JP2008062334A - 三軸駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音や塵埃の発生を抑制することができる共に被駆動部材を三軸方向に高速で動かすことのできる三軸駆動装置を提供する。
【解決手段】ベース１上に設置された支柱５ａ，５ｂ及び梁部材により水平に支持されたガイドレール２１ａと同ガイドレールによりＸ軸方向に案内されるＸ軸スライダとを有するＸ方向リニアガイド２と、Ｘ軸スライダから水平に延出するガイドレール３１ａと同ガイドレールによりＹ軸方向に案内されるＹ軸スライダとを有するＹ方向リニアガイド３と、Ｙ軸スライダに鉛直に支持された送りねじ軸４３を有するＺ方向位置決め機構４と、Ｘ軸スライダ及びＹ軸スライダをタイミングベルト７，９及びプーリを介して駆動する駆動モータ１３，１４と、送りねじ軸４３をタイミングベルト１１及びプーリを介して駆動する駆動モータ１５とを備え、駆動モータ１３，１４，１５が支柱５ａ又は５ｂに固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動分析装置、電子部品実装装置、各種加工機、搬送装置などに適用される三軸駆動装置に関する。

例えばウエルプレート等の反応容器に採取された血液や尿等の試料を分析する自動分析装置においては、反応容器に薬液などの液体を分注する分注ノズルをＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三軸方向に動かして位置決めする必要がある。従来、分注ノズルをＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三軸方向に動かして位置決めする装置は、Ｘ軸方向の位置決めを行うＸ方向位置決め機構と、Ｙ軸方向の位置決めを行うＹ方向位置決め機構と、Ｚ軸方向の位置決めを行うＺ方向位置決め機構とを有し、これらの位置決め機構を作動させて分注ノズルを所定の位置に位置決めする構成となっている。

しかしながら、従来においては、分注ノズルを三軸方向に動かす機構部としてリニアガイドとボールねじとを組み合せたものを使用しているため、ボールねじを駆動する三つの駆動モータのうち少なくとも二つの駆動モータが分注ノズルと一体に移動する。このため、分注ノズルが三軸方向に移動すると、駆動モータの電源ケーブルを保護するケーブルベア（登録商標）が引き摺られ、騒音や塵埃が発生するという問題があった。また、三つの駆動モータのうち少なくとも二つの駆動モータが機構部の可動部に搭載されるため、可動部の重量が増大し、分注ノズル等の被駆動部材を三軸方向に高速で動かすことが困難であった。

本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、その目的は、騒音や塵埃の発生を抑制することができる共に被駆動部材を三軸方向に高速で動かすことのできる三軸駆動装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る三軸駆動装置は、被駆動部材をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三軸方向に駆動するものであって、ベースと、このベース上に固定されたＸ方向支持部により支持されたＸ方向ガイド部材と該Ｘ方向ガイド部材によりＸ軸方向に案内されるＸ軸スライダとを有する第１の案内機構と、この第１の案内機構のＸ軸スライダからＹ軸方向に延出するＹ方向ガイド部材と該Ｙ方向ガイド部材によりＹ軸方向に案内されるＹ軸スライダとを有する第２の案内機構と、この第２の案内機構のＹ軸スライダにＺ軸方向に延出するように支持された送りねじ軸を有するＺ方向位置決め機構と、前記第１の案内機構のＸ軸スライダをスライド駆動する第１のスライダ駆動用伝動ベルトと、この第１のスライダ駆動用伝動ベルトを複数のプーリを介して走行駆動する第１の駆動モータと、前記第２の案内機構のＹ軸スライダをスライド駆動する第２のスライダ駆動用伝動ベルトと、この第２のスライダ駆動用伝動ベルトを複数のプーリを介して走行駆動する第２の駆動モータと、前記Ｚ方向位置決め機構の送りねじ軸を回転駆動する送りねじ軸駆動用伝動ベルトと、この送りねじ軸駆動用伝動ベルトを複数のプーリを介して走行駆動する第３の駆動モータとを備えてなり、前記第１の駆動モータ、前記第２の駆動モータ及び前記第３の駆動モータが前記Ｘ方向支持部に固定されていることを特徴とする。

