JP4519711B2 - 直動型減速装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転運動を直線運動に変換すると共に直線運動の速度を減速させる直動型減速装置に関する。

従来の直動型減速装置としては、多段ギヤ等の変速機構とボールねじとを組み合わせて構成されたものがある。この直動型減速装置において、減速比を高く設定する場合には、例えば、ボールねじのピッチを変更することで行われる。
なお、単純に回転運動の回転速度を減速させるもの、特に高い減速比を有する減速装置としては、波動歯車装置（ハーモニックドライブ（登録商標））と呼ばれるものがある（例えば、非特許文献１参照。）。この波動歯車装置は、少ない部品点数で構成することができるため、その小型化を容易に図ることができる。
"ハーモニックドライブの原理"、［online］、Harmonic Drive Systems,Inc.、［平成１７年４月１日］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.hds.co.jp/hd/main.html＞

しかしながら、従来の直動型減速装置では、波動歯車装置のように少ない部品点数で構成することができない、すなわち、高い減速比を必要とする場合には、多段ギヤ等の多数の部品から構成する必要があるため、その小型化を達成することが困難であるという問題がある。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、高い減速比を実現すると共に小型化を容易に図ることができる直動型減速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、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、外周面に螺旋状に形成された外周ねじ部を有する雄ねじと、前記雄ねじを挿通可能とする貫通孔、及び、該貫通孔の内周面に前記外周ねじ部と異なるピッチで前記外周ねじ部と同じ方向の螺旋状に形成された内周ねじ部を有する雌ねじと、前記外周ねじ部と逆向きの螺旋状に形成され、前記外周ねじ部及び前記内周ねじ部の交差部分を相互に噛み合わせた状態に保持する支持螺旋を有する回転駆動部とを備えることを特徴とする直動型減速装置を提案している。

この発明に係る直動型減速装置においては、外周ねじ部、内周ねじ部及び支持螺旋の中心軸線が同一となるように、雄ねじ、雌ねじ及び回転駆動部を配する。この状態において、中心軸線を中心として回転駆動部を回転させた際には、支持螺旋の働きによって外周ねじ部及び内周ねじ部が相互に噛み合うように、回転駆動部の回転方向前方側に位置する外周ねじ部及び内周ねじ部が相互に近づく、すなわち、雄ねじ及び雌ねじが、中心軸線方向に沿って相互に逆向きに移動することになる。これにより、回転駆動部による回転運動を、雄ねじ及び雌ねじによる中心軸線方向の直線運動に変換することができる。
また、回転駆動部を１回転させた際に雄ねじ及び雌ねじが中心軸線方向に相対的に移動する長さは、外周ねじ部と内周ねじ部との１ピッチの差分となるため、この直動型減速装置では、回転運動から直線運動への変換において、直線運動の速度を大きく減速させることができる。したがって、この直動型減速装置では、中心軸線方向の直線運動に関して高い減速比及び大きな出力トルクを得ることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の直動型減速装置において、前記雄ねじ及び前記雌ねじの少なくとも一方が、前記外周ねじ部及び内周ねじ部の中心軸線方向に弾性変形可能な弾性体から構成されることを特徴とする直動型減速装置を提案している。

この発明に係る直動型減速装置においても、前述したように、中心軸線を中心に回転駆動部を回転させた際に、支持螺旋によって外周ねじ部及び内周ねじ部が相互に噛み合うように、回転駆動部の回転方向前方側に位置する外周ねじ部及び内周ねじ部が相互に近づく。ここで、雌ねじや雄ねじは弾性体から構成されため、雌ねじや雄ねじを中心軸線方向に移動させるための駆動トルクの大きさに応じて、雌ねじ若しくは雄ねじが中心軸線方向に弾性変形する。すなわち、この弾性変形に伴って外周ねじ部や内周ねじ部のピッチが変化し、これにより、外周ねじ部と内周ねじ部とのピッチ差も変化する。例えば、前述した駆動トルクが大きい場合には、雌ねじ若しくは雄ねじの弾性変形によって、外周ねじ部と内周ねじ部とのピッチ差が小さくなる、すなわち、外周ねじ部及び内周ねじ部のピッチが相互に近づくことになる。

なお、雌ねじ若しくは雄ねじのいずれか一方が弾性変形している間は、雌ねじ及び雄ねじが中心軸線方向に相対的に移動することはなく、弾性体の弾性力及び駆動トルクの大きさが互いに釣り合った状態において前述の弾性変形が停止し、雌ねじ及び雄ねじが中心軸線方向に相互に移動することになる。
そして、これら雌ねじ及び雄ねじのピッチ差に応じて減速比や中心軸線方向の出力トルクの大きさが決まる。すなわち、ピッチ差が大きくなる程、減速比や出力トルクは小さくなり、ピッチ差が小さくなる程、減速比や出力トルクは大きくなる。また、出力トルクがその上限に到達した場合、すなわち、雌ねじ及び雄ねじのピッチ差が無くなった場合には、減速比が無限大となり、雌ねじ及び雄ねじの相対的な移動量はゼロとなる。

