JP7363125B2 - ねじ機構、直動装置、およびアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ねじ機構、直動装置、およびアクチュエータに関する。

従来、ねじ機構が組み込まれた直動装置や、そのような直動装置が用いられたアクチュエータが知られている。

例えば特許文献１には、回転運動を直線運動に変換するボールねじを利用することにより、電動モータ等の駆動源から入力された回転力を軸力（軸方向力）に変換して出力するボールねじ式直動型アクチュエータが記載されている。

特開２０１２－４２０５０号公報

アクチュエータや直動装置に組み込まれたねじ機構においては、ねじの摩耗防止や動作円滑を目的として、雄ねじと雌ねじの間などに、グリース等の固体状もしくは半固体状の潤滑剤が注入されることが多い。

しかしながら，ねじ機構が動作するたびに雄ねじ側と雌ねじ側とが摺動するので雄ねじと雌ねじの間などから徐々に潤滑剤が出て行き、最終的には潤滑剤が枯渇する虞がある。特に縦置きで使用されるようなアクチュエータに関しては重力の影響で潤滑剤が下へ落ちるので潤滑剤が枯渇しやすい。雄ねじと雌ねじとが摺動する部分での潤滑性能が低下すると直動装置やアクチュエータの性能に影響があるだけでは無く寿命自体も短くなる。また、潤滑性能の低下を防ぐためメンテナンスを増やすと費用が嵩む。
そこで、本発明は、潤滑剤の枯渇による潤滑性能の低下を防ぐことを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るねじ機構の一態様は、外周面に螺旋ねじが設けられた軸部と、上記軸部の螺旋ねじと直接または間接に係合した螺旋ねじが内周面に設けられたナット部と、上記軸部の螺旋ねじと嵌まり合って上記軸部を回転可能に受け、上記ナット部と隣り合って配備され、潤滑剤が染み出す素材からなる軸受部と、を備える。
このようなねじ機構によれば、潤滑剤の減少時には軸受部から潤滑剤が供給されるので、潤滑剤の枯渇による潤滑性能の低下を防ぐことができる。

上記ねじ機構において、上記軸受部が上記ナット部に接触して固定されていることが望ましい。軸受部は、ナット部との間に隙間があっても潤滑剤を供給することができるが、軸受部がナット部に接触して固定されていると、隙間がある場合に較べてナット部に近い位置で潤滑剤が供給されることになるので、ナット部と軸部との潤滑性の維持能力が高い。

また、上記ねじ機構において、上記軸受部は、上記軸部の螺旋ねじの２ピッチ以上に亘って延びていることも望ましく、あるいは、上記軸受部は、上記軸部がナット部から突出可能な最遠部よりも先まで延びていることも望ましい。軸受部がこのように長く延びていることで、潤滑剤の供給能力が向上するとともに、軸受部が潤滑剤の漏れを抑制するシール部材としても機能する。

このように長い軸受部は、内周面から外周面までの厚さを較べると、上記ナット部側の端部に対して、当該端部から上記軸部に沿って延びた延長部の方が薄いものでもよい。延長部が薄いと、他の部材との組立時などに干渉しにくく組立性に優れる。

上記ねじ機構は、上記ナット部と一体あるいは別体で、上記ナット部から上記軸部に沿って延び、中空の内部空間に上記軸部の先端と上記軸受部とを内包した中空部をさらに備え、上記軸受部は、上記ナット部から上記軸に沿って延びた方向で、上記中空部の内壁と上記軸受部の先端との距離が上記軸部の直径以下であってもよい。軸受部の先端が中空部の内壁近くまで延びていることで、中空部の内部空間に漏れた潤滑剤が軸受部に吸収されてナット部へと戻される。

また、上記ねじ機構において、上記軸受部は、外周側に、上記潤滑剤を溜める貯留室を有してもよい。軸受部が貯留室を有することで潤滑剤の供給可能期間が延び、より長く潤滑性を維持することができる。

