JP6716507B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置に関する。

モータの回転駆動を直線運動に変換し、対象物を直線的に移動させる駆動装置は、種々の直動機構が採用されている。モータで駆動する平歯車と噛合するラックを用いることで回転運動を直線運動に変換する直動機構は、機構が簡単でありラックの歯列の長さに制限がないことから、直動装置に採用されるケースが多い。
このようなラックを用いた直動機構を採用する駆動装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、ラックの軸方向に延びるように設けられたラックの歯列とモータにより駆動するギヤとの位置関係を規制するローラと、ラックを支持する複数の軸受が設けられた直線動作装置が提案されている。

特開２０００−３０４１１８号公報

このような駆動装置は、ラックの移動を規制する部材が複数必要であるために、装置構成が複雑になり、ラックと当接する部品も多くなってしまう。
本発明の目的は、安定したラックの移動を確保し、ラックの移動を規制するためにラックと当接する部材数が低減された駆動装置を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明の駆動装置は、基体と、駆動部と、前記駆動部の駆動力により駆動する回転ギヤと、前記回転ギヤと噛合する歯列を有する第一ラック及び第二ラックと、前記第一ラックと前記第二ラックとを接続する接続部材と、を有するラック組立体と、前記基体に接続して前記ラック組立体を支持する支持部材と、を備えた駆動装置であって、前記ラック組立体は、前記駆動部の駆動により前記基体に対して相対移動し、前記支持部材は、前記ラック組立体と当接して前記ラック組立体が前記回転ギヤから離間する離間方向への移動を抑制する第一抑制部と、前記ラック組立体と当接して前記回転ギヤの回転によって前記ラック組立体が移動する方向と前記離間方向とに垂直な方向への移動を抑制する第二抑制部とを有し、前記ラック組立体は、前記支持部材の前記第一抑制部と当接し前記ラック組立体の移動方向に延びる第一被抑制部と、前記支持部材の前記第二抑制部と当接し前記ラック組立体の移動方向に延びる第二被抑制部とを有し、前記第二被抑制部は前記ラック組立体の内側に設けられ、前記支持部材が前記ラック組立体をその内側から支持することを特徴とする。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、本発明の駆動装置によれば、安定したラックの移動を確保しつつ、ラックの移動を規制するためにラックと当接する部材数を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る駆動装置の全体的な構成の一部を拡大した部分拡大図である。 回転ギヤ、ラック組立体、及び支持部材の位置関係を示した説明図である。 （ａ）は図２中における矢印Ｘの方向から見た一部断面図であり、（ｂ）は図２中における矢印Ｙの方向から見た断面図であり、（ｃ）は図２中における矢印Ｚの方向から見た断面図である。

次に、本発明の一実施形態に係る駆動装置１の構成について、図１乃至図３を用いて説明する。
なお、以下の説明に関しては便宜上、図１及び図２中に示した矢印の方向によって、駆動装置１の前後方向、及び左右方向を規定して記述する。また、図３中に示した矢印の方向によって、駆動装置１の上下方向、及び左右方向を規定して記述する。

本実施形態における駆動装置１は、駆動部３（図１を参照）より伝達される駆動力（回転駆動）を直線運動に変換し、装置外部に設けられた対象物を直線的に移動させるための装置である。
駆動装置１は、図１に示すように、主に基体２、駆動部３、回転ギヤ４、ラック組立体５、及び支持部材６（図２を参照）などにより構成される。

基体２は、駆動装置１の基部として設けられるものである。
基体２は平面部２ａを有し、例えば本実施形態においては、当該平面部２ａを上方に向けた状態にて配置される。

そして、基体２の平面部２ａ上において、後述する回転ギヤ４、ラック組立体５、及び支持部材６などが、各々配置される。

次に、駆動部３について説明する。
駆動部３は、駆動装置１の駆動源として設けられるものである。
駆動部３は、例えば減速機付きの駆動モータ３１などにより構成され、平面部２ａ側（上側）に向かって出力軸３１ａを基体２に貫通させた状態にて、当該基体２の裏面（平面部２ａ側と反対側の下面）に取付けられる。

なお、駆動部３の構成については、本実施形態に限定されるものではない。
即ち、例えば駆動モータと減速機とを各々別個に設け、当該減速機を、基体２の平面部２ａ側に出力軸が貫通した状態にて当該基体２に取付け、且つ前記駆動モータを、減速機より離間した位置に配置して、これらの駆動モータと減速機とを複数のギヤで連結する構成としてもよい。

