JP2018179217A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの重心の位置に関わらず、ワークの位置決め精度を向上させた、回転運動及び直動運動を伝達可能なアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１は、ハウジング９０と、第１ロータ２０と、第２ロータ３０と、ボールねじと、ブラケット５０と、直動案内機構８９と、保持板８５とを含む。ブラケット５０は、ねじ軸７０に連結して取り付けられ、ねじ軸７０とともに、ナット２３の軸方向（Ｚ方向）に移動する。直動案内機構８９は、第２ロータ３０と連動して回転可能なガイドレール８１と、ガイドレール８１に対してナット２３の軸方向にスライド自在なスライダ８３と、を有する。保持板８５がブラケット５０とスライダ８３とを連結している。【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

回転運動と直動運動を行うアクチュエータとして、特許文献１に記載のアクチュエータが知られている。特許文献１のアクチュエータは、内側に直動用の第１ロータと、外側に回転用の第２ロータとを備えている。直動用の第１ロータによってナットが回転すると、ナットには、ねじ軸が螺合しているので、ねじ軸がナットの軸方向に移動する。

ねじ軸には、ワークなどが搭載される回転体が軸受を介して接続されている。特許文献１のアクチュエータは、回転体の軸方向の移動を案内する複数の直動案内機構を備えている。複数の直動案内機構は、回転軸の周りに等間隔に設けられ、回転体を支持する。このため、直動案内機構が回転用の第２ロータと共に回転すると、回転体が回転する。

特開２０１５−１９４２６２号公報

回転体に搭載されるワークの重心の位置は、必ずしもねじ軸の回転中心にあるとは限らない。回転体に搭載されるワークの重心の位置がねじ軸の回転中心とずれている状態でワークが回転すると、直動案内機構には、負荷モーメントが加わり、直動案内機構に振動が発生することがある。これにより、回転体に搭載されるワークの位置決め精度が低下する可能性がある。

本発明の目的は、ワークの重心の位置に関わらず、ワークの位置決め精度を向上させた、回転運動及び直動運動を伝達可能なアクチュエータを提供することにある。

本態様のアクチュエータは、ハウジングと、前記ハウジングに対して回転自在な第１ロータと、前記第１ロータの径方向外側に配置され、前記ハウジングに対して回転自在な第２ロータと、前記第１ロータとともに回転するナットと、前記ナットと螺合し、前記ナットの回転に伴って前記ナットに対して前記ナットの軸方向に移動するねじ軸と、を含むボールねじと、前記ねじ軸に連結して取り付けられ、前記ねじ軸とともに前記ナットの軸方向に移動するブラケットと、前記第２ロータと連動して回転可能なガイドレールと、前記ガイドレールに対して前記軸方向にスライド自在なスライダと、を有する直動案内機構と、前記ブラケットと前記スライダとを連結する保持板とを含む。

この構成によれば、保持板がブラケットとスライダとを連結しているので、スライダの移動による振動の影響が小さくなる。このため、アクチュエータは、位置決め精度が高くなる。

望ましい態様として、前記第１ロータを回転自在に支持する第１軸受と、前記第２ロータを回転自在に支持する第２軸受と、前記ねじ軸に対して前記第２ロータを回転自在に支持する第３軸受と、前記ナットに対して前記第３軸受とは反対側に設けられ、前記ねじ軸の回転を抑制する回転抑制機構と、をさらに備える。

この構成によれば、第１ロータ及び第２ロータをそれぞれ独立して駆動しても位置決め精度が高くなる。また、アクチュエータは、フットプリント（専有面積）が小さく、高さが小さくなる。

望ましい態様として、前記第３軸受は、内部予圧が加えられている複数組み合わせ軸受である。あるいは、前記第３軸受は、内部予圧が加えられている単列軸受である。

この構成によれば、ねじ軸の連れ回りが抑制される。

望ましい態様として、前記回転抑制機構は、前記ねじ軸に取り付けられた転がり軸受又はカムフォロアと、前記第１ロータの内側であって、中空かつ筒状の筒部とを備え、前記転がり軸受又は前記カムフォロアは、前記筒部の内壁に設けられた、少なくとも前記軸方向に沿ったスリット又は溝に配置されている。

この構成によれば、ねじ軸が回転軸の回りに回転することなく、ねじ軸が第２ロータの回転に連れ回らない。その結果、第１ロータと、第２ロータとは、独立した駆動をすることができるようになる。

望ましい態様として、前記ブラケットは、Ｌ字状であって、前記第３軸受の外輪の回転と連動して回転する。

この構成によれば、直動案内機構が回転方向に偏って配置され、ワークスペースを広くとることができる。

望ましい態様として、前記ブラケットは、前記ねじ軸よりも径方向に延出する第１ブラケット部と、前記第１ブラケット部と連結し、前記ナットの軸方向に延出する第２ブラケット部とを有している。

