JPH11150927A

JPH11150927A - 出力装置

Info

Publication number: JPH11150927A
Application number: JP31800197A
Authority: JP
Inventors: Katayuki Endou; 方志遠藤; Akira Tamura; 晃田村; Katsutoshi Otsuka; 勝利大塚
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: JP3819571B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回転及び上下方向の出力を任意に設定でき、
また回転及び上下方向の動作にトルクリミッタ機能を有
する出力装置を提供すること。【解決手段】本発明の出力装置は、コイル１４への通
電により発生する磁束によって回転体１２を任意に回転
させる第一サーボモータ２と、回転体１２と一体に固設
され、モータ軸３ａを任意に回転させる第二サーボモー
タ３と、回転体１２の中空円筒部内に回転自在に支持さ
れ、第二サーボモータ３のモータ軸３ａに連結された円
筒形状の雌ネジホルダ２３と、雌ネジホルダ２３内周面
に設けられた雌磁気ネジ２４と、第一サーボモータ２の
回転体１２に対して回転することなく軸方向にのみ移動
自在であって、雌磁気ネジ２４内に装填された円筒形状
の雄ネジホルダ３３と、雄ネジホルダ３３の外周面に設
けられた雄磁気ネジ３４と、雄磁気ネジ３４と一体に設
けられ、第一サーボモータ２の中空円筒部から突設され
た出力軸３１とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転方向及び上下
方向の運動を出力することが可能な出力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ロボットの腕を動かしたり、
ＮＣ工作機のテーブルの位置決めに用いられる出力装置
には、サーボモータ或いはサーボモータにシリンダを組
み合わすなどして回転及び上下方向の運動が出力されて
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなサ
ーボモータとシリンダを組み合わせた出力装置では、動
力が区別されるため、回転角度、停止位置或いは回転ス
ピードなど任意の出力設定機能をもつサーボモータに対
し、上下方向の出力に使用されるシリンダのほとんどが
２位置等の単機能出力であることから、両者の使用機能
がアンバランスになり、任意の出力が可能なサーボモー
タの機能を損なうものでもあった。また、回転を与える
サーボモータにはトルクリミッタが機能して、緊急時に
動力の伝達が解除されるのに対し、上下方向の運動を与
えるシリンダにはリミッタ機構が設けられておらず、安
全性の面から問題があった。

【０００４】そこで、本発明は、回転方向及び上下方向
の出力を任意に設定でき、また回転方向及び上下方向の
動作にリミッタ機能を有する出力装置を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の出力装置は、コ
イルが巻回され円周方向に配設されたステータと、前記
ステータに対面する複数の永久磁石が固着され、回転中
心に中空部をもって形成された回転体とを備え、前記コ
イルへの通電により発生する磁束によって前記回転体を
任意に回転させる第一サーボモータと、前記回転体に対
して固設され、回転を出力するモータ軸を任意に回転さ
せる第二サーボモータと、前記回転体の中空部内に回転
自在に支持され、前記第二サーボモータのモータ軸に連
結された円筒形状の雌ネジホルダと、前記雌ネジホルダ
内周面に設けられた雌磁気ネジと、前記第一サーボモー
タの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動
自在であって、前記雌磁気ネジ内に装填された円筒形状
の雄ネジホルダと、前記雄ネジホルダの外周面に設けら
れた雄磁気ネジと、前記雄磁気ネジと一体に設けられ、
前記第一サーボモータの中空部から突設された出力軸と
を有することを特徴とする。

【０００６】よって、第一サーボモータへの通電により
励磁されたコイルに磁束が発生して永久磁石に回転方向
の力が与えられ、これによって回転体が所定角度回転す
ると、その回転体の回転が雄磁気ネジと一体の出力軸に
伝達され、その出力軸から回転が出力されることとな
る。一方、第二サーボモータが通電され、そのモータ軸
から所定角度の回転が出力されると、そのモータ軸に連
結された雌ネジホルダ及び雌磁気ネジが回転し、その雌
磁気ネジと磁力によって吸引し合っている雄磁気ネジに
動力が伝達される。しかし、雄ネジホルダの回転が制限
されているため、雄磁気ネジには軸方向の力のみが作用
し、出力軸には軸方向の直線運動が出力されることとな
る。そのため、第一サーボモータによる回転運動と第二
サーボモータによる直線運動とが出力軸から出力され、
それぞれ回転及び上下方向の出力が任意に設定できる。
また、第一サーボモータ及び第二サーボモータが磁力で
駆動するため、過大な負荷に対してトルクリミッタ機能
が働く。

