| 【発明の名称】 |
Θ―Ｚ軸動作型駆動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小山 順二
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| 【要約】 |
【課題】１軸駆動機構を用いて、Θ−Ｚ動作型駆動装置を実現すること。
【解決手段】駆動装置１のアーム２は、弾性連結体１１を介してＡＣサーボアクチュエータ６の回転出力部材７に連結され、このアーム２が回転可能に取り付けられている回転シャフト３はボールスプライン軸受け５を介してＺ軸方向に直線移動可能な状態で、回転出力部材７に連結されている。ＡＣサーボアクチュエータ６が駆動すると、アーム２および回転シャフト３が回転し、アーム２が所定角度回転すると回転ストッパ１４に当たり、回転が阻止される。この後は回転シャフト３のみが回転し、当該回転に伴って、円筒カム１３の作用により、回転シャフト３が下方に直線移動するので、そこに取り付けられているアーム２も直線移動する。アーム２の回転が阻止されても、弾性連結体１１が円周方向に撓むので支障がない。弾性連結体の弾性変形を利用することにより、単一回転駆動源を用いて、Θ―Ｚ動作型の駆動装置を構築できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 駆動体をＺ軸方向に往復直線移動させると共に当該Ｚ軸を中心として旋回させるΘ―Ｚ軸動作型駆動装置において、前記Ｚ軸を中心軸線としている回転シャフトと、この回転シャフトを前記Ｚ軸方向に往復直線移動可能に支持している軸受けと、前記回転シャフトに対して前記Ｚ軸を中心として回転可能に取り付けられた前記駆動体と、回転駆動源と、この回転駆動源の回転を前記駆動体に伝達する弾性連結体と、前記回転駆動源の回転を前記回転シャフトに伝達する伝達部材と、前記回転シャフトの回転に伴って当該回転シャフトを前記Ｚ軸方向に往復直線移動させるカム機構と、前記駆動体の回転を拘束する拘束部材とを有しており、前記弾性連結体はＺ軸方向および当該Ｚ軸を中心とする回転方向に弾性変位可能であることを特徴とするΘ―Ｚ軸動作型駆動装置。
【請求項２】 請求項１において、前記軸受けは、前記伝達部材と一体回転するボールスプライン軸受けからなることを特徴とするΘ―Ｚ動作型駆動装置。
【請求項３】 請求項１または２において、前記カム機構は、円筒カムと、この円筒カムに形成されているカム面を摺動するカムフォロワとを備えており、このカムフォロワは前記回転シャフトに連結されて前記Ｚ軸を中心として旋回することを特徴とするΘ―Ｚ軸動作型駆動装置。
【請求項４】 請求項３において、前記拘束部材によって前記駆動体の回転が拘束されるまでは、前記回転シャフトが前記Ｚ軸に沿って往復直線移動しないように、前記カム面のカム曲線が形成されていることを特徴とするΘ―Ｚ軸動作型駆動装置。
【請求項５】 請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、前記回転シャフトがＺ軸方向における所定位置まで移動すると相互に係合して、前記回転駆動源の回転を前記駆動体に伝達可能な回転伝達機構を有していることを特徴とするΘ−Ｚ軸動作型駆動装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークを持ち上げて別の場所に移す等のピック・アンド・プレイスユニットとして利用可能なΘ―Ｚ軸動作型駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ピック・アンド・プレイスユニットとして利用されているΘ―Ｚ軸動作型の駆動装置は、一般に、そのアーム（駆動体）を上下方向に往復直線運動させるためのＺ軸駆動機構と、アームをＺ軸回りに旋回させる旋回機構と備えた２軸駆動構造となっているのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、単一駆動源を用いてΘ―Ｚ軸動作型の駆動装置を実現することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために、本発明は、駆動体をＺ軸方向に往復直線移動させると共に当該Ｚ軸を中心として旋回させるΘ―Ｚ軸動作型駆動装置において、前記Ｚ軸を中心軸線としている回転シャフトと、この回転シャフトを前記Ｚ軸方向に往復直線移動可能に支持している軸受けと、前記回転シャフトに対して前記Ｚ軸を中心として回転可能に取り付けられた前記駆動体と、回転駆動源と、この回転駆動源の回転を前記駆動体に伝達する弾性連結体と、前記回転駆動源の回転を前記回転シャフトに伝達する伝達部材と、前記回転シャフトの回転に伴って当該回転シャフトを前記Ｚ軸方向に往復直線移動させるカム機構と、前記駆動体の回転を拘束する拘束部材とを有しており、前記弾性連結体がＺ軸方向およびＺ軸を中心とする回転方向に弾性変位可能となっていることを特徴としている。
