JP2007100751A - 往復移動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡素な往復移動機構を提供する。
【解決手段】流量制御弁１２に組み込まれた往復移動機構１０は、移動筒５２と、該移動筒５２の貫通孔に挿入された固定筒４８と、これら固定筒４８と移動筒５２との間に介在されるボール保持リング５６とを有する。ボール保持リング５６の保持穴５８にはボール６０が保持され、このボール６０は、固定筒４８の外周壁、及び移動筒５２の内周壁の円周方向を螺旋状に旋回するように設けられたボール溝４６、５０に摺動自在に挿入される。移動筒５２は、ステップモータ１８の作用下に回転動作され、この際、ボール６０がボール溝４６、５０内を移動することに伴って移動筒５２が固定筒４８に対して上昇又は下降する。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１部材の筒状部又は円柱部が挿入される貫通孔が設けられた第２部材が前記第１部材に対して相対的に往復動作する往復移動機構に関する。

ボールねじは、ねじ部が設けられた軸部材と、該軸部材が通される貫通孔が設けられたナットと、これら軸部材及びナットの双方に形成されたボール溝に摺動自在に挿入されたボールとを有し、軸部材が回転付勢されることに伴ってナットが軸部材の長手方向に沿って変位する。なお、前記ナットには前記ボールが循環可能なように戻り溝が設けられ、このため、該ナットは、軸部材の長手方向に沿って該軸部材の寸法範囲内で変位可能である。

このように、ボールねじは、ナットを軸部材に対して相対的に変位（例えば、上昇又は下降）させる往復移動機構の代表的なものであり、数値制御によって操作されるＮＣ旋盤、案内装置等に広汎に採用されている。

ところで、ボールねじの軸部材は短いものでも１ｍ程度と概して長尺であり、ナットをｃｍ単位で変位させる場合等の変位距離が短い場合、僅かの変位を行うために多数のボールが必要となるので、往復移動機構を設けるためのコストが高騰化してしまう。

このような観点から、特許文献１には、戻り溝を設けることなくナット部材を往復直線移動させるボールねじの構成が提案されている。

特開２００１−７４１１７号公報

上記したようにボールねじの軸部材は概して長尺であり、従って、ナットをｃｍ単位で変位させる場合等にはオーバースペックとなるという不具合もある。また、変位距離に対して設備が大規模となり、このために設備の設置スペースが広大となってしまう。

この種の不都合は、特許文献１に記載されているように戻り溝を設けない構成にしたのみでは解消することはできない。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、変位距離を小さくすることも可能であり、しかも、構成が簡素で設備を大規模化することもない往復移動機構を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、筒状部又は円柱部を有する第１部材と、前記第１部材の筒状部又は円柱部が挿入される貫通孔が設けられた第２部材とを具備し、前記第２部材が前記第１部材の筒状部又は円柱部の高さ方向に沿って相対的に往復動作する往復移動機構であって、
前記第１部材の筒状部又は円柱部の側周壁と、前記第２部材の前記貫通孔の内周壁との間に介在して略環状体からなる第３部材を有し、
前記第３部材には、その中心点同士を結ぶ軌跡が螺旋状に上昇又は下降する複数個の保持穴が側面に貫通形成されるとともに、上端面又は下端面から前記保持穴の各々に到達する挿入溝が貫通形成され、
前記保持穴に挿入されたボールが、前記第１部材の筒状部又は円柱部の側周壁に設けられて螺旋状に旋回するボール溝と、前記第２部材の前記貫通孔の内周壁に設けられて螺旋状に旋回するボール溝の各々に摺接自在に挿入されていることを特徴とする。

このような構成において、第１部材及び第２部材の各ボール溝をボールが移動することに伴い、第１部材が第２部材に対して相対的に移動する。すなわち、本発明においては、位置決め固定された第１部材に対して該第１部材を囲繞する第２部材が往復移動するものであってもよいし、第２部材に囲繞された第１部材が第２部材に対して往復移動するものであってもよい。

すなわち、上記の構成を有する本発明によれば、所定の部材（第１部材又は第２部材）を往復動作させることができる。従って、ボールねじ等の大規模な設備を設ける必要がないので、設備の設置スペースを狭小化することができる。しかも、この場合、構成が簡素であるので、コスト的にも有利である。

その上、ボールの移動量に応じて部材の変位量を設定することができるので、部材の変位量が小さい場合であっても対応可能である。

なお、第２部材の貫通孔に挿入される第１部材は、筒状部を有する中空体であってもよいし、円柱体を有する中実体であってもよい。

そして、第３部材に形成された前記挿入溝の隣接するもの同士は、一方が第３部材の上端面側から前記保持穴に到達し、残余の他方が第３部材の下端面側から保持穴に到達するようにすることが好ましい。これにより、第３部材の上端面側又は下端面側の一方から挿入溝を設ける場合に比して剛性が高くなる。すなわち、第３部材の剛性を確保することができる。

