JP5332026B2 - 回転運動を直線運動に変える運動機構 - Google Patents

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変える運動機構に関する。

例えば、モータなどのアクチュエータの回転出力軸と同軸上に配置された雄ねじ部材を、回転出力軸により回転させつつ直線往復運動させる場合、回転出力軸と雄ねじ部材とを一体回転可能にかつ互いに離間接近する方向に移動可能に結合し、さらに、雄ねじ部材の雄ねじに螺合する雌ねじを有する雌ねじ部材を、アクチュエータのハウジングやこのハウジングを支持する基台側で支持することが行なわれる。
従来、回転出力軸と雄ねじ部材とを一体回転可能にかつ互いに離間接近する方向に移動可能に結合する場合、例えば、回転出力軸に長孔が形成された筒体を固定し、雄ねじ部材の端部をこの筒体の内部に移動可能に挿入し、筒体から突設されたピンを筒体の長孔に該長孔の長手方向に移動可能に挿入することが行なわれている。

特開２００９−１６８０９７ 特開２００８−４４０８８

しかしながら、このような従来技術では、長孔内でピンが長孔の長手方向に移動できるようにするために、長孔の幅よりもピンの直径を若干小さい寸法で形成しなくてはならない。
そのため、長孔の幅とピンの直径との差異ががたつきとなり、回転出力軸の回転に比例させて雄ねじ部材を例えばμｍ単位で直線移動させることができない。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、回転出力軸の回転に比例させてがたつくことなく雄ねじ部材を直線移動させることができる回転運動を直線運動に変換する運動機構を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の回転運動を直線運動に変換する運動機構は、回転出力軸に取着されたホルダーと、前記回転出力軸の軸線を挟んで互いに対向し前記軸線に対して離間接近する方向に移動可能に前記ホルダーで支持された一対のガイド部材と、前記一対のガイド部材を互いに接近する方向に付勢する付勢部材と、前記回転出力軸を支持するフレームで支持され、前記回転出力軸と同軸上に位置する雌ねじを有する雌ねじ部材と、前記雌ねじに螺合する雄ねじが形成された雄ねじ部材とを有し、前記雄ねじ部材に、該雄ねじ部材の径方向に貫通して雄ねじ部材回転用ピンが設けられ、前記雄ねじ部材から突出する前記雄ねじ部材回転用ピンの両端が前記一対のガイド部材により、前記回転出力軸の軸線方向に移動可能にかつ一対のガイド部材と一体回転可能に挟持されていることを特徴とする。

本発明では、一対のガイド部材は、雄ねじ部材回転用ピンが回転出力軸の軸方向のいかなる位置においても、移動可能にかつ回転出力軸と一体に回転するように雄ねじ部材回転用ピンを挟持しているので、回転出力軸と雄ねじ部材との間にがたつきの問題が生じることはなく、回転出力軸と同一の位相で雄ねじ部材が回転しつつ直線運動を行なう。

雄ねじ部材が最も没入した状態の運動機構の説明図で（Ａ）は運動機構の断面正面図、（Ｂ）は運動機構の断面平面図である。 雄ねじ部材が最も突出した状態の運動機構の説明図で（Ａ）は運動機構の断面正面図、（Ｂ）は運動機構の断面平面図である。 ホルダーの説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。 板ばねの説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 ガイド部材の説明図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。 雌ねじに雄ねじ部材が螺合した状態の説明図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図である。 第１の支持部材の説明図で、（Ａ）は断面正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図である。 第２の支持部材の説明図で、（Ａ）は断面正面図、（Ｂ）は左側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって説明する。
図１、図２に示すように、回転運動を直線運動に変換する運動機構１０は、回転出力軸１２と、ホルダー１４と、一対のガイド部材１６と、付勢部材１８と、雌ねじ部材２０と、雄ねじ部材２２と、雄ねじ部材回転用ピン２４とを含んで構成されている。

