(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状のねじ軸転動路を設けたねじ軸と、
内周面に前記ねじ軸転動路に対応する螺旋状のナット転動路を設けたナットと、
前記ねじ軸転動路及び前記ナット転動路の間に転動自在に介装される複数の転動体と、
前記ナット及び前記ねじ軸の一方に相対的な回転運動を伝達するトルク伝達部材と、を備え、前記トルク伝達部材から伝達された回転運動を前記ナット及び前記ねじ軸の他方に直線運動として変換するボールねじ機構において、
前記ナットの一端側端面の外周側に、軸方向に突出する係止部が形成され、
前記ねじ軸の一端側に、このねじ軸のねじ軸線に直交する方向に形成されたピン穴に圧入されたピン部材が装着されており、
前記ピン部材を少なくとも軸方向外方から包囲し、このピン部材に摺動しながら係合している凹形状の溝が形成された従動部材を備えており、
前記直線運動を規制するときに、前記係止部及び前記ピン部材が当接し、前記係止部及び前記従動部材の前記溝が、前記ねじ軸及び前記ナットの径方向に離れた状態で位置していることを特徴とするボールねじ機構。
【請求項２】
前記係止部及び前記ピン部材は、面接触状態で当接することを特徴とする請求項１記載のボールねじ機構。
【請求項３】
前記ねじ軸の前記一端側端面の前記ねじ軸線を中心とする位置から突起部が突出して形成され、
この突起部に前記ピン穴を形成し、
前記一端側端面から前記ピン穴の中心までの距離をＳとし、
前記ねじ軸のリードをＬとし、
前記ピン穴に圧入された前記ピン部材及び前記係止部が当接したときに、前記ピン部材に当接していない前記係止部の円周方向の端部及び前記ねじ軸線を径方向に結んだ線を仮想線とし、この仮想線と前記ピン部材のピン軸線とがなす角度をαとし、
横断面円形状の前記ピン部材の直径をＤとし、
前記係止部が、前記ナットの前記一端側の端面から突出している長さをＨとすると、
Ｓ  ＋  Ｄ／２  ＜  （（１８０−α）／３６０）×Ｌ
の関係を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のボールねじ機構。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載のボールねじ機構を備えることを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直動アクチュエータに好適なボールねじ機構及びアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転運動を直線運動に変換するボールねじを利用することにより、比較的小さな入力トルクから大きな軸方向の出力を得る動力変換装置として、ボールねじ式直動型アクチュエータが従来から広く使用されている。
電動モータ等の駆動源からの比較的小さな入力トルクを、ボールねじを構成するねじ軸（又はナット）に減速機構を介して入力し、このねじ軸（又はナット）を所望の方向に回転させると、ねじ軸（又はナット）の回転運動が、複数のボールを介してねじ軸（又はナット）と螺合したナット（又はねじ軸）の直線運動に変換される。そして、このナット（又はねじ軸）の直線運動を、ナットと連結された出力軸から（又はねじ軸から直接）取り出す。
【０００３】
このボールねじ式直動型アクチュエータは、所定以上の直線運動を超えると、アクチュエータの破損、或いは、アクチュエータに駆動される装置が破損するおそれがある。
そこで、ボールねじ式直動型アクチュエータは、所定以上に直線運動するのを規制するため、回転運動を行なうナット及びねじ軸の一方と、直線運動として変換されるナット及びねじ軸の他方とに、ストローク規制部が設けられている。
【０００４】
例えば、特許文献１の装置は、ストローク規制部として、回転運動を行なうねじ軸の端部に装着したピンを設け、直線運動を行なうナットの軸方向端面がピンに係合することでストロークを規制している。
また、特許文献２の装置は、ストローク規制部として、ねじ軸の一端側の外周に装着したストッパ部材と、ナットの一端側の端面に形成した係止部とを備え、ストッパ部材に設けたストッパと係止部とが係合することで、ねじ軸、或いはナットのストロークを規制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０７８１００号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７８０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の装置は、ねじ軸の端部にピンを取付けたことで、ねじ軸の重心ずれにより触れ回りが発生するおそれがある。また、ナットの直線運動機構及びトルク伝達機構としてレール機構が必要となり、装置構成が大型になるおそれがある。
