(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸を形成するコイルばねと、前記コイルばねの外周に係合する転動体と、内周に前記転動体を保持し前記転動体を介して前記コイルばねと相対回転可能なナットと、を含む送りねじ機構を備え、
前記転動体は、球体を含み、前記球体の一部が前記ナットの貫通面よりも突出するようにし、かつ前記球体を回転自在に収納するボールハウジングと、前記ボールハウジングを付勢し、予圧をかけて前記コイルばねに前記球体を接触させるばねと、を有する駆動装置。
【請求項２】
ねじ軸を形成するコイルばねと、
前記コイルばねに接触する球体を含む転動体と、
前記コイルばねの少なくとも一部を包囲し、前記転動体を介して前記コイルばねを支持するナットと、
前記ナットを回転自在に支持するナットホルダと、
前記ナットに回転を与えるモータと、
を含み、
前記転動体は、前記球体の一部が前記ナットの貫通面よりも突出するようにし、かつ前記球体を回転自在に収納するボールハウジングと、前記ボールハウジングを付勢し、予圧をかけて前記コイルばねに前記球体を接触させるばねと、を有する駆動装置。
【請求項３】
前記ナットは、前記ナットの円周方向と直交するナットの軸方向に平行に位置を変えて複数の前記球体が配置されており、前記ナットの内部において、それぞれの前記球体が前記コイルばねの自然長の時の螺旋形状に対応した配置とされている請求項１又は２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記コイルばねの線状部材の断面半径をｒ、前記球体の半径をＲ、前記コイルばね全体のたわみ中心Ｇからのたわみ半径をＲ０とする場合、
前記コイルばねの線状部材の中心間距離は、下記式（１）を満たすｌよりも短くなっている請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【数１】
0005834588.tif 000006
【請求項５】
前記球体は、前記コイルばねの線状部材間の隙間に配置される請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記球体は、前記コイルばねの外周に形成された溝に接している請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記コイルばねの内側に、弾性体が挿入されている請求項１から６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記モータが伝達機構を介して前記ナットに回転を与える請求項２から７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記モータの電機子が前記ナットに固定されており、前記モータの磁石が前記ナットホルダに固定されている請求項２から９のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記コイルばねが移動することにより発生した力を人が動作するときの力に加える請求項１から９のいずれか１項に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ軸となるコイルばねと、前記ねじ軸であるコイルばねの外径側と螺合するとともに前記ねじ軸と相対回転可能なナットとを含む略直線方向駆動装置であって、駆動方向が柔軟に設定できる送りねじを用いた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、各種のロボット用の駆動装置（アクチュエータ）として、外周に螺旋溝を有するねじ軸と、内周に螺旋溝を有し、前記ねじ軸と転動体を介して相対回転可能に係合するナットとからなるボールねじが多用されている。この場合、ねじ軸を回転駆動し、ナットを相対回転不能に保持すれば、ねじ軸の回転駆動によりナットがねじ軸に沿って直線運動をすることになる。
【０００３】
しかしながら、前記ボールねじのねじ軸は、金属製の丸棒に転造加工や切削加工を施して製作するため、特に、ねじ軸を長尺とする必要がある場合等には製造コストの増大を招くおそれがある。また、ねじ軸が剛体であるため、所定の直線方向にのみ同一行程で直線運動をすればよい部位においては特段の問題は無いものの、使用条件やロボット等の設計の制約等により、直線方向から多少外れた方向で駆動させることは出来ないという問題があった。
【０００４】
そのため、特許文献１には、ボールねじのねじ軸を丸棒と丸棒に巻きつけられたコイルばねで代用する技術が開示されている。また、特許文献２には、丸棒に巻きつけるコイルばねの形状を適切なものとする技術が開示されている。これらは、所定の長さに作成された丸棒にコイルばねを巻きつける構成を基本としたねじ軸であり、ねじ軸が長尺となる場合においてもコストの増大が抑制できる点では一定の効果がある。
【０００５】
