JP2001124167A - Θ―ｚ軸動作型駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １軸駆動機構を用いて、Θ−Ｚ動作型駆動装
置を実現すること。 【解決手段】 駆動装置１のアーム２は、弾性連結体１
１を介してＡＣサーボアクチュエータ６の回転出力部材
７に連結され、このアーム２が回転可能に取り付けられ
ている回転シャフト３はボールスプライン軸受け５を介
してＺ軸方向に直線移動可能な状態で、回転出力部材７
に連結されている。ＡＣサーボアクチュエータ６が駆動
すると、アーム２および回転シャフト３が回転し、アー
ム２が所定角度回転すると回転ストッパ１４に当たり、
回転が阻止される。この後は回転シャフト３のみが回転
し、当該回転に伴って、円筒カム１３の作用により、回
転シャフト３が下方に直線移動するので、そこに取り付
けられているアーム２も直線移動する。アーム２の回転
が阻止されても、弾性連結体１１が円周方向に撓むので
支障がない。弾性連結体の弾性変形を利用することによ
り、単一回転駆動源を用いて、Θ―Ｚ動作型の駆動装置
を構築できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークを持ち上げ
て別の場所に移す等のピック・アンド・プレイスユニッ
トとして利用可能なΘ―Ｚ軸動作型駆動装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ピック・アンド・プレイスユニットとし
て利用されているΘ―Ｚ軸動作型の駆動装置は、一般
に、そのアーム（駆動体）を上下方向に往復直線運動さ
せるためのＺ軸駆動機構と、アームをＺ軸回りに旋回さ
せる旋回機構と備えた２軸駆動構造となっているのが一
般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、単一
駆動源を用いてΘ―Ｚ軸動作型の駆動装置を実現するこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、駆動体をＺ軸方向に往復直線移動させ
ると共に当該Ｚ軸を中心として旋回させるΘ―Ｚ軸動作
型駆動装置において、前記Ｚ軸を中心軸線としている回
転シャフトと、この回転シャフトを前記Ｚ軸方向に往復
直線移動可能に支持している軸受けと、前記回転シャフ
トに対して前記Ｚ軸を中心として回転可能に取り付けら
れた前記駆動体と、回転駆動源と、この回転駆動源の回
転を前記駆動体に伝達する弾性連結体と、前記回転駆動
源の回転を前記回転シャフトに伝達する伝達部材と、前
記回転シャフトの回転に伴って当該回転シャフトを前記
Ｚ軸方向に往復直線移動させるカム機構と、前記駆動体
の回転を拘束する拘束部材とを有しており、前記弾性連
結体がＺ軸方向およびＺ軸を中心とする回転方向に弾性
変位可能となっていることを特徴としている。

【０００５】この構成の駆動装置では、回転駆動源によ
って駆動体と回転シャフトが同時に回転駆動される。駆
動体が所定の角度だけ回転すると、拘束部材によって回
転が強制的に阻止される。この結果、回転駆動源と駆動
体を連結している弾性連結体が弾性変形する（撓む）。
一方、回転シャフトの側の回転は継続して、カム機構に
よって、回転量に応じて当該回転シャフトがＺ軸方向に
直線移動する。

【０００６】従って、弾性連結体の弾性変形量を十分な
ものとしておけば、駆動体が回転拘束状態において、当
該駆動体が取り付けられている回転シャフトがＺ軸方向
に向けて十分なストローク量で直線運動を行う。

【０００７】ここで、前記軸受けは、前記伝達部材と一
体回転するボールスプライン軸受けとすることができ
る。

【０００８】また、前記カム機構は、円筒カムと、この
円筒カムに形成されているカム面を摺動するカムフォロ
ワとを備えたものとし、このカムフォロワを前記回転シ
ャフトに連結して前記Ｚ軸を中心として旋回させるよう
に構成することができる。

【０００９】この場合、前記拘束部材によって前記駆動
体の回転が拘束されるまでは、前記回転シャフトが前記
Ｚ軸に沿って往復直線移動しないように、前記カム面の
カム曲線を形成することが望ましい。このようにすれ
ば、単一の回転駆動源を用いて、駆動体の回転運動と直
線運動を独立に行わせることができる。

