JP5733469B2 - 一軸アクチュエータ - Google Patents

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Description

この発明は、一軸アクチュエータに関する。
ボールねじ機構とリニアガイド機構が組み合わされた一軸アクチュエータは、長手方向に垂直な断面がＵ字状である案内レールと、案内レールのＵ字状の凹部内に配置されたスライダと、案内レールとスライダの間に配置された複数個の転動体を有する。スライダ内には、案内レールと平行にナットが形成され、ナットの螺旋溝とナットを貫通するねじ軸の螺旋溝とで形成される軌道に、複数個のボールが配置されている。
案内レールは、スライダの各側面と対向する各内側面に、転動体の転動通路を構成する転動面を有する。スライダは、案内レールの転動面と対向して転動通路を構成する転動面と、転動体の戻し通路と、戻し通路と転動通路とを連通させる方向転換路を有する。転動通路と戻し通路と方向転換路とで構成される循環経路内に、転動体が配置されている。一軸アクチュエータは、さらに、ボールを軌道の終点から始点に戻す循環部品を有する。
そして、一軸アクチュエータは、ねじ軸の回転により、ボールを介してねじ軸の回転力がナットに伝達されて、転動体が転動通路を負荷状態で転動しながら循環経路内を循環することにより、スライダが案内レールに沿って移動する。
このような一軸アクチュエータの従来例として、特許文献１および特許文献２には、転動体としてころを組み込んだ一軸アクチュエータが記載されている。転動体としてころを使用することで、ボールを使用した場合よりも、軽量化やコンパクト化を確保しながら負荷容量や剛性を増すことができる。
特許文献１に記載された一軸アクチュエータでは、ベアリングブロックの雌ねじ部（スライダのナット）をインサート成形で形成している。
特許文献２に記載された一軸アクチュエータは、低コストで軽量化およびコンパクト化を確保するために、ＤＦ接触構造（各内側面に形成された二列の転動通路を転動するころ列の荷重作用線の交点が、幅方向で前記転動通路より内側に存在する構造）を有するとともに、ナットがスライダに直接形成されている。
従来の一軸アクチュエータでは、循環チューブを用いて、ボールを軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路を形成している。すなわち、スライダにねじ軸長手方向と垂直な方向に沿って貫通する貫通穴を設け、この貫通穴に循環チューブの脚部を挿入し、取付金具により循環チューブをスライダの上面または下面に固定している。また、従来の一軸アクチュエータは、ねじ軸の外周円の面積が、スライダのねじ軸長手方向に垂直な断面の面積の２０％未満になっている。
特許文献３には、ボールねじ装置のボール戻し経路を、ナットをねじ軸長手方向に沿って貫通する貫通穴と、この貫通穴と接続する方向転換路を有しナットのねじ軸長手方向両端部に配置された循環部品（循環こま）と、で構成することが記載されている。また、特許文献３には、循環部品にねじ軸長手方向への抜け止め用突起（ナットの径方向内面に接触する箇所の突起）を設け、この突起を嵌合する凹部をナットの径方向内面に設けることが記載されている。
また、ボールねじ装置であれば、ナットのねじ軸長手方向両端部に配置された循環部品のねじ軸長手方向での抜け止め構造として、Ｃ型止め輪を利用した構造とすることも考えられる。
特許第３４３１３５４号公報 特開２０１０−１０６９３４号公報 特開２００３−２６９５６５号公報
一軸アクチュエータで、循環チューブをスライダの下面に固定する際に、スライダの下面から突出させる場合には、Ｕ字状の案内レールの底面との間に十分な空間を設けないと循環チューブが案内レールに接触する恐れがある。
循環チューブをスライダの上面に設ける場合は、スライダの上面に循環チューブを配置する凹部を設けるか、スライダの上面から循環チューブを突出させて、ワーク（スライダ上に固定する部材）側に循環チューブの逃がし部を設ける必要がある。スライダの上面に凹部を設ける方法では、スライダのねじ軸長手方向に垂直な断面形状が大きくなる。ワーク側に逃がし部を設ける方法では製造コストが上昇する。
また、一軸アクチュエータのスライダは、通常、ナットの螺旋溝が形成されているスライダ本体と、前記スライダ本体のねじ軸長手方向外側に固定されるエンドキャップと、を有する。よって、循環チューブをスライダの上面に凹部を設ける方法では、ねじ軸長手方向端面をエンドキャップに接触させる必要があるため、ナットの螺旋溝のねじ軸長手方向一端部はボールねじ機構のボールの軌道として使用されない。
この発明の課題は、循環チューブを使用して一軸アクチュエータのボール戻し経路を形成している一軸アクチュエータと比較して、ねじ軸の外周円の直径が同じ場合にスライダのねじ軸長手方向に垂直な断面形状を小さく、スライダのねじ軸長手方向の寸法が同じ場合に負荷容量を大きくすることである。
