JP5535396B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明はねじ機構を用いたリニアアクチュエータに関する。

ねじ軸及びこれに螺合されたナットから成るねじ機構を用いたリニアアクチュエータ（例えばボールねじによる送り装置など）は、高速・高精度な分野で多く用いられてきたが、大推力を必要とする分野では油圧駆動によるリニアアクチュエータ（例えば油圧シリンダ）が多く用いられてきた。これは、ねじ機構で大推力化を実現することが困難であったためであるが、昨今の技術的進歩により、大推力向けのねじ機構が開発され、従来油圧が主に用いられてきた分野に電動リニアアクチュエータが適用されるようになってきた。電動化によるメリットは、油圧駆動に比べ効率が良く、また回生エネルギの活用がしやすい点や、制御性が良い点などが挙げられ、油圧駆動の電動化が進んでいる。

しかし、同じ推力で比較すると、油圧シリンダに対して電動リニアアクチュエータは大径となることが多く、取り付けスペースの制約から電動化が困難となるケースも存在する。このため、電動リニアアクチュエータの径方向のサイズを大きくすることなく大推力化する手段として、駆動対象（被駆動体）に連結した複数のナットを１つのねじ軸に螺合させ、ナット１つあたりに作用する荷重を減らすことで大推力化を図った技術がある（特開２００３−２２７５５７号公報、特開２００２−１３７２６８号公報、特開２００２−３６４７２４号公報、特開昭６０−２５６６６７号公報、特開平４−８９５１号公報参照）。これらの文献には駆動対象に連結した２つ以上のナットを１つのねじ軸に螺合させたリニアアクチュエータが記述されている。例えば、２つのナットを１つのねじ軸に螺合させて各ナットに作用する荷重を均等に分散させると、ナットを１つだけ使用した場合と比較して各ナットに作用する荷重を半減できるので、リニアアクチュエータとして２倍の荷重に耐えられることとなる。

特開２００３−２２７５５７号公報 特開２００２−１３７２６８号公報 特開２００２−３６４７２４号公報 特開昭６０−２５６６６７号公報 特開平４−８９５１号公報

ところで、各ナットと駆動対象との連結部が剛体であったとすれば、各連結部の加工精度や組立精度が影響し、各ナットに均等に荷重が分配されるとは限らない。また、各ナットに荷重が均等に作用することなく、１つのナットに全ての荷重が作用するという状態も考えられる。

この課題の解決を図るために、上記５つの文献の一部（特開２００３−２２７５５７号公報、特開２００２−１３７２６８号公報、特開２００２−３６４７２４号公報、特開昭６０−２５６６６７号公報）では、各連結部に弾性体を用いることで、各ナットに作用する荷重を均等化することを試みているが、各連結部の剛性が低下するという新たな課題が生じる。また、残りの文献（特開平４−８９５１号公報）では、２つのナット間距離を調整できる構成としているが、当該距離の調整に手間がかかるという課題が残る。また、当該文献の中には、２つのナット間距離を圧電式アクチュエータ等で調整する構成も記述されているが、制御系が複雑になりコストも高くなるため、現実的とは言い難い。このように、従来技術では複数のナットのそれぞれに作用する荷重を均等化するために、剛性の低下を招く、あるいは組立調整の手間が増えるといった課題があった。

本発明の目的は、剛性の低下を抑制しながら、各ナットに作用する荷重の偏差を容易に低減できるリニアアクチュエータを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、ねじ軸と、このねじ軸に螺合された複数のナットとを備え、前記ねじ軸と前記複数のナットとを軸回りに相対的に回転させることで発生する前記ねじ軸の軸方向の変位によって駆動対象を駆動するリニアアクチュエータにおいて、前記複数のナットにおける２つナットを連結し、前記ねじ軸の周方向に回転可能に当該２つのナットを支持するリンク部材と、前記駆動対象に連結され、前記リンク部材を揺動可能に支持する荷重伝達部材とを備えるものとする。

