JP7439646B2 - linear motion device - Google Patents
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Description
本発明は、直動装置に関する。 The present invention relates to a linear motion device.
例えば、下記特許文献1には、直線運動及び回転運動の一方の運動を他方の運動に変換する直動装置が記載されている。この例において、雄ネジ部を有するシャフトと、雌ネジ部を有するナットとが螺合している。ナットの外側に、シャフトの延設方向に対して平行に延びるレールが設けられている。レールには、その延設方向に摺動可能なスライド部材が取り付けられていて、このスライド部材とナットとが連結されている。シャフトは、その中心軸の延設方向へは移動不能であり、且つその中心軸のまわりに回転可能に支持されている。すなわち、シャフトが電動モーターによって回転駆動されることにより、ナットがレールに沿って移動するように構成されている。つまり、シャフトの回転運動がナットの直線運動に変換される。 For example, Patent Document 1 listed below describes a linear motion device that converts one of linear motion and rotational motion into the other motion. In this example, a shaft having a male thread and a nut having a female thread are screwed together. A rail is provided on the outside of the nut and extends parallel to the direction in which the shaft extends. A slide member that is slidable in the extending direction of the rail is attached to the rail, and this slide member and a nut are connected. The shaft is immovable in the extending direction of its central axis, and is rotatably supported around its central axis. That is, the shaft is rotationally driven by an electric motor, so that the nut moves along the rail. In other words, the rotational motion of the shaft is converted into linear motion of the nut.
(発明が解決しようとする課題)
ここで、直動装置のナット及びシャフトが静止した状態において、ナット又はシャフトに対し、外力(ナットを直線移動させる外力又はシャフトを回転させる外力)が作用する場合がある。その際、ナット及びシャフトが静止した状態を保持することができない場合がある。
(Problem to be solved by the invention)
Here, when the nut and shaft of the linear motion device are stationary, an external force (an external force that moves the nut linearly or an external force that rotates the shaft) may act on the nut or the shaft. At that time, the nut and shaft may not be able to remain stationary.
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、シャフト及びナットを備えた直動装置であって、ナット及びシャフトが静止した状態においてナット又はシャフトに外力が作用した場合であっても、ナット及びシャフトが静止した状態を保持可能な直動装置を提供することにある。 The present invention was made in order to deal with the above problem, and its purpose is to provide a linear motion device equipped with a shaft and a nut, which can be used when an external force is applied to the nut or shaft while the nut and shaft are stationary. The object of the present invention is to provide a linear motion device capable of keeping the nut and shaft stationary even when the nut and shaft are in a stationary state.
(課題を解決するための手段)
上記目的を達成するために、本発明に係る直動装置は、ネジ部をそれぞれ有していて、前記ネジ部にて互いに螺合されたシャフト及びナットと、前記ナット又は前記シャフトを支持する支持部材と、備える。
前記シャフト又は前記ナットの中心軸線に対して平行に延びる第1凹凸部が、前記シャフトの前記雄ネジ部を除く部分の外周面又は前記ナットの外周面に設けられ、前記第1凹凸部に嵌合する第2凹凸部が、前記支持部材に設けられ、前記第1凹凸部と前記第2凹凸部との嵌合部に磁気粘性流体が封入され、前記嵌合部に磁界を発生させる磁界発生装置が設けられている。
なお、本発明において、シャフトとナットのネジ部が直接的に螺合していてもよいし、シャフトとナットとが、別部品(例えば、鋼球)を介して螺合していてもよい。
(Means for solving problems)
In order to achieve the above object, a linear motion device according to the present invention includes a shaft and a nut that each have a threaded portion, are screwed together at the threaded portion, and a support that supports the nut or the shaft. and a member.
A first uneven portion extending parallel to the central axis of the shaft or the nut is provided on the outer circumferential surface of a portion of the shaft excluding the male threaded portion or on the outer circumferential surface of the nut, and A second uneven portion to be fitted is provided on the support member, a magnetorheological fluid is sealed in a fitting portion between the first uneven portion and the second uneven portion, and a magnetic field is generated to generate a magnetic field in the fitted portion. A generator is provided.