また、第３部材の下端面又は上端面の少なくともいずれか一方にストッパ用リブを突出形成することが好ましい。このストッパ用リブを、例えば、ストッパ用突起に軽視させることによって第３部材のそれ以上の移動、ひいてはボールの移動を停止させることができる。従って、ボールが移動できない位置まで移動したにも関わらずさらなる移動力が付与されたとしても、ボールが移動することがない。このため、ボール溝やボールが損傷することを回避することができる。

さらに、第３部材に設けられた前記挿入溝には、外周壁側から内周壁側に指向して該挿入溝を狭小化する第１テーパ部と、内周壁側から外周壁側に指向して該挿入溝を狭小化する第２テーパ部とを設けることが好ましい。この場合、挿入溝から挿入されたボールは、第１テーパ部及び第２テーパ部に挟持される。これにより、ボールの挿入溝からの抜け止めがなされる。

以上のように構成された往復移動機構は、例えば、流量制御弁に組み込むことができる。この場合、該往復移動機構は、流量制御弁の弁体を往復動作させて前記流量制御弁を開閉する。

往復移動機構を組み込むその他の好適な例としては、所定の部材を往復動作させるためのアクチュエータを挙げることができる。例えば、チャック機構に組み込まれたアクチュエータでは、往復移動機構の作用下に把持用爪部材を往復動作させることが可能である。

本発明によれば、第１部材の側周壁と、該第１部材を囲繞する貫通孔が設けられた第２部材の前記貫通孔の内周壁にボール溝をそれぞれ設け、これら第１部材と第２部材の間に、前記ボール溝の各々に摺動自在に挿入されるボールが保持された第３部材を介在するようにしている。このような構成においては、ボールがボール溝を移動することで、第１部材が第２部材に対して、又は第２部材が第１部材に対して相対的に移動する。

すなわち、本発明においては、簡素且つ小規模な構成で所定の部材（第１部材又は第２部材）を往復移動させることができる。従って、設備・機器の小規模化を図ることができ、その設置スペースの狭小化を図ることもできる。

しかも、構成が簡素であるので、コスト的にも有利である。

以下、本発明に係る往復移動機構につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る往復移動機構１０が組み込まれた流量制御弁１２が全閉状態にある場合の全体構造を示す要部拡大断面図である。先ず、この流量制御弁１２の構成につき説明する。

流量制御弁１２は、弁体であるフロートロッド１４を有する弁機構１６と、前記フロートロッド１４を図１における上下方向に上昇又は下降、すなわち、往復動作させるステップモータ１８と、ステップモータ１８の回転駆動力をフロートロッド１４に伝達する駆動力伝達機構２０とを有する。弁機構１６の略中腹部から下端部は、弁ハウジング２２の上下方向に延在する弁孔２３に挿入され、弁機構１６の上端部、ステップモータ１８及び駆動力伝達機構２０は、弁ハウジング２２を構成する図示しないキャップ部材の内部に収容されている。

また、弁ハウジング２２には、純水等の流体を導入する入口ポート２４と、前記フロートロッド１４によって流量制御された流体を導出する出口ポート２６が設けられており、前記入口ポート２４内には、流体の流量を検出する図示しない流量センサと、流体の温度を検出する図示しない温度センサが流体の流通方向上流側からこの順序で配設されている。

弁孔２３には、第１環状部２８、第２環状部３０及び第３環状部３２を図１における下方からこの順序で有するロッド支持部材３４が挿入されており、この中の第１環状部２８にフロートロッド１４の先端が挿入される。また、第２環状部３０の内壁には、該第２環状部３０の貫通孔の直径を狭小化するようにして、環状の弁座３６が突出形成されている。なお、フロートロッド１４における弁座３６に着座する弁部３８と、第１環状部２８及び第３環状部３２のそれぞれとの間には、下部シール部材４０、上部シール部材４２が一組のフランジに挟持されるように装着されている。

これら下部シール部材４０及び上部シール部材４２は、断面Ｖ字状に形成され、その開放部はそれぞれ前記弁部３８側に向けて装着される。なお、下部シール部材４０及び上部シール部材４２は、断面Ｖ字状のものに限定されるものではなく、これに代替してＯリング等を用いるようにしてもよい。

