはシールリング14c,15fが介装されており、ケース本体13とエンドキャップ14との間、および、ケース本体13とホルダ15との間は密封されている。
【0024】
ホルダ15内には、螺子軸3が挿通されており、螺子軸3の
図1中左端は、ホルダ15よりも外方へ突出している。また、螺子軸3は、ボールベアリング15a,15bによって回転自在に支持されている。よって、螺子軸3は、ホルダ15に設けたボールベアリング15a,15bとスライダ12に設けたボールベアリング12bによって、両端が回転自在に支持されていて、軸ぶれすることなく回転運動を呈することができるように配慮されている。ホルダ15側に二つのボールベアリング15a,15bを設けているが、一つで足りるのであれば、いずれか一方を廃止することも可能である。
【0025】
ボールベアリング15a,15bは、これらの外側から、螺子軸3のシャフト部3cと螺子部3aとの境に設けたフランジ3dと、螺子軸3の外周に嵌合される環状のカラー18とで挟持されている。そして、シャフト部3cに螺着されるナット19でカラー18をフランジ3dへ向けて締め付けることで、螺子軸3をボールベアリング15a,15bに軸方向にガタなく装着することができる。
【0026】
また、カラー18とボールベアリング15aの内輪との間には、これらと螺子軸3の外周に密着するOリング20が介装されていて、螺子軸3の外周がシールされている。シールリング15cは、カラー18の外周に摺接しており、カラー18の外周をシールしている。
【0027】
また、この実施の形態の場合、ケースC内であって、ホルダ15とエンドキャップ14とに固定される中間筒16が収容されている。具体的には、中間筒16は、モータ側端である
図1中左端がホルダ15の内周に挿入されて固定され、反モータ側端である
図1中右端がエンドキャップ14の
図1中左端を小径にして設けた段部
14dに嵌合されて固定されている。また、中間筒16には、孔16aが設けられていて、ケース本体13と中間筒16との間の環状の隙間と中間筒16内とが連通されている。さらに、中間筒16の内周には、軸方向に沿って溝16bが設けられている。この溝16bにはナットホルダ10の外周に設けたキー10aが走行可能に挿入されていて中間筒16が回り止めとして機能し、ナットホルダ10に保持されたボールナット4は、軸方向へ直線往復動が許容されるが周方向へ回転が規制される。なお、中間筒16に溝16bの代わりに、スリットを設けて、スリット内にキー10aを挿入するようにしてもよいし、キーを中間筒16に設けてキーが走行する溝をナットホルダ10に設けるようにしてもよい。
【0028】
このように、ボールナット4が回り止めされるので、モータMを駆動して螺子軸3を回転駆動させると、
図1中左右方向へ直線往復動を呈し、出力筒5がケースCに出入りしてブラケット11に取り付けられる外部機器や検体を加振することができる。
【0029】
そして、ケースCおよび出力筒5内には、潤滑油Jが充填されている。この実施の形態の場合では、弾性部材6がケース本体13と中間筒16との間に収容されるので、より具体的には、潤滑油Jは、ケースC内であって出力筒5をケースCとの間に形成される空間Sおよび出力筒5内に充填される。
【0030】
潤滑油Jは、ホルダ15に設けた注入口15dを介して充填することができるようになっており、このようにホルダ15に注入口15dを設けることで、ボールベアリング15a,15bの至近から潤滑油JをケースC内へ注入することができ、ボールベアリング15a,15bを充分に油浸させることができる。また、本実施の形態では、ボールナット4と出力筒5とを連結するナットホルダ10に出力筒5内と上記空間Sとを連通する通孔10cを設けている。この実施の形態の場合、空間Sは、ナットホルダ10によってモータ側のモータ側室r1と反モータ側の反モータ側室r2とに区画されているが、通孔10cは、両室r1,r2を連通するとともに両室r1,r2を出力筒5内に連通している。通孔10cを設けなくとも、ボールナット4と螺子軸3との間には隙間が有るため、潤滑油Jの出力筒5内への注入は可能ではあるが、このように通孔10cを設けることで、注入口15dから注入される潤滑油Jを出力筒5内へも速やかに充填することができる。
【0031】
また、ケースCの
図1中右端は、出力筒5の外周に摺接するシールリング14bによって密封され、ケースCの