この構成によれば、第２ブラケット部がない第２ロータの近傍までワークスペースとして利用することができる。

望ましい態様として、前記第２ブラケット部には、前記ナットの軸方向に切り欠かれたスリットがあり、前記スリットには、前記直動案内機構が配置されている。

この構成によれば、第２ブラケット部と直動案内機構の干渉が抑制され、アクチュエータは、径方向に小さくできる。

望ましい態様として、前記ナットの軸方向からみて、前記第２ブラケット部と、前記保持板とにより、前記直動案内機構が囲まれており、前記スライダが前記保持板により前記ガイドレール側に押しつけられている。

この構成によれば、スライダの振動がより抑制される。

望ましい態様として、前記ボールねじにおいて、内部予圧が加えられている。

この構成によれば、ねじ軸に荷重がかかっても変位が小さく、位置決め精度が高くなる。

望ましい態様として、前記直動案内機構において、内部予圧が加えられている。

この構成によれば、直動案内機構に荷重がかかっても変位が小さく、位置決め精度が高くなる。

望ましい態様として、前記ブラケットに取り付けられたアーム部を備える。これにより、アーム部をもちいて、ワークを移送することができる。

望ましい態様として、前記ブラケットは、前記第１ロータの回転中心を挟んで前記直動案内機構とは反対側に、前記アーム部を有している。

この構成によれば、回転体の重心の位置が回転軸の近傍になりやすくなる。その結果、位置決め精度がより向上する。

本発明によれば、ワークの重心の位置に関わらず、ワークの位置決め精度を向上させた、回転運動及び直動運動を伝達可能なアクチュエータを提供することができる。

図１は、本実施形態のアクチュエータの部分断面図である。 図２は、アクチュエータの上面図である。 図３は、ねじ軸を図１に示す状態と比較して下降させた状態を示す図である。 図４は、回転軸と直交するモータ部の断面図である。

発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、本実施形態のアクチュエータの部分断面図である。図１の断面は、図２に示す回転軸ＡＸを通ってアーム部８０の長軸と平行な面Ｆ２の断面であるが、後述するナット２３の内部構成は、省略している。図１の断面において、固定部材の位置を示すため、適宜、他の断面がわかるように、部分断面が示されている。図２は、アクチュエータの上面図である。図３は、ねじ軸を下降させた状態を示す図である。図４は、回転軸ＡＸと直交する二軸一体型モータＭＰの断面図である。

図１に示すように、アクチュエータ１は、例えば、ピックアンドプレース装置として用いられる。アクチュエータ１は、ワークを移送するアーム部８０と、アーム部８０を駆動する二軸一体型モータＭＰと、を有する。アーム部８０は、例えば、単一のアームのみを有する片持ちのアームである。アーム部８０の先端部には、ワークを保持するチャックの配置位置ＷＰが設けられている。アクチュエータ１は、例えば、アーム部８０の回転軸ＡＸをＺ方向に向けて図示略の支持台に固定されている。図１及び図２に示すように、アクチュエータ１は、アーム部８０をＺ方向（直動方向）に移動させてアーム部８０をＺ方向に上下させ、アーム部８０をＺ方向と直交する任意の平面内で、回転方向θＲに回転あるいは回動させてワークを所望の位置に移送する。

二軸一体型モータＭＰは、ステータ１０と、第１ロータ２０と、第２ロータ３０と、ハウジング９０と、第１回転検出部１０１と、第２回転検出部１０２と、を有する。ステータ１０、第１ロータ２０及び第２ロータ３０は、回転軸ＡＸを中心として、互いに同軸に配置されている。ステータ１０は、第１ロータ２０と第２ロータ３０との間に配置されている。例えば、第１ロータ２０は、ステータ１０の径方向内側に配置され、ステータ１０に対して相対回転する。第２ロータ３０は、ステータ１０の径方向外側に配置され、ステータ１０に対して相対回転する。

ステータ１０は、ステータコア１１と、第１励磁コイル１２と、第２励磁コイル１３と、を有する。図４に示すように、ステータ１０は、回転軸ＡＸの周りに筒状に設けられている。ステータコア１１は、筒状のバックヨーク１５と、バックヨーク１５の径方向内側に配置された複数の第１ティース１４と、バックヨーク１５の径方向外側に配置された複数の第２ティース１６と、を有する。

複数の第１ティース１４は、バックヨーク１５の内周に沿って並んでいる。複数の第１ティース１４は、バックヨーク１５と接続されている。第１励磁コイル１２は、第１ティース１４の周りに巻き回されている。第１励磁コイル１２は、第１ドライバ１２１と電気的に接続されている。第１ドライバ１２１は、第１励磁コイル１２に第１駆動電流Ｉ１を供給することにより、第１ロータ２０を駆動する。