しかしながら、所定の一直線方向への駆動しか出来ない点については、いまだ解決されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７４７１３号公報
【特許文献２】特開平０５−１２６２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、駆動方向が一直線上に固定されることのない、いわゆる柔軟な直線運動が可能な駆動装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の駆動装置は、ねじ軸を形成するコイルばねと、前記コイルばねの外周に係合する転動体と、内周に前記転動体を保持し前記転動体を介して前記コイルばねと相対回転可能なナットと、を含む送りねじ機構を備える駆動装置であることを特徴とする。
【０００９】
この構成により、ねじ軸はコイルばねであるため、直線運動中にナットあるいはコイルばね自体に外力が働いた場合は、ねじ軸であるコイルばねが柔軟にその外力を受けて変形し直線運動を継続することが可能である。また、所定の外力をあらかじめ与えておき、略直線的な運動（曲線的な運動）をさせることも可能となる。
【００１０】
本発明の望ましい態様として、前記コイルばねの外周に形成された溝と、前記転動体が係合することが好ましい。この構成により、転動体は、溝で転がり、摩擦を低減することができる。また、直線運動中にナット又はコイルばねに外力が働いた場合に変形しながら転動体と溝とが接触することができる。このため、直線運動中にナット又はコイルばねに外力が働いた場合であっても駆動装置は円滑に動作することができる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記コイルばねの内周に、弾性体を挿入することが好ましい。この構成により、コイルばねのみに比べ、振動を抑制することができる。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の駆動装置は、  ねじ軸を形成するコイルばねと、
前記コイルばねに接触する球体を含む転動体と、前記コイルばねの少なくとも一部を包囲し、前記転動体を介して前記コイルばねを支持するナットと、前記ナットを回転自在に支持するナットホルダと、前記ナットに回転を与えるモータと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この構成により、ナットの回転運動をコイルばねの直線運動に変換できる。直線運動中にナット又はコイルばねに外力が働いた場合、駆動装置は、ねじ軸であるコイルばねが柔軟にその外力を受けて変形し直線運動を継続することができる。
【００１４】
本発明の望ましい態様として、前記球体は、前記コイルばねの線状部材間の隙間に配置されることが好ましい。この構成により、球体は、線状部材間の隙間で転がり、摩擦を低減することができる。また、直線運動中にナット又はコイルばね自体に外力が働いた場合、線状部材間の隙間が変化しても、球体と線状部材とが接触し続けることができる。このため、直線運動中にナット又はコイルばね自体に外力が働いた場合であっても駆動装置は円滑に動作することができる。
【００１５】
本発明の望ましい態様として、前記球体は、前記コイルばねの外周に形成された溝に接していることが好ましい。この構成により、球体は、溝で転がり、摩擦を低減することができる。また、直線運動中にナット又はコイルばねに外力が働いた場合に変形しながら球体と溝とが接触することができる。このため、直線運動中にナット又はコイルばねに外力が働いた場合であっても駆動装置は円滑に動作することができる。
【００１６】
本発明の望ましい態様として、前記コイルばねの内側に、弾性体が挿入されていることが好ましい。この構成により、コイルばねのみに比べ、振動を抑制することができる。
【００１７】
本発明の望ましい態様として、前記モータが伝達機構を介して前記ナットに回転を与えることが好ましい。この構成により、ナットが回転運動をすることができる。
【００１８】
本発明の望ましい態様として、前記モータの電機子が前記ナットに固定されており、前記モータの磁石が前記ナットホルダに固定されていることが好ましい。この構成により、ナットと、ナットホルダとの間にモータを内蔵することができる。このため、駆動装置は小型とすることができる。
【００１９】
本発明の望ましい態様として、前記コイルばねが移動することにより発生した力を人が動作するときの力に加えることが好ましい。この構成により、コイルばねが人の動きに柔軟に変形するとともに、駆動装置は人を補助することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、駆動方向が一直線上に固定されることのない、いわゆる柔軟な直線運動が可能な駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施形態１に係る駆動装置の送りねじ機構を説明する説明図である。
【図２】図２は、駆動装置に用いるナットの概要を説明する説明図である。