上記課題を解決するために、この発明の一態様である一軸アクチュエータは、前記ボールを前記軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路が、前記スライダを前記ねじ軸長手方向に沿って貫通する貫通穴と、前記貫通穴と接続する方向転換路を有し前記スライダの前記ねじ軸長手方向両端部に配置された循環部品とで構成されている。
すなわち、この態様の一軸アクチュエータは下記の構成(1) 〜(4) を有する。
(1) 長手方向に垂直な断面がＵ字状である案内レールと、前記案内レールのＵ字状の凹部内に配置されたスライダと、前記案内レールと前記スライダの間に配置された複数個の転動体と、前記スライダ内に前記案内レールと平行に形成されたナットと、前記ナットを貫通するねじ軸と、前記ナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝とで形成される軌道の間に配置された複数個のボールと、を有する。
(2) 前記案内レールは、前記スライダの各側面と対向する各内側面に、前記転動体の転動通路を構成する転動面を有する。前記スライダは、案内レールの前記転動面と対向して前記転動通路を構成する転動面と、前記転動体の戻し通路と、前記戻し通路と前記転動通路とを連通させる方向転換路を有する。前記転動通路と前記戻し通路と前記方向転換路とで構成される循環経路内に、前記転動体が配置されている。
(3) 前記ボールを前記軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路が、前記スライダを前記ねじ軸長手方向に沿って貫通する貫通穴と、前記貫通穴と接続する方向転換路を有し前記スライダの前記ねじ軸長手方向両端部に配置された循環部品とで構成されている。
(4) 前記ねじ軸の回転により、前記ボールを介して前記ねじ軸の回転力が前記ナットに伝達されて、前記転動体が前記転動通路を負荷状態で転動しながら前記循環経路内を循環することにより、前記スライダが前記案内レールに沿って移動可能とされている。
この態様の一軸アクチュエータによれば、前記ボールを前記軌道の終点から始点に戻す循環部品が、前記スライダの前記ねじ軸長手方向の両端部に配置されているため、ナットの螺旋溝のねじ軸長手方向全体が、ボールねじ機構のボールの軌道として使用される。よって、循環部品として循環チューブを用いた場合と比較して、スライダのねじ軸長手方向の寸法が同じ場合、負荷容量を大きくできる。循環部品として循環チューブを用いると、ナットの螺旋溝のねじ軸長手方向両端部が、ボールねじ機構のボールの軌道として使用されない場合がある。
また、この態様の一軸アクチュエータによれば、スライダの上面および下面に循環部品が存在しないため、スライダのねじ軸長手方向に垂直な断面形状が、循環部品により拡大しない。よって、ねじ軸の外周円の面積を、スライダのねじ軸長手方向に垂直な断面の面積の２０％以上にすることができる。
すなわち、この態様の一軸アクチュエータは、前記ねじ軸の外周円の面積Ｓ1 と、前記スライダを前記ねじ軸長手方向に垂直な面で切断した断面の面積Ｓ2 との関係が、Ｓ1 ≧０．２Ｓ2 を満たすものとすることができる。
この態様の一軸アクチュエータは、前記転動体がころであり、前記各内側面に形成された二列の転動通路を転動するころ列の荷重作用線の交点が、幅方向で前記転動通路より内側に存在している構成としてもよい。
この態様の一軸アクチュエータが、以下の構成(5) 〜(7) を有する場合、下記の構成(8) を有することが好ましく、下記の構成(9) を有することがより好ましい。また、下記の構成(10)をさらに有することが好ましい。
(5) 前記スライダは、スライダ本体と、前記スライダ本体のねじ軸長手方向外側に固定されるエンドキャップと、を有し、前記ナットの螺旋溝は前記スライダ本体に形成されている。
(6) 前記スライダ本体のねじ軸長手方向端部に、前記螺旋溝が形成されていない非ナット部を有する。
(7) 前記螺旋溝が形成されているナット部の内周面の前記非ナット部との境界部に、前記循環部品を嵌合する循環部品用凹部が形成され、前記循環部品が前記循環部品用凹部に嵌合されている。
(8) 前記非ナット部に配置されるスペーサを有し、前記スペーサが前記循環部品および前記エンドキャップとの間に接触状態で配置されている。
(9) 前記非ナット部に配置されるスペーサを有し、前記スペーサが前記循環部品および前記エンドキャップとの間に弾性変形により縮んだ状態で配置されている。
(10)前記非ナット部に、前記ねじ軸長手方向で前記循環部品用凹部と連続するように、前記スペーサを嵌合するスペーサ用凹部が形成されている。前記スペーサが前記スペーサ用凹部に嵌合されている。
前記スペーサの材質としては、アルミニウム合金、ポリアセタール樹脂等の合成樹脂、熱可塑性エラストマー、ゴムなどが挙げられる。
この態様の一軸アクチュエータが前記スライダ本体に前記非ナット部を有する場合、前記循環部品は前記ナット部の前記非ナット部との境界部に設けた凹部に配置される。すなわち、前記構成(5) 〜(7) を有する一軸アクチュエータでは、前記循環部品用凹部が前記スライダ本体のねじ軸長手方向端部から離れた位置にあるため、前記循環部品がねじ軸長手方向で非ナット部に抜けることを防止する必要がある。
