JP2014111292A - アクチュエータとロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 煩雑な制御を要することなく、構成の簡略化、装置の小型化を図ることが可能なアクチュエータとロボットを提供すること。
【解決手段】 ボールネジ用モータと、上記ボールネジ用モータによって回転・駆動されるボールネジと、上記ボールネジに螺合され上記ボールネジの回転によって軸方向に移動されるボールナットと、上記ボールネジの回転によって上記ボールナットとともに移動されるとともに上記ボールナットに対して回転可能に支持され、上記ボールネジと同軸上に配置され上記ボールネジが収容される中空部を備えた中空ロッドと、上記中空ロッドを回転・駆動させる中空ロッド用モータと、を具備したもの。
【選択図】図６

Description

本発明は、アクチュエータとロボットに係り、特に、煩雑な制御を要することなく、構成の簡略化、装置の小型化を図ることができるように工夫したものに関する。

いわゆる「テーブルトップ」と称される作業用ロボットは、次のような構成を成している。まず、テーブルがあり、このテーブルにはＸ軸アクチュエータが設置されている。上記Ｘ軸アクチュエータは、ボールネジと、このボールネジに螺合されその回転を規制されたボールナットと、このボールナットに固着されたＸ軸スライダとから構成されている。上記Ｘ軸アクチュエータは、いわゆる、スライダタイプであり、モータによって上記ボールネジが回転されると上記ボールナット、ひいては上記Ｘ軸スライダが上記ボールネジの軸方向（Ｘ軸方向）に沿って移動されるようになっている。また、上記Ｘ軸スライダ上には、例えば、ワークが載置される。

また、上記テーブルには柱体が立設されていて、この柱体にはＹ軸アクチュエータが設置されている。上記Ｙ軸アクチュエータは、ボールネジと、このボールネジに螺合されその回転を規制されたボールナットと、このボールナットに固着されたＹ軸スライダとから構成されている。上記Ｙ軸アクチュエータは、いわゆる、スライダタイプであり、モータによって上記ボールネジが回転されると上記ボールナット、ひいては上記Ｙ軸スライダが上記ボールネジの軸方向（Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向）に沿って移動されるようになっている。

また、上記Ｙ軸スライダにはＺ軸アクチュエータが設置されている。上記Ｚ軸アクチュエータは、ボールネジと、このボールネジに螺合されその回転を規制されたボールナットと、このボールナットに固着されたロッドとから構成されている。上記Ｚ軸アクチュエータは、いわゆる、ロッドタイプであり、モータによって上記ボールネジが回転されると上記ボールナット、ひいては上記ロッドが上記ボールネジの軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向）に沿って移動されるようになっている。

また、上記ロッドにはＺ軸スライダが設置されている。このＺ軸スライダには上記モータとは別のモータと、このモータによって回転される回転軸が取り付けられている。そして、この回転軸の先端に各種作業具が取り付けられる。すなわち、上記Ｚ軸アクチュエータと上記Ｚ軸スライダに取り付けられたモータと回転軸とによって、Ｚ軸方向の移動とＺ軸心周りの回転を行うＺ−Ｒ軸アクチュエータが構成されていることになる。
このようなＺ−Ｒ軸アクチュエータとして使用されるアクチュエータとしては、例えば、特許文献１や特許文献２に示すようなものが知られている。

特開２０００−２９４９９１号公報 特許第２７２２３４５号公報

しかし、従来の構成では、次のような問題があった。
まず、Ｚ−Ｒ軸アクチュエータには、ロッド（Ｚ軸スライダ）を移動させるためのボールネジとは別に各種作業具を回転させるための回転軸が設けられている。その際、上記ボールネジと上記回転軸とが干渉しないように、それぞれ平行に配置しなければならず、構成が複雑化するとともに大型化してしまうという問題があった。
特許文献１に記載された「部品搭載ヘッド」においても、このような構成となっており、送りねじ軸（上記Ｚ−Ｒ軸アクチュエータにおけるボールネジに相当）とスプラインシャフト（上記Ｚ−Ｒ軸アクチュエータにおける回転軸に相当）が平行に設置されている。

また、これに対しては、ボールネジと回転軸を一体化させる構成も提案されている。特許文献２に記載された「産業用ロボットの手首用２自由度駆動機構」においては、ボールネジとボールスプライン（上記Ｚ−Ｒ軸アクチュエータにおける回転軸に相当）が一体化されている。
しかし、このような構成の場合には、ボールスプライン（回転軸）を回転駆動させるとボールネジまでもが回転されて、Ｚ軸方向の位置がずれてしまう。そのため、Ｚ軸方向の位置を調整するために複雑な制御が必要となってしまう。

本発明は、このような点に基づいてなされたもので、その目的とするところは、煩雑な制御を要することなく、構成の簡略化、装置の小型化を図ることができるアクチュエータとロボットを提供することにある。

