JPWO2006112163A1

JPWO2006112163A1 - 推力伝達装置

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Publication number: JPWO2006112163A1
Application number: JP2007521112A
Authority: JP
Inventors: 智純村田
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: CN101151477A; CN100554730C; US7950300B2; DE112006000553B4; DE112006000553T5; WO2006112163A1; US20080134812A1; JP4864886B2

Abstract

推力伝達装置は、駆動源となるモータ４０と、このモータ４０によって回転自在とされる太陽歯車４２と、外周面に形成される外歯５２ａによって太陽歯車４２と歯合し、且つ、内周面に螺旋状のナット側ねじ溝が形成される複数のナット部材５１と、外周面にナット側ねじ溝に対応する螺旋状のねじ側ねじ溝５５ａが形成され、かかるねじ側ねじ溝５５ａがナット側ねじ溝にそれぞれ嵌合されることにより、複数のナット部材５１の回転運動に伴って往復運動を行う複数のねじ軸５５と、複数のナット部材５１が備える外歯５２ａと歯合する内歯７０ａを備える内歯歯車７０と、を有している。そして、太陽歯車４２が回転駆動されると複数のナット部材５１が内歯歯車７０の内側で遊星運動を行い、複数のねじ軸５５が軸方向に往復運動を行う。かかる構成によって、高速化・高出力化を実現した推力伝達装置を提供することができる。

Description

本発明は、推力伝達装置に係り、特に、複数のボールねじを用いることによって回転運動を往復運動に変換し、この往復運動によって発生する推力を伝達することができる推力伝達装置に関するものである。

ボールねじは、ねじ軸とナット部材から構成される装置であり、回転運動を直線運動に変換したり、トルクをスラストに変換したり、さらにはその逆の変換を行ったりするという機能を有している。そして、このような機能を発揮するボールねじは、一般機械や工作機械、精密機械などのあらゆる機械装置において、駆動力の伝達・変換を行う装置として用いられている。

例えば、ボールねじが適用される機械装置として射出成形機がある。この射出成形機は、一般的に型締装置とその上方で型締装置に対して昇降する射出装置を備える機械であり、型締装置における型締力の伝達や射出装置における射出動作の実施に際して、ボールねじが利用されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００４−９８７０３号公報

ところで、ボールねじは、駆動力の伝達・変換という好適な機能を発揮することから、上述したように多様な分野で用いられている。そして、近年、ボールねじのさらなる適用範囲拡大の要請から、高速化・高出力化を実現するボールねじの提供が求められていた。

しかしながら、従来の製造技術を用いたのでは、高速化・高出力化を実現するボールねじの製造には困難な面があった。例えば、ボールねじ単体で高速化・高出力化を実現しようとした場合には、ボールねじ自体の大型化を図ったり、ねじ溝の巻数を多くしたりすることが考えられる。しかし、ボールねじ自体の大型化を図った場合には、熱処理時に発生する歪みの除去のために加工代が大きくなるなど、製造段階でのコストアップが懸念される。一方、ねじ溝の巻数を多くした場合には、ねじ溝の長手方向で高いリード精度が要求されるので、その加工は困難を伴うものであるとともに、要求されるリード精度が得られない場合には、所望の負荷容量を得ることができない。

本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであって、従来から製造されている既存のボールねじを複数組み合わせることによって、高速から微動送りまで対応可能であり、且つ、高出力化をも実現する推力伝達装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る推力伝達装置は、駆動源となるモータと、前記モータが備えるモータ軸に回転自在に設置される太陽歯車と、外周面に形成される外歯によって前記太陽歯車と歯合し、且つ、内周面に螺旋状のナット側ねじ溝が形成される複数のナット部材と、外周面に前記ナット側ねじ溝に対応する螺旋状のねじ側ねじ溝が形成され、かかるねじ側ねじ溝が前記ナット側ねじ溝にそれぞれ嵌合されることにより、前記複数のナット部材の回転運動に伴って往復運動を行う複数のねじ軸と、を有し、前記太陽歯車が回転駆動されることによって前記複数のナット部材が回転運動を行い、かかる回転運動によって前記複数のねじ軸が軸方向に往復運動を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る推力伝達装置は、前記複数のねじ軸の一方の端部に固定設置される補助板と、前記複数のねじ軸の他方の端部に固定設置される押圧板と、を有し、前記複数のねじ軸の往復運動によって発生する推力を、前記押圧板を介して伝達することとすることができる。

