JP2015206446A - 送りねじ式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】バックラッシを小さくすると共に、装置全体の小型化を図ることができる送りねじ式アクチュエータを提供する。【解決手段】駆動源によって回転自在に配置されると共に、外周面に螺旋状の転走溝が形成されたねじ軸と、前記転走溝に係合するように突出して形成された係合部を備えた移動部材と、を備える送りねじ式アクチュエータにおいて、前記転走溝は、前記ねじ軸の長手方向に沿って互いに対向する第１の面と第２の面とを備え、前記係合部は、前記第１の面及び前記第２の面とそれぞれ当接する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換するアクチュエータに関し、特に、外周面に螺旋状の転走溝が形成されたねじ軸に長手方向に沿って移動可能に組み付けられた移動部材が係合する送りねじ式アクチュエータに関する。

従来、送りねじ式アクチュエータは、外周面に螺旋状の転走溝が形成されたねじ軸と、このねじ軸に螺合する移動部材と、ねじ軸と移動部材との間に介在されて転走溝を転走する複数の転動体とを有する転動体ねじ装置を用いて構成されていた。

このように、転動体ねじ装置を用いて送りねじ式アクチュエータを構成すると、ねじ軸に駆動源からの回転力を付与すると、転動体が転走溝を転走することで移動部材をねじ軸の長手方向に沿って移動せしめ、この作用によりねじ軸の回転運動を移動部材の直線運動へ変換するアクチュエータを構成することができる。

また、転動体ねじ装置は、転走溝を転動体が転走するという構造であるため、転走溝の溝幅は転動体の径よりも大きく形成されている。このため、転走溝と転動体の間に隙間が生じ、この隙間の影響によりバックラッシが大きくなるという問題を有していた。したがって、転動体ねじ装置を用いた送りねじ式アクチュエータも同様にバックラッシが大きいという問題を有しており、高精度の案内を行うことができないことに加え、騒音や摩耗が生じるという問題を有している。

このため、バックラッシを小さくする構造としては種々の構造が知られており、例えば、２つの移動部材を弾性部材によって長手方向に沿って互いに離間するように付勢することで、バックラッシがない転動体ねじ装置が知られている。

特開２００３−１５６１２０号公報

しかし、従来の転動体ねじ装置を用いた送りねじ式アクチュエータによると、ねじ軸が移動部材に形成された貫通孔に挿通されるように組み付けられているため、移動部材がねじ軸の全周を覆っている構造となり、送りねじ式アクチュエータの高さが大きくなり、小型化を図ることができないという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、バックラッシを小さくすると共に、装置全体の小型化を図ることができる送りねじ式アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明に係る送りねじ式アクチュエータは、駆動源によって回転自在に配置されると共に、外周面に螺旋状の転走溝が形成されたねじ軸と、前記転走溝に係合するように突出して形成された係合部を備えた移動部材と、を備える送りねじ式アクチュエータにおいて、前記転走溝は、前記ねじ軸の長手方向に沿って互いに対向する第１の面と第２の面とを備え、前記係合部は、前記第１の面及び前記第２の面とそれぞれ当接することを特徴とする。

本発明によれば、移動部材が転走溝の第１の面及び前記第２の面とそれぞれ当接する係合部を備えているので、バックラッシを小さくすることができると共に、送りねじ式アクチュエータの小型化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータの構成を説明するための斜視図。 図１におけるＡ方向矢視図。 図２におけるＢ方向矢視図。 本発明の第１の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータの変形例を説明するための一部断面図。 本発明の第２の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータを説明するための一部断面図。 本発明の第２の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータの上面図。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータに用いられる係合部の斜視図であり、（ｂ）は係合部の変形例を示す斜視図。

以下、本発明に係る送りねじ式アクチュエータの実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータの構成を説明するための斜視図であり、図２は、図１におけるＡ方向矢視図であり、図３は、図２におけるＢ方向矢視図であり、図４は、本発明の第１の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータの変形例を説明するための一部断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る送りねじ式アクチュエータ１は、モータ等の駆動源１２によって軸線周りに回転自在に配置されたねじ軸１０と、該ねじ軸１０の外周に形成された螺旋状の転走溝１１に係合する係合部を有する移動部材２０とを備えている。

