(57)【要約】【課題】回転直動機構を組立てる際に、複数のローラはホルダに対して互いに傾斜方向が異なっており、一端側をホルダに固定したあとに、他端側に固定することが困難である。【解決手段】外周面にねじ部を有するロッド１０と、ロッド１０の外周面に設けられてロッド１０に対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材３と、ホルダ部材３に回転可能に支持されて外周面に環状溝を有し、かつロッド１０の中心軸に対してねじ部のリード角以上の軸角でねじり配置されたローラ２１〜２３と、を備えた回転直動変換機構において、ローラ軸は両端がホルダ部材３に固定される構造であり、ホルダ部材３の一端には、ローラ軸の直径よりも大きな直径の穴を設け、ローラ取り付け部材３３によりローラ軸を固定する構造とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にねじ部を有するロッドと、前記ロッドの外周側に設けられて前記ロッドに対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材と、前記ホルダ部材に回転可能に支持されて外周面に前記ねじ部と噛み合う環状溝を有し、かつ前記ロッドの中心軸に対して前記ねじ部のリード角前後の軸角でねじり配置されたローラと、を備えた回転直動変換機構において、
前記ローラは中空のローラ環状溝部とローラ軸からなり、前記ローラ軸は前記ローラ環状溝部の中空部に前記環状溝部と相対回転可能に配置され、前記ローラ軸は両端がホルダ部材に固定される構造であり、前記ホルダ部材の一端には、前記ローラ軸の直径よりも大きな直径のホルダ挿入穴を設け、前記ホルダ挿入穴の内周面と前記ローラ軸の外周面の間を埋めるローラ取り付け部材により固定されたことを特徴とする回転直動変換機構。
【請求項２】
請求項１に記載の回転直動変換機構において、前記ホルダ挿入穴を前記ホルダ部材の一端を貫通する貫通穴とし、前記取り付け部材を前記貫通穴の反ローラ環状溝部側から挿入可能な構造とすることを特徴とする回転直動変換機構。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転直動変換機構において、前記ローラ軸の一端側がテーパ状に形成されたことを特徴とする回転直動変換機構。
【請求項４】
請求項３に記載の回転直動変換機構において、前記軸角をθ、前記ローラ軸の端面の直径をＤ、前記ローラ軸の中心軸におけるホルダへの挿入深さをｘ、前記ローラ軸の一端側に設けたテーパ部の中心軸となす角度をαとしたとき、前記軸角θが前記ローラ軸の一端側に設けたテーパ部の中心軸となす角度αよりも大きく、前記ホルダ挿入穴の直径がＨ＝Ｄ＋（ｘ−Ｄ／２×sin（θ））×sin（θ）＋（ｘ＋Ｄ／２×sin（θ））×sin（θ）／cos（θ＋α）より大としたことを特徴とする回転直動変換機構。
【請求項５】
請求項２に記載の回転直動変換機構において、前記軸角をθ、前記ローラ軸の端面の直径をＤ、前記ローラ軸の中心軸におけるホルダへの挿入深さをｘ、前記ローラ軸の一端側に設けたテーパ部の中心軸となす角度をαとしたとき、前記軸角θが前記ローラ軸の一端側に設けたテーパ部の中心軸となす角度αよりも小さく、前記ホルダ挿入穴の直径がＨ＝Ｄ＋（ｘ−Ｄ／２×sin（θ））×sin（θ）／cos（α−θ）＋（ｘ＋Ｄ／２×sin（θ））×sin（θ）／cos（θ＋α）より大としたことを特徴とする回転直動変換機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動と直線運動の間で運動方向を変換する回転直動変換機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転直動変換機構として、外周面にねじ部を有するロッドと、ロッドの外周面に設けられてロッドに対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材と、ホルダ部材に回転可能に支持されて外周面にロッドのねじ部と噛み合う環状溝を有する複数のローラをホルダ中心軸に対して傾斜させて配置し、ローラの回転を噛み合いによりロッドの直線運動へ変換するものがある。
