遊星式回転―直線運動変換装置
【課題】太陽軸のストローク量を大きくすることができ、生産性、耐久性を向上させることができる遊星式回転―直線運動変換装置を提供する。
【解決手段】太陽歯車１１及び螺旋凸条１２を有する太陽軸１と、太陽軸１の太陽歯車１１に噛み合う遊星歯車４１を有すると共に、太陽軸１の螺旋凸条１２に噛み合う螺旋溝４２を有する遊星軸４と、遊星軸４の遊星歯車４１に噛み合う内歯車２１を有すると共に、遊星軸４の螺旋溝４２に噛み合うナット２と、を備え、ナット２に対して太陽軸１を相対的に回転させると、遊星軸４が太陽軸１に対して太陽軸１の軸線方向に相対的に直線運動する遊星式回転―直線運動変換装置において、遊星軸４の遊星歯車４１が形成される領域と、遊星軸４の螺旋溝４２が形成される領域とを、遊星軸４の軸線方向に分離する。そして、太陽軸１の螺旋凸条１２に、遊星軸４の遊星歯車４１に噛み合う太陽歯車１１を形成する。
【解決手段】太陽歯車１１及び螺旋凸条１２を有する太陽軸１と、太陽軸１の太陽歯車１１に噛み合う遊星歯車４１を有すると共に、太陽軸１の螺旋凸条１２に噛み合う螺旋溝４２を有する遊星軸４と、遊星軸４の遊星歯車４１に噛み合う内歯車２１を有すると共に、遊星軸４の螺旋溝４２に噛み合うナット２と、を備え、ナット２に対して太陽軸１を相対的に回転させると、遊星軸４が太陽軸１に対して太陽軸１の軸線方向に相対的に直線運動する遊星式回転―直線運動変換装置において、遊星軸４の遊星歯車４１が形成される領域と、遊星軸４の螺旋溝４２が形成される領域とを、遊星軸４の軸線方向に分離する。そして、太陽軸１の螺旋凸条１２に、遊星軸４の遊星歯車４１に噛み合う太陽歯車１１を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星歯車機構を用いて回転運動を直線運動に変換する遊星式回転―直線運動変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転運動を直線運動に変換する遊星式回転―直線運動変換装置の一つとして、太陽軸と、太陽軸の周囲に環状の空間を空けて囲むナットと、太陽軸とナットとの間に配列される複数の遊星軸と、を備える遊星式回転―直線運動変換装置が知られている（特許文献１参照）。太陽軸は、はすば状太陽歯車及びねじ状太陽歯車の双方を有する。遊星軸も、はすば状遊星歯車及びねじ状遊星歯車を有する。ナットも、はすば状内歯車及びねじ状内歯車を有する。太陽軸のはすば状太陽歯車、遊星軸のはすば状遊星歯車及びナットのはすば状内歯車が第一の遊星歯車機構を構成し、太陽軸のねじ状太陽歯車、遊星軸のねじ状遊星歯車及びナットのねじ状内歯車が第二の遊星歯車機構を構成する。太陽軸のねじ状太陽歯車、遊星軸のねじ状遊星歯車及びナットのねじ状内歯車のピッチは同一であり、互いに噛み合う第二の遊星歯車機構を構成する。そして、第一の遊星歯車機構と第二の遊星歯車機構の歯数比を異ならせることによって、ナットの回転運動を太陽軸の直線運動に変換している。
【０００３】
すなわち、特許文献１に記載の遊星式回転―直線運動変換装置において、遊星軸のはすば状遊星歯車に対する太陽軸のはすば状太陽歯車の歯数比を、遊星軸のねじ状遊星歯車に対する太陽軸のねじ状太陽歯車の条数比（歯数比）と異ならせている。その一方、遊星軸のはすば状遊星歯車に対するナットのはすば状内歯車の歯数比を、遊星軸のねじ状遊星歯車に対するナットのねじ状内歯車の条数比に一致させている。
【０００４】
特許文献１に記載の遊星式回転―直線運動変換装置の作動原理は以下のとおりに説明されている。太陽軸に対してナットを相対的に回転させると、遊星軸が太陽軸の回りを自転しながら公転する。ここで、第一の遊星歯車機構と第二の遊星歯車機構の歯数比が異なっているので、太陽軸が軸線方向に移動しないと仮定すると、第一の遊星歯車機構の遊星軸の公転位置と、第二の遊星歯車機構の遊星軸の公転位置が周方向にずれる。しかし、遊星軸のはすば状遊星歯車とねじ状遊星歯車とは互いに結合されているので、はすば状遊星歯車の公転位置とねじ状遊星歯車の公転位置がずれることはできない。太陽軸が軸線方向に移動すると、はすば状遊星歯車の公転位置が変化するのに対し、ねじ状遊星歯車の公転位置が変化する。それゆえ、太陽軸が軸線方向に移動することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−５６９５２号公報 （図１，図１４参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の遊星式回転―直線運動変換装置にあっては、太陽軸が遊星軸に対して軸線方向に相対的に直線運動し、太陽軸のねじ状太陽歯車が遊星軸のねじ状遊星歯車の領域から外れたとき、太陽軸のねじ状太陽歯車が遊星軸のはすば状遊星歯車に当たってしまうという課題がある。このため、太陽軸のストローク量が、太陽軸のねじ状太陽歯車が遊星軸のはすば状遊星歯車に当たらない範囲に制限されてしまう。さらに、遊星軸のねじ状遊星歯車の軸線方向の片側にのみはすば状遊星歯車を設け、片側でのみ歯車駆動させているので、遊星軸を傾けるような曲げモーメントが作用し易く、回転の伝達効率が悪くなるという課題もある。
【０００７】
太陽軸のストローク量を大きくとり、かつ遊星軸に曲げモーメントが作用するのを防止するために、上記特許文献１の図１４には、太陽軸の外周面に螺旋状に多数の凹みを配列し、遊星軸に太陽軸の凹みに嵌まる多数の凸部を配列した遊星式回転―直線運動変換装置も開示されている。
【０００８】
しかし、太陽軸の外周面の螺旋状の多数の凹みは、事実上転造以外で製造することができないので、太陽軸の製造が困難になるという新たな課題が生ずる。たとえ転造ダイスによって太陽軸を製造できたとしても、加工誤差や焼き入れ後の歪等に起因する多数の凹みのピッチ誤差を修正することができない。多数の凹みを研削加工することは事実上不可能だからである。さらに、太陽軸の多数の凹みと遊星軸の多数の凸部とが間欠的に噛み合う構造であり、しかも多数の凹部及び多数の凸部が上述のように加工精度の出にくい転造加工により製造されるので、太陽軸の凹みと遊星軸の凸部との間にがた（すきま）が発生し易く、太陽軸の凹み及び遊星軸の凸部の耐久性に悪影響を及ぼすという課題もある。
【０００９】
本発明は、従来の遊星式回転―直線運動変換装置の上記の課題を解決するためになされたものであり、太陽軸又はナットのストローク量を大きくすることができ、生産性、耐久性を向上させることができる実用的な遊星式回転―直線運動変換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】
【００１０】
以下、本発明について説明する。
上述した課題を解決する為に、本発明の一態様は、太陽歯車を有すると共に、螺旋凸条又は周方向凸条を有する太陽軸と、前記太陽軸の前記太陽歯車に噛み合う遊星歯車を有すると共に、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条に噛み合う螺旋溝又は周方向溝を有する遊星軸と、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う内歯車を有すると共に、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝に噛み合うナットと、を備え、前記太陽軸の前記太陽歯車、前記遊星軸の前記遊星歯車、及び前記ナットの前記内歯車が遊星歯車機構を構成し、前記ナットに対して前記太陽軸を相対的に回転させると、前記遊星軸が前記太陽軸に対して前記太陽軸の軸線方向に相対的に直線運動する遊星式回転―直線運動変換装置において、前記遊星軸の前記遊星歯車が形成される領域と、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝が形成される領域とを、前記遊星軸の軸線方向に分離し、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条の凸部に、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う前記太陽歯車を形成する遊星式回転―直線運動変換装置である。
【００１１】
本発明の他の態様は、太陽歯車を有すると共に、螺旋凸条又は周方向凸条を有する太陽軸と、前記太陽軸の前記太陽歯車に噛み合う遊星歯車を有すると共に、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条に噛み合う螺旋溝又は周方向溝を有する遊星軸と、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う内歯車を有すると共に、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝に噛み合う螺旋凸条又は周方向凸条を有するナットと、を備え、前記太陽軸の前記太陽歯車、前記遊星軸の前記遊星歯車、及び前記ナットの前記内歯車が遊星歯車機構を構成し、前記太陽軸に対して前記ナットを相対的に回転させると、前記遊星軸が前記ナットに対して前記ナットの軸線方向に相対的に直線運動する遊星式回転―直線運動変換装置において、前記遊星軸の前記遊星歯車が形成される領域と、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝が形成される領域とを、前記遊星軸の軸線方向に分離し、前記ナットの前記螺旋凸条又は前記周方向凸条の凸部に、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う前記内歯車を形成する遊星式回転―直線運動変換装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、太陽軸の螺旋凸条又は周方向凸条の凸部に、遊星軸の遊星歯車に噛み合う太陽歯車を形成するので、遊星軸が太陽軸に対し軸線方向に相対的に移動しても、太陽軸の螺旋凸条又は周方向凸条が遊星軸の遊星歯車に干渉することがなく、太陽軸の螺旋凸条又は周方向凸条と遊星軸の螺旋溝又は周方向溝との噛み合いが保たれ、太陽軸の太陽歯車と遊星軸の遊星歯車との噛み合いが保たれる。したがって、太陽軸に対するナットの軸線方向の相対的なストローク量を大きくすることができる。また、太陽軸を切削、転造のどちらでも製造することができるようになり、太陽軸を焼入れした後に研削加工等によりピッチを修正することもできるようになるので、太陽軸の生産性が向上する。さらに、遊星軸の遊星歯車が形成される領域と、遊星軸の螺旋溝又は周方向溝が形成される領域とを、遊星軸の軸線方向に分離しているので、遊星軸も切削、転造のどちらでも製造することができるようになり、遊星軸の製造も容易になる。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、ナットの螺旋凸条又は周方向凸条の凸部に、遊星軸の遊星歯車に噛み合う内歯車を形成するので、遊星軸がナットに対し軸線方向に相対的に移動しても、ナットの螺旋凸条又は周方向凸条が遊星軸の遊星歯車に干渉することがなく、ナットの螺旋凸条又は周方向凸条と遊星軸の螺旋溝又は周方向溝との噛み合いが保たれ、ナットの内歯車と遊星軸の遊星歯車との噛み合いが保たれる。したがって、ナットに対する太陽軸の軸線方向の相対的なストローク量を大きくすることができる。また、ナットを切削、転造のどちらでも製造することができるようになり、ナットを焼入れした後に研削加工等によりピッチを修正することもできるようになるので、ナットの生産性が向上する。さらに、遊星軸の遊星歯車が形成される領域と、遊星軸の螺旋溝又は周方向溝が形成される領域とを、遊星軸の軸線方向に分離しているので、遊星軸も切削、転造のどちらでも製造することができるようになり、遊星軸の製造も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図
