JPH08216070A - ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置を小型化することができるロボットを提
供すること。 【構成】 両端が固定されたねじ軸３０と螺合する回転
ナット４０には、これより小径の小径部を有するナット
スリーブ４１が取り付けられ、このナットスリーブ４１
の小径部が、第１スライダ１４のスライダフレーム３９
に取り付けられたアンギュラ玉軸受３８ａ、３８ｂと玉
軸受４３によって支持される。回転ナット４０は、ナッ
トスリーブ４１を介して取り付けられた従動プーリ４２
にタイミングベルト５０を介してモータの回転力が伝達
されることで回転する。そして、この回転により発生す
る軸方向の推進力がアンギュラ玉軸受３８ａ、３８ｂを
介してスライダフレーム３９に伝達されることで、第１
スライダ１４をＸ軸方向に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットに係り、詳細
には、部品の組み立て等を行う直交座標型の産業用ロボ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用のロボットは、目的とする作業や
軸形態によって、一般に直交座標型、円筒座標型、多関
節型等に分類される。直交座標型のロボットは、互いに
直交する２方向に直線運動する駆動部分を有し、この２
方向の直線運動の組み合わせによって各種作業を行うよ
うになっている。直線運動を行うための駆動機構として
は、ボールねじを使用したものがある。すなわち、ロボ
ットのフレーム内にねじ軸を配設し、直線運動を行わせ
る部分（スライダ）にボールねじのナット部分を取り付
ける。そして、ねじ軸を回転させることで、スライダを
往復動させるようにしていた。ねじ軸を回転させる場
合、イナーシャが大きいため、応答性を良くしたり、高
速回転化を図るのが難しい。また、ねじ軸に付着したグ
リス等が回転時に周囲に飛散するため、クリーン度が要
求される場所、例えばクリーンルーム内で使用されるロ
ボット等では、発塵が問題となる。

【０００３】そこで、従来では、ねじ軸の両端を固定し
てナット側を回転させることで、スライダを移動させる
ようにしてものがある。ナットはその外周部に配置され
た２つの軸受によって支持され、ナットの回転で発生し
た推進力は軸受を介してスライダに伝達される。このタ
イプの駆動方式では、回転系のイナーシャが小さくなる
ため、高速化や応答性能の向上を図ることができる。ま
た、ねじ軸が回転することよるグリスの飛散もないた
め、クリーンルーム内で使用する場合にも、発塵対策が
容易である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来では、ナ
ットの外周部に軸受が配置されていたため、軸受を含め
た回転系全体の径が大きくなり、装置の大型化を招いて
いた。また、ナット回転型のロボットでは、回転物であ
るナットとスライダとが軸受を介してのみ固定関係を持
つため、ナットの支持剛性を保つのが難しい。このた
め、ナットに大きな負荷がかかる高速回転化や応答性の
向上等を図ることが困難であった。また、ねじ軸が固定
されることで、ねじ軸周りの発塵はなくなるが、ナット
部分での発塵が起こるため、クリーンルーム等で使用す
る場合には、ナット部分での発塵対策が重要な技術的課
題であった。

【０００５】そこで、本発明は、装置の小型化を図るこ
とができるロボットを提供することを第１の目的とす
る。また、スライダの運動性能を向上させることができ
るロボットを提供することを第２の目的とする。更に、
防塵性能を向上させることができるロボットを提供する
ことを第３の目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、互いに直交する２方向にそれぞれ移動する複数のス
ライダを備えた直交座標型のロボットに、両端が固定さ
れたねじ軸と、このねじ軸に螺合したボールねじのナッ
トと、このナットの外径より小さい小径部が形成された
円筒形状を有し、前記ねじ軸が貫通した状態で前記ナッ
トに固定されたナットスリーブと、前記スライダに取り
付けられ、前記ナットスリーブの小径部を回転自在に支
持する軸受と、前記ナットを回転させる、例えば、モー
タや、プーリ、ベルト等で構成された回転力伝達機構等
の回転駆動手段とを具備させて前記第１の目的を達成す
る。

