JPS60174058A - 円筒面駆動装置 - 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】 り丸棒１訓ｊ１ 本発明は、円筒面案内機構に関する。更に詳細には本発
明は、それぞれ固定子側及び可動子側をなす少なくとも
１つの凸円筒面及び凹円筒面を滑動自在に組み合わせて
構成した円筒面機構に関する。

このような円筒面機構は、例えば、マニピュレータとし
て利用される。

従米鼓血 従来より円筒面を滑動自在に紹み合わせ゛ζ構成された
円筒面機構とし°ζは、ピストン等数多く存在するが、
これらはいずれも駆動機構および伝動機構を円筒面機構
の外部に設げζいる。こうした駆動機構および伝動機構
は一般に駆動軸毎に設４Ｊ゛られ、装−°を複雑、大型
化する。

他力、従来の２軸以−にを同時駆動する装置としては、
平面内の直交２軸方向を同時駆動するアクチュエータと
し°Ｃ１米国ザイネテインク社のソーヤ氏が開発した同
時２軸リニー？シンクロナスモータがあるが、自４！Ｊ
Ｉ！ＩＩ１図機用に実用化されているにすぎない（米国
特許第３．ｍ、５ｔｓＪＦ＋および米国特許第３，４５
７，４８２号参照）。しかしこれは平面内の運動を与え
るものにすぎず、凸円筒面および凹円筒面を消・動自在
に組み合わゼ°ζ構成した円筒面機構の運動を実現する
ものではない。

光肌■且迫 本発明は上記従来技術の課題を解決することを目的とし
、史に詳細には、凸円筒面および凹円筒面を滑動自在に
糾み合わせ′ζ構成した円筒面機構において、隣接する
円筒面に伝！Ｊ１機構を用いずに直接駆動により２次元
運動を与えることを特徴とし、簡素且つ小型で高信頼性
の円筒面駆動装置を提供することを目的とする。

又所嬰構爪 上述の１」的を達成するため、本発明の特徴に従うと、
少なくとも１つの凸円筒面及び凹円筒面を滑動自在に絹
み合わせて構成された円筒面機構であっζ、該円筒面を
相対柱１ノせしめるアクチュエータが上記２つの円筒面
間に設けられていることを特徴とする円筒面駆動装置が
提イハされる。上記凸円筒面および凹円筒面のいずれを
固定イ、可動子側とするかは、使用の態様で決定するこ
とができる。

本発明の好ましい態様に従うと、上記アクチュエータは
、対面する凹凸円筒面の対の一方の円筒面上に設げられ
た固定子と、他力の円筒面に設けられた可動子とからな
るハイブリッド形リニヤモータによって構成される。こ
のモータの固定子を該円筒面上に等間隔に形成された磁
極歯の山により構成し、可動子を、該他方の円筒面内に
該円筒面と略平行に設けられた永久磁石と、該永久磁石
の両端部に配置した電磁石とから構成するのが好′まし
い。

本発明の更に別の好ましい態様に従うと、アクチュエー
タは、一方の円筒面内に該円筒面と略平行に設けられた
伸縮制御可能な素子と、該伸縮制御可能な素子の両端部
に取り付けられ、伸縮制御され”ζ他方の円筒面と当接
、離＋ｉ可能な素子とから構成される。このような素子
とし、て、圧電素子、磁歪素子、静電吸着素子或いは電
磁石を用いることができる。

更に本発明の別の特徴に従うと、円筒形の外面を持つ第
１部材と、該第１部材上に滑動自在に組み合わされた中
空円筒体の第２部材と、該第２部材上に滑動自在に組み
合わさ五、該第２部材の外１部材と該第２部材゛との間
に設けられ、該第１部材および該第２部材の隣接す□る
円筒面を周方向および軸方向に相対移動セしめる第１の
アクチュエータ群と、該第２部材と該第３部材との間に
設けられ、該第２部材および該第３部材の隣接する円筒
面を周方向および軸方向に相対移動せしめる第２のアク
チュエータ群とを具備し、該第１のアクチュエータ群及
び該第２のアクチュエー２群のいずれか一力が精密駆動
用であり、他方が高速駆動箱であることを特徴とする円
筒面駆動装置が提供される。

