リニアアクチュエータおよびボールベアリング・スプライン
【課題】滑り摩擦による磨耗が少なく効率の高いリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】ボールねじ２０５は、電動モータによって動力を与えられる。ボールベアリング・スプラインは、並進ナット２０４に一体化されており、外側レース２０１、内側レースつまり負荷経路２０２、ボール・リターン経路２０３、および複数の転動要素つまりベアリングボール２０６を備えている。ボールねじ２０５が回転すると、ボールベアリング・スプラインが、ボールねじ２０５の回転トルクに対抗し、並進ナット２０４を直線的な方向に移動させる。複数の転動要素２０６が、ボール・リターン経路２０３を介して、内側レース２０２から外側レース２０１へ移動しさらに内側レース２０２へ戻るように連続的に循環する。これによって、並進ナット２０４の無限の直線ストロークに亘ってボールベアリング・スプラインが作動する。
【解決手段】ボールねじ２０５は、電動モータによって動力を与えられる。ボールベアリング・スプラインは、並進ナット２０４に一体化されており、外側レース２０１、内側レースつまり負荷経路２０２、ボール・リターン経路２０３、および複数の転動要素つまりベアリングボール２０６を備えている。ボールねじ２０５が回転すると、ボールベアリング・スプラインが、ボールねじ２０５の回転トルクに対抗し、並進ナット２０４を直線的な方向に移動させる。複数の転動要素２０６が、ボール・リターン経路２０３を介して、内側レース２０２から外側レース２０１へ移動しさらに内側レース２０２へ戻るように連続的に循環する。これによって、並進ナット２０４の無限の直線ストロークに亘ってボールベアリング・スプラインが作動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してリニアアクチュエータの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアアクチュエータは、対象物に力を加えたり直線的に変位させるように設計された機械である。リニアアクチュエータとしては、電気機械アクチュエータ（ＥＭＡ）があり、ＥＭＡにおいては、電動モータがＥＭＡに動力を与える。ＥＭＡは、油圧式あるいは空圧式のリニアアクチュエータよりも効率が高く、油圧式作動システムで使用される作動油に関連する火炎危険や漏出の問題を生じさせない。
【０００３】
リニアアクチュエータとしては、ボールねじアクチュエータとすることができ、ボールねじアクチュエータにおいては、電動モータが回転ボールベアリングねじつまりボールねじに動力を与える。ボールねじアクチュエータは、ボールねじの回転運動を、螺旋状のボール溝を介して、並進ナットの直線運動に変換する。ボールねじが回転するとき、このボールねじに螺合した並進ナットは、回転しないように拘束されており、ボールねじとナットとの間に配置された一式のベアリングボールが螺旋状のボール溝に追従することで、ボールねじとナットとの間の摩擦が低減される。こうして、ボールねじの回転運動が、ナットの直線運動に変換される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボールねじアクチュエータにおいて、並進ナットを、ボールねじと共に回転しないように拘束するためには、ボールねじの回転に伴うトルクに対抗するように構成する必要がある。この駆動トルクに対抗する最も簡単な方法は、アクチュエータの負荷に接続された構造体を利用することである。ボールねじアクチュエータが一般に使用される用途においては、動かされる対象物が、構造体の上で所定の経路に沿って関節動作するので、この構造体を並進ナットの回転防止に利用することができる。しかし、いくつかの用途においては、ボールねじアクチュエータは、このような基礎となる構造体でもってトルクに対抗することができない。このような用途においては、トルクに対抗する外部のリンクやトルクに対抗するスプラインなどのトルク対抗要素がアクチュエータに組み込まれる。アクチュエータに外部のトルク対抗リンクを組み込めない（例えば、レイアウト上の制約による）ような用途においては、トルク対抗スプラインが使用され得る。トルク対抗スプラインは、アクチュエータの静止要素と並進要素との間に位置する摺動境界面を有し、並進要素の並進運動を許容しつつ回転要素からのトルクに対抗する。しかしながら、トルク対抗スプラインの摺動境界面における摺動摩擦によってシステムのエネルギが消費され、アクチュエータ全体の効率が低下してしまう。また、このトルク対抗スプラインは、摺動摩擦によって、比較的大きな磨耗を生じることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によると、リニアアクチュエータは、回転するように構成されたボールねじと、ボールねじと螺合し、ボールねじの回転運動に応答して直線運動に変換するように構成されたナットと、ナットに一体化されて、複数のベアリングボールを含み、かつボールねじの回転トルクに対抗するように構成されたボールベアリング・スプラインと、を備える。