【００１０】ここで、駆動体回転時における駆動体と回
転駆動源の間の回転方向の剛性を高めるためには、上記
構成に加えて、前記回転シャフトがＺ軸方向における所
定位置まで移動すると相互に係合して、前記回転駆動源
の回転を前記駆動体に伝達可能な回転伝達機構を備えて
いることが望ましい。このようにすれば、回転駆動源か
らの回転トルクの伝達経路が、弾性連結体のみでなく、
当該回転伝達機構を介して行われる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用したΘ―Ｚ軸動作型駆動装置の一例を説明する。 （第１の実施例）図１は本発明の第１の実施例に係る駆
動装置を示す概略断面図である。この図を参照して説明
すると、本例の駆動装置１は、Ｚ軸方向に往復直線運動
を行うと共に、当該Ｚ軸を中心として所定の角度範囲の
間で旋回運動を行うアーム（駆動体）２を備えている。
このアーム２はＺ軸に直交する方向に延びており、その
回転中心側の部分は、Ｚ軸方向に延びる回転シャフト３
の先端部分３ａに対して、軸受け４を介して、回転自在
に支持されている。

【００１２】この回転シャフト３の先端部分３ａの下側
部分３ｂは、ボールスプライン軸受け５によって、Ｚ軸
方向に向けて所定のストロークで往復直線移動自在に支
持されている。このボールスプライン軸受け５は、中空
型のＡＣサーボアクチュエータ（回転駆動源）６の回転
出力部材７（伝達部材）に同軸状態で固定されている。

【００１３】中空型のＡＣサーボアクチュエータ６は、
中空型のＡＣサーボモータ８と、このモータの中空回転
出力軸に同軸状態に連結された中空型の減速機９とを備
えており、この減速機９の減速回転出力要素が上記の回
転出力部材７である。このＡＣサーボアクチュエータ６
の中心を貫通して延びる中空部１０に回転シャフト３が
回転自在の状態で貫通している。

【００１４】ここで、回転シャフト３におけるボールス
プライン軸受け５によって支持されている部分を同軸状
態で取り囲むように、蛇腹状の弾性連結筒（弾性連結
体）１１が配置されている。この弾性連結筒１１の一端
はアーム２に連結され、他端はアクチュエータ回転出力
部材７に連結されている。この弾性連結筒１１は、Ｚ軸
方向に所定量だけ弾性変位可能であると共に、Ｚ軸を中
心とする回転方向に所定量だけ弾性変位可能なものであ
る。

【００１５】次に、回転シャフト３の他端部分３ｄは中
空型ＡＣサーボアクチュエータ６を貫通して図における
下側から突出しており、ここには、円筒カム用のカムフ
ォロワ１２が回転自在の状態で連結されている。また、
ＡＣサーボアクチュエータ６の端面６ｂには、同軸状態
で、円筒カム１３が取り付けられている。この円筒カム
１３の円筒壁に形成されたカム面１３ａに沿って、回転
シャフト３に連結されているカムフォロワ１２が、当該
回転シャフト３の回転に伴って摺動するようになってい
る。

【００１６】一方、上記のアーム２はその初期位置から
所定の角度だけ回転すると、アクチュエータケース６ｃ
に取り付けられている回転ストッパ（回転拘束部材）１
４によって、強制的に回転が阻止されるようになってい
る。

【００１７】このように構成した本例の駆動装置１の動
作を説明する。ＡＣサーボアクチュータ６が駆動する
と、その回転力が回転出力部材７からボールスプライン
軸受け５および弾性連結筒１１に伝達される。この結
果、アーム２および回転シャフト３が一体となってＺ軸
を中心として回転（旋回）しはじめる。

【００１８】アーム２がその初期位置から所定の角度だ
け旋回すると、回転ストッパ１４に当たり、その旋回が
強制的に阻止される。しかるに、アーム２は弾性連結体
１１を介して回転出力部材７に連結されているので、ア
ーム２の回転が阻止されても、この弾性連結体１１の円
周方向への弾性変位によって、回転出力部材７の回転が
阻害されることはない。

