(57)【要約】【課題】予圧可変機構における圧電素子の作動時の発振を抑制する手段を提供する。【解決手段】対向配置したアンギュラ玉軸受２と、アンギュラ玉軸受２の外輪３の外周面が嵌合する内周面を有するハウジング１２と、ハウジング１２の内周面に嵌合する外周面を有するピストン２０と、印加された電圧に応じてピストン２０を軸方向に変位させる圧電アクチュエータ１８とを備えた予圧可変機構において、ピストン２０の外周面にＯリング溝２３を設け、このＯリング溝２３に、ハウジング１２の内周面を押圧する弾性を有する樹脂材からなるＯリング２２を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置した転がり軸受装置と、該転がり軸受装置の外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、該ハウジングの内周面に嵌合する外周面を有し、外輪を軸方向に押圧するするピストンと、印加された電圧に応じて前記ピストンを軸方向に変位させる圧電素子とを備えた予圧可変機構において、
前記ハウジングの内周面と、前記ピストンの外周面との間の隙間に、油脂を充填すると共に、前記隙間を、毛細管現象により油脂が流出しない範囲に設定したことを特徴とする予圧可変機構。
【請求項２】
対向配置した転がり軸受装置と、該転がり軸受装置の外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、該ハウジングの内周面に嵌合する外周面を有するピストンと、印加された電圧に応じて前記ピストンを軸方向に変位させる圧電素子とを備えた予圧可変機構において、
前記ピストンの外周面に、１以上の環状溝を設け、
該環状溝に、前記ハウジングの内周面を押圧する弾性を有する樹脂材からなるリング状シールを設けたことを特徴とする予圧可変機構。
【請求項３】
請求項２において、
前記環状溝を２つとし、該２つの環状溝の間に充填空間を設け、
該充填空間に、油脂を充填したことを特徴とする予圧可変機構。
【請求項４】
対向配置した転がり軸受装置と、該転がり軸受装置の外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、該ハウジングの内周面に嵌合する外周面を有し、外輪を軸方向に押圧するピストンと、印加された電圧に応じて前記ピストンを軸方向に変位させる圧電素子とを備えた予圧可変機構において、
前記ピストンの外周面に、環状の装着溝を設け、
該装着溝に、リング状の含油部材を装着すると共に、前記ハウジングの内周面と、前記ピストンの外周面との間の隙間を、毛細管現象により油脂が流出しない範囲に設定したことを特徴とする予圧可変機構。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の予圧可変機構を用い、前記外輪の位置決めを行うことを特徴とする位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ等の圧電素子により転がり軸受装置に予圧を付与する予圧可変機構およびそれを備えた位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の転がり軸受装置に予圧を付与する圧電アクチュエータを用いた予圧可変機構は、移動台を軸方向に変位させるボールねじ装置のねじ軸の一端に設けられた嵌合軸部に嵌合する内輪と、ハウジングに嵌合する外輪とを有するアンギュラ玉軸受を、正面組合せで内輪間座を挟んで対向配置し、ハウジングに嵌合するピストンに、その軸芯に沿って圧電アクチュエータを収納する有底の収納穴を形成すると共に、カバーの収納穴に対向する位置に収納穴と同様の凹穴を形成し、印加された電圧に応じて軸方向に変位する角柱状の圧電アクチュエータを、ピストンの収容穴とカバーの凹穴との底面間に挟持させ、圧電アクチュエータに印加した電圧によりピストンを軸方向に変位させて外輪を押圧し、アンギュラ玉軸受に予圧を付与している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１８９１２９号公報（第６頁段落００１３−第４頁段落００２１、第１１頁段落００４４−第１２頁段落００４８、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の技術においては、ボールねじ装置のねじ軸に内輪を嵌合させたアンギュラ玉軸受の外輪を、ハウジングに嵌合するピストンの収容穴とカバーの凹穴との底面間に挟持された圧電アクチュエータによりピストンを介して軸方向に変位させ、アンギュラ玉軸受に予圧を付与しているため、予圧可変機構を構成するハウジングやカバー、ピストン、アンギュラ玉軸受の外輪、内輪、ボール、およびボールねじ装置のねじ軸やボール、ナット等の各部品が減衰性の低い金属材料で形成され、かつそれらの接合面には滑りを伴わない圧縮荷重のみが加わるので、減衰性が低くなって圧電アクチュエータの作動時に発振が生じやすくなり、制御系のゲインを上げることができず、制御可能な周波数帯域を広げることが困難になるという問題がある。