【図２】太陽軸の側面図
【図３】遊星軸の側面図
【図４】ナットの軸線に沿う断面図
【図５】太陽軸を１回転させたときの遊星軸の公転角度を示す模式図
【図６】総リードの算出方法の概念図
【図７】遊星軸に施したクラウニングを示す図
【図８】太陽軸の雄ねじ、遊星軸の雄ねじ、ナットの雌ねじの噛み合いを示す軸線に直交する断面図
【図９】平歯車のモジュールを変化させた遊星式回転−直線運動変換装置の比較図（モジュール０．６８（ａ）及びモジュール０．４２（ｂ））
【図１０】遊星軸の雄ねじと太陽軸の雄ねじの噛み合いを示す斜視図（モジュール０．６８（ａ）及びモジュール０．４２（ｂ））
【図１１】太陽軸の軸線に直交する断面図（モジュール０．６８（ａ）及びモジュール０．４２（ｂ））
【図１２】本発明の第二の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図
【図１３】上記遊星式回転−直線運動変換装置の断面図
【図１４】ナットの断面図
【図１５】本発明の第三の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図
【図１６】上記遊星式回転−直線運動変換装置の断面図
【図１７】太陽軸の側面図
【図１８】本発明の第一の実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置を組み込んだアクチュエータの断面斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づいて本発明の遊星式回転―直線運動変換装置を詳細に説明する。図１は、本発明の第一の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図（内部構造を分かり易くするためにナットを半分に割った状態）を示す。遊星式回転−直線運動変換装置は、共通の軸線３に沿って延在する太陽軸１及び円環状のナット２を備える。太陽軸１とナット２との間の環状の空間には、これらに噛み合う複数の例えば九つの遊星軸４が配置される。遊星軸４の軸線は、太陽軸１及びナット２の軸線と平行である。九つの遊星軸４は太陽軸１の周りに周方向に均等間隔を空けて配列される。ナットに対して太陽軸１を相対的に回転すると、ナット２が軸線方向に直線運動する。
【００１６】
太陽軸１には、太陽歯車としての平歯車１１及び螺旋凸条としての雄ねじ１２が形成される。遊星軸４には、遊星歯車としての平歯車４１及び螺旋溝としての雄ねじ４２が形成される。ナット２には、内歯車としての平歯車２１及び螺旋凸条としての雌ねじ２２が形成される。太陽軸１の太陽歯車、遊星軸４の遊星歯車、及びナット２の内歯車は、互いに噛み合い、遊星歯車機構を構成する。太陽歯車、遊星歯車、及び内歯車は、ねじれ角が２５度以下の歯車であり、ねじれ角が０度の歯車、すなわち平歯車を含む。太陽軸１の螺線凸条、遊星軸４の螺旋溝及びナットの螺線凸条も、同一ピッチで互いに噛み合い、遊星ローラねじ機構を構成する。
【００１７】
図２に示すように、太陽軸１の外周面には、螺旋凸条としての複数条の例えば八条の雄ねじ１２が形成される。雄ねじ１２は円筒状の外周面のつる巻き線に沿って形成され、所定のリード角を持つ。太陽軸１の軸線を含む平面による雄ねじ１２の切り口の断面形状は台形である。もちろん、雄ねじ１２の外径は雄ねじ１２の谷の径よりも大きい。
【００１８】
図１に示すように、太陽軸１の螺旋凸条としての雄ねじ１２のピッチを遊星軸４の螺旋溝としての雄ねじ４２のピッチに合わせれば、太陽軸１の雄ねじ１２を遊星軸４の雄ねじ４２に噛み合わせることができる。
【００１９】
太陽軸１の雄ねじ１２の凸部には、太陽歯車としての平歯車１１が形成される。この平歯車１１は、例えば一般的な平歯車と同様にインボリュート歯形に形成される。この平歯車１１の全歯たけは、雄ねじ１２のねじ山の高さよりも小さく、雄ねじ１２には、平歯車１１の歯底よりも内側に接触面１２ａが形成される。言い換えれば、平歯車１１の歯底円は太陽軸１の雄ねじ１２の谷の径よりも大きく設定される。この接触面１２ａに遊星軸４の雄ねじ４２が接触する。
【００２０】
太陽軸１の平歯車１１には、遊星軸４の遊星歯車としての平歯車４１が噛み合う。八条の雄ねじ１２に形成される太陽軸１の平歯車１１の位相は、太陽軸１の軸線方向からみて互いに一致している。太陽軸１の平歯車１１の歯数をＳz1，遊星軸４の平歯車４１の歯数をＰz1とおくと、太陽軸１の平歯車１１と遊星軸４の平歯車４１との間で、歯数Ｓz1，Ｐz1に応じた速比（回転数の比）で回転が伝達される。
【００２１】
太陽軸１の平歯車１１は太陽軸１の雄ねじ１２の凸部に形成されている。このため、太陽軸１の平歯車１１が形成される領域と、太陽軸１の雄ねじ１２が形成される領域とが、太陽軸１の軸線方向に重なっている。遊星軸４が太陽軸１に対して太陽軸１の軸線方向に相対的に変位しても、太陽軸１の平歯車１１が遊星軸４の平歯車４１との噛み合いを維持できるよう、太陽軸１の平歯車１１が形成される。
【００２２】
太陽軸１の周囲には九つの遊星軸４が配置される。遊星軸４の配置個数は、太陽軸１及びナット２の平歯車１１，２１の歯数の和、並びに太陽軸１及びナット２の雄ねじ１２，雌ねじ２２の条数の和の、共通の約数である。
【００２３】
図３に示すように、各遊星軸４には、螺旋溝として例えば二条の雄ねじ４２が設けられ、遊星歯車として一対の平歯車４１が設けられる。二条の雄ねじ４２は遊星軸４の軸線方向の中央部に形成される。一対の平歯車４１は遊星軸４の雄ねじ４２の軸線方向の両端部に形成される。遊星軸４の軸線方向から見た一対の平歯車４１の位相は互いに一致している。遊星軸４の雄ねじ４２の両端部に平歯車４１を形成することで、遊星軸４を軸線方向の両端部で歯車駆動させることができ、遊星軸４が傾くのを防止できる。
【００２４】
上記太陽軸１においては、雄ねじ１２が形成される領域と平歯車１１が形成される領域とが太陽軸１の軸線方向に重なっている。これに対し、遊星軸４においては、雄ねじ４２と平歯車４１とが独立していて、雄ねじ４２が形成される領域と平歯車４１が形成される領域とが遊星軸４の軸線方向に分離している。そして、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２に噛み合い、遊星軸４の平歯車４１が太陽軸１の平歯車１１に噛み合う。遊星軸４の雄ねじ４２と平歯車４１とを独立させることで、遊星軸４の雄ねじ４２の谷底に平歯車４１を形成する必要がなくなり、遊星軸４の製造が容易になり、また遊星軸４と太陽軸１とが間欠的に噛み合うのを防止することができる。
【００２５】
遊星軸４及び太陽軸１の雄ねじ４２，１２及び平歯車４１，１１の噛み合いを保った状態で、なおかつ太陽軸１のストローク量を大きくするために、太陽軸１の雄ねじ１２に平歯車１１が形成される。太陽軸１の雄ねじ１２に平歯車を形成すると、一見、太陽軸１の雄ねじ１２が遊星軸４の雄ねじ４２に間欠的に噛み合うように見える。しかし、遊星軸４の雄ねじ４２は、太陽軸１の雄ねじ１２の平歯車１１の歯底円よりも内側で接触するので、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２に間欠的に噛み合うことはない。
【００２６】
図１に示すように、各遊星軸４は、軸線方向の両端にて円環板状のキャリア（図示せず）に軸線の周りに回転可能に支持されている。キャリアはナット２に対し相対的に軸線の周りに自由に回転できるようにナット２に支持される。もちろん、キャリア２の内径は太陽軸１の外径よりも大きい。
【００２７】
図４に示すように、ナット２は、略円筒形状に形成される。ナット２の軸線方向の一端部には、ナット２を他の部材に取り付けるためのフランジ２ａが形成される。ナット２は図示しない他の部材に相対回転不能に連結される。ナット２の内周面の軸線方向の両端部には、内径を広げた一対のリング段差部２ｂが形成される。この一対のリング段差部２ｂに一対のリング歯車部材５が圧入等により固定される（図１参照）。一対のリング歯車部材５には、遊星軸４の一対の平歯車４１と噛み合う一対の内歯車２１が形成される。またナット２の中央部２ｃの内周面には、螺旋凸条として、遊星軸４の雄ねじ４２と螺合する複数条の例えば十条の雌ねじ２２が形成される。雌ねじ２２はナット２の内周面のつる巻き線に沿う所定のリード角を持つ。ナット２の軸線を含む平面における雌ねじ２２の切り口の断面形状は、台形である。
【００２８】
上記遊星式回転−直線運動変換装置を組み立てるときは、まずナット２の内側に遊星軸４を環状に抱え込ませる。キャリアによって遊星軸４とナット２との位置関係をずれないように固定した段階で、太陽軸１を遊星軸４にねじ込む。
【００２９】
図１に示すように、太陽軸１の平歯車１１、遊星軸４の平歯車４１及びナット２の内歯車２１は共働して遊星歯車機構を構成しており、それぞれ太陽歯車、遊星歯車、内歯車として機能する。また太陽軸１の雄ねじ１２、遊星軸４の雄ねじ４２、ナット２の雌ねじ２２は共働して遊星ローラねじ機構を構成しており、それぞれ螺線凸条、螺旋溝、螺線凸条として機能する。
【００３０】
遊星ローラねじ機構を構成する太陽軸１の雄ねじ１２、遊星軸４の雄ねじ４２及びナット２の雌ねじ２２は互いに噛み合っている。雄ねじ１２及び雄ねじ４２は互いに逆方向のリードを有し、雄ねじ４２及び雌ねじ２２は互いに同一方向のリードを有する。雄ねじ１２、雄ねじ４２、雌ねじ２２のピッチは互いに等しい。そして、遊星軸４の雄ねじ４２のリード角はナット２の雌ねじ２２のリード角と相手方のネジリード基準ピッチ円において同一である。このため、遊星軸４がナット２の内側を自公転しても、遊星軸４がナット２に対して軸線方向にストロークすることはない。一方、遊星軸４の雄ねじ４２のリード角は太陽軸１の雄ねじ１２のリード角と異なる。このため、遊星軸４が太陽軸１の回りを自公転すると、遊星軸４が太陽軸１に対して軸線方向に直線運動する。したがって、ナット２も太陽軸１に対して軸線方向に直線運動する。
【００３１】
遊星歯車機構を構成する太陽軸１の平歯車１１、遊星軸４の平歯車４１及びナット２の内歯車２１も互いに噛み合う。この遊星式回転−直線運動変換装置においては、平歯車１１、平歯車４１、内歯車２１の歯数は、それぞれ６９，２４，１２０である。
【００３２】
太陽軸１を１回転させたとき、ナット２に対する太陽軸１のストローク量（総リード）は以下のように算出される。図５に示すように、太陽軸１を１回転させると遊星軸４が太陽軸１の周囲を自転しながら公転する。遊星軸４の公転回転数である遊星軸公転減速比は、以下の式で求められる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
具体的な数値を入れると、
【数２】
【００３５】
太陽軸１の雄ねじ１２のピッチは７ｍｍ、条数は８なので、太陽軸１の１回転あたりのリードは７×８＝５６ｍｍになる。図６に示すように、太陽軸１の雄ねじ１２のＳPC(太陽軸ネジリード基準ピッチ円)を２８．７５ｍｍとすると、太陽軸１は１回転あたり、（２８．７５×π）の基準ピッチ円において５６ｍｍ軸線方向に進む。