第１励磁コイル１２を励磁させて得られる回転磁界は、例えば３相である。第１励磁コイル１２には、駆動信号の各位相が１２０°ずれたＵ相用、Ｖ相用及びＷ相用の励磁コイルが含まれる。

複数の第２ティース１６は、バックヨーク１５の外周に沿って並んでいる。複数の第２ティース１６は、バックヨーク１５と接続されている。第２励磁コイル１３は、第２ティース１６の周りに巻き回されている。第２励磁コイル１３は、第２ドライバ１２２と電気的に接続されている。第２ドライバ１２２は、第２励磁コイル１３に第２駆動電流Ｉ２を供給することにより、第２ロータ３０を駆動する。

第２励磁コイル１３を励磁させて得られる回転磁界は、例えば３相である。第２励磁コイル１３には、駆動信号の各位相が１２０°ずれたＵ相用、Ｖ相用及びＷ相用の励磁コイルが含まれる。

第１ドライバ１２１と第２ドライバ１２２は、コントローラー１２０と電気的に接続されている。コントローラー１２０は、第１ドライバ１２１と第２ドライバ１２２とを独立して制御する。コントローラー１２０は、第１駆動電流Ｉ１の電流量と第２駆動電流Ｉ２の電流量とを独立に制御する。第１駆動電流Ｉ１の電流量によって、第１ロータ２０の回転角が制御される。第２駆動電流Ｉ２の電流量によって、第２ロータ３０の回転角が制御される。コントローラー１２０は、第１ロータ２０の回転角と第２ロータ３０の回転角とを独立に制御する。

複数の第１ティース１４の軸方向長さは、複数の第２ティース１６の軸方向長さより、長い。この構造により、第１駆動電流Ｉ１の電流量と、第２駆動電流Ｉ２の電流量とが同じでも、第１ロータ２０のトルクが、第２ロータ３０のトルクよりも極端に小さくならない。第１駆動電流Ｉ１の電流量と、第２駆動電流Ｉ２の電流量とが同じ場合、第１ロータ２０のトルクが、第２ロータ３０のトルクが小さくなるように、複数の第１ティース１４の軸方向長さを、複数の第２ティース１６の軸方向長さより長くする。これにより、コントローラー１２０は、第１ロータ２０と、第２ロータ３０とを独立して制御しやすくなる。

図１に示すように、ハウジング９０は、第１ハウジング部９１と、第２ハウジング部９２と、を有する。第１ハウジング部９１及び第２ハウジング部９２は、ボルトなどの固定部材９３で連結されている。

第２ハウジング部９２には、ボルトなどの固定部材９４により、ステータコア１１が固定されている。

第１ロータ２０は、永久磁石によって構成された第１ロータコア２２を有する。第１ロータコア２２は、Ｎ極のマグネット部とＳ極のマグネット部とを有する。Ｎ極のマグネット部とＳ極のマグネット部は、回転方向に交互に等間隔で配置されている。第１ロータコア２２は、第１励磁コイル１２が第１ティース１４に励磁した回転磁界に応じて回転する。第１ロータコア２２は、第１ロータブラケット２１に外周面に貼り付けられてもよいし、第１ロータコア２２の内部に埋め込まれてもよい。

図４に示すように、第１ロータブラケット２１は、回転軸ＡＸの周りに筒状に設けられている。第１ロータブラケット２１は、内径側の円筒出力軸とも言える。

第２ロータ３０は、永久磁石によって構成された第２ロータコア３２と第２ロータブラケット３１とを有する。第２ロータコア３２は、Ｎ極のマグネット部とＳ極のマグネット部とを有する。

第２ロータブラケット３１は、第２ロータコア３２の外周側に配置されている。Ｎ極のマグネット部とＳ極のマグネット部は、回転方向に交互に等間隔で配置されている。第２ロータコア３２は、第２励磁コイル１３が第２ティース１６に励磁した回転磁界に応じて回転する。第２ロータコア３２は、第２ロータブラケット３１に内周面に貼り付けられてもよいし、第２ロータブラケット３１の内部に埋め込まれてもよい。

図４に示すように、第２ロータブラケット３１は、回転軸ＡＸの周りに筒状に設けられている。第２ロータブラケット３１は、外径側の円筒出力軸とも言える。

第１ティース１４及び第１励磁コイル１２と、Ｚ方向において重ならない位置に、第１軸受６１が配置されている。第１軸受６１は、バックヨーク１５と、第１ロータブラケット２１との間にあり、第１ロータ２０を回転自在に支持している。第１軸受６１は、軸受６２及び軸受６３を有する複数組み合わせ軸受である。バックヨーク１５内には、径方向内側と、径方向外側とを分ける非磁性のスリットを設けることが望ましい。