回転出力軸１２は例えばモータなどのアクチュエータ２６の出力軸である。

ホルダー１４は回転出力軸１２に、回転出力軸１２と一体に回転するように回転出力軸１２に取着されている。
本実施の形態では、ホルダー１４の中心孔１４０２に回転出力軸１２が挿入され、ねじ１４０４により回転出力軸１２を押さえ付けることでホルダー１４が回転出力軸１２に取着されている。
図３に示すように、ホルダー１４には、ねじ１４０４が螺合するねじ孔１４０６が形成されると共に、中心孔１４０２を挟んで対向する一対の板ばね取り付け面１４０８が設けられ、板ばね取り付け面１４０８にねじ孔１４１０が形成されている。
中心孔１４０２の軸方向においてモータ側に配置される一対の板ばね取り付け面１４０８の端部間の寸法Ｗ１は、アクチュエータ２６と離れた側に配置される一対の板ばね取り付け面１４０８の端部間の寸法Ｗ２よりも大きく形成されている。

付勢部材１８は、本実施の形態では一対の板ばね１８で構成されている。
一対の板ばね１８はそれぞれ板ばね取り付面１４０８にねじ１８０２、ねじ孔１４１０を介して取着され、回転出力軸１２の軸線を挟んで対向している。
そして、一対の板ばね取り付け面１４０８の端部間の寸法Ｗ１と寸法Ｗ２との差異により、一対の板ばね１８は、回転出力軸１２から離れるにつれて次第に互いに接近する方向に傾斜して取着されている。
図４に示すように、板ばね１８は細長い矩形状を呈し、長手方向の一方の端部に幅方向に間隔をおいてねじ１８０２を挿通させるためのねじ挿通孔１８０４が２つ形成され、また、長手方向に間隔をおいてガイド部材１６を取り付けるためのねじ挿通孔１８０６が２つ形成されている。

図５に示すように、一対のガイド部材１６は、細長い矩形状の中央板部１６０２と、中央板部１６０２の幅方向の両側からそれぞれ起立する突出板部１６０４とを有し、中央板部１６０２と両側の突出板部１６０４の内側に凹部１６０６が形成され、中央板部１６０２にはねじ孔１６０８が形成されている。
一対のガイド部材１６は、凹部１６０６が向かい合うように板ばね１８に連結されている。
すなわち、凹部１６０６と反対側の中央板部１６０２の面が板ばね１８に合わされ、ねじ挿通孔１８０６に挿通したねじ１６１０がねじ孔１６０８に螺合することで、一対のガイド部材１６が一対の板ばね１８に連結されている。
このように一対の板ばね１８に連結された状態で、一対のガイド部材１６は、回転出力軸１２の軸線を挟んで互いに対向している。
そして、一対のガイド部材１６は、一対の板ばね１８により、回転出力軸１２から離れるにつれて次第に互いに接近する方向に傾斜して取着されている。
そして、ガイド部材１６に接触することなく凹部１６０６に雄ねじ部材２２が収容され、雄ねじ部材回転用ピン２４の両端が一対のガイド部材１６の両側の突出板部１６０４の先端（先端端面）１６０４Ａ間で挟持されることで、一対のガイド部材１６は、回転出力軸１２の軸線方向に移動可能にかつ雄ねじ部材回転用ピン２４と一体に回転するように結合されている。
なお、一対のガイド部材１６は、回転出力軸１２から離れるにつれて次第に互いに接近する方向に傾斜して配置されているので、雄ねじ部材回転用ピン２４が回転出力軸１２の軸線方向のいかなる位置においても、移動可能にかつ雄ねじ部材回転用ピン２４と一体に回転するように雄ねじ部材回転用ピン２４を支持している。この場合、雄ねじ部材回転用ピン２４が回転出力軸１２側に位置する場合には、一対の板ばね１８の撓み量は小さいもののばね力は大きく、また、雄ねじ部材回転用ピン２４が雌ねじ部材２０側に位置する場合には、一対の板ばね１８の撓み量は大きいもののばね力は小さいため、雄ねじ部材回転用ピン２４が回転出力軸１２の軸線方向のいかなる位置においてもほぼ同じ値のばね力で挟持される。なお、本実施の形態では、一対のガイド部材１６は、回転出力軸１２の軸線を挟んで互いに対向し軸線に対して離間接近する方向に移動可能に板ばね１８を介してホルダー１４で支持されていることになる。