【００３６】
一方、遊星軸４の雄ねじのピッチは７ｍｍ、条数は２なので、リードは７×２＝１４ｍｍになる。遊星軸４の雄ねじのＰPC(遊星軸ネジリード基準ピッチ円)を１０ｍｍにすると、遊星軸４は１回転あたり、（１０×π）の基準ピッチ円において１４ｍｍ進む。
【００３７】
太陽軸１の周囲を遊星軸４が公転する。太陽軸１を１回転させたときの接触部７（図５参照）の長さは、上記遊星軸公転減速比から２８．７５×π×０．６３４９となる。そのときの太陽軸１のリードと遊星軸４のリードの差分が総リードＬとなる。
【００３８】
すなわち、総リードＬは、太陽軸１のリード−遊星軸４のリードであり、
Ｌ＝５６×０．６３４９−２８．７５×π×０．６３４９／（１０×π）×１４＝１０ｍｍとなる。
【００３９】
一般式で表わすと、総リードＬは以下の計算式で表わされる。
【数３】
【００４０】
図７に示すように、遊星軸４の雄ねじ４２には、クラウニング４２ａが施される。クラウニング４２ａは、遊星軸４の軸線を含む断面で見たとき、又は遊星軸４の雄ねじ４２のリードに直角な断面で見たとき、円弧形状に形成される。クラウニング４２ａを施すことによって、太陽軸１の雄ねじ１２と遊星軸４の雄ねじ４２とを点接触させることができる。遊星軸４と太陽軸１との接触点は、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２に対して滑らずに転がり運動する点の近傍に配置される。このようにすることで、太陽軸１の雄ねじ１２と遊星軸４の雄ねじ４２との間の差動滑りを低減することができ、回転の伝達効率を向上させることができる。
【００４１】
図８に示すように、太陽軸１の軸線方向からみて、遊星軸４の雄ねじ４２の外径円４３の一部は太陽軸１の平歯車１１の歯底円１３よりも内側に入り込む。そして、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２に接触する点Ｐは、太陽軸１の雄ねじ１２の接触面１２ａ（太陽軸１の平歯車１１の歯底円１３よりも内側、図１０参照）である。太陽軸１に軸線方向の荷重がかかると、太陽軸１の雄ねじ１２及び遊星軸４の雄ねじ４２の接触点Ｐが弾性変形し、接触領域が広くなる。太陽軸１の軸線方向の荷重は、弾性変形した太陽軸１の雄ねじ１２の接触面１２ａが受けることになる。遊星軸４の雄ねじ４２を太陽軸１の雄ねじ１２の接触面１２ａに接触させることで、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２に形成される平歯車１１にのみ接触することを避けることができる。このため、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２の平歯車１１に間欠的に当たってしまう（すなわち遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２の平歯車１１に当たっているときと当たってないときが生ずる）のを防止することができ、遊星軸４の雄ねじ４２を太陽軸１の雄ねじ１２に安定して接触させることができる。また、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２の平歯車１１に間欠的に当たるのを防止できるので、せん断応力や曲げモーメントに強いねじになる。
【００４２】
本実施形態においては、遊星軸４の雄ねじ４２を太陽軸１の雄ねじ１２の接触面１２ａに接触させたいがゆえ、遊星軸４の雄ねじ４２を太らせている。遊星軸４の雄ねじ４２を極端に太らせると隣の遊星軸４に干渉する。このため遊星軸４の配置個数を九つに減らしている。
【００４３】
遊星軸４の雄ねじ４２のリード角は、太陽軸１の雄ねじ１２のリード角と異なる。このため厳密にいうと、遊星軸４の雄ねじ４２と太陽軸１の雄ねじ１２との接触点Ｐは、太陽軸１の中心と遊星軸４の中心とを結んだ線１５から僅かにずれている。一方、遊星軸４の雄ねじ４２のリード角はナット２の雌ねじ２２のリード角と等しい。このため、遊星軸４の雄ねじ４２とナット２の雌ねじ２２との接触点Ｑは、太陽軸１の中心と遊星軸４の中心とを結んだ線１５上に位置する。
【００４４】
図９は、平歯車のモジュールを変化させた例を示す。平歯車の速比及び噛み合い位相を維持したまま、平歯車のモジュールを例えば０．６８から０．４２に小さくすると、太陽軸１の雄ねじ１２の平歯車１１の円ピッチが小さくなる。図１０に示すように、平歯車１１のモジュールを０．６８から０．４２に小さくすると、太陽軸１の雄ねじ１２に形成される平歯車１１の全歯たけを小さくすることができ、雄ねじ１２の接触面１２ａの半径方向の厚みを厚くすることができる。このため、遊星軸４の雄ねじ４２を太陽軸１の雄ねじ１２の接触面１２ａに接触させ易くなる。さらに、図１１に示すように、太陽軸１の平歯車１１の全歯たけを小さくできる分、太陽軸１の雄ねじ１２の噛み合いピッチ円（図中噛み合い領域で示す）を大きくでき、当該噛み合いピッチ円を滑りが生じない滑り０領域に近付けることができ、回転の伝達効率を向上させることができる。噛み合いピッチ円とは、太陽軸１の雄ねじ１２と遊星軸４の雄ねじ４２とが噛みあっている点上の軌跡である。滑り０領域とは、太陽軸１の雄ねじ１２と遊星軸４の雄ねじ４２とに滑りが生じない点上の軌跡である。自公転する遊星軸４が描く螺旋状の軌道長さと、太陽軸１の螺旋状の軌道長さとが一致する領域が滑り０領域である。
【００４５】
図１に示すように、遊星軸４の雄ねじ４２はナット２の雌ねじ２２に対しても、差動滑りが発生しないよう転がり接触する点の近傍で接触する。遊星軸４の雄ねじ４２をオーバーサイズにすることにより予圧を与えることが可能になり、バックラッシュをなくすことができる。
【００４６】
上記の実施形態においては、遊星軸４が軸線方向に太陽軸１に対し相対的に変位する例について説明した。
【００４７】
これとは逆に遊星軸が軸線方向にナットに対し相対的に変位してもよい。この場合には、螺旋溝を構成するナットの螺旋状の雌ねじの凸部に、内歯車を構成する歯車が設けられる。遊星軸には、螺旋溝を構成する雄ねじ、及びこの雄ねじの軸線方向の両側に遊星歯車を構成する一対の平歯車が遊星軸の軸線方向に分かれた状態で設けられる。太陽軸には、螺線凸条を構成する雄ねじ、及びこの雄ねじの軸線方向の両側に太陽歯車を構成する一対の平歯車が軸線方向に分かれた状態で設けられる。この例によれば、遊星軸がナットに対してストロークしてもナットのねじ状内歯車が遊星軸の遊星歯車に干渉することがない。したがって、ナットに対する太陽軸の軸線方向の相対的なストローク量を大きくすることができる。
【００４８】
図１２ないし図１４は、本発明の第二の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置を示す。図１２は、遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図（内部構造を分かり易くするためにナット５２を半分に割った状態）を示し、図１３は、遊星式回転−直線運動変換装置の断面図を示す。この実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置も、太陽軸５１と、太陽軸５１の周囲に配置される複数の遊星軸５４と、太陽軸５１及び遊星軸５４を囲む環状のナット５２と、を備える。
【００４９】
太陽軸５１には、太陽歯車としての平歯車５５及び螺旋凸条としての雄ねじ５６が形成される。第一の実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置と同様に、太陽軸５１の平歯車５５は、雄ねじ５６の凸部に形成される。雄ねじ５６は所定のリード角を持つ。
【００５０】
遊星軸５４には、遊星歯車としての一対の平歯車５７が形成され、一対の平歯車５７の間に周方向溝５８が形成される。周方向溝５８は、周方向に伸びる単一のリング状溝を遊星軸４の軸線方向に多数配列してなる。遊星軸５４の平歯車５７が太陽軸５１の平歯車５５に噛み合い、遊星軸５４の周方向溝５８が太陽軸５１の雄ねじ５６に噛み合う。図１４のナット５２の断面図に示すように、遊星軸５４の周方向溝５８のリード角は０度である。遊星軸５４の周方向溝５８のピッチは太陽軸５１の雄ねじ５６のピッチと同一である。
【００５１】
図１２及び図１３に示すように、ナット５２には、内歯車としての一対の平歯車５９が形成され、一対の平歯車５９の間に周方向凸条６０が形成される。ナット５２の一対の平歯車５９が遊星軸５４の一対の平歯車５７に噛み合い、ナット５２の周方向凸条６０が遊星軸５４の周方向溝５８に噛み合う。図１４に示すように、ナット５２の周方向凸条６０も、周方向に伸びる単一のリング状凸条を複数配列してなる。周方向凸条６０のリード角は０度である。
【００５２】
太陽軸５１の平歯車５５、遊星軸５４の平歯車５７、及びナット５２の平歯車５９が、遊星歯車機構を構成する。ナット５２に対して太陽軸５１を相対的に回転させると、遊星軸５４が太陽軸５１の周囲を自転しながら公転する。
【００５３】
太陽軸５１の雄ねじ５６、遊星軸５４の周方向溝５８及びナット５２の周方向凸条６０は、互いに噛み合っている。上記第一の実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置と異なり、遊星軸５４の周方向溝５８及びナット５２の周方向凸条６０のリード角は０度であるが、第一の実施形態と同様に、太陽軸５１の周囲を遊星軸５４が自転しながら公転すると、太陽軸５１の雄ねじ５６のリード角と遊星軸５４の周方向溝５８のリード角との差により、遊星軸５４及びナット５２が軸線方向に移動する。
【００５４】
この実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置によれば、以下の効果が得られる。１．ナット５２の周方向凸条６０及び遊星軸５４の周方向溝５８が螺旋状になっていないので、製作精度が向上する（加工精度は、螺旋状溝を加工する時のインデックス精度に左右されずに、加工機の送り精度のみに依存する）。２．ナット５２の周方向凸条６０及び遊星軸５４の周方向溝５８のリード角が０であるので、リード誤差による相対変位が生じない。３．ナット５２の周方向凸条６０及び遊星軸５４の周方向溝５８のリード角が０であるので、ねじの条数は０条と定義され、遊星軸５４の配置数の自由度が増し、強度が得やすい。４．太陽軸５１のねじの条数を少なく設計できるので、精度が得やすい。５．正効率を下げずに逆効率を極めて小さく設計できる。
【００５５】
図１５ないし図１７は、本発明の第三の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置を示す。図１５は、遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図を示し、図１６は、断面図を示す。この実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置も、太陽軸６１と、太陽軸６１の周囲に配置される複数の遊星軸６４と、太陽軸６１及び遊星軸６４を囲む環状のナット６２と、を備える。
【００５６】