第１軸受６１は、第１ロータブラケット２１の外周にある突起部で位置決めされ、固定されている。

第２ティース１６及び第２励磁コイル１３と、Ｚ方向において重ならない位置に、第２軸受６４が配置されている。第２軸受６４は、バックヨーク１５と、第２ロータブラケット３１との間にあり、第２ロータ３０を回転自在に支持している。第２軸受６４は、軸受６５及び軸受６６を有する複数組み合わせ軸受である。

第２軸受６４は、第２ロータブラケット３１の内周にある突起部で位置決めされ、固定されている。

第１軸受６１とＺ方向において重ならない位置に、第１回転検出部１０１が設けられている。第１回転検出部１０１は、ハウジング９０に対する第１ロータブラケット２１の回転角を検出し、コントローラー１２０（図４参照）に供給する。

第１回転検出部１０１は、例えば、レゾルバである。第１回転検出部１０１は、レゾルバステータ１０１ａと、レゾルバロータ１０１ｂと、を有する。レゾルバロータ１０１ｂは、第１ロータブラケット２１の外周面に固定されている。レゾルバステータ１０１ａは、レゾルバロータ１０１ｂの径方向において対向する位置に配置される。コントローラー１２０は、第１ロータ２０において所望の回転角を得られるように、第１回転検出部１０１の検出結果に基づいて第１駆動電流Ｉ１の電流量を調節する。

第２軸受６４とＺ方向において重ならない位置に、第２回転検出部１０２が設けられている。第２回転検出部１０２は、ハウジング９０に対する第１ロータブラケット２１の回転角を検出し、コントローラー１２０（図４参照）に供給する。

第２回転検出部１０２は、例えば、レゾルバである。第２回転検出部１０２は、レゾルバロータ１０２ａと、レゾルバステータ１０２ｂと、を有する。レゾルバロータ１０２ａは、第２ロータブラケット３１の内周面に固定されている。レゾルバロータ１０２ａは、レゾルバステータ１０２ｂの径方向において対向する位置に配置されている。コントローラー１２０は、第２ロータ３０において所望の回転角を得られるように、第２回転検出部１０２の検出結果に基づいて第２駆動電流Ｉ２の電流量を調節する。

第１回転検出部１０１と、第２回転検出部１０２とは、円環板状のカバー９９で覆われている。円環板状のカバー９９は、異物が第１回転検出部１０１と、第２回転検出部１０２との周囲に侵入しないよう、抑制している。

第１ロータブラケット２１には、第１ロータブラケット２１の回転に連動するようにナット２３が固定されている。本実施形態においては、ボルトなどの固定部材３８及び固定部材３９で、第１ロータブラケット２１と、ナット２３とが固定されている。

ナット２３は、第１ロータブラケット２１の内径側に配置されている。ナット２３は、第１ロータ２０と同軸に配置され、第１ロータ２０の回転とともに回転する。ナット２３の内径側には、ねじ軸７０が挿入されている。ねじ軸７０は、ナット２３と螺合している。ナット２３が回転すると、回転に応じてねじ軸７０が軸方向（Ｚ方向）に移動する。ねじ軸７０と、ナット２３と、転動体を有する機構は、ボールねじと呼ばれる。本実施形態のボールねじには、内部予圧が加えられている。例えば、転動体のボール径や、ナット２３内の転動体の軌道位置を調整することで、内部予圧が加えられる。このため、後述するブラケット５０に荷重がかかり、ねじ軸７０に軸方向の荷重がかかっても、剛性が高くなっているので、軸方向の変位が抑制される。

ねじ軸７０の一端には、第３軸受６７を介してブラケット５０が支持されている。すなわち、ブラケット５０は、ねじ軸７０と連結されている。なお、ブラケット５０は、第３軸受６７以外の部材をさらに介して、ねじ軸７０と連結されていてもよい。第３軸受６７は、軸受６８及び軸受６９を有する複数組み合わせ軸受である。

ブラケット５０は、回転軸ＡＸを含む断面でみると、Ｌ字状である。ブラケット５０は、第１ブラケット部５１と、第２ブラケット部５２と、を有する。第１ブラケット部５１は、フランジ部５１Ａと、フランジ張り出し部５１Ｂとを有する。フランジ部５１Ａは、第３軸受６７の外輪側に固定されている。より詳細に、説明すると、ねじ軸７０は、フランジ部５１Ａを貫通する。フランジ部５１Ａの内周には、内周面から突出する軸受規制部５１Ｐを備え、第３軸受６７は、フランジ部５１Ａと、ねじ軸７０との間に収容される。第３軸受６７の外輪上には、軸受押さえ５５が配置される。ボルトなどの固定部材５７及び固定部材５６により、軸受押さえ５５が軸受規制部５１Ｐとの間で、第３軸受６７の外輪を挟み固定する。また、ねじ軸７０の端部には、雄ねじ部５３を備えており、雄ねじ部５３に螺合するロックナット５４が、ねじ軸７０のくびれに対して圧力を加え、第３軸受６７の内輪を押さえる。上述した構造によれば、第３軸受６７には、内部予圧が加えられる。これにより、第３軸受６７の摩擦トルクは、第２軸受６４の摩擦トルクよりも大きくできる。その結果、第２ロータ３０の回転により、意図せずねじ軸７０が連れ回りにくくなる。なお、第３軸受６７が単列軸受であっても、内部予圧が加えられることが望ましい。