第３環状部３２の小径部の外周壁は、台座４４の貫通孔に挿入されている。そして、図２及び図３に示すように、この台座４４上には、螺旋状に旋回するボール溝４６が外周壁に設けられた円筒状の固定筒４８（第１部材）が立設されており、該固定筒４８は、螺旋状に旋回するボール溝５０が内周壁に設けられた移動筒５２（第２部材）の貫通孔に挿入される。すなわち、固定筒４８の外周壁は、移動筒５２の内周壁で囲繞されている。

ここで、固定筒４８は、ボール５４（図１参照）を備えたラチェット機構によって台座４４に対して所定角度（例えば、４５°）だけ回転可能であり、且つその回転位置で位置決め可能である。

そして、固定筒４８と移動筒５２との間には、略環状体である第３部材としてのボール保持リング５６が介在する（図１〜図３参照）。図４及び図５に示すように、このボール保持リング５６の側面には、該側面を貫通するように複数個の保持穴５８が形成されており、保持穴５８の各々には、ボール６０が保持されている。

図４に示すように、保持穴５８は略円形状であり、ボール保持リング５６の側面における高さ方向が各々異なる位置に設けられている。そして、各保持穴５８の中心点同士を結ぶ仮想線Ｌから諒解されるように、保持穴５８は、前記仮想線Ｌが側面、すなわち、円周方向に沿って螺旋状に上昇（ないし下降）する位置に設けられている。

ボール保持リング５６には、前記保持穴５８の他、下端面又は上端面から該保持穴５８に到達するまで挿入溝６２が設けられている。各挿入溝６２の開口寸法は、保持穴５８の直径に比して短く設定されている。

また、下端面及び上端面には、ボール保持リング５６の高さ方向に沿って延在するようにストッパ用リブ６４ａ、６４ｂが突出形成されている。

さらに、上端面側から保持穴５８に向かって形成された挿入溝６２には、図６に示すように、外周壁側から内周壁側に指向して挿入溝６２を狭小化する第１テーパ部６６が設けられるとともに、内周壁側から外周壁側に指向して挿入溝６２を狭小化する第２テーパ部６８が設けられている。従って、挿入溝６２から挿入されたボール６０は、これら第１テーパ部６６及び第２テーパ部６８によって挟持される。これにより、ボール６０の挿入溝６２からの抜け止めがなされる。

なお、下端面側から保持穴５８に向かって形成された挿入溝６２にも同様に第１テーパ部６６及び第２テーパ部６８が設けられており、従って、この挿入溝６２においてもボール６０の挿入溝６２からの抜け止めがなされる。

ここで、ボール保持リング５６は樹脂材を原材料として、例えば、以下のようにして作製することができる。

図７に示すように、ボール保持リング５６を作製するための金型７０は、下型７２、囲繞型７４、上型７６、挿入型７７を有し、この中の下型７２には、上型７６に臨む端面に、先端部が略真円形状に湾曲した柱状部材７８が真円の円周上に点在するように立設されている。各柱状部材７８における先端の真円状湾曲部の中心点同士を結ぶ仮想線Ｍを描けば、該仮想線Ｍは螺旋状に旋回して上昇（ないし下降）する。

一方、上型７６にも同様に、下型７２に臨む端面に、先端部が略真円形状に湾曲した柱状部材８０が真円の円周上に点在するように立設されており、各柱状部材８０における真円状湾曲部の中心点同士を結ぶ仮想線は、螺旋状に旋回して下降（ないし）上昇する。

柱状部材７８、８０の側面と両端面の境界は、第１テーパ部６６及び第２テーパ部６８を成形するために若干傾斜されている。また、下型７２及び上型７６の双方には、柱状部材７８、８０同士の間に、ストッパ用リブ６４ａ、６４ｂを形成するためのリブ用穴８２、８４が陥没形成されている。

図８に示すように、金型７０が閉じられた際、柱状部材７８、８０は、互いに隣接し、且つ各々の真円状湾曲部の中心点同士を結ぶ仮想線が螺旋状に旋回して上昇（ないし下降）するように配置される。この際、両柱状部材７８、８０は、囲繞型７４に形成された貫通孔８５の内周壁で囲繞される。貫通孔８５には、さらに、該貫通孔８５の内周壁との間に所定のクリアランスを形成するように前記挿入型７７が挿入される。

このようにして形成されたキャビティに樹脂の溶湯を充填すれば、両柱状部材７８、８０に対応する位置に第１テーパ部６６及び第２テーパ部６８を有する挿入溝６２と保持穴５８が成形され、且つリブ用穴８２、８４に対応する位置にストッパ用リブ６４ａ、６４ｂが成形されたボール保持リング５６が設けられるに至る。このボール保持リング５６の肉厚は、前記クリアランスの寸法に略対応する。