本発明によれば、剛性の低下を抑制しながら、各ナットに作用する荷重の偏差を容易に低減できる。

本発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータの全体構成図の斜視図。 図１に示したリニアアクチュエータの正面図。 図２に示したリニアアクチュエータにおける荷重均等化機構２付近の拡大図。 本発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１における荷重均等化機構２の分解図。 本発明に係る荷重均等化機構の原理説明図。 本発明に係る荷重均等化機構の原理説明図。 本発明に係る荷重均等化機構の原理説明図。 本発明の第２の実施の形態に係るリニアアクチュエータにおける荷重均等化機構３の分解図。 本発明の第３の実施の形態に係るリニアアクチュエータにおける荷重均等化機構の斜視図。 図９に示した荷重均等化機構の分解図。 本発明の第４の実施の形態に係るリニアアクチュエータにおける荷重均等化機構の斜視図。 図１１に示した荷重均等化機構の分解図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータの全体構成図の斜視図であり、図２は図１に示したリニアアクチュエータの正面図である。なお、各図面において同じ部分には同じ符号を付して説明は適宜省略することがある（後の図も同様とする）。また、以下の説明では、同一の構成要素が複数ある場合において、各構成要素の区別が必要な場合には共通する数字の符号に異なるアルファベットの小文字を付して区別するものとし、区別が不要な場合は当該アルファベットの小文字を適宜省略することがある。

これらの図に示すリニアアクチュエータ１は、軸受（図示せず）によって回転可能に支持されたねじ軸５１と、ねじ軸５１に螺合された２つのナット５２ａ，５２ｂと、ねじ軸５１を回転駆動するための駆動源であるモータ（駆動装置）５７と、２つのナット５２ａ，５２ｂを連結する荷重均等化機構２と、荷重均等化機構２に連結された駆動対象（被駆動体）５５と、駆動対象５５の直動を案内するためのリニアガイド（レール５３及び可動部５４）と、ねじ軸５１を回転可能支持するための側板５６を備えている。

２つのナット５２ａ，５２ｂは、荷重均等化機構２を介して駆動対象５５と連結されており、ねじ軸５１が回転してもねじ軸５１の回転軸回りに回転しないように拘束されている。そのため、モータ７によってねじ軸５１を回転駆動させることでねじ軸５１とナット５２とを軸周りに相対的に回転させると、ねじ軸５１の軸方向におけるナット５２の変位が発生し、当該変位によって駆動対象５５が駆動される。リニアガイドは、ねじ軸１の軸方向に間隔を介して配置された２つの側板５６に架け渡されたレール５３と、駆動対象５５に取り付けられ駆動対象５５がレール５３上を移動するための可動部５４を備えている。

図３は図２に示したリニアアクチュエータにおける荷重均等化機構２付近の拡大図である。この図において、荷重均等化機構２は、２つのナット５２ａ，５２ｂの間に架け渡されており、２つの取付部６１ａ，６１ｂと、１組のリンク部材６２ａ，６２ｂと、荷重伝達部材６３を備えている。

取付部材６１ａ，６１ｂは、ナット５２ａ，５２ｂの外周に設けられたフランジ部８１を介してボルト等でナット５２ａ，５２ｂにそれぞれ連結されており、ナット５２ａ，５２ｂと共にねじ軸５１上を進退する。

１組のリンク部材６２ａ，６２ｂは、２つのナット５２ａ，５２ｂをねじ軸５１の径方向から挟み込んで連結するもので、この図に示す例では２つの取付部材６１ａ，６２ｂにリンク部材６２ａ，６２ｂをそれぞれ架け渡すことでナット５２ａ，５２ｂを連結している。また、１組のリンク部材６２ａ，６２ｂは、同一直線上に配置された２本のボルト６７によって形成される軸を介して一方の取付部材６１ａを支持しており、同様に同一直線上に配置された２本のボルト６７によって形成される他の軸を介して他方の取付部材６２ｂを支持している。各ボルト６７には、球面軸受６４及びスペーサ６５（図４参照）が挿入されている。

荷重伝達部材６３は、同一直線上に配置された２本のボルト６８によって形成される軸を介して１組のリンク部材６２ａ，６２ｂを揺動可能に支持している。各ボルト６８には、スペーサ６６（図４参照）が挿入されている。

なお、ここでは、ボルト６７，６８を利用した例を挙げて説明するが、その他の締結手段を利用しても良い。

図４は本発明の第１の実施の形態に係るリニアアクチュエータ１における荷重均等化機構２の分解図である。

各取付部材６１ａ，６１ｂには、ボルト６７を締結するためのめねじ部が形成された穴７１が２つ設けられている。この図に示す穴７１は、その軸心がねじ軸５１の回転軸と略直交するように設けられており、各取付部材６１ａ，６１ｂに係る２つの穴７１は、ねじ軸５１の回転軸を基準にして対称に配置されている。これにより２つの穴７１に螺合される２本のボルト６７によって形成される軸はねじ軸５１の回転軸と略直交する。

