JP4206228B2 - 直進・回転アクチュエータ及び該アクチュエータを備えた巻線機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットのアームや巻線機のノズルなどのように、直進（リニア）と回転の両方の運動をする機械または機器を駆動するための直進・回転アクチュエータ及び該直進・回転アクチュエータを用いた巻線機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばロボットのアームや巻線機のノズルなどを駆動する場合に、直進運動と回転運動（一軸運動）を個別に行うだけでなく、両方の運動（二軸運動）を同時に行うことができるアクチュエータを必要とする場合がある。このような二軸運動を行うアクチュエータとしては、単純には直線運動を行うアクチュエータと回転運動を行うアクチュエータとをそれぞれ組み合わせた即ち回転駆動用モータと直進のための直進駆動用モータとを独立して設けて１つの出力軸に複雑な伝達機構を介して動力を伝達して回転と直進の二軸運動を行わせるタイプの直進・回転アクチュエータと、回転駆動用モータと直進駆動用モータを直線状に並べて設け、複雑な伝達機構を介さずに直接的に出力軸を回転または直進させるタイプの直進・回転アクチュエータとがある。この後者のアクチェータの一例としては、特開平５−２９６３０８号公報に、軸線が共通になるように直線状に並置した２つのモータにより、１本の出力軸に直進運動と回転運動の二軸運動を行わせる直進・回転アクチュエータが開示されている。また特開平６−２９２３４３号公報には、前者の直進・回転アクチェータと後者の直進・回転アクチュエータの両方が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−２９２３４３号公報に示された直進・回転アクチュエータでは、１本の出力軸にボールねじとスプラインとが形成されている。ボールねじとスプラインは、伝達機構を介してまたは直接回転駆動用モータと直進駆動用モータによって駆動される。しかしながらこの公報に示された構造では、回転運動を行わせる際に、直進駆動用モータのロータが停止状態にあると、回転駆動用モータのロータの回転に伴って出力軸が直進運動をしてしまう問題が発生する。この問題を解消するためには、回転駆動用モータを回転させる際に、直進駆動用モータを協調制御しなければならず、２つのモータの制御が非常に複雑になる上、制御ミスまたは制御のズレが発生しやすい問題がある。
【０００４】
また特開平５−２９６３０８号公報に示された後者の直進・回転アクチュエータは、直進と回転をする一本の出力軸を有し、出力軸にはボールねじが切られ、また出力軸にはスプラインが設けられている。ボールねじは、直進駆動用モータにより駆動させて回転するナットと螺合しており、スプラインは回転駆動用モータにより駆動されて回転するシャフトの溝に直進を許容するように嵌合されている。そして直進駆動用モータを駆動するとナットが回転して出力軸が直進し、回転駆動用モータを駆動するとシャフトを介して出力軸が回転するようになっている。この直進・回転アクチュエータは、比較的構造が簡単で全体の寸法もコンパクトに構成できる。しかしながらこの直進・回転アクチュエータでは、直進運動と回転運動が機械的に同期しているため、二軸運動を個別に行わせることができない。例えば回転運動だけをさせようとしても、ボールねじがナットに対して回転してしまい、所定の位置で直進運動を停止したまま回転させることはできない。同様に、直進・回転を同時に行わせようとすると、一方の方向には直進させることができるが、他方の方向には直進の速度が制限され、あるいは直進させることができない。このような制約のため、この直進・回転アクチュエータは汎用性が乏しいという問題があった。
【０００５】
また従来提案されている直進・回転アクチュエータは、直進運動と回転運動を任意に且つ確実に行うことができないため、巻線機のノズルを動かす場合に要求されるようないわゆるボックス運動（直進−回転−直進−回転）を速い速度で繰り返し行うような用途には、不適であった。
【０００６】
本発明の目的は、直進運動と回転運動の両方の運動を同時に、あるいはそれぞれ別個に行わせることができ、かつ簡単且つ確実に制御することのできる直進・回転アクチュエータを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、回転駆動用モータと直進駆動用モータを軸線を共有するように並べて、しかも直進と回転との両方を同時に、あるいはそれぞれ別個に、簡単且つ確実に行わせることのできる直進・回転アクチュエータを提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、巻線機のノズルの駆動に適した直進・回転アクチュエータを提供することにある。
【０００９】
本発明の更に別の目的は、制御性に優れ且つコンパクトな直進・回転アクチュエータを備えた巻線機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本思想は、直進駆動用モータの駆動により直進する直進軸に軸受を介して嵌合して同心配置にした出力軸を回転駆動用モータの駆動により回転させるか、または回転駆動用モータの駆動により回転する出力軸に軸受を介して嵌合して同心配置にした直進軸を直進駆動用モータの駆動より直進させて、出力軸に直進運動と回転運動の両方を行わせるというものである。
