JP6166404B1 - リニアアクチュエータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リニアアクチュエータにおいて、直進性をよくし、回転直進変換機構の摩擦係数を小さくすることである。【解決手段】リニアアクチュエータ１０は、モータ本体２０と、直進軸であるストロークセンサ１１０と、モータ本体２０の出力軸の回転運動を直進運動に変換する回転直進変換機構を備える。回転直進変換機構は、モータ本体２０の出力軸に接続されたボールねじと、ボールねじに転がりボールを介して噛み合うボールねじナットと、ボールねじナットを回転止めして支持するナット配置空間を内部に有し、断面形状が矩形外形のスライドブロック８０と、スライドブロック８０の矩形外形の四隅を軸受用ボールで支持して軸方向に案内するガイドボディ５０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、リニアアクチュエータの製造方法に係り、特に、軸受用ボールを用いる回転直進変換機構を有するリニアアクチュエータの製造方法に関する。

精密モータの回転運動を直進運動に変換することで精度のよいリニアアクチュエータにできる。特許文献１には、直進出力軸の直進性を確保するため、直進軸の軸方向に沿って複数の軸受用ボールのための有限軌道溝を設け、摩擦損失を軽減することが開示されている。ここでは、２つの有限軌道溝を直進軸の径方向について互いに向い合わせて配置する。また、有限軌道溝の径方向断面形状を２つの部分円弧を合成したゴシック溝として、軸受用ボールを内径側接触点と外径側接触点の２点で受ける。ゴシック溝の製作は、油中ワイヤ放電加工を用いている。

特許第４１８７４３３号明細書

油中ワイヤ放電加工によって軸方向の長い有限軌道溝を製作すると、ワイヤの弛み等で有限軌道溝が軸方向に沿って真っ直ぐとならず、太鼓状の曲線形状となる。また、有限軌道溝の場合、直進軸の移動と共に軸受用ボールが転がると、有限軌道溝の端部より先は転がれないので、軸受用ボールは有限軌道溝の全長の約１／２の長さについて配置されるので、残りの約１／２の長さの部分は軸受用ボールによって支持されない。これにより、有限溝の場合は、直進軸の移動の際の軸受用ボールにより支持点が変動し、直進性が損なわれる。

また、軸受用ボールを内径側接触点と外径側接触点の２点で受けるゴシック溝は、軸受用ボールの内径側接触径の円周長さと外径側接触径の円周長さの差に起因する差動すべり量が大きい。そのために、回転直進変換機構における摩擦係数が大きくなり、回転運動を直進運動に変換するエネルギ効率が低く、負荷によっては精密モータが脱調しやすくなる。

そこで、直進性がよく、回転直進変換機構における摩擦係数が小さいリニアアクチュエータの製造方法が望まれる。

本発明に係るリニアアクチュエータの製造方法は、筐体に取り付けられたモータ、及びモータ出力軸の回転運動を直進運動に変換する回転直進変換機構を備えるリニアアクチュエータの製造方法であって、モータの出力軸にボールねじを接続し、ボールねじにボールねじナットを噛み合わせ、ボールねじナットを回転止めして支持する断面形状が矩形外形のスライドブロックの矩形外形の四隅のそれぞれについて軸方向に沿って軸受用ボールのための無限軌道溝を形成し、スライドブロックを軸方向に案内するために断面形状が矩形内形であるスライドブロック案内空間を内部に有するガイドボディにおいて、スライドブロック案内空間の矩形内形の四隅のそれぞれについて軸方向に沿って軸受用ボールのための軸受溝を形成し、ガイドボディに設けられる軸受溝、及びスライドブロックに設けられる無限軌道溝が向い合うボール支持空間に試し球径を有する複数の軸受用ボールを配置し、ガイドボディに対するスライドブロックの隙間ガタを測定し、測定された隙間ガタが予め定めた所定範囲に入っていないときは試し球径を変更して改めて隙間ガタを測定し、これを繰り返して測定された隙間ガタが所定の範囲に入る軸受用ボールの球径を選択することを特徴とする。

上記構成のリニアアクチュエータの製造方法によれば、ガイドボディに対するスライドブロックの隙間ガタを小さくでき、ガイドボディに対するスライドブロックの直進性が向上する。

本発明に係るリニアアクチュエータの製造方法において、ラッピング仕上げにより所定の形状に形成した電着砥石を用いて、ガイドボディに設けられる軸受溝の形状、及びスライドブロックに設けられる無限軌道溝のうち軸受溝に向かい合う部分の形状を形成することが好ましい。

上記構成のリニアアクチュエータの製造方法によれば、電着砥石を用いてスライドブロック案内空間を形成するので、例えば、油中放電加工に比べ、軸方向の真直性の加工精度が向上する。