上記課題を解決するために、本発明に係る直動装置は、上記ねじ機構を備え、上記軸部と上記ナット部との一方が回転駆動力を受け、上記一方に対する他方が、上記一方の回転に伴って上記一方に沿って直線移動する。このような直動装置によれば、潤滑剤の枯渇による潤滑性能の低下を防ぐことができる。

上記課題を解決するために、本発明に係るアクチュエータは、上記ねじ機構を備え、上記軸部と上記ナット部との一方が回転駆動力を受け、上記一方に対する他方が、上記一方の回転に伴って上記一方に沿って直線移動し、直線移動する上記他方に連結されて直線移動の方向に沿った軸力を出力する出力軸をさらに備える。このようなアクチュエータによれば、潤滑剤の枯渇による潤滑性能の低下を防ぐことができる。

本発明によれば、潤滑剤の枯渇による潤滑性能の低下が防がれる。

本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す断面図である。 本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す断面図である。 本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す断面図である。 本発明のアクチュエータの第４実施形態を示す断面図である。 本発明のアクチュエータの第５実施形態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す断面図である。図１には、アクチュエータの出力軸中心に沿う面で切断された断面の図が示されている。また、一部の要素については、理解の便宜上、断面ではなく外観が示されている。

本実施形態のアクチュエータ１は、回転運動を直線運動に変換するボールねじを利用することにより、電動モータ等の駆動源から入力された回転力を軸力（軸に沿う方向の力）に変換して出力するボールねじ式直動型アクチュエータである。

本実施形態のアクチュエータ１は、回転運動を直線運動に変換するボールねじ１０と、図示しない電動モータ等の駆動源から回転力を受けてボールねじ１０のねじ軸１１に伝達する伝達ギア２０と、ボールねじ１０のナット１３に連結され、ボールねじ１０により前記回転力から変換された軸力を出力する中空状の出力軸３０とを備えている。

また、アクチュエータ１は、ボールねじ１０及び出力軸３０を内包する略筒状のハウジング部材４０と、ボールねじ１０のねじ軸１１を回転自在に保持する玉軸受け５１と、玉軸受け５１をハウジング部材４０に対して固定する軸受ハウジング５０と、ナット１３に固定された含油軸受６０とをさらに備えている。伝達ギア２０はねじ軸１１に、ギア固定ナット２１で固定されている。
ボールねじ１０と出力軸３０とを併せたものが、本発明のねじ機構の一実施形態に相当すると共に、本発明の直動装置の一実施形態にも相当している。

ボールねじ１０のねじ軸１１が本発明にいう軸部の一例に相当し、ボールねじ１０のナット１３が本発明にいうナット部の一例に相当する。なお、本発明のねじ機構、直動装置、およびアクチュエータは、ボールを介して間接に係合するボールねじではなく、螺旋ねじ同士が直接に係合するボルトナットが用いられてもよい。また、出力軸３０が本発明にいう出力軸の一例に相当する。

ボールねじ１０は、螺旋状のねじ溝１１ａを外周面に有するねじ軸１１と、ねじ軸１１のねじ溝１１ａに対向する螺旋状のねじ溝１３ａを内周面に有するナット１３と、両ねじ溝１１ａ，１３ａにより形成される螺旋状のボール転動路内に転動自在に装填された複数のボール（図示せず）と、前記ボールを前記ボール転動路の終点から始点へ戻し循環させるボール循環路（図示せず）と、を備えている。即ち、ねじ軸１１とナット１３は前記ボールを介して間接的に係合されている。

ねじ軸１１の外周面とナット１３の内周面との間には、摩耗を防ぐと共にボールねじ１０の円滑な動作を保つため、例えばグリースなどといった潤滑剤が注入されている。潤滑剤は、ねじ軸１１の外周面とナット１３の内周面との間の全体に亘って膜状に広がっている。

前記ボールは、前記ボール転動路内を移動しつつねじ軸１１の回りを回って前記ボール転動路の終点に至り、そこで前記ボール転動路から掬い上げられて前記ボール循環路の一方の端部に入る。前記ボール循環路に入った前記ボールは前記ボール循環路内を通って前記ボール循環路の他方の端部に達し、そこから前記ボール転動路の始点に戻されるようになっている。

