JP3346838B2 - 回転運動機構 - Google Patents

回転運動機構

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は回転運動機構に関し、一
層詳細には出力軸を軸線を中心として回転させる回転運
動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】出力軸を軸線を中心として回転させる回
転運動機構としては、例えば加工用インデックステーブ
ルが知られている。インデックステーブルは、モータの
回転を減速機構を介して出力軸の回転に変換し、出力軸
に取り付けられたテーブルを出力軸の軸線を中心として
回転させる構成になっている。テーブル上に載置された
ワークの加工工程に応じてテーブルを所定角度回動さ
せ、順次加工工程を進める。テーブルを回動させてワー
クを所定位置へ正確に移動させるために、テーブルの回
動角度が制御される。この制御は、モータの回転、ひい
ては出力軸の回転角度を制御することで行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の回転運動機構には次のような課題がある。例えば
上記のインデックステーブルの場合、テーブルの回動角
度の制御は出力軸の回転角度の制御で行われる。この種
の制御において、高精度の機構を使用しても誤差は避け
ることができない。インデックステーブルの場合、特に
ワーク等は、作業空間を確保する等の理由からテーブル
の外縁部近傍に載置される。そのため、出力軸における
制御誤差が僅かであっても出力軸から遠く離れた当該外
縁部近傍では当該誤差が拡大されてしまい位置決め精度
を高くするのが困難であるという課題がある。従って、
本発明は出力軸の回転角度制御を高精度で行い得る回転
運動機構を提供することを目的とする。
【０００４】
【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、第１の方向
へ平行に配設された１対の第１軸ガイドと、前記第１の
方向に対して直角な第２の方向へ平行に配設された１対
の第２軸ガイドと、前記第１軸ガイドと平行に配され、
各端部がそれぞれ前記第２軸ガイドへ移動可能に連繋さ
れ、第２軸ガイドに沿って前記第２の方向へ移動可能な
第１軸移動ガイドと、前記第２軸ガイドと平行に配さ
れ、各端部がそれぞれ前記第１軸ガイドへ移動可能に連
繋され、第１軸ガイドに沿って前記第１の方向へ移動可
能な第２軸移動ガイドと、前記第１軸移動ガイドと第２
軸移動ガイド上を移動可能な移動体と、該移動体を前記
第１の方向へ移動させるための第１の駆動手段と、前記
移動体を前記第２の方向へ移動させるための第２の駆動
手段と、軸線を中心として回転可能な出力軸と、一端部
が前記移動体に対して回動可能、かつ長さ方向へ移動可
能に連繋され、他端部は前記出力軸の一端へ固定され、
移動体が出力軸の周囲を旋回した際には出力軸を回転さ
せるレバー片とを具備することを特徴とする。また、前
記第１の駆動手段は、前記移動体を前記第１の方向へ移
動させるための第１のボールネジと、該第１のボールネ
ジを回転させるための第１のモータとから成り、前記第
２の駆動手段は、前記移動体を前記第２の方向へ移動さ
せるための第２のボールネジと、該第２のボールネジを
回転させるための第２のモータとから成ることで精度を
高くすることができる。 また、前記出力軸へ回転テーブ
ルが固定されていることで、好適なインデックステーブ
ルを得ることができる。さらに、上記の回転運動機構に
おいて、前記第１軸移動ガイドの前記第１軸ガイドとの
平行度を保持するための第１の平行保持機構と、前記第
