JP2010266016A - 直動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 直動軸４が直進動作に応じて負荷を受けても、回転軸３の回転ブレを基端側で確実に防止し、軸受部材６と軸受部３３との間に形成した中間域を、直動軸の基端側が摺接案内されない移動ストローク域として進退移動できるようにして、摺動摩擦抵抗面が全螺合域に渡って形成されることに起因する推力低下などの不具合をも回避することのできる直動装置を提供する。
【解決手段】 直動軸４を、回転ブレ規制がなされた回転軸３により、広幅な軸受部材６に軸受案内された状態で、軸受部材６の内域に至る螺合域をもって螺合送りせしめ、中間域を移動ストローク域として直動軸４の基端側を軸受しない状態で進退移動可能に構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直動軸の中心軸孔に形成された螺刻部（雌ねじ部）を、回転軸に形成された螺刻軸部（雄ねじ軸部）に螺入し、回転軸の回動に伴う送りねじ機構により、直動軸を非回転の直進運動に変換して往復駆動する直動装置に関する。

一般に、この種直動装置は、モータなどの駆動手段（駆動機構）の出力軸に対して、カップリンクや歯車などの駆動伝達手段を介して連動連結し、モータ並設型、或いはモータ一体型のものとして製作され（特許文献１、２）、進退移動する直動軸の先端部にワークを設けて、これを作動体に連結して押し引き動作させる装置や、ワークを弁体としその先端部を配管の弁室内に配設させてその流孔を開閉する弁体装置として提供されている。

ところで、この様な送りねじ機構においては、その製作にあたり、螺刻軸部と螺刻部とが、駆動時の熱膨張を勘案した螺合（歯合）公差をもって組み付けられており、組立時に螺刻部の軸芯が芯ズレで傾くなどの軸芯組付け公差に対する構造上の問題を抱えており、直動軸の基端側に回転ブレを生じ、直動軸を高精度に進退移動することができず、また、高精度の移動と位置決めが要求される装置、例えば、送りねじ機構の組付け公差を上回る公差設定でガイドされるようなワーク体に対して、直動軸の先端側を連結して押し引き駆動させるように構成すると、軸芯ズレや螺合ブレの問題に起因して、螺刻軸部と螺刻部との螺合域間にサイドロードがかかり、螺合がきつくなって推力が低下し、作動不良を招来するなどの問題がある。

このため、従来の直動装置では、直動軸の片面をＤカットし、このＤカット面を回転規制部材に面当てさせて回り止め規制し（特許文献１、図７，８参照）、或いは、直動軸を角形に形成し、内設される角形のハウジング自体で回り止め規制案内する（特許文献２、図１参照）ようにして、直動軸の移動ストロークとなる全螺合域、即ち、直動軸の全長に回り止め規制面を形成して、回転規制部材やハウジング内壁面で摺接案内するようにし、特に、直動軸が直進動作に応じて負荷荷重を受けた際に、少なくともその影響が作用する直動軸の基端側を確実に摺接案内するようにしていた。
しかしながら、かかる構成においては、螺刻軸部側となる回転軸は、例えばハウジングに固着された止め管で貫通支承されている（特許文献２参照）に過ぎないため、直動軸が負荷荷重を受けた際に、螺合がきつくなって回転軸に回転ブレが生じ、均等な螺合送りができず、これを直動軸側の螺合域全体を軸受案内させた機能が作用することにより、回転軸側の軸芯ズレや螺合ブレもある程度軽減されるものの、確実に回避することができず、依然として螺合域間におけるサイドロードに起因する推力低下や、作動不良の問題を残しており、しかも、摺動摩擦抵抗面が螺合域全体に渡って形成されることと相俟って、移動ストロークを長くすることが難しいという構造上の問題を有している。

