JPH01193456A - 軸駆動装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、被駆動軸を回転運動及び軸方向に直線運動さ
せるようにした軸駆動装置に関する。

（従来の技術） 産業用ロボット例えば水平多関節形ロボット或いは直角
座標形ロボット等においては、工具を取付けた被駆動軸
としての工具軸を回転運動及び軸方向に直線運動させる
ようにした機構は従来より数多く提供されている。この
機構には、工具軸を直線運動させるためのねじ部を工具
軸の軸線とは別に設けたものと、ねじ部を工具軸と軸線
を一にして設けたものとがある。

ねじ部を工具軸の軸線と別にして設けた第１の従来例を
第４図に示す。即ち、１はフレームで、これにねじ軸２
が回転可能に支持されている。このねじ軸２は外周部に
ねじ溝２ａが形成されており、第１のモータ３によりプ
ーリ４．ベルト５゜プーリ６を介して回転駆動される。

７は第１のモータ３に内設され該第１のモータ３の断電
時にその回転を拘束するブレーキである。８はねじ軸２
と共にボールねじ機構９を構成するナツトで、このナツ
ト８のボール１０がねじ軸２のねじ溝２ａ内に嵌入され
ている。１１はナツト８の外周部に固着された支持台で
、ナツト８と一体的に上下動される。１２はフレーム１
に回転可能に支持されたスプラインナツトで、これは第
２のモータ１３によりプーリ１４．ベルト１５．プーリ
１６を介して回転駆動される。１７はスプラインナツト
１２内に上下動可能に嵌合支持された工具軸としてのス
プラインシャフトで、上端部が支持台１１に回転可能に
連結され、下端部がスプラインナツト１２の下方に突出
しており、ここにハンド（図示せず）が取付けられてい
る。こ−のスプラインナツト１２の内部にはリニアベア
リング１８が取着されており、そのボール１８ａがスプ
ラインシャフト１７の縦溝部（図示せず）に嵌入されて
いる。

この第１の従来例において、第２のモータ１３が回転す
ると、その回転がプーリ１４．ベルト１５、プーリ１６
を介してスプラインナツト１２に伝達され、更にスプラ
インナツト１２の回転がスプラインシャフト１７に伝達
される。一方、第１のモータ３が回転するとプーリ４．
ベルト５．プーリ６を介してねじ軸２が回転され、更に
そのねじ軸２の回転がナツト８の上下方向の直線運動に
変換され、スプラインシャフト１７が上下方向に直線運
動する。

第１のモータ３が断電されるとブレーキ７が作動して第
１のモータ３の回転が拘束されるので、ハンドが重量物
を把持したとき、その荷重がナツト８のボール１０から
ねじ軸２のねじ溝２ａに加わって回転力に変換されても
、ねじ軸２は回転されず、従って、スプラインシャフト
１７は一定の高さ位置に保持される。

つぎに、ねじ部を工具軸と軸線を一にして設けた第２の
従来例を第５図に示す。但し上記第１の従来例と同一箇
所には同一符号を付す。即ち、スプラインナツト１２は
フレーム１に回転可能に支持され、このスプラインナツ
ト１２と軸線を一にしてボールねじ機構９のナツト８が
フレーム１に回転可能に支持されている。このうち、ス
プラインナツト１２は第２のモータ１３によりプーリ１
４、ベルト１５．プーリ１６を介して回転駆動され、ナ
ツト８は第１のモータ３によりプーリ４゜ベルト５．プ
ーリ６を介して回転駆動される。これらの第１及び第２
のモータ３及び１３には断電時にその回転を拘束するブ
レーキ７及び１９が設けられている。２０は工具軸たる
スプラインシャフトで、これは外周部に形成されたねじ
溝２０ａがナツト８に螺合され、また軸方向に延びる縦
溝部（図示せず）内にスプラインナット１２内部のリニ
アベアリング１８のボール１８ａが嵌入されている。そ
して、スプラインシャフト２０の下端部がスプラインナ
ツト１２の下方に突出しており、ここにハンドが取付け
られている。