本実施形態のアクチュエータにおいては、第３軸受６７には、内部予圧が加えることに加え、回転抑制機構４０を備えている。なお、回転抑制機構４０を備えれば、第３軸受６７には、内部予圧を加えなくてもよい。

回転抑制機構４０は、ナット２３に対して、第３軸受６７とは反対側に設けられている。このため、軸方向の体積を有効に利用でき、本実施形態のアクチュエータ１は、フットプリント（専有面積）が小さく、高さを抑えられる。

回転抑制機構４０は、ねじ軸７０の他端部７１に固定された転がり軸受４１と、ガイド部４６とを有している。転がり軸受４１は、外輪と、内輪と、転動体を備える。ねじ軸７０の他端部７１は、環状のリング固定部４３の貫通孔を貫通している。リング固定部４３の側面には、転がり軸受４１の内輪を止めるボルトなどの固定部材４２が螺合され、固定される。ねじ軸７０の他端部７１には、雄ねじ部４４を備えており、雄ねじ部４４に螺合するロックナット４５が、ねじ軸７０のくびれとリング固定部４３を挟んで固定する。これにより、転がり軸受４１の外輪が回転自在な状態で固定されている。また、転がり軸受４１は、転がり軸受４１の外輪の回転中心の延長線が、回転軸ＡＸと直交する平面にあって、かつ回転軸ＡＸと交差するように固定されている。

ガイド部４６は、第１ハウジング部９１にボルトなどの固定部材４７で固定されている。ガイド部４６は、軸方向からみると、円筒であり、円筒を軸方向に切り欠いたスリット又は内周面の凹部による摺動面４６Ａを軸方向に沿って有している。摺動面４６Ａには、転がり軸受４１の外輪が摺動するようにはめ込まれている。

例えば、第１ロータ２０が回転し、ナット２３が回転すると、ねじ軸７０は、ナット２３の回転に応じて、軸方向に移動する。転がり軸受４１の回転方向の両側に摺動面４６Ａがあるので、ねじ軸７０は回転軸ＡＸの回りに回転することなく、軸方向に移動することができる。

例えば、第２ロータ３０のみが回転する場合、ブラケット５０を介して、第３軸受６７の外輪が回転しても、転がり軸受４１の回転方向の両側に摺動面４６Ａがある。このため、ねじ軸７０が回転軸ＡＸの回りに回転することなく、ねじ軸７０が第２ロータ３０の回転に連れ回らない。その結果、第１ロータ２０と、第２ロータ３０とは、独立した駆動をすることができるようになる。

このため、第１ロータ２０の回転軸と、第２ロータ３０の回転軸とが一致するようにしてもよい。これにより、第１ロータ２０の回転中心と第２ロータ３０の回転中心とが平行かつ異なる位置にある場合に比較して、位置決め精度を高めることができる。

フランジ部５１Ａと、フランジ張り出し部５１Ｂとは、上述した固定部材５６で連結されている。なお、フランジ部５１Ａと、フランジ張り出し部５１Ｂとは、別部材であるが、一体の部材であってもよい。

第２ロータ３０の回転は、直動案内機構８９の回転と連動するように、直動案内機構８９が固定されている。図２に示すように、直動案内機構８９は、保持板８５を介してブラケット５０を軸方向にスライド自在に支持する。

図１及び図２に示すように、直動案内機構８９は、例えば、支持部８２と、ガイドレール８１と、スライダ８３とを有する。支持部８２と、ガイドレール８１とは、ボルトなどの固定部材８８で固定されている。直動案内機構８９においては、内部予圧が加えられている。例えば、スライダ８３内の転動体のボール径や、スライダ８３内の転動体の軌道位置を調整することで、内部予圧が加えられる。この構成によれば、直動案内機構８９に荷重がかかっても変位が小さく、位置決め精度が高くなる。

ガイドレール８１のレール溝８１Ａは、第２ロータブラケット３１の側面に沿って軸方向に延びている。支持部８２には、径方向内側に突出するフランジ部８４が設けられている。フランジ部８４は、固定部材７７によって第２ロータブラケット３１の上端部（アーム部８０側の端部）に固定されている。ガイドレール８１は、支持部８２の外周面上に固定されている。ガイドレール８１は、軸方向に延び、スライダ８３を軸方向にスライド自在に支持する。ガイドレール８１のレール溝８１Ａは、スライダ８３が、下端ＥＰに到達するまでの長さがある。

