JP4659592B2

JP4659592B2 - 回転直動変換装置

Info

Publication number: JP4659592B2
Application number: JP2005316949A
Authority: JP
Inventors: 勇坪野; 雅嗣荒井; 幸雄須藤; 太樹泉澤
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP2007120716A

Description

本発明は、回転運動と直線運動の間で運動方向を変換する機構を用いて回転トルクを推力に変換する回転直動変換装置に係り、特に、信頼性が高く、使い勝手の良い回転直動変換装置に関する。

回転軸とこの回転軸に転がり接触する弾性ローラとからなる往復直線運動機構において、弾性ローラの弾性変形によって回転軸との間における接触弧の長さを長くすることによって、小さな面圧で大きなスラスト力を得る構成が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

引用文献１に示す機構は、円柱形状のロッドとその周囲にねじって配置した円柱形状の弾性体ローラと、そのローラを回転フリーに軸支するホルダから構成されており、ロッドを回転させてホルダが直動するものである。このように、引用文献１に示す機構は、ロッドとローラ間の力の伝達をねじと環状溝の噛み合いではなくて両者間の摩擦とするものであるが、構成や動作については、概略的に云えば本発明の機構と類似している。さらに、引用文献１によると、回転源をロッドに設置してロッドを回転させ、ローラを軸支するホルダ部材の回転を止めることによってホルダ部材を直動させるものである。
特開平６−１７４０４１号公報

上記特許文献１に示す従来技術では、ローラやそれを支える軸受が組み込まれたホルダ部材を直動部としたため、直動を行う対象物（以後、直動対象物と称する）に近接して、回転直動変換装置を構成する重要な部品が集中する配置となっていた。このため、直動対象物が置かれている環境が塵芥等にまみれた清浄度の低い環境下にある場合でも、そのような環境から侵入してくる多種多様で多量のゴミや不純物から直動するホルダ部材を保護する手段が必須になるという課題があった。また、衝突等による衝撃力からホルダ部材に組み込んである精密構成品を守らねばならないという課題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決するために、ローラを軸支するホルダ部材を回転させるとともにロッドを直動させる回転直動変換装置を提供するすることにある。さらに、構成部品間のトルク伝達箇所を少なくして装置の効率を向上させ、直動量に因らない装置構成（ロッドが貫入する中空部を有したホルダ回転源を構成する）にし、小径の直動装置を実現し、大荷重を扱え、ロッドとローラの噛み合い状態を良好に保ち、長さの短い直動装置を実現し、直動対象物にロッドを固定配置するだけで使用可能となる使い勝手に優れた装置を実現することにある。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
外周面にねじ部を有するロッドと、前記ロッドの外周側に設けられ前記ロッドに対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材と、前記ホルダ部材に回転可能に支持され外周面に前記ねじ部と噛合う環状溝を有するローラと、前記ホルダ部材を支持するベースと、を備えた回転直動変換装置であって、
前記ローラは、前記ロッドの中心軸に対して前記ねじ部のリード角以上の軸角でねじり配置される構造を有し、
前記ロッドを前記ベースに対して回転を止めて軸移動を可能とするロッド直動手段を有し、
前記ホルダ部材を前記ベースに対して回転させるホルダ回転源を有し、
前記ホルダ回転源は、中空形状のロータを有する中空のモータであり、前記中空形状のロータには前記ロッドを挿通させ、
前記ロッド直動手段は、前記ベースに固定して設けられた単一の凸部が前記ロッドのねじ山の最外径部にロッド軸方向に穿たれた凹部に挿入される構造であり、
前記ロッドのねじ溝の底部と前記ローラの環状山の最外径部とは、前記ロッドの中心振れを抑制するように、前記底部と前記最外径部との隙間を小さく設定する構成とする。

また、外周面にねじ部を有するロッドと、前記ロッドの外周側に設けられ前記ロッドに対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材と、前記ホルダ部材に回転可能に支持され外周面に前記ねじ部と噛合う環状溝を有するローラと、前記ホルダ部材を支持するベースと、を備えた回転直動変換装置であって、
前記ローラは、前記ロッドの中心軸に対して前記ねじ部のリード角以上の軸角でねじり配置される構造を有し、
前記ロッドを前記ベースに対して回転を止めて軸移動を可能とするロッド直動手段を有し、前記ロッド直動手段は、前記ベースに固定配置された凸部が前記ロッドのねじ山の凹部に嵌合することで前記ロッドを回転阻止して直動させ、
前記ホルダ部材を前記ベースに対して回転させるホルダ回転源を有し、
前記ホルダ回転源は、中空形状のロータを有する中空のモータであり、前記中空形状のロータには前記ロッドを挿通させ、
前記中空のモータは、前記ホルダ部材の軸方向側面の両側に配置され、
前記両側に配置された二個の中空のモータは、それぞれが発生するトルクに差を設け、前記発生トルクの差によって前記中空のモータの回転の向きによらず前記ローラの軸角が増大するように、それぞれの発生トルクを設定するモータ制御が行われる構成とする。

また、回転直動変換装置において、前記二個の中空のモータの内で、発生するトルクの大きい方を主たるモータとし、小さい方を従たるモータとするとき、前記ロッドの直動方向を反転させる場合、前記主たるモータが停止する前に、前記従たるモータを前記発生するトルク差を逆にして反転させる構成とする。

本発明によると、高信頼性で高効率であり、小形であるが大荷重を発生可能な、使い勝手の高い回転直動変換装置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装置について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。まず、本発明の第一の実施形態に係る回転直動変換装置を、図１乃至図１０及び図２２に基づいて説明する。