その対策として、特許文献３のように、前記循環部品にねじ軸長手方向の抜け止め用突起を設け、これを嵌合する抜け止め凹部を前記ナット部に設ける方法を採用すると、循環部品を取り付ける凹部がねじ軸長手方向端部から離れた位置にあるため、前記循環部品を取り付ける作業が困難で、正しく取り付けられているかどうかを確認する作業も困難である。
また、Ｃ型止め輪を利用する方法を採用すると、前記非ナット部のねじ軸長手方向全体を通常よりも拡径して、Ｃ型止め輪の係合部を形成する必要がある。この方法では、非ナット部の厚さが薄くなるため、スライダ本体の機械的強度を確保するという点で好ましくない。また、非ナット部のねじ軸長手方向寸法が長いと、Ｃ型止め輪を取り付ける作業が困難である。
これに対して、前記構成(8) を有していれば、前記スライダ本体の非ナット部側から、前記循環部品用凹部に嵌合されている前記循環部品に向けて前記スペーサを入れて、前記エンドキャップを前記スライダ本体に固定することにより、前記循環部品がねじ軸長手方向で非ナット部に抜けることが防止される。
よって、前記循環部品を取り付ける作業が容易で取り付け状態の確認作業が容易または不要になる。また、前記非ナット部のねじ軸長手方向全体を通常よりも拡径する必要がないため、スライダ本体の機械的強度も確保される。そして、前記構成(10)をさらに有することで、これを有さない場合よりも、前記循環部品の取り付け作業が容易になり、前記スペーサ自体の取り付け作業も容易になる。
さらに、構成(9) を有すると、前記スペーサの弾性変形を利用して、前記循環部品をより確実に固定することができる。
この態様の一軸アクチュエータは、以下の構成(11)および(12)の少なくともいずれかを有することが好ましい。
(11)前記ボール戻し経路を構成する貫通穴は、前記スライダ本体の上下方向で前記ナットの螺旋溝の溝底を示す円の範囲内に配置されている。
(12)前記スライダは、スライダ本体と、前記スライダ本体のねじ軸長手方向外側に固定されるエンドキャップと、を有し、前記ナットの螺旋溝は前記スライダ本体に形成され、前記スライダ本体に前記循環部品を嵌める凹部が形成され、前記循環部品によるボール掬い上げ方向が前記スライダ本体の上面と平行または垂直である。
この態様の一軸アクチュエータは、前述のように、ナットの螺旋溝のねじ軸長手方向全体がボールねじ機構のボールの軌道として使用されるため、循環チューブを使用してボールねじ機構のボール戻し経路を形成している従来の一軸アクチュエータと比較して、ナットのねじ軸長手方向寸法を短くできる。よって、この態様の一軸アクチュエータは、前記スライダを複数個有する構成とした場合に、従来の一軸アクチュエータよりもストロークを長くすることができる。
この発明によれば、循環チューブを使用してボールねじ機構のボール戻し経路を形成している一軸アクチュエータと比較して、ねじ軸の外周円の直径が同じ場合にスライダのねじ軸長手方向に垂直な断面形状を小さく、スライダのねじ軸長手方向の寸法が同じ場合に負荷容量を大きくすることができる。
第１実施形態の一軸アクチュエータを示す平面図である。 図１の側面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の一軸アクチュエータが有するエンドデフレクタを示す図であって、（ｂ）は方向転換路が見える図、（ａ）は（ｂ）の左側面図（背面図）、（ｃ）は（ｂ）の右側面図（正面図）である。 図３に示すスライダ本体からエンドデフレクタを外した状態を示す一軸アクチュエータの断面図である。 第１実施形態の変形例であって、エンドデフレクタによるボール掬い上げ方向がスライダ本体の上面と垂直になっている例（ａ）、平行になっている例（ｂ）、二条ねじの例（ｃ）を示す断面図である。 第２実施形態の一軸アクチュエータを示す図であって、図１のＡ−Ａ断面図に対応する図である。 第３実施形態の一軸アクチュエータを構成するスライダ本体のねじ軸長手方向一端面を示す図である。 第３実施形態の一軸アクチュエータを構成するスライダ本体のねじ軸長手方向他端面を示す図である。 第３実施形態の一軸アクチュエータを構成するスライダ本体のねじ軸長手方向一端部の断面を示す図であって、図８のＡ−Ａ断面に相当する。 第３実施形態の一軸アクチュエータを構成するスライダ本体のねじ軸長手方向他端部の断面を示す図であって、図９のＡ−Ａ断面に相当する。 第３実施形態の一軸アクチュエータを構成するスペーサを示す図であって、（ｂ）は図４（ｂ）に対応する図、（ａ）は（ｂ）の左側面図（背面図）、（ｃ）は（ｂ）の右側面図（正面図）である。 第３実施形態の一軸アクチュエータを構成するスライダの組み立て方法を説明する図である。
以下、この発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１〜３は、第１実施形態に相当する一軸アクチュエータを示す平面図、側面図、直動方向（ねじ軸長手方向）に垂直な断面図（図１のＡ−Ａ断面図）である。
