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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023162542
(43)【公開日】2023-11-09
(54)【発明の名称】アクチュエータ
(51)【国際特許分類】
F16H 25/20 20060101AFI20231101BHJP
F16H 25/22 20060101ALI20231101BHJP
【ＦＩ】
F16H25/20 F
F16H25/22 Z
F16H25/20 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022072916
(22)【出願日】2022-04-27
(71)【出願人】
【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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】白濱 康平
(72)【発明者】
【氏名】杉田 澄雄
(72)【発明者】
【氏名】稲垣 諭
【テーマコード（参考）】
3J062
【Ｆターム（参考）】
3J062AA38
3J062AB22
3J062AC07
3J062BA12
3J062BA25
3J062CD04
3J062CD23
3J062CD36
(57)【要約】
【課題】ナット回転式において、小型化を図りつつネジ軸の振れ回りを抑えること。
【解決手段】アクチュエータ１は、モータ２Ｂによって中心軸ＣＬの周りに回転可能に設けられるボールナット２Ｃと、Ｚ方向（軸方向）に延びてボールナット２Ｃに挿通係合されてボールナット２Ｃの回転に伴いＺ方向に移動可能に設けられるボールネジ軸２Ｄと、ボールナット２Ｃを支持するハウジング２Ａと、ボールネジ軸２Ｄの延びる方向で並んでハウジング２Ａ側に固定される第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄと、ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃから突出する部位に連結されて第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３ＤによってＺ方向への移動を案内されるガイドレール３Ｂと、を含む。
【選択図】図２
【解決手段】アクチュエータ１は、モータ２Ｂによって中心軸ＣＬの周りに回転可能に設けられるボールナット２Ｃと、Ｚ方向（軸方向）に延びてボールナット２Ｃに挿通係合されてボールナット２Ｃの回転に伴いＺ方向に移動可能に設けられるボールネジ軸２Ｄと、ボールナット２Ｃを支持するハウジング２Ａと、ボールネジ軸２Ｄの延びる方向で並んでハウジング２Ａ側に固定される第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄと、ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃから突出する部位に連結されて第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３ＤによってＺ方向への移動を案内されるガイドレール３Ｂと、を含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動源によって中心軸の周りに回転可能に設けられるボールナットと、
軸方向に延びて前記ボールナットに挿通係合されて前記ボールナットの回転に伴い前記軸方向に移動可能に設けられるボールネジ軸と、
前記ボールナットを支持するハウジングと、
前記軸方向で並んで前記ハウジング側に固定される第一リニアガイドおよび第二リニアガイドと、
前記ボールネジ軸が前記ボールナットから突出する部位に連結されて前記第一リニアガイドおよび前記第二リニアガイドによって前記軸方向への移動を案内されるガイドレールと、
を含む、アクチュエータ。
軸方向に延びて前記ボールナットに挿通係合されて前記ボールナットの回転に伴い前記軸方向に移動可能に設けられるボールネジ軸と、
前記ボールナットを支持するハウジングと、
前記軸方向で並んで前記ハウジング側に固定される第一リニアガイドおよび第二リニアガイドと、
前記ボールネジ軸が前記ボールナットから突出する部位に連結されて前記第一リニアガイドおよび前記第二リニアガイドによって前記軸方向への移動を案内されるガイドレールと、
を含む、アクチュエータ。
【請求項2】
前記第一リニアガイドおよび前記第二リニアガイドは、前記ボールナットに対して前記軸方向の配置において、
前記第一リニアガイドが前記ボールネジ軸の突出移動側で、前記第二リニアガイドが前記ボールネジ軸の引込移動側に配置され、
または、前記第一リニアガイドが一致し、前記第二リニアガイドが前記引込移動側に配置され、
または、前記第一リニアガイドが前記突出移動側で、前記第二リニアガイドが一致して配置される、請求項１に記載のアクチュエータ。
前記第一リニアガイドが前記ボールネジ軸の突出移動側で、前記第二リニアガイドが前記ボールネジ軸の引込移動側に配置され、
または、前記第一リニアガイドが一致し、前記第二リニアガイドが前記引込移動側に配置され、
または、前記第一リニアガイドが前記突出移動側で、前記第二リニアガイドが一致して配置される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項3】
前記軸方向における前記第一リニアガイドと前記ボールナットの距離Ｗ１と、前記軸方向における前記第二リニアガイドと前記ボールナットの距離Ｗ２とが、Ｗ１＜Ｗ２の関係を満たす、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項4】
前記第一リニアガイドおよび前記第二リニアガイドは、前記軸方向に間隔をもって配置される、請求項２または３に記載のアクチュエータ。
【請求項5】