以上のことから、雌ねじ若しくは雄ねじが弾性変形する前における出力トルクが駆動トルクよりも小さくても、出力トルクがその上限に到達するまでの範囲内において雌ねじ若しくは雄ねじが弾性変形することにより、出力トルクを駆動トルクに合致させて直線運動に変換することができる。また、出力トルクがその上限に到達した場合には、減速比が無限大となるため、回転駆動部を回転駆動させるモータ等の駆動源や、雄ねじ、雌ねじに余分な負荷が発生することを抑制できる。
したがって、この直動型減速装置を所謂トルククラッチとして用いることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の直動型減速装置において、前記回転駆動部が、略円筒状に形成され、前記支持螺旋が、前記回転駆動部の外周面及び内周面に開口する螺旋状の溝部と、前記外周面及び前記内周面から突出するように前記溝部に配され、かつ、前記溝部の長手方向に摺動可能な多数の球体とから構成され、前記雄ねじが前記回転駆動部の前記内周面側に配され、前記外周ねじ部が前記球体を挿入可能な溝状に形成され、前記雌ねじが前記回転駆動部の前記外周面側に配され、前記内周ねじ部が前記球体を挿入可能な溝状に形成されていることを特徴とする直動型減速装置を提案している。

この発明に係る直動型減速装置において、回転駆動部を回転させた際には、溝部内に配された同一の球体が、溝部、外周ねじ部及び内周ねじ部の長手方向に転動するように、回転駆動部の回転方向前方側に位置する外周ねじ部及び内周ねじ部が相互に近づく、すなわち、雄ねじ及び雌ねじが、中心軸線方向に沿って相互に逆向きに移動することになる。
この構成では、溝部内に配された球体が、溝部、外周ねじ部及び内周ねじ部を転がるため、支持螺旋、外周ねじ部及び内周ねじ部の相互間の摩擦を最小限に抑えることができる。したがって、回転駆動部による回転運動から雄ねじや雌ねじの直線運動への変換において、そのエネルギー損失を最小限に抑えることができる。

請求項４に係る発明は、外周面に螺旋状に形成された外周ねじ部を有する雄ねじと、前記雄ねじを挿通可能とする貫通孔、及び、該貫通孔の内周面に前記外周ねじ部よりも大きいピッチで前記外周ねじ部と同じ方向の螺旋状に形成された第１の内周ねじ部を有する第１の雌ねじと、前記雄ねじを挿通可能とする貫通孔、及び、該貫通孔の内周面に前記外周ねじ部よりも小さいピッチで前記外周ねじ部と同じ方向の螺旋状に形成された第２の内周ねじ部を有する第２の雌ねじと、前記外周ねじ部と逆向きの螺旋状に形成され、前記外周ねじ部及び前記第１の内周ねじ部の交差部分を相互に噛み合わせた状態に保持する第１の支持螺旋を有する筒状の第１の回転駆動部と、前記外周ねじ部と逆向きの螺旋状に形成され、前記外周ねじ部及び前記第２の内周ねじ部の交差部分を相互に噛み合わせた状態に保持する第２の支持螺旋を有する筒状の第２の回転駆動部とを備え、前記外周ねじ部と前記第１の内周ねじ部とのピッチ差が、前記外周ねじ部と前記第２の内周ねじ部とのピッチ差と等しいことを特徴とする直動型減速装置を提案している。

この直動型減速装置においては、第１の内周ねじ部、第２の内周ねじ部、第１の支持螺旋及び第２の支持螺旋の中心軸線が外周ねじ部の中心軸線と同一となるように、雄ねじ、第１の雌ねじ、第２の雌ねじ、第１の回転駆動部及び第２の回転駆動部を配する。なお、第１の雌ねじ及び第１の回転駆動部と第２の雌ねじ及び第２の回転駆動部とは、相互に一定の距離を保持して中心軸線方向に並べて配される。

この状態において、中心軸線を中心に第１の回転駆動部及び第２の回転駆動部を相互に逆向きに同じ速度で回転させた際には、第１の支持螺旋によって外周ねじ部及び第１の内周ねじ部が相互に噛み合うように、第１の回転駆動部の回転方向前方側に位置する外周ねじ部及び第１の内周ねじ部が相互に近づく。また、この際には、第２の支持螺旋によって外周ねじ部及び第２の内周ねじ部が相互に噛み合うように、第２の回転駆動部の回転方向前方側に位置する外周ねじ部及び第２の内周ねじ部も相互に近づくことになる。

ここで、第１の内周ねじ部は外周ねじ部のピッチよりも大きく、かつ、第２の内周ねじ部は外周ねじ部のピッチよりも小さいため、雄ねじは、中心軸線方向に沿って第１の雌ねじ及び第２の雌ねじに対し、同一方向に移動することになる。
また、外周ねじ部と第１の内周ねじ部とのピッチ差が外周ねじ部と第２の内周ねじ部とのピッチ差と等しく、かつ、第１の回転駆動部及び第２の回転駆動部の回転速度は相互に等しいため、第１の雌ねじ及び第２の雌ねじに対する雄ねじの移動速度は等しくなる。これにより、第１の回転駆動部及び第２の回転駆動部による回転運動を、雄ねじの中心軸線方向への直線運動に変換することができる。

また、第１の回転駆動部及び第２の回転駆動部をそれぞれ１回転させた際に、中心軸線方向に移動する雄ねじの移動長さは、外周ねじ部と第１の内周ねじ部及び第２の内周ねじ部とのピッチ差となるため、この直動型減速装置では、回転運動から直線運動への変換において、直線運動の速度を大きく減速させることができる。したがって、この直動型減速装置では、高い減速比及び大きな出力トルクを得ることができる。

さらに、一対の雌ねじを回転不能に固定しない状態において、例えば、一方の回転駆動部のみを回転させた場合には、この回転駆動部の回転に追従するように、一方の雌ねじ及び雄ねじを中心軸線まわりに回転させようとする力が一方の雌ねじ及び雄ねじに作用する。また、他方の回転駆動部を逆向きに回転させた際には、他方の回転駆動部の回転に追従するように、他方の雌ねじ及び雄ねじを中心軸線まわりに回転させようとする力が他方の雌ねじ及び雄ねじに作用する。このため、一対の回転駆動部を相互に逆向きに回転させた際には、雄ねじを回転させようとする２つの力が相殺され、雄ねじが回転することを防止できる。
また、上記設定に加えて雄ねじを回転不能に固定した状態では、例えば、一方の回転駆動部のみを回転させた際に雄ねじを回転させようとする力が発生するため、雄ねじに中心軸線まわりのねじり力が発生するが、一対の回転駆動部を相互に逆向きに回転させることで、このねじり力の大半を内力化することができる。

