(57)【要約】【課題】従来のおねじ式ボールねじ装置のような突出する部分がなく、装置の外径を小さくすることができ、ねじ溝が外面に露出することがないボールねじ装置と、そのボールねじ装置を使用したリニアアクチュエータを提供する。【解決手段】内周面に螺旋状のめねじ溝が螺刻された長尺のめねじ円筒体２と、外周部におねじ溝３３を有し、めねじ円筒体２の内側に回転自在に挿入されると共に、めねじ溝２２とおねじ溝３３に挿入された多数のボール４を介してめねじ円筒体２と係合するおねじ部材３と、を備えためねじ式のボールねじ装置である。おねじ溝３３の両端と連通してボール４を循環させるボール循環路３１が、おねじ部材３の内部に形成される。【選択図】図１
2006234151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に螺旋状のめねじ溝が螺刻された長尺のめねじ円筒体と、
外周部におねじ溝を有し、該めねじ円筒体の内側に回転自在に挿入されると共に、該めねじ溝と該おねじ溝に挿入された多数のボールを介して該めねじ円筒体と係合するおねじ部材と、
を備えためねじ式のボールねじ装置であって、
該おねじ溝の両端と連通してボールを循環させるボール循環路が、該おねじ部材の内部に形成されていることを特徴とするめねじ式のボールねじ装置。
【請求項２】
めねじ式のボールねじ装置を使用したリニアアクチュエータであって、
筒状ケース内にボールねじ装置が配設され、該ボールねじ装置は、内周面に螺旋状のめねじ溝が螺刻された長尺のめねじ円筒体と、外周部におねじ溝を有し、該めねじ円筒体の内側に回転自在に挿入されると共に、該めねじ溝と該おねじ溝に挿入された多数のボールを介して該めねじ円筒体と係合するおねじ部材と、を備え、
該おねじ溝の両端と連通してボールを循環させるボール循環路が、該おねじ部材の内部に形成され、作動ロッドが、該おねじ部材に連結されると共に、回転を阻止され軸方向に移動可能に該めねじ円筒体内に配設され、該めねじ円筒体は該筒状ケースの内側で回転可能に支持され、該めねじ円筒体を回転駆動するモータが該筒状ケースの端部に取り付けられたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記作動ロッドの横断面が異形断面状に形成され、前記筒状ケースの端部に固定したエンドプレートに異形孔が形成され、該作動ロッドが該異形孔に摺動可能に挿通されていることを特徴とする請求項２記載のリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めねじ円筒体を有するめねじ式のボールねじ装置と、そのボールねじ装置を使用したリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転駆動力を直線方向の駆動力に変換して物体を直線移動させる装置として、ボールねじ装置が広く使用されている。この種のボールねじ装置は、下記特許文献１などに記載されるように、ねじ軸の外周部に螺旋状のおねじ溝を形成し、そのおねじ溝と同じピッチのめねじ溝を有したナット部材を、ねじ軸の外周に回転自在に嵌挿させると共に、おねじ溝とめねじ溝間に多数のボールを転動自在に介在させて、ねじ軸とナット部材が多数のボールを介して係合する構造とし、ナット部材の内部または外周部にボールを循環させるためのボール循環路を設けて形成されている。
【特許文献１】特開２００１−９９２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来のこの種のおねじ式のボールねじ装置、つまりおねじ溝を螺刻した長尺のねじ軸の外周に、ナット部材を螺合させた構造のボールねじ装置は、ねじ軸の外側にナット部材が外嵌され、ナット部材の内部または外部にボールの循環路が形成されるため、必然的にナット部材の形状が大形化し、例えば、筒状ケースなどの狭い空間内に、ボールねじ装置を収納して使用するような場合、筒状ケースの外形が大形化する問題があった。
【０００４】