特開平５−１２２８９０号公報 特開昭６０−０６９３７５号公報

本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、雌ねじとなる螺刻部が形成された直動軸を、雄ねじとなる螺刻軸部が形成された回転軸との送りねじ機構により往復駆動するようにしたものでありながら、直動軸が直進動作に応じて負荷荷重を受けても、回転軸の回転ブレを基端側で確実に防止し、螺刻軸部の先端側で直動軸の軸芯ズレ防止作用を享受させて好適な螺合送り状態を保持することができ、軸受部材と軸受部との間に形成した中間域を、直動軸の基端側が摺接案内されない移動ストローク域（移動範囲）として進退移動できるようにし、摺動摩擦抵抗面が全螺合域に渡って形成されることに起因する推力低下などの不具合をも回避することのできる直動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明が採用した技術手段は、円筒状のハウジング内に、螺刻軸部の基端側に駆動手段に連動連結される連結軸部を有して回転可能に配設される回転軸と、その中心軸孔に形成された螺刻部を前記螺刻軸部に螺合させ、前記回転軸の回動に伴って進退移動可能に設けられた直動軸を備える直動装置であって、前記回転軸には、前記螺刻軸部と連結軸部との間に、前記直動軸が直進動作に応じて生じる負荷をハウジングとの対向面側で軸受する平滑受け面と、回転軸の回転ブレ規制をすべく前記ハウジング内周面に回転摺接する円周受け面とで形成された円柱状の軸受部を備える一方、前記ハウジングには、前記直動軸が非接触状態で移動する所定の中間域を存して、直動軸を回り止め規制しながら外周面を摺動案内する広幅な軸受部材を設け、前記螺刻軸部と螺刻部との螺合域を、それぞれ前記軸受部材の内域から前記中間域に跨る螺合長さをもって形成し、前記直動軸は、前記回転ブレ規制がなされた回転軸により、前記広幅な軸受部材に軸受案内された状態で、前記軸受部材の内域に至る螺合域をもって螺合送りせしめ、前記中間域を移動ストローク域として直動軸の基端側を軸受しない状態で進退移動可能に構成されていることを特徴とするものである。

本発明における直動装置は、雌ねじとなる螺刻部が形成された直動軸を、雄ねじとなる螺刻軸部が形成された回転軸との送りねじ機構により往復駆動するようにしたものでありながら、直動軸が直進動作に応じて負荷荷重を受けた際に、当該負荷が螺合域に伝達されて螺合がきつくなったとしても、回転軸は、その基端側が円柱状の軸受部によって軸方向と回転方向の２方向で軸受がなされ、回転ブレが確実に防止された状態を保持することができると共に、螺刻軸部の先端側が、広幅な軸受部材の内域まで延出された状態で螺刻部との螺合がなされ、直動軸の軸受案内機能による軸芯ブレ防止の作用を受けながら直動軸を螺合送りできるので、ネジ山同士が噛み合ったり、螺合ズレやサイドロードが生じることがなく、均等な螺合状態を維持しながら螺合送りを行うことができる。しかも、この良好な螺合送りと相俟って、直動軸は、その基端側が、軸受部材と軸受部との間に形成された中間域内を、摺動摩擦抵抗の全くない移動ストローク域（移動範囲）として進退移動することができ、摺動摩擦抵抗面が全螺合域に渡って形成されることに起因する推力低下などの不具合を回避することができ、移動ストロークも長く設定することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、好適な実施の形態として例示する直動装置を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は直動装置の全体構成図、図２はその前面図である。これら図に示すように、１はケーシング２１内に備えられる駆動手段（駆動機構）としてのステッピングモータ等（図示せず）の出力軸２２に連動連結される直動装置であって、該直動装置１は、内部が円筒状に形成されたハウジング１１内に、雄ねじとしての螺刻軸部３１の基端側に駆動手段に連動連結される連結軸部３２を有して回転可能に配設される回転軸３と、その中心軸孔に形成された雌ねじとしての螺刻部４１を螺刻軸部３１に螺合させ、回転軸３の回動に伴って進退移動可能に設けられた直動軸４を備えて構成される。なお、本実施例では、駆動手段としてステッピングモータを用いたが、駆動手段にモータを用いる場合には、出力軸を正転、逆転させることができれば、ＡＣモータ、ＤＣモータを問わず、さらに、同期型モータ、非同期型モータも問わない。

前記回転軸３には、出力トルク等を考慮し、種々の金属材料やセラッミックス、エンジニアプラスチックなどの非金属材料が選定可能であるが、本実施例では、ステンレス材が用いられ、螺刻軸部３１と連結軸部３２との間に、ハウジング１１内部側に備えられる、直動軸４が直進動作に応じて生じる負荷荷重をハウジング１１基端面との内側対向面で軸受する平滑受け面３３ａと、ハウジング内周面に広幅面域をもって回転摺接する円周受け面３３ｂとで形成された円柱状の軸受部３３が一体形成されている。
また、ハウジング１１基端面と平滑受け面３３ａとの間には、両者間における摩耗を回避するための軸受リング５が介在されている。