本発明に係る他の推力伝達装置は、駆動源となるモータと、前記モータが備えるモータ軸に回転自在に設置される太陽歯車と、外周面に形成される外歯によって前記太陽歯車と歯合し、且つ、内周面に螺旋状のナット側ねじ溝が形成される複数のナット部材と、外周面に前記ナット側ねじ溝に対応する螺旋状のねじ側ねじ溝が形成され、かかるねじ側ねじ溝が前記ナット側ねじ溝にそれぞれ嵌合されることにより、前記複数のナット部材の回転運動に伴って往復運動を行う複数のねじ軸と、前記複数のナット部材が備える前記外歯と歯合する内歯を備える内歯歯車と、を有し、前記太陽歯車が回転駆動されることによって前記複数のナット部材が前記内歯歯車の内側で遊星運動を行い、かかる遊星運動によって前記複数のねじ軸が軸方向に往復運動を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る他の推力伝達装置は、前記複数のねじ軸の一方の端部に軸受を介して設置される補助板と、前記複数のねじ軸の他方の端部に軸受を介して設置される押圧板と、前記押圧板のねじ軸接続面とは反対の面に設置されるスラスト軸受と、を有し、前記スラスト軸受の一方の軌道輪が前記押圧板に固定設置され、他方の軌道輪が非拘束状態とされることにより、前記一方の軌道輪が前記複数のナット部材の遊星運動によって発生する回転運動を吸収し、前記他方の軌道輪が前記複数のねじ軸の往復運動によって発生する推力のみを伝達することとすることができる。

また、本発明に係る他の推力伝達装置は、制御用モータと、前記制御用モータが備えるモータ軸に回転自在に設置される制御用歯車と、を有し、さらに、前記内歯歯車は外周に制御用外歯を備え、かかる制御用外歯が歯付ベルトを介して前記制御用歯車と接続されることにより、前記複数のねじ軸の往復運動によって発生する推力を制御自在であることとすることができる。

本発明に係る推力伝達装置又は本発明に係る他の推力伝達装置において、前記ナット部材が備える前記ナット側ねじ溝と、前記ねじ軸が備える前記ねじ側ねじ溝とは、転動体を介して嵌合されていることとすることができる。

なお上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

本発明によれば、高速化・高出力化を実現する推力伝達装置を提供することができる。かかる推力伝達装置は、既存のボールねじを複数組み合わせることによって構成されているので、高度な加工技術や高い加工精度、高い加工コストを必要とせず、安価に推力伝達装置を提供することが可能となる。また、本発明によれば、速度や出力を任意に変更することができるので、所望の推力を得ることが可能な推力伝達装置を実現できる。

図１は、第１の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、主要な構成部品の外観を分解して示した分解斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、動力が伝達される主要な部分のみを示した縦断面側面図である。図３は、第１の実施形態に係る推力伝達装置の具体的な装置構成を説明するための分解斜視図である。図４は、第１の実施形態に係る推力伝達装置の全体構成を示す外観斜視図である。図５は、第２の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、主要な構成部品の外観を分解して示した分解斜視図である。図６は、第２の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、動力が伝達される主要な部分のみを示した縦断面側面図である。図７は、第２の実施形態に係る推力伝達装置の具体的な装置構成を説明するための分解斜視図である。図８は、第２の実施形態に係る推力伝達装置の全体構成を示す外観斜視図である。図９は、第３の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、主要な構成部品の外観を分解して示した分解斜視図である。図１０は、第３の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、動力が伝達される主要な部分のみを示した縦断面側面図である。図１１は、第３の実施形態に係る推力伝達装置の具体的な装置構成を説明するための分解斜視図である。図１２は、第３の実施形態に係る推力伝達装置の全体構成を示す外観斜視図である。

符号の説明

１０，４０モータ、１１，４１モータ軸、１２，４２太陽歯車、１３取付板、１４，３３，６３ボルト、２０，５０ボールねじ、２１，５１ナット部材、２２，５２フランジ、２２ａ，５２ａ外歯、２５，５５ねじ軸、２５ａ，５５ａねじ側ねじ溝、２７，５７補助板、２８，５８押圧板、３０ハウジング、３１貫通孔、３１ａ中央部、３１ｂ頂点部、３２ねじ孔、３５，７５軸受、６０ハウジング、６１スラスト軸受、６２保持板、６４ねじ孔、７０内歯歯車、７０ａ内歯、８０スラスト軸受、８１一方の軌道輪、８２他方の軌道輪、９０制御用モータ、９１モータ軸、９２制御用歯車、９５歯付ベルト、１００内歯歯車、１００ａ内歯、１００ｂ制御用外歯。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

第１の実施形態
（作動原理について）
まず、図１及び図２を用いて、第１の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明する。ここで、図１は、第１の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、主要な構成部品の外観を分解して示した分解斜視図である。また、図２は、第１の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、動力が伝達される主要な部分のみを示した縦断面側面図である。

