JPH06123345A - 一軸複合動作ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな耐荷重を有しながらシンプルな構成で
小型化することができ、しかも、発熱を減少させる。 【構成】 ねじ溝を外周に設けた軸と、このねじ溝に係
合して上記軸を移動させるナットと、このナットを回転
駆動するモータとを備えたユニットであって、軸２１に
は一方側と他方側に各々リードが異なる第１及び第２の
ねじ溝２１ａ，２１ｂが設けられ、この第１のねじ溝２
１ａには第１のモータＭ１に連結させた第１のナット２
２を係合させ、第２のねじ溝２１ｂには第２のモータＭ
２に連結された第２のナット２３を係合させるように構
成している。 【効果】 軸に掛かる負荷を第１及び第２のナットの双
方に分散するので、小さな耐荷重のナット及びモータが
使用可能となるのでユニットを小型化できる。また、軸
を移動または回転させる場合、常に第１及び第２のモー
タを回転させるため、ロック状態による発熱を低減する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２つのナットにより軸
を軸方向に移動すると共に回転させる一軸複合動作ユニ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】直交Ｘ−Ｙロボット或いはスカラ型ロボ
ットにはチャックやハンドをＺ軸及びθ軸方向に移動及
び回転させる一軸複合動作ユニットがアームの先端に設
けられている。この種の一軸複合動作ユニットとして、
本出願人は先に図４に示すような、スプラインナット及
びボールねじナットを各々ロータ部としたモータを構成
し、上記各ナットを直接回転駆動する図４に示すダイレ
クトドライブ式の一軸複合動作ユニットを提案した。

【０００３】即ち、図４において、軸１の略中央部から
上方側の外周には、ねじ溝１ａが設けられ、下方側の外
周には軸線に平行なスプライン溝１ｂが設けられ、ねじ
溝１ａにはボールねじナット３が係合し、スプライン溝
１ｂにはスプラインナット２が係合するように離間して
配設されている。さらに、ボールねじナット３の外周中
央には、例えば周方向にＮ・Ｓ極が着磁された環状の永
久磁石からなるロータ部４が配設され、これに固定子５
が所定の間隔をあけて対向配置している。固定子５の上
下端は一対のコアホルダー５ａによって挟持され、この
固定子５と上記回転子４によって回転駆動用のモータＭ
１が構成されている。

【０００４】一方、上記スプラインナット２の外周中央
にも、ロータ部６が配設されていて固定子７が対向配置
されている。固定子７の上下端は一対のコアホルダー７
ａによって挟持され、これら固定子７と上記回転子６に
よってスプラインナット２を回転駆動するモータＭ２を
構成している。これらモータＭ１及びＭ２の各固定子
５，７は、直交Ｘ−Ｙロボット或いはスカラ型ロボット
のアームに取り付けられた円筒状のハウジング８の内周
に各々離間して嵌合固着されている。また、各固定子
５，７のコアホルダー５ａ，７ａの内周縁と、上記ボー
ルねじナット３及びスプラインナット２との間には、サ
ポートベアリング９，１０を配設している。

【０００５】そして、モータＭ１を回転駆動すると、こ
れと一体のボールねじナット３が直接回転し、ボールね
じがねじ溝１ａを移動することにより軸１がＺ軸方向に
移動する。一方、モータＭ２を回転駆動するとスプライ
ンナット２が直接回転し、これがスプライン溝１ｂに係
合して軸１をθ軸方向に回転させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ように構成すると、軸１をＺ軸方向及びθ軸方向に移動
または回転させるために、専用の各ナット２，３を使用
していることから、軸１に対してＺ軸方向のみ、或いは
θ軸方向のみに大きな負荷が加わった場合は、この負荷
をボールねじナット３或いはスプラインナット２が個々
に受けることになる。従って、高負荷に対して正常に動
作させるためには、各ナット２，３を回転駆動可能な性
能を有するモータＭ１，Ｍ２にしなくてはならず、必然
的に大型化してしまう問題点がある。また、軸１をＺ軸
方向またはθ軸方向に単独に移動または回転させる場合
は、一方のモータＭ１またはＭ２の一方を駆動し、他方
をロック状態にしなくてはならず、このロックによって
モータが発熱する問題点がある。

