JPH0763906B2 - 位置決め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、工作機械、ロボットアーム等の位置決め装置
として好適な位置決め装置、より具体的には単一の駆動
手段により複数の位置決め操作を行なうことができる位
置決め装置に関するものである。

（従来の技術およびその問題点） 工作機械、ロボットアーム等に用いられる位置決め装置
としては、たとえば第６図（ａ）乃至（ｃ）に示すもの
が知られている。同図（ａ）に示す装置は、位置決めピ
ン１を具備するアーム２を、矢印Ａ及びＢで示す二方向
の所定位置に位置決めするものであり、ボールねじ３に
連結された駆動モータ４を作動させてテーブル５をガイ
ドレール６に沿って移動させる一方、そのテーブルに配
設され減速機を含む他の駆動モータ７を作動させること
により、アーム２に直線運動Ａおよび回転運動Ｂを賦与
しそれを所定位置にもたらすものである。しかしなが
ら、アーム２を所定位置にもたらすには、それが運動し
得る方向の数に等しい数、すなわち直線運動Ａ及び回転
運動Ｂにそれぞれ対応する駆動モータが個別に必要とさ
れていた。

このことは第６図（ｂ）及び（ｃ）に示した装置におい
ても同様であり、同図（ｂ）に示す装置では、ボールね
じ３に連結されたテーブル5a及び5bをガイドレール６に
沿って個別に移動させるため、それぞれの駆動モータ4a
及び4bが必要とされた。また、同図（ｃ）に示す装置で
は、テーブル５に起立して設けたコラム８に交差させて
設けたアーム９に、図中矢印で示す方向の運動を賦与す
るには、テーブル５、コラム８、そしてアーム９をそれ
ぞれの方向に駆動する駆動モータ4a,4b,4cを個別に必要
としていた。

このため、従来の位置決め装置では、位置決め方向の数
に対応して駆動モータが必要とされるので、位置決め方
向の数が増加するにつれ駆動モータの数も増加すること
になりコストが上昇するばかりでなく、位置決め装置の
重量も増加すると言う問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
単一の駆動手段により複数の位置決め操作を行なうこと
ができる軽量で安価な位置決め装置を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するため本発明に係る位置決め装置は、
基材に回動自在に支持されたボールねじ軸と、ボールね
じ軸に係合しボールねじを形成するナット部材と、ボー
ルねじ軸を駆動すべくその一端に連結された駆動手段
と、ナット部材をその軸線方向に案内する案内手段と、
ナット部材のその軸線周りの回動運動を許容するととも
に、軸線方向への運動を制限し得る制動手段と、ナット
部材に連結され一体的に回転可能な回転体と、回転体の
その軸線周りの回転を制限し得る他の制動手段とを少な
くとも具えてなる。

（作用） このように構成した位置決め装置によれば、ナット部材
のその軸線周りの回動運動を許容するとともに、その軸
線方向への運動を制限し得る制動手段を作動させる一
方、ナット部材に連結され一体的に回転可能な回転体の
運動を制限する他の制動手段を非作動とし、駆動手段に
よりボールねじ軸を回転させると、ナット部材はその軸
線まわりの回転運動だけが許容されるので、ナット部
材、ひいてはナット部材に連結された回転体に、駆動手
段の回転量に対応した運動が賦与される。

これに対し、制動手段を非作動とする一方、他の制動手
段を作動させると、ナット部材に連結された回転体のそ
の軸線まわりの回転運動が制限され、その結果ナット部
材の回転が拘束されるのでナット部材には、駆動手段の
回転量に対応し案内手段に沿うねじ軸の延在方向への運
動が賦与される。したがってそれら制動手段を適宜に操
作することにて、単一の駆動手段により２方向の位置決
め操作を行なうことができる。

また回転体を別の駆動機構に連結することにより、その
駆動機構も作動させることができ、その場合には単一の
駆動手段にて２以上の位置決め操作を行なうことができ
る。

（実施例） 以下図面を参照して本発明位置決め装置の好適な実施例
について詳述する。

第１図は、本発明位置決め装置の一実施例を断面にして
示す図であり、基材としての筒状をしたハウジング10の
一端部に取付けられた底壁部材12に、駆動手段としての
サーボモータ14を固着する。このサーボモータ14の出力
軸を、底壁部材12に形成した凹部12a内でハウジング12
の軸線方向に突出させる一方、底壁部材に軸受16を介し
て回動自在に支持されたボールねじ軸18の一端を同様に
凹所12a内に突出させ、カップリング20を介してその出
力軸及びボールねじ軸18を互いに共軸に連結する。