２軸移動ガイドの前記第２軸ガイドとの平行度を保持す
るための第２の平行保持機構を設けてもよい。また、前
記第１の平行保持機構および前記第２の平行保持機構
は、ラック・ピニオン機構であってもよい。
【０００５】
【作用】作用について説明する。レバー片は、一端部が
移動体に対して回動可能、かつ長さ方向へ移動可能に連
繋され、、他端部は軸線を中心として回転可能な出力軸
の一端へ固定されている。そこで、第１のボールネジお
よび第２のボールネジを回転させることにより、移動体
が出力軸の周囲を旋回した際には出力軸は軸線を中心と
して回転可能になっている。特に、第１軸移動ガイドの
第１軸ガイドとの平行度を保持するための第１の平行保
持機構と、第２軸移動ガイドの第２軸ガイドとの平行度
を保持するための第２の平行保持機構を設けると、移動
体の変位に伴い第１軸移動ガイドおよび第２軸移動ガイ
ドが、第１軸ガイドおよび第２軸ガイドに対して傾斜し
ようとしても第１の平行保持機構および第２の平行保持
機構により当該傾斜を防止可能となる。
【０００６】
【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。なお、本実施例では回転運動機構の
例としてインデックステーブルを例に挙げて説明する。
図１は本実施例の回転運動機構を採用したインデックス
テーブルの平面図であり、図２はその内部構造を示した
平面図であり、図３は移動体等の内部構造を示した部分
断面平面図であり、図４は正面断面図である。１０は本
体を構成する上部カバーであり、１２は本体を構成する
下部カバーである。上部カバー１０と下部カバー１２
は、四隅に配設された連結ブロック１４を介して連結さ
れている。１６は回転テーブルであり、後述する構成に
より上部カバー１０の上方において回転可能になってい
る。回転テーブル１６の上面には、例えば加工されるワ
ーク（不図示）が載置され、加工工程の進行に伴い回転
する回転テーブル１６によって所定位置へ移動される。
【０００７】１８ａ、１８ｂはＸ軸方向（第１の方向）
へ平行に配設された１対のＸ軸ガイド（第１軸ガイド）
である。Ｘ軸ガイド１８ａ、１８ｂは直動ガイドであ
り、下部カバー１２上面に固定されている。２０ａ、２
０ｂはＹ軸方向（第２の方向）へ平行に配設された１対
のＹ軸ガイド（第２軸ガイド）である。Ｙ軸ガイド２０
ａ、２０ｂは、Ｘ軸ガイド１８ａ、１８ｂに対して直角
な方向へ配設されている。Ｙ軸ガイド２０ａ、２０ｂも
直動ガイドであり、下部カバー１２上面に固定されてい
る。２２はＸ軸ロッド（第１軸移動ガイド）であり、Ｘ
軸ガイド１８ａ、１８ｂと平行に配され、各端部は、Ｙ
軸ガイド２０ａ、２０ｂ上をＹ軸方向へスライド可能な
スライダ２４ｃ、２４ｄへそれぞれ回転可能に挿通され
ている。従って、Ｘ軸ロッド２２は、スライダ２４ｃ、
２４ｄと共にＸ軸ガイド１８ａ、１８ｂと平行な状態で
Ｙ軸方向へ移動可能になっている。なお、Ｘ軸ロッド２
２は、スライダ２４ｃ、２４ｄに対して長さ方向へは、
止輪によって移動不能になっている。
【０００８】２６はＹ軸ロッド（第２軸移動ガイド）で
あり、Ｙ軸ガイド２０ａ、２０ｂと平行に配され、各端
部は、Ｘ軸ガイド１８ａ、１８ｂ上をＸ軸方向へスライ
ド可能なスライダ２４ａ、２４ｂへそれぞれ回転可能に
挿通されている。従って、Ｙ軸ロッド２６は、スライダ
２４ａ、２４ｂと共にＹ軸ガイド２０ａ、２０ｂと平行
な状態でＸ軸方向へ移動可能になっている。なお、Ｙ軸
ロッド２６は、スライダ２４ａ、２４ｂに対して長さ方
向へは、止輪によって移動不能になっている。２８は移
動体であり、下部にＸ軸ロッド２２が回転可能に挿通さ