【０００７】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、大きな耐荷重を有しながらシンプ
ルな構成で小型化することができ、しかも、発熱を減少
させることのできる一軸複合動作ユニットを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ねじ溝を外周
に設けた軸と、このねじ溝に係合して上記軸を移動させ
るナットと、このナットを回転駆動するモータとを備え
たユニットであって、上記軸には一方側と他方側に各々
リードが異なる第１及び第２のねじ溝が設けられ、この
第１のねじ溝には第１のナットを係合させ、上記第２の
ねじ溝には第２のナットを係合させるように構成してい
る。

【０００９】

【作用】軸の外周に設けた一方側と他方側に各々リード
が異なる第１及び第２のねじ溝に、各々モータによって
回転駆動される第１及び第２のナットを個々に係合させ
る構成とし、これら第１及び第２のナット両者を協調制
御することにより、軸がＺ軸方向及びθ軸方向に移動ま
たは回転させる。このとき、軸に掛かるＺ軸方向または
θ軸方向の負荷は、第１及び第２のナットの双方に分散
されるので、比較的小さな耐荷重のナット及びこれを回
転駆動するモータが使用可能となることから小型化でき
る。また、軸をＺ軸方向またはθ軸方向の一方に移動ま
たは回転させる場合であっても、常に第１及び第２のモ
ータを回転させるため、ロック状態による発熱がなくな
る。

【００１０】

【実施例】以下、本考案にかかる一軸複合動作ユニット
の実施例について図面を参照しながら説明する。図１に
おいて、軸２１の外周には、中央を境にした一方側と他
方側に各々リードが異なる第１のねじ溝２１ａと、第２
のねじ溝２１ｂが設けられている。軸２１の一方側に設
けた第１のねじ溝２１ａは、所定のリード角θ１とリー
ドピッチｌ１を有している。これに対して、軸２１の他
方側に設けた第２のねじ溝２１ｂは、上記第１のねじ溝
２１ａに対してリード角θ２を２θに設定すると共に、
リードピッチｌ２を２ｌ１に設定している。

【００１１】そして、第１のねじ溝２１ａにはボールね
じナットからなる第１のナット２２が係合し、リードが
異なる第２のねじ溝２１ｂには、このリード角及びリー
ドピッチに合致したボールねじナットからなる第２のナ
ット２３が係合するように離間して配設されている。ボ
ールねじナットからなる第１のナット２２は周知の構成
であり、円筒状のナット２２ａと左右のエンドキャップ
２２ｂによって囲まれた内部には、上記ねじ溝２１ａを
循環する図示しない多数のボールが内設され、ナット２
２ａの外周にはサポートベアリング２２ｃを介して外輪
２２ｄが回転自在に設けられている。この外輪２２ｄに
は取付け孔２２ｅが形成されている。また、第１のナッ
ト２３も同様に構成されている。

【００１２】上記第１のナット２２の隣には、図２に示
すように、軸２１と同軸に駆動用の第１のモータＭ１が
並設され、第２のナット２３の隣には、やはり軸２１と
同軸に駆動用の第２のモータＭ２が並設されている。そ
して、これら第１及び第２のモータＭ１，Ｍ２は、離間
して配設された第１及び第２のナット２２，２３の間に
位置するように並設されている。

【００１３】また、上記第１及び第２のモータＭ１，Ｍ
２との間には、これらモータによって回転駆動される両
ナット２２，２３の各々の回転角度を正確に検出するた
めの一対のロータリーエンコーダーＲＥ１，ＲＥ２が、
やはり軸２１と同軸に並設されている。そして、上記第
１のモータＭ１の後述するロータ部２４と上記第１のナ
ット２２及びロータリーエンコーダーＲＥ１とは、軸２
１の外周に回転自在に配設された第１の連結部材３６を
介して連結されている。また、同様に上記第２のモータ
Ｍ２のロータ部２７と上記第２のナット２３及びロータ
リーエンコーダーＲＥ２も、第２の連結部材３７を介し
て連結されている。