【０００４】
また、ピストンとハウジングの間は、軸方向に相対移動が可能なように僅かな隙間を持って嵌合しているため、アンギュラ玉軸受側から、水や切削油、潤滑油等等の異物が、ピストンとハウジングとの間の隙間を経由して圧電アクチュエータの周囲の空間に侵入し、侵入した液状の異物が圧電アクチュエータに接触すると圧電アクチュエータに短絡が生じ、圧電素子としての圧電アクチュエータが早期に破損する場合があるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、圧電素子の作動時における発振を抑制する手段を提供することを目的とする。
また、圧電素子の周囲の空間への異物の侵入を防止する手段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】
本発明は、上記課題を解決するために、対向配置した転がり軸受装置と、該転がり軸受装置の外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、該ハウジングの内周面に嵌合する外周面を有し、外輪を軸方向に押圧するピストンと、印加された電圧に応じて前記ピストンを軸方向に変位させる圧電素子とを備えた予圧可変機構において、前記ハウジングの内周面と、前記ピストンの外周面との間の隙間に、油脂を充填すると共に、前記隙間を、毛細管現象により油脂が流出しない範囲に設定したことを特徴とする。
【０００７】
また、対向配置した転がり軸受装置と、該転がり軸受装置の外輪の外周面が嵌合する内周面を有するハウジングと、該ハウジングの内周面に嵌合する外周面を有するピストンと、印加された電圧に応じて前記ピストンを軸方向に変位させる圧電素子とを備えた予圧可変機構において、前記ピストンの外周面に１以上の環状溝を設け、該環状溝に、前記ハウジングの内周面を押圧する弾性を有する樹脂材からなるリング状シールを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
これにより、本発明は、圧電素子によるピストンの軸方向への移動時に、ハウジングの内周面とピストンの外周面との間の隙間に充填された油脂の抵抗力を減衰力として作用させて、圧電素子の作動時における発振を抑制することができると共に、隙間に保持された油脂により液状の異物の通過を防止して、圧電素子の周囲の空間への異物の侵入を防止することができるという効果が得られる。
【０００９】
また、圧電素子によるピストンの軸方向への移動時に、ハウジングの内周面を押圧しているリング状シールが変形し、変形時の内部抵抗を減衰力として作用させて、圧電素子の作動時における発振を抑制することができると共に、ハウジングの内周面とピストンの外周面との間の隙間をリング状シールによりシールすることができ、隙間を経由した液状の異物の侵入を防止して、圧電素子の周囲の空間への異物の侵入を防止することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、図面を参照して本発明による予圧可変機構およびそれを用いた位置決め装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は実施例１の位置決め装置の断面を示す説明図、図２は実施例１のピストンの側面を示す説明図である。
図１において、１は位置決め装置である。
２は転がり軸受装置としてのアンギュラ玉軸受であり、外輪３の内周面に形成された外輪軌道４と、内輪５の外周面に形成された内輪軌道６との間に配設された複数の転動体としてのボール８とにより構成され、２つのアンギュラ玉軸受２が正面組合せで対向配置されている。
【００１２】
これらのアンギュラ玉軸受２のそれぞれの内輪５の内周面は、外周面に軸軌道溝１０ａが形成されたボールねじ装置のねじ軸１０の一方の端部に形成された嵌合軸部１１に嵌合し、それぞれの外輪３の外周面はハウジング１２の内周面に嵌合しており、ねじ軸１０を回転可能に支持している。
１３は内輪係止部であり、ねじ軸１０の嵌合軸部１１に隣接して形成された内輪５の外径と同等の外径を有する大径部であって、内輪５の一方の側面を係止する。
【００１３】
１４は内輪間座であり、内輪５より大きい外径および同等の内径を有するリング状部材であって、その内周面が嵌合軸部１１の外周面に嵌合して対向配置されたアンギュラ玉軸受２の内輪５の間に配置される。
１５はロックナットであり、ねじ軸１０の嵌合軸部１１の端部に設けられたねじ部１６に螺合して内輪係止部１３との間で２つの内輪５とこれらの間の内輪間座１４を締め付け、ねじ軸１０上での内輪５の軸方向の移動を固定する。
【００１４】