図１は、本発明の第一の実施形態に係る回転直動変換装置の縦断面図であり、図２は、図１の視点を９０度回転した時（図１の上部から見下ろした場合）の縦断面図であって手前に来るローラも描いた図である。また、図３は全てのローラの側面図であり、図４はロッド直動手段の縦断面図であり、図５はロッド直動手段を側面から見た図である。図６と図７は、ロッド直動手段の主要部の拡大図であり、それぞれ図４に示すＵ部、図５に示すＱ部に該当する。また、図８は本実施形態に係る回転直動変換装置の外観図であり、図９は本実施形態に係る回転直動変換装置を軸方向から見た図であり、図１０は図１に示すＷ１、Ｗ２またはＷ３における噛合い部の拡大図である。そして、図２２は、本実施形態に係る回転直動変換装置の動作を説明する図である。

最初に、本実施形態の構成を説明する。まず、図１と図２に示す、ローラ２１，２２，２３とホルダ３のサブアセンブリを説明する。図３から分かるように、３本のローラには各々複数の環状溝２１ｂ〜２３ｂが設置されているが、その設置位置はローラ毎に異なっている。この環状溝形成位置の違いを除き３本のローラの形状やホルダ部材３への取付け状況は同様であるため、以後はローラの代表としてローラ２１のみ取り上げる。

図１に示すように、ローラ環状溝設置部の右側となる右ローラ端部２１ｃ１は、左ローラ端部２１ｃ２に比較して長い。ローラ端部の長さの相違は、左ローラ端部には単純なラジアルニードル軸受（以後、左ローララジアル軸受２１ｆ２と称する）のみ設置するのに対して、右ローラ端部は、主に両方向のスラスト荷重を受け得るとともに、ラジアル荷重も或る程度受けることを可能とする多機能のテーパころ軸受（以後、ローラスラスト軸受２１ｅ５と称する）を配置するためである。ローラスラスト軸受２１ｅ５をスラストロックナット２１ｊで固定した後、ローラスラスト軸受２１ｅ５の中央軌道輪の外周に設けたねじ（以後、ローラ取り付けねじ２１ｍと称する）で右ホルダ端板３ｃに配置する。

このように、ローラ環状溝設置部の片方の端部に、両向き（ローラ中心軸に沿った一方向と他方向の向き）に対応したスラスト軸受を設けると、ローラ環状溝設置部の長さに依存せずに、両ローラスラスト軸受の軸方向間隔を短縮できるため、同じスラスト荷重でも右ローラ端部２１ｃ１の伸びが低減でき、スラスト軸受の予圧を適度なレベルに保ちつつ、スラスト軸受内の軸方向隙間を抑制することが可能となる。これによって、効率の高い動作を維持しつつ、ロッドのがたを抑制できるという効果がある。

右ホルダ端板３ｃの右側には、パイプ部３ｘが延在し、延在したパイプ部にモータの構成要素であるロータ５ａをあらかじめ固定配置する。次に、ローラ左端部２１ｃ２を、ホルダ部材の中心軸に対して傾斜したローラ挿入穴３ｙへ通し、その後、左ローララジアル軸受２１ｆ２を嵌合する。この構成と組立て手順により、ローラ挿入穴３ｙへローラ左端部を通す時（右ホルダ端板３ｃに対して各々異なる方向に傾斜して立設された複数のローラを、左ホルダ端板３ｂに組み込む時）は、左ローララジアル軸受の概略内径の円筒を左ローララジアル軸受の概略外径の穴へ通すことになる。この結果、これら両者の径差によって、ローラ左端部をローラ挿入穴に通すことが可能となり、組立て容易とする効果がある。その後、ラジアルロックナット２１ｋで内輪を固定する。

このようにして、ローラの両端を軸支したホルダ端板３ｂ，３ｃを、ホルダ連結部３ｄで連結しホルダ部材３を形成する。ここで、本実施形態のホルダ連結部３ｄは、左ホルダ端板３ｂと一体化しているため、剛性が高く、軽量化を実現できるという効果がある。ホルダ連結部３ｄと右ホルダ端板３ｃはホルダ連結ねじ３ｇで締結する。これにより、ローラの中心軸（以後、ローラ軸と称する）２１ｄが、ロッドの中心軸（以後、ロッド軸と称する）１ｄに対してロッドねじ山１ａのリード角以上の軸角をもってねじり配置される（図２参照）。以上、ローラ２１とホルダ部材のサブアセンブリの組立てに関して説明を行ったが、その他のローラ２２，２３に関しても同様である。このようにして、ローラ２１，２２，２３とホルダ部材３のサブアセンブリを構成する。

次に、ロッド１をこのサブアセンブリにねじ込みながら、ローラ取り付けねじ（ローラ２１の場合は２１ｍ）を設けた右ローラスラスト軸受（ローラ２１の場合は２１ｅ５）の中央軌道輪をまわして、各ローラの軸方向位置を調整し、複数のローラとロッドの噛合いを良好にする。調整後は、リング形状からロッド側を切り欠いたＣ形状のローラロック部材（ローラ２１の場合は２１ｎ）をあらかじめロック作用を具備する部材とするか、かしめることにより、ローラの軸方向位置を固定する。また、このローラロック部材を用いないで、ローラ取り付けねじに接着材を流し込んで固定しても良い。