各リンク部材６２ａ，６２ｂには、その長手方向における両端部分にボルト６７及び球面軸受６４を収納するための穴７２が設けられている。また、当該２つの穴７２の間には、ボルト６８を挿入するための穴７３が設けられている。この図に示す例では、各リンク部材に設けられる３つの穴７２，７２，７３はその中心が同一直線上に位置するように配置されており、穴７３は２つの穴７２，７２の中央に位置している。すなわち、穴７３の中心（ボルト６８の軸心）から２つの穴７２，７２の中心（ボルト６７の軸心）までは等距離になっており、各ボルト６７，６７，６８の軸心はねじ軸５１の回転軸と略直交する。

球面軸受６４は、ラジアル荷重と両方向のスラスト荷重を負荷するためのもので、内部にスペーサ６５が挿入された状態で穴７２に収納されている。ボルト６７は、当該スペーサ６５を介して穴７１に螺合されている。取付部剤６１及びリンク部材６２は球面軸受６４を介して連結されているため、リンク部材６２は取付部６１に対してボルト６７の軸周りに回転可能であり、さらに、リンク部材６２は取付部６１に対して傾斜可能である。また、ボルト６７と球面軸受６４とは、ボルト６７の軸方向に相対的に変位可能に取り付けられている。

荷重伝達部６３には、ボルト６８を締結するためのめねじ部が形成された穴７４が設けられている。リンク部材６２の穴７３にはスペーサ６６が挿入されており、当該スペーサ６６を介してボルト６８は穴７４のめねじ部に螺合されている。これにより荷重伝達部材６３はリンク部材６１をボルト６８の軸回りに揺動可能に支持する。

上記のような構成により、リンク部材６２は荷重伝達部材６３に対してボルト６８の軸回りに揺動可能となる。そして、このようにリンク部材６２が揺動することにより、２つの取付部６１ａ，６１ｂがねじ軸５１の回転軸回りの所定の微少範囲内において相対的に回転可能となる。つまり、当該２つの取付部６１ａ，６１ｂに連結された２つのナット５２ａ，５２ｂがねじ軸５１の回転軸回りの所定の微少範囲内において相対的に回転可能となる。

次に、図を参照しつつ荷重均等化機構２によってナット５２に作用する荷重の偏差が低減される原理を説明する。ここでは、説明の便宜上、各ナット５２は複数のボールを転動体として有するボールナットであるとする。

図５、図６及び図７は本発明に係る荷重均等化機構の原理説明図である。図５は荷重均等化機構２の各部に作用する荷重やトルクを矢印で示した図である。図６は図５中の左側のナット５２ａにおける１つのボール７５とねじ軸５１の関係を示した図であり、図７は図５中の右側のナット５２ｂにおける１つのボール７５とねじ軸５１の関係を示した図である。

ここでは、駆動対象５５から荷重伝達部材６３に伝わる荷重をFとする。さらに、この荷重Fが２つのナット５２ａ，５２ｂに分配され、図中左側のナット５２ａにF1、図中右側のナット５２ｂにF2の荷重が作用したとする。このとき、各部の摩擦損失等がなければF＝F1+F2である。また、各ナット５２ａ，５２ｂに荷重F1、F2が作用することで、ねじ軸５１に対して各ナット５２ａ，５２ｂにトルクT1、T2が作用する。摩擦損失等を考慮しなければ、T1=F1×L/2π、T2=F2×L/2πである（なお、Lはねじ軸５１のリードとする）。

ここでは、各ナット５２ａ，５２ｂに作用する荷重F1，F2が不均等な場合として、F1＞F2であった場合を考える。このように荷重F1，F2が不均等になればトルクT1，T2も同様に不均等になり、T1＞T2となり、各ナット５２ａ，５２ｂにトルク差が生じる。既述の通り、ナット５２ａ，５２ｂ同士は荷重均等化機構２によってねじ軸５２の周方向への回転が所定の範囲内において許容されているため、発生したトルク差によって回転しようとする。ここでは、T1＞T2であるため、トルクT1の作用するナット５２ａがT1の方向へ、トルクT2の作用するナット５２ｂがT2の方向と逆方向へ回転しようとするので、２つのナット５２ａ，５２ｂは互いに逆方向へ回転しようとする。この時、回転角度が微少であれば、リンク部材６２ａの図中左側は図中下方向（A方向）に微少に動くとともに、リンク部材６２ａの図中右側は図中上方向（B方向）に微少に動くことになり、図５中のリンク部材６２ａはボルト６８を揺動軸として図中左回りに微少に揺動することになる。なお、このとき、リンク部材６２ｂはボルト６８を揺動軸として図中右回りに微少に揺動することになる。