なお、ねじ軸１１、ナット１３、及び前記ボールの素材は特に限定されるものではなく、一般的な材料を使用可能であり、例えば鋼等の金属やセラミックがあげられる。また、ねじ溝１１ａ、１３ａの断面形状は、円弧状でもよいしゴシックアーク状でもよい。

ボールねじ１０は、前記ボールを介して間接的に係合されたナット１３とねじ軸１１とが相対的に回転運動させられると、前記ボールの転動を介してねじ軸１１とナット１３とが軸方向に相対的に直線移動する。そして、前記ボール転動路と前記ボール循環路により無端状のボール通路が形成されており、前記ボール転動路内を転動する前記ボールが無端状の前記ボール通路内を無限に循環するようになっているため、ねじ軸１１とナット１３とは継続的に直線移動することができる。ねじ軸１１の回転方向によって、ナット１３の直線移動方向が決定する。

ボールねじ１０と、ナット１３に連結されている出力軸３０とは、ハウジング部材４０の内部空間に内包されており、ボールねじ１０のねじ軸１１及び出力軸３０がハウジング部材４０と同軸に配されている。また、ナット１３は、出力軸３０の内部空間３０ａの軸方向一端部（図１では左端の開口部）に内包されており、ナット１３と出力軸３０は同軸かつ入れ子の配置となっている。

ナット１３は、２つの連結要素５３により、出力軸３０に連結されている。ナット１３が直線移動すると、その軸力が連結要素５３によって出力軸３０に伝達され、出力軸３０がナット３とともに直線移動するので、出力軸３０から軸力が出力される。出力軸３０は、本発明にいう中空部の一例に相当する。なお、図１の例では、出力軸３０とナット１３は連結要素５３によって連結される別部材であるが、本発明にいう中空部は、本発明にいうナット部と一体に形成されたものでもよい。

出力軸３０とハウジング部材４０との間には、連結要素５３を覆うように出力軸３０を周回したリング状の滑り軸受５５が設けられている。滑り軸受５５は、出力軸３０の外面に固定されていて出力軸３０をハウジング部材４０に対して支持している。滑り軸受５５はハウジング部材４０の内周面を滑って、出力軸３０と共にハウジング部材４０内を軸方向に移動する。

含油軸受６０は、ねじ軸１１のねじ溝１１ａと嵌合する凹凸構造を内周面に有し、ねじ軸１１の外周面と含油軸受６０の内周面は嵌まり合って直接に接触している。含油軸受６０はねじ軸１１を回転自在に受けている。含油軸受６０は例えば多孔質樹脂からなり、含油軸受６０には潤滑剤が浸透している。

含油軸受６０に浸透した潤滑剤は、含油軸受６０の温度が上昇した場合に含油軸受６０から染み出す。このため、例えばねじ軸１１周面の潤滑剤が減少して摩擦が増えた場合などに、その摩擦の熱によって含油軸受６０の温度が上がって潤滑剤が染み出し、ねじ軸１１周面に潤滑剤が供給されることになる。含油軸受６０による潤滑剤の供給によってねじ軸１１周面における潤滑剤の枯渇が抑制され、ねじ軸１１とナット１３との潤滑性が長期間に亘って維持される。その結果、アクチュエータ１における給脂などのメンテナンス間隔が延び、アクチュエータ１の寿命も延びる。

含油軸受６０は、ナット１３との間に隙間があってもよいが、ナット１３と接触して固定されていることが望ましい。ナット１３と接触していると、ナット１３の直近で潤滑性が供給されることになるので、ねじ軸１１とナット１３との潤滑性の維持能力が高い。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、含油軸受６０の構造が相違する点を除いて第１実施形態と同様の実施形態であるので、以下では相違点に着目した説明を行い重複説明は省略する。
図２は、本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す断面図である。

第２実施形態では含油軸受６０の長さが、ねじ軸１１のねじ溝１１ａの２ピッチ分よりも長い。このように長い含油軸受６０は、潤滑剤の供給能力と共に、ナット１３からの潤滑剤の漏れを抑制するシール能力も有する。このため、ねじ軸１１とナット１３との潤滑性はより長く維持されることになり、アクチュエータ１におけるメンテナンス間隔や寿命もさらに延びる。

