JP6531190B1

JP6531190B1 - 駆動機構

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Publication number: JP6531190B1
Application number: JP2018008100A
Authority: JP
Inventors: 圭人高塚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-01-22
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2038-01-22
Also published as: JP2019127957A

Abstract

【課題】直動及び回転させるべきプーリーの移動に際してこれに伴ってモータが移動することのない駆動機構を提供する。【解決手段】駆動機構１は、回転軸２廻りに回転可能なプーリー３と、該プーリー３が直線方向に移動する直動領域６と、少なくとも直動領域６に沿ってプーリー３を介して対向配置されていてプーリー３と係合している環状の第１の帯状体７及び環状の第２の帯状体８と、回転軸２を支持する支持台４と、該支持台４を摺動可能に支持して直動領域６に沿って延びているＸ方向ガイド５と、第１の帯状体７と第２の帯状体８とをそれぞれ環状方向に沿って走行させ且つ支持台４と離間した位置に配されている第１のモータ９及び第２のモータ１０とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、直交ロボット分野に適用できる駆動機構に関するものである。

同一平面上を自在に移動する機構を有する直交ロボットが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、繁雑な作業を要することなく必要なエア配管を確保することができる直交ロボットを提供することを目的としている。

特開２０１４−１０８４９７号公報

しかしながら、特許文献１の直交ロボットでは、移動するアクチュエータに駆動モータが取り付けられている。アクチュエータは所定方向に移動するため、駆動モータが搭載されているとそのための配線に工夫が必要となり、さらにその重さから高速動作には不向きとなる。

本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、直動及び回転させるべきプーリーの移動に際してこれに伴ってモータが移動することのない駆動機構を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では、回転軸廻りに回転可能なプーリーと、該プーリーが直線方向に移動する直動領域と、少なくとも前記直動領域に沿って前記プーリーを介して対向配置されていて前記プーリーと係合している環状の第１の帯状体及び環状の第２の帯状体と、前記回転軸を支持する支持台と、該支持台を摺動可能に支持して前記直動領域に沿って延びているＸ方向ガイドと、前記第１の帯状体と前記第２の帯状体とをそれぞれ環状方向に沿って走行させ且つ前記支持台と離間した位置に配されている第１のモータ及び第２のモータとを備えたことを特徴とする駆動機構を提供する。

好ましくは、前記Ｘ方向ガイドの両端部を摺動可能に支持して前記Ｘ方向ガイドに対して直交方向に延びている第１ガイド及び第２ガイドからなる一対のＹ方向ガイドと、前記直動領域が前記Ｙ方向ガイドに沿って移動する領域として形成される移動領域と、前記直動領域に対して前記Ｙ方向ガイドの一方の端部側に広がる前記移動領域の一部として形成されている第１領域と、前記直動領域に対して前記Ｙ方向ガイドの他方の端部側に広がる前記移動領域の一部として形成されている第２領域とをさらに備え、前記第１の帯状体は、前記第１領域を囲繞し且つ前記第１ガイドの全長に沿って配設されていて、前記第２の帯状体は、前記第２領域を囲繞し且つ前記第２ガイドの全長に沿って配設されていて、前記第１の帯状体及び前記第２の帯状体にて移動ユニットを形成している。

好ましくは、前記移動ユニットを反転させた別の移動ユニットが前記移動ユニットに重ねられていて、前記別の移動ユニットが有するプーリーは、前記移動ユニットが有するプーリーと関連して移動可能に保持されている。

本発明によれば、直動及び回転させるべきプーリーの移動に際してこれに伴ってモータが移動することがないので、実際に移動する支持台上の軽量化を図ることができる。そしてモータは固定されているため、配線も容易となる。さらに移動領域は帯状体にて規定されるので、プーリーの移動範囲も視認できる。回転及び移動されるべきプーリーはモータの出力の合計でその回転量及び移動量が決定されるので、最大トルクを２倍とできる。逆にモータによる第１の帯状体と第２の帯状体との走行速度の差分を小さくすることで精密で細かい動きも可能となる。