【０００３】
しかしながら、組立の際、複数のローラはホルダに対して互いに傾斜方向が異なっており、一端側をホルダに固定したあとに、他端側に固定することが困難であるという課題がある。それに対してローラの端部のみ傾斜をなくした形にするなどの方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ３１０１６２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の方式では形状が複雑になり、コストが高くなるという課題があった。そこで本発明の目的は組立を容易にできる構造を低コストでできる回転直動機構を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、外周面にねじ部を有するロッドと、ロッドの外周面に設けられてロッドに対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材と、ホルダ部材に回転可能に支持されて外周面にねじ部と噛み合う環状溝を有し、かつロッドの中心軸に対してねじ部のリード角前後の軸角でねじり配置されたローラと、を備えた回転直動変換機構において、ローラは中空のローラ環状溝部とローラの中空部にはローラ軸が環状溝部と相対回転可能に配置され、ローラ軸は両端がホルダ部材に固定される構造であり、ホルダ部材の一端には、前記ローラ軸の端面の直径よりも大きな直径の穴を設け、ローラ取り付け部材により固定される構造とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、組立が容易で、低コストの回転直動変換機構とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態の回転直動変換機構の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態のローラとホルダ部材のサブアセンブリの側面図であり一部は断面を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態のローラの側面図であり，一部は断面を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態のローラの一端部とホルダの取り付け部を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態のローラの一端部とホルダの取り付け部を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態のローラの一端部とホルダの取り付け部を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態のローラの一端部とホルダの取り付け部を示した図である。
【図８】本発明の実施の形態の回転直動変換機構の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の回転直動変換機構の第一実施例を図１乃至図８を用いて説明する。
【００１０】
図１は本発明の第一実施例の縦断面図、図２はローラとホルダ部材のサブアセンブリの側面図、図３はローラの側面図、図４から図７はローラとホルダの取り付け部分の拡大図、図８は本実施例に係る回転直動変換機構の動作を説明する図である。
【００１１】
最初に、本実施例の回転直動変換機構の構成を説明する。図１に示すように本回転直動変換機構１は、主にモータ５，左ケーシング６ａと右ケーシング６ｂから成るケーシング６，複数のローラ２１から２３，ロッド１０などから成り、ローラ２１から２３はモータ５により発生した力でケーシングに対して回転し、ローラ２１から２３に設けた環状溝とロッド１０のねじ部の噛み合いによりロッドが直動する構成である。
【００１２】
つぎに具体的な構成を説明する。ローラ２１〜２３とホルダ部材３とから構成されるサブアセンブリ３０は、左ホルダ端板３ｂが左ホルダラジアル軸受３ｆと左ホルダスラスト軸受３ｅを装着した左ケーシング６ａに挿入されており、左ケーシング６ａに対して回転可能な状態で固定されている。同様に右ホルダラジアル軸受３ｇと右ホルダスラスト軸受３ｈが右ケーシング６ｂに挿入されており、サブアセンブリ３０は右ケーシング６ｂに対して回転可能な状態で装着されている。左右ケーシングはねじ等により接続され、ケーシング６を形成している。