以下、本発明を添付図面を参照して実施例により説明す
るが、これらの実施例は本発明の中なる例示であり、本
発明の範囲を（ｉｉＪ等制限するものではないことは勿
論である。

実施班 第１図は本発明の１実施例に従う円筒面駆動装置の概略
図である。第１図では嵌合する円筒面部材の位置関係を
明瞭に示すため、細部を省略して示している。

′　図示の如く、この実施例の円筒面駆動装置は、円桂
状の固定子１と、固定子ｌ上に同軸に且つ滑動自在に嵌
合された円筒状の可動子２とを備える。

固定子１の表面上には、軸方向および周方向ともに格を
状の溝にまり画成された軟鉄製の磁極歯３が形成されて
いる。磁極歯３の間の溝の部分はエポキシ樹脂等の非磁
性材料で充填して滑らかにしζいる。

第２図は第１図に示した円筒面駆動装置の断面詳細図で
ある。

固定ｒ１の内面内に４つのアクチュエータ４　ａ　％４
ａ’　、４ｐ、４ρ゛が設けられている。アクチェエー
タ４ａおよび４　ａｌ　は軸方向の駆動を、°１クチュ
エータ４ｐおよび４ｐ゛　は周方向の駆動を行なうもの
である。固定子１と可動子２との間には小球５が複数箇
所に設けられ、固定イ１と可−ｊ子２との間を滑動自在
目、つ一定間隔に保持している。

第３図は第２図に示す円筒面駆動装置の可動子２および
アクチェエータ４ａ、　４ａ’　の断面と固定子ｌの側
面を示しζいる。

図示の如く、これらのアクチェエータ４はそれぞれ、永
久磁石６と、その両端に接続された電磁石７および８か
ら構成される。これらのアクチュエータは、固定子ｌの
外周面上に形成された磁極歯３とともにハイブリッド形
リニヤモータを構成している。

これらのモータの動作を第４図を参照して説明すると、
前述のとおり、固定子１の表面上のＶＢ２は円筒面上の
軸方向および周方向に所定のピンチで刻設され、モータ
の固定子側を構成し、ている。

他方、アクチュエータは、駆動方向に配置した永久磁石
６と、この永久磁石の両端部に取り付けられた電磁石７
および８とから構成される。これらの電磁石はそれぞれ
リード線９および１０により図示しないディジタル制御
部及び電源に接続されている。

これら°１クチュエータ４と磁極歯３とがリニヤモータ
を構成するには、電磁石７および８の可変磁極■、■、
■が■に対してそれぞれ磁極歯３のピンチに対して１／
２．１／４．３／４ずつずらされ°ζいる。

これを動作するには、第４図の永久磁石６の極性が電磁
石７および８の可変磁極■、■の側をＮ極、■、■の側
をＳ極とし、電磁石にリード線９およびＩＯを介して電
流を供し°ζ、磁極■がＮ極、（沙がＳ極になるようＧ
こ励磁すると、■では永久磁石による磁界と強め合い、
■では打ち消し合い、■が固定子例の町と一致する位置
に安定する。さらに同様に■、■を励磁するこ六により
可動子が移１Ｊする。これらの原理は公知の事実である
のでこれ以上の説明は省略する。

またアクチュエータとしてここで述べた以外のＷｉ硼方
式を適用することも可能であり、固定子１と可動子２と
の間の支持構造をころがり軸受、空気軸受などで構成可
能であることは言うまでもない。

