JP2023028279A

JP2023028279A - 回転直動変換機構

Info

Publication number: JP2023028279A
Application number: JP2021133881A
Authority: JP
Inventors: 潤地崎; Jun Chisaki
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2023-03-03

Abstract

【課題】回転子が一回転する間に、直動部材として機能する軸体が移動する距離を低コストで変更するができる。
【解決手段】回転直動変換機構は、回転可能で内部が中空の回転子が搭載され、該回転子の内側に基部が接続されて当該回転子と共に回転し、当該回転子の軸方向に対して略垂直方向に伸びた棒体と、該回転子の軸方向と略同軸の軸体であって、螺旋軸が当該軸方向であり、且つ、該棒体の先端が挿入された螺旋状の溝が表面に形成された軸体とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転直動変換機構に関する。

従来から、モータなどの回転機構によって生まれる回転運動を直線方向の運動に変換する回転直動変換機構が知られている。モータは、一般的にはロータと呼ばれる回転子と、ロータに回転運動を与えるステータとによって構成される。

これに関し、特許文献１には、モータの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構が、雄ねじ部を有する直動部材としてのねじ軸と、雄ねじ部に螺合する雌ねじ部と、ねじ軸を付勢する付勢部材とを備えることが開示されている。

特開２０２０－１４８２１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、回転子として機能する雌ねじ部が一回転する間にねじ軸が移動する距離を自由に変更するには、多条ねじを使用する必要があった。この多条ねじを使用するには、特殊な加工が必要であり、コストがかかるという問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転子が一回転する間に、直動部材として機能する軸体が移動する距離を低コストで変更できる回転直動変換機構を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第一態様に係る回転直動変換機構は、回転可能で内部が中空の回転子が搭載され、前記回転子の内側に基部が接続されて当該回転子と共に回転し、当該回転子の軸方向に対して略垂直方向に伸びた棒体と、前記回転子の軸方向と略同軸の軸体であって、螺旋軸が当該軸方向であり、且つ、前記棒体の先端が挿入された螺旋状の溝が表面に形成された軸体とを備える。

また、本発明の第二態様に係る回転直動変換機構では、前記軸体は、軸体本体と、当該軸体本体よりも短く且つ径が大きい内部が中空のケースであり、当該軸体本体が内部に挿入されて着脱可能に接続されるケースとを備え、前記ケースの表面に前記溝が形成されている。

また、本発明の第三態様に係る回転直動変換機構では、前記棒体の表面に摩擦軽減材が塗布されている。

また、本発明の第四態様に係る回転直動変換機構では、前記摩擦軽減材がダイヤモンドライクカーボンで形成されている。

本発明によれば、回転子が一回転する間に、直動部材として機能する軸体が移動する距離を低コストで変更できる回転直動変換機構を提供することができる。

本発明の実施形態に係る回転直動変換機構を示す図である。本発明の実施形態に係る回転直動変換機構において、軸体の移動前の状態を示す図である。本発明の実施形態に係る回転直動変換機構において、軸体の移動後の状態を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態（以下、「本実施形態」という。）について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素及びステップに対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１を示す図である。

図１に示すように、回転直動変換機構１は、ステータ１０と、回転子２０と、棒体としてのピン２４と、軸体としてのシャフト３０と、軸受４２と、回り止め４４と、を備える。

ステータ１０は、回転子２０と合わせて構成される誘導モータの固定部分であり、複数のコイルによって形成される。ステータ１０は、複数のコイルに電流を流すことによって回転磁界を発生させ、該回転磁界を回転子２０に与えることによって、回転子２０を回転させる。

