JP2006247812A - 直線駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも３つのユニットが互いに相対移動するように構成された直線駆動装置において、その構造を簡単化すること。
【解決手段】第１ユニット１１、第２ユニット１２、および第３ユニット１３が、この順に配置され、同一の軸線に沿って互いに相対移動するように設けられており、第１ユニットと第２ユニットとは、第１のネジ軸５１とそれに螺合する第１のナット５２によってそれぞれ互いに軸方向に連結され、第１のナット５２が回転することによってそれらの間の距離が可変され、第２ユニット１２と第３ユニット１３とは、第２のネジ軸５５とそれに螺合する第２のナット５６によってそれぞれ互いに軸方向に連結され、第２のネジ軸５５が回転することによってそれらの間の距離が可変され、第１のネジ軸５１と第２のネジ軸５５とはネジの巻き方向が互いに逆となっており、第２ユニット１２には回転駆動のためのモータＭ１が設けられてなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば昇降方向にテレスコピック式に伸縮駆動する直線駆動装置に関する。

従来より、半導体ウエハなどの種々の物品を搬送するために、複数のアーム部材が回転可能に連結されて構成される、いわゆるスカラーロボット（水平多関節ロボット）がしばしば用いられる（特許文献１）。

そのようなスカラーロボットにおいて、複数のアーム部材の全体を昇降駆動するために、テレスコピック式に伸縮駆動する直線駆動装置が用いられる（特許文献２）。

特許文献２に開示された従来の直線駆動装置は、ロボット本体内に３本のボールネジ軸を立て、これらのボールネジ軸をモータで回転させる。ロボット本体から上方へ昇降する下段昇降筒の下段昇降ベースに設けた３箇所のボールネジナットに各ボールネジ軸を挿通させる。さらに、下段昇降ベースの上に３本のボールネジ軸を立て、これらのボールネジ軸を回転させる。下段昇降筒から上方へ昇降する上段昇降筒の上段昇降ベースに設けた３箇所のボールネジナットに各ボールネジ軸を挿通させる。そして、ロボット本体に設けたモータの回転駆動力を下段昇降ベースに設けた３本のボールネジ軸に伝達するために、ロボット本体と下段昇降ベースとの間にボールスプライン軸を設ける。モータを回転駆動すると、６本のボールネジ軸が回転し、ロボット本体に対して、下段昇降筒（下段昇降ベース）、および上段昇降筒（上段昇降ベース）が互いにテレスコピック式に伸縮駆動する。
特開２０００−４０７２８ 特開２００１−９７６５

上に述べたように、従来においては、３つの部材である、ロボット本体（第１ユニット）、下段昇降筒（第２ユニット）、および上段昇降筒（第３ユニット）を伸縮駆動するために、内部で回転駆動力の伝達を行うボールスプライン軸を６本のボールネジ軸とは別に設ける必要があった。ボールスプライン軸を設けたことにより、それに回転駆動力を伝達するためのプーリが必要となる。また、プーリに回転駆動力を伝達するために、タイミングベルトをそれらプーリに掛け渡す必要がある。これらのことによって、直線駆動装置の構造が複雑となり、小型化および低コスト化の妨げとなっていた。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、少なくとも３つのユニットが互いに相対移動するように構成された直線駆動装置において、その構造を簡単化することが目的である。

本発明の直線駆動装置によると、第１ユニット、第２ユニット、および第３ユニットが、この順に配置され、かつ、同一の軸線に沿って互いに相対移動するように設けられており、前記第１ユニットと前記第２ユニットとは、第１のネジ軸とそれに螺合する第１のナットによってそれぞれ互いに軸方向に連結され、かつ、前記第１のネジ軸または前記第１のナットが回転することによってそれらの間の距離が可変されるように配置されており、前記第２ユニットと前記第３ユニットとは、第２のネジ軸とそれに螺合する第２のナットによってそれぞれ互いに軸方向に連結され、かつ、前記第２のネジ軸または前記第２のナットが回転することによってそれらの間の距離が可変されるように配置されており、前記第１のネジ軸と前記第２のネジ軸とはネジの巻き方向が互いに逆となっており、前記第２ユニットには、前記第１のネジ軸または前記第１のナット、および前記第２のネジ軸または前記第２のナットを回転駆動するモータが設けられてなる。