前記第一リニアガイドおよび前記第二リニアガイドは、それぞれが前記ガイドレールを間に対向して配置される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項6】
前記第一リニアガイド、前記第二リニアガイド、および前記ガイドレールを含みガイド機構を構成し、当該ガイド機構は、少なくとも２つがボールネジ軸２Ｄを間に対称に配置される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献１には、モータによって回転運動するボールネジ軸と、ボールネジ軸の回転によって直線運動するボールネジナットと、ボールネジナットが固定されるスライド部と、直線運動方向に沿う溝部と、溝部を転動してスライド部を移動可能に支持する転動体と、スライド部に固定される作業軸と、を有するアクチュエータが示されている。このアクチュエータでは、ボールネジ軸の先端の振れを抑えるため、ボールネジ軸の先端に設けられてスライド部に固定されるロッドの孔の内周面に接触する弾性部材を有する。
【0003】
また、例えば、特許文献２には、ネジ軸と、ネジ軸に第一転動体を介して捩じ込まれるナット部材と、ナット部材と共に移動可能な可動体と、可動体をネジ軸が延びる軸方向に移動可能に支持する案内手段と、ネジ軸の周方向に第二転動体を配置する溝を有してナット部材と可動体とを軸方向において連結する連結手段と、を有するボールネジ式のアクチュエータが示されている。このアクチュエータでは、可動体に伝わる回転時の振れを抑えるため、連結手段の溝が、軸方向から視て非円形、もしくは、軸方向から視てねじ軸の軸心と中心が一致しない円形に形成されている。
【0004】
また、例えば、特許文献３には、パラレルリンクを直列につないだロボットが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２０－０４１７０６号公報
【特許文献2】特開２０１７－０５３４３１号公報
【特許文献3】独国実用新案第２１２０１３０００２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１，２に示されるアクチュエータは、ネジ軸が回転することでネジ軸に沿ってナットが移動し、このナットの移動に伴って移動する作動軸や可動体を移動させる。
【0007】
この特許文献１，２に示されるアクチュエータとは別の構成として、ナット側を回転させ、ネジ軸を移動させるアクチュエータが考えられる。ナット回転式のアクチュエータは、ナットの回転をネジ軸の軸方向推力に変換することで、高い精度での位置決めが可能であり、比較的小型のアクチュエータを実現できるが、ネジ軸の振れ回りを抑えることが望まれている。
【0008】
また、特許文献３に示されるようなロボットの場合、駆動するアクチュエータから離れた位置の作業点での高い精度が要求される。そのとき、１軸アクチュエータがまっすぐ走ることが精度を高くするために非常に重要になり、１軸アクチュエータの振れ回りを抑制する必要がある。
【0009】
本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、ナット回転式において、小型化を図りつつネジ軸の振れ回りを抑えることのできるアクチュエータ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】
【0010】
上記の目的を達成するため、本開示の一態様のアクチュエータは、駆動源によって中心軸の周りに回転可能に設けられるボールナットと、軸方向に延びて前記ボールナットに挿通係合されて前記ボールナットの回転に伴い前記軸方向に移動可能に設けられるボールネジ軸と、前記ボールナットを支持するハウジングと、前記軸方向で並んで前記ハウジング側に固定される第一リニアガイドおよび第二リニアガイドと、前記ボールネジ軸が前記ボールナットから突出する部位に連結されて前記第一リニアガイドおよび前記第二リニアガイドによって前記軸方向への移動を案内されるガイドレールと、を含む。
【0011】
上記アクチュエータの望ましい態様として、前記第一リニアガイドおよび前記第二リニアガイドは、前記ボールナットに対して前記軸方向の配置において、前記第一リニアガイドが前記ボールネジ軸の突出移動側で、前記第二リニアガイドが前記ボールネジ軸の引込移動側に配置され、または、前記第一リニアガイドが一致し、前記第二リニアガイドが前記引込移動側に配置され、または、前記第一リニアガイドが前記突出移動側で、前記第二リニアガイドが一致して配置される。
【0012】
上記アクチュエータの望ましい態様として、前記軸方向における前記第一リニアガイドと前記ボールナットの距離Ｗ１と、前記軸方向における前記第二リニアガイドと前記ボールナットの距離Ｗ２とが、Ｗ１＜Ｗ２の関係を満たす。
【0013】
上記アクチュエータの望ましい態様として、前記第一リニアガイドおよび前記第二リニアガイドは、前記軸方向に間隔をもって配置される。
【0014】
上記アクチュエータの望ましい態様として、前記第一リニアガイドおよび前記第二リニアガイドは、それぞれが前記ガイドレールを間に対向して配置される。
【0015】
上記アクチュエータの望ましい態様として、前記第一リニアガイド、前記第二リニアガイド、および前記ガイドレールを含みガイド機構を構成し、当該ガイド機構は、少なくとも２つがボールネジ軸２Ｄを間に対称に配置される。
【発明の効果】
【0016】
本開示によれば、ナット回転式において、小型化を図りつつネジ軸の振れ回りを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、発明を実施するための形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の形態により本発明が限定されるものではない。また、下記形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【0019】
