回転直動変換機構及びリフト装置
【課題】回転運動と直線運動を相互に変換しても、高い位置決め精度が得られる回転直動変換機構を提供する。
【解決手段】ロッドのねじ部と噛み合いながら転がる環状溝を外周面に有するローラ環状溝部２ａとローラ環状溝部２ａをローラ軸２ｂ周りに回転可能に支持するスラスト軸受対２ｅとを有する複数のローラ２を備え、ローラ軸２ｂの一端部の外周面上にスラスト軸受対２ｅに挟まれるように設けられローラ軸２ｂに一体で凸状のスラスト支持部２ｅ４と、ローラ環状溝部２ａの内周面に設けられスラスト軸受対２ｅの一方を挟んでスラスト支持部２ｅ４に対向する段差面２ｎと、ローラ環状溝部２ａの内周面に外周面が螺合してスラスト軸受対２ｅの他方を挟んでスラスト支持部２ｅ４に対向し段差面２ｎとの間隔を変更可能なスラスト対向部２ｅ５と、スラスト対向部２ｅ５に螺合しローラ環状溝部２ａに圧接するロックナット２ｅ６を備える。
【解決手段】ロッドのねじ部と噛み合いながら転がる環状溝を外周面に有するローラ環状溝部２ａとローラ環状溝部２ａをローラ軸２ｂ周りに回転可能に支持するスラスト軸受対２ｅとを有する複数のローラ２を備え、ローラ軸２ｂの一端部の外周面上にスラスト軸受対２ｅに挟まれるように設けられローラ軸２ｂに一体で凸状のスラスト支持部２ｅ４と、ローラ環状溝部２ａの内周面に設けられスラスト軸受対２ｅの一方を挟んでスラスト支持部２ｅ４に対向する段差面２ｎと、ローラ環状溝部２ａの内周面に外周面が螺合してスラスト軸受対２ｅの他方を挟んでスラスト支持部２ｅ４に対向し段差面２ｎとの間隔を変更可能なスラスト対向部２ｅ５と、スラスト対向部２ｅ５に螺合しローラ環状溝部２ａに圧接するロックナット２ｅ６を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動と直線運動を相互に変換する回転直動変換機構に関し、さらに、モータなどの回転駆動源の回転運動を直線運動に変換し対象物を直線的に駆動するリフト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転直動変換機構として、外周面にねじ部を有するロッドと、ロッドの外周面に設けられてロッドに対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材と、ホルダ部材に回転可能に支持されて外周面にロッドのねじ部と噛み合う環状溝を有する複数のローラを備え、ローラ（ホルダ部材）の回転を噛み合いによりロッドの直線運動へ変換するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２０６５８号公報（図２と図１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転直動変換機構では、例えば、回転運動から直線運動へ変換されたその直線運動において、位置決め精度を高めることが求められている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、回転運動と直線運動を相互に変換しても、高い位置決め精度が得られる回転直動変換機構を提供し、さらに、この回転直動変換機構を搭載したリフト装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、外周面にねじ部を有するロッドと、前記ロッドの外周側に設けられるホルダ部材と、前記ロッドに対してねじれの関係になるように前記ホルダ部材に支持された複数のローラとを備え、前記ロッドと前記ホルダ部材の相互の相対回転と相対軸移動を変換可能な回転直動変換機構において、
前記ローラは、
前記ねじ部と噛み合いながら転がる環状溝を外周面に有するローラ環状溝部と、
前記ホルダ部材に両端が支持されるローラ軸と、
前記ローラ環状溝部を前記ローラ軸周りに回転可能に支持する一対のスラスト軸受と、
前記ローラ軸の一端部の外周面上に、前記一対のスラスト軸受に挟まれるように設けられ、前記ローラ軸に一体で凸状のスラスト支持部と、
前記ローラ環状溝部の内周面に設けられ前記一対のスラスト軸受の一方を挟んで前記スラスト支持部に対向する段差面と、
前記ローラ環状溝部の内周面に外周面が螺合して前記一対のスラスト軸受の他方を挟んで前記スラスト支持部に対向し、前記段差面との間隔を変更可能なスラスト対向部とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転運動と直線運動を相互に変換しても、高い位置決め精度が得られる回転直動変換機構を提供でき、さらに、この回転直動変換機構を搭載したリフト装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る回転直動変換機構の縦断面図であり、断面の手前側にあるローラも描いている。
【図２】本発明の実施形態に係る回転直動変換機構を構成するサブアセンブリの側面図であり、サブアセンブリを構成するホルダ部材の一部は切断された断面を描いている。
【図３】サブアセンブリを構成するローラの側面図（下半分）と断面図（上半分）である。
【図４】ローラのローラスラスト軸受対の周辺の断面についての図３の拡大図である。
【図５】ローラのスラスト対向部の周辺の断面について、図３のＡ部を拡大した拡大図である。
【図６】本発明の実施形態に係る回転直動変換機構の動作を説明するための概念図である。
【図７】本発明の実施形態に係る回転直動変換機構を用いたリニアアクチュエータの概略図である。
【図８】本発明の実施形態に係る回転直動変換機構を用いたリニアアクチュエータを搭載したリフト装置（建設機械）の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１に、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１の縦断面図を示す。なお、図1では、回転直動変換機構１の構造の理解を容易にするために、断面の手前側にあり描かれないはずのローラ２Ａも、位置関係を保ちながら描いている。
【００１１】
回転直動変換機構１は、主に、モータ５と、左ケーシング６ａと右ケーシング６ｂから成るケーシング６と、複数、図１では３つのローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）と、ロッド１０を有し、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は、モータ５により発生した力でケーシング６に対して回転し、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）に設けた環状溝とロッド１０のねじ部の噛み合いによりロッド１０を直動させている。
【００１２】
ロッド１０は、外周面にねじ部を有している。ロッド１０の外周側には、ホルダ部材３が設けられている。ホルダ部材３は、端板支持柱３ａと、左ホルダ端板３ｂと、右ホルダ端板３ｃと、左ホルダスラスト軸受３ｅと、左ホルダラジアル軸受３ｆと、右ホルダラジアル軸受３ｇと、右ホルダスラスト軸受３ｈと、板ばね３ｐ、３ｑとを有している。端板支持柱３ａは、左ホルダ端板３ｂと右ホルダ端板３ｃの間隔と一定に保持している。左ホルダ端板３ｂと右ホルダ端板３ｃは、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の両端を支持している。ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は、ロッド１０の中心軸に対して、それぞれの中心軸が成す軸角γ２が、ロッド１０のねじ部のリード角γ１に略等しくなるように、ロッド１０に対してねじれの関係に配置されている。
【００１３】
左ホルダ端板３ｂは、左ホルダスラスト軸受３ｅと左ホルダラジアル軸受３ｆによって、左ケーシング６ａに回転可能に支持されている。板ばね３ｐは、左ケーシング６ａと左ホルダラジアル軸受３ｆに挟持され、左ホルダラジアル軸受３ｆを介して、左ホルダ端板３ｂをローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の方向に予圧している。
【００１４】