【００１１】
出力軸を回転駆動用モータにより駆動して回転させるために、出力軸にはスプライン部を設け、このスプライン部に嵌合したナットを回転駆動用モータにより直接または伝達機構を介して回転させる。そして直進軸を駆動する直進駆動用モータは、回転タイプのモータでもまたリニアモータでもよい。回転タイプの直進駆動用モータを用いる場合には、直進軸にねじ部とスプライン部とを設け、ねじ部に螺合したナットを直進駆動用モータにより直接または伝達機構を介して回転させて直進軸を直進させる。スプライン部に嵌合したナットは固定状態とする。回転駆動用モータ及び直進駆動用モータの種類は任意であるが、制御性を向上させるためにはサーボモータやステップモータを用いるのが適している。また直進駆動用モータとしてリニアモータを用いる場合には直進軸を直接リニアモータの可動子として駆動する。
【００１２】
ここで「スプライン部」とは、軸の軸線に沿った動きを許容するもので、いわゆるスプラインナットと呼ばれるナットが嵌合される。そしてスプライン部は、このスプラインナットと呼ばれるナットが固定された状態では軸の回転を阻止し、逆にこのナットが非固定状態において回転力が加わると回転する場合には、ナットから伝わる回転力を軸に伝達する機能を果たすものである。したがってこのスプライン部は、溝または突起のいずれの形態をなしていてもよく、その構造は任意である。そしてスプライン部に嵌合されるナットは、スプライン部と係合して軸の周囲を回動しないものである。また「ねじ部」とは、ボールねじを含むもので軸の外周に結果として螺旋状に形成されたものであればその形態はいかなるものでもよい。このねじ部に螺合されるナットは、回転力が加わるとボールナット等のようにねじ部に沿って螺進する構造のものである。特に直進軸に形成されるスプライン部とねじ部は、相互に干渉しないように同じ部分に重ねて形成されるいわゆる「ボールねじ・スプライン」によって構成されてもよい。このような「ボールねじ・スプライン」を用いると、直進軸の軸線方向の寸法を短くできる利点がある。
【００１３】
本発明の基本思想を用いると、直進軸と出力軸とが同心配置されているため、直進・回転アクチュエータの構造が簡単になりまたコンパクトになる。また直進軸の直進運動と出力軸の回転運動とを別個に独立して確実に制御できる。
【００１４】
より具体的なレベルで本発明の構成を、図面に付した符号を用いて説明する。まず軸線（Ｘ−Ｘ）を共有するように並んで配置された回転駆動用モータＢと直進駆動用モータＡとを備え、回転駆動用モータのシャフト３の回転により軸線（Ｘ−Ｘ）を中心にして出力軸７を回転させ、直進駆動用モータのシャフト６の回転により軸線（Ｘ−Ｘ）に沿って出力軸７を直線移動させる直進・回転アクチュエータの場合で、直進軸２１に出力軸７を嵌合させる場合は次のようにする。
【００１５】
回転駆動用モータＢ及び直進駆動用モータＡのシャフト（３，６）はそれぞれ中空構造を有するものを用いる。直進軸２１は、軸中心が軸線（Ｘ−Ｘ）を構成するように回転駆動用モータ及び直進駆動用モータのそれぞれのシャフト（３，６）の中心部に配置され、外周部にスプライン部（第１のスプライン部）１３とねじ部１２とが形成される。具体的には、スプライン部１２は、軸線に沿って延び、ねじ部１２は軸線を中心にして螺旋状に延びる。また直進軸２１のねじ部１２と螺合し且つ直進駆動用モータのシャフト６により駆動されて回転して直進軸２１を軸線方向に変位させる第１のナット１１を設ける。更に固定状態にあって直進軸２１のスプライン部１３と嵌合して直進軸２１の回転を阻止する第２のナット（スプラインガイド部材）１４を設ける。具体的には、ナット１４はモータのフレーム、エンドブラケット等に固定される。そして出力軸７は外周部に軸線方向に延びるスプライン部９が形成された中空構造を有しており，出力軸７は回転駆動用モータのシャフト３の中心部に位置する直進軸２１の部分の径方向外側に軸受１９，２０を介して回転自在に嵌合される。出力軸７は直進軸２１を中心して回転するが直進軸２１上を軸線に沿ってスライドすることはない。回転駆動用モータのシャフト３には出力軸７に設けたスプライン部（第２のスプライン部）９と嵌合する第３のナット（またはスプラインガイド部材）８が固定されている。具体的には、シャフト３の内部に第３のナット８が固定される。
【００１６】
この直進・回転アクチュエータによれば、直進駆動用モータＡを駆動することにより直進軸２１のねじ部１２上を第１のナット１１が回転して直進軸２１は軸線方向に直進運動を行う。そして直進軸２１は、直進軸２１に設けられたスプライン部１３が固定状態にある第２のナット（スプラインガイド部材）１４に嵌合しているので回転することはない。一方、回転駆動用モータＢを駆動することにより出力軸７は回転するが、回転駆動用モータＢのシャフト３に設けられた第３のナット（スプラインガイド部材）８が、出力軸７に設けたスプライン部９と嵌合しているので、出力軸７は回転運動をしながら直進運動することができる。出力軸７と直進軸２１とは、軸線方向に相互にスライドしないように軸受１９，２０を介して回転自在に嵌合されている。これにより、出力軸７は直進軸２１の直進に従って直進するが、直進軸２１は出力軸７の回転に拘らず回転することはない。よって所定の位置で出力軸７だけを回転させることや、出力軸７の回転を直進運動と非同期で制御することもでき、本発明の直進・回転アクチュエータは汎用性に優れているとともに、構造が簡単でコンパクトに構成できる。なお、直進運動と回転運動とを同期させる場合には、直進駆動用モータと回転運動用モータにそれぞれ回転検出器（エンコーダ）を取り付けておき、各回転検出器の出力に基づいて電気的に同期を取ればよい。
