WO2010140188A1 - 波動式直動機構 - Google Patents

Abstract

　波動式直動機構（１）は、その軸線方向（１ａ）に直線運動を行う剛性ネジ部材（３）に保持力を与える油圧室（６）を備えている。油圧室（６）には調整弁（２０、２２）が備わっており、波動発生器（５）が回転中においては調整弁（２０、２２）が開き、直線運動する剛性ネジ部材（３）には油圧が作用しない。波動発生器（５）が回転停止中においては調整弁（２０、２２）が閉じて油圧室（６）が密閉状態になり、剛性ネジ部材（３）に対して油圧が保持力として作用する。剛性ネジ部材３と可撓性ネジ部材（４）の噛み合い強度、可撓性ネジ部材（４）の座屈強度によって制限されていた波動式直動機構の保持力を高めることができる。

Description

波動式直動機構

　本発明は、リードの異なる剛性ネジ部材と半径方向に撓み可能な可撓性ネジ部材を部分的に噛み合わせ、これらの噛み合い位置を周方向に移動させることにより、これらの間に相対直線運動を発生させる波動式直動機構に関する。さらに詳しくは、停止状態における保持力を増加できるように改良した波動式直動機構に関する。

　波動式直動機構は、一般に、メネジが形成されている剛性ネジ部材と、オネジが形成されている半径方向に撓み可能な可撓性ネジ部材と、この可撓性ネジ部材を楕円形に撓めて剛性ネジ部材に対して楕円形の長軸位置において部分的に噛み合った状態を形成するための楕円形輪郭の波動発生器とを有している。剛性ネジ部材のメネジと、可撓性ネジ部材のオネジは相互にリードが異なっており、波動発生器を回転すると、双方の噛み合い位置が周方向に移動して、これらの間に軸線方向への相対直線運動が発生する。一方の部材を固定しておけば、他方の部材が軸線方向に直線運動し、当該部材に連結されている部材の軸線方向の位置決めなどを行うことができる。この構成の波動式直動機構は特許文献１（実公平６－３８１９５号公報）、特許文献２（特開２００７－１５４９５５号公報）に開示されている。

実公平６－３８１９５号公報 特開２００７－１５４９５５号公報

　ここで、波動発生器の回転停止状態において、移動側の部材（剛性ネジ部材あるいは可撓性ネジ部材）に軸力が作用すると、波動発生器によって噛み合っているメネジとオネジの噛み合い部分のせん断応力、可撓性ネジ部材に働く座屈応力が増加する。過剰な軸力が作用すると、これらの部分の応力が過大となり、ネジ歯のせん断破壊、または、可撓性ネジ部材に座屈破壊が発生してしまう。このため、波動式直動機構では、動作停止状態での外部からの軸力を、せん断破壊、座屈破壊が発生することのない大きさ、すなわち、波動式直動機構の許容保持力以下に制限する必要がある。

　本発明の課題は、動作停止状態において外部からの大きな軸力に耐えることができるように保持力の増加を図った波動式直動機構を提案することにある。

　上記の課題を解決するために、本発明は、
　剛性ネジ部材と、
　半径方向に撓み可能な円形の可撓性ネジ部材と、
　波動発生器とを有し、
　前記剛性ネジ部材および前記可撓性ネジ部材の一方にはメネジが形成されており、他方には当該メネジに噛み合い可能なリードの異なるオネジが形成されており、
　前記剛性ネジ部材および前記可撓性ネジ部材の一方は、これらの軸線方向に移動しない固定側部材であり、他方は前記軸線方向に移動可能な移動側部材であり、
　前記波動発生器は、前記可撓性ネジ部材を非円形に撓めて、その周方向の少なくとも一か所において、前記剛性ネジ部材に噛み合わせた状態を形成し、回転に伴って、両ネジ部材の噛み合い位置を周方向に移動させて、両ネジ部材の間に前記軸線方向への相対直線運動を発生させるようになっている波動式直動機構であって、
　前記波動発生器の回転停止状態において、前記移動側部材を前記軸線方向の停止位置に保持するための保持力の少なくとも一部を発生する保持力発生手段を有していることを特徴としている。

　ここで、前記保持力発生手段としては、前記保持力としての油圧を前記移動側部材に加えるための油圧室を用いることができる。この場合には、当該油圧室を、前記波動発生器の回転停止中には密閉状態に保持し、前記波動発生器の回転中には開放状態に保持すればよい。