【０００６】
本発明の他の態様によると、ボールベアリング・スプラインは、リニアアクチュエータの並進ナットに一体化されて、複数のベアリングボールを含み、並進ナットと螺合したボールねじからの回転トルクに対抗するように構成されている。
【０００７】
本発明の他の態様、特徴および技術は、図に関連する以下の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ボールベアリング・スプラインを備えるリニアアクチュエータの実施例を示す図。
【図２】ボールベアリング・スプラインを備えるリニアアクチュエータの実施例の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ボールベアリング・スプラインを備えるリニアアクチュエータの実施例に即して以下に詳述する。
【００１０】
ボールベアリング・スプラインは、リニアボールねじアクチュエータの並進要素つまりナットに組み込むことができる。このボールベアリング・スプラインは、複数の転動要素つまりベアリングボールを保持する直線状のレース（ｒａｃｅ）を備えている。これらのベアリングボールは、静止ハウジングと並進ナットとの間の境界を横切って負荷を直線的に伝達し、比較的小さな摩擦でもってボールねじのトルクに対抗するように機能する。これによって、アクチュエータの効率が向上する。また、ボールベアリング・スプラインは、ボール・リターン経路を備えることができ、このリターン経路を介してボールベアリング・スプラインの負荷経路から出たベアリングボールが負荷経路の入口へ戻るようにすることで、ベアリングボールがレース内で再循環することが可能になり、これにより、ボールベアリング・スプラインが無限ストロークに亘って作動することが可能になる。
【００１１】
図１は、ボールベアリング・スプラインを備えたリニアアクチュエータ１００の実施例である。リニアアクチュエータ１００は、並進ナット１０３と螺合したボールねじ１０１を備えている。いくつかの実施例においては、ボールねじ１０１は、電動モータによって動力を与えられる。ボールベアリング・スプライン１０２ａ，１０２ｂは、並進ナット１０３に一体化されており、複数のベアリングボールを備えている。ボールベアリング・スプライン１０２ａ，１０２ｂが、ボールねじ１０１の回転に伴うトルクに対抗し、並進ナット１０３は、ボールねじ１０１の回転に応答して、矢印１０４で示す直線的な方向に移動する。これらのボールベアリング・スプライン１０２ａ，１０２ｂは、例示に過ぎず、リニアアクチュエータが備えるボールベアリング・スプラインは、適当な数および構成とすることができる。
【００１２】
図２は、ボールベアリング・スプラインを備えるリニアアクチュエータ２００の実施例の断面図である。このリニアアクチュエータ２００は、並進ナット２０４に螺合した回転するボールねじ２０５を備えている。いくつかの実施例においては、ボールねじ２０５は、電動モータによって動力を与えられる。ボールベアリング・スプラインは、並進ナット２０４に一体化されており、外側レース２０１と、内側レースつまり負荷経路２０２と、ボール・リターン経路２０３と、複数の転動要素つまりベアリングボール２０６と、を備えている。動作について説明する。ボールねじ２０５が回転すると、ボールベアリング・スプラインがボールねじ２０５からの回転トルクに対抗し、並進ナット２０４を直線的な方向に移動させる。複数の転動要素２０６が、ボール・リターン経路２０３を介して、内側レース２０２から外側レース２０１へ移動しさらに内側レース２０２へ戻るように、連続的に循環する。これによって、ボールベアリング・スプラインが並進ナット２０４の無限の直線ストロークに亘って作動することが可能になる。
【００１３】
実施例における技術的効果および利点としては、リニアアクチュエータのスプラインの効率が高くかつ磨耗が少ないことが挙げられる。
【００１４】
なお、本明細書中で使用される用語は、特定の実施例を説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。上記の説明は、例示であり、当業者であれば、本発明のさまざまな変更や変形がなされ得ることを理解されよう。本発明の態様は、説明した実施例のうちの一部しか含まないこともある。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものではなく、特許請求の範囲によって確定される。
【符号の説明】
【００１５】
１００…リニアアクチュエータ
１０１…ボールねじ
１０３…ナット
２００…リニアアクチュエータ
２０１…外側レース
２０２…内側レース
２０４…ナット
２０５…ボールねじ