次に、このようにリンク部材６２ａが微少に揺動した場合に各ナット５２内で発生する荷重の変化について図６及び図７を参照しつつ説明する。まず、既述のように各ナット５２がボールナットであったとすると、図５のように荷重Fが図中左側から右側へ作用している場合には、ボール７５とねじ軸５１とは、ボール７５の図中右側とねじ軸５１の螺旋溝７６の図中左側とが接触している状態となる（図６及び図７参照）。

この状態において、図中左側のナット５２ａでは次のような荷重変化が生じる。すなわち、不均等荷重F1，F2によってリンク部材６２ａの図中左側がA方向へ微少に動いたとすると、それに従いナット５２ａもトルクT1の方向へ僅かに回転し、ナット５２ａ内のボール７５はA方向へ微少に移動することとなる（図６参照）。このようにボール７５がA方向へ移動すると、ボール７５はねじ軸５１の螺旋溝７６と離れようとするため、ボール７５とねじ軸５１との間の接触荷重が減少する。つまり、ナット５２ａに作用する荷重F1が減少する。

次に、図中右側のナット５２ｂでは次のような荷重変化が生じる。すなわち、不均等荷重F1，F2によってリンク部材６２ａの図中右側がB方向へ微少に動いたとすると、それに従いナット５２ｂはトルクT2と逆の方向へ僅かに回転し、ナット５２ｂ内のボール７５はB方向へ微少に移動することとなる。ボール７５がB方向へ移動すると、ねじ軸５１の螺旋溝７６と接近しようとするため、ボール７５とねじ軸５１との間の接触荷重が増加する。つまり、ナット５２ｂに作用する荷重F2が増加する。

上記のように、各ナット５２ａ，５２ｂに作用する荷重F1，F2がF1＞F2のように不均等状態であると、F1は減少、F2は増加するように各ナット５２ａ，５２ｂがねじ軸５２回転軸回りに微少に回転し、F1＝F2となったところで釣り合い静止する。このような作用により、荷重均等化機構２は２つのナット５２ａ，５２ｂに作用する荷重の偏差を容易に低減できる。

すなわち、上記のように構成したリニアアクチュエータにおいて、もし２つのナット５２ａ，５２ｂに作用する荷重が不均等であったとすると、その荷重に見合ったねじ軸５１の回転軸回りのトルクが各ナット５２ａ，５２ｂに作用するので、このトルクも不均等であることになる。２つのナット５２ａ，５２ｂは上記のようにリンク部材６２で接続されているため、ナット５２ａ，５２ｂ間のトルクが不釣り合いな場合、トルクの差によってナット５２ａ，５２ｂ同士がねじ軸５１の回転軸回りに相対的に回転しようとする。このとき、トルクの大きな方のナット５２はねじ軸５１に対して接触部が離れる方向に回転しようとし、トルクの小さな方のナット５２はねじ軸５１に対して接触部が近づく方向に回転しようとする。このため、トルクの大きな方のナット５２は荷重が減少し、トルクの小さな方のナット５２は荷重が増加する。結果的に荷重（トルク）が等しくなったところでバランスし、２つのナット５２ａ，５２ｂに作用する荷重の偏差は自動的に低減される（好ましくは、２つのナット５２ａ，５２ｂに作用する荷重が均等になる。）。したがって、本実施の形態によれば、剛性の低下を抑制しながら、各ナット５２ａ，５２ｂに作用する荷重の偏差を容易に低減できる。

ところで、本実施の形態を別の視点で考えると、２つのナット５２ａ，５２ｂに作用するトルクT1，T2が不均等であった場合には、ナット５２ａ，５２ｂ同士は相対的に回転しようとする（ねじれようとする）ため、ナット５２ａ，５２ｂが回転していなければトルクT1，T2は均等であり、つまり荷重F1，F2も均等であると言える。

ここで、T1=T2とするためには、各リンク部材６２ａ，６２ｂにおける穴７３の中心（ボルト６８の軸心）から図中左側の穴７２の中心（ボルト６７の軸心）までの距離L1（図５参照）と、穴７３から図中右側の穴７２の中心（ボルト６７の軸心）までの距離L2（図５参照）がそれぞれ等しいという条件が必要である。これは、T1=T2が成立するためには、リンク部材６２が穴７３を中心にA方向に移動しようとする力とB方向に移動しようとする力が等しくなければならないからである。リンク部材６２の穴７３回りのモーメントは釣り合っていることから、「A方向に移動しようとする力とL1の積」＝「B方向に移動しようとする力とL2の積」という等式が成り立ち、結果L1=L2が導かれる。また、L1とL2の長さを故意に変えることにより、各ナット５２ａ，５２ｂの荷重の分担比率を変えることも可能である。これにより、例えば、２つのナット５２ａ，５２ｂの強度が異なる場合には、強度が高いものの荷重分担比率を高くすることで２つのナット５２ａ，５２ｂの寿命を平準化することができる。