而して、スプラインシャフト２０を一定の高さ位置で回
転運動させる場合には、先ず、第２のモータ１３が回転
されプーリ１４．ベルト１５．ブ一り１６．スプライン
ナツト１２．リニアベアリング１８を介してスプライン
シャフト２０を回転させる。これと同時に、第１のモー
タ３が回転されてプーリ４．ベルト５．プーリ６を介し
てナツト８をスプラインシャフト２０と同一方向に同一
回転数で回転させる。これによりナツト８がスプライン
シャフト２０と一体的に回転するので、スプラインシャ
フト２０は上下動せず、一定の高さ位置で回転される。

つぎに、スプラインシャフト２０を上下に移動させる場
合には、第１及び第２のモータ３及び１３の回転速度を
制御することによってナツト８とスプラインシャフト２
０とを異なる回転数で回転させる。これによって、ナツ
ト８とスプラインシャフト２０との回転数差に応じてス
プラインシャフト２０が上下に移動される。

そして、第１及び第２のモータ３及び１３が断電される
と、ブレーキ７及び１９が作動する。従って、ブレーキ
７が作動することによってナツト８の回転が拘束される
。また、ブレーキ１９が作動することによってスプライ
ンナツト１２即ちスプラインシャフト２０の回転が拘束
されるので、ハンドにより把持された重量物の荷重がボ
ールねじ機構９においてスプラインシャフト２０の回転
力に変換されても、当該スプラインシャフト２０は回転
することなく定位置に固定的に保持される。

（発明が解決しようとする課題） 上記した第１の従来例においては、ねじ軸２を被駆動軸
たるスプラインシャフト１７とは軸線を別にして設けな
ければならないので、装置全体が大形化するという問題
点がある。一方、第２の従来例においては、小形化を達
成することができるが、スプラインシャフト２０に加わ
る荷重によってこのシャフト２０が不用意に回転するこ
とを防止するには、回転駆動用の第２のモータ１３及び
直線運動駆動用の第１のモータ３の双方にその断電時に
夫々回転を拘束するブレーキ７．１９を設けなければら
ならず重量が増大し、コストがアップするという問題点
がある。

そこで本発明の目的は、小形化を達成することができ、
しかも回転駆動用モータ及び直線運動駆動用モータに夫
々ブレーキを設ける必要のない軸駆動装置を提供するに
ある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の軸駆動装置は、本体に回転可能に支持され内周
部にねじを有した第１の回転体と、この第１の回転体を
第１の伝動機構を介して回転駆動する第１のモータと、
前記本体に前記第１の回転体と軸線を一にして回転可能
に支持され内周部に係合部を有した第２の回転体と、こ
の第２の回転体を第２の伝動機構を介して回転駆動する
第２のモータと、外周部に前記第１の回転体のねじに螺
合するねじ及び前記第２の回転体の係合部に係合する係
合部を有した被駆動軸とを備え、第１及び第２のモータ
の回転を制御することにより、前記被駆動軸を回転及び
軸方向に直線運動させるようにしたものであって、前記
第１のモータから第１の伝動機構を経て第１の回転体に
至るまでの適宜の回転軸と、第２のモータから第２の伝
動機構を経て第２の回転体に至るまでの適宜の回転軸と
の間を、前記第１及び第２のモータの回転停止時に連結
状態にするクラッチを設けたところに特徴を有する。

（作用） 第１及び第２のモータが停止すると、第１のモータから
第１の伝動機構を経て第１の回転体に至るまでの適宜の
回転軸と、第２のモータから第２の伝動機構を経て第２
の回転体に至るまでの適宜の回転軸との間が、クラッチ
により連結状態にされる。すると、第１の回転体と第２
の回転体とが一体的に連結されるので、被駆動軸の回転
が拘束され、不用意に回転したり上下に動いたりしない
。

