アクチュエータ
【課題】移動体に回転運動及び直線運動をさせることが可能で、構造が簡単で且つ、より容易に機器に適用させることが可能なアクチュエータを提供する。
【解決手段】回転駆動部１ａによってシャフト２による軸回りの回転運動を可能とし、直線駆動部１ｂによってシャフト２の軸方向の直線運動を可能にした２軸アクチュエータ１であって、機器を装着するターンテーブル３と、シャフト２の直線運動を運動方向を変えずにターンテーブル３に伝達するとともにシャフト２の回転運動を回転軸方向を９０度変更した上でターンテーブル３に伝達する駆動伝達部１ｃを備える。
【解決手段】回転駆動部１ａによってシャフト２による軸回りの回転運動を可能とし、直線駆動部１ｂによってシャフト２の軸方向の直線運動を可能にした２軸アクチュエータ１であって、機器を装着するターンテーブル３と、シャフト２の直線運動を運動方向を変えずにターンテーブル３に伝達するとともにシャフト２の回転運動を回転軸方向を９０度変更した上でターンテーブル３に伝達する駆動伝達部１ｃを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に直線運動させ且つ、当該移動体に所定の回転軸の周りに回転運動させることが可能なアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、組立て機械や測定器などの機器においては、ワークや工具、部品、プローブなどの移動体を直線運動させるとともに所定の回転軸に対して回転運動させることが要求される場合がある。直線運動と回転運動の両方が可能なアクチュエータとしては、リニアパルスモータとロータリパルスモータとを軸線方向に結合したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上記の公知技術においては、出力軸がその軸方向に直線運動するとともに軸回りに回転運動するものであって、その回転運動及び直線運動を直接、工作機械、組立て機械や測定器などの機器に容易に適用できる形態になっていたとは言えず、使い勝手が良くない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３７９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような不都合を解決するためになされたものであり、所定の軸回りの回転運動及び直線運動が可能で、より容易に機器に適用させることが可能なアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明は、シャフトによる軸回りの回転運動と軸方向の直線運動の両方を可能にしたアクチュエータにおいて、機器を装着可能なターンテーブルを有しており、シャフトの直線運動が運動方向を変えずにターンテーブルに伝達されるとともにシャフトの回転運動が回転軸を９０度変更した上でターンテーブルに伝達されることを最大の特徴とする。
【０００７】
より詳しくは、
軸回りの回転及び軸方向の直進が可能に設けられたシャフトと、
前記シャフトに軸回りの回転トルクを電磁的に作用させる回転駆動装置と、
前記シャフトに軸方向の推進力を電磁的に作用させる直線駆動装置と、を備え、
前記シャフトに、軸回りの回転運動及び軸方向の直線運動を行なわせるアクチュエータであって、
回転運動及び直線運動をさせる対象となる移動体を装着可能であり前記シャフトの軸と垂直の中心軸を有する略円板状のターンテーブルと、
前記シャフトの直線運動を運動方向を変えずに前記ターンテーブルに伝達するとともに前記シャフトの回転運動の回転軸を垂直に変更して前記ターンテーブルに伝達する駆動伝達装置と、
をさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、１本のシャフトが、そのシャフトの軸回りの回転運動とそのシャフトの軸方向