太陽軸６１には、太陽歯車としての平歯車６５及び周方向凸条６６が形成される。図１７の太陽軸６１の側面図に示すように、周方向凸条６６は、周方向に伸びる単一の凸条を太陽軸６１の軸線方向に複数配列してなる。周方向凸条６６のリード角は０度である。太陽軸６１の平歯車６５は、周方向凸条６６の凸部に形成される。
【００５７】
図１５に示すように、遊星軸６４には、遊星歯車としての一対の平歯車６７が形成され、及び一対の平歯車６７間に螺旋溝としての雄ねじ６８が形成される。遊星軸６４の一対の平歯車６７が太陽軸６１の平歯車６５に噛み合い、遊星軸６４の雄ねじ６８が太陽軸６１の周方向凸条６６に噛み合う。遊星軸６４の雄ねじ６８のピッチは、太陽軸６１の周方向凸条６６のピッチと同一である。遊星軸６４の雄ねじ６８は所定のリード角を持つ。
【００５８】
ナット６２には、内歯車としての平歯車６９及び螺旋凸条としての雌ねじ７０が形成される。ナット６２の平歯車６９が遊星軸６４の平歯車６７に噛み合い、ナット６２の雌ねじ７０が遊星軸６４の雄ねじ６８に噛み合う。ナット６２の雌ねじ７０は遊星軸６４の雄ねじ６９と逆方向の同一のリード角を持つ。
【００５９】
太陽軸６１の平歯車６５、遊星軸６４の平歯車６７、及びナット６２の平歯車６９が遊星歯車機構を構成する。ナット６２に対して太陽軸６１を回転させると、遊星軸６４がナット６２の周囲を自転しながら公転する。
【００６０】
太陽軸６１の周方向凸条６６、遊星軸６４の雄ねじ６８及びナット６２の雌ねじ７０は互いに噛み合っている。上記第一の実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置と異なり、太陽軸６１の周方向凸条６６のリード角は０度であるので、太陽軸６１の周方向凸条６６がねじ状歯車を構成する訳ではない。しかし、太陽軸６１の周囲を遊星軸６４が自転しながら公転すると、太陽軸６１の周方向凸条６６のリード角と遊星軸６４の雄ねじ６８のリード角との差により、太陽軸６１が軸線方向に移動する。
【００６１】
この実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置によれば、以下の効果が得られる。１．太陽軸６１の周方向凸条６６が螺旋状になっていないので、製作精度が向上する。２．太陽軸６１の周方向凸条６６のリード角が０であるので、リード誤差による相対変位が生じない。３．太陽軸６１の周方向凸条６６のリード角が０であるので、ねじの条数は０条と定義され、遊星軸６４の配置数の自由度が増し、強度が得やすい。４．太陽軸６１のねじの条数を０に設計できるので、精度が得やすい。５．正効率を下げずに逆効率を極めて小さく設計できる。
【００６２】
図１８は、本発明の第一の実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置を組み込んだアクチュエータを示す。このアクチュータにおいては、中空モータ７３によってナット２を回転させ、これにより軸線方向に移動する太陽軸１がハウジング７４から出入りするようになっている。
【００６３】
ナット２はその前後方向の両端部がベアリング７６，７７に回転可能に支持されている。ベアリング７６，７７はハウジング７４の内部に組み込まれている。
【００６４】
モータ７３はハウジング７４に一体的に組み込まれている。モータ７３のロータとなる永久磁石７１がナットの外周面に固定される。モータ７３のステータとなる三相コイル７２は、永久磁石７１を取り囲んだ状態でハウジング７４に一体的に固定される。
【００６５】
ハウジング７４の前部壁７５には、太陽軸１が軸線の回りを回転するのを防止し、かつ太陽軸１がその軸線方向に直線運動するのを許容するスプライン溝７５ａが形成される。太陽軸１には、ハウジング７５のスプライン溝７５ａに係合するスプライン凸条１ａが形成される。これらのスプライン溝７５ａ及びスプライン凸条１ａが回り止め機構を構成する。
【００６６】
モータ７３がナット２を回転させると、遊星軸４が太陽軸１の周囲を自転しながら公転する。遊星軸４の自転及び公転に伴い、遊星軸４に噛み合う太陽軸１が軸線方向に移動する。太陽軸１の軸線の回りの回転は回り止め機構１ａ，７５ａによって制限されているので、太陽軸１がナット２と一緒に回転することはない。
【００６７】
本実施形態のアクチュエータによれば、逆効率が低い遊星式回転−直線運動変換装置を組み込んでいるので、太陽軸１の軸方向位置を保持するためのモータ７３のパワーを小さくすることができる。太陽軸１に作用する軸方向の荷重に逆らって、太陽軸１の位置を保持するためには、太陽軸１の位置を保持している間、モータ７３がトルクを発生し続けなければならない。遊星式回転−直線運動変換装置はボールねじよりも逆効率（軸方向の荷重を回転方向のトルクに変える効率）が低いので、太陽軸１の位置を保持するために必要なトルクはボールねじに比べて極端に小さくてすむ。したがって、モータ７３の容量、寸法を小さくすることができ、モータ７３の発熱を抑えることができる。
【００６８】
なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更できる。上記実施形態で示された歯数等の設計諸元は一例であり、総リード、軸線方向荷重に応じて適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１，５１，６１…太陽軸，２，５２，６２…ナット，３…軸線，４，５４，６４…遊星軸，１１，５５，６５…太陽軸の平歯車（太陽歯車），１２，５６…太陽軸の雄ねじ（太陽軸の螺旋凸条），６６…太陽軸の周方向凸条，１２ａ…接触面，１３…太陽軸の平歯車の歯底円，２１，５９，６９…ナットの平歯車（内歯車），２２，７０…ナットの雌ねじ（ナットの螺旋凸条），６０…ナットの周方向凸条，４１，５７，６７…遊星軸の平歯車（遊星歯車），４２，６８…遊星軸の雄ねじ（遊星軸の螺旋溝），５８…遊星軸の周方向溝，４２ａ…クラウニング，Ｐ…太陽軸の雄ねじと遊星軸の雄ねじの接触点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星歯車機構を用いて回転運動を直線運動に変換する遊星式回転―直線運動変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転運動を直線運動に変換する遊星式回転―直線運動変換装置の一つとして、太陽軸と、太陽軸の周囲に環状の空間を空けて囲むナットと、太陽軸とナットとの間に配列される複数の遊星軸と、を備える遊星式回転―直線運動変換装置が知られている（特許文献１参照）。太陽軸は、はすば状太陽歯車及びねじ状太陽歯車の双方を有する。遊星軸も、はすば状遊星歯車及びねじ状遊星歯車を有する。ナットも、はすば状内歯車及びねじ状内歯車を有する。太陽軸のはすば状太陽歯車、遊星軸のはすば状遊星歯車及びナットのはすば状内歯車が第一の遊星歯車機構を構成し、太陽軸のねじ状太陽歯車、遊星軸のねじ状遊星歯車及びナットのねじ状内歯車が第二の遊星歯車機構を構成する。太陽軸のねじ状太陽歯車、遊星軸のねじ状遊星歯車及びナットのねじ状内歯車のピッチは同一であり、互いに噛み合う第二の遊星歯車機構を構成する。そして、第一の遊星歯車機構と第二の遊星歯車機構の歯数比を異ならせることによって、ナットの回転運動を太陽軸の直線運動に変換している。
【０００３】
すなわち、特許文献１に記載の遊星式回転―直線運動変換装置において、遊星軸のはすば状遊星歯車に対する太陽軸のはすば状太陽歯車の歯数比を、遊星軸のねじ状遊星歯車に対する太陽軸のねじ状太陽歯車の条数比（歯数比）と異ならせている。その一方、遊星軸のはすば状遊星歯車に対するナットのはすば状内歯車の歯数比を、遊星軸のねじ状遊星歯車に対するナットのねじ状内歯車の条数比に一致させている。
【０００４】
特許文献１に記載の遊星式回転―直線運動変換装置の作動原理は以下のとおりに説明されている。太陽軸に対してナットを相対的に回転させると、遊星軸が太陽軸の回りを自転しながら公転する。ここで、第一の遊星歯車機構と第二の遊星歯車機構の歯数比が異なっているので、太陽軸が軸線方向に移動しないと仮定すると、第一の遊星歯車機構の遊星軸の公転位置と、第二の遊星歯車機構の遊星軸の公転位置が周方向にずれる。しかし、遊星軸のはすば状遊星歯車とねじ状遊星歯車とは互いに結合されているので、はすば状遊星歯車の公転位置とねじ状遊星歯車の公転位置がずれることはできない。太陽軸が軸線方向に移動すると、はすば状遊星歯車の公転位置が変化するのに対し、ねじ状遊星歯車の公転位置が変化する。それゆえ、太陽軸が軸線方向に移動することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−５６９５２号公報 （図１，図１４参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の遊星式回転―直線運動変換装置にあっては、太陽軸が遊星軸に対して軸線方向に相対的に直線運動し、太陽軸のねじ状太陽歯車が遊星軸のねじ状遊星歯車の領域から外れたとき、太陽軸のねじ状太陽歯車が遊星軸のはすば状遊星歯車に当たってしまうという課題がある。このため、太陽軸のストローク量が、太陽軸のねじ状太陽歯車が遊星軸のはすば状遊星歯車に当たらない範囲に制限されてしまう。さらに、遊星軸のねじ状遊星歯車の軸線方向の片側にのみはすば状遊星歯車を設け、片側でのみ歯車駆動させているので、遊星軸を傾けるような曲げモーメントが作用し易く、回転の伝達効率が悪くなるという課題もある。
【０００７】
太陽軸のストローク量を大きくとり、かつ遊星軸に曲げモーメントが作用するのを防止するために、上記特許文献１の図１４には、太陽軸の外周面に螺旋状に多数の凹みを配列し、遊星軸に太陽軸の凹みに嵌まる多数の凸部を配列した遊星式回転―直線運動変換装置も開示されている。
【０００８】
しかし、太陽軸の外周面の螺旋状の多数の凹みは、事実上転造以外で製造することができないので、太陽軸の製造が困難になるという新たな課題が生ずる。たとえ転造ダイスによって太陽軸を製造できたとしても、加工誤差や焼き入れ後の歪等に起因する多数の凹みのピッチ誤差を修正することができない。多数の凹みを研削加工することは事実上不可能だからである。さらに、太陽軸の多数の凹みと遊星軸の多数の凸部とが間欠的に噛み合う構造であり、しかも多数の凹部及び多数の凸部が上述のように加工精度の出にくい転造加工により製造されるので、太陽軸の凹みと遊星軸の凸部との間にがた（すきま）が発生し易く、太陽軸の凹み及び遊星軸の凸部の耐久性に悪影響を及ぼすという課題もある。
【０００９】
本発明は、従来の遊星式回転―直線運動変換装置の上記の課題を解決するためになされたものであり、太陽軸又はナットのストローク量を大きくすることができ、生産性、耐久性を向上させることができる実用的な遊星式回転―直線運動変換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】
【００１０】
以下、本発明について説明する。