In the present invention, the threaded portions of the shaft and the nut may be directly screwed together, or the shaft and the nut may be screwed together via a separate part (for example, a steel ball).
本発明の一態様において、前記磁界の方向が、前記第1凹凸部及び前記第2凹凸部を構成する凹部及び凸部同士の対向面に対して垂直である。 In one aspect of the present invention, the direction of the magnetic field is perpendicular to opposing surfaces of the concave portions and convex portions that constitute the first concavo-convex portion and the second concavo-convex portion.
また、本発明の他の態様においてにおいて、前記シャフトと前記ナットとの螺合部に磁気粘性流体が封入され、前記磁界発生装置により、前記嵌合部に磁界が発生されるとともに、前記螺合部に磁界が発生される。 In another aspect of the present invention, a magnetorheological fluid is sealed in the threaded part of the shaft and the nut, and the magnetic field generating device generates a magnetic field in the fitted part, and A magnetic field is generated in the area.
磁界発生装置により、磁気粘性流体が満たされた空間に磁界が発生されることにより、磁気粘性流体の粘度が高められる。これにより、第2凹凸部及び第1凹凸部を、相対的に、シャフトの軸線方向にずらすように移動させる力に対する抵抗力(ずり応力(磁気粘性流体のクラスターの剪断応力))が高められる。よって、シャフト及びナットが、相対的に、シャフトの軸線方向に移動し難くなる。すなわち、直動装置においてシャフト及びナットが静止した状態を保持できる。 The magnetic field generator generates a magnetic field in a space filled with magnetorheological fluid, thereby increasing the viscosity of the magnetorheological fluid. As a result, the resistance force (shear stress (shear stress of the magnetorheological fluid cluster)) against the force that moves the second uneven portion and the first uneven portion relatively in the axial direction of the shaft is increased. Therefore, the shaft and the nut are relatively difficult to move in the axial direction of the shaft. That is, the shaft and nut can be kept stationary in the linear motion device.
以下、本発明の一実施形態に係る直動装置1について説明する。直動装置1は、フレーム10、シャフト20、ナット30、支持台40、歯車50、サーボモーター60、電磁石70、及び制御装置80を備える(図1及び図2参照)。
Hereinafter, a linear motion device 1 according to an embodiment of the present invention will be described. The linear motion device 1 includes a
フレーム10は、支持板11(ハウジングの一部)を有する。支持板11は、長方形の板状部材である。以下の説明において、支持板11の長辺の延設方向をX方向と呼び、短辺の延設方向をY方向と呼ぶ。また、支持板11の板厚方向をZ方向と呼ぶ。また、フレーム10は、後述するナット30を支持するブラケット12,12、及びサーボモーター60を支持するブラケット13を有する。ブラケット12,12及びブラケット13の構成については後述する。なお、図2において、支持板11を省略している。
The
シャフト20は、X方向に延設されている(図3参照)。シャフト20の延設方向に垂直な断面は円形を呈する。シャフト20の延設方向における一端側に位置する第1軸部20a及び他端側に位置する第2軸部20bを除く第3軸20cの外周面に、X方向に延びる雄ネジ部MSが形成されている。雄ネジ部MSは、多条ネジである。すなわち、雄ネジ部MSは、シャフト20の周方向にずれた複数(例えば、8条)の螺旋状のネジ山から構成されている。
The