の直線運動の両方できるように構成したアクチュエータを、以下においては、２軸に対する自由度を有するという意味で２軸アクチュエータと呼ぶ。そして、工作機械、組立て機械や測定器などの実際の機器においては、移動体を直線運動させるとともに、直線運動の進行方向に垂直な回転軸の回りに前記移動体を回転させることが要求される場合が多い。本発明においては、シャフトを軸回りに回転させるとともにシャフトの軸方向に直線運動させる回転駆動装置及び直線駆動装置を用いた上で、ターンテーブルをシャフトの進行方向に垂直な軸回りに回転させることが可能となる。これにより、２軸アクチュエータをより容易に機器に適用することができ、２軸アクチュエータの適用範囲を広げることが可能となる。
【０００９】
なお、本発明において上記した課題を解決するための手段は、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、２軸アクチュエータを種々の機器により容易に適用して、２軸アクチュエータの回転運動及び直線運動を前記各機器における移動体に伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る２軸アクチュエータの斜視図である。
【図２】本発明に係る２軸アクチュエータの断面図、平面図、底面図及び側面図である。
【図３】本発明の２軸アクチュエータにおける回転駆動部の断面図である。
【図４】本発明の回転駆動部においてハウジングを取り外した状態を示す図である。
【図５】本発明におけるスプラインナットの斜視図である。
【図６】本発明の回転駆動部における永久磁石及びコイル付近を示す図である。
【図７】本発明の直線駆動部の一部断面を含む斜視図である。
【図８】本発明の直線駆動部における複数のコイルを示す斜視図である。
【図９】本発明の直線駆動部の作動原理を説明するための図である。
【図１０】本発明の２軸アクチュエータのシステム図である。
【図１１】本発明の駆動伝達部の断面図、平面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る運動案内装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
＜実施例１＞
図１は本実施例における２軸アクチュエータ１の斜視図を示す。２軸アクチュエータ１はシャフト２に軸回りの回転運動と軸方向の直線運動とをさせることが可能な複合アクチュエータであり、回転駆動部１ａ、直線駆動部１ｂ、駆動伝達部１ｃとを有している。回転駆動部１ａにおいては、シャフト２に軸回りの回転トルクが作用することにより、シャフト２を軸回りに回転させることが可能となっている。また、直線駆動部１ｂにおいては、シャフト２には軸方向の駆動力が作用することにより、シャフト２を軸方向に直線運動させることが可能となっている。よって、回転駆動部１ａと直線駆動部１ｂの作用によって、シャフト２が、回転運動及び直線運動を自在に行うことができる。
【００１４】
さらに、駆動伝達部１ｃにおいては、シャフト２の回転運動及び直線運動が伝達機構を介してターンテーブル３に伝達される。このターンテーブル３は、機器における移動体が装着された上で、図中直線矢印方向に直線運動可能であるとともに図中曲線矢印方向に回転可能となっている。
【００１５】
図２には、本実施例における２軸アクチュエータ１の断面図と、平面図、底面図及び２
方向からの側面図を示す。図２（ａ）は２軸アクチュエータの断面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は底面図、図２（ｄ）及び（ｅ）は側面図である。図２（ａ）に示す断面図から分かるように、２軸アクチュエータ１のシャフト２は、回転駆動部１ａにおいてシャフト２の軸回りの回転トルクが作用するスプライン軸２ａと、直線駆動部１ｂにおいて軸方向の駆動力が作用するロッド２ｂとが、連結部２ｃにおいて結合されることで、１本のシャフト２として機能するようになっている。