上記課題を解決するべく請求項１に記載されたアクチュエータは、ボールネジ用モータと、上記ボールネジ用モータによって回転・駆動されるボールネジと、上記ボールネジに螺合され上記ボールネジの回転によって軸方向に移動されるボールナットと、上記ボールネジの回転によって上記ボールナットとともに移動されるとともに上記ボールナットに対して回転可能に支持され、上記ボールネジと同軸上に配置され上記ボールネジが収容される中空部を備えた中空ロッドと、上記中空ロッドを回転・駆動させる中空ロッド用モータと、を具備したことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載されたアクチュエータは、請求項１記載のアクチュエータにおいて、上記中空ロッドはスプラインシャフトであり、このスプラインシャフトにはスプラインナットが係合・配置されていて、このスプラインナットを上記中空ロッド用モータによって回転・駆動させることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載されたアクチュエータは、請求項１又は請求項２記載のアクチュエータにおいて、上記ボールネジ用モータは上記ボールネジと同軸上に配置されていることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載されたロボットは、請求項１〜請求項３の何れかに記載のアクチュエータを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項５に記載されたロボットは、テーブルトップ型のロボットであり、請求項１〜請求項３の何れかに記載したアクチュエータをＺ−Ｒ軸アクチュエータとして用いることを特徴とするものである。
また、請求項６に記載されたロボットは、水平多関節ロボットであり、請求項１〜請求項３の何れかに記載したアクチュエータをＺ−Ｒ軸アクチュエータとして用いることを特徴とするものである。

以上述べたように、請求項１記載のアクチュエータによると、ボールネジ用モータと、上記ボールネジ用モータによって回転・駆動されるボールネジと、上記ボールネジに螺合され上記ボールネジの回転によって軸方向に移動されるボールナットと、上記ボールネジの回転によって上記ボールナットとともに移動されるとともに上記ボールナットに対して回転可能に支持され、上記ボールネジと同軸上に配置され上記ボールネジが収容される中空部を備えた中空ロッドと、上記中空ロッドを回転・駆動させる中空ロッド用モータと、を具備したため、煩雑な制御を要することなく、構成の簡略化、装置の小型化を図ることができる。すなわち、上記ボールネジと、このボールネジとは別に回転される中空ロッドを同軸上に配置することで構成の簡略化と小型化を図ることができる。また、上記ボールネジと上記中空ロッドとはそれぞれ別々に回転可能となっている。そのため、例えば、上記中空ロッドを回転させた場合に上記ボールネジまでもが回転されて上記中空ロッドの位置がずれてしまうことはなく、上記中空ロッドの位置を調整するための複雑な制御は不要である。また、上記中空ロッドには上記ボールネジが収容される中空部が備えられており、上記中空ロッドが上記ボールネジの軸方向に移動する際に互いに干渉しないようにすることができる。
また、請求項２記載のアクチュエータによると、請求項１記載のアクチュエータにおいて、上記中空ロッドはスプラインシャフトであり、このスプラインシャフトにはスプラインナットが係合・配置されていて、このスプラインナットを上記中空ロッド用モータによって回転・駆動させるため、上記中空ロッドの軸方向への移動と、軸心周りでの回転を円滑に行うことができる。
また、請求項３記載のアクチュエータによると、請求項１又は請求項２記載のアクチュエータにおいて、上記ボールネジ用モータは上記ボールネジと同軸上に配置されているため、上記ボールネジの側方の構成を簡略化させてスペースの有効利用を図ることができる。
また、請求項４に記載されたロボットは、請求項１〜請求項３の何れかに記載のアクチュエータを用いるため、構成の簡略化と小型化を図ることができる。
また、請求項５に記載されたロボットは、テーブルトップ型のロボットであり、請求項１〜請求項３の何れかに記載したアクチュエータをＺ−Ｒ軸アクチュエータとして用いるため、構成の簡略化と小型化を図ることができる。
また、請求項６に記載されたロボットは、水平多関節ロボットであり、請求項１〜請求項３の何れかに記載したアクチュエータをＺ−Ｒ軸アクチュエータとして用いるため、構成の簡略化と小型化を図ることができる。

本発明の一実施の形態を示す図で、本実施の形態によるアクチュエータを用いたテーブルトップタイプの作業ロボットを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、本実施の形態によるアクチュエータの駆動部カバを取り外した状態での斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、本実施の形態によるアクチュエータの駆動部カバを取り外した状態での背面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、本実施の形態によるアクチュエータの駆動部カバを取り外した状態での右側面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、本実施の形態によるアクチュエータの駆動部カバを取り外した状態での底面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、図４におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、図７（ａ）は図３におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ拡大図である。

