JPH01312264A - 平行移動装置 - 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］ （産業上の利用分野） 本発明は工作機械のワークの位置決め装置やマニピュレ
ータのアームの移動機構として使用される３次元平行移
動装置に関する。

（従来の技術） 従悉より、３次元の平行移動装置としては１、ベースと
テーブルとの間で例えばボールねじのような直線運動機
構をＸＹｚの３方、向に３つ組合せ、テーブルをベース
に対して常に平行に維持して３次元的に移動させるよう
にしたものが用いられている。

しかしながら、このような構造のものでは、それぞれの
直線運動機構についてその運動範囲よりも大きなガイド
が必要となるため、動作範囲に比べて装置の占める領域
が大きく、コンパクトさに欠けるという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、極めてコンパクトな平行移動装置を提供することを目
的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の平行移動装置は、第１のフレーム、該第１のフ
レームに固着された支持軸、該支持軸に固着された第１
のかさ歯車、上記支持軸に回動自在に支持された第２の
フレーム、該第２のフレームに回転自在に支持された軸
体、及び該軸体に固着され上記第１のかさ歯車に噛合す
る第２のか−さ歯車からなる１対の支持機構と、１対の
支持機構をそれぞれの軸体が相対的に回転不能となるよ
うに結合する伸縮機構と、移動テーブル及び固定ベース
にそれぞれ固着され対をなす第１のフレームの一方をそ
れぞれ上記支持軸に垂直な軸回りに回動自在に支持する
支持枠とで平行維持機構を構成し、移動テーブルと固定
ベースとの間に上記平行維持機構を２組配置するととも
に移動テーブル及び固定ベースにそれぞれ取付けられた
２軸ジンバル機構並びにこれら２軸ジンバル機構に回転
拘束されて結合された伸縮機構を配置するか、又は移動
テーブルと固定ベースとの間に上記平行維持機構を３組
以上配置したことを特徴とするものである。

（作用） 本発明の構成によれば、第１のフレーム、支持軸、第１
のかさ歯車、第２のフレーム、軸体及び第２のかさ歯車
からなる１対の支持機構をそれぞれの軸体が相対的に回
転不能となるように伸縮機構で結合すると、１対の第１
のフレ。−ムは支持軸回りの方向では平行が維持され、
この支持軸回り以外の方向には回転が拘束されて移動で
きない。

また、１対の第１のフレームを移動テーブル及び固定ベ
ースにそれぞれ固着された支持枠で支持軸に垂直な軸回
りに回動自在に支持して平行維持機構を構成すれば、支
持軸回り以外の方向にも移動可能であるが、回動が拘束
されていないので、その方向での平行が維持できない。

更に、移動テーブルと固定ベースとの間に平行維持機構
を２組配置するとともに移動テーブル及び固定ベースに
それぞれ取付けられた２軸ジンバル機構並びにこれら２
軸ジンバル機構に回転拘束されて結合された伸縮機構を
配置するか、又は移動テーブルと固定ベースとの間に平
行維持機構を３組以上配置すると、全ての回転を拘束し
た状態で固定ベースに対して移動テーブルを平行移動さ
せることができる。

そして、本発明の平行移動装置を実際に駆動させるため
には、例えば移動テーブルと固定ベースとの間に、平行
維持機構と、両端を回動自在に支持した直動駆動装置と
を交互に３組ずつ配置した構造とする。

このような平行移動装置では、平行維持機構及びこれを
伸縮させる直動駆動装置は、全てほぼ１方向（伸縮方向
）に沿って配置されるので、極めてコンパクトなものと
なる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。なお
、各部材の番号に付された記号ａは移動テーブル側、記
号すは固定ベース側であることを表示する。

第２図は平行維持機構の基本的な構成を示す模式図であ
る。第２図において、第１のフレームｌａ、ｌｂには支
持軸２　ａ　ｓ　２　ｂが固着されており、この支持軸
２ａ、２ｂには第１のかさ歯車３　ａ　ｓ　３’ｂが固
着されている。また、支持軸２ａ。