また、この種のボールねじ装置では、おねじ溝を外周に螺刻した長尺のねじ軸が使用され、例えば、ナット部材を静止位置で回転駆動し、ねじ軸を軸方向に移動させるように、ねじ軸を押し出し作動又は引き戻し作動させて使用する場合、必然的におねじ溝がねじ軸の外観として露出する。このため、装置の外観が悪化し、或はねじ軸外周のねじ溝に、異物が巻き込まれるなどの問題が生じる不具合があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、従来のおねじ式ボールねじ装置のような突出する部分がなく、装置の外形を小さくすることができ、ねじ溝が外面に露出することがないボールねじ装置と、そのボールねじ装置を使用したリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明のボールねじ装置は、内周面に螺旋状のめねじ溝が螺刻された長尺のめねじ円筒体と、外周部におねじ溝を有し、該めねじ円筒体の内側に回転自在に挿入されると共に、該めねじ溝と該おねじ溝に挿入された多数のボールを介して該めねじ円筒体と係合するおねじ部材と、を備えためねじ式のボールねじ装置であって、該おねじ溝の両端と連通してボールを循環させるボール循環路が、該おねじ部材の内部に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のリニアアクチュエータは、めねじ式のボールねじ装置を使用したリニアアクチュエータであって、筒状ケース内にボールねじ装置が配設され、該ボールねじ装置は、内周面に螺旋状のめねじ溝が螺刻された長尺のめねじ円筒体と、外周部におねじ溝を有し、該めねじ円筒体の内側に回転自在に挿入されると共に、該めねじ溝と該おねじ溝に挿入された多数のボールを介して該めねじ円筒体と係合するおねじ部材と、を備え、該おねじ溝の両端と連通してボールを循環させるボール循環路が、該おねじ部材の内部に形成され、作動ロッドが、該おねじ部材と連結されると共に、回転を阻止され軸方向に移動可能に該めねじ円筒体内に配設され、該めねじ円筒体は該筒状ケースの内側で回転可能に支持され、該めねじ円筒体を回転駆動するモータが該筒状ケースの端部に取り付けられたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記作動ロッドはその横断面が異形断面状に形成され、前記筒状ケースの端部に固定したエンドプレートに異形孔を形成し、作動ロッドを異形孔に摺動可能に挿通させて、回転を阻止し軸方向に移動させる構造とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成のボールねじ装置は、長尺のめねじ円筒体の内側に、小形のおねじ部材を挿入した構造であり、めねじ円筒体を静止状態で回転駆動し、おねじ部材を直線方向に移動させるように使用し、或はおねじ部材を静止状態で回転駆動し、めねじ円筒体を直線方向に移動させるよう使用される。何れの場合も、めねじ円筒体の外周部には突出した部分がないため、装置全体の外形形状を小さくすることができ、内径の小さい円筒ケース内などに装着することが可能となる。また、おねじ式のボールねじ装置とは異なり、おねじ溝がねじ軸の外側に露出せず、めねじ円筒体の外周面が外観として露出するのみであるため、外観が悪化することはなく、またねじ溝への異物の巻き込みなども生じにくくなる。
【００１０】
このボールねじ装置を使用した上記リニアアクチュエータは、モータの回転駆動によりめねじ円筒体がその軸の周りで回転し、これによって、めねじ円筒体内のおねじ部材に直線方向の駆動力が生じ、おねじ部材はそこに連結された作動ロッドと共に軸方向に移動し、作動ロッドの先端が装置から突き出すように押し出し作動し、或は引き戻すように引戻し動作する。
【００１１】