（実施例） 以下、本発明をロボットの工具軸を駆動する場合に適用
した一実施例につき第１図及び第２図を参照して説明す
る。

先ず第１図において、３１は本体たるフレームで、この
フレーム３１に取着された軸受台３２の上端部に２個の
軸受３３が嵌合され、下端部に軸受３４が嵌合されてい
る。３５は２個の軸受３３に嵌合されることによりフレ
ーム３１に回転可能に支持された第１の回転体としての
ねじナツトで、これは内周部に螺旋状に配列されたボー
ル３６を備えており、後述する工具軸（被駆動軸）とし
てのスプラインシャフト３７（これにはねじ溝３７ａが
形成されている）と共にボールねじ３８を構成するもの
で、斯るねじナツト３５の外周部にプーリ３９が取付け
られている。４０はフレーム３１に取付けられた第１の
モータで、これの軸４０ａにプーリ４１が取付けられて
いる。そして、これらプーリ３９，４１及びプーリ３９
，４１間に掛渡されたベルト４２とから第１の伝動機構
４３を構成している。４４は軸受３４に嵌合されること
によりねじナツト３５と軸線を一にしてフレーム３１に
回転可能に支持された第２の回転体としてのスプライン
ナツトで、外周部にプーリ４５が取付けられている。４
６はフレーム３１に取付けられた第２のモータで、これ
の軸４６ａにプーリ４７が取付けられている。４８はフ
レーム３１に取付けられた軸受４９に嵌合され第１のモ
ータ４０の軸４０ａと同一軸線となるように配置された
伝動軸で、これにプーリ５０及び５１が取付けられてい
る。そして、プーリ４７及び５０間にベルト５２を掛渡
すと共にプーリ４５及び５１間にベルト５３を掛渡し、
これにて第２の伝動機構５４が構成されている。前記ス
プラインシャフト３７はねじナツト３５及びスプライン
ナツト４４を貫通するように挿入されその下端部がスプ
ラインナツト４４の下方に突出してここにハンド（図示
せず）が取付けられている。このスプラインシャフト３
７の外周部には、ねじ溝３７ａと軸方向に延びる凹状の
係合部３７ｂとが形成されている。そして、ねじ溝３７
ａにねじナツト３５のボール３８が嵌入されることによ
りねじナツト３５と螺合している。また、係合部３７ｂ
には、スプラインナツト４４の内周部に取着された係合
部たるリニアベアリング５５のボール５６が嵌入されて
軸方向に移動可能に係合している。

さて、５７はクラッチで、これは第１のモータ４０から
第１の伝動機構４３を経てねじナツト３５に至るまでの
適宜の回転軸例えば第１のモータ４０の軸４０ａと、第
２のモータ４６から第２の伝動機構５４を経てスプライ
ンナツト４４に至るまでの適宜の回転軸例えば伝動軸４
８との間に設けられている。以下、このクラッチ５７を
第２図を参照して説明する。５８はフレーム３１に取付
けられた円筒状の電磁石で、コイル５８ａが巻回されて
いる。電磁石５８のコイル５８ａは、第１のモータ４０
或いは第２のモータ４６が通電される場合にはこれに先
だって通電され、第１のモータ４０及び第２のモータ４
６が断電されている場合には断電されている。５９及び
６０は電磁石５８の内部に取着された軸受、６１は軸受
５９，６０を介して電磁石５８の内部に回転可能に設け
られた回転部材で、これの一端部が第１のモータ４０の
軸４０ａに取付けられている。６２は回転部材６１の他
端側に設けられた吸着盤で、これの電磁石５８とは反対
側の面に摩擦シュー６３が配置されている。この吸着盤
６２はスプライン穴６２ａが回転部材６１のスプライン
軸部６１ａに係合することにより回転部材６１と一体的
に回転可能で且つ単独で軸方向に移動可能になっている
。６４は回転部材６１に形成された凹部Ｂｉｂ内に収容
され吸着盤６２を図示下方へ付勢するスプリングである
。６５は吸着盤６２に対向するように配置された回転盤
で、これは伝動軸４８に取付けられている。