以上のようにして設けられたボール保持リング５６に、挿入溝６２からボール６０が挿入される。ボール６０の直径は、挿入溝６２の開口寸法に比して若干大きく設定されており、このため、挿入溝６２にボール６０が挿入される際には、ボール保持リング５６の構成材である樹脂の可撓性に基づいて挿入溝６２が幅広に開口する。上記したように、この際、ボール６０は第１テーパ部６６及び第２テーパ部６８の双方から挟持される。

そして、ボール６０が保持穴５８に到達すると、樹脂の弾性によって挿入溝６２が元の寸法に戻る（図６参照）。これにより、ボール６０の保持穴５８からの挿入溝６２を介する抜け止めがなされる。

図３に示すように、ボール６０は、固定筒４８のボール溝４６、及び移動筒５２のボール溝５０の双方に挿入される。ここで、移動筒５２の下端部には、下方に向け突出する下部ストッパ部８８が形成された下キャップ部材９０が嵌着されており、一方、前記台座４４には、前記下部ストッパ部８８を係止する下部受部９２が形成されている。

なお、下キャップ部材９０の内周壁側には、固定筒４８と移動筒５２の双方に介在される向きにストッパ用突起９４が点在して設けられている。

移動筒５２の上端部には大径部が設けられており、図１に示すように、該大径部の上端面には、環状のメインギア９６が該移動筒５２と同軸上に配置される。メインギア９６の中心には円形の開口部が形成され、この開口部にベアリング９８が嵌着されている。従って、フロートロッド１４は、メインギア９６の内周部にベアリング９８によって回転可能に支持される。なお、メインギア９６は、その外周部位に歯部１００を備える。

前記フロートロッド１４は、弁孔２３及び固定筒４８の軸方向に移動可能に挿通され、該フロートロッド１４には、前記弁座３６に着座可能な弁部３８が設けられている。この弁部３８は、下方に向け縮径するテーパ面を有する略円錐形状に形成され、該テーパ面は、フロートロッド１４が図１において上方から下方へと移動することにより、弁座３６との間隔を徐々に少なくし、最終的には弁座３６の内周面に密接するようになっている。

フロートロッド１４は、下部シール部材４０が配設された位置が下部受圧部１０１として機能し、一方、上部シール部材４２が配設された位置が上部受圧部１０２として機能する。この場合、下部シール部材４０と上部シール部材４２とは同一の弾性に富むゴム製材料で同一形状に構成され、該下部シール部材４０と上部シール部材４２が装着される弁孔２３の直径と同一である。従って、上部シール部材４２と下部シール部材４０とは同一の受圧面積となるように略同一の外周径で形成される。以下、下部シール部材４０及び上部シール部材４２と、弁孔２３とによって形成される領域を第１室と表記し、その参照符号を１０３とする。

この第１室１０３には、入口ポート２４及び出口ポート２６が連通する。そして、弁部３８が弁座３６に着座した際、入口ポート２４と出口ポート２６との連通が遮断され、弁部３８が弁座３６より離間した際には、入口ポート２４と出口ポート２６とが連通されるようになっている。

前記フロートロッド１４と固定筒４８との間には、耐圧ゴム材からなり、段差のある筒状のフェンスカバー１０４が軸方向に伸縮可能に取り付けられている。

フェンスカバー１０４の一端部は、フロートロッド１４に形成された周溝１０６に嵌着されている。その一方で、他端部は、外側に屈曲したフランジ部１０４ａを形成し、該フランジ部１０４ａは、固定筒４８の内壁に形成された環状突片４８ａに載置されている。さらに、フランジ部１０４ａは、固定筒４８の上端部に嵌合する環状の固定部材１０８によって該固定筒４８に挟着される。固定部材１０８の円縁部下端面には、ストッパ用突起１１０が点在するように設けられている。

フロートロッド１４の内部には、軸線方向に沿って水抜き孔１１２が形成され、この水抜き孔１１２の一端部は、該フロートロッド１４の途上に形成された膨出部１１４を介して水平方向に延在し、フロートロッド１４が上昇する際、前記フェンスカバー１０４、上部シール部材４２及びフロートロッド１４によって形成される第２室１１６に臨む。また、前記水抜き孔１１２の他端部は、弁ハウジング２２の底部に設けられたドレン通路１１８から外部に開放されている。