本発明に係る三軸駆動装置のＺ方向位置決め機構としては、前記送りねじ軸に螺合するナットと、このナットを前記送りねじ軸の軸方向に移動可能に支持するナット支持機構部とを有しているもの、あるいは前記送りねじ軸に螺合するナット部を有するＺ方向スライダと、このＺ方向スライダを前記送りねじ軸の軸方向に移動可能に支持するスライダ支持体とを有しているものを使用できる。

本発明に係る三軸駆動装置によれば、被駆動部材を三軸方向に動かす機構部としてボールねじとリニアガイドとを組み合せたものを使用しなくても被駆動部材を三軸方向に動かすことができ、被駆動部材をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三軸方向に動かしたときにケーブルベアを引き摺ることがないので、騒音や塵埃の発生を抑制することができる。また、第２の案内機構のスライダやＺ方向位置決め機構に駆動モータを搭載しなくても被駆動部材をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三軸方向に動かすことができ、これにより、第２の案内機構やＺ方向位置決め機構の軽量化を図れるので、被駆動部材を三軸方向に高速で動かすことができる。

以下、図１〜図６を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る三軸駆動装置の概略構成を示す斜視図、図２は同実施形態に係る三軸駆動装置の平面図、図３は同実施形態に係る三軸駆動装置の正面図、図４は同実施形態に係る三軸駆動装置の背面図、図５は図２のV−V断面図、図６は図２のVI−VI断面図であって、第１の実施形態に係る三軸駆動装置は、ベース１、第１の案内機構２、第２の案内機構３及びＺ方向位置決め機構４を備えて構成されている。

第１の案内機構（以下「Ｘ方向リニアガイド」という）２は、ベース１の上面部に立設された支柱５ａ，５ｂ及び両支柱５ａ，５ｂの上端部に両端部を固定された梁部材５ｃにより水平に支持されたＸ方向ガイド部材としてのガイドレール２１ａと、ガイドレール２１ａによりＸ軸方向に案内されるＸ軸スライダ（ベアリングブロック）２１ｂ，２１ｃ（図３参照）とを有している。支柱５ａ，５ｂ及び梁部材５ｃによりＸ方向支持部５（図３参照）が構成される。Ｘ軸スライダ２１ｂ，２１ｃの上面部には後述するＸ軸プレート２２の基端部２２ａが固定され、Ｘ軸プレート２２の基端部２２ａにはＸ軸ベルト取付け部材２３（図２及び図６参照）が固定されている。そして、Ｘ軸ベルト取付け部材２３に、第１のスライダ駆動用伝動ベルトとしてのタイミングベルト７が固定されている。これにより、Ｘ軸スライダ２１ｂ．２１ｃはタイミングベルト７によりスライド駆動されるようになっている。

タイミングベルト７は後述のプーリ８ａ，８ｂ（図４参照）の外周面に設けられた歯と噛み合う歯を内周面に有している。
Ｘ軸プレート２２は基端部２２ａからＹ方向に延出する延出部２２ｂ（図１及び図２参照）を有し、この延出部２２ｂのＹ軸方向に沿った側面には、プレート状のＹ軸レール支持部材２４（図２及び図５参照）が固定されている。Ｘ軸プレート２２及びＹ軸レール支持部材２４によりＹ方向支持部２５（図５参照）が構成される。

第２の案内機構（以下「Ｙ方向リニアガイド」という）３は、Ｙ軸レール支持部材２４の側面に固定されたＹ方向ガイド部材としてのガイドレール３１ａと、ガイドレール３１ａによりＹ軸方向に案内されるＹ軸スライダ３１ｂとを有している。Ｙ軸スライダ３１ｂには後述するＹ軸プレート３２が固定されており、さらに、Ｙ軸プレート３２にはＹ軸ベルト取付け部材３３が固定されている。そして、Ｙ軸ベルト取付け部材３３には第２のスライダ駆動用伝動ベルトとしてのタイミングベルト９が固定されている。これにより、Ｙ軸スライダ３１ｂはタイミングベルト９によりスライド駆動されるようになっている。

