KR101201584B1 - 직진?회전 기구 - Google Patents

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KR101201584B1
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아키라 하시모토
고우키 나카
요스케 다카이시
마사야 이노우에
마사히로 이에자와
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따르면, 간소한 구조로 제조 비용을 삭감할 수 있는 직진 회전 기구를 제공할 수 있다. 샤프트(3a, 3b)를 평행하게 고정하여 설치한 1쌍의 샤프트 리드 모터(1a, 1b)의 가동부(2a, 2b)에, 각각 샤프트의 중심축에 평행한 회전축을 갖는 나사 결합 부재인 볼 너트(21a, 21b)를 고정한다. 이 볼 너트(21a, 21b)는 1개의 볼 나사(4)의 오른나사부(41)와 왼나사부(42)에 각각 나사 결합되어 있다.

Description

직진?회전 기구{LINEAR AND ROTATIONAL MOVEMENT MECHANISM}
본 발명은 직진 운동 및 회전 운동을 실시하는 기구에 관한 것이다.
반송 대상물을 직선 이동 또는 회전 이동시키는 장치에는 직진?회전 기구가 조립되어 있다.
종래의 직진?회전 기구로서, 특허 문헌 1에 기재된 직진?회전 기구를 도 4에 도시한다.
직진 기구(60a)의 모터(61a)의 회전축에 볼 나사(62a)가 직접 결합되어 있다.
이 볼 나사(62a)에 래크(63a)가 장착되어 있고, 볼 나사(62a)의 회전에 의해 이 래크(63a)가 직선 운동을 한다.
직진 기구(60a)와 평행이고, 또한 래크(63a)의 치면에 대향하는 측에도, 모터(61b)와 볼 나사(62b)와 래크(63b)로 이루어지는 동일한 직진 기구(60b)가 배치되어 있다. 래크(63a)와 래크(63b)의 사이에는 피니언 기어(64)가, 래크(63a)와 래크(63b)의 쌍방의 이빨과 맞물려 배치되어 있다. 피니언 기어(64)는 래크(63a)와 래크(63b)의 이빨을 따르는 방향으로 직선 운동 가능하게 구성되고, 또한 래크(63a)와 래크(63b)의 이동 속도 차이에 의해서 회전 가능하게 구성되어 있다. 피니언 기어(64)의 하부 단면에는 리니어 가이드(65)가 래크(63a)의 직선 운동 방향과 동일한 방향으로 장착되어 있다. 또한, 피니언 기어(64)의 상부 단면에는 반송 대상물을 파지하는 파지 기구(도시하지 않음)가 장착되어 있다. 모터(61a)와 모터(61b)를 동일 회전수로 구동하면, 볼 나사(62a)와 볼 나사(62b)는 동일 회전수로 회전해서, 래크(63a)와 래크(63b)가 동일 속도로 직선 운동하기 때문에, 피니언 기어(64)는 래크(63a) 및 래크(63b)와 동일 속도로 직선 운동한다. 따라서, 피니언 기어(64)에 장착된 파지 기구를 거쳐서 반송 대상물은 직선 이동한다.
모터(61a)와 모터(61b)를, 각각 회전수에 차이를 두고 구동하면, 볼 나사(62a)와 볼 나사(62b)도 회전수 차이를 갖고 회전해서, 래크(63a)와 래크(63b)의 직선 운동에 속도 차이가 생기기 때문에, 피니언 기어(64)는 래크(63a)와 래크(63b)의 속도 차이에 의해 회전한다. 따라서, 피니언 기어(64)에 장착된 파지 기구를 거쳐서 반송 대상물은 회전 이동한다.
일본 특허 공개 제 2000-161457 호 공보
특허문헌 1과 같은 직진?회전 기구에 있어서는, 항상 피니언 기어와 2개의 래크가 서로 치합된 상태를 유지할 필요가 있기 때문에, 피니언 기어의 하부 등을 지지하는 가이드 부재가 필요하다. 도 4에 도시하는 직진?회전 기구에서는, 피니언 기어(64)가 가이드 부재로서의 리니어 가이드(65) 상에 장착되는 것에 의해, 파지 기구 및 피니언 기어(64)를 소정의 위치에 유지 가능해진다.