【０００７】また、本発明の出力装置は、前記出力軸
は、前記第一サーボモータの回転体に対して回転するこ
となく軸方向にのみ移動自在に装填されたロッドに前記
雄磁気ネジが一体に形成されたものであることを特徴と
する。よって、回転する雌磁気ネジとの吸引力によって
動力が伝達される雄磁気ネジには、軸方向にのみ移動自
在に装填されたロッドが一体に形成されているため、そ
のロッドを軸方向に移動させるように直線移動する。ま
た、本発明の出力装置は、前記出力軸は、前記第二サー
ボモータに固定されたロッドに対し、回転することなく
軸方向にのみ移動自在にはめ込まれた前記雄ネジホルダ
であることを特徴とする。よって、回転する雌磁気ネジ
との吸引力によって動力が伝達される雄磁気ネジは、軸
方向にのみ移動自在な雄ネジホルダに形成されているの
で、その雄ネジホルダを軸方向に移動させるように直線
移動する。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る出力装置の一
実施の形態について具体的の説明する。図１は、出力装
置の第１実施の形態を示した断面図である。本実施の形
態の出力装置は、ダイレクトドライブモータ（以下、
「ＤＤモータ」という）が回転方向出力の動力源となる
ものである。この出力装置は、モータ取付台１上にＤＤ
モータ２が固定され、下方には磁気ネジに連結されたス
テッピングモータ３を画設した支持筒４が固定されてい
る。ステッピングモータ３が、上下方向出力の動力源と
なるものである。

【０００９】先ず、ＤＤモータ２はの構成を簡単に説明
する。ＤＤモータ２は、モータ取付台１上面に円筒形状
のモータ固定台１１が固定されて支持されている。そし
て、このモータ固定台１１を内側と外側から挟み込むよ
うに形成された二重円筒形の回転体１２が、モータ固定
台１１上方からかぶさるようにして取り付けられてい
る。モータ固定台１１の内周面には、回転体１２との間
にベアリング１３，１３が上下に設けられ、そのモータ
固定台１１に対して回転体１２が回転自在に支持されて
いる。一方、モータ固定台１１の外周面にはコイル１４
が巻かれたステータ１５が円周方向に設けられ、そのス
テータ１５に対面するよう回転体１２の内周面に複数の
永久磁石１６が固着されている。そして、回転体１２の
上面には回転板１７が貼設されている。

【００１０】次に、このような回転運動を与えるＤＤモ
ータ２には、磁気ネジを備えた上下駆動部５が組み付け
られている。ＤＤモータ２の回転体１２の回転中心に
は、筒形状の支持ホルダ２１が嵌合され、その回転体１
２と一体に回転するよう構成されている。この支持ホル
ダ２１は、モータ取付台１から下にかけて拡径し、その
拡径部には上下にベアリング２２，２２が嵌合され、支
持ホルダ２１内に嵌挿された雌ネジホルダ２３が、その
ベアリング２２，２２によって回転支持されている。そ
して、雌ネジホルダ２３の内周面には螺旋状に着磁され
た雌磁気ネジ２４が形成されている。

【００１１】また、このように支持ホルダ２１内に回転
支持された雌ネジホルダ２３は、カップリング２５を介
してステッピングモータ３のモータ軸３ａに連結されて
いる。このステッピングモータ３は、円筒形状の支柱２
６によって支持ホルダ２１に吊設され、支持ホルダ２１
と一体に回転するよう構成されている。一方、雌磁気ネ
ジ２４内には、先端がＤＤモータ２から突出するように
ロッド３１が挿入されている。ロッド３１は、ボールス
プライン軸をなし、回転体１２側に固定されたボールス
プライン軸受３２に挿入され、回転体１２に対してロッ
ド３１が回転しないよう構成されている。そして、その
ロッド３１の下端部には軸方向所定寸法幅で雄ネジホル
ダ３３が嵌合され、その外周面に雄磁気ネジ３４が形成
されている。