本発明に係るリニアアクチュエータの製造方法によれば、回転直進変換機構の直進性がよく、摩擦係数が小さい。

本発明に係る実施の形態のリニアアクチュエータの製造方法により製造したリニアアクチュエータの構成図である。図１（ａ）は、最小ストロークの状態を示す図であり、（ｂ）は、最大ストロークの状態を示す図である。 図１の構成を３つのサブアセンブリに分けた図である。図２（ａ）は、モータサブアセンブリを示す図であり、（ｂ）は、ガイドボディサブアセンブリを示す図であり、（ｃ）は、スライドブロックサブアセンブリを示す図である。 図２（ｃ）のスライドブロックサブアセンブリの分解図である。図３（ａ）は、分解前の拡大断面図であり、（ｂ）は、ストロークセンサを示す図であり、（ｃ）は、スライドブロックを示す図であり、（ｄ）は、（ｃ）を３つに分解した図である。 図２（ｂ）のガイドボディの詳細図である。図４（ａ）は、左側面図であり、（ｂ）は、正面図であり、（ｃ）は、右側面図である。 図４のガイドボディに図３（ｃ）のスライドブロックを組み込んだ状態を示す図である。図５（ａ）は、左側面図であり、（ｂ）は、正面断面図であり、（ｃ）は、右側面図であり、（ｄ）は、上面図である。（ｅ）と（ｆ）は、（ａ）における２つの対角線に沿った方向をＺ₄₅方向とＹ₄₅方向として、（ｅ）は、Ｚ₄₅方向から見た上面図であり、（ｆ）は、（ａ）におけるＦ−Ｆ線で切断した面をＹ₄₅方向から見た図である。 図５（ｆ）の詳細図である。図６（ａ）は、図５（ｆ）の拡大図であり、（ｂ）は、スライドブロックを３つの要素に分離して示す図である。 図７（ａ）は、図６（ａ）をそのまま示す図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）についてスライドブロックを３つの要素に分離して示す図である。 スライドブロックを３つの要素に分離する他の例を示す図である。 図５（ａ）について、サーキュラ溝による軸受用ボールの支持を示す図である。 本発明に係る実施の形態のリニアアクチュエータの製造方法により製造したリニアアクチュエータにおけるスライドブロックの３つの要素を分離したときの斜視図である。 本発明に係る実施の形態のリニアアクチュエータの製造方法の手順を示すフローチャートである。 図１１において、軸受用ボールの配置手順を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下で述べる形状、寸法、材質、個数等は、説明のための一例であって、リニアアクチュエータの仕様等に応じ、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、リニアアクチュエータ１０の構成を示す外観図である。図１（ａ）は、最小ストロークの状態を示す図であり、（ｂ）は、最大ストロークを示す図である。最大ストロークと最少ストロークの差であるストローク範囲をＳで示す。図２は、リニアアクチュエータ１０の構成を３つのサブアセンブリに分けた図である。図２（ａ）は、モータサブアセンブリ１２の断面図であり、（ｂ）は、ガイドボディサブアセンブリ１４の断面図であり、（ｃ）は、スライドブロックサブアセンブリ１６の外観図である。

リニアアクチュエータ１０は、モータサブアセンブリ１２に含まれるモータ本体２０のモータ出力軸３０の回転運動を直進運動に変換して、直進軸であるストロークセンサ１１０の先端に、例えば、精密な作業あるいは測定を行うプローブ端子等を取付可能とした装置である。

回転直進変換機構において、モータサブアセンブリ１２におけるボールねじ４０に転がりボールを介して噛み合うボールねじナット４２の回転は、スライドブロックサブアセンブリ１６におけるナット配置空間８８で拘束される。また、スライドブロックサブアセンブリ１６は、ガイドボディサブアセンブリ１４によって回転が拘束され、軸方向に移動可能に案内される。

スライドブロックサブアセンブリ１６とガイドボディサブアセンブリ１４との間の直進運動は、無限軌道的に転がる複数の軸受用ボール１５０（図５参照）によって支持される。複数の軸受用ボール１５０は、スライドブロックサブアセンブリ１６に設けられる長円環状の無限軌道溝１３０と、ガイドボディサブアセンブリ１４に設けられる軸方向に延びる軸受溝１４０の間に配置される。無限軌道溝１３０は、スライドブロックサブアセンブリ１６におけるスライドブロック８０の矩形外形の四隅にそれぞれ設けられ、軸受溝１４０はガイドボディサブアセンブリ１４におけるガイドボディ５０の内部の矩形内形の四隅にそれぞれ設けられる。無限軌道溝１３０、軸受溝１４０の詳細は後述する。

図１に、直交する３方向を示す。Ｘ方向は、モータ出力軸３０の軸方向であり、直進軸であるストロークセンサ１１０の軸方向である。＋Ｘ方向は、ストロークセンサ１１０が最大ストロークに向けて移動する方向で、−Ｘ方向は、ストロークセンサ１１０がモータ本体２０側に退避する方向である。Ｚ方向は、リニアアクチュエータ１０の高さ方向で、図１の場合では紙面に沿った上下方向である。＋Ｚ方向は、図１において紙面に沿った上方向で、後述するスライドブロック８０に対してセンサカバー６４が設けられる方向に対応する。−Ｚ方向は、図１において紙面に沿った下方向である。Ｙ方向は、リニアアクチュエータ１０の幅方向である。＋Ｙ方向は、ストロークセンサ１１０側からモータ本体２０側を見たときの右方向で、図１では、紙面の向こう側から手前側へ向かう方向である。−Ｙ方向はストロークセンサ１１０側からモータ本体２０側を見たときの左方向で、図１では、紙面の手前側から向こう側へ向かう方向である。

モータサブアセンブリ１２は、モータ本体２０、駆動制御回路２２、端子台２４、モータ取付台２６と共に、ボールねじ４０とボールねじナット４２とを含む。

モータ本体２０は、回転角度が精密に出力できるステッピングモータである。駆動制御回路２２は、モータ本体２０の駆動回路とその制御回路を含む。駆動制御回路２２は、ストロークセンサ１１０である直進軸がストローク範囲から外れないように、後述する位置センサ６８，６９の検出信号を利用してモータ本体２０の駆動のオンオフ制御を行う。また、駆動制御回路２２は、エンコーダ等の回転角度あるいは回転速度を検出する検出部を有し、検出部の検出結果を設定回転角度等にフィードバックして、モータ本体２０の脱調等を防ぐ制御を行う。端子台２４は、モータ本体２０と駆動制御回路２２の間に配置されるインタフェース部である。

