JPH074489A

JPH074489A - 運動機構

Info

Publication number: JPH074489A
Application number: JP9837694A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yanagisawa; 健柳沢
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で駆動体を傾斜可能な運動機構を
提供する。【構成】ボールネジ・スプライン軸３６は、外周面に
螺旋状のボールネジ溝と該ボールネジ溝を横切り軸３６
線方向へ延びるスプライン溝が刻設され、両端が回転不
能に固定されている。回転駆動体４４は、ボールネジ・
スプライン軸３６に外嵌し多数のボールを介して前記ボ
ールネジ溝に螺合すると共に回動自在なボールネジナッ
ト４８、及び前記ボールネジ・スプライン軸３６に外嵌
し前記スプライン溝に係合すると共に回動自在なスプラ
イン筒６０を有する。回転駆動手段５６、６６は、前記
ボールネジナット４８及び／又はスプライン筒６０を回
動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は駆動体を任意の位置へ移
動可能な運動機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の運動機構としては、本発明者が先
に出願し、実開昭63- 159799号公報に開示される技術が
有る。当該運動機構は平行に配された２個のＸ軸ガイド
と、平行に配されると共に、軸線が前記Ｘ軸ガイドの軸
線と略同一平面内で直交するよう配された２個のＹ軸ガ
イドと、前記それぞれのＸ軸ガイドに沿って移動可能に
配された２個のＸ軸駆動部と、前記それぞれのＹ軸ガイ
ドに沿って移動可能に配された２個のＹ軸駆動部と、両
端がそれぞれＸ軸駆動部に連結され、Ｙ軸ガイドに平行
に設けられたＸ軸ロッドと、両端がそれぞれＹ軸駆動部
に連結され、Ｘ軸ガイドに平行に設けられたＹ軸ロッド
と、前記Ｘ軸ロッドとＹ軸ロッドが挿通され、Ｘ軸ロッ
ド及びＹ軸ロッド上を移動自在な駆動体とを具備する運
動機構である。この駆動体に例えばツーリング用の工具
や部品組立用のロボットヘッドを設け、駆動体を任意の
平面位置へ移動させてツーリング作業や組立作業を行う
ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の運
動機構には次のような課題がある。駆動体を平面内で高
速で安定的に駆動する点において上記運動機構は優れた
性能を有するが、駆動体は移動可能ではあるものの、そ
の姿勢は駆動体を貫挿して配されているＸ軸ロッドおよ
びＹ軸ロッドにより不変となっている。従って、例えば
ツーリングする部位が傾斜していたり、又部品を斜めに
取り付けるためには工具やロボットヘッドを傾斜させる
特別な機構を駆動体へ設ける必要があり、工作装置又は
組立装置の構成が複雑となると共に、製造コストの上昇
という技術的及び経済的な課題が有る。従って、本発明
は簡単な構成で駆動体を傾斜可能な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の構成
としては、外周面に螺旋状のボールネジ溝と該ボールネ
ジ溝を横切り軸線方向へ延びるスプライン溝が刻設さ
れ、両端が回転不能に固定されたボールネジ・スプライ
ン軸と、該ボールネジ・スプライン軸に外嵌し多数のボ
ールを介して前記ボールネジ溝に螺合すると共に回動自
在なボールネジナット、及び前記ボールネジ・スプライ
ン軸に外嵌し前記スプライン溝に係合すると共に回動自
在なスプライン筒を有する回転駆動体と、前記ボールネ
ジナット及び／又はスプライン筒を回動させるための回
転駆動手段とを具備することを特徴とする。