上述した課題を解決する為に、本発明の一態様は、太陽歯車を有すると共に、螺旋凸条又は周方向凸条を有する太陽軸と、前記太陽軸の前記太陽歯車に噛み合う遊星歯車を有すると共に、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条に噛み合う螺旋溝又は周方向溝を有する遊星軸と、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う内歯車を有すると共に、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝に噛み合うナットと、を備え、前記太陽軸の前記太陽歯車、前記遊星軸の前記遊星歯車、及び前記ナットの前記内歯車が遊星歯車機構を構成し、前記ナットに対して前記太陽軸を相対的に回転させると、前記遊星軸が前記太陽軸に対して前記太陽軸の軸線方向に相対的に直線運動する遊星式回転―直線運動変換装置において、前記遊星軸の前記遊星歯車が形成される領域と、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝が形成される領域とを、前記遊星軸の軸線方向に分離し、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条の凸部に、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う前記太陽歯車を形成する遊星式回転―直線運動変換装置である。
【００１１】
本発明の他の態様は、太陽歯車を有すると共に、螺旋凸条又は周方向凸条を有する太陽軸と、前記太陽軸の前記太陽歯車に噛み合う遊星歯車を有すると共に、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条に噛み合う螺旋溝又は周方向溝を有する遊星軸と、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う内歯車を有すると共に、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝に噛み合う螺旋凸条又は周方向凸条を有するナットと、を備え、前記太陽軸の前記太陽歯車、前記遊星軸の前記遊星歯車、及び前記ナットの前記内歯車が遊星歯車機構を構成し、前記太陽軸に対して前記ナットを相対的に回転させると、前記遊星軸が前記ナットに対して前記ナットの軸線方向に相対的に直線運動する遊星式回転―直線運動変換装置において、前記遊星軸の前記遊星歯車が形成される領域と、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝が形成される領域とを、前記遊星軸の軸線方向に分離し、前記ナットの前記螺旋凸条又は前記周方向凸条の凸部に、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う前記内歯車を形成する遊星式回転―直線運動変換装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、太陽軸の螺旋凸条又は周方向凸条の凸部に、遊星軸の遊星歯車に噛み合う太陽歯車を形成するので、遊星軸が太陽軸に対し軸線方向に相対的に移動しても、太陽軸の螺旋凸条又は周方向凸条が遊星軸の遊星歯車に干渉することがなく、太陽軸の螺旋凸条又は周方向凸条と遊星軸の螺旋溝又は周方向溝との噛み合いが保たれ、太陽軸の太陽歯車と遊星軸の遊星歯車との噛み合いが保たれる。したがって、太陽軸に対するナットの軸線方向の相対的なストローク量を大きくすることができる。また、太陽軸を切削、転造のどちらでも製造することができるようになり、太陽軸を焼入れした後に研削加工等によりピッチを修正することもできるようになるので、太陽軸の生産性が向上する。さらに、遊星軸の遊星歯車が形成される領域と、遊星軸の螺旋溝又は周方向溝が形成される領域とを、遊星軸の軸線方向に分離しているので、遊星軸も切削、転造のどちらでも製造することができるようになり、遊星軸の製造も容易になる。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、ナットの螺旋凸条又は周方向凸条の凸部に、遊星軸の遊星歯車に噛み合う内歯車を形成するので、遊星軸がナットに対し軸線方向に相対的に移動しても、ナットの螺旋凸条又は周方向凸条が遊星軸の遊星歯車に干渉することがなく、ナットの螺旋凸条又は周方向凸条と遊星軸の螺旋溝又は周方向溝との噛み合いが保たれ、ナットの内歯車と遊星軸の遊星歯車との噛み合いが保たれる。したがって、ナットに対する太陽軸の軸線方向の相対的なストローク量を大きくすることができる。また、ナットを切削、転造のどちらでも製造することができるようになり、ナットを焼入れした後に研削加工等によりピッチを修正することもできるようになるので、ナットの生産性が向上する。さらに、遊星軸の遊星歯車が形成される領域と、遊星軸の螺旋溝又は周方向溝が形成される領域とを、遊星軸の軸線方向に分離しているので、遊星軸も切削、転造のどちらでも製造することができるようになり、遊星軸の製造も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図
【図２】太陽軸の側面図
【図３】遊星軸の側面図
【図４】ナットの軸線に沿う断面図
【図５】太陽軸を１回転させたときの遊星軸の公転角度を示す模式図
【図６】総リードの算出方法の概念図
【図７】遊星軸に施したクラウニングを示す図
【図８】太陽軸の雄ねじ、遊星軸の雄ねじ、ナットの雌ねじの噛み合いを示す軸線に直交する断面図
【図９】平歯車のモジュールを変化させた遊星式回転−直線運動変換装置の比較図（モジュール０．６８（ａ）及びモジュール０．４２（ｂ））
【図１０】遊星軸の雄ねじと太陽軸の雄ねじの噛み合いを示す斜視図（モジュール０．６８（ａ）及びモジュール０．４２（ｂ））
【図１１】太陽軸の軸線に直交する断面図（モジュール０．６８（ａ）及びモジュール０．４２（ｂ））
【図１２】本発明の第二の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図
【図１３】上記遊星式回転−直線運動変換装置の断面図
【図１４】ナットの断面図
【図１５】本発明の第三の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図
【図１６】上記遊星式回転−直線運動変換装置の断面図
【図１７】太陽軸の側面図
【図１８】本発明の第一の実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置を組み込んだアクチュエータの断面斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づいて本発明の遊星式回転―直線運動変換装置を詳細に説明する。図１は、本発明の第一の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図（内部構造を分かり易くするためにナットを半分に割った状態）を示す。遊星式回転−直線運動変換装置は、共通の軸線３に沿って延在する太陽軸１及び円環状のナット２を備える。太陽軸１とナット２との間の環状の空間には、これらに噛み合う複数の例えば九つの遊星軸４が配置される。遊星軸４の軸線は、太陽軸１及びナット２の軸線と平行である。九つの遊星軸４は太陽軸１の周りに周方向に均等間隔を空けて配列される。ナットに対して太陽軸１を相対的に回転すると、ナット２が軸線方向に直線運動する。
【００１６】
太陽軸１には、太陽歯車としての平歯車１１及び螺旋凸条としての雄ねじ１２が形成される。遊星軸４には、遊星歯車としての平歯車４１及び螺旋溝としての雄ねじ４２が形成される。ナット２には、内歯車としての平歯車２１及び螺旋凸条としての雌ねじ２２が形成される。太陽軸１の太陽歯車、遊星軸４の遊星歯車、及びナット２の内歯車は、互いに噛み合い、遊星歯車機構を構成する。太陽歯車、遊星歯車、及び内歯車は、ねじれ角が２５度以下の歯車であり、ねじれ角が０度の歯車、すなわち平歯車を含む。太陽軸１の螺線凸条、遊星軸４の螺旋溝及びナットの螺線凸条も、同一ピッチで互いに噛み合い、遊星ローラねじ機構を構成する。
【００１７】
図２に示すように、太陽軸１の外周面には、螺旋凸条としての複数条の例えば八条の雄ねじ１２が形成される。雄ねじ１２は円筒状の外周面のつる巻き線に沿って形成され、所定のリード角を持つ。太陽軸１の軸線を含む平面による雄ねじ１２の切り口の断面形状は台形である。もちろん、雄ねじ１２の外径は雄ねじ１２の谷の径よりも大きい。
【００１８】
図１に示すように、太陽軸１の螺旋凸条としての雄ねじ１２のピッチを遊星軸４の螺旋溝としての雄ねじ４２のピッチに合わせれば、太陽軸１の雄ねじ１２を遊星軸４の雄ねじ４２に噛み合わせることができる。
【００１９】
太陽軸１の雄ねじ１２の凸部には、太陽歯車としての平歯車１１が形成される。この平歯車１１は、例えば一般的な平歯車と同様にインボリュート歯形に形成される。この平歯車１１の全歯たけは、雄ねじ１２のねじ山の高さよりも小さく、雄ねじ１２には、平歯車１１の歯底よりも内側に接触面１２ａが形成される。言い換えれば、平歯車１１の歯底円は太陽軸１の雄ねじ１２の谷の径よりも大きく設定される。この接触面１２ａに遊星軸４の雄ねじ４２が接触する。
【００２０】
太陽軸１の平歯車１１には、遊星軸４の遊星歯車としての平歯車４１が噛み合う。八条の雄ねじ１２に形成される太陽軸１の平歯車１１の位相は、太陽軸１の軸線方向からみて互いに一致している。太陽軸１の平歯車１１の歯数をＳz1，遊星軸４の平歯車４１の歯数をＰz1とおくと、太陽軸１の平歯車１１と遊星軸４の平歯車４１との間で、歯数Ｓz1，Ｐz1に応じた速比（回転数の比）で回転が伝達される。
【００２１】
太陽軸１の平歯車１１は太陽軸１の雄ねじ１２の凸部に形成されている。このため、太陽軸１の平歯車１１が形成される領域と、太陽軸１の雄ねじ１２が形成される領域とが、太陽軸１の軸線方向に重なっている。遊星軸４が太陽軸１に対して太陽軸１の軸線方向に相対的に変位しても、太陽軸１の平歯車１１が遊星軸４の平歯車４１との噛み合いを維持できるよう、太陽軸１の平歯車１１が形成される。
【００２２】
太陽軸１の周囲には九つの遊星軸４が配置される。遊星軸４の配置個数は、太陽軸１及びナット２の平歯車１１，２１の歯数の和、並びに太陽軸１及びナット２の雄ねじ１２，雌ねじ２２の条数の和の、共通の約数である。
【００２３】
図３に示すように、各遊星軸４には、螺旋溝として例えば二条の雄ねじ４２が設けられ、遊星歯車として一対の平歯車４１が設けられる。二条の雄ねじ４２は遊星軸４の軸線方向の中央部に形成される。一対の平歯車４１は遊星軸４の雄ねじ４２の軸線方向の両端部に形成される。遊星軸４の軸線方向から見た一対の平歯車４１の位相は互いに一致している。遊星軸４の雄ねじ４２の両端部に平歯車４１を形成することで、遊星軸４を軸線方向の両端部で歯車駆動させることができ、遊星軸４が傾くのを防止できる。
【００２４】
上記太陽軸１においては、雄ねじ１２が形成される領域と平歯車１１が形成される領域とが太陽軸１の軸線方向に重なっている。これに対し、遊星軸４においては、雄ねじ４２と平歯車４１とが独立していて、雄ねじ４２が形成される領域と平歯車４１が形成される領域とが遊星軸４の軸線方向に分離している。そして、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２に噛み合い、遊星軸４の平歯車４１が太陽軸１の平歯車１１に噛み合う。遊星軸４の雄ねじ４２と平歯車４１とを独立させることで、遊星軸４の雄ねじ４２の谷底に平歯車４１を形成する必要がなくなり、遊星軸４の製造が容易になり、また遊星軸４と太陽軸１とが間欠的に噛み合うのを防止することができる。
【００２５】