好ましくは、前記モータの回転駆動力が、片歯のタイミングベルトを介して、前記第１のネジ軸または前記第１のナット、および前記第２のネジ軸または前記第２のナットに伝達されてなる。

また、前記第２ユニットには、前記第１のナットおよび前記第２のネジ軸が回転可能に取り付けられており、これら第１のナットおよび第２のネジ軸が前記モータによって回転駆動されてなる。

また、前記第１ユニット、前記第２ユニット、および前記第３ユニットには、それぞれ円筒状のカバーが設けられており、前記第１ユニットのカバーが前記第２ユニットのカバーの内周に挿入され、前記第２ユニットのカバーが前記第３ユニットのカバーの内周に挿入され、前記モータの回転駆動によって、前記第１ユニット、前記第２ユニット、および前記第３ユニットが、テレスコピック式に伸縮駆動されるように構成されてなる。

本発明によると、少なくとも３つのユニットが互いに相対移動するように構成された直線駆動装置において、その構造を簡単化することができる。

図１は本発明の実施形態にかかる直線駆動装置１が伸長した状態を示す正面断面図、図２は直線駆動装置１が収縮した状態を示す正面断面図、図３は直線駆動装置１の一部を略した平面断面図、図４は直線駆動装置１の動力伝達機構を説明するための細部を省略した正面断面図、図５は直線駆動装置１が伸長した状態における図３の矢符Ｙ１方向斜め上から見た斜視図、図６は図１においてカバーを取り外した状態を示す斜視図である。

これらの図において、特に図５によく示されるように、直線駆動装置１は、第１ユニット１１、第２ユニット１２、および第３ユニット１３が、下から順に配置され、かつ、縦方向の軸線に沿って互いに相対移動するように設けられている。

図１および図６によく示されるように、第１ユニット１１は、長方形の板状の基板１４の上面に、周面に沿って湾曲した４枚の板状のポスト２１ａ〜ｄが取り付けられ、ポスト２１ａ〜ｄの上端にリング２２が取り付けられ、これらによって第１ユニット１１の構造体が構成されている。

４つのポスト２１ａ〜ｄのうち、対向する２つのポスト２１ａ、２１ｃの内側の面には、第２ユニット１２をスライド可能に支持するためのガイドレール２３ａ，ｂが軸心と平行に取り付けられている。

ポスト支柱２１ａ〜ｄの外周面には、複数枚からなる円筒状のカバー１１ａがネジで取り付けられている。基板１４には４つの丸い穴１４ａ〜ｄ（一部図示せず）が設けられており、それぞれの穴１４ａ〜ｄに合わせて基板１４の下面に通風用のモータ付きのファン２４ａ〜ｄが取り付けられている。また、基板１４の中央には配線用の穴１４ｅが設けられており、基板１４の四隅には取り付け用の図示しない複数の穴が設けられている。

第２ユニット１２は、その上端に配置されたリング３１と下端に配置された基板３４とにわたって、対向する２枚の板状の中間スライダ３２ａ，ｂ、および対向する２枚の板状の中間ポスト３３ａ，ｂがそれぞれ取り付けられている。これらによって第２ユニット１２の構造体が構成されている。基板３４には、後述する動力伝達機構の主要な部分が取り付けられている。

中間スライダ３２ａ，ｂの外側の面には、第１ユニット１１に設けたガイドレール２３ａ，ｂに沿ってそれぞれ移動可能なガイド３５ａ，ｂが取り付けられている。これによって、第２ユニット１２は、第１ユニット１１に対して同心状に保持された状態で軸線に沿って移動可能である。

中間ポスト３３ａ，ｂの内側の面には、第３ユニット１３をスライド可能に支持するためのガイドレール３６ａ，ｂが軸心と平行に取り付けられている。

リング３１の外周面には、複数枚からなる円筒状のカバー１２ａがネジで取り付けられている。なお、複数枚のカバー１２ａ同士は、適当な連結金具とネジなどによって互いに連結される。第２ユニット１２が収縮したときに（下降したときに）、このカバー１２ａの内側に第１ユニット１１のカバー１１ａが挿入される。

第３ユニット１３は、その上端に配置された上基板１５の下面に、対向する２枚の支持板４１ａ，ｂが取り付けられており、支持板４１ａ，ｂの下端に取付けベース４２が取り付けらている。さらに、取付けベース４２の下面に、対向する２枚の板状のエンドスライダ４３ａ，ｂが取り付けられ、その下端に下基板４５が取り付けられている。また、エンドスライダ４３ａ，ｂの下部の側面には、２枚の補助板４４ａ，ｂが取り付けられている。

