JPH06174041A

JPH06174041A - 直線駆動装置

Info

Publication number: JPH06174041A
Application number: JP35293792A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Kumagai; 喜義熊谷; Kiyoshi Aikawa; 喜吉相川
Original assignee: Tatematsu Mfg Co Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Nasu KK
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1994-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】回転軸と、当該回転軸に転がり接触する弾性
ローラとからなる往復直線運動機構を設ける。【構成】回転軸（メーンシャフト）２に一定の交差角
（θ）をもって転がり接触する弾性ローラ１を設ける。
この弾性ローラ１の両端部に、球面ベアリング５を設
け、この球面ベアリング５を、球面軸受部３５を介して
ホルダ３、３’に保持する。これら左右両端部に設けら
れたホルダ３、３’間をフレーム３１にて支持し、更に
ナット３２にて固定する。これらホルダ３、３’、フレ
ーム３１等によって被駆動側のケースが形成され、これ
らが、上記メーンシャフト２の回転運動に伴って、レー
ル９上を往復直線運動する。【効果】弾性ローラ１の弾性変形によって、メーンシ
ャフト２との間における接触孤の長さが長くなり、小さ
な面圧で大きなスラスト力が得られる。これにより、装
置全体の軽量化、小形化が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転運動を直線運動に
変換する、いわゆる直線駆動装置に関するものであり、
特に、運動伝達機能を発揮する部材の一部に弾性体を利
用し、これによって、機構自体を簡素化し、製造コスト
の低減化を図るようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の、この種の直線駆動装置として
は、ボール・ネジ式のものが挙げられる。また、この外
には、回転軸（メーンシャフト）の周りに、ボールベア
リングを複数個、上記メーンシャフトの軸心に対して一
定の傾斜角（ピッチ角）を有する状態に設置した、いわ
ゆるボール・軸方式のものが挙げられる。これらのもの
は、各構成部品が精密仕上げされ、装置全体としても精
度良く仕上げられるものである。このような特性を利用
して、上記直線駆動装置は、主として工作機械の送り機
構等に採用されている。

【０００３】

【発明が解決しょうとする課題】ところで、上記従来の
ものは、各部品が精密仕上げされており、精度の高い機
構ではあるが、そのため、各部品の製造コストは非常に
高いものとなっている。特に、ボールとシャフトとの間
等においては、点接触が行なわれており、その接触面圧
は非常に高い値となっている。このような状態から成り
立っている本機構において、上記ボールとシャフトとの
間が円滑に作動するためには、それら各部品の表面仕上
げ、及び表面処理（調質）等を厳格に行なわなければな
らない。従って、構造が複雑になるとともに、製造コス
トが高くなるという問題点がある。このような問題点を
解決するため、機構が簡単で、かつ、製造コストの安価
な直線駆動装置を提供しようとするのが本発明の目的
（課題）である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては次のような手段を講ずることとし
た。すなわち、回転運動を往復直線運動に変換する直線
駆動装置において、回転運動をするメーンシャフトと、
当該メーンシャフトと一定の交差角を有した状態で転が
り接触をする弾性ローラと、当該弾性ローラの両端部に
設けられ、かつ、当該弾性ローラの回転運動を支持する
球面ベアリングと、当該球面ベアリングを保持するとと
もに上記弾性ローラの両端部にそれぞれ設けられたホル
ダと、当該両ホルダ間にあって、これらホルダを保持す
るフレーム等からなる構成を採ることとした。