【図３】図３は、図２に示すナットにおいて転動体を拡大して説明する説明図である。
【図４】図４は、図２に示すナットの側面からみて転動体であるボールキャスタの位置を説明する説明図である。
【図５】図５は、転動体の一例を示す図である。
【図６】図６は、図５に示す転動体の構造を説明するための説明図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る駆動装置を説明する説明図である。
【図８】図８は、実施形態１に係る駆動装置に外力が加えられた場合を説明する図である。
【図９】図９は、実施形態２に係る駆動装置の送りねじ機構を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態３に係る駆動装置の送りねじ機構を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、転動体とコイルばねとの位置関係を説明する説明図である。
【図１２】図１２は、転動体とコイルばねとの位置関係を説明する説明図である。
【図１３】図１３は、外力を受けた場合、実施形態３に係る駆動装置の送りねじ機構が動作する条件を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、実施形態４に係る駆動装置を説明する説明図である。
【図１５】図１５は、実施形態５に係る駆動装置を説明する説明図である。
【図１６】図１６は、本実施形態の駆動装置を補助具に適用した一例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る駆動装置の送りねじ機構を説明する説明図である。図１は、後述する駆動装置１が含む送りねじ機構１００の一例を示している。送りねじ機構１００は、ねじ軸を形成するコイルばね１０、ナット２０、転動体２１を含む。図１に示す形態においては、転動体２１はコイルばね１０が形成する谷部１５に対向して配置されている。
【００２４】
送りねじ機構１００は、ナット２０の回転運動をコイルばね１０の直線運動へ変換することができる。又は、送りねじ機構１００は、コイルばね１０の直線運動をナット２０の回転運動へ変換することができる。
【００２５】
送りねじ機構１００は、コイルばね１０がねじ軸となっている。コイルばね１０は、金属製の線状部材１３を等ピッチで螺旋状に巻回されている。このため、コイルばね１０の外形形状は円筒形状となる。コイルばね１０は、線状部材１３の内側が空洞となり、内周と外周とを有する。コイルばね１０は、ばねとして作用し、ナット２０又はコイルばね１０に外力が働いた場合弾性変形することができる。
【００２６】
図２は、駆動装置に用いるナットの概要を説明する説明図である。ナット２０は、ナット本体２２と、ナット本体２２にコイルばね１０を貫通させる貫通面２０ａを含み、貫通面２０ａに転動体２１を備えている。
【００２７】
貫通面２０ａは、ナット本体２２を貫通する貫通孔２０ｂの内周面である。貫通面２０ａの断面は、円形に沿っている。コイルばね１０をナット２０のナット本体２２に貫通させるため、貫通孔２０ｂの貫通直径Ｗは、コイルばね１０の外径よりも大きく形成されている。
【００２８】
また、転動体２１は、貫通面２０ａよりも貫通中心Ｏ寄りに突出して、かつ貫通面２０ａに保持されている。貫通孔２０ｂの貫通直径Ｗは、コイルばね１０の隣り合う線状部材１３間の空隙である谷部１５に、突出した転動体２１の少なくとも一部が挿入され、線状部材１３と転動体２１とが接するように形成されている。この構造により、ナット２０が含む転動体２１は、ねじ軸であるコイルばね１０の外径側と螺合することができる。
【００２９】
図３は、図２に示すナットにおいて転動体を拡大して説明する説明図である。転動体２１は、ボールキャスタ２１１がナット本体２２に設けられたボールキャスタ収納部２０１に収納されている。ボールキャスタ２１１は、金属製の球体であるボール２１４と、ボール２１４の荷重を受けるボール受座２１７と、ボールキャスタ収納部２０１に一端が固定され、他端がボール受座２１７と接続しているばね２１８とを含む。
【００３０】
ボールキャスタ２１１のボール２１４の一部は、貫通面２０ａよりも突出している。このため、転動体２１は、貫通面２０ａよりも貫通中心Ｏ寄りに突出することができる。また、転動体２１は、線状部材１３に接触することができる。ナット２０が回転する場合、球体であるボール２１４が線状部材１３間で転がる。このため、摩擦を低減することができる。そして、転動体２１は、転動体２１が接触（係合）する線状部材１３へ押圧力を加える。次に、コイルばね１０は、ナット２０の回転に応じて回転しながら、ナット２０の軸方向Ｘに又は軸方向Ｘの逆方向に移動することができる。つまり、送りねじ機構１００は、ナット２０の回転運動をコイルばね１０とナット２０との相対位置を変える直線運動とすることができる。なお、コイルばね１０がナット２０の軸方向Ｘに又は軸方向Ｘの逆方向に移動する場合、ナット２０は回転する。