【０００７】請求項２記載の発明では、互いに直交する
２方向にそれぞれ移動する複数のスライダを備えた直交
座標型のロボットに、両端が固定されたねじ軸と、この
ねじ軸に螺合したボールねじのナットと、前記スライダ
に取り付けられ前記ナットを少なくとも３か所で回転自
在に支持した軸受と、前記ナットを回転させる、例え
ば、モータや、プーリ、ベルト等で構成された回転力伝
達機構等の回転駆動手段とを具備させて前記第２の目的
を達成する。請求項３記載の発明では、請求項２記載の
ロボットにおいて、前記軸受が、２つのアンギュラ玉軸
受と、ラジアル軸受とを備えたことで前記第２の目的を
達成する。請求項４記載の発明では、互いに直交する２
方向にそれぞれ移動する複数のスライダを備えた直交座
標型のロボットに、両端が固定されたねじ軸と、このね
じ軸に螺合し、前記スライダに対して回転自在に支持さ
れたボールねじのナットと、このナットを回転させる、
例えば、モータや、プーリ、ベルト等で構成された回転
力伝達機構等の回転駆動手段と、この回転駆動手段と前
記ナットを収容した収容部材と、この収容部材内を吸引
する、例えば、真空ポンプやその配管等で構成された吸
引手段とを具備させて前記第３の目的を達成する。

【０００８】

【作用】請求項１記載のロボットでは、回転駆動手段に
よってナットが、ナットスリーブの小径部で軸受に支持
されながら回転する。この回転力で、ナットには、軸方
向の推進力が発生し、この推進力が軸受を介してスライ
ダに伝達されることで、スライダが移動する。請求項２
記載のロボットでは、回転駆動手段によってナットが、
少なくとも３か所で軸受に支持されながら回転する。こ
の回転力で、ナットには、軸方向の推進力が発生し、こ
の推進力が軸受を介してスライダに伝達されることで、
スライダが移動する。請求項３記載のロボットでは、ナ
ットが、２つのアンギュラ玉軸受とラジアル軸受とによ
り支持されながら回転し、この時、アンギュラ玉軸受
は、ナットに対して軸方向に働く荷重を受け、ラジアル
軸受は、径方向に働く荷重を受ける。請求項４記載のロ
ボットでは、吸引手段によって収容部材内が負圧とな
り、ナットや回転駆動手段から発生した塵等が、吸引手
段に吸引される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のロボットにおける一実施例を
図１ないし図６を参照して詳細に説明する。図１は、本
実施例によるロボットの外観を表したものである。な
お、図においては、互いに直交するＸ軸とＹ軸を水平方
向に取り、Ｚ軸を鉛直方向に取っている。本実施例のロ
ボット１０は、略直方体形状を有する第１スライダ支持
部１２と、この第１スライダ支持部１２に対してＸ軸方
向に移動する第１スライダ１４と、この第１スライダ１
４に固定された略直方体形状の第２スライダ支持部１６
と、この第２スライダ支持部１６に対してＹ軸方向に移
動する第２スライダ１８と、この第２スライダ１８に取
り付けられた作業ユニット２０とを備えている。本実施
例では、作業ユニット２０が、第１スライダ１４や第２
スライダ１８等の移動によって、ＸＹ平面内で移動可能
となっている。また、作業ユニット２０は、図示しない
モータによって上下動や回動を行う作業ピン２０ａを有
しており、この作業ピン２０ａに所定の工具等が取り付
けられ、各スライダ１４、１８等が駆動されることで、
部品組み立て等の各種作業を行うようになっている。

【００１０】図２及び図３は、第１スライダ支持部１２
の内部構造を表したものであり、図２は側断面を、図３
は平断面をそれぞれ示している。図２及び図３に示すよ
うに、第１スライダ支持部１２は、その底部と側部を構
成する支持フレーム２４を備えている。この支持フレー
ム２４の、図２及び図３において右端には、端部カバー
２５が取り付けられ、支持フレーム２４の上部には、第
１スライダ支持部１２の上面を構成する上面カバー２６
が配設されている。この上面カバー２６と支持フレーム
２４との間には、一定の隙間が設けられている。また、
支持フレーム２４の内側底面には、ガイドレール２８が
Ｘ軸方向に沿って取り付けられている。