【０００５】

【作用】上記構成を採ることにより、本発明において
は、次のような作用を呈することとなる。すなわち、図
１において、メーンシャフト２がモータ４等によって回
転駆動されると、上記メーンシャフト２と一定の交差角
（θ）を有した状態で転がり接触をしている弾性ローラ
１も回転駆動される。この回転運動に関する上記メーン
シャフト２と当該弾性ローラ１との間の関係は、図７に
示すような状態となっている。すなわち、メーンシャフ
ト２が、図示のようなＲ方向への回転運動をすると、当
該メーンシャフト２と一定の交差角（θ）をもって、か
つ、一定の圧力（Ｆ）をもって押付けられた状態で転が
り接触をしている弾性ローラ１は、ｒ方向に回転運動を
する。その結果、上記メーンシャフト２と上記弾性ロー
ラ１との間には、相対スラスト力（Ｆｘ）が作用するこ
ととなる。ここに、Ｆｘ＝Ｆｓｉｎθである。この相対
スラスト力（Ｆｘ）によって、上記弾性ローラ１は、上
記メーンシャフト２の軸心方向に直線駆動されることと
なる。なお、上記相対スラスト力（Ｆｘ）は、上記メー
ンシャフト２と上記弾性ローラ１との接触の状態が、図
６に示す如く、弾性ローラ１の接触面の弾性変形によっ
て、その接触孤の長さが長くなっていることより、従来
のものにおけるような点接触の状態と比べて、同じ面圧
に対して大きな値となっている。すなわち、上記メーン
シャフト２と上記弾性ローラ１との間には大きな摩擦力
が発生していることとなり、これによって、上記両者の
間には大きな相対スラスト力が発生することとなる。

【０００６】この直線駆動力（相対スラスト力）Ｆｘ
が、図２に示す如く、弾性ローラ１を支持している球面
ベアリング５に伝達され、更に、当該球面ベアリング５
を保持するホルダ３に伝達される。その結果、当該左右
のホルダ３、３’を保持するフレーム３１等と一体とな
って、上記弾性ローラ１は、図２の如く、大きなスラス
ト力を受けてレール９上を直線運動することとなる。な
お、ここに、上記メーンシャフト２を駆動するためのモ
ータ４の回転方向を変更することによって、上記弾性ロ
ーラ１の回転方向を変化（逆転）させ、これによって、
当該弾性ローラ１を保持するホルダ３等を、図２の矢印
図示の如く、往復直線運動を行なわせることができる。
また、上記モータ４の回転速度を変化させることによっ
て、すなわち、メーンシャフト２の回転速度を変化させ
ることによって、上記弾性ローラ１を含む被駆動部材
（ホルダ３等）の直線運動速度を変化させることができ
る。なお、このような被駆動部材の往復直線運動に対し
ては、上記レール９上にリミットスイッチ９１、９１’
が設けられており、これによって、上記被駆動部材の直
線運動が規制される。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例について、図１ないし図７を
基に説明する。本実施例の構成は、図１及び図２に示す
如く、丸棒からなる回転軸であって、モータ４等によっ
て駆動されるメーンシャフト２と、当該メーンシャフト
２の周りに、当該メーンシャフト２と転がり接触するよ
うに、かつ、当該メーンシャフト２の軸心に対して一定
の交差角（θ）を有するように設けられた弾性ローラ１
と、これら弾性ローラ１の両端部を球面ベアリング５を
介して支持するように設けられたホルダ３、３’とから
なることを基本とするものである。

【０００８】このような基本構成において、上記弾性ロ
ーラ１は、図４に示す如く、中央部に円筒状のゴム材等
からなる弾性体１１を有し、当該弾性体１１の両端部に
はシャフト部１２を有する構成からなるものである。そ
して、上記弾性体１１は、一般的には、上記の如く円筒
状のゴム材等からなるのが主であるが、この外に、外観
形態がテーパ状からなるもの、あるいは回転楕円面の一
部からなるもの、または鼓形面からなるもの等が考えら
れる。また、ゴム材にかわってコイルスプリング等を用
いることも可能である。このような弾性体１１とシャフ
ト部１２とからなる弾性ローラ１の上記シャフト部１２
には、図５に示すような球面ベアリング５が、スラスト
ブッシュ１３を介して設けられる構成となっている。ま
た、上記弾性ローラ１のその両端部を支持するホルダ３
には、球面軸受部３５が設けられている構成となってお
り、この球面軸受部３５内には、上記弾性ローラ１の両
端部に設けられた球面ベアリング５が収納されるように
なっている。