エンドスライダ４３ａ，ｂの外側の面には、第２ユニット１２に設けたガイドレール３６ａ，ｂに沿ってそれぞれ移動可能なガイド４６ａ，ｂが取り付けられている。これによって、第３ユニット１３は、第２ユニット１２に対して同心状に保持された状態で軸線に沿って移動可能である。

上基板１５および取付けベース４２には、それぞれ中央に大きな穴１５ａ，４２ａが設けられており、これらの穴１５ａ，４２ａを利用して、取付けベース４２に直線駆動装置１によって昇降駆動する負荷が取り付けられる。負荷として、例えば、上に述べたようなスカラーロボットが取り付けられる。

上基板１５の外周面には、複数枚からなる円筒状のカバー１３ａがネジで取り付けられている。第３ユニット１３が収縮したときに（下降したときに）、このカバー１３ａの内側に第２ユニット１２のカバー１２ａが挿入される。

次に、直線駆動装置１の動力伝達機構について説明する。

図４によく示されるように、第１ユニット１１と第２ユニット１２とは、第１のネジ軸５１とそれに螺合する第１のナット５２によってそれぞれ互いに軸方向に連結され、かつ、第１のナット５２が回転することによってそれらの間の距離が可変される。

すなわち、第１のネジ軸５１は、その下端部が固定具５１ａによって基板１４の上面に固定されており、第１のナット５２が、軸受け５４によって回転可能に支持されたプーリ５３とともに一体的に回転するようになっている。軸受け５４は、第２ユニット１２の基板３４に固定されており、第１のナット５２は基板３４とともに軸方向に移動する。

第２ユニット１２と第３ユニット１３とは、第２のネジ軸５５とそれに螺合する第２のナット５６によってそれぞれ互いに軸方向に連結され、かつ、第２のネジ軸５５が回転することによってそれらの間の距離が可変される。

すなわち、第２のネジ軸５５は、その下端部にプーリ５７が取り付けられており、第２のネジ軸５５およびプーリ５７が一体的に回転するように軸受けにより支持されている。その軸受けは基板３４に固定されており、第２のネジ軸５５は基板３４とともに軸方向に移動する。また、第２のナット５６は、第３ユニット１３の下基板４５に対してブラケット４５ａによって固定されている。

ここで、第１のネジ軸５１と第２のネジ軸５５とは、ネジの巻き方向が互いに逆となっている。すなわち、第１のネジ軸５１は左巻のネジであり、第２のネジ軸５５は右巻のネジである。なお、これらにはいずれもボ−ルネジが用いられている。

したがって、第１のナット５２および第２のネジ軸５５が平面視で右方向に回転したときに、第１のナット５２は第１のネジ軸５１に対して上方へ移動し、第２のナット５６は第２のネジ軸５５に対して同じく上方へ移動する。

これとは逆に、第１のナット５２および第２のネジ軸５５が平面視で左方向に回転したときに、第１のナット５２は第１のネジ軸５１に対して下方へ移動し、第２のナット５６は第２のネジ軸５５に対して同じく下方へ移動する。

このように、第１のナット５２および第２のネジ軸５５がともに同じ方向に回転することによって、第１ユニット１１に対し、第２ユニット１２および第３ユニット１３が、同時に上昇し、または同時に下降する。

２つのプーリ５３，５７、およびモータＭ１の出力軸に取り付けられたプーリ５８にわたって、片歯のタイミングベルト５９が掛け渡されている。つまり、モータＭ１の回転によって、２つのプーリ５３，５７は互いに同じ方向に回転駆動される。なお、モータＭ１はギヤモータであり、正転または逆転するように制御される。

なお、タイミングベルト５９の張り具合を調整するために、２つのアイドラ６０ａ，ｂがタイミングベルト５９の外側に接するように設けられている。

次に、直線駆動装置１の動作について説明する。

モータＭ１が回転駆動すると、タイミングベルト５９を介して、プーリ５３，５７が回転し、第１のナット５２および第２のネジ軸５５が互いに同じ方向に回転する。これによって、第２ユニット１２および第３ユニット１３は、第１ユニット１１に対して同時に軸方向に移動する。モータＭ１の回転方向に応じて、直線駆動装置１はテレスコピック式に伸長しまたは収縮する。