第１の実施形態に係る推力伝達装置は、図１に示されるように、駆動源となるモータ１０を有しており、このモータ１０が備えるモータ軸１１には、太陽歯車１２が回転自在に設置されている。また、太陽歯車１２の周囲には、太陽歯車１２を取り囲むように４個のボールねじ２０が設置されている。これら４個のボールねじ２０は、それぞれがナット部材２１とねじ軸２５とによって構成されている。

ナット部材２１は、その外周面に外歯２２ａが形成されたフランジ２２を有しており、この外歯２２ａは、太陽歯車１２と歯合できるようになっている。したがって、太陽歯車１２がモータ１０によって回転駆動されると、太陽歯車１２と歯合するナット部材２１は、設置位置において回転することになる。さらに、ナット部材２１には、その内周面に図示しない螺旋状のナット側ねじ溝が形成されている。

一方、ねじ軸２５は、その外周面にナット側ねじ溝（不図示）に対応する螺旋状のねじ側ねじ溝２５ａが形成されており、かかるねじ側ねじ溝２５ａは、ナット側ねじ溝に対して複数のボールを介して嵌合されている。そして、ねじ軸２５は、ナット部材２１に導通して設置されることにより、ナット部材２１の回転運動に伴って往復運動を行うことができるように構成されている。なお、ねじ側ねじ溝２５ａとナット側ねじ溝に挟まれる形で存在する複数のボールは、ナット部材２１が備える循環機構によって、ナット部材２１とねじ軸２５との間で無限に循環することになる。

さらに、４本のねじ軸２５のモータ側の端部には、１枚の補助板２７が固定設置されており、４本のねじ軸２５のモータ側とは逆側の端部には、１枚の押圧板２８が固定設置されている。したがって、太陽歯車１２がモータ１０によって回転駆動されると、４個のナット部材２１は回転運動を行い、さらにこのナット部材２１の回転運動によって４本のねじ軸２５が軸方向に往復運動を行うことになる。そして、４本のねじ軸２５の往復運動によって発生する推力は、押圧板２８を介して伝達されることになる。

ここで、図２を用いて第１の実施形態に係る推力伝達装置の詳細な動作を説明すると、太陽歯車１２が符号ＣＷで示される矢印の方向（時計回り）に回転すると、太陽歯車１２の周りを取り囲むように設置される４個のナット部材２１は、それぞれ符号ＣＣＷで示される矢印の方向（反時計回り）に回転することになる。ここで、一般的なねじ軸２５では、ねじ側ねじ溝２５ａは右ねじ（溝の回転が右回り）で形成されているので、ナット部材２１が反時計回りの方向に回転すると、ねじ軸２５は、モータ１０側とは逆側に移動することになる（図１参照）。

もちろん、図２に示す方向とは逆の方向に駆動することも可能であり、太陽歯車１２が反時計回り（ＣＣＷ）の方向に回転すると、４個のナット部材２１は、それぞれ時計回り（ＣＷ）に回転し、ねじ軸２５は、モータ１０側に移動することになる。以上のような構成を採用することによって、高出力化を実現した推力伝達装置を得ることができる。

（具体的な装置構成について）
以上、第１の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理について説明した。次に、図３及び図４を用いて、第１の実施形態に係る推力伝達装置を実現するための具体的な装置構成について説明する。ここで、図３は、第１の実施形態に係る推力伝達装置の具体的な装置構成を説明するための分解斜視図である。また、図４は、第１の実施形態に係る推力伝達装置の全体構成を示す外観斜視図である。なお、図１及び図２を用いて説明した部材と同一又は類似する部材については、同一符号を付して説明を省略することがある。

図３に示すように、第１の実施形態に係る推力伝達装置は、４個のボールねじ２０を収納設置するためのハウジング３０を備えている。このハウジング３０には、中央部分に概略十字形の貫通孔３１が形成されており、貫通孔３１の中央部３１ａには太陽歯車１２が設置できるようになっている。また、貫通孔３１が有する十字形の４つの頂点部３１ｂには、それぞれ４個のボールねじ２０を嵌め込み設置できるようになっている。

ここで、ボールねじ２０が備えるナット部材２１は、貫通孔３１の頂点部３１ｂに嵌め込み設置できるように、ナット部材２１の中央部分にフランジ２２が形成されるという形態上の特徴を有している。そして、ナット部材２１は、フランジ２２の両側に軸受３５が設置された状態で貫通孔３１の頂点部３１ｂに嵌め込まれることになるので、ハウジング３０内で太陽歯車１２と歯合できるとともに、回転自在に設置されることになる。