実施形態のアクチュエータは、例えば、医療機器や産業機器など精密な位置決め精度が求められるロボットに適用される。
【0020】
【0021】
アクチュエータ本体２は、ハウジング２Ａと、駆動源であるモータ２Ｂと、ボールナット２Ｃと、ボールネジ軸２Ｄと、エンコーダ２Ｅと、を含む。
【0022】
ハウジング２Ａは、矩形状で箱型に形成される。ハウジング２Ａは、一方向に長く形成され、当該方向をＺ方向とする。また、ハウジング２Ａは、Ｚ方向に対して直交（交差）する二つの方向をそれぞれＸ方向とＹ方向とし、これらＸ方向およびＹ方向において略正方形に形成される。なお、ハウジング２Ａは、箱型に限らず、モータ２Ｂ、ボールナット２Ｃ、およびエンコーダ２Ｅを支持する構成であればよい。
【0023】
モータ２Ｂは、図２に示すように、ハウジング２Ａの内部に収容される。モータ２Ｂは、ロータ（回転子）２Ｂａと、ステータ（固定子）２Ｂｂと、を有する。ロータ２Ｂａは、ハウジング２Ａに対して軸受２Ｆを介して取り付けられ、Ｚ方向に延びる中心軸ＣＬの周りに回転可能に設けられている。中心軸ＣＬが延びるＺ方向を軸方向ともいう。ロータ２Ｂａは、中心軸ＣＬ上でＺ方向に貫通する貫通孔からなる中空部２Ｂａａが形成されている。ロータ２Ｂａは、その周面に永久磁石２Ｂａｂが固定されている。永久磁石２Ｂａｂは、中心軸ＣＬの周りの周方向に間隔をおいて複数配置される。ステータ２Ｂｂは、ロータ２Ｂａの周りを囲むように中心軸ＣＬを中心とした筒状に形成されている。ステータ２Ｂｂは、中心軸ＣＬの周りの周方向に間隔をおいて複数設けられた芯部に、電磁コイルが絶縁材を介して巻き付けられている。従って、モータ２Ｂは、ステータ２Ｂｂの電磁コイルへの通電によってロータ２Ｂａが中心軸ＣＬの周りに回転駆動される。
【0024】
ボールナット２Ｃは、図２に示すように、ハウジング２Ａの内部に収容される。ボールナット２Ｃは、ハウジング２Ａに対して軸受２Ｆを介して取り付けられ、中心軸ＣＬの周りに回転可能に設けられている。ボールナット２Ｃは、モータ２Ｂのロータ２Ｂａと一体に接続される。従って、ボールナット２Ｃは、モータ２Ｂの駆動によって中心軸ＣＬの周りに回転駆動される。ボールナット２Ｃは、図には明示しないが、Ｚ方向に沿って中心軸ＣＬの周りに螺旋状の溝が形成され、当該溝にボールが配置されており、回転駆動によってボールが溝を転動して循環するように設けられる。
【0025】
ボールネジ軸２Ｄは、図２に示すように、ハウジング２Ａの内部に収容され、一部がハウジング２Ａの外部に延びて設けられる。ボールネジ軸２Ｄは、ハウジング２Ａの内部において、ボールナット２Ｃに挿通係合し、モータ２Ｂのロータ２Ｂａの中空部２Ｂａａに一部が挿通して設けられる。ボールネジ軸２Ｄは、図には明示しないが、その周面に中心軸ＣＬの周りに沿う螺旋状の溝が形成され、当該溝にボールナット２Ｃのボールが転動可能に係合する。従って、ボールネジ軸２Ｄは、ボールナット２Ｃの回転駆動によって中心軸ＣＬに沿ってＺ方向に移動可能に設けられる。
【0026】
エンコーダ２Ｅは、ハウジング２Ａの内部に収容され、一部がハウジング２Ａの外部に延びて設けられる。エンコーダ２Ｅは、ハウジング２Ａの内部において、モータ２Ｂのロータ２Ｂａと一体に接続される。従って、エンコーダ２Ｅは、モータ２Ｂの駆動によってハウジング２Ａの内部に収容された部分が中心軸ＣＬの周りに回転し、ハウジング２Ａの外部に延びた部分でロータ２Ｂａの回転数を出力する。即ち、エンコーダ２Ｅは、ロータ２Ｂａおよびボールナット２Ｃの回転数を検出し出力する。
【0027】
このように構成されたアクチュエータ本体２は、Ｚ方向において、一方からボールナット２Ｃ、モータ２Ｂ、エンコーダ２Ｅの順で中心軸ＣＬに沿って配置され、ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃ（ハウジング２Ａ）から一方側に突出して中心軸ＣＬに沿って移動可能に設けられる。即ち、アクチュエータ本体２は、Ｚ方向において、ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃ（ハウジング２Ａ）から突出する側のハウジング２Ａの端部にボールナット２Ｃが配置されている。
【0028】
ガイド部３は、アクチュエータ本体２に取り付けられ、連結部材３Ａと、ガイドレール３Ｂと、第一リニアガイド３Ｃと、第二リニアガイド３Ｄと、を含む。
【0029】
連結部材３Ａは、連結部３Ａａと、支持部３Ａｂと、を有する。連結部３Ａａは、ボールネジ軸２Ｄにおいてボールナット２Ｃ（ハウジング２Ａ）から突出した端部に連結される。連結部３Ａａは、ボールネジ軸２Ｄの端部からＸ方向の一方に延びて形成される。支持部３Ａｂは、連結部３Ａａに対して一体に接続され、連結部３ＡａのＸ方向に延びた端部から折れ曲がるようにＺ方向に延びてハウジング２Ａの外部に沿って配置される。従って、連結部材３Ａは、ボールネジ軸２Ｄと共に中心軸ＣＬに沿ってＺ方向に移動可能に設けられる。連結部材３Ａは、ガイドレール３Ｂ、第一リニアガイド３Ｃ、第二リニアガイド３Ｄを介してハウジング２Ａに支持される。
【0030】
ガイドレール３Ｂは、支持部３Ａｂに固定される。ガイドレール３Ｂは、支持部３Ａｂ共にＺ方向に延びて形成される。ガイドレール３Ｂは、Ｚ方向に平行して２本設けられ、支持部３Ａｂを間にしてＹ方向で相反する方向に向けて設けられる。従って、ガイドレール３Ｂは、連結部材３Ａを介してボールネジ軸２Ｄと共に中心軸ＣＬに沿ってＺ方向に移動可能に設けられる。
【0031】
第一リニアガイド３Ｃは、固定部材３Ｅを介してハウジング２Ａに固定される。固定部材３Ｅは、ハウジング２ＡのＸ方向の一方側に固定され、Ｘ方向に立ち上がる２つの固定片３ＥａがＹ方向で対向して配置される。従って、固定部材３Ｅは、Ｚ方向から視てＸ方向の一方側に開放するようにコ字形状に形成される。また、固定部材３Ｅは、図３に示すように開放部が塞がれるカバー３Ｅｂが設けられる。第一リニアガイド３Ｃは、この固定部材３Ｅの各固定片３Ｅａの対向面においてＹ方向で対向して２つ設けられる。各第一リニアガイド３Ｃは、図４に示すように、Ｘ方向から視た際に、ボールネジ軸２Ｄ（中心軸ＣＬ）を基にＹ方向で対称の位置にある。各第一リニアガイド３Ｃは、各ガイドレール３Ｂにそれぞれ係合し、ガイドレール３ＢをＺ方向に移動可能に支持する。従って、第一リニアガイド３Ｃは、ガイドレール３ＢのＺ方向への移動を案内する。即ち、第一リニアガイド３Ｃは、ガイドレール３Ｂおよび連結部材３Ａを介してボールネジ軸２ＤのＺ方向への移動を案内する。
