JP6934731B2

JP6934731B2 - 直動機構

Info

Publication number: JP6934731B2
Application number: JP2017040316A
Authority: JP
Inventors: 浩成勝呂; 高徳大川; 修小平
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: WO2018159238A1; CN108539915A; JP2018148656A

Description

本発明は、モータの回転運動を直線運動に変換するための直動機構に関するものである。

モータの回転運動を直線運動に変換する機構として、本願の出願人は、例えば下記特許文献１に記載の技術を提案している。この技術では、モータの回転軸に対してスラスト方向（すなわち回転軸に平行な方向）に移動可能に取り付けられた変位部材の外周面に雄ねじを形成する。また、モータ回転軸の外側に配置された固定のケーシングの内面に、変位部材の雄ねじと螺合する雌ねじを設ける。この技術では、モータの回転軸が回転すると、変位部材の雄ねじがケーシングの雌ねじに対して回転し、これによって、変位部材を直動させることができる。

ところで、この従来の機構において、変位部材（すなわち直動部材）を大型化すると、その外側に配置される雌ねじを有するケーシングを大型化する必要がある。このため、直動機構全体として大型化してしまうという問題がある。

また、直動機構自体には回り止め機構を設けず、実装時に組み合わされる相手方部材に、直動部材の回り止め機構を設けることによって、モータの回転運動を直線運動に変換する機構も知られている。しかしながら、そのような機構の場合は、相手方部材の加工工数が増えてしまい、相手側部材のコスト増につながるという問題もある。

特開２００１−１２８４１３号公報

本発明は、前記した状況に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、単独で回転運動を直線運動に変換可能であり、かつ、装置全体としての大型化を抑制することができる直動機構を提供することである。

前記した課題を解決する手段は、以下の項目のように記載できる。

（項目１）
モータとガイド部材と直動部材とを備えており、
前記モータは、ケーシングと、前記ケーシングからその外部方向に突出した回転軸とを備えており、
前記回転軸の外周面には雄ねじが形成されており、
前記ガイド部材は、前記回転軸の延長方向に沿って延長され、かつ、前記回転軸の回転方向には移動しない構成とされた案内面を備えており
前記直動部材は、前記雄ねじと螺合する雌ねじと、前記案内面に対向して配置された当接面とを備えており、
前記当接面は、前記案内面と当接することによって、前記回転軸の回転方向における前記直動部材の回転を阻止する構成となっている
ことを特徴とする直動機構。

この直動機構においては、当接面が案内面と当接することによって、直動部材の回転を阻止できるので、回転軸の回転により直動部材を直動させることができる。回転軸の回転方向を制御することで、直動部材の前後進を制御することもできる。

（項目２）
前記ガイド部材は、前記ケーシングに取り付けられて、前記回転軸の回転方向における前記ガイド部材の移動を阻止する係止部を備えている
項目１に記載の直動機構。

係止部を用いることにより、接着剤を用いずにガイド部材２をケーシングに固定できるので、接着剤がモータの回転軸に付着する可能性を解消できる。

（項目３）
前記ガイド部材と直動部材との間に配置されたスプリングを備えており、
前記スプリングは、前記ガイド部材と直動部材とを離間させる方向への付勢力によって、前記ガイド部材を前記ケーシングの方向に押圧する構成となっている
項目１又は２に記載の直動機構。

スプリングの押圧力により、ケーシングに対するガイド部材の移動の可能性を低減させることができる。さらに、スプリングの押圧力により、回転軸の雄ねじと直動機構の雌ねじとの間のがたつきを抑制することもできる。

（項目４）
前記ケーシングは、このケーシングに形成された貫通穴により構成された係合凹部を備えており
前記係止部は、前記係合凹部を通過した状態において前記係合凹部に係合する拡径部を備えている
項目２に記載の直動機構。

（項目５）
前記ガイド部材は、前記スプリングに当接して、前記スプリングからの付勢力を受け止めるフランジ部をさらに備えている
項目３に記載の直動機構。

（項目６）
前記ガイド部材は、前記ケーシングの方向に向けて突出する嵌入部を備えており、
前記ケーシングは、前記嵌入部と嵌合する嵌合凹部をさらに備えている
項目１〜５のいずれか１項に記載の直動機構。