回転子２０は、ステータ１０と合わせて構成される誘導モータの回転部分（例えば磁石ロータ）である。回転子２０は、内部が中空である略円筒型の形状をしており、磁石２２を備える。回転子２０は、ステータ１０によって発生する回転磁界に従って、円筒の軸を回転軸として回転し、ピン２４を介して回転力をシャフト３０に伝える。磁石２２は、例えば永久磁石であり、回転子２０の円筒の側面部分を構成し、回転子２０とともに回転する。磁石２２は、ステータ１０によって発生する回転磁界に従って、回転子２０の回転軸方向に回転子２０全体を回転させる。磁石２２は、磁石２２から回転子２０の内側に向かって略垂直方向に伸びるピン２４の基部と接続されている。なお、「略垂直方向」とは、垂直方向だけでなく、±１度程度垂直方向からずれた方向も含む。

ピン２４は、基部が回転子２０の内側に接続固定、例えば回転子２０の内面に圧入され又はねじ止めされることで接続固定されており、回転子２０とともに回転する。また、ピン２４の先端は、後述するシャフト３０のケース３２にある螺旋状の溝３２０に挿入される。ピン２４は、溝３２０を介して回転子２０の回転運動をシャフト３０に伝える。なお、ピン２４の表面には、溝３２０との間の摩擦軽減を目的としてダイヤモンドライクカーボンなどの摩擦軽減材が塗布されている。

シャフト３０は、ケース３２と、軸体本体としてのシャフト本体３４とを備える。シャフト３０は、回転子２０から回転運動が伝えられ、該回転運動を直線運動に変換し、該直線運動を回転直動変換機構１の外部に伝える。

ケース３２は、シャフト本体３４よりも短くかつ径が大きい内部が中空のケースである。ケース３２は、シャフト本体３４の中央付近でシャフト本体３４を囲っており、内部にシャフト本体３４が挿入されて着脱可能に接続される。また、ケース３２は、表面にシャフト本体３４の軸方向を螺旋軸とする螺旋状の溝３２０が形成されている。

溝３２０は、上述したように、螺旋軸がシャフト本体３４の軸方向となるようにケース３２の表面上に刻まれている溝である。溝３２０の一部には、回転子２０のピン２４の先端が挿入されている。溝３２０は、溝３２０がケース３２の表面に螺旋状に形成されていること、及び溝３２０の表面にピン２４の先端が接することによって、ピン２４の回転運動を螺旋軸方向のシャフト３０の直線運動に変換する。

シャフト本体３４は、中央付近をケース３２によって囲われており、ケース３２の内部に挿入されてケース３２に接続される。シャフト本体３４は、ケース３２の溝３２０によって変換された直動運動を回転直動変換機構１の外部へと伝える。シャフト本体３４は、回り止め４４によって支持される。シャフト本体３４の軸方向は、回転子２０の回転軸、及び溝３２０の螺旋軸と一致する。

軸受４２は、回転子２０の円筒の淵部分に接しており、回転あるいは静止している回転子２０の荷重を受けつつ、回転子２０を支持する。

回り止め４４は、端部がシャフト本体３４の外周を囲うように配置され、シャフト本体３４の荷重を受けつつ、シャフト本体３４を支持する。回り止め４４は、シャフト本体３４との摩擦を軽減するために、シャフト本体３４との接触部分にボールスプライン４４０を有する。

図２Ａは、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１において、シャフト３０の移動前の状態を示す図である。また、図２Ｂは、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１において、シャフト３０の移動後の状態を示す図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ステータ１０は、回転子２０に対して回転磁界を与えることによって、回転子２０を回転させ、ピン２４を溝３２０の始端から終端へと移動させる。これにより、回転直動変換機構１は、ステータ１０により発生する回転子２０の回転運動をシャフト３０による直線運動に変換し、該直線運動を外部へと伝搬させる。