【0032】
第二リニアガイド３Ｄは、固定部材３Ｅを介してハウジング２Ａに固定される。第二リニアガイド３Ｄは、固定部材３Ｅの各固定片３Ｅａの対向面においてＹ方向で対向して２つ設けられる。各第二リニアガイド３Ｃは、図４に示すように、Ｘ方向から視た際に、ボールネジ軸２Ｄ（中心軸ＣＬ）を基にＹ方向で対称の位置にある。各第二リニアガイド３Ｄは、各ガイドレール３Ｂにそれぞれ係合し、ガイドレール３ＢをＺ方向に移動可能に支持する。従って、第二リニアガイド３Ｄは、ガイドレール３ＢのＺ方向への移動を案内する。即ち、第二リニアガイド３Ｄは、ガイドレール３Ｂおよび連結部材３Ａを介してボールネジ軸２ＤのＺ方向への移動を案内する。
【0033】
第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄは、Ｚ方向で並んで固定部材３Ｅに固定される。図３に示すように、第一リニアガイド３Ｃは、Ｚ方向において、ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃ（ハウジング２Ａ）から突出移動する側に配置され、第二リニアガイド３Ｄは、Ｚ方向において、ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃに引込移動する側に配置されている。言い換えると、第一リニアガイド３Ｃは、ハウジング２ＡのＺ方向の一方側に配置され、第二リニアガイド３Ｄは、ハウジング２ＡのＺ方向の他方側に配置されている。
【0034】
アクチュエータ１では、図２に示すように、ボールナット２Ｃについて、ボールネジ軸２Ｄが係合する部分であって、ボールが循環する螺旋状の溝が配置された部分のＺ方向の中心を基準位置Ｃ１とする。また、アクチュエータ１では、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄのそれぞれについて、ガイドレール３Ｂに係合する部分のＺ方向の中心を基準位置Ｃ２，Ｃ３とする。そして、アクチュエータ１は、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１を挟むように、第一リニアガイド３Ｃの基準位置Ｃ２と第二リニアガイド３Ｄの基準位置Ｃ３とが配置される。具体的に、第一リニアガイド３Ｃは、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１に対してＺ方向においてボールネジ軸２Ｄの突出移動側（図２の左側）に基準位置Ｃ２が配置される。また、第二リニアガイド３Ｄは、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１に対してＺ方向においてボールネジ軸２Ｄの引込移動側（図２の右側）に配置される。また、第一リニアガイド３Ｃの基準位置Ｃ２とボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１とのＺ方向の距離Ｗ１と、第二リニアガイド３Ｄの基準位置Ｃ３とボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１とのＺ方向の距離Ｗ２とは、Ｗ１≦Ｗ２の関係とする。好ましくは、距離Ｗ１と距離Ｗ２とは、Ｗ１＜Ｗ２の関係とする。
【0035】
【0036】
アクチュエータ１１，１２，１４は、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１を挟むように、第一リニアガイド３Ｃの基準位置Ｃ２と第二リニアガイド３Ｄの基準位置Ｃ３とが配置される。アクチュエータ１３は、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１に対して第一リニアガイド３Ｃの基準位置Ｃ２と第二リニアガイド３Ｄの基準位置Ｃ３とがボールネジ軸２Ｄの移動の一方側に偏って配置される。
【0037】
アクチュエータ１１では、第一リニアガイド３Ｃは、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１に対してＺ方向において基準位置Ｃ２が一致して配置される。また、第二リニアガイド３Ｄは、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１に対してＺ方向においてボールネジ軸２Ｄの引込移動側（図５の右側）に配置される。即ち、アクチュエータ１１は、距離Ｗ１＝０であり、距離Ｗ１と距離Ｗ２とが、Ｗ１＜Ｗ２の関係となる。
【0038】
アクチュエータ１２では、第一リニアガイド３Ｃは、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１に対してＺ方向においてボールネジ軸２Ｄの突出移動側（図６の左側）に基準位置Ｃ２が配置される。また、第二リニアガイド３Ｄは、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１に対してＺ方向において基準位置Ｃ３が一致して配置される。即ち、アクチュエータ１２は、距離Ｗ２＝０であり、距離Ｗ１と距離Ｗ２とが、Ｗ１＞Ｗ２の関係となる。
【0039】
アクチュエータ１３では、第一リニアガイド３Ｃは、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１に対してＺ方向においてボールネジ軸２Ｄの引込移動側（図７の右側）に基準位置Ｃ２が配置される。また、第二リニアガイド３Ｄは、ボールナット２Ｃの基準位置Ｃ１に対してＺ方向においてボールネジ軸２Ｄの引込移動側（図７の右側）に基準位置Ｃ３が配置される。ここで、第一リニアガイド３Ｃは、第二リニアガイド３ＤよりもＺ方向においてボールナット２Ｃに近い位置に配置される。即ち、アクチュエータ１３は、距離Ｗ１と距離Ｗ２とが、Ｗ１＜Ｗ２の関係となる。