２０６…ベアリングボール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してリニアアクチュエータの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアアクチュエータは、対象物に力を加えたり直線的に変位させるように設計された機械である。リニアアクチュエータとしては、電気機械アクチュエータ（ＥＭＡ）があり、ＥＭＡにおいては、電動モータがＥＭＡに動力を与える。ＥＭＡは、油圧式あるいは空圧式のリニアアクチュエータよりも効率が高く、油圧式作動システムで使用される作動油に関連する火炎危険や漏出の問題を生じさせない。
【０００３】
リニアアクチュエータとしては、ボールねじアクチュエータとすることができ、ボールねじアクチュエータにおいては、電動モータが回転ボールベアリングねじつまりボールねじに動力を与える。ボールねじアクチュエータは、ボールねじの回転運動を、螺旋状のボール溝を介して、並進ナットの直線運動に変換する。ボールねじが回転するとき、このボールねじに螺合した並進ナットは、回転しないように拘束されており、ボールねじとナットとの間に配置された一式のベアリングボールが螺旋状のボール溝に追従することで、ボールねじとナットとの間の摩擦が低減される。こうして、ボールねじの回転運動が、ナットの直線運動に変換される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボールねじアクチュエータにおいて、並進ナットを、ボールねじと共に回転しないように拘束するためには、ボールねじの回転に伴うトルクに対抗するように構成する必要がある。この駆動トルクに対抗する最も簡単な方法は、アクチュエータの負荷に接続された構造体を利用することである。ボールねじアクチュエータが一般に使用される用途においては、動かされる対象物が、構造体の上で所定の経路に沿って関節動作するので、この構造体を並進ナットの回転防止に利用することができる。しかし、いくつかの用途においては、ボールねじアクチュエータは、このような基礎となる構造体でもってトルクに対抗することができない。このような用途においては、トルクに対抗する外部のリンクやトルクに対抗するスプラインなどのトルク対抗要素がアクチュエータに組み込まれる。アクチュエータに外部のトルク対抗リンクを組み込めない（例えば、レイアウト上の制約による）ような用途においては、トルク対抗スプラインが使用され得る。トルク対抗スプラインは、アクチュエータの静止要素と並進要素との間に位置する摺動境界面を有し、並進要素の並進運動を許容しつつ回転要素からのトルクに対抗する。しかしながら、トルク対抗スプラインの摺動境界面における摺動摩擦によってシステムのエネルギが消費され、アクチュエータ全体の効率が低下してしまう。また、このトルク対抗スプラインは、摺動摩擦によって、比較的大きな磨耗を生じることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によると、リニアアクチュエータは、回転するように構成されたボールねじと、ボールねじと螺合し、ボールねじの回転運動に応答して直線運動に変換するように構成されたナットと、ナットに一体化されて、複数のベアリングボールを含み、かつボールねじの回転トルクに対抗するように構成されたボールベアリング・スプラインと、を備える。
【０００６】
本発明の他の態様によると、ボールベアリング・スプラインは、リニアアクチュエータの並進ナットに一体化されて、複数のベアリングボールを含み、並進ナットと螺合したボールねじからの回転トルクに対抗するように構成されている。
【０００７】
本発明の他の態様、特徴および技術は、図に関連する以下の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ボールベアリング・スプラインを備えるリニアアクチュエータの実施例を示す図。
【図２】ボールベアリング・スプラインを備えるリニアアクチュエータの実施例の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ボールベアリング・スプラインを備えるリニアアクチュエータの実施例に即して以下に詳述する。
【００１０】
ボールベアリング・スプラインは、リニアボールねじアクチュエータの並進要素つまりナットに組み込むことができる。このボールベアリング・スプラインは、複数の転動要素つまりベアリングボールを保持する直線状のレース（ｒａｃｅ）を備えている。これらのベアリングボールは、静止ハウジングと並進ナットとの間の境界を横切って負荷を直線的に伝達し、比較的小さな摩擦でもってボールねじのトルクに対抗するように機能する。これによって、アクチュエータの効率が向上する。また、ボールベアリング・スプラインは、ボール・リターン経路を備えることができ、このリターン経路を介してボールベアリング・スプラインの負荷経路から出たベアリングボールが負荷経路の入口へ戻るようにすることで、ベアリングボールがレース内で再循環することが可能になり、これにより、ボールベアリング・スプラインが無限ストロークに亘って作動することが可能になる。
【００１１】