このようなめねじ式のボールねじ装置を使用したリニアアクチュエータは、めねじ円筒体の外側に突出する部分がないため、その外側を覆う筒状ケースの外形形状を最小限まで細くすることができる。さらに、ケースから押し出され実際に仕事を行なう作動ロッドは、単純な細いロッドとすることができるため、他の部材と干渉しやすい狭いスペースの空間内でも使用することができる。また、作動ロッドの外周部は、おねじ部ではなく、平滑面で形成することができるため、外観の悪化がなく、ねじ溝への異物の巻き込みなども防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１はボールねじ装置の断面図を示し、図２はそのおねじ部材３の正面図を示している。このボールねじ装置は、めねじ式のボールねじ装置であり、図１、図５の分解斜視図に示すように、内周面に螺旋状のめねじ溝２２が螺刻された長尺のめねじ円筒体２と、外周部におねじ溝３３を有し、めねじ円筒体２の内側に回転自在に挿入されると共に、めねじ溝２２とおねじ溝３３に挿入された多数のボール４を介してめねじ円筒体２と係合するおねじ部材３と、を備えている。
【００１３】
めねじ円筒体２のめねじ溝２２の溝幅、溝の深さ、ピッチは、各々おねじ溝３３のそれと同一に形成され、ボール４が溝内を転動可能であり、めねじ円筒体２はボール４を介しておねじ部材３と係合する。おねじ部材３の内側部材３０は、図４等に示すように、円柱状に形成され、その外周部にボール循環路３１が約半周にわたって形成されている。このボール循環路３１は、円柱状の内側部材３０の一方の端部から中央を通り他方の端部まで、その周方向に斜めに沿って形成され、その両端部近傍は略円周方向に沿って形成され、約半周で終了している。
【００１４】
そして、おねじ部材３の内側部材３０の中央外周部に、おねじ溝円筒３２が嵌合され、その内側部材３０の左右の両端部に、端部部材３４，３６がその部分を覆うように嵌め込まれる。両側に嵌着される端部部材３４、３６は、図２、図３、図４等に示すように、略円盤状に形成され、その内側面には、各々ボール連通路３５、３７が外周部から内周部にかけて円弧状に形成される。一方のボール連通路３５は、おねじ溝円筒３２のおねじ溝３３の一端部と内側部材３０外周のボール循環路３１の一端部を連通させ、他方のボール連通路３７は、おねじ溝円筒３２のおねじ溝３３の他端部と内側部材３０外周のボール循環路３１の他端部を連通させている。
【００１５】
このように形成されたおねじ部材３のおねじ溝３３、ボール連通路３５，３７及びボール循環路３１には、多数の金属製のボール４が挿入され、ボール４を挿入した状態で、おねじ部材３は、めねじ円筒体２内に嵌め込まれ、おねじ部材３のおねじ溝３３は、ボール４を介してめねじ円筒体２のめねじ溝２２に係合することになる。多数のボール４はおねじ溝３３、ボール連通路３５，２７及びボール循環路３１内をエンドレスに転動しながら循環移動可能であり、その間の摩擦抵抗は非常に小さく、おねじ部材３とめねじ円筒体２は、相対的に回転しながら極めて軽く直線移動することができる。
【００１６】
このような構成のボールねじ装置は、例えば、めねじ円筒体２を静止状態で回転駆動し、おねじ部材３を回転阻止状態とすると、おねじ部材３は直線方向に移動する。また、例えば、めねじ円筒体２を回転阻止状態とし、おねじ部材３を静止状態で回転駆動すると、めねじ円筒体２は直線方向に移動するように動作し、回転運動を直線運動に変換する機構として汎用的に使用することができる。
【００１７】
さらに、このボールねじ装置は、めねじ円筒体２の外周部には突出した部分がないため、装置全体の外径（又は外形形状）を小さくすることができ、内径の小さい円筒ケース内などに装着することが可能となる。また、おねじ式のボールねじ装置とは異なり、おねじ溝がねじ軸の外側に露出せず、めねじ円筒体２の外周面が外観として露出するのみであるため、外観が悪化することはなく、またねじ溝への異物の巻き込みなども生じにくくなる。
【００１８】
図６〜図１２は上記構成のめねじ式ボールねじ装置１を使用したリニアアクチュエータを示している。このリニアアクチュエータは、筒状ケース５０内にボールねじ装置１１が配設され、ボールねじ装置１１は、内周面に螺旋状のめねじ溝２２が螺刻された長尺のめねじ円筒体１２と、外周部におねじ溝４３を有し、めねじ円筒体１２の内側に回転自在に挿入されると共に、めねじ溝２２とおねじ溝４３に挿入された多数のボール１４を介してめねじ円筒体１２と係合するおねじ部材１３と、を備えて構成される。
【００１９】