ここで、左ローララジアル軸受２１ｆ２は、左ホルダ端板３ｂに固定しない構成とした上に、ニードル軸受としたため、その内輪と外輪のローラ軸方向のずれは許容される。このため、ローラの位置調整で、ローラに固定配置した左ローララジアル軸受の内輪が軸方向に移動しても、その外輪が軸方向に追従して移動できるため、ローラの位置調整を右ホルダ端板３ｃ側だけで行うことが可能となり、組み立てが容易になるという効果がある。ここで、各ローラ２１〜２３を右ホルダ端板３ｃに組み込んだ時点でローラの設置方向を或る程度規定できると組立て性が向上する。このため、各ローラに、ローラ取付けねじと同軸の円筒部をその半径以上の長さに渡って設け、それに対応して最大隙間が小さめの隙間ばめとなる穴（例えば、ＪＩＳ規格のｇ６Ｈ７）を右ホルダ端板３ｃに設けてもよい。

次に、ローラとホルダ部材からなるサブアセンブリの左ホルダ端板３ｂに左ホルダラジアル軸受３ｆ２と左ホルダスラスト軸受３ｅ２を装着した上で、サブアセンブリとロッド１を、左ケーシング６へ挿入する。この時、左板ばね３ｐで左ホルダラジアル軸受３ｆ２に予圧をかける。その後、予圧をかけるための右板ばね３ｑを装着した上で右ホルダラジアル軸受３ｆ１を右ホルダ端板３ｃと左ケーシング６間に挿入する。さらに、右ホルダスラスト軸受３ｅ１を軸受押さえ４のかしめまたは接着またはスポット的な溶接により左ケーシング６に装着する。この時、ホルダ部材３が最もスムーズに回転する位置で軸受押さえ４を固定する。これにより、ローラとホルダ部材のサブアセンブリは、左ケーシング６に対して、回転可能な状態で固定される。

上述したとおり、この時点ですでにローラ２１〜２３の軸方向位置が調整済みであるが、この時点で、ローラの軸方向位置の調整をずらすか、再度実行してもよい。この場合、ホルダ部材３が左ケーシング６に対して回転可能な状態となっているため、ロッド１の回転を止めてホルダ部材３を回転させながら、ローラの軸方向位置を調整してもよい。この結果、ロッド１とローラの噛合い部は、図１０（図１のＷ１、Ｗ２、Ｗ３の拡大図）に示す如く、軸方向は隙間がほとんど無く噛合った状態となるのに対して、ロッドねじ山１ａの最外径部とローラ溝（ローラ２１の場合は２１ｂ）の底部間、ロッドねじ溝１ｐの底部とローラ山（ローラ２１の場合は２１ｔ）の最外径部間には極めて大きい隙間が生じる。この隙間の設定により、ロッドねじ溝１ｐとローラ溝の製作時は側面のみに注力すれば良くなるため、加工性が向上するという効果がある。

次に、あらかじめステータ５ｂが圧入又は焼き嵌めされている右ケーシング７を、これまでのアセンブリに右側から被せ、図８と図９に示すように、両ケーシング６，７をフランジ部６ａ，７ａでねじ止めする。これにより、ホルダ部材３の軸方向を向く面（側面）に、ロッド１と同軸で、それを貫入する中空タイプのホルダ回転源となるモータ（ホルダ側面モータ５と称する）が形成される。このように、ホルダ部材３の側面にその回転駆動源であるモータ５を配置したため、装置全体の外径が小さく抑えられるという効果がある。これにより、例えば、本装置を自動車の電動パワーステアリング機構に用いた場合、車体の最低部の高さを低下させないという効果がある。

以上のように構成したアセンブリのケーシング両端（図１と図２に示すＳ部とＴ部）に、図４及び図５に示すスライダーリング８（９）をネジ固定する。スライダーリングの内面には、４箇所の芯出し突起８ｂ（９ｂ）を設ける。この個数は４箇所に限らず、３箇所以上であればいずれでも良い。芯出し突起により、ロッドねじ山１ａの最外径部とローラ溝２１ｂの底部間、ロッドねじ溝１ｐの底部とローラ環状山２１ｔの最外径部間の隙間（図１０参照）によって生じるロッド１のホルダ部材３の中心に対する中心振れを抑制する効果がある。ここで、図５に示す４個の芯出し突起は、ロッドのねじ山の最外径部と摺動するように配置構成されるのである。

さらに、その芯出し突起の一つ（図５の例では上に描かれた突起）には、さらに突出（芯出し突起の突出部）してロッド１のレール溝１ｃ（ロッドねじ山の最外径部に穿たれた凹部）に挿入するスライダー８ａ（９ａ）を設定する。これによって、ロッド１は、ケーシングに対して回転がほぼ止まる。すなわち、芯出し突起の突出部がねじ山の凹部（溝部またはレール溝）に挿入することでロッドは回転を抑止される。このように、スライダーリング８（９）はロッド直動手段の主たる構成部材となっている。

ここで、すべり対偶部であるスライダー８ａ（９ａ）の側面や芯出し突起８ｂ（９ｂ）の先端面の仕上げは、ロッド１が摺動しても互いに損傷しない表面粗さに加工されている。また、レール溝１ｃは、ロッド１におけるローラ２１〜２３との噛合い箇所である噛合い円（図５と図７参照）よりも外周側に設けてある。この結果、噛合い箇所にレール溝がかかることはなくなるため、スムースな動作や噛合い騒音の低減が可能になる。