【００１２】次に、本実施の形態の出力装置を構成する
磁気ネジの構成について簡単に説明する。図２は、雄磁
気ネジ及び雌磁気ネジを示す分解斜視図である。雄磁気
ネジ３４は、図２に示すように、ロッド３１に嵌合され
た雄ネジホルダ３３の外周に嵌合され接着された円筒磁
石３５より構成されている。雄ネジホルダ３３は、高透
磁性の材料（例えば鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト
若しくはこれらを主成分とする合金その他の化合物等）
より成形されている。円筒磁石３５には、螺旋状に形成
された着磁帯３６が形成され、隣接する着磁帯同士は極
性が逆に着磁されている。すなわち、Ｎ極着磁帯３６Ｎ
の隣には必ずＳ極着磁帯３６Ｓが着磁されている。その
ため、雄磁気ネジ３４の表面には、図２に示すようにＮ
極着磁帯３６ＮとＳ極着磁帯３６Ｓとが交互に着磁され
た螺旋状の着磁帯３６が整然と形成されている。

【００１３】一方、円筒形状の雌ネジホルダ２３内に
は、その内周に嵌合された円筒磁石２７に雌磁気ネジ２
６が形成されている。雌ネジホルダ２３も、高透磁性材
料（例えば鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト若しくはこ
れらを主成分とする合金その他化合物等）から成形さ
れ、その内周面に嵌合された円筒磁石２７には、図２に
示すような雄磁気ネジ３４と同様に螺旋状にＮ極着磁帯
２８ＮとＳ極着磁帯２８Ｓとが交互に螺旋状に着磁され
た着磁帯２８が形成されている。

【００１４】そして、このような雄磁気ネジ３４及び雌
磁気ネジ２６は、雄ネジホルダ３３及び雌ネジホルダ２
３を強度部材として挿入するため、機械的強度を高める
ことができる。そのため、円筒磁石３５及び円筒磁石２
７は、磁石材料としては優れる反面、材質的に脆いフェ
ライト系や希土類系の材料であっても問題なく使用する
ことができる。また、このような強度部材を高透磁性の
材料で構成すれば、円筒磁石３５及び円筒磁石２７の強
い磁力を更に有効に利用することができる。

【００１５】そこで、このような構成からなる本実施の
形態の出力装置は、以下のようにして回転運動及び上下
運動が出力される。先ず、回転運動を出力する場合に
は、ＤＤモータ２がコントロールされる。図示しないコ
ントローラによりコイル１４が通電されると、これによ
りステータ１５の周りに磁束が発生し、永久磁石１６に
対する吸引力及び反発力として作用するため、回転体１
２に所定方向の回転が与えられる。回転体１２の回転
は、その円筒内に一体に嵌合された支持ホルダ２１をも
同時に回転させる。また、その回転体１２には回転板１
７及びボールスプライン軸受３２も一体に構成されて同
時に回転するため、そのボールスプライン軸受３２に回
転が制限されて挿入されたロッド３１にも回転が与えら
れる。従って、ＤＤモータ２の回転をコントロールする
ことにより、ロッド３１から回転が出力されることとな
る。