【００３１】
また、図２に示すように、ボールキャスタ２１１は、ナット２０の軸方向Ｘからみた場合に、円周方向に均等配置されていることが好ましい。例えば、図２に示す通り、ボールキャスタ２１１は、ナット２０の軸方向Ｘからみた場合に、円周方向に少なくとも３箇所配設されていることが好ましい。少なくとも円周方向に３箇所配置することで、ねじ軸であるコイルばね１０とナット２０との間の支持を安定したものとすることができる。また、図２に示すナット２０は、円周方向に３分割可能なナット形式としている。例えば、図２に示すように、ナット本体２２は、ナット半体２２Ａ、２２Ｂ及び２２Ｃをそれぞれつなぎ合わせて、円筒形状としている。これにより、ねじ軸であるコイルばね１０へのナット２０の組みつけが容易となる。
【００３２】
図４は、図２に示すナットの側面からみて転動体であるボールキャスタの位置を説明する説明図である。図４は、図２に示す矢印Ｍ方向からみて、ナット２０の側面を透視した場合のボールキャスタ２１１の位置を示している。図４に示すように、ナット２０の軸方向Ｘからみた場合、ボールキャスタ２１１は、円周方向に少なくとも３箇所配設されている。そして、ナット２０は、ナット２０の円周方向と直交するナット２０の軸方向Ｘに平行に位置を変えて複数のボールキャスタ２１１を含む。さらに、図４に示す通り、ボールキャスタ２１１は、ナット２０の内部においてコイルばね１０の自然長の時の螺旋形状に対応した配置とすることが好ましい。これにより、ボールキャスタ２１１への過大な負荷を軽減することができる。
【００３３】
図５は、転動体の一例を示す図である。図６は、図５に示す転動体の構造を説明するための説明図である。さらに、図３に示すボールキャスタ２１１の構成以外にも、ボールキャスタ２１１は、ボール２１４への付勢方法・形態は各種選択することが可能である。例えば、転動体２１は、図５及び図６に示すような、いわゆるボールキャスタ２１１の形態で適用されることが好ましい。ボールキャスタ２１１は、ハウジング２１２、ボールハウジング２１３、ボール２１４、ばね２１５を含む。ボール２１４は、ボールハウジング２１３に回転自在に収容されている。ボールハウジング２１３は、ばね２１５により外向きに付勢されてハウジング２１２に収納されている。そして、ボールキャスタ２１１は、上述したボールキャスタ収納部２０１に保持される。
【００３４】
ボールキャスタ２１１は、ハウジング２１２がナット２０に収容され、ボール２１４がコイルばね１０に対向するように配置されて用いられる。この時、ばね２１５によりボール２１４に所定の予圧をかけてコイルばね１０に接触させておくことも可能である。予圧をかけておくことにより、コイルばね１０が屈曲した場合においても、ボール２１４とコイルばね１０との接触状態を安定なものとすることが可能となる。
【００３５】
図７は、実施形態１に係る駆動装置を説明する説明図である。駆動装置１は、上述したコイルばね１０、ナット２０及び転動体２１を含む送りねじ機構１００と、駆動手段であるモータ５０と、ナットホルダ２５と、入力側歯車４１と、出力側歯車４２とを含む。送りねじ機構１００は、ナットホルダ２５に位置決めされている。
【００３６】
駆動装置１は、円筒形のナット２０が、上述したボール２１４を含む転動体２１を介してコイルばね１０を支持している。ナットホルダ２５は、ナットホルダ固定部２５ａにより、他の部材と固定されている。ナット２０は、ナットホルダ２５に対して、軸受部３１を介して回転自在に連結され、支持されている。スナップリング２８は、軸受部３１をナットホルダ２５へ固定する止め具である。
【００３７】
図７に示すモータ５０は、入出力シャフト５５を回転させるロータを含むモータ本体５１と、モータ本体５１へ電力を供給する電力供給部５４Ａ及び電力供給部５４Ｂと、を含む。モータ本体５１は、電動機であり、電力供給部５４Ａ及び電力供給部５４Ｂから供給される電力により、入出力シャフト５５を回転させる。モータ本体５１は、ボルト等のモータ固定部５８により、上述したナットホルダ２５に固定されている。入出力シャフト５５は、ボルト等の歯車固定部５６により入力側歯車４１に固定されている。この構造により、入出力シャフト５５の回転が入力側歯車４１に伝達される。
【００３８】
出力側歯車４２は、ボルト等の歯車固定部２３によりナット本体２２に固定されている。この構造により、ナット２０の回転と出力側歯車４２の回転とは連動する。また、図７に示す入力側歯車４１と出力側歯車４２とは互いに噛み合っており、入力側歯車４１の回転が出力側歯車４２に伝達される。このため、入力側歯車４１と出力側歯車４２とは、モータ５０の回転駆動力をナット本体２２へ伝達する伝達機構である。なお、入出力シャフト５５の軸中心ＯＭの延長方向は、上述した貫通中心Ｏの延長方向と平行であることが好ましい。
【００３９】
駆動装置１は、モータ５０が入出力シャフト５５を回転させる。入出力シャフト５５の回転に連動して、入力側歯車４１と出力側歯車４２とが回転する。出力側歯車４２の回転に連動して、ナット２０のナット本体２２がナットホルダ２５内で回転する。