以上のように、本実施の形態に係るリニアアクチュエータは、ナット５２ａ，５２ｂ同士のねじ軸５１回りのねじれを許容することによって、２つのナット５２ａ，５２ｂに作用する荷重の偏差を低減している。

なお、上記の実施の形態では、ナット５２や荷重均等化機構２に作用する荷重の偏りを抑制する観点から、各ボルト６７，６７，６８の軸心がねじ軸５１の回転軸と略直交するようにした。しかし、ナット５２がねじ軸５１の周方向に回転可能であり、かつ、リンク部材６２が荷重伝達部材６３に対して揺動可能であれば、ナット５２やリンク部材６２を他の方法で支持しても良い。すなわち、各ボルト６７，６７，６８の軸心をねじ軸５１の回転軸からずらしても良く、当該回転軸に直交させる必要も無い。例えば、ボルト６７，６７，６８のいずれかの軸心がねじ軸５１と交差するように締結しても良い。

また、上記の実施の形態では、取付部材６１にボルト６７を締結することでリンク部材６２とナット５２を連結することにしたが、ナット５２にめねじ部を設け、当該めねじ部に螺合させたボルトを介してリンク部材６２とナット５２を連結しても良い（すなわち、取付部材６１は省略しても良い）。

さらに、上記の説明では、説明の便宜上、各ナット５２はボールナットであるとしたが、ナット５２とねじ軸５１の接触部が存在する場合には、上記と同様に各ナット５２に作用する荷重の偏差を低減できるので、他の転動体を有するナットにも本発明が適用可能であることは言うまでもない。

図８は本発明の第２の実施の形態に係るリニアアクチュエータにおける荷重均等化機構３の分解図である。第１の実施の形態のものと異なる点は、球面軸受６４を省略して、ボルト６７及びスペーサ６５だけで取付部材６１とリンク部材６２を連結している点にある。その他の点については、第１の実施の形態と変わらないため説明は省略する。

通常、各部品の加工精度や組立精度等に起因して、ボルト６７とスペーサ６５の間や、スペーサ６５と穴７２の間等には隙間（ガタ）が存在するため、リンク部材６２はボルト６８を軸として僅かに揺動可能である。このように僅かでも揺動可能であれば、不均等荷重が作用した場合に２つのナット５２ａ，５２ｂは既述のようにねじ軸５１の回転軸回りに回転することができるので、球面軸受６４を用いなくとも２つのナット５２ａ，５２ｂ間の荷重の偏差を低減することができる。このように構成した本実施の形態によれば、第１の実施の形態と比べて部品点数を減らすことができコストを抑えることが可能となる。

図９は本発明の第３の実施の形態に係るリニアアクチュエータにおける荷重均等化機構４の斜視図であり、図１０は図９に示した荷重均等化機構４の分解図である。本実施の形態では、１つのねじ軸５１に３つのナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃが螺合されており、３つのナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃに作用する荷重の偏差を低減する構成としている。第１の実施の形態と異なる主な構成要素としては、１組のリンク部材６２とナット５２ｃをねじ軸５１の径方向から挟み込んで連結する１対のリンク部材（第２リンク部材）６９ａ，６９ｂがあり、当該リンク部材６９ａ，６９ｂでは穴７４の中心から両端の２つの穴７２の中心までの距離であるL3とL4（図１０参照）の比率は１：２になっている。１組のリンク部材（第２リンク部材）６９ａ，６９ｂは、同一直線上に配置された２本のボルト６７によって形成される軸を介して１組のリンク部材（第１リンク部材）６２ａ，６２ｂを支持しており、同様に同一直線上に配置された２本のボルト６７によって形成される軸を介してナット５２ｃを支持している。

本実施の形態では、３つのナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃのうち図中左側に配置された２つのナット５２ａ，５２ｂが、取付部６１、スペーサ６５、球面軸受６４及びボルト６７を利用して１組のリンク部材６２ａ，６２ｂ（第１リンク部材）によって連結されている。そして、リンク部材６２は、２つのナット５２ａ，５２ｂをそれぞれねじ軸５１の周方向に回転可能に支持している。これは第１の実施の形態と同じ構成であるが、リンク部材６２に荷重伝達部材６３が接続されていない点が異なる。