れ、上部にＹ軸ロッド２６が回転可能に挿通されてい
る。移動体２８は、スライド軸受を介してＸ軸ロッド２
２およびＹ軸ロッド２６上をＸ軸方向およびＹ軸方向へ
スライド可能になっている。従って、移動体２８はＸ軸
ガイド１８ａ、１８ｂとＹ軸ガイド２０ａ、２０ｂに囲
繞されて成る矩形平面２９内において、２次元運動可能
になっている。
【０００９】３０は第１のボールネジである高精度のＸ
軸ボールネジであり、Ｘ軸方向へ配されると共に、スラ
イダ２４ｃ、２４ｄ間へ回転可能に架設されている。Ｘ
軸ボールネジ３０は、移動体２８の下部内に固定されて
いるボールナット（不図示）へ螺合している。Ｘ軸ボー
ルネジ３０が回転すると移動体２８はＸ軸方向へ移動さ
れる。その移動の際に、Ｙ軸ロッド２６およびスライダ
２４ａ、２４ｂ等が移動体２８と一体にＸ軸方向へ移動
する。３２は第２のボールネジである高精度のＹ軸ボー
ルネジであり、Ｙ軸方向へ配されると共に、スライダ２
４ａ、２４ｂ間へ回転可能に架設されている。Ｙ軸ボー
ルネジ３２は、移動体２８の上部内に固定されているボ
ールナット５４へ螺合している。Ｙ軸ボールネジ３２が
回転すると移動体２８はＹ軸方向へ移動される。その移
動の際に、Ｘ軸ロッド２２およびスライダ２４ｃ、２４
ｄ等が移動体２８と一体にＹ軸方向へ移動する。３４は
出力軸であり、ボールベアリングを介し、上部カバー１
０に対して軸線を中心として回転可能になっている。出
力軸３４の上端は、上部カバー１０から突出しており、
回転テーブル１６へ連結されている。従って、出力軸３
４が回転すると回転テーブル１６が回転する。
【００１０】３６はレバー片であり、移動体２８が出力
軸３４の周囲を旋回した際には出力軸３４を回転させ
る。レバー片３６は、一端部が移動体２８の上面に軸受
を介して軸着されている連繋部材３８の凹溝４０内へス
ライド可能に嵌合している。従って、移動体２８は、レ
バー片３６に対してレバー片３６の長さ方向へ移動可能
かつ回動可能に連繋されている。また、レバー片３６の
他端部は出力軸３４の下端へ連結、固定されている。４
２は第１のモータであり、Ｘ軸ボールネジ３０を回転さ
せる。第１のモータ４２は停止ロック機構付きのサーボ
モータであり、スライダ２４ｄに搭載されている。第１
のモータ４２の回転方向を選択することにより、Ｘ軸ボ
ールネジ３０の回転方向を選択でき、ひいては移動体２
８等のＸ軸方向の移動方向を決めることが可能となる。
【００１１】４４は第２のモータであり、Ｙ軸ボールネ
ジ３２を回転させる。第２のモータ４４も停止ロック機
構付きのサーボモータであり、スライダ２４ｂに搭載さ
れている。第２のモータ４４の回転方向を選択すること
により、Ｙ軸ボールネジ３２の回転方向を選択でき、ひ
いては移動体２８等のＹ軸方向の移動方向を決めること
が可能となる。４６ａ、４６ｂはＸ軸ラックであり、下
部カバー１２上面に固定されると共に、Ｘ軸方向へ平行
に配設されている。４８ａ、４８ｂはＹ軸ラックであ
り、下部カバー１２上面に固定されると共に、Ｙ軸方向
へ平行に配設されている。
【００１２】５０ａ、５０ｂはＹ軸ピニオンであり、ス
ライダ２４ｃ、２４ｄの外側へ突出しているＸ軸ロッド
２２の両端部に固定されている。Ｙ軸ピニオン５０ａ、
５０ｂは、Ｙ軸ラック４８ａ、４８ｂとそれぞれ噛合し
ている。Ｘ軸ロッド２２が移動体２８と共にＹ軸方向へ
移動される場合、Ｙ軸ピニオン５０ａ、５０ｂはＹ軸ラ
ック４８ａ、４８ｂ上を転動する。その際、Ｘ軸ロッド
２２もＹ軸ピニオン５０ａ、５０ｂと一体に回転する。
Ｘ軸ロッド２２の回転、移動中、Ｘ軸ロッド２２をＸ軸
に対して傾斜させるような外力が作用してもＹ軸ピニオ