さらに、ロッドねじ山１ａとレール溝１ｃを重ねて設定できることから（回転止めのためのレール溝とローラとの噛み合い用のロッドねじ山を別個に設ける必要はなく兼用できることから）、ロッド１の動作に必要な長さを短縮でき、装置全体の長さを短くできるという効果がある。また、スライダー８ａ（９ａ）は、そのすべり対偶部の長さ（ロッド軸方向の長さ）をロッドねじのピッチ以上としたため（図４と図６の図示構造を参照）、ロッドねじ山１ａが如何なる位置にあっても、必ずレール溝１ｃと噛合いを実現できる。よって、ロッド１の回転は常時止まっているため、ロッド１を直動対象物側に（回転止めを設置することなく）固定配置するだけで、直動の出力を得ることができるという使い勝手の向上効果がある。

以上のような構成において、ケーシングをある位置に固定すれば（ベースに固定すれば）、モータ５がホルダー回転源となり、モータが与える回転を入力とし、ロッド１から直動を出力として取り出す装置となる。ここで、ロッド１はケーシングから出入りし、特に、直動量が大きい場合、ロッドねじ山１ａがケーシングの外部に出て、外界のごみ等によってねじの噛合い面が汚れ、ゴミの噛み込みによる噛合い部の損傷の危険性がある。特に、直動量が大きい場合には、危険性は高まる。このため、図８に示すように、ケーシングに対して出入りするロッド１の部分を覆う防塵カバー１０，１１をケーシング側バンド１０ａ，１１ａとロッド側バンド１０ｂ，１１ｂを用いて設置する。これにより、如何なる設置場所においても、噛合い部の損傷危険性が回避できるため、設置場所ごとの設置対策が不要となり、使い勝手が向上するという効果がある。

カバーには軸方向の伸縮性が不可欠であり、このカバーは蛇腹形状を採用することによりそれを確保している。材質は、ゴム等のばね定数の小さい弾性材料が適している。また、高度な耐久性が要求される場合には、ステンレス等のばね鋼板を用いてもよい。いずれにしても、中立状態からずれた場合の復元力が大きい場合には、ホームポジションが設定できるという作用が生じるためそれを必要とする場所に用いるとよい。以上の組み立てに際しては、適宜、グリースが構成部品間に流し込まれる。

次に、本実施形態に係る回転直動変換装置の動作について、図２２を用いて説明する。図２２は、動作原理を説明するため、ロッド１の外周面を展開して示した模式図である。

ホルダ部材がモータによってロッド軸を中心に回転し、この結果、図２２に示すように、ローラが上（Ａ位置）から下（Ｂ位置）へ垂直に移動する場合を考える。太線は、ローラがＡ位置にある場合の右ロッドねじ山フランクを示す。

そして、このＡ位置から、ローラがδラジアン(ｒａｄ)だけ公転してロッドの円周上をδ・(ラック軸半径)だけ動いてＢ位置に到達した場合を考える。このとき、右ローラ環状溝面の位置は、ロッド軸方向には移動せず、展開図上では上下方向にのみ移動する。よって、ロッドが軸方向(展開図上では左右方向)に、δ・(ロッド軸半径)・ｔａｎ(ロッドねじリード角)だけ動いた場合、右ロッドねじ山フランクが左に動いて破線の位置となり、ローラ環状溝とロッドねじ山の噛み合いを保つ。このようにして回転直動変換が生じる。

また、モータの１回転あたりのラック移動量Ｍ(以後、機構ピッチと呼称する)は、δを２πとして、Ｍ＝２π・(ロッド軸半径)・ｔａｎ(ロッドねじリード角) となる。この式から明らかなように、ロッドねじリード角を小さくすることにより、減速割合を増大できることが分かる。

また、噛み合い箇所は、ローラ側の環状溝面とロッド側のねじ山フランクであり、曲率の小さい面同士の噛み合いとなる。よって、噛み合い時の弾性変形によって広範囲で接触が起きるため、発生する応力の最大値（ヘルツ応力）が抑制される。このために、噛み合い一箇所あたりの負荷荷重が増大し、コンパクトながら、大きな推力が発生可能になるという効果がある。また、噛み合い箇所では、相対すべりが無くなる向き、すなわち一体で動く向きに摩擦力が働く。この摩擦力によって、ローラは、そのローラ環状溝がロッドねじ山というレール上を転がるように自転を起こす。ここで重要なことは、ローラが自転しても噛み合い箇所においてローラ溝が軸方向に移動しないということである。これは、ローラ溝がねじではなく環状溝であることから実現している。

このように、ローラは全噛み合い箇所での摩擦の和が低減するように自ら自転速度を制御するため、損失が小さく高効率になるという効果がある。さらに、噛合い箇所を複数設定できるため、噛合い箇所における伝達力を大幅に増大することが可能となる。さらに、ローラにかかるスラスト力を、軸軌道盤とハウジング軌道盤を有する通常の市販されている形式のスラスト軸受で受けることが可能となる。このため、負荷容量の大きな線接触タイプの軸受が使用可能となり、複数の噛合い箇所によって極めて大きなスラスト荷重を受けるローラを小径かつ高信頼性を保って軸受支持できるという効果がある。

このタイプの軸受としては、ニードルスラスト軸受やころスラスト軸受、また、クロスローラ軸受（互いに直交する二方向に向いたころを転動体とする高剛性の軸受）としても良い。これにより、小径でありながら大きなスラスト力を発生することが可能になる。また、市販のスラスト軸受やラジアル軸受を用いることが可能となり、コスト低減の効果がある。