２ｂには第２のフレーム４ａ、４ｂが回動自在に支持さ
れ、この第２のフレーム４　ａ　ｓ　４　ｂには軸体５
　ａ　ｓ　５　ｂが回転自在に支持され、この軸体５ａ
、５ｂには上記第１のかさ歯車３ａ、３ｂと噛合する第
２のかさ歯車６ａ％　６ｂが固着されている。以上の各
部材により支持機構が構成されている。そして、移動テ
ーブル側及び固定ベース側で１対をなしている支持機構
は、その軸体５ａ。

５ｂが継手（例えばスプライン軸継手）７で結合され、
相互に伸縮自在ではあるが、両者の相対的な回転は拘束
されている。

第２図の構成で、例えば移動テーブル側の第１のフレー
ムｌａ（及び第１のかさ歯車３ａ）を支持軸２ａ回りに
θだけ傾けると、第２のフレーム４ａに対して第２のか
さ歯車６ａ及び軸体５ａがθだけ回転し、固定ベース側
の軸体５ｂ及び第２のかさ歯車６ｂもθだけ回転するの
で、固定ベース側の第１のフレーム１ｂもθだけ傾く。

つまり、第１のフレーム１の傾きを軸体５の回転に変換
しているので、１対の第１のフレームｌａ、ｌｂが支持
軸２ａ、２ｂ回りに常に平行で、かつ伸縮自在な平行維
持機構を構成することができる。

しかし、この構成では支持軸２ａ、２ｂに直交するα軸
回りの回転が拘束されているので、固定ベース側の第１
のフレーム１ｂを固定すると、移動テーブル側の第１の
フレーム１ａはＡ方向（α軸に直交する方向すなわち支
持軸２ａに平行な方向）には移動できない。

そこで、第３図に示すように、移動テーブル１１に固定
された支持枠８ａにより第１のフレーム１ａをα軸回り
に回動自在に支持し、固定ベース１２に固定された支持
枠８ｂにより第１のフレーム１ｂをα軸回りに回動自在
に支持する。このような構成からなる平行維持機構ｌＯ
では、移動テーブル１１をＡ方向に移動させることがで
きる。

しかし、この構成では支持枠８ａ（及び移動テーブル１
１）がα軸回りに回動自在であるので、移動テーブル１
１がα軸回りに回動すると固定ベース１２との平行が保
てない。

そこで、第４図に示すように、固定ベース１２と移動テ
ーブル１１との間に第３図図示の平行維持機構圧を２組
、互いのα軸が所定の角度（≠０＠又は１８０°）をな
すように配置すれば、それぞれの平行維持機構脛により
相互にα軸回りの回動を拘束することができる。

しかし、この構成でも移動テーブル１１面内の回転を拘
束することができない。

そこで、第１図に示すように、移動テーブル１１と固定
ベース１２との間に第３図図示の平行維持機構圧を２組
配置するとともに、移動テーブル１１及び固定ベース１
２にそれぞれ直交２軸ジンバル機構９ａ、９ｂを取付け
、更にこれら直交２軸ジンバル機構９ａ、９ｂに伸縮機
構７を回転拘束した状態で結合すれば、移動テーブル１
１のすべての回転を拘束できるので、移動テーブル１１
を３次元的に平行移動させることができる。

なお、本発明の平行移動装置は、第１図における直交２
軸ジンバル機構９ａ、９ｂ及びこれらに回転拘束された
状態で結合された伸縮機構７の代りに、第３図図示の平
行維持機構１０を用い、移動テーブル１１と固定ベース
１２との間に平行維持機構皿を３組配置した構成として
もよい。これら平行維持機構見は、通常はぼ３等配（支
持枠８ａのなす角が互いに１２０度又は６０度）となる
ように配置されるが、これらの配置は特に限定されず、
３組の方向が異なっていればよい。

第５図は移動テーブル１１を移動させる３組の直動駆動
装置１３（例えば油圧シリンダやボールねじ機構）と３
組の平行維持機構１０との配置例を示したものである。

ここで、直動駆動装置１３の両端は移動テーブル１１及
び固定ベース１２に回動自在に支持されている。このよ
うに、直動駆動装置１３及び平行維持機構且は全てほぼ
１方向（伸縮方向）に沿って配置されるので、極めてコ
ンパクトな構造とすることができる。また、このような
構成であれば、移動テーブル１１は平行移動するだけで
あるから、直動駆動装置１３の駆動量と移動テーブル１
１の移動量との関係は三角関数を含まない簡単な幾何学
計算で求めることができる。