【００１６】
次に、回転駆動部１ａ、直進駆動部１ｂ、駆動伝達部１ｃの各々の詳細な構造について説明する。図３は、２軸アクチュエータ１における回転駆動部１ａの断面図を示している。また、図４は、回転駆動部１ａのうちの、シャフト２及びスプラインナット１０、１１及び、回転モータ４を取り出した状態の斜視図を示す。図３に示されるように、回転駆動部１ａのハウジング５に回転可能に収容されたスプライン軸２ａは、さらに直線運動が可能なように、２つのスプラインナット１０、１１と係合している。
【００１７】
また、スプライン軸２ａにおけるスプラインナット１０が係合する部分とスプラインナット１１が係合する部分との間には、スプライン軸２ａに回転トルクを作用させるための回転モータ４が形成されている。スプラインナット１０、１１は、異径の円筒の組み合わせからなるナット保持部材１２、１３に収納され、ナット保持部材１２、１３と一体に回転する。ナット保持部材１２、１３は、各々、スプラインナット１０，１１における回転モータ４から遠い側が収容される第一筒状部材１２ａ、１３ａと、スプラインナット１０、１１における回転モータ４に近い側が収容される第二筒状部材１２ｂ、１３ｂとから構成される。
【００１８】
第一筒状部材１２ａ、１３ａと第二筒状部材１２ｂ、１３ｂとは、スプラインナット１０、１１が挿入される比較的径の大きい大径筒部１２ａ１、１３ａ１、１２ｂ１、１３ｂ１と、スプライン軸２ａのみが挿入される比較的径の小さい小径筒部１２ａ２、１３ａ２、１２ｂ２、１３ｂ２とからなる。第一筒状部材１２ａ、１３ａは第二筒状部材１２ｂ、１３ｂからスプラインナット１０、１１が抜けることを防止する。第二筒状部材１２ｂ、１３ｂの小径筒状部１２ｂ２、１３ｂ２は、回転モータ４の方向に互いに延設され、その端部同士が対向するように配置されている。この小径筒状部１２ｂ２、１３ｂ２の端部同士の間には、隙間を設けてもよいし設けなくてもよい。
【００１９】
第二筒状部材１２ｂ、１３ｂの小径筒状部１２ｂ２、１３ｂ２の端部付近の外周面には、周方向にＮ極及びＳ極の異なる磁極が交互に現れるような環状の永久磁石４ｂが設けられている。また、環状の永久磁石４ｂの外周を囲うように、複数のコイル４ａがコイルの端面が永久磁石４ｂの外周面と対向するように配置されている。複数のコイル４ａによって、位相の異なるＵ，Ｖ，Ｗの交流電流が印加される三相コイルが形成される。また、コイル４ａには、コイル４ａが発生させる磁界をより効率よく永久磁石４ｂに作用させるためのコア４ｃが備えられている。このコア４ｃは、永久磁石４ｂを囲う円筒状の外形を有しており、永久磁石４ｂの方（内周側）に向けてセンターコア４ｄが延設されており、コイル４ａはこのセンターコア４ｄの周りに回巻される形で形成されている。このコア４ｃがハウジング５に固定されることで、コイル４ａもハウジング５に対して固定されている。
【００２０】
回転モータ４の複数のコイル４ａに三相の交流電流を流すことにより、永久磁石４ｂに対して回転磁界が作用する。そして、永久磁石４ｂに回転トルクが作用することで、ナット保持部材１２及び１３が回転する。ナット保持部材１２及び１３が回転することにより、ナット保持部材１２及び１３と―体のスプラインナット１０、１１が回転し、さらにスプラインナット１０、１１に係合しているスプライン軸２ａが回転する。
【００２１】
第一筒状部材１２ａ，１３ａの小径筒状部１２ａ２、１３ａ２の端部付近の外側には回転ベアリング１４，１５が嵌めこまれている。この回転ベアリング１４、１５はナット保持部材１２、１３及びスプラインナット１０，１１をハウジング５に対して回転可能に支持する。回転ベアリング１４，１５には、例えば深溝玉軸受けが用いられる。これにより、スプライン軸２ａがハウジング５に対して円滑に回転することが可能となっている。