以上のような構成部材を採用した第１の実施形態に係る推力伝達装置は、図４に示すような装置構成によって具体化され、モータ１０の駆動によって太陽歯車１２が回転すると、太陽歯車１２に歯合するナット部材２１が回転運動を行い、この回転運動に応じてねじ軸２５が往復運動することになる。したがって、ねじ軸２５の往復運動によって発生する推力は、押圧板２８を介して伝達されることになる。そして、第１の実施形態に係る推力伝達装置によれば、既存のボールねじ２０を４個設置した構成を採用しているので、安価な製造コストで高速化・高出力化を実現する推力伝達装置を提供することが可能となる。

なお、ハウジング３０は四隅に備えるねじ孔３２にボルト３３を螺合させることによって所望の位置に固定設置することができる。また、モータ１０についても、取付板１３を設置し、この取付板１３にボルト１４を螺合させることによって所望の位置に固定設置することができる。

以上、図１乃至図４を用いて第１の実施形態に係る推力伝達装置を説明したが、本発明の技術的範囲は上記第１の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第１の実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、第１の実施形態では、ボールねじ２０が備えるナット部材２１とねじ軸２５とが、複数の転動体（ボール）を介して嵌合されている場合について説明した。しかしながら、ナット部材２１とねじ軸２５とは、ボールを介さずに直接嵌合して構成することも可能である。また、転動体には、複数のボールに代えて複数のローラを設置するようにしても良い。さらに、第１の実施形態では、ボールねじ２０を４個設置した場合を例示して説明したが、この個数については、要求される出力に応じて任意に変更することが可能である。

また、第１の実施形態に係るボールねじ２０では、ナット部材２１にフランジ２２を設け、このフランジ２２の外周面に対して外歯２２ａを設ける構成を採用した。しかしながら、ボールねじ２０は、フランジ２２を設けることなく、ナット部材２１の表面に直接外歯２２ａを形成する構成を採用することも可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

第２の実施形態
上述した第１の実施形態に係る推力伝達装置では、４個のボールねじ２０がそれぞれの設置場所に位置したまま駆動される場合について説明した。第２の実施形態では、複数のボールねじが遊星運動を行いながら駆動される場合について説明する。

（作動原理について）
まず、図５及び図６を用いて、第２の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明する。ここで、図５は、第２の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、主要な構成部品の外観を分解して示した分解斜視図である。また、図６は、第２の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、動力が伝達される主要な部分のみを示した縦断面側面図である。

第２の実施形態に係る推力伝達装置は、図５に示されるように、駆動源となるモータ４０を有しており、このモータ４０が備えるモータ軸４１には、太陽歯車４２が回転自在に設置されている。また、太陽歯車４２の周囲には、太陽歯車４２を取り囲むように４個のボールねじ５０が設置されている。これら４個のボールねじ５０は、それぞれがナット部材５１とねじ軸５５とによって構成されている。さらに、４個のボールねじ５０の外側には、ナット部材５１が備える外歯５２ａと歯合可能な内歯７０ａを備える内歯歯車７０が設置されている。

ナット部材５１は、その外周面に外歯５２ａが形成されたフランジ５２を有しており、この外歯５２ａは、太陽歯車４２を取り囲んで歯合するように構成されている。また、ナット部材５１の外周には内歯歯車７０が設置されており、ナット部材５１が有する外歯５２ａと内歯歯車７０が有する内歯７０ａとが歯合するように設置されている。したがって、太陽歯車４２がモータ４０によって回転駆動されると、太陽歯車４２と歯合するナット部材５１は、遊星運動を行うことになる。すなわち、ナット部材５１は、太陽歯車４２の回転駆動力を受けることによって、自転しながら内歯歯車７０内を公転することになる。なお、ナット部材５１には、その内周面に図示しない螺旋状のナット側ねじ溝が形成されている。

一方、ねじ軸５５は、その外周面にナット側ねじ溝（不図示）に対応する螺旋状のねじ側ねじ溝５５ａが形成されており、かかるねじ側ねじ溝５５ａはナット側ねじ溝に対して複数のボールを介して嵌合されている。そして、ねじ軸５５は、ナット部材５１に導通して設置されることにより、ナット部材５１の遊星運動に伴って公転運動しながら往復運動を行うことができるように構成されている。なお、ねじ側ねじ溝５５ａとナット側ねじ溝に挟まれる形で存在する複数のボールは、ナット部材５１が備える循環機構によって、ナット部材５１とねじ軸５５との間で無限に循環することになる。

さらに、４本のねじ軸５５のモータ側の端部には、１枚の補助板５７が軸受７５を介して設置されており、４本のねじ軸５５のモータ側とは逆側の端部には、１枚の押圧板５８が軸受７５を介して設置されている。したがって、太陽歯車４２がモータ４０によって回転駆動されると、４個のナット部材５１は遊星運動を行い、さらにこのナット部材５１の遊星運動によって４本のねじ軸５５が公転運動しながら軸方向に往復運動を行うことになる。そして、補助板５７と押圧板５８とは、４本のねじ軸５５それぞれと軸受７５を介して設置されているので、回転運動しながら往復運動を行うことになる。