本発明に係る駆動機構の一例を示す概略図である。プーリーの回転を示す概略図である。プーリーの回転を示す概略図である。プーリーの回転を示す概略図である。プーリーの移動を示す概略図である。プーリーの移動を示す概略図である。本発明に係る別の駆動機構の一例を示す概略平面図である。図７の例の概略斜視図である。本発明に係るさらに別の駆動機構の一例を示す概略図である。図９の例でのプーリーの保持機構を示す概略分解図である。

以下、本発明に係る駆動機構について説明する。本発明は縦置きでも横置きでも可能であるため、Ｘ、Ｙという表現を便宜上用いるが、ＸＹ方向の移動は同一平面上での移動と同義である。

図１に示すように、本発明に係る駆動機構１は、回転軸２廻りに回転可能なプーリー３を有している。例えば、回転軸２は略円柱形状であり、この回転軸２がプーリー３の中心に挿通されて形成される。回転軸２は略平板形状の支持台４に対して回転可能に支持され、支持台４から突出して形成されている。プーリー３はこの回転軸２が挿通されるため、プーリー３も支持台４上に載置されることになる。支持台４は、直線状に延びるＸ方向ガイド５に対し、摺動可能に支持されている。したがって、支持台４がＸ方向ガイド５に沿って摺動するのに伴い、プーリー３も支持台４とともに移動する。このプーリー３がＸ方向ガイド５の直線方向に沿って移動する領域は、直動領域６となる。なお、回転軸２は物理的に設ける必要はなく、プーリー３を外側から抑えて固定し、その中でプーリー３が回転するようにすれば回転軸２は概念としてのみあればよい。

この直動領域６（Ｘ方向ガイド５）に沿って、第１の帯状体７及び第２の帯状体８が配設されている。これら第１の帯状体７及び第２の帯状体８は少なくとも直動領域６にてプーリー３を介して対向配置されている。すなわち、プーリー３は直動領域６にて第１の帯状体７及び第２の帯状体８に挟持されている。第１の帯状体７及び第２の帯状体８はそれぞれプーリー３と係合しているため、第１の帯状体７が走行することでこれに伴いプーリー３には回転軸２廻りに回転しようとする力が付与される。なお、第１の帯状体７及び第２の帯状体８は無端の環状であり、図の例では直動領域６に沿って往復している。第１の帯状体７及び第２の帯状体８とプーリー３との係合については、第１の帯状体７及び第２の帯状体８に突起を設け、この突起が嵌め込まれる溝をプーリー３に設け、第１の帯状体７及び第２の帯状体８の走行とともに溝に突起が入り込むようにして物理的に係わり合う構造でもよいし、第１の帯状体７及び第２の帯状体８、さらにプーリー３を磁石にしてリニア形式とする構造にしてもよい。本明細書では、第１の帯状体７及び第２の帯状体８の走行に伴ってプーリー３が関わり合って回転することを「係合」と称している。図の例では、第１の帯状体７及び第２の帯状体８とは物理的に係わり合う構造としているため、それぞれの帯状体７、８はプーリー３に密接するように密接ローラ１２が配されている。密接ローラ１２としては、プーリー３に密接するような構造であればどのようなものを用いてもよい。例えば、上述した回転軸２を別体として設けずに、プーリー３を中実の円柱形状として形成し、後述するように第１の帯状体７及び第２の帯状体８で挟持して回転可能に保持してもよい。

これら第１の帯状体７及び第２の帯状体８は、それぞれ第１のモータ９及び第２のモータ１０に接続されている。これらの第１のモータ９及び第２のモータ１０が作動することで、第１の帯状体７及び第２の帯状体８はそれぞれの環状方向に沿って走行する。これら第１のモータ９及び第２のモータ１０は支持台４と離間した位置、すなわち直動領域６の外側に配されている。