【００１６】次に、上下運動を出力する場合には、ステ
ッピングモータ３がコントロールされる。ＤＤモータ２
の回転を停止させ、或いはその回転と同時に図示しない
コントローラによりステッピングモータ３が通電される
と、発生する磁束によってロータに回転が与えられ、そ
のモータ軸３ａから所定方向の回転が出力される。モー
タ軸３ａの回転により、カップリング２５によって連結
された雌ネジホルダ２３に回転が伝達され、その内周面
に形成された雌磁気ネジ２４に回転が与えられることと
なる。ところで、雄磁気ネジ３４と雌磁気ネジ２４と
は、その着磁帯３６，２８が異極同士（３６Ｎと２８
Ｓ，３６Ｓと２８Ｎ）吸引し合っている。そこで、雌磁
気ネジ２４に回転が与えられると、その回転に雄磁気ネ
ジ３４が追随しようとする。しかし、ロッド３１の回転
がボールスプライン軸受３２によって制限されているた
め、その雄磁気ネジ３４には推力が作用してロッド３１
が上方或いは下方に移動することとなる。

【００１７】よって、以上のような構成による本実施の
形態の出力装置によれば、ＤＤモータ２によって回転運
動を出力し、磁気ネジ３４，２４を設けたステッピング
モータ３によって上下運動を出力するようにしたので、
いずれの出力も任意にその出力を制御することができる
ようになった。また、ＤＤモータ２及びステッピングモ
ータ３が磁力で駆動するため、過大な負荷に対してトル
クリミッタ機能が働くため、取り付けたアームや関係機
械の破損が防止されるようになった。更には、出力時に
手を挟むような緊急時にも、リミット作用により危険が
回避されることとなった。

【００１８】また、上下運動の出力に使用した磁気ネジ
も雄磁気ネジ３４と雌磁気ネジ２４とが磁力によって結
合され大きな抵抗に対して脱調が起こるため、出力時に
手を挟むような緊急事態が生じても、この脱調によるリ
ミット作用により危険が回避され、より安全性が高めら
れる結果となった。また、磁気ネジ３４，２４は、磁気
ネジのピッチ、即ち着磁帯３６，２８の幅を変化させる
ことで、雄磁気ネジ３４と雌磁気ネジ２４との間の磁力
による吸引力を調節でき、出力軸３１の負荷に対応させ
ることができる。

【００１９】次に、本発明にかかる出力装置の第２実施
の形態について説明する。図３は該出力装置を示した断
面図である。なお、前記第１実施の形態の出力装置と同
様の構成については同符号を付し、その詳細な説明は省
略する。本実施の形態の出力装置もＤＤモータ２を回転
運動出力の動力源とし、ステッピングモータ３を上下運
動出力の動力源としている。ＤＤモータ２は、モータ取
付台１上に固設され、その下方には磁気ネジに連結され
たステッピングモータ３が配設され、支持筒４によって
画設されている。そして、このような回転運動を与える
ＤＤモータ２に磁気ネジを備えた上下駆動部４１が組み
付けられている。上下駆動部４１は、ＤＤモータ２を構
成する回転体１２の回転中心に、筒形状の支持ホルダ４
２が嵌合され、その回転体１２と一体となって回転する
よう構成されている。

【００２０】支持ホルダ４２は、モータ取付台１から下
にかけて拡径し、その拡径部には一つのベアリング４３
が嵌合されている。支持ホルダ４２の下端には支持部材
４３が吊設され、これにステッピングモータ３が支持さ
れている。そして、本実施の形態の出力装置では、ステ
ッピングモータ３がＤＤモータ２と同軸上にはなく、そ
の軸心がずれた状態で配置されている。そこで、ステッ
ピングモータ３の駆動軸３ａにはモータ用歯車４４が嵌
合され、そのモータ用歯車４４が雌ネジ回転歯車４５と
噛合されている。雌ネジ回転歯車４５は、その軸心部が
穿設され、固定金具４６に固定されたロッド５１に貫か
れている。

【００２１】また、雌ネジ回転歯車４５には、円筒形状
の雌ネジホルダ２３が嵌合され、一体に回転するよう構
成されている。この雌ネジホルダ２３は、ＤＤモータ２
を突き抜け、支持ホルダ４２下端部のベアリング４８と
ＤＤモータ２頂部に設けられたベアリング４９とによっ
て回転支持されている。雌ネジホルダ２３は、支持ホル
ダ４２内周面とは非接触状態で配設され、その支持ホル
ダ４２内を回転するよう構成されている。そして、その
雌ネジホルダ２３内には図２に示すように円筒磁石２７
が嵌合され、その内周面に螺旋状のＮ極着磁帯２８Ｎと
Ｓ極着磁帯２８Ｓとが交互に着磁された着磁帯２８から
なる雌磁気ネジ２４が形成されている。