モータ取付台２６は、カップリング２８を内蔵する。カップリング２８は、一端側の取付リングと他端側の取付リングの間を可撓軸で接続した機械的な接続インタフェースである。一端側の取付リングには、モータ本体２０から突き出すモータ出力軸３０がねじ等の適当な固定部材３４で接続される。固定部材３４による接続をモータ取付台２６の外側から行えるように、モータ取付台２６の外周部には作業穴３２が設けられる。他端側の取付リングには、ボールねじ４０の一方端がねじ等の適当な固定部材４６で接続される。

ボールねじ４０とボールねじナット４２は、モータ本体２０のモータ出力軸３０の回転運動を直進運動に変換する回転直進変換機構の一部を構成する。ボールねじ４０の外周に刻まれたらせん溝とボールねじナット４２の内周に刻まれたらせん溝との間には複数の転がりボールが配置される。ボールねじナット４２の外径は、円形の一部に切欠部４３が設けられる。ボールねじナット４２の内部には、転がりボールを循環させる循環路４１が設けられる。

ボールねじナット４２は、スライドブロックサブアセンブリ１６に設けられるナット配置空間８８の内部に配置される。ナット配置空間８８は、ボールねじナット４２の切欠部４３を有する外形に嵌合する内側形状を有する配置空間である。ボールねじナット４２の回転運動は、ナット配置空間８８によって拘束され、ボールねじ４０の回転運動は、スライドブロックサブアセンブリ１６の直進運動に変換される。

ガイドボディサブアセンブリ１４は、リニアアクチュエータ１０における筐体となる部分である。ガイドボディサブアセンブリ１４は、ガイドボディ５０、ガイドボディカバー５６、フロントカバー６０、フロントナット６２、センサカバー６４を含む。

ガイドボディ５０は、スライドブロックサブアセンブリ１６を軸方向移動可能に支持すスライドブロック案内空間５２と、モータ取付台２６の＋Ｘ方向端部を支持する取付台支持穴５４とを有し、Ｘ方向に沿って延びる開口が＋Ｚ側に設けられる上部開口付き横筒部材である。ガイドボディ５０のスライドブロック案内空間５２は、断面形状が矩形内形で、矩形内形の四隅には、それぞれ軸方向に延びる軸受溝１４０が設けられる。なお、以下では、矩形として正方形の例を述べるが、四隅を有する矩形であればよい。

ガイドボディカバー５６は、ガイドボディ５０の＋Ｚ側の開口に嵌め込まれる部材である。ガイドボディカバー５６には、Ｘ方向に沿って＋Ｘ端側と−Ｘ端側にそれぞれセンサ窓５８，５９が設けられる。このセンサ窓５８，５９は、ストロークセンサ１１０である直進軸がストローク範囲から外れないように監視するリミットセンサである位置センサ６８，６９を設けるための開口である。

フロントカバー６０は、ガイドボディ５０の＋Ｘ方向端部における開口を塞ぐ部材で、先端にフロントナット６２が取り付け可能なおねじ軸部が設けられる。また、軸方向に沿って、スライドブロックサブアセンブリ１６におけるストロークセンサ１１０を通す貫通穴６１が設けられる。フロントカバー６０は、ボルト等の適当な固定部材７２によってガイドボディ５０に固定される。フロントカバー６０がガイドボディの＋Ｘ方向端部に固定されることで、ガイドボディ５０におけるスライドブロック案内空間５２の＋Ｘ側の限界が定まる。

フロントナット６２は、フロントカバー６０の先端のおねじ軸部に取り付けられ、フロントカバー６０との間に、取付台等の適当な部材を固定できる。

センサカバー６４は、ガイドボディ５０の＋Ｚ側において、ガイドボディカバー５６を覆うように設けられ、下部側に窪みを有する蓋部材である。下部側の窪みには、センサ基板６６が配置され、センサ基板６６の下面には、ガイドボディカバー５６のセンサ窓５８，５９に対応する位置に、それぞれ位置センサ６８，６９が配置される。位置センサ６８，６９は磁気検出素子で、スライドブロック８０に設けられる位置識別部９２としてのセンサ磁石の磁気を検出することで、スライドブロック８０に一体のストロークセンサ１１０の軸方向の位置を検出する。位置センサ６８，６９の検出信号は、適当な信号線を介し、センサカバー６４に設けられる信号線穴７０に信号線を通して、モータサブアセンブリ１２の駆動制御回路２２に伝送される。上記では、位置センサ６８，６９を磁気検出素子とし、位置識別部９２をセンサ磁石とする磁気的位置検出方式を述べたが、これに代えて、光学的位置検出方式を用いてもよい。例えば、位置識別部９２を光学的反射面とし、位置センサ６８，６９を反射光検出センサとすることができる。

スライドブロックサブアセンブリ１６は、スライドブロック８０と、ストロークセンサ１１０とを含む。スライドブロック８０は、本体部８２、一方部８４、他方部８６の３つの部品から構成される。一方部８４は、ボルト等の適当な固定部材１００を用いて本体部８２に固定される。他方部８６は、ボルト等の適当な固定部材１０４を用いて本体部８２に固定される。このように、３つの部材が固定部材１００，１０４を用いて互いに固定されて一体化し、スライドブロック８０が形成される。