請求項１及び請求項４に係る発明によれば、雌ねじ、雄ねじ及び回転駆動部の３種類の部材のみにより高い減速比及び大きな出力トルクを得る直動型減速装置を構成できる、すなわち、従来と比較して少ない部品点数で直動型減速装置を構成することができるため、直動型減速装置の小型化を容易に図ることができる。

また、請求項２に係る発明によれば、雄ねじ若しくは雌ねじの少なくとも一方を弾性体から構成することにより、直動型減速装置を所謂トルククラッチとして利用することができる。すなわち、この直動型減速装置によれば、任意トルクの上限クラッチを内蔵し、その上限に至るまでは駆動トルクに合わせて減速比を連続的に上昇させる、所謂無段変速機構を回転駆動部、雄ねじ及び雌ねじの３つの部材のみによって実現することができる。
さらに、上述のように、トルククラッチとして機能する直動型減速装置をロボットに組み込んだ場合には、出力軸となる雄ねじ３が剛体壁等の静止抵抗に当接しても、モータの上限トルクで回転駆動部を駆動しながら、モータの焼き切れや剛体壁等の対象物の破損を防止することができる。

また、請求項３に係る発明によれば、回転駆動部の螺旋状の溝部に配された球体を溝状に形成された内周ねじ部及び外周ねじ部にも挿入しておくことより、回転運動から直線運動への変換において、そのエネルギー損失を最小限に抑えることができ、回転駆動部からの駆動力を雄ねじや雌ねじに確実に伝達することができる。

また、請求項４に係る発明によれば、一対の回転駆動部の回転方向を相互に逆向きとすることにより、雄ねじが回転することを防止できるため、一対の雌ねじを別途部材により回転不能に固定することなく、各回転駆動部の回転運動を雄ねじの中心軸線方向への直線運動に効率よく変換することができる。さらに、雄ねじを回転不能に固定した状態においては、雄ねじにかかる中心軸線まわりのねじり力を内力化することができる。

図１及び図２は、本発明の第１の実施形態を示している。図１，２に示すように、この直動型減速装置１は、略円柱状に形成された雄ねじ３と、雄ねじ３を挿通可能とする貫通孔を有する略円筒状の雌ねじ５と、雌ねじ５を挿通可能とする貫通孔を有する略円筒状の回転駆動部７とを備えている。これら円柱状若しくは円筒状に形成された雄ねじ３、雌ねじ５及び回転駆動部７は、その中心軸線Ｌ１が同一となるように配されている。
雄ねじ３の外周面には、中心軸線Ｌ１を中心とした螺旋状の外周ねじ山（外周ねじ部）９が突出して形成されている。

雌ねじ５は、周方向への逃げが少なく、径方向への変形のみが可能な材料から形成されている。そして、雄ねじ３の外周面に対向する雌ねじ５の貫通孔の内周面には、中心軸線Ｌ１を中心とした螺旋状の内周ねじ山（内周ねじ部）１１が突出して形成されている。この内周ねじ山は、外周ねじ山９と同じ向きの螺旋に形成されており、また、外周ねじ山９よりも大きいピッチで形成されている。すなわち、外周ねじ山９と内周ねじ山１１とは、周方向に関して周期的に交差するようになっている。この内周ねじ山１１の頂点から構成される雌ねじ５の最内径は、外周ねじ山９の頂点から構成される雄ねじ３の最外径よりも大きく形成されており、雌ねじ５の径方向への変形が無い場合には、これら外周ねじ山９及び内周ねじ山１１が相互に接触することはない。

回転駆動部７の貫通孔の内周面には、中心軸線Ｌ１を中心とした螺旋状の支持螺旋１３が突出して形成されている。この支持螺旋１３は、外周ねじ山９と内周ねじ山１１との交差部分Ｘ１を通過するように、外周ねじ山９や内周ねじ山１１と逆向きの螺旋に形成されている。
また、支持螺旋１３の頂点から構成される回転駆動部７の内周面の最内径は、雌ねじ５の外周面よりも小さく形成されている。このため、雌ねじ５が回転駆動部７の貫通孔に挿通された状態においては、雌ねじ５が支持螺旋１３により押さえつけられて、雌ねじ５のうち、支持螺旋１３と接触する部分が径方向内方に変形する。したがって、支持螺旋１３の押さえつけにより、外周ねじ山９と内周ねじ山１１との交差部分Ｘ１が相互に噛み合うことになる。すなわち、支持螺旋１３は、外周ねじ山９と内周ねじ山１１との交差部分Ｘ１を相互に噛み合わせた状態に保持することになる。

この支持螺旋１３による押さえつけでは、雌ねじ５のうち、支持螺旋１３と接触する部分が径方向内方に変形するが、この変形によって雌ねじ５の内周面が雄ねじ３の外周面に接触することはない。
なお、上述の構成において、回転駆動部７は中心軸線Ｌ１を中心として回転できるようになっており、中心軸線Ｌ１方向には移動しないようになっている。また、雄ねじ３及び雌ねじ５は、中心軸線Ｌ１方向への移動のみが許容され、中心軸線Ｌ１回りに回転できないようになっている。