前記メインギア９６には、ステップモータ１８の回転駆動力が駆動力伝達機構２０を介して伝達される。駆動力伝達機構２０は、メインギア９６に噛合される中間ギア１２０と、この中間ギア１２０に噛合される駆動ギア１２２とを具備する。中間ギア１２０は、大径な歯部１２４と小径な歯部１２６とを有し、弁ハウジング２２に回転軸１２８によって回転自在に支持される。また、駆動ギア１２２は、歯部１３０を有し、この歯部１３０は中間ギア１２０の大径な歯部１２４と噛合する。一方、中間ギア１２０の小径な歯部１２６はメインギア９６の歯部１００に噛合する。駆動ギア１２２はステップモータ１８のモータ軸１３８に固定されている。

メインギア９６上には上部ストッパ部１４０が設けられ、一方、ステップモータ１８には、移動筒５２の最上点位置を規制する上部受部１４２が設けられている。すなわち、上部ストッパ部１４０は、移動筒５２の最上点位置において、上部受部１４２に係止されることで、移動筒５２の回転が阻止され、移動筒５２が所定の最上点位置より上方に移動することを防止している。

本実施の形態に係る流量制御弁１２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、流量制御弁１２の閉弁時は、図１に示すように、弁部３８が弁座３６に密着し、入口ポート２４と出口ポート２６との連通を遮断している。

この連通が遮断された状態から流量制御弁１２を開弁する場合は、先ず、ステップモータ１８を回転駆動する。これによって、順次、駆動ギア１２２、中間ギア１２０、メインギア９６を介して、移動筒５２が固定筒４８に対し、上方に移動するように回転を始める。この回転は、前記ボール６０がボール溝４６、５０に沿って螺旋状に旋回しながら上昇することに追従して営まれる。

そして、移動筒５２の上昇に伴って、フロートロッド１４、ひいては弁部３８が上昇することで、図９に示すように、弁部３８が弁座３６より離間して間隙が生じる。この間隙を介して入口ポート２４と出口ポート２６とが連通し、入口ポート２４から導入された流体、例えば、純水は、出口ポート２６から導出し始める。

ステップモータ１８の回転駆動を続行し、移動筒５２の同一方向の回転を続行させてさらに上昇させると、図１０に示すように、弁部３８が追従して上方に変位する。この上昇に伴って、弁部３８と弁座３６との間隙の大きさがテーパ面に沿って増大するため、該間隙を通じてより多量の純水が出口ポート２６から導出される。すなわち、純水の流量制御が、テーパ面を有する簡単な形状の弁部３８によって容易になされる。

ここで、移動筒５２がさらに上昇して、上部ストッパ部１４０が上部受部１４２に係止されると、その位置が移動筒５２の最上位位置となり、移動筒５２の必要以上の回転が阻止される。また、ボール保持リング５６の上端面に設けられたストッパ用リブ６４ｂが、固定部材１０８のストッパ用突起１１０によって係止される。従って、移動筒５２のボール溝４６、固定筒４８のボール溝５０、及びボール６０が破損することが防止される。

なお、この間に該第２室１１６に純水が浸入した場合、該第２室１１６がフェンスカバー１０４によって区画されているので、浸入した純水は、フロートロッド１４の水抜き孔１１２を介して該フロートロッド１４の先端から排出される。該純水は、その後、弁ハウジング２２の下方に設けられたドレン通路１１８を経て外部に速やかに排出される。

一方、純水の出口ポート２６からの導出を停止する場合、ステップモータ１８を逆方向に回転駆動する。これにより、移動筒５２が固定筒４８に対して下方に移動するように回転を始める。この回転は、前記ボール６０がボール溝４６、５０に沿って螺旋状に旋回しながら下降することに追従して営まれる。

移動筒５２が下降することに伴い、弁部３８が下方に変位する。弁部３８は、図１０に示す状態を経て、最終的に、図１に示す状態に戻る。すなわち、弁座３６に着座する。なお、移動筒５２の最下点位置、換言すれば、弁部３８を閉じる位置では、下部ストッパ部８８が下部受部９２に係止される。また、ボール保持リング５６の下端面に設けられたストッパ用リブ６４ａが、下キャップ部材９０のストッパ用突起９４によって係止される。これにより、移動筒５２及び固定筒４８のボール溝４６、５０やボール６０が破損することが回避される。これにより移動筒５２の回転が阻止され、該移動筒５２が所定の最下点位置より下方に移動することが防止される。

このように、本実施の形態においては、ボール保持リング５６に保持されたボール６０が、固定筒４８の外周壁のボール溝４６、及び移動筒５２の内周壁のボール溝５０に沿って螺旋状に旋回しながら上昇又は下降する。これにより、移動筒５２を往復動作させることができる。従って、ボールねじ等のような大規模な機構を組み入れる必要がなく、このために流量制御弁１２が占めるスペースを狭小化することができる。