このような構造の駆動機構１を用いれば、以下のようにプーリー３の移動を制御可能である。なお、以下説明する図では、プーリー３の回転を視認しやすくするためプーリー３の端面のエッジ部分に突起物たるマーカー１１を付している。図１の状態から、第１の帯状体７と第２の帯状体８とが直動領域６で対向している部分にて逆方向に同じ早さで走行すると、プーリー３はその場で回転する。図２は図１の状態からプーリー３が９０°その場で回転した状態であり、図３は図２からさらに９０°、図４は図３からさらに９０°回転した状態を示している。このように、プーリー３を介して逆方向に第１の帯状体７と第２の帯状体８とを走行させることで、これらに係合するプーリー３は回転される。

一方で、直動領域６にて対向する部分にて、第１の帯状体７と第２の帯状体８とを同方向に走行させると、プーリー３は図１から図５の状態、すなわち回転せずにそのまま直動領域６をＸ方向ガイド５に沿って移動する。図５はプーリー３が直動領域６を半分ほど回転せずに移動した状態、図６はさらに直動領域６を半分ほど移動して図１の位置から直動領域６の反対側まで移動した状態を示している。このプーリー３に対して何を取り付けるかにより、駆動機構１は種々の産業分野に用いることができる。

駆動機構１は、以下のような考え方から変速機としても活用できる。第１の帯状体７と第２の帯状体８とを同方向あるいは逆方向に異なる速度で走行させた場合、その回転速度の比によって差分だけ支持台４は減速されることになる。つまりプーリー３を移動させるということではなく、対向配置されている第１の帯状体７及び第２の帯状体８をプーリー３を介した変速機として用いるということである。このような考え方に基づけば、理論上は無限に変速比を変えることができる。そのような新規な直動機構を提供することもできる。プーリー３と第１の帯状体７及び第２の帯状体８とを上述したようなリニア形式とすれば、電気的に変速を行うことができるので高精度な部品にも使えることになる。発明者は、プーリー３を回転させながら移動させることについて本機構を創作したが、そのためにはプーリー３の回転数が非常に多く必要であることに気づいた。すなわちこれは、プーリー３の回転数が大きいのに対し、プーリー３が少ししか移動しないということは、減速しているということである。そして、駆動機構１が単なるプーリー３の移動手段ではなく、直動減速機としても利用できることを見出したものである。

以上までが駆動機構１の基本的な原理、プーリー３の移動に関する基本的な動きであるが、本発明に係る駆動機構１はその原理を応用して以下のような態様に適用可能である。図７及び図８に示すように、別の例としての駆動機構１は、Ｘ方向ガイド５の両端部を摺動可能に支持するＹ方向ガイド１３を有している。このＹ方向ガイド１３は第１ガイド１３ａ及び第２ガイド１３ｂで構成され、これら第１ガイド１３ａ及び第２ガイド１３ｂが一対となってＹ方向ガイド１３を形成している。Ｙ方向ガイド１３（第１ガイド１３ａ及び第２ガイド１３ｂ）は、Ｘ方向ガイド５に対して直交方向に延びている。

前述したように、Ｘ方向ガイド５はＹ方向ガイド１３に沿って摺動するので、Ｘ方向ガイド１３に沿って伸びている直動領域６もＹ方向ガイド１３に沿って移動可能である。この直動領域６がＹ方向ガイド１３に沿って移動する領域は、移動領域１４となる。移動領域１４は直動領域６を挟んで両側に形成されるので、この移動領域１４のうち、直動領域６に対してＹ方向ガイド１３の一方の端部側に広がる側は第１領域１４ａとなる。一方で直動領域６に対してＹ方向ガイド１３の他方の端部側に広がる側は第２領域１４ｂとなる。第１領域１４ａも第２領域１４ｂも移動領域１４の一部として形成されている。第１の帯状体７は、この第１領域１４ａを囲繞して配されている。さらに第１の帯状体７は、第１ガイド１３ａの全長に沿って配設されている。一方で第２の帯状体８は、第２領域１４ｂを囲繞して配されている。さらに第２の帯状体８は、第２ガイド１３ｂの全長に沿って配設されている。

