JP3500836B2

JP3500836B2 - テーブル駆動装置

Info

Publication number: JP3500836B2
Application number: JP04929896A
Authority: JP
Inventors: 仁志三宮
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 2004-02-23
Anticipated expiration: 2016-03-06
Also published as: JPH09242840A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械，ロボッ
トその他種々の産業機械装置に好適に利用できるテーブ
ル駆動装置に係り、特に、１軸で軸回転と直線移動との
２自由度を有するアクチュエータにより２台のテーブル
をそれぞれ独立に運動させ得るテーブル駆動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、１軸の案内軸上で２台のテーブル
を動かすためには、ナット回転タイプのボールねじ装置
またはリニア駆動モータ等を使用する必要があった。

【０００３】ナット回転タイプのボールねじ装置を利用
したテーブル駆動装置としては、例えば特開平７−２０
８５７２号公報に開示されたものがある。このものは、
外周面にボールねじ溝を有するねじ軸は両端部が基台上
に固定支持されている。このねじ軸に、内周面にボール
ねじ溝を有するボールねじナットが多数のボールを介し
て螺合されており、そのボールねじナットを内蔵したテ
ーブルが、直線案内装置を介して軸方向移動自在に基台
上に配設されている。そして、テーブル上に搭載したモ
ータで例えばベルトを介して前記ボールねじナットを正
逆に回転させて、テーブルを直線往復移動させる。こう
したボールねじ装置を利用したテーブル駆動装置は、テ
ーブルの高速送りと正確な位置決めを可能とする。ま
た、１本のねじ軸にそれぞれボールねじナットを内蔵さ
せた２台のテーブルを組み合わせて、各テーブル毎にナ
ット回転駆動モータを搭載すれば、１軸の案内軸上で２
台のテーブルを自在に動かすテーブル駆動装置が実現で
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のナット回転タイプのボールねじ装置を利用し
たテーブル駆動装置は、ナットを回転させるための駆動
モータをテーブルに搭載する必要があるため、小型化す
ることが難しく、また、可動体への電気配線等の処理も
複雑にならざるを得ないという未解決の課題がある。

【０００５】なお、ボールねじ装置の代わりにリニア駆
動モータを利用したテーブル駆動装置にすれば小型化も
可能であるが、その場合には価格，使用条件等の制約が
あって採用範囲が制限されてしまう。

【０００６】そこで、本発明はこのような従来のテーブ
ル駆動装置の課題に着目してなされたものであり、１軸
で軸回転と直線移動との２自由度を有するアクチュエー
タにより２台のテーブルをそれぞれ独立に運動させ得
る、小型で構造の簡単なテーブル駆動装置を提供するも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
テーブル駆動装置の発明は、螺旋状のねじ溝と該ねじ溝
と交叉して軸方向に延びるスプライン溝とを外周面に有
する駆動軸、該駆動軸に嵌合するとともに前記ねじ溝に
係合するねじナット及び前記駆動軸に嵌合するとともに
前記スプライン溝に係合するスプラインナットを備え、
それら両ナットは軸受を介して回転自在にハウジングに
支持されるとともにそれぞれ駆動モータに連結されて、
前記駆動軸が軸回転と軸直線移動との２自由度を有する
アクチュエータと、前記駆動軸に沿って延設された案内
軸と、該案内軸に係合して軸方向に案内されるとともに
前記駆動軸の一端に軸受を介して前記駆動軸が相対回転
自在に係合した第１のスライドテーブルと、前記案内軸
に係合して軸方向に案内されるとともに前記駆動軸に係
合したねじナットを介して当該駆動軸に係合した第２の
スライドテーブルとを備えたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明の請求項２に係るテーブル駆
動装置の発明は、螺旋状のねじ溝と該ねじ溝と交叉して
軸方向に延びるスプライン溝とを外周面に有する駆動
軸、該駆動軸に嵌合するとともに前記ねじ溝に係合する
ねじナット及び前記駆動軸に嵌合するとともに前記スプ
ライン溝に係合するスプラインナットを備え、それら両
ナットは軸受を介して回転自在にハウジングに支持され
るとともにそれぞれ駆動モータに連結されて、前記駆動
軸が軸回転と直線移動との２自由度を有するアクチュエ
ータと、前記駆動軸に沿って延設された案内軸と、該案
内軸に係合して軸方向に案内されるとともに前記駆動軸
の一端に軸受を介して前記駆動軸が相対回転自在に係合
したスライドテーブルと、該スライドテーブル上に軸受
を介して回転自在に設置されるとともに前記駆動軸に回
転伝達手段を介して連結された回転テーブルとを備えた
ことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態例を図
面を参照して説明する。図１ないし図３は、この発明の
一実施形態例で、第１のスライドテーブル１Ａと第２の
スライドテーブル１Ｂとがそれぞれ独立に軸方向移動
（スライド）できるものである。先ず構成を説明する
と、駆動軸としてのボールねじ軸２は、螺旋状のボール
ねじ溝３と共に、軸方向に直線状のボールスプライン溝
４が軸全長にわたって形成されているスプライン付ボー
ルねじ軸である。もっとも、ボールスプライン溝４につ
いては、ねじ軸の一端側（図の右端）から適宜の長さ
（スライドテーブル１Ａの所要の移動範囲に応じた長
さ。）としても良い。