【００１７】
次に出力軸７´の一部に直進軸２１´を嵌合させる場合には次のようにする。直進軸２１´は中空構造とする。そして出力軸７´を直進軸２１´の内部に嵌合される嵌合部分７´ｂと直進軸２１´の外部にあって外周部にスプライン部９が形成された出力部分７´ａとを有する構造とする。そして出力軸７´の嵌合部分７´ｂを直進軸２１´の内部に軸受（１９´，２０´）を介して回転自在に嵌合する。言い方を換えれば、直進軸２１´が出力軸７´の嵌合部分７´ｂに軸受（１９´，２０´）を介して同心的に回転自在に嵌合される。その他の構造は、上記の場合と実質的に同じである。
【００１８】
いずれの場合でも直進軸に設けられるスプライン部とねじ部を、相互に干渉しないように同じ位置に重ねて形成すれば、直進軸の長さを短くできる。
【００１９】
なおワイヤ供給ノズルに直進運動と回転運動とをさせるために直進・回転アクチュエータを備えている巻線機に、前述の２つの具体的な直進・回転アクチュエータを用いると、巻線機の機構部の構造が非常に簡単になる。上記２つの具体的な直進・回転アクチュエータを巻線機のノズルの駆動に用いる場合には、巻線導体すなわちワイヤをスムーズにノズルにガイドするための構造を付加するのが好ましい。その場合前者の直進・回転アクチュエータでは、直進軸２１には軸線方向に貫通するワイヤガイド用貫通孔３５を形成し、また出力軸の外側端部にはワイヤガイド用貫通孔３５と整合してワイヤを出すワイヤ出口孔３６を形成する。また後者の場合には、出力軸７´に軸線方向に貫通するワイヤガイド用貫通孔を形成する。このようにするとワイヤを直進・回転アクチュエータの内部を通してノズルに供給できるため、本発明の直進・回転アクチュエータを巻線機に適用した場合に、巻線機の構造が簡単になる上、ワイヤの引き回しが不要になる。
【００２０】
次に直進駆動用モータとしてリニアモータＡ´を用いた本発明の直進・回転アクチュエータの具体的な構造について説明する。この場合には、回転駆動用モータＢのシャフトを中空構造とする。そしてリニアモータＡ´の可動子を直進軸２１´´とし、直進軸２１´´をその軸中心が軸線（Ｘ−Ｘ）を構成するように回転駆動用モータＢのシャフトの中心部を通る長さにする。出力軸７は、外周部にスプライン部９が形成された中空構造とする。出力軸７を回転駆動用モータのシャフトの中心部に位置する直進軸２１´´の部分の径方向外側に軸受（１９，２０）を介して回転自在に嵌合し、回転駆動用モータのシャフトには出力軸７に設けたスプライン部９と嵌合するナット８を固定する。
【００２１】
直進駆動用モータとしてリニアモータＡ´を用いると、直進軸をスプライン部やねじ部を用いずに直接的に駆動できるので直進・回転アクチュエータの構造は非常に簡単になる。特にリニアモータとして、可動子が固定子の内部に位置するシリダン型のリニアモータを用いると、直進駆動用モータと回転駆動用モータを一体化することができて、直進・回転アクチュエータをコンパクトに構成できる。
【００２２】
本発明は、回転駆動用モータＢ´´及び直進駆動用モータＡ´´のシャフトからそれぞれの駆動力を伝達機構（４１、４２）を介して直進軸及び出力軸に伝達する場合にも適用できる。この場合直進駆動用モータＡ´´は、第１の伝達機構４１を介して直進軸２１，２１´のねじ部１２，１２´と螺合する第１のナット１１，１１´を回転させて、直進軸２１，２１´を軸線方向に変位（移動）させる。また回転駆動用モータＢ´´は、第２の伝達機構４２を介して出力軸７，７´に設けたスプライン部９，９´と嵌合する第３のナット８，８´を回転させて出力軸７，７´を回転させる。直進駆動用モータとしてリニアモータＡ´を用いる場合には、直進駆動用モータに伝達機構は不要であり、回転駆動用モータＢ´´側にのみ伝達機構４２を配置すればよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る直進・回転アクチュエータの一つの実施の形態を示す横断面図である。図１は、出力軸７及び直進軸２１について軸線（Ｘ−Ｘ）を含む水平面で上下に分割しており、軸線（Ｘ−Ｘ）より上側の部分が図示左方向に出力軸７が突き出て前進した状態を示し、軸線（Ｘ−Ｘ）より下側の部分が右方向に出力軸７が引っ込められて後退した状態を示している。
【００２５】
図１において直進・回転アクチュエータは、軸線（Ｘ−Ｘ）を共有するように並んで配置された直進駆動用モータＡと回転駆動用モータＢとを備えている。この例では、直進駆動用モータＡと回転駆動用モータＢとしてサーボモータを用いている。回転駆動用モータＢはステータ１とロータ２とを含み、直進駆動用モータＡはステータ４とロータ５とを備えている。各ステータ１，４はコア１ａ，４ａ、インシュレータ１ｂ，４ｂ、コイル１ｃ，４ｃからなる通常のサーボモータと同様のものであり、またロータ２，５もッシャフト３，６が中空構造である点を除いて通常のものである。各ロータ２，５には軸中心を共有する中空構造のシャフト３，６を備えており、シャフト３，６はロータ２，５の回転とともにそれぞれ回転する。
【００２６】