第１の実施の形態ではリンク部材６２の穴７３に、スペーサ６６及びボルト６８を介して荷重伝達部材６３が回転可能に支持されていたが、本実施の形態では、各リンク部材６２ａ，６２ｂの表面に設けた凸部に対して穴７１を設けており、当該穴７１に形成しためねじ部に螺合させた２本のボルト６７を介して１組のリンク部材６９ａ，６９ｂが揺動可能に連結されている。ボルト６７は、リンク部材６９ａ，６９ｂにおいて図中左側に位置する穴７２（穴７４に近い方の穴７２）に収納された球面軸受６４及びスペーサ６５に挿入されている。なお、リンク部材６２の凸部は、フランジ部８１とリンク部材６９の接触を避けるために設けたものであり、フランジ部８１の大きさによって当該凸部の高さを適宜調整することが好ましい。

リンク部材６９ａ，６９ｂにおいて図中右側に位置する穴７２（穴７４に遠い方の穴７２）にも同様に球面軸受６４、スペーサ６５及びボルト６７が挿入されている。当該ボルト６７は、スペーサ７５を介して図中右端に位置するナット５２ｃに連結されたナット取付部６１の穴７１に螺合されている。これにより１組のリンク部材６９ａ，６９ｂは、ねじ軸５１の周方向に回転可能にナット５２ｃを支持している。なお、スペーサ７５は、リンク部材６９ａ，６９ｂをねじ軸１の回転軸と略平行に支持するためのものである。

各リンク部材６９ａ，６９ｂにおいて２つの穴７２の間に位置する穴７４には、ボルト６８を螺合させるためのめねじ部が形成されている。荷重伝達部材６３にはスペーサ６６及びボルト６８が挿入される穴７３が設けられており、ボルト６８は当該スペーサ６６を介して穴７４のめねじ部に螺合されている。これにより荷重伝達部材６３は、１組のリンク部材６９ａ，６９ｂをボルト６８の軸回りに揺動可能に支持している。

また、リンク部材６９ａ，６９ｂがリンク部材６２を支持するボルト６７の軸心から、リンク部材６２が２つのナット５２ａ，５２ｂを支持する２つのボルト６７の軸心までの距離L1，L2（図１０参照）はそれぞれ等しい。さらに、既述の通り、荷重伝達部材６３が１組のリンク部材６９ａ，６９ｂを支持するボルト６８の軸心から、１組のリンク部材６９ａ，６９ｂが１組のリンク部材６２ａ，６２ｂを支持するボルト６７（図中左側のボルト６７）の軸心までの距離L3（図１０参照）と、荷重伝達部材６３が１組のリンク部材６９ａ，６９ｂを支持するボルト６８の軸心から、１組のリンク部材６９ａ，６９ｂがナット５２ｃを支持するボルト６７（図中右側のボルト６７）の軸心までの距離L4（図１０参照）の比率は、１：２となっている。なお、本実施の形態では、各ナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃに作用する荷重を均等に近づけるために、L3とL4の比率を１：２としたが、第１の実施の形態で説明したように当該比率は適宜変更可能である。

なお、図に示した例では、２つのナット５２ａ，５２ｂと１組のリンク部材６２ａ，６２ｂを連結するための２組のボルト６７は、その軸心がねじ軸５１の回転軸と略直交するように固定されている。また、１組のリンク部材６９ａ，６９ｂとナット５２ｃを連結するための２本のボルト６７と、１組のリンク部材６９ａ，６９ｂと荷重伝達部材６３を連結するための２本のボルト６８とは、それぞれの軸心がねじ軸５１の回転軸と略直交するように固定されている。

上記のように構成したリニアアクチュエータによれば、まず、Ｌ３とＬ４の比率が１：２であるため、図中左側に位置する２つのナット５２ａ，５２ｂに作用する合計荷重と図中右端に位置するナット５２ｃに作用する荷重が２：１となる。そして、さらに、図中左側の２つのナット５２ａ，５２ｂに作用する荷重が均等化される。したがって、３つのナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃに作用する荷重の比率は１：１：１となるので、ナット５２が３つの場合でも各ナット５２に作用する荷重の偏差を容易に低減できる。