タイミングベルト９は後述のプーリ１０ａ，１０ｃ，１０ｅ（図２参照）の外周面に設けられた歯と噛み合う歯を内周面に有している。
Ｚ方向位置決め機構４はＹ軸プレート３２に固定された送りねじ軸支持部材４１，４２（図３参照）と、これらの送りねじ軸支持部材４１，４２により鉛直に且つ回転自在に支持された送りねじ軸４３とを有しており、送りねじ軸４３は後述するプーリ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ（図２参照、但しプーリ１２ｅは図３参照）を介してタイミングベルト１１（送りねじ軸駆動用伝動ベルト）により回転駆動されるようになっている。タイミングベルト１１はプーリ１２ａ，１２ｂ，１２ｅ，１２ｇの外周面に設けられた歯と噛み合う歯を内周面に有している。また、Ｚ方向位置決め機構４は送りねじ軸４３に螺合するナット４４と、このナット４４を送りねじ軸４３の軸方向に移動可能に支持するナット支持機構部４５とを有している。

さらに、Ｚ方向位置決め機構４のナット支持機構部４５はナット４４に固定されたガイドロッド支持板４５１（図３参照）と、このガイドロッド支持板４５１に鉛直に支持されたガイドロッド４５２と、このガイドロッド４５２をＺ軸方向にガイドするガイドスリーブ４５３，４５４とからなり、ガイドスリーブ４５３，４５４は送りねじ軸支持部材４１，４２に固定されている。ガイドロッド４５２或いはこれと共に移動するように（例えばガイドロッド４５２の先端に）固定されてなる位置決めすべき物体が被駆動部材に相当する。

スライダ駆動用タイミングベルト７はプーリ８ａ，８ｂを介して駆動モータ１３により走行駆動され、スライダ駆動用タイミングベルト９はプーリ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを介して駆動モータ１４により走行駆動されるようになっている。そして、送りねじ軸駆動用タイミングベルト１１はプーリ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈを介して駆動モータ１５により走行駆動されるようになっており、これらの駆動モータ１３，１４，１５のうち駆動モータ１３はその回転軸が水平に支持されるように支柱５ａに固定されている。そして、駆動モータ１４，１５はその回転軸が鉛直に支持されるように支柱５ｂに固定されている。

プーリ８ａ，８ｂはタイミングプーリ（歯付きプーリ）であって、駆動プーリとして機能するプーリ８ａは駆動モータ１３の回転軸に固定され、従動プーリとして機能するプーリ８ｂはそのプーリ軸がベース１に対して水平となるように支柱５ｂに取り付けられている。
プーリ１０ａ，１０ｃ，１０ｅはタイミングプーリ（歯付きプーリ）であって、これらのプーリ１０ａ，１０ｃ，１０ｅのうちプーリ１０ａは駆動モータ１４の回転軸に固定されて駆動プーリとして機能する。そして、プーリ１０ｃはそのプーリ軸がベース１に対して鉛直となるようにＸ軸プレート２２の延出部２２ｂの先端部に設けられ、プーリ１０ｅはそのプーリ軸がベース１に対して鉛直となるように支柱５ａに取り付けられている。

プーリ１０ｂ，１０ｄは歯のないプーリであって、これらのプーリ１０ｂ，１０ｄはそのプーリ軸がベース１に対して鉛直となるようにＸ軸プレート２２の基端部２２ａに設けられている。
プーリ１２ａ，１２ｂ，１２ｅ，１２ｇはタイミングプーリ（歯付きプーリ）であって、これらのプーリ１２ａ，１２ｂ，１２ｅ，１２ｇのうちプーリ１２ａは駆動モータ１５の回転軸に固定されて駆動プーリとして機能する。そして、プーリ１２ｂはそのプーリ軸がベース１に対して鉛直となるように支柱５ａに取り付けられ、プーリ１２ｅは送りねじ軸４３に設けられている。また、プーリ１２ｇはそのプーリ軸がベース１に対して鉛直となるようにＸ軸プレート２２の延出部２２ｂの上面先端部に設置されたプーリ支持部材２２ｃに取り付けられている。