【０００５】また、第２の構成としては、本体ベースに
沿って第１軸方向へ平行に移動可能な２個の移動体と、
２個の該移動体を同方向へ同速度で移動させる移動手段
と、外周面に螺旋状のボールネジ溝と該ボールネジ溝を
横切り軸線方向へ延びるスプライン溝が刻設され、前記
第１軸と直角な第２軸方向へ配設されると共に、両端が
それぞれ前記移動体へ固定されたボールネジ・スプライ
ン軸と、該ボールネジ・スプライン軸に外嵌し多数のボ
ールを介して前記ボールネジ溝に螺合すると共に回動自
在なボールネジナット、及び前記ボールネジ・スプライ
ン軸に外嵌し前記スプライン溝に係合すると共に回動自
在なスプライン筒を有する回転駆動体と、前記ボールネ
ジナット及び／又はスプライン筒を回動させるための回
転駆動手段とを具備することを特徴とし、より具体的に
は前記移動手段は第１軸方向へ平行かつ回動自在に配設
された２本のボールネジと、２本の該ボールネジを同方
向及び同速度で回転させるモータ機構から成り、２個の
前記移動体はそれぞれ前記ボールネジへ螺合されている
ことを特徴とする。

【０００６】

【作用】作用について説明する。第１および第２の構成
においては回転駆動手段を駆動することにより、回転駆
動体をボールネジ・スプライン軸に沿って移動させるこ
とが可能な上、回転駆動体をボールネジ・スプライン軸
に対して回動させることも可能となる。

【０００７】

【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。〔第１実施例〕第１実施例を図１〜図３と共に説明す
る。まず、構成について説明する。１０、１２はボール
ネジであり、本体ベース１６上において第１軸である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。ボールネジ１０の一端にはＤＣサー
ボモータ１４が連結され、このモータ１４によって他端
が軸支されたボールネジ１０が正逆回転可能になってい
る。またモータ１４は取付具（不図示）を介して本体ベ
ース１６へ固定されている。一方、ボールネジ１２は両
端が軸支されると共に、伝達機構１８を介してモータ１
４の回転トルクが伝達され、ボールネジ１０と同方向、
同速度で回転可能になっている。

【０００８】次にボールネジ１０と１２を連結する伝達
機構１８について説明する。２０、２２は笠歯車であ
り、ボールネジ１０、１２のそれぞれの一端部に設けら
れている。笠歯車２０、２２のギア比は１：１に設定さ
れている。また、２４は金属製の連結シャフトであり、
カプラ２６・・・を介して両端には笠歯車２８、３０が
取付けられている。笠歯車２８、３０は前記笠歯車２
０、２２と噛合しており、笠歯車２８と３０のギア比も
１：１なので笠歯車２０の回転は笠歯車２８、連結シャ
フト２４、及び笠歯車３０を介して笠歯車２２へ伝達さ
れる。なお、カプラ２６・・・は公知のカプラが用いら
れており、笠歯車２８、３０と連結シャフト２４を連結
すると共に、笠歯車２８と３０との間の距離を調整可能
になっている。

【０００９】３２、３４は移動体であり、それぞれボー
ルネジ１０、１２へ螺合されたブロック体である。移動
体３２、３４は、ボールネジ１０、１２がモータ１４に
よって同方向、同速度で回転すると、ボールネジ１０、
１２上を同方向へ同速度で移動する。従って、前記ボー
ルネジ１０、１２、及びモータ１４と伝達機構１８から
成るモータ機構により移動体３２、３４の移動手段が構
成される。なお、ボールネジ１０、１２等は通常カバー
により被覆されている。３６はボールネジ・スプライン
軸（以下、ＢＳ軸と記す）であり、外周面には螺旋状の
ボールネジ溝３８と、ボールネジ溝３８を横切り、軸線
方向へ延びるスプライン溝４０が複数本刻設されてい
る。ＢＳ軸３６は第２軸であるＸ軸方向へ配設されると
共に、両端は各移動体３２、３４へ回転不能に固定具４
２・・・を介して固定されている。４４はロボットヘッ
ド４６・・・を取付ける回転駆動体であり、ＢＳ軸３６
に外嵌されている。回転駆動体４４について図２の部分
断面図と共に説明する。