（項目７）
前記案内面及び／又は前記当接面は、一つ又は複数の突起先端により構成されている
項目１〜６のいずれか１項に記載の直動機構。

本発明によれば、モータ単独で回転運動を直線運動に変換可能であり、かつ、装置全体としての大型化を抑制することが可能な直動機構を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る直動機構の分解斜視図である。図１の直動機構に用いるガイド部材の斜視図である。図１の直動機構に用いる直動部材の斜視図である。図１の直動機構の縦断面図である。本発明の第２実施形態に係る直動機構の分解斜視図である。図５の直動機構の縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る直動機構に用いるガイド部材を底面方向から見た状態での斜視図である。図７のガイド部材の底面図である。本発明の第３実施形態に係る直動機構に用いるケーシングを上面方向から見た状態での斜視図である。図９のケーシングの平面図である。図１０のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、図１〜図４を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る直動機構について説明する。

（第１実施形態の構成）
本実施形態の直動機構は、モータ１とガイド部材２と直動部材３とを備えている。

（モータ）
モータ１は、ケーシング１１と、ケーシング１１から外部方向に突出した回転軸１２と、ケーシング１１の下側を覆うモールド部材１３とを備えている。

ケーシング１１の内部には、モータ１を構成するロータやステータ（図示せず）が収容されている。また、ケーシング１１の上面には、ガイド部材２の係止部２２１（後述）が係合する四つの係合凹部１１１が形成されている（図１及び図４参照）。係合凹部１１１はケーシング１１の上部を上下に貫通する貫通穴により構成されている。ただし、係合凹部１１１を貫通穴とすることは必須ではなく、ケーシング１１の上面から下面側に向けて凹む窪みであってもよい。

回転軸１２は、ケーシング１１の表面（図１における上面）に対して直交する方向に突出されている。また、回転軸１２の外周面には、雄ねじ１２１が形成されている（図１参照）。図１においては、回転軸１２の仮想的な軸線を符号Ｌで示す。

（ガイド部材）
ガイド部材２は、全体として、中空のほぼ円筒状に形成されている（図２及び図４参照）。ガイド部材２の内面には、回転軸１２の軸線方向に沿って延長された二つの案内面２１が、対向して形成されている（図１及び図２参照）。本実施形態では、係止部２２１（後述）を用いてガイド部材２のケーシング１１に対する移動を制限することによって、これらの案内面２１を、回転軸１２の回転方向に移動しない構成としている。また、本実施形態では、係止部２２１により、ガイド部材２の移動を、その回転方向だけでなく、径方向においても制限している。

また、ガイド部材２の下端には、フランジ部２２が形成されている。フランジ部２２の下面には、前記した四つの係止部２２１が形成されている。これらの係止部２２１の位置は、ケーシング１１に形成された係合凹部１１１の位置と対応させられており、これにより、本実施形態の係止部２２１は、係合凹部１１１の内部に収容されて、係合凹部１１１と係合するようになっている（図４参照）。そして、本実施形態では、この構成によって、ガイド部材２がケーシング１１に固定されて、回転軸１２の回転方向におけるガイド部材２の移動を阻止する構成となっている。なお、係止部２２１の数としては、必要な機能を持たすことができれば、四つに限らず、また、複数である必要もない。

より具体的には、本実施形態の係止部２２１の中間部には、係合凹部１１１の内径よりもわずかに大きい形状とされた拡径部２２１１が形成されており（図４参照）、かつ、この拡径部２２１１は、係止部２２１を係合凹部１１１に押し込むことによって弾性変形可能とされている。そして、拡径部２２１１が係合凹部１１１を通過した状態（図４参照）では、拡径部２２１１が再び拡大して、ガイド部材２の底面（図４中において下面）と拡径部２２１１とでケーシング１１を挟み込むように固定できる。ここで、本実施形態では、拡径部２２１１を設けているので、ガイド部材２が軸線Ｌの方向へ移動してケーシング１１から脱落することを防止できる。

（直動部材）
直動部材３は、ほぼ円柱状に形成された本体３１（図３及び図４参照）と、この本体３１の外周側に配置された円筒部３２と、本体３１から回転軸１２の軸線Ｌ（図１参照）の方向（図４において上方）に突出された突出部３３とを備えている。

本体３１の内面には、回転軸１２の雄ねじ１２１と螺合する雌ねじ３１１が形成されている（図４参照）。また、本体３１の側面には、ガイド部材２の案内面２１に対向して配置され、かつ、回転軸１２の軸線Ｌの方向に沿って延長された二つの当接面３１２が形成されている（図３参照）。