図1中左端は、Oリング20とシールリング15cによって密封されている。さらに、出力筒5内に設けたスライダ12のシールリング12a,12cにより、出力筒5と螺子軸3との間がシールされる。本実施の形態の電動アクチュエータ1では、このように摺動部がシールされることで、潤滑油JのケースCおよび出力筒5からの漏洩が防止されている。なお、前記したようにケースC内であってシールリング12a,12c,14b,15c,15fおよびOリング20で密封される内方に、ボールベアリング12b,15a,15b、ウェアリング10bおよびすべり軸受14a、キー10aおよび溝16bでなる回り止め部のすべての摺動部が潤滑油Jに油浸されるため、これらの摺動部についても円滑な摺動が可能となっている。
【0032】
弾性部材6は、環状であってケースCのケース本体13と中間筒16との間に環状隙間に収容されている。このように、弾性部材6は中間筒16によって位置決めされてケースC内で位置ずれすることがないように配慮されている。弾性部材6は、圧力が作用すると圧力に応じて体積が変化するようになっている。出力筒5が駆動されてケースC内で移動すると、出力筒5がケースC内で押しのける押しのけ容積が変化して、出力筒5内およびケースC内の圧力が変動する。この圧力変動は、中間筒16に設けた孔16aを介して圧力変動が環状隙間内に収容された弾性部材6にも作用して、弾性部材6の体積が変化する。この弾性部材6の体積変化により、前述の出力筒5の移動による出力筒5のケースC内で押しのけ容積の変化分を吸収することができる。
【0033】
したがって、弾性部材6は、ケースC内に出力筒5が出入りすることによる圧力変動に対してケースC内に出力筒5が出入りすることによる出力筒5
の押しのけ容積を吸収可能なものであればよい。ただし、潤滑油JをケースC内および出力筒5内に充填することによる出力
筒5の移動の減衰作用を少なくするには、弾性部材6の体積弾性率は低いほどよい。弾性部材6の材質は、潤滑油Jによって劣化しない物であれ制限がないが、前記した減衰作用の低減を考慮すると、弾性部材6には、たとえば、ウレタンゴムを使用するとよい。
【0034】
また、出力筒5が駆動されると、出力筒5の移動量と移動方向に応じて出力筒5内、モータ側室r1および反モータ側室r2とを潤滑油Jが行き来することになるが、通孔10cを設けることで潤滑油Jの移動を円滑になる。そのため、出力筒5内、モータ側室r1内および反モータ側室r2内の圧力に差圧が生じることを抑制することができ、出力筒5の移動を妨げる減衰力の発生を効果的に抑制することができる。
【0035】
本発明の電動アクチュエータ1は、以上のように構成され、つづいて、その作動について説明する。前述したように、電動アクチュエータ1におけるモータMを駆動して螺子軸3を回転させると、ケースCに固定された中間筒16によって回り止めされたボールナット4が送りねじの要領で
図1中左右方向となる軸方向へ移動させることができる。これにより、ボールナット4に連結される出力筒5がケースCから出入りして電動アクチュエータ1は、伸縮することができ、出力筒5に連結される図外の外部機器或いは検体を加振することができる。
【0036】
ケースC内に出力筒5が出入りすることに伴って、ケースC内での出力筒5の押しのけ容積が変化するが、この変化は、弾性部材6の体積変化によって吸収される。このように、潤滑油JをケースC内および出力筒5内に充填しても、ケースC内での出力筒5の押しのけ容積が変化弾性部材6の体積変化によって吸収されるので、電動アクチュエータ1は円滑に伸縮駆動することができる。
【0037】
そして、本発明の電動アクチュエータ1は、ケースC内および出力筒5内に充填される潤滑油JとケースC内に収容される弾性部材6を備えているので、螺子軸3の螺子溝3bとボールナット4のボールとが潤滑油Jに油浸される。このように、常時、螺子軸3とボールナット4の潤滑が行われるとともに、出力筒5がケースC内で出入りしても弾性部材6の体積変化によって出力筒5が円滑に移動可能となる。よって、本発明の電動アクチュエータ1によれば、微振幅で伸縮するような場合でも、運動変換部2における回転部材としての螺子軸3と直動部材としてのボールナット4とが常時潤滑油Jによって潤滑されるため、フレッティングが発生せず、電動アクチュエータ1の劣化を防止することができる。
【0038】