次に、回転ギヤ４について説明する。
回転ギヤ４は、駆動部３の駆動力を後述するラック組立体５に伝達するためのものである。
回転ギヤ４は、基体２の平面部２ａより上側に向かって突出された出力軸３１ａに、当該出力軸３１ａと同軸上に挿入させた状態にて取付けられる。

そして、回転ギヤ４は、出力軸３１ａを介して、駆動部３の駆動力により軸心を中心として回転駆動される。

次に、ラック組立体５について説明する。
ラック組立体５は、回転ギヤ４を介して伝達される駆動部３の駆動力（回転駆動）を、直線運動に変換するためのものである。
ラック組立体５は、例えば図３に示すように、第一ラック５１、第二ラック５２、及びこれらの第一ラック５１と第二ラック５２とを接続するための接続部材５３（図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照）などにより構成される。

第一ラック５１は、例えば図２に示すように、一方向に延びる矩形状の板状部材からなり、幅方向（第一ラック５１の長手方向及び厚み方向との直交方向）の一端部において、前記第一ラック５１が延びる方向（第一ラック５１の長手方向）に向かって一列に配置された複数の歯形からなる歯列５１ａを有する。
また、第一ラック５１は、平面部中央において、歯列５１ａが伸びる方向、即ち歯列５１ａを構成する複数の歯形の配置方向と平行に延びる、長円形状の溝部からなるガイド部５１ｂを有する。ガイド部５１ｂは、本実施形態においては、後述するように、支持部材６の端部を溝部に貫通させた状態にて、第一ラック５１を当該支持部材６によって支持するために、溝部の底面を切欠いた貫通孔にて構成される。
さらに、第一ラック５１は、当該第一ラック５１の長手方向の両端部において、複数（本実施形態においては、３個）の貫通孔５１ｃ・５１ｃ・５１ｃを有する。

一方、第二ラック５２は、第一ラック５１と略同等な形状からなるとともに、当該第二ラック５２の長手方向の両端部に設けられる複数の貫通孔５２ｃ・５２ｃ・５２ｃの形状について、第一ラック５１の貫通孔５１ｃ・５１ｃ・５１ｃと相違する。
なお、以下の説明においては、第二ラック５２の形状における、第一ラック５１と同等な個所についての説明は省略する。

即ち、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、第一ラック５１及び第二ラック５２を互いに対向させて配置した状態において、第二ラック５２の各貫通孔５２ｃは、第一ラック５１の各貫通孔５１ｃと同軸上の雌螺子孔として形成される。

そして、このような構成からなる第一ラック５１及び第二ラック５２は、例えば図３（ａ）に示すように、回転ギヤ４の一方側（本実施形態においては、左側）において、各々の歯列５１ａ及び歯列５２ａを回転ギヤ４側（本実施形態においては、右側）に向けつつ、出力軸３１ａの軸方向（本実施形態においては、上下方向）に互いに離間して対向した状態にて配置され、各々の歯列５１ａ及び歯列５２ａを介して、回転ギヤ４と噛合される。

接続部材５３は、第一接続部材５３ａ及び第二接続部材５３ｂにより構成される。
第一接続部材５３ａは、例えば図３（ｂ）に示すように、貫通孔５３ａ１を有する円筒形状の部材により構成される。
また、第二接続部材５３ｂは、例えば図３（ｃ）に示すように、第一接続部材５３ａの軸方向の長さと同等の厚みを有するとともに、平面部中央において長円形状の貫通孔５３ｂ１を有する矩形状の板状部材により構成される。

そして、図２に示すように、第一接続部材５３ａ及び第二接続部材５３ｂは、第一ラック５１及び第二ラック５２の間隙において、これらの第一ラック５１及び第二ラック５２の長手方向の一端部（本実施形態においては、前端部）及び他端部（本実施形態においては、後端部）に各々配置される。
具体的には、第一接続部材５３ａは、第一ラック５１及び第二ラック５２の長手方向の一端部（前端部）に各々設けられた貫通孔５１ｃ及び貫通孔５２ｃと同軸上に配置される。
また、第二接続部材５３ｂは、第一ラック５１及び第二ラック５２の長手方向の他端部（後端部）に各々設けられた複数組（本実施形態においては、２組）の貫通孔５１ｃ・５１ｃ及び貫通孔５２ｃ・５２ｃが、第一ラック５１及び第二ラック５２の対向方向（上下方向）から見て長円形状の貫通孔５３ｂ１と重なるようにして配置される。

このような状態において、第一ラック５１及び第二ラック５２は、それぞれの貫通孔５１ｃ・５２ｃを介して、締結部材５４を用いて締結される。
これにより、第一ラック５１及び第二ラック５２は、第一接続部材５３ａの軸方向の長さ、または第二接続部材５３ｂの厚みに相当する間隙を確保した状態にて、接続部材５３を介して接続される。