【００１３】
さらに、右ケーシング６ｂはステータ５ｂが圧入されており、また、ホルダ部材３にはロータ５ａがステータ５ｂと対抗する位置に配置されており、ステータ５ｂとロータ５ａでモータ５が形成される。
【００１４】
つぎに、ローラ２１から２３とホルダ部材３から構成されるサブアセンブリ３０について図２，図３を用いて説明する。なお、ローラ２１から２３はローラ２１と同様の構成であり、ローラ２１で以下説明する。ローラ２１は中心軸部に貫通穴をもち、外周面に環状溝をもつローラ環状部２１ａとその貫通穴部に配置され、ホルダ部材３に固定配置されるローラ軸２１ｂとから構成される。ローラ環状部２１ａの右側にはラジアル軸受２１ｅとスラスト軸受２１ｆを配置し、ローラ軸２１ｂに対してローラ環状部２１ａは回転自由に接続される。またローラ軸２１ｂの右側には右ホルダ端板３ｃがローラロックナット３６により固定される。このときローラ２１と、ホルダ３の中心軸とはロッド１０のねじり角前後の軸角で傾斜させて配置する。
【００１５】
したがってホルダ部材３に対してローラ環状部２１ａは回転自由に固定される。左ホルダ端板３ｂにはこのローラ軸２１ｂが挿入できるようにローラ軸２１ｂの端面の直径よりも適度に大きな直径の貫通穴３５をローラ軸２１ｂと平行に設ける。そして左ローララジアル軸受２１ｇを嵌合したあと、貫通穴３５を埋め、ローラ軸２１ｂの左側に挿入して左ホルダ部材３ｂに固定するローラ取り付け部材３３が埋め込まれ、さらにボルト３４等により左ホルダ部材３ｂとローラ軸２１ｂとが固定配置される。
【００１６】
このような組立方法により、右ホルダ端板３ｂに対して異なる方向に傾斜している複数のローラ２１から２３を左ホルダ端板３ｂに通すことが容易になる。
【００１７】
このとき、ローラ軸２１ｂの左側は最左端の直径が小さくなるようにテーパ状に形成するとよい。
【００１８】
このようにすることで貫通穴３５の直径を小さくすることが可能であり、ホルダ全体を小さくすることが可能であり、また穴の直径を小さくできるため強度を増すことも可能である。
【００１９】
また、図４から図６にローラ軸２１ｂの左ホルダ端板３ｂへの挿入手順および必要な直径について示す。図４に示すように軸角をθとし、ローラ軸２１ｂの一端側に設けたテーパの中心軸となす角をαとし、ローラ軸２１ｂの端面の直系をＤとする。
【００２０】
まず、θ≧αの場合について考える。ローラ軸２１ｂは図の右側が上方へ傾斜させるものとした場合を考える。貫通穴はローラ軸２１ｂに平行に設けるものとする。図４に示すようにローラ軸２１ｂの左端面で、図の下側の点をＡ点としたとき、Ａ点が貫通穴の右側最下部に重なるように挿入する。つぎに、図５に示すように、ローラ軸２１ｂの中心軸を左ホルダ端板３ｂへの挿入深さＸだけ挿入する。このとき、ローラ軸２１ｂの上端と貫通穴のＢ点が接触するような大きさに貫通穴の直径Ｈを決めるとよい。このあと、図６に示すように、ローラ軸２１ｂの中心軸と貫通穴３５の中心軸が一致するように左ホルダ端板３ｂを回転させる。
【００２１】
ここでＨの大きさについて説明する。
【００２２】
図５の状態で貫通穴３５をローラ軸２１ｂの中心軸を境に上側をＨ２、下側をＨ１とに分離して考える。
【００２３】
このとき
Ｈ１＝（Ｄ／２）＋Ｘ１×sin（θ）                                  …（１）
となる。ここでＸ１はローラ軸２１ｂの左下端部の左ホルダ端板３ｂへの挿入深さである。
【００２４】
またＨ２は
Ｈ２＝（Ｄ／２）＋Ｘ２×sin（α）／cos（θ＋α）                   …（２）
である。ここでＸ２はローラ軸２１ｂの左上端部の左ホルダ端板３ｂへの挿入深さである。
【００２５】
Ｘ１＝Ｘ−Ｄ×sin（θ）／２                                        …（３）
Ｘ２＝Ｘ＋Ｄ×sin（θ）／２                                        …（４）