右ホルダ端板３ｃは、右ホルダスラスト軸受３ｈと軸受支持部４と右ホルダラジアル軸受３ｇによって、左ケーシング６ａに回転可能に支持されている。板ばね３ｑは、左ケーシング６ａに固定された軸受支持部４と右ホルダラジアル軸受３ｇに挟持され、右ホルダラジアル軸受３ｇを介して、右ホルダ端板３ｃをローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の方向に予圧している。
【００１５】
右ホルダ端板３ｃは、ロッド１０の周囲を筒状に右ケーシング６ｂまで延在している。右ケーシング６ｂ内において、右ホルダ端板３ｃには、モータ５のロータ５ａが設けられている。モータ５のステータ５ｂは、ロータ５ａに対向するように、右ケーシング６ｂに圧入されている。モータ５として、ステータ５ｂに対して、ロータ５ａが回動すると、ケーシング６（左ケーシング６ａと右ケーシング６ｂ）に対して、右ホルダ端板３ｃ、さらには、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）と左ホルダ端板３ｂが回動する。モータ５は、ホルダ部材３に連結され、ホルダ部材３とローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）を、ケーシング６に対して相対回転させる。
【００１６】
ケーシング６は、ロッド１０の中心軸に平行な方向には移動可能なように、いわゆる、リニアスライドするようになっている。これにより、モータ５が回動すると、ホルダ部材３とローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は、ケーシング６とロッド１０に対して相対的に回動する。ロッド１０には、螺旋状のねじ部が設けられており、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）がねじ部に沿って転がるように自転しながら公転（回動）することにより、ロッド１０に対して、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）とホルダ部材３が、相対軸移動する。この回動（回転）から相対軸移動への変換は、可逆の変換であり、相対軸移動から回動（回転）への変換も可能である。
【００１７】
ケーシング６の中心軸方向の両端には、狭窄部が形成されている。狭窄部の内径は、ロッド１０の外径に対してわずかに大きく設定されている。狭窄部の内周壁に対する中心軸は、ロッド１０の中心軸に一致するように、ホルダラジアル軸受３ｆ、３ｇを装着するケーシング６の内周壁に対する中心軸と同程度の高精度で設計されている。狭窄部の内周壁には、図１に示すように、ラックロッドレール９を設けてもよいが省いてもかまわない。左ケーシング６ａと右ケーシング６ｂは、ねじ等により接続され、ケーシング６を形成している。
【００１８】
なお、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）とホルダ部材３が連結され、一体となった構造物は、サブアセンブリ３０と呼ばれる。これは、組み上げられたサブアセンブリ３０は、回転直動変換機構１の組み立てにおいて、一部品として扱うことができるからである。
【００１９】
図２に、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１を構成するサブアセンブリ３０の側面図を示す。なお、図２では、サブアセンブリ３０の構造の理解を容易にするために、ローラ２Ａとホルダ部材３との一部を切断した断面を描いている。また、ローラ２Ｂ、２Ｃは、外周面に設けられる環状溝の中心軸方向の位置が噛み合うロッド１０（図１参照）のねじ部に応じてずれている点だけが異なり、他の点はローラ２Ａと同様の構成であるので、以下ではローラ２Ａを例に説明する。
【００２０】
ローラ２Ａの右側の端部の外周面は、ねじが切られており、ローラ２Ａの右側の端部は、右ホルダ端板３ｃに嵌められ、ローラロックナット３６により固定されている。
【００２１】
ローラ２Ａの左側の端部の外周面は、テーパ状になっている。左ホルダ端板３ｂには、テーパ状のローラ２Ａの左側の端部が挿入できるように、貫通穴３５が設けられている。貫通穴３５には、ローラ２Ａの挿入側とは逆側から、ローラ取付部材３３が埋め込まれている。埋め込まれたローラ取付部材３３は、貫通穴３５のローラ２Ａの挿入側へ抜け無い構造になっている。ローラ取付部材３３の内周面はテーパ状になっており、埋め込まれたローラ取付部材３３に、テーパ状のローラ２Ａの左側の端部が挿入されると、それぞれのテーパ面が互いに周方向全周にわたって接し、ローラ２Ａの中心軸のぶれを抑えることができる。ローラ２Ａの左側の端部の内周面は、ねじが切られており、ローラ２Ａの左側の端部は、ローラ取付部材３３を介して左ホルダ端板３ｂに嵌められ、ボルト３４により固定されている。
【００２２】
左ホルダ端板３ｂと右ホルダ端板３ｃは、ローラ２Ａを挟持するために、端板支持柱３ａによって互いが固定されている。端板支持柱３ａは、左ホルダ端板３ｂとは一体に形成され、右ホルダ端板３ｃとはねじ３７によって締結されている。ローラ２Ａは、その中心軸が、ホルダ部材３の中心軸に対してロッド１０のねじ部のリード角γ１と略等しい大きさの軸角γ２傾斜するように配置される。
【００２３】
図３に、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の側面図（図３の下半分）と断面図（図３の上半分）を示す。ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は、ロッド１０（図１参照）のねじ部と噛み合いながら転がる環状溝を外周面に有するローラ環状溝部２ａと、ホルダ部材３（図２参照）の左ホルダ端板３ｂと右ホルダ端板３ｃに両端が固定・支持されるローラ軸２ｂとを有している。
【００２４】
ローラ環状溝部２ａの環状溝は、ロッド１０のねじ部と異なり、螺旋状にはなっておらず、複数の環状溝が、中心軸に方向に等間隔に配置されている。ローラ環状溝部２ａは、一対のスラスト軸受であるローラスラスト軸受対２ｅと、右ローララジアル軸受２ｆ１と左ローララジアル軸受２ｆ２とによって、ローラ軸２ｂに対して、ローラ軸２ｂ周りに回転可能に支持されている。ローラ環状溝部２ａは、筒形状をしていて、内部が貫通しており、このローラ環状溝部２ａの内部を、ローラ軸２ｂが貫通するように配置されている。
【００２５】
ローラ環状溝部２ａの左側の端部には、内周面の半径が、中央部の内周面の半径よりも大きい段部（段差面）が設けられている。左ローララジアル軸受２ｆ２の外輪は、その段部（段差面）に当接するように配置される。ローラ環状溝部２ａの左側の端部の内周面は、ねじが切られており、ロックナット２ｋの外周面が螺合する。ロックナット２ｋが締められると、ロックナット２ｋは、左ローララジアル軸受２ｆ２の外輪に圧接する。左ローララジアル軸受２ｆ２の外輪は、ローラ環状溝部２ａの左側の端部の段部（段差面）と、ロックナット２ｋとで、挟持され固定される。左ローララジアル軸受２ｆ２の内輪は、ローラ軸２ｂに圧入されている。
【００２６】
ローラ環状溝部２ａの右側の端部には、第１段部（段差面）２ｍと第２段部（段差面）２ｎが設けられ、右ローララジアル軸受２ｆ１とローラスラスト軸受対２ｅが近接して配置されている。ローラスラスト軸受対２ｅは、回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１と、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２と、回転側右軌道輪２ｅ１と回転側左軌道輪２ｅ２の間に設けられるスラスト支持部２ｅ４とを有している。ローラスラスト軸受対２ｅには、スラスト対向部２ｅ５とロックナット２ｅ６によって、予圧が与えられている。これらを、図４を用いて詳細に説明する。
【００２７】
図４に、ローラスラスト軸受対２ｅの周辺の図３の拡大図を示す。ローラ環状溝部２ａの右側の端部には、内周面の半径が、中央部の内周面の半径よりも大きい第１段部（段差面）２ｍと、さらに第１段部（段差面）２ｍの内周面の半径よりも大きい第２段部（段差面）２ｎが設けられている。右ローララジアル軸受２ｆ１の外輪は、第１段部（段差面）２ｍに当接するように配置されている。右ローララジアル軸受２ｆ１の内輪は、ローラ軸２ｂに圧入されている。
【００２８】