リニアアクチュエータの駆動用のモータ５４は筒状ケース５０の末端に固定され、モータ５４の回転軸５４ａがめねじ円筒体１２に連結され、作動ロッド５７の末端は、このボールねじ装置１１のおねじ部材１３の先端に連結固定され、めねじ円筒体１２の回転により、作動ロッド５７は軸方向に直線移動する。
【００２０】
すなわち、図６に示すように、円筒ケース５０の末端に、モータ５４が取付板５３を介して固定され、円筒ケース５０の先端には、エンドプレート５１が固定される。エンドプレート５１には矩形孔（非円形の異形孔）が形成され、この矩形孔に、図１１のような断面を矩形とした作動ロッド５７が、回転を阻止された状態で摺動可能に挿通されている。
【００２１】
円筒ケース５０内には、めねじ円筒体１２が、その前後にころがり軸受５２を介して回転自在に装着され、図７に示すように、めねじ円筒体１２の末端にキー溝１２ｂを設けた連結部１２ａが形成される。長尺のめねじ円筒体１２の内周面には、螺旋状のめねじ溝２２が螺刻されている。一方、図６のように、モータ５４の回転軸５４ａの先端に、連結部材５３が固定され、この連結部材５３の外周部にめねじ円筒体１２の連結部１２ａが嵌合され、そこに設けられたキー溝にキー５８を圧入して、めねじ円筒体１２は、連結部１２ａと連結部材５３を介して、モータ５４の回転軸５４ａに連結される。
【００２２】
図６のように、おねじ部材１３は、めねじ円筒体１２の内側に、多数のボール１４を介して係合して配設され、作動ロッド５７の末端がこのおねじ部材１３の端部に連結固定される。おねじ部材１３は、図８に示すように、軸心位置にボス部材４８を有し、外周部にボール循環路４１を設けた内側部材３０と、内側部材３０の外周部に嵌合されるおねじ溝円筒４２と、内側部材３０の両端部に嵌着される端部部材４４，４６とから構成されている。
【００２３】
おねじ溝円筒４２のおねじ溝４３は、めねじ円筒体１２のめねじ溝２２の溝幅、溝の深さ、ピッチと各々同一に形成され、ボール４が溝内を転動可能であり、めねじ円筒体１２はボール１４を介しておねじ部材１３と係合する。おねじ部材１３の内側部材４０は、図９に示すように、略円柱状に形成され、その外周部にボール循環路４１が約半周にわたって形成され、内側にはねじ部を有したボス部材４８が嵌着されている。ボール循環路４１は、円柱状の内側部材４０の一方の端部から中央を通り他方の端部まで、その周方向に斜めに沿って形成され、その両端部近傍は略円周方向に沿って形成され、約半周で終了している。ボス部材４８に突設されたねじ部は、上記作動ロッド５７の末端のねじ孔５７ａに螺合可能である。
【００２４】
そして、図８のように、おねじ部材１３の内側部材４０の中央外周部に、おねじ溝円筒４２が嵌合され、その内側部材４０の左右の両端部に、端部部材４４，４６がその部分を覆うように嵌め込まれる。両側に嵌着される端部部材４４、４６は、図１０に示すように、略円盤状に形成され、その内側面には、各々ボール連通路４５、４７が外周部から内周部にかけて円弧状に形成される。一方のボール連通路４５は、おねじ溝円筒４２のおねじ溝４３の一端部と内側部材４０外周のボール循環路４１の一端部を連通させ、他方のボール連通路４７は、おねじ溝円筒４２のおねじ溝４３の他端部と内側部材４０外周のボール循環路４１の他端部を連通させている。端部部材４４、４６は同一形状のものを左右で反転して使用することができる。
【００２５】
また、このおねじ部材１３は、その内部にボール循環路４１が形成されるため、その外径（外形形状）を小さくすることができ、これによって、めねじ円筒体１２の外径を小さくして、その外側を覆う筒状ケース５０の外径（外形形状）も小さくすることができる。つまり、従来のおねじ式のボールねじ装置では、ナット部材の内部または外側にボール循環路が形成されるため、ナット部材の外形形状が大型化するが、本ボールねじ装置では、おねじ部材１３の内部にボール循環路４１が形成され、めねじ円筒体１２の外形は小さくなり、リニアアクチュエータ全体の外径（外形形状）を小さくすることができるのである。
【００２６】