以下、図１乃至図７を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、テーブルトップタイプの作業ロボット１の全体構成を示す斜視図である。上記作業ロボット１にはテーブル５が設けられている。このテーブル５は中空の箱であり、その内部には図示しない制御用の基板や電源装置等が設置されている。また、上記テーブル５の右側面（図１中右下側の面）には、コネクタ７、９、１１や押しボタンスイッチ１３、１５、非常停止ボタン１７が設置されている。

また、上記テーブル５には、Ｘ軸アクチュエータ１９が設置されている。このＸ軸アクチュエータ１９の下側部分（図１中下側部分）は上記テーブル５内に収容・配置されており、上側部分（図１中上側部分）は上記テーブル５の上方（図１中上側）に露出・配置されている。

上記Ｘ軸アクチュエータ１９は、次のような構成となっている。
まず、上記Ｘ軸アクチュエータ１９はハウジング２１を備えている。このハウジング２１は、略Ｕ字型の断面形状を成し、上記テーブル５の長手方向（図１中左上から右下に向かう方向）に延長されている。上記ハウジング２１の上端部（図１中上側端部）の幅方向（図１中左下から右上に向かう方向）両側は、外側に向けて突出・形成され、板状の覆い部２３、２３となっている。

上記ハウジング２１内には、図示しないモータと、このモータによって回転される図示しないボールネジと、このボールネジに螺合されるボールナット（図示せず）が備えられている。そして、上記ボールナットにはスライダ２５が固着されている。このスライダ２５の上側部分（図１中上側部分）は外部に露出・配置されている。

また、上記ハウジング２１内には、上記スライダ２５をガイドする図示しないガイド部材が設置されている。このガイド部材によって、上記スライダ２５、ひいてはボールナット（図示せず）が、上記ボールネジの軸方向（図１中左上から右下に向かう方向、Ｘ軸方向）にガイドされる構成になっている。そして、上記図示しないボールネジの回転によって上記ボールナットとスライダ２５がＸ軸方向に移動されるようになっている。
なお、上記スライダ２５上には図示しないワークが載置される。

また、上記ハウジング２１の上方（図１中上側）には上部カバ２７が設置されている。この上部カバ２７は、上記ハウジング２１の図示しない上側（図１中上側）の開口部を閉塞するように配置されている。また、上記上部カバ２７は上記スライダ２５を貫通している。

上記テーブル５には、図１に示すように、柱体２９が立設されている。そして、この柱体２９には、Ｙ軸アクチュエータ３１が設置されている。

このＹ軸アクチュエータ３１は次のような構成となっている。
まず、上記Ｙ軸アクチュエータ３１は、ハウジング３３を備えている。このハウジング３３内には図示しないボールネジと、このボールネジに螺合されるボールナット（図示せず）が備えられている。また、上記図示しないボールナットにはスライダ３５が固着されている。

また、上記Ｙ軸アクチュエータ３１には駆動部カバ３７が備えられている。この駆動部カバ３７内には、図示しないモータや、このモータの出力軸に固着されたモータ側プーリ（図示せず）や、上記図示しないボールネジの端部に固着されたボールネジ側プーリ（図示せず）、及び、上記モータ側プーリやボールネジ側プーリ間に巻回された図示しないベルト等が備えられている。上記モータが回転することにより、上記モータ側プーリ、ベルト、ボールネジ側プーリを介して、上記ボールネジが回転されることになる。

また、上記ハウジング３３内には、上記スライダ３５をガイドする図示しないガイド部材が設置されている。このガイド部材によって、上記スライダ３５、ひいてはボールナット（図示せず）が、上記ボールネジの軸方向（図１中左下から右上に向かう方向、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向）にガイドされる構成になっている。また、上記ボールネジの回転によって上記ボールナットとスライダ３５がＹ軸方向に移動されるようになっている。

また、上記ハウジング３３にはカバ３９が設置されている。このカバ３９は、上記ハウジング３３の開口部４１を閉塞するように配置されている。また、上記カバ３９は上記スライダ３５を貫通している。

上記スライダ３５には、Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ３６が設置されている。このＺ−Ｒ軸アクチュエータ３６は、後述する中空ロッド１１３のＺ軸方向（図１中上下方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向）への移動とＺ軸心周りの回転（図１中上下方向の軸、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する軸を回転軸とした回転）を行うもので、図２〜図７に示すような構成を成している。
上記Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ３６にはハウジング４３が備えられている。このハウジング４３は、ガイド部４５とカバ部４７とから構成されている。

上記ガイド部４５は略Ｕ字形の断面形状を成しており、図２や図６に示すように、その内側の幅方向（図６中紙面垂直方向）両側にはガイドレール４９、４９が設置されている（図６中片側のガイドレール４９のみを示す）。このガイドレール４９には長さ方向（図６中上下方向）に延長された凹部５１が形成されている。