以上、本実施形態では、回転直動変換機構１は、回転可能で内部が中空の回転子２０を搭載している。そして、当該機構１は、回転子２０の内側に基部が接続されて当該回転子２０と共に回転し、回転子２０の軸方向に対して略垂直方向に伸びたピン２４と、回転子２０の軸方向と略同軸のシャフト３０であって、螺旋軸が当該軸方向であり、且つ、ピン２４の先端が挿入された螺旋状の溝３２０を表面に有するシャフト３０と、を備える。
この構成によれば、回転直動変換機構１は、溝３２０の螺旋角度等を変更することで、回転子２０が一回転する間にシャフト３０が移動する距離（ストローク量又はアクチュエータ速度とも言う。）を低コストで変更することができる。

また、本実施形態では、シャフト３０は、シャフト本体３４と、当該シャフト本体３４よりも短く且つ径が大きい内部が中空のケースであり、当該シャフト本体３４が内部に挿入されて接続される着脱可能にケース３２とを備え、ケース３２の表面に溝３２０が形成されている。
この構成によれば、シャフト本体３４ではなく、そのケース３２に溝３２０を形成するので、簡単且つ低コストで溝３２０を形成できる。また、溝３２０の螺旋角度等が異なるケースに交換することで、回転子２０が一回転する間にシャフト３０が移動する距離を低コストで変更することができる。

また、本実施形態では、ピン２４の表面に摩擦軽減材が塗布されている。
この構成によれば、回転直動変換機構１は、ピン２４と溝３２０との間の摩擦を軽減し、回転運動を直線運動に変換する際のエネルギーロスを低減することができる。

また、本実施形態では、摩擦軽減材は、ダイヤモンドライクカーボンで形成されている。
この構成によれば、回転運動を直線運動に変換する際のエネルギーロスを更に低減することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。すなわち、上記の実施形態に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、上記実施形態及び後述する変形例が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

例えば、上記実施形態では、ピン２４及び溝３２０がそれぞれ１つずつの場合を説明したが、ピン２４及び溝３２０は、複数対あってもよい。

また、ステータ１０は、ピン２４が溝３２０の中間から始端又は終端までの例えば三分の二の位置にある場合、回転子２０に与える回転磁界を弱めるように制御しても良い。これにより、ピン２４が溝３２０の始端又は終端と衝突したときの衝撃力によるピン２４の折れや、回転子２０との緩みが発生するのを抑制することができる。なお、ピン２４が溝３２０の中間から始端又は終端までの三分の二の位置のある場合を説明したが、ピン２４を溝３２０の始端又は終端で停止させるのに十分な減速ができるならば、所望の位置で回転子２０に与える回転磁界を弱めても良い。

また、シャフト３０のケース３２は、シャフト本体３４から着脱可能であり、溝３２０のピッチが異なる複数のケース３２のうち適したものを着装するものであっても良い。

また、溝３２０は、本実施形態では、ケース３２の表面に螺旋状に一本刻まれているが、螺旋軸に対して線対称となり、かつ溝３２０の両端が接続されるようにケース３２の表面に二本刻まれていても良い。

１…回転直動変換機構、２０…回転子、２４…ピン、３０…シャフト

Claims

回転可能で内部が中空の回転子が搭載される回転直動変換機構であって、
前記回転子の内側に基部が接続されて当該回転子と共に回転し、当該回転子の軸方向に対して略垂直方向に伸びた棒体と、
前記回転子の軸方向と略同軸の軸体であって、螺旋軸が当該軸方向であり、且つ、前記棒体の先端が挿入された螺旋状の溝が表面に形成された軸体と、
を備える回転直動変換機構。
前記軸体は、軸体本体と、当該軸体本体よりも短く且つ径が大きい内部が中空のケースであり、当該軸体本体が内部に挿入されて着脱可能に接続されるケースと、を備え、
前記ケースの表面に前記溝が形成されている、
請求項１に記載の回転直動変換機構。
前記棒体の表面には、摩擦軽減材が塗布されている、
請求項１又は２に記載の回転直動変換機構。
前記摩擦軽減材は、ダイヤモンドライクカーボンで形成されている、
請求項３に記載の回転直動変換機構。