【００１０】４８はボールネジナットであり、ＢＳ軸３
６に外嵌し、多数の鋼球（不図示）を介してボールネジ
溝３８に螺合すると共にＢＳ軸３６に対し回動自在にな
っている。ボールネジナット４８の外周面と回転駆動体
４４のハウジング５０内面との間はボール５２・・・を
介してボールベアリングが形成されている。ボールネジ
ナット４８の外側端面にはタイミングプーリ５４が固定
されており、回転駆動体４４に固定されているＤＣサー
ボモータ５６の回転力がタイミングベルト５８を介して
タイミングプーリ５４及びボールネジナット４８へ伝達
可能になっている。６０はスプライン筒であり、ＢＳ軸
３６に外嵌し、スプライン溝４０に係合すると共に回動
自在になっている。スプライン筒６０の外周面とハウジ
ング５０内面との間はボール６２・・・を介してボール
ベアリングが形成されている。スプライン筒６０の外側
端面にはタイミングプーリ６４が固定されており、回転
駆動体４４に固定されているＤＣサーボモータ６６の回
転力がタイミングベルト６８を介してタイミングプーリ
６４及びスプライン筒６０へ伝達可能になっている。

【００１１】上記ＢＳ軸３６、ボールネジナット４８及
びスプライン筒６０の構成は公知のボールネジ・スプラ
イン装置（例えば特開平１−２２９１６０号公報参照）
と同じではあるが、本発明者は研究を重ねた結果ＢＳ軸
３６を回転不能に移動体３２、３４へ固定することによ
り回転駆動体４４を移動及び回動可能にした。つまり、
ボールネジナット４８が回転し、スプライン筒６０が回
転しなければ回転駆動体４４はＸ軸方向へＢＳ軸３６に
沿って直線運動を行う。一方、ボールネジナット４８と
スプライン筒６０が回転すると回転駆動体４４はＢＳ軸
３６を中心に回動する。さらに、スプライン筒６０が回
転し、ボールネジナット４８が回転しなければ回転駆動
体４４はＸ軸方向の直線運動とＢＳ軸３６を中心とした
回動の合成運動を行う。このＢＳ軸３６の両端を回転不
能に固定した構成が本発明に係る運動機構の基本構成で
ある。

【００１２】なお、ボールネジナット４８及びスプライ
ン筒６０を回転させるモータ５６、６６及びモータ５
６、６６の回転力を伝達するタイミングベルト５８、６
８、タイミングプーリ５４、６４等が回転駆動手段を構
成する。さらに、本実施例においては回転駆動手段に２
個のモータ５６、６６を用いているが、適宜なクラッチ
機構（例えば特願平２−３７８４６号参照）を採用すれ
ば１個のモータでボールネジナット４８及び／又はスプ
ライン筒６０を回転させることができる。さらに、回転
駆動体４４のの回動量が少い場合にはスプライン筒６０
の回動はモータによらず、エアシリンダや回転シリンダ
で行わせてもよい。

【００１３】次に、回転駆動手段のモータ５６、６６へ
の電力供給と、回転駆動体４４へ固定されているロボッ
トヘッド４６・・・の駆動用の圧空を給排する手段につ
いて図３（回転駆動体４４の、ロボットヘッド４６・・
・を省略した部分断面正面図）をさらに参照して説明す
る。ボールネジナット４８側のタイミングプーリ５４の
外側端面には筒体７０が外方へ延設され、回転駆動体４
４のハウジング５０より外側へ突出している。この筒体
７０の突出部分にはボールベアリング７２・・・を介し
てスリップリング７４が外嵌されており、スリップリン
グ７４の外周面にラジアル方向へ突設された筒部７６
へ、内部に電力ケーブル及び給排気管７８・・・を通し
た案内チェーン８０が接続され、筒部７６の開口部８２
から引き出された電力ケーブル及び給排気管７８・・・
がモータ５６、６６やロボットヘッド４６・・・へ接続
されている。スリップリング７４を設けることにより回
転駆動体４４がＢＳ軸３６を中心に回動しても案内チェ
ーン８０に大きな力が作用するのを防止可能になってい
る。なお、スリップリング７４は不図示の止輪等で筒体
７０からの抜脱が防止されている。