図２に示すように、第２ブラケット部５２には、軸方向に切り欠かれたスリットＳＬがあり、スリットＳＬ内には、直動案内機構８９が配置されている。第２ブラケット部５２は、スリットＳＬにより、第１部分５２Ａと第２部分５２Ｂとに分割されている。第１部分５２Ａと第２部分５２Ｂとは、直動案内機構８９とは非接触で、かつ直動案内機構８９を間に挟む。この構造により、第２ブラケット部５２が軸方向に移動しても、第２ブラケット部５２と、ガイドレール８１とが干渉しない。

図２に示すように、保持板８５は、ボルトなどの固定部材８６で、スライダ８３に固定されている。また、保持板８５は、ボルトなどの固定部材５８Ａ、固定部材５８Ｂで第２ブラケット部５２の周方向外側端面に固定されている。保持板８５は、例えば鉄鋼製又はステンレス鋼製の金属板であり、バネ性を有している。

図２に示すように、軸方向からみて、第２ブラケット部５２と、保持板８５とにより、直動案内機構８９が囲まれている。保持板８５がバネ性を有しているので、ボルトなどの固定部材５８Ａ、固定部材５８Ｂで第２ブラケット部５２に保持板８５を固定する際には、スライダ８３が第２ブラケット部５２に押しつけられるように、付勢された状態で、保持板８５が第２ブラケット部５２に固定される。

アーム部８０の一端部は、ブラケット５０の取り付け部５９に固定されている。ブラケット５０とアーム部８０とは、一体に回転する。なお、ねじ軸７０の中心部には、ねじ軸７０を軸方向に貫通する貫通孔が設けられていてもよい。この場合、アーム部８０及び第１ロータブラケット２１には、ねじ軸７０の貫通孔と連通する貫通孔がそれぞれ設けられることになる。これらの貫通孔により、アーム部８０へエア配管及び電気配線などが引き回し可能になる。

図１及び図２に示すように、アーム部８０の他端部は、ねじ軸７０の回転軸ＡＸを挟んで直動案内機構８９とは反対側に配置されている。直動案内機構８９は、アーム部８０側には配置されていない。支持部８２及びガイドレール８１は、回転軸ＡＸを挟んでアーム部８０の他端部が配置される側には設けられていない。そのため、第２ロータ３０の近傍までワークスペースとして利用可能となっている。

本実施形態では、回転体ＲＢは、アーム部８０、直動案内機構８９、ブラケット５０及びチャック部等のワーク（但し、二軸一体型モータＭＰは含まない）によって構成されている。第２ロータ３０によって回転駆動される回転体ＲＢの重心の位置は、回転軸ＡＸの近傍にすることができる。この構成では、回転体ＲＢの回転によってアクチュエータ１に振動が発生しにくい。

回転軸ＡＸを通ってアーム部８０の短軸と平行な面をＦ１とすると、直動案内機構８９及びブラケット５０のトータルの重心の位置は、面Ｆ１を挟んで、アーム部８０の重心の位置とは反対側に配置されている。例えば、第２ロータ３０によって回転駆動される回転体ＲＢの重心は、回転軸ＡＸ上に配置されている。これにより、アーム部８０が回転してもアクチュエータ１の振動が抑制されている。

なお、回転体ＲＢの重心は、軸方向からみて、回転軸ＡＸとぴったり一致していることが好ましいが、回転体ＲＢの重心は、必ずしも回転軸ＡＸとぴったり一致している必要はない。回転体ＲＢの重心が回転軸ＡＸのごく近傍であれば、アクチュエータ１の振動を効果的に抑制することができる。

例えば、回転体ＲＢの重心が、軸方向からみて、ねじ軸７０と重畳する位置に配置されていれば、アクチュエータ１の振動が有効に抑制される。そのため、本実施形態では、回転体ＲＢの重心が、軸方向からみて、ねじ軸７０と重畳する位置に配置されている場合も、回転体ＲＢの重心が回転軸ＡＸ上に配置されているものと解釈する。

以上説明した本実施形態のアクチュエータ１は、ハウジング９０と、第１ロータ２０と、第２ロータ３０と、ボールねじと、ブラケット５０と、直動案内機構８９と、保持板８５とを含む。第１ロータ２０は、ハウジング９０に対して回転自在であり、第２ロータ３０は、第１ロータ２０の径方向外側に配置され、ハウジング９０に対して回転自在である。ボールねじは、ナット２３及びねじ軸７０を有している。ナット２３は、第１ロータ２０とともに回転可能である。ねじ軸７０は、ナット２３と螺合し、ナット２３の回転に伴ってナット２３に対してナット２３の軸方向（Ｚ方向）に移動する。ブラケット５０は、ねじ軸７０に連結して取り付けられ、ねじ軸７０とともに、ナット２３の軸方向（Ｚ方向）に移動する。直動案内機構８９は、第２ロータ３０と連動して回転可能なガイドレール８１と、ガイドレール８１に対してナット２３の軸方向にスライド自在なスライダ８３と、を有する。そして、保持板８５がブラケット５０とスライダ８３とを連結している。