【００２２】一方、固定金具４７に固定されたロッド５
１を覆うように円筒形状の雄ネジホルダ３３が挿入さ
れ、その上端には円柱形状のヘッド５２がはめ込まれて
いる。雄ネジホルダ３３の外周には円筒磁石３５が嵌合
され、その円筒磁石３５には、図２に示すように螺旋状
のＮ極着磁帯３６ＮとＳ極着磁帯３６Ｓとが交互に着磁
された着磁帯３６からなる雄磁気ネジ３４が形成されて
いる。そして、その雄磁気ネジ３４には、雌磁気ネジ２
４と接触しないようガイドパイプ５３がはめ込まれて全
体が覆われている。このような、雄ネジホルダ３３、雄
磁気ネジ３４、ヘッド５３、そしてガイドパイプ５３に
よって出力軸５５が形成されている。そして、出力軸５
５は、回転体１２に対して回転しないようにするため、
雄ネジホルダ３３内にボールスプライン軸受５６が設け
られ、それにボールスプライン軸をなすロッド５１が挿
入されている。

【００２３】そこで、このような構成からなる本実施の
形態の出力装置は、次のように回転及び上下方向の運動
が出力される。先ず、回転運動を出力する場合には、Ｄ
Ｄモータ２がコントロールされる。図示しないコントロ
ーラによりコイル１４が通電されると、これによりステ
ータ１５の周りに磁束が発生し、永久磁石１６に対する
吸引力及び反発力として作用するため、回転体１２に所
定方向の回転が与えられる。回転体１２の回転は、その
円筒内に一体に嵌合された支持ホルダ４２をも同時に回
転させる。また、支持ホルダ４２が回転すれば、これと
一体のステッピングモータ３及び固定金具４７に固定さ
れたロッド５１にも回転が与えられることとなる。その
ため、その回転は出力軸５５にも伝達され、その出力軸
５５から回転が出力されることとなる。

【００２４】次に、上下運動を出力する場合には、ステ
ッピングモータ３がコントロールされる。ＤＤモータ２
の回転を停止させ、図示しないコントローラによりステ
ッピングモータ３が通電されると、発生する磁束によっ
てロータに回転が与えられ、そのモータ軸３ａから所定
方向の回転が出力される。モータ軸３ａの回転は、モー
タ用歯車４４から雌ネジ回転歯車４５に伝達され、その
雌ネジ回転歯車４５に固定された雌ネジホルダ２３に回
転が与えられることとなる。雌ネジホルダ２３に回転が
与えられると、雌磁気ネジ２４も同様に回転することと
なる。雌磁気ネジ２４は、雄磁気ネジ３４と着磁帯３
６，２８が異極同士（３６Ｎと２８Ｓ，３６Ｓと２８
Ｎ）吸引し合っている。そのため、雌磁気ネジ２４に回
転が与えられると、その回転に雄磁気ネジ３４が追随し
ようとする。しかし、雄磁気ネジ３４を有する出力軸５
５の回転がボールスプライン軸受５６によって制限され
ているため、その雄磁気ネジ３４には推力が作用してロ
ッド３１が上方或いは下方に移動することとなる。

【００２５】よって、以上のような構成による本実施の
形態の出力装置によれば、ＤＤモータ２によって回転運
動を出力し、磁気ネジ３４，２４を設けたステッピング
モータ３によって上下運動を出力するようにしたので、
いずれの出力も任意にその出力を制御することができる
ようになった。また、ＤＤモータ２及びステッピングモ
ータ３が磁力で駆動するため、過大な負荷に対してトル
クリミッタ機能が働くため、取り付けたアームや関係機
械の破損が防止されるようになった。更には、出力時に
手を挟むような緊急時にも、リミット作用により危険が
回避されることとなった。