しかも、移動筒５２の停止位置を設定することで、該移動筒５２、ひいてはフロートロッド１４の変位距離を小さく設定することも可能である。このため、純水（流体）の流量を精度よく設定することができる。

さらに、上記したように、本実施の形態では、固定筒４８と移動筒５２にボール溝４６、５０を設け、且つボール６０を保持したボール保持リング５６を固定筒４８と移動筒５２の間に介在させるという簡素な構成によって往復移動機構１０を設けることができる。このため、コスト的に有利でもある。

なお、この実施の形態では、流体として純水を例示したが、特にこれに限定されるものではなく、その他の流体を流通させてもよいことはいうまでもない。

また、上記した実施の形態では、往復移動機構１０を流量制御弁１２に組み込んだ例を挙げて説明したが、本実施の形態に係る往復移動機構１０をその他の機構に組み込むようにしてもよいことは勿論である。以下、その他の機構としてアクチュエータを採用した実施形態を説明する。

図１１は、往復移動機構１０が組み込まれたアクチュエータ１５０を有するチャック機構１５２の一部縦断面概略全体斜視図であり、図１２は、その縦断面正面図である。このチャック機構１５２は、１組の把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂ、該把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂを互いに離間又は接近させる１組の爪部材１５６ａ、１５６ｂ、把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂが摺接する案内溝１５８ａ、１５８ｂが設けられたブロック支持部材１６０ａ、１６０ｂと、前記往復移動機構１０を嵌合する支持孔１６２が設けられた支持用板部材１６３と、前記アクチュエータ１５０を構成する昇降用モータ１６４とを具備する。

把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂの両側面には、円弧状に膨出した係合用膨出部１６６が設けられており、この係合用膨出部１６６は、ブロック支持部材１６０ａ、１６０ｂに設けられた前記案内溝１５８ａ、１５８ｂに摺動自在に挿入されている。

前記爪部材１５６ａ、１５６ｂは概略Ｌ字状であり、その一端部は、把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂに設けられた図示しない長穴に挿入されており、且つリンクピン１６８によって該把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂに連結されている。ここで、把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂには、一端が開口した長穴形状の図示しない係止溝が設けられ、リンクピン１６８は、この係止溝に挿入されている。

この場合、往復移動する移動部材１７０（第１部材）は、その外周壁に螺旋状に旋回するボール溝１７２が設けられた中空な円筒部１７４と、該円筒部１７４の図１１における下端部に突出するように設けられた爪リンク部１７６とを有する。爪リンク部１７６は、該円筒部１７４に比して小径であり、且つ両爪部材１５６ａ、１５６ｂを挿入するために２個に分割された形態となっている。

両爪部材１５６ａ、１５６ｂの他端部には図示しない貫通孔が設けられており、この貫通孔と、爪リンク部１７６に形成された貫通孔１７８とに係止ピン１８０が嵌合される。これにより、爪部材１５６ａ、１５６ｂが爪リンク部１７６、ひいては移動部材１７０に連結されるに至る。

支持孔１６２には、移動部材１７０を囲繞するように筒状回転部材１８２（第２部材）がスペーサ１８３を介して位置決め固定されている。この筒状回転部材１８２の内周壁には、螺旋状に旋回するボール溝１８４が形成されている。

なお、スペーサ１８３には、前記下キャップ部材９０（図３参照）のストッパ用突起９４と同様の役割を果たすストッパ用突起１８３ａ（図１２参照）が点在して設けられ、このストッパ用突起１８３ａは、ボール溝１７２、１８４間のクリアランスに臨んで突出している。

そして、移動部材１７０と筒状回転部材１８２との間には、前記ボール保持リング５６が介在されている。ボール保持リング５６の保持穴５８に挿入されたボール６０は、ボール溝１７２、１８４の双方に挿入される。

筒状回転部材１８２の上端の開口には環状段部が設けられ、この環状段部には、略円形状のディスク状板材１９０が嵌合されている。このディスク状板材１９０には、前記固定部材１０８（図１参照）のストッパ用突起１１０と同様に機能するストッパ用突起１９０ａ（図１２参照）が、ボール溝１７２、１８４間のクリアランスに臨んで突出形成されている。

このディスク状板材１９０の上方には動力伝達板１９２が配設され、該動力伝達板１９２は、筒状回転部材１８２に連結固定されている。そして、この動力伝達板１９２には４個の挿入穴が設けられ、各挿入穴には、従動歯車１８６の回転軸１８８が嵌合されている。

回転軸１８８の従動歯車１８６には、昇降用モータ１６４の軸１９３に連結された主動歯車１９４が噛合している。また、図１３に示すように、支持孔１６２に嵌合されて従動歯車１８６を囲繞する円環状部材１９６の内周壁には歯１９８が設けられており、従動歯車１８６は、この歯１９８にも噛合している。