【００１４】上記第１のモータＭ１は、上記第１の連結
部材３６と一体に、例えば周方向にＮ・Ｓ極が着磁され
た環状の永久磁石からなるロータ部２４が配設されてい
る。さらに、ロータ部２４の外周には固定子コア２５が
所定の間隔をあけて対向配置されている。固定子コア２
５には、図示しない複数の突極が形成され、各突極には
各相の駆動コイル２６が巻回されている。この固定子コ
ア２５の駆動コイル２６に所定の駆動電流を通電するこ
とにより、ロータ部２４が回転付勢されると共に、第１
の連結部材３６を介して第１のナット２２とロータリー
エンコーダーＲＥ１が所定の回転角度をもって回転駆動
される。

【００１５】一方、上記第２のモータＭ２も上記第１の
モータＭ１と同様に構成され、上記第２の連結部材３７
と一体に、例えば永久磁石からなるロータ部２７が配設
されている。さらに、ロータ部２７の外周には固定子コ
ア２８が対向配置され、この固定子コア２８の複数の突
極にも各相の駆動コイル２９が巻回されている。そし
て、上記駆動コイル２９に所定の駆動電流を通電するこ
とにより、ロータ部２７が回転付勢されると共に、第２
の連結部材３７を介して、第２のナット２３及びロータ
リーエンコーダーＲＥ２が所定の回転角度をもって回転
駆動される。

【００１６】第１のモータＭ１の固定子コア２５の端面
には、内周に第１のナット２２を嵌合し、取付け孔２２
ｅにボルト３８によって固定した円筒状のナットホルダ
ー３０、及び側板３１がネジ３２によって一体連結され
ている。また、第２のモータＭ２の固定子コア２８の端
面にも、内周に第２のナット２３を嵌合し、ボルト３９
によって固定したナットホルダー３３、及び側板３４が
ネジ３５によって一体連結されている。そして、ナット
ホルダー３０，３３、或いは側板３４は、前述した直交
Ｘ−Ｙロボット或いはスカラ型ロボットのアームに取り
付けられる。

【００１７】次に、以上の構成からなる一軸複合動作ユ
ニットの動作を説明する。第１のナット２２はモータＭ
１の各相の駆動コイル２６に所定の電流を通電すること
により、ロータ部２４が回転付勢されて直接回転するよ
うに構成されている。一方、第２のナット２３は同様に
モータＭ２により回転子２７を回転付勢さすることによ
り回転するように構成されている。これら第１及び第２
のナット２２、２３両者の回転を差動動作として協調制
御させ、軸２１はＺ軸方向及びθ軸方向に移動または回
転させる。

【００１８】即ち、軸２１の両ねじ溝の設定関係は、第
２のねじ溝２１ｂを第１のねじ溝２１ａに対してリード
角θ２を２θに設定し、リードピッチｌ２を２ｌ１に設
定しているから、第１のナット２２と第２のナット２３
との回転数を２対１として、同一方向に回転付勢すると
軸２１は軸方向に移動する。軸２１を逆方向に移動する
には、上記第１のナット２２と第２のナット２３を上記
と同じ回転数比で逆方向に回転付勢すればよい。

【００１９】また、上記第１のナット２２と第２のナッ
ト２３を同一の回転数で正転方向に回転付勢すると、軸
２１は正転方向に回転する。軸２１を逆転方向に回転す
るには、上記第１のナット２２と第２のナット２３を同
じ回転数で逆転方向に回転付勢すればよい。以上の動作
は、軸２１を前進・後退、及び正転・逆転させた基本動
作であるが、両ナット２２，２３を適宜の回転数及び回
転方向によって回転付勢することにより、軸２１に複雑
な動作をさせることができる。