上記の如く構成した本実施形態の回転直動変換装置では、直動対象物に近接する部分は、基本的に一部品であるロッド１のみとすることができる。さらに、精密な部品の構成体であるホルダ部材３の動作は定位置の回転となる。この結果、できるだけ塵埃等が少なく、衝突等の危険が少ない場所にホルダ部材を配置することが可能になるため、本回転直動変換装置の信頼性を向上できるという効果がある。さらに、ホルダ部材３を覆うカバーは動かないため、本回転直動変換装置の動作に影響を与えることなく（可動部の質量を増大させること無く）、ケーシング６，７のような、堅牢なホルダカバーを設けることが可能となり、本装置の信頼性をさらに向上できるという効果がある。

また、ホルダ回転源であるホルダ側面モータ５は、その軸をホルダ部材３の回転軸と同軸配置としたため、ホルダ部材にロータ５ａを固定でき、ホルダ部材を直接モータで駆動することが可能となる。よって、歯車等のトルクを伝達するための手段が不要となり、装置の効率が向上するという効果がある。

ところで、本実施形態では、モータをホルダ部材の軸方向側面に配置してその外径をホルダ部材３の外径以下に抑えたため、装置全体における径はホルダ部材の径に規定される結果、小径を実現できるという効果がある。さらに、モータを中空形状としてその中空部にロッド１を貫入したため、ロッド１の長さに因らず、モータとホルダ部材の同軸配置を実現できるため、ロッドの長さ以外の構成を変更せずに、如何なる直動量の要求にも高効率を保ちながら対応可能になるという効果がある。また、ロッド１の両端を直動の出力を取り出す箇所として用いることが可能となり、使い勝手が向上するという効果がある。また、ロッドの両端は一定距離を保つ動作を行うため、この観点から本回転直動変換装置を使用することにより、用途が拡大するという効果もある。

次に、本発明の第二の実施形態に係る回転直動変換装置を、図４乃至図９、及び、縦断面図である図１１に基づいて説明する。テーパころタイプのローラスラスト軸受が、右ローラスラスト軸受（ローラ２１の場合は２１ｓ１）と左ローラスラスト軸受（ローラ２１の場合は２１ｓ２）の如く、ローラ両端に配される以外は、既に説明した第一の実施形態と同様であるため、その他の部分の構造、動作及び効果についての説明は省略する。ローラの両端でスラスト荷重もラジアル荷重も受け得るテーパころ軸受を配したため、ローラ軸の支持が確実となり、ローラの回転がより安定して、装置の動作が確実になるという効果がある。また、各ローラに配置する軸受が通常のタイプであるテーパころ軸受２個となるため、コストが低減するという効果もある。

次に、本発明の第三の実施形態に係る回転直動変換装置を、図４乃至図９、及び、図１２と図１３に基づいて説明する。図１２は、本実施形態の縦断面図であり手前にローラ２１を示す。また、図１３は、図１２のケーシング６を除いたＥＥ断面図である。ホルダ部材３の両ホルダ端板３ｂ，３ｃを連結するホルダ連結部材をローラの間に設けず、パイプ状の円形パイプ型ホルダ連結部３ｓとしてローラの外周にねじ止め等によって設置し、また、ホルダ部材３を支持するホルダスラスト軸受とホルダラジアル軸受の代わりに、スラスト荷重とラジアル荷重を共に受けることが可能なアンギュラ軸受（各軸受を右ホルダアンギュラ軸受３ｕ１、左ホルダアンギュラ軸受３ｕ２と称する）とする以外は、既に説明した第一または第二の実施形態と同様であるため、その他の部分の構造、動作及び効果についての説明は省略する。ホルダ連結部材をパイプ状にしたため、噛合い部がケーシングとともに二重のカバーで覆われることになり、噛合い時に発生する騒音を低減する効果がある。また、グリースが飛び散りにくく、封入量を低減できるという効果がある。また、ホルダ軸受をアンギュラ軸受にしたため、軸受個数が低減し、コスト低減効果がある。また、組立ての単純化によるコスト低減効果もある。

次に、第三の実施形態と同様のもので、パイプ型ホルダ連結部の断面を、図１４に示すような三角形状とした（三角形パイプ型ホルダ連結部３ｔと称する）第四の実施形態を提示する。第四の実施形態の構成例はローラ３本タイプに適合したものであり、Ｎ本の場合はＮ角形状とする。本実施形態は、第三の実施形態と比較して、パイプ状ホルダ連結部によって仕切られる空間の容積が縮小するため、グリースの封入量を一層低減できるという効果がある。その効果を更に向上すべく形状を変更したものが、図１５に示すようなクローバ形状とした（クローバパイプ型ホルダ連結部３ｖと称する）第五の実施形態である。以上は、パイプ状ホルダ連結部のみ設置した場合であったが、ローラ間に設ける柱状のホルダ連結部と併設すれば、ホルダ部材の剛性が極めて高くなり、一層大荷重を取り扱うことが可能になるという効果がある。

次に、本発明の第六の実施形態に係る回転直動変換装置を、図４乃至図９、及び、図１６の縦断面図に基づいて説明する。ホルダ部材３の左側面にモータ（ホルダ左側面モータ５２と呼称し、これまでのモータをホルダ右側面モータ５１と呼称変更する）を追加する以外は、第一の実施形態と同様であるため、その他の部分の構成、動作及び効果についての説明は省略する。まず、第六の実施形態に関する構成について説明する。左ホルダ端板３ｂの左側に左パイプ部３ｘ２が延在（第一実施形態の右ホルダ端板に延在するパイプ部を右パイプ部３ｘ１と呼称変更する）するとともに、第一実施形態の左ケーシングの左側面にもパイプ部を追加し、その内面に、左ステータ５２ｂ（第一実施形態の右側モータのステータを右ステータ５１ｂと呼称変更する）を圧入または焼き嵌めしておく。この左ケーシングを６１とし、このさらに左側に新たに設置するふた状のケーシングを左端ケーシング６２と呼称する。