이와 같이, 종래의 직진?회전 기구에는 파지 기구 및 피니언 기어(64)의 위치를 유지하기 위한 가이드 부재가 필요하기 때문에, 직진?회전 기구의 구조가 복잡하게 된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 간단한 구조를 갖는 직진?회전 기구를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 직진?회전 기구는, 평행하게 배치되고, 가동부가 고정부에 대해서 평행 방향으로 이동하는 제 1 및 제 2 직진 기구와, 제 1 직진 기구의 가동부에 고정되고, 가동부의 가동 방향과 평행한 회전축을 갖는 제 1 나사 결합 부재와, 제 2 직진 기구의 가동부에 고정되고, 가동부의 가동 방향과 평행한 회전축을 갖는 제 2 나사 결합 부재와, 제 1 나사 결합 부재 및 제 2 나사 결합 부재가 함께 나사 결합하는 제 3 나사 결합 부재를 구비하고, 제 1 나사 결합 부재가 나사 결합하는 제 3 나사 결합 부재의 나사 결합 부분과, 제 2 나사 결합 부재가 나사 결합하는 제 3 나사 결합 부재의 나사 결합 부분의 나사 결합 방향이 반대인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명과 관련되는 직진?회전 기구는, 평행하게 배치되고, 가동부가 고정부에 대해서 평행 방향으로 이동하는 제 1 및 제 2 직진 기구와, 제 1 직진 기구의 가동부에 고정되고, 가동부의 가동 방향과 평행한 회전축을 갖는 제 1 나사 결합 부재와, 제 2 직진 기구의 가동부에 고정되고, 가동부의 가동 방향과 평행한 회전축을 갖는 제 2 나사 결합 부재와, 제 1 나사 결합 부재 및 제 2 나사 결합 부재가 함께 나사 결합하는 제 3 나사 결합 부재를 구비하고, 제 1 나사 결합 부재가 나사 결합하는 제 3 나사 결합 부재의 나사 결합 부분과, 제 2 나사 결합 부재가 나사 결합하는 제 3 나사 결합 부재의 나사 결합 부분의 나사 결합 방향이 반대인 것을 특징으로 하는 것이므로, 제조 비용의 삭감을 도모하는 것이 가능해져서, 에너지 절약에서 간소한 구조의 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 직진?회전 기구의 제 1 실시형태의 사시도,
도 2는 본 발명의 직진?회전 기구의 제 2 실시형태의 사시도,
도 3은 본 발명의 직진?회전 기구의 제 3 실시형태의 사시도,
도 4는 종래의 직진?회전 기구의 사시도.
(제 1 실시형태)
본 발명의 직진?회전 기구의 제 1 실시형태를 도 1을 이용해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 직진?회전 기구의 제 1 실시형태의 사시도이다.
제 1 샤프트 리니어 모터(1a)와 제 2 샤프트 리니어 모터(1b)[이하 리니어 모터(1a, 1b)라고 함]는 쌍방의 가동부(2a, 2b)가 평행하게 전진, 후퇴 운동하도록 배치되어 있다.
샤프트(3a, 3b)는 도시하지 않는 지지부에 고정되어 있고, 샤프트(3a, 3b)를 따라서 가동부(2a, 2b)가 도 1의 상하 방향으로 이동 가능하다.
가동부(2a)에는 제 1 나사 결합 부재인 볼 너트(21a)가, 가동부(2b)에는 제 2 나사 결합 부재인 볼 너트(21b)가 각각 지지되어 있다. 그리고, 볼 너트(21a)와 볼 너트(21b)는 샤프트(3a, 3b)와 평행한, 제 3 나사 결합 부재인 1개의 볼 나사(4)에 나사 결합되어 있다.