【０００５】この構成の駆動装置では、回転駆動源によって駆動体と回転シャフトが同時に回転駆動される。駆動体が所定の角度だけ回転すると、拘束部材によって回転が強制的に阻止される。この結果、回転駆動源と駆動体を連結している弾性連結体が弾性変形する（撓む）。一方、回転シャフトの側の回転は継続して、カム機構によって、回転量に応じて当該回転シャフトがＺ軸方向に直線移動する。
【０００６】従って、弾性連結体の弾性変形量を十分なものとしておけば、駆動体が回転拘束状態において、当該駆動体が取り付けられている回転シャフトがＺ軸方向に向けて十分なストローク量で直線運動を行う。
【０００７】ここで、前記軸受けは、前記伝達部材と一体回転するボールスプライン軸受けとすることができる。
【０００８】また、前記カム機構は、円筒カムと、この円筒カムに形成されているカム面を摺動するカムフォロワとを備えたものとし、このカムフォロワを前記回転シャフトに連結して前記Ｚ軸を中心として旋回させるように構成することができる。
【０００９】この場合、前記拘束部材によって前記駆動体の回転が拘束されるまでは、前記回転シャフトが前記Ｚ軸に沿って往復直線移動しないように、前記カム面のカム曲線を形成することが望ましい。このようにすれば、単一の回転駆動源を用いて、駆動体の回転運動と直線運動を独立に行わせることができる。
【００１０】ここで、駆動体回転時における駆動体と回転駆動源の間の回転方向の剛性を高めるためには、上記構成に加えて、前記回転シャフトがＺ軸方向における所定位置まで移動すると相互に係合して、前記回転駆動源の回転を前記駆動体に伝達可能な回転伝達機構を備えていることが望ましい。このようにすれば、回転駆動源からの回転トルクの伝達経路が、弾性連結体のみでなく、当該回転伝達機構を介して行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明を適用したΘ―Ｚ軸動作型駆動装置の一例を説明する。
（第１の実施例）図１は本発明の第１の実施例に係る駆動装置を示す概略断面図である。この図を参照して説明すると、本例の駆動装置１は、Ｚ軸方向に往復直線運動を行うと共に、当該Ｚ軸を中心として所定の角度範囲の間で旋回運動を行うアーム（駆動体）２を備えている。このアーム２はＺ軸に直交する方向に延びており、その回転中心側の部分は、Ｚ軸方向に延びる回転シャフト３の先端部分３ａに対して、軸受け４を介して、回転自在に支持されている。
【００１２】この回転シャフト３の先端部分３ａの下側部分３ｂは、ボールスプライン軸受け５によって、Ｚ軸方向に向けて所定のストロークで往復直線移動自在に支持されている。このボールスプライン軸受け５は、中空型のＡＣサーボアクチュエータ（回転駆動源）６の回転出力部材７（伝達部材）に同軸状態で固定されている。
【００１３】中空型のＡＣサーボアクチュエータ６は、中空型のＡＣサーボモータ８と、このモータの中空回転出力軸に同軸状態に連結された中空型の減速機９とを備えており、この減速機９の減速回転出力要素が上記の回転出力部材７である。このＡＣサーボアクチュエータ６の中心を貫通して延びる中空部１０に回転シャフト３が回転自在の状態で貫通している。
【００１４】ここで、回転シャフト３におけるボールスプライン軸受け５によって支持されている部分を同軸状態で取り囲むように、蛇腹状の弾性連結筒（弾性連結体）１１が配置されている。この弾性連結筒１１の一端はアーム２に連結され、他端はアクチュエータ回転出力部材７に連結されている。この弾性連結筒１１は、Ｚ軸方向に所定量だけ弾性変位可能であると共に、Ｚ軸を中心とする回転方向に所定量だけ弾性変位可能なものである。
【００１５】次に、回転シャフト３の他端部分３ｄは中空型ＡＣサーボアクチュエータ６を貫通して図における下側から突出しており、ここには、円筒カム用のカムフォロワ１２が回転自在の状態で連結されている。また、ＡＣサーボアクチュエータ６の端面６ｂには、同軸状態で、円筒カム１３が取り付けられている。この円筒カム１３の円筒壁に形成されたカム面１３ａに沿って、回転シャフト３に連結されているカムフォロワ１２が、当該回転シャフト３の回転に伴って摺動するようになっている。
【００１６】一方、上記のアーム２はその初期位置から所定の角度だけ回転すると、アクチュエータケース６ｃに取り付けられている回転ストッパ（回転拘束部材）１４によって、強制的に回転が阻止されるようになっている。
【００１７】このように構成した本例の駆動装置１の動作を説明する。ＡＣサーボアクチュータ６が駆動すると、その回転力が回転出力部材７からボールスプライン軸受け５および弾性連結筒１１に伝達される。この結果、アーム２および回転シャフト３が一体となってＺ軸を中心として回転（旋回）しはじめる。
【００１８】アーム２がその初期位置から所定の角度だけ旋回すると、回転ストッパ１４に当たり、その旋回が強制的に阻止される。しかるに、アーム２は弾性連結体１１を介して回転出力部材７に連結されているので、アーム２の回転が阻止されても、この弾性連結体１１の円周方向への弾性変位によって、回転出力部材７の回転が阻害されることはない。