組立ては、右ケーシングを装着する組立て段階まで、第一の実施形態と同一とし、その後，左パイプ部３ｘ２に左ロータ５２ａを焼き嵌めまたは圧入またはねじ固定または接着により固定してホルダ左側面モータ５２を構成後、左端ケーシング６２を装着する。ここで、第一実施形態の右側モータのロータを右ロータ５１ａと呼称変更する。その後、防塵カバーを第一実施形態と同様に装着する。

次に、第六の実施形態の回転直動変換装置における動作と効果について説明する。本実施形態のモータ運転モードによりいろいろな効果が生じる。まず、左右モータに以下のような主従をつけた運転を行う場合を考える。ロッド１を右側（図１６において）に直動させる場合、ホルダ右側面モータ５１を主たる回転駆動源とし、ホルダ左側面モータ５２は右側面モータ５１よりも発生するトルクを小さくするか、または駆動させない運転とする。逆に、ロッド１を左側（図１６において）に直動させる場合は、ホルダ左側面モータ５２を主たる回転駆動源とし、ホルダ右側面モータ５１は左側面モータ５２よりも発生するトルクを小さくするか、または駆動させない運転とする。

この結果、本実施形態の動作時、常に、ホルダ部材３は、ローラ軸２１ｄ〜２３ｄとロッド軸１ｄのなす角（図２の軸角）が増大する方向に弾性ねじれ変形を起こすことになる。軸角が増大すると、ラックねじ山１ａとローラ溝２１ｂ〜２３ｂの噛合い設定箇所におけるがたが低減することから、上記した運転方法（ロッド１の直動方向に応じた左右モータの運転方法）により、ラックねじとローラ溝の噛合い状態を良好にするという効果がある。この効果は、本実施形態の如きラックねじが右ねじの場合に限らず、ねじ方向が逆向きの左ねじの場合でも当てはまる。要するに、ロッドを直動させたい側のモータを主とすれば、噛合い状態が良好となる。この効果は、ホルダ部材３の軸回りのねじれ剛性の適正化により一層明確なものとなる。このねじれ剛性の調整はホルダ連結部材３ｄの剛性を調整して行う。

また、ロッド１の直動方向を反転させる場合、従の運転を行っていた側のモータを、主たる運転を行っていたモータが停止する前に反転させる。この結果、ロッドの反転動作を短時間で実現できるという効果が生じる。特に、従の運転側のモータを停止させる運転モードとしている場合には、ロッド直動方向の反転指示とほぼ同時に、それまで停止していたモータがロッドの直動方向を反転させる向きのトルクを発生開始するため、ロッドの反転動作が一層短時間で実現できる。また、この場合、各モータの回転方向は一方向に限定するため、回転方向に特化した磁界の形成等により、各モータの効率を向上できるという効果もある。

次に、左右モータともに同様のトルクを発生させる運転を行う場合を考える。これにより、ホルダに付与するトルクを倍増できるため、ロッド１に発生する推力を増大でき、大荷重を要する応用先に適用可能になるという効果がある。

次に、本発明の第七の実施形態に係る回転直動変換装置を、図４乃至図７、及び、図１７の縦断面図に基づいて説明する。ホルダ部材３の外周にモータを配する以外は、第一の実施形態と同様であるため、その他の部分の構成、動作及び効果についての説明は省略する。ホルダ部材３とローラ２１〜２３とロッド１のサブアセンブリ組立てまで、第一の実施形態と同様とし、その後、ロータ５３ａを圧入したモータパイプ部５３ｙをホルダ部材３の外周にモータパイプ固定ねじ５３ｚで固定する。このモータパイプ部５３ｙは、両ホルダ端板３ｂ，３ｃを連結するため、第三の実施形態におけるパイプ型ホルダ連結部と同様、ホルダ連結部材の役割も果たす。

この結果、噛合い騒音の低減やグリース封入量の低減によるコスト低減効果も同様に生じる。このようにして構成したアセンブリを、ホルダスラスト軸受３ｅ２とホルダラジアル軸受３ｆ２を介して、ステータ５３ｂを圧入または焼き嵌めした左ケーシング６ａに装着する。これにより、ホルダ部材３の外周側にモータ（ホルダ外周モータ５３と称する）が形成される。そして、ホルダスラスト軸受３ｅ１とホルダラジアル軸受３ｆ１を介して右ケーシング６ｂを装着し、第一の実施形態と同様にボルト止めを行なった後、防塵カバーを装着する。これにより、厚さの薄い円筒形の回転直動変換装置を提供できるという効果がある。さらに、噛合い部の周囲にモータ５３が配置されるため、これが防音カバーとなって、噛合い騒音を一層低減するという効果もある。

次に、本発明の第八の実施形態に係る回転直動変換装置を、図４乃至図７の代わりとして、図１８のロッド直動手段の側面から見た図を用い、図１０の代わりとして、図１９の噛合い部の拡大図を用いて説明する。図１９に示すように、ロッドねじ溝１ｐの底部とローラ環状山２１ｔの最外径部の隙間を小さく設定するとともに、図１８で示すように、スライダーリング８（９）にスライダー８ａ（９ａ）のみ設け、図５で示したような芯出し突起を廃する以外は、第一乃至第七の実施形態と同様であるため、その他の部分の構成、動作及び効果についての説明は省略する。