遊星軸４及び太陽軸１の雄ねじ４２，１２及び平歯車４１，１１の噛み合いを保った状態で、なおかつ太陽軸１のストローク量を大きくするために、太陽軸１の雄ねじ１２に平歯車１１が形成される。太陽軸１の雄ねじ１２に平歯車を形成すると、一見、太陽軸１の雄ねじ１２が遊星軸４の雄ねじ４２に間欠的に噛み合うように見える。しかし、遊星軸４の雄ねじ４２は、太陽軸１の雄ねじ１２の平歯車１１の歯底円よりも内側で接触するので、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２に間欠的に噛み合うことはない。
【００２６】
図１に示すように、各遊星軸４は、軸線方向の両端にて円環板状のキャリア（図示せず）に軸線の周りに回転可能に支持されている。キャリアはナット２に対し相対的に軸線の周りに自由に回転できるようにナット２に支持される。もちろん、キャリア２の内径は太陽軸１の外径よりも大きい。
【００２７】
図４に示すように、ナット２は、略円筒形状に形成される。ナット２の軸線方向の一端部には、ナット２を他の部材に取り付けるためのフランジ２ａが形成される。ナット２は図示しない他の部材に相対回転不能に連結される。ナット２の内周面の軸線方向の両端部には、内径を広げた一対のリング段差部２ｂが形成される。この一対のリング段差部２ｂに一対のリング歯車部材５が圧入等により固定される（図１参照）。一対のリング歯車部材５には、遊星軸４の一対の平歯車４１と噛み合う一対の内歯車２１が形成される。またナット２の中央部２ｃの内周面には、螺旋凸条として、遊星軸４の雄ねじ４２と螺合する複数条の例えば十条の雌ねじ２２が形成される。雌ねじ２２はナット２の内周面のつる巻き線に沿う所定のリード角を持つ。ナット２の軸線を含む平面における雌ねじ２２の切り口の断面形状は、台形である。
【００２８】
上記遊星式回転−直線運動変換装置を組み立てるときは、まずナット２の内側に遊星軸４を環状に抱え込ませる。キャリアによって遊星軸４とナット２との位置関係をずれないように固定した段階で、太陽軸１を遊星軸４にねじ込む。
【００２９】
図１に示すように、太陽軸１の平歯車１１、遊星軸４の平歯車４１及びナット２の内歯車２１は共働して遊星歯車機構を構成しており、それぞれ太陽歯車、遊星歯車、内歯車として機能する。また太陽軸１の雄ねじ１２、遊星軸４の雄ねじ４２、ナット２の雌ねじ２２は共働して遊星ローラねじ機構を構成しており、それぞれ螺線凸条、螺旋溝、螺線凸条として機能する。
【００３０】
遊星ローラねじ機構を構成する太陽軸１の雄ねじ１２、遊星軸４の雄ねじ４２及びナット２の雌ねじ２２は互いに噛み合っている。雄ねじ１２及び雄ねじ４２は互いに逆方向のリードを有し、雄ねじ４２及び雌ねじ２２は互いに同一方向のリードを有する。雄ねじ１２、雄ねじ４２、雌ねじ２２のピッチは互いに等しい。そして、遊星軸４の雄ねじ４２のリード角はナット２の雌ねじ２２のリード角と相手方のネジリード基準ピッチ円において同一である。このため、遊星軸４がナット２の内側を自公転しても、遊星軸４がナット２に対して軸線方向にストロークすることはない。一方、遊星軸４の雄ねじ４２のリード角は太陽軸１の雄ねじ１２のリード角と異なる。このため、遊星軸４が太陽軸１の回りを自公転すると、遊星軸４が太陽軸１に対して軸線方向に直線運動する。したがって、ナット２も太陽軸１に対して軸線方向に直線運動する。
【００３１】
遊星歯車機構を構成する太陽軸１の平歯車１１、遊星軸４の平歯車４１及びナット２の内歯車２１も互いに噛み合う。この遊星式回転−直線運動変換装置においては、平歯車１１、平歯車４１、内歯車２１の歯数は、それぞれ６９，２４，１２０である。
【００３２】
太陽軸１を１回転させたとき、ナット２に対する太陽軸１のストローク量（総リード）は以下のように算出される。図５に示すように、太陽軸１を１回転させると遊星軸４が太陽軸１の周囲を自転しながら公転する。遊星軸４の公転回転数である遊星軸公転減速比は、以下の式で求められる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
具体的な数値を入れると、
【数２】
【００３５】
太陽軸１の雄ねじ１２のピッチは７ｍｍ、条数は８なので、太陽軸１の１回転あたりのリードは７×８＝５６ｍｍになる。図６に示すように、太陽軸１の雄ねじ１２のＳPC(太陽軸ネジリード基準ピッチ円)を２８．７５ｍｍとすると、太陽軸１は１回転あたり、（２８．７５×π）の基準ピッチ円において５６ｍｍ軸線方向に進む。
【００３６】
一方、遊星軸４の雄ねじのピッチは７ｍｍ、条数は２なので、リードは７×２＝１４ｍｍになる。遊星軸４の雄ねじのＰPC(遊星軸ネジリード基準ピッチ円)を１０ｍｍにすると、遊星軸４は１回転あたり、（１０×π）の基準ピッチ円において１４ｍｍ進む。
【００３７】
太陽軸１の周囲を遊星軸４が公転する。太陽軸１を１回転させたときの接触部７（図５参照）の長さは、上記遊星軸公転減速比から２８．７５×π×０．６３４９となる。そのときの太陽軸１のリードと遊星軸４のリードの差分が総リードＬとなる。
【００３８】
すなわち、総リードＬは、太陽軸１のリード−遊星軸４のリードであり、
Ｌ＝５６×０．６３４９−２８．７５×π×０．６３４９／（１０×π）×１４＝１０ｍｍとなる。
【００３９】
一般式で表わすと、総リードＬは以下の計算式で表わされる。
【数３】
【００４０】
図７に示すように、遊星軸４の雄ねじ４２には、クラウニング４２ａが施される。クラウニング４２ａは、遊星軸４の軸線を含む断面で見たとき、又は遊星軸４の雄ねじ４２のリードに直角な断面で見たとき、円弧形状に形成される。クラウニング４２ａを施すことによって、太陽軸１の雄ねじ１２と遊星軸４の雄ねじ４２とを点接触させることができる。遊星軸４と太陽軸１との接触点は、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２に対して滑らずに転がり運動する点の近傍に配置される。このようにすることで、太陽軸１の雄ねじ１２と遊星軸４の雄ねじ４２との間の差動滑りを低減することができ、回転の伝達効率を向上させることができる。
【００４１】
図８に示すように、太陽軸１の軸線方向からみて、遊星軸４の雄ねじ４２の外径円４３の一部は太陽軸１の平歯車１１の歯底円１３よりも内側に入り込む。そして、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２に接触する点Ｐは、太陽軸１の雄ねじ１２の接触面１２ａ（太陽軸１の平歯車１１の歯底円１３よりも内側、図１０参照）である。太陽軸１に軸線方向の荷重がかかると、太陽軸１の雄ねじ１２及び遊星軸４の雄ねじ４２の接触点Ｐが弾性変形し、接触領域が広くなる。太陽軸１の軸線方向の荷重は、弾性変形した太陽軸１の雄ねじ１２の接触面１２ａが受けることになる。遊星軸４の雄ねじ４２を太陽軸１の雄ねじ１２の接触面１２ａに接触させることで、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２に形成される平歯車１１にのみ接触することを避けることができる。このため、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２の平歯車１１に間欠的に当たってしまう（すなわち遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２の平歯車１１に当たっているときと当たってないときが生ずる）のを防止することができ、遊星軸４の雄ねじ４２を太陽軸１の雄ねじ１２に安定して接触させることができる。また、遊星軸４の雄ねじ４２が太陽軸１の雄ねじ１２の平歯車１１に間欠的に当たるのを防止できるので、せん断応力や曲げモーメントに強いねじになる。
【００４２】
本実施形態においては、遊星軸４の雄ねじ４２を太陽軸１の雄ねじ１２の接触面１２ａに接触させたいがゆえ、遊星軸４の雄ねじ４２を太らせている。遊星軸４の雄ねじ４２を極端に太らせると隣の遊星軸４に干渉する。このため遊星軸４の配置個数を九つに減らしている。
【００４３】
遊星軸４の雄ねじ４２のリード角は、太陽軸１の雄ねじ１２のリード角と異なる。このため厳密にいうと、遊星軸４の雄ねじ４２と太陽軸１の雄ねじ１２との接触点Ｐは、太陽軸１の中心と遊星軸４の中心とを結んだ線１５から僅かにずれている。一方、遊星軸４の雄ねじ４２のリード角はナット２の雌ねじ２２のリード角と等しい。このため、遊星軸４の雄ねじ４２とナット２の雌ねじ２２との接触点Ｑは、太陽軸１の中心と遊星軸４の中心とを結んだ線１５上に位置する。
【００４４】
図９は、平歯車のモジュールを変化させた例を示す。平歯車の速比及び噛み合い位相を維持したまま、平歯車のモジュールを例えば０．６８から０．４２に小さくすると、太陽軸１の雄ねじ１２の平歯車１１の円ピッチが小さくなる。図１０に示すように、平歯車１１のモジュールを０．６８から０．４２に小さくすると、太陽軸１の雄ねじ１２に形成される平歯車１１の全歯たけを小さくすることができ、雄ねじ１２の接触面１２ａの半径方向の厚みを厚くすることができる。このため、遊星軸４の雄ねじ４２を太陽軸１の雄ねじ１２の接触面１２ａに接触させ易くなる。さらに、図１１に示すように、太陽軸１の平歯車１１の全歯たけを小さくできる分、太陽軸１の雄ねじ１２の噛み合いピッチ円（図中噛み合い領域で示す）を大きくでき、当該噛み合いピッチ円を滑りが生じない滑り０領域に近付けることができ、回転の伝達効率を向上させることができる。噛み合いピッチ円とは、太陽軸１の雄ねじ１２と遊星軸４の雄ねじ４２とが噛みあっている点上の軌跡である。滑り０領域とは、太陽軸１の雄ねじ１２と遊星軸４の雄ねじ４２とに滑りが生じない点上の軌跡である。自公転する遊星軸４が描く螺旋状の軌道長さと、太陽軸１の螺旋状の軌道長さとが一致する領域が滑り０領域である。
【００４５】
図１に示すように、遊星軸４の雄ねじ４２はナット２の雌ねじ２２に対しても、差動滑りが発生しないよう転がり接触する点の近傍で接触する。遊星軸４の雄ねじ４２をオーバーサイズにすることにより予圧を与えることが可能になり、バックラッシュをなくすことができる。
【００４６】
上記の実施形態においては、遊星軸４が軸線方向に太陽軸１に対し相対的に変位する例について説明した。
【００４７】
これとは逆に遊星軸が軸線方向にナットに対し相対的に変位してもよい。この場合には、螺旋溝を構成するナットの螺旋状の雌ねじの凸部に、内歯車を構成する歯車が設けられる。遊星軸には、螺旋溝を構成する雄ねじ、及びこの雄ねじの軸線方向の両側に遊星歯車を構成する一対の平歯車が遊星軸の軸線方向に分かれた状態で設けられる。太陽軸には、螺線凸条を構成する雄ねじ、及びこの雄ねじの軸線方向の両側に太陽歯車を構成する一対の平歯車が軸線方向に分かれた状態で設けられる。この例によれば、遊星軸がナットに対してストロークしてもナットのねじ状内歯車が遊星軸の遊星歯車に干渉することがない。したがって、ナットに対する太陽軸の軸線方向の相対的なストローク量を大きくすることができる。
【００４８】
図１２ないし図１４は、本発明の第二の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置を示す。図１２は、遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図（内部構造を分かり易くするためにナット５２を半分に割った状態）を示し、図１３は、遊星式回転−直線運動変換装置の断面図を示す。この実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置も、太陽軸５１と、太陽軸５１の周囲に配置される複数の遊星軸５４と、太陽軸５１及び遊星軸５４を囲む環状のナット５２と、を備える。