【００２２】
図５には、スプライン軸２ａに係合するスプラインナット１０、１１の斜視図を示す。スプライン軸２ａの外周面には、長手方向に伸びる複数条のボール転走溝２ｃが形成されている。スプラインナット１０，１１の内周面にはスプライン軸２ａのボール転走溝２ｃに対向する複数条の負荷ボール転走溝１０ａ、１１ａが形成される。
【００２３】
また、スプラインナット１０，１１には、ボール１０ｂ、１１ｂを保持する保持器１０ｃ、１１ｃが設けられている。保持器１０ｃ、１１ｃには、スプラインナット１０，１１の負荷ボール転走溝１０ａ，１１ａの条数に合わせた条数の転動体循環路として複数のボール循環路１０ｄ、１１ｄが形成されている。
【００２４】
スプライン軸２ａの外周面にボール転走溝２ｃを形成し、スプラインナット１０，１１とスプライン軸２ａとの間にボール１０ｂ、１１ｂを介在させることで、スプライン軸２ａがスプラインナット１０、１１に対して円滑に直線運動することが可能となっている。また、スプライン軸２ａの軸線に直交する方向の荷重に対する耐性を大きくすることができる。また、スプラインナット１０，１１に作用する回転トルクをスプライン軸２ａに伝達することが可能になる。
【００２５】
図６は、回転モータ４の複数の永久磁石４ｂ及びこの永久磁石４ｂに対向する複数のコイル４ａを示す。回転モータ４は、前述のように、複数の永久磁石４ｂに複数のコイル４ａが対向する同期回転モータである。コイル４ａは銅線を環状に巻いたものであり、長方形の枠状に形成される。本実施例においては、コイル４ａの数は六個であり、二組の三相コイルが形成される。
【００２６】
なお、回転モータ４には、シャフト２（スプライン軸２ａ）の回転角度を測定する磁気センサ６が隣接されている。この磁気センサ６は、永久磁石４ｂが回転した際の磁界の周期的変化を検出する。基板に実装された磁気センサ６は箱型の収納容器６ａに収められた後、その周囲が充填剤で埋められる。この収納容器６ａは止めねじによってハウジング５に固定されている。本実施例における回転駆動部１ａは、上述したように、回転モータ４の複数のコイル４ａに三相の交流電流を流すことにより、永久磁石４ｂに対して回転磁界を作用させ、シャフト２に回転トルクを電磁的に作用させる。従って、機械的な損失を少なくすることができ、より効率的にシャフト２に回転運動をさせることができる。また、装置の構造を簡単にすることができる。
【００２７】
次に、２軸アクチュエータ１の直線駆動部１ｂについて説明する。
【００２８】
図７は直線駆動部１ｂの斜視図（一部断面を含む）である。図７に示されるように直線駆動部１ｂは、全体の基板としてのベース２４と、ベース２４に取り付けられるリニアハウジング２１と、リニアハウジング２１に軸線方向に移動可能に収納された移動子としてのロッド２ｂと、ロッド２ｂに孔部を貫通させるように、ロッド２ｂの軸線方向に重ねられてリニアハウジング２１に固定される固定子としての複数のコイル２０と、を備える。
【００２９】
ロッド２ｂは、例えばステンレス等の非磁性材からなり、内部に中空空間を有する。ロッド２ｂの中空空間には、円柱状の複数の永久磁石２ｃがロッド２ｂの軸方向に並べられている。この永久磁石２ｃは円柱形の軸方向に着磁されている。そして、互いに同じ極が
対向するように、すなわちＮ極とＮ極が、Ｓ極とＳ極とが対向するように配列されている。永久磁石６の間には、例えば鉄等の磁性体からなるポールシュー２ｄが介在されている。なお、リニアハウジング２１の回転駆動部１ａ側には先端部材２５が設けられ、リニアハウジング２１の回転駆動部１ａとは反対側には端末部材２３が設けられ、各々、回転駆動部１ａと直線駆動部１ｂとの接続、直線駆動部１ｂと駆動伝達部１ｃとの接続の役割を負っている。また、端末部材２３とリニアハウジング２１との間にはセンサホルダ２６が設けられ、このセンサホルダ２６には磁気センサが備えられてロッド２ｂの軸方向の位置を検出することが可能となっている。