また、第２実施形態の含油軸受６０は、ねじ軸１１に接した内周面から出力軸３０の内壁に対面した外周面までの厚さを比較した場合、ナット１３側の本体部６２における厚さより、本体部６２から軸方向に延びた延長部６１における厚さの方が薄くなっている。延長部６１が薄いことで、ボールねじ１０に出力軸３０を連結する場合などに、延長部６１が出力軸３０の開口部の縁になどに当たりにくく、組立性に優れている。
なお、本体部６２は、ねじ軸１１に沿う方向についてねじ溝１１ａの１ピッチ分以上の長さを有することが望ましい。本体部６２の長さが１ピッチ分以上であることにより、含油軸受６０全体を支える十分な強度が得られる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、ボールねじのストロークと含油軸受６０の構造が相違する点を除いて第２実施形態と同様の実施形態であるので、以下では相違点に着目した説明を行い重複説明は省略する。
図３は、本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す断面図である。

第３実施形態のアクチュエータ１は、第２実施形態に較べ、ボールねじ１０のねじ軸１１、出力軸３０、およびハウジング部材４０の長さが短い。このため、ボールねじ１０のストロークが短く、アクチュエータ１としての出力ストロークも短い。
また、第３実施形態では含油軸受６０の延長部６１が第２実施形態よりも長く延びており、ねじ軸１１が最も出力軸３０の内部空間３０ａに侵入した場合にねじ軸１１の先端が届く位置よりもさらに出力軸３０内部へと延長部６１が延びている。このため、含油軸受６０が常に出力軸３０の周面に接触し、潤滑剤が確実に供給される。

延長部６１が軸方向に突き出した先端（即ち図３の右方の先端）と、出力軸３０の内壁のうち軸方向に位置する部分との隙間ｄが狭くなっている。隙間ｄが狭いことにより、含油軸受６０は、出力軸３０の内部空間３０ａに漏れた潤滑剤と接触して潤滑剤を吸収することができる。含油軸受６０によって吸収された潤滑剤は、ねじ軸１１の周面に供給されてねじ軸１１とナット１３との潤滑性維持に寄与する。このような吸収の作用が生じるためには、隙間ｄはなるべく狭いことが望ましいが、ねじ軸１１の直径以下であることが隙間ｄの狭さの目安となる。

ねじ軸１１の直径が大きいと、ねじ軸１１の周面の面積が大きいのでねじ軸１１とナット１３との間に注入される潤滑剤が多い。このため、出力軸３０の内部空間３０ａに漏れる潤滑剤も多いので、隙間ｄが大きめでも含油軸受６０は潤滑剤を吸収することができる。一方、ねじ軸１１の直径が小さいと、ねじ軸１１の周面の面積が小さいのでねじ軸１１とナット１３との間に注入される潤滑剤が少ない。このため、出力軸３０の内部空間３０ａに漏れる潤滑剤も少ないので、隙間ｄが十分に狭くないと含油軸受６０は潤滑剤を吸収することができない。

含油軸受６０と出力軸３０の内壁との隙間ｄが狭い構造は、出力ストロークの短いアクチュエータ１に特に適している。アクチュエータ１の出力ストロークが長いと、含油軸受６０の延長部６１の長さも長くなり、含油軸受６０とねじ軸１１との抵抗力が大きくなるからである。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は、含油軸受６０の構造が相違する点を除いて第１実施形態と同様の実施形態であるので、以下では相違点に着目した説明を行い重複説明は省略する。
図４は、本発明のアクチュエータの第４実施形態を示す断面図である。

第４実施形態では含油軸受６０の外周面側に、潤滑剤が溜められる貯留室６３が設けられている。この貯留室６３は、ねじ軸１１を一回り周回しており、貯留室６３には潤滑剤が予め溜められている。