【0040】
アクチュエータ１４では、ガイドレール３Ｂ、第一リニアガイド３Ｃ、第二リニアガイド３Ｄ、および固定部材３Ｅを含むガイド機構を構成し、当該ガイド機構を少なくとも２つ配置している。図８では、ガイド機構を２つ配置した構成を示している。各ガイド機構は、ガイド部３に含まれ、連結部材３Ａを介してアクチュエータ本体２のボールネジ軸２Ｄに連結される。各ガイド機構は、ボールネジ軸２Ｄを間に対称に配置される。具体的に、各ガイド機構は、それぞれのガイドレール３ＢがＺ方向においてボールネジ軸２Ｄの中心軸ＣＬと平行に配置され、かつボールネジ軸２Ｄ（中心軸ＣＬ）を基にＸ方向で対称の位置に設けられる。また、各ガイド機構は、それぞれの第一リニアガイド３Ｃが基準位置Ｃ１を一致させ、それぞれの第二リニアガイド３Ｄが基準位置Ｃ２を一致させて配置され、Ｚ方向で対称の位置に設けられてＺ方向での位置が一致している。なお、アクチュエータ１４は、図８においてアクチュエータ１のガイド機構の構成に基づいて示しているが、アクチュエータ１１，１２，１３のガイド機構の構成に基づいて構成されてもよい。
【0041】
アクチュエータ１１，１２，１３，１４におけるＷ１，Ｗ２をこのような関係に配置した理由は後述する。
【0042】
なお、実施形態１において、アクチュエータ１，１１，１２，１３は、ガイドレール３Ｂを１本とし、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄをそれぞれ１つとした構成も含む。また、アクチュエータ１４は、それぞれのガイド機構において、ガイドレール３Ｂを１本とし、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄをそれぞれ１つとした構成も含む。
【0043】
上記のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４は、例えば、図９に示すように使用される。図９では、２つのアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４が用いられ、作業点６で作業を行う。具体的に、第一のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４のボールネジ軸２Ｄに連結部材３Ａと継手部材４を介して第二のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４のアクチュエータ本体２が連結される。また、第二のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４のボールネジ軸２Ｄに連結部材３Ａと継手部材５を介して作業点６が連結される。そして、第一のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４のボールネジ軸２Ｄによって連結部材３Ａ、継手部材４、第二のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４、継手部材５を介して作業点６が移動し、第二のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４のボールネジ軸２Ｄによって連結部材３Ａと継手部材５を介して作業点６が移動する。このように、作業点６は、２つのアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４から離れた位置にある。
【0044】
上述したように、実施形態１のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４は、モータ２Ｂによって中心軸ＣＬの周りに回転可能に設けられるボールナット２Ｃと、Ｚ方向（軸方向）に延びてボールナット２Ｃに挿通係合されてボールナット２Ｃの回転に伴いＺ方向に移動可能に設けられるボールネジ軸２Ｄと、ボールナット２Ｃを支持するハウジング２Ａと、ボールネジ軸２Ｄの延びる方向で並んでハウジング２Ａ側に固定される第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄと、ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃから突出する部位に連結されて第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３ＤによってＺ方向への移動を案内されるガイドレール３Ｂと、を含む。
【0045】
このアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４によれば、ボールナット２Ｃの回転をボールネジ軸２Ｄの軸方向への移動推力に変換させるナット回転式の構成によってボールナット２Ｃが移動する構成と比較して小型化を図ることができる。また、このアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４によれば、Ｚ方向で並んでハウジング２Ａ側に固定される第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄによって、ボールネジ軸２Ｄに連結されたガイドレール３ＢのＺ方向への移動を案内することで、ボールナット２Ｃとの係合によってボールネジ軸２Ｄに生じる振れ回りを抑えることができる。アクチュエータ１，１１，１２，１３によれば、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄがボールネジ軸２Ｄが移動するＺ方向に並んで設けられるため、Ｚ方向から外側に拡大することを抑え、小型化を図ることができる。