ハウジング10内に延在するボールねじ軸18に、ボールね
じ軸のボール溝に係合する球状の転動体（図示せず）を
転動自在に保持するナット部材22を螺合させてボールね
じを形成する。このナット部材は、本実施例では、転動
体を保持しボールねじ軸18に直接的に螺合するナット部
材本体24と、ボールねじ軸18に共軸にナット部材24の外
方に配置された連結部材26とを具える。ここで連結部材
26は、ナット部材本体24及びボールねじ軸18の一部を収
容する収容凹部を有する中空体であり、ナット部材本体
24に固着された連結ブラケット28を介してナット部材本
体に一体的に取付けられている。また、連結部材26は、
ナット部材本体に離間する部分の外周に、連結部材の軸
線に平行に延在するスプライン26aが設けられている。

連結部材26にはそれらスプライン26aに係合する球状の
転動体28を介して回転体30が装着され、連結部材26、ひ
いてはナット部材22をその軸線方向に案内する案内手段
32として、いわゆるボールスプラインを形成する。

スプライン26aに離間する連結部材26の部分に対向する
ハウジング10の内壁には、連結部材、それゆえナット部
材22のボールねじ軸軸線まわりでの回転運動を許容する
とともに、その軸線方向への運動を制限し得る制動手段
34を設ける。この制動手段は、第２図（ａ）に拡大して
示したように、ハウジング10の内壁に装着される軸受36
と、軸受の内輪に一体的に取付けられる保持部材38と、
この保持部材に支持され連結部材26の外周面に当接可能
なブレーキ本体40とを具えている。ブレーキ本体40は、
ハウジング内方に突出させた保持部材38の突部38aに固
着されて連結部材26に離間して平行に延在する１個又は
複数のピン42に回動自在にそれぞれ支持される磁性材料
よりなるアーム44を具える。それらアーム44は、第２図
（ｂ）に示すように、連結部材の外周面に沿ってほぼ平
行に延在する彎曲形状をしており、連結部材26に対向す
る彎曲内面には、ブレーキパッド46が固着され、またア
ームの自由端近くには収容孔48が設けられている。そし
て収容孔48内には弾性手段としての圧縮ばね50を収容
し、保持部材38に支持されたアーム44をピン42の周りに
回動させ、そのことによりブレーキパッド46を連結部材
26に押圧し得るようにする。一方、その圧縮ばね50に対
抗してアーム44を回動させブレーキパッド44を連結部材
26から釈放する釈放手段としての一例の電磁石52を、ア
ーム44の彎曲外面に対向させて保持部材38に設ける。な
お、この電磁石への電流の供給は、保持部材38が回動運
動することを考慮すれば、例えばスリップリング等の既
知の方法を適用することが好ましいが、これに限定され
るものではない。

それゆえこの制動手段34では、第２図（ｃ）に示した様
に、電磁石52への電流の供給を停止すれば、アーム44が
連結部材26の方向に押圧され、ブレーキパッド46が連結
部材26の外周面に当接し、連結部材の回転を制限すべく
作用する。しかしながら、ブレーキ本体40が軸受36の内
輪に取付けられた保持部材38に支持されているので保持
部材38は、連結部26と一体に回転し得るものの、連結部
材、ひいてはナット部材22の軸線方向への運動を制限す
ることとなる。

これに対し、電磁石52に電流を供給し圧縮ばねに抗して
アーム44を回動させ、アームに取付けられたブレーキパ
ッド44の連結部材26の外表面との係合を解けば、連結部
材ひいてはナット部材22のボールねじ軸に沿う運動が許
容される。なお、本実施例によれば、電磁石に電流を作
用させた場合にのみブレーキパッドを釈放できる構成と
したので、停電などの非常時にあってもナット部材が不
要な運動をすることがない。