貯留室６３に溜められた潤滑剤は、含油軸受６０から潤滑剤がねじ軸１１周面に供給されて含油軸受６０の潤滑剤が減った場合に含油軸受６０へと吸収される。このため、貯留室６３が設けられていることで含油軸受６０による潤滑剤の供給可能期間が延び、ねじ軸１１とナット１３との潤滑性はより長く維持されることになり、アクチュエータ１におけるメンテナンス間隔や寿命もさらに延びる。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態は、追加の含油軸受を有する点を除いて第１実施形態と同様の実施形態であるので、以下では相違点に着目した説明を行い重複説明は省略する。
図５は、本発明のアクチュエータの第５実施形態を示す断面図である。

第５実施形態では、ナット１３に固定された含油軸受６０に対し、軸方向に離れた箇所に追加の含油軸受６４が設けられている。追加の含油軸受６４は出力軸３０の内壁に固定されていて、含油軸受６０、６４同士の距離は一定である。追加の含油軸受６４が設けられていることで、ねじ軸１１周面に対する潤滑剤の供給能力が増している。また、追加の含油軸受６４は、ナット１３側から漏れた潤滑剤を塞き止めてナット１３側の含油軸受６０との間に溜める役目を果たす。この結果、潤滑剤が各含油軸受６０、６４によって吸収されてねじ軸１１周面に戻されることになる。

なお、上記各実施形態の説明では、直動装置に組み込まれたねじ機構、およびアクチュエータに適用された直動装置が例示されているが、本発明のねじ機構は、直動装置以外の装置に組み込まれてもよく、本発明の直動装置は、アクチュエータ以外の装置に適用されてもよい。
また、上記各実施形態の説明では、直動装置およびアクチュエータの一例として、ねじ軸が回転してナットが直線移動するものが示されているが、本発明の直動装置および本発明のアクチュエータは、ナットが回転してねじ軸が直線移動するものであってもよい。

１…アクチュエータ、１０…ボールねじ、２０…伝達ギア、３０…出力軸、３１…貫通穴、４０…ハウジング部材、１１…ねじ軸、１３…ナット、６０，６４…含油軸受、６１…延長部、６２…本体部、６３…貯留室

Claims (8)

1. 外周面に螺旋ねじが設けられた軸部と、
   前記軸部の螺旋ねじと直接または間接に係合した螺旋ねじが内周面に設けられたナット部と、
   前記軸部の螺旋ねじと嵌まり合って前記軸部を回転可能に受け、前記ナット部と隣り合って配備され、潤滑剤が染み出す素材からなる軸受部と、を備え、
   前記軸受部は、前記軸部が前記ナット部から突出可能な最遠部よりも先まで延びていることを特徴とするねじ機構。
2. 前記軸受部が前記ナット部に接触して固定されていることを特徴とする請求項１に記載のねじ機構。
3. 前記軸受部が、前記軸部の螺旋ねじの２ピッチ以上に亘って延びていることを特徴とする請求項１または２に記載のねじ機構。
4. 前記軸受部は、内周面から外周面までの厚さを較べると、前記ナット部側の端部に対して、当該端部から前記軸部に沿って延びた延長部の方が薄いことを特徴とする請求項１に記載のねじ機構。
5. 前記ナット部と一体あるいは別体で、前記ナット部から前記軸部に沿って延び、中空の内部空間に前記軸部の先端と前記軸受部とを内包した中空部をさらに備え、
   前記軸受部は、前記ナット部から前記軸に沿って延びた方向で、前記中空部の内壁と前記軸受部の先端との距離が前記軸部の直径以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のねじ機構。
6. 前記軸受部は、外周側に、前記潤滑剤を溜める貯留室を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のねじ機構。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のねじ機構を備え、
   前記軸部と前記ナット部との一方が回転駆動力を受け、前記一方に対する他方が、前記一方の回転に伴って前記一方に沿って直線移動することを特徴とする直動装置。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載のねじ機構を備え、
   前記軸部と前記ナット部との一方が回転駆動力を受け、前記一方に対する他方が、前記一方の回転に伴って前記一方に沿って直線移動し、
   直線移動する前記他方に連結されて直線移動の方向に沿った軸力を出力する出力軸をさらに備えたことを特徴とするアクチュエータ。

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