【００４０】
ナット本体２２が回転すると、貫通面２０ａよりも貫通中心Ｏ寄りに突出している転動体２１も回転する。転動体２１は、コイルばね１０の隣り合う線状部材１３間の空隙である谷部１５に突出しているので、転動体２１が接触（係合）する線状部材１３へ押圧力を加える。線状部材１３は螺旋状に巻回されているため、転動体２１から加わる押圧力が、線状部材１３に対してナット２０の軸方向Ｘに加わる。このため、コイルばね１０は、図１に示すナット２０の軸方向Ｘに移動できる。つまり、コイルばね１０とナット２０とは、モータ５０の入出力シャフト５５の回転運動をコイルばね１０とナット２０との相対位置を変える直線運動とすることができる。
【００４１】
図８は、実施形態１に係る駆動装置に外力が加えられた場合を説明する図である。図８に示す送りねじ機構１００は、外力Ｆにより、ねじ軸であるコイルばね１０が屈曲している。このような場合であっても、駆動装置１は、ナット２０とコイルばね１０の相対回転により良好な略直線運動、あるいはねじ軸であるコイルばね１０が形成する曲線に沿った運動が可能となる。
【００４２】
例えば、図８に示すように、外力Ｆにより変形したコイルばね１０の端部は、コイルばね１０の端部の外周の中心を通り、かつナット２０の軸方向Ｘと平行な方向Ｘｘに対して角度α分傾いた矢印Ｘｆの方向に移動している。コイルばね１０の端部は、方向Ｘｘに移動すると共に矢印ｙ分移動する。これにより、ナット２０とコイルばね１０との相対回転により、コイルばね１０は直線運動として、変形はしているもののナット２０の軸方向Ｘと平行な方向Ｘｘに対して前後に移動することができる。
【００４３】
また、ねじ軸はコイルばね１０であるため、直線運動中にナット２０又はコイルばね１０に外力Ｆが働いた場合は、ねじ軸であるコイルばね１０が柔軟にその外力Ｆを受けて変形し方向Ｘｘに直線運動を継続することが可能である。また、駆動装置１は、コイルばね１０に対して所定の外力Ｆをあらかじめ与えておき、矢印Ｘｆの方向に略直線的な運動（曲線的な運動）をさせることも可能となる。
【００４４】
以上説明したように、駆動装置１は、ねじ軸を形成するコイルばね１０と、コイルばね１０の外周に係合する転動体２１と、内周に転動体２１を保持し転動体２１を介してコイルばね１０と相対回転可能なナット２０と、を含む送りねじ機構１００を含む。
【００４５】
また、駆動装置１は、ねじ軸を形成するコイルばね１０と、コイルばね１０に接触する球体であるボール２１４を含む転動体２１と、コイルばね１０の少なくとも一部を包囲し、転動体２１を介してコイルばね１０を支持するナット２０と、ナット２０を回転自在に支持するナットホルダ２５と、ナット２０に回転を与えるモータ５０と、を含む。
【００４６】
また、駆動装置１は、コイルばね１０が線状部材１３を螺旋状に巻いており、線状部材１３のピッチであって、螺旋における隣り合う線状部材１３間の谷部１５に位置するボール２１４が線状部材１３に接触している。この構造により、コイルばね１０は、弾性を有しているので、外力Ｆに対して柔軟に変形し、外力Ｆがなくなると元に戻ることができる。また、球体であるボール２１４が線状部材１３に接触するため、摩擦を低減する。また、球体であるボール２１４が線状部材１３に接触するため、外力Ｆに対してコイルばね１０が変形した場合でもボール２１４と線状部材１３との間で摺動することができる。
【００４７】
また、駆動装置１は、ボール２１４を含む転動体２１を円筒形のナット２０の内周面である貫通面２０ａに配置し、保持する。ナット２０は、貫通孔２０ｂ内にコイルばね１０を挿入している。ナット２０は、コイルばね１０の少なくとも一部を包囲する。このため、外力Ｆによりコイルばね１０が変形しても、貫通孔２０ｂ内に位置するコイルばね１０の部分は、外力Ｆの影響を受けにくい。このため、球体であるボール２１４と、貫通孔２０ｂ内に位置する線状部材１３との接触が安定する。また、ボール２１４は、線状部材１３間の隙間で転がり、摩擦を低減することができる。
【００４８】
また、直線運動中にナット２０又はコイルばね１０に外力Ｆが働いた場合、線状部材１３間の隙間が変化しても線状部材１３とボール２１４とが接触し続けることができる。このため、直線運動中にナット２０又はコイルばね１０自体に外力Ｆが働いた場合であっても駆動装置１は円滑に動作することができる。
【００４９】
（実施形態２）
図９は、本実施形態に係る駆動装置の送りねじ機構を説明する説明図である。実施形態２において、送りねじ機構１００Ａは、ねじ軸であるコイルばね１０Ａの外周に円弧状の溝１１を設けている。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５０】
図９に示すように、ねじ軸であるコイルばね１０Ａの外周に円弧状の溝１１を設け、この溝１１に転動体２１が係合するようにナット２０を構成し配置している。これにより、転動体２１がボールキャスタ２１１である場合においても転動体２１とねじ軸であるコイルばね１０Ａとの係合をより良好に保つことが可能となる。その他の構成等は、図１に示す形態と同様である。