また、ケースC内に気体を封入するのはなく、弾性部材6の体積変化によって、出力筒5の押しのけ容積の変動を吸収するので、電動アクチュエータ1の伸縮作動によってケースC内で油面が波立って気体を巻き込んでしまうことがなくなる。このように本発明の電動アクチュエータ1によれば、潤滑油Jの気体の巻き込みが防止さ
れ、運動変換部2に回転部材と直動部材が気体に触れることがないから両者の接触部位の油膜切れが生じることがなく、潤滑不良を引き起こすことが阻止される。
【0039】
本実施の形態の電動アクチュエータ1では、中間筒16を設けてケース本体13との間に弾性部材6を収容したので、ケースC内で弾性部材6が移動してしまって出力筒5に干渉して出力筒5の移動を妨げることもない。また、中間筒16が直動部材としてのボールナット4のまわり止めとして機能しているので、回り止めを構成するキー10aと溝16bとが潤滑油Jに油浸されて潤滑されるため円滑な出力筒5の伸縮作動が保証される。なお、中間筒16は、回転部材の回り止めと弾性部材6の位置決めとして機能しているが、中間筒16以外で回転部材の回り止めを実施してもよく、弾性部材6の位置決めについても他の構成によって行うことも可能である。しかしながら、中間筒16を用いることで回転部材の回り止めと弾性部材6の位置決めの両機能を満足させることができる点で有利となる。
【0040】
運動変換部2は、この実施の形態の場合、螺子軸3を回転部材として、ボールナット4を直動部材としているが、反対に、ボールナット4を回転部材として、螺子軸3を直動部材とすることも可能である。ボールナット4を回転部材とする場合、モータMの出力軸8をボールナット4に連結する連結部品が必要となるが、この連結部品は螺子軸3の挿通を許容しなければならず筒状であることを要する。このように、ボールナット4をモータMの出力軸8に連結する連結部品が必要になることに加えて、ストローク確保の観点からボールナット4をできるだけモータMから離間させた方が良いので連結部品の長さが長くなる。対して、本実施の形態の電動アクチュエータ1のように、螺子軸3を回転部材とする場合には、ボールナット4を出力軸8に連結する連結部品が不要となるので、ボールナット4を回転部材とする場合に比較して、電動アクチュエータ1が軽量となって、コストも低減されることになる。
【0041】
なお、運動変換部2は、上記したところでは、螺子軸3とボールナット4とで構成されるが、図示はしないが、螺子軸とボールを使用しないナットとで構成されてもよいし、回転部材をピニオンとして直動部材をピニオンに噛み合うラックとして構成することも可能である。この場合、ケースCの構造としては、ケースC内に運動変換部2を収容して運動変換部2における回転部材と直動部材とが接触する部位を潤滑油Jで常時油浸状態にすることができる構造とすればよい。
【0042】
また、上記したところでは、通孔10cを設けて出力筒5の移動に際して減衰力の発生を抑制して、出力筒5の移動を円滑なものとするようにしている。このような通孔10cを設けることに代えて、出力筒5と空間Sとを連通する必要はあるが、中間筒16の内周に溝を設けてモータ側室r1と反モータ側室r2とを連通するか、他にモータ側室r1と反モータ側室r2とを連通する通路を設けるようにしてもよい。なお、通孔10aや前記した通孔10aの流路抵抗を調節する弁を設けることもできる。さらに、通孔10aを設ける代わりに前記通路を設ける場合には通路の流路抵抗を調節する、弁を設けることができる。このように弁を設ける場合には、緊急時などで通孔10aの流路抵抗を大きくして、減衰力を発生させて電動アクチュエータ1の伸縮作動を減衰させることが可能である。さらに、通孔10cを設けることに代えて、電動アクチュエータ1の中間筒16の内周に軸方向に沿う溝を設けることでナットホルダ10で仕切られるモータ側室r1と反モータ側室r2とを連通する場合、中間筒16の両端側で溝の深さを浅くしたり、溝の幅を狭くしたりすることで溝の断面積を中央部よりも小さくすることができる。このようにする場合、ナットホルダ10が溝の断面積が小さくなる区間に差し掛かると、出力筒5の移動に対して減衰力が発生してストロークエンドで出力筒5の移動を抑制するクッション機能を発揮させてもよい。
【0043】
ナットホルダ10を用いて、ボールナット4を出力筒5に連結しているが、ボールナット4を出力筒5に直接連結してナットホルダ10を省略することも可能である。
【0044】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。