前記昇降用モータ１６４は、従動歯車１８６を覆って支持孔１６２を閉塞するヘッドキャップ２００の上端面に設置されている（図１１及び図１２参照）。昇降用モータ１６４の軸は、ヘッドキャップ２００の貫通孔を通されている。

このように設けられたチャック機構１５２は、以下のように動作する。先ず、図１１及び図１２に示す閉状態において、昇降用モータ１６４を付勢して軸１９３を回転動作させると、主動歯車１９４が回転動作することに追従して従動歯車１８６も回転動作を開始する。

従動歯車１８６は、上記したように、円環状部材１９６の内周壁に設けられた歯１９８に噛合している（図１３参照）。このため、従動歯車１８６は、円環状部材１９６の内周壁に沿って、その円周方向に向かって回動変位する。

このようにして従動歯車１８６が回動変位すると、これに追従して、前記動力伝達板１９２が回転動作する。なお、動力伝達板１９２の回転中心は、昇降用モータ１６４の軸１９３の中心と同一軸線上に位置する。

動力伝達板１９２が回転動作することに伴い、筒状回転部材１８２が支持孔１６２の内部で回転動作する。これにより、前記ボール６０がボール溝１７２、１８４に沿って螺旋状に旋回しながら下降し、その結果、移動部材１７０が筒状回転部材１８２に対して下方に移動する。

移動部材１７０が下降すると、爪部材１５６ａ、１５６ｂが係止ピン１８０を支点として互いに離間するように揺動する。換言すれば、爪部材１５６ａ、１５６ｂが開き始める。この爪部材１５６ａ、１５６ｂが開くと、把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂが案内溝１５８ａ、１５８ｂに案内されながら互いに離間する方向に平行移動する。その後、離間した把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂ同士の間に把持されるワークが配置されると、昇降用モータ１６４が軸１９３を逆方向に回転動作させる。

これに伴って従動歯車１８６が円環状部材１９６の内周壁に沿って逆方向に回動変位し、この回動変位に追従して筒状回転部材１８２が逆方向に回転動作する。その結果、ボール溝１７２、１８４に挿入されたボール６０が螺旋状に旋回しながら上昇し、結局、移動部材１７０が筒状回転部材１８２に対して上昇する。

移動部材１７０が上昇すると、爪部材１５６ａ、１５６ｂ同士、ひいては把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂ同士が互いに接近し、最終的に、ワークが両把持用ブロック１５４ａ、１５４ｂによって把持されるに至る。このチャック機構１５２が先端に設けられたロボットは、把持されたワークを所定の位置に搬送する。その後、昇降用モータ１６４が回転し、上記同様、往復移動機構１０の作用下に爪部材１５６ａ、１５６ｂ同士が開いてワークが解放される。

以上の動作において、筒状回転部材１８２が最下点に到達すると、前記流量制御弁１２と同様に、ボール保持リング５６の下端面に設けられたストッパ用リブ６４ａがスペーサ１８３のストッパ用突起１８３ａによって係止される。その一方で、筒状回転部材１８２が上昇し、ボール保持リング５６の上端面に設けられたストッパ用リブ６４ｂがディスク状板材１９０のストッパ用突起１９０ａに係止されると、その位置が筒状回転部材１８２の最上位位置となる。いずれの場合も、筒状回転部材１８２の必要以上の回転が阻止され、これにより、移動部材１７０及び筒状回転部材１８２のボール溝１７２、１８４や、ボール６０が破損することが防止される。

なお、上記したチャック機構１５２では、移動部材１７０の筒状部を中空状としているが、中実の円柱状としてもよい。

以上のように、本発明に係る往復移動機構１０は、流量制御弁１２やアクチュエータ１５０等をはじめ、直線的に往復移動する部材を含んで構成される種々の機器において、当該部材の変位機構として採用可能である。すなわち、本発明に係る往復移動機構１０が組み込まれる機器は、流量制御弁１２やアクチュエータ１５０に特に限定されるものではない。

また、図１４及び図１５に示すように、ボール保持リング５６における保持穴５８の個数をさらに増加し、保持穴５８の中心点同士を結ぶ仮想線Ｌがボール保持リング５６の内周壁ないし外周壁を螺旋状に２回転旋回するようにしてもよい。