ロッドねじ溝１ｐの底部とローラ環状山２１ｔの最外径部の隙間を小さく設定することにより、ロッド１の中心振れを抑制することができるため、芯出し突起が不要になる。さらに、本実施形態における上記隙間設定の方法では、ロッドねじ溝１ｐの底部とローラ環状山２１ｔの最外径部の周速に大きな相違がないため、ロッド中心振れを抑制するために、両者が接触したときの摺動損失が小さいという効果がある。このロッドねじ溝１ｐの底部とローラ環状山２１ｔの最外径部の隙間を小さく設定する箇所は、図１のＷ１とＷ３のように、ローラの両端近くとする。

この結果、ロッド１の軸位置を離れた二箇所で設定できることになるため、ロッド軸１ｄ方向を規定しやすくなり、軸振れを効果的に低減できるという効果がある。また、ローラ溝の加工法を同一のエンドミルで軸角だけローラ軸から外れた向きにトラバースする通常の方法とした場合、ローラ溝の深さ分布はローラ両端部で浅くなるため、自動的に所望の隙間設定となる。よって、特別な加工を行う必要が無く、加工コストが抑制できるという効果がある。また、当然、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３をはじめとして、全域で、ロッドねじ溝１ｐの底部とローラ環状山２１ｔの最外径部の隙間を同程度に小さく設定してもよい。

次に、本発明の第九の実施形態に係る回転直動変換装置を、図４乃至図７の代わりとして、または、図１９の代わりとして、図２０のロッド直動手段の縦断面図を用いて説明する。スライダーリングに固定したスライダーの代わりに、スライダーローラ８ｘ（９ｘ）をスライダーローラシャフト８ｙ（９ｙ）を回転軸として設置する以外は、第一乃至第八の実施形態と同様であるため、その他の部分の構成、動作及び効果についての説明は省略する。本実施形態では、スライダーローラ８ｘ（９ｘ）がロッド１の直動に連れて回転するため、レール溝１ｃ部で生じる摺動損失が低減するという効果がある。

次に、本発明の第十の実施形態に係る回転直動変換装置を、図１乃至図１０と図１６と、図２１の右端ケーシング部拡大図に基づいて説明する。右ケーシング７の側面部を別体化して、新たに、右端ケーシング７０を設ける以外は、第一及び第六の実施形態と同様であるため、その他の部分の構成、動作及び効果についての説明は省略する。本実施形態では、ロータに、モータギャップと同等か若干薄い複数の板状ゲージ（位置決め機能を奏する薄板）を、全周にほぼ等角度間隔で被せてから、ステータが内面に固定された右ケーシング７を装着し、左ケーシングに固定する。右ケーシング７の右側面が開口しているので、そこから、ゲージを抜き、右端ケーシング７０を固定する。この結果、モータのロータとステータの同軸度が向上し、モータ効率が向上するという効果がある。

以上説明したように、本発明の実施形態の特徴は、次のような構成を備えることによって解決課題を達成しようとするものである。すなわち、外周面にねじ部を有するロッドと、このロッドの外周側に設けられ、このロッドに対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材と、このホルダ部材に回転可能に支持され、外周面にねじ部と噛合う環状溝を有しかつロッドの中心軸に対してねじ部のリード角以上の軸角でねじり配置されたローラと、ホルダ部材を支持するベース（またはケーシング）を備えた回転直動変換装置において、ホルダ部材をベースに対して回転させるホルダ回転源と、ロッドをベースに対して回転を止めて、軸移動を可能とするロッド直動手段を備える構成とする。

また、ホルダ回転源の中心軸をロッドの中心軸と同軸とする構成を採用したり、ホルダ回転源を中空形状とし、その中空部にロッドを貫入する構成であったり、中空形状のホルダ回転源を中空形状のロータを有する中空モータとする構成であったり、中空モータをホルダ部材の軸方向側面に配置する構成であったり、中空モータをホルダ部材の軸方向側面の両側に配置する構成であったり、二個の中空モータの発生トルクに差を設け、そのトルク差でローラの軸角が増大する向きにホルダ部材がねじれるべく発生トルクの大小を設定するモータ制御を行う構成であったり、モータをホルダ部材の外周に配置する構成であったり、ロッド直動手段を、ロッドねじ部でローラとの噛合い箇所よりも外周側で軸方向に設けるレール溝とそのレール溝とすべり対偶を形成するベースに固定配置されるスライダーを設ける構成であったり、スライダーのすべり対偶部をロッドねじのピッチ以上の長さとする構成であったり、ベースを他の要素を包含するケース状とし、ロッドがベースから出入りする部分を覆うカバー部を設ける構成を採用するものである。