第５図乃至第７図は本発明の更に別の好ましい実施例の
円筒面駆動機構の概略図である。

この実施例においても、可動子２の内面内に４つのアク
チュエ−１’　ｌｌａ、　ｌｌａ’、１１１）、ｌｉｐ
’が設けられている。アクチュエータｌｌａおよび１１
ａ°は軸方向の駆動を、アクチｊ、エータ１１寥）およ
び１１ρ゛は周方向の駆動を行なうものである。

第７図に詳細に図解するように、アクチェエータ１１は
、駆動方向に配設された圧電素子１２と、この両端部に
取り付けられた圧電素子１３．１４とから構成される。

圧電素子１２は電圧のオンオフによっ′ζ矢印で示す方
向に伸縮する。素子１２の両端に固着された圧電素子１
３．１４はクランプ機構として機能し、電圧のオンオフ
によって第７図で見て上下方向にそれぞれ伸縮し、縮む
時は固定子１の外表面から浮き上り、解放され伸びると
きは固定子１の外表面に吸着する構造となっＣいる。図
示の例では素子１３の上端部は可動子２の内表面に固定
され、素子１４の上端部は転がり軸受１５を介して当接
している。したがって、第７図の（■）〜（４）の駒に
変形と案内面への吸着・解放を順次繰り返すことによっ
てあたかも尺取虫のように０．０１μｍ〜０．１μｍの
オーダで設定した微小変位ごとの前進および後退の移動
が可能となる。

なお、伸縮可能な素子１２としては、電圧あるいは電流
の変形量で制御できる磁歪素子を用いることもでき、ま
た、クランプ素子１３．１４とし′ζ、は電磁石、静電
吸着素子などを用いることもできる。

このようなアクチュエータの動作原理は″精密機械″４
９企ＩＩ号３３−１に述べられているのでこれ以上の説
明を省略する。

第８図および第９図は本発明の更に別の態様に従う円筒
面駆動装置の概略夕１である。

この態様では、固定子１は中空円筒体であり、ハイブリ
ッド形リニヤモータの可動子側をなすアクチェエータ４
は固定子１の外側表面内に埋設され、固定子側をなず磁
極歯３は円筒体状の可動子２の内側表面に形成されてい
る。このように、アクチュエータ４が固定子ｌの外側表
面内に埋設され°ζいるため、アクチュエータ４をディ
ジタル制御部及び電源に接続するのが容易である。

第１０図および第１１図は、高速駆動が１−１能であり
、同時に精密な位置決めも行いうる本発明の別の特徴に
従う円筒面駆動装置をそれぞれ水平および垂ｉＫ　Ｉｊ
ｉ面で示す概略図である。

図示の如く、この実施例の円筒面駆動装置は、固定子を
なす円筒形の第１部材２１と、第１部材上に滑動自在に
組み合わされた中空円筒体の第２部材２２と、第２部材
上に滑動自在に絹み合わされた中空円筒体の第３部材２
３とを弗備する。

第１部材２１の外側表面には格子上の溝を刻設し°Ｃ磁
極歯２４が等間隔で形成されている。他力、第２部材２
２の内側表面内にバイブリソＦ形リニヤモータの可動子
側をなすアクチュエータ２５ａ　、２５ｐが設けられ“
ζいる。さらに、第１部材２１と第２部材２２との間に
はころがり軸受、空気軸受など適当な軸受手段が設けら
れ、第１部材２１と第１部材２１とを微小空隙を保持し
つつＰ％　ｕ＋自在に支持している。

更に、第３部材２３の内側表面内に、第５図乃至第７図
を参照し゛ζ説明した圧電素子型のアクチュエータ２６
ａおよび２６ｐが設けられ°ζ、第３部材２３を１８２
部材２２に対し、’ｒＩＩ！ｌｌＩ方向および周方向に
駆動可能としている。第２部材２２と第３部材２３との
間でも、ころがり軸受、空気軸受など適当な軸受手段が
設けられ、第２部材２２と第３部材２３とを微小空隙を
保持しつつ滑動自在に支持しているのは勿論である。