また、特許文献２の装置は、ねじ軸に装着したストッパ部材と、ナットの一端側の端面に設けた係止部とを軸方向にオフセットさせて配置しなければならないので、軸方向長さが長尺な装置となるおそれがある。また、ねじ軸の外周にストッパ部材を装着する構造が複雑であり、製造コストの面で問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、装置の小型化を図りながら製造コストの低減化を図り、高精度に回転運動を直線運動に変換しながら所定以上の直線運動を規制することができるボールねじ機構及びアクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るボールねじ機構は、外周面に螺旋状のねじ軸転動路を設けたねじ軸と、内周面にねじ軸転動路に対応する螺旋状のナット転動路を設けたナットと、ねじ軸転動路及びナット転動路の間に転動自在に介装される複数の転動体と、ナット及びねじ軸の一方に相対的な回転運動を伝達するトルク伝達部材と、を備え、トルク伝達部材から伝達された回転運動をナット及びねじ軸の他方に直線運動として変換するボールねじ機構において、ナットの一端側端面の外周側に、軸方向に突出する係止部が形成され、
前記ねじ軸の一端側に、このねじ軸のねじ軸線に直交する方向に形成されたピン穴に圧入されたピン部材が装着されており、ピン部材を少なくとも軸方向外方から包囲し、このピン部材に摺動しながら係合している凹形状の溝が形成された従動部材を備えており、直線運動を規制するときに、前記係止部及び前記ピン部材が当接し、前記係止部及び前記従動部材の前記溝が、前記ねじ軸及び前記ナットの径方向に離れた状態で位置しているようにした。
また、本発明の一態様に係るアクチュエータは、上記のボールねじ機構を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るボールねじ機構及びアクチュエータによれば、装置の小型化を図りながら製造コストの低減化を図ることができるとともに、高精度に回転運動を直線運動に変換しながら所定以上の直線運動を規制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る第１実施形態のボールねじ機構を示す要部を断面した斜視図である。
【図２】第１実施形態のボールねじ機構を軸方向から見た要部断面図である。
【図３】第１実施形態のボールねじ機構の係止部とピン部材の係合状態を模式的に示した図である。
【図４】第１実施形態のボールねじ機構の動作を模式的に記載した図である。
【図５】第２実施形態のボールねじ機構を示す要部を断面した斜視図である。
【図６】第２実施形態のボールねじ機構を示す軸方向に沿った断面図である。
【図７】図６のＶII−ＶII線矢視図である。
【図８】本発明に係る第３実施形態のボールねじ機構を示す要部を断面した斜視図である。
【図９】第３実施形態のボールねじ機構で使用しているピン部材の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して、本発明の第１〜第３実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１２】
また、以下に示す第１〜第３実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
［第１実施形態］
図１から図４は本発明に係る第１実施形態のアクチュエータとして使用されるボールねじ機構１を示すものである。
【００１３】
第１実施形態のボールねじ機構１は、図１に示すように、ねじ軸２と、ナット３と、ねじ軸２の外周に設けられたねじ溝４とナット３の内周に設けたねじ溝（不図示）との間に転動自在に設置される複数の転動体と、ナット３の一端側端面３ａの外周側に軸方向に突出して形成した係止部５と、ねじ軸２の一端側にねじ軸線２Ｐと直交する方向に装着され、係止部５に当接可能なピン部材６と、ピン部材６の軸方向の両端部６ａ，６ｂに係合している円筒形状のハウジング７と、を備えている。ここで、転動体は、第２実施形態のボールねじ機構１０を示す図６の符号Ｂである（以下、転動体Ｂと称する）。
【００１４】
ねじ軸２の一端側には、平坦な端面２ａのねじ軸線２Ｐを中心とする位置から突起部８が突出して形成されている。
この突起部８に、ねじ軸線２Ｐと直交する方向にピン穴９が形成され、ピン穴９にピン部材６が圧入されている。ピン穴９に圧入されたピン部材６は、突起部８から同一寸法の長さで両側へ突出している。
【００１５】