ねじ軸１０は、円柱状の部材であり長手方向の両端部を保持部材３０，３０によって保持されている。保持部材３０は、ねじ軸１０が挿通される貫通孔３１が形成されており、保持部材３０とねじ軸１０との間には図示しないベアリング部材が介在されている。

移動部材２０は、上述したように転走溝１１に係合部が係合すると共に、運動案内装置４０のブロック部材に取り付けられてねじ軸１０の長手方向に沿って往復移動可能に案内されている。

運動案内装置４０は、長手方向に沿って複数の転動体転走溝４４が外表面に形成された軌道部材４１と、転動体転走溝４４に対向する負荷転動体転走溝が形成され、複数の転動体を介して軌道部材４１に対して往復運動可能に組み付けられた移動部材４２とを備えている。

軌道部材４１には、複数のボルト孔４３が上面から底面に向かって穿孔されている。運動案内装置４０は、軌道部材４１に形成されたこれら複数のボルト孔４３にボルトを挿通し基台５０に締結固定されている。この軌道部材４１は、断面略矩形状に形成された長尺部材であり、例えば、左右両側に１条ずつの転動体転走溝４４が対称的に合計２条形成されている。

移動部材４２は、軌道部材４１の上面及び左右両側面に跨るように、断面略コ字状をしており、移動部材本体４２ａと、この移動部材本体４２ａの往復運動方向である両端面に取り付けられた一対の蓋体４２ｂとを備えている。

移動部材本体４２ａ及び蓋体４２ｂは、軌道部材４１の上面に対向する中央部と、軌道部材４１の左右両側面に対向する一対の脚部とを有している。移動部材本体４２ａには、軌道部材４１の転動体転走溝４４と対向するように軌道部材４１の長手方向に延びる例えば合計２条の負荷転動体転走溝が形成されている。

また、移動部材本体４２ａには、負荷転動体転走溝と平行に転動体戻し通路が合計２条形成されている。

また、蓋体４２ｂには、負荷転動体転走溝の一端と転動体戻し通路の一端とを繋ぐＵ字形状の方向転換路が形成されている。これによって転動体転走溝４４と負荷転動体転走溝からなる負荷転動体転走路，一対の方向転換路及び転動体戻し通路とからなる無限循環路を形成している。

運動案内装置４０は、転動体転走溝４４と負荷転動体転走溝との間に転動体が介在されているので、移動部材４２を軌道部材４１の長手方向に沿って移動させると、軌道部材４１と移動部材４２との間に介在した転動体の転がり運動を行わせることができる。負荷転動体転走路の一端まで転走した転動体は、蓋体４２ｂに形成された掬上部で掬い上げられ、一方の方向転換路に導かれる。方向転換路で進行方向を転換させた転動体は、転動体戻し通路を転走して、他方の方向転換路を経由した後、再び負荷転動体転走路に戻される。このように転動体が転走することで無限循環を実現している。

また、複数の転動体は、球状に形成されたボールや円筒状のローラが用いられる。さらに、複数の転動体は、隣り合う転動体間に配置された間座部と、その長手方向に沿って配列された間座部を繋ぐ帯状の連結帯とからなる帯状リテーナにより保持されている。このように、転動体間に配置された間座部により転動体同士の衝突を防止することができる。また、転動体は、帯状リテーナによって一連に連結保持されているので、転動体を整列させたまま転走させることができる。

なお、運動案内装置４０の幅方向断面において、転動体転走溝４４及び負荷転動体転走溝は転動体の曲率半径よりも大きな単一の曲率で形成されたサーキュラアーク形状に形成されている。

図２に示すように、転走溝１１は、長手方向に沿って互いに対向する第１の面１１ａと第２の面１１ｂとを有しており、移動部材２０に形成された係合部は、第１の面１１ａと当接する第１の係合部２１ａと第２の面と当接する第２の係合部２１ｂとを有している。

また、第１の係合部２１ａと第２の係合部２１ｂの間隔は、転走溝１１のピッチの整数倍に形成されており、これによって第１の係合部２１ａ，第２の係合部２１ｂと転走溝１１の間の隙間を小さくしてバックラッシを低減している。