であることから、Ｈ（＝Ｈ１＋Ｈ２）は
Ｈ＝Ｄ＋（Ｘ−Ｄ／２×sin（θ））×sin（θ）
＋（Ｘ＋Ｄ／２×sin（θ））×sin（α）／cos（θ＋α）        …（５）
となる。
【００２６】
つぎに、θ＜αの場合を考える。
【００２７】
図７の状態で図５と同様に貫通穴３５をローラ軸２１ｂの中心軸を境に上側をＨ２、下側をＨ１とに分離して考える。
【００２８】
このとき
Ｈ１＝（Ｄ／２）＋Ｘ１×sin（α）／cos（α−θ）                   …（６）
となる。ここでＸ１はローラ軸２１ｂの左端面の下端部の左ホルダ端板３ｂへの挿入深さである。
【００２９】
Ｈ２＝（Ｄ／２）＋Ｘ２×sin（α）／cos（θ＋α）                   …（７）
である。ここでＸ２はローラ軸２１ｂの左端面の状端部の左ホルダ端板３ｂへの挿入深さである。
【００３０】
Ｘ１＝Ｘ−Ｄ×sin（θ）／２                                        …（８）
Ｘ２＝Ｘ＋Ｄ×sin（θ）／２                                        …（９）
であることから、Ｈ（＝Ｈ１＋Ｈ２）は
Ｈ＝Ｄ＋（Ｘ−Ｄ×sin（θ）／２）×sin（α）／cos（α−θ）
＋（Ｘ＋Ｄ／２×sin（θ））×sin（α）／cos（θ＋α）      …（１０）
これにより貫通穴３５の直径を最小限にすることが可能となる。
【００３１】
最後にローラ取り付け部材３３によりローラ軸２１ｂを固定する。ここで左ホルダ端板３ｂへの穴を貫通穴としたが必ずしも貫通する必要はなく、貫通しない挿入穴としてもよい。貫通穴とした場合には、取り付け部材を貫通穴の反ローラ環状溝部側から挿入可能な構造とすることができ、組立が容易になる。
【００３２】
次に、本実施形態の動作について、図８を用いて動作を説明する。図８は、動作原理を説明するため、ロッド１０の外周面を展開して示した図である。今、モータが、図８において、上から下へ回転する場合に限定して考える。ホルダ部材３がロッド軸を中心に回転し、これに保持されている３本のローラもモータと同一回転を行う。よって、図８では、ローラは上（Ａ位置）から下（Ｂ位置）へ垂直に移動する。図８の太線は、ローラがＡ位置にある場合の右ロッドねじ山フランクを示す。そして、このＡ位置から、ローラがδラジアン（ｒａｄ）だけ公転してロッド１０の円周上をδ・（ロッド軸半径）だけ動いてＢ位置に到達した場合を考える。
【００３３】
このとき、右ローラ環状溝面の位置は、ロッド軸方向には移動せず、展開図上では上下方向にのみ移動する。よって、ロッドが軸方向（展開図上では左右方向）に、δ・（ロッド軸半径）・tan（ロッドねじリード角）だけ動いた場合、右ロッドねじ山フランクが左に動いて破線の位置となり、ローラ環状溝とロッドねじ山の噛み合いを保つ。このようにして回転直動変換が生じる。
【００３４】
また、モータの１回転あたりのロッド移動量Ｍは、δを２πとして、Ｍ＝２π・（ロッド軸半径）・tan（ロッドねじリード角）となる。この式から明らかなように、ロッドねじリード角を小さくすることにより、減速割合を増大できることが分かる。また、噛み合い箇所は、ローラ側の環状溝面とロッド側のねじ山フランクであり、曲率の小さい面同士の噛み合いとなる。よって、噛み合い時の弾性変形によって広範囲で接触が起きるため、発生する応力の最大値（ヘルツ応力）が抑制される。このために、本実施形態の回転直動変換機構では、噛み合い一箇所あたりの負荷荷重が増大し、コンパクトながら、大きな推力が発生可能になるという効果がある。
【符号の説明】
【００３５】
１  回転直動変換機構
３  ホルダ
３ｂ  左ホルダ端板
３ｃ  右ホルダ端板
５  モータ
６  ケーシング
１０  ロッド
２１〜２３  ローラ
２１ａ  ローラ環状部
２１ｂ  ローラ軸
３３  ローラ取り付け部材
３５  貫通穴
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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