雌ねじ部材２０は、回転出力軸１２と同軸上に位置する雌ねじ２０Ａを有し、回転出力軸１２を支持するフレームで支持されている。
ここで、回転出力軸１２を支持するフレームは、例えば、アクチュエータ２６のハウジングであってもよく、または、アクチュエータ２６を支持する基台であってもよい。
図６に示すように、雌ねじ２０Ａは、本実施の形態では、バックラッシュを取り除く与圧式のボールねじであり、市販のボールねじユニットを用いており、ボールねじユニットは、筒部２００２と、筒部２００２の長手方向の端部に設けられたフランジ２００４とを有し、フランジ２００４にねじ挿通孔２００６が形成されている。

図１、図２に示すように、雌ねじ部材２０は、第１の支持部材３０と、第２の支持部材３２を介して、回転出力軸１２を支持するフレームで支持されている。
図７に示すように、第１の支持部材３０は筒状を呈し、第１の支持部材３０には、その軸方向に並べて雌ねじ部材２０の取り付け孔３００２と、一対の板ばね１８および一対のガイド部材１６を収容する収容孔３００４とが設けられている。
また、第１の支持部材３０の孔３００２側の端面にねじ孔３００６が形成され、収容孔３００４側の端面にねじ孔３００８が形成されている。
雌ねじ部材２０は、筒部２００２が取り付け孔３００２に挿入され、フランジ２００４が第１の支持部材３０の孔３００２側の端面に当て付けられ、ねじ挿通孔２００６に挿通したねじ（不図示）がねじ孔３００６に螺合することで第１の支持部材３０に取着されている。
図８に示すように、第２の支持部材３２は、その中心にホルダー１４、一対の板ばね１８を収容する孔３２０２が貫通形成された環板状を呈し、第２の支持部材３２には、ねじ孔３００８と同軸上に設けられたねじ挿通孔３２０４や座ぐり孔３２０６が形成されている。
第２の支持部材３２は、ねじ挿通孔３２０４に挿通したねじがねじ孔３００８に螺合することで第１の支持部材３０に取着されている。
そして、第２支持部材３２は、座ぐり孔３２０６を介して、たとえば、アクチュエータ２６のハウジング、または、アクチュエータ２６を支持する基台に取着されている。

雄ねじ部材２２は、回転出力軸１２と同軸上に配置され、雌ねじ２０Ａに螺合されている。
図６に示すように、雄ねじ部材２２は、その長手方向の略全長にわたり雌ねじ２０Ａに螺合する雄ねじ部２２Ａを有しており、雄ねじ部材２２の先部は、球状に突出形成されている。
雄ねじ部材２２の基端に、雄ねじ部材２２の長手方向と直交する方向に孔２２０２が貫通形成されている。

雄ねじ部材回転用ピン２４は孔２２０２に圧入され、雄ねじ部材回転用ピン２４の両端は、雄ねじ部材２２の基端において、雄ねじ部材２２の長手方向と直交する方向に突出している。
そして、ガイド部材１６に接触することなく凹部１６０６に雄ねじ部材２２が収容され、雄ねじ部材回転用ピン２４の両端が一対のガイド部材１６の両側の突出板部１６０４の先端１６０４Ａ間で、移動可能にかつ雄ねじ部材回転用ピン２４と一体に回転するように挟持されている。