同様に、案内手段32を構成する回転体30も、第１図に示
すようにそれ自身の軸線まわりの回転を制限する他の制
動手段54を具える。この制動手段54も、制動手段34と実
質的に同様な構造をしており、第３図に拡大して示した
ように、回転体30を軸受56を介してハウジング10の開口
端部に一体的に取付けられた他の底壁部材58に回動自在
に連結するとともに、その回転体30の外周面に当接可能
なブレーキ本体60を底壁部材58に設ける。なお、ブレー
キ本体60の構造は、第２図（ｂ）に示したところと同等
であるのでその説明については省略する。但しここで注
意することは、ブレーキ本体60を作動させることによ
り、回転体30の連結部材26の軸線まわりの回転を阻止し
たとしても、回転体30及び連結部材26は転動体28を介し
て連結されたボールスプラインを形成するので、連結部
材26の軸線方向への運動を制限するものではないことで
ある。

そして、第１図に示したように本実施例においては、ワ
ークの位置決め装置として本発明装置を適用した一例と
して、サーボモータ14から離間した側でハウジング10か
ら突出させた連結部材26の端部に、ロケートピン62を先
端側に有するアーム64を固着したが、このような装置に
限定されるものではなく種々の変更が可能である。

次に第４図を参照して本発明装置の作動について説明す
る。なお説明を簡潔なものとするため、図ではロケート
ピンを有するアーム64を省略して示す。

第４図（ａ）は、ナット部材22に長手軸線方向の運動を
賦与する場合を示している。制動手段34を非作動とし、
他の制動手段54を作動させ、サーボモータ14によりボー
ルねじ軸18を回転駆動させると、回転体30が実質的にハ
ウジング10に対して固定されているのでナット部材22
は、ボールスプラインとして機能し、ボールねじ軸の回
転に対応して矢印Ａで示す方向に移動することになる。

これに対し、第４図（ｂ）は、ナット部材22に矢印Ｂで
示すような回転運動を賦与する場合を示しており、この
場合には、制動手段34を作動させるのに対し、他の制動
手段54を非作動とすれば良い。このようにすることによ
り、ナット部材22は制動手段34によりその軸線方向への
運動が制限されることとなるが、軸線まわりでの回転は
許容される。また、回転体30もナット部材22と一体に回
動することができるので、ナット部材22に矢印Ｂで示す
回転運動を賦与することができる。

第５図は本発明装置の他の実施例を一部断面にして示す
図であり、互いに直交する３軸方向の位置決めを行なう
ことができる装置を示している。なお、簡略のため、第
１図に示す部分と同等の作用をなす部分については同一
の符号を付して示す。

基材としてのベースプレート10に起立して設けた互いに
離間する起立壁12,12に、それぞれ軸受16を介してボー
ルねじ軸18を回動自在に支持し、その一端を起立壁に固
着したサーボモータ14にカップリング20を介して連結す
る。

そして、このボールねじ軸18に、そのボール溝に係合す
る球状の転動体を転動自在に保持するナット部材22を螺
合させ、ボールねじを形成する。

ナット部材22を軸受26の内輪に一体的に装着し、この軸
受を介して保持部材38を相対回転可能に連結する。ベー
スプレート10に対向する側で保持部材38に制動手段34を
設けるが、制動手段34は、第５図（ｂ）に示したよう
に、保持部材38に固着され加圧流体の給排により伸縮運
動を行なう流体圧シリング68の出力軸の自由端部に、同
様に保持部材38に突出させて設けたピン42に一端が回動
自在に支持されたアーム44の他端を連結し、ベースプレ
ート10に対向するアーム44の端部にブレーキパッド46を
固着したものである。なお、簡略のため、流体圧シリン
ダ68に加圧流体を給排する給排管は図示しない。

一方、ベースプレート10に離間した側において、保持部
材38に、ベースプレート10に平行に延在する第１のスラ
イドプレート70を固着する。また第１のスライドプレー
ト70は、第５図（ｃ）に示したように、ベースプレート
10に設けられたボールねじ軸の軸線方向に平行に延在す
る第１の案内手段32に連結されている。案内手段32とし
ては、摩擦係数が小さく高精度位置決めに適したたとえ
ば転がり案内手段としての所謂LMガイドを用いることが
好ましい。

ところでナット部材22にはプーリ72が一体的に固着さ
れ、このプーリ72は、第１のプレート70上に設けた起立
壁74に軸受76を介して回動自在に支持されボールねじ軸
18に平行に延在させた軸78の一端に固着した他のプーリ
80に、ベルト82を介して連結されている。また軸78の他
端にはかさ歯車84が固着されている。このかさ歯車84
は、軸78に実質的に直交するとともに、第１のスライド
プレート70に平行に延在する他のボールねじ軸86の一端
に固着した他のかさ歯車88に噛合する。ここで他のボー
ルねじ軸86の各端部は、第１のスライドプレート70に互
いに離間させて設けた起立壁74及び90に軸受92を介して
回転自在に支持される。