１７は外輪係止部であり、ハウジング１２の内周面の内輪係止部１３と対向する位置に形成された外輪３の内径より小さい内径を有する段部であって、外輪３の一方の側面を係止する。
１８は圧電素子としての圧電アクチュエータであり、複数のピエゾ素子等の矩形の圧電体を積層して角柱状に形成された樹脂外装型のアクチュエータ（例えば、ＮＥＣトーキン株式会社製、樹脂外装アクチュエータ、型式番号ＡＥ０５０５Ｄ０８）であって、印加される電圧に応じて軸方向に伸縮する機能を有している。
【００１５】
２０はピストンであり、ハウジング１２の内周面に所定の隙間代で嵌合する外周面を有する円柱状部材であって、その外周面には、図２に示すように、リング状シールとしてのＯリング２２を装着するための環状溝としてのＯリング溝２３が形成されている。
また、ピストン２０のアンギュラ玉軸受２側の端面には、ロックナット１５との干渉を避けるための逃げ穴２４が形成され、その反対側の端面には、ピストン２０の軸芯に沿って圧電アクチュエータ１８を収納する収納穴２５が形成されている。
【００１６】
本実施例のＯリング２２は、天然ゴムや合成ゴム、合成樹脂等の弾性を有する樹脂材で形成され、Ｏリング溝２３の溝底とハウジング１２の内周面との間の距離に、所定の潰れ代を加えた直径に形成されている。
２７はカバーであり、ハウジング１２と同等の外径を有し、ハウジング１２の内周面に嵌合する嵌合部２８が形成された円盤状部材であって、そのピストン２０側の端面には、嵌合部２８と同軸に、軸芯に沿って収納穴２５と同等の内径を有する凹穴２９が形成され、嵌合部２８の半径方向外側の端面には、Ｏリング３０を装着するためのＯリング溝３１が形成されており、ボルト３３によりハウジング１２の端面に締結される。
【００１７】
また、カバー２７の凹穴２９の底面の中央部には、圧電アクチュエータ１８に電圧を印加するためのリード線３５を挿通させる貫通穴３６が形成されており、リード線３５を挿通させた後にエポキシ樹脂等の封止樹脂３７で封止される。
上記のＯリング３０は、Ｏリング２２と同様の樹脂材で形成され、Ｏリング溝３１の溝深さに、所定の潰れ代を加えた直径に形成されている。
【００１８】
上記の収納穴２５および凹穴２９の内径は、角柱状の圧電アクチュエータ１８の４隅が内接する直径で形成されている。
これにより、圧電アクチュエータ１８はねじ軸１０の略軸芯に配置される。
また、圧電アクチュエータ１８の軸方向の長さは、圧電アクチュエータ１８をピストン２０に取付けたときに、ピストン２０の収納穴２５の底面と、カバー２７の凹穴２９の底面との間の距離に、所定の押圧代を加えた長さに設定されている。
【００１９】
本実施例の位置決め装置１を組立てる場合は、ねじ軸１０の嵌合軸部１１に内輪間座１４を挟んで正面組合せで対向配置したアンギュラ玉軸受２の内輪５を嵌合させ、ねじ部１６に螺合させたロックナット１５により内輪５を内輪係止部１３に押圧して固定し、アンギュラ玉軸受２の外輪３をハウジング１２の内周面に嵌合させて外輪係止部１７に当接させ、Ｏリング溝２３にＯリング２２を装着したピストン２０をその逃げ穴２４の側からハウジング１２の内周面に挿入する。
【００２０】
このとき、Ｏリング２２は、Ｏリング溝２３の溝底とハウジング１２の内周面との間で押し潰され、ハウジング１２の内周面を押圧する。
次いで、Ｏリング溝３１にＯリング３０を装着したカバー２７の貫通穴３６に、圧電アクチュエータ１８のリード線３５を挿通させ、圧電アクチュエータ１８を凹穴２９に嵌合させて組付け、組付けた圧電アクチュエータ１８をピストン２０の収納穴２５に挿入しながら、カバー２７の嵌合部２８をハウジング１２の内周面に嵌合させてボルト３３により締結し、その後にリード線３５を挿通させた貫通穴３６を封止樹脂３７で封止する。
【００２１】
これにより、アンギュラ玉軸受２の外輪３が、圧電アクチュエータ１８およびピストン２０により外輪係止部１７に押圧されて、圧電アクチュエータ１８の非通電時における初期予圧が付与されると共に、圧電アクチュエータ１８の周囲の空間３９が、Ｏリング２２、３０、封止樹脂３７からなる密封構造により密封される。
そして、アンギュラ玉軸受２の予圧を可変にするときは、圧電アクチュエータ１８にリード線３５を介して電圧を印加して軸方向に伸縮させ、ピストン２０側の外輪３の位置を変位させ、外輪３の間の隙間を変化させてアンギュラ玉軸受２に付与される予圧を高く、または低くなる方向に変化させる。
【００２２】
この圧電アクチュエータ１８の作動時におけるピストン２０の軸方向の移動に伴って、Ｏリング溝２３に所定の潰れ代で装着されているＯリング２２が変形し、変形時の内部抵抗が減衰力として作用して、圧電アクチュエータ１８の作動に伴う発振を抑制することができ、制御系のゲインを上げて制御可能な周波数帯域を広げることができる。
また、ハウジング１２の内周面とピストン２０の外周面との間の隙間は、Ｏリング２２によりシールされているので、アンギュラ玉軸受２側から隙間を経由して液状の異物が侵入することはなく、圧電アクチュエータ１８の破損を防止することができる。