【００３０】
図８には、コイル２０及びコイル２０を保持するコイルホルダ２２の詳細図を示す。コイル２０は銅線を円環状に巻いたもので、コイルホルダ２２に保持されている。コイルホルダ２２は樹脂の射出成形品であり、コイル２０の配列方向に細長く伸びる板状のホルダ本体２２ａと、ホルダ本体２２ａから垂下する薄肉の複数のスペーサ部２２ｂとから構成される。このスペーサ部２２ｂにより、隣接するコイル２０同士が絶縁される。スペーサ部２２ｂはコイル２０の正面形状と同様に円環形状に形成される。コイル２０はコイルホルダ２２に保持された状態で、リニアハウジング２１に収容されている。
【００３１】
図９は、ロッド２ｂ及びコイル２０の断面図であり直線駆動部１ｂの動作原理を説明するための図である。複数のコイル２０のうち連続して並べられた３つによってＵ・Ｖ・Ｗ相からなる一組の三相コイルが形成される。コイル２０で形成される三相コイルに１２０度ずつ位相が異なる三相交流電流が流されることによって、コイル２０の軸線方向に移動する移動磁界が発生する。ロッド２ｂは移動磁界により推力を得て、移動磁界の速度と同一の速度でコイル２０に対して相対的に直線運動を行う。このように、本実施例の直線駆動部１ｂでは、複数のコイル２０で形成される三相コイルに三相交流電流が流されることによって、ロッド２ｂに電磁的に推力を作用させる。従って、機械的な損失を少なくすることができ、より効率的にシャフト２に直線運動をさせることができる。また、装置の構造を簡単にすることができる。
【００３２】
図１０は、本実施例における２軸アクチュエータ１のシステム図である。このシステムは、回転駆動部１ａの制御系及び直線駆動部１ｂの制御系から構成される。回転駆動部１ａの制御系は、回転モータ４のナット保持部材１０，１１（シャフト２）の回転角度を検出する磁気センサ６と、磁気センサ６が出力する信号を内挿処理する角度算出回路としてのインターポレータ３０と、インターポレータ３０が算出した回転角の信号に基づいて回転モータ４を制御する回転モータ用ドライバ３１と、から構成される。回転モータ用ドライバ３１は、ナット保持部材１０，１１の回転角度が指令値に一致するように回転モータ４を制御する。磁気センサ６とインターポレータ３０とはエンコーダケーブル３２によって接続され、回転モータ４のコイル４ａと回転モータ用ドライバ３１の電力変換器とは動カケーブル３４によって接続される。インターポレータ３０及び回転モータ用ドライバ３１は、制御盤３３に収容される。
【００３３】
直線駆動部１ｂの制御系も同様に、直線駆動部１ｂのロッド２ｂの軸線方向の位置を検出する磁気センサ３５と、磁気センサ３５が出力する信号を内挿処理する位置算出回路３６と、位置算出回路３６が算出した位置の信号に基づいて直線駆動部１ｂを制御する直線駆動部用ドライバ３７と、から構成される。直線駆動部用ドライバ３７は、ロッド２ｂの位置が指令値に一致するように直線駆動部１を制御する。磁気センサ３５と位置算出回路３６とはエンコーダケーブル３８によって接続される。直線駆動部１ｂのコイル２０と直線駆動部用ドライバ３７の電力変換器とは動カケーブル３９によって接続される。位置算出回路３６及び直線駆動部用ドライバ３７も、インターポレータ３０及び回転モータ用ドライバ３１と同様、制御盤３３に収容される。
【００３４】
次に、図１１を用いて本実施例の駆動伝達部１ｃについて説明する。図１１（ａ）は駆動伝達部１ｃの正面から見た断面図、図１１（ｂ）は平面図、図１１（ｃ）及び（ｄ）は側面図を示す。駆動伝達部１ｃは、回転駆動部１ａ及び直線駆動部１ｂによって駆動されるシャフト２の回転運動及び直線運動を、ターンテーブル３の回転運動及び直線運動に変換することで、２軸アクチュエータ１をより実際の機器に適用し易くし使い勝手のよいものにするための部分である。