【００５１】
また、駆動装置１は、コイルばね１０が線状部材１３Ａを螺旋状に巻いており、線状部材１３Ａの螺旋の外側の表面に凹部を設け、溝１１としている。ナット２０が回転する場合、球体であるボール２１４が溝１１の凹部に接触しながら転がることができる。そして、転動体２１は、転動体２１が接触（係合）する線状部材１３Ａへ押圧力を加えることができる。
【００５２】
又は、コイルばね１０Ａは、上述した実施形態１の線状部材１３を複数用意し複数の線状部材１３を束ねた状態で螺旋状に巻いて、複数の線状部材１３間の隙間を形成するようにしてもよい。この構造により、コイルばね１０Ａは、複数の線状部材１３間の隙間を溝１１とすることができる。
【００５３】
送りねじ機構１００Ａは、溝１１のナット２０の軸方向Ｘのピッチに合わせて、ナット２０の貫通面２０ａに転動体２１を配置する。この構造により、溝１１に対向するボール２１４が溝１１内で線状部材１３Ａに接触している。また、コイルばね１０Ａは、弾性を有しているので、上述した外力に対して柔軟に変形し、この外力がなくなると元に戻ることができる。また、球体であるボール２１４が線状部材１３Ａに接触するため、摩擦を低減する。また、球体であるボール２１４が線状部材１３Ａに接触するため、外力Ｆに対してコイルばね１０Ａが変形した場合でもボール２１４と線状部材１３Ａとの間で摺動することができる。
【００５４】
また、駆動装置１は、ボール２１４を含む転動体２１を円筒形のナット２０の内周面である貫通面２０ａに配置し、保持する。ナット２０は、貫通孔２０ｂ内にコイルばね１０Ａを挿入している。このため、外力Ｆによりコイルばね１０Ａが変形しても、貫通孔２０ｂ内に位置するコイルばね１０Ａの部分は、外力Ｆの影響を受けにくい。また、溝１１があるため線状部材１３Ａが変形しても、貫通孔２０ｂ内では球体であるボール２１４が線状部材１３Ａの変形を抑制する。その結果、駆動装置１は、ボール２１４と線状部材１３Ａとの接触する位置が安定した状態で駆動することができる。
【００５５】
（実施形態３）
図１０は、実施形態３に係る駆動装置の送りねじ機構を説明する説明図である。実施形態３において、送りねじ機構１００は、ねじ軸であるコイルばね１０の内側に、柔軟性のある材質を含む丸棒３０を挿入している。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５６】
図１０に示すように、ねじ軸であるコイルばね１０の内側に、ゴムあるいは樹脂等の柔軟性のある材質からなる丸棒３０を挿入したものである。ゴムあるいは樹脂等の柔軟性のある材質からなる弾性体を挿入することにより、コイルばね１０の振動を抑制することが可能となる。その他の構成等は、図１に示す形態と同様である。
【００５７】
コイルばね１０の中空の部分に、弾性体である丸棒３０が挿入されているので、コイルばね１０のみに比べ、コイルばね１０の振動を抑制することができる。また、丸棒３０は弾性体であるので、コイルばね１０が外力により変形することもできる。外力がなくなる場合、コイルばね１０と丸棒３０との復元力が相乗して作用し、早期にコイルばね１０を直線に近づけることができる。
【００５８】
ところで、送りねじ機構１００は、外力を受けた場合、転動体２１が丸棒３０に接触してしまうおそれがある。転動体２１が丸棒３０に接触した場合、送りねじ機構１００は、丸棒３０がボールキャスタ２１１の球体と接触し、球体の転がりを抑制する。その結果、ナット２０とコイルばね１０との相対運動が抑制されてしまうおそれがある。図１１及び図１２は、転動体とコイルばねとの位置関係を説明する説明図である。例えば、図１１に示す丸棒３０は、転動体２１のボールキャスタ２１１と接触していない。図１２に示す丸棒３０は、転動体２１のボールキャスタ２１１と接触している。図１３は、外力を受けた場合、実施形態３に係る駆動装置の送りねじ機構が動作する条件を説明する説明図である。
【００５９】
図１３に示すように、コイルばね１０の線状部材１３の断面半径をｒ、ボールキャスタ２１１のボール２１４の半径をＲ、コイルばね１０全体のたわみ中心Ｇからのたわみ半径をＲ０、コイルばね１０の線状部材１３の断面中心Ｃとボール２１４の球中心Ｑとがたわみ中心Ｇに対してなす角度をφ、コイルばね１０の線状部材１３の断面中心Ｃとたわみ中心Ｇとがボール２１４の球中心Ｑに対してなす角度をθ、とする場合、式（１）の関係が成り立つ。
【００６０】
【数１】
0005834588.tif 000002
【００６１】
次に、隣り合うコイルばね１０の線状部材１３の中心間距離をｌとすると、式（２）及び式（３）の関係が成り立つ。
【００６２】
【数２】
0005834588.tif 000003
【００６３】
【数３】
0005834588.tif 000004
【００６４】
式（１）、式（２）及び式（３）の関係から、式（４）が導出できる。