이 볼 나사(4)는 볼 너트(21a) 및 볼 너트(21b)에 나사 결합되어 있지만, 어디에도 고정은 되어 있지 않다.
또한, 볼 나사(4)는 볼 너트(21a)가 나사 결합되는 도 1의 상측 절반 부분과, 볼 너트(21b)가 나사 결합되는 하측 절반 부분에서는 나사 결합 방향, 즉 나사산이 반대로 절삭되어 있다.
가동부(2a)와 가동부(2b)에는 리니어 모터(1a, 1b)로의 제어 전원이 끊어졌을 때에 각 가동부(2a, 2b)가 자연 낙하하는 것을 방지하기 위한 브레이크(22a, 22b)를 각각 마련하고 있다.
그리고, 도 1에 도시하는 바와 같이, 볼 나사(4)의 일단에는 반송 대상물을 파지하는 파지 기구(5)를 마련하고 있다.
다음에, 파지 기구(5)의 직진 운동에 대해 설명한다.
리니어 모터(1a)와 리니어 모터(1b)를 동일한 방향으로 동일한 속도로 구동하면, 리니어 모터(1a)의 가동부(2a)와 리니어 모터(1b)의 가동부(2b)가 동일한 방향으로 동일한 속도로 직진 운동을 한다. 이때, 각각 지지된 볼 너트(21a)와 볼 너트(21b)도 동일한 방향으로 동일한 속도로 직진 운동을 한다.
전술한 바와 같이, 볼 나사(4)는 볼 너트(21a, 21b)만에 의해서 지지되어 있다. 따라서, 볼 너트(21a)와 볼 너트(21b)의 사이의 상대 속도가 제로이면, 볼 나사(4)를 회전시키는 힘은 발생하지 않고, 볼 나사(4)는 볼 너트(21a) 및 볼 너트(21b)와 동일한 방향으로 동일한 속도로 직진 운동만을 한다.
따라서, 볼 나사(4)의 선단에 마련된 파지 기구(5)도 직진 운동을 실시할 뿐으로 회전은 하지 않는다.
다음에, 파지 기구(5)의 회전 운동에 대해 설명한다. 간단하게 하기 위해, 볼 나사(4)의 오른나사부(41)(right hand screw)와 왼나사부(42)(left hand screw)의 리드 길이가 동일한 경우에 대해 설명한다.
리니어 모터(1a)의 가동부(2a)와, 리니어 모터(1b)의 가동부(2b)를 반대 방향으로 동일한 속도로 구동하면, 각각 지지된 된 볼 너트(21a)와 볼 너트(21b)도 반대 방향으로 동일한 속도로 직진 운동을 한다. 이 때, 볼 너트(21a)가 주행하는 왼나사부(42)와, 볼 너트(21b)가 주행하는 오른나사부(41)는 리드의 방향이 서로 역이고, 또한 리드 길이가 동일하기 때문에, 볼 나사(4)는 이동하지 않고 그 자리에서 회전 운동만을 한다. 따라서, 볼 나사(4)의 선단에 마련된 파지 기구(5)도 회전 운동만을 한다.
리니어 모터(1a)와 리니어 모터(1b)의 구동 속도가, 동일한 방향으로 동일한 속도가 아닌, 또한 역의 방향으로 동일한 속도도 아닌 경우, 볼 나사(4)는 직진 운동과 회전 운동의 쌍방을 실시한다.
모터(1a)와 리니어 모터(1b)의 구동 속도를 제어하는 것에 의해, 볼 나사(4)의 직진 운동과 회전 운동의 속도를 제어할 수 있다.
상술한 설명에서는 간단하게 하기 위해, 볼 나사(4)의 오른나사부(41)와 왼나사부(42)의 리드 길이가 동일한 경우에 대해 서술했지만, 리드 길이가 다른 경우에도, 리니어 모터(1a)와 리니어 모터(1b)의 구동 속도를, 리드 길이의 차이에 따라 제어하는 것에 의해, 볼 나사(4)의 직진 운동과 회전 운동의 속도를 제어하는 것이 가능하다.