ン５０ａ、５０ｂとＹ軸ラック４８ａ、４８ｂが噛合し
ているのでＸ軸ロッド２２のＸ軸ガイド１８ａ、１８ｂ
との平行度を常時保持することが可能となる。すなわ
ち、Ｙ軸ラック４８ａ、４８ｂとＹ軸ピニオン５０ａ、
５０ｂで第１の平行保持機構を構成する。
【００１３】５２ａ、５２ｂはＸ軸ピニオンであり、ス
ライダ２４ａ、２４ｂの外側へ突出しているＹ軸ロッド
２６の両端部に固定されている。Ｘ軸ピニオン５２ａ、
５２ｂは、Ｘ軸ラック４６ａ、４６ｂとそれぞれ噛合し
ている。Ｙ軸ロッド２６が移動体２８と共にＸ軸方向へ
移動される場合、Ｘ軸ピニオン５２ａ、５２ｂはＸ軸ラ
ック４６ａ、４６ｂ上を転動する。その際、Ｙ軸ロッド
２６もＸ軸ピニオン５２ａ、５２ｂと一体に回転する。
Ｙ軸ロッド２６の回転、移動中、Ｙ軸ロッド２６をＹ軸
に対して傾斜させるような外力が作用してもＸ軸ピニオ
ン５２ａ、５２ｂとＸ軸ラック４６ａ、４６ｂが噛合し
ているのでＹ軸ロッド２６のＹ軸ガイド２０ａ、２０ｂ
との平行度を常時保持することが可能となる。すなわ
ち、Ｘ軸ラック４６ａ、４６ｂとＸ軸ピニオン５２ａ、
５２ｂで第２の平行保持機構を構成する。
【００１４】従って、高精度のＸ軸ボールネジ３０およ
びＹ軸ボールネジ３２の使用に加え、第１および第２の
平行保持機構を使用することにより、移動体２８等の位
置決め精度をさらに向上させている。また、移動体２８
の変位に伴いＸ軸ロッド２２およびＹ軸ロッド２６が、
Ｘ軸ガイド１８ａ、１８ｂおよびＹ軸ガイド２０ａ、２
０ｂに対して傾斜しようとしても第１および第２の平行
保持機構が当該傾斜を防止可能となり、出力軸３４から
安定した高精度の回転力を取り出すことができると共
に、機構全体の振動、騒音の発生等を防止することも可
能になっている。
【００１５】次に動作について説明する。本実施例にお
いて、Ｘ軸ボールネジ３０とＹ軸ボールネジ３２の駆動
制御は、第１のモータ４２および第２のモータ４４をマ
イクロコンピュータ内蔵の制御装置で制御することによ
り行われている。例えば、図２において、図示の状態で
第１のモータ４２を駆動してＸ軸ボールネジ３０を回転
させ、移動体２８等をＸ軸方向右方へ移動させる。移動
体２８がＸ軸方向右方の所定位置へ達したら、第１のモ
ータ４２を停止し、第２のモータ４４を駆動させ、Ｙ軸
ボールネジ３２を回転させ、移動体２８等をＹ軸方向下
方へ移動させる。移動体２８がＹ軸方向下方の所定位置
へ達したら、第２のモータ４４を停止し、第１のモータ
４２を駆動させ、Ｘ軸ボールネジ３０を回転させ、移動
体２８等をＸ軸方向左方へ移動させる。移動体２８がＸ
軸方向左方の所定位置へ達したら、第１のモータ４２を
停止し、第２のモータ４４を駆動させ、Ｙ軸ボールネジ
３２を回転させ、移動体２８等をＹ軸方向上方へ移動さ
せる。
【００１６】これを繰り返すことにより、移動体２８は
出力軸３４の周囲を連続的に時計方向へ旋回させること
ができる。移動体２８の旋回の際、レバー片３６の一端
部は連繋部材３８が設けられているので、移動体２８に
対して回動可能、かつ長さ方向へ移動可能になっている
ので、レバー片３６はクランクとなり、出力軸３４を軸
線を中心に時計方向へ回転させることができる。その結
果、回転テーブル１６も同方向へ回転させることができ
る。なお、出力軸３４および回転テーブル１６を反時計
方向へ回転させる場合は、第１のモータ４２および第２
のモータ４４を制御して移動体２８を上述と逆方向へ移
動させればよい。
【００１７】回転テーブル１６の回転角度を制御する場
合は、移動体２８のＸ軸方向の位置とＹ軸方向の位置で
制御することができる。本実施例の場合、Ｘ軸ボールネ