図１〜３に示すように、この一軸アクチュエータは、案内レール１と、スライダ２と、ねじ軸３と、ボール４と、ころ５と、エンドデフレクタ６を備えている。
案内レール１の長手方向に垂直な断面はＵ字状であり、Ｕ字状の凹部１１内にスライダ２が収納されている。案内レール１は、一対の側部１２と、底部１３と、端部材１４Ａ，１４Ｂとからなり、各側部１２の内側面がスライダ２の各側面と対向する。各側部１２の内側面に、ころ５の転動通路を構成する転動面１２ａが形成されている。案内レール１の底部１３に、取付ボルトを挿入するための貫通穴１５が形成されている。貫通穴１５は、幅方向で底部１３の各側部１２との境界位置に形成されている。
スライダ２は、直動方向で、スライダ本体２Ａと、エンドキャップ２Ｂと、潤滑剤供給部材２Ｃと、サイドシール２Ｄとに分割される。エンドキャップ２Ｂには、ころ５の方向転換路が形成されている。また、スライダ２の上部の幅方向両側には、直動方向全体に渡って、案内レール１の側部１２の上面に配置されるスライド板２Ｅが形成されている。
スライダ本体２Ａには、スライダ本体２Ａのねじ軸長手方向に垂直な断面の中心を、案内レール１と平行に貫通する雌ねじ（ナット）２１が形成されている。ナット２１は、スライダ本体２Ａに螺旋溝を直接加工することで形成されている。
ねじ軸３はナット２１を貫通し、ナット２１内のねじ軸３との間にボール４が配置されている。ねじ軸３の長さ方向両端が、案内レール１の長手方向両端の端部材１４Ａ，１４Ｂに回転自在に支持されている。ねじ軸３の長さ方向一端（図１および２で右端に突出している部分）が、使用時にモータに取り付けられる。
スライダ本体２Ａの各側面には、案内レール１の転動面１２ａと対向する位置に、転動面２２ａが形成されている。これらの対向する転動面１２ａ，２２ａが、ころ５の転動通路を構成する。この転動通路を二対四列有し、各側部１２の二列の転動通路を転動するころ列の荷重作用線Ｌ１，Ｌ２の交点Ｃが、幅方向で転動通路の内側に存在している。交点Ｃを通る水平線ＬＣは、ねじ軸３の中心の高さ（ラインＬ３）より寸法Ｋだけ下方に配置されている。水平線ＬＣと荷重作用線Ｌ１，Ｌ２との角度（接触角）は４５°である。
エンドデフレクタ６は、図４に示すように、本体６１と固定片６２とからなり、本体６１に方向転換路６１ａとタング６１ｂが形成されている。
図５に示すように、スライダ本体２Ａには、ねじ軸長手方向に沿って貫通する貫通穴２４，２５が形成されている。貫通穴２５は、ころ５の戻し通路５１を形成するためのスリーブ５１ａが挿入される穴である。貫通穴２４は、ボール４の戻し路を構成する穴であって、ナット２１の右下部に形成されている。
そして、スライダ本体２Ａのねじ軸長手方向両端面には、ナット２１の螺旋溝と連続して貫通穴２４を含む範囲に、エンドデフレクタ６の本体６１を嵌める切欠き部（循環部品用凹部）２６が形成されている。切欠き部２６の隣に、エンドデフレクタ６の固定片６２を嵌める凹部（循環部品用凹部）２７が形成されている。
エンドデフレクタ６の本体６１を切欠き部２６に嵌合するとともに、固定片６２を凹部２７に嵌合することにより、エンドデフレクタ６がスライダ本体２Ａのナット２１の直動方向端部に固定される。図３はこの状態を示す。これにより、エンドデフレクタ６の本体６１の方向転換路６１ａがスライダ本体２Ａの戻し路２４と接続される。また、固定片６２の凹部２７への嵌合により、エンドデフレクタ６がスライダ本体２Ａの直動方向と、ナット２１の径方向および周方向に拘束されて、本体６１がこれらの方向に回り止めされている。
ねじ軸３の外周円（図３にＡで示す直径の円）の面積Ｓ1 は、スライダ本体２Ａのねじ軸長手方向に垂直な断面の面積Ｓ2 の２４％（Ｓ1 ≧０．２Ｓ2 ）になっている。具体的には、直径Ａ＝２５ｍｍ、面積Ｓ1 ＝４９０．６ｍｍ2 、面積Ｓ2 ＝２０７５ｍｍ2 である。面積Ｓ2 は、スライダ本体２Ａの直動方向に垂直な断面において、ナット２１の内周面をなす円とスライダ本体２Ａの外形ラインとで囲まれた範囲の面積に相当し、スライド板２Ｅの断面積は含まない。
この直動装置の使用時に、案内レール１は、取り付け穴１５を利用したボルト止めで支持台に固定される。スライダ２は、スライダ本体２Ａの上面に形成された雌ねじ穴２８にスペーサが固定され、スペーサの幅方向両端の上部に移動部材が固定される。
そして、モータを作動してねじ軸３を回転させることにより、ボールねじ機構（ナット２１、ねじ軸３、ボール４、エンドデフレクタ６の方向転換路６１ａ、スライダ本体２Ａの貫通穴２４）とリニアガイド機構（案内レールの転動面１２ａ、スライダ本体２Ａの転動面２２ａ、ころ５、スライダ本体２Ａの戻し通路５１、エンドキャップ２Ｂの方向転換路）を介して、スライダ２が案内レール１に沿って移動する。これに伴い、移動部材が直線移動する。
この実施形態の一軸アクチュエータによれば、循環チューブを使用してボール戻し経路を形成している場合とは異なり、スライダ２の上面および下面にエンドデフレクタ６が存在しないため、スライダ２のねじ軸長手方向に垂直な断面形状が小さくなる。また、ナット２１の螺旋溝のねじ軸長手方向全体が、ボールねじ機構のボール４の軌道として使用される。よって、この実施形態の一軸アクチュエータは、従来の一軸アクチュエータと比較して、ねじ軸３の外周円の直径が同じ場合のスライダ２のねじ軸長手方向に垂直な断面形状が小さく、スライダ２のねじ軸長手方向の寸法が同じ場合の負荷容量が大きくなる。