次に上記構成の作用について説明する。

スプラインシャフト３７を動作させる場合には、先ず、
電磁石５８のコイル５８ａに通電すると、電磁石５８の
吸引力により吸着盤６２がスブ・リング６４の弾発力に
抗して回転部材６１に吸着される。これにより摩擦シュ
ー６３が回転機部６５から離反して回転部材６１と回転
機部６５との間が解放され、第１のモータ４０の軸４０
ａと伝動軸４８とが夫々別々に回転可能になる。そこで
第２のモータ４６及び第１のモータ４０が通電される。

第２のモータ４６が回転されるとプーリ４７．；＜ルト
５２及びプーリ５０を介して伝動軸４８が回転され、更
にプーリ５１．ベルト５３及びプーリ４５を介してスプ
ラインナツト４４が回転駆動され、リニアベアリング５
５のボール５６を介してスプラインシャフト３７が回転
される。これと同時に、第１のモータ４０が回転され、
その回転がプーリ４１．ベルト４２．プーリ３９を介し
てねじナツト３５に伝達され、このねじナツト３５が回
転される。この場合、第１及び第２のモータ４０及び４
６をねじナツト３５がスプラインナツト４４と同一方向
に同一回転数で回転するように制御すると、ねじナツト
３５がスプラインナツト４４と一体的に回転するので、
スプラインシャフト３７は上下動することなく、一定の
高さ位置で回転運動だけを行なう。

また、第１及び第２のモータ４０及び４６を、ねじナツ
ト３５がスプラインナツト４４と異なる回転数で回転す
るように制御し、例えばねじナツト３５をスプラインナ
ツト４４よりも大なる回転数で回転させると、ねじナツ
ト３５とスプラインシャフト３７との間に回転数差を生
ずるので、スプラインシャフト３７は回転しながら上昇
或いは下降するようになる。

上記のようにしてスプラインシャフト３７を動作させた
後、これをその位置に固定的に保持するには、第１のモ
ータ４０及び第２のモータ４６を断電すると共に、電磁
石５８°のコイル５８ａを断電する。すると、吸着盤６
２がスプリング６４の弾発力により回転盤６５に圧接さ
れてその摩擦力により回転盤６５と回転部材６１が連結
される。

従って、第１のモータ４０の軸４０ａと伝動軸４８とが
クラッチ５７により連結され、これによって、ねじナツ
ト３５がプーリ３９．ベルト４２゜プーリ４１．第１の
モータ４０の軸４Ｑａ、　　クラッチ５７．伝動軸４８
．プーリ５１．ベルト５３及びプーリ４５を介してスプ
ラインナツト４４に連結された状態になる。　　− この状態において、スプラインシャフト３７の下端部に
下向きの力例えば図示しないハンドに把持された重量物
の荷重が作用すると、ねじ溝３７ａに螺合しているねじ
ナツト３５には第１図の上から見て反時計回り方向の回
転力が作用し、逆にスプラインシャフト３７には時計回
り方向の回転力が作用する。然しなから、前述したよう
にねじナツト３５はスプラインナツト４４に連結されて
いるので、ねじナツト３５に作用する反時計回り方向の
回転力はスプラインナツト４４からスプラインシャフト
３７に伝達されてこれを反時計回り方向に回転させるよ
うに作用するようになる。従って、スプラインシャフト
３７は、互いに逆方向の回転力をねじナツト３５及びス
プラインナツト４４から同時に受けるため、実際には回
転されず、定位置に保持される。