第1軸部20a及び第2軸部20bには、第3軸部20cに設けられているようなネジ山は設けられていない。第1軸部20a及び第2軸部20bの外周面には、X方向に延びるスプラインSP,SPが設けられている。すなわち、スプラインSPは、X方向に延びる複数(例えば12個)の凸部PSPからなる(図9参照)。この凸部PSPの断面形状は、台形を呈する。これらの凸部PSPがシャフト20の周方向に等間隔に配置されている。すなわち、周方向に隣り合う凸部PSPの間には、凸部PSPとは反対向きの形状の凹部RSPが形成されている。凸部PSP及び凹部RSPは、本発明の第1凹凸部に相当する。
The
ナット30は、X方向に延びる円筒状の部材である(図4参照)。ナット30の内周部に、シャフト20の雄ネジ部MSに螺合する雌ネジ部FSが設けられている。すなわち、雌ネジ部FSは、雄ネジ部MSを構成する複数のネジ山にそれぞれ螺合する複数の螺旋状のネジ山から構成されている。ナット30の全長(X方向の寸法)は、雄ネジ部MSの全長より小さい。また、ナット30の内部であって、雄ネジ部MSと雌ネジ部FSとの螺合部に、潤滑油が封入(塗布)されている。ナット30のX方向における一端面及び他端面の中央部に、円形の凹部Ra,Rbが設けられている。環状のシールS1,S1が、凹部Ra,Rbに嵌め込まれて、上記の潤滑油がナット30から漏れ出ることが防止されている。
The
支持台40は、シャフト20の第1軸部20aを支持する支持台(第1支持台)41及びシャフト20の第2軸部20bを支持する支持台(第2支持台)42から構成される(図1参照)。
The support stand 40 includes a support stand (first support stand) 41 that supports the
支持台41は、X方向に延びる略円柱状の本体部MPと、本体部MPの下面から下方へ延び、フレーム10の支持板11に固定される脚部FPを有する(図5参照)。本体部MPには、X方向に貫通する貫通孔THMPが形成されている。貫通孔THMPの断面形状が、シャフト20のスプラインSPの断面形状と略同一である。すなわち、貫通孔THMPの内周面には、周方向に凸部PMP及び凹部RMPが交互に形成されている。この貫通孔THMPに、スプラインSPが挿し通される(図5乃至図7参照)。なお、凸部PMP及び凹部RMPは、本発明の第2凹凸部に相当する。厳密には、貫通孔THMPの内寸が、スプラインSPの外寸よりも少し大きく設定されている。したがって、スプラインSPと本体部MPとが嵌合した状態では、両者の間に少し隙間が生じている(図9参照)。そして、この隙間に磁気粘性流体MRFが封入されている。本体部MPの前端面及び後端面には、ナット30と同様に、円形の凹部RaMP,RbMPが形成されている(図6参照)。これらの凹部RaMP,RbMPに環状のシールSMP,SMPが嵌め込まれて、本体部MPから磁気粘性流体MRFが漏れ出ることが防止されている(図2及び図7参照)。
The support stand 41 has a substantially cylindrical main body MP extending in the X direction and leg parts FP extending downward from the lower surface of the main body MP and fixed to the
支持台42の構成は、支持台41の構成と略同一である。ただし、支持台41の本体部MPの内部に磁気粘性流体MRFが封入されているのに対し、支持台42の本体部MPの内部には潤滑油が封入されている。
The structure of the
歯車50は、平歯車である(図1及び図2参照)。歯車50とナット30とが同軸配置され、歯車50がナット30のX方向における他端面に固定されている。歯車50の外径は、ナット30の外径より大きい。また、歯車50の内径は、シャフト20を挿し通すことができる程度の大きさに設定されている。
The
サーボモーター60は、電動モーター61及び減速装置62を備える。また、サーボモーター60は、図示しない位置検出装置、速度検出装置、トルク検出装置などを備える。さらに、サーボモーター60は、その出力軸(減速装置62の出力軸)に取り付けられた歯車63を含む。歯車63が歯車50に噛み合うように、サーボモーター60が、ナット30の左方に配置されている。ブラケット13を介して、サーボモーター60が支持板11に固定されている。
The
電磁石70(磁界発生装置)は、コア71及びコイル72を有する(図1参照)。コア71は、X方向に延びる基部71aと、基部71aの延設方向における一端及び他端からY方向(シャフト20側)へそれぞれ延びる第1脚部71b及び第2脚部71cを有する。基部71aに、電線(マグネットワイヤー)が巻き回されてコイル72が形成されている。電磁石70は、非磁性体で構成されて、図示しないブラケットを介して支持板11に固定されている。第1脚部71bの先端が支持台41の側面に対面配置される。一方、f第2脚部71cの先端は、シャフト20の雄ネジ部MSと第1軸部20aのスプラインSPとの間における周面に対向配置されている。
The electromagnet 70 (magnetic field generator) has a
制御装置80は、演算装置(CPU)、記憶装置などを備えたコンピュータ、及びサーボモーター60及び電磁石70へ電力を供給する電源装置を含む(図1参照)。制御装置80は、図示しない操作子(例えば、ブレーキペダル)、所定のコンピュータプログラムなどに従って、サーボモーター60及び電磁石70を制御する。
The