スラスト支持部２ｅ４は、ローラ軸２ｂの一端部の外周面上に、周方向に沿って設けられている。スラスト支持部２ｅ４は、断面形状が略矩形であり、ローラ軸２ｂの外周面に対して凸状となっている。スラスト支持部２ｅ４の径方向の高さは、第１段部（段差面）２ｍより高く、第２段部（段差面）２ｎより低くなっている。スラスト支持部２ｅ４は、ローラ軸２ｂと一体になっている。この一体とは、スラスト支持部２ｅ４とローラ軸２ｂの両者の間に隙間やガタが無く、例えば、スラスト支持部２ｅ４とローラ軸２ｂとが１つのバルクから切り出されているとか、溶接されているとかの場合に相当する。また、両者を接着剤等により接着してもよいが、螺着の場合は経時によってガタが生じる場合があるので好ましくない。
【００２９】
スラスト支持部２ｅ４の中心軸方向の両側には、一対のスラスト軸受となる回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１と、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２とが設けられている。回転側右軌道輪２ｅ１と回転側左軌道輪２ｅ２は、スラスト支持部２ｅ４を挟持している。
【００３０】
第２段部（段差面）２ｎは、ローラ環状溝部２ａの内周面に設けられ、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２を挟んでスラスト支持部２ｅ４に対向している。回転側左軌道輪２ｅ２は、左ローラスラスト軸受２ｅ２のボールを介したスラスト支持部２ｅ４と、第２段部（段差面）２ｎに挟まれる。回転側左軌道輪２ｅ２は、右ローララジアル軸受２ｆ１の外輪と一体となっている。一体化することによりコンパクトになり、回転直動変換機構１の小型化に寄与できる。
【００３１】
スラスト対向部２ｅ５の外周面は、ねじが切られ、ローラ環状溝部２ａの端部のねじが切られた内周面に螺合している。スラスト対向部２ｅ５は、回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１を挟んで、スラスト支持部２ｅ４に対向している。回転側右軌道輪２ｅ１は、右ローラスラスト軸受２ｅ１のボールを介したスラスト支持部２ｅ４と、スラスト対向部２ｅ５に挟まれる。
【００３２】
スラスト対向部２ｅ５を締め込んだり、ゆるめたりすると、スラスト対向部２ｅ５と第２段部（段差面）２ｎとの間隔を、狭めたり広げたりと変更することができる。そして、スラスト対向部２ｅ５を締め込んでいくと、スラスト対向部２ｅ５と第２段部（段差面）２ｎの間隔が狭くなり、回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１と、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２に、予圧をかけることができる。予圧がかけられれば、回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１と、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２に生じるガタの発生を抑制することができる。このとき、右ローララジアル軸受２ｆ１の外輪と一体となっている回転側左軌道輪２ｅ２は、第２段部（段差面）２ｎに圧接するだけでなく、第１段部（段差面）２ｍにも圧接し、右ローララジアル軸受２ｆ１の外輪は固定される。
【００３３】
ロックナット２ｅ６の内周面は、ねじが切られ、スラスト対向部２ｅ５の外周面に螺合している。ロックナット２ｅ６を締め込み、ローラ環状溝部２ａの端面に圧接することで、ダブルナットの効果により、スラスト対向部２ｅ５の外周面をローラ環状溝部２ａの内周面に、ゆるまないように固定することができる。この状態で、ロッド１０のねじ部との噛み合いによって生じる荷重によりローラ環状溝部２ａに中心軸方向の左右両方向のスラスト荷重がそれぞれかかった場合について以下で考える。
【００３４】
図５に、スラスト対向部２ｅ５がローラ環状溝部２ａとロックナット２ｅ６に接する箇所について、図３と図４に示すＡ部を拡大して示す。ローラ環状溝部２ａに左から右に力がかかった場合（図５の右向きの矢印）、荷重は回転側左軌道輪２ｅ２側で受けるため、図５に示すとおり、スラスト対向部２ｅ５のねじ山の右側とローラ環状溝部２ａのねじ山の左側が接した状態は維持され、スラスト支持部２ｅ４の右側のスラスト支持部２ｅ４、スラスト対向部２ｅ５、ローラ環状溝部２ａの軸方向の位置関係に変化が生じない。ローラ環状溝部２ａに右から左に力がかかった場合（図５の左向きの矢印）は、ロックナット２ｅ６によりスラスト対向部２ｅ５とローラ環状溝部２ａの位置関係に保持されており、ローラ環状溝部２ａに左方向の力がかかっても軸方向の位置関係に変化は生じない。以上から、スラスト荷重の向きが変化しても、位置がずれることなく高精度に位置を決定できる。また、経時的に一定の予圧を、回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１と、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２にかけることができ、高い位置決め精度を得ることができる。また、経時変化しないので、はじめから予圧を必要最小限に抑えて設定することができ、これにより、回転運動と直線運動の変換効率を向上できる。
【００３５】
次に、図６を用いて、回転直動変換機構１（図１参照）の動作を説明する。図６では、動作原理を説明するため、ロッド１０の外周面（ねじ部）を平面上に展開した展開図を示している。展開図に合わせて表現すると、モータ５が回転し、それにより、ホルダ部材３、さらには、ローラ２Ａが回転（公転）し、ローラ２Ａは、Ａ位置からＢ位置へ、図６の展開図上で、真上から真下への垂直方向に移動する。図６の右斜め下に傾斜し等間隔に配置された太線は、ローラ２ＡがＡ位置にある場合の右ロッドねじ山フランクを示している。そして、このＡ位置から、ローラ２Ａがδラジアン(ｒａｄ)だけ公転してロッド１０の円周上を距離（δ・(ロッド半径)）だけ動いてＢ位置に到達したとする。このとき、右ローラ環状溝面の位置は、ロッド１０の中心軸方向（展開図上の左右方向）には移動せず、展開図上の上下方向にのみ移動する。よって、ロッド１０が中心軸方向(展開図上での左右方向)に、δ・(ロッド半径)・ｔａｎ(γ１（ロッドねじリード角）)だけ動き、右ロッドねじ山フランクが太線から左に動いて破線の位置となり、ローラ２Ａのローラ環状溝とロッド１０のねじ山の噛み合いを保つ。このようにして回転直動変換が生じる。
【００３６】
また、モータ５の１回転あたりのロッド１０の移動量Ｍは、δを２πとして、Ｍ＝２π・(ロッド半径)・ｔａｎ(γ１（ロッドねじリード角）)となる。この式から明らかなように、ロッドねじリード角γ１を小さくすることにより、減速割合を増大できる。また、噛み合い箇所は、ローラ２Ａ側の環状溝面とロッド１０側のねじ山フランクであり、曲率の小さい面同士の噛み合いとなる。よって、噛み合い時の弾性変形によって広範囲で接触が起きるため、発生する応力の最大値（ヘルツ応力）が抑制される。このために、回転直動変換機構１では、噛み合い一箇所あたりの負荷荷重が増大し、コンパクトながら、大きな推力が発生可能になる。
【００３７】
図７に、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１を用いたリニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１の概略図を示す。リニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１は、前記で説明した回転直動変換機構１を備えている。回転直動変換機構１は、既に説明したように、ロッド１０とモータ５とケーシング６とサブアセンブリ３０を有している。リニアアクチュエータ２１は、回転直動変換機構１の他に、リニアスライダ（外筒）２３と、ケーシング６に固定された伸縮腕（内筒）２４とを有している。リニアスライダ（外筒）２３は、その筒の内部（内側）において円筒形状のケーシング６をロッド１０の軸方向にスライド可能にしている。そして、モータ５が回転すると、サブアセンブリ３０も回転し、サブアセンブリ３０がケーシング６とロッド１０に対して相対的に回転することで、サブアセンブリ３０とケーシング６にロッド１０に対して相対的なロッド１０の中心軸方向の直動運動が生じる。ケーシング６は、リニアスライダ（外筒）２３の筒内部を、ロッド１０の中心軸方向にスライドする。ケーシング６には、伸縮腕（内筒）２４が取り付けられており、ケーシング６のスライドに応じて、リニアスライダ（外筒）２３から外に露出される伸縮腕（内筒）２４の長さが変わる。こうして、リニアアクチュエータ２１の軸方向の長さを伸縮することができる。
