JP2858763B2

JP2858763B2 - ２次元運動機構

Info

Publication number: JP2858763B2
Application number: JP63288496A
Authority: JP
Inventors: 健柳沢
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-11-15
Filing date: 1988-11-15
Publication date: 1999-02-17
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: JPH02134443A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は２次元運動機構に関する。

（従来の技術）従来の２次元運動機構としては特開昭53−36869号公
報に開示される技術が有る。ここに開示されるのは機枠
に水平に設置されたレール及びラックと、このレールに
沿って移動し得るように設けられた可動枠体と、この可
動枠体の一部に附設されたブラケットと、このブラケッ
トに揺動自在に枢着された減速機と、この減速機に上記
ラックに歯合するようにして設けられたピニオンと、こ
のピニオンの反対側に位置する上記減速機の下部及び上
記可動枠体との間に介装されたバネとよりなる２次元運
動可能な移動走行装置である。さらに詳しく説明する
と、Ｘ軸方向の水平かつ平行に配された２本のレール上
に設けられたラックと噛合するピニオンを両端に設けた
Ｙ軸方向のレールがピニオンをモータで回転させること
によりＸ軸方向へ移動するものである。一方、Ｙ軸方向
レール上にもラックが設けられ、噛合するピニオンを有
する移動体がピニオンを回転させてＹ軸方向に移動する
ようになっており、その結果移動体はＸ−Ｙ軸両方向へ
移動するのである。

また、減速機の下部と可動枠体との間に介装されたバ
ネは、ピニオンとラックとを密着させて両者の間のバッ
クラッシュを解消している。

（課題を解決するための手段）しかしながら、上記の従来の２次元運動可能な移動走
行装置には次のような課題が有る。

移動体をＹ軸方向へ駆動するためのモータが移動体に
設けられ、Ｙ軸方向のレールをＸ軸方向に移動させるた
めのモータがＹ軸方向のレールの中途部に設けられてい
るので移動体の移動範囲内を両モータの配線が移動体の
移動に伴って動くことになり作業の邪魔になってしまう
という課題が有る。また、Ｙ軸方向のレールをＸ軸方向
へ移動するためのモータにかかる負荷にＸ、Ｙ軸方向へ
駆動するための両モータ自身の重量が加えられてしまう
ので効率が悪いという課題が有る。

また、前記移動装置では、バックラッシュを解消して
移動体の位置決め精度を向上させるために前記バネを介
装しているが、構造が複雑になると共に、常時バネ圧が
作用するため、通常の運動時にはその運動性能を低下さ
せてしまうという課題がある。

そこで、本発明は作業性及び効率が良く、運転性能を
低下させずにバックラッシュを解消して繰り返し位置決
め精度を向上できる２次元運動機構を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段）上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備え
る。

すなわち、平行に配された２個の第１軸ボールネジ
と、該２個の第１軸ボールネジ間に跨がって配され、両
端が第１軸ボールネジにそれぞれ螺合され、第１軸ボー
ルネジの回転に伴い該第１軸ボールネジの軸線と平行な
第１軸方向へ移動可能な第１の駆動体と、一方の前記第
１軸ボールネジの端部側に固定され、一方の第１軸ボー
ルネジを直接回転させる第１の駆動手段と、前記各々の
第１軸ボールネジと一体に回転可能に設けられた２個の
第１笠歯車、及び両端に該２個の第１笠歯車とそれぞれ
歯合する第２笠歯車が設けられた連結シャフトから成
り、前記第１の駆動手段の回転力を他方の第１軸ボール
ネジへ伝達すると共に、他方の第１軸ボールネジを一方
の第１軸ボールネジと同一方向へ回転させる伝達機構
と、前記第１の駆動体上で、前記第１軸方向と直角な第
２軸方向へ移動可能にガイドされている第２の駆動体
と、前記第１の駆動体と共に前記第１軸方向へ移動可能
に前記第１の駆動体上に設けられ、前記第２の駆動体を
前記第２軸方向へ移動させる第２の駆動手段とを具備す
ることを特徴とする。