図１１は本発明の第４の実施の形態に係るリニアアクチュエータにおける荷重均等化機構５の斜視図であり、図１２は図１１に示した荷重均等化機構５の分解図である。本実施の形態では、１つのねじ軸５１に４つのナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄが螺合されており、４つのナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄに作用する荷重の偏差を低減する構成としている。第１の実施の形態と異なる主な構成要素としては、リンク部材６２よりも長い１組のリンク部材７０ａ，７０ｂ（第３リンク部材）がある。当該１組のリンク部材７０ａ，７０ｂ（第３リンク部材）は、ねじ軸５１の軸方向に配置された２組のリンク部材６２ａ，６２ｂ（第１リンク部材及び第２リンク部材）をねじ軸５１の径方向から挟み込んで連結している。当該１組のリンク部材７０ａ，７０ｂは、同一直線上に配置された２本のボルト６７によって形成される軸を介して１組のリンク部材６２ａ，６２ｂを支持しており、同様に同一直線上に配置された２本のボルト６７によって形成される軸を介してもう１組のリンク部材６２ａ，６２ｂを支持している。また、当該１組のリンク部材７０ａ，７０ｂでは穴７３の中心から両端の２つの穴７２の中心までの距離であるL5とL6（図１２参照）は等しくなっている。

本実施の形態では、４つのナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄのうち図中左側に配置された２つのナット５２ａ，５２ｂと、図中右側に配置された２つのナット５２ｃ，５２ｄとは、それぞれ１組のリンク部材６２ａ，６２ｂによって連結されている。各リンク部材６２とナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、取付部６１、スペーサ６５、球面軸受６４及びボルト６７を介して連結されている。そして、各リンク部材６２は、連結した２つのナット５２をそれぞれねじ軸５１の周方向に回転可能に支持している。これは、第３の実施の形態における図中左側の２つのナット５２ａ，５２ｂと同じ構成である。

各リンク部材６２における凸部に設けた穴７１にはめねじ部が設けられており、当該めねじ部に螺合されたボルト６７を介して各リンク部材６２はリンク部材７０に揺動可能に連結されている。図中の手前側又は奥側に位置する２つのリンク部材６２をそれぞれ揺動可能に支持する２つのボルト６７は、リンク部材７０において図中両端に位置する穴７２に収納された球面軸受６４及びスペーサ６５に挿入されている。

荷重伝達部６３には、ボルト６８を締結するためのめねじ部が形成された穴７４が設けられている。各リンク部材７０ａ，７０ｂにおいて２つの穴７２の間に位置する穴７３にはスペーサ６６が挿入されており、当該スペーサ６６を介してボルト６８は穴７４のめねじ部に螺合されている。これにより荷重伝達部材６３は１組のリンク部材７０ａ，７０ｂをボルト６８の軸回りに揺動可能に支持する。

リンク部材７０がリンク部材６２を支持するボルト６７の軸心から、リンク部材６２が２つのナット５２を支持する２つのボルト６７の軸心までの距離L1，L2（図１２参照）はそれぞれ等しい。さらに、既述の通り、荷重伝達部材６３が１組のリンク部材７０ａ，７０ｂを支持するボルト６８の軸心から、１組のリンク部材７０ａ，７０ｂが２つのリンク部材６２を支持するボルト６７の軸心までの距離であるL5とL6（図１０参照）はそれぞれ等しい。なお、本実施の形態では、各ナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄに作用する荷重を均等に近づけるために、L5とL6の比率及びL1とL2の比率をそれぞれ１：１としたが、第１の実施の形態で説明したように当該比率は適宜変更可能である。

上記のように構成したリニアアクチュエータによれば、図中左側に位置する２つのナット５２ａ，５２ｂに作用する合計荷重と図中右側に位置する２つのナット５２ｃ，５２ｄに作用する合計荷重が均等化される。そして、さらに、図中左側に位置する２つのナット５２ａ，５２ｂのそれぞれに作用する荷重が均等化され、同様に図中右側に位置する２つのナット５２ｃ，５２ｄのそれぞれに作用する荷重も均等化される。したがって、４つのナット５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄに作用する荷重の比率は１：１：１：１となるので、ナット５２が４つの場合でも各ナット５２に作用する荷重の偏差を容易に低減できる。

以上においては、第１の実施の形態から第４の実施の形態によって２〜４つのナットに作用する荷重を均等化する構成を示したが、これらの構成と同様にナットを２つのグループに分けてそれぞれの荷重の比率を１：１あるいは２：１にし、そのグループ内でさらに２つのグループに分けて同様のことを繰り返すことによって、理論上いくつのナットがねじ軸５１に螺合されている場合であっても各ナットに作用する荷重の偏差を容易に抑制することが可能である。

１…リニアアクチュエータ、２，３，４，５…荷重均等化機構、５１…ねじ軸、５２…ナット、５３…リニアガイドレール、５４…リニアガイド可動部、５５…駆動対象、５６…側板、５７ …モータ、６１…取付部材、６２…リンク部材、６３…荷重伝達部材、６４…球面軸受、６５，６６…スペーサ、６７，６８…ボルト、６９…リンク部材、７０…リンク部材、８１…フランジ部