ここで、ブラケット12,12の構成について説明する。ブラケット12,12は、ナット30のX方向における一端側及び他端側に配置されている。X方向における一端側のブラケット12と他端側のブラケット12の構成は同一であり、そのX方向の向きが反対である。ブラケット12は、略L字型を呈する。すなわち、ブラケット12は、第1壁部121と第2壁部122を有する。第1壁部12の壁厚方向がX方向に対して平行である。第2壁部122は、第1壁部121の下端における一方の面側に配置されている。第2壁部122の壁厚方向がZ方向に対して平行である。第1壁部121には、X方向に貫通する貫通孔TH121が形成されている。貫通孔TH121の内径は、シャフト20の雄ネジ部MSの外径より少し大きい。
Here, the configuration of the
上記のように構成されたブラケット12,12が、シャフト20のX方向における一端及び他端からそれぞれ嵌め込まれている。すなわち、シャフト20の第1軸部20a及び第2軸部20bがブラケット12,12の貫通孔TH121,TH121にそれぞれ挿し通され、第2壁部122が支持板11に固定されている。
The
ナット30及び歯車50が前側のブラケット12と後側のブラケット12との間に挟み込まれて、ナット30の前後方向への移動が規制される。また、スプラインSP,SPと本体部MP,MPとの嵌合により、シャフト20の前後方向への移動が許容され、且つシャフト20の中心軸Cのまわりの回転が規制されている。
The
コイル72に電力が供給されない状態で、直動装置1のX方向における他端側から見て、歯車63が時計回りに回転するように、電動モーター61が駆動される。これにより、歯車50及びナット30が反時計回りに回転する。なお、上記のように、ナット30のX方向への移動が規制されている。さらに、スプラインSP及び支持台40により、シャフト20の回転が規制されている。したがって、ナット30は、X方向へ移動することなく、ブラケット12,12の間にて、中心軸Cのまわりに回転し、そのナット30に螺合しているシャフト20は、中心軸Cのまわりに回転することなく、X方向における一端側へ直進する。なお、この過程では、コイル72には電力が供給されていないので、第1軸部20aのスプラインSP及び支持台41の本体部MPに磁界が発生されていない。したがって、この状態では、磁気粘性流体MRFの粘度は比較的低く、磁気粘性流体MRFは、潤滑材として機能する。
With no power being supplied to the
なお、制御装置80は、サーボモーター60の通常状態からの回転量、出力トルクなどに基づいて、逐次、シャフト20の推力を検出(計算)している。
Note that the
制御装置80は、例えば、シャフト20が所定の位置に到達したとき、又はシャフト20の推力(制動力)が所定値より高い状態が所定時間より長く継続したとき、コイル72への電力供給(直流電流の供給)を開始する。これにより、第1軸部20aのスプラインSPと支持台41に磁界が発生される(図8参照)。すなわち、図9に示すように、シャフト20の第1軸部20aにおいて、その中心から略放射状に広がる磁界が形成される。
For example, when the
ここで、上記のように、スプラインSPの凸部PSP及び凹部RSP、並びに貫通孔THMPの凸部PSP及び凹部RSPの断面は台形を呈する。このような凸部PSPと凹部RMPとが嵌合するとともに、凸部PMPと凹部RSPとが嵌合している。つまり、凸部PSPの天面と凹部RMPの底面とが対向している。また、凸部PMPの天面と凹部RSPの底面とが対向している。これらの対向面間において、磁力線の向きが、それらの面に対して略垂直であり、この方向に沿って磁気粘性流体MRFの粒子が整列してクラスターが構成される。このようにして、支持台41の貫通孔THMP内に封入されている磁気粘性流体MRFの見かけの粘度が高められる。
Here, as described above, the cross sections of the protrusion P SP and the recess R SP of the spline SP and the protrusion P SP and the recess R SP of the through hole TH MP are trapezoidal. The protrusion P SP and the recess R MP fit together, and the protrusion P MP and the recess R SP also fit together. In other words, the top surface of the convex portion PSP and the bottom surface of the recessed portion RMP are opposed to each other. Further, the top surface of the convex portion PMP and the bottom surface of the recessed portion RSP are opposed to each other. Between these opposing surfaces, the direction of the lines of magnetic force is approximately perpendicular to these surfaces, and the particles of the magnetorheological fluid MRF are aligned along this direction to form a cluster. In this way, the apparent viscosity of the magnetorheological fluid MRF sealed within the through hole TH MP of the