また、前記第１の駆動体上に、軸線が前記第２軸方向
に平行に配された第２軸ボールネジが設けられ、前記第
２の駆動体が、前記第２軸ボールネジに螺合され、第２
軸ボールネジの回転に伴い前記第２軸方向へ移動可能で
あって、前記第２の駆動手段が、前記第２軸ボールネジ
の端部側に設けられ、第２軸ボールネジを直接回転させ
ることで、第２軸方向についても高精度で位置決めが可
能である。

（作用）作用について説明する。

２個の第１軸ボールネジを、１個の第１の駆動手段と
連結シャフトを有する伝達機構を用いて回転させる。こ
の際、連結シャフトが捩じられ、その捩じりによって発
生するトーション効果によってバックラッシュが解消さ
れ、第１の駆動体の繰り返し位置決め精度を向上でき、
その第１の駆動体上で移動する第２の駆動体の位置決め
精度を結果として向上できる。

そして、以上のような作用に加えて、第１の駆動手段
は第１の駆動体に設けられておらず、固定されているた
め、第１の駆動手段自身の重量が負荷とはならず、経済
運転が可能であると共に多様な作業が可能となるのであ
る。

（実施例）以下、本発明の好適な実施例について添付図面と共に
詳述する。

まず構成について説明する。

10a、10bは第１軸ボールネジであり、Ｙ軸方向へ互い
に所定間隔をもって平行かつ同一水平面内に配設されて
いる。第１軸ボールネジ10aの一端には第１の駆動手段
であるDCサーボモータ12が連結され、このモータ12によ
って他端が軸支された第１軸ボールネジ10aが正逆回転
可能になっている。またモータ12は取付具（不図示）を
介して本体へ固定されている。一方、第１軸ボールネジ
10bは両端が軸支されると共に、後述する伝達機構14を
介してモータ12の回転トルクが伝達され、第１軸ボール
ネジ10aと同方向、同速度で回転可能になっている。

第１軸ボールネジ10aと10bを連結する伝達機構14につ
いて説明する。

16a、16bは第１の笠歯車であり、第１軸ボールネジ10
a、10bのそれぞれの一端部に設けられている。第１の笠
歯車16a、16bのギア比は1:1に設定されている。また、1
8は金属製の連結シャフトであり、カプラ20・・・を介
して両端には第２の笠歯車22a、22bが取付けられ、伝達
軸として作用している。

第２の笠歯車22a、22bは前記第１の笠歯車16a、16bと
噛合しており、第２の笠歯車22aと22bのギア比も1:1な
ので第１の笠歯車16aの回転は第２の笠歯車22a、連結シ
ャフト18、及び第２の笠歯車22bを介して第１の笠歯車1
6bへ伝達される。なお、カプラ20・・・は公知のカプラ
が用いられており、第２の笠歯車22a、22bと連結シャフ
ト18を連結すると共に、第２の笠歯車22aと22bとの間の
距離を調整可能になっている。24・・・も同じカプラで
ある。

26は第１の駆動体であり、第１軸ボールネジ10a、10b
の間に跨がり両端が第１軸ボールネジ10a、10bへそれぞ
れ螺着された長尺のブロック体である。第１の駆動体26
は第１軸ボールネジ10a、10bに対し直角に設けられてお
り、第１軸ボールネジ10a、10bが回転すると第１の駆動
体26は第１軸ボールネジ10a、10b上をＹ軸方向へ水平移
動する。

28は第２軸ボールネジであり、第１の駆動体26上に第
１軸ボールネジ10a、10bに対して直角に配設されてい
る。

30は第２の駆動手段たるDCサーボモータであり、第２
軸ボールネジ28の一端側へ連結されると共に、第１の駆
動体26上に取付具（不図示）に介して固定されている。
このモータ30により他端が第１の駆動体26上に軸支され
た第２軸ボールネジ28は正逆回転可能になっている。

32は第２の駆動体であり、第２軸ボールネジ28に螺合
されている。第２の駆動体32はまた、第１の駆動体26上
に設けられた直動ガイド34に嵌合している。この嵌合に
よってモータ30が第２軸ボールネジ28を回転した際に第
２の駆動体32を回転させることなく第２軸ボールネジ28
上をＸ軸方向へ水平移動させ得るのである。