二つの当接面３１２は、ガイド部材２の案内面２１に当接することによって、直動部材３の回転を阻止する構成となっている。当接面３１２の作用については後述する。

（第１実施形態の動作）
次に、前記した第１実施形態に係る直動機構の動作について説明する。

まず、図４に示す組み立て状態において、モータ１により回転軸１２を回転させると、回転軸１２の雄ねじ１２１（図１参照）と直動部材３の雌ねじ３１１との螺合により、直動部材３の本体３１には、回転軸１２の軸心を中心とした回転力が加わる。そうすると、本体３１に形成された当接面３１２は、対向して配置されたガイド部材２の案内面２１に当接する。ここで、ガイド部材２はモータ１のケーシング１１に固定されているので、これにより、本実施形態によれば、本体３１すなわち直動部材３の回転を阻止することができる。したがって、本実施形態では、雄ねじ１２１と雌ねじ３１１とが相対回転し、それによって生じるスラスト力によって、直動部材３を直線運動させることができる。回転軸１２を逆回転させれば、前記と同様の動作により、直動部材３を逆方向に移動させることができる。

ここで、本実施形態では、ガイド部材２の案内面２１と、直動部材３の当接面３１２とを、いずれも回転軸１２の軸線Ｌの方向（すなわち、直動部材３の直動方向）に沿って延長しているので、直動部材３の直線運動が案内面２１及び当接面３１２によって阻害されないという利点がある。さらに、本実施形態では、当接面３１２と案内面２１とが、軸線Ｌの方向において重ならないように配置されているので、ガイド部材２を備えた構成であっても、軸線Ｌの方向においてコンパクトに各部材を配置することができる。

また、本実施形態では、組み合わされる相手方部材の構成に依存せずに、直動部材３を直動させることができるので、相手方部材の加工工数を削減でき、その加工コストを低減できるという利点がある。

さらに、直動部材の外周面に雄ねじを設け、その外側のケーシングに設けた雌ねじに螺合させてスラスト力を発生させる構成の場合は、直動部材を大型化すると直動機構全体が大型化してしまうという問題があった。これに対して、本実施形態では、直動部材３の内面に雌ねじ３１１を設け、これを回転軸１２の雄ねじ１２１に螺合させるとともに、案内面２１と当接面３１２との当接によって直動部材３の回り止めを行っているので、直動部材３を大型化しても、直動機構全体の大型化を抑制することができるという利点もある。

また、ガイド部材２の下面を接着剤によりケーシング１１の表面に固定した場合には、接着剤が回転軸１２に付着することを確実に阻止する手段が必要となり、その結果、加工コストが高くなる可能性がある。これに対して、本実施形態では、接着剤を用いず、係止部２２１によりガイド部材２をケーシング１１に固定しているので、直動機構の加工コストを低減できるという利点がある。

（第２実施形態）
次に、図５及び図６を参照して、本発明の第２実施形態に係る直動機構を説明する。なお、この第２実施形態の説明においては、前記した第１実施形態の構成要素と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより、説明の重複を避ける。

第２実施形態の直動機構は、ガイド部材２の外周面と直動部材３の円筒部３２の内周面との間に配置されたスプリング４を追加的に備えている。具体的には、本実施形態のスプリング４は、ガイド部材２のフランジ部２２と直動部材３の円筒部３２の内周面に形成された段差部３２１との間に配置されている（図６参照）。この実施形態のスプリング４としては、コイルスプリングが用いられているが、その用途に応じた所望の機能を得られるのであれば、他の構造のスプリングを用いることも可能である。

スプリング４は、ガイド部材２と直動部材３とを離間させる方向（図６において上下方向）への付勢力を付与する構成とされており、この付勢力によって、ガイド部材２のフランジ部２２をケーシング１１の方向に押し付けるようになっている。

前記した第１実施形態の構成において、ガイド部材２の係止部２２１とケーシング１１の係合凹部１１１との間に隙間が存在すると、ガイド部材２、すなわち案内面２１の若干の回動が可能になり、その結果、直動部材３の若干の回動も可能になってしまう。これに対して、第２実施形態の直動機構によれば、スプリング４によりガイド部材２をケーシング１１に押し付けているので、ガイド部材２の回動を抑制し、したがって、直動部材３の回動も抑制することができるという利点がある。さらに、本実施形態では、スプリング４の押し付け力により、ガイド部材２のケーシング１１からの抜けや、ガイド部材２における軸方向のがたつきも抑制できるという利点がある。