【0046】
ここで、図１０に示す比較例のアクチュエータ１０１は、実施形態１のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４と同様にアクチュエータ本体２を有する。また、アクチュエータ１０１は、アクチュエータ１，１１，１２，１３，１４のガイド部３とは異なるガイド部３１を有する。ガイド部３１は、ガイド部３とは異なる構成としてガイドレール３Ｆと、リニアガイド３Ｇと、を含む。ガイドレール３Ｆは、１本であり、Ｚ方向に延びるように、固定部材３Ｈを介してハウジング２Ａに固定される。リニアガイド３Ｇは、１つであり、連結部材３Ａの支持部３Ａｂに固定され、ガイドレール３Ｆに係合する。このアクチュエータ１０１では、ボールネジ軸２Ｄと共に連結部材３Ａを介してガイドレール３Ｆではなくリニアガイド３ＧがＺ方向に移動し、ガイドレール３Ｆがリニアガイド３Ｇおよび連結部材３Ａを介してボールネジ軸２ＤのＺ方向への移動を案内する。
【0047】
このアクチュエータ１０１は、リニアガイド３Ｇがガイドレール３Ｆに沿ってＺ方向に移動するため、リニアガイド３Ｇとボールナット２Ｃとの位置関係に変化が生じ、ボールナット２Ｃとの係合によってボールネジ軸２Ｄに生じる振れ回りを安定的に抑える効果が小さい。このため、図９の使用例のように、第一のアクチュエータ１０１のボールネジ軸２Ｄによって継手部材４、第二のアクチュエータ１０１、継手部材５を介して作業点６を移動させるような場合、第一のアクチュエータ１０１および第二のアクチュエータ１０１のボールネジ軸２Ｄの振れ回りが拡張して作業点６に作用する。このため、アクチュエータ１０１では、作業点６における作業精度が低下し得る。
【0048】
この点、アクチュエータ１，１１，１２，１３，１４によれば、Ｚ方向で並んでハウジング２Ａ側に固定される第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄによって、ボールネジ軸２Ｄに連結されたガイドレール３ＢのＺ方向への移動を案内することから、ボールネジ軸２Ｄを案内する剛性が向上する。この結果、アクチュエータ１，１１，１２，１３，１４によれば、ボールネジ軸２Ｄに生じる振れ回りを抑え、作業点６の作業精度を向上できる。
【0049】
図９に示すように複数個組み合わせてロボットなどに搭載する際には、第一のアクチュエータから離れた作業点６において、アクチュエータ単体の振れ回りが組み合わさった振れとなってしまうことがある。特に手術ロボットの場合、精密な位置決めが必要で、ミクロンオーダーの精度が求められることもある。また、小型のロボットに搭載する際には、アクチュエータの小型化および軽量化が求められる。この点、実施形態１のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４は、精密な位置決めが可能であり、かつ小型化および軽量化を図れる。
【0050】
また、実施形態１のアクチュエータ１，１１，１２では、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄは、ボールナット２Ｃに対してＺ方向（軸方向）の配置において、第一リニアガイド３Ｃがボールネジ軸２Ｄの突出移動側（ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃから突出移動する側）で、第二リニアガイド３Ｄがボールネジ軸２Ｄの引込移動側（ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃに引込移動する側）に配置される。または、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄは、ボールナット２Ｃに対してＺ方向（軸方向）の配置において、第一リニアガイド３Ｃが一致し、第二リニアガイド３Ｄが引込移動側に配置される。または、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄは、ボールナット２Ｃに対してＺ方向（軸方向）の配置において、第一リニアガイド３Ｃが突出移動側で、第二リニアガイド３Ｄが一致して配置される。
【0051】
このアクチュエータ１，１１，１２，１４によれば、ボールネジ軸２Ｄが移動するＺ方向において、第一リニアガイド３Ｃと第二リニアガイド３Ｄとの間にボールナット２Ｃを配置することで、当該位置にて、ボールナット２Ｃとの係合によってボールネジ軸２Ｄに生じる振れ回りを抑える。つまり、アクチュエータ１，１１，１２，１４は、ボールナット２ＣのＺ方向の両側で第一リニアガイド３Ｃと第二リニアガイド３Ｄとによってボールネジ軸２Ｄの振れ回りを抑えることとなるため、ボールネジ軸２Ｄの振れ回りの抑制効果をより高めることができる。
【0052】
また、実施形態１のアクチュエータ１，１１，１４では、Ｚ方向における第一リニアガイド３Ｃとボールナット２Ｃの距離Ｗ１と、Ｚ方向における第二リニアガイド３Ｄとボールナット２Ｃの距離Ｗ２とが、Ｗ１＜Ｗ２の関係を満たす。
【0053】
このアクチュエータ１，１１，１４によれば、ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃから突出移動する側に配置される第一リニアガイド３Ｃを、ボールナット２Ｃにより近い位置に配置することで、突出移動側でのボールネジ軸２Ｄの振れ回りを抑える。一方、アクチュエータ１，１１によれば、第二リニアガイド３Ｄによってボールナット２Ｃから引込移動側の遠い位置でボールネジ軸２Ｄの振れ回りを抑える。この結果、アクチュエータ１，１１は、ボールネジ軸２Ｄによって作業を行う突出移動側ではボールナット２Ｃに近い位置でボールネジ軸２Ｄの振れ回りを抑えつつ、反対側の作業を行う反対側の引込移動側ではボールナット２Ｃから遠い位置でボールネジ軸２Ｄの振れ回りを抑えるため、ボールネジ軸２Ｄの振れ回りの抑制効果をより高めることができる。
【0054】