36はステージであり、第２の駆動体32に取り付けられ
ており、このステージ36上にワークや工具をセットして
作業を行うことが可能となる。なお、ステージ36は図示
の他、様々な形態の物が使用可能となる上、第２の駆動
体32上に直接ワークや工具をセットすることもできる。

なお、モータ12、30の回転速度、回転方向は不図示の
制御機構によってプログラム又はマニュアル操作に従っ
てコントロールされるのである。

次に動作について説明する。

第２の駆動体32に取り付けられたステージ36のＸ−Ｙ
方向の位置を決めるためには、まずモータ12が駆動され
る。すると第１軸ボールネジ10aはモータ12によって直
接、第１軸ボールネジ10bは伝達機構14である第１の笠
歯車16a〜第２の笠歯車22a〜連結シャフト18〜〜第２の
笠歯車22b〜第１の笠歯車16bを介して回転させられる。
第１軸ボールネジ10aと10bの回転方向、回転速度は同一
なので第１の駆動体26は第１軸ボールネジ10a、10bの回
転方向、回転量に応じた所定のＹ軸方向の座標位置へ移
動する。次にモータ30が駆動され、第２の駆動体32はモ
ータ30によって直接駆動された第２軸ボールネジ28の回
転方向、回転量に応じた所定のＸ軸方向の座標位置へ移
動する。これによりステージ36のＸ−Ｙ座標位置が決定
されるのである。

伝達機構14として第１の笠歯車16a、16b、第２の笠歯
車22a、22b及び連結シャフト８を用いているためステー
ジ36の繰返し位置決め精度を格段に向上させることがで
きる。この点について説明すると、まずステージ36のＸ
軸方向の繰返し位置決め精度は第２軸ボールネジ28をモ
ータ30で直接駆動しているため高精度で位置決めが可能
である。

一方、Ｙ軸方向は第１軸ボールネジ10aと10bを、もし
２個のモータで駆動すると両モータの調整によって第１
軸ボールネジ10aと10bの回転数の一致の調整が難しくな
り、繰返し位置決めの精度が出しにくい。しかし本実施
例の伝達機構を介した構造にすると１個のモータ12で第
１軸ボールネジ10aと10bを駆動するのでステージ36のＹ
軸方向における最大誤差は笠歯車16a、16b、22a、22bの
バックラッシュによって決まってしまう。例えば笠歯車
16a、16b、22a、22bのバックラッシュが±３分の時、第
１軸ボールネジ10bのリードが5mmであればステージ36の
最大変倚量は次のようになる。

つまりステージ36のＹ軸方向の最大誤差は0.0027mmと
なる。この最大誤差は笠歯車16a、16b、22a、22bのバッ
クラッシュによって予め決まってしまうものであり、ス
テージ36のストローク等には無関係となり精度出しには
有利である。

本実施例においては、前述の伝達機構14を用いること
により、笠歯車16a、16b、22a、22bのバックラッシュに
よって決まる誤差の範囲内にステージ36の位置決め誤差
を抑制できるという繰返し位置決め精度のアップに加え
て、連結シャフト18に加えるトーション（torsion）に
よって笠歯車のバックラッシュを打ち消す作用も有す
る。すなわち、モータ12が回転して第１軸ボールネジ10
aを直接駆動し、第１軸ボールネジ10bは伝達機構14を介
して駆動される。モータ12の回転数の上昇中（加速中）
においては第１軸ボールネジ10bは伝達機構14を介して
駆動されるため、モータ12にとって第１軸ボールネジ10
bを駆動する負荷の方が第１軸ボールネジ10aを駆動する
負荷より大きくなる。従って、第１軸ボールネジ10bの
回転の方が第１軸ボールネジ10aより若干遅れるため連
結シャフト18にはトーションが生じる。しかし、モータ
12の回転が等速回転に達すると第１軸ボールネジ10a、1
0bの回転も等速となりこのトーションは消滅する。一
方、モータ12が減速から停止に至る間において、第１軸
ボールネジ10aはモータ12の減速に速やかに反応する
が、伝達機構14を介して駆動される第１軸ボールネジ10
bは貫性力によって減速が第１軸ボールネジ10aより若干
遅れ、連結シャフト18には加速中のトーションとは逆方
向のトーションが生じる。そして、モータ12が停止すれ
ば第１軸ボールネジ10a、10bも停止するが、貫性力によ
って第１軸ボールネジ10bは若干遅れて停止し、本来な
らば連結シャフト18のトーションも消滅するのである。
しかし、実際には第１軸ボールネジ10bと第１の駆動体2
6間の摩擦抵抗や、第２の駆動体32と直動ガイド34間の
摩擦抵抗によりトーションが残ってしまう。これを残留
トーションと呼ぶ。この残留トーションに起因する連結
シャフト18の両端を逆方向へ回転させようとする力が第
２の笠歯車22a、22bの歯をそれぞれ第１の笠歯車16a、1
6bの歯へ圧接する力となって実質的には笠歯車16a、16
b、22a、22bのバックラッシュを打ち消してしまうので
ある。