【００３８】
特に、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１は、位置がずれることなく高精度に位置を決定できるので、リニアアクチュエータ２１に用いると、高い位置決め精度を有するリニアアクチュエータ２１を提供することができる。また、回転直動変換機構１は、リニアスライダ（外筒）２３の内側にあってリニアスライダ（外筒）２３と伸縮腕（内筒）２４に覆われるので、ゴミ等の外部からの異物が回転直動変換機構１に入り難く、信頼性の高いリニアアクチュエータ２１を提供することができる。また、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１を、リニアアクチュエータ２１に用いると、回転直動変換機構１の径方向の寸法を小さくできるので、リニアスライダ（外筒）２３の径方向の寸法、さらには、リニアアクチュエータ２１の径方向の寸法を小さくすることができる。
【００３９】
図８に、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１を用いたリニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）を搭載したショベル２９の概略図を示す。ショベル２９は、図７のリニアアクチュエータ２１と同じ構造の複数のリニアアクチュエータ２１ａ〜２１ｃを備えている。ショベル２９は、リニアアクチュエータ２１ａ〜２１ｃの他に、バケット２５と、アーム２６と、ブーム２７と、上部旋回体２８と、コントローラ２２を有している。バケット２５は、アーム２６に対して回転可能に直接連結され、さらに、リニアアクチュエータ２１ａを介して間接的に連結されている。リニアアクチュエータ２１ａが伸縮することで、バケット２５は、アーム２６に対して回動することができる。アーム２６は、ブーム２７に対して回転可能に直接連結され、さらに、リニアアクチュエータ２１ｂを介して間接的に連結されている。リニアアクチュエータ２１ｂが伸縮することで、アーム２６は、ブーム２７に対して回動することができる。ブーム２７は、上部旋回体２８に対して回転可能に直接連結され、さらに、リニアアクチュエータ２１ｃを介して間接的に連結されている。リニアアクチュエータ２１ｃが伸縮することで、ブーム２７は、上部旋回体２８に対して回動することができる。上部旋回体２８は、下部走行体（図示省略）上に旋回可能に設けられている。
【００４０】
また、コントローラ２２は、リニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）のモータ５（図７参照）に流れるモータ電流を検知できるようなっており、この電流値（計測値）と運転者等からの指令トルク（目標トルク値）を入力として、モータ５（リニアアクチュエータ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）へ流す指令電流（モータ電流）の目標値を算出し、目標値に制御されたモータ電流を、モータ５（リニアアクチュエータ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）へ流すことで、適切なトルクを発生させている。
【００４１】
ここで、リニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）は、油圧システムに比べ、力を吸収できる部分が少なく、バケット２５等に過大な力がかかった場合に、リニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）でのガタの発生を招く恐れが考えられる。
【００４２】
そこで、モータ電流を検知して、モータ電流の計測値が所定値を超えた場合に、モータ電流の目標値を所定値以下に制限する。これにより、一定以上の負荷が加わった場合には、所定値以上のモータ電流を与えないように制御でき、オーバーロードを防止してガタの発生を抑制することができる。また、リニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）にガタがないので、位置決めの制御におけるフィードバック制御でも、追従の遅れを低減できる。
【００４３】
なお、ショベル２９を例に説明したが、同様な、リニアアクチュエータ２１、２１ａ〜２１ｃが必要な機器に対しても採用が可能であり、例として、建設機械や射出成型機などの昇降動作を伴うリフト装置や、水平動作を伴うあらゆる装置に活用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 回転直動変換機構
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ ローラ
２ａ ローラ環状溝部
２ｂ ローラ軸
２ｅ ローラスラスト軸受対
２ｅ１ 回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）
２ｅ２ 回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）
２ｅ４ スラスト支持部
２ｅ５ スラスト対向部
２ｅ６ ロックナット
２ｆ１ 右ローララジアル軸受
２ｆ２ 左ローララジアル軸受
２ｋ ロックナット
２ｍ 第１段部（段差面）
２ｎ 第２段部（段差面）
３ ホルダ部材
３ｂ 左ホルダ端板
３ｃ 右ホルダ端板
３ｅ 左ホルダスラスト軸受
３ｆ 左ホルダラジアル軸受
３ｇ 右ホルダラジアル軸受
３ｈ 右ホルダスラスト軸受
３ｐ、３ｑ 板ばね
４ 軸受支持部
５ モータ
６ ケーシング
１０ ロッド
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ リニアアクチュエータ
２２ コントローラ
２９ ショベル（リフト装置、建設機械）
３０ サブアセンブリ
γ１ リード角
γ２ 軸角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動と直線運動を相互に変換する回転直動変換機構に関し、さらに、モータなどの回転駆動源の回転運動を直線運動に変換し対象物を直線的に駆動するリフト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転直動変換機構として、外周面にねじ部を有するロッドと、ロッドの外周面に設けられてロッドに対して相対回転可能かつ相対軸移動可能に設けられたホルダ部材と、ホルダ部材に回転可能に支持されて外周面にロッドのねじ部と噛み合う環状溝を有する複数のローラを備え、ローラ（ホルダ部材）の回転を噛み合いによりロッドの直線運動へ変換するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２０６５８号公報（図２と図１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転直動変換機構では、例えば、回転運動から直線運動へ変換されたその直線運動において、位置決め精度を高めることが求められている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、回転運動と直線運動を相互に変換しても、高い位置決め精度が得られる回転直動変換機構を提供し、さらに、この回転直動変換機構を搭載したリフト装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、外周面にねじ部を有するロッドと、前記ロッドの外周側に設けられるホルダ部材と、前記ロッドに対してねじれの関係になるように前記ホルダ部材に支持された複数のローラとを備え、前記ロッドと前記ホルダ部材の相互の相対回転と相対軸移動を変換可能な回転直動変換機構において、
前記ローラは、
前記ねじ部と噛み合いながら転がる環状溝を外周面に有するローラ環状溝部と、
前記ホルダ部材に両端が支持されるローラ軸と、