【００１１】本実施例では、第１スライダ支持部１２の
内部に、ボールねじのねじ軸３０がＸ軸方向に配設され
ており、このねじ軸３０は、図２及び図３において左端
が、支持フレーム２４の底面に取り付けられた固定部材
３２に固定され、右端は端部カバー２５に固定されてい
る。第１スライダ１４は、支持フレーム２４と上面カバ
ー２６との隙間によって構成された窓Ｗを介して、図３
に示すように第１スライダ支持部１２の内部をＹ軸方向
に貫通しており、第１スライダ支持部１２の外部に配設
されたモータ部３４と、第１スライダ支持部１２の内部
に配設された推進機構部３６とで主に構成されている。

【００１２】図４は、推進機構部３６の詳細構造を表し
たものである。この図に示すように、推進機構部３６
は、第１スライダ１４の骨格部分を構成するスライダフ
レーム３９と、このスライダフレーム３９に形成された
円筒孔３９ａ内に収容され、ねじ軸３０が貫通すること
でこれと螺合したボールねじの回転ナット４０とを有し
ている。回転ナット４０には、段付きの円筒形状を有す
るナットスリーブ４１が取り付けられている。ナットス
リーブ４１は、回転ナット４０の一部が収容された大径
部４１ａと回転ナット４０よりも小径の小径部４１ｂを
有している。ナットスリーブ４１の小径部４１ｂは、そ
の大径部４１ａ側の端部において、背面組み合わせをさ
れた２つのアンギュラ玉軸受３８ａ、３８ｂにより支持
されている。これらアンギュラ玉軸受３８ａ、３８ｂ
は、外輪側がフランジ部３９ｂに取り付けられている。
フランジ部３９ｂは、図３に示すようにスライダフレー
ム３９に固定されている。また、小径部４１ｂの、図４
においてアンギュラ玉軸受３８ａ、３８ｂの右側には、
歯付きの従動プーリ４２が取り付けられている。

【００１３】本実施例では、この従動プーリ４２の更に
右側に、従動プーリ４２よりも外径が小さい玉軸受４３
が配設されており、この玉軸受４３によってナットスリ
ーブ４１の端部が回転自在に支持されている。また、ス
ライダフレーム３９の端面には、図示しないボルトによ
って軸受保持プレート４５が固定されており、玉軸受４
３は、この軸受保持プレート４５によって保持されてい
る。ナットスリーブ４１の先端部分には、雄ねじが形成
され、これには、玉軸受４３より小径の予圧用ナット４
７が螺合されている。玉軸受４３は、その内輪側で、こ
の予圧用ナット４７により図４において左方に押圧され
ている。本実施例では、以上の回転ナット４０、ナット
スリーブ４１、従動プーリ４２、及び予圧用ナット４７
が、１つの回転物としてアンギュラ玉軸受３８ａ、３８
ｂや玉軸受４３による３点支持を受けながら回転するよ
うになっている。

【００１４】一方、回転ナット４０よりも、図４におい
て左側に位置する円筒孔３９ａ内には、ねじ軸３０より
若干大径の内孔４９ａが形成されたナットカバー４９が
取り付けられており、これにより、回転ナット４０の左
側は、ねじ軸３０の貫通部分を除いて閉塞されている。
また、スライダフレーム３９の、図４において右側端部
には、軸受保持プレート４５や予圧用ナット４７を包囲
するようにベルトカバー５１が取り付けられている。こ
のベルトカバー５１は、ねじ軸３０より若干径の大きい
内孔５１ａを有しており、ねじ軸３０は、この内孔５１
ａを貫通している。以上のベルトカバー５１、ナットカ
バー４９、及びスライダフレーム３９の一部等によっ
て、回転ナット４０や従動プーリ４２等の回転系の周囲
が外部と隔離されている。