ステータ１，４はそれぞれ円筒形のカバー３３，３４の内周面に固定されている。カバー３３，３４は、それぞれほぼ同じ半径の円筒形状を有しており、両端にはそれぞれ一対のエンドブラケット２６，２７と中間ブラケット２８とが嵌合されている。回転駆動用モータＢのステータ１は、図示左端の方のエンドブラケット２６と中間ブラケット２８との間に配置され、直進駆動用モータＡのステータ４は図示の右端の方のエンドブラケット２７と中間ブラケット２８との間に配置されている。回転駆動用モータＢのシャフト３は、エンドブラケット２６と中間ブラケット２８とに一対の軸受２２，２３を介して回転自在に支持されている。また直進駆動用モータＡのシャフト６は、エンドブラケット２７と中間ブラケット２８とに一対の軸受２４，２５を介して回転自在に支持されている。
【００２７】
この実施の形態においては、中間ブラケット２８を回転駆動用モータＢと直進駆動用モータＡとで共用しているため、部品点数が少なくて済み、アクチュエータ全体の軸線方向寸法を短く抑えることができる。
【００２８】
また中間ブラケット２８に形成された収納空間２９には、回転駆動用モータＢの回転を検出する第１のエンコーダ１０が配置されており、エンドブラケット２７には直線駆動用のモータの回転を検出する第２のエンコーダ１６が収納されるエンコーダ・カバー１５が固定されている。回転駆動用モータＢのシャフト３の端部は収納空間２９の内部にまで延び出ていて、シャフト３の端部には第１のエンコーダ１０の回転素子が固定されている。また直進駆動用モータＡのシャフト６の端部はエンコーダ・カバー１５の内部にまで延び出ていて、シャフト６の端部には第２のエンコーダ１６の回転素子が固定されている。
【００２９】
このように中間ブラケット２８に第１のエンコーダ１０を収納する収納空間２９を形成すれば、エンコーダを独立して配置する必要がない。従って、２つのモータＡ及びＢを軸線を共有するように直線状に並べて配置し、かつそれぞれのモータにエンコーダを取り付けても、アクチュエータの軸線方向寸法があまり長くならない。
【００３０】
さらに、中間ブラケット２８には、直進駆動用モータＡおよび回転駆動用モータＢからそれぞれ延びる電力供給用のリード線（図示していない）を電気的に外部に引き出すカプラー構造やコネクタ構造のリード線引出部３１が設けられており、２つのモータに電力を供給するリード線を一箇所から外部に引き出せるようにしている。これにより外部での電気的接続が容易になる。なお、第１のエンコーダ１０の出力も中間ブラケット２８から引き出すようにしている。第２のエンコーダ１６の出力は、エンコーダ・カバー１５から外部に引き出される。
【００３１】
回転駆動用モータＢのロータ２とシャフト３及び直進駆動用モータＡのロータ５とシャフト６の中心部には、軸中心が軸線（Ｘ−Ｘ）を構成するように、直進軸２１が配置されている。直進軸２１の右側端部と中間部の外周部には、軸線方向に延びる複数本のスプライン溝から構成されたスプライン部１３と外周部に螺旋状に形成されたボールねじから構成されたねじ部１２とが形成されている。第１のナット１１は、直進駆動用モータＡのシャフト６の内部に嵌合されてシャフト６に固定されており、第１のナット１１の内周部には直進軸２１のねじ部１２と螺合する雌ねじが形成されている。これにより、第１のナット１１が直進駆動用モータＡにより駆動されて回転すると、直進軸２１は軸線方向に変位する。なおスプラインガイド部材としての第２のナット１４が直進軸２１のスプライン部１３と嵌合しているので、直進軸２１は第１のナット１１と共に回転することなく、直進運動のみを行う。第２のナット１４は、その内周部にスプライン部１３を構成する複数のスプライン溝と軸線方向にスライド可能に嵌合する複数の嵌合凸部を備えている。なおこの例では、第２のナット１４をエンコーダ・カバー１５を介してエンドブラケット２７に対して固定するようにしたので、第２のナット１４を簡単な構造で固定できる。
【００３２】
出力軸７は外周部に軸線方向に延びる複数のスプライン溝から構成されたスプライン部９が形成された中空構造を有している。スプライン部９には回転駆動用モータＢのシャフト３の中空部に嵌合されて固定された第３のナット８が嵌合されている。この第３のナット８も第２のナット１４と同様に、その内周部にスプライン部９を構成する複数のスプライン溝と軸線方向にスライド可能に嵌合する複数の嵌合凸部を備えている。よって出力軸７は回転駆動用モータＢのシャフト３に対して軸線方向に移動でき、しかもシャフト３とともに回転する。第３のナット８は、スプライン部９と嵌合する本体と、シャフト３の外側に位置して径方向に延びる環状のフランジ部８ａとからなる。フランジ部８ａとエンドブラケット２６との間にはオイルシール部材３２が配置されている。このように第３のナット８を利用してオイルシール部材３２を配置することができるので、オイルシール部材３２の取り付け構造が簡単になる。
【００３３】
以上のような実施の形態に係る直進・回転アクチュエータにあっては、回転駆動用モータＢにより回転する出力軸７と直進駆動用モータＡにより直進する直進軸２１とは、相対的に回転自在である。すなわち出力軸７は、回転駆動用モータＢのロータ２の中心部に位置する直進軸２１の部分の径方向外側に、軸線方向に相互にスライドできないようにして、ラジアル軸受１９，２０を介して回転自在に嵌合されている。この構成により、この直進・回転アクチュエータによると、直進と回転の両方の運動を同時に行うことができ、また直進運動と回転運動を別個に独立して行わせることが可能になっている。