본 제 1 실시형태에 의하면, 볼 너트(21a) 및 볼 너트(21b)와 볼 나사(4)와의 위치 관계를 유지하기 위한 가이드 부재를 별도 마련할 필요가 없기 때문에, 직진?회전 기구의 제조 비용의 삭감을 도모하는 것이 가능해져서, 에너지 절약에 간소한 구조의 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 제 1 실시형태에서는 제 1 및 제 2 나사 결합 부재로서 볼 너트를, 제 3 나사 결합 부재로서 볼 나사를 이용했을 경우에 대해 서술했지만, 제 1 및 제 2 나사 결합 부재로서는 너트를, 제 3 나사 결합 부재로서 볼트를 이용해도 동일하게 구성할 수 있다.
또한, 본 제 1 실시형태에서는 제 1 직진 기구 및 제 2 직진 기구로서 샤프트 리니어 모터를 이용했을 경우에 대해 서술했지만, 제 1 직진 기구 또는 제 2 직진 기구로서는 모터와 볼 나사와 볼 너트로 이루어지는 직진 기구 또는 리니어 모터를 이용해도 동일하게 구성할 수 있다.
또한, 본 제 1 실시형태에서는 리니어 모터(1a)의 가동부(2a)와 리니어 모터(1b)의 가동부(2b)의 낙하 방지 수단으로서, 브레이크(22a, 22b)를 이용하고 있으므로, 예측할 수 없는 전원 차단시에 있어서도 직진?회전 기구의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 이러한 전원 OFF시에 가동부의 이동을 규제하는 기구로서, 브레이크(22a, 22b) 대신에, 용수철로 가동부(2a) 및 가동부(2b)를 매다는 구성으로 해도 마찬가지로 가동부의(2a, 2b)의 불측의 낙하 사고를 방지할 수 있다.
또한, 리니어 모터(1a)의 샤프트(3a)와 리니어 모터(1b)의 샤프트(3b)의 각각에, 가동부(2a, 2b)의 이동 범위를 물리적으로 규제하는 스토퍼 부재를 마련하는 구성으로 해도, 가동부(2a, 2b)의 낙하를 방지할 수 있다.
또한, 낙하 방지 수단은 볼 너트(21a)와 볼 너트(21b)에 마련해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(제 2 실시형태)
도 2는 본 발명의 직진?회전 기구의 제 2 실시형태를 나타내는 사시도이다. 제 1 샤프트 리니어 모터(201a)[이하, 리니어 모터(201a)라고 함]와, 제 2 샤프트 리니어 모터(201b)[이하, 리니어 모터(201b)라고 함]는 1개의 샤프트(203)를 공유하고 있고, 리니어 모터(201a)의 가동부(202a)와 리니어 모터(201b)의 가동부(202b)가 이 샤프트(203)에 설치되어 있다. 그 외의 구성은 제 1 실시형태와 동일하므로 설명을 생략한다.
본 제 2 실시형태에 의하면, 리니어 모터(201a)와, 리니어 모터(201b)는 1개의 샤프트(203) 상에 쌍방의 가동부가 배치되는 구성으로 했기 때문에, 직진?회전 기구로서의 폭 치수를 작게 구성할 수 있다.
또한, 본 제 2 실시형태에서는 리니어 모터(201a)와, 리니어 모터(201b)는 1 개의 샤프트(203) 상에 가동부가 배치되어 있지만, 리니어 모터(201a)의 샤프트와, 리니어 모터(201b)의 샤프트가 별체로, 동축 상에 배치된 구성이어도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(제 3 실시형태)
도 3은 본 발명의 직진?회전 기구의 제 3 실시형태를 나타내는 사시도이다. 제 1 샤프트 리니어 모터(301a)[이하, 리니어 모터(301a)라고 함] 및 제 2 샤프트 리니어 모터(301b)[이하, 리니어 모터(301b)라고 함]에 있어서, 각각 영구 자석을 배치한 가동 샤프트(303a, 303b)가 가동부로서 구성되고, 리니어 모터(301a)의 가동 샤프트(303a)의 단부에 제 1 볼 너트(321a)가, 리니어 모터(301b)의 가동 샤프트(303b)의 단부에 제 2 볼 너트(321b)가, 각각 지지되어 있다.