ストロークセンサ１１０は、スライドブロック８０の＋Ｘ側に一方端が固定されて、スライドブロック８０の軸方向移動と一体化して軸方向に移動する直進軸である。

図３は、スライドブロックサブアセンブリ１６を各要素に分解した拡大断面図である。図３（ａ）は、分解前の拡大断面図であり、（ｂ）は、ストロークセンサ１１０を示し、（ｃ）は、スライドブロック８０を示し、（ｄ）は、（ｃ）の分解図である。

ストロークセンサ１１０の−Ｘ側の一方端には、スライドブロック８０に組み込むときのストッパの役割をするフランジ１１２が設けられる。フランジ１１２よりもさらに−Ｘ側の一方端にはおねじ部１１４が設けられる。フランジ１１２よりも＋Ｘ側に設けられる工具溝１１６は、フランジ１１２をストッパとして、おねじ部１１４をスライドブロック８０に設けられるめねじ部９６にねじ込んで固定する際に用いるスパナ等の工具を嵌め込む溝である。＋Ｘ方向端である先端にはめねじ部１２０が設けられる。めねじ部１２０は、例えばリニアアクチュエータ１０をプローブ駆動装置として用いる場合等において、プローブ端子等を取り付けるために用いられる。一方端側から先端側に向かって軸方向に沿ってボールねじガイド穴１１８が設けられる。ボールねじガイド穴１１８の内径は、ボールねじ４０の外径よりも大きめに設定される。ボールねじガイド穴１１８の軸方向に沿った穴深さは、ストロークセンサ１１０のストローク範囲Ｓに基づいて設定される。

図３（ｃ）はスライドブロック８０の全体を示す断面図である。固定部材１００に対応して、一方部８４には貫通穴１０１が設けられ、本体部８２にめねじ部１０２が設けられる。同様に、固定部材１０４に対応して、他方部８６には貫通穴１０５が設けられ、本体部８２にめねじ部１０６が設けられる。

図３（ｄ）は、スライドブロック８０を分解し、本体部８２、一方部８４、他方部８６を分離した図である。本体部８２は、内部にナット配置空間８８を有する筒状部材である。その＋Ｚ側の上面には、位置識別部９２が取り付けられる。一方部８４は、本体部８２の＋Ｘ側に接続される部材で、＋Ｘ方向端に、ストロークセンサ１１０のフランジ１１２が突き当てられる環状窪み９４が設けられ、それよりも−Ｘ方向側にストロークセンサ１１０のおねじ部１１４に噛み合うめねじ部９６を有する。他方部８６は、本体部８２の−Ｘ側に接続される部材で、モータサブアセンブリ１２のボールねじ４０を通す貫通穴９０を有する。

スライドブロック８０の矩形外形の四隅にそれぞれ無限軌道溝１３０が設けられるが、スライドブロック８０がＸ方向に沿って３つの部品に分割されることによって、無限軌道溝１３０もＸ方向に沿って３つの部分に分割される。

本体部８２においては、矩形外形の断面形状における対角線方向に予め定めた軌道間隔で互いに軸方向に延びる２つの直進ボール案内部１３０Ｃを有する。一方部８４においては、本体部８２の２つの直進ボール案内部１３０Ｃについての＋Ｘ方向端の２つの開口を互いに滑らかに接続する半円環状ボール案内部１３０Ｆを有する。同様に、他方部８６においては、本体部８２の２つの直進ボール案内部１３０Ｃについての−Ｘ方向端の２つの開口を互いに滑らかに接続する半円環状ボール案内部１３０Ｒを有する。

以上で、リニアアクチュエータ１０の各要素の説明が終わったので、以下では、無限軌道溝１３０と軸受溝１４０について、詳細に説明する。図４は、軸受溝１４０が設けられるガイドボディ５０を示す拡大三面図である。（ａ）は、＋Ｘ方向から見た左側面図であり、（ｂ）は、＋Ｙ方向から見た正面図であり、（ｃ）は、−Ｘ方向から見た右側面図である。（ａ），（ｂ）には、図２（ｂ）では示されていない方向から見たセンサカバー６４、センサ基板６６、位置センサ６８，６９、位置識別部９２の配置関係を示す。これらについてさらなる説明は省略する。

ガイドボディ５０は、断面形状が正確な正方形の矩形外形に仕上げられ、上部にガイドボディカバー５６が嵌め込まれる開口を有し、内側にスライドブロック案内空間５２が設けられる上部開口付き筒部材である。スライドブロック案内空間５２は、断面形状が正確な正方形の矩形内形を基本として、矩形内形の四隅に軸方向に延びる軸受溝１４０が設けられる。

四隅の軸受溝１４０のそれぞれの配置関係を示すために、ＸＹＺの３方向に加えて、Ｚ₄₅方向と、Ｙ₄₅方向とを示す。Ｚ₄₅方向は、図４（ａ）に示す＋Ｘ方向から見た左側面図において、＋Ｚ方向から＋４５度傾斜する方向である。Ｙ₄₅方向はＺ₄₅方向に直交し、図４（ａ）に示す＋Ｘ方向から見た左側面図において、−Ｙ方向から＋４５度傾斜する方向である。スライドブロック案内空間５２の矩形内形の四隅にそれぞれ設けられる４つの軸受溝１４０を区別するときは、軸受溝１４２，１４３，１４４，１４５と呼ぶ。Ｚ₄₅方向に沿って互いに向い合う軸受溝１４２，１４３の間の間隔をＤ_Gとすると、Ｙ₄₅方向に沿って互いに向い合う軸受溝１４４，１４５の間の間隔もＤ_Gである。