第６図は直動駆動装置１３と平行維持機構１０との間の
空間を利用して、移動テーブル１１面内の回転駆動装置
１４を収納した例を示したものである。更に、この回転
駆動装置１４の上にその回転軸と直交する２つの回転軸
を装備することにより、６軸のマニピュレータにするこ
ともできる。

なお、上記のような３次元平行移動装置で直動駆動装置
１３を平行に配置すると、３組の直動駆動装置１３の長
さが等しい中立点において不定となり、移動方向が定ま
らなくなる。これを避けるためには、第５図及び第６図
に示すように、固定ベース１２側の支点のピッチ円直径
と移動テーブル１１側の支点のピッチ円直径とを変えて
おけばよい。また、第５図及び第６図では、平行維持機
構１０と別に直動駆動装置１３を設けているが、平行維
持機構１０を構成する伸縮機構自体が直動駆動装置であ
ってもよい。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、極めてコンパクト
な平行移動装置を提供することができ、その工業的価値
は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における平行移動装置を示す模
式図、第２図は同平行移動装置を構成する１対の支持機
構を伸縮機構で結合した状態を示す模式図、第３図は同
平行移動装置を構成する平行維持機構の模式図、第４図
は同平行移動装置を構成する平行維持機構を２組配置し
た状態を示す模式図、第５図は本発明に係る３次元平行
移動テーブルにおける直動駆動装置と平行維持機構との
配置例を示す模式図、第６図は第５図は本発明に係る３
次元平行移動テーブルにおいてテーブル面内の回転駆動
装置を収納した例を示す模式図である。 ｌａ、ｌｂ・・・第１のフレーム、２　ａ　ｓ　２　ｂ
・・・支持軸、３　ａ　ｓ　３　ｂ・・・第１のかさ歯
車、４ａ。 ４ｂ・・・第２のフレーム、５ａ、５ｂ・・・軸体、６
　ａ　ｓ　６　ｂ・・・第２のかさ歯車、７・・・継手
、８　ａ　ｓ　８　ｂ・・・支持枠、９ａ、９ｂ・・・
直交２軸ジンバル機構、ｌＯ・・・平行維持機構、１１
・・・移動テーブル、１２・・・固定ベース、１３・・
・直動駆動装置、１４・・・回転駆動装置。 出願人復代理人　　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６　区 １、事件の表示 特願昭６３−１４１１３７号 （１１４）工業技術院長　飯塚　幸三 （ほか１名） ４、工業技術院長の復代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号 ７、補正により増加する請求項の数　　２８、補正の対
象 明細書 補正の内容 特許請求の範囲を別紙の通りに訂正する。 明細書の第３頁１９行目から第４頁１８行目にかけて「
本発明の平行移動装置は、・・・・・・・・・特徴とす
るものである。」とあるのを下記の通りに訂正する。 記 上記目的を達成するために、本発明は、固定ベースと移
動テーブルとの間に複数個の支持機構を介在させ、これ
ら支持機構で上記移動テーブルを上記固定ベースに対し
て平行移動可能に支持するようにしたものにおいて、上
記支持機構のうちの２個以上の支持機構が、上記固定ベ
ースもしくは上記移動テーブルに支持される支持枠、こ
の支持枠に回動自在に支持された第１のフレーム、この
第１のフレームに、このフレームの回動中心軸に対シて
直交する関係に固定された支持軸、この支持軸に同前さ
れた第１のかさ歯車、上記支持軸に回動自在に支持され
た第２のフレーム、この第２のフレームに回転自在に支
持された軸体、この軸体に同前されるとともに上記第１
のかさ歯車に噛合する第２のかさ歯車よりなる第１およ
び第２の支持要素と、これら第１および第２の支持要素
の上記軸体相互を相対的に回転不能で、かつ伸縮自在に
結合する伸縮機構とからなる平行維持機能肘支持機構で
構成されてなることを特徴としている。 （３）明細書の第４頁２０行目力ζら第６頁５行目にか
けて「本発明の構成によれば、・・・・・・・・・交互
に３組ずつ配置した構造とする。」とあるのを下記の通
りに訂正する。 記 上記した構成の第１および第２の支持要素と、これら第
１および第２の支持要素の上記軸体相互を相対的に回転
不能で、かつ伸縮自在に結合する伸縮機構とからなる平
行維持機能肘支持機構は、支持枠に対する第１のフレー
ムの回動中心軸を中心とした回転には平行維持機能を発
揮しないが、第１のフレームに対する第２のフレームの
回動中心軸を中心とした回転には平行維持機能を発揮す
る。つまり、この平行維持機能肘支持機構は１、平行維
持に方向性を有している。 したがって、この平行維持機能肘支持機構を固定ベース
と移動テーブルとの間に１つだけ設けた場合には、固定
ベースに対して移動テーブルを平行移動させることはで
きない。 また、この平行維持機能肘支持機構を固定ベースと移動
テーブルとの間に２つだけ設けた場合には、固定ベース
に対して移動テーブルを平行移動させることはできるが
、移動テーブルの面内回転を防止することができない。 しかし、この平行維持機能肘支持機構を固定ベースと移
動テーブルとの間に２つ設け、さらに固定ベースと移動
テーブルとの間に２軸ジンバル機構およびこれら２軸ジ
ンバル機構を回転拘束状態に、かつ伸縮自在に連結する
伸縮機構からなるジンバル形支持機構を設けた場合には
、固定ベースに対して移動テープルを平行移動させるこ
とができ、しかも移動テーブルの面内回転を完全に防止
することが可能となる。ジンバル形支持機構の代りに、
もう１つの平行維持機能形支持機構を設けても固定ベー
スに対して移動テーブルを平行移動させることができ、
しかも移動テーブルの面内回転を完全に防止することが
可能となる。 また、平行維持機能形支持機構にバックラッシュがある
ときには、これを除去するために３つ以上の平行維持機
能形支持機構と、上述したジンバル形支持機構との両方
を設けるようにしてもよい。これらの機構が４つ以上存
在していると、３つの回転拘束に対して１つをバックラ
ッシュ調整に利用できる。そして、これらの支持機構に
介在している伸縮機構を直線駆動装置に置き換えること
も容易である。 （４）明細書の第６頁１５行目、第９頁８行目から同頁
９行目にかけて、明細書の第１２頁１９行目にそれぞれ
「平行維持機構」とあるのをそれぞれ「支持機能を備え
た平行維持機構」と；ｆ圧する。 ２、特許請求の範囲 とする平行移動装置。 （２）前記固定ベースと前記移動テーブルとの間９平行
移動装置。 項１に記載の平行移動装置。 および上記移動テーブルに回動自在に支持されるととも
に上記平行維持機能肘支持機構に対して周出願人復代理
人　弁理士　鈴江武彦