그리고, 리니어 모터(301a)의 코일부(306a) 및 리니어 모터(301b)의 코일부(306b)는, 각각 리니어 모터(301a, 301b)의 구동시에 고정부가 되도록 구성되어 있다.
그 외의 구성은 제 1 실시형태와 동일하므로 설명을 생략한다.
본 제 3 실시형태에서는 제 1 볼 너트(321a)를 직진 운동시키기 위한 리니어 모터(301a)와, 제 2 볼 너트(321b)를 직진 운동시키기 위한 리니어 모터(301b)의, 쌍방에 코일부(306a, 306b)를 고정부로서 배치했기 때문에, 리니어 모터(301a, 301b)를 구동, 제어하기 위한 배선이 고정될 수 있다.
이것에 의해 리니어 모터(301a) 및 리니어 모터(301b)의 배선부의 신뢰성을 장기간 유지할 수 있다.
또한, 본 제 3 실시형태에서는 제 1, 제 2 한쌍의 직진 기구로서 리니어 모터의 1종인 샤프트 리니어 모터의 경우에 대해서 서술하고 있지만, 다른 리니어 모터를 이용해도, 고정부로서 코일부를 배치한 구성이면 동일한 효과가 얻어진다.
1a, 1b, 201a, 201b, 301a, 301b : 샤프트 리니어 모터
2a, 2b, 202a, 202b : 가동부
3a, 3b, 203 : 샤프트
303a, 303b : 가동 샤프트
21a, 21b, 321a, 321b : 볼 너트
22a, 22b : 브레이크
4 : 볼 나사
41 : 오른나사부
42 : 왼나사부
306a, 306b : 코일부

Claims (7)

  1. 서로 평행 방향으로 배치되고, 지지부에 고정되는 고정부와, 상기 고정부에 대해서 상기 평행 방향으로 이동하는 가동부를 각각 구비하는 제 1 및 제 2 직진 기구와,
    상기 제 1 직진 기구의 가동부에 고정되고, 상기 가동부의 가동 방향과 평행한 회전축을 갖는 제 1 나사 결합 부재와,
    상기 제 2 직진 기구의 가동부에 고정되고, 상기 가동부의 가동 방향과 평행한 회전축을 갖는 제 2 나사 결합 부재와,
    상기 제 1 나사 결합 부재 및 상기 제 2 나사 결합 부재가 함께 나사 결합하는 제 3 나사 결합 부재를 구비하고,
    제 1 나사 결합 부재가 나사 결합하는 제 3 나사 결합 부재의 나사 결합 부분과, 제 2 나사 결합 부재가 나사 결합하는 제 3 나사 결합 부재의 나사 결합 부분의 나사 결합 방향이 반대인 것을 특징으로 하는
    직진?회전 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 직진 기구 및 상기 제 2 직진 기구의 각 가동부의 이동 방향 및 속도 차이에 의해, 제 3 나사 결합 부재의 직진 운동 및 회전 운동을 제어하는 것을 특징으로 하는
    직진?회전 기구.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 직진 기구 및 상기 제 2 직진 기구는 동축 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    직진?회전 기구.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 직진 기구 및 상기 제 2 직진 기구는 리니어 모터인 것을 특징으로 하는
    직진?회전 기구.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 리니어 모터는 고정부에 코일을, 가동부에 영구 자석을 갖는 것을 특징으로 하는
    직진?회전 기구.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 직진 기구 및 상기 제 2 직진 기구는 전원 오프(OFF)시에, 가동부의 이동을 규제하는 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    직진?회전 기구.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 나사 결합 부재 및 상기 제 2 나사 결합 부재는 볼 너트이고, 상기 제 3 나사 결합 부재는 볼 나사인 것을 특징으로 하는
    직진?회전 기구.
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