第２実施形態における他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と同様なので、これ以上の説明は省略する。

（第３実施形態）
次に、図７〜図１１を参照して、本発明の第３実施形態に係る直動機構を説明する。なお、この第３実施形態の説明においては、前記した第１実施形態の構成要素と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより、説明の重複を避ける。

第３実施形態の直動機構では、ガイド部材２のフランジ部２２の底面に設ける係止部２２１の数を二つとしている。そして、フランジ部２２の底面に、下向きに突出する二つの嵌入部２２２を追加的に設けている（図７及び図８参照）。

この構成に対応して、第３実施形態では、ケーシング１１の上面に形成する係合凹部１１１の数を二つとしている。そして、嵌入部２２２に対応する位置に、嵌入部２２２が緩みなく（すなわち密に嵌合して）納まる内径を備える嵌合凹部１１２を形成している（図９〜図１１参照）。

第３実施形態の直動機構では、嵌入部２２２を嵌合凹部１１２に密に嵌合させることにより、ガイド部材２の回転方向への位置ずれを一層確実に防止することができるという利点がある。

第３実施形態における他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と同様なので、これ以上の説明は省略する。

なお、本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得るものである。

例えば、前記した各実施形態においては、案内面２１及び当接面３１２を、平坦な平面としたが、これらの一方又は両方を、複数の突起先端の集合により構成してもよい。この場合も、突起先端の集合を仮想的に「面」と観念することができる。また、一つの突起先端におけるごく微小な面であっても、直動部材に対する必要な案内機能を発揮できるのであれば、本実施形態における「面」に含まれるものとする。要するに、案内面及び当接面としては、直動部材に対する所望の案内機能を発揮できる構成であればよく、湾曲や凹凸があってもよい。

１モータ
１１ケーシング
１１１係合凹部
１１２嵌合凹部
１２回転軸
１２１雄ねじ
１３モールド部材
２ガイド部材
２１案内面
２２フランジ部
２２１係止部
２２１１拡径部
２２２嵌入部
３直動部材
３１本体
３１１雌ねじ
３１２当接面
３２円筒部
３２１段差部
３３突出部
４スプリング
Ｌ回転軸の軸線

Claims

モータとガイド部材と直動部材とスプリングとを備えており、
前記モータは、ケーシングと、前記ケーシングからその外部方向に突出した回転軸とを備えており、
前記回転軸の外周面には雄ねじが形成されており、
前記ガイド部材は、前記回転軸の軸線方向に沿って延長され、かつ、前記回転軸の回転方向には移動しない構成とされた案内面を備えており、
前記直動部材は、前記雄ねじと螺合する雌ねじと、前記案内面に対向して配置された当接面とを備えており、
前記当接面は、前記案内面と当接することによって、前記回転軸の回転方向における前記直動部材の回転を阻止する構成となっており、
前記ガイド部材は、前記ケーシングに取り付けられて、前記回転軸の回転方向における前記ガイド部材の移動を阻止する係止部を備えており、
前記スプリングは、前記ガイド部材と直動部材との間に配置されており、
かつ、前記スプリングは、前記ガイド部材と直動部材とを離間させる方向への付勢力を生じ、このとき、前記直動部材の前記雌ねじが前記回転軸の前記雄ねじに螺合しているために、前記回転軸からの反力により、前記ガイド部材を前記ケーシングの方向に押し付ける構成となっており
前記ケーシングは、このケーシングに形成された貫通穴により構成された係合凹部を備えており、
前記係止部は、前記係合凹部を通過した状態において前記係合凹部に係合する拡径部を備えており、
前記ガイド部材は、前記スプリングに当接して、前記スプリングからの付勢力を受け止めるフランジ部をさらに備えている
ことを特徴とする直動機構。
前記スプリングにおける一端は、前記直動部材の内面に形成された段差部に当接されており、前記段差部は、前記直動部材の外周を構成して前記スプリングを内部に収納する円筒部と一体に形成されており、これによって、前記スプリングの脱落を防止している
請求項１に記載の直動機構。
前記ガイド部材は、前記ケーシングの方向に向けて突出する嵌入部を備えており、
前記ケーシングは、前記嵌入部と密に嵌合する嵌合凹部をさらに備えている
請求項１又は２に記載の直動機構。
前記案内面及び／又は前記当接面は、一つ又は複数の突起先端により構成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の直動機構。