【００１９】これに対して、回転シャフト３の側の回転
は継続する。回転シャフト３の下端にはカムフォロワ１
２が取付けられ、当該回転シャフト３の回転に伴って、
円筒カム１３のカム面１３ａに沿って摺動している。

【００２０】本例では、回転ストッパ１４にアーム２が
当たるまでは、回転シャフト３がＺ軸方向に移動せず、
アーム２が回転ストッパ１４に当たった後には回転シャ
フト３の回転に伴って当該回転シャフト３をＺ軸方向に
所定のストロークだけ、例えば図において下方に距離Ｌ
だけ押し下げるように、カム面１３ａのカム曲線が規定
されている。また、弾性連結筒１１のＺ軸方向への弾性
変形量は、かかる回転シャフト３の距離Ｌだけの直線運
動が発生するに足る当該回転シャフト３の回転を許容可
能な量に設定されている。

【００２１】従って、アーム２はその初期位置から所定
の角度まで旋回した後は旋回が強制的に阻止され、しか
る後は、回転シャフト３の回転に伴なう円筒カム１３の
作用によって、回転シャフト３と共に下方に距離Ｌだけ
直線移動する。

【００２２】上方に持ち上げられたアーム２は、ＡＣサ
ーボアクチュエータ６を逆回転させることにより、上記
とは逆の動作を行う。すなわち、距離Ｌだけ上昇した後
に、初期位置まで旋回して戻る。

【００２３】このように、本例の駆動装置１では、単一
の回転駆動源を用いて、アーム２の回転運動と、Ｚ軸方
向への往復直線運動とを別個に行わせることができる。
よって、テーブル上のワークを、掴み、持ち上げて、別
の場所に設置するといったピック・アンド・プレイスユ
ニットとして用いることができる。 （第２の実施例）次に、図２は上記の第１の実施例に係
る駆動装置１の変形例を示す概略断面図である。本例で
は、アームの回転方向の剛性を改善したものである。し
たがって、図１の駆動装置１と同一構成の部分について
は同一符号を付すと共に、図２においては部分的に表示
も省略してある。

【００２４】この図を参照して説明すると、本例の駆動
装置２１も、Ｚ軸方向に往復直線運動を行うと共に、当
該Ｚ軸を中心として所定の角度範囲の間で旋回運動を行
うアーム（駆動体）２を備えている。このアーム２はＺ
軸に直交する方向に延びており、その回転中心側の部分
は、Ｚ軸方向に延びる回転シャフト３の先端部分３ａに
対して、軸受け４を介して、回転自在に支持されてい
る。

【００２５】この回転シャフト３の先端部分３ａの下側
部分３ｂは、ボールスプライン軸受け５を構成している
ボールスプラインナット５１によって、Ｚ軸方向に向け
て所定のストロークで往復直線移動自在に支持されてい
る。このボールスプラインナット５１は、ブラケット５
２を介して、中空型ＡＣサーボアクチュエータ（回転駆
動源）６の中空型回転出力部材７１（伝達部材）に同軸
状態で固定されている。

【００２６】中空型のＡＣサーボアクチュエータ６は、
前述の駆動装置１の場合と同様な構成であり、中空型の
ＡＣサーボモータと、このモータの中空回転出力軸に同
軸状態に連結された中空型の減速機とを備えており、こ
の減速機の減速回転出力要素が上記の回転出力部材７１
となっている。このＡＣサーボアクチュエータ６の中心
を貫通して延びる中空部１０に回転シャフト３が回転自
在の状態で貫通している。

【００２７】本例の駆動装置２１においても、回転シャ
フト３におけるボールスプラインナット５１によって支
持されている部分を同軸状態で取り囲むように、弾性連
結体１１が配置されている。この弾性連結体１１の一端
はアーム２に固着された円筒状ブラケット２２に連結さ
れ、他端はアクチュエータ回転出力部材７１に固着され
たブラケット５２に連結されている。この弾性連結体１
１は、例えば、コイルばねと撓みばねからＺ軸方向に所
定量だけ弾性変位可能であると共に、Ｚ軸を中心とする
回転方向に所定量だけ弾性変位可能なものである。