また、上記ガイド部４５の長さ方向（図６中上下方向）両端側底部にはストッパ５３、５３が設置されている。上記ストッパ５３は、上記ガイド部４５の底部を貫通し、上記ストッパ５３に螺合されるボルト５５によって固定されている。

上記ハウジング４３の後端側（図６中上側）には、ベアリングケース５７が設置されている。上記ベアリングケース５７には貫通孔５９が形成されており、この貫通孔５９内には軸受６１、６１が内装されている。上記軸受６１は、外輪６３と、この外輪６３の内側に配置された内輪６５と、上記外輪６３と内輪６５との間に転動可能に設置された複数の鋼球６７と、これら鋼球６７を保持するリテイナ６９とから構成されている。
また、上記軸受６１、６１は、軸受押え７０によって押えられている。

また、上記ハウジング４３の前端側（図６中下側）には、ベアリングケース７１が設置されている。上記ベアリングケース７１には貫通孔７３が形成されており、この貫通孔７３内には軸受７５、７５が内装されている。この軸受７５も、前述した軸受６１と同様に、外輪７７、内輪７９、複数の鋼球８１、リテイナ８３とから構成されている。
また、上記軸受７５、７５は軸受押え８４によって押えられている。

また、上記ハウジング４３内にはボールネジ８５が回転可能に設置されている。上記ボールネジ８５の後端側は上記軸受６１、６１によって回転可能に支持されている。また、上記ボールネジ８５の外周面には螺旋状の雄ネジ部８７が形成されている。

上記ボールネジ８５にはボールナット８９が螺合されている。このボールナット８９の内周面には螺旋状の雌ネジ部９１が形成されている。また、上記ボールナット８９内には図示しない無負荷循環路が形成されている。また、上記ボールナット８９の前後両端（図６中上下方向両端）にはエンドキャップ９３、９３が設置されており、このエンドキャップ９３、９３にはそれぞれ図示しないリターン路が形成されている。そして、上記雌ネジ部９１と上記ボールネジ８５の雄ネジ部８７との間の空間（転動路）、上記無負荷循環路、及び、上記リターン路内には、複数の鋼球９５が循環・転動している。この鋼球９５によって、上記ボールナット８９の移動が円滑なものとされる。

また、上記ボールナット８９にはスライダ９７が固着されている。このスライダ９７には貫通孔９９が形成されており、この貫通孔９９の後端側（図６中上側）に上記ボールナット８９が固着されている。

また、上記スライダ９７の前後両端（図６中上下方向両端）の図６中紙面垂直方向奥側にはエンドキャップ１０１、１０１が設置されている。また、上記スライダ９７の前後両端（図６中上下方向両端）の図６中紙面垂直方向手前側にもそれぞれ同様に図示しないエンドキャップが設置されている。これらエンドキャップ１０１、図示しないエンドキャップ内にはそれぞれ図示しないリターン路が形成されている。

また、上記スライダ９７の幅方向両側（図６中紙面垂直方向両側）には凹部が形成された図示しないガイドレールが備えられている。また、上記スライダ９７内には図６中紙面垂直方向奥側と図６中紙面垂直方向手前側それぞれに図示しない無負荷循環路が形成されている。

そして、図６中紙面垂直方向奥側においては、上記スライダ９７内の図示しない無負荷循環路と上記エンドキャップ１０１、１０１内のリターン路、及び、上記ガイドレール４９の凹部５１と上記スライダ９７の図示しないガイドレールの凹部との間の空間（転動路）内には、図示しない複数の鋼球が循環している。また、図６中紙面垂直方向手前側においても同様に、上記スライダ９７内の図示しない無負荷循環路と上記図示しないエンドキャップ内のリターン路、及び、上記ガイドレール４９の凹部５１と上記スライダ９７の図示しないガイドレールの凹部との間の空間（転動路）内に、図示しない複数の鋼球が循環している。

この図示しない複数の鋼球によって上記スライダ９７の移動が円滑にされる。また、上記図示しない複数の鋼球とガイド部４５のガイドレール４９や上記スライダ９７の図６中紙面垂直方向奥側の図示しないガイドレールとの相互作用、及び、上記図示しない複数の鋼球とガイド部４５の図示しないガイドレールや上記スライダ９７の図６中紙面垂直方向手前側の図示しないガイドレールとの相互作用により、上記スライダ９７、ひいては、上記ボールナット８９のボールネジ８５軸心周りの回転が防止されている。また、このことにより、上記ボールネジ８５の回転によって、上記ボールナット８９やスライダ９７が前後方向（図６中上下方向、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向）に移動される。

また、上記スライダ９７の貫通孔９９の前端側（図６中下側）には、軸受１０３が内装されている。この軸受１０３も、前述した軸受６１と同様に、外輪１０５、内輪１０７、複数の鋼球１０９、リテイナ１１１とから構成されている。
また、上記軸受１０３は軸受押え１１２によって押えられている。