上記と同様に、おねじ部材１３のおねじ溝４３、ボール連通路４５，４７及びボール循環路４１には、多数の金属製のボール１４が挿入され、ボール１４を挿入した状態で、おねじ部材１３は、めねじ円筒体１２内に嵌め込まれ、おねじ部材１３のおねじ溝４３は、ボール１４を介してめねじ円筒体１２のめねじ溝２２に係合することになる。
【００２７】
多数のボール１４はおねじ溝４３、ボール連通路４５，４７及びボール循環路４１内をエンドレスに転動しながら循環移動可能であり、その間の摩擦抵抗は非常に小さく、おねじ部材１３とめねじ円筒体１２は、相対的に回転しながら極めて軽く直線移動することができる。そして、おねじ部材１３の両端部には、端部に達した際の衝撃吸収のために、弾性体５６が嵌着され、作動ロッド５７の末端部のねじ孔５７ａがおねじ部材１３のボス部材４８にねじ込まれ、連結される。作動ロッド５７は矩形断面を有する角棒状のロッドであり、回転を阻止された状態で、エンドプレート５１の矩形孔に挿通される。
【００２８】
上記構成のリニアアクチュエータは、モータ５４を回転駆動すると、めねじ円筒体２がその軸の周りで回転し、これによって、めねじ円筒体２内においてボール１４を介して係合するおねじ部材１３に、直線方向の駆動力が生じ、おねじ部材１３はそこに連結された作動ロッド５７と共に軸方向に移動する。めねじ円筒体２が作動ロッド５７を図６の右方向に移動させる方向に回転駆動された場合、図１２のように、作動ロッド５７はその先端がエンドプレート５１から突き出すように押し出し動作する。また、めねじ円筒体２が上記とは逆に回転駆動された場合、作動ロッド５７は筒状ケース５０内に引き戻されるように動作する。
【００２９】
このように、めねじ式のボールねじ装置１１を使用したリニアアクチュエータは、おねじ式のボールねじ装置のナット部材のように、ナット部材が大形化せず、めねじ円筒体１２の外側に突出する部分がないため、その外側を覆う筒状ケース５０の外径（又は外形形状）を最小限まで細くすることができる。さらに、筒状ケース５０から押し出され実際に仕事を行なう作動ロッド５７は、単純な細いロッドとすることができるため、他の部材と干渉しやすい狭いスペースの空間内でも、有効に使用することができる。また、装置から押し出される作動ロッド５７の外周部は、おねじ部ではなく、平滑面で形成することができるため、外観の悪化がなく、ねじ溝への異物の巻き込みなども防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態を示すボールねじ装置の断面図である。
【図２】同装置のおねじ部材の正面図である。
【図３】同おねじ部材の部分断面図である。
【図４】同おねじ部材の分解斜視図である。
【図５】ボールねじ装置の分解斜視図である。
【図６】ボールねじ装置を使用したリニアアクチュエータの断面図である。
【図７】（ａ）はめねじ円筒体の断面図、（ｂ）はめねじ円筒体の左側面図である。
【図８】リニアアクチュエータのおねじ部材１３の分解正面図である。
【図９】（ａ）は内側部材４０の正面図、（ｂ）は内側部材４０右側面図である。
【図１０】（ａ）は端部部材４４，４６の左側面図、（ｂ）端部部材４４，４６の部分断面図である。
【図１１】（ａ）は作動ロッド５７の正面図、（ｂ）は作動ロッド５７の左側面図である。
【図１２】作動ロッドの押し出し動作時の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１−ボールねじ装置
２−めねじ円筒体
３−おねじ部材
４−ボール
３０−内側部材
３１−ボール循環路
３２−おねじ溝円筒
３３−おねじ溝
５０−円筒ケース
５４−モータ
５７−作動ロッド
【図１】
2006234151.tif 000003
【図２】
2006234151.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006234151.tif 000009
【図８】
2006234151.tif 000010
【図９】
2006234151.tif 000011
【図１０】
2006234151.tif 000012
【図１１】
2006234151.tif 000013
【図１２】
2006234151.tif 000014