次に、以上のように構成された直動型減速装置１の動作について説明する。
この直動型減速装置１においては、中心軸線Ｌ１を中心に回転駆動部７を回転させることにより、雄ねじ３及び雌ねじ５が中心軸線Ｌ１方向に沿って相互に逆方向に移動する。
すなわち、中心軸線Ｌ１を中心に回転駆動部７を一方向（Ａ方向）に回転させた際には、支持螺旋１３による外周ねじ山９と内周ねじ山１１との噛み合わせ状態が保持されるように、回転駆動部７の回転方向前方側に位置する外周ねじ山９及び内周ねじ山１１が相互に近づき、これにより、雄ねじ３及び雌ねじ５が、中心軸線Ｌ１方向に沿って相互に逆向きに移動することになる。

すなわち、図２においては、雄ねじ３の外周ねじ山９が中心軸線Ｌ１方向の上方（Ｂ方向）に移動し、雌ねじ５の内周ねじ山１１が中心軸線Ｌ１方向の下方（Ｃ方向）に移動することになる。これにより、回転駆動部７による回転運動を、雄ねじ３及び雌ねじ５による中心軸線Ｌ１方向の直線運動に変換することができる。
なお、回転駆動部７を１回転させた際に雄ねじ３及び雌ねじ５が中心軸線Ｌ１方向に相対的に移動する長さは、外周ねじ山９と内周ねじ山１１との１ピッチの差分となる。すなわち、この回転運動から直線運動への変換において、直線運動の速度を大きく減速させることができる。したがって、この直動型減速装置１では、中心軸線Ｌ１方向の直線運動に関して高い減速比及び大きな出力トルクを得ることができる。

上記の直動型減速装置１によれば、雄ねじ３、雌ねじ５及び回転駆動部７の３種類の部材のみにより高い減速比及び大きな出力トルクを得ることができる。そして、従来と比較して少ない部品点数で直動型減速装置１を構成することができ、直動型減速装置１の小型化を容易に図ることができる。
また、回転駆動部７を１回転させた際に中心軸線Ｌ１方向に関して雄ねじ３と雌ねじ５とが相対的に移動する長さは、外周ねじ山９と内周ねじ山１１とのピッチ差に等しいため、このピッチ差により直動型減速装置１の減速比を決定することができる。

なお、この第１の実施形態において、雌ねじ５の内周ねじ山１１は、雄ねじ３の外周ねじ山９よりも大きなピッチで形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも同じ方向の螺旋状に形成されると共に、そのピッチが外周ねじ山９のピッチと異なっていればよい。すなわち、雌ねじ５の内周ねじ山１１は、例えば、図３に示すように、雄ねじ３の外周ねじ山９よりも小さなピッチで形成されるとしても構わない。
この構成において、例えば、回転駆動部７の支持螺旋１３を上記実施形態と同じ方向（Ａ方向）に回転させた際には、雄ねじ３の外周ねじ山９が中心軸線Ｌ１方向の下方（Ｄ方向）に移動し、雌ねじ５の内周ねじ山１１が中心軸線Ｌ１方向の下方（Ｅ方向）に移動することになる。また、例えば、回転駆動部７の支持螺旋１３をＡ方向とは逆向き（Ｆ方向）に回転させた際には、第１の実施形態と同様に、雄ねじ３の外周ねじ山９が中心軸線Ｌ１方向の上方（Ｂ方向）に移動し、雌ねじ５の内周ねじ山１１が中心軸線Ｌ１方向の下方（Ｃ方向）に移動することになる。

なお、上述の機構を利用すると、例えば、図４に示すように、一対の雌ねじ２１，２３と、一対の回転駆動部２５，２７と、１つの雄ねじ３とを備える直動型減速装置２９を構成することができ、これら一対の回転駆動部２５，２７を相互に逆方向に回転させることにより、雄ねじ３を中心軸線Ｌ１方向に移動させることができる。
すなわち、外周ねじ山９を有する雄ねじ３を、第１の雌ねじ２１及び第２の雌ねじ２３の貫通孔に挿通させると共に、第１の雌ねじ２１及び第２の雌ねじ２３をそれぞれ第１の回転駆動部２５及び第２の回転駆動部２７の貫通孔に挿通させて直動型減速装置２９を構成する。また、第１の雌ねじ２１及び第１の回転駆動部２５と、第２の雌ねじ２３及び第２の回転駆動部２７とは、ケーシング３１により相互に一定の距離を保持して中心軸線Ｌ１方向に並べて配されている。

図２，３に示すように、第１の雌ねじ２１の内周面から突出して形成される螺旋状の第１の内周ねじ山（第１の内周ねじ部）３３は、雄ねじ３の外周ねじ山９よりもピッチが大きく、第１の回転駆動部２５の内周面から突出して形成される第１の支持螺旋３５は、外周ねじ山９と第１の内周ねじ山３３との交差部分を噛み合わせた状態に保持するようになっている。
また、第２の雌ねじ２３の内周面から突出して形成される螺旋状の第２の内周ねじ山（第２の内周ねじ部）３７は、雄ねじ３の外周ねじ山９よりもピッチが小さく、第２の回転駆動部２７の内周面から突出して形成される第２の支持螺旋２９は、外周ねじ山９と第２の内周ねじ山３７との交差部分を噛み合わせた状態に保持するようになっている。
なお、第１の内周ねじ山３３と外周ねじ山９とのピッチ差は、第２の内周ねじ山３７と外周ねじ山９とのピッチ差に等しくなるように設定されている。また、一対の雌ねじ２１，２３、一対の回転駆動部２５，２７及び１つの雄ねじ３は、第１の内周ねじ山３３、第２の内周ねじ山３７、第１の支持螺旋３５及び第２の支持螺旋３９の中心軸線が外周ねじ山９の中心軸線Ｌ１と同一となるように配されている。