【００１５】また、本実施例では、スライダフレーム３
９の、図４において上部に、吸気チューブ５３が取り付
けられている。この吸気チューブ５３は、図示しない真
空ポンプ等の吸引装置に接続されており、この吸気チュ
ーブ５３を介して回転ナット４０や従動プーリ４２を収
容した空間、すなわち、ナットカバー４９やベルトカバ
ー５１、及びスライダフレーム３９の一部によって包囲
された空間が、吸引されるようになっている。なお、図
２や図４に示すように、推進機構部３６の下端部分に
は、ガイドレール２８による案内を受けるガイド部４４
が設けられている。一方、モータ部３４は、図３に示す
ように、モータ本体４６と、このモータ本体４６の出力
軸に取り付けられた歯付きの駆動プーリ４８と、この駆
動プーリ４８及びモータ本体４６を収容したモータカバ
ー５７とを有している。

【００１６】図５は、図３におけるＡ−Ａ線方向の断面
を表したものである。この図に示すように、駆動プーリ
４８と推進機構部３６の従動プーリ４２との間には、タ
イミングベルト５０が巻きかけられている。このタイミ
ングベルト５０は、推進機構部３６のスライダフレーム
３９に取り付けられたアイドラ５５によってガイドさ
れ、窓Ｗを貫通する部分で、ベルトの間隔を狭くしてい
る。図３に示すように、ベルトカバー５１は、第１スラ
イダ１４内に位置するタイミングベルト５０の周囲やア
イドラ５５も包囲しており、このベルトカバー５１とモ
ータカバー５７により、タイミングベルト５０は、その
全周にわたりほぼ外部から隔離されている。

【００１７】本実施例では、推進機構部３６に対し水平
方向に並んで配置されたモータ本体４６の駆動力が、駆
動プーリ４８やタイミングベルト５０を介して従動プー
リ４２に伝達されることで、回転ナット４０が回転され
るようになっている。そして、回転ナット４０の回転に
より発生した軸方向（Ｘ軸方向）への推進力が、アンギ
ュラ玉軸受３８ａ、３８ｂを介してスライダフレーム３
９に伝達されることで、第１スライダ１４をＸ軸方向に
移動させるようになっている。なお、このモータ本体４
６の駆動は、図示しない制御装置によって制御され、こ
の駆動制御によって第１スライダ１４の位置制御が行わ
れるようになっている。

【００１８】また、図２では、点線で輪郭のみが示され
ているが、第１スライダ１４上には、第２スライダ１８
や作業ピン２０ａが設けられた第２スライダ支持部１６
が固定され、第１スライダ１４と一体的にＸ軸方向に移
動するようになっている。また、詳細な説明は省略する
が、第２スライダ支持部１６も第１スライダ支持部１２
と同様な構造を有している。すなわち、ねじ軸３０や回
転ナット４０と同様にナット回転型のボールねじ機構が
設けられ、回転系が、ナットカバー４９、ベルトカバー
５１及びモータカバー５７等と同様の部材でカバーさ
れ、且つ、その内部が吸引されるようになっている。

【００１９】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。第１スライダ支持部１２において
は、モータ本体４６によって駆動プーリ４８が回転する
ことで、そのトルクがタイミングベルト５０を介して従
動プーリ４２に伝達される。これにより、回転ナット４
０は、アンギュラ玉軸受３８ａ、３８ｂ及び玉軸受４３
によって支持されながら回転し、軸方向への推進力を発
生させる。この軸方向への推進力は、回転ナット４０か
らアンギュラ玉軸受３８ａ、３８ｂを介してスライダフ
レーム３９に伝達される。すなわち、図４において右方
向への推進力が発生した場合には、アンギュラ玉軸受３
８ａを介して、左方向への推進力が発生した場合には、
アンギュラ玉軸受３８ｂを介してスライダフレーム３９
に伝達される。そして、この推進力により第１スライダ
１４が、ガイドレール２８による案内を受けながら、そ
の上に固定された第２スライダ支持部１６と共にＸ軸方
向に移動する。