【００６５】
【数４】
0005834588.tif 000005
【００６６】
駆動装置１は、式（４）を満たすｌよりもコイルばね１０の線状部材１３の中心間距離を狭くすることで、転動体２１が丸棒３０に接触してしまうおそれを低減することができる。又は、駆動装置１は、式（４）を満たすＲ及びｒよりもボール２１４の半径及び線状部材１３の断面半径を大きくすることで、転動体２１が丸棒３０に接触してしまうおそれを低減することができる。
【００６７】
（実施形態４）
図１４は、実施形態４に係る駆動装置を説明する説明図である。実施形態４において、駆動装置２は、上述した駆動装置１と伝達機構が異なっている。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６８】
駆動装置２は、上述したコイルばね１０、ナット２０及び転動体２１を含む送りねじ機構１００と、駆動手段であるモータ５０と、ナットホルダ２５と、入力側プーリ４３と、ベルト４４と、出力側プーリ４５とを含む。
【００６９】
入出力シャフト５５は、ボルト等の歯車固定部５６により入力側プーリ４３に固定されている。この構造により、入出力シャフト５５の回転が入力側プーリ４３に伝達される。
【００７０】
出力側プーリ４５は、ボルト等の歯車固定部２３によりナット本体２２に固定されている。この構造により、ナット２０の回転と出力側プーリ４５の回転とは連動する。入力側プーリ４３及び出力側プーリ４５は、ベルト４４がかかる溝を含み、図１４に示すように入力側プーリ４３と出力側プーリ４５との間をベルト４４でつないでいる。この構造により、入力側プーリ４３の回転がベルト４４を介して出力側プーリ４５に伝達される。このため、入力側プーリ４３、ベルト４４及び出力側プーリ４５は、モータ５０の回転駆動力をナット本体２２へ伝達する伝達機構である。
【００７１】
上述の通り、モータ５０が入出力シャフト５５を回転させる。入出力シャフト５５の回転に連動して、入力側プーリ４３と出力側プーリ４５とが回転する。出力側プーリ４５の回転に連動して、ナット２０のナット本体２２がナットホルダ２５内で回転する。
【００７２】
ナット本体２２が回転すると、貫通面２０ａよりも貫通中心Ｏ寄りに突出している転動体２１も貫通中心Ｏを中心に回転する。転動体２１は、コイルばね１０の隣り合う線状部材１３間の空隙である谷部１５に突出しているので、転動体２１が接触（係合）する線状部材１３へ押圧力を加える。線状部材１３は螺旋状に巻回されているため、転動体２１から加わる押圧力が、線状部材１３に対してナット２０の軸方向Ｘに加わる。このため、コイルばね１０は、図１４に示すナット２０の軸方向Ｘに移動できる。つまり、コイルばね１０とナット２０とは、モータ５０の入出力シャフト５５の回転運動をコイルばね１０とナット２０との相対位置を変える直線運動とすることができる。
【００７３】
（実施形態５）
図１５は、実施形態５に係る駆動装置を説明する説明図である。実施形態５において、駆動装置３は、ナット本体２２と、ナットホルダ２５との間にモータ５１Ａを含め、モータ５１Ａによりナット２０を回転させる。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７４】
駆動装置３は、上述したコイルばね１０、ナット２０及び転動体２１を含む送りねじ機構１００と、駆動手段であるモータ５１Ａと、ナットホルダ２５と、を含む。ナット本体２２と、ナットホルダ２５との間にモータ５１Ａを配置するために、例えばＮ極及びＳ極に分割して着磁された磁石５３と、導電体のコイルが巻回されたアーマチュア（電機子）５２とが、ナット本体２２と、ナットホルダ２５との間に空隙を保って対向配置される。
【００７５】
例えば、図１５に示すモータ５１Ａは、アーマチュア５２がナット本体２２に固定されている。また、モータ５１Ａは、磁石５３がナットホルダ２５に固定されている。駆動装置３の外部より電力を供給可能なブラシ５９がアーマチュア５２のコンミテータ５７に摺接しながら給電する。これにより、アーマチュア５２に供給される電流の向きが変化することで、アーマチュア５２と磁石５３との間に電磁力が発生し、ナット２０が回転する。
【００７６】
この構成により、ナット本体２２と、ナットホルダ２５との間にモータ５１Ａを内蔵することができる。そして、駆動装置３は、モータ５１Ａがナット２０を直接回転させる。このため、入出力シャフト５５や伝達機構が不要となり、駆動装置３は小型とすることができる。
【００７７】
ナット本体２２が回転すると、貫通面２０ａよりも貫通中心Ｏ寄りに突出している転動体２１も回転する。転動体２１は、コイルばね１０の隣り合う線状部材１３間の空隙である谷部１５に突出しているので、転動体２１が接触（係合）する線状部材１３へ押圧力を加える。線状部材１３は螺旋状に巻回されているため、転動体２１から加わる押圧力が、線状部材１３に対してナット２０の軸方向Ｘに加わる。このため、コイルばね１０は、図１５に示すナット２０の軸方向Ｘに移動できる。つまり、コイルばね１０とナット２０とは、モータ５１Ａの回転運動をコイルばね１０とナット２０との相対位置を変える直線運動とすることができる。