ところで、第二接続部材５３ｂの長手方向の一端部（本実施形態においては、後端部）には、第一接続部材５３ａ側との反対方向（本実施形態においては、後方向）に向かって延びる延長部材５５が設けられている。
そして、延長部材５５は、第二接続部材５３ｂ側と反対側の端部（本実施形態においては、後端部）において図示せぬケーブルと繋がれており、当該ケーブルを介して駆動装置１の外部に設けられた対象物と連結されている。

以上のような構成からなるラック組立体５は、第一ラック５１の歯列５１ａ、及び第二ラック５２の歯列５２ａが各々延びる方向を、出力軸３１ａの軸方向との直交方向（本実施形態においては、前後方向）となるようにして配置される。
これにより、ラック組立体５は、回転ギヤ４を介して伝達される駆動部３の駆動力（回転駆動）によって、基体２に対して前記直交方向に相対移動することとなる。

次に、支持部材６について説明する。
支持部材６は、基体２よりラック組立体５を支持するためのものである。
支持部材６は、例えば図３（ａ）に示すように、中空形状の円筒部材からなり、軸方向の両側に位置する第一支持部６ａ・６ａ、及び軸方向の中央側、且つ当該第一支持部６ａと同軸に位置し、当該軸を中心として前記第一支持部６ａに比べて半径が大きな第二支持部６ｂにより構成される。
支持部材６は、ラック組立体５が回転ギヤ４の回転によって移動する方向の移動を許容し、その方向に垂直な方向へのラック組立体５の移動を抑制する。ここで、第一支持部６ａは、ラック組立体５と当接してラック組立体５が回転ギヤ４から離間する離間方向への移動を抑制する第一抑制部として機能する。また、第二支持部６ｂは、ラック組立体５と当接して回転ギヤ４の回転によってラック組立体５が移動する方向と離間方向とに垂直な方向への移動を抑制する第二抑制部として機能する。

ここで、第一支持部６ａの断面形状の直径（図３（ａ）中における寸法Ｄ）は、第一ラック５１のガイド部５１ｂにおける幅寸法（図３（ａ）中における寸法Ｘ１）、及び第二ラック５２のガイド部５２ｂにおける幅寸法（図３（ａ）中における寸法Ｘ２）に比べて、小さく設定されている（Ｄ＜Ｘ１、及びＤ＜Ｘ２）。
また、第二支持部６ｂの軸方向の長さ（図３（ａ）中における寸法Ｌ）は、第一ラック５１及び第二ラック５２の間隙寸法（図３（ａ）中における寸法Ｙ）に比べて、略同等に設定されている（Ｌ＝Ｙ）。

そして、支持部材６は、回転ギヤ４の一方側（本実施形態においては、左側）において、当該支持部材６の軸心が出力軸３１ａの軸心と平行になるようにして、基体２の平面部２ａ上に接続される。
具体的には、支持部材６は、回転ギヤ４の一方側（左側）において、基体２の平面部２ａより上側に向かって突出された主軸６１に、当該主軸６１と同軸上に挿入させた状態にて、軸心を中心にして回転可能に取付けられる。
つまり、支持部材６は、主軸６１と支持部材６によって構成される支持体において、主軸６１の軸心を中心にして回転可能な転動体として設けられる。支持部材６は、主軸６１の所定の位置において軸周り方向に回転可能に設けられている。支持部材６は、基体２に対して所定の位置に位置する。

ラック組立体５は、第一ラック５１及び第二ラック５２の間隙に第二支持部６ｂが位置し、且つこれらの第一ラック５１及び第二ラック５２のガイド部５１ｂ・５２ｂに第一支持部６ａ・６ａが各々貫通された状態にて支持される。
そして、回転ギヤ４を介して駆動部３の駆動力（回転駆動）が伝達されると、ラック組立体５は、軸心を中心にして回転しながら各々のガイド部５１ｂ・５２ｂの内周面と当接する支持部材６によって、移動方向（前後方向）を規制される。

本実施形態においては、これらの第一支持部６ａ・６ａの外周面における回転ギヤ４側（本実施形態においては、右側）の一部は、第一ラック５１及び第二ラック５２のガイド部５１ｂ・５２ｂの内周面と各々当接される。
これにより、各第一支持部６ａの外周面における前記一部は、ラック組立体５が回転ギヤ４から離間する離間方向（本実施形態においては左方向）へ移動する際にラック組立体５と当接する。