連結軸部３２は、ハウジング１１の基端面に形成された軸孔１２に遊挿されて、内側から外側に延出形成されており、ハウジング１１の外部側に、出力軸２２が連結されるカップリング２３が設けられ、ハウジング１１の基端面を挟んで、内部側に備える軸受部３３と、外部側に備えるカップリング２３とによって、回転軸３の進退移動を規制することで、ハウジング１１からの抜け止めを防止する移動規制手段に兼用されて機能するようになっている。なお、この兼用機能は、カップリング２３に換えて、モータ軸の回動を間接的な出力軸２２として駆動伝達する、例えば特許文献２に開示された減速歯車などの歯合伝達手段を構成する歯車であっても良く、兼用しない場合には、ハウジング１１の外部側において、別途抜け止めピンを用いるなど、要は連結軸部３２において抜け止めされていればよい。また、ハウジング１１の外部側で連結軸部３２を抜け止めしない場合には、ケーシング内で軸受部３３自体を抜け止め規制するようにしても良く、更に、直動装置１の用途に応じて抜け止め規制しなくとも良い。

ハウジング１１は、黄銅材により全体が円筒状に形成され、基端側に穿設された軸孔１２と駆動手段側のケーシング２１に装着可能な外観形状を有し、直動軸４が出没する先端側にワークへの取付け部１３を備える。ハウジング１１内は、前記円周受け面３３ｂの外周面が摺接する円筒内周面と、この円筒内周面と所定の中間域を存して、先端側に軸受部材６の装着部が形成され、ここに直動軸４を回り止め規制しながら外周面を摺動案内する広幅な軸受部材６が設けられている。

直動軸４は、黄銅材などの金属材料、若しくは、黄銅材などの金属材料に、耐摩耗性、摺動性を向上するための表面処理、好ましくは無電解ニッケルメッキ等のメッキ処理を施したものが用いられ、その外周面が、回転軸３の円周受け面３３ｂの円外径よりも小径に形成され、一部を円弧状にＤカットした非円形の形状を有しており、これに対応した嵌め合い公差を持って形成された軸受部材６の内周面に軸受されて摺接案内されながら、ハウジング１１中間域の内周面と非接触状態で移動するようになっている。また、直動軸４は、その後退終動時に、先端側が軸受部材６により充分に軸受された状態で、基端側が軸受部３３の対向面に当接する長さをもって構成される。直動軸４の先端部には作動体へのワーク７が設けられている。本実施例におけるワーク７は、作動体に連結して押し引き動作させる装置用の連結杆として例示したものであるが、例えば、特許文献１、２に示されたワークの如く、流体用配管の弁室内において流孔を開閉する弁体装置用の弁体であっても良い。
なお、本実施例では、直動軸４と軸受部材６との回り止め手段を、片面Ｄカットによる対応関係で形成したが、これに限定されず、断面視太鼓状の両面Ｄカットにより、或いは、凹凸関係の案内溝形式による対応関係で形成するなどの各種回り止め手段が適用可能である。

螺刻軸部３１と螺刻部４１とは、螺刻軸部３１が螺刻部４１よりも短く設定された状態で、先端側と基端側とのそれぞれに非螺合域を有して螺合されており、その螺合域は、直動軸４の後退終動時において、それぞれ軸受部材６の約１／３の内周域からハウジング１１の中間域の軸受部３３近傍に跨る螺合長さをもって形成される。これにより、直動軸４は、この軸受部３３と軸受部材６との対向面間に形成される中間域を最大移動ストローク域Ｓとし、この移動ストローク域Ｓ内における任意範囲をストロークに設定して、直動軸４の基端側を軸受されない状態で進退移動可能な構成となっている。