【００３４】
この実施の形態において、まず回転のみを行わせる場合には、回転駆動用モータＢのステータ１のコイル１ｃに励磁電流を流して、ロータ２及びシャフト３を回転する。するとシャフト３に取り付けられた第３のナット８とスプライン部９とを介して、出力軸７が回転する。このとき直進軸２１は、ラジアル軸受１９，２０が存在しており、しかもスプライン部１３と第２のナット１４との嵌合により回転が制止されているので回転することはない。よって第１のナット１１とねじ部１２との間で回転が生ずることはなく、従って直進軸２１が変位することもない。
【００３５】
直進のみを行わせる場合には、直進駆動用モータＡのステータ４のコイル４ｃに励磁電流を流すと、ロータ５及びシャフト６が回転し、第１のナット１１が回転する。第１のナット１１は、ねじ部１２と螺合しており、第２のナット１４とスプライン部１３との嵌合により直進軸２１の回転が阻止されているので、第１のナット１１が回転すると、その回転に従って直進軸２１が直進する。出力軸７は、ラジアル軸受１９，２０により直進軸２１に対して軸線方向にスライド不能に嵌合されており、またスプライン部９と第３のナット８とが嵌合していることによりロータ２及びシャフト３に対して直進可能になっており、直進軸２１の直進と一緒に出力軸７も直進する。
【００３６】
直進と回転とを同時に行わせる場合には、直進駆動用モータＡのステータ４のコイル４ｃ及び回転駆動用モータＢのステータ１のコイル１ｃに同時に通電する。出力軸７は直進軸２１に対して回転自在に嵌合されているので、直進軸２１の直進量と無関係に出力軸７は独立して回転し、また直進軸２１も出力軸７の回転速度と無関係に独立して直進する。したがってこの例では、一方の運動が他方の運動に影響を及ぼすことがなく、直進と回転との運動を同時にかつ自在に行わせることができる。
【００３７】
上記のような動作において、出力軸７の回転量は第１のエンコーダ１０によりシャフト３の回転量を検知することにより検知され、また直進軸２１の直進量はシャフト６の回転量を検知することにより間接的に第２のエンコーダ１６により検知され、回転量及び直進量は各エンコーダ１０，１６の出力を受け取る図示しない制御装置により制御される。
【００３８】
以上説明したように図示の実施の形態に係る直進・回転アクチュエータによれは、出力軸７を直進軸２１に対して回転自在に嵌合しているので、従来一本の出力軸を直接回転・直進させていた構成とは異なり、所定の位置で停止させたまま回転のみを行わせたり、回転を直進運動と非同期で制御する等の自在の制御が可能である。
【００３９】
なお図１の直進・回転アクチュエータは、巻線機に適用するために、直進軸２１には軸線方向に貫通するワイヤガイド用貫通孔３５が形成されており、また出力軸７の外側端部にはワイヤガイド用貫通孔３５と整合してワイヤを出すワイヤ出口孔３６が形成されている。またエンコーダ・カバー１５の中央部にもワイヤガイド用貫通孔３５と整合してワイヤを入れるワイヤ入口孔３７が形成されている。
【００４０】
この直進・回転アクチュエータでは、それぞれ回転駆動用モータＢと直進駆動用モータＡの一部を構成するエンドブラケット２６，２７の間に、中間ブラケット２８を配置しており、この中間ブラケット２８を回転駆動用モータＢと直進駆動用モータＡの両者の構成部材として用いている。よって部品数が少なくなり、またアクチュエータ全体の軸線方向寸法が長くならない。また中間ブラケット２８には、第１のエンコーダ１０が配置される収納空間２９が形成されているので、第１のエンコーダ１０を独立して配置する必要がなく、２つのモータを直線状に並べて配置しかつそれぞれのモータにエンコーダを取り付けても、アクチュエータの軸線方向の寸法が長くならない。更に第２のナット（スプラインガイド部材）１４をエンコーダ・カバー１５に固定することにより、第２のナット１４をエンドブラケット２７に対して固定しているので、第２のナット１４の固定構造を簡略化することができる。また、中間ブラケット２８には、直進駆動用モータＡ及び回転駆動用モータＢからそれぞれ延びる電力供給用のリード線を電気的に外部に引き出すリード線引出部３１を設けているので、中間ブラケット２８を利用して２つのモータに電力を供給するリード線を１箇所から電気的に外部に引き出すことができる。そのため外部での電気的接続が容易になる。なお中間ブラケット２８に設ける第１のエンコーダ１０の出力も中間ブラケット２８から引き出すことができる。第２のエンコーダ１６の出力はエンコーダカバー１５から外部に引き出せばよい。
【００４１】
図１の実施の形態の直進・回転アクチュエータを概念的に図示すると、図２に示すようになる。図２に示した概念図と同様の図法を用いて、本発明の他の実施の形態について説明する。図３は、図１及び図２の実施の形態の変形例としての第２の実施の形態の概略構成図である。図３の実施の形態において、図１の実施の形態と異なる点は、直進軸２１の外周部に設けるスプライン部１３とねじ部１２が、相互に干渉しないように直進軸２１の外周部の同じ部分に重ねて形成される点である。このような構造は、一般的に「ボールねじ・スプライン」と呼ばれており、このような「ボールねじ・スプライン」を用いると、直進軸の軸線方向の寸法を短くできる利点がある。その他の点は、図１の例と実質的に同じである。