Claims (7)

1. ねじ軸と、このねじ軸に螺合された複数のナットとを備え、前記ねじ軸と前記複数のナットとを前記ねじ軸の軸回りに相対的に回転させることで発生する前記ねじ軸の軸方向の変位によって駆動対象を駆動するリニアアクチュエータにおいて、
   前記複数のナットにおける２つのナットを連結し、前記ねじ軸の周方向に回転可能に当該２つのナットを支持するリンク部材と、
   前記駆動対象に連結され、前記リンク部材を揺動可能に支持する荷重伝達部材とを備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 請求項１に記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記リンク部材は、前記２つのナットにおける一方を第１の軸を介して支持しつつ、前記２つのナットにおける他方を第２の軸を介して支持しており、
   前記荷重伝達部材は、第３の軸を介して前記リンク部材を支持していることを特徴とするリニアアクチュエータ。
3. 請求項２に記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記第３の軸の軸心から前記第１及び前記第２の軸の軸心までの距離は、それぞれ等しいことを特徴とするリニアアクチュエータ。
4. ねじ軸と、このねじ軸に螺合された３つのナットとを備え、前記ねじ軸と前記３つのナットとを前記ねじ軸の軸回りに相対的に回転させることで発生する前記ねじ軸の軸方向の変位によって駆動対象を駆動するリニアアクチュエータにおいて、
   前記３つのナットのうち２つのナットを連結し、前記ねじ軸の周方向に回転可能に当該２つのナットを支持する第１リンク部材と、
   前記３つのナットのうち残りの１つのナットと前記第１リンク部材を連結し、前記ねじ軸の周方向に回転可能に当該１つのナットを支持するとともに前記第１リンク部材を揺動可能に支持する第２リンク部材と、
   前記駆動対象に連結され、前記第２リンク部材を揺動可能に支持する荷重伝達部材とを備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。
5. 請求項４に記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記第１リンク部材は、前記２つのナットにおける一方を第１の軸を介して支持しつつ、前記２つのナットにおける他方を第２の軸を介して支持しており、
   前記第２リンク部材は、前記１つのナットを第３の軸を介して支持しつつ、前記第１リンク部材を第４の軸を介して支持しており、
   前記荷重伝達部材は、第５の軸を介して前記第２リンク部材を支持しており、
   前記第４の軸の軸心から前記第１及び前記第２の軸の軸心までの距離はそれぞれ等しく、
   前記第５の軸の軸心から前記第４の軸の軸心までの距離と、前記第５の軸の軸心から前記第３の軸の軸心までの距離の比率は、１：２であることを特徴とするリニアアクチュエータ。
6. ねじ軸と、このねじ軸に螺合された４つのナットとを備え、前記ねじ軸と前記４つのナットとを前記ねじ軸の軸回りに相対的に回転させることで発生する前記ねじ軸の軸方向の変位によって駆動対象を駆動するリニアアクチュエータにおいて、
   前記４つのナットのうち２つのナットを連結し、前記ねじ軸の周方向に回転可能に当該２つのナットを支持する第１リンク部材と、
   前記４つのナットのうち残りの２つのナットを連結し、前記ねじ軸の周方向に回転可能に当該残りの２つのナットを支持する第２リンク部材と、
   前記第１リンク部材と前記第２リンク部材を連結し、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材を揺動可能に支持する第３リンク部材と、
   前記駆動対象に連結され、前記第３リンク部材を揺動可能に支持する荷重伝達部材とを備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。
7. 請求項６に記載のリニアアクチュエータにおいて、
   前記第１リンク部材は、前記２つのナットにおける一方を第１の軸を介して支持しつつ、前記２つのナットにおける他方を第２の軸を介して支持を支持しており、
   前記第２リンク部材は、前記残りの２つのナットにおける一方を第３の軸を介して支持しつつ、前記残りの２つのナットにおける他方を第４の軸を介して支持を支持しており、
   前記第３リンク部材は、前記第１リンク部材を第５の軸を介して支持しつつ、前記第２リンク部材を第６の軸を介して支持しており、
   前記荷重伝達部材は、前記第３リンク部材を第７の軸を介して支持しており、
   前記第５の軸の軸心から前記第１及び前記第２の軸の軸心までの距離はそれぞれ等しく、
   前記第６の軸の軸心から前記第３及び前記第４の軸の軸心までの距離はそれぞれ等しく、
   前記第７の軸の軸心から前記第５及び前記第６の軸の軸心までの距離はそれぞれ等しいことを特徴とするリニアアクチュエータ。

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