また、実施形態１のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４では、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄは、Ｚ方向（軸方向）に間隔をもって配置される。
【0055】
このアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４によれば、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３ＤがＺ方向に間隔をもって配置されることで、当該間隔を有さない場合と比較して、相互が遠い位置でボールネジ軸２Ｄの振れ回りを抑制することとなり、ボールネジ軸２Ｄの振れ回りの抑制効果をより高めることができる。
【0056】
また、実施形態１のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４では、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄは、それぞれがガイドレール３Ｂを間に対向して配置される。
【0057】
このアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４によれば、第一リニアガイド３Ｃおよび第二リニアガイド３Ｄは、それぞれがガイドレール３Ｂを挟むように案内する。この結果、アクチュエータ１，１１，１２，１３，１４は、ボールネジ軸２Ｄの振れ回りの抑制効果をより高めることができる。
【0058】
また、実施形態１のアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４では、第一リニアガイド３Ｃ、第二リニアガイド３Ｄ、およびガイドレール３Ｂを含みガイド機構を構成し、当該ガイド機構は、少なくとも２つがボールネジ軸２Ｄを間に対称に配置される。
【0059】
このアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４によれば、複数のガイド機構をボールネジ軸２Ｄを間に対称に配置することで、ボールネジ軸２Ｄの振れ回りの抑制効果をより高めることができる。
【0060】
【0061】
アクチュエータ本体２は、実施形態１で説明したアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４，１０１と同様の構成であり、同等部分に同一符号を付して説明を省略する。
【0062】
ガイド部３は、実施形態１で説明したアクチュエータ１，１１，１２，１３，１４に対し、連結部材３Ａの一部を除き同様の構成であり、同等部分に同一符号を付して説明を省略する。なお、ガイド部３は、実施形態１で説明したアクチュエータ１０１に対しても、連結部材３Ａの一部を除き同様の構成である。
【0063】
連結部材３Ａは、連結部３Ａａに設けられる支持機構（バッファ機構）３Ｊを含む。支持機構３Ｊは、第一部材３ＪＡと、第二部材３ＪＢと、収容部３ＪＣと、を含む。
【0064】
第一部材３ＪＡは、Ｚ方向から視た正面視において矩形の板状に形成される。第一部材３ＪＡは、外周においてＸ方向で相反する平坦面３ＪＡａと、Ｙ方向で相反する平坦面３ＪＡｂを有する。
【0065】
第二部材３ＪＢは、Ｚ方向から視た正面視において、矩形の環板状に形成される。第二部材３ＪＢは、中央の矩形の穴においてＸ方向で対向する平坦面３ＪＢａと、Ｙ方向で対向する平坦面３ＪＢｂを有する。第二部材３ＪＢは、外周においてＸ方向で相反する平坦面３ＪＢｃと、Ｙ方向で相反する平坦面３ＪＢｄを有する。
【0066】
収容部３ＪＣは、Ｚ方向から視た正面視において、連結部３Ａａに形成された矩形の切欠状に形成される。収容部３ＪＣは、切欠の内周において、Ｘ方向に向く平坦面３ＪＣａと、Ｙ方向で対向する平坦面３ＪＣｂを有する。
【0067】
上記第一部材３ＪＡは、ボールネジ軸２Ｄのボールナット２Ｃから突出する端部に連結固定される。第一部材３ＪＡは、第二部材３ＪＢの穴に挿入され、各平坦面３ＪＡａと各平坦面３ＪＢａが対向し、各平坦面３ＪＡｂと各平坦面３ＪＢｂが対向する。第一部材３ＪＡと第二部材３ＪＢは、中心軸ＣＬに交差するＸ方向に延び各平坦面３ＪＡａと各平坦面３ＪＢａとの間に配置された第一軸３ＪＤを介して連結される。第一部材３ＪＡと第二部材３ＪＢは、第一軸３ＪＤに沿ってＸ方向に相対的にスライド移動可能に設けられる。また、第一部材３ＪＡと第二部材３ＪＢは、第一軸３ＪＤの周りに相対的に回転移動可能に設けられる。
【0068】
第一部材３ＪＡと第二部材３ＪＢのスライド移動は、第一軸３ＪＤが配置された各平坦面３ＪＡａと各平坦面３ＪＢａとの隙間Ｈ１の合計範囲で吸収される。この第一部材３ＪＡと第二部材３ＪＢにおいて吸収されるスライド移動の範囲は、ボールナット２Ｃとの係合においてボールネジ軸２Ｄが中心軸ＣＬから外れるＸ方向の許容寸法（例えば数μｍ～２０μｍ）よりも大きい範囲とされることで、ボールネジ軸２Ｄの振れ回りがその先端より先に伝わることを抑制する。従って、第一軸３ＪＤが配置された各平坦面３ＪＡａと各平坦面３ＪＢａとの隙間Ｈ１の合計範囲は、ボールナット２Ｃとの係合においてボールネジ軸２Ｄが中心軸ＣＬから外れる振れ回りの寸法よりも大きく設定される。
【0069】
上記第二部材３ＪＢは、収容部３ＪＣの切欠に挿入され、平坦面３ＪＢｃと平坦面３ＪＣａが対向し、各平坦面３ＪＢｄと各平坦面３ＪＣｂが対向する。第二部材３ＪＢと収容部３ＪＣは、第一軸３ＪＤのＸ方向に交差するＹ方向に延び各平坦面３ＪＢｄと各平坦面３ＪＣｂとの間に配置された第二軸３ＪＥを介して連結される。第二部材３ＪＢと収容部３ＪＣ（連結部３Ａａ）は、第二軸３ＪＥに沿ってＹ方向に相対的にスライド移動可能に設けられる。また、第二部材３ＪＢと収容部３ＪＣ（連結部３Ａａ）は、第二軸３ＪＥの周りに相対的に回転移動可能に設けられる。第二軸３ＪＥと第一軸３ＪＤは、中心軸ＣＬに対して同じ位置で交差するように構成することが小型化のため好ましい。
【0070】