【００１９】これに対して、回転シャフト３の側の回転は継続する。回転シャフト３の下端にはカムフォロワ１２が取付けられ、当該回転シャフト３の回転に伴って、円筒カム１３のカム面１３ａに沿って摺動している。
【００２０】本例では、回転ストッパ１４にアーム２が当たるまでは、回転シャフト３がＺ軸方向に移動せず、アーム２が回転ストッパ１４に当たった後には回転シャフト３の回転に伴って当該回転シャフト３をＺ軸方向に所定のストロークだけ、例えば図において下方に距離Ｌだけ押し下げるように、カム面１３ａのカム曲線が規定されている。また、弾性連結筒１１のＺ軸方向への弾性変形量は、かかる回転シャフト３の距離Ｌだけの直線運動が発生するに足る当該回転シャフト３の回転を許容可能な量に設定されている。
【００２１】従って、アーム２はその初期位置から所定の角度まで旋回した後は旋回が強制的に阻止され、しかる後は、回転シャフト３の回転に伴なう円筒カム１３の作用によって、回転シャフト３と共に下方に距離Ｌだけ直線移動する。
【００２２】上方に持ち上げられたアーム２は、ＡＣサーボアクチュエータ６を逆回転させることにより、上記とは逆の動作を行う。すなわち、距離Ｌだけ上昇した後に、初期位置まで旋回して戻る。
【００２３】このように、本例の駆動装置１では、単一の回転駆動源を用いて、アーム２の回転運動と、Ｚ軸方向への往復直線運動とを別個に行わせることができる。よって、テーブル上のワークを、掴み、持ち上げて、別の場所に設置するといったピック・アンド・プレイスユニットとして用いることができる。
（第２の実施例）次に、図２は上記の第１の実施例に係る駆動装置１の変形例を示す概略断面図である。本例では、アームの回転方向の剛性を改善したものである。したがって、図１の駆動装置１と同一構成の部分については同一符号を付すと共に、図２においては部分的に表示も省略してある。
【００２４】この図を参照して説明すると、本例の駆動装置２１も、Ｚ軸方向に往復直線運動を行うと共に、当該Ｚ軸を中心として所定の角度範囲の間で旋回運動を行うアーム（駆動体）２を備えている。このアーム２はＺ軸に直交する方向に延びており、その回転中心側の部分は、Ｚ軸方向に延びる回転シャフト３の先端部分３ａに対して、軸受け４を介して、回転自在に支持されている。
【００２５】この回転シャフト３の先端部分３ａの下側部分３ｂは、ボールスプライン軸受け５を構成しているボールスプラインナット５１によって、Ｚ軸方向に向けて所定のストロークで往復直線移動自在に支持されている。このボールスプラインナット５１は、ブラケット５２を介して、中空型ＡＣサーボアクチュエータ（回転駆動源）６の中空型回転出力部材７１（伝達部材）に同軸状態で固定されている。
【００２６】中空型のＡＣサーボアクチュエータ６は、前述の駆動装置１の場合と同様な構成であり、中空型のＡＣサーボモータと、このモータの中空回転出力軸に同軸状態に連結された中空型の減速機とを備えており、この減速機の減速回転出力要素が上記の回転出力部材７１となっている。このＡＣサーボアクチュエータ６の中心を貫通して延びる中空部１０に回転シャフト３が回転自在の状態で貫通している。
【００２７】本例の駆動装置２１においても、回転シャフト３におけるボールスプラインナット５１によって支持されている部分を同軸状態で取り囲むように、弾性連結体１１が配置されている。この弾性連結体１１の一端はアーム２に固着された円筒状ブラケット２２に連結され、他端はアクチュエータ回転出力部材７１に固着されたブラケット５２に連結されている。この弾性連結体１１は、例えば、コイルばねと撓みばねからＺ軸方向に所定量だけ弾性変位可能であると共に、Ｚ軸を中心とする回転方向に所定量だけ弾性変位可能なものである。
【００２８】ここで、本例では、弾性連結体１１を同心状態で取り囲むように、円筒状の回転伝達部材２３が配置されており、この回転伝達部材２３の一端には半径方向の外方に広がった取付けフランジ２４が形成され、この部分がＡＣサーボアクチュエータ６の回転出力部材７１に固着されている。また、回転伝達部材２３の他端にも半径方向の内側に広がった取付けフランジ２５が形成されており、この部分は、アーム２に固着されているブラケット２２に形成されている円環状部分２２ａの図において上方に面している円環状端面に対峙している。
【００２９】取付けフランジ２５には、円周方向に沿って所定の角度間隔で複数のボールプランジャ２６が取付けられており、これらボールプランジャ２６によって下方から回転シャフト３と共に上昇してくるブラケット２２の円環状部分２２ａを押し付け可能となっている。
【００３０】なお、回転シャフト３の他端部分は、図示を省略してあるが、中空型ＡＣサーボアクチュエータ６を貫通して延びており、そこにに、円筒カム用のカムフォロワが回転自在の状態で連結されている。また、ＡＣサーボアクチュエータ６の側には同軸状態で円筒カムが取り付けられている。この円筒カムの円筒壁に形成されたカム面に沿って、回転シャフト３に連結されているカムフォロワが、当該回転シャフト３の回転に伴って摺動するようになっている。