前記ローラ環状溝部を前記ローラ軸周りに回転可能に支持する一対のスラスト軸受と、
前記ローラ軸の一端部の外周面上に、前記一対のスラスト軸受に挟まれるように設けられ、前記ローラ軸に一体で凸状のスラスト支持部と、
前記ローラ環状溝部の内周面に設けられ前記一対のスラスト軸受の一方を挟んで前記スラスト支持部に対向する段差面と、
前記ローラ環状溝部の内周面に外周面が螺合して前記一対のスラスト軸受の他方を挟んで前記スラスト支持部に対向し、前記段差面との間隔を変更可能なスラスト対向部とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転運動と直線運動を相互に変換しても、高い位置決め精度が得られる回転直動変換機構を提供でき、さらに、この回転直動変換機構を搭載したリフト装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る回転直動変換機構の縦断面図であり、断面の手前側にあるローラも描いている。
【図２】本発明の実施形態に係る回転直動変換機構を構成するサブアセンブリの側面図であり、サブアセンブリを構成するホルダ部材の一部は切断された断面を描いている。
【図３】サブアセンブリを構成するローラの側面図（下半分）と断面図（上半分）である。
【図４】ローラのローラスラスト軸受対の周辺の断面についての図３の拡大図である。
【図５】ローラのスラスト対向部の周辺の断面について、図３のＡ部を拡大した拡大図である。
【図６】本発明の実施形態に係る回転直動変換機構の動作を説明するための概念図である。
【図７】本発明の実施形態に係る回転直動変換機構を用いたリニアアクチュエータの概略図である。
【図８】本発明の実施形態に係る回転直動変換機構を用いたリニアアクチュエータを搭載したリフト装置（建設機械）の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１に、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１の縦断面図を示す。なお、図1では、回転直動変換機構１の構造の理解を容易にするために、断面の手前側にあり描かれないはずのローラ２Ａも、位置関係を保ちながら描いている。
【００１１】
回転直動変換機構１は、主に、モータ５と、左ケーシング６ａと右ケーシング６ｂから成るケーシング６と、複数、図１では３つのローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）と、ロッド１０を有し、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は、モータ５により発生した力でケーシング６に対して回転し、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）に設けた環状溝とロッド１０のねじ部の噛み合いによりロッド１０を直動させている。
【００１２】
ロッド１０は、外周面にねじ部を有している。ロッド１０の外周側には、ホルダ部材３が設けられている。ホルダ部材３は、端板支持柱３ａと、左ホルダ端板３ｂと、右ホルダ端板３ｃと、左ホルダスラスト軸受３ｅと、左ホルダラジアル軸受３ｆと、右ホルダラジアル軸受３ｇと、右ホルダスラスト軸受３ｈと、板ばね３ｐ、３ｑとを有している。端板支持柱３ａは、左ホルダ端板３ｂと右ホルダ端板３ｃの間隔と一定に保持している。左ホルダ端板３ｂと右ホルダ端板３ｃは、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の両端を支持している。ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は、ロッド１０の中心軸に対して、それぞれの中心軸が成す軸角γ２が、ロッド１０のねじ部のリード角γ１に略等しくなるように、ロッド１０に対してねじれの関係に配置されている。
【００１３】
左ホルダ端板３ｂは、左ホルダスラスト軸受３ｅと左ホルダラジアル軸受３ｆによって、左ケーシング６ａに回転可能に支持されている。板ばね３ｐは、左ケーシング６ａと左ホルダラジアル軸受３ｆに挟持され、左ホルダラジアル軸受３ｆを介して、左ホルダ端板３ｂをローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の方向に予圧している。
【００１４】
右ホルダ端板３ｃは、右ホルダスラスト軸受３ｈと軸受支持部４と右ホルダラジアル軸受３ｇによって、左ケーシング６ａに回転可能に支持されている。板ばね３ｑは、左ケーシング６ａに固定された軸受支持部４と右ホルダラジアル軸受３ｇに挟持され、右ホルダラジアル軸受３ｇを介して、右ホルダ端板３ｃをローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の方向に予圧している。
【００１５】
右ホルダ端板３ｃは、ロッド１０の周囲を筒状に右ケーシング６ｂまで延在している。右ケーシング６ｂ内において、右ホルダ端板３ｃには、モータ５のロータ５ａが設けられている。モータ５のステータ５ｂは、ロータ５ａに対向するように、右ケーシング６ｂに圧入されている。モータ５として、ステータ５ｂに対して、ロータ５ａが回動すると、ケーシング６（左ケーシング６ａと右ケーシング６ｂ）に対して、右ホルダ端板３ｃ、さらには、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）と左ホルダ端板３ｂが回動する。モータ５は、ホルダ部材３に連結され、ホルダ部材３とローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）を、ケーシング６に対して相対回転させる。
【００１６】
ケーシング６は、ロッド１０の中心軸に平行な方向には移動可能なように、いわゆる、リニアスライドするようになっている。これにより、モータ５が回動すると、ホルダ部材３とローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は、ケーシング６とロッド１０に対して相対的に回動する。ロッド１０には、螺旋状のねじ部が設けられており、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）がねじ部に沿って転がるように自転しながら公転（回動）することにより、ロッド１０に対して、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）とホルダ部材３が、相対軸移動する。この回動（回転）から相対軸移動への変換は、可逆の変換であり、相対軸移動から回動（回転）への変換も可能である。
【００１７】
ケーシング６の中心軸方向の両端には、狭窄部が形成されている。狭窄部の内径は、ロッド１０の外径に対してわずかに大きく設定されている。狭窄部の内周壁に対する中心軸は、ロッド１０の中心軸に一致するように、ホルダラジアル軸受３ｆ、３ｇを装着するケーシング６の内周壁に対する中心軸と同程度の高精度で設計されている。狭窄部の内周壁には、図１に示すように、ラックロッドレール９を設けてもよいが省いてもかまわない。左ケーシング６ａと右ケーシング６ｂは、ねじ等により接続され、ケーシング６を形成している。
【００１８】
なお、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）とホルダ部材３が連結され、一体となった構造物は、サブアセンブリ３０と呼ばれる。これは、組み上げられたサブアセンブリ３０は、回転直動変換機構１の組み立てにおいて、一部品として扱うことができるからである。
【００１９】
図２に、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１を構成するサブアセンブリ３０の側面図を示す。なお、図２では、サブアセンブリ３０の構造の理解を容易にするために、ローラ２Ａとホルダ部材３との一部を切断した断面を描いている。また、ローラ２Ｂ、２Ｃは、外周面に設けられる環状溝の中心軸方向の位置が噛み合うロッド１０（図１参照）のねじ部に応じてずれている点だけが異なり、他の点はローラ２Ａと同様の構成であるので、以下ではローラ２Ａを例に説明する。
【００２０】
ローラ２Ａの右側の端部の外周面は、ねじが切られており、ローラ２Ａの右側の端部は、右ホルダ端板３ｃに嵌められ、ローラロックナット３６により固定されている。