また、押圧板５８のねじ軸５５接続面とは反対の面には、スラスト軸受８０が設置されており、このスラスト軸受８０の一方の軌道輪８１は押圧板５８に固定設置され、他方の軌道輪８２は非拘束状態となっている。したがって、一方の軌道輪８１が４個のナット部材５１の遊星運動によって発生する回転運動を吸収するとともに、他方の軌道輪８２が４本のねじ軸５５の往復運動によって発生する推力のみを伝達することができる。つまり、４本のねじ軸５５によって伝達される公転運動と往復運動は、スラスト軸受８０の作用によって、往復運動のみが推力として外部に伝達可能となっている。

ここで、図６を用いて第２の実施形態に係る推力伝達装置の詳細な動作を説明すると、太陽歯車４２が符号ＣＷで示される矢印の方向（時計回り）に回転すると、太陽歯車４２の周りを取り囲むように設置されるとともに、その外側を内歯歯車７０によって取り囲まれる４個のナット部材５１は、それぞれ符号ＣＣＷ（rotation）で示される矢印の方向（反時計回り）に自転しながら、revolutionで示される矢印の方向に公転することになる。ここで、一般的なねじ軸５５では、ねじ側ねじ溝５５ａは右ねじ（溝の回転が右回り）で形成されているので、ナット部材５１が反時計回りの方向に自転しながら内歯歯車７０内を公転すると、ねじ軸５５は、公転しながらモータ１０側とは逆側に横移動することになる（図５参照）。

もちろん、図６に示す方向とは逆の方向に駆動することも可能であり、太陽歯車４２が反時計回り（ＣＣＷ）の方向に回転すると、４個のナット部材５１は、それぞれ時計回り（ＣＷ）に自転しながらrevolutionで示される矢印とは逆の方向に公転し、ねじ軸５５は、公転しながらモータ４０側に横移動することになる。以上のような構成を採用することによって、高速化・高出力化を実現した推力伝達装置を得ることができる。

（具体的な装置構成について）
以上、第２の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理について説明した。次に、図７及び図８を用いて、第２の実施形態に係る推力伝達装置を実現するための具体的な装置構成について説明する。ここで、図７は、第２の実施形態に係る推力伝達装置の具体的な装置構成を説明するための分解斜視図である。また、図８は、第２の実施形態に係る推力伝達装置の全体構成を示す外観斜視図である。なお、図５及び図６を用いて説明した部材と同一又は類似する部材については、同一符号を付して説明を省略することがある。

図７及び図８に示すように、第２の実施形態に係る推力伝達装置は、内歯歯車７０内を公転するように設置される４個のボールねじ５０の両側を挟み込むように設置される２つのハウジング６０を備えている。この２つのハウジング６０と内歯歯車７０との間には、図７の左右方向における外側にスラスト軸受６１、その内側に保持板６２がそれぞれ２つずつ設置されており、特に、保持板６２は、ボールねじ５０が有するナット部材５１と軸受７５を介して回転自在に接続されている。２つのハウジング６０は、中央部分に位置する内歯歯車７０と協働して２つのスラスト軸受６１と２つの保持板６２、４個のボールねじ５０を内部に収納するとともに、これら収納部材５０，６１，６２を回転可能な状態に保持することができる。なお、第２の実施形態に係る推力伝達装置において、２つのハウジング６０と内歯歯車７０とは、ボルト６３等の締結手段によって固定接続されている。

ボールねじ５０が備えるねじ軸５５は、２つの保持板６２を導通するとともに、２つのスラスト軸受６１及び２つのハウジング６０の開口部を貫通している。そして、４本のねじ軸５５のモータ側の端部には、１枚の補助板５７が軸受７５を介して設置されており、４本のねじ軸５５のモータ側とは逆側の端部には、１枚の押圧板５８が軸受７５を介して設置されている。さらに、押圧板５８のねじ軸５５接続面とは反対の面には、スラスト軸受８０が設置されており、このスラスト軸受８０の一方の軌道輪８１は押圧板５８に固定設置され、他方の軌道輪８２は非拘束状態となっている。