上記スライダ９７には、中空ロッド１１３が回転可能に設置されている。この中空ロッド１１３は、その後端側（図６中上側）を上記スライダ９７の軸受１０３によって回転可能に支持されている。上記中空ロッド１１３の内側には中空部１１５が形成されており、この中空部１１５の内部に上記ボールネジ８５が収容されている。
また、この中空ロッド１１３は、いわゆる、スプライン軸でもあり、外周側には、図３や図７に示すように長さ方向（図３中上下方向）に延長された、スプライン溝１１７、１１７が形成されている。

また、図６に示すように、上記中空ロッド１１３の外周面にはスプラインナット１１９が設置されていて、これら中空ロッド１１３とスプラインナット１１９は、軸方向に対しては相互に移動可能な状態にあり、回転方向に対しては相互に拘束された状態にある。このスプラインナット１１９はフランジ付の円筒形状を成しており、図７に示すように、内周面には長さ方向（図７中紙面垂直方向）に延長されたスプライン溝１２１、１２１が形成されている。

また、上記スプラインナット１１９の内部には、図７に示すように、上記スプライン溝１２１、１２１の前端側（図７中紙面垂直方向手前側）と後端側（図７中紙面垂直方向奥側）に連通された無負荷循環路１２３、１２３が形成されている。また、上記中空ロッド１１３のスプライン溝１１７と上記スプラインナット１１９の内周面のスプライン溝１２１との間の空間（転動路）と上記スプラインナット１１９の無負荷循環路１２３の前端側（図７中紙面垂直方向手前側）と後端側（図７中紙面垂直方向奥側）は、それぞれ図示しないリターン路によって連通されている。

ちなみに、本実施の形態の場合には、リターン路を備えた図示しないリターンキャップを設置して、上記中空ロッド１１３のスプライン溝１１７と上記スプラインナット１１９の内周面のスプライン溝１２１との間の空間（転動路）と上記無負荷循環路１２３とを連通させる構成になっている。
なお、無負荷循環路とリターン路が一体の部材に形成されていて、この部材が上記スプラインナット１１９の１８０°の対向する位置に設けられた貫通孔内にそれぞれ内装されている構成を採用することも考えられる。

また、上記中空ロッド１１３のスプライン溝１１７と上記スプラインナット１１９の内周面のスプライン溝１２１との間の空間（転動路）、上記リターン路、及び、上記スプラインナット１１９の無負荷循環路１２３内には複数の鋼球１２５が転動・循環している。この複数の鋼球１２５の転動・循環により、上記中空ロッド１１３の上記スプライン溝１１７に沿った移動、すなわち、Ｚ軸方向への円滑な移動が保障される。

また、上記中空ロッド１１３の先端（図６中下端）には、取付部１２７が備えられている。この取付部１２７に工具等の各種作業具が取り付けられる。

また、上記ハウジング４３の後端側（図６中上側）には、上記ボールネジ８５を回転・駆動するためのモータユニット１２９がブラケット１３１を介して設置されている。
上記モータユニット１２９には、まず、ボールネジ用モータ１３３が備えられている。このボールネジ用モータ１３３は、モータハウジング１３５と、このモータハウジング１３５の内周面側に設置されたステータ１３７と、このステータ１３７の内側に回転可能に配置されたロータ１３９と、上記モータハウジング１３５の前後側に突出されると共に上記ロータ１３９が固着され、上記モータハウジング１３５内に回転可能に設けられた出力軸１４１とから構成されている。

また、上記ボールネジ用モータ１３３の後端側（図６中下側）には、エンコーダ１４３が設置されている。このエンコーダ１４３には、上記ボールネジ用モータ１３３の出力軸１４１の後端側（図６中下側）に固着されるとともに図示しないスケールが設けられたエンコーダホイール１４５と、このエンコーダホイール１４５の後方側（図６中下側）に設置されるとともに上記エンコーダホイール１４５に光を照射する図示しない発光部や上記エンコーダホイール１４５による反射光を検出する図示しないセンサ等の電子部品が実装された基板１４７が備えられている。また、上記エンコーダホイール１４５や上記基板１４７は、上記ボールネジ用モータ１３３の後端側（図６中後側）に取り付けられたエンコーダカバ１４９によって覆われている。

上記ボールネジ用モータ１３３の出力軸１４１が回転されると、上記基板１４７上の図示しないセンサによって検出される上記エンコーダホイール１４５による反射光の強度が変化し、これにより上記ボールネジ用モータ１３３の回転を検出する。

また、上記ボールネジ用モータ１３３の前端側（図６中上側）には、ベアリングケース１５１が備えられている。このベアリングケース１５１は、上部ケース１５３と下部ケース１５５とから構成されている。