【００１４】上述のように構成された運動機構におい
て、モータ１４を駆動することにより移動体３２、３４
がＹ軸方向へ移動するため回転駆動体４４のＹ軸方向の
位置を任意に移動させることができる。一方、モータ５
６を駆動してボールネジナット４８を回転させると回転
駆動体４４はＢＳ軸３６上を移動するため回転駆動体４
４のＸ軸方向の位置を任意に移動させることができる。
このＸ軸方向及びＹ軸方向の移動により回転駆動体４４
の平面内の位置が決まる。そして、さらにモータ６６を
駆動してスプライン筒６０を回転させると回転駆動体４
４はＢＳ軸３６を中心に回転するためロボットヘッド４
６・・・の角度を任意の角度に向けることが可能な２次
元運動機構が実現できる。なお、この一連の動作はマイ
クロコンピュータ搭載の制御装置（不図示）が予め指定
されたプログラムによってモータ１４、５６、６６への
通電及びロボットヘッド４６・・・への圧空の給排を制
御することにより行われる。上記実施例において、移動
体３２、３４の移動手段としてはボールネジとモータに
よる例を挙げたが、移動手段としては例えばモータとベ
ルトドライブ機構で構成することも可能である。

【００１５】〔第２実施例〕第２実施例を図４及び図５
と共に説明する。なお、第１実施例と同一の構成につい
ては説明を省略する。本実施例は２組の第１実施例の運
動機構１００、１０２を１個の本体ベース１０４上へ略
対称に構成したものである。一方の運動機構１００は第
１軸であるＸ軸方向にボールネジ１０８、１１０が配さ
れ、ボールネジ１０８、１１０は伝達機構１１２を介し
てモータ１１４からの回転力を受け、同一方向へ同速度
で回転する。このボールネジ１０８、１１０、及びモー
タ１１４と伝達機構１１２から成る第１の移動手段が、
ボールネジ１０８、１１０へそれぞれ螺合された第１の
移動体１１６、１１８をＸ軸方向において同一方向へ同
速度で移動させる。

【００１６】第１のＢＳ軸１２０は両端が第１の移動体
１１６、１１８へ回転不能に固定されている。そして第
１のＢＳ軸１２０にはロボットヘッド１２２・・・が取
付けられた第１の回転駆動体１２４が、第１の回転駆動
手段であるモータ１２６、１２８により第１のＢＳ軸１
２０に沿って第２軸であるＹ軸方向への直線移動及び第
１のＢＳ軸１２０を中心としての回動が可能になってい
る。

【００１７】他方の運動機構１０２は、Ｘ軸方向にボー
ルネジ１５０、１５２が配され、ボールネジ１５０、１
５２は伝達機構１５４を介してモータ１５６からの回転
力を受け、同一方向へ同速度で回転する。このボールネ
ジ１５０、１５２、及びモータ１５６と伝達機構１５４
から成る第２の移動手段が、ボールネジ１５０、１５２
へそれぞれ螺合された第２の移動体１５８、１６０をＸ
軸方向において同一方向へ同速度で移動させる。第２の
ＢＳ軸１６２は両端が第２の移動体１５８、１６０へ回
転不能に固定されている。そして第２のＢＳ軸１６２に
はロボットヘッド１６４・・・が取付けられた第２の回
転駆動体１６６が、第２の回転駆動手段であるモータ１
６８、１７０により第２のＢＳ軸１６２に沿って第２軸
であるＹ軸方向への直線移動及び第２のＢＳ軸１６２を
中心としての回動が可能になっている。

【００１８】第２実施例のような構成において、第１の
回転駆動体１２４と第２の回転駆動体１６６はそれぞれ
独立して駆動させることが可能となるので、例えばロボ
ットヘッド１２２・・・、１６４・・・をそれぞれ独立
して図５に図示するように作動させることができる。従
って、ツーリングや組立を第１実施例と比べて２倍の効
率で行い得るし、さらには空中での組立等も可能とな
る。