また、第二支持部６ｂの軸方向（本実施形態においては上下方向）の両端面は、第一ラック５１の第二ラック５２側（本実施形態においては下側）の平面におけるガイド部５１ｂの周縁部、及び第二ラック５２の第一ラック５１側（本実施形態においては上側）の平面におけるガイド部５２ｂの周縁部と各々当接される。
これにより、第二支持部６ｂの軸方向の両端面は、回転ギヤ４の回転によってラック組立体５が移動する方向（本実施形態においては前後方向）と前記離間方向（左方向）とに垂直な方向（本実施形態においては上下方向）へ移動する際にラック組立体５と当接する。

一方、ラック組立体５において、第一ラック５１及び第二ラック５２のガイド部５１ｂ・５２ｂの内周面における回転ギヤ４側（右側）の一部（図２において、斜線で示された領域）は、支持部材６の第一支持部６ａ・６ａと各々当接され、ラック組立体５の移動方向（前後方向）に延びる第一被抑制部５１ｂ１・５２ｂ１として機能する。

また、ラック組立体５において、第一ラック５１の第二ラック５２側（下側）の平面におけるガイド部５１ｂの周縁部、及び第二ラック５２の第一ラック５１側（上側）の平面におけるガイド部５２ｂの周縁部は、支持部材６の第二支持部６ｂにおける軸方向（上下方向）の両端面と各々当接され、ラック組立体５の移動方向（前後方向）に延びる第二被抑制部５１ｂ２・５２ｂ２として機能する。

このように、本実施形態における駆動装置１においては、各々のガイド部５１ｂ・５２ｂの周縁部に設けられる第二被抑制部５１ｂ２・５２ｂ２が、ラック組立体５の内側、即ち第一ラック５１の第二ラック５２側（下側）、及び第二ラック５２の第一ラック５１側（上側）に設けられ、当該ラック組立体５は、支持部材６によって、その内側より支持される構成となっている。

このような構成を有することにより、例えば従来のように、ラックとギヤとの位置関係を規制するローラや、ラックを支持する複数の軸受等を個別に設けることもなく、支持部材６のみによって、ラック組立体５と回転ギヤ４との位置関係を規制しつつ、ラック組立体５を支持することができる。
よって、本実施形態における駆動装置１によれば、安定したラック組立体５の移動を確保しつつ、ラック組立体５の移動を規制するためにラック組立体５と当接する部材数を低減することができる。

また、本実施形態における駆動装置１においては、転動体である支持部材６が、長円形状の溝部からなるガイド部５１ｂ・５２ｂに各々嵌って、ラック組立体５のラック組立体５が移動する方向（前後方向）に垂直な方向（上下方向）への移動を抑制する構成となっている。

このように、本実施形態における駆動装置１においては、第一ラック５１及び第二ラック５２における支持部材６が当接される箇所について、複雑な形状とすることなく加工容易な溝部を形成することとしており、製作コストの低減を図ることができる。
また、第一ラック５１及び第二ラック５２が複雑な形状を有しないことから、駆動装置１全体としての小型化を図ることができる。
さらに、第一ラック５１及び第二ラック５２において、支持部材６が嵌合されるための部位を別途設ける必要もなく、部品点数の低減化を図ることができる。

なお、本実施形態においては、軸心を中心にして回転可能に支持部材６を設けることとしているが、これに限定されることはなく、基体２より回転不能に支持部材６を固定することとしてもよい。

但し、本実施形態に示すように、支持部材６を転動体として構成し、転動体である支持部材６に第一ラック５１と第二ラック５２とが当接するように設けることとすることで、支持部材６とラック組立体５（より具体的には、第一ラック５１及び第二ラック５２）との間の摩擦抵抗が低減され、駆動装置１における作動効率の向上を図ることができる。

以上に示した駆動装置１の構成は、本発明の好適な実施形態の一例ではあるが、その範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な変形実施が可能である。

例えば、ラック組立体５において、ラックの枚数は２枚（即ち、第一ラック５１及び第二ラック５２）に限定されるものではなく、３枚以上のラックを設けてもよい。複数のラックの間に第二抑制部（第二支持部６ｂ）を介在させることができてればよく、ラック組立体５を、ラック以外の部材がラック間に含まれて、第二抑制部（第二支持部６ｂ）と当接しながら摺動または転動するように構成してもよい。第一被抑制部５１ｂ１・５２ｂ１と第二被抑制部５１ｂ２・５２ｂ２は、必ずしもラックに設けられていなくてもよい。