上記上部ケース１５３には貫通孔１５７が形成されている。この貫通孔１５７の前端側（図６中上側）には軸受１５９、１５９が内装されている。この軸受１５９も、前述した軸受６１と同様に、外輪１６１、内輪１６３、複数の鋼球１６５、リテイナ１６７とから構成されている。
また、上記軸受１５９、１５９は軸受押え１６８によって押えられている。

また、上記貫通孔１５７の後端側（図６中下側）には電磁ブレーキ１６９が内装されている。この電磁ブレーキ１６９には、本体１７１と、この本体１７１を貫通するとともに上記軸受１５９によって回転可能に支持された電磁ブレーキ回転軸１７３が備えられている。そして、この電磁ブレーキ回転軸１７３には略円板状のブレーキ板１７５が固着されている。

上記本体１７１内には電磁石１７７が内装されている。また、上記本体１７１には複数（本実施の形態の場合には３本）のネジ１７９が立設されており、このネジ１７９と上記電磁ブレーキ回転軸１７３を貫通するアーマチュア１８１とサイドプレート１８３が設置されている。上記ブレーキ板１７５は上記アーマチュア１８１と上記サイドプレート１８３との間に配置されている。

また、上記本体１７１内には上記電磁ブレーキ回転軸１７３に貫通されたコイルバネ１８５が設置されている。また、上記本体１７１の先端側（図６中上側）にはバネ押え１８４が設置されており、上記コイルバネ１８５は上記バネ押え１８４と上記アーマチュア１８１との間に介挿されている。

上記アーマチュア１８１は、常時は上記コイルバネ１８５の弾性力によって図６中下側に付勢されている。このときは、上記アーマチュア１８１は上記ブレーキ板１７５に押し付けられており、上記電磁ブレーキ回転軸１７３の回転が規制されている。しかし、上記電磁石１７７に通電を行うと、上記コイルバネ１８５の弾性力に抗して上記アーマチュア１８１が図６中上側に移動し、上記アーマチュア１８１と上記ブレーキ板１７５との接触が解除される。これにより、上記電磁ブレーキ回転軸１７３の回転の規制が解除される。

また、上記下部ケース１５５には貫通孔１８７が形成されている。この貫通孔１８７内には上記電磁ブレーキ回転軸１７３の後端部（図６中下側部分）が配置されている。
上記電磁ブレーキ回転軸１７３と上記ボールネジ用モータ１３３の出力軸１７１とは、上記下部ケース１５５の貫通孔１８７内において、カップリング１８８によって連結されている。

また、上記電磁ブレーキ回転軸１７３の前端側（図６上側部分）には、モータ側プーリ１８９が固着されているとともに、ボールネジ８５の後端側（図６中上側）にはボールネジ側プーリ１９１が固着されている。このモータ側プーリ１８９とボールネジ側プーリ１９１との間にはベルト１９３が巻回され、上記ボールネジ用モータ１３３の出力軸１４１の回転が上記ボールネジ８５へと伝達される。

また、上記下部ケース１５５は、上記下部ケース１５５を貫通し、上記上部ケース１５３に螺合されるボルト１９５、１９５、１９５、１９５によって固定されている。
なお、図１に示すように、上記モータユニット１２９、プーリ１８９、及び、ボールネジ側プーリ１９１は駆動部カバ１９７によって覆われている。

また、ハウジング４３の前端側（図６中下側）のベアリングケース７１には、ブラケット１９９を介して、モータユニット２０１が設置されている。
まず、このモータユニット２０１には、中空ロッド用モータ２０３が備えられている。
この中空ロッド用モータ２０３は、モータハウジング２０５と、このモータハウジング２０５の内周面側に設置されたステータ２０７と、このステータ２０７の内側に配置されたロータ２０９と、上記モータハウジング２０５の前後側に突出されると共に上記ロータ２０９が固着され、上記モータハウジング２０５内に回転可能に設けられた出力軸２１１とから構成されている。

また、上記中空ロッド用モータ２０３の後端側（図６中上側）には、エンコーダ２１３が設置されている。このエンコーダ２１３には、上記中空ロッド用モータ２０３の出力軸２１１の後端側（図６中上側）に固着されるとともに図示しないスケールが設けられたエンコーダホイール２１５と、このエンコーダホイール２１５の後方側（図６中上側）に設置されるとともに上記エンコーダホイール２１５に光を照射する図示しない発光部や上記エンコーダホイール２１５による反射光を検出する図示しないセンサ等の電子部品が実装された基板２１７が備えられている。また、上記エンコーダホイール２１５や上記基板２１７は、上記中空ロッド用モータ２０３の後端側（図６中上側）に取り付けられたエンコーダカバ２１９によって覆われている。