図１は、ボールベアリング・スプラインを備えたリニアアクチュエータ１００の実施例である。リニアアクチュエータ１００は、並進ナット１０３と螺合したボールねじ１０１を備えている。いくつかの実施例においては、ボールねじ１０１は、電動モータによって動力を与えられる。ボールベアリング・スプライン１０２ａ，１０２ｂは、並進ナット１０３に一体化されており、複数のベアリングボールを備えている。ボールベアリング・スプライン１０２ａ，１０２ｂが、ボールねじ１０１の回転に伴うトルクに対抗し、並進ナット１０３は、ボールねじ１０１の回転に応答して、矢印１０４で示す直線的な方向に移動する。これらのボールベアリング・スプライン１０２ａ，１０２ｂは、例示に過ぎず、リニアアクチュエータが備えるボールベアリング・スプラインは、適当な数および構成とすることができる。
【００１２】
図２は、ボールベアリング・スプラインを備えるリニアアクチュエータ２００の実施例の断面図である。このリニアアクチュエータ２００は、並進ナット２０４に螺合した回転するボールねじ２０５を備えている。いくつかの実施例においては、ボールねじ２０５は、電動モータによって動力を与えられる。ボールベアリング・スプラインは、並進ナット２０４に一体化されており、外側レース２０１と、内側レースつまり負荷経路２０２と、ボール・リターン経路２０３と、複数の転動要素つまりベアリングボール２０６と、を備えている。動作について説明する。ボールねじ２０５が回転すると、ボールベアリング・スプラインがボールねじ２０５からの回転トルクに対抗し、並進ナット２０４を直線的な方向に移動させる。複数の転動要素２０６が、ボール・リターン経路２０３を介して、内側レース２０２から外側レース２０１へ移動しさらに内側レース２０２へ戻るように、連続的に循環する。これによって、ボールベアリング・スプラインが並進ナット２０４の無限の直線ストロークに亘って作動することが可能になる。
【００１３】
実施例における技術的効果および利点としては、リニアアクチュエータのスプラインの効率が高くかつ磨耗が少ないことが挙げられる。
【００１４】
なお、本明細書中で使用される用語は、特定の実施例を説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。上記の説明は、例示であり、当業者であれば、本発明のさまざまな変更や変形がなされ得ることを理解されよう。本発明の態様は、説明した実施例のうちの一部しか含まないこともある。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものではなく、特許請求の範囲によって確定される。
【符号の説明】
【００１５】
１００…リニアアクチュエータ
１０１…ボールねじ
１０３…ナット
２００…リニアアクチュエータ
２０１…外側レース
２０２…内側レース
２０４…ナット
２０５…ボールねじ
２０６…ベアリングボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するように構成されたボールねじ（１０１，２０５）と、
ボールねじ（１０１，２０５）と螺合し、ボールねじ（１０１，２０５）の回転運動に応答して直線的に並進運動するように構成されたナット（１０３，２０４）と、
ナット（１０３，２０４）に一体化され、かつ複数のベアリングボール（２０６）を含み、ボールねじ（１０１，２０５）からの回転トルクに対抗するように構成されたボールベアリング・スプライン（１０２ａ）と、
を備えるリニアアクチュエータ（１００，２００）。
【請求項２】
ボールベアリング・スプライン（１０２ａ）が内側レース（２０２）および外側レース（２０１）を含み、これらの内側レース（２０２）と外側レース（２０１）とがボール・リターン経路（２０３）によって接続されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１００，２００）。
【請求項３】
複数のベアリングボール（２０６）が、ボール・リターン経路（２０３）を介して、内側レース（２０２）から外側レース（２０１）へ移動しさらに内側レース（２０２）へ戻るように、連続的に循環することを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ（１００，２００）。
【請求項４】
ボールねじ（１０１，２０５）を回転駆動するように構成された電動モータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１００，２００）。
【請求項５】
複数のボールベアリング・スプライン（１０２ａ，１０２ｂ）がナット（１０３，２０４）に一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１００，２００）。
【請求項６】
リニアアクチュエータ（１００，２００）の並進ナット（１０３，２０４）に一体化され、かつ複数のベアリングボール（２０６）を含むボールベアリング・スプライン（１０２ａ）であって、上記並進ナット（１０３，２０４）と螺合したボールねじ（１０１，２０５）からの回転トルクに対抗するように構成されたボールベアリング・スプライン（１０２ａ）。
【請求項７】
