特許第5834588号(P5834588)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 日本精工株式会社の特許一覧
<>
  • 特許5834588-駆動装置 図000007
  • 特許5834588-駆動装置 図000008
  • 特許5834588-駆動装置 図000009
  • 特許5834588-駆動装置 図000010
  • 特許5834588-駆動装置 図000011
  • 特許5834588-駆動装置 図000012
  • 特許5834588-駆動装置 図000013
  • 特許5834588-駆動装置 図000014
  • 特許5834588-駆動装置 図000015
  • 特許5834588-駆動装置 図000016
  • 特許5834588-駆動装置 図000017
  • 特許5834588-駆動装置 図000018
  • 特許5834588-駆動装置 図000019
  • 特許5834588-駆動装置 図000020
  • 特許5834588-駆動装置 図000021
  • 特許5834588-駆動装置 図000022
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5834588
(24)【登録日】2015年11月13日
(45)【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】駆動装置
(51)【国際特許分類】
   F16H 25/24 20060101AFI20151203BHJP
   F16H 25/22 20060101ALI20151203BHJP
   F16H 25/20 20060101ALI20151203BHJP
【FI】
   F16H25/24 A
   F16H25/22 Z
   F16H25/20 B
【請求項の数】10
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2011-163532(P2011-163532)
(22)【出願日】2011年7月26日
(65)【公開番号】特開2012-47336(P2012-47336A)
(43)【公開日】2012年3月8日
【審査請求日】2014年5月27日
(31)【優先権主張番号】特願2010-168020(P2010-168020)
(32)【優先日】2010年7月27日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
(72)【発明者】
【氏名】飛田 和輝
【審査官】 瀬川 裕
(56)【参考文献】
【文献】 特開昭53−065565(JP,A)
【文献】 特開平03−134355(JP,A)
【文献】 特開昭52−115969(JP,A)
【文献】 特開2006−075456(JP,A)
【文献】 特開2010−110437(JP,A)
【文献】 特開2005−024045(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16H 25/24
F16H 25/20
F16H 25/22
(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R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】
【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O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R、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】
【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】
【0063】
【数3】
【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】
【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
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16