【０００９】このような構成において、上記弾性ローラ
１が上記メーンシャフト２によって回転駆動されると、
この回転運動は、上記弾性ローラ１に設けられたシャフ
ト部１２と球面ベアリング５との間において処理され
る。これとともに、上記交差角（θ）によって、上記弾
性ローラ１に生ずるスラスト力（Ｆｘ）は、上記スラス
トブッシュ１３、球面ベアリング５、球面軸受部３５を
介して、ホルダ３に伝達されるようになっている。

【００１０】上記のような構成からなる左右のホルダ
３、３’間には、図１及び図２に示すようなフレーム３
１が設けられ、これらホルダ３、３’、フレーム３１を
もって、上記弾性ローラ１とメーンシャフト２とを所定
のディメンションに設定し、かつ、保持するケースが形
成されるようになっている。そして、このようなケース
を形成する上記ホルダ３には、上記ケース（ホルダ３）
の回り止めと直線運動を案内するためのガイド６が設け
られている。これによって、当該ガイド６は、図２に示
す如く、直線状のレール９内をスライド運動する。更
に、上記レール９の両端部には、リミットスイッチ等か
らなるストッパ９１、９１’が設けられており、これに
よって、上記ケース（被駆動部材）が直線運動をした場
合、左右端でのストローク量が規制されるようになって
いる。

【００１１】上記構成において、メーンシャフト２、当
該メーンシャフト２の周りに設けられた弾性ローラ１、
当該弾性ローラ１の両端部に設けられた球面ベアリング
５、これら球面ベアリング５を保持するホルダ３、
３’、これら左右のホルダ３、３’間を支持するフレー
ム３１等の取付構造は、図３に示すようになっている。
すなわち、円板状のホルダ３、３’の中心部にメーンシ
ャフト２が支持され、当該メーンシャフト２の周りに、
図２に示すように、一定の交差角（θ）を有した状態で
弾性ローラ１が等間隔に設けられ、これら弾性ローラ１
の両端部に設けられた球面ベアリング５が、左右のホル
ダ３に等間隔に保持されている構成からなるものであ
る。そして、このような左右のホルダ３、３’間に、複
数のフレーム３１が同じく等間隔に設けられている構成
からなるものである。

【００１２】このような構成からなる本実施例の作動態
様について説明する。図１において、メーンシャフト２
がモータ４等によって回転駆動されると、当該メーンシ
ャフト２と一定の交差角（θ）を有した状態で転がり接
触をしている弾性ローラ１も回転駆動される。この回転
運動に関する上記メーンシャフト２と弾性ローラ１との
間の関係は、図７に示すような状態となっている。すな
わち、メーンシャフト２が、図示のようなＲ方向への回
転運動をすると、当該メーンシャフト２と一定の交差角
（θ）をもって、かつ、一定の圧力（Ｆ）をもって押付
けられた状態で転がり接触をしている弾性ローラ１は、
ｒ方向に回転運動をする。その結果、上記メーンシャフ
ト２と上記弾性ローラ１との間には、相対スラスト力
（Ｆｘ）が作用することとなる。ここに、Ｆｘ＝Ｆｓｉ
ｎθである。この相対スラスト力（Ｆｘ）によって、上
記弾性ローラ１は、上記メーンシャフト２の軸心方向に
直線駆動されることとなる。なお、上記相対スラスト力
（Ｆｘ）は、上記メーンシャフト２と上記弾性ローラ１
との間の接触状態が、図６に示す如く、弾性ローラ１の
弾性変形によって、その接触孤の長さが長くなっている
ことより、従来のものにおけるような点接触の状態と比
べて、同じ面圧に対して、大きな値となっている。すな
わち、上記メーンシャフト２と上記弾性ローラ１との間
には大きな摩擦力が発生していることとなり、これによ
って上記両者の間には、大きな相対スラスト力が発生す
ることとなる。