【００３１】また、アーム２はその初期位置から所定の角度だけ回転すると、アクチュエータケースに取り付けられている回転ストッパ（回転拘束部材）によって、強制的に回転が阻止されるようになっている。
【００３２】このように構成した本例の駆動装置２１の動作を説明する。基本的な動作は前述した駆動装置１の場合と同様であり、図に示すようにアーム２が最も上昇した位置においてＡＣサーボアクチュータ６が駆動すると、その回転力が回転出力部材７１からボールスプラインナット５１および弾性連結体１１を介して、アーム２に固着されているブラケット２２に伝達される。本例では、回転伝達部材２３のフランジ２５に取り付けたボールプランジャ２６に対して、下側からアーム２に固定されているフランジ２２の円環状部分２２ａが押し付けられている。よって、これらの部材を介しても回転力がアーム２の側に伝達される。よって、当該駆動装置２１の回転方向の剛性は、図１に示す例に比べて高い。
【００３３】アーム２および回転シャフト３が一体となってＺ軸を中心として回転（旋回）して、アーム２がその初期回転角度位置から所定の角度だけ旋回すると、回転ストッパ１４に当たり、その旋回が強制的に阻止される。
【００３４】アーム２は弾性連結体１１を介して回転出力部材７１に連結されている。また、ボールプランジャ２６を介して回転出力部材７１に連結されている。従って、アーム２の回転が阻止されても、回転出力部材７のみを回転させることが可能である。
【００３５】アーム２がストッパ１４に当たった後は、回転シャフト３のみが回転が継続する。回転シャフト３の下端には図１の場合と同様に、カムフォロワが取付けられ、当該回転シャフト３の回転に伴って、円筒カムのカム面に沿って摺動する。
【００３６】本例では、回転ストッパ１４にアーム２が当たるまでは、回転シャフト３がＺ軸方向に移動せず、アーム２が回転ストッパ１４に当たるまで回転すると、回転シャフト３の回転に伴って当該回転シャフト３をＺ軸方向に所定のストロークだけ、例えば図において下方に距離Ｌだけ押し下げるように、カム面１３ａのカム曲線が規定されている。また、弾性連結体１１のＺ軸方向への弾性変形量は、かかる回転シャフト３の距離Ｌだけの直線運動が発生するに足る当該回転シャフト３の回転を許容可能な量に設定されている。
【００３７】従って、アーム２はその初期回転角度位置から所定の角度だけ旋回した後は旋回が強制的に阻止され、しかる後は、回転シャフト３の回転に伴なう円筒カム１３の作用によって、回転シャフト３と共に下方に距離Ｌだけ直線移動する。アーム２の降下が始まると、回転伝達部材２３のボールプランジャ２６から、アーム側のブラケット２２の円環状部分２２ａが離れて降下するので、これらの間の係合状態が解除される。
【００３８】以上のように、本例の駆動装置２１においても、単一の回転駆動源を用いて、アーム２の回転運動と、Ｚ軸方向への往復直線運動とを別個に行わせることができる。よって、テーブル上のワークを、掴み、持ち上げて、別の場所に設置するといったピック・アンド・プレイスユニットとして用いることができる。また、本例の駆動装置２１では、アーム回転時には、弾性連結体１１だけでなく、回転伝達部材２３もアームに連結された状態となっているので、アーム回転方向の剛性、すなわちねじれ剛性を高めることができる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の駆動装置によれば、弾性連結部材の弾性変形（撓み）を利用することにより、単一の回転駆動源を用いて、駆動体の旋回運動及び直線運動を個別に行なわせるようにしている。従って、従来のような２軸駆動型の駆動装置に比べて装置構成を小型で廉価に構成できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００４００５１
【氏名又は名称】株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月２７日（１９９９．１０．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９０１７０
【弁理士】
【氏名又は名称】横沢 志郎
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２４１６７（Ｐ２００１−１２４１６７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月８日（２００１．５．８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３０５１０７ |
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