【００２０】一方、第２スライダ１８も同様の機構によ
って、第２スライダ支持部１６に対しＹ軸方向に移動
し、第１スライダ１４や第２スライダ１８の移動方向や
移動量が、図示しない制御装置によって制御されること
で、作業ユニット２０はＸＹ平面上の所定の位置に移動
され、各種作業を行う。以上のような駆動時には、各部
で塵等が発生する。例えば、第１スライダ支持部１２に
おいては、ねじ軸３０と回転ナット４０とが接触する部
分や、アンギュラ玉軸受３８ａ、３８ｂ、玉軸受４３、
及びタイミングベルト５０等から発塵が起こる。本実施
例では、ロボット１０の駆動中、図示しない吸引装置に
より、第１スライダ支持部１２と第２スライダ支持部１
６における各駆動部のエア吸引が行われる。すなわち、
第１スライダ支持部１２においては、吸気チューブ５３
を介してナットカバー４９やベルトカバー５１等によっ
て包囲されたスライダフレーム３９内が吸引され、発生
した塵等が吸気チューブ５３に吸引される。これによ
り、ロボット１０をクリーンルーム等で使用する場合
も、発生した塵等が外部に漏れることなく、クリーン度
の悪化が防止される。

【００２１】以上説明したように、本実施例では、ナッ
トスリーブ４１の小径部４１ｂにアンギュラ玉軸受３８
ａ、３８ｂや玉軸受４３が配置されることで、回転ナッ
ト４０が、軸方向にずれた位置で軸受による支持を受け
る。このため、軸受が回転ナットの外周部に配置されて
いた従来のロボットよりも回転系の径を小さくすること
ができ、スライダを小型化することができる。また、本
実施例では、回転ナットが、２つのアンギュラ玉軸受と
１つの玉軸受によって支持される構造であるので、回転
ナットの支持剛性が高い。従って、２つの軸受によって
ナットを支持していた従来に比べ、より高い負荷がかか
る駆動を行うことができる。すなわち、高速化や応答性
の向上を図ることができる。

【００２２】更に、本実施例では、図５に示すように、
アイドラ５５によってタイミングベルト５０の幅が狭く
なっているので、より防塵効果の高い構造を有すること
ができる。すなわち、タイミングベルト５０が貫通する
第１スライダ支持部１２の窓Ｗを小さくすることができ
るので、推進機構部３６以外の場所、例えば、ガイドレ
ール２８とガイド部４４との接触部分等で発塵があった
場合でも、外部への飛散が起こりにくい。本実施例で
は、モータ本体４６の駆動力が、回転ナット４０に対し
て水平方向から伝達される構造であったので、第１スラ
イダ支持部１２の開口部は、その側部に設けられた窓Ｗ
のみであり、上面には開口部は設けられていない。従っ
て、落下物が第１スライダ支持部１２内に入ることがな
く、異物混入による駆動部分の破損等を防止することが
できる。

【００２３】また、本実施例では、従動プーリ４２より
も玉軸受４３や予圧用ナット４７の直径が小さいので、
タイミングベルト５０の交換を容易に行うことができ
る。すなわち、ベルトカバー５１と軸受保持プレート４
５をはずすのみで、予圧用ナット４７をはずすことな
く、タイミングベルト５０を従動プーリ４２から取り外
すことができる。なお、従動プーリ４２からはずしたタ
イミングベルト５０は、端部カバー２５（図２、３参
照）をはずすことでねじ軸３０の端部から取り外し可能
である。本実施例では、モータが第１スライダ支持部や
第２スライダ支持部１６の外部に配設されているので、
モータの組み込みや交換が容易である。

【００２４】なお、以上の実施例では、モータ本体４６
の駆動力はプーリ４８、４２やタイミングベルト５０を
介して回転ナット４０側に伝達されるようになっていた
が、他の伝達手段を用いてもよい。例えば、チェーン駆
動で回転力を与えてもよい。以上の実施例では、第１ス
ライダ支持部１２に対して、１つの第１スライダ１４が
設けられていたが、スライダを複数第１スライダ支持部
１２に設けてもよい。例えば、第１スライダ支持部１２
におけるガイドレール２８やねじ軸３０等の駆動機構を
共有するスライダを付加することで双腕とし、これらの
運動を協調制御することで、より複雑な作業を行うよう
にしてもよい。