【００１０】このボールねじ軸２のボールスプライン溝
４を有する一端側に、ボールねじナット５とボールスプ
ラインナット６とが、それぞれ図示されない多数のボー
ルを介して螺着されている。それら両ナット５，６は、
それぞれ軸受のボールベアリング７を介して回転自在に
ハウジング８に支持されており、それぞれに駆動モータ
１０，１１に連結されている。これにより、軸回転と軸
直線移動との２自由度を有するボールねじ軸２を備えた
駆動手段１２が構成されている。

【００１１】そして、この駆動手段１２の延長されたボ
ールねじ軸２に沿って、１軸の案内軸２２がベースＢか
ら延設され、その案内軸２２にスライドテーブル１Ａと
スライドテーブル１Ｂとが取付けられて軸方向に案内さ
れてスライドするようになっている。すなわち、スライ
ドテーブル１Ａは、一端（図の右端）に軸受２３が取付
けてあり、この軸受２３にボールねじ軸２の一端（図の
左端）が回転自在に係合していて、ボールねじ軸２が回
転しつつ軸方向に移動するとスライドテーブル１Ａが回
転することなく軸方向に移動するようになっている。一
方、スライドテーブル１Ｂは、軸心にボールねじ軸２を
通す貫通孔２４を有すると共に一端（図の右端）にボー
ルねじナット２５が取付けてあり、このボールねじナッ
ト２５がボールねじ軸２に回転自在に係合していて、ボ
ールねじ軸２の回転に伴いスライドテーブル１Ｂが回転
することなく軸方向に移動するようになっている。な
お、この例のように、スライドテーブル１Ｂに別体のボ
ールねじナット２５を組み込む代わりに、ボールねじナ
ット２５に相当するナット部を予め内部に形成した一部
材からなるスライドテーブルとしても良い。

【００１２】全体構造についてさらに詳細を述べると、
前記駆動手段１２のボールねじナット５は、ボールねじ
溝３に対応する図示されないボールねじ溝を内周面に有
しており、そのナットのボールねじ溝と前記ボールねじ
軸２のボールねじ溝３とで形成される螺旋状空間内に図
示されない多数のボールが転動自在に介装されている。
またボールねじナット５には、図示しないがそれらのボ
ールの循環路が形成されており、ボールはボールねじ軸
２とボールねじナット５との相対回転と共にねじ溝内を
転動しつつ螺旋状に移動し、ねじ溝を１回半ないし３回
半回ってからナット内の戻し通路を経て元の位置に戻
り、循環を繰り返す構造になっている。その循環経路の
構造によって、循環チューブ式，循環駒式，エンドキャ
ップ循環式等の種々のタイプのボールねじナット５が知
られているが、本発明に使用するものはいずれのタイプ
でも良い。

【００１３】一方、ボールスプラインナット６は、ボー
ルねじ軸２に沿って直線的に延びるボールスプライン溝
４に対応する図示されないボールスプライン溝を内周面
に有しており、そのナットのボールスプライン溝とボー
ルねじ軸２のボールスプライン溝４との間に図示されな
い多数のボールが転動自在に介装されている。また、ボ
ールスプラインナット６には、図示しないがそれらのボ
ールの循環路が形成されており、ボールはボールねじ軸
２とボールスプラインナット６との相対的な直線移動と
共にねじ溝内を転動しつつ直線方向に移動し、ナット端
部に至ってナット内の戻し通路に入りＵターンして元の
位置にもどる循環を繰り返す構造になっている。