【００２１】
ローラ２Ａの左側の端部の外周面は、テーパ状になっている。左ホルダ端板３ｂには、テーパ状のローラ２Ａの左側の端部が挿入できるように、貫通穴３５が設けられている。貫通穴３５には、ローラ２Ａの挿入側とは逆側から、ローラ取付部材３３が埋め込まれている。埋め込まれたローラ取付部材３３は、貫通穴３５のローラ２Ａの挿入側へ抜け無い構造になっている。ローラ取付部材３３の内周面はテーパ状になっており、埋め込まれたローラ取付部材３３に、テーパ状のローラ２Ａの左側の端部が挿入されると、それぞれのテーパ面が互いに周方向全周にわたって接し、ローラ２Ａの中心軸のぶれを抑えることができる。ローラ２Ａの左側の端部の内周面は、ねじが切られており、ローラ２Ａの左側の端部は、ローラ取付部材３３を介して左ホルダ端板３ｂに嵌められ、ボルト３４により固定されている。
【００２２】
左ホルダ端板３ｂと右ホルダ端板３ｃは、ローラ２Ａを挟持するために、端板支持柱３ａによって互いが固定されている。端板支持柱３ａは、左ホルダ端板３ｂとは一体に形成され、右ホルダ端板３ｃとはねじ３７によって締結されている。ローラ２Ａは、その中心軸が、ホルダ部材３の中心軸に対してロッド１０のねじ部のリード角γ１と略等しい大きさの軸角γ２傾斜するように配置される。
【００２３】
図３に、ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）の側面図（図３の下半分）と断面図（図３の上半分）を示す。ローラ２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は、ロッド１０（図１参照）のねじ部と噛み合いながら転がる環状溝を外周面に有するローラ環状溝部２ａと、ホルダ部材３（図２参照）の左ホルダ端板３ｂと右ホルダ端板３ｃに両端が固定・支持されるローラ軸２ｂとを有している。
【００２４】
ローラ環状溝部２ａの環状溝は、ロッド１０のねじ部と異なり、螺旋状にはなっておらず、複数の環状溝が、中心軸に方向に等間隔に配置されている。ローラ環状溝部２ａは、一対のスラスト軸受であるローラスラスト軸受対２ｅと、右ローララジアル軸受２ｆ１と左ローララジアル軸受２ｆ２とによって、ローラ軸２ｂに対して、ローラ軸２ｂ周りに回転可能に支持されている。ローラ環状溝部２ａは、筒形状をしていて、内部が貫通しており、このローラ環状溝部２ａの内部を、ローラ軸２ｂが貫通するように配置されている。
【００２５】
ローラ環状溝部２ａの左側の端部には、内周面の半径が、中央部の内周面の半径よりも大きい段部（段差面）が設けられている。左ローララジアル軸受２ｆ２の外輪は、その段部（段差面）に当接するように配置される。ローラ環状溝部２ａの左側の端部の内周面は、ねじが切られており、ロックナット２ｋの外周面が螺合する。ロックナット２ｋが締められると、ロックナット２ｋは、左ローララジアル軸受２ｆ２の外輪に圧接する。左ローララジアル軸受２ｆ２の外輪は、ローラ環状溝部２ａの左側の端部の段部（段差面）と、ロックナット２ｋとで、挟持され固定される。左ローララジアル軸受２ｆ２の内輪は、ローラ軸２ｂに圧入されている。
【００２６】
ローラ環状溝部２ａの右側の端部には、第１段部（段差面）２ｍと第２段部（段差面）２ｎが設けられ、右ローララジアル軸受２ｆ１とローラスラスト軸受対２ｅが近接して配置されている。ローラスラスト軸受対２ｅは、回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１と、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２と、回転側右軌道輪２ｅ１と回転側左軌道輪２ｅ２の間に設けられるスラスト支持部２ｅ４とを有している。ローラスラスト軸受対２ｅには、スラスト対向部２ｅ５とロックナット２ｅ６によって、予圧が与えられている。これらを、図４を用いて詳細に説明する。
【００２７】
図４に、ローラスラスト軸受対２ｅの周辺の図３の拡大図を示す。ローラ環状溝部２ａの右側の端部には、内周面の半径が、中央部の内周面の半径よりも大きい第１段部（段差面）２ｍと、さらに第１段部（段差面）２ｍの内周面の半径よりも大きい第２段部（段差面）２ｎが設けられている。右ローララジアル軸受２ｆ１の外輪は、第１段部（段差面）２ｍに当接するように配置されている。右ローララジアル軸受２ｆ１の内輪は、ローラ軸２ｂに圧入されている。
【００２８】
スラスト支持部２ｅ４は、ローラ軸２ｂの一端部の外周面上に、周方向に沿って設けられている。スラスト支持部２ｅ４は、断面形状が略矩形であり、ローラ軸２ｂの外周面に対して凸状となっている。スラスト支持部２ｅ４の径方向の高さは、第１段部（段差面）２ｍより高く、第２段部（段差面）２ｎより低くなっている。スラスト支持部２ｅ４は、ローラ軸２ｂと一体になっている。この一体とは、スラスト支持部２ｅ４とローラ軸２ｂの両者の間に隙間やガタが無く、例えば、スラスト支持部２ｅ４とローラ軸２ｂとが１つのバルクから切り出されているとか、溶接されているとかの場合に相当する。また、両者を接着剤等により接着してもよいが、螺着の場合は経時によってガタが生じる場合があるので好ましくない。
【００２９】
スラスト支持部２ｅ４の中心軸方向の両側には、一対のスラスト軸受となる回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１と、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２とが設けられている。回転側右軌道輪２ｅ１と回転側左軌道輪２ｅ２は、スラスト支持部２ｅ４を挟持している。
【００３０】
第２段部（段差面）２ｎは、ローラ環状溝部２ａの内周面に設けられ、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２を挟んでスラスト支持部２ｅ４に対向している。回転側左軌道輪２ｅ２は、左ローラスラスト軸受２ｅ２のボールを介したスラスト支持部２ｅ４と、第２段部（段差面）２ｎに挟まれる。回転側左軌道輪２ｅ２は、右ローララジアル軸受２ｆ１の外輪と一体となっている。一体化することによりコンパクトになり、回転直動変換機構１の小型化に寄与できる。
【００３１】
スラスト対向部２ｅ５の外周面は、ねじが切られ、ローラ環状溝部２ａの端部のねじが切られた内周面に螺合している。スラスト対向部２ｅ５は、回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１を挟んで、スラスト支持部２ｅ４に対向している。回転側右軌道輪２ｅ１は、右ローラスラスト軸受２ｅ１のボールを介したスラスト支持部２ｅ４と、スラスト対向部２ｅ５に挟まれる。
【００３２】
スラスト対向部２ｅ５を締め込んだり、ゆるめたりすると、スラスト対向部２ｅ５と第２段部（段差面）２ｎとの間隔を、狭めたり広げたりと変更することができる。そして、スラスト対向部２ｅ５を締め込んでいくと、スラスト対向部２ｅ５と第２段部（段差面）２ｎの間隔が狭くなり、回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１と、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２に、予圧をかけることができる。予圧がかけられれば、回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１と、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２に生じるガタの発生を抑制することができる。このとき、右ローララジアル軸受２ｆ１の外輪と一体となっている回転側左軌道輪２ｅ２は、第２段部（段差面）２ｎに圧接するだけでなく、第１段部（段差面）２ｍにも圧接し、右ローララジアル軸受２ｆ１の外輪は固定される。
【００３３】
ロックナット２ｅ６の内周面は、ねじが切られ、スラスト対向部２ｅ５の外周面に螺合している。ロックナット２ｅ６を締め込み、ローラ環状溝部２ａの端面に圧接することで、ダブルナットの効果により、スラスト対向部２ｅ５の外周面をローラ環状溝部２ａの内周面に、ゆるまないように固定することができる。この状態で、ロッド１０のねじ部との噛み合いによって生じる荷重によりローラ環状溝部２ａに中心軸方向の左右両方向のスラスト荷重がそれぞれかかった場合について以下で考える。