Ｄ_Gは、真直度を含め、±２μｍ以下の精度で仕上げられる。この精度は、ガイドボディ５０におけるスライドブロック案内空間５２の軸方向に沿った長さであるＬ_G（図４（ｂ）参照）の全長に渡って確保される。スライドブロック案内空間５２の軸方向に沿った全長Ｌ_Gは、ストロークセンサ１１０のストローク範囲Ｓに、スライドブロック８０の外形の軸方向に沿った長さを加算した長さよりも大きめに設定される。一例を挙げると、Ｓを約２０ｍｍ、スライドブロック８０の外形の軸方向に沿った長さを約２０ｍｍとして、Ｌ_G≧（約２０ｍｍ＋約２０ｍｍ）＝約４０ｍｍである。加工長さが約４０ｍｍのＤ_Gの加工を油中ワイヤ放電加工で行うと、真直度は約１０μｍとなる。このことから、加工長さが約４０ｍｍのＤ_Gの加工は、油中ワイヤ放電加工でなく、特殊なラッピング加工で仕上げて所定の形状と寸法に成形した電着砥石を用いた精密研削を用いる。この特殊な加工法を用いることで、ガイドボディ５０におけるスライドブロック案内空間５２の各寸法を所定の精度に確保できる。

図５は、ガイドボディ５０のスライドブロック案内空間５２にスライドブロック８０を配置した図である。図５においても、ＸＹＺの３方向に加えて、図４で述べたＺ₄₅方向と、Ｙ₄₅方向とを用いる。

図５（ａ）〜（ｃ）は、図４（ａ）〜（ｃ）に対応する。図５（ａ）は、＋Ｘ方向から見た左側面図であるので、スライドブロック８０の一方部８４をガイドボディ５０に配置した図となり、図５（ｃ）は、−Ｘ方向から見た右側面図であるので、スライドブロック８０の他方部８６をガイドボディ５０に配置した図となる。図５（ｂ）は、＋Ｚ〜−Ｚ線に沿った断面図で、スライドブロック８０は、一方部８４、本体部８２、他方部８６が示される。図５（ｄ）は、＋Ｚ方向から見た上面図で、（ｅ）は、Ｚ₄₅方向から見た斜面図である。図５（ｆ）は、図５（ａ）に示すＦ−Ｆ線で切断したときの断面図である。Ｆ−Ｆ線は、Ｚ₄₅方向に平行な線である。

スライドブロック８０の矩形外形の四隅にそれぞれ設けられる４つの無限軌道溝１３０を区別するときは、無限軌道溝１３２，１３３，１３４，１３５と呼ぶ。図５（ａ）において、スライドブロック８０の一方部８４の矩形外形の四隅に無限軌道溝１３２，１３３，１３４，１３５が示される。無限軌道溝１３２，１３３，１３４，１３５は、それぞれ、図４で述べたガイドボディ５０における軸受溝１４２，１４３，１４４，１４５に向い合って配置される。Ｚ₄₅方向に沿って互いに向い合う無限軌道溝１３２，１３３のそれぞれの溝底間の間隔をＤ_Sとすると、Ｙ₄₅方向に沿って互いに向い合う無限軌道溝１３４，１３５のそれぞれの溝底間の間隔もＤ_Sである。

互いに向い合う軸受溝１４０と無限軌道溝１３０との間には、軸受用ボール１５０が配置される。軸受用ボール１５０の球径をｄ０とする（図８参照）と、（Ｄ_G−Ｄ_S）の設計上の寸法差は、正確に（２×ｄ０）である。Ｄ_Gと同様に、Ｄ_Sも真直度を含め±２μｍ以下の精度で仕上げられる。この精度は、ガイドボディ５０のスライドブロック案内空間５２を加工する際に用いたと同様な特殊なラッピング加工で仕上げて所定の形状と寸法に成形した電着砥石を用いる。

図５（ｆ）は、Ｚ₄₅方向に平行なＦ−Ｆ線で切断したときの断面図で、無限軌道溝１３２，１３３の平面図が示される。図５（ｆ）に示すように、無限軌道溝１３２，１３３の平面形状は、長円環状である。長円の周方向に沿った全長は、リニアアクチュエータ１０のストローク範囲Ｓよりも長く設定することがよい。無限軌道溝１３２，１３３は、これらに対応する軸受溝１４２，１４３と向い合うときは、外周側が閉鎖形状となった長円環状の無限軌道溝１３０となる。換言すれば、対応する軸受溝１４２，１４３と向い合わず、無限軌道溝１３２，１３３が単独の状態では、軸受溝１４２，１４３と向い合う外周側が閉鎖されずに部分的に開放された無限軌道溝１３０である。

閉鎖形状となった長円環状の無限軌道溝１３０の内部に複数の軸受用ボール１５０を配置することはそのままでは困難である。スライドブロック８０は３つの部材で構成されるので、長円環状の無限軌道溝１３０を３つに分割し、分割面で分離したところが開放される。その開放部分から軸受用ボール１５０を順次挿入できる。３つに分割するときに、中央分割部分である本体部８２には、２つの直線軌道溝ができるようにすることがよい。直線軌道溝の分離面には、軸受用ボール１５０が入る大きさの円形穴が現われるので、この円形穴から軸受用ボール１５０を挿入し、所定の数の軸受用ボール１５０を挿入した後に、分離を閉じて、閉鎖形状の長円環状の無限軌道溝１３０とできる。

図６に、図５（ｆ）におけるスライドブロック８０の無限軌道溝１３２，１３３の拡大図を示す。図６（ａ）は、図５（ｆ）の拡大図のままで、スライドブロック８０は、一方部８４、本体部８２、他方部８６が一体化された状態である。図６（ｂ）は、無限軌道溝１３２について、スライドブロック８０を、一方部８４、本体部８２、他方部８６の３つに分離した状態を示す図である。