さらに、第１の係合部２１ａと第２の係合部２１ｂは、移動部材２０に対して突出方向と略平行な回転軸周りに回転自在に取り付けても構わない。このように第１の係合部２１ａと第２の係合部２１ｂとを回転自在に取り付けることで、ねじ軸１０の回転に伴って第１の係合部２１ａ及び第２の係合部２１ｂとが転走溝１１を転走する際に、第１の係合部２１ａと第２の係合部２１ｂとが回転しながら第１の面１１ａ及び第２の面１１ｂを転走することができるので、摺動抵抗を低減して円滑に移動部材２０を案内することができる。

次に図３を参照して基台５０，運動案内装置４０，保持部材３０並びにねじ軸１０の取り付け方法について説明を行う。図３に示すように、軌道部材４１は、基台５０に形成された位置決め用段差５１に一方の側面を当接させるように固定されている。この位置決め用段差によって、運動案内装置４０の取り付け位置を所定の位置に固定することができる。

また、ねじ軸１０を回転自在に保持する保持部材３０は、基台５０に取り付けられた軌道部材４１の側面に当接する位置決め部３２が形成されており、該位置決め部３２が軌道部材４１の側面と当接することで保持部材３０の位置を所定の位置に固定している。

このように、基台５０に対して保持部材３０及び運動案内装置４０を軌道部材４１の側面を位置決めの基点として取り付けているので、高精度な位置決めを行うことなく、ねじ軸１０及び運動案内装置４０の位置を精度良く規定することが可能となる。

このように、本実施形態に係る送りねじ式アクチュエータ１は、転走溝１１を構成する互いに対向する第１の溝１１ａと第２の溝１１ｂにそれぞれ当接する第１の係合部２１ａ及び第２の係合部２１ｂを備えているので、ねじ軸１０の長手方向の両方向の隙間を小さくすることができ、バックラッシを極小化することができる。

なお、本実施形態に係る送りねじ式アクチュエータ１では、例えば１ピッチの間隔をあけて第１の係合部２１ａと第２の係合部２１ｂを転走溝１１に係合させた場合について説明を行ったが、同一の溝に２つの係合部２１ａ，２１ｂを係合させることができれば同一の溝に係合させるように構成しても構わないし、隣接する溝にそれぞれの第１の係合部２１ａ及び第２の係合部２１ｂを係合させるように構成しても構わない。

更に、図４に示すように、第１の係合部２１ａと第２の係合部２１ｂの間に第１の係合部２１ａと第２の係合部２１ｂを離間させるようにねじ軸１０の長手方向に沿って付勢する弾性体２２を介在させることもできる。

弾性体２２は、移動部材２０ａ内に収納されていれば好適であり、例えば弦巻バネやゴムが好適に採用可能である。また、第１の係合部２１ａと第２の係合部２１ｂとが互いに近接するように付勢するように構成しても構わない。この場合、第１の係合部２１ａは、第２の面１１ｂに当接し、第２の係合部２１ｂは、第１の面１１ａにそれぞれ当接する。

このように第１の係合部２１ａと第２の係合部２１ｂとをねじ軸１０の長手方向に沿って付勢することで、移動部材２０ａと転走面１１との間の隙間を更に小さくすることができ、バックラッシを除去することができる。

［第２の実施形態］
以上説明した第１の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータ１では、第１の係合部２１ａ及び第２の係合部２１ｂとで係合部を形成した場合について説明を行った。次に説明する第２の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータ１´は、第１の実施形態とは異なる形態を有する実施例について説明を行うものである。なお、上述した第１の実施形態の場合と同一又は類似する部材については、同一符号を付して説明を省略する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータを説明するための一部断面図であり、図６は、本発明の第２の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータの上面図であり、図７（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る送りねじ式アクチュエータに用いられる係合部の斜視図であり、（ｂ）は係合部の変形例を示す斜視図である。

図５に示すように、本実施形態に係る送りねじ式アクチュエータ１´は、転走溝１１に対して単一の係合部２１´が係合する移動部材２０ｂを備えている。

図６に示すように、係合部２１´は、弾性部材である板バネ２３によって周方向に回転付勢されており、断面長円形状に形成された係合突起６０が第１の面１１ａ及び第２の面１１ｂにそれぞれ当接している。