【００４９】
太陽軸５１には、太陽歯車としての平歯車５５及び螺旋凸条としての雄ねじ５６が形成される。第一の実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置と同様に、太陽軸５１の平歯車５５は、雄ねじ５６の凸部に形成される。雄ねじ５６は所定のリード角を持つ。
【００５０】
遊星軸５４には、遊星歯車としての一対の平歯車５７が形成され、一対の平歯車５７の間に周方向溝５８が形成される。周方向溝５８は、周方向に伸びる単一のリング状溝を遊星軸４の軸線方向に多数配列してなる。遊星軸５４の平歯車５７が太陽軸５１の平歯車５５に噛み合い、遊星軸５４の周方向溝５８が太陽軸５１の雄ねじ５６に噛み合う。図１４のナット５２の断面図に示すように、遊星軸５４の周方向溝５８のリード角は０度である。遊星軸５４の周方向溝５８のピッチは太陽軸５１の雄ねじ５６のピッチと同一である。
【００５１】
図１２及び図１３に示すように、ナット５２には、内歯車としての一対の平歯車５９が形成され、一対の平歯車５９の間に周方向凸条６０が形成される。ナット５２の一対の平歯車５９が遊星軸５４の一対の平歯車５７に噛み合い、ナット５２の周方向凸条６０が遊星軸５４の周方向溝５８に噛み合う。図１４に示すように、ナット５２の周方向凸条６０も、周方向に伸びる単一のリング状凸条を複数配列してなる。周方向凸条６０のリード角は０度である。
【００５２】
太陽軸５１の平歯車５５、遊星軸５４の平歯車５７、及びナット５２の平歯車５９が、遊星歯車機構を構成する。ナット５２に対して太陽軸５１を相対的に回転させると、遊星軸５４が太陽軸５１の周囲を自転しながら公転する。
【００５３】
太陽軸５１の雄ねじ５６、遊星軸５４の周方向溝５８及びナット５２の周方向凸条６０は、互いに噛み合っている。上記第一の実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置と異なり、遊星軸５４の周方向溝５８及びナット５２の周方向凸条６０のリード角は０度であるが、第一の実施形態と同様に、太陽軸５１の周囲を遊星軸５４が自転しながら公転すると、太陽軸５１の雄ねじ５６のリード角と遊星軸５４の周方向溝５８のリード角との差により、遊星軸５４及びナット５２が軸線方向に移動する。
【００５４】
この実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置によれば、以下の効果が得られる。１．ナット５２の周方向凸条６０及び遊星軸５４の周方向溝５８が螺旋状になっていないので、製作精度が向上する（加工精度は、螺旋状溝を加工する時のインデックス精度に左右されずに、加工機の送り精度のみに依存する）。２．ナット５２の周方向凸条６０及び遊星軸５４の周方向溝５８のリード角が０であるので、リード誤差による相対変位が生じない。３．ナット５２の周方向凸条６０及び遊星軸５４の周方向溝５８のリード角が０であるので、ねじの条数は０条と定義され、遊星軸５４の配置数の自由度が増し、強度が得やすい。４．太陽軸５１のねじの条数を少なく設計できるので、精度が得やすい。５．正効率を下げずに逆効率を極めて小さく設計できる。
【００５５】
図１５ないし図１７は、本発明の第三の実施形態における遊星式回転−直線運動変換装置を示す。図１５は、遊星式回転−直線運動変換装置の斜視図を示し、図１６は、断面図を示す。この実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置も、太陽軸６１と、太陽軸６１の周囲に配置される複数の遊星軸６４と、太陽軸６１及び遊星軸６４を囲む環状のナット６２と、を備える。
【００５６】
太陽軸６１には、太陽歯車としての平歯車６５及び周方向凸条６６が形成される。図１７の太陽軸６１の側面図に示すように、周方向凸条６６は、周方向に伸びる単一の凸条を太陽軸６１の軸線方向に複数配列してなる。周方向凸条６６のリード角は０度である。太陽軸６１の平歯車６５は、周方向凸条６６の凸部に形成される。
【００５７】
図１５に示すように、遊星軸６４には、遊星歯車としての一対の平歯車６７が形成され、及び一対の平歯車６７間に螺旋溝としての雄ねじ６８が形成される。遊星軸６４の一対の平歯車６７が太陽軸６１の平歯車６５に噛み合い、遊星軸６４の雄ねじ６８が太陽軸６１の周方向凸条６６に噛み合う。遊星軸６４の雄ねじ６８のピッチは、太陽軸６１の周方向凸条６６のピッチと同一である。遊星軸６４の雄ねじ６８は所定のリード角を持つ。
【００５８】
ナット６２には、内歯車としての平歯車６９及び螺旋凸条としての雌ねじ７０が形成される。ナット６２の平歯車６９が遊星軸６４の平歯車６７に噛み合い、ナット６２の雌ねじ７０が遊星軸６４の雄ねじ６８に噛み合う。ナット６２の雌ねじ７０は遊星軸６４の雄ねじ６９と逆方向の同一のリード角を持つ。
【００５９】
太陽軸６１の平歯車６５、遊星軸６４の平歯車６７、及びナット６２の平歯車６９が遊星歯車機構を構成する。ナット６２に対して太陽軸６１を回転させると、遊星軸６４がナット６２の周囲を自転しながら公転する。
【００６０】
太陽軸６１の周方向凸条６６、遊星軸６４の雄ねじ６８及びナット６２の雌ねじ７０は互いに噛み合っている。上記第一の実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置と異なり、太陽軸６１の周方向凸条６６のリード角は０度であるので、太陽軸６１の周方向凸条６６がねじ状歯車を構成する訳ではない。しかし、太陽軸６１の周囲を遊星軸６４が自転しながら公転すると、太陽軸６１の周方向凸条６６のリード角と遊星軸６４の雄ねじ６８のリード角との差により、太陽軸６１が軸線方向に移動する。
【００６１】
この実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置によれば、以下の効果が得られる。１．太陽軸６１の周方向凸条６６が螺旋状になっていないので、製作精度が向上する。２．太陽軸６１の周方向凸条６６のリード角が０であるので、リード誤差による相対変位が生じない。３．太陽軸６１の周方向凸条６６のリード角が０であるので、ねじの条数は０条と定義され、遊星軸６４の配置数の自由度が増し、強度が得やすい。４．太陽軸６１のねじの条数を０に設計できるので、精度が得やすい。５．正効率を下げずに逆効率を極めて小さく設計できる。
【００６２】
図１８は、本発明の第一の実施形態の遊星式回転−直線運動変換装置を組み込んだアクチュエータを示す。このアクチュータにおいては、中空モータ７３によってナット２を回転させ、これにより軸線方向に移動する太陽軸１がハウジング７４から出入りするようになっている。
【００６３】
ナット２はその前後方向の両端部がベアリング７６，７７に回転可能に支持されている。ベアリング７６，７７はハウジング７４の内部に組み込まれている。
【００６４】
モータ７３はハウジング７４に一体的に組み込まれている。モータ７３のロータとなる永久磁石７１がナットの外周面に固定される。モータ７３のステータとなる三相コイル７２は、永久磁石７１を取り囲んだ状態でハウジング７４に一体的に固定される。
【００６５】
ハウジング７４の前部壁７５には、太陽軸１が軸線の回りを回転するのを防止し、かつ太陽軸１がその軸線方向に直線運動するのを許容するスプライン溝７５ａが形成される。太陽軸１には、ハウジング７５のスプライン溝７５ａに係合するスプライン凸条１ａが形成される。これらのスプライン溝７５ａ及びスプライン凸条１ａが回り止め機構を構成する。
【００６６】
モータ７３がナット２を回転させると、遊星軸４が太陽軸１の周囲を自転しながら公転する。遊星軸４の自転及び公転に伴い、遊星軸４に噛み合う太陽軸１が軸線方向に移動する。太陽軸１の軸線の回りの回転は回り止め機構１ａ，７５ａによって制限されているので、太陽軸１がナット２と一緒に回転することはない。
【００６７】
本実施形態のアクチュエータによれば、逆効率が低い遊星式回転−直線運動変換装置を組み込んでいるので、太陽軸１の軸方向位置を保持するためのモータ７３のパワーを小さくすることができる。太陽軸１に作用する軸方向の荷重に逆らって、太陽軸１の位置を保持するためには、太陽軸１の位置を保持している間、モータ７３がトルクを発生し続けなければならない。遊星式回転−直線運動変換装置はボールねじよりも逆効率（軸方向の荷重を回転方向のトルクに変える効率）が低いので、太陽軸１の位置を保持するために必要なトルクはボールねじに比べて極端に小さくてすむ。したがって、モータ７３の容量、寸法を小さくすることができ、モータ７３の発熱を抑えることができる。
【００６８】
なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更できる。上記実施形態で示された歯数等の設計諸元は一例であり、総リード、軸線方向荷重に応じて適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１，５１，６１…太陽軸，２，５２，６２…ナット，３…軸線，４，５４，６４…遊星軸，１１，５５，６５…太陽軸の平歯車（太陽歯車），１２，５６…太陽軸の雄ねじ（太陽軸の螺旋凸条），６６…太陽軸の周方向凸条，１２ａ…接触面，１３…太陽軸の平歯車の歯底円，２１，５９，６９…ナットの平歯車（内歯車），２２，７０…ナットの雌ねじ（ナットの螺旋凸条），６０…ナットの周方向凸条，４１，５７，６７…遊星軸の平歯車（遊星歯車），４２，６８…遊星軸の雄ねじ（遊星軸の螺旋溝），５８…遊星軸の周方向溝，４２ａ…クラウニング，Ｐ…太陽軸の雄ねじと遊星軸の雄ねじの接触点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽歯車を有すると共に、螺旋凸条又は周方向凸条を有する太陽軸と、
前記太陽軸の前記太陽歯車に噛み合う遊星歯車を有すると共に、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条に噛み合う螺旋溝又は周方向溝を有する遊星軸と、
前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う内歯車を有すると共に、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝に噛み合うナットと、を備え、
前記太陽軸の前記太陽歯車、前記遊星軸の前記遊星歯車、及び前記ナットの前記内歯車が遊星歯車機構を構成し、
前記ナットに対して前記太陽軸を相対的に回転させると、前記遊星軸が前記太陽軸に対して前記太陽軸の軸線方向に相対的に直線運動する遊星式回転―直線運動変換装置において、
前記遊星軸の前記遊星歯車が形成される領域と、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝が形成される領域とを、前記遊星軸の軸線方向に分離し、
前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条の凸部に、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う前記太陽歯車を形成する遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項２】