以上のように構成された直動型減速装置２９において、中心軸線Ｌ１を中心に第１の回転駆動部２５及び第２の回転駆動部２７を相互に逆向き（Ａ方向、Ｆ方向）に同じ速度で回転させた際には、第１の回転駆動部２５の回転方向前方側に位置する外周ねじ山９及び第１の内周ねじ山３３が相互に近づくように、雄ねじ３が第１の雌ねじ２１に対してＢ方向に移動する。また、この際には、第２の回転駆動部２７の回転方向前方側に位置する外周ねじ山９及び第２の内周ねじ山３７が相互に近づくように、雄ねじ３が第２の雌ねじ２３に対してもＢ方向に移動する。すなわち、雄ねじは、第１の雌ねじ２１及び第２の雌ねじ２３に対して同一方向に移動することになる。

ここで、前述したように、外周ねじ山９と第１の内周ねじ山３３とのピッチ差は、外周ねじ山９と第２の内周ねじ山３７とのピッチ差と等しく、かつ、第１の回転駆動部２５及び第２の回転駆動部２７の回転速度は相互に等しいため、第１の雌ねじ２１及び第２の雌ねじ２３に対する雄ねじ３の移動速度は等しくなる。したがって、第１の回転駆動部２５及び第２の回転駆動部２７による回転運動を、雄ねじ３の中心軸線Ｌ１方向への直線運動に変換することができる。

また、一対の雌ねじ２１，２３を回転不能に固定しない状態において、例えば、第１の回転駆動部２５のみをＡ方向に回転させた場合には、この第１の回転駆動部２５の回転に追従するように、第１の雌ねじ２１及び雄ねじ３をＡ方向に回転させようとする力が第１の雌ねじ２１及び雄ねじ３に作用する。ここで、第２の回転駆動部２７を逆向き（Ｆ方向）に回転させた際には、第２の回転駆動部２７の回転に追従するように、第１の雌ねじ２１及び雄ねじ３をＦ方向に回転させようとする力が雄ねじ３に作用する。このため、一対の回転駆動部２５，２７を相互に逆向きに回転させた際には、雄ねじ３を回転させようとする２つの力が相殺され、雄ねじ３が回転することを防止できる。
さらに、上記設定に加えて雄ねじ３を回転不能に固定した状態では、例えば、第１の回転駆動部２５のみを回転させた際に雄ねじ３を回転させようとする力が発生するため、雄ねじ３に中心軸線Ｌ１まわりのねじり力が発生するが、一対の回転駆動部２５，２７を相互に逆向きに回転させることで、このねじり力の大半を内力化することができる。

この直動型減速装置２９によれば、上記第１の実施形態と同様の効果を奏する。
また、この直動型減速装置２９によれば、一対の回転駆動部２５，２７の回転方向を相互に逆向きとすることにより、雄ねじ３が回転することを防止できるため、一対の雌ねじ２１，２３を別途部材により回転不能に固定することなく、各回転駆動部２５，２７の回転運動を雄ねじ３の中心軸線Ｌ１方向への直線運動に効率よく変換することができる。さらに、雄ねじ３を回転不能に固定した状態においては、雄ねじ３にかかる中心軸線まわりのねじり力を内力化することができる。

また、上記実施形態においては、回転駆動部７，２５，２７は、雌ねじ５，２１，２３の外周面側に配されるとしたが、これに限ることはなく、例えば、雄ねじ３に中心軸線Ｌ１を中心とした貫通孔を形成し、この雄ねじ３の貫通孔内に挿通するとしても構わない。ただし、この構成の場合には、周方向への逃げが少なく、径方向への変形のみが可能な材料により雄ねじ３を形成する必要がある。また、支持螺旋１３，３５，３９を雌ねじ５，２１，２３の外周面に形成して、この支持螺旋１３，３５，３９により雄ねじ３の外周ねじ山９を内周ねじ山１１，３３，３７に向けて押さえつけるように回転駆動部７，２５，２７を構成する必要がある。

なお、上記実施形態において、外周ねじ山９及び内周ねじ山１１，３３，３７は、三角ねじ、角ねじ、台形ねじ等のいずれの形状に形成されていても構わないが、これらを良好な状態で噛み合わせるためには、相互に同じ形状に形成されることが好ましい。
また、これら外周ねじ山９及び内周ねじ山１１，３３，３７は、１条の螺旋から構成されることに限らず、複数の条数の螺旋から構成されるとしても構わない。

また、雄ねじ３の外周面や雌ねじ５，２１，２３の内周面には、外周ねじ山９や内周ねじ山１１，３３，３７が突出して形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも周期的に噛み合うことができる外周ねじ部や内周ねじ部が形成されていればよい。すなわち、雄ねじ３の外周面や雌ねじ５，２１，２３の内周面には、例えば、相互にピッチが異なる外周ねじ溝（外周ねじ部）や内周ねじ溝（内周ねじ部）が窪んで形成されるとしても構わない。
また、雄ねじ３は、例えば、中心軸線Ｌ１方向に弾性変形可能なゴム（弾性体）を略円柱状に形成し、その外周面に外周ねじ山９や外周ねじ溝を形成して構成されるとしても構わない。また、雄ねじ３は、例えば、中心軸線Ｌ１方向に弾性変形可能な等ピッチのスプリングコイル（弾性体）から構成されるとしても構わない。この構成の場合には、中心軸線Ｌ１方向に関するスプリングコイルの線材の隙間、若しくは線材自体が、上記実施形態における外周ねじ山９として機能することになる。