このような構成とすることによって、第２の実施形態に係る推力伝達装置は、太陽歯車４２がモータ４０によって回転駆動されると、４個のナット部材５１が遊星運動を行い、さらにこのナット部材５１の遊星運動によって４本のねじ軸５５が公転運動しながら軸方向に往復運動を行うことになる。このとき、ハウジング６０内では、ボールねじ５０と連動して２つの保持板６２と２つのスラスト軸受６１とが供回りすることになる。そして、補助板５７と押圧板５８とは、４本のねじ軸５５それぞれと軸受７５を介して設置されているので、回転運動しながら往復運動を行うことになる。また、押圧板５８と連接するスラスト軸受８０では、一方の軌道輪８１が４個のナット部材５１の遊星運動によって発生する回転運動を吸収するとともに、他方の軌道輪８２が４本のねじ軸５５の往復運動によって発生する推力のみを伝達することになる。したがって、４本のねじ軸５５によって伝達される公転運動と往復運動は、スラスト軸受８０の作用によって、往復運動のみが推力として外部に伝達されることになる。

以上のような構成部材を採用した第２の実施形態に係る推力伝達装置は、図８に示すような装置構成によって具体化され、モータ４０の駆動によって太陽歯車４２が回転すると、太陽歯車４２と内歯歯車７０間に歯合するナット部材５１が遊星運動を行い、この遊星運動に応じてねじ軸５５が公転運動しながら往復運動することになる。また、ねじ軸５５の公転運動は、作用部となるスラスト軸受８０によって吸収されるので、ねじ軸５５の往復運動によって発生する推力は、スラスト軸受８０が備える他方（外側）の軌道輪８２を介して伝達されることになる。したがって、第２の実施形態に係る推力伝達装置によれば、既存のボールねじ５０を４個設置した構成を採用しているので、安価な製造コストで高速化・高出力化を実現することができる。

なお、第２の実施形態に係るハウジング６０やモータ４０の設置方法についても、ハウジング６０が有するねじ孔６４や既存の取付手段を採用すれば良い。

以上、図５乃至図８を用いて第２の実施形態に係る推力伝達装置を説明したが、本発明の技術的範囲は上記第２の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第２の実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、第２の実施形態では、４本のねじ軸５５のモータ側とは逆側の端部に接続して作用部となる部材を、押圧板５８とスラスト軸受８０という２つの部材で構成する場合について例示した。しかしながら、この作用部については、スラスト軸受８０単独で構成することも可能である。この場合には、４本のねじ軸５５をスラスト軸受８０の一方の軌道輪８１に直接接続すれば良い。なお、この接続についても、４本のねじ軸５５は自転しながら公転するので、軸受７５を介して接続することが当然必要となる。

また、第１の実施形態と同様に第２の実施形態においても、ボールねじ５０が備えるナット部材５１とねじ軸５５とが、複数の転動体（ボール）を介して嵌合されている場合について説明した。しかしながら、ナット部材５１とねじ軸５５とは、ボールを介さずに直接嵌合して構成することも可能である。また、転動体については、複数のボールに代えて複数のローラを設置するようにしても良い。さらに、第２の実施形態では、ボールねじ５０を４個設置した場合を例示して説明したが、この個数については、要求される出力に応じて任意に変更することが可能である。

さらに、第２の実施形態に係るボールねじ５０では、ナット部材５１にフランジ５２を設け、このフランジ５２の外周面に対して外歯５２ａを設ける構成を採用した。しかしながら、ボールねじ５０は、フランジ５２を設けることなく、ナット部材５１の表面に直接外歯５２ａを設ける構成を採用することも可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

第３の実施形態
以下に説明する第３の実施形態に係る推力伝達装置は、上述した第２の実施形態に係る推力伝達装置を改良したものである。第３の実施形態に係る推力伝達装置によれば、高速化・高出力化を実現するとともに、これら速度と出力とを所望の値に制御することが可能となる。

（作動原理について）
まず、図９及び図１０を用いて、第３の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明する。ここで、図９は、第３の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、主要な構成部品の外観を分解して示した分解斜視図である。また、図１０は、第３の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理を説明するための図であり、動力が伝達される主要な部分のみを示した縦断面側面図である。

第３の実施形態に係る推力伝達装置で特徴的な点は、図９に示されるように、第２の実施形態に係る推力伝達装置で説明した内歯歯車７０に相当する部材（内歯歯車１００）の外周に制御用外歯１００ｂを形成するとともに、新たに制御用モータ９０と、制御用モータ９０が備えるモータ軸９１に回転自在に設置される制御用歯車９２と、を設置し、制御用外歯１００ｂと制御用歯車９２とが歯付ベルト９５を介して接続されるように構成されているところにある。このように構成することによって、制御用モータ９０の駆動力を内歯歯車１００に伝達することができるので、ねじ軸５５の往復運動によって発生する推力を制御自在とすることが可能となるのである。