また、各側部１２の二列の転動通路を転動するころ列の荷重作用線の交点Ｃが、幅方向で転動通路の内側に存在している（ＤＦ接触構造）ため、調心性に優れ、こじり力が加わることで発生する力も小さい。そのため、スライダ２に対してころ５の転動面２２ａとナット２１の螺旋溝（ボールねじのボールの転動溝）を別工程で形成することに伴って、両者に相対的な位置ずれが生じても、こじり力が加わることに伴う寿命低下を抑制できる。したがって、スライダ２に対してころ５の転動面２２ａとナット２１の螺旋溝との相対的な位置精度を高精度にする必要がないため、コストアップや生産性低下の問題が生じない。また、接触角を４５°としたため、上下方向および水平方向の荷重をバランスよく受けることができる。
さらに、この実施形態の一軸アクチュエータでは、二列の転動通路の中心の高さ（ラインＬＣ）が、ねじ軸３の中心の高さ（ラインＬ）より下方に配置されている。すなわち、転動面１２ａ，２２ａの位置が側部１２の底部１３との境界位置近くに配置されている。そのため、スライダ２が荷重を受けて、案内レール１の側部１２に開き変形が生じた場合でも、転動面１２ａ，２２ａの傾きによって生じる転動面１２ａ，２２ａところ５との接触部での面圧分布の偏りや、エッジロードによる寿命低下を可及的に小さくすることができる。
また、図５に示すように、ボール戻し経路を構成する貫通穴２４が、スライダ本体２Ａの上下方向でナット２１の螺旋溝の溝底を示す円の範囲Ｂ内に配置されているため、Ｂの範囲外に配置されている場合と比較して、スライダ本体２Ａの上下方向寸法を小さくできる。これにより、スライダ本体２Ａの上面とリニアガイド機構の転動面２２ａとの距離を小さくできる。また、スライダ本体のねじ軸長手方向に垂直な断面形状を上下方向よりも左右方向（幅方向）が大きい横長にできる。この断面形状を横長にすることで、縦長の場合よりもリニアガイド機構の剛性が高くなる。
すなわち、この実施形態の一軸アクチュエータによれば、貫通穴２４がＢの範囲内に配置され、Ｂの範囲外に配置されているものと比較してスライダ本体２Ａの上下方向寸法が小さく形成されているため、リニアガイド機構の剛性が高くなる。
なお、この実施形態の一軸アクチュエータでは、図５にラインＬ４で示す、エンドデフレクタ６によるボール掬い上げ方向が、スライダ本体２Ａの上面Ｄに対して平行でも垂直でもない。これに対して、図６（ａ）に示す例では、エンドデフレクタ６によるボール掬い上げ方向（ラインＬ４）が、スライダ本体２Ａの上面Ｄと垂直になっている。また、図６（ｂ）に示す例では、エンドデフレクタ６によるボール掬い上げ方向（ラインＬ４）が、スライダ本体２Ａの上面Ｄと平行になっている。
エンドデフレクタ６によるボール掬い上げ方向が、スライダ本体２Ａの上面Ｄと平行または垂直になっていると、エンドデフレクタ６が嵌まる凹部２６，２７をスライダ本体２Ａに機械加工で形成する際に、加工基準が取り易いため、加工の作業性が向上する。これは、一条ねじの場合だけでなく、二条ねじや四条ねじの場合でも同様である。図６（ｃ）に示す例は、二条ねじで、エンドデフレクタ６によるボール掬い上げ方向がスライダ本体２Ａの上面Ｄと垂直になっている例である。
［第２実施形態］
図７に示す第２実施形態の一軸アクチュエータは、リニアガイド機構の転動体が異なる以外は第１実施形態の一軸アクチュエータと同じである。
第２実施形態では、転動体としてボール７を有するため、案内レール１の側部１２の内側面にボール７の転動溝（転動面）１２ｂを形成し、スライダ本体２Ａに転動溝（転動面）２２ｂを形成する。また、スライダ本体２Ａに、ボール７の戻し通路として、ねじ軸長手方向に延びる貫通穴２９を形成する。
これにより、一軸アクチュエータのリニアガイド機構を、案内レール１の転動溝１２ｂ、スライダ本体２Ａの転動溝２２ｂ、ボール７、スライダ本体２Ａの戻し通路２９、およびエンドキャップ２Ｂの方向転換路で構成する。これ以外の点は図１の一軸アクチュエータと同じである。
図７の一軸アクチュエータにおいて、ねじ軸３の外周円（図７にＡで示す直径の円）の面積Ｓ1 は、スライダ本体２Ａのねじ軸長手方向に垂直な断面の面積Ｓ2 の２３％（Ｓ1 ≧０．２Ｓ2 ）になっている。具体的には、直径Ａ＝２５ｍｍ、面積Ｓ1 ＝４９０．６ｍｍ2 、面積Ｓ2 ＝２１１７ｍｍ2 である。面積Ｓ2 は、スライダ本体２Ａのねじ軸長手方向に垂直な断面において、ナット２１の内周面をなす円とスライダ本体２Ａの外形ラインとで囲まれた範囲の面積に相当し、スライド板２Ｅの断面積は含まない。
［第３実施形態］
第３実施形態の一軸アクチュエータは、スライダの構造が異なる以外は第１実施形態の一軸アクチュエータと同じである。