【００４２】
図３の実施の形態の構造を用いると、図１の実施の形態の構造を用いた場合よりも直進・回転アクチュエータの軸線方向の寸法が短くなることは、図４及び図５に示した実際の設計図からみると明白である。図４の例は、図１の構造を用いた実際の直進・回転アクチュエータの設計図であり、図５の例は図３の構造を用いた実際の直進・回転アクチュエータの設計図である。両者を対比すると分かるように、「ボールねじ・スプライン」を用いた図５の例では、図４の例と比べて直進軸２１の長さが短くなっている。なお図４及び図５の例では、直進駆動用モータＡと回転駆動用モータＢに対してそれぞれ設けられるエンコーダＣ及びＤが、直進駆動用モータＡと回転駆動用モータＢの間にそれぞれ配置されている。
【００４３】
図６は、図２と同様にして示した本発明の他の実施の形態の概略構成図である。この例では、出力軸７´の一部に直進軸２１´を嵌合させている。そのため直進軸２１´は中空構造とする必要がある。そして出力軸７´を直進軸２１´の内部に嵌合される嵌合部分７´ｂと直進軸２１´の外部にあって外周部にスプライン部９´が形成された出力部分７´ａとを有する構造とする。出力軸７´の嵌合部分７´ｂを直進軸２１´の内部に軸受１９´，２０´を介して回転自在に嵌合している。すなわち直進軸２１´が出力軸７´の嵌合部分７´ｂに軸受１９´，２０´を介して同心的に回転自在に嵌合されている。その他の構造は、図１及び図２の場合と実質的に同じである。なおこの構造で、ワイヤを直進・回転アクチュエータの中心部を通して引き出すようにするためには、出力軸７´の中心部にワイヤガイド用貫通孔を形成すればよい。
【００４４】
図７は、図６の実施の形態の変形例である。この例では、図３及び図５の例と同様に、直進軸２１´の外周部に設けるスプライン部１３´とねじ部１２´が、相互に干渉しないように直進軸２１´の外周部の同じ部分に重ねて形成されている。その他の点は、図６の例と同じである。
【００４５】
図８は、直進駆動用モータＡ´としてシリンダ型のリニアモータを用いた本発明の直進・回転アクチュエータの概略構成図である。この場合には、図１の例と同様に回転駆動用モータＢのシャフトを中空構造とする。そしてリニアモータＡ´の可動子を直進軸２１´´とし、直進軸２１´´をその軸中心が軸線（Ｘ−Ｘ）を構成するように回転駆動用モータＢのシャフトの中心部を通る長さにする。出力軸７は、図１の例と同様に外周部にスプライン部９が形成された中空構造とする。また出力軸７を回転駆動用モータＢのシャフトの中心部に位置する直進軸２１´´の部分に軸受（１９，２０）を介して回転自在に嵌合し、回転駆動用モータＢのシャフトには出力軸７に設けたスプライン部９と嵌合するナット８を固定する。
【００４６】
直進駆動用モータＡ´としてリニアモータを用いると、直進軸をスプライン部やねじ部を用いずに直接的に駆動できるので直進・回転アクチュエータの構造は非常に簡単になる。特にこの例のようにリニアモータとして、可動子が固定子の内部に位置するシリダン型のリニアモータを用いると、直進駆動用モータと回転駆動用モータを一体化することができて、直進・回転アクチュエータをコンパクトに構成できる。なお実際に販売されているシリダン型のリニアモータとしては、例えばオリエンタルモータ株式会社がＶＥＸＴＡ（登録商標）「ＵＣＭ４２０」の製品番号で市販しているシリダン型のリニアスッテピングモータがある。
【００４７】
図９は、図１乃至図８に示した直進・回転アクチュエータのように、回転駆動用モータ及び直進駆動用モータが軸線（Ｘ−Ｘ）を共有するように配置される直進・回転アクチュエータ１００を巻線機に適用した場合の実施の形態の一例の概略構成図である。この巻線機では、直進・回転アクチュエータ１００の出力軸１０１にカップリング１０２を介して揺動機能を有するノズル保持機構１０３を支持している。ノズル保持機構１０３には、Ｌ字状に曲げられたワイヤ供給ノズル１０４が支持されている。この例では、１本のワイヤを供給するタイプのワイヤ供給ノズル１０４を用いているが、先端から複数本のワイヤを個別に供給するタイプのワイヤ供給ノズルを用いることができるのも勿論である。１０６は、直進・回転アクチュエータ１００に図示しないワイヤリールから供給されるワイヤに張りを与えるテンション装置である。直進・回転アクチュエータ１００は図１の直進・回転アクチュエータのように、中心部にワイヤをガイドする通路を備えているため、特にアクチュエータとは別個にワイヤをガイドするためのガイド機構は不要である。また直進・回転アクチュエータ１００は２つのモータが一体化されたコンパクトな構造を有しているため、巻線機を小形に構成することができる。
【００４８】
図１０は、図９の巻線機を用いて回転電機の積層コア１０７にワイヤを巻回して巻線部を形成する場合の、ノズル１０４の運動の軌跡の一例を示している。１０８はエンドホームであり、１０９はニードルである。実線で描いた軌跡Ｌ１は通常の巻回時の軌跡であり、破線で描いた軌跡Ｌ２は渡り線を処理する際のノズル１０４の軌跡である。渡り線を処理する際には直線運動の量をΔＬ分長くして、ニードル１０９を挿入する空間を形成する。そしてニードル１０９により渡り線処理を行う。この図から分かるように、ノズル１０４は、基本的に直線運動と回転運動とからなるボックス運動をする。本発明の直進・回転アクチュエータ１００では、直線運動と回転運動とを別個に独立して制御できるため、どのような形状寸法の積層コアに対しても、直進駆動用モータ及び回転駆動用モータの制御モードを変更するだけで、簡単に巻線部を形成することができる。したがって従来の巻線機と比べて、本発明の巻線機は巻装するコアの変更に簡単に対応できる利点を有している。