【００２３】
更に、本実施例の圧電アクチュエータ１８は、その周囲の空間３９が、Ｏリング２２、３０、封止樹脂３７からなる密封構造により密封されているので、位置決め装置１の外部からの異物の侵入を確実に防止することができ、圧電アクチュエータ１８の破損を更に防止することができる。
以上説明したように、本実施例では、ハウジングの内周面に嵌合するピストンの外周面に、Ｏリング溝を設け、このＯリング溝にハウジングの内周面を押圧する弾性を有する樹脂材からなるＯリングを設けたことによって、圧電アクチュエータによるピストンの軸方向への移動時に、ハウジングの内周面を押圧しているＯリングが変形し、変形時の内部抵抗を減衰力として作用させて、圧電アクチュエータの作動に伴って生じる発振を抑制することができ、制御系のゲインを上げて制御可能な周波数帯域を広げることができる。
【００２４】
また、ハウジングの内周面とピストンの外周面との間の隙間を、Ｏリングによりシールすることができ、アンギュラ玉軸受側からの隙間を経由した液状の異物の侵入を防止して、圧電アクチュエータの破損を防止することができる。
なお、本実施例においては、ピストンの外周面に設けるＯリングは、１つであるとして説明したが、２つ以上であっても上記と同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００２５】
図３は実施例２の位置決め装置の断面を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例のピストン２０の外周面には、２つのＯリング溝２３が軸方向の並設され、これらＯリング溝２３の間に、それぞれのＯリング溝２３の内側の側面を連結した環状の充填空間４１が形成されており、その充填空間４１にはグリースや潤滑油等の油脂が充填されている。
【００２６】
このようにしても、圧電アクチュエータによるピストンの軸方向への移動時に、ハウジングの内周面を押圧している２つのＯリングの変形時の内部抵抗および充填空間に充填された油脂の抵抗力を減衰力として作用させて、圧電アクチュエータの作動に伴って生じる発振を抑制することができ、制御系のゲインを上げて制御可能な周波数帯域を広げることができる。
【００２７】
また、ハウジングの内周面とピストンの外周面との間の隙間を、Ｏリングによりシールすることができ、アンギュラ玉軸受側からの液状の異物の侵入を防止して、圧電アクチュエータの破損を防止することができる。
【実施例３】
【００２８】
図４は実施例３の位置決め装置の断面を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例のピストン２０の外周面には、軸方向の幅がＯリング溝２３に較べて広い幅広の環状の溝である装着溝４５が形成されており、その装着溝４５にはリング状の含油部材４６が装着されている。
【００２９】
また、装着溝４５の両側のハウジング１２の内周面とピストン２０の外周面との間の隙間は、毛細管現象により含油部材４６からしみでた油脂が流出しない範囲に設定されている。
上記の含油部材４６の外郭部を形成する潤滑剤含有ポリマの合成樹脂としては、ポリオレフィン系合成樹脂が適している。具体的にはポリエチレン，ポリプロピレン，ポリメチルペンテン等を使用することができる。
【００３０】
ポリエチレンは、数平均分子量１００００〜１００００００未満の低〜中分子量のものと、数平均分子量１００００００〜６００００００の超高分子量のものとを混合して用いる。
そのうちの超高分子量ポリエチレンは、溶解時の流動性が悪いので、そのものの含有比率は射出成形材料の全組成中の５〜１０重量％程度が適当であり、１０重量％を越えると射出成形が困難になり、５重量％未満では機械的強度が低下して実用的でなくなる。
【００３１】
ポリプロピレンとしては、数平均分子量１０００００〜４０００００のものを用いることができるが、本発明の組成物のような高い含油量であると、単独では機械的強度が低くなり過ぎるので、その向上を目的として超高分子量ポリエチレンを添加しても良い。ポリメチルペンテンとしては、数平均分子量６０００００〜２００００００のものを用いると好適である。
【００３２】
本実施例の含油部材４６に使用できる潤滑剤としては、鉱油，ポリα−オレフィン油，ジアルキルジフェニルエーテル油やオクタデシルジフェニルエーテル油等のアルキルポリフェニルエーテル油，エイコシルナフタレン等のアルキルナフタレン油等が好適である。
また、潤滑性を向上させる目的で、添加剤としてエチルヘキシルセバケート等のエステル油を用いても良いが、極性の低いポリオレフィン系合成樹脂と極性の高いエステル油との相溶性が悪くて製品の保油性を低くするので、その混合量は全体油量中の３０重量％以下とするのが好ましい。
【００３３】