板バネ２３は、係合部２１´に形成されたバネ溝６２及び移動部材２０ｂに形成された保持溝２４に取り付けられており、係合部２１´を回転付勢している。

図７（ａ）に示すように、係合部２１´は、底面に上述したバネ溝６２が形成された円盤部６１の上面から突出する断面楕円状の係合突起６０を備えており、係合突起６０の長円方向の寸法が転走溝１１の溝間隔よりも大きく形成された長辺部と、短円方向の寸法が転走溝１１の溝間隔よりも小さく形成された短辺部を備えている。また、係合突起６０と円盤部６１の間には段差６３が形成されており、当該段差６３が移動部材２０ｂに挿入されることによって円盤部６１が抜け止めとして機能すると共に、段差６３が係合部２１´の回転を受けることができるように構成されている。

このように断面長円状の係合突起６０を周方向に付勢させて転走溝１１に係合させることで、長円方向の一端が第１の面１１ａに当接すると共に、他端が第２の面１１ｂに当接することができる。この構造によって、単一の係合部２１´であっても係合部２１´と転走溝１１の間の隙間を極小化することができ、バックラッシを除去することができる。

また、図７（ｂ）に示すように、係合突起６０´の形状は、断面楕円状に限られず、例えば単一の係合部２１´ａのように、段差６３に互いに平行に形成された一対の面取り（両面取り）を形成して長辺部と短辺部を形成しても構わない。

このように、本実施形態に係る送りねじ式アクチュエータ１´は、単一の係合部２１´でバックラッシを除去することができるので、バックラッシを除去した送りねじ式アクチュエータ１´の小型化を容易に図ることができ、部品点数の抑制に伴う製造コストの低減を図ることもできる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲において、種々の変更が可能である。例えば、本実施形態では、駆動源としてモータを用いた例について説明を行ったが、ねじ軸に対して回転力を付与することができればモータに限られず、例えば内燃機関や油圧シリンダ等を用いても構わない。

また、本実施形態では、運動案内装置に転動体を用いた所謂無限循環型の運動案内装置を用いた場合について説明を行ったが、運動案内装置は転動体を備えない所謂滑り型の運動案内装置を用いても構わない。さらに、本実施形態では、運動案内装置について複数の転動体を帯状リテーナで連結保持した場合について説明を行ったが、帯状リテーナを備えない形式の運動案内装置を用いても構わない。またさらに、第２の実施形態において係合突起は断面長円形状の場合について説明を行ったが、長辺部及び短辺部を備えれば断面形状は長円形状に限らず例えば楕円形状としても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 送りねじ式アクチュエータ， １０ ねじ軸， １１ 転走溝， １１ａ 第１の面， １１ｂ 第２の面， １２ 駆動源， ２０ 移動部材， ２１ 係合部， ２１ａ 第１の係合部， ２１ｂ 第２の係合部， ２２，２３ 弾性部材。

Claims (5)

1. 駆動源によって回転自在に配置されると共に、外周面に螺旋状の転走溝が形成されたねじ軸と、
   前記転走溝に係合するように突出して形成された係合部を備えた移動部材と、を備える送りねじ式アクチュエータにおいて、
   前記転走溝は、前記ねじ軸の長手方向に沿って互いに対向する第１の面と第２の面とを備え、
   前記係合部は、前記第１の面及び前記第２の面とそれぞれ当接することを特徴とする送りねじ式アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の送りねじ式アクチュエータにおいて、
   前記係合部は、前記第１の面と当接する第１の係合部と、前記第２の面と当接する第２の係合部とを備えることを特徴とする送りねじ式アクチュエータ。
3. 請求項２に記載の送りねじ式アクチュエータにおいて、
   前記第１の係合部と前記第２の係合部は、長手方向に沿って付勢されていることを特徴とする送りねじ式アクチュエータ。
4. 請求項２又は３に記載の送りねじ式アクチュエータにおいて、
   前記第１の係合部及び前記第２の係合部の少なくともいずれか一方は、突出方向と略平行な回転軸周りに回転自在に配置されることを特徴とする送りねじ式アクチュエータ。
5. 請求項１に記載の送りねじ式アクチュエータにおいて、
   前記係合部は、突出方向と直交する断面形状が前記螺旋状の溝の溝間隔よりも大きい長辺部と、前記溝間隔よりも小さい短辺部を備えると共に、突出方向と略平行な回転軸周りに弾性部材によって付勢されて前記第１の面及び前記第２の面と当接していることを特徴とする送りねじ式アクチュエータ。

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