また、ラック組立体５において、第一ラック５１及び第二ラック５２には、ガイド部５１ｂ・５２ｂに替わって、断面視半円形状の溝部を、歯列５１ａ・５２ａが延びる方向と平行に各々設ける一方、基体２には、支持部材６に替わって、球体形状の部材からなる支持部材を設け、前記溝部に球体形状の支持部材が当接されることにより、ラック組立体５が支持される構成としてもよい。

また、ラック組立体５において、第一ラック５１には、ガイド部５１ｂに替わって内側（即ち、第二ラック５２側）に突出する円柱形状の突出部を設け、且つ第二ラック５２には、ガイド部５２ｂに替わって内側（即ち、第一ラック５１側）に突出する円柱形状の突出部を設ける一方、基体２には、支持部材６に替わって、断面視「Ｉ」形状のレール部材を、これら第一ラック５１及び第二ラック５２の歯列５１ａ・５２ａが延びる方向と平行に設け、前記レール部材の幅方向両側に位置する凹部に前記突出部の外周面が当接されることにより、ラック組立体５が支持される構成としてもよい。ラック組立体５は、ラック組立体５が回転ギヤ４の回転によって移動する方向と垂直な方向に面する当接面を有し、その当接面に対して支持部材６の第一抑制部（第一支持部６ａ）と第二抑制部（第二支持部６ｂ）とが当接して摺動または転動する構成とすることで、回転ギヤ４の回転によって所定の方向に移動する構成とすることができる。

さらに、ラック組立体５において、第一ラック５１には、ガイド部５１ｂに替わって内側（即ち、第二ラック５２側）に突出しつつ、歯列５１ａが延びる方向と平行に延びる突出部を設け、且つ第二ラック５２には、ガイド部５２ｂに替わって内側（即ち、第一ラック５１側）に突出しつつ、歯列５２ａが延びる方向と平行に延びる突出部を設ける一方、基体２には、支持部材６に替わって、軸方向の中央の断面形状の直径が、軸方向の両端部の断面形状の直径と比べて小さく設定された支持部材を設け、当該支持部材の軸方向の中央に前記突出部が当接されることにより、ラック組立体５が支持される構成としてもよい。

１ 駆動装置
２ 基体
２ａ 平面部
３ 駆動部
４ 回転ギヤ
５ ラック組立体
６ 支持部材
６ａ 第一支持部
６ｂ 第二支持部
３１ 駆動モータ
３１ａ 出力軸
５１ 第一ラック
５１ａ 歯列
５１ｂ ガイド部
５１ｂ１ 第一被抑制部
５１ｂ２ 第二被抑制部
５１ｃ 貫通孔
５２ 第二ラック
５２ａ 歯列
５２ｂ ガイド部
５２ｂ１ 第一被抑制部
５２ｂ２ 第二被抑制部
５２ｃ 貫通孔
５３ 接続部材
５３ａ 第一接続部材
５３ａ１ 貫通孔
５３ｂ 第二接続部材
５３ｂ１ 貫通孔
５４ 締結部材
５５ 延長部材
６１ 主軸

Claims (3)

1. 基体と、
   駆動部と、
   前記駆動部の駆動力により駆動する回転ギヤと、
   前記回転ギヤと噛合する歯列を有する第一ラック及び第二ラックと、前記第一ラックと前記第二ラックとを接続する接続部材と、を有するラック組立体と、
   前記基体に接続して前記ラック組立体を支持する支持部材と、
   を備えた駆動装置であって、
   前記ラック組立体は、前記駆動部の駆動により前記基体に対して相対移動し、
   前記支持部材は、
   前記ラック組立体と当接して前記ラック組立体が前記回転ギヤから離間する離間方向への移動を抑制する第一抑制部と、前記ラック組立体と当接して前記回転ギヤの回転によって前記ラック組立体が移動する方向と前記離間方向とに垂直な方向への移動を抑制する第二抑制部とを有し、
   前記ラック組立体は、
   前記支持部材の前記第一抑制部と当接し前記ラック組立体の移動方向に延びる第一被抑制部と、前記支持部材の前記第二抑制部と当接し前記ラック組立体の移動方向に延びる第二被抑制部とを有し、
   前記第二被抑制部は前記ラック組立体の内側に設けられ、前記支持部材が前記ラック組立体をその内側から支持する駆動装置。
2. 前記支持部材は、転動体であり、
   前記転動体に前記第一ラックと前記第二ラックとが当接するように設けられた、
   請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記第一ラック及び前記第二ラックに、前記歯列が伸びる方向と平行に延びる溝部が設けられ、
   前記転動体は、前記溝部に嵌って前記ラック組立体の前記ラック組立体が移動する方向とに垂直な方向への移動を抑制する、
   請求項１または請求項２に記載の駆動装置。

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