コントローラー１２０は、第２ロータ３０を一方向あるいは、他方向に回転させる。図２に示すように、第２ロータ３０が任意の回転方向θＲに回動できる。第２ロータ３０の回転に伴い、直動案内機構８９のガイドレール８１が回転する。ガイドレール８１に対して、スライド自在なスライダ８３もガイドレール８１の回転に伴い、回転する。スライダ８３の回転は、保持板８５を介して、ブラケット５０に伝達される。その結果、回転体ＲＢが第２ロータ３０の回転に伴い回転する。

ここで、回転体ＲＢの重心の位置は、必ずしもねじ軸７０の回転軸ＡＸと一致するとは限らない。回転体ＲＢの重心の位置がねじ軸７０の回転中心とずれている状態でワークが回転すると、直動案内機構８９には、負荷モーメントが加わり、直動案内機構８９のスライダ８３の移動に振動が発生することがある。

本実施形態のアクチュエータ１において、保持板８５がブラケット５０とスライダ８３とを連結しているので、スライダ８３の移動による振動の影響が小さくなる。このため、本実施形態のアクチュエータ１は、位置決め精度が高くなる。

第１ロータ２０の回転中心と第２ロータ３０の回転中心とが平行かつ異なる位置にある場合においてもスライダ８３の移動による振動の影響が起こりえるが、本実施形態のアクチュエータ１において、保持板８５がブラケット５０とスライダ８３とを連結しているので、スライダ８３の移動による振動の影響が小さくなる。

コントローラー１２０は、第１ロータ２０を一方向へ回転させる。図１及び図２に示すように、アクチュエータ１は、ナット２３が一方向へ回転する。ねじ軸７０は、軸方向に上昇移動（直動運動）する。ねじ軸７０は、第３軸受６７を介して、ブラケット５０をＺ方向（直動方向）に上昇移動させる。ブラケット５０は、保持板８５を介して、スライダ８３をＺ方向（直動方向）に上昇移動させる。

コントローラー１２０は、第１ロータ２０を他方向へ回転させる。図３に示すように、アクチュエータ１は、ナット２３が他方向へ回転する。ねじ軸７０は、軸方向に下降移動（直動運動）する。ねじ軸７０は、第３軸受６７を介して、ブラケット５０をＺ方向（直動方向）に下降移動させる。ブラケット５０は、保持板８５を介して、スライダ８３をＺ方向（直動方向）に下降移動させる。

また、ブラケット５０及びスライダ８３には、Ｚ方向（直動方向）に上昇又は下降した際に、慣性モーメントが加わり、振動が生じやすい。実施形態のアクチュエータ１において、保持板８５がブラケット５０とスライダ８３とを連結しているので、振動の影響が小さくなる。

本実施形態のアクチュエータ１は、第１ロータ２０を回転自在に支持する第１軸受６１と、第２ロータ３０を回転自在に支持する第２軸受６４と、ねじ軸７０に対して第２ロータ３０を回転自在に支持する第３軸受６７と、を備えている。そして、本実施形態のアクチュエータ１は、さらに、ナット２３に対して第３軸受６７とは反対側に設けられ、ねじ軸７０の回転を抑制する回転抑制機構４０を備える。この構造により、ねじ軸７０は、軸方向に移動（直動運動）することができるが、ねじ軸７０の回転が抑制されている。このため、第１ロータ２０の回転駆動と、第２ロータ３０の回転駆動とは、同期駆動しなくても、第２ロータ３０の回転に伴うねじ軸７０の連れ回りが抑制されている。このため、第１ロータ２０と、第２ロータ３０とが独立して駆動することで、より位置決め精度を高めることができる。

ブラケット５０は、Ｌ字状であって、第３軸受６７の外輪の回転と連動して回転する。このため、本実施形態のアクチュエータ１は、複数の直動案内機構８９を備えてもよいが、回転軸ＡＸの周りに等間隔に配置する必要がない。１つ又は複数の直動案内機構８９が回転軸ＡＸの周りに偏って配置されていても、直動案内機構８９の偏りによる回転体ＲＢの重心のずれの影響を、保持板８５が抑制できる。保持板８５がブラケット５０とスライダ８３とを連結しているので、直動案内機構８９の偏りによる回転体ＲＢの重心のずれによるスライダ８３の振動の影響が小さくなる。

変形例としては、ブラケット５０において、第２ブラケット部５２が回転方向に複数備えられてもよい。この場合、本実施形態のアクチュエータ１は、複数の直動案内機構８９を備える。そして、回転軸ＡＸの周りに等間隔に配置してもよい。ワークの位置によっては、回転体ＲＢの重心の位置が回転軸ＡＸとは異なる位置にあっても、回転体ＲＢの重心のずれの影響を、保持板８５が抑制できる。