【００３５】
図１１に示されるように、駆動伝達部１ｃは、装置のベース２４を直線駆動部１ｂと共通にしている。そして、ベース２４における回転駆動部１ａの反対側には、第二端末部材５０が設けられ、ベース２４に固定されている。また、駆動伝達部１ｃには、直線運動案内装置５１が備えられている。具体的には、案内部材としてのレール５１ａが、直線駆動部１ｂの端末部材２３と、第二端末部材５０との間に、シャフト２の直線運動方向と平行に渡されている。レール５１ａには、移動ブロック５１ｂがレール５１ａに沿って直線運動可能に係合されている。
【００３６】
移動ブロック５１ｂには、駆動伝達ベース５２が固定されている。この駆動伝達ベース５２は、シャフト２の回転運動及び直線運動をターンテーブル３に伝達するための各機械要素を連動させる部材である。駆動伝達ベース５２は、図１１中、水平に延びた平板状の移動ブロック結合部５２ａで移動ブロック５１ｂに固定されている。これにより、駆動伝達ベース５２が直線運動案内装置５１のレール５１ａに沿って滑らかに移動可能となっている。
【００３７】
また、駆動伝達ベース５２における移動ブロック結合部５２ａの、直線駆動部１ｂと反対側には、垂直下方向に延設された平板状のシャフト結合部５２ｂが設けられている。このシャフト結合部５２ｂには、シャフト２（ロッド２ａ）の端部が回転可能に結合している。具体的には、シャフト２の端部には、第一プーリ軸５３ａと第一プーリ５３ｂからなる第一プーリユニット５３が固定されており、第一プーリ軸５３ａと第一プーリ５３ｂとが、シャフト２の運動に連動して回転及び直線運動するようになっている。駆動伝達ベース５２のシャフト結合部５２ｂは、シャフト２に結合された第一プーリ軸５３ａがベアリング５２ｃを介して滑らかに回転可能に貫通しており、第一プーリ軸５３ａに固定された第一プーリ５３ｂと、シャフト２の端部との間に隙間を伴って挟まれる構成となっている。すなわち、シャフト結合部５２ｂは、シャフト２の直線運動にのみ追従する。そして、シャフト２の回転運動（及び直線運動）は、第一プーリ５３ｂに伝達される。なお、この構成により、駆動伝達ベース５２のシャフト結合部５２ｂは、シャフト２の一端を回転可能に支持する軸受としての機能も有している。
【００３８】
駆動伝達ベース５２の移動ブロック結合部５２ａから垂直上方に、平板状の第二プーリ支持部５２ｄが延設されている。この第２プーリ支持部５２ｄには、第二プーリユニット５４が回転可能に支持されている。具体的には、ベアリング５２ｅを介して第二プーリ軸５４ａが第二プーリ支持部５２ｅに回転可能に支持されている。第二プーリ軸５４ａの直線駆動部１ｂと反対側には第二プーリ５４ｂが固定されている。また、第二プーリ軸５４ａの直線駆動部１ｂ側には第一ギアとしての第一傘歯車５４ｃが固定されている。これにより、互いに同軸に固定された、第二プーリ５４ｂと第一傘歯車５４ｃとが、第二プーリ支持部５２ｄに滑らかに回転可能に支持される構成となる。
【００３９】
さらに、第一プーリ５３ｂと第二プーリ５４ｂとは、ベルト５５により、互いの回転運動が伝達可能に結合されている。これにより、シャフト２の回転運動が、第一プーリ５３ｂ、ベルト５５、第二プーリ５４ｂを介して、第一傘歯車５４ｃに伝達される。
【００４０】
第二プーリ支持部５２ｅの上端からは、さらに平板状のターンテーブル支持部５２ｆが
、直線駆動部１ｂ側に水平に延設されている。このターンテーブル支持部５２ｆには、ターンテーブルユニット５６が回転可能に支持されている。具体的には、ターンテーブル支持部５２ｆには、ベアリング５２ｇを介して、ターンテーブル軸５６ａが滑らかに回転可能に支持されている。ターンテーブル軸５６ａの上端にはターンテーブル３が同軸に固定されている。また、ターンテーブル軸５６ａの下端には第二ギアとしての第二傘歯車５６ｂが固定されている。この第二傘歯車５６ｂは、第一傘歯車５４ｃと噛みあっており、第一傘歯車５４ｃの回転が第二傘歯車５６ｂを介して、ターンテーブル３に伝達されるようになっている。