　前記油圧室を密閉状態および開放状態に切り替えるためには、前記油圧室に対する作動油の出入りを制御する調整弁を用いることができる。

　次に、前記可撓性ネジ部材として、半径方向に撓み可能なカップ状部材と、当該カップ状部材の開口端側の円形外周面部分に形成されている前記オネジとを備え、前記カップ状部材の底部に剛性ボスが一体形成された構成のものを用いることができる。また、前記剛性ネジ部材として、前記可撓性ネジ部材を同心状に取り囲んでいる筒状部材と、当該筒状部材の円形内周面に形成されている前記メネジとを備えた構成のものを用いることができる。

　この場合には、前記剛性ネジ部材を同心状態に取り囲む円筒状の機構ハウジングを配置し、当該機構ハウジングによって前記剛性ネジ部材を前記軸線方向にスライド可能な状態で支持し、前記剛性ボスと、前記機構ハウジングにおける当該剛性ボスの側の端部との間に、円環状の前記油圧室を形成することができる。

　当該油圧室の一部を、前記剛性ネジ部材の前記筒状部材の端部によって仕切るようにすれば、油圧力を保持力として筒状部材に加えることができる。

　この場合、前記筒状部材の前記端部の外周面と前記機構ハウジングの内周面の間の外側環状隙間、および、当該端部の内周面と前記剛性ボスの外周面の間の内側環状隙間を、それぞれ、前記筒状部材が前記軸線方向にスライド可能な状態で密閉し、前記外側環状隙間および前記内側環状隙間のそれぞれに、前記調整弁を配置しておけばよい。

　本発明の波動式直動機構では、波動発生器に連動して開閉する調整弁付きの油圧室などからなる保持力発生手段を備えている。したがって、動作停止中において外部から作用する軸力を、メネジおよびオネジの噛み合い部のせん断強度、および可撓性ネジ部材の座屈強度によって規定される波動式直動機構の機械的な保持力と、保持力発生手段による油圧力などの保持力の双方が受け持つことになる。よって、大きな保持力を備えた波動式直動機構を実現できる。

本発明を適用した波動式直動機構を示す概略縦断面図である。 図１の波動式直動機構を示す概略縦断面図である。 図１の波動式直動機構の動作原理を示す説明図である。

　以下に、図面を参照して、本発明を適用した波動式直動機構の実施の形態を説明する。

　図１および図２は本実施の形態に係る波動式直動機構を示す概略縦断面図である。波動式直動機構１は、円筒状の機構ハウジング２、この内側に同軸状態に配置した剛性ネジ部材３、この内側に同軸状態に配置した可撓性ネジ部材４、および、この内側に同軸状態に配置した波動発生器５を有している。また、波動式直動機構１は、機構ハウジング２、剛性ネジ部材３および可撓性ネジ部材４の間に形成されている保持力発生用の油圧室６を有している。

　機構ハウジング２において、その後端（軸線方向１ａの一方の端部）には半径方向の内側に直角に広がっている円環状フランジ２ａが形成されており、この円環状フランジ２ａの後端面には円環状端板７が同軸状態に締結固定されている。また、機構ハウジング２の先端には円環状部材８が同軸状態で固定されており、この円環状部材８の円形内周面に装着されているＯリング９によって、機構ハウジング２の先端側部分と剛性ネジ部材３の先端側部分の間が、相対移動可能な状態でシールされている。

　剛性ネジ部材３は円筒状胴部３ａを備えており、この円筒状胴部３ａは、その後端が開口しており、先端は円盤状端板部分３Ａによって封鎖されている。円筒状胴部３ａの円形内周面は、その後端側の部分が円形内周面３ｂのままであるが、それ以外の部分にはメネジ３ｃが形成されている。円筒状胴部３ａの円形外周面３ｄと機構ハウジング２の円形内周面２ｂの間には円環状隙間１０が形成されており、ここに装着されている直動軸受１１を介して、剛性ネジ部材３は軸線方向１ａに移動可能な状態で機構ハウジング２によって支持されている。この円環状隙間１０の先端側開口がＯリング９によってシールされている。