【００２８】ここで、本例では、弾性連結体１１を同心
状態で取り囲むように、円筒状の回転伝達部材２３が配
置されており、この回転伝達部材２３の一端には半径方
向の外方に広がった取付けフランジ２４が形成され、こ
の部分がＡＣサーボアクチュエータ６の回転出力部材７
１に固着されている。また、回転伝達部材２３の他端に
も半径方向の内側に広がった取付けフランジ２５が形成
されており、この部分は、アーム２に固着されているブ
ラケット２２に形成されている円環状部分２２ａの図に
おいて上方に面している円環状端面に対峙している。

【００２９】取付けフランジ２５には、円周方向に沿っ
て所定の角度間隔で複数のボールプランジャ２６が取付
けられており、これらボールプランジャ２６によって下
方から回転シャフト３と共に上昇してくるブラケット２
２の円環状部分２２ａを押し付け可能となっている。

【００３０】なお、回転シャフト３の他端部分は、図示
を省略してあるが、中空型ＡＣサーボアクチュエータ６
を貫通して延びており、そこにに、円筒カム用のカムフ
ォロワが回転自在の状態で連結されている。また、ＡＣ
サーボアクチュエータ６の側には同軸状態で円筒カムが
取り付けられている。この円筒カムの円筒壁に形成され
たカム面に沿って、回転シャフト３に連結されているカ
ムフォロワが、当該回転シャフト３の回転に伴って摺動
するようになっている。

【００３１】また、アーム２はその初期位置から所定の
角度だけ回転すると、アクチュエータケースに取り付け
られている回転ストッパ（回転拘束部材）によって、強
制的に回転が阻止されるようになっている。

【００３２】このように構成した本例の駆動装置２１の
動作を説明する。基本的な動作は前述した駆動装置１の
場合と同様であり、図に示すようにアーム２が最も上昇
した位置においてＡＣサーボアクチュータ６が駆動する
と、その回転力が回転出力部材７１からボールスプライ
ンナット５１および弾性連結体１１を介して、アーム２
に固着されているブラケット２２に伝達される。本例で
は、回転伝達部材２３のフランジ２５に取り付けたボー
ルプランジャ２６に対して、下側からアーム２に固定さ
れているフランジ２２の円環状部分２２ａが押し付けら
れている。よって、これらの部材を介しても回転力がア
ーム２の側に伝達される。よって、当該駆動装置２１の
回転方向の剛性は、図１に示す例に比べて高い。

【００３３】アーム２および回転シャフト３が一体とな
ってＺ軸を中心として回転（旋回）して、アーム２がそ
の初期回転角度位置から所定の角度だけ旋回すると、回
転ストッパ１４に当たり、その旋回が強制的に阻止され
る。

【００３４】アーム２は弾性連結体１１を介して回転出
力部材７１に連結されている。また、ボールプランジャ
２６を介して回転出力部材７１に連結されている。従っ
て、アーム２の回転が阻止されても、回転出力部材７の
みを回転させることが可能である。

【００３５】アーム２がストッパ１４に当たった後は、
回転シャフト３のみが回転が継続する。回転シャフト３
の下端には図１の場合と同様に、カムフォロワが取付け
られ、当該回転シャフト３の回転に伴って、円筒カムの
カム面に沿って摺動する。

【００３６】本例では、回転ストッパ１４にアーム２が
当たるまでは、回転シャフト３がＺ軸方向に移動せず、
アーム２が回転ストッパ１４に当たるまで回転すると、
回転シャフト３の回転に伴って当該回転シャフト３をＺ
軸方向に所定のストロークだけ、例えば図において下方
に距離Ｌだけ押し下げるように、カム面１３ａのカム曲
線が規定されている。また、弾性連結体１１のＺ軸方向
への弾性変形量は、かかる回転シャフト３の距離Ｌだけ
の直線運動が発生するに足る当該回転シャフト３の回転
を許容可能な量に設定されている。