【００１４】前記ボールねじナット５の一端には、ハウ
ジング８から張り出してプーリ１５が取付けられてい
る。同じくボールスプラインナット６の一端にも、プー
リ１６が取付けられている。また、ハウジング８に接近
させて、共通のベースＢ上に固定配置された２台の駆動
モータ１０，１１の出力軸にそれぞれプーリ１７，１８
が取付けられている。そして、ボールねじナット５はプ
ーリ１５及びプーリ１７に掛け渡したタイミングベルト
１９を介して駆動モータ１０に連結され、ボールスプラ
インナット６はプーリ１６及びプーリ１８に掛け渡した
タイミングベルト２０を介して同期回転可能に駆動モー
タ１１に連結されている。

【００１５】駆動モータ１０，１１は例えばサーボモー
タで、図外の検出器でモータ軸の位置・速度を検出して
セミクローズドループでフィードバック制御される。前
記案内軸２２は、例えば直線案内装置（リニアガイド装
置）の断面コ字型の案内レールで構成され、その対向す
る両内側面２２ａ，２２ａにそれぞれ図示しない軸方向
の転動体転動溝が延設されている。これに対して、前記
スライドテーブル１Ａ及びスライドテーブル１Ｂはリニ
アガイド装置のスライダで構成されている。例えばスラ
イドテーブル１Ａは、図示されないが、その両外側面１
Ａａ，１Ａａに前記案内レールの内側面２２ａに形成さ
れた転動体転動溝に対向する転動体転動溝が形成される
と共に、その転動体転動溝に平行な転動体戻し路が内設
され、且つ、前記転動体転動溝と転動体戻し路とを連結
するＵ字路を備えたエンドキャップが両端部に装着さ
れ、かくしてエンドレスの転動体循環経路が両側面部に
形成されており、その転動体循環経路内に多数の転動体
（ボールまたはコロ）が充填された構造を有している。
そして、スライドテーブル１Ａが軸方向に移動する際に
は、同方向にその移動速度より遅い速度でそれらの転動
体が転動体循環経路内を移動しつつ無限循環を繰り返し
て滑らかに案内する。スライドテーブル１Ｂも同様の構
造である。

【００１６】次に作用を述べる。（１）スライドテーブル１Ａとスライドテーブル１Ｂと
の同時スライド作動の場合：駆動モータ１０を駆動し、
駆動モータ１１は停止。これにより、駆動モータ１０に
連結したボールねじナット５が回転し、駆動モータ１１
に連結したボールスプラインナット６は停止固定とな
る。そのため、ボールねじ軸２が回転を伴わずに軸方向
に移動し、その移動につれてスライドテーブル１Ａとス
ライドテーブル１Ｂとが共に軸方向に移動する。移動の
方向は、駆動モータ１０の回転方向によりきまる。

【００１７】（２）スライドテーブル１Ａのみをスライ
ド作動させ、スライドテーブル１Ｂは停止したままとす
る場合：駆動モータ１０は停止し、駆動モータ１１を駆
動させる。これにより、駆動モータ１１に連結したボー
ルスプラインナット６が回転し、ボールねじナット５は
停止固定となる。そのため、ボールねじ軸２は回転しつ
つ軸方向に移動する。その場合の移動距離は、ボールね
じ軸２の１回転につきねじ１リード分である。このボー
ルねじ軸２の移動と共に、スライドテーブル１Ａが一体
的に軸方向に移動する。そのテーブル移動方向は、駆動
モータ１１の回転方向によりきまる。スライドテーブル
１Ｂは停止したままである。

【００１８】（３）スライドテーブル１Ａを停止したま
ま、スライドテーブル１Ｂのみをスライド作動させる場
合：駆動モータ１０及び駆動モータ１１を、ボールねじ
ナット５とボールスプラインナット６とが同速度になる
ように駆動させる。これにより、ボールねじナット５，
ボールスプラインナット６は同期回転する。そのため、
ボールねじ軸２は軸方向移動を伴わずに回転する。この
ボールねじ軸２の回転に応じてスライドテーブル１Ｂが
軸方向に移動するが、スライドテーブル１Ａは停止した
ままである。

【００１９】上記各作動において、駆動モータ１０及び
駆動モータ１１の回転速度と回転方向を制御することに
より、スライドテーブル１Ａ及び１Ｂを、任意の方向に
任意の速度で移動させて、任意の位置に位置決めするこ
とができる。