他のボールねじ軸86には、そのボール溝に供給する球状
の転動体を転動自在に保持する他のナット部材94を螺合
させ、他のボールねじを形成する。そして他のナット部
材94を軸受96の内輪に一体的に固着し、この軸受96を介
して他の保持部材98を相対回転可能に連結し、第１のス
ライドプレート70に対向する側で保持部材98に、第５図
（ｂ）に示した構造と同等の他の制動手段54を設けた。
また、第１のスライドプレート70から離間した側におい
て、他の保持部材98に第２のスライドプレート100を固
着する。この第２のスライドプレート100は、第１の案
内手段32と同様な構造の第２の案内手段102により、第
２のボールねじ軸86の延在方向に運動することができる
ものである。なおここで注意することは、ナット部材22
に連結されたプーリ72に伝達される運動は、ベルト82を
介してプーリ80に伝達され、さらに互いに噛合するかさ
歯車84,88を介して他のボールねじ軸86及びナット部材9
4に伝達されることとなり、従ってこれら部材は、第１
図に示した回転体と実質的に等価なものである。

ちなみに、制動手段34を非作動とし、他の制動手段54を
作動させ、サーボモータ14によりボールねじ軸18を回転
駆動させると、他の保持部材98は、他のボールねじ軸86
の軸線方向への運動が制限され、単にそこでの回転が許
容されるのであるが、保持部材38は、ボールねじ軸86の
軸線方向に沿って移動することができるので、それに連
結された第１のスライドプレートを案内手段32に沿って
矢印Ｘで示す方向に移動させる。

これに対し制動手段34を作動させ、他の制動手段54を非
作動とすると、保持部材38の軸線方向への運動が制動手
段34により制限され、単に回転運動だけが許容されるこ
ととなる。この回転運動はプーリ72,78を介して他のボ
ールねじ86に伝達され、他の保持部材98はその軸線方向
に移動可能であり、したがって第２のスライドプレート
100を第２の案内手段102に沿って矢印Ｙで示す方向に移
動させることができる。

さらに本実施例では、上述した２方向、つまりX,Y両方
向に加え、第５図（ｃ）に示すようにＺ方向、つまりX,
Y両方向にそれぞれ直交する方向にも位置決操作を行な
うことができるよう、以下に述べる構成を具備してい
る。

第１のスライドプレート70上に配設された他のボールね
じ軸86に螺合させたナット部材94に、他のプーリ104を
一体的に固着する一方、第２スライドプレート100に設
けた起立壁106に軸受108を介して回動自在に支持され他
のボールねじ軸86に平行に延在させた軸110の一端にプ
ーリ112を固着し、ベルト114を介してこれらプーリ104
及び112を連結する。また、プーリ112が一端に固着され
た軸110の他端にかさ歯車118を固着し、ボールねじ軸18
及び86に実質的に直交するとともに、第２スライドプレ
ート100にほぼ直交させて設けた他のベースプレート120
に平行に延在する第３のボールねじ軸122の一端に固着
された歯車124に噛合させる。

第３のボールねじ軸122の一端は、起立壁106に軸受126
を介して回動自在に支持されている。また、第３のボー
ルねじ軸には、そのボール溝に係合する球状の転動体を
転動自在に保持するナット部材128を螺合させてボール
ねじを形成する。そしてこのナット部材128を、ナット
部材22及び94と同様に軸受の内輪に一体的に固着し、こ
の軸受を介して保持部材130に相対回転可能に連結す
る。この保持部材130に他のベースプレート120に対向す
る側で、第５図（ｂ）に示したと同等の制御手段132を
設け、他のベースプレート120から離間した側において
第３のスライドプレート134を固着する。

スライドプレート134は、第５図（ｄ）に示すように、
ベースプレート120に取付けられた、たとえばLMガイド
のような案内手段136により、第３のボールねじ軸122に
平行に移動することができる。なお、第３のボールねじ
軸122の自由端部には係止リング138を固着し、ナット部
材128がボールねじ軸から脱落するのを防止するのが良
い。