ジ３０とＹ軸ボールネジ３２をサーボモータ４２、４４
で制御しているため、移動体２８のＸ−Ｙ位置を極めて
高い精度で決めることが可能である。加えて、移動体２
８の位置はレバー片３６の最も外側であって、最も回転
移動量の大きな一端部の位置と略等しい。従って、大き
な移動距離内に比較的多くの位置決め制御位置を設定可
能となる。このことは移動体２８のＸ軸方向およびＹ軸
方向の制御分解能、ひいては出力軸３４と回転テーブル
１６の回動角度の制御分解能を高くできることを意味す
る。レバー片３６の最も内側である出力軸３４近傍では
回転移動量が極めて小さいため、前記制御分解能を向上
させることは不可能である。また、本実施例ではレバー
片３６の最も外側を移動体２８で駆動するので、回転ト
ルクも大きくすることができ、重量のある回転テーブル
１６であっても容易に回転させることができる。
【００１８】さらに、第１のモータ４２および第２のモ
ータ４４を停止させた場合、モータ４２、４４によるＸ
軸ボールネジ３０とＹ軸ボールネジ３２のロック機能に
加え、Ｙ軸ラック４８ａ、４８ｂとＹ軸ピニオン５０
ａ、５０ｂが噛合し、Ｘ軸ラック４６ａ、４６ｂとＸ軸
ピニオン５２ａ、５２ｂが噛合しているので回転テーブ
ル１６の保持トルクも極めて大きくすることができる。
本実施例では図示しないが、回転テーブル１６の実際の
回転角度等を計測するための検出手段（例えばロータリ
エンコーダ）を出力軸３４へ設けてもよい。
【００１９】本実施例では前述のように、レバー片３６
の最も外側を移動体２８で駆動することにより、出力軸
３４等のの制御分解能を高くできる。従って、本実施例
に係る回転運動機構において、レバー片３６の長さを長
くすると、ボールネジ３０、３２ほど精度が高くない駆
動手段（例えばタイミングベルトとタイミングプーリ、
チェーンとスプロケット等）をサーボモータで駆動して
移動体２８をＸ−Ｙ方向へ移動させる構造（例えば米国
特許第４、９９５、２７７号公報、図１４参照）でも十
分な精度の回転運動機構を実現できる。つまり、この回
転運動機構は、ボールネジ以外の駆動手段でも有効な機
構を実現できる発展性を含む機構でもある。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、例えば第１軸移
動ガイドと第２軸移動ガイドはロッドではなくプレート
上に固定された直動ガイドで構成し、移動体２８を移動
可能に係合させてもよい等、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。
【００２０】
【発明の効果】本発明に係る回転運動機構を用いると、
レバー片は、一端部が移動体に対して回動可能、かつ長
さ方向へ移動可能に連繋され、、他端部は軸線を中心と
して回転可能な出力軸の一端へ固定されている。そこ
で、第１のボールネジおよび第２のボールネジを回転さ
せることにより、移動体が出力軸の周囲を旋回した際に
は出力軸は軸線を中心として回転する。出力軸の回転
は、移動体の位置を第１のボールネジと第２のボールネ
ジで制御することにより制御しているため、移動体の位
置を極めて高い精度で決めることが可能である。さら
に、移動体の位置はレバー片の最も外側であって、最も
回転移動量の大きな一端部の位置となるので、この大き
な移動距離内に移動体の位置決め制御位置を多数設定可
能となる。すなわち、移動体の位置決めの制御分解能、
ひいては出力軸の回動角度分解能を向上させることがで
きる。
【００２１】特に、請求項２の構成を採用すると、移動
体の変位に伴い第１軸移動ガイドおよび第２軸移動ガイ
ドが、第１軸ガイドおよび第２軸ガイドに対して傾斜し