３０重量％を越える量のエステル油を含有させると、保油性が悪くなる結果、多量の潤滑剤を含有させることが難しくなるのと同時に、潤滑剤のしみ出し速度が早くなり過ぎて早期に枯渇してしまう。
本実施例の含油部材４６は、上記のポリマと潤滑剤とを混合して加熱溶融した後、所定の型に注入して加圧しながら冷却固化させて成形したものであり、予め酸化防止剤，錆止め剤，摩耗防止剤，消泡剤，極圧剤等の各種の添加剤を加えたものでもよい。
【００３４】
また、含油部材４６の機械的強度を向上させるため、上述のポリα−オレフィン系ポリマに、以下のような熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂を添加したものでもよい。
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド，ポリカーボネート，ポリブチレンテレフタレート，ポリフェニレンサルファイド，ポリエーテルスルホン，ポリエーテルエーテルケトン，ポリアミドイミド，ポリスチレン，ＡＢＳ樹脂等の各樹脂を使用することができる。
【００３５】
熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂，尿素樹脂，メラミン樹脂，フェノール樹脂，ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂等の各樹脂を使用することができる。
これらの樹脂は、単独または混合して用いても良い。また、ポリオレフィン系ポリマとそれ以外の樹脂とを、より均一な状態で分散させるために、必要に応じて適当な相溶化剤を加えてあっても良い。
【００３６】
このようにしても、圧電アクチュエータによるピストンの軸方向への移動時に、含油部材からしみでた油脂の抵抗力を減衰力として作用させて、圧電アクチュエータの作動に伴って生じる発振を抑制することができ、制御系のゲインを上げて制御可能な周波数帯域を広げることができる。
また、ハウジングの内周面とピストンの外周面との間の隙間を、毛細管現象により油脂が流出しない範囲に設定してあるので、隙間に保持された油脂により、液状の異物の通過を防止することができ、アンギュラ玉軸受側からの液状の異物の侵入を防止して、圧電アクチュエータの破損を防止することができる。
【００３７】
なお、本実施例においては、ピストンの外周面に、含油部材を装着する装着溝を設け、その両側のハウジングの内周面とピストンの外周面との間の隙間を、毛細管現象により油脂が流出しない範囲に設定するとして説明したが、装着溝を省略して、ハウジングの内周面とピストンの外周面との間の隙間を、毛細管現象により油脂が流出しない範囲に設定し、その隙間に油脂を充填するようにしてもよい。このようにしても上記と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
なお、上記各実施例においては、対向配置した２つのアンギュラ玉軸受に非通電の圧電アクチュエータを介して予め初期予圧を付与しておくとして説明したが、圧電アクチュエータの非通電時には予圧が発生しないように隙間を介してカバーまたはピストンに圧電アクチュエータを固定しておき、位置決め装置の起動時等に所定の電圧を圧電アクチュエータに印加して対向配置した２つのアンギュラ玉軸受に所定の予圧を発生させるようにしてもよい。
【００３９】
更に、上記各実施例においては、転がり軸受装置はアンギュラ玉軸受として説明したが、軸受はアンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受、円錐ころ軸受等の対向配置した軸受に予圧を付与することができるものであればどのようなものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１の位置決め装置の断面を示す説明図
【図２】実施例１のピストンの側面を示す説明図
【図３】実施例２の位置決め装置の断面を示す説明図
【図４】実施例３の位置決め装置の断面を示す説明図
【符号の説明】
【００４１】
１    位置決め装置
２    アンギュラ玉軸受
３    外輪
４    外輪軌道
５    内輪
６    内輪軌道
８    ボール
１０  ねじ軸
１０ａ  軸軌道溝
１１  嵌合軸部
１２  ハウジング
１３  内輪係止部
１４  内輪間座
１５  ロックナット
１６  ねじ部
１７  外輪係止部
１８  圧電アクチュエータ
２０  ピストン
２２、３０  Ｏリング
２３、３１  Ｏリング溝
２４  逃げ穴
２７  カバー
２８  嵌合部
２９  凹穴
３３  ボルト
３５  リード線
３６  貫通穴
３７  封止樹脂
４１  充填空間
４５  装着溝
４６  含油部材
【図１】
2009052606.tif 000003
【図２】
2009052606.tif 000004
【図３】
2009052606.tif 000005
【図４】
2009052606.tif 000006