斯様な構成の本実施例によれば、ねじナツト３５と軸線
を一にしてスプラインナツト４４を設けたので、スプラ
インナツト１２と別にねじ軸２を設けた第１の従来例と
は異なり装置全体を小形になし得、軽量化を達成し得る
。しかも、第１のモータ４０から第１の伝動機構４３を
経てねじナツト３５に至るまでの適宜の回転軸例えば第
１のモータ４０の軸４０ａと、第２のモータ４６から第
２の伝動機構５４を経てスプラインナツト４４；；至る
までの適宜の回転軸例えば伝動軸４８との間に１個のク
ラッチ５７を設けたので、第１及び第２のモータ３及び
１３に夫々ブレーキ７及び２０を設けた第２の従来例と
は異なり、１個のクラッチ５７でスプラインシャフト３
７を固定的に保持できて、各モータの構造の簡単化及び
軽量化を図り得、製造コストを低減し得る。

また、本実施例の場合において、プーリ３９及び４１の
径比と、プーリ４５及び５１の径比とを同一に設定すれ
ば、クラッチ５７を断電して連結状態にし、そして第２
のモータ４６だけを通電すると、ねじナツト３５とスプ
ラインナツト４４とは同一方向に同一回転数で回転する
ので、スプラインシャフト３７を回転運動だけさせる場
合の制御が簡単になる。

第３図は本発明の他の実施例を示す。これは、ロボット
のアーム６６を回転運動及び上下運動させる場合に適用
したもので、駆動装置における上記実施例との相違は、
第１のモータ４０と軸線を一致させるように第２のモー
タ４６を対向して配置し、第２の伝動機構６７を、第２
のモータ４６の軸４６ａに取付けたプーリ４７と、スプ
ラインナツト４４に取付けたプーリ４５と、これらプー
リ４５及びプーリ４７間に掛渡されたベルト６８とから
構成し、第２のモータ４５の軸４６ａと第１のモータ４
０の軸４０ａとの間にクラッチ５７を設けたもので、こ
の実施例においても同様の効果を奏するものである。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように本発明は、第１のモータ
から第１の伝動機構を経て第１の回転体に至るまでの適
宜の回転軸と、第２のモータから第２の伝動機構を経て
第２の回転体に至るまでの適宜の回転軸との間を、前記
第１及び第２のモータの回転停止時に連結状態にするク
ラッチを設けたので、小形化、軽；化を達成することが
でき、しかも回転駆動用モータ及び直線運動駆動用モー
タに夫々ブレーキを設ける必要がなく製造コストを低減
し得るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は一部を破断して示す全体の正面図、第２図はクラ
ッチの拡大縦断面図であり、第３図は本発明の他の実施
例を示す正面図、第４図は第１の従来例の第１図相当図
、第５図は第２の従来例の第１図相当図である。 図中、３１はフレーム（本体）、３５はボールねじ（第
１の回転体）、３７はスプラインシャフト（被駆動軸）
、３７ａはねじ溝、３７ｂは係合部、４０は第１のモー
タ、４３は第１の伝動機構、４４はスプラインナツト（
第２．の回転体）、４６は第２のモータ、５４及び６７
は第２の伝動機構、５７はクラッチを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、本体に回転可能に支持され内周部にねじを有した第
   １の回転体と、この第１の回転体を第１の伝動機構を介
   して回転駆動する第１のモータと、前記本体に前記第１
   の回転体と軸線を一にして回転可能に支持され内周部に
   係合部を有した第２の回転体と、この第２の回転体を第
   ２の伝動機構を介して回転駆動する第２のモータと、外
   周部に前記第１の回転体のねじに螺合するねじ及び前記
   第２の回転体の係合部に係合する係合部を有した被駆動
   軸とを備え、第１及び第２のモータの回転を制御するこ
   とにより、前記被駆動軸を回転及び軸方向に直線運動さ
   せるようにしたものであって、前記第１のモータから第
   １の伝動機構を経て第１の回転体に至るまでの適宜の回
   転軸と、第２のモータから第２の伝動機構を経て第２の
   回転体に至るまでの適宜の回転軸との間を、前記第１及
   び第２のモータの回転停止時に連結状態にするクラッチ
   を設けたことを特徴とする軸駆動装置。