取付けベース４２にスカラーロボットなどが取り付けられている場合には、それによって上基板１５の穴１５ａは塞がれており、直線駆動装置１の内部の空気は、主としてカバー１３ａとカバー１２ａとの隙間（クリアランス）、およびカバー１２ａとカバー１１ａとの隙間から出入りする。その際に、それらの隙間は下方（床面）に向かってあいているので、下方から空気を吸い込み、下方に向かって空気を排出する。このように、直線駆動装置１の伸縮にともなう空気の移動は直線駆動装置１の下方において発生するので、これによって粉塵などの異物が出入りした場合であっても、スカラーロボットによって操作する物体（ワ−ク）からは離れた位置であるので、そのようなワークへの影響は最小限に抑えられる。

また、下面のファン２４ａ〜ｄによって内部の空気が排気される。すなわち、伸長時および収縮時のいずれの場合も、ファン２４ａ〜ｄによって内部の空気が排気される。

したがって、直線駆動装置１の全体について、カバー１３ａ，１２ａ，１１ａなどからの空気の漏れなどを細かく気にする必要はなく、シーリング材料を特に必要とすることがなくなり、カバーの構造を簡素化することができ安価に製作可能である。

空気の流入出のみでなく、直線駆動装置１の外側に水滴などがかかった場合でも、同様にカバーの表面を下方へ流れ、直線駆動装置１の内部に侵入する恐れは極めて少ない。さらに、直線駆動装置１の近辺において溶接が行われた場合にも、そのスパッタが直線駆動装置１の内部に入り込むことがなく保護されることになる。

そして、第１のネジ軸５１および第２のネジ軸５５をネジの巻き方向が互いに逆となるようにし、第１のナット５２および第２のネジ軸５５を基板３４によって回転可能に保持し、かつ基板３４にモータＭ１を取り付け、その回転駆動力で第１のナット５２および第２のネジ軸５５を同じ方向に回転駆動するように構成したので、簡単な構造の動力伝達機構によって第２ユニット１２および第３ユニット１３を同時に伸縮駆動することができる。例えば、２つのプーリ５３，５７によって回転力を伝達でき、両歯（両面に歯が設けられたタイプのベルト）ではなく片歯（片面に歯が設けられたタイプのベルト）のタイミングベルト５９で回転力の伝達が可能である。これらによって低コスト化が図れる。

また、動力伝達機構の構成が簡単であるので、直線駆動装置１の内部の干渉が少なく、直線駆動装置１を小型化することが可能である。

因みに、第１のネジ軸５１および第２のネジ軸５５を同じ巻き方向とした場合には、第２ユニット１２の基板３４に取り付けた第１のナット５２および第２のネジ軸５５を互いに逆方向に回転させなければならない。そのためには、例えば、タイミングベルト５９を片歯ではなく両歯とした上で、一方の歯で第１のナット５２を回転させ、他方の歯で第２のネジ軸５５を回転させる必要がある。

例えば図７に示すように、タイミングベルト５９を両歯とし、これをモータＭ１で回転駆動するとともに、第１のナット５２と第２のネジ軸５５とをタイミングベルト５９の互いに反対側の面の歯で駆動する必要がある。そのため、タイミングベルト５９の掛け方が複雑になり、タイミングベルト５９を支持するためのアイドラ６０ｃ，ｄが必須となって省略できなくなる。

また、タイミングベルト５９を片歯のままで第１のナット５２および第２のネジ軸５５を互いに逆方向に回転させるには、タイミングベルト５９と第１のナット５２または第２のネジ軸５５との間に中間ギヤを設ける必要がある。

このように、第１のネジ軸５１および第２のネジ軸５５を同じ巻き方向とした場合には、構造が複雑となり、配置の自由度が少なくなり、メンテナンス性が悪くなる。

これに対して、本実施形態のように、第１のネジ軸５１および第２のネジ軸５５をネジの巻き方向が互いに逆となるようにすると、タイミングベルト５９は片歯でよく、アイドラ６０ａ，ｂも省略することが可能となり、構造が簡単になる。すなわち、タイミングベルト５９は片歯でよいので、ベルトを掛ける作業が容易であり、組み立て性、メンテナンス性が良好である。アイドラ６０ａ，ｂを省略することが可能であるので、それによってタイミングベルト５９とアイドラ６０ａ，ｂとの摩擦などにより発生する塵埃を減らすことができ、それだけタイミングベルト５９の寿命を長くし、騒音を少なくすることが可能である。構造が簡単になるので、駆動効率が向上し、スペースに余裕ができ、可動ケーブルの収納に有利であり、精度の安定化にも有利である。