上述のように、雄ねじ３をゴムやスプリングコイル等の弾性体により構成する場合には、上記実施形態と同様に、中心軸線Ｌ１を中心に回転駆動部７，２５，２７を回転させた際に、雌ねじ５，２１，２３や雄ねじ３を中心軸線Ｌ１方向に相対的に移動させるための駆動トルクの大きさに応じて、雄ねじ３が中心軸線Ｌ１方向に弾性変形する。
すなわち、雄ねじ３の弾性変形に伴って外周ねじ山９のピッチが変化し、これにより、外周ねじ山９と内周ねじ山１１，３３，３７とのピッチ差も変化する。例えば、前述した駆動トルクが大きい場合には、雄ねじ３の弾性変形によって、外周ねじ山９と内周ねじ山１１，３３，３７とのピッチ差が小さくなる、すなわち、外周ねじ山９が内周ねじ山１１，３３，３７のピッチに近づくことになる。

なお、雄ねじ３が弾性変形している間は、雄ねじ３が中心軸線Ｌ１方向に相対的に移動することはなく、雄ねじ３の弾性力及び駆動トルクの大きさが互いに釣り合った状態において前述の弾性変形が停止し、雌ねじ５，２１，２３及び雄ねじ３が中心軸線Ｌ１方向に相互に移動することになる。
また、これら雌ねじ５，２１，２３と雄ねじ３とのピッチ差に応じて減速比や中心軸線Ｌ１方向の出力トルクの大きさが決まる。すなわち、ピッチ差が大きくなる程、減速比や出力トルクは小さくなり、ピッチ差が小さくなる程、減速比や出力トルクは大きくなる。そして、出力トルクがその上限に到達した場合、すなわち、雌ねじ５，２１，２３と雄ねじ３とのピッチ差が無くなった場合には、減速比が無限大となり、雌ねじ５，２１，２３と雄ねじ３との相対的な移動量はゼロとなる。

以上のことから、雄ねじ３が弾性変形する前における出力トルクが駆動トルクよりも小さくても、出力トルクがその上限に到達するまでの範囲内において雄ねじ３が弾性変形することにより、出力トルクを駆動トルクに合致させて直線運動に変換することができる。また、出力トルクがその上限に到達した場合には、減速比が無限大となるため、回転駆動部７，２５，２７を回転駆動させるモータ等の駆動源や、雄ねじ３、雌ねじ５，２１，２３に余分な負荷が発生することを抑制できる。したがって、雄ねじ３を弾性体から形成することにより、直動型減速装置１，２９を所謂トルククラッチとして用いることも可能となる。

すなわち、雄ねじ３を弾性体により構成する場合には、任意トルクの上限クラッチを内蔵し、その上限に至るまでは駆動トルクに合わせて減速比を連続的に上昇させる、所謂無段変速機構を回転駆動部７，２５，２７、雄ねじ３及び雌ねじ５，２１，２３の３つの部材のみによって実現することができる。
さらに、上述のように、トルククラッチとして機能する直動型減速装置１，２９をロボットに組み込んだ場合には、出力軸となる雄ねじ３が剛体壁等の静止抵抗に当接しても、モータの上限トルクで回転駆動部７，２５，２７を駆動しながら、モータの焼き切れや剛体壁等の対象物の破損を防止することができる。

特に、一対の雌ねじ２１，２３及び回転駆動部２５，２７を備えた直動型減速装置２９（図４参照）において、雄ねじ３を弾性体から構成する場合には、雄ねじ３のねじり力を第１の回転駆動部２５及び第２の回転駆動部２７の間で内力化することができるため、第１の回転駆動部２５及び第２の回転駆動部２７の間ではなく、これらの外側に位置する雄ねじ３が中心軸線Ｌ１まわりにねじれることを防止することができる。したがって、中心軸線Ｌ１方向に関して雄ねじ３に対するケーシング３１の位置精度や直動型減速装置としての機構的な剛性を保持することができる。
なお、雌ねじ５，２１，２３を雄ねじ３と同様にゴムやスプリングコイル等の弾性体から構成しても、上述と同様の効果を奏する。ただし、スプリングコイルを使用する場合には、外周ねじ山９と内周ねじ山１１との噛み合わせのし易さから、雌ねじ５，２１，２３若しくは雄ねじ３の一方のみをスプリングコイルから構成することが好ましい。

次に、本発明による第２の実施形態について図５〜７を参照して説明する。図５〜７に示すように、この実施形態に係る直動型減速装置５１は、略円柱状に形成された雄ねじ５３と、雄ねじ５３を挿通可能とする貫通孔を有する略円筒状の回転駆動部５５と、回転駆動部５５を挿通可能とする貫通孔を有する略円筒状の雌ねじ５７とを備えている。これら円柱状若しくは円筒状に形成された雄ねじ５３、回転駆動部５５及び雌ねじ５７は、その中心軸線Ｌ１が同一となるように配されている。

回転駆動部５５は、その内周面５５ａ及び外周面５５ｂに開口して中心軸線Ｌ１を中心として形成された螺旋状の溝部５９と、内周面５５ａ及び外周面５５ｂから外方に突出するように溝部５９に配された多数のベアリングボール（球体）６１とを備えている。これらベアリングボール６１は、溝部５９の長手方向に摺動可能となっている。
雄ねじ５３の外周面５３ａには、回転駆動部５５の内周面５５ａから突出するベアリングボール６１が挿入可能となるように、中心軸線Ｌ１を中心とした螺旋状の外周Ｕ字トンネル（外周ねじ部）６３が窪んで形成されている。この外周Ｕ字トンネル６３は、回転駆動部５５の溝部５９とは逆向きの螺旋に形成されている。