【００２０】図４ないし図６に、他の実施形態例を示
す。この第２実施形態例は、第２のテーブルが回転テー
ブル１Ｃとされ、その回転テーブル１Ｃが第１のスライ
ドテーブル１Ａ上に軸受３０を介して独立に回転可能に
搭載されている点が上記第１実施形態例とは異なってい
る。

【００２１】すなわち、このものはＸ軸方向への移動
（スライド）と、Ｚ軸を回転中心とする角度θの回転と
が可能なＸ−θテーブル駆動装置である。スライドテー
ブル１Ａの構成は上記とほぼ同様で良いが、回転テーブ
ル１Ｃは円盤型でその外周面に回転伝達手段としてのカ
サ歯車３１の歯が形成されている。一方、ボールねじ軸
２の端部には前記カサ歯車３１に噛み合う回転伝達手段
としてのカサ歯車３２が固定して取付けてあり、ボール
ねじ軸２の回転がカサ歯車３１，３２を介して回転テー
ブル１Ｃに伝達されるようになっている。

【００２２】この第２実施形態例の作動は次の通りであ
る。（１）スライドテーブル１Ａと回転テーブル１Ｃとを同
時作動させる場合：駆動モータ１０は停止し、駆動モー
タ１１を駆動させる。これにより、駆動モータ１１に連
結したボールスプラインナット６が回転し、ボールねじ
ナット５は停止固定となる。そのため、ボールねじ軸２
は回転しつつ軸方向に移動する。その場合の移動距離
は、ボールねじ軸２の１回転につきねじ１リード分であ
る。このボールねじ軸２の移動と共に、スライドテーブ
ル１Ａが一体的に軸方向に移動する。同時に、ボールね
じ軸２に回転がカサ歯車３１，３２を介して回転テーブ
ル１Ｃに伝達されて、回転テーブル１ＣがＺ軸方向の回
転軸３３の回りに回転する。そのスライドテーブル１Ａ
の移動方向及び回転テーブル１Ｃの回転方向は、駆動モ
ータ１１の回転方向によりきまる。

【００２３】（２）スライドテーブル１Ａのみをスライ
ド作動させ、回転テーブル１Ｃは停止したままとする場
合：駆動モータ１０を駆動し、駆動モータ１１は停止。
これにより、駆動モータ１０に連結したボールねじナッ
ト５が回転し、駆動モータ１１に連結したボールスプラ
インナット６は停止固定となる。そのため、ボールねじ
軸２が回転を伴わずに軸方向に移動し、その移動につれ
てスライドテーブル１Ａが軸方向に移動する。回転テー
ブル１Ｃは停止したままである。この場合のスライドテ
ーブル１Ａの移動方向は、駆動モータ１０の回転方向に
よりきまる。

【００２４】（３）スライドテーブル１Ａを停止したま
ま、回転テーブル１Ｃのみを回転作動させる場合：駆動
モータ１０及び駆動モータ１１を、ボールねじナット５
とボールスプラインナット６とが同速度になるように駆
動させる。これにより、ボールねじナット５，ボールス
プラインナット６は同期回転する。そのため、ボールね
じ軸２は軸方向移動を伴わずに回転する。このボールね
じ軸２の回転に応じて回転テーブル１Ｃが回転するが、
スライドテーブル１Ａは停止したままである。

【００２５】上記各作動において、駆動モータ１０及び
駆動モータ１１の回転速度と回転方向を制御することに
より、スライドテーブル１Ａ及び回転テーブル１Ｃを、
任意の方向に任意の速度で移動及び回転させて、任意の
位置に位置決めすることができる。

【００２６】なお、上記各実施形態例では、案内軸２２
として転がり案内であるリニアガイド装置の案内レール
を用いると共に、スライドテーブル１Ａ，１Ｂにリニア
ガイド装置のスライダを用いたものを示したが、転がり
案内に限定するものではなく、使用態様に応じてすべり
案内構造を採用することもできる。

【００２７】また、上記各実施形態例ではアクチュエー
タとしてボールスプライン付ボールねじを使用した例を
示したが、これに限らずボールを介在させないすべりス
プライン付すべりねじを使用しても良い。