【００４９】
本発明は、回転駆動用モータ及び直進駆動用モータのシャフトからそれぞれの駆動力を伝達機構を介して直進軸及び出力軸に伝達する場合にも適用できる。図１１の実施の形態は、回転駆動用モータＢ´´と直進駆動用モータＡ´´とを備えており、直進駆動用モータＡ´´の回転を第１の伝達機構４１を介して第１のナット１１に伝達して直進軸２１を軸線方向に直進させる。また回転駆動用モータＢ´´の回転を第２の伝達機構４２を介して第３のナット８に伝達して出力軸７を回転させる。第１の伝達機構４１及び第２の伝達機構４２は、プーリとベルトの組み合わせからなる伝達機構や、歯車機構等からなる公知の伝達機構である。その他の点は、図１及び図２の実施の形態と基本的には同様である。図１１の実施の形態の変形例では、図３の実施の形態と同様に、ねじ部１２とスプライン部１３が重ねて形成された「ボールねじ・スプライン」を採用することができる。
【００５０】
図１２の実施の形態は、図６及び図７の実施の形態と同様に、直進軸２１´が出力軸７´の一端に軸受１９´，２０´を介して嵌合された構造に、図１１の実施の形態と同様に、第１の伝達機構４１と第２の伝達機構４２を組み込んだものである。この例でも、直進駆動用モータＡ´´の回転を第１の伝達機構４１を介して第１のナット１１´に伝達して直進軸２１´を軸線方向に直進させる。また回転駆動用モータＢ´´の回転を第２の伝達機構４２を介して第３のナット８´に伝達して出力軸７´を回転させる。その他の点は、図６及び図７の実施の形態と同様である。また図１２の実施の形態の変形例でも、図７の実施の形態と同様に、ねじ部１２´とスプライン部１３´が重ねて形成された「ボールねじ・スプライン」を採用することができる。
【００５１】
なお直進駆動用モータとしてリニアモータＡ´を用いる場合には、図１３に示すように直進駆動用モータに伝達機構は不要であり、回転駆動用モータＢ´´側にのみ伝達機構４２を配置すればよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る直進・回転アクチュエータによれば、回転運動と直進運動とを別個に行わせることも両方を同時に行わせることも自在であり、従って巻線機を含めたさまざまな用途に適用できる利点がある。
【００５３】
また本発明の巻線機によれば、従来の巻線機と比べて、巻装するコアの変更に簡単に対応できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る直進・回転アクチュエータの一つの実施の形態を示す横断面図である。
【図２】 図１の実施の形態の直進・回転アクチュエータを概念的に示した図である。
【図３】 図１及び図２の実施の形態の変形例としての第２の実施の形態の概略構成図である。
【図４】 図１の構造を用いた実際の直進・回転アクチュエータの設計図である。
【図５】 図３の構造を用いた実際の直進・回転アクチュエータの設計図である。
【図６】 本発明の他の実施の形態の概略構成図である。
【図７】 図６の実施の形態の変形例を示す概略構成図である。
【図８】 直進駆動用モータとしてシリンダ型のリニアモータを用いた本発明の直進・回転アクチュエータの概略構成図である。
【図９】 図１乃至図８に示した直進・回転アクチュエータのように、回転駆動用モータ及び直進駆動用モータが軸線（Ｘ−Ｘ）を共有するように配置される直進・回転アクチュエータを巻線機に適用した場合の実施の形態の一例の概略構成図である。
【図１０】 図９の巻線機を用いて回転電機の積層コアにワイヤを巻回して巻線部を形成する場合の、ノズルの運動の軌跡の一例を示している。
【図１１】 伝達機構を有する本発明の他の実施の形態の概略構成図である。
【図１２】 伝達機構を有する本発明の他の実施の形態の概略構成図である。
【図１３】 伝達機構を有する本発明の他の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１ ステータ
２ ロータ
３ シャフト
４ ステータ
５ ロータ
６ シャフト
７，７´ 出力軸
８，８´ 第３のナット
９，９´ スプライン部
１０ 第１のエンコーダ
１１，１１´ 第１のナット
１２，１２´ ねじ部
１３，１３´ スプライン部
１４，１４´ 第２のナット
１５ エンコーダ・カバー
１６ 第２のエンコーダ
１９，２０，１９´，２０´ ラジアル軸受
２１，２１´ 直進軸

Claims (8)

1. 外周部にスプライン部（１３）とねじ部（１２）が形成された直進軸（２１）と、
   前記直進軸（２１）の前記ねじ部（１２）と螺合するナット（１１）を直接または伝達機構（４１）を介して回転させて前記直進軸を直進させる直進駆動用モータ（Ａ）と、
   固定状態にあって前記直進軸（２１）の前記スプライン部（１３）と嵌合するナット（１４）と、
   外周部にスプライン部（９）が形成され前記直進軸（２１）の径方向外側に軸受（１９，２０）を介して嵌合されて前記直進軸（２１）と同心配置された出力軸（７）と、