図１０を用いて第３の実施形態に係る推力伝達装置の詳細な動作を説明すると、太陽歯車４２が符号ＣＷで示される矢印の方向（時計回り）に回転すると、太陽歯車４２の周りを取り囲むように設置されるとともに、その外側を内歯歯車１００によって取り囲まれる４個のナット部材５１は、それぞれ符号ＣＣＷ（rotation）で示される矢印の方向（反時計回り）に自転しながら、revolutionで示される矢印の方向に公転することになる。ここで、一般的なねじ軸５５では、ねじ側ねじ溝５５ａは右ねじ（溝の回転が右回り）で形成されているので、ナット部材５１が反時計回りの方向に自転しながら内歯歯車１００内を公転すると、ねじ軸５５は、公転しながらモータ１０側とは逆側に横移動することになる（図９参照）。

また、図１０に示す方向とは逆の方向に駆動することも可能であり、太陽歯車４２が反時計回り（ＣＣＷ）の方向に回転すると、４個のナット部材５１は、それぞれ時計回り（ＣＷ）に自転しながらrevolutionで示される矢印とは逆の方向に公転し、ねじ軸５５は、公転しながらモータ４０側に横移動することになる。

このような機構によって回転運動を行う内歯歯車１００の制御用外歯１００ｂに対して歯付ベルト９５を歯合させ、この歯付ベルト９５介して制御用歯車９２を接続することによって、制御用モータ９０の回転駆動力を内歯歯車１００に及ぼすことが可能となる。そして、制御用モータ９０の駆動力、あるいはモータ４０と制御用モータ９０とのバランスを調整することによって、高速化・高出力化を実現するとともに、これら速度と出力とを所望の値に制御することが可能な推力伝達装置を提供することができる。

（具体的な装置構成について）
以上、第３の実施形態に係る推力伝達装置の作動原理について説明した。次に、図１１及び図１２を用いて、第３の実施形態に係る推力伝達装置を実現するための具体的な装置構成について説明する。ここで、図１１は、第３の実施形態に係る推力伝達装置の具体的な装置構成を説明するための分解斜視図である。また、図１２は、第３の実施形態に係る推力伝達装置の全体構成を示す外観斜視図である。なお、図９及び図１０を用いて説明した部材と同一又は類似する部材については、同一符号を付して説明を省略することがある。

図１１及び図１２に示すように、第３の実施形態に係る推力伝達装置では、内歯歯車１００の外周に制御用外歯１００ｂを形成し、この制御用外歯１００ｂと制御用モータ９０によって回転駆動される制御用歯車９２とを歯付ベルト９５によって接続するという構成を採用している。したがって、第３の実施形態に係る推力伝達装置では、２つのハウジング６０内に設置される全ての部材５０，６１，６２，１００が回転可能なように設置されることになる。

したがって、第３の実施形態に係る推力伝達装置では、太陽歯車４２がモータ４０によって回転駆動されると、４個のナット部材５１が遊星運動を行い、さらにこのナット部材５１の遊星運動によって４本のねじ軸５５が公転運動しながら軸方向に往復運動を行うことになる。このとき、ハウジング６０内では、ボールねじ５０と連動して２つの保持板６２と２つのスラスト軸受６１が供回りすることになる。またこのとき、内歯歯車１００は非拘束の状態で設置されており、その内周面で４つのボールねじ５０の遊星運動を許容している。そして、補助板５７と押圧板５８とは、４本のねじ軸５５それぞれと軸受７５を介して設置されているので、回転運動しながら往復運動を行うことになる。また、押圧板５８と連接するスラスト軸受８０では、一方の軌道輪８１が４個のナット部材５１の遊星運動によって発生する回転運動を吸収するとともに、他方の軌道輪８２が４本のねじ軸５５の往復運動によって発生する推力のみを伝達することになる。したがって、４本のねじ軸５５によって伝達される公転運動と往復運動は、スラスト軸受８０の作用によって、往復運動のみが推力として外部に伝達されることになる。

このように駆動される第３の実施形態に係る推力伝達装置であるが、制御用モータ９０を駆動制御することによって、スラスト軸受８０から作用させることができる横方向の推力を、所望の値に制御することが可能となっている。具体的には、制御用モータ９０を駆動することによって内歯歯車１００をナット部材５１の遊星運動とは逆方向に回転させると、モータ４０の回転駆動力を減殺する方向に力が加わることになる。逆に、制御用モータ９０を駆動することによって内歯歯車１００をナット部材５１の遊星運動と同じ方向に回転させると、モータ４０の回転駆動力を増幅する方向に力が加わることになる。したがって、制御用モータ９０を制御することによって、推力を任意に調節することが可能となる。

なお、この制御用モータ９０については、一般的な交流モータや直流モータ、インダクションモータ、ステップモータ、超音波モータ、リニアモータなどのあらゆるモータを採用することが可能である。特に、ステップモータは、パルスモータ(pulse motor)とも呼ばれ、高精度のオープンループ制御が可能なので、第３の実施形態に係る推力伝達装置に好適に用いることが可能である。