　可撓性ネジ部材４は、半径方向に撓み可能なカップ状部分４ａを備えており、このカップ状部分４ａの底部（後端）に同軸状態に円筒状剛性ボス４ｂが一体形成されている。カップ状部分４ａは円筒状胴部４ｃと、この円筒状胴部４ｃおよび円筒状剛性ボス４ｂの端面外周縁部分の間に形成されている湾曲状のダイヤフラム４ｄとを備えており、円筒状胴部４ｃにおける開口端側の外周面部分にはオネジ４ｅが形成されている。このオネジ４ｅはメネジ３ｃに噛み合い可能であるが、メネジ３ｃとはリードが異なっている。可撓性ネジ部材４の円筒状剛性ボス４ｂはカラー１２を挟み、複数本の締結ボルト１３によって、機構ハウジング２の円環状端板７の内周縁部分に同軸状態に締結固定されている。

　波動発生器５は、楕円形輪郭の剛性カム板５ａと、この剛性カム板５ａの外周面に装着されているウエーブベアリング５ｂと、剛性カム板５ａに同軸状態に連結固定されている入力軸５ｃとを備えている。ウエーブベアリング５ｂは、半径方向に撓み可能な外輪および内輪と、これらの間に装着されている複数個のボールから構成されているボールベアリングであり、剛性カム板５ａと可撓性ネジ部材４を相対回転可能な状態で支持している。入力軸５ｃは、可撓性ネジ部材４の円筒状剛性ボス４ｂの内側を同軸状態に貫通して後方に延びており、これらの間に装着されている軸受１４を介して回転自在の状態で円筒状剛性ボス４ｂによって支持されている。この入力軸５ｃは不図示のモータ出力軸などの回転軸に連結される。

　油圧室６は円環状の油圧室であり、その外側の円形内周面６ａが機構ハウジング２の円形内周面２ｂにおける後端側の部分によって規定されており、その内側の円形外周面６ｂが円筒状剛性ボス４ｂの外周を取り囲む状態に取り付けたカラー１２の円形外周面によって規定されており、その円環状底面６ｃが機構ハウジング２の円環状フランジ２ａの円環状端面および円環状端板７の円環状端面によって規定されている。また、油圧室６の円環状上面開口６ｄは、剛性ネジ部材３の円筒状胴部３ａの円環状後端部分３ｅと、この円環状後端部分３ｅの外側に同心状に配置されている矩形断面の外側円環１５および外側Ｏリング１６と、円環状後端部分３ｅの内側に同心状に配置されている矩形断面の内側円環１７および内側Ｏリング１８とによって封鎖されている。

　外側円環１５は剛性ネジ部材３の円環状後端部分３ｅの外周面に固定されており、外側円環１５の外周面に外側Ｏリング１６が装着されている。外側Ｏリング１６によって、外側円環１５と機構ハウジング２の内周面２ｂの間がシールされた状態で、剛性ネジ部材３は軸線方向１ａにスライド可能である。これに対して、内側円環１７はカラー１２の円形外周面に固定されており、内側円環１７の外周面に内側Ｏリング１８が装着されている。内側Ｏリング１８によって、内側円環１７と剛性ネジ部材３の円形内周面３ｂの間がシールされた状態で、剛性ネジ部材３は軸線方向１ａにスライド可能である。

　ここで、外側円環１５の内周面と剛性ネジ部材３の円環状後端部分３ｅの外周面の間には円環状隙間１９が形成されており、ここには、開閉可能な調整弁２０が取り付けられている。同様に、内側円環１７の内周面とカラー１２の外周面の間にも円環状隙間２１が形成されており、ここにも、当該円環状隙間２１を開閉可能な調整弁２２が取り付けられている。これらの調整弁２０、２２は例えば電磁弁であり、波動発生器５の回転に連動して開閉する。波動発生器５が停止状態においては調整弁２０、２２は閉じ状態に保持され、波動発生器５が回転すると、調整弁２０、２２は開き状態に切り替わり、波動発生器５が止まるまでの間（回転中の間）は開き状態に保持され、波動発生器５が止まると閉じ状態に切り替わる。調整弁２０、２２が閉じると油圧室６は密閉状態になり、調整弁２０、２２が開くと油圧室６は開放状態になる。

　なお、調整弁２０、２２を介して油圧室６に連通している剛性ネジ部材３の外側および内側の空間は潤滑油供給路として機能している。不図示の潤滑油注入口からこれらの潤滑油供給路を介して潤滑油が波動式直動機構１内における各潤滑対象箇所に供給される。動作状態においては調整弁２０、２２が開き、油圧室６が解放状態に保持されているので、油圧室６を経由して潤滑油が流通する。