この実施形態の一軸アクチュエータを構成するスライダ本体を示す正面図を図８に、背面図を図９に示す。すなわち、図８は、このスライダ本体のねじ軸長手方向一端面を示す図であり、図９はねじ軸長手方向他端面を示す図である。図１０は、スライダ本体のねじ軸長手方向一端部の断面を示す図であって、図８のＡ−Ａ断面図に相当する。図１１はスライダ本体のねじ軸長手方向他端部の断面を示す図であって、図９のＡ−Ａ断面図に相当する。
図８に示すように、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向一端部では、エンドデフレクタによるボール掬い上げ方向を示すラインＬ４が、スライダ本体２０Ａの上面Ｄと垂直になっている。図９に示すように、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向他端部では、エンドデフレクタによるボール掬い上げ方向を示すラインＬ４が、スライダ本体２０Ａの上面Ｄと平行になっている。
図８〜図１２に示すように、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向の他端部は、雌ねじ（螺旋溝）２１が形成されていない非ナット部２３であり、これ以外の部分は雌ねじ２１が形成されているナット部である。すなわち、この実施形態では、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向一端部に非ナット部２３が存在しない。非ナット部２３の内径はナット部２１に形成された螺旋溝の溝底をなす円より大きい。
この実施形態の一軸アクチュエータは、第１実施形態と同じエンドデフレクタ６と、図１２に示すスペーサ８を有する。スペーサ８は、エンドデフレクタ６の本体６１に対応させた形状の本体８１と、エンドデフレクタ６の固定片６２に対応させた形状の突起８２とからなる。スペーサ８の正面形状は、タング６１ｂを有さない以外はエンドデフレクタ６の正面形状と同じである。スペーサ８のねじ軸長手方向寸法は、非ナット部２３のねじ軸長手方向寸法より少し大きい。
図８および図１０に示すように、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向一端面には、ナット部２１の螺旋溝と連続して貫通穴２４を含む範囲に、エンドデフレクタ６の本体６１を嵌める切欠き部（循環部品用凹部）２６が形成されている。また、ナット部２１の周方向で切欠き部２６の隣に、エンドデフレクタ６の固定片６２を嵌める凹部２７が形成されている。
図９および図１１に示すように、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向他端部では、ナット部２１の内周面の非ナット部２３との境界部に、エンドデフレクタ６の本体６１を嵌める切欠き部（循環部品用凹部）２６が形成されている。また、ナット部２１の周方向で切欠き部２６の隣に、エンドデフレクタ６の固定片６２を嵌める凹部２７が形成されている。非ナット部２３の内周面には、ねじ軸長手方向で、切欠き部２６と凹部２７に連続するスペーサ用凹部２６ａ，２７ａが形成されている。
スライダ本体２０Ａは、これらの点で第１実施形態の一軸アクチュエータを構成するスライダ本体２Ａと異なるが、その他の点ではスライダ本体２Ａと同じである。
この実施形態の一軸アクチュエータで、図１に示す一軸アクチュエータと同様のスライダ２を組み立てる際には、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向一端部では、第１実施形態と同様に、エンドデフレクタ６の本体６１を切欠き部２６に嵌合するとともに、固定片６２を凹部２７に嵌合することで、エンドデフレクタ６がスライダ本体２Ａのナット２１のねじ軸長手方向端部に固定される。
これにより、エンドデフレクタ６の本体６１の方向転換路６１ａがスライダ本体２０Ａの戻し路２４と接続される。また、固定片６２の凹部２７への嵌合により、エンドデフレクタ６がスライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向と、ナット２１の径方向および周方向に拘束されて、本体６１がこれらの方向に回り止めされる。
そして、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向一端部に、エンドキャップ２Ｂ、潤滑剤供給部材２Ｃ、およびサイドシール２Ｄを配置し、これらを一体にスライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向一端面にボルトで固定する。そのための雌ねじが、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向一端面に形成されているが、図８では省略されている。
スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向他端部には、図１３に示す方法で、エンドデフレクタとスペーサを組み込む。図１３（ａ）は、エンドデフレクタとスペーサを配置する前のスライダ本体のねじ軸長手方向他端部を示す断面図である。図１３（ｂ）は、エンドデフレクタとスペーサを配置した後のねじ軸長手方向他端部を示す断面図である。図１３（ｃ）は、スライダ本体のねじ軸長手方向他端部の外側にエンドキャップ等を固定した状態を示す図である。