また、モータ４０と制御用モータ９０のモータ容量を任意に選択することによって、より好適な推力制御が可能となる。例えば、より高速・高出力を得たい場合には、いずれのモータとも大容量のものを選択すれば良いし、より細かい速度制御や出力制御を行いたい場合には、モータ４０の容量に対して小さな容量の制御用モータ９０を採用すれば良い。さらに、スラスト軸受８０によって作用される推力をセンサー等によって検知し、この検知データに基づいて制御用モータ９０をフィードバック制御するようにしても良い。

なお、以上のような構成部材を採用した第３の実施形態に係る推力伝達装置は、図１２に示すような装置構成によって具体化されるが、その取付手段については、ハウジング６０が有するねじ孔６４や既存の取付手段を採用すれば良い。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Claims

駆動源となるモータと、
前記モータが備えるモータ軸に回転自在に設置される太陽歯車と、
外周面に形成される外歯によって前記太陽歯車と歯合し、且つ、内周面に螺旋状のナット側ねじ溝が形成される複数のナット部材と、
外周面に前記ナット側ねじ溝に対応する螺旋状のねじ側ねじ溝が形成され、かかるねじ側ねじ溝が前記ナット側ねじ溝にそれぞれ嵌合されることにより、前記複数のナット部材の回転運動に伴って往復運動を行う複数のねじ軸と、
を有し、
前記太陽歯車が回転駆動されることによって前記複数のナット部材が回転運動を行い、かかる回転運動によって前記複数のねじ軸が軸方向に往復運動を行うことを特徴とする推力伝達装置。
請求項１に記載の推力伝達装置において、
前記複数のねじ軸の一方の端部に固定設置される補助板と、
前記複数のねじ軸の他方の端部に固定設置される押圧板と、
を有し、
前記複数のねじ軸の往復運動によって発生する推力を、前記押圧板を介して伝達することを特徴とする推力伝達装置。
請求項１又は２に記載の推力伝達装置において、
前記ナット部材が備える前記ナット側ねじ溝と、前記ねじ軸が備える前記ねじ側ねじ溝とは、転動体を介して嵌合されていることを特徴とする推力伝達装置。
駆動源となるモータと、
前記モータが備えるモータ軸に回転自在に設置される太陽歯車と、
外周面に形成される外歯によって前記太陽歯車と歯合し、且つ、内周面に螺旋状のナット側ねじ溝が形成される複数のナット部材と、
外周面に前記ナット側ねじ溝に対応する螺旋状のねじ側ねじ溝が形成され、かかるねじ側ねじ溝が前記ナット側ねじ溝にそれぞれ嵌合されることにより、前記複数のナット部材の回転運動に伴って往復運動を行う複数のねじ軸と、
前記複数のナット部材が備える前記外歯と歯合する内歯を備える内歯歯車と、
を有し、
前記太陽歯車が回転駆動されることによって前記複数のナット部材が前記内歯歯車の内側で遊星運動を行い、かかる遊星運動によって前記複数のねじ軸が軸方向に往復運動を行うことを特徴とする推力伝達装置。
請求項４に記載の推力伝達装置において、
前記複数のねじ軸の一方の端部に軸受を介して設置される補助板と、
前記複数のねじ軸の他方の端部に軸受を介して設置される押圧板と、
前記押圧板のねじ軸接続面とは反対の面に設置されるスラスト軸受と、
を有し、
前記スラスト軸受の一方の軌道輪が前記押圧板に固定設置され、他方の軌道輪が非拘束状態とされることにより、
前記一方の軌道輪が前記複数のナット部材の遊星運動によって発生する回転運動を吸収し、
前記他方の軌道輪が前記複数のねじ軸の往復運動によって発生する推力のみを伝達することを特徴とする推力伝達装置。
請求項４又は５に記載の推力伝達装置において、
前記ナット部材が備える前記ナット側ねじ溝と、前記ねじ軸が備える前記ねじ側ねじ溝とは、転動体を介して嵌合されていることを特徴とする推力伝達装置。
請求項４又は５に記載の推力伝達装置において、
制御用モータと、
前記制御用モータが備えるモータ軸に回転自在に設置される制御用歯車と、
を有し、さらに、
前記内歯歯車は外周に制御用外歯を備え、
かかる制御用外歯が歯付ベルトを介して前記制御用歯車と接続されることにより、前記複数のねじ軸の往復運動によって発生する推力を制御自在であることを特徴とする推力伝達装置。
請求項７に記載の推力伝達装置において、
前記ナット部材が備える前記ナット側ねじ溝と、前記ねじ軸が備える前記ねじ側ねじ溝とは、転動体を介して嵌合されていることを特徴とする推力伝達装置。