具体的には、第１の帯状体７は、複数のローラ１５にてその位置が規定されている。ローラ１５の位置にて第１の帯状体７は折れ曲がり、第１のモータ９によって移動する走行経路が規定される。ローラ１５は第１の帯状体７を直動領域６に沿って配するため、少なくとも直動領域６の両端部に配されている。そして第１領域１４ａを囲繞するため、ローラ１５はさらに第１領域１４ａの直動領域６とは反対側の外側両端部に配されている。これら４つのローラ１５にて第１の帯状体７は第１領域１４ａを囲繞しているが、第１の帯状体７はさらに第１ガイド１３ａに沿って第２領域１４ｂ側まで延び、そして第１ガイド１３ａに沿って折り返している。この折り返し部分を形成するため、第１ガイド１３ａの第２領域１４側の端部にもローラ１５と同様の起点ローラ１５ａが配設されている。なお、図の例では第１のモータ９は第１ガイド１３ａの第２領域１４側の端部に配された起点ローラ１５ａと接続されている。第２の帯状体８は、第１の帯状体７を回転させた形状となっていて、その走行経路はローラ１７にて規定されている。第２の帯状体８にも第１の帯状体７と同様に起点ローラ１７ａが配されている。これにより第１の帯状体７及び第２の帯状体８にて移動ユニット１６が形成されている。この移動ユニット１６は平面視にて略矩形形状を形成している。

このような駆動機構１において、プーリー３をその場で回転させたいときは上述した例と同様であり、直動領域６にて第１の帯状体７と第２の帯状体８とを同じ速さで逆方向に移動させればよい。しかしながら第１の帯状体７及び第２の帯状体８を図７のような形状とした場合、直動領域６にて第１の帯状体７と第２の帯状体８とを同じ速さで同一方向に移動させると、起点ローラ１５ａ及び１７ａがあることにより、プーリー３はそちらの方向に引っ張られる。すなわち、プーリー３は起点ローラ１５ａと起点ローラ１７ａとを結ぶ直線上を移動する（図７の矢印Ａ方向）。プーリー３のこの矢印Ａ方向への移動に伴い、Ｘ方向ガイド５とともに直動領域６は移動領域１４を移動する。この移動に伴い、第１領域１４ａや第２領域１４ｂが広くなったり狭くなったりする。このような例では、プーリー３は矢印Ａ方向への移動と、回転軸２廻りの回転とで２軸機構を実現しているといえる。このような機構により、最大２倍のトルクを得ることもできる。

図９に示すように、上述した２軸機構を形成する移動ユニット１６に対し、この移動ユニット１６を反転させた別の移動ユニット１８を用意し、これを移動ユニット１６に重ねてもよい。このとき、移動ユニット１８が有するプーリー１８ｃは、移動ユニット１６が有するプーリー３と関連して移動可能に保持されている。具体的には、図１０に示すように、支持台４上では、第１の帯状体７の直上には第２の帯状体１８ｂが走行している。また、第２の帯状体８の直上には、第１の帯状体１８ａが走行している。第１の帯状体１８ａ及び第２の帯状体１８ｂにはこれらを走行させる第１のモータ１８ｄ及び第２のモータ１８ｅが接続されている。

第１の帯状体７と第２の帯状体８との間には、ベアリング１９を介してプーリー３が配される。このプーリー３は密接ローラ１２にて第１の帯状体７と第２の帯状体８との間に保持されるため、ベアリング１９を介して回転可能である。すなわち物体としての回転軸２はなく、概念としてプーリー３には回転軸２が存在し、プーリー３はこの回転軸２廻りに回転する。第１の帯状体７と第２の帯状体８が走行すると、これに係合するベアリング１９を介してプーリー３が回転（移動）する。これらの上に重ねられた移動ユニット１８も同様の構造を有している。そしてプーリー１８ｃは自由回転を許容されながら押え板２０にてその位置が固定され、プーリー１８ｃとプーリー３とは移動をともにされる。また、移動ユニット１６及び移動ユニット１８に備わる密接ローラ１２もその上下で同一の回転軸２１に対して回転可能に保持される。すなわち、支持台４上に配されたものはすべて同じように移動する。