雌ねじ５７の内周面５７ａには、回転駆動部５５の外周面５５ｂから突出するベアリングボール６１が挿入可能となるように、中心軸線Ｌ１を中心とした螺旋状の内周Ｕ字トンネル（内周ねじ部）６５が窪んで形成されている。この内周Ｕ字トンネル６５は、外周Ｕ字トンネル６３と同じ向きの螺旋に形成され、また、外周Ｕ字トンネル６３よりも大きなピッチで形成されている。
以上のことから、回転駆動部５５の溝部５９及びベアリングボール６１は、外周Ｕ字トンネル６３と内周Ｕ字トンネル６５との交差部分を相互に噛み合わせた状態に保持する支持螺旋として機能することになる。
なお、上述の構成において、回転駆動部５５は中心軸線Ｌ１を中心とした回転できるようになっており、中心軸線Ｌ１方向には移動しないようになっている。また、雄ねじ５３及び雌ねじ５７は、中心軸線Ｌ１方向への移動のみが許容され、中心軸線Ｌ１を中心に回転できないようになっている。

次に、以上のように構成された直動型減速装置５１の動作について説明する。
この直動型減速装置５１においても、第１の実施形態と同様に、中心軸線Ｌ１を中心に回転駆動部５５を回転させることにより、雄ねじ５３及び雌ねじ５７が中心軸線Ｌ１方向に沿って相互に逆方向に移動することになる。
すなわち、中心軸線Ｌ１を中心に回転駆動部５５を一方向（Ａ方向）に回転させた際には、溝部５９内に配されたベアリングボール６１が、溝部５９、外周Ｕ字トンネル６３及び内周Ｕ字トンネル６５の長手方向に転動するように、回転駆動部５５の回転方向前方側に位置する外周Ｕ字トンネル６３及び内周Ｕ字トンネル６５が相互に近づく、すなわち、雄ねじ５３及び雌ねじ５７が、中心軸線Ｌ１方向に沿って相互に逆向き（Ｂ方向，Ｃ方向）に移動することになる。

この直動型減速装置５１によれば、上記第１の実施形態と同様の効果を奏する。
また、この直動型減速装置５１によれば、溝部５９内に配されたベアリングボール６１が、溝部５９、外周Ｕ字トンネル６３及び内周Ｕ字トンネル６５を転がるため、螺旋状の溝部５９、外周Ｕ字トンネル６３及び内周Ｕ字トンネル６５の相互間の摩擦を最小限に抑えることができる。したがって、回転駆動部５５による回転運動から雄ねじ５３や雌ねじ５７の直線運動への変換において、そのエネルギー損失を最小限に抑えることができ、回転駆動部５５からの駆動力を雄ねじ５３や雌ねじ５７に確実に伝達することができる。

なお、この第２の実施形態において、内周Ｕ字トンネル６５は、外周Ｕ字トンネル６３よりも大きなピッチで形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも外周Ｕ字トンネル６３と異なるピッチで形成されていればよい。すなわち、内周Ｕ字トンネル６５は、例えば、外周Ｕ字トンネル６３よりも小さなピッチで形成されるとしても構わない。
また、直動型減速装置５１を構成する雄ねじ５３及び雌ねじ５７のうち、少なくともいずれか一方が、中心軸線Ｌ１方向に弾性変形可能なゴム等の弾性体から形成されるとしても構わない。この構成の場合には、前述した実施形態と同様に、直動型減速装置５１を所謂トルククラッチとして用いることが可能となる。

また、直動型減速装置５１を構成する雄ねじ５３、回転駆動部５５及び雌ねじ５７のうち、２つの部材が、中心軸線Ｌ１方向に弾性変形可能なゴム等の弾性体から形成されるとしても構わない。
この構成の場合には、弾性体の弾性変形量が大きくても、外周Ｕ字トンネル６３及び内周Ｕ字トンネル６５の交差部分と、ベアリングボール６１を配した溝部５９との許容公差を大きく拡大することができる。すなわち、雄ねじ５３及び雌ねじ５７を弾性体から形成した場合には、外周Ｕ字トンネル６３と内周Ｕ字トンネル６５との交差部分がベアリングボール６１を配した溝部５９からずれることを抑制するように、雄ねじ５３及び雌ねじ５７を弾性変形させることができる。このため、前述のように、雄ねじ５３及び雌ねじ５７の一方のみを弾性体から形成する場合と比較して、より高い減速比まで確実に変化させることができるトルククラッチとして直動型減速装置５１を構成することができる。
また、この直動型減速装置５１の機構を利用して、図４の構成と同様に、一対の雌ねじ及び回転駆動部を備えた直動型減速装置を構成するとしても構わない。

さらに、回転駆動部５５は、雄ねじ５３の外周面側及び雌ねじ５７の内周面側に配されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも雄ねじ５３が雌ねじ５７の内周面側に配されていればよい。すなわち、回転駆動部５５は、例えば、図８に示すように、雌ねじ５７の外周面側に配されるとしても構わない。
ただし、この構成の場合には、雌ねじ５７に、その内周面５７ｃ及び外周面５７ｄに開口し、かつ、雄ねじ５３の外周Ｕ字トンネル６３と同じ方向で異なるピッチの螺旋状の溝部６７を形成すると共に、この溝部６７に内周面５７ｃ及び外周面５７ｄから外方に突出するベアリングボール６９を配する必要がある。また、回転駆動部５５の内周面５５ｃには、このベアリングボール６９が挿入可能となるように、雄ねじ５３の外周Ｕ字トンネル６３と逆向きの螺旋状の内周Ｕ字トンネル７１を形成する必要がある。なお、この内周Ｕ字トンネル７１は、外周Ｕ字トンネル６３と溝部６７との交差部分を通過するように形成する必要がある。