ハウジング１１の中間域には、潤滑剤が充填されており、この潤滑剤は、円筒状に形成された中間域の内周面と、この内周面と非接触の直動軸４の円弧面を含む外周面との間に形成される隙間部１４に潤滑剤が充填されて保持するようになっている。つまり、隙間部１４は、直動軸４のＤカットされた側面と、ハウジング１１の円筒状の内壁面との間に、丁度円弧状の空域が形成（図中右側）され、この円弧状の隙間部１４に、より多くの潤滑剤が保持ができるようになっている。
潤滑剤には、粘性の高いグリースなどが用いられるが、その粘度に応じて直動軸４が直進移動した際に、その一部又は全部が軸受部３３と直動軸４の基端面との間に流動し、後退終動時に隙間部１４側と螺合域内に流動して、軸受部３３と軸受部材６の摺接面や、螺合域の潤滑状態を維持している。また、潤滑剤は、ハウジング１１の内周と軸受部３３との嵌め合い公差、軸受部材６と直動軸４との嵌め合い公差をもってシーリングされるが、さらに、軸受リング５が、軸孔１２からの漏れを防止するシーリング部材に兼用されており、２重のシーリング構造となっている。なお、潤滑剤は潤滑油などであっても良いことは勿論である。

叙述の如く構成された本発明の実施例の形態において、いま、直動軸４を回転軸３の回動に伴う送りねじ機構により進退（押し引き）移動させた際に、直動軸４の直進（又は後退）動作に応じて生じる負荷荷重が、螺刻軸部３１と螺刻部４１との螺合域に伝達されて受けることとなるのであるが、本発明における直動装置１にあっては、回転軸３自体が回転ブレ規制されるように、螺刻軸部３１と連結軸部３２との間に、直動軸４が直進動作に応じて生じる負荷をハウジング１１との対向面で軸受する平滑受け面３３ａと、ハウジング１１の内周面に回転摺接する円周受け面３３ｂとで形成された円柱状の軸受部３３が備えられる一方、直動軸４自体が回り止め規制された状態で外周面を摺動案内されるように、ハウジング１１の先端側に、直動軸４が非接触状態で移動する所定の中間域を存して広幅な軸受部材６が設けられ、さらに、螺刻軸部３１と螺刻部４１とが螺合する螺合域を、それぞれ軸受部材６の内域からハウジング１１の中間域に跨る螺合長さをもって形成してある。
これにより、直動軸４は、軸受部３３の広幅な円周受け面３３ａで回転ブレ規制がなされた回転軸３により、広幅な軸受部材６に軸受案内された状態で、軸受部材６の内域に至る螺合域をもって螺合送りせしめ、前記中間域を、軸受されない直動軸４基端側の移動ストローク域Ｓとして進退移動可能に構成される。

そのため、螺刻部４１が形成された直動軸４を、螺刻軸部３１が形成された回転軸３との送りねじ機構により往復駆動するようにしたものでありながら、直動軸４が直進動作に応じて負荷荷重を受けた際に、当該負荷が螺合域に伝達されて螺合がきつくなったとしても、回転軸３は、その基端側が円柱状の軸受部３３によって軸方向と回転方向の２方向により軸受がなされ、回転ブレが確実に防止された状態を保持することができると共に、螺刻軸部３１の先端側が、広幅な軸受部材６の内域まで延出された状態で螺刻部４１との螺合がなされ、直動軸４の軸受案内機能による軸芯ブレ防止の作用を受けながら直動軸４を螺合送りできるので、ネジ山同士が噛み合ったり、螺合ズレやサイドロードが生じることがなく、均等な螺合状態を維持しながら螺合送りを行うことができる。しかも、この良好な螺合送りと相俟って、直動軸４は、その基端側が、軸受部材６と軸受部３３との間に隙間部１４として形成された中間域内を、摺動摩擦抵抗の全くない移動ストローク域Ｓ（移動範囲）として進退移動することができ、摺動摩擦抵抗面が全螺合域に渡って形成されることに起因する推力低下などの不具合を回避することができ、移動ストロークも長く設定することが可能となる。

また、直動軸４は、その後退終動時に、軸受部３３の対向面に当接可能に構成されているので、たとえ、進退移動時に極僅かな螺合ブレが生じたとしても、良好な螺合状態が維持されるように姿勢矯正することができ、直進始動時には、常に良好な螺合状態によって螺合送りすることができる。

また、軸受部材６の円形の内周に円弧面を形成し、直動軸４を、軸受部材６の内周形状に適合せしめて形成した外周面により回り止め規制すると共に、ハウジング１１の中間域内周面を円筒状に形成して、直動軸４の円弧面を含む外周面との間に形成される隙間部１４で潤滑剤を保持するように構成されているので、潤滑剤は、直動軸４が直進移動した際に、その一部又は全部が軸受部３３と直動軸４の基端面との間に流動し、後退終動時に隙間部１４側と螺合域内に流動して、軸受部３３や軸受部材６の摺接面、螺合域の潤滑状態を良好に維持することができる。