先ず、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向他端面から、非ナット部２３のスペーサ用凹部２６ａに本体６１を入れ、スペーサ用凹部２７ａに固定片６２を入れた状態で、エンドデフレクタ６をスライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向に沿ってナット部２１まで移動する。これにより、ナット部２１の切欠き部２６と凹部２７にエンドデフレクタ６の本体６１と固定片６２を嵌める。
次に、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向他端面から、非ナット部２３のスペーサ用凹部２６ａに本体８１を入れ、スペーサ用凹部２７ａに突起８２を入れた状態で、スペーサ８をスライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向に移動して、非ナット部３１のスペーサ用凹部２６ａ，２７ａにスペーサ８の本体８１と固定片８２を嵌める。図１３（ｂ）はこの状態を示す。
この状態で、スペーサ８はスライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向他端面から寸法αだけはみ出している。また、エンドデフレクタ６の本体６１の方向転換路６１ａがスライダ本体２０Ａの戻し路２４と接続される。また、固定片６２の凹部２７への嵌合により、エンドデフレクタ６がスライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向と、ナット２１の径方向および周方向に拘束されて、本体６１がこれらの方向に回り止めされる。
次に、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向他端部に、エンドキャップ２Ｂ、潤滑剤供給部材２Ｃ、およびサイドシール２Ｄを配置し、これらを一体にスライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向他端面にボルトで固定する。そのための雌ねじが、スライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向他端面に形成されているが、図９および１３では省略されている。図１３（ｃ）はこの状態を示す。
この状態で、スペーサ８は、エンドデフレクタ６とエンドキャップ２Ｂとの間に、弾性変形により縮んだ状態で配置されている。すなわち、スペーサ８は、エンドデフレクタ６およびエンドキャップ２Ｂよりも弾性変形し易く、寸法α以上の弾性変形が可能な材料で構成されている。よって、この実施形態の一軸アクチュエータでは、スペーサ８とエンドキャップ２Ｂにより、スライダ本体２０Ａ内でエンドデフレクタ６が正しい位置に固定された状態が保持される。また、エンドキャップ２Ｂによるリニアガイド機構の方向転換路も正しい位置に保持される。
上述のように、この実施形態の一軸アクチュエータでは、エンドデフレクタ６がねじ軸長手方向で非ナット部２３に抜けることを防止するための部材としてスペーサ８を用いている。また、エンドデフレクタ６に対応させた形状のスペーサ８を用い、エンドデフレクタ６を嵌める凹部２６，２７に連続する凹部２６ａ，２７ａを設けている。
そのため、この実施形態の一軸アクチュエータによれば、エンドデフレクタ６を取り付ける作業が容易で取り付け状態の確認作業が不要になる。また、非ナット部２３のねじ軸長手方向全体を通常よりも拡径する必要がないため、スライダ本体２０Ａの機械的強度も確保される。
なお、スペーサは、ねじ軸長手方向寸法が非ナット部に対応したものであれば、循環部品に対応させた形状以外のものであってもよい。ただし、非ナット部のねじ軸長手方向寸法が長い場合には、循環部品に対応させた形状のスペーサを用いて循環部品用凹部に連続するスペーサ用凹部を設ける方が、エンドデフレクタを取り付ける作業が容易となり、取り付け状態の確認作業が不要にできるため好ましい。
また、スペーサは、ねじ軸長手方向に弾性変形するコイルバネを有するものであってもよい。さらに、スペーサを固体潤滑材や潤滑剤供給体からなるものとして、スペーサからボールねじ機構の軌道に潤滑剤が供給されるようにしてもよい。
また、この実施形態は、上述のように、スペーサ８を一個用い、スペーサ８のねじ軸長手方向寸法を、スライダ本体２０Ａの非ナット部２３のねじ軸長手方向寸法＋α（スペーサ８の弾性変形寸法）とした例である。しかし、非ナット部のねじ軸長手方向寸法が基準値の整数倍であるスライダ本体用のスペーサとして、非ナット部のねじ軸長手方向寸法が基準値であるスライダ本体用のスペーサを複数個使用することもできる。このようにすれば、非ナット部のねじ軸長手方向寸法毎に異なるスペーサを用意するよりも、コストを低減できる。
また、この実施形態では、非ナット部２３がスライダ本体２０Ａのねじ軸長手方向他端部のみに存在するが、この発明は、ねじ軸長手方向両端部に非ナット部２３が存在する場合にも適用できる。