【００２０】このような動作は、第１及び第２のモータ
Ｍ１，Ｍ２を協調して駆動制御させることになるが、前
述のように両モータＭ１，Ｍ２にはロータリーエンコー
ダーＲＥ１，ＲＥ２が設けられ、これから得られた回転
角度信号に基づき、第１及び第２のナット２２，２３の
回転角度をマイクロコンピュータを用いて協調制御する
ならば、軸２１のＺ軸及びθ軸方向の高精度な位置制御
が容易に達成される。そして、軸２１の下端に固設した
ロボット等のチャック３３を図示しないワークに対して
精度よく位置決めしたり、或いは移動させることができ
る。

【００２１】図３は、軸の他の実施例を示すもので、軸
４１の外周には、中央を境にした一方側と他方側の直径
を異ならせ、各々リードが異なる第１のねじ溝４１ａと
第２のねじ溝４１ｂが設けられている。小径に形成され
た軸４１の一方側に設けた第１のねじ溝４１ａは、所定
のリード角θ３とリードピッチｌ３を有している。これ
に対して、大径に形成された軸４１の他方側に設けた第
２のねじ溝４１ｂは、上記第１のねじ溝４１ａに対して
同じ角度のリード角θ４に設定すると共に、リードピッ
チｌ４が異なるように設定されている。そして、第１の
ねじ溝４１ａ及び第２のねじ溝４１ｂには、各々のリー
ド角及びリードピッチに適合する図示しない第１及び第
２のナットが係合するようにされている。このような軸
４１を用いて一軸複合動作ユニットを構成しても、前述
した動作をさせることができる。

【００２２】尚、上述の実施例は一例を示すもので、第
１のナットはボールねじナットに限らず、一般的なねじ
とナットの構成であっても良く、また、モータをステッ
ピングモータの構成とする等、本発明を逸脱しない範囲
で種々変更可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の一軸複合動作ユニットによれば、軸の外周に設けた一
方側と他方側に各々リードが異なる第１及び第２のねじ
溝に、各々モータによって回転駆動される第１及び第２
のナットを個々に係合させる構成としたので、これら第
１及び第２のナット両者を協調制御することにより、軸
をＺ軸方向及びθ軸方向に移動または回転させることが
できる。このとき、軸に掛かるＺ軸方向またはθ軸方向
の負荷は、第１及び第２のナットの双方に分散されるの
で、比較的小さな耐荷重のナット及びこれを回転駆動す
るモータが使用可能となるので、ユニットを小型化でき
る。また、軸をＺ軸方向またはθ軸方向の一方に移動ま
たは回転させる場合であっても、常に第１及び第２のモ
ータを回転させるため、ロック状態による発熱を低減す
ることができる利点がある。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一軸複合動作ユニットの実施例を示す
一部分解側面図である。

【図２】同モータ駆動一軸複合動作ユニットを示す断面
図である。

【図３】軸の構成を示す側面図である。

【図４】従来のモータ駆動一軸複合動作ユニットを示す
断面図である。

【符号の説明】

２１ 軸 ２１ａ 第１のねじ溝 ２１ｂ 第２のねじ溝 ２２ 第１のナット（ボールねじナット） ２３ 第２のナット（ボールねじナット） ２４，２７ ロータ部 ２５，２８ 固定子 ３５，３６ 連結部材 Ｍ１ 第１のモータ Ｍ２ 第２のモータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ねじ溝を外周に設けた軸と、このねじ溝
   に係合して上記軸を移動させるナットとを備えたユニッ
   トであって、上記軸には一方側と他方側に各々リードが
   異なる第１及び第２のねじ溝が設けられ、この第１のね
   じ溝には第１のナットを係合させ、上記第２のねじ溝に
   は第２のナットを係合させたことを特徴とする一軸複合
   動作ユニット。
2. 【請求項２】 第１及び第２のねじ溝に係合する第１及
   び第２のナットには、各々を回転駆動する第１及び第２
   のモータのロータ部を一体的に連結したことを特徴とす
   る請求項１に記載の一軸複合動作ユニット。