本実施の形態に係る往復移動機構が組み込まれた流量制御弁が全閉状態にある場合の全体構造を示す要部拡大断面図である。 図１の往復移動機構を構成する固定筒、ボール保持リング及び移動筒を示す概略斜視展開説明図である。 図２の固定筒、ボール保持リング及び移動筒が組み合わされて図１の往復移動機構が構成された状態を示す一部断面概略斜視図である。 図２及び図３のボール保持リングの全体概略斜視図である。 図４のボール保持リングの保持穴にボールが挿入された状態を示す全体概略斜視図である。 ボール保持リングの保持穴にボールが挿入された状態を上端面（下端面）側から拡大して示す要部拡大平面図である。 ボール保持リングを作製するための金型を示す概略斜視展開説明図である。 図７の金型が型閉じされた状態を示す概略全体斜視図である。 図１の流量制御弁が若干の開状態にある場合を示す要部拡大断面図である。 図１の流量制御弁が全開状態にある場合を示す要部拡大断面図である。 本実施の形態に係る往復移動機構が組み込まれたアクチュエータを有するチャック機構の一部縦断面概略全体斜視図である。 図１１のチャック機構の縦断面正面図である。 図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図である。 別のボール保持リングを示す全体概略斜視図である。 図１４のボール保持リングの保持穴にボールが挿入された状態を示す全体概略斜視図である。

符号の説明

１０…往復移動機構 １２…流量制御弁
１４…フロートロッド １８…ステップモータ
２０…駆動力伝達機構 ２３…弁孔
２４…入口ポート ２６…出口ポート
３６…弁座 ３８…弁部
４４…台座 ４６、５０、１７２、１８４…ボール溝
４８…固定筒 ５２…移動筒
５６…ボール保持リング ５８…保持穴
６０…ボール ６２…挿入溝
６４ａ、６４ｂ…ストッパ用リブ ６６、６８…テーパ部
７０…金型 ７２…下型
７４…囲繞型 ７６…上型
７７…挿入型 ７８、８０…柱状部材
８２、８４…リブ用穴
９４、１１０、１８３ａ、１９０ａ…ストッパ用突起
９６…メインギア １０３、１１６…室
１０４…フェンスカバー １１２…水抜き孔
１１８…ドレン通路 １２０…中間ギア
１２２…駆動ギア １５０…アクチュエータ
１５２…チャック機構 １５４ａ、１５４ｂ…把持用ブロック
１５６ａ、１５６ｂ…爪部材 １６２…支持孔
１６４…昇降用モータ １７０…移動部材
１７４…円筒部 １７６…爪リンク部
１８２…筒状回転部材 １８６…従動歯車
１９２…動力伝達板 １９４…主動歯車
１９６…円環状部材 １９８…歯

Claims (7)

1. 筒状部又は円柱部を有する第１部材と、前記第１部材の筒状部又は円柱部が挿入される貫通孔が設けられた第２部材とを具備し、前記第２部材が前記第１部材の筒状部又は円柱部の高さ方向に沿って相対的に往復動作する往復移動機構であって、
   前記第１部材の筒状部又は円柱部の側周壁と、前記第２部材の前記貫通孔の内周壁との間に介在して略環状体からなる第３部材を有し、
   前記第３部材には、その中心点同士を結ぶ軌跡が螺旋状に上昇又は下降する複数個の保持穴が側面に貫通形成されるとともに、上端面又は下端面から前記保持穴の各々に到達する挿入溝が貫通形成され、
   前記保持穴に挿入されたボールが、前記第１部材の筒状部又は円柱部の側周壁に設けられて螺旋状に旋回するボール溝と、前記第２部材の前記貫通孔の内周壁に設けられて螺旋状に旋回するボール溝の各々に摺接自在に挿入されていることを特徴とする往復移動機構。
2. 請求項１記載の往復移動機構において、前記挿入溝の隣接するもの同士は、一方が前記第３部材の上端面側から前記保持穴に到達し、残余の他方が前記第３部材の下端面側から前記保持穴に到達することを特徴とする往復移動機構。
3. 請求項１又は２記載の往復移動機構において、前記第３部材の下端面又は上端面の少なくともいずれか一方にストッパ用リブが突出形成されていることを特徴とする往復移動機構。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の往復移動機構において、前記第３部材に設けられた前記挿入溝には、外周壁側から内周壁側に指向して該挿入溝を狭小化する第１テーパ部と、内周壁側から外周壁側に指向して該挿入溝を狭小化する第２テーパ部とが設けられていることを特徴とする往復移動機構。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の往復移動機構において、流量制御弁の弁体を往復動作させて前記流量制御弁を開閉することを特徴とする往復移動機構。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の往復移動機構において、所定の部材を往復動作させるためのアクチュエータを構成することを特徴とする往復移動機構。
7. 請求項６記載の往復移動機構において、前記アクチュエータがチャック機構の把持用爪部材を往復動作させることを特徴とする往復移動機構。

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