【００３４】
図５に、スラスト対向部２ｅ５がローラ環状溝部２ａとロックナット２ｅ６に接する箇所について、図３と図４に示すＡ部を拡大して示す。ローラ環状溝部２ａに左から右に力がかかった場合（図５の右向きの矢印）、荷重は回転側左軌道輪２ｅ２側で受けるため、図５に示すとおり、スラスト対向部２ｅ５のねじ山の右側とローラ環状溝部２ａのねじ山の左側が接した状態は維持され、スラスト支持部２ｅ４の右側のスラスト支持部２ｅ４、スラスト対向部２ｅ５、ローラ環状溝部２ａの軸方向の位置関係に変化が生じない。ローラ環状溝部２ａに右から左に力がかかった場合（図５の左向きの矢印）は、ロックナット２ｅ６によりスラスト対向部２ｅ５とローラ環状溝部２ａの位置関係に保持されており、ローラ環状溝部２ａに左方向の力がかかっても軸方向の位置関係に変化は生じない。以上から、スラスト荷重の向きが変化しても、位置がずれることなく高精度に位置を決定できる。また、経時的に一定の予圧を、回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）２ｅ１と、回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）２ｅ２にかけることができ、高い位置決め精度を得ることができる。また、経時変化しないので、はじめから予圧を必要最小限に抑えて設定することができ、これにより、回転運動と直線運動の変換効率を向上できる。
【００３５】
次に、図６を用いて、回転直動変換機構１（図１参照）の動作を説明する。図６では、動作原理を説明するため、ロッド１０の外周面（ねじ部）を平面上に展開した展開図を示している。展開図に合わせて表現すると、モータ５が回転し、それにより、ホルダ部材３、さらには、ローラ２Ａが回転（公転）し、ローラ２Ａは、Ａ位置からＢ位置へ、図６の展開図上で、真上から真下への垂直方向に移動する。図６の右斜め下に傾斜し等間隔に配置された太線は、ローラ２ＡがＡ位置にある場合の右ロッドねじ山フランクを示している。そして、このＡ位置から、ローラ２Ａがδラジアン(ｒａｄ)だけ公転してロッド１０の円周上を距離（δ・(ロッド半径)）だけ動いてＢ位置に到達したとする。このとき、右ローラ環状溝面の位置は、ロッド１０の中心軸方向（展開図上の左右方向）には移動せず、展開図上の上下方向にのみ移動する。よって、ロッド１０が中心軸方向(展開図上での左右方向)に、δ・(ロッド半径)・ｔａｎ(γ１（ロッドねじリード角）)だけ動き、右ロッドねじ山フランクが太線から左に動いて破線の位置となり、ローラ２Ａのローラ環状溝とロッド１０のねじ山の噛み合いを保つ。このようにして回転直動変換が生じる。
【００３６】
また、モータ５の１回転あたりのロッド１０の移動量Ｍは、δを２πとして、Ｍ＝２π・(ロッド半径)・ｔａｎ(γ１（ロッドねじリード角）)となる。この式から明らかなように、ロッドねじリード角γ１を小さくすることにより、減速割合を増大できる。また、噛み合い箇所は、ローラ２Ａ側の環状溝面とロッド１０側のねじ山フランクであり、曲率の小さい面同士の噛み合いとなる。よって、噛み合い時の弾性変形によって広範囲で接触が起きるため、発生する応力の最大値（ヘルツ応力）が抑制される。このために、回転直動変換機構１では、噛み合い一箇所あたりの負荷荷重が増大し、コンパクトながら、大きな推力が発生可能になる。
【００３７】
図７に、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１を用いたリニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１の概略図を示す。リニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１は、前記で説明した回転直動変換機構１を備えている。回転直動変換機構１は、既に説明したように、ロッド１０とモータ５とケーシング６とサブアセンブリ３０を有している。リニアアクチュエータ２１は、回転直動変換機構１の他に、リニアスライダ（外筒）２３と、ケーシング６に固定された伸縮腕（内筒）２４とを有している。リニアスライダ（外筒）２３は、その筒の内部（内側）において円筒形状のケーシング６をロッド１０の軸方向にスライド可能にしている。そして、モータ５が回転すると、サブアセンブリ３０も回転し、サブアセンブリ３０がケーシング６とロッド１０に対して相対的に回転することで、サブアセンブリ３０とケーシング６にロッド１０に対して相対的なロッド１０の中心軸方向の直動運動が生じる。ケーシング６は、リニアスライダ（外筒）２３の筒内部を、ロッド１０の中心軸方向にスライドする。ケーシング６には、伸縮腕（内筒）２４が取り付けられており、ケーシング６のスライドに応じて、リニアスライダ（外筒）２３から外に露出される伸縮腕（内筒）２４の長さが変わる。こうして、リニアアクチュエータ２１の軸方向の長さを伸縮することができる。
【００３８】
特に、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１は、位置がずれることなく高精度に位置を決定できるので、リニアアクチュエータ２１に用いると、高い位置決め精度を有するリニアアクチュエータ２１を提供することができる。また、回転直動変換機構１は、リニアスライダ（外筒）２３の内側にあってリニアスライダ（外筒）２３と伸縮腕（内筒）２４に覆われるので、ゴミ等の外部からの異物が回転直動変換機構１に入り難く、信頼性の高いリニアアクチュエータ２１を提供することができる。また、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１を、リニアアクチュエータ２１に用いると、回転直動変換機構１の径方向の寸法を小さくできるので、リニアスライダ（外筒）２３の径方向の寸法、さらには、リニアアクチュエータ２１の径方向の寸法を小さくすることができる。
【００３９】
図８に、本発明の実施形態に係る回転直動変換機構１を用いたリニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）を搭載したショベル２９の概略図を示す。ショベル２９は、図７のリニアアクチュエータ２１と同じ構造の複数のリニアアクチュエータ２１ａ〜２１ｃを備えている。ショベル２９は、リニアアクチュエータ２１ａ〜２１ｃの他に、バケット２５と、アーム２６と、ブーム２７と、上部旋回体２８と、コントローラ２２を有している。バケット２５は、アーム２６に対して回転可能に直接連結され、さらに、リニアアクチュエータ２１ａを介して間接的に連結されている。リニアアクチュエータ２１ａが伸縮することで、バケット２５は、アーム２６に対して回動することができる。アーム２６は、ブーム２７に対して回転可能に直接連結され、さらに、リニアアクチュエータ２１ｂを介して間接的に連結されている。リニアアクチュエータ２１ｂが伸縮することで、アーム２６は、ブーム２７に対して回動することができる。ブーム２７は、上部旋回体２８に対して回転可能に直接連結され、さらに、リニアアクチュエータ２１ｃを介して間接的に連結されている。リニアアクチュエータ２１ｃが伸縮することで、ブーム２７は、上部旋回体２８に対して回動することができる。上部旋回体２８は、下部走行体（図示省略）上に旋回可能に設けられている。
【００４０】
また、コントローラ２２は、リニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）のモータ５（図７参照）に流れるモータ電流を検知できるようなっており、この電流値（計測値）と運転者等からの指令トルク（目標トルク値）を入力として、モータ５（リニアアクチュエータ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）へ流す指令電流（モータ電流）の目標値を算出し、目標値に制御されたモータ電流を、モータ５（リニアアクチュエータ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）へ流すことで、適切なトルクを発生させている。
【００４１】