（動作説明）
　図３は波動式直動機構１の動作説明図である。波動式直動機構１において、筒状ハウジング２、ここに連結固定されている可撓性ネジ部材４が固定側部材であり、剛性ネジ部材３は中心軸線１ａの方向に移動可能な移動側部材である。

　図３（ａ）、（ｂ）に示すように、可撓性ネジ部材４のオネジ４ｅが形成されている部分は楕円形の波動発生器５によって楕円形に撓められており、楕円形の長軸両端の部分において、オネジ４ｅが外側の剛性ネジ部材３のメネジ３ｃに噛み合っている。

　波動発生器５を回転させると、その長軸位置が円周方向に移動するので、可撓性ネジ部材４の剛性ネジ部材３に対する噛み合い位置もそれに伴って周方向に移動する。噛み合い位置の移動に伴って剛性ネジ部材３は軸線方向１ａに押し出される。オネジ４ｅとメネジ３ｃの条数差が「２」の場合には、波動発生器５が９０度回転すると、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、剛性ネジ部材３の進み量は０．５ピッチとなり、図３（ｅ）、（ｆ）に示すように、波動発生器５が１８０度回転すると、剛性ネジ部材３の進み量は１ピッチとなり、図３（ｇ）、（ｈ）に示すように、波動発生器５が３６０度回転すると剛性ネジ部材３の進み量は２ピッチとなる。波動発生器５の回転方向に応じて剛性ネジ部材３は前進および後退する。よって、剛性ネジ部材３に取り付けられている部材などの軸線方向１ａの位置決め動作などを行うことができる。

　ここで、動作中、すなわち、波動発生器５が回転中においては、調整弁２０、２２は開き状態に保持されている。したがって、油圧室６を経由する潤滑油の流れが確保され、例えば、図１に示すように、剛性ネジ部材３が最も後退している初期位置の状態において油圧室６の体積が最も小さな状態となり、図２に示すように、剛性ネジ部材３が最も前進した状態において油圧室６の体積が最も大きな状態になる。

　停止中、すなわち、波動発生器５が回転停止中においては調整弁２０、２２が閉じ状態に保持され、油圧室６が密閉状態になる。この結果、図１あるいは図２に示す後退位置あるいは前進位置のいずれの場合においても、剛性ネジ部材３に作用する軸力を、油圧室６の油圧力によって受け持つことが可能である。このため、剛性ネジ部材３と可撓性ネジ部材４の間のネジ噛み合い部のせん断強度および可撓性ネジ部材４の座屈強度によって制約されていた波動式直動機構１の保持力を大幅に高めることができる。

（その他の実施の形態）
　上記の実施の形態では、剛性ネジ部材３の円形内周面にメネジ３ｃが形成され、可撓性ネジ部材４の円形外周面にオネジ４ｅが形成されている。この代わりに、剛性ネジ部材３の円形外周面にオネジを形成し、可撓性ネジ部材４の円形内周面にメネジを形成してもよい。この場合には、剛性ネジ部材の外側を取り囲む状態に可撓性ネジ部材を配置し、この可撓性ネジ部材の外側を取り囲む状態に楕円形内周面輪郭を備えた波動発生器を配置する。波動発生器によって可撓性ネジ部材を楕円形に撓めて、その楕円形の短軸両端部分において双方のネジを噛み合わせる。波動発生器の回転に伴って噛み合い位置が周方向に移動して、上記の実施の形態と同様にして、両ネジ部材の間に相対直線運動が発生する。

　また、上記の実施の形態では保持力発生手段として油圧機構を用いている。この代わりに、摩擦クラッチなどの摩擦係合機構などの機械的な係合機構を用いて保持力を負担させるようにすることも可能である。

１　　波動式直動機構
１ａ　軸線方向
２　　機構ハウジング
３　　剛性ネジ部材
３ａ　円筒状胴部
３Ａ　円盤状端板部分
３ｂ　円形内周面
３ｃ　メネジ
４　　可撓性ネジ部材
４ａ　カップ状部分
４ｂ　円筒状剛性ボス
４ｃ　円筒状胴部
４ｄ　ダイヤフラム
４ｅ　オネジ
５　　波動発生器
５ａ　剛性カム板
５ｂ　ウエーブベアリング
５ｃ　入力軸
６　　油圧室
６ａ　円形内周面
６ｂ　円形外周面
６ｃ　円環状底面
６ｄ　円環状上面開口
７　　円環状端板
８　　円環状部材
９　　Ｏリング
１０　円環状隙間
１１　直動軸受
１２　カラー
１３　締結ボルト
１４　軸受
１５　外側円環
１６　外側Ｏリング
１７　内側円環
１８　内側Ｏリング
１９、２１　円環状隙間
２０、２２　調整弁