本実施の形態によれば、回転出力軸１２が回転すると、ホルダー１４、一対の板ばね１８、一対のガイド部材１６が回転され、一対のガイド部材１６の突出板部１６０４の先端間１６０４Ａで挟持された雄ねじ部材回転用ピン２４を介して雄ねじ部材２２が回転出力軸１２と一体に回転される。
そして、一対のガイド部材１６は、雄ねじ部材回転用ピン２４が回転出力軸１２の軸方向のいかなる位置においても、移動可能にかつ回転出力軸１２と一体に回転するように雄ねじ部材回転用ピン２４をほぼ同じ値のばね力で挟持しているので、回転出力軸１２と雄ねじ部材２２との間にがたつきの問題が生じることはなく、回転出力軸１２と同一の位相で雄ねじ部材２２が回転しつつ直線運動を行なう。詳細には、回転出力軸１２が正転または逆転すると、回転出力軸１２と同一の位相で雄ねじ部材２２が正逆転しつつ往復直線運動を行なう。したがって、回転出力軸１２の回転に比例させて雄ねじ部材２２をがたつかせることなく例えばμｍ単位で直線移動することが可能となる。
また、本実施の形態では、回転出力軸１２により回転される一対の板ばね１８と一対のガイド部材１６は、小型で軽量であり、したがって、回転運動を直線運動に変換する運動機構の小型化、軽量化を図る上で有利となる。
また、本実施の形態では、雌ねじ２０Ａは、バックラッシュを取り除く与圧式のボールねじであり、したがって、回転出力軸１２の回転に比例させて雄ねじ部材２２を例えばμｍ単位で直線移動する場合により有利となり、例えば、マイクロメータヘッドに用いられて好適である。

１０……運動機構、１２……回転出力軸、１４……ホルダー、１６……ガイド部材、１８……付勢部材、２０……雌ねじ部材、２２……雄ねじ部材、２４……雄ねじ部材回転用ピン。

Claims (3)

1. 回転出力軸に取着されたホルダーと、
   前記回転出力軸の軸線を挟んで互いに対向し前記軸線に対して離間接近する方向に移動可能に前記ホルダーで支持された一対のガイド部材と、
   前記一対のガイド部材を互いに接近する方向に付勢する付勢部材と、
   前記回転出力軸を支持するフレームで支持され、前記回転出力軸と同軸上に位置する雌ねじを有する雌ねじ部材と、
   前記雌ねじに螺合する雄ねじが形成された雄ねじ部材とを有し、
   前記雄ねじ部材に、該雄ねじ部材の径方向に貫通して雄ねじ部材回転用ピンが設けられ、
   前記雄ねじ部材から突出する前記雄ねじ部材回転用ピンの両端が前記一対のガイド部材により、前記回転出力軸の軸線方向に移動可能にかつ一対のガイド部材と一体回転可能に挟持されている、
   回転運動を直線運動に変換する運動機構。
2. 前記付勢部材は、前記ホルダーに取着され前記回転出力軸の軸線を挟んで対向し前記回転出力軸から離れるにつれて次第に互いに接近する一対の板ばねで構成され、
   前記一対のガイド部材は、前記軸線方向に細長い矩形状の中央板部と、中央板部の幅方向の両側からそれぞれ起立する突出板部とを有し、前記中央板部と両側の前記突出板部の内側に凹部が形成され、
   前記一対のガイド部材は、前記凹部が向かい合うように前記板ばねに連結され、
   前記一対のガイド部材の前記凹部に前記雄ねじ部材が収容され、
   前記雄ねじ部材から突出する前記雄ねじ部材回転用ピンの両端の前記一対のガイド部材による挟持は、前記一対のガイド部材の両側の突出板部の先端間で行なわれる、
   請求項１記載の回転運動を直線運動に変換する運動機構。
3. 前記雌ねじはバックラッシュを取り除く与圧式のボールねじである、
   請求項１または２記載の回転運動を直線運動に変換する運動機構。

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