第二部材３ＪＢと収容部３ＪＣ（連結部３Ａａ）のスライド移動は、第二軸３ＪＥが配置された各平坦面３ＪＢｄと各平坦面３ＪＣｂとの隙間Ｈ２の合計範囲で吸収される。この第二部材３ＪＢと収容部３ＪＣ（連結部３Ａａ）において吸収されるスライド移動の範囲は、ボールナット２Ｃとの係合においてボールネジ軸２Ｄが中心軸ＣＬから外れるＹ方向の許容寸法（例えば数μｍ～２０μｍ）よりも大きい範囲とされることで、ボールネジ軸２Ｄの振れ回りがその先端より先に伝わることを抑制する。従って、第二軸３ＪＥが配置された各平坦面３ＪＢｄと各平坦面３ＪＣｂとの隙間Ｈ２の合計範囲は、ボールナット２Ｃとの係合においてボールネジ軸２Ｄが中心軸ＣＬから外れる振れ回りの寸法よりも大きく設定される。
【0071】
このように、実施形態２のアクチュエータ２０は、ボールネジ軸２Ｄのボールナット２Ｃから突出する端部が、第一部材３ＪＡ、第一軸３ＪＤ、第二部材３ＪＢ、第二軸３ＪＥを介して収容部３ＪＣ（連結部３Ａａ）に連結される。
【0072】
上述したように、実施形態２のアクチュエータ２０は、モータ２Ｂによって中心軸ＣＬの周りに回転可能に設けられるボールナット２Ｃと、Ｚ方向（軸方向）に延びてボールナット２Ｃに挿通係合されてボールナット２Ｃの回転に伴いＺ方向に移動可能に設けられるボールネジ軸２Ｄと、ボールナット２Ｃを支持するハウジング２Ａと、ハウジング２Ａに支持され、ボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃから突出する部位に連結される連結部材３Ａと、連結部材３Ａとボールネジ軸２Ｄとの間に設けられてボールネジ軸２Ｄが中心軸ＣＬから外れる移動を吸収する支持機構（バッファ機構）３Ｊと、を含む。
【0073】
アクチュエータ２０によれば、連結部材３Ａとボールねじ軸２Ｄとが直接連結されている場合と比較して、支持機構（バッファ機構）３Ｊが、ボールネジ軸２Ｄの振れ回りを吸収するので、図９に示す作業点６へのボールネジ軸２Ｄの軸方向以外の成分の伝播を低減し、位置決め精度の低下を抑制することができる。
【0074】
また、上述したように、実施形態２のアクチュエータ２０では、支持機構３Ｊは、連結部材３Ａに設けられておりボールネジ軸２Ｄがボールナット２Ｃから突出する部位に連結されて中心軸ＣＬに対して交差する第一軸３ＪＤに沿ってスライド移動可能に設けられた第一部材３ＪＡと、第一部材３ＪＡに対して第一軸３ＪＤに交差する第二軸３ＪＥに沿ってスライド移動可能に設けられた第二部材３ＪＢと、を含む。
【0075】
このアクチュエータ２０によれば、ボールナット２Ｃの回転をボールネジ軸２Ｄの軸方向への移動推力に変換させるナット回転式の構成によってボールナット２Ｃが移動する構成と比較して小型化を図ることができる。また、このアクチュエータ２０によれば、中心軸ＣＬに対して交差する第一軸３ＪＤに沿ってスライド移動する第一部材３ＪＡと、第一軸３ＪＤに交差する第二軸３ＪＥに沿ってスライド移動する第二部材３ＪＢと、を有することで、ボールナット２Ｃとの係合によってボールネジ軸２Ｄに生じる振れ回りを吸収することができる。アクチュエータ２０によれば、第一部材３ＪＡとおよび第二部材３ＪＢをハウジング２Ａに支持してボールネジ軸２Ｄに連結することで構成でき、小型化を図ることができる。また、アクチュエータ２０によれば、ボールネジ軸２Ｄに生じる振れ回りを抑え、図９に示す連結部材３Ａと継手部材５を介して連結された作業点６の精密な位置決めが可能であり作業精度を向上できる。
【0076】
また、実施形態２のアクチュエータ２０では、第一部材３ＪＡは、第一軸３ＪＤの周りに回転移動可能に設けられ、第二部材３ＪＢは、第二軸３ＪＥの周りに回転移動可能に設けられる。
【0077】
このアクチュエータ２０によれば、スライド移動に加え、第一部材３ＪＡを第一軸３ＪＤの周りに回転させ、第二部材３ＪＢを第二軸３ＪＥの周りに回転させることで、ボールネジ軸２Ｄに生じる中心軸ＣＬの周りの振れ回りを抑えることができ、ボールネジ軸２Ｄの振れ回りの抑制効果をより高めることができる。
【0078】
また、実施形態２のアクチュエータ２０では、第一部材３ＪＡおよび第二部材３ＪＢは、ボールナット２Ｃとの係合においてボールネジ軸２Ｄが中心軸ＣＬから外れる寸法をスライド移動によって吸収する。
【0079】
このアクチュエータ２０によれば、ボールネジ軸２Ｄが中心軸ＣＬから外れる寸法を第一部材３ＪＡおよび第二部材３ＪＢのスライド移動によって吸収することで、ボールネジ軸２Ｄに生じる振れ回りを許容寸法の範囲内に押さえることができ、作業精度をより向上できる。具体的には、実施形態２のアクチュエータ２０では、第一部材３ＪＡおよび第二部材３ＪＢは、ボールナット２Ｃとの係合においてボールネジ軸２Ｄが中心軸ＣＬから外れる許容寸法よりも大きい範囲でスライド移動を吸収する。この結果、実施形態２のアクチュエータ２０は、第一部材３ＪＡおよび第二部材３ＪＢのスライド移動によってボールネジ軸２Ｄの先端に軸方向成分のみを伝播させる。
【0080】
なお、実施形態２のアクチュエータ２０において、実施形態１のアクチュエータ１，１１，１２のガイドレール３Ｂ、第一リニアガイド３Ｃ、第二リニアガイド３Ｄを含んでいてもよく、これらガイドレール３Ｂ、第一リニアガイド３Ｃ、第二リニアガイド３Ｄによる上記効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0081】
１，１１，１２，１３，１４ アクチュエータ
２Ａ ハウジング
２Ｂ モータ（駆動源）
２Ｃ ボールナット
２Ｄ ボールネジ軸
３Ｂ ガイドレール
３Ｃ 第一リニアガイド
３Ｄ 第二リニアガイド
ＣＬ 中心軸
Ｗ１ 距離
Ｗ２ 距離
２Ａ ハウジング
２Ｂ モータ（駆動源）
２Ｃ ボールナット
２Ｄ ボールネジ軸
３Ｂ ガイドレール
３Ｃ 第一リニアガイド
３Ｄ 第二リニアガイド
ＣＬ 中心軸
Ｗ１ 距離
Ｗ２ 距離
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】