【００３７】従って、アーム２はその初期回転角度位置
から所定の角度だけ旋回した後は旋回が強制的に阻止さ
れ、しかる後は、回転シャフト３の回転に伴なう円筒カ
ム１３の作用によって、回転シャフト３と共に下方に距
離Ｌだけ直線移動する。アーム２の降下が始まると、回
転伝達部材２３のボールプランジャ２６から、アーム側
のブラケット２２の円環状部分２２ａが離れて降下する
ので、これらの間の係合状態が解除される。

【００３８】以上のように、本例の駆動装置２１におい
ても、単一の回転駆動源を用いて、アーム２の回転運動
と、Ｚ軸方向への往復直線運動とを別個に行わせること
ができる。よって、テーブル上のワークを、掴み、持ち
上げて、別の場所に設置するといったピック・アンド・
プレイスユニットとして用いることができる。また、本
例の駆動装置２１では、アーム回転時には、弾性連結体
１１だけでなく、回転伝達部材２３もアームに連結され
た状態となっているので、アーム回転方向の剛性、すな
わちねじれ剛性を高めることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の駆動装置
によれば、弾性連結部材の弾性変形（撓み）を利用する
ことにより、単一の回転駆動源を用いて、駆動体の旋回
運動及び直線運動を個別に行なわせるようにしている。
従って、従来のような２軸駆動型の駆動装置に比べて装
置構成を小型で廉価に構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第１の実施例である駆動装置
の概略断面構成図である。

【図２】本発明を適用した第２の実施例に係る駆動装置
の概略断面構成図である。

【符号の説明】

１、２１ 駆動装置 ２ アーム ３ 回転シャフト ４ 軸受け ５ ボールスプライン軸受け ５１ ボールスプラインナット ５２ 取付けフランジ ６ ＡＣサーボアクチュエータ ７、７１ 回転出力部材 １１ 弾性連結体 １２ カムフォロワ １３ 円筒カム １４ 回転ストッパ ２２ 取付けフランジ ２２ａ 円環状部分 ２３ 回転伝達部材 ２４ フランジ ２５ フランジ ２６ ボールプランジャ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動体をＺ軸方向に往復直線移動させる
   と共に当該Ｚ軸を中心として旋回させるΘ―Ｚ軸動作型
   駆動装置において、 前記Ｚ軸を中心軸線としている回転シャフトと、この回
   転シャフトを前記Ｚ軸方向に往復直線移動可能に支持し
   ている軸受けと、前記回転シャフトに対して前記Ｚ軸を
   中心として回転可能に取り付けられた前記駆動体と、回
   転駆動源と、この回転駆動源の回転を前記駆動体に伝達
   する弾性連結体と、前記回転駆動源の回転を前記回転シ
   ャフトに伝達する伝達部材と、前記回転シャフトの回転
   に伴って当該回転シャフトを前記Ｚ軸方向に往復直線移
   動させるカム機構と、前記駆動体の回転を拘束する拘束
   部材とを有しており、前記弾性連結体はＺ軸方向および
   当該Ｚ軸を中心とする回転方向に弾性変位可能であるこ
   とを特徴とするΘ―Ｚ軸動作型駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記軸受けは、前記伝達部材と一体回転するボールスプ
   ライン軸受けからなることを特徴とするΘ―Ｚ動作型駆
   動装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記カム機構は、円筒カムと、この円筒カムに形成され
   ているカム面を摺動するカムフォロワとを備えており、
   このカムフォロワは前記回転シャフトに連結されて前記
   Ｚ軸を中心として旋回することを特徴とするΘ―Ｚ軸動
   作型駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記拘束部材によって前記駆動体の回転が拘束されるま
   では、前記回転シャフトが前記Ｚ軸に沿って往復直線移
   動しないように、前記カム面のカム曲線が形成されてい
   ることを特徴とするΘ―Ｚ軸動作型駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のうちのいずれかの項
   において、 前記回転シャフトがＺ軸方向における所定位置まで移動
   すると相互に係合して、前記回転駆動源の回転を前記駆
   動体に伝達可能な回転伝達機構を有していることを特徴
   とするΘ−Ｚ軸動作型駆動装置。