このようにして二つの移動ユニット１６、１８を重ねることで、プーリー３及びプーリー１８ｃは、移動ユニット１６をもちいることで矢印Ａ方向に、移動ユニット１８を用いることで矢印Ａ方向と交差する矢印Ｂ方向に移動することになる。すなわちこれら矢印ＡとＢとのベクトルの合成により、プーリー３及びプーリー１８ｃは同一平面上を自由に移動でき、さらにはその場回転のみならず、回転しながらの移動も可能になる。この例では、プーリー３、１８ｃのＸＹ方向への移動と、プーリー３、１８ｃのそれぞれの回転とで４軸機構を実現しているといえる。プーリ１８ｃを除けば、３軸機構となる。

以上説明した駆動機構１によれば、直動及び回転させるべきプーリー３の移動に際してこれに伴ってモータ９、１０が移動することがないので、実際に移動する支持台４上の軽量化を図ることができる。そしてモータ９、１０は固定されているため、配線も容易となる。さらに移動領域１４は帯状体７、８にて規定されるので、プーリー３の移動範囲も視認できる。回転及び移動されるべきプーリー３はモータ９、１０の出力の合計でその回転量及び移動量が決定されるので、最大トルクを２倍とできる。逆にモータ９、１０による第１の帯状体７と第２の帯状体８との走行速度の差分を小さくすることで精密で細かい動きも可能となる。

１：駆動機構、２：回転軸、３：プーリー、４：支持台、５：Ｘ方向ガイド、６：直動領域、７：第１の帯状体、８：第２の帯状体、９：第１のモータ、１０：第２のモータ、１１：マーカー、１２：密接ローラ、１３：Ｙ方向ガイド、１３ａ：第１ガイド、１３ｂ：第２ガイド、１４：移動領域、１４ａ：第１領域、１４ｂ：第２領域、１５：ローラ、１５ａ：起点ローラ、１６：移動ユニット、１７：ローラ、１７ａ：起点ローラ、１８：移動ユニット、１８ａ：第１の帯状体、１８ｂ：第２の帯状体、１８ｃ：プーリー、１９：ベアリング、２０：押え板、２１：回転軸

Claims

回転軸廻りに回転可能なプーリーと、
該プーリーが直線方向に移動する直動領域と、
少なくとも前記直動領域に沿って前記プーリーを介して対向配置されていて前記プーリーと係合している環状の第１の帯状体及び環状の第２の帯状体と、
前記回転軸を支持する支持台と、
該支持台を摺動可能に支持して前記直動領域に沿って延びているＸ方向ガイドと、
前記第１の帯状体と前記第２の帯状体とをそれぞれ環状方向に沿って走行させ且つ前記支持台と離間した位置に配されている第１のモータ及び第２のモータと、
前記Ｘ方向ガイドの両端部を摺動可能に支持して前記Ｘ方向ガイドに対して直交方向に延びている第１ガイド及び第２ガイドからなる一対のＹ方向ガイドと、
前記直動領域が前記Ｙ方向ガイドに沿って移動する領域として形成される移動領域と、
前記直動領域に対して前記Ｙ方向ガイドの一方の端部側に広がる前記移動領域の一部として形成されている第１領域と、
前記直動領域に対して前記Ｙ方向ガイドの他方の端部側に広がる前記移動領域の一部として形成されている第２領域とをさらに備え、
前記第１の帯状体は、前記第１領域を囲繞し且つ前記第１ガイドの全長に沿って配設されていて、
前記第２の帯状体は、前記第２領域を囲繞し且つ前記第２ガイドの全長に沿って配設されていて、
前記第１の帯状体及び前記第２の帯状体にて移動ユニットを形成していることを特徴とする駆動機構。
前記移動ユニットを反転させた別の移動ユニットが前記移動ユニットに重ねられていて、
前記別の移動ユニットが有するプーリーは、前記移動ユニットが有するプーリーと関連して移動可能に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。