ようとしても第１の平行保持機構および第２の平行保持
機構により当該傾斜を防止可能となるので、さらに高精
度の制御が可能となり、運転中の振動、騒音の発生を防
止可能となる。また、第１のモータおよび第２のモータ
が停止した状態において、外力に対して変位を防止可能
な大きな保持トルクを得ることができる等の著効を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転運動機構の実施例であるイン
デックステーブルの平面図。
【図２】実施例の内部構造を示した平面図。
【図３】実施例の移動体等の内部構造を示した部分断面
平面図。
【図４】実施例の正面断面図。
【符号の説明】
１８ａ、１８ｂ Ｘ軸ガイド ２０ａ、２０ｂ Ｙ軸ガイド ２２ Ｘ軸ロッド ２６ Ｙ軸ロッド ２８ 移動体 ２９ 矩形平面 ３０ Ｘ軸ボールネジ ３２ Ｙ軸ボールネジ ３４ 出力軸 ３６ レバー片 ４２ 第１のモータ ４４ 第２のモータ ４６ａ、４６ｂ Ｘ軸ラック ４８ａ、４８ｂ Ｙ軸ラック ５０ａ、５０ｂ Ｙ軸ピニオン ５２ａ、５２ｂ Ｘ軸ピニオン

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の方向へ平行に配設された１対の第
    １軸ガイドと、 前記第１の方向に対して直角な第２の方向へ平行に配設
    された１対の第２軸ガイドと、 前記第１軸ガイドと平行に配され、各端部がそれぞれ前
    記第２軸ガイドへ移動可能に連繋され、第２軸ガイドに
    沿って前記第２の方向へ移動可能な第１軸移動ガイド
    と、 前記第２軸ガイドと平行に配され、各端部がそれぞれ前
    記第１軸ガイドへ移動可能に連繋され、第１軸ガイドに
    沿って前記第１の方向へ移動可能な第２軸移動ガイド
    と、前記第１軸移動ガイドと第２軸移動ガイド上を移動可能
    な移動体と、 該移動体を前記第１の方向へ移動させるための第１の駆
    動手段と、 前記移動体を前記第２の方向へ移動させるための第２の
    駆動手段と、 軸線を中心として回転可能な出力軸と、 一端部が前記移動体に対して回動可能、かつ長さ方向へ
    移動可能に連繋され、他端部は前記出力軸の一端へ固定
    され、移動体が出力軸の周囲を旋回した際には出力軸を
    回転させるレバー片とを具備することを特徴とする回転
    運動機構。
  2. 【請求項２】 前記第１の駆動手段は、前記移動体を前
    記第１の方向へ移動させるための第１のボールネジと、
    該第１のボールネジを回転させるための第１のモータと
    から成り、 前記第２の駆動手段は、前記移動体を前記第２の方向へ
    移動させるための第２のボールネジと、該第２のボール
    ネジを回転させるための第２のモータとから成ることを
    特徴とする請求項１記載の回転運動機構。
  3. 【請求項３】 前記出力軸へ回転テーブルが固定されて
    いることを特徴とする請求項１又は２記載の回転運動機
    構。
  4. 【請求項４】 前記第１軸移動ガイドの前記第１軸ガイ
    ドとの平行度を保持するための第１の平行保持機構と、 前記第２軸移動ガイドの前記第２軸ガイドとの平行度を
    保持するための第２の平行保持機構とを具備することを
    特徴とする請求項１、２又は３記載の回転運動 機構。
  5. 【請求項５】 前記第１の平行保持機構および前記第２
    の平行保持機構は、ラック・ピニオン機構であることを
    特徴とする請求項４記載の回転運動機構。
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