【００２６】また、上下運動の出力に使用した磁気ネジ
も雄磁気ネジ３４と雌磁気ネジ２４とが磁力によって結
合され大きな抵抗に対して脱調が起こるため、出力時に
手を挟むような緊急事態が生じても、この脱調によるリ
ミット作用により危険が回避され、より安全性が高めら
れる結果となった。また、磁気ネジ３４，２４は、磁気
ネジのピッチ、即ち着磁帯３６，２８の幅を変化させる
ことで、雄磁気ネジ３４と雌磁気ネジ２４との間の磁力
による吸引力を調節でき、出力軸３１の負荷に対応させ
ることができる。

【００２７】なお、本発明は、前記実施の形態に示した
ものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない
範囲で様々な変更が可能である。例えば、前記実施の形
態では回転運動を出力する動力源にＤＤモータ２を使用
し、また、上下方向の運動を出力する動力源にはステッ
ピングモータ３を使用したが、それぞれ他の構成による
サーボモータであってもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、回転中心に中空部をもって形
成された回転体を任意に回転させる第一サーボモータ
と、その回転体に対して固設した第二サーボモータと、
回転体の中空部内に回転自在に支持され、第二サーボモ
ータのモータ軸に連結された円筒形状の雌ネジホルダ
と、雌ネジホルダ内周面に設けられた雌磁気ネジと、第
一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方
向にのみ移動自在であって、雌磁気ネジ内に装填された
円筒形状の雄ネジホルダと、雄ネジホルダの外周面に設
けられた雄磁気ネジと、雄磁気ネジと一体に設けられ、
第一サーボモータの中空部から突設された出力軸とを有
する構成としたので、第一サーボモータによる回転運動
と第二サーボモータによる直線運動とが出力軸から出力
され、それぞれ回転及び上下方向の出力を任意に設定で
き、また第一サーボモータ及び第二サーボモータとも磁
力によって回転するため、回転及び上下方向の動作にト
ルクリミッタ機能を有する出力装置を提供することが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる出力装置の第１実施の形態を示
した断面図である。

【図２】雄磁気ネジ及び雌磁気ネジを示す分解斜視図で
ある。

【図３】本発明にかかる出力装置の第２実施の形態を示
した断面図である。

【符号の説明】

２ＤＤモータ１２回転体１４コイル１５ステータ１６永久磁石２１支持ホルダ２３雌ネジホルダ２４雌磁気ネジ３１ロッド３２ボールスプライン軸受３３雄ネジホルダ３４雄磁気ネジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コイルが巻回され円周方向に配設された
ステータと、前記ステータに対面する複数の永久磁石が
固着され、回転中心に中空部をもって形成された回転体
とを備え、前記コイルへの通電により発生する磁束によ
って前記回転体を任意に回転させる第一サーボモータ
と、前記回転体に対して固設され、回転を出力するモータ軸
を任意に回転させる第二サーボモータと、前記回転体の中空部内に回転自在に支持され、前記第二
サーボモータのモータ軸に連結された円筒形状の雌ネジ
ホルダと、前記雌ネジホルダ内周面に設けられた雌磁気ネジと、前記第一サーボモータの回転体に対して回転することな
く軸方向にのみ移動自在であって、前記雌磁気ネジ内に
装填された円筒形状の雄ネジホルダと、前記雄ネジホルダの外周面に設けられた雄磁気ネジと、前記雄磁気ネジと一体に設けられ、前記第一サーボモー
タの中空部から突設された出力軸とを有することを特徴
とする出力装置。
【請求項２】請求項１に記載の出力装置において、前記出力軸は、前記第一サーボモータの回転体に対して
回転することなく軸方向にのみ移動自在に装填されたロ
ッドに前記雄磁気ネジが一体に形成されたものであるこ
とを特徴とする出力装置。
【請求項３】請求項１に記載の出力装置において、前記出力軸は、前記第二サーボモータに固定されたロッ
ドに対し、回転することなく軸方向にのみ移動自在には
め込まれた前記雄ネジホルダであることを特徴とする出
力装置。