ボールベアリング・スプライン（１０２ａ）が内側レース（２０２）および外側レース（２０１）を含み、これらの内側レース（２０２）と外側レース（２０１）とがボール・リターン経路（２０３）によって接続されていることを特徴とする請求項６に記載のボールベアリング・スプライン（１０２ａ）。
【請求項８】
複数のベアリングボール（２０６）が、ボール・リターン経路（２０３）を介して、内側レース（２０２）から外側レース（２０１）へ移動しさらに内側レース（２０２）へ戻るように、連続的に循環することを特徴とする請求項７に記載のボールベアリング・スプライン（１０２ａ）。
【請求項１】
回転するように構成されたボールねじ（１０１，２０５）と、
ボールねじ（１０１，２０５）と螺合し、ボールねじ（１０１，２０５）の回転運動に応答して直線的に並進運動するように構成されたナット（１０３，２０４）と、
ナット（１０３，２０４）に一体化され、かつ複数のベアリングボール（２０６）を含み、ボールねじ（１０１，２０５）からの回転トルクに対抗するように構成されたボールベアリング・スプライン（１０２ａ）と、
を備えるリニアアクチュエータ（１００，２００）。
【請求項２】
ボールベアリング・スプライン（１０２ａ）が内側レース（２０２）および外側レース（２０１）を含み、これらの内側レース（２０２）と外側レース（２０１）とがボール・リターン経路（２０３）によって接続されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１００，２００）。
【請求項３】
複数のベアリングボール（２０６）が、ボール・リターン経路（２０３）を介して、内側レース（２０２）から外側レース（２０１）へ移動しさらに内側レース（２０２）へ戻るように、連続的に循環することを特徴とする請求項２に記載のリニアアクチュエータ（１００，２００）。
【請求項４】
ボールねじ（１０１，２０５）を回転駆動するように構成された電動モータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１００，２００）。
【請求項５】
複数のボールベアリング・スプライン（１０２ａ，１０２ｂ）がナット（１０３，２０４）に一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ（１００，２００）。
【請求項６】
リニアアクチュエータ（１００，２００）の並進ナット（１０３，２０４）に一体化され、かつ複数のベアリングボール（２０６）を含むボールベアリング・スプライン（１０２ａ）であって、上記並進ナット（１０３，２０４）と螺合したボールねじ（１０１，２０５）からの回転トルクに対抗するように構成されたボールベアリング・スプライン（１０２ａ）。
【請求項７】
ボールベアリング・スプライン（１０２ａ）が内側レース（２０２）および外側レース（２０１）を含み、これらの内側レース（２０２）と外側レース（２０１）とがボール・リターン経路（２０３）によって接続されていることを特徴とする請求項６に記載のボールベアリング・スプライン（１０２ａ）。
【請求項８】
複数のベアリングボール（２０６）が、ボール・リターン経路（２０３）を介して、内側レース（２０２）から外側レース（２０１）へ移動しさらに内側レース（２０２）へ戻るように、連続的に循環することを特徴とする請求項７に記載のボールベアリング・スプライン（１０２ａ）。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１２２７２４（Ｐ２０１１−１２２７２４Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７５５９１（Ｐ２０１０−２７５５９１）
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（５００１０７７６２）ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション (165)
【氏名又は名称原語表記】ＨＡＭＩＬＴＯＮ ＳＵＮＤＳＴＲＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｒｏａｄ， Ｗｉｎｄｓｏｒ Ｌｏｃｋｓ， ＣＴ ０６０９６−１０１０， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１０日（２０１０．１２．１０）
【出願人】（５００１０７７６２）ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション (165)
【氏名又は名称原語表記】ＨＡＭＩＬＴＯＮ ＳＵＮＤＳＴＲＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｒｏａｄ， Ｗｉｎｄｓｏｒ Ｌｏｃｋｓ， ＣＴ ０６０９６−１０１０， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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