本発明の第一と第十の実施形態に係る回転直動変換装置の縦断面図である。第一と第十の実施形態に係る回転直動変換装置の視点を９０度回転した時（図１の上部から見下ろした場合）の縦断面図である。第一と第十の実施形態における全てのローラの側面図である。第一乃至第七、および第十の実施形態におけるロッド直動手段の縦断面図である。第一乃至第七、および第十の実施形態におけるロッド直動手段の側面図である。第一乃至第七、および第十の実施形態におけるロッド直動手段の主要部拡大図（図４のＵ部）である。第一乃至第七、および第十の実施形態のロッド直動手段の主要部拡大図（図５のＱ部）である。第一乃至第六、および第十の実施形態の外観図である。第一乃至第六、および第十の実施形態の軸方向から見た外観図である。第一と第十の実施形態の噛合い部の拡大図（図１中のＷ１部、Ｗ２部またはＷ３部）である。本発明の第二の実施形態に係る回転直動変換装置の縦断面図である。本発明の第三の実施形態に係る回転直動変換装置の縦断面図（手前にローラ２１を配置）である。本発明の第三の実施形態におけるケーシングを除いた横断面図（図１２のＥ−Ｅ）である。本発明の第四の実施形態におけるケーシングを除いた横断面図（図１２のＥ−Ｅ）である。本発明の第五の実施形態におけるケーシングを除いた横断面図（図１２のＥ−Ｅ）である。本発明の第六と第十の実施形態に係る回転直動変換装置の縦断面図である。本発明の第七の実施形態に係る回転直動変換装置の縦断面図である。本発明の第八の実施形態におけるロッド直動手段の側面図である。本発明の第八の実施形態における噛合い部の拡大図（図１中のＷ１部またはＷ３部）である。本発明の第九の実施形態におけるロッド直動手段の縦断面図である。本発明の第十の実施形態における右端ケーシング部の拡大図である。本発明の実施形態に係る回転直動変換装置装置における回転直動変換動作の説明図である。

符号の説明

１：ロッド
１ａ：ロッドねじ山
１ｃ：レール溝
１ｄ：ロッド軸
１ｐ：ロッドねじ溝
２１，２２，２３：ローラ
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ：ローラ溝（環状溝）
２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ：ローラ軸
２１ｅ５：ローラスラスト軸受
２１ｓ１，２１ｓ２：ローラスラスト軸受
２１ｍ：ローラ取り付けねじ
２１ｔ：ローラ環状山
３：ホルダ部材
３ｄ：ホルダ連結部
３ｅ１，３ｅ２：ホルダスラスト軸受
３ｆ１，３ｆ２：ホルダラジアル軸受
３ｕ１，３ｕ２：ホルダアンギュラ軸受
３ｓ，３ｔ，３ｖ：パイプ型ホルダ連結部
５：ホルダ側面モータ
５１：ホルダ右側面モータ
５２：ホルダ左側面モータ
５３：ホルダ外周モータ
６：左ケーシング
７：左ケーシング
８，９：スライダーリング
８ａ，９ａ：スライダー
８ｂ，９ｂ：芯出し突起
８ｘ，９ｘ：スライダーローラ
１０：左防塵カバー
１１：右防塵カバー
７０：右端ケーシング

Claims

外周面にねじ部を有するロッドと、前記ロッドの外周側に設けられ前記ロッドに対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材と、前記ホルダ部材に回転可能に支持され外周面に前記ねじ部と噛合う環状溝を有するローラと、前記ホルダ部材を支持するベースと、を備えた回転直動変換装置であって、
前記ローラは、前記ロッドの中心軸に対して前記ねじ部のリード角以上の軸角でねじり配置される構造を有し、
前記ロッドを前記ベースに対して回転を止めて軸移動を可能とするロッド直動手段を有し、
前記ホルダ部材を前記ベースに対して回転させるホルダ回転源を有し、
前記ホルダ回転源は、中空形状のロータを有する中空のモータであり、前記中空形状のロータには前記ロッドを挿通させ、
前記ロッド直動手段は、前記ベースに固定して設けられた単一の凸部が前記ロッドのねじ山の最外径部にロッド軸方向に穿たれた凹部に挿入される構造であり、
前記ロッドのねじ溝の底部と前記ローラの環状山の最外径部とは、前記ロッドの中心振れを抑制するように、前記底部と前記最外径部との隙間を小さく設定する
ことを特徴とする回転直動変換装置。
外周面にねじ部を有するロッドと、前記ロッドの外周側に設けられ前記ロッドに対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材と、前記ホルダ部材に回転可能に支持され外周面に前記ねじ部と噛合う環状溝を有するローラと、前記ホルダ部材を支持するベースと、を備えた回転直動変換装置であって、
前記ローラは、前記ロッドの中心軸に対して前記ねじ部のリード角以上の軸角でねじり配置される構造を有し、
前記ロッドを前記ベースに対して回転を止めて軸移動を可能とするロッド直動手段を有し、前記ロッド直動手段は、前記ベースに固定配置された凸部が前記ロッドのねじ山の凹部に嵌合することで前記ロッドを回転阻止して直動させ、
前記ホルダ部材を前記ベースに対して回転させるホルダ回転源を有し、
前記ホルダ回転源は、中空形状のロータを有する中空のモータであり、前記中空形状のロータには前記ロッドを挿通させ、
前記中空のモータは、前記ホルダ部材の軸方向側面の両側に配置され、
前記両側に配置された二個の中空のモータは、それぞれが発生するトルクに差を設け、前記発生トルクの差によって前記中空のモータの回転の向きによらず前記ローラの軸角が増大するように、それぞれの発生トルクを設定するモータ制御が行われる
ことを特徴とする回転直動変換装置。
請求項２において、
前記二個の中空のモータの内で、発生するトルクの大きい方を主たるモータとし、小さい方を従たるモータとするとき、前記ロッドの直動方向を反転させる場合、前記主たるモータが停止する前に、前記従たるモータを前記発生するトルク差を逆にして反転させる
ことを特徴とする回転直動変換装置。
請求項１から３のいずれか１つの請求項において、
前記モータは前記ホルダ部材の外周に配置されることを特徴とする回転直動変換装置。
請求項１から３のいずれか１つの請求項において、
前記ベースは、前記ホルダ部材、前記ローラを包むケーシング形状を有し、
前記ベースから出入りする前記ロッドの部分を覆うカバー部を前記ベースに設ける
ことを特徴とする回転直動変換装置。