すなわち、支持台41に対してスプラインSPをX方向にずらすように移動させる力に対する抵抗力(ずり応力(磁気粘性流体MRFのクラスターの剪断応力))が高められる。よって、シャフト20がX方向に移動し難くなる。言い換えれば、シャフト20の制動力が高められる。この状態において、制御装置80は、サーボモーター60への電力供給を遮断(又は減少)する。サーボモーター60への電力供給を遮断(又は、減少)したとしても、磁気粘性流体MRFの見かけの粘度が高められて、シャフト20の制動力が高められているので、シャフト20のX方向における位置(シャフト20及びナット30が静止した状態)を保持できる。これによれば、シャフト20の制動力を所定値に維持するための大きな電力を、サーボモーター60に供給し続ける必要が無い。
That is, the resistance force (shear stress (shear stress of the cluster of magnetorheological fluid MRF)) against the force that moves the spline SP in the X direction relative to the
上記のように、本実施形態に係る直動装置1は、シャフト20の回転を規制する機構(スプラインSP及び支持台40)が、シャフト20のX方向の移動を抑制する制動装置としての機能を備えている。よって、直動装置1は、上記従来の直動装置に比べて、部品点数が少なく、小型化を実現し易い。
As described above, in the linear motion device 1 according to the present embodiment, the mechanism (the spline SP and the support base 40) that restricts the rotation of the
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Furthermore, the implementation of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the purpose of the present invention.
上記実施形態では、シャフト20の回転を規制する機構(スプラインSP及び支持台40)を設けておき、ナット30を回転駆動することにより、シャフト20をX方向に移動させる構成とした。これに代えて、図10乃至図12に示すように、ナット30Aの回転を規制する機構(スプラインSP及び支持台40A)を設けておき、シャフト20Aを回転駆動することにより、ナット30AをX方向に移動させる構成としてもよい。
In the embodiment described above, a mechanism for regulating the rotation of the shaft 20 (the spline SP and the support base 40) is provided, and the
具体的には、ナット30Aの外周面にスプラインSPを形成し、そのスプラインSPに嵌合する支持台40Aを設ける。そして、ナット30Aと支持台40Aの嵌合部に磁気粘性流体MRFを封入する(図12参照)。そして、当該嵌合部に、電磁石70Aを用いて磁界を発生させる。これによっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、この場合、雄ネジ部MSと雌ネジ部FSとの螺合部にも磁気粘性流体MRFを封入しておくとよい。これによれば、電磁石70によって発生される磁界を構成する磁力線が、ナット30Aと支持台40Aとの嵌合部を通過するのみならず、雄ネジ部MSと雌ネジ部FSとの螺合部をも通過する。これにより、上記実施形態に比べて強い制動力が得られる。
Specifically, a spline SP is formed on the outer circumferential surface of the
また、回転規制機構の構成は、上記実施形態に限られない。例えば、図13に示すように、シャフト20AのスプラインSPに代えて、キー溝KGを形成しておき、そのキー溝KGにキーKYを装着してもよい。この場合、貫通孔THMPの形状を、シャフト20のうちのキーKYが装着された部分の断面形状と同様に設定すればよい。すなわち、シャフト20(又はナット30)の一部分の断面形状を、円形とは異なる形状を呈するように設定しておき、当該部位に嵌合するような支持台40を用いればよい。そして、この嵌合部に磁気粘性流体MRFを封入しておき、当該部位に磁界を発生可能としておけばよい。
Further, the configuration of the rotation regulating mechanism is not limited to the above embodiment. For example, as shown in FIG. 13, a key groove KG may be formed in place of the spline SP of the