プーリ１２ｃ，１２ｄ，１２ｆ，１２ｈは歯のないプーリであって、これらのプーリ１２ｃ，１２ｄ，１２ｆ，１２ｈのうちプーリ１２ｄ，１２ｆはそのプーリ軸がベース１に対して鉛直となるようにＹ軸プレート３２に取り付けられている。
Ｘ軸プレート２２の基端部２２ａの上面部には、プーリ支持部材２５（図６参照）の下端部が固定されている。プーリ支持部材２５はＸ軸ベルト取付け部材２３の上方に水平プレート部２５ａ（図１及び図６参照）を有しており、この水平プレート部２５ａの上面部には、プーリ１２ｃ，１２ｈのプーリ軸が立設されている。

このような構成において、例えば駆動モータ１３，１４，１５を同期駆動してタイミングベルト７，９，１１をそれぞれ所定方向に走行させると被駆動部材が図中Ｘ軸方向に移動し、駆動モータ１４，１５を同期駆動してタイミングベルト９，１１をそれぞれ所定方向に走行させると被駆動部材が図中Ｙ軸方向に移動する。また、駆動モータ１５を駆動してタイミングベルト１１を走行させると被駆動部材が図中Ｚ軸方向に移動する。

したがって、被駆動部材をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三軸方向に動かす機構部として使用される駆動モータ１３，１４，１５をいずれも移動することのない支柱５ａ，５ｂのいずれかに固定しているため、ケーブルベアが不要となり、被駆動部材を三軸方向に動かしたときにケーブルベアを引き摺ることがないので、騒音や塵埃の発生を抑制することができる。

また、Ｙ方向リニアガイド３のスライダ３１ｂやＺ方向位置決め機構４に駆動モータを搭載する必要がないので、Ｙ方向リニアガイド３やＺ方向位置決め機構４の軽量化を図ることができ、これにより、被駆動部材を三軸方向に高速で動かすことができ、位置決めに要する時間を短縮することができる。
さらに、Ｚ方向の位置決めを行うＺ方向位置決め機構として、送りねじ軸４３を有するＺ方向位置決め機構４を用いたことで、Ｚ方向位置決め機構４がプーリとタイミングベルトとを有してなるもののように、駆動モータ１４の回転を停止したときにプーリが慣性力により回転してしまうことがないので、ブレーキ機構を別途設ける必要がない。

上述した第１の実施形態ではＸ方向リニアガイド２のＸ方向ガイド部材やＹ方向リニアガイド３のＹ方向ガイド部材としてガイドレールを例示したが、ガイドレールの代わりにガイドロッドを用いてもよい。
また、第１の実施形態ではスライダ駆動用タイミングベルト７を走行駆動する駆動モータ１３を支柱５ａに固定したが、支柱５ｂに固定してもよい。さらに、スライダ駆動用タイミングベルト９を走行駆動する駆動モータ１４を支柱５ｂに固定したが、支柱５ａに固定してもよい。さらにまた、送りねじ軸駆動用タイミングベルト１１を走行駆動する駆動モータ１５を支柱５ｂに固定したが、支柱５ａに固定してもよい。

また、上述した第１の実施形態ではＺ方向位置決め機構として、Ｙ軸プレート３２に鉛直に支持された送りねじ軸４３と、送りねじ軸４３に螺合するナット４４と、ナット４４を送りねじ軸４３の軸方向に移動可能に支持するナット支持機構部４５とを有するものを例示したが、図７に示す第２の実施形態のように、Ｙ軸プレート３２に鉛直に支持された送りねじ軸４３と、この送りねじ軸４３に螺合するナット部（図示せず）を有するＺ方向スライダ４６と、このＺ方向スライダ４６をＺ軸方向に移動可能に支持するスライダ支持体４７とを有してなるものをＺ方向位置決め機構４として用いてもよい。この場合、Ｚ方向スライダ４６又はこれに固定される位置決め対象物が被駆動部材である。

上記各実施形態では、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、これに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向を水平な方向としたが、本発明はこれに限らず、三軸方向として別な採り方をした場合にも適用できる。
Ｘ方向支持部５及びＹ方向支持部２５の構成も上記各実施形態のものに限定されない。たとえば、Ｘ方向支持部５はベース１に対して相対的に移動しないように設けられていて、Ｘ方向ガイド部材としてのガイドレール２１ａや駆動モータ１３〜１５等を支持するものであればよく、Ｙ方向支持部２５は、Ｘ軸スライダ２１ｂ，２１ｃに対して相対的に移動しないように設けられていて、Ｙ方向ガイド部材としてのガイドレール３１ａ等を支持するものであればよい。

