JPH02134443A - ２次元運動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ンクと、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
上記ラックに噛合するようにして設けられたビニオンと
、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
上に設けられたラン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
向レール上にもランクが設けられ、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。

（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。

従って、本発明は作業性が良く、効率が良い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、
ｔ５２個の第１軸ボールネジ間に跨って配され、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
ジの回転に伴い第１軸ポールネジ上を移動可能な第１の
駆動体と、該第１の駆動体上に設けられ、軸線が前記第
１軸ボールネジの軸線と直角となるよう配された１個の
第２軸ボールネジと、該第２軸ボールネジに甥合され、
第２軸ボールネジの回転に伴い第２軸ボールネジ上を移
動可能な第２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
転させると共に他方の第１軸ボールネジを伝達機構を介
して同一方向に回転させる第１の駆動手段と、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
直接回転させる第２の駆動手段とを具備することを特徴
とする。

（作用） 作用について説明する。

第１の駆動手段は固定されており、第１の駆動手段自身
の重量は負荷とはならないので第１の駆動手段の駆動効
率が良くなる。また、第１の駆動手段及び第２の駆動手
段が第２の駆動体の移動範囲内に存在しないので、第１
の駆動手段及び第２の駆動手段を駆動させるために必要
な配線等を当該移動範囲内に存在させないで済むため障
害物が無く、作業がし易くなる。

（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１
０ａ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ｆｏｂ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ｆｏｂを連結する伝達機構１
４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１０ａ、、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、１８は金属製の連結シャフトであ
り、カプラ２ｏ・・・を介して両端には第２の笠歯車２
２ａ、２２ｂが取付けられている。

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、連結シャツ）１８、及び第２の笠歯
車２２ｂを介して第１の笠歯車１６ｂ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、ｌ
Ｏｂ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ｌｏｇ、１
０ｂ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）を介して固定されて
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ｌＯａ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
ヤフト１８〜〜第２の笠歯車２２ｂ〜第１の笠歯車１６
ｂ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３
０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としてはベルト伝導等、他の手段を用いて
よいが、上述の実施例において伝達機構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１８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　（ＩＮ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（
い、しかし本実施例の伝達機構を介した構造にすると１
　（Ｉｌｉｌのモータ１２で第１軸ボールネジ１０ａと
ｆｏｂ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１６ａ１１６ｂ、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１
６ａ、１６ｂ、２２ａ、２２ｂのバックラッシュが±３
分の時、第１軸ボールネジｔａｂ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゜００２
７ｍｍ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１０ａを直接駆動
し、第１軸ボールネジｔａｂ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１０ｂ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ｔａｂ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
ｌｏａ、１０ｂ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１０ｂ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ｌＯａ
、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ｆｏｂと第１の駆動
体２６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、１６ｂ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　
０．００１ｍ５程度まで抑制させることができ、掘めて
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、例え
ば伝達機構としてはタイミングベルトやチェーン伝導装
置を用いてもよい等、発明の精神を逸説しない範囲でさ
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、第１の駆動手
段は第１の駆動体もしくは第２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となる。また、第１の駆
動手段は一方の第１軸ボールネジの端部側に固定され、
第２の駆動手段は第２軸ボールネジの端部側に設けられ
ているため、工具やワークを取り付ける第２の駆動体の
移動範囲内に第１及び第２の駆動手段を駆動させるため
の配線等が存在しないので障害物の無い作業空間が確保
され多様な作業が可能となる等の著効を奏する。

【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、１ｏｂ＝　＝　・第１！Ｉｈ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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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第１軸ボールネジ上を移動可
   能な第１の駆動体と、該第１の駆動体上に設けられ、軸
   線が前記 第１軸ボールネジの軸線と直角となるよう配された１個
   の第２軸ボールネジと、 該第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第２軸ボールネジ上を移動可能な
   第２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と共
   に他方の第１軸ボールネジを伝達機構を介して同一方向
   に回転させる第１の駆動手段と、 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。