Claims (5)

1. 　剛性ネジ部材（３）と、
   　半径方向に撓み可能な円形の可撓性ネジ部材（４）と、
   　波動発生器（５）とを有し、
   　前記剛性ネジ部材（３）および前記可撓性ネジ部材（４）の一方にはメネジ（３ｃ）が形成されており、他方には当該メネジ（３ｃ）に噛み合い可能なリードの異なるオネジ（４ｅ）が形成されており、
   　前記剛性ネジ部材（３）および前記可撓性ネジ部材（４）の一方は、これらの軸線方向（１ａ）に移動しない固定側部材であり、他方は前記軸線方向に移動可能な移動側部材であり、
   　前記波動発生器（５）は、前記可撓性ネジ部材（４）を非円形に撓めて、その周方向の少なくとも一か所において、前記剛性ネジ部材（３）に噛み合わせた状態を形成し、回転に伴って、両ネジ部材（３、４）の噛み合い位置を周方向に移動させて、両ネジ部材（３、４）の間に前記軸線方向（１ａ）への相対直線運動を発生させるようになっている波動式直動機構（１）であって、
   　前記波動発生器（５）の回転停止状態において、前記移動側部材を前記軸線方向（１ａ）の停止位置に保持するための保持力の少なくとも一部を発生する保持力発生手段（６、２０、２２）を有していることを特徴とする波動式直動機構（１）。
2. 　前記保持力発生手段は、前記保持力としての油圧を前記移動側部材に加えるための油圧室（６）を備えており、
   　当該油圧室（６）は、前記波動発生器（５）の回転停止中は密閉状態に保持され、前記波動発生器（５）の回転中は開放状態に保持されることを特徴とする請求項１に記載の波動式直動機構（１）。
3. 　前記保持力発生手段は、前記油圧室（６）に対する作動油の出入りを制御する調整弁（２０、２２）を備えており、
   　前記調整弁（２０、２２）は、前記波動発生器（５）の回転停止中は閉じ状態に切り替わり前記油圧室（６）を密閉状態に保持し、前記波動発生器（５）の回転中は開き状態に切り替わり前記油圧室（６）を開放状態に保持することを特徴とする請求項２に記載の波動式直動機構（１）。
4. 　前記可撓性ネジ部材（４）は、半径方向に撓み可能なカップ状部材（４ａ）と、当該カップ状部材（４ａ）の開口端側の円形外周面部分に形成されている前記オネジ（４ｅ）とを備えており、前記カップ状部材（４ａ）の底部には剛性ボス（４ｂ）が一体形成されており、
   　前記剛性ネジ部材（３）は、前記可撓性ネジ部材（４）を同心状に取り囲んでいる筒状部材（３ａ）と、当該筒状部材（３ａ）の円形内周面に形成されている前記メネジ（３ｃ）とを備えており、
   　前記剛性ネジ部材（３）を同心状態に取り囲む円筒状の機構ハウジング（２）が配置されており、
   　当該機構ハウジング（２）によって前記剛性ネジ部材（３）は前記軸線方向（１ａ）にスライド可能な状態で支持されており、
   　前記剛性ボス（４ｂ）と、前記機構ハウジング（２）における当該剛性ボス（４ｂ）の側の端部との間に、円環状の前記油圧室（６）が形成されており、
   　当該油圧室（６）の一部が、前記剛性ネジ部材（３）の前記筒状部材（３ａ）の端部（３ｅ）によって仕切られていることを特徴とする請求項３に記載の波動式直動機構（１）。
5. 　前記筒状部材（３ａ）の前記端部（３ｅ）の外周面と前記機構ハウジング（２）の内周面の間の外側環状隙間、および、当該端部（３ｅ）の内周面と前記剛性ボス（４ｂ）の外周面の間の内側環状隙間は、それぞれ、前記筒状部材（３ａ）が前記軸線方向（１ａ）にスライド可能な状態で密閉されており、
   　前記外側環状隙間および前記内側環状隙間のそれぞれに、前記調整弁（２０、２２）が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の波動式直動機構（１）。

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