従って、実際のステージ36のＹ軸方向における繰り返
し位置決めの最大誤差は0.0027mmより小さく0.001mm程
度まで抑制させることができ、極めて有利である。

以上、本発明の好適な実施例について種々述べて来た
が、本発明は上述の実施例に限定されるのではなく、発
明の精神を逸脱しない範囲でさらに多くの改変を施し得
るのはもちろんである。

（発明の効果）本発明に係る２次元運動機構を用いると、２個の第１
軸ボールネジを、一方の第１軸ボールネジを直接回転さ
せる第１の駆動手段と、連結シャフトを有する伝達機構
とを用いて回転させる。この際、連結シャフトが捩じら
れ、その捩じりによって発生するトーション効果によっ
てバックラッシュが解消され、第１の駆動体の繰り返し
位置決め精度を向上でき、その第１の駆動体上で移動す
る第２の駆動体の位置決め精度を結果として向上できる
という著効を奏する。

そして、以上のような効果に加えて、第１の駆動手段
は第１の駆動体に設けられておらず、固定されているた
め、第１の駆動手段自身の重量が負荷とはならず、経済
運転が可能であると共に多様な作業が可能となる等の著
効を奏する。

従って、本発明に係る２次元運動機構によれば、作業
性及び効率が良く、運動性能を低下させずにバックラッ
シュを解消して繰り返し位置決め精度を向上できるとい
う著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る２次元運動機構の実施例を示した
平面図。 10a,10b……第１軸ボールネジ、12……D.C.サーボモー
タ、14……伝達機構、26……第１の駆動体、28……第２
軸ボールネジ、30……D.C.サーボモータ、32……第２の
駆動体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16H 25/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平行に配された２個の第１軸ボールネジ
と、該２個の第１軸ボールネジ間に跨がって配され、両端が
第１軸ボールネジにそれぞれ螺合され、第１軸ボールネ
ジの回転に伴い該第１軸ボールネジの軸線と平行な第１
軸方向へ移動可能な第１の駆動体と、一方の前記第１軸ボールネジの端部側に固定され、一方
の第１軸ボールネジを直接回転させる第１の駆動手段
と、前記各々の第１軸ボールネジと一体に回転可能に設けら
れた２個の第１笠歯車、及び両端に該２個の第１笠歯車
とそれぞれ歯合する第２笠歯車が設けられた連結シャフ
トから成り、前記第１の駆動手段の回転力を他方の第１
軸ボールネジへ伝達すると共に、他方の第１軸ボールネ
ジを一方の第１軸ボールネジと同一方向へ回転させる伝
達機構と、前記第１の駆動体上で、前記第１軸方向と直角な第２軸
方向へ移動可能にガイドされている第２の駆動体と、前記第１の駆動体と共に前記第１軸方向へ移動可能に前
記第１の駆動体上に設けられ、前記第２の駆動体を前記
第２軸方向へ移動させる第２の駆動手段とを具備するこ
とを特徴とする２次元運動機構。
【請求項２】前記第１の駆動体上に、軸線が前記第２軸
方向に平行に配された第２軸ボールネジが設けられ、前記第２の駆動体が、前記第２軸ボールネジに螺合さ
れ、第２軸ボールネジの回転に伴い前記第２軸方向へ移
動可能であって、前記第２の駆動手段が、前記第２軸ボールネジの端部側
に設けられ、第２軸ボールネジを直接回転させることを
特徴とする請求項１記載の２次元運動機構。