ここで、リニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）は、油圧システムに比べ、力を吸収できる部分が少なく、バケット２５等に過大な力がかかった場合に、リニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）でのガタの発生を招く恐れが考えられる。
【００４２】
そこで、モータ電流を検知して、モータ電流の計測値が所定値を超えた場合に、モータ電流の目標値を所定値以下に制限する。これにより、一定以上の負荷が加わった場合には、所定値以上のモータ電流を与えないように制御でき、オーバーロードを防止してガタの発生を抑制することができる。また、リニアアクチュエータ（回転直動変換機構）２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）にガタがないので、位置決めの制御におけるフィードバック制御でも、追従の遅れを低減できる。
【００４３】
なお、ショベル２９を例に説明したが、同様な、リニアアクチュエータ２１、２１ａ〜２１ｃが必要な機器に対しても採用が可能であり、例として、建設機械や射出成型機などの昇降動作を伴うリフト装置や、水平動作を伴うあらゆる装置に活用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 回転直動変換機構
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ ローラ
２ａ ローラ環状溝部
２ｂ ローラ軸
２ｅ ローラスラスト軸受対
２ｅ１ 回転側右軌道輪（右ローラスラスト軸受）
２ｅ２ 回転側左軌道輪（左ローラスラスト軸受）
２ｅ４ スラスト支持部
２ｅ５ スラスト対向部
２ｅ６ ロックナット
２ｆ１ 右ローララジアル軸受
２ｆ２ 左ローララジアル軸受
２ｋ ロックナット
２ｍ 第１段部（段差面）
２ｎ 第２段部（段差面）
３ ホルダ部材
３ｂ 左ホルダ端板
３ｃ 右ホルダ端板
３ｅ 左ホルダスラスト軸受
３ｆ 左ホルダラジアル軸受
３ｇ 右ホルダラジアル軸受
３ｈ 右ホルダスラスト軸受
３ｐ、３ｑ 板ばね
４ 軸受支持部
５ モータ
６ ケーシング
１０ ロッド
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ リニアアクチュエータ
２２ コントローラ
２９ ショベル（リフト装置、建設機械）
３０ サブアセンブリ
γ１ リード角
γ２ 軸角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にねじ部を有するロッドと、前記ロッドの外周側に設けられるホルダ部材と、前記ロッドに対してねじれの関係になるように前記ホルダ部材に支持された複数のローラとを備え、前記ロッドと前記ホルダ部材の相互の相対回転と相対軸移動を変換可能な回転直動変換機構において、
前記ローラは、
前記ねじ部と噛み合いながら転がる環状溝を外周面に有するローラ環状溝部と、
前記ホルダ部材に両端が支持されるローラ軸と、
前記ローラ環状溝部を前記ローラ軸周りに回転可能に支持する一対のスラスト軸受と、
前記ローラ軸の一端部の外周面上に、前記一対のスラスト軸受に挟まれるように設けられ、前記ローラ軸に一体で凸状のスラスト支持部と、
前記ローラ環状溝部の内周面に設けられ前記一対のスラスト軸受の一方を挟んで前記スラスト支持部に対向する段差面と、
前記ローラ環状溝部の内周面に外周面が螺合して前記一対のスラスト軸受の他方を挟んで前記スラスト支持部に対向し、前記段差面との間隔を変更可能なスラスト対向部とを有することを特徴とする回転直動変換機構。
【請求項２】
前記スラスト対向部の外周面に螺合し、前記ローラ環状溝部に圧接することで、前記スラスト対向部の外周面を前記ローラ環状溝部の内周面に固定するロックナットを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転直動変換機構。
【請求項３】
前記ホルダ部材に連結され、前記ホルダ部材を前記ロッドに対して相対回転させるモータを備え、
前記ホルダ部材が前記ロッドに対して相対軸移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転直動変換機構。
【請求項４】
前記モータを流れる電流の計測値と発生させたい目標トルク値を取得し、前記計測値と目標トルク値に基づいて、前記モータに流す電流の目標値を算出し、前記目標値の電流を前記モータに流すコントローラを備え、
前記コントローラは、前記計測値が所定値を超えた場合に、前記目標値を所定値以下に制限することを特徴とする請求項３に記載の回転直動変換機構。
【請求項５】
前記ホルダ部材を相対回転可能に内側に保持する筒形状のケーシングと、
前記ケーシングを相対軸移動可能に内側に保持する外筒とを有し、
前記モータが回転すると、前記ホルダ部材が、前記ケーシングに対して回転しながら前記外筒内を前記ケーシングと共に軸移動することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の回転直動変換機構。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転直動変換機構を備えることを特徴とするリフト装置。
【請求項１】
外周面にねじ部を有するロッドと、前記ロッドの外周側に設けられるホルダ部材と、前記ロッドに対してねじれの関係になるように前記ホルダ部材に支持された複数のローラとを備え、前記ロッドと前記ホルダ部材の相互の相対回転と相対軸移動を変換可能な回転直動変換機構において、
前記ローラは、
前記ねじ部と噛み合いながら転がる環状溝を外周面に有するローラ環状溝部と、
前記ホルダ部材に両端が支持されるローラ軸と、
前記ローラ環状溝部を前記ローラ軸周りに回転可能に支持する一対のスラスト軸受と、
前記ローラ軸の一端部の外周面上に、前記一対のスラスト軸受に挟まれるように設けられ、前記ローラ軸に一体で凸状のスラスト支持部と、
前記ローラ環状溝部の内周面に設けられ前記一対のスラスト軸受の一方を挟んで前記スラスト支持部に対向する段差面と、
前記ローラ環状溝部の内周面に外周面が螺合して前記一対のスラスト軸受の他方を挟んで前記スラスト支持部に対向し、前記段差面との間隔を変更可能なスラスト対向部とを有することを特徴とする回転直動変換機構。
【請求項２】
前記スラスト対向部の外周面に螺合し、前記ローラ環状溝部に圧接することで、前記スラスト対向部の外周面を前記ローラ環状溝部の内周面に固定するロックナットを備えることを特徴とする請求項１に記載の回転直動変換機構。
【請求項３】
前記ホルダ部材に連結され、前記ホルダ部材を前記ロッドに対して相対回転させるモータを備え、
前記ホルダ部材が前記ロッドに対して相対軸移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転直動変換機構。
【請求項４】
前記モータを流れる電流の計測値と発生させたい目標トルク値を取得し、前記計測値と目標トルク値に基づいて、前記モータに流す電流の目標値を算出し、前記目標値の電流を前記モータに流すコントローラを備え、
前記コントローラは、前記計測値が所定値を超えた場合に、前記目標値を所定値以下に制限することを特徴とする請求項３に記載の回転直動変換機構。
【請求項５】
前記ホルダ部材を相対回転可能に内側に保持する筒形状のケーシングと、
前記ケーシングを相対軸移動可能に内側に保持する外筒とを有し、
前記モータが回転すると、前記ホルダ部材が、前記ケーシングに対して回転しながら前記外筒内を前記ケーシングと共に軸移動することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の回転直動変換機構。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転直動変換機構を備えることを特徴とするリフト装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１６３３９０（Ｐ２０１１−１６３３９０Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４５３５（Ｐ２０１０−２４５３５）
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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