ブラケット５０は、第１ロータ２０の回転中心（回転軸ＡＸ）を挟んで直動案内機構８９とは反対側に、アーム部８０が配置されるように、アーム部８０の取り付け部５９がある。また、直動案内機構８９とアーム部８０とが、回転軸ＡＸを挟んで配置されるため、第２ロータ３０によって回転駆動される回転体ＲＢの重心の位置が回転軸ＡＸの近傍に配置される。そのため、回転体ＲＢの回転によってスライダ８３に振動が発生しにくい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に記載されたものに限定されない。例えば、上記の実施形態では、第１ロータ２０及び第２ロータ３０の回転子として、ＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型の回転子が用いられたが、第１ロータ２０及び第２ロータ３０の回転子として、ＶＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）型の回転子が用いられてもよい。また、回転抑制機構４０は、ねじ軸７０の他端部７１に固定された転がり軸受４１の代わりに、カムフォロアを備えても良い。

１ アクチュエータ
１０ ステータ
２０ 第１ロータ
２３ ナット
３０ 第２ロータ
４０ 回転抑制機構
４１ 転がり軸受
４６Ａ 摺動面
５０ ブラケット
５１ 第１ブラケット部
５２ 第２ブラケット部
５１Ａ フランジ部
５１Ｂ フランジ張り出し部
６１ 第１軸受
６４ 第２軸受
６７ 第３軸受
７０ ねじ軸
８０ アーム部
８１ ガイドレール
８３ スライダ
８５ 保持板
８９ 直動案内機構
９０ ハウジング
９１ 第１ハウジング部
９２ 第２ハウジング部
１０１ 第１回転検出部
１０２ 第２回転検出部
１２０ コントローラー
１２１ 第１ドライバ
１２２ 第２ドライバ
ＡＸ 回転軸
Ｉ１ 第１駆動電流
Ｉ２ 第２駆動電流
ＭＰ 二軸一体型モータ
ＲＢ 回転体
ＳＬ スリット

Claims (12)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに対して回転自在な第１ロータと、
   前記第１ロータの径方向外側に配置され、前記ハウジングに対して回転自在な第２ロータと、
   前記第１ロータとともに回転するナットと、前記ナットと螺合し、前記ナットの回転に伴って前記ナットに対して前記ナットの軸方向に移動するねじ軸と、を含むボールねじと、
   前記ねじ軸に連結して取り付けられ、前記ねじ軸とともに前記ナットの軸方向に移動するブラケットと、
   前記第２ロータと連動して回転可能なガイドレールと、前記ガイドレールに対して前記ナットの軸方向にスライド自在なスライダと、を有する直動案内機構と、
   前記ブラケットと前記スライダとを連結する保持板とを含むアクチュエータ。
2. 前記第１ロータを回転自在に支持する第１軸受と、
   前記第２ロータを回転自在に支持する第２軸受と、
   前記ねじ軸に対して前記第２ロータを回転自在に支持する第３軸受と、
   前記ナットに対して前記第３軸受とは反対側に設けられ、前記ねじ軸の回転を抑制する回転抑制機構と、
   を備える請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記第３軸受は、内部予圧が加えられている複数組み合わせ軸受又は単列軸受である請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記回転抑制機構は、前記ねじ軸に取り付けられた転がり軸受又はカムフォロアと、前記第１ロータの内側であって、中空かつ筒状の筒部とを備え、
   前記転がり軸受又は前記カムフォロアは、前記筒部の内壁に設けられた、少なくとも前記軸方向に沿ったスリット又は溝に配置されている請求項２又は３に記載のアクチュエータ。
5. 前記ブラケットは、Ｌ字状であって、前記第３軸受の外輪の回転と連動して回転する請求項２から４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
6. 前記ブラケットは、前記ねじ軸よりも径方向に延出する第１ブラケット部と、前記第１ブラケット部と連結し、前記ナットの軸方向に延出する第２ブラケット部とを有している請求項１から５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
7. 前記第２ブラケット部には、前記ナットの軸方向に切り欠かれたスリットがあり、前記スリットには、前記直動案内機構が配置されている請求項６に記載のアクチュエータ。
8. 前記ナットの軸方向からみて、前記第２ブラケット部と、前記保持板とにより、前記直動案内機構が囲まれており、前記スライダが前記保持板により前記ガイドレール側に押しつけられている請求項６又は７に記載のアクチュエータ。
9. 前記ボールねじにおいて、内部予圧が加えられている請求項１から７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
10. 前記直動案内機構において、内部予圧が加えられている請求項１から８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
11. 前記ブラケットに取り付けられたアーム部を備える請求項１から１０のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
12. 前記ブラケットは、前記第１ロータの回転中心を挟んで前記直動案内機構とは反対側に、前記アーム部を有している請求項１１に記載のアクチュエータ。

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