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１のフレーム、該第１のフレームに固着された
   支持軸、該支持軸に固着された第１のかさ歯車、上記支
   持軸に回動自在に支持された第２のフレーム、該第２の
   フレームに回転自在に支持された軸体、及び該軸体に固
   着され上記第１のかさ歯車に噛合する第２のかさ歯車か
   らなる１対の支持機構と、１対の支持機構をそれぞれの
   軸体が相対的に回転不能となるように結合する伸縮機構
   と、移動テーブル及び固定ベースにそれぞれ固着され対
   をなす第１のフレームの一方をそれぞれ上記支持軸に垂
   直な軸回りに回動自在に支持する支持枠とで平行維持機
   構を構成し、移動テーブルと固定ベースとの間に上記平
   行維持機構を２組配置するとともに移動テーブル及び固
   定ベースにそれぞれ取付けられた２軸ジンバル機構並び
   にこれら２軸ジンバル機構に回転拘束されて結合された
   伸縮機構を配置するか、又は移動テーブルと固定ベース
   との間に上記平行維持機構を３組以上配置したことを特
   徴とする平行移動装置。
2. （２）移動テーブルと固定ベースとの間に、平行維持機
   構と、両端を回動自在に支持した直動駆動装置とを交互
   に３組ずつ配置したことを特徴とする請求項（１）記載
   の平行移動装置。
3. （３）３組の直動駆動装置の支点のピッチ円半径が移動
   テーブル側と固定ベース側とで異なることを特徴とする
   請求項（２）記載の平行移動装置。
4. （４）移動テーブルと固定ベースとの間に、直動駆動機
   構を兼ねる伸縮機構を有する平行維持機構を３組配置し
   たことを特徴とする請求項（１）記載の平行移動装置。