このような構造であるがら、０．　’ｌｎｎ＋のオーダ
ーの粗い位置決めをアクチュエータ２５ａ　、２５ｐで
高速に行い、さらに０．１ｍのオーダーの精密な位置決
めをアクチュエータ２６ａ　、　２６ｓ＋で１１うこと
かでき、高速且つ高精度の位置決めが可能となる。

訪米ｑ度盟 以上説明したように、本発明の円筒面駆動装置は円筒面
機構とアクチュエータを一体にした構造であるので、小
形、軽輩且つ簡易な機構である。

さらに、０．１Ａｌｌ１１のオーダーの精密な位置決め
が可能であり、極めて精度の高いマニピュレータとして
用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１陳１、は本発明の１実施例の円筒面駆動装置の概略
図、 ９Ｂ２図は、第１図の円筒面駆動装置１の水平断面詳細
図、 第３図は、第２Ｖ１４の円筒面駆動装置の可動子および
アクチュエータの断面と、固定子の側面の詳細図、 第４図は、第２図および第３図に示す円筒面駆動装置の
アクチュエータの原理説明図、第５図は、本発明の別の
実施例の円筒面駆動装置の水平１ｔｌｉ面図、 第６図は、第５図に示す円筒面駆動装置の軸方向の断面
図、 第７図は、第５図および第６図に示す円筒面駆動装置の
アクチェエータの原理説明図、第８図は、本発明のさら
に別の実施例の円筒面駆動装置の水平断面図、 第９図は、第８図に示す円筒面駆動装置の軸方向の断面
図、 第１Ｏ図は、本発明の別の特徴に従う実施例の円筒面駆
動装置の水平断面図、 第１１図は、第１Ｏ図に示す円筒面駆動装置の軸方向の
断面図、 である。 （主な参照番号） ｌ・・固定子、２・・可動子、 ３．２４・・磁極歯、 ４ａ、　４ａ’　、　４ｐ、４ｐ’　、２５ａ　、　２
５ｐ　−・ハイブリッド形リニヤモータのアクチュエー
タ、 ６・・永久磁石、　７および８・・電疵石１１ａ　、　
１１ａ°、ｌｉｐ、ｌｉｐ’、２６ａ　、２６ｐ　・　
・　ＬＷｉ；ｌＡｒ−型のアクチュエータ、 １２・・伸縮可能な素子、 １３．１４・・クランプ素子、 ２１・・円筒体の第１部材、 ２２・・中空円筒体の第２部材、 ２３・・中空円筒体の第３部材、 特許出願人　日本電信電話公社 代理人　弁理士　新居　正進 第１１図 第２回 第３晶 第５図 第７図 第８図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　少なくとも１つの凸円筒面および凹円筒面を滑
   動自在に組み合わせ゛ζ構成された円筒面機構であっ°
   ζ、該円筒面を相対移動せり、めるアクチュエータが上
   記２つの円筒面間、に設けられ′ζいることを特徴とす
   る円筒面駆動装置。
2. （２）　円筒形の外面を持つ第１部材と、該第１部材上
   に滑動自在に紹み合わされた中空円筒体の第２部材と、
   該第２部材上に滑動自在に組み合わされ、該第２部材の
   外周面と隣接する凹円筒面を持つ第３部材と、該第１部
   材と該第２部材との間に設けられ、該第１部材および該
   第２部材の隣接する円筒面を周方向およθ軸方向に相対
   移動せしめる第１のアクチュエータ群と、該第２部材と
   該第３９１（材との間に設けられ、該第２部材および該
   第３部材の隣接する円筒面を周方向および軸方向に相対
   移動せしめる第２のアクチュエータ群とを具備し、該第
   １のアクチュエータ群及び該第２のアクチュエータ群の
   いずれか一方が精密駆動用であり、他方が高速駆動用で
   あることを特徴とする円筒面駆動装置。