【００１９】〔第３実施例〕第３実施例を図６と共に説
明する。本実施例は、第２実施例の運動機構を本体ベー
ス２００の上面側及び下面側に設けた例である。なお、
ボールネジはカバーで被覆されている。本実施例では４
個の回転駆動体２０２・・・をそれぞれ独立して駆動さ
せることができるようになっている。また、本実施例に
おいては、本体ベース２００下面側の運動機構は本体ベ
ース２００上面側の運動機構に対して９０°回転させた
態様に配置されている。なお、両運動機構は可動部分が
互いに干渉しないよう上下方向に適宜な間隔が設けられ
ている。また、ボールネジ（不図示）駆動用のモータ２
０４、２０６はベルト機構等を介してカバーの上方又は
下方（下方は不図示）に配設されている。以上、本発明
の好適な実施例について種々のべて来たが、本発明は上
述の実施例に限定されるのではなく、例えば移動手段は
ボールネジの他、ベルトドライブ機構でもよいし、回転
駆動体へ取付けるものはロボットヘッドに限らない等、
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】本発明に係る運動機構を用いると、回転
駆動体の第２軸方向の直線運動とＢＳ軸を中心とした回
動をＢＳ軸を固定することと、回転駆動体のボールネジ
ナット及び／又はスプライン筒を回転駆動手段によって
回転させることにより可能となるため、回転駆動体へ取
付けた工具やロボットヘッド等を回動させるための専用
機構は不要となるので、加工装置や組立装置等の構成を
簡易化できると共に、製造コストの抑制が可能となる等
の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る運動機構の第１実施例を示した平
面図。

【図２】第１実施例における回転駆動体の部分断面正面
図。

【図３】第１実施例の回転駆動体におけるスリップリン
グの構成を示した回転駆動体の一部を省略した部分断面
正面図。

【図４】第２実施例の平面図。

【図５】第２実施例の回転駆動体近傍の概要を示した要
部正面図。

【図６】第３実施例を示した平面図。

【符号の説明】１０、１２ボールネジ１４モータ１６本体ベース１８伝達機構３２、３４移動体３６ＢＳ軸４４回転駆動体４８ボールネジナット５６モータ６０スプライン筒６６モータ１００、１０２運動機構１０４本体ベース１０８、１１０ボールネジ１１２伝達機構１１４モータ１１６、１１８第１の移動体１２０第１のＢＳ軸１２４第１の回転駆動体１２６、１２８モータ１５０、１５２ボールネジ１５４伝達機構１５６モータ１５８、１６０第２の移動体１６２第２のＢＳ軸１６６第２の回転駆動体１６８、１７０モータ２００本体ベース２０２回転駆動体２０４、２０６モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周面に螺旋状のボールネジ溝と該ボー
ルネジ溝を横切り軸線方向へ延びるスプライン溝が刻設
され、両端が回転不能に固定されたボールネジ・スプラ
イン軸と、該ボールネジ・スプライン軸に外嵌し多数のボールを介
して前記ボールネジ溝に螺合すると共に回動自在なボー
ルネジナット、及び前記ボールネジ・スプライン軸に外
嵌し前記スプライン溝に係合すると共に回動自在なスプ
ライン筒を有する回転駆動体と、前記ボールネジナット及び／又はスプライン筒を回動さ
せるための回転駆動手段とを具備することを特徴とする
運動機構。
【請求項２】本体ベースに沿って第１軸方向へ平行に
移動可能な２個の移動体と、２個の該移動体を同方向へ同速度で移動させる移動手段
と、外周面に螺旋状のボールネジ溝と該ボールネジ溝を横切
り軸線方向へ延びるスプライン溝が刻設され、前記第１
軸と直角な第２軸方向へ配設されると共に、両端がそれ
ぞれ前記移動体へ固定されたボールネジ・スプライン軸
と、該ボールネジ・スプライン軸に外嵌し多数のボールを介
して前記ボールネジ溝に螺合すると共に回動自在なボー
ルネジナット、及び前記ボールネジ・スプライン軸に外
嵌し前記スプライン溝に係合すると共に回動自在なスプ
ライン筒を有する回転駆動体と、前記ボールネジナット及び／又はスプライン筒を回動さ
せるための回転駆動手段とを具備することを特徴とする
運動機構。
【請求項３】前記移動手段は第１軸方向へ平行かつ回
動自在に配設された２本のボールネジと、２本の該ボー
ルネジを同方向及び同速度で回転させるモータ機構から
成り、２個の前記移動体はそれぞれ前記ボールネジへ螺合され
ていることを特徴とする請求項２記載の運動機構。