【００１３】この直線駆動力（相対スラスト力）Ｆｘ
が、図２に示す如く、弾性ローラ１を支持している球面
ベアリング５に伝達され、更に、当該球面ベアリング５
を保持するホルダ３に球面軸受部３５（図５参照）を介
して伝達される。その結果、当該左右のホルダ３、３’
を保持するフレーム３１等と一体となって、上記弾性ロ
ーラ１は、図２の如く、大きなスラスト力を受けてレー
ル９上を直線運動することとなる。なお、ここに、上記
メーンシャフト２を駆動するためのモータ４の回転方向
を変更することによって、上記弾性ローラ２の回転方向
を変化（逆転）させて、その結果、当該弾性ローラ２を
保持するホルダ３等を、図２の矢印図示の如く、往復直
線運動を行なわせることができる。また、上記モータ４
の回転速度を変化させることによって、すなわち、メー
ンシャフト２の回転速度を変化させることによって、上
記弾性ローラ１を含む被駆動部材（ホルダ３等）の直線
運動速度を変化させることができる。なお、このような
被駆動部材の往復直線運動に対しては、上記レール９上
にリミットスイッチ等からなるストッパ９１、９１’が
設けられており、これによって上記被駆動部材の直線運
動が規制されることとなる。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、回転運動を往復直線運
動に変換する直線駆動装置において、回転運動をするメ
ーンシャフトと、当該メーンシャフトと一定の交差角を
有した状態で転がり接触する弾性ローラと、当該弾性ロ
ーラの両端部に設けられ、かつ、当該弾性ローラの回転
運動を支持する球面ベアリングと、当該球面ベアリング
を保持するとともに上記弾性ローラの両端部にそれぞれ
設けられたホルダと、当該両ホルダ間にあって、これら
ホルダを保持するフレームとからなる構成を採ることと
したので、上記メーンシャフトと上記弾性ローラとの間
の線接触による接触孤の長さが長く確保されることとな
り、従来のものに比べて、低い面圧で大きなスラスト力
を発生させることができるようになった。従って、従来
のボール・軸方式の直線駆動機構等と比べて、装置全
体、特に、その被駆動部材となるケース（ホルダ及びフ
レーム）を比較的剛性の低い簡素な構造物で形成するこ
とができるようになり、装置全体の軽量化及び小形化、
更には、製造コストの低減化を図ることができるように
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の主要部をなす弾性ローラの取付構造を
示す部分断面図である。

【図３】本発明の主要部をなすホルダの構造を示す断面
図であり、図２のＡＡ断面図である。

【図４】本発明の主要部をなす弾性ローラの縦断面図で
ある。

【図５】本発明の主要部をなす弾性ローラ及び球面ベア
リングの取付構造を示す部分断面図である。

【図６】本発明におけるメーンシャフトと弾性ローラと
の間の作動状態を示す説明図である。

【図７】本発明におけるメーンシャフトと弾性ローラと
の間に生ずるスラスト力の状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１弾性ローラ１１弾性体１２シャフト部１３スラストブッシュ２メーンシャフト３ホルダ３’ ホルダ３１フレーム３２ナット３５球面軸受部４モータ５球面ベアリング６ガイド９レール９１ストッパ（リミットスイッチ）９１’ ストッパ（リミットスイッチ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転運動をするメーンシャフトと、当該
メーンシャフトと一定の交差角を有した状態で転がり接
触をする弾性ローラと、当該弾性ローラの両端部に設け
られ、かつ、当該弾性ローラの回転運動を支持する球面
ベアリングと、当該球面ベアリングを保持するとともに
上記弾性ローラの両端部にそれぞれ設けられたホルダ
と、当該両ホルダ間にあって、これらホルダを保持する
フレームとからなることを特徴とする直線駆動装置。