【００２５】また、回転ナットを支持する軸受は、３つ
以上あってもよく、また、２つであってもよい。図６
は、軸受の他の配置例を表したものである。図６の例で
は、ナットスリーブ４１′が、ねじ軸３０′に螺合した
回転ナット４０′と従動プーリ４２′との間に配置され
た２つのアンギュラ玉軸受３８ａ′、３８ｂ′によって
のみ支持されている。また、従動プーリ４２′やタイミ
ングベルト５０′を包囲するカバー６１は、アンギュラ
玉軸受３８ａ′、３８ｂ′が取り付けられたスライダフ
レーム３９′のフランジ部３９ｂ′と一体化されてい
る。

【００２６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、軸受がナ
ットスリーブの小径部を支持するように配置されるの
で、装置の小型化を図ることができる。請求項２及び３
記載の発明によれば、ナットが軸受により３か所で支持
されるので、ナットに高い負荷がかかる高速回転等を行
うことができる。従って、スライダの運動性能を向上さ
せることができる。請求項４記載の発明によれば、ナッ
トや回転駆動手段が収容部材に収容され、その内部が吸
引手段によって吸引されるので、発生した塵等が外部に
もれず、防塵機能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるロボットの外観を示し
た斜視図である。

【図２】同ロボットの側断面図である。

【図３】同ロボットの平断面図である。

【図４】図２の一部を拡大した側断面図である。

【図５】図３におけるＡ−Ａ線方向断面を示した図であ
る。

【図６】駆動部の変形例を示した側断面図である。

【符号の説明】

１０ ロボット １２ 第１スライダ支持部 １４ 第１スライダ １６ 第２スライダ支持部 １８ 第２スライダ ２０ 作業ユニット ２０ａ 作業ピン ２４ 支持フレーム ２５ 端部カバー ２６ 上面カバー ２８ ガイドレール ３０ ねじ軸 ３４ モータ部 ３６ 推進機構部 ３８ａ、３８ｂ アンギュラ玉軸受 ４０ 回転ナット ４１ ナットスリーブ ４２ 従動プーリ ４３ 玉軸受 ４４ ガイド部 ４５ 軸受保持プレート ４６ モータ本体 ４７ 予圧用ナット ４８ 駆動プーリ ４９ ナットカバー ５０ タイミングベルト ５１ ベルトカバー ５３ 吸気チューブ ５５ アイドラ ５７ モータカバー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに直交する２方向にそれぞれ移動す
   る複数のスライダを備えた直交座標型のロボットにおい
   て、 両端が固定されたねじ軸と、 このねじ軸に螺合したボールねじのナットと、 このナットの外径より小さい小径部が形成された円筒形
   状を有し、前記ねじ軸が貫通した状態で前記ナットに固
   定されたナットスリーブと、 前記スライダに取り付けられ、前記ナットスリーブの小
   径部を回転自在に支持する軸受と、 前記ナットを回転させる回転駆動手段とを具備すること
   を特徴とするロボット。
2. 【請求項２】 互いに直交する２方向にそれぞれ移動す
   る複数のスライダを備えた直交座標型のロボットにおい
   て、 両端が固定されたねじ軸と、 このねじ軸に螺合したボールねじのナットと、 前記スライダに取り付けられ、前記ナットを少なくとも
   ３か所で回転自在に支持した軸受と、 前記ナットを回転させる回転駆動手段とを具備すること
   を特徴とするロボット。
3. 【請求項３】 前記軸受は、２つのアンギュラ玉軸受
   と、ラジアル軸受とを備えたことを特徴とする請求項２
   記載のロボット。
4. 【請求項４】 互いに直交する２方向にそれぞれ移動す
   る複数のスライダを備えた直交座標型のロボットにおい
   て、 両端が固定されたねじ軸と、 このねじ軸に螺合し、前記スライダに対して回転自在に
   支持されたボールねじのナットと、 このナットを回転させる回転駆動手段と、 この回転駆動手段と前記ナットを収容した収容部材と、 この収容部材内を吸引する吸引手段とを具備することを
   特徴とするロボット。 【０００１】