ハウジング７は、固定部材（不図示）に、自身の回転及び軸方向移動が拘束されている。このハウジング７の内周面には、互いに１８０°離れた位置で軸方向に延在する一対の凹形状の溝７ａ，７ｂが形成されており、これら溝７ａ，７ｂにピン部材６の両端部６ａ，６ｂが入り込んでいる。
ここで、ナット３の一端側端面３ａからピン穴９の中心までの距離をＳとし、ねじ軸２のリードをＬとし、ピン部材６の直径をＤとし、係止部５のナット３の一端側端面３ａから突出した長さをＨとする。
【００１６】
また、図２に示すように、ピン部材６及び係止部５が当接したときに、ピン部材６に当接していない第１係止部材５の円周方向の端部とねじ軸線２Ｐとを径方向に結んだ線を仮想線Ｇとし、この仮想線Ｇとピン部材６のピン軸線６Ｐとがなす角度をαとすると、以下の（１）式の関係を有している。
Ｓ  ＋  Ｄ／２  ＜  （（１８０−α）／３６０）×Ｌ    ……（１）
このことから、ピン部材６の直径Ｄを小さくし、或いは、仮想線Ｇとピン部材６のピン軸線６Ｐとがなす角度αを小さくし、或いは、ねじ軸２のリードＬを大きくし、或いは全ての条件を満たすと、ナット３の一端側端面３ａからピン穴９の中心までの距離Ｓを短くできることがわかる。
【００１７】
第１実施形態のボールねじ機構１の動作について、図４を参照しながら説明する。
初期状態では、ねじ軸２が図４の左側に位置しており、ねじ軸２のピン部材６がナット３の係止部５に当接していない。
そして、トルク伝達機構から矢印Ｒ方向の回転力が伝達されたナット３は移動せずにその場で回転し、転動体Ｂを介して回転力が伝達されたねじ軸２は、回転せずにＣ１方向を往復する。
【００１８】
ナット３の回転運動が転動体Ｂを介してねじ軸２に直線運動として伝達されると、ねじ軸２は、ピン部材６の両端部６ａ，６ｂがハウジング７の溝７ａ，７ｂ内を摺動しながら矢印Ｃ１の右方向に直線運動していき、ピン部材６が係止部５に当接する。
ここで、ナット３の係止部５及びねじ軸２のピン部材６が比較的大きな衝突力で当接しても、その衝突力は、ピン部材６の両端部６ａ，６ｂが溝７ａ，７ｂに入り込んでいるハウジング７が受けるので、転動体Ｂ及びねじ軸２には衝突力の影響が抑制される。
【００１９】
したがって、第１実施形態のボールねじ機構１によると、ねじ軸２が回転していないため、ねじ軸２の一端側に設けたピン部材６が振れ回ることなく、ハウジング７の溝７ａ，７ｂに案内されるため、高精度にねじ軸２の直線運動として伝達することができる。
また、ナット３の係止部５及びねじ軸２のピン部材６が比較的大きな衝突力で当接しても、衝突力に対する転動体Ｂ及びねじ軸２の影響を抑制することができ、小型のボールねじ機構１を形成しても、長期に渡り高精度に安定して使用可能なアクチュエータを提供することができる。
【００２０】
また、第１実施形態では、ねじ軸２の一端側にねじ軸線２Ｐに直交する方向にピン部材６が装着されており、ピン部材６及び係止部５が径方向にオフセットさせた状態で配置されているので、軸方向（ねじ軸線２Ｐ方向）の長さが短い装置となり、さらに小型化を図ることができる。
また、ピン部材６は、ねじ軸２の一端側に設けた突起部８のねじ軸線２Ｐに直交する方向に形成したピン穴９に圧入された状態で装着されており、ねじ軸２にピン部材６を装着する構造が簡便であり、製造コストの低減化を図ることができる。
さらに、ピン部材６がピン穴９の軸方向に移動しても、ハウジング７の内周面に形成した一対の凹形状の溝１０ａ，１０ｂの底面が両端部６ａ，６ｂに当接することで、ピン部材６がねじ軸２の突起部８から脱却するのを防止することができる。
【００２１】
さらにまた、第１実施形態では、上述した（１）式の関係を有していることから、ピン部材６の直径Ｄを小さく、或いは、仮想線Ｇとピン部材６のピン軸線６Ｐとがなす角度αを小さくし、或いは、ねじ軸２のリードＬを大きくし、或いは全ての条件を満たすと、ナット３の一端側端面３ａからピン穴９の中心までの距離Ｓを短くできることができるので、さらに軸方向の短尺化を図ったボールねじ機構１及びアクチュエータを提供することができる。
ここで、本発明に係る従動部材がハウジング７に対応し、本発明に係るオフセットとは、ピン部材６の軸方向に対して係止部５と、ハウジング７の溝７ａ，７ｂとが離れていることに対応している。
【００２２】
［第２実施形態］
次に、図５から図７は、本発明に係る第２実施形態のボールねじ機構１０を示すものである。なお、図１から図４で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
第２実施形態のボールねじ機構１０は、ピン部材６に係合しているキャップ部材１３を備えている。
キャップ部材１３は、固定部材（不図示）に、自身の回転及び軸方向移動が拘束されており、図７に示すように、有蓋円筒形状のキャップ本体１３ａと、キャップ本体１３ａの内側に同軸に形成されたキャップ内筒部１３ｂとを備えている。