また、回転駆動部５５は、例えば、図９に示すように、雄ねじ５３の内周面５３ｅ側に配されるとしても構わない。
ただし、この構成の場合には、雄ねじ５３に、その内周面５３ｅ及び外周面５３ｆに開口し、かつ、雌ねじ５７の内周Ｕ字トンネル６５と同じ方向で異なるピッチの螺旋状の溝部７３を形成すると共に、この溝部７３に内周面５３ｅ及び外周面５３ｆから外方に突出するベアリングボール７５を配する必要がある。また、回転駆動部５５の外周面５５ｅには、このベアリングボール７５が挿入可能となるように、雌ねじ５７の内周Ｕ字トンネル６５と逆向きの螺旋状の外周Ｕ字トンネル７７を形成する必要がある。なお、この外周Ｕ字トンネル７７は、内周Ｕ字トンネル６５と溝部７３との交差部分を通過するように形成する必要がある。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の第１の実施形態に係る直動型減速装置の概略構成を示す斜視図である。 図１の直動型減速装置において、雄ねじ、雌ねじ及び回転駆動部の各周面に形成された外周ねじ山、内周ねじ山及び支持螺旋を示す概略展開図である。 この発明の他の実施形態に係る直動型減速装置において、雄ねじ、雌ねじ及び回転駆動部の各周面に形成された外周ねじ山、内周ねじ山及び支持螺旋を示す概略展開図である。 この発明の他の実施形態に係る直動型減速装置の概略構成を示す側断面図である。 この発明の第２の実施形態に係る直動型減速装置の概略構成を示す斜視図である。 図５の直動型減速装置において、雄ねじ、雌ねじ及び回転駆動部の各周面に形成された外周ねじ山、内周ねじ山及び支持螺旋を示す概略展開図である。 図５の直動型減速装置の要部を示す拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る直動型減速装置の要部を示す拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る直動型減速装置の要部を示す拡大断面図である。

符号の説明

１，２９，５１ 直動型減速装置
３，５３ 雄ねじ
５，５７ 雌ねじ
７，５５ 回転駆動部
９ 外周ねじ山（外周ねじ部）
１１ 内周ねじ山（内周ねじ部）
１３ 支持螺旋
２１ 第１の雌ねじ
２３ 第２の雌ねじ
２５ 第１の回転駆動部
２７ 第２の回転駆動部
３３ 第１の内周ねじ山（第１の内周ねじ部）
３５ 第１の支持螺旋
３７ 第２の内周ねじ山（第２の内周ねじ部）
３９ 第２の支持螺旋
５３ａ 外周面
５５ａ 内周面
５５ｂ 外周面
５７ａ 内周面
５９ 溝部
６１ ベアリングボール（球体）
６３ 外周Ｕ字トンネル（外周ねじ部）
６５ 内周Ｕ字トンネル（内周ねじ部）
Ｌ１ 中心軸線
Ｘ１ 交差部分

Claims (4)

1. 外周面に螺旋状に形成された外周ねじ部を有する雄ねじと、
   前記雄ねじを挿通可能とする貫通孔、及び、該貫通孔の内周面に前記外周ねじ部と異なるピッチで前記外周ねじ部と同じ方向の螺旋状に形成された内周ねじ部を有する雌ねじと、
   前記外周ねじ部と逆向きの螺旋状に形成され、前記外周ねじ部及び前記内周ねじ部の交差部分を相互に噛み合わせた状態に保持する支持螺旋を有する回転駆動部とを備えることを特徴とする直動型減速装置。
2. 前記雄ねじ及び前記雌ねじの少なくとも一方が、前記外周ねじ部及び内周ねじ部の中心軸線方向に弾性変形可能な弾性体から構成されることを特徴とする請求項１に記載の直動型減速装置。
3. 前記回転駆動部が、略円筒状に形成され、
   前記支持螺旋が、前記回転駆動部の外周面及び内周面に開口する螺旋状の溝部と、前記外周面及び前記内周面から突出するように前記溝部に配され、かつ、前記溝部の長手方向に摺動可能な多数の球体とから構成され、
   前記雄ねじが前記回転駆動部の前記内周面側に配され、前記外周ねじ部が前記球体を挿入可能な溝状に形成され、
   前記雌ねじが前記回転駆動部の前記外周面側に配され、前記内周ねじ部が前記球体を挿入可能な溝状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の直動型減速装置。
4. 外周面に螺旋状に形成された外周ねじ部を有する雄ねじと、
   前記雄ねじを挿通可能とする貫通孔、及び、該貫通孔の内周面に前記外周ねじ部よりも大きいピッチで前記外周ねじ部と同じ方向の螺旋状に形成された第１の内周ねじ部を有する第１の雌ねじと、
   前記雄ねじを挿通可能とする貫通孔、及び、該貫通孔の内周面に前記外周ねじ部よりも小さいピッチで前記外周ねじ部と同じ方向の螺旋状に形成された第２の内周ねじ部を有する第２の雌ねじと、
   前記外周ねじ部と逆向きの螺旋状に形成され、前記外周ねじ部及び前記第１の内周ねじ部の交差部分を相互に噛み合わせた状態に保持する第１の支持螺旋を有する筒状の第１の回転駆動部と、
   前記外周ねじ部と逆向きの螺旋状に形成され、前記外周ねじ部及び前記第２の内周ねじ部の交差部分を相互に噛み合わせた状態に保持する第２の支持螺旋を有する筒状の第２の回転駆動部とを備え、
   前記外周ねじ部と前記第１の内周ねじ部とのピッチ差が、前記外周ねじ部と前記第２の内周ねじ部とのピッチ差と等しいことを特徴とする直動型減速装置。
   
   

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