   前記出力軸（７）の前記スプライン部（９）に嵌合するナット（８）を直接または伝達機構を介して回転させて前記出力軸を回転させる回転駆動用モータ（Ｂ）とを備えた直進・回転アクチュエータ。
2. 外周部にスプライン部（９´）が形成された出力軸（７´）と、
   前記出力軸（７´）の前記スプライン部（９´）に嵌合するナット（８´）を直接または伝達機構（４２）を介して回転させて前記出力軸（７´）を回転させる回転駆動用モータ（Ｂ）と、
   外周部にスプライン部（１３´）とねじ部（１２´）が形成されて前記出力軸（７´）の嵌合部分（７´ｂ）の径方向外側に軸受（１９´，２０´）を介して嵌合されて前記出力軸（７´）と同心配置された直進軸（２１´）と、
   前記直進軸（２１´）の前記ねじ部（１２´）と螺合するナット（１１´）を直接または伝達機構（４１）を介して回転させて前記直進軸（２１´）を直進させる直進駆動用モータ（Ａ）と、
   固定状態にあって前記直進軸（２１´）の前記スプライン部（１３´）と嵌合するナット（１４´）とを備えた直進・回転アクチュエータ。
3. 直進軸（２１´´) を可動子として有するリニアモータ（Ａ´）と、
   外周部にスプライン部（９）が形成され前記直進軸に軸受（１９，２０）を介して嵌合されて前記直進軸と同心配置された出力軸（７）と、
   前記出力軸（７）の前記スプライン部に嵌合するナットを直接または伝達機構（４２）を介して回転させて前記出力軸を回転させる回転駆動用モータ（Ｂ）とを備えた直進・回転アクチュエータ。
4. 軸線（Ｘ−Ｘ）を共有するように並んで配置された回転駆動用モータ（Ｂ）と直進駆動用モータ（Ａ´）とを備え、前記回転駆動用モータ（Ｂ）のシャフトの回転により前記軸線（Ｘ−Ｘ）を中心にして出力軸（７）を回転させ、前記直進駆動用モータ（Ａ´）により前記軸線（Ｘ−Ｘ）に沿って前記出力軸（７）を軸線方向に直線移動させる直進・回転アクチュエータであって、
   前記回転駆動用モータ（Ｂ）のシャフトは中空構造を有し、
   前記直進駆動用モータはリニアモータ（Ａ´）からなり、
   前記リニアモータ（Ａ´）の直進軸（２１´´）はその軸中心が前記軸線（Ｘ−Ｘ）を構成するように前記回転駆動用モータ（Ｂ）の前記シャフトの中心部を通る長さを有し、
   前記出力軸（７）は外周部にスプライン部（９）が形成された中空構造を有し、
   前記出力軸（７）は前記回転駆動用モータの前記シャフトの中心部に位置する前記直進軸（２１´´）の部分の径方向外側に軸受（１９，２０）を介して回転自在に嵌合され、
   前記回転駆動用モータの前記シャフトには前記出力軸（７）に設けた前記スプライン部（９）と嵌合するナット（８）が固定されていることを特徴とする直進・回転アクチュエータ。
5. 前記リニアモータはシリンダ型リニアモータである請求項４に記載の直進・回転アクチュエータ。
6. 回転駆動用モータ（Ｂ´´）と直進駆動用モータ（Ａ´´）とを備え、前記回転駆動用モータ（Ｂ´´）の回転により軸線（Ｘ−Ｘ）を中心にして出力軸（７）を回転させ、前記直進駆動用モータのシャフト（６）の回転により前記軸線（Ｘ−Ｘ）に沿って前記出力軸（７）を軸線方向に直線移動させる直進・回転アクチュエータであって、
   軸中心が前記軸線（Ｘ−Ｘ）を構成するように配置されて外周部にスプライン部（１３）とねじ部（１２）とが形成された直進軸（２１）を有し、
   前記直進軸（２１）の前記ねじ部（１２）と螺合し且つ第１の伝達機構（４１）を介して前記直進駆動用モータ（Ａ´´）により駆動されて回転して前記直進軸（２１）を前記軸線方向に変位させる第１のナット（１１）を有し、
   固定状態にあって前記直進軸（２１）の前記スプライン部（１３）と嵌合して前記直進軸の回転を阻止する第２のナット（１４）を有し、
   前記出力軸（７）は外周部に軸線方向にスプライン部（９）が形成された中空構造を有し、
   前記出力軸（７）は前記直進軸（２１）の径方向外側に軸受（１９，２０）を介して回転自在に嵌合され、
   前記出力軸（７）に設けた前記スプライン部（９）と嵌合して第２の伝達機構（４２）を介して前記回転駆動用モータ（Ｂ´´）により駆動されて回転する第３のナット（８）を有していることを特徴とする直進・回転アクチュエータ。
7. 前記直進軸に設けられる前記スプライン部（１３´）と前記ねじ部（１２´）は、相互に干渉しないように同じ位置に重ねて形成されている請求項６に記載の直進・回転アクチュエータ。
8. 回転駆動用モータ（Ｂ）と直進駆動用モータ（Ａ´）とを備え、前記回転駆動用モータにより駆動されて軸線（Ｘ−Ｘ）を中心にして出力軸（７）を回転させ、前記直進駆動用モータにより前記軸線（Ｘ−Ｘ）に沿って前記出力軸（７）を直線移動させる直進・回転アクチュエータであって、
   前記直進駆動用モータはリニアモータ（Ａ´）からなり、
   前記リニアモータの直進軸はその軸中心が前記軸線（Ｘ−Ｘ）を構成し、
   前記出力軸（７）は外周部にスプライン部（９）が形成された中空構造を有し、
   前記出力軸（７）は前記直進軸（２１）の端部の径方向外側に軸受（１９，２０）を介して回転自在に嵌合され、
   前記出力軸（７）に設けた前記スプライン部（９）と嵌合し、伝達機構（４２）を介して前記回転駆動用モータ（Ｂ）により駆動されて回転するナット（８）を有していることを特徴とする直進・回転アクチュエータ。

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