図６（ｂ）に示すように、一方部８４と他方部８６にはそれぞれ、半円環状ボール案内部１３２Ｆ，１３２Ｒが設けられる。本体部８２には予め定めた軌道間隔Ｃで互いに軸方向に直線的に延びる２つの直進ボール案内部１５２，１５４を有する。直進ボール案内部１５２は対応する軸受溝１４２に向い合う部分が開放された半球状溝である。直進ボール案内部１５４は、本体部８２の内部に設けられる貫通穴である。無限軌道溝１３２を３つに分割するときに、一方部８４と他方部８６に分けられた部分が半円環状の閉鎖された穴であると、加工が難しい。半円環状の穴を内径側の半円溝と外径側の半円溝とに分け、内径側の半円溝を本体部８２に残せば、一方部８４と他方部８６に分けられた部分が半円溝となって加工しやすい。また、無限軌道溝１３２の内径側の溝底が連続した形で本体部８２に残って張り出すので、軸受用ボール１５０も転がりやすくなる。そこで、図６（ｂ）の例では、本体部８２に、張り出し部分の半径がＣ／２の張出半円溝１５３，１５５が設けられる。張出半円溝１５３は、一方端側張出部であり、張出半円溝１５５は、他方端側張出部である。本体部８２における２つの軸方向に延びる直進ボール案内部１５２，１５４と、２つの張出半円溝１５３，１５５とを合わせて、本体部８２における直進ボール案内部１３２Ｃと呼ぶ。

図７は、無限軌道溝１３２を＋Ｙ₄₅側から見た形状を説明する図である。図７（ａ）は、図６（ａ）における無限軌道溝１３２の部分を示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し、＋Ｚ₄₅側から見た形状を示す図である。図７（ｃ）は、スライドブロック８０を一方部８４、本体部８２、他方部８６に分離したときの直進ボール案内部１３２Ｃと半円環状ボール案内部１３２Ｆ，１３２ＲをＢ−Ｂ線に沿って切断し、＋Ｚ₄₅側から見た形状を示す図である。これらから分かるように、直進ボール案内部１３２Ｆと半円環状ボール案内部１３２Ｆ，１３２Ｒをその中心線で切断したときの形状は、図８で述べるサーキュラ溝の半径である（ｄ１／２）の半径の溝底を有する半円形溝である。この形状が張出半円溝１５３，１５５の厚さ方向に沿った形状となる。

張出半円溝１５３，１５５は、サーキュラ溝の半径である（ｄ１／２）の半径の溝底を有する半円形溝である。例えば、スライドブロック８０のＸ方向を水平方向でなく垂直方向として、この半円形溝を上方に向かわせと、軸受用ボール１５０の無限軌道溝１３０への配置が容易になる。その詳細については後述する。

図８は、スライドブロック８０を３つの要素に分離する他の例を示す図である。図８（ａ）は、図６（ａ）と同様の図であるが、本体部８２、一方部８４、他方部８６の３つの要素に分ける分け方が異なる。（ｂ）は、（ａ）における一方部８４と他方部８６を本体部８２から分離する図である。（ｃ），（ｄ）は、（ｂ）の一方部８４を異なる方向から見た図であり、（ｅ），（ｆ）は、（ｂ）の他方部８６を異なる方向から見た図である。

図８の例のスライドブロック８０において、本体部８２は、２つの直進ボール案内部１５２，１５４を有する本体部８２を含む。一方部８４は、一方端側の半円環状ボール案内部１５６を有するが、半円環状ボール案内部１５６は、軸受用ボール１５０の転動軌跡を含む面で上下に分割した２つの半円弧状ボール案内部１５６ａ，１５６ｂを組み合わせて一体化したものである。他方部８６は、他方端側の半円環状ボール案内部１５７を有するが、半円環状ボール案内部１５７は、軸受用ボール１５０の転動軌跡を含む面で上下に分割した２つの半円弧状ボール案内部１５７ａ，１５７ｂを組み合わせて一体化したものである。図８の例では、図６、図７に示す張出半円溝を有さない。

図９は、ガイドボディ５０の軸受溝１４０とスライドブロック８０の無限軌道溝１３０によって支持される軸受用ボール１５０の状態を示す図である。ここでは、図５（ａ）の無限軌道溝１３２を例として示す。軸受溝１４０と無限軌道溝１３２は、いずれもサーキュラ溝で、その半径（ｄ１／２）は、軸受用ボール１５０の半径（ｄ０／２）よりも大きい。１例を挙げると、軸受用ボール１５０の球径ｄ０を１ｍｍとして、（ｄ０／２）が０．５ｍｍであるので、サーキュラ溝の半径（ｄ１／２）は０．６ｍｍとできる。

サーキュラ溝は、１つの円弧形状で形成されるので、２つの部分円弧で形成されるゴシック溝に比べ、軸受用ボールの内径側接触径の円周長さと外径側接触径の円周長さの差に起因する差動すべり量を小さくできる。これによって、回転直進変換機構における摩擦係数を小さくでき、回転運動を直進運動に変換するエネルギ効率が向上される。

図１０は、スライドブロック８０における無限軌道溝１３０を斜視図で示す図である。ここでは、３つに分割された無限軌道溝１３０を示すため、スライドブロック８０を一方部８４、本体部８２、他方部８６の３つに分解した状態の斜視図を示す。本体部８２には、無限軌道溝１３２，１３３，１３４，１３５に対応して、張出半円溝を含む直進ボール案内部１３２Ｃ，１３３Ｃ，１３４Ｃ，１３５Ｃが示される。一方部８４及び他方部８６には、これらを受け入れる空間としての半円環状ボール案内部１３２Ｆ，１３３Ｆ，１３４Ｆ，１３５Ｆ，１３２Ｒ，１３３Ｒ，１３４Ｒ，１３５Ｒがそれぞれ示される。