前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条と前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝との接触位置が、前記太陽軸の軸線方向からみて、前記太陽軸の前記太陽歯車の歯底円よりも内側であることを特徴とする請求項１に記載の遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項３】
前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝には、前記遊星軸の軸線を含む断面で見たとき、又は前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝のリードに直角な断面で見たとき、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝と前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条とが点接触するよう、クラウニングが施されることを特徴とする請求項２に記載の遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項４】
前記遊星軸の軸線方向の中央部に前記螺旋溝又は前記周方向溝が形成され、
前記遊星軸の軸線方向の両端部に、一対の前記遊星歯車が形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項５】
前記ナットに対して前記太陽軸を相対的に回転させると、前記遊星軸が前記太陽軸に対して前記太陽軸の軸線方向に相対的に直線運動するよう、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条のリード角と前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝のリード角とが互いに異なることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項６】
太陽歯車を有すると共に、螺旋凸条又は周方向凸条を有する太陽軸と、
前記太陽軸の前記太陽歯車に噛み合う遊星歯車を有すると共に、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条に噛み合う螺旋溝又は周方向溝を有する遊星軸と、
前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う内歯車を有すると共に、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝に噛み合う螺旋凸条又は周方向凸条を有するナットと、を備え、
前記太陽軸の前記太陽歯車、前記遊星軸の前記遊星歯車、及び前記ナットの前記内歯車が遊星歯車機構を構成し、
前記太陽軸に対して前記ナットを相対的に回転させると、前記遊星軸が前記ナットに対して前記ナットの軸線方向に相対的に直線運動する遊星式回転―直線運動変換装置において、
前記遊星軸の前記遊星歯車が形成される領域と、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝が形成される領域とを、前記遊星軸の軸線方向に分離し、
前記ナットの前記螺旋凸条又は前記周方向凸条の凸部に、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う前記内歯車を形成する遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項７】
前記太陽軸に対して前記ナットを相対的に回転させると、前記遊星軸が前記ナットに対して前記ナットの軸線方向に相対的に直線運動するよう、前記ナットの前記螺旋凸条又は前記周方向凸条のリード角と前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝のリード角とが互いに異なることを特徴とする請求項６に記載の遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の遊星式回転―直線運動変換装置と、
前記遊星式回転―直線運動変換装置の前記ナットを前記太陽軸に対して回転させる駆動源と、
前記太陽軸がその軸線の回りを回転するのを防止し、かつ太陽軸がその軸線方向に直線運動するのを許容する回り止め機構と、を備え、
前記駆動源が前記太陽軸に対して前記ナットを回転させることによって、前記太陽軸が前記ナットに対して太陽軸の軸線方向に直線運動するアクチュエータ。
【請求項１】
太陽歯車を有すると共に、螺旋凸条又は周方向凸条を有する太陽軸と、
前記太陽軸の前記太陽歯車に噛み合う遊星歯車を有すると共に、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条に噛み合う螺旋溝又は周方向溝を有する遊星軸と、
前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う内歯車を有すると共に、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝に噛み合うナットと、を備え、
前記太陽軸の前記太陽歯車、前記遊星軸の前記遊星歯車、及び前記ナットの前記内歯車が遊星歯車機構を構成し、
前記ナットに対して前記太陽軸を相対的に回転させると、前記遊星軸が前記太陽軸に対して前記太陽軸の軸線方向に相対的に直線運動する遊星式回転―直線運動変換装置において、
前記遊星軸の前記遊星歯車が形成される領域と、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝が形成される領域とを、前記遊星軸の軸線方向に分離し、
前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条の凸部に、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う前記太陽歯車を形成する遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項２】
前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条と前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝との接触位置が、前記太陽軸の軸線方向からみて、前記太陽軸の前記太陽歯車の歯底円よりも内側であることを特徴とする請求項１に記載の遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項３】
前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝には、前記遊星軸の軸線を含む断面で見たとき、又は前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝のリードに直角な断面で見たとき、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝と前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条とが点接触するよう、クラウニングが施されることを特徴とする請求項２に記載の遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項４】
前記遊星軸の軸線方向の中央部に前記螺旋溝又は前記周方向溝が形成され、
前記遊星軸の軸線方向の両端部に、一対の前記遊星歯車が形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項５】
前記ナットに対して前記太陽軸を相対的に回転させると、前記遊星軸が前記太陽軸に対して前記太陽軸の軸線方向に相対的に直線運動するよう、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条のリード角と前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝のリード角とが互いに異なることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項６】
太陽歯車を有すると共に、螺旋凸条又は周方向凸条を有する太陽軸と、
前記太陽軸の前記太陽歯車に噛み合う遊星歯車を有すると共に、前記太陽軸の前記螺旋凸条又は前記周方向凸条に噛み合う螺旋溝又は周方向溝を有する遊星軸と、
前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う内歯車を有すると共に、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝に噛み合う螺旋凸条又は周方向凸条を有するナットと、を備え、
前記太陽軸の前記太陽歯車、前記遊星軸の前記遊星歯車、及び前記ナットの前記内歯車が遊星歯車機構を構成し、
前記太陽軸に対して前記ナットを相対的に回転させると、前記遊星軸が前記ナットに対して前記ナットの軸線方向に相対的に直線運動する遊星式回転―直線運動変換装置において、
前記遊星軸の前記遊星歯車が形成される領域と、前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝が形成される領域とを、前記遊星軸の軸線方向に分離し、
前記ナットの前記螺旋凸条又は前記周方向凸条の凸部に、前記遊星軸の前記遊星歯車に噛み合う前記内歯車を形成する遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項７】
前記太陽軸に対して前記ナットを相対的に回転させると、前記遊星軸が前記ナットに対して前記ナットの軸線方向に相対的に直線運動するよう、前記ナットの前記螺旋凸条又は前記周方向凸条のリード角と前記遊星軸の前記螺旋溝又は前記周方向溝のリード角とが互いに異なることを特徴とする請求項６に記載の遊星式回転―直線運動変換装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の遊星式回転―直線運動変換装置と、
前記遊星式回転―直線運動変換装置の前記ナットを前記太陽軸に対して回転させる駆動源と、
前記太陽軸がその軸線の回りを回転するのを防止し、かつ太陽軸がその軸線方向に直線運動するのを許容する回り止め機構と、を備え、
前記駆動源が前記太陽軸に対して前記ナットを回転させることによって、前記太陽軸が前記ナットに対して太陽軸の軸線方向に直線運動するアクチュエータ。
【図５】
【図６】
【図８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図６】
【図８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−１５６４５２（Ｐ２０１０−１５６４５２Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２３５４０（Ｐ２００９−２２３５４０）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]