また、軸受部３３としての平滑受け面３３ａとハウジング１１との間には、軸受リング５が介在されているので、直動軸４の直進動作に応じて生じる負荷荷重を回転軸３が受けても、両者が直接的に接触して噛み合ったり摩耗してしまうことが防止され、回転軸３の軸受機能の耐久性を維持することができる。

また、連結軸部３２は、ハウジング１１の内側から外側に延出形成され、ハウジング１１内部に備えられた軸受部３３と共に、外部に備えられるモータの出力軸２２に直結するカップリング２３、または、モータの回動を駆動伝達する歯合伝達手段（歯車２３）とがそれぞれハウジング１１を挟んで設けられ、回転軸３の進退移動を規制する移動規制手段に兼用して構成されているので、直動装置１が倒伏姿勢や下向き姿勢で使用される場合に、回転軸３と直動軸４とが移動してしまうことがなく、さらに、直動軸４の先端部に設けられたワーク７が、作動体に連結して押し引き動作させる装置用の連結杆として使用された際にも、移動規制することができ、用途範囲を拡大することができる。

直動装置の全体断面構成図。 直動装置の前面図。

１ 直動装置
１１ ハウジング
１２ 軸孔
１３ 取付け部
１４ 隙間部
２１ ケーシング
２２ 出力軸
２３ カップリング
２３ 歯車
３ 回転軸
３１ 螺刻軸部
３２ 連結軸部
３３ 軸受部
３３ａ 平滑受け面
３３ｂ 円周受け面
４ 直動軸
４１ 螺刻部
５ 軸受リング
６ 軸受部材
７ ワーク
Ｓ 移動ストローク域（中間域）

Claims (5)

1. 円筒状のハウジング内に、螺刻軸部の基端側に駆動手段に連動連結される連結軸部を有して回転可能に配設される回転軸と、その中心軸孔に形成された螺刻部を前記螺刻軸部に螺合させ、前記回転軸の回動に伴って進退移動可能に設けられた直動軸を備える直動装置であって、
   前記回転軸には、前記螺刻軸部と連結軸部との間に、前記直動軸が直進動作に応じて生じる負荷をハウジングとの対向面側で軸受する平滑受け面と、回転軸の回転ブレ規制をすべく前記ハウジング内周面に回転摺接する円周受け面とで形成された円柱状の軸受部を備える一方、
   前記ハウジングには、前記直動軸が非接触状態で移動する所定の中間域を存して、直動軸を回り止め規制しながら外周面を摺動案内する広幅な軸受部材を設け、
   前記螺刻軸部と螺刻部との螺合域を、それぞれ前記軸受部材の内域から前記中間域に跨る螺合長さをもって形成し、
   前記直動軸は、前記回転ブレ規制がなされた回転軸により、前記広幅な軸受部材に軸受案内された状態で、前記軸受部材の内域に至る螺合域をもって螺合送りせしめ、前記中間域を移動ストローク域として直動軸の基端側を軸受しない状態で進退移動可能に構成されていることを特徴とする直動装置。
2. 請求項１において、前記直動軸は、その後退終動時に、前記軸受部に当接可能に構成されていることを特徴とする直動装置。
3. 請求項１または２において、前記軸受部材の円形の内周に円弧面を形成し、前記直動軸を、軸受部材の内周形状に適合せしめて形成した外周面により回り止め規制すると共に、
   前記ハウジングの中間域内周面を円筒状に形成して、前記直動軸の円弧面を含む外周面との間に形成される隙間部で潤滑剤を保持することを特徴とする直動装置。
4. 請求項１乃至３の何れかにおいて、前記軸受部としての平滑受け面とハウジングとの間には、軸受リングが介在されていることを特徴とする直動装置。
5. 請求項１乃至４の何れかにおいて、前記連結軸部は、前記ハウジングの内側から外側に延出形成され、ハウジング内部に備えられた前記軸受部と共に、外部に備えられるモータ軸に直結するカップリング、または、モータの回動を駆動伝達する歯合伝達手段とがそれぞれハウジングを挟んで設けられ、回転軸の進退移動を規制する移動規制手段に構成されていることを特徴とする直動装置。