また、上記実施形態では、1つの電磁石70を用いているが、複数の電磁石70を本体部MPの周方向に並設してもよい。
Further, in the above embodiment, one
1…直動装置、10…フレーム、11…支持板、12…ブラケット、13…ブラケット、20,20A…シャフト、30,30A…ナット、40,40A…支持台(石地部材)、50…歯車、60…サーボモーター、70,70A…電磁石(磁界発生装置)、80…制御装置、MRF…磁気粘性流体、PMP,PSP…凸部、RMP,RSP…凹部、SP…スプライン 1... Linear motion device, 10... Frame, 11... Support plate, 12... Bracket, 13... Bracket, 20, 20A... Shaft, 30, 30A... Nut, 40, 40A... Support stand (stone base member), 50... Gear , 60...servo motor, 70,70A...electromagnet (magnetic field generator), 80...control device, MRF...magneto-rheological fluid, PMP , PSP ...protrusion, RMP , RSP ...recess, SP...spline
Claims (3)
前記ナット又は前記シャフトを支持する支持部材と、
備えた直動装置であって、
前記シャフト又は前記ナットの中心軸線に対して平行に延びる第1凹凸部が、前記シャフトの前記ネジ部を除く部分の外周面又は前記ナットの外周面に設けられ、
前記第1凹凸部に嵌合する第2凹凸部が、前記支持部材に設けられ、
前記第1凹凸部と前記第2凹凸部との嵌合部に磁気粘性流体が封入され、
前記嵌合部に磁界を発生させる磁界発生装置が設けられている、直動装置。 a shaft and a nut each having a threaded portion and screwed together at the threaded portion;
a support member that supports the nut or the shaft;
A linear motion device equipped with
A first uneven portion extending parallel to the central axis of the shaft or the nut is provided on the outer circumferential surface of a portion of the shaft excluding the threaded portion or on the outer circumferential surface of the nut,
A second uneven portion that fits into the first uneven portion is provided on the support member,
A magnetorheological fluid is sealed in a fitting part between the first uneven part and the second uneven part,
A linear motion device, wherein the fitting portion is provided with a magnetic field generating device that generates a magnetic field.
前記磁界の方向が、前記第1凹凸部及び前記第2凹凸部を構成する凹部及び凸部同士の対向面に対して垂直である、直動装置。 The linear motion device according to claim 1,
A linear motion device in which the direction of the magnetic field is perpendicular to opposing surfaces of the concave portions and convex portions that constitute the first concavo-convex portion and the second concavo-convex portion.
前記シャフトと前記ナットとの螺合部に磁気粘性流体が封入され、
前記磁界発生装置により、前記嵌合部に磁界が発生されるとともに、前記螺合部に磁界が発生される、直動装置。 The linear motion device according to claim 1 or 2,
A magnetorheological fluid is sealed in a threaded portion between the shaft and the nut,
A linear motion device, wherein the magnetic field generating device generates a magnetic field in the fitting portion and also generates a magnetic field in the threaded portion.
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