さらに、上記各実施形態では、各スライダ駆動用伝動ベルトとして、内周面に歯を有するタイミングベルトを用い、その内周面と係合するプーリとして、タイミングプーリを用いるようにしたが、これに限られない。例えば、スリップ等の恐れがなければ、歯のない伝動ベルト及びプーリの組合せを用いるようにしてもよい。あるいは、内周面に加え、外周面にも歯を有するタイミングベルトを用い、全てのプーリをタイミングプーリとしてもよい。

各案内機構としては、各種転がり案内軸受、すべり案内軸受、静圧案内軸受等の適宜のものを使用できる。同様に、送りねじ機構としての、ボールねじ、ローラねじ、すべりねじ等の適宜のものを使用できる。

本発明の第１の実施形態に係る三軸駆動装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る三軸駆動装置の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る三軸駆動装置の正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る三軸駆動装置の背面図である。 図２のV−V断面図である。 図２のVI−VI断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る三軸駆動装置の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ ベース
２ Ｘ方向リニアガイド（第１の案内機構）
２１ａ ガイドレール（Ｘ方向ガイド部材）
２２ Ｘ軸プレート
３ Ｙ方向リニアガイド（第２の案内機構）
３１ａ ガイドレール（Ｙ方向ガイド部材）
３２ Ｙ軸プレート
４ Ｚ方向位置決め機構
４３ 送りねじ軸
４４ ナット
４５ ナット支持機構部
４６ Ｚ方向スライダ
４７ スライダ支持体
７，９ スライダ駆動用タイミングベルト
１１ 送りねじ軸駆動用タイミングベルト
８ａ，８ｂ，１０ａ〜１０ｄ，１２ａ〜１２ｈ プーリ
１３，１４，１５ 駆動モータ

Claims (3)

1. 被駆動部材をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三軸方向に駆動するものであって、ベースと、このベース上に固定されたＸ方向支持部により支持されたＸ方向ガイド部材と該Ｘ方向ガイド部材によりＸ軸方向に案内されるＸ軸スライダとを有する第１の案内機構と、この第１の案内機構のＸ軸スライダからＹ軸方向に延出するＹ方向ガイド部材と該Ｙ方向ガイド部材によりＹ軸方向に案内されるＹ軸スライダとを有する第２の案内機構と、この第２の案内機構のＹ軸スライダにＺ軸方向に延出するように支持された送りねじ軸を有するＺ方向位置決め機構と、前記第１の案内機構のＸ軸スライダをスライド駆動する第１のスライダ駆動用伝動ベルトと、この第１のスライダ駆動用伝動ベルトを複数のプーリを介して走行駆動する第１の駆動モータと、前記第２の案内機構のＹ軸スライダをスライド駆動する第２のスライダ駆動用伝動ベルトと、この第２のスライダ駆動用伝動ベルトを複数のプーリを介して走行駆動する第２の駆動モータと、前記Ｚ方向位置決め機構の送りねじ軸を回転駆動する送りねじ軸駆動用伝動ベルトと、この送りねじ軸駆動用伝動ベルトを複数のプーリを介して走行駆動する第３の駆動モータとを備えてなり、前記第１の駆動モータ、前記第２の駆動モータ及び前記第３の駆動モータが前記Ｘ方向支持部に固定されていることを特徴とする三軸駆動装置。
2. 前記Ｚ方向位置決め機構は、前記送りねじ軸に螺合するナットと、このナットを前記送りねじ軸の軸方向に移動可能に支持するナット支持機構部とを有することを特徴とする請求項１記載の三軸駆動装置。
3. 前記Ｚ方向位置決め機構は、前記送りねじ軸に螺合するナット部を有するＺ方向スライダと、このＺ方向スライダを前記送りねじ軸の軸方向に移動可能に支持するスライダ支持体とを有することを特徴とする請求項１記載の三軸駆動装置。

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