上記構成のリニアアクチュエータ１０の製造方法について、図１１を用いてさらに詳細に説明する。図１１は、リニアアクチュエータ１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。

リニアアクチュエータ１０の組立の前に、リニアアクチュエータ１０を構成する各部品について所定の加工精度を確保する部品製作が行われる。特に高精度を要するのは、ガイドボディ５０の矩形内形の四隅のそれぞれにおいて軸方向に沿って延びる軸受溝１４０と、スライドブロック８０の矩形外形の四隅のそれぞれにおいて軸方向に沿って延びる無限軌道溝１３０のうちで軸受溝１４０に向かい合う部分の形状寸法である。これらについては、特殊なラッピング加工で仕上げて所定の形状と寸法に成形した電着砥石を用いる。

各部品の製作が整うと、モータサブアセンブリ１２の部分的な組立（Ｓ１０）とガイドボディサブアセンブリ１４の部分的な組立（Ｓ１２）を行う。Ｓ１０とＳ１２の順序は逆にしてもよい。モータサブアセンブリ１２の部分的な組立においては、ボールねじナット４２とボールねじ４０の組立体をモータ取付台２６のカップリング２８から分離した状態にしておく。ガイドボディサブアセンブリ１４の部分的な組立においては、フロントカバー６０をガイドボディ５０から分離した状態としておく。

次に、スライドブロック８０の本体部８２に他方部８６を組み付ける（Ｓ１４）。本体部８２と他方部８６との間の固定には、固定部材１０４を用いる。次に、本体部８２のナット配置空間８８にボールねじナット４２が入るように、ボールねじナット４２とボールねじ４０の組立体を組み込む（Ｓ１６）。そして、このボールねじ組込体を、ガイドボディサブアセンブリ１４のスライドブロック案内空間５２に組み込む（Ｓ１８）。

そして、ガイドボディサブアセンブリ１４についての組込体全体を、＋Ｘ方向を上方に向くようにする。その際に、ボールねじ組込体が−Ｘ方向に落下しないように適当な支持治具を用いる。その配置を図１２に示す。ここでは、ガイドボディサブアセンブリ１４についてのセンサカバー６４等の図示を省略した。これによって、本体部８２における直進ボール案内部１３０Ｃの穴がガイドボディ５０の−Ｘ方向端に現れる状態となり、軸受用ボール１５０の無限軌道溝１３０への挿入が容易となる。

次に、ガイドボディ５０のスライドブロック案内空間５２における四隅の軸受溝１４０と、スライドブロック８０の四隅の無限軌道溝１３０との間に、適切な球径の軸受用ボール１５０を配置することになる。適切な球径とは、軸受溝１４０と無限軌道溝１３０の間に配置された軸受用ボール１５０を配置したときの隙間ガタを所定範囲に収められる球径である。この処理は、Ｓ２０からＳ２４の手順を繰り返して行われる。

Ｓ１８で設定された状態において、軸受用ボール１５０を挿入する前に、適当なピンゲージを用いて、軸受溝１４０と無限軌道溝１３０との間の隙間に挿入する。四隅の隙間について、同じ軸径のピンゲージを用いると、広すぎる隙間にはそのピンゲージが挿入できるが、狭すぎる隙間にはそのピンゲージが挿入できない。そこで、四隅の隙間に同じピンゲージが挿入できるように、ガイドボディ５０に対するスライドブロック８０の配置関係を調整する。

四隅の隙間に同じピンゲージが挿入された状態になると、試し球径の軸受用ボール１５０をその隙間に配置する（Ｓ２０）。具体的には、四隅の隙間のうちの１つの隙間からピンゲージを抜き、代わりに試し球径の軸受用ボール１５０を挿入する。軸受用ボール１５０は、球径が０．５μｍ単位で揃ったものが市販品で入手可能である。試し球径は、｛［Ｄ_G−Ｄ_S］／２｝を目安に適当に決める。１つの隙間について試し球径の軸受用ボール１５０が挿入し終わると、別の１つのピンゲージを抜き、代わりに同じ試し球径の軸受用ボール１５０を挿入する。これを繰り返して、四隅の全ての隙間に同じ試し球径の軸受用ボール１５０を配置する。

そして、固定部材１０４を用いて、スライドブロック８０の一方部８４を本体部８２に仮止めする（Ｓ２２）。そこで、ガイドボディサブアセンブリ１４に対するスライドブロック８０のガタツキを隙間ガタとして、適当な計測器で計測し、隙間ガタが所定範囲内に収まっているか否かをチェックする（Ｓ２４）。所定範囲は、軸受溝１４０と無限軌道溝とが向い合うボール支持空間に対して予め定めた与圧が与えられるようにする。隙間ガタが大きすぎると与圧が全く与えられず、逆に隙間ガタがゼロでは与圧が十分与えられているが軸受用ボール１５０が転がらない。適切な与圧が与えられる隙間ガタは、リニアアクチュエータ１０の直進軸であるストロークセンサ１１０の直進精度の仕様に応じて設定される。例えば、リニアアクチュエータ１０のストローク範囲Ｓを約２０ｍｍとして、｛（±３μｍ）〜（±１μｍ）｝の範囲と設定される。場合によっては、ガイドボディサブアセンブリ１４に対するスライドブロック８０の摩擦力を計測して与圧の適切性の参考としてよい。