【００２８】さらにまた、上記第２実施形態例では、第
２のテーブルである回転テーブル１Ｃにボールねじ軸２
の回転を伝達する手段としてカサ歯車を使用した例を示
したが、これに限らず図７，図８に示すようなウォーム
ギア等を使用した他の回転伝達手段を用いても良い。そ
の場合は、第１のスライドテーブル１Ａ上に立設したＺ
方向回転軸３３に軸受３０を介して独立に回転可能にウ
ォームホイール３５を取り付け、このウォームホイール
３５とボールねじ軸２に取り付けたウォーム３６とを噛
み合わせて、ボールねじ軸２の回転をウォームホイール
３５に伝達する。ウォームホイール３５自体を回転テー
ブル１Ｃ（第２のテーブル）としても良く、またはウォ
ームホイール３５に別途に回転テーブル１Ｃを搭載する
ようにしても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の請求項
１に係る発明によれば、スプライン付ねじ装置を備えて
軸回転と軸直線移動との２自由度を有する駆動手段によ
り、案内軸に案内される第１のスライドテーブル及び第
２のスライドテーブルをそれぞれ独立に駆動してスライ
ド作動させるものとしたため、駆動モータを可動体のテ
ーブルに搭載する必要がなく電気配線等の処理も容易に
できて、全体的に小型で構造の簡単で且つ安価な１軸２
動作のテーブル駆動装置を提供できるという効果を奏す
る。

【００３０】また、本発明の請求項２に係る発明によれ
ば、同様に２自由度を有する駆動手段により、案内軸に
案内されるスライドテーブル及びそのスライドテーブル
に搭載した回転テーブルをそれぞれ独立に駆動してスラ
イド作動及び回転作動させるものとしたため、駆動モー
タを可動体のテーブルに搭載する必要がなく電気配線等
の処理も容易にできて、請求項１の発明と同様の効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態例の断面図である。

【図２】図１に示すものの平面図である。

【図３】図１に示すものの側面図である。

【図４】本発明の第２の実施形態例の断面図である。

【図５】図４に示すものの平面図である。

【図６】図４に示すものの側面図である。

【図７】本発明の第２の実施形態において他の回転伝達
手段を使用した平面図である。

【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。

【符号の説明】

１Ａ第１のスライドテーブル１Ｂ第２のスライドテーブル１Ｃ回転テーブル２駆動軸３ボールねじ溝４ボールスプライン溝５ボールねじナット６ボールスプラインナット７軸受８ハウジング１０駆動モータ１１駆動モータ１２駆動手段２２案内軸２３軸受２５ボールねじナット３０軸受３１回転伝達手段３２回転伝達手段３５回転伝達手段３６回転伝達手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 25/20 - 25/24 B23Q 5/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】螺旋状のねじ溝と該ねじ溝と交叉して軸
方向に延びるスプライン溝とを外周面に有する駆動軸、
該駆動軸に嵌合するとともに前記ねじ溝に螺合するねじ
ナット及び前記駆動軸に嵌合するとともに前記スプライ
ン溝に係合するスプラインナットを備え、それら両ナッ
トは軸受を介して回転自在にハウジングに支持されると
ともにそれぞれ駆動モータに連結されて、前記駆動軸が
軸回転と軸直線移動との２自由度を有するアクチュエー
タと、前記駆動軸に沿って延設された案内軸と、該案内軸に係合して軸方向に案内されるとともに前記駆
動軸の一端に軸受を介して前記駆動軸が相対回転自在に
係合した第１のスライドテーブルと、前記案内軸に係合して軸方向に案内されるとともに前記
駆動軸に係合したねじナットを介して当該駆動軸に係合
した第２のスライドテーブルとを備えたことを特徴とす
るテーブル駆動装置。
【請求項２】螺旋状のねじ溝と該ねじ溝と交叉して軸
方向に延びるスプライン溝とを外周面に有する駆動軸、
該駆動軸に嵌合するとともに前記ねじ溝に螺合するねじ
ナット及び前記駆動軸に嵌合するとともに前記スプライ
ン溝に係合するスプラインナットを備え、それら両ナッ
トは軸受を介して回転自在にハウジングに支持されると
ともにそれぞれ駆動モータに連結されて、前記駆動軸が
軸回転と直線移動との２自由度を有するアクチュエータ
と、前記駆動軸に沿って延設された案内軸と、該案内軸に係合して軸方向に案内されるとともに前記駆
動軸の一端に軸受を介して前記駆動軸が相対回転自在に
係合したスライドテーブルと、該スライドテーブル上に軸受を介して回転自在に設置さ
れるとともに前記駆動軸に回転伝達手段を介して連結さ
れた回転テーブルとを備えたことを特徴とするテーブル
駆動装置。