上記モータユニット２０１の前端側（図６中下側）には、ベアリングケース２２１が備えられている。このベアリングケース２２１には貫通孔２２３が形成されており、この貫通孔２２３内には軸受２２５、２２５が内装されている。この軸受２２５も、前述した軸受６１と同様に、外輪２２７、内輪２２９、複数の鋼球２３１、リテイナ２３３とから構成されている。
また、上記軸受２２５、２２５は軸受押え２３４によって押えられている。

上記中空ロッド用モータ２０３の出力軸２１１にはプーリ取付軸２３５が連結されている。このプーリ取付軸２３５は上記軸受２２５、２２５に回転可能に支持されている。
また、上記プーリ取付軸２３５の前端側（図６中下側）にはプーリ２３７が固着されている。

また、スプラインナット１１９には、中空ロッド側プーリ２３９が固着されている。この中空ロッド側プーリ２３９と上記プーリ２３７にはベルト２４１が巻回されており、上記中空ロッド用モータ２０３の出力軸２１１の回転が中空ロッド１１３に伝達されるようになっている。上記中空ロッド側プーリ２３９は、上記スプラインナット１１９のフランジ部２４３を貫通し上記中空ロッド側プーリ２３９に螺合されるボルト２４５、２４５、２４５、２４５によって固定されている。

また、スプラインナット１１９は中空ロッド側プーリ２３９を介して軸受７５、７５によって回転可能に支持されるとともに、上記中空ロッド１１３に鋼球１２５を介して回転方向に対して相互に拘束された状態で取り付けられている。そのため、上記中空ロッド側プーリ２３９の回転により上記中空ロッド１１３はＺ軸心周りに回転される。

また、上記中空ロッド側プーリ２３９の近傍にはストッパ２４７が設置されている。このストッパ２４７は、ボルト２４８によってベアリングケース７１に固定されており、上記中空ロッド側プーリ２３９の外周面の所望の位置に必要に応じて固着された図示しないストッパと当接されることで、上記中空ロッド側プーリ２３９、ひいては上記中空ロッド１１３の回転角度を規制するものである。

また、上記スプラインナット１１９の近傍にはセンサ２４９が配置されている。このセンサ２４９は、例えば、上記中空ロッド１１３をＺ軸心周りの回転について原点復帰動作を行った際、上記中空ロッド１１３の回転角度が原点に戻っているか否かを確認するためのものである。

なお、図１に示すように、上記モータユニット２０１、プーリ２３７、及び、中空ロッド側プーリ２３９は駆動部カバ２５１によって覆われている。
以上が、Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ３６の構成についての説明である。

次に、本実施の形態によるＺ−Ｒ軸アクチュエータ３６を用いた作業ロボット１や上記Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ３６の作用について説明する。
上記作業ロボット１は、Ｘ軸アクチュエータ１９の図示しないモータを駆動させてスライダ２５をＸ軸方向（図１中左上から右下に向かう方向）に移動させる。これにより、上記スライダ２５上に載置された図示しないワークをＸ軸方向（図１中左上から右下に向かう方向）に移動させる。

また、上記作業ロボット１は、Ｙ軸アクチュエータ３１の図示しないモータを駆動させてスライダ３５をＹ軸方向（図１中左下から右上に向かう方向）に移動させる。これにより、Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ３６をＹ軸方向（図１中左下から右上に向かう方向）に移動させる。

そして、上記作業ロボット１は、上記Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ３６のボールネジ用モータ１３３を駆動させることにより、スライダ９７、ひいては、中空ロッド１１３をＺ軸方向（図１中上下方向）に移動させる。これにより、上記中空ロッド１１３に取り付けられた図示しない工具等の各種作業具がＺ軸方向（図１中上下方向）に移動させる。

すなわち、上記中空ロッド１１３にはスプライン溝１１７が形成されており、このスプライン溝１１７とスプラインナット１１９の内周面のスプライン溝１２１との間の空間と、上記スプラインナット１１９の無負荷循環路１２３内、及び、図示しないリターン路内には上記複数の鋼球１２５が循環・転動している。そのため、上記中空ロッド１１３は上記スプライン溝１１７に沿ってＺ軸方向に移動する。

上記中空ロッド１１３のＺ軸方向への移動の際には、ボールネジ８５が上記中空ロッド１１３の中空部１１５内に収容されるため、上記ボールネジ８５と上記中空ロッド１１３とは干渉しないようになっている。

また、上記Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ３６の中空ロッド用モータ２０３を駆動させることにより、スプラインナット１１９、ひいては、上記中空ロッド１１３を、Ｚ軸心周りに図５中時計回り方向又は反時計回り方向に回転させる。これにより、上記中空ロッド１１３に取り付けられた図示しない工具等の各種作業具がＺ軸心周りに図５中時計回り方向又は反時計回り方向に回転される。