次いで本実施例の作動について説明する。各制動手段3
4,54そして132を作動させてそれぞれ関連するナット部
材22,94,128の軸線方向への運動を制限した状態でサー
ボモータ14を作動させても、単に関連するボールねじ軸
が回転するだけであり、各スライドプレート70,100,134
は初期位置に保持される。

第１のスライドプレート70を移動させたい時には、制動
手段34を非作動とし、残りの制動手段54及び132を作動
されれば良い。この場合にはナット部材94及び128の軸
線方向への運動が制限され、ナット部材22の軸線方向へ
の運動だけが許容されるので、ナット部材22がボールね
じ軸18の延在方向に移動することとなり、それに連結さ
れた第１のスライドプレート70を案内手段32に沿って移
動させることができる。

一方、第２のスライドプレート100を案内手段102に沿っ
て移動させたい時には、制動手段34及び132を作動さ
せ、制御手段54を非作動とすれば良く、制動手段34を作
動させたことによりプーリ72に伝達されたサーボモータ
14の回転運動はそれに連結されたベルト82を介してプー
リ80に伝達され、第２のボールねじ86に伝達され、した
がってそれに螺合したナット部材94を案内手段102に沿
って移動させることができる。この時、制動手段132が
ナット部材128の軸線方向の運動を制限するので、第３
のスライドプレートが移動することはない。

また、第３のスライドプレート134を案内手段136に沿っ
て移動させたい時には制動手段34及び54を作動させ、第
３のスライドプレートに関連する制動手段を非作動とす
れば良く、軸線方向への移動が制限されたナット部材22
及び54に関連するプーリ72及び104、さらにはプーリ112
を介してボールねじ軸128にサーボモータ14の回転運動
が伝達され、ナット部材128をその軸線方向に移動させ
るので、ナット部材に連結されたスライドプレート134
は案内手段136に沿って移動する。

なお、本発明はこれら実施例に制限されるものではな
く、更に他の伝達機構を付加することにより４位置以上
の位置決め操作を行なうことができ、特許請求の範囲内
で種々の変更が可能である。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明位置決め装置によれば、単一
の駆動手段により駆動される駆動軸に関連する各制御手
段を適宜に操作することにより、各駆動軸に関連した位
置決め操作を行なうことができるので、駆動軸の軸数に
対応した数の駆動手段を必要とせず、したがって装置の
構造を簡潔なものとすることができる。それゆえ装置重
量も従来装置に比べて低減させることができ、コスト的
に有利となるなどの多くの利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明位置決め装置を示す縦断面図、 第２図（ａ）は、第１図に示す位置決め装置の制動手段
を拡大して示す図、 第２図（ｂ）及び（ｃ）は、第２図（ａ）に示す制動手
段の分解斜視図及びその作動を示す説明図、 第３図は、第１図に示す位置決め装置の他の制動手段を
示す図、 第４図（ａ）及び（ｂ）は、第１図に示す装置の作動を
示す説明図、 第５図（ａ）乃至（ｄ）は、本発明装置の他の実施例を
示す正面断面図及びそれに適した制動手段を示す斜視
図、側面断面図並びに平面図、 第６図（ａ）乃至（ｃ）は、従来の位置決め装置を示す
斜視図である。 10,120……ハウジング（ベースプレート） 12,58……底壁部材、14……サーボモータ 18,86,122……ボールねじ軸 22,94……ナット部材、24……ナット部材本体 26……連結部材、26a……スプライン 32,102,136……案内手段 34,59,132……制動手段 38,98,130……保持部材 40,60……ブレーキ本体、44……アーム 46……ブレーキパッド、50……圧縮ばね 52……電磁石、62……ロケートピン 70,100,134……スライドプレート 72,80,104,112……プーリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材に回動自在に支持されたボールねじ軸
   （18）と、ボールねじ軸に係合しボールねじを形成する
   ナット部材（22）と、ボールねじ軸を駆動すべくその一
   端に連結された駆動手段（14）と、ナット部材をその軸
   線方向に案内する案内手段（32）と、ナット部材のその
   軸線周りの回動運動を許容するとともに、軸線方向への
   運動を制限し得る制動手段（34）と、ナット部材に連結
   され一体的に回転可能な回転体（30）と、回転体のその
   軸線周りの回転を制限し得る他の制動手段（54）とを少
   なくとも具えてなることを特徴とする位置決め装置。