【００７８】
（実施形態６）
図１６は、本実施形態の駆動装置を補助具に適用した一例を説明する説明図である。実施形態６において、上述した駆動装置１は、人体９００の足９０１の動作を補助する補助具として使用する。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７９】
図１６に示すように、駆動装置１は、人体９００の足９０１と大腿部９０２に取り付けられる。例えば、ナット２０を含むナットホルダ２５は、上述したナットホルダ固定部２５ａを介して、大腿部９０２に取り付けられたベルト９５２に固定されている。
【００８０】
人体９００の足９０１には、ベルト９５１が取り付けられている。このベルト９５１は、関節部材９５０を介して、コイルばね１０と接続されている。ここで、上述した実施形態３に係る丸棒３０がコイルばね１０に挿入されていることがより好ましい。丸棒３０は、足９０１を支え、足９０１の動きを規制することができる。
【００８１】
駆動装置１は、モータ５０が図７に示す入出力シャフト５５を回転させる。入出力シャフト５５の回転に連動して、入力側歯車４１と出力側歯車４２とが回転する。出力側歯車４２の回転に連動して、ナット２０のナット本体２２がナットホルダ２５内で回転する。
【００８２】
図７に示すように、ナット本体２２が回転すると、貫通面２０ａよりも貫通中心Ｏ寄りに突出している転動体２１も貫通中心Ｏを中心に回転する。転動体２１は、コイルばね１０の隣り合う線状部材１３間の空隙である谷部１５に突出しているので、転動体２１が接触（係合）する線状部材１３へ押圧力を加える。線状部材１３は螺旋状に巻回されているため、転動体２１から加わる押圧力が、線状部材１３に対してナット２０の軸方向Ｘに加わる。このため、コイルばね１０は、図１７に示すナット２０の軸方向Ｘに移動できる。
【００８３】
図１６に示すように、コイルばね１０は、足９０１から外力を受ける。例えば、図８に示すように、外力Ｆにより変形したコイルばね１０の端部は、コイルばね１０の端部の外周の中心を通り、かつナット２０の軸方向Ｘと平行な方向Ｘｘに対して角度α分傾いた矢印Ｘｆの方向に移動している。このため、例えば、駆動装置１は、図１６に示す矢印Ｘｆの方向にコイルばね１０を移動させる。コイルばね１０と連動してベルト９５１は、矢印Ｘｆの方向に押圧される。その結果、駆動装置１は、コイルばね１０の移動により発生した力を人体９００の足９０１が動作するときの力に加え、矢印Ｘｆの方向に足９０１を移動する力を補助することができる。また、駆動装置１は、人の力にモータ５０の駆動力を加えることにより、人が動作する負荷を軽減することができる。また、コイルばね１０が人の動きに柔軟に変形するとともに、駆動装置１は人を補助することができる。
【００８４】
以上説明した本実施形態の駆動装置は、ロボット用のアクチュエータ（駆動装置）、あるいは、介護・農作業・土木作業等の各種動作の負荷を軽減するための補助具の駆動装置等として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１、２、３  駆動装置
１０、１０Ａ  コイルばね
１１  溝
１３、１３Ａ  線状部材
１５  谷部
２０  ナット
２１  転動体
２２  ナット本体
２３  歯車固定部
２５  ナットホルダ
２５ａ  ナットホルダ固定部
３０  丸棒
３１  軸受部
４１  入力側歯車
４２  出力側歯車
４３  入力側プーリ
４４  ベルト
４５  出力側プーリ
５０、５１Ａ  モータ
５１  モータ本体
５２  アーマチュア
５３  磁石
５４Ａ、５４Ｂ  電力供給部
５５  入出力シャフト
１００、１００Ａ  送りねじ機構
２０１  ボールキャスタ収納部
２１１  ボールキャスタ
２１２  ハウジング
２１３  ボールハウジング
２１４  ボール
２１５、２１８  ばね
【図１】
0005834588.tif 000007
【図２】
0005834588.tif 000008
【図３】
0005834588.tif 000009
【図４】
0005834588.tif 000010
【図５】
0005834588.tif 000011
【図６】
0005834588.tif 000012
【図７】
0005834588.tif 000013
【図８】
0005834588.tif 000014
【図９】
0005834588.tif 000015
【図１０】
0005834588.tif 000016
【図１１】
0005834588.tif 000017
【図１２】
0005834588.tif 000018
【図１３】
0005834588.tif 000019
【図１４】
0005834588.tif 000020
【図１５】
0005834588.tif 000021
【図１６】
0005834588.tif 000022