すなわち、上記中空ロッド１１３は軸受１０３によって回転可能に支持されており、上記スプラインナット１１９は中空ロッド側プーリ２３９を介して軸受７５、７５によって回転可能に支持されている。また、上記中空ロッド１１３のスプライン溝１１７と上記スプラインナット１１９の内周面のスプライン溝１２１との間の空間（転動路）には鋼球１２５が循環・転動している。
そのため、上記中空ロッド用モータ２０３の回転が上記中空ロッド側プーリ２３９に伝達されて、上記スプラインナット１１９が回転すると上記中空ロッド１１３がＺ軸心周りに回転する。

次に、本実施の形態によるＺ−Ｒ軸アクチュエータ３６の効果について説明する。
まず、本実施の形態によると、煩雑な制御を要することなく、構成の簡略化、装置の小型化を図ることができる。
すなわち、ボールネジ８５と、このボールネジ８５とは別に回転される中空ロッド１１３が同軸上に配置されていて、且つ、中空ロッド１１３には中空部１１５が形成されており、この中空部内に上記ボールネジ８５が収容されるようになっているので、上記Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ３６の小型化と構成の簡略化を図ることができる。

また、上記ボールネジ８５はボールネジ用モータ１３３によって回転され、上記中空ロッド１１３は中空ロッド用モータ２０３によって回転される。すなわち、上記ボールネジ８５と上記中空ロッド１１３とは、それぞれ別々に回転可能となっている。そのため、例えば、上記中空ロッド１１３を回転させた場合に上記ボールネジ８５までもが回転されて上記中空ロッド１１３の位置がずれてしまうことはなく、上記中空ロッド１１３の位置を調整するための複雑な制御を不要とすることができる。

ちなみに、上記したように、中空ロッド１１３には中空部１１５が形成されており、この内部に上記ボールネジ８５が収容されるようになっているので、上記中空ロッド１１３がＺ軸方向に移動しても、上記中空ロッド１１３と同軸上に配置された上記ボールネジ８５とが互いに干渉することはない。

なお、本発明は、前述の一実施の形態に限定されない。
例えば、ボールネジ８５を回転・駆動させるボールネジ用モータ１３３を備えたモータユニット１２９は上記ボールネジ８５に平行に配置されているが、このモータユニット１２９を上記ボールネジ８５と同軸上に配置する場合も考えられる。この場合、Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ３６の上下方向（図６中上下方向）での大きさが増加してしまうものの、水平方向（図６中紙面に垂直な面に平行な方向）での小型化を図ることができる。

また、上記モータユニット１２９には電磁ブレーキ１６９が備えられているが、中空ロッド用モータ２０３が備えられたモータユニット２０１にも電磁ブレーキが備えられる構成も考えられる。
また、上記Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ３６は、水平多関節ロボット（スカラーロボット）のＺ−Ｒ軸アクチュエータ等、様々な種類のロボットの様々な用途のアクチュエータとして用いられることが考えられる。
その他、本発明は、図示した構成に限定されず、様々な変形が考えられる。

本発明は、例えば、産業用ロボットに使用されるアクチュエータや、このアクチュエータを使用したロボットに係り、特に、煩雑な制御を要することなく、構成の簡略化、装置の小型化を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、テーブルトップタイプの作業ロボットに好適である。

１ 作業ロボット
３６ Ｚ−Ｒ軸アクチュエータ
８５ ボールネジ
８９ ボールナット
１３３ ボールネジ用モータ
１１３ 中空ロッド
１１５ 中空部
１１９ スプラインナット
２０３ 中空ロッド用モータ

Claims (6)

1. ボールネジ用モータと、
   上記ボールネジ用モータによって回転・駆動されるボールネジと、
   上記ボールネジに螺合され上記ボールネジの回転によって軸方向に移動されるボールナットと、
   上記ボールネジの回転によって上記ボールナットとともに移動されるとともに上記ボールナットに対して回転可能に支持され、上記ボールネジと同軸上に配置され上記ボールネジが収容される中空部を備えた中空ロッドと、
   上記中空ロッドを回転・駆動させる中空ロッド用モータと、
   を具備したことを特徴とするアクチュエータ。
2. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、
   上記中空ロッドはスプラインシャフトであり、このスプラインシャフトにはスプラインナットが係合・配置されていて、
   このスプラインナットを上記中空ロッド用モータによって回転・駆動させることを特徴とするアクチュエータ。
3. 請求項１又は請求項２記載のアクチュエータにおいて、
   上記ボールネジ用モータは上記ボールネジと同軸上に配置されていることを特徴とするアクチュエータ。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載のアクチュエータを用いたロボット。
5. テーブルトップ型のロボットであり、
   請求項１〜請求項３の何れかに記載したアクチュエータをＺ−Ｒ軸アクチュエータとして用いることを特徴とするロボット。
6. 水平多関節ロボットであり、
   請求項１〜請求項３の何れかに記載したアクチュエータをＺ−Ｒ軸アクチュエータとして用いることを特徴とするロボット。
   

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