【００２３】
内筒部１３ｂには、径方向に延在する一対のスリット１４ａ，１４ｂが形成されており、これらスリット１４ａ，１４ｂにピン部材６の両端部６ａ，６ｂより内側の部位が入り込んでいる。
また、図６に示すように、ねじ軸２の一端側から突出している突起部８の軸方向端部には、球面形状の凸部１５が形成されており、キャップ本体１３ａの内面に当接している。
【００２４】
次に、第２実施形態のボールねじ機構１の動作について、図５を参照しながら説明する。
初期状態では、ねじ軸２が図５の左側に位置しており、ねじ軸２のピン部材６がナット３の係止部５に当接していない。
そして、トルク伝達機構から矢印Ｒ１方向の回転力が伝達されたナット３は移動せずにその場で回転し、転動体Ｂを介して回転力が伝達されたねじ軸２は、回転せずにＣ２方向を往復する。
【００２５】
ナット３の回転運動が転動体Ｂを介してねじ軸２に直線運動として伝達されると、ねじ軸２は、ピン部材６の両端部６ａ，６ｂがキャップ部材１３のスリット１４ａ，１４ｂを摺動しながら矢印Ｃ２の右方向に直線運動していき、ピン部材６が係止部５に当接する。
第２実施形態のボールねじ機構１０も、ねじ軸２が回転していないため、ねじ軸２の一端側に設けたピン部材６が振れ回ることなく、キャップ部材１３のスリット１４ａ，１４ｂに案内されるため、高精度にねじ軸２の直線運動として伝達することができる。
【００２６】
また、ねじ軸２の一端側にねじ軸線２Ｐに直交する方向にピン部材６が装着されており、ピン部材６及び係止部５が径方向にオフセットさせた状態で配置されているので、軸方向（ねじ軸線２Ｐ方向）の長さが短い装置となり、小型化を図ることができる。
さらに、ピン部材６がピン穴９の軸方向に移動しても、キャップ部材１３のキャップ本体１３ａの内周面に、ピン部材６の両端部６ａ，６ｂが当接することで、ピン部材６がねじ軸２の突起部８から脱却するのを防止することができる。
ここで、本発明に係る従動部材がキャップ部材１３に対応し、本発明に係るオフセットとは、ピン部材６の軸方向に対して係止部５と、キャップ部材１３のスリット１４ａ，１４ｂとが離れていることに対応している。
ている。
【００２７】
［第３実施形態］
次に、図８及び図９に、ピン部材１６の形状が異なる第３実施形態のボールねじ機構１７を示す。
第４実施形態のピン部材１６の外周には、図９に示すように、係止部５に面接触する平坦な当接面１６ａ，１６ｂが形成されている。
このような平坦な当接面１６ａ，１６ｂを形成したことで、第１係止部１１及び第２係止部１２とピン部材１６が当接する際の衝突力を低減することができ、耐久性が向上したボールねじ機構１７を提供することができる。
【００２８】
ここで、本発明に係る係止部及びピン部材が面接触状態で当接することが、係止部５と、平坦な当接面１６ａ，１６ｂの当接に対応している。
以上、本発明の範囲は上記実施形態に制限されるものではなく、様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００２９】
すなわち、第１実施形態のボールねじ機構１０、第２実施形態のボールねじ機構１４及び第３実施形態のボールねじ機構１７は、トルク伝達部材によりナット３を回転させたが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、ねじ軸２をトルク伝達機構により回転運動し、このねじ軸２の回転運動をナット３の直線運動に変換するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１…ボールねじ機構
２…ねじ軸
２Ｐ…ねじ軸線
３…ナット
３ａ…ナットの一端側端面
４…ねじ溝
５…係止部
６…ピン部材
７…ハウジング
７ａ，７ｂ…凹形状の溝
８…突起部
９…ピン穴
１０…ボールねじ機構
１１…第１係止部
１２…第２係止部
１３…キャップ部材
１３ａ…キャップ本体
１３ｂ…キャップ内筒部
１４ａ，１４ｂ…スリット
１５…球面形状の凸部
１６…ピン部材
１６ａ，１６ｂ…平坦な当接面
１７…ボールねじ機構
Ｂ…転動体
【図１】
0006524763.tif 000002
【図２】
0006524763.tif 000003
【図３】
0006524763.tif 000004
【図４】
0006524763.tif 000005
【図５】
0006524763.tif 000006
【図６】
0006524763.tif 000007
【図７】
0006524763.tif 000008
【図８】
0006524763.tif 000009
【図９】
0006524763.tif 000010