Ｓ２４の判定が否定されると、Ｓ２０に戻り、一方部８４の仮止めを外し、前に挿入された軸受用ボール１５０を全て取り除き、新しい試し球径の軸受用ボール１５０に入れ替える。入れ替えは、１つの隙間毎に行うことがよい。次いでＳ２２，Ｓ２４を実行する。これを繰り返し、Ｓ２４の判定が肯定になると、本体部８２に一方部８４を本組付する（Ｓ２６）。本体部８２に一方部８４を固定するには、固定部材１００を用いる。これにより、スライドブロック８０が一体化する。

スライドブロック８０の一体化が行われると、その組付体の全体のＸ方向を再び水平方向になるように置き直す。そして、ストロークセンサ１１０を組み付ける（Ｓ２８）。組付手順としては、ストロークセンサ１１０のフランジ１１２を一方部８４の環状窪み９４に突き当てながら、工具溝１１６を用いて、一方部８４のめねじ部９６にストロークセンサ１１０のおねじ部１１４を噛み合わせる。これによって、スライドブロックサブアセンブリ１６が一体化する。

ストロークセンサ１１０を一方部８４に組み付けると、フロントカバー６０を組み付ける（Ｓ３０）。これによってガイドボディサブアセンブリ１４が一体化する。そして、ガイドボディサブアセンブリ１４の−Ｘ側に突出すリードねじ４０の一方端をカップリング２８の他端側の取付リングに固定部材４６を用いて接続する。さらに、モータ本体２０のモータ出力軸をカップリング２８の一端側の取付リングに固定部材３４を用いて接続する。この接続作業は、モータ取付台２６の作業穴３２を用いてモータ取付台２６の外側から行う。このようにして、モータサブアセンブリ１２が一体化する。そして、モータ取付台２６をガイドボディサブアセンブリ１４のガイドボディ５０に固定部材４４を用いて固定する。このようにして、モータサブアセンブリ１２が組み付けられる（Ｓ３２）。こうしてリニアアクチュエータ１０が製造される。

１０ リニアアクチュエータ、１２ モータサブアセンブリ、１４ ガイドボディサブアセンブリ、１６ スライドブロックサブアセンブリ、２０ モータ本体、２２ 駆動制御回路、２４ 端子台、２６ モータ取付台、２８ カップリング、３０ モータ出力軸、３２ 作業穴、３４，４４，４６、７２，１００，１０４ 固定部材、４０ ボールねじ、４１ 循環路、４２ ボールねじナット、４３ 切欠部、５０ ガイドボディ、５２ スライドブロック案内空間、５４ 取付台支持穴、５６ ガイドボディカバー、５８，５９ センサ窓、６０ フロントカバー、６１，９０，１０１，１０５ 貫通穴、
６２ フロントナット、６４ センサカバー、６６ センサ基板、６８，６９ 位置センサ、７０ 信号線穴、８０ スライドブロック、８２ 本体部、８４ 一方部、８６ 他方部、８８ ナット配置空間、９２ 位置識別部、９６，１０２，１０６，１２０ めねじ部、１１０ ストロークセンサ、１１２ フランジ、１１４ おねじ部、１１６ 工具溝、１１８ ボールねじガイド穴、１３０，１３２，１３３，１３４，１３５ 無限軌道溝、１３０Ｃ，１３２Ｃ，１３３Ｃ，１３４Ｃ，１３５Ｃ，１５２，１５４ 直進ボール案内部、１３０Ｆ，１３０Ｒ，１３２Ｆ，１３３Ｆ，１３４Ｆ，１３５Ｆ，１３２Ｒ，１３３Ｒ，１３４Ｒ，１３５Ｒ，１５６，１５７ 半円環状ボール案内部、１４０，１４２，１４３，１４４，１４５ 軸受溝、１５０ 軸受用ボール、１５３，１５５ 張出半円溝、１５６ａ，１５６ｂ，１５７ａ，１５７ｂ 半円弧状ボール案内部。

Claims (2)

1. 筐体に取り付けられたモータ、及びモータ出力軸の回転運動を直進運動に変換する回転直進変換機構を備えるリニアアクチュエータの製造方法であって、
   モータの出力軸にボールねじを接続し、ボールねじにボールねじナットを噛み合わせ、
   ボールねじナットを回転止めして支持する断面形状が矩形外形のスライドブロックの矩形外形の四隅のそれぞれについて軸方向に沿って軸受用ボールのための無限軌道溝を形成し、
   スライドブロックを軸方向に案内するために断面形状が矩形内形であるスライドブロック案内空間を内部に有するガイドボディにおいて、スライドブロック案内空間の矩形内形の四隅のそれぞれについて軸方向に沿って軸受用ボールのための軸受溝を形成し、
   ガイドボディに設けられる軸受溝、及びスライドブロックに設けられる無限軌道溝が向い合うボール支持空間に試し球径を有する複数の軸受用ボールを配置し、ガイドボディに対するスライドブロックの隙間ガタを測定し、
   測定された隙間ガタが予め定めた所定範囲に入っていないときは試し球径を変更して改めて隙間ガタを測定し、これを繰り返して測定された隙間ガタが所定の範囲に入る軸受用ボールの球径を選択することを特徴とするリニアアクチュエータの製造方法。
2. 請求項１に記載のリニアアクチュエータの製造方法において、
   ラッピング仕上げにより所定の形状に形成した電着砥石を用いて、ガイドボディに設けられる軸受溝の形状、及びスライドブロックに設けられる無限軌道溝のうち軸受溝に向かい合う部分の形状を形成することを特徴とするリニアアクチュエータの製造方法。

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