また、前記各実施形態では、スライダを１個有する一軸アクチュエータについて説明しているが、この発明は、スライダを２個以上有する一軸アクチュエータについても適用できる。
また、前記各実施形態および各変形例を適宜組み合わせてもよい。
１ 案内レール
１１ 案内レールの凹部
１２ 案内レールの側部
１２ａ 案内レールの転動面
１２ｂ 案内レールの転動溝（転動面）
１３ 底部
１４Ａ，１４Ｂ 案内レールの端部
１５ 取り付け穴
２ スライダ
２０ スライダ
２Ａ スライダ本体
２０Ａ スライダ本体
２Ｂ エンドキャップ
２Ｃ 潤滑剤供給部材
２Ｄ サイドシール
２Ｅ スライド板
２１ ナット、ナット部
２２ａ スライダの転動面
２２ｂ スライダの転動溝（転動面）
２３ 非ナット部
２４ 貫通穴（ボール戻し経路）
２５ 貫通穴
２６ 切欠き部（循環部品用凹部）
２６ａ 凹部（スペーサ用凹部）
２７ 凹部（循環部品用凹部）
２７ａ 凹部（スペーサ用凹部）
２９ 貫通穴（ボールの戻し通路）
３ ねじ軸
４ ボール
５ ころ（転動体）
５１ ころの戻し通路
５１ａ スリーブ
６ エンドデフレクタ
６１ 本体
６１ａ 方向転換路
６２ 固定片
７ ボール（転動体）
８ スペーサ
８１ 本体
８２ 突起

Claims (6)

  1. 長手方向に垂直な断面がＵ字状である案内レールと、
    前記案内レールのＵ字状の凹部内に配置されたスライダと、
    前記案内レールと前記スライダの間に配置された複数個の転動体と、
    前記スライダ内に前記案内レールと平行に形成されたナットと、
    前記ナットを貫通するねじ軸と、
    前記ナットの螺旋溝と前記ねじ軸の螺旋溝とで形成される軌道の間に配置された複数個のボールと、
    を有し、
    前記案内レールは、前記スライダの各側面と対向する各内側面に、前記転動体の転動通路を構成する転動面を有し、
    前記スライダは、案内レールの前記転動面と対向して前記転動通路を構成する転動面と、前記転動体の戻し通路と、前記戻し通路と前記転動通路とを連通させる方向転換路を有し、前記転動通路と前記戻し通路と前記方向転換路とで構成される循環経路内に、前記転動体が配置され、
    前記ボールを前記軌道の終点から始点に戻すボール戻し経路が、前記スライダを前記ねじ軸長手方向に沿って貫通する貫通穴と、前記貫通穴と接続する方向転換路を有し前記スライダの前記ねじ軸長手方向両端部に配置された循環部品とで構成され、
    前記スライダは、スライダ本体と、前記スライダ本体のねじ軸長手方向外側に固定されるエンドキャップと、を有し、
    前記ナットの螺旋溝は前記スライダ本体に形成され、
    前記スライダ本体のねじ軸長手方向端部に、前記螺旋溝が形成されていない非ナット部を有し、
    前記螺旋溝が形成されているナット部の内周面の前記非ナット部との境界部に、前記循環部品を嵌合する循環部品用凹部が形成され、
    前記循環部品が前記循環部品用凹部に嵌合され、
    前記非ナット部に配置されるスペーサを有し、
    前記スペーサが前記循環部品および前記エンドキャップとの間に接触状態で配置され、
    前記非ナット部に、前記ねじ軸長手方向で前記循環部品用凹部と連続するように、前記スペーサを嵌合するスペーサ用凹部が形成され、前記スペーサが前記スペーサ用凹部に嵌合され、
    前記ねじ軸の回転により、前記ボールを介して前記ねじ軸の回転力が前記ナットに伝達されて、前記転動体が前記転動通路を負荷状態で転動しながら前記循環経路内を循環することにより、前記スライダが前記案内レールに沿って移動可能とされた一軸アクチュエータ。
  2. 前記転動体はころであり、前記各内側面に形成された二列の転動通路を転動するころ列の荷重作用線の交点が、幅方向で前記転動通路より内側に存在している請求項１記載の一軸アクチュエータ。
  3. 前記ねじ軸の外周円の面積Ｓ1 と、前記スライダを前記ねじ軸長手方向に垂直な面で切断した断面の面積Ｓ2 との関係が、Ｓ1 ≧０．２Ｓ2 を満たす請求項１または２記載の一軸アクチュエータ。
  4. 前記ボール戻し経路を構成する貫通穴は、前記スライダ本体の上下方向で前記ナットの螺旋溝の溝底を示す円の範囲内に配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の一軸アクチュエータ。
  5. 前記スライダは、スライダ本体と、前記スライダ本体のねじ軸長手方向外側に固定されるエンドキャップと、を有し、
    前記ナットの螺旋溝は前記スライダ本体に形成され、
    前記スライダ本体に前記循環部品を嵌める凹部が形成され、
    前記循環部品によるボール掬い上げ方向が前記スライダ本体の上面と平行または垂直である請求項１〜４のいずれか一項記載の一軸アクチュエータ。
  6. 前記スライダを複数個有する請求項１〜５のいずれか一項記載の一軸アクチュエータ。
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