上に述べた実施形態において、第１のネジ軸５１を左巻とし第２のネジ軸５５を右巻としたが、これらは逆であってもよい。第１ユニット１１、第２ユニット１２、および第３ユニット１３のそれぞれの構造は、上に述べた以外の種々の構造を採用することが可能である。それぞれの部材の材質は、主として、アルミニウム合金または鋼鉄などの金属材料を用いたが、これらとともに、合成樹脂、合成ゴム、木材などの材料を用いることも可能である。

上に述べた実施形態において、ファン２４ａ〜ｄを省略し、穴のみをあけておいてもよい。複数組みの動力伝達機構を装着してもよい。各ユニットを円筒状としたが、楕円筒状または角筒状としてもよい。３つのユニットによって２段階に伸縮する直線駆動装置１について説明したが、４つ以上のユニットを用い、３段階以上に伸縮するように構成してもよい。

その他、直線駆動装置１の全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明は、産業用ロボットアームなどの伸縮駆動機構として、エレベータまたはリフトなどの昇降装置として利用可能である。

本発明の実施形態にかかる直線駆動装置が伸長した状態の正面断面図である。 直線駆動装置が収縮した状態を示す正面断面図である。 直線駆動装置の一部を略した平面断面図である。 直線駆動装置の動力伝達機構を説明するための正面断面図である。 直線駆動装置が伸長した状態における斜視図である。 図１においてカバーを取り外した状態を示す斜視図である。 両歯のタイミングベルトで駆動する場合の例を示す図である。

符号の説明

１ 直線駆動装置
１１ 第１ユニット
１２ 第２ユニット
１３ 第３ユニット
１１ａ，１２ａ，１３ａ カバー
３４ 基板
５１ 第１のネジ軸
５２ 第１のナット
５３，５７，５８ プーリ
５５ 第２のネジ軸
５６ 第２のナット
５９ タイミングベルト
Ｍ１ モータ

Claims (4)

1. 第１ユニット、第２ユニット、および第３ユニットが、この順に配置され、かつ、同一の軸線に沿って互いに相対移動するように設けられており、
   前記第１ユニットと前記第２ユニットとは、第１のネジ軸とそれに螺合する第１のナットによってそれぞれ互いに軸方向に連結され、かつ、前記第１のネジ軸または前記第１のナットが回転することによってそれらの間の距離が可変されるように配置されており、
   前記第２ユニットと前記第３ユニットとは、第２のネジ軸とそれに螺合する第２のナットによってそれぞれ互いに軸方向に連結され、かつ、前記第２のネジ軸または前記第２のナットが回転することによってそれらの間の距離が可変されるように配置されており、
   前記第１のネジ軸と前記第２のネジ軸とはネジの巻き方向が互いに逆となっており、
   前記第２ユニットには、前記第１のネジ軸または前記第１のナット、および前記第２のネジ軸または前記第２のナットを回転駆動するモータが設けられてなる、
   ことを特徴とする直線駆動装置。
2. 前記モータの回転駆動力が、片歯のタイミングベルトを介して、前記第１のネジ軸または前記第１のナット、および前記第２のネジ軸または前記第２のナットに伝達されてなる、
   請求項１記載の直線駆動装置。
3. 前記第２ユニットには、前記第１のナットおよび前記第２のネジ軸が回転可能に取り付けられており、これら第１のナットおよび第２のネジ軸が前記モータによって回転駆動されてなる、
   請求項１または２記載の直線駆動装置。
4. 前記第１ユニット、前記第２ユニット、および前記第３ユニットには、それぞれ円筒状のカバーが設けられており、
   前記第１ユニットのカバーが前記第２ユニットのカバーの内周に挿入され、前記第２ユニットのカバーが前記第３ユニットのカバーの内周に挿入され、
   前記モータの回転駆動によって、前記第１ユニット、前記第２ユニット、および前記第３ユニットが、テレスコピック式に伸縮駆動されるように構成されてなる、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の直線駆動装置。