【００４１】
以上、説明した駆動伝達部１ｃにより、シャフト２の回転運動及び直線運動をターンテーブル３に伝達することが可能である。また、その際に、シャフト２の軸回りの回転運動を、シャフト２とは９０度異なる回転軸を有するターンテーブル３の回転運動に変換することが可能である。なお、本実施例の第一傘歯車５４ｃは、シャフト２の軸方向と平行の回転軸を有しており、第二傘歯車５６ｂは、シャフト２の軸方向と垂直な回転軸を有している。そして、第一傘歯車５４ｃと第二傘歯車５６ｂとが互いに噛みあって回転運動を伝達することで、シャフト２の軸回りの回転運動をターンテーブル３に伝達する。従って、より簡単な機構でより確実に、シャフト２の軸回りの回転運動を、シャフト２とは９０度異なる回転軸を有するターンテーブル３の回転運動に変換することができる。
【００４２】
また、本実施例では、シャフト２の回転運動が、第一プーリ５３ｂ、ベルト５５、第二プーリ５４ｂを介して、第一傘歯車５４ｃに伝達されることとしたので、バックラッシュによる回転運動の伝達時の誤差を低減し、シャフト２の回転運動をより正確に第一傘歯車５４ｃに伝達することができる。なお、駆動伝達部１ｃの各機械要素におけるガタ、バックラッシュ等については、ターンテーブル３に装着される移動体に求められる位置精度に応じて適宜調整される。
【００４３】
本実施例に示した２軸アクチュエータ１においては、スプライン軸２ａとロッド２ｂとが一体化したシャフト２に対して、回転トルク及び直線運動の推進力を電磁的に作用させるため、回転運動を行なうアクチュエータと直線運動を行なうアクチュエータを別個に設ける必要がなく、装置全体としての構造を簡単にすることができる。 また、本実施例に示した２軸アクチュエータ１においては、回転駆動部１ａと直線駆動部１ｂとが、シャフト２の軸方向に直列に配置されている。従って、例えば、直線運動を行なうアクチュエータによって直進する部材に、回転運動を行なうアクチュエータを載置させるような積載構造をとる必要がないので、装置全体として必要な負荷を低減することができ、消費電力や装置サイズを小さくし、コストを低減することができる。
【００４４】
また、本実施例においては、シャフト２の直線運動及び回転運動を、第１プーリユニット５３から第２プーリユニット５４へと上方に伝達し、さらに、第１プーリユニット５３及び第２プーリユニット５４より回転駆動部１ａ側にあるターンテーブルユニット５６に折り返して伝達しているため、装置全体の長さを短くすることができる。また、駆動伝達部１ｃによって、シャフト２の軸回りの回転運動をターンテーブル３の水平方向の回転に変換しているため、２軸アクチュエータを生産装置や測定装置など実際の機器により容易に適用することが可能となる。
【００４５】
なお、上記の実施例において、回転駆動部１ａは回転駆動装置に相当する。直線駆動部１ｂは直線駆動装置に相当する。駆動伝達部１ｃは駆動伝達装置に相当する。また、上記の実施例においては、第一ギアと第二ギアの組み合わせとして第一傘歯車５４ｃと第二傘歯車５６ｂとの組み合わせを用いたが、この組み合わせは上記に限られない。例えば、ハイポイドギアの組み合わせを用いてもよいし、ウォームとウォームホイールの組み合わせであるウォームギアを用いてもよい。
【００４６】
また、上記の実施例においては、シャフト２の回転運動が、第一プーリ５３ｂ、ベルト５５、第二プーリ５４ｂを介して、第一傘歯車５４ｃに伝達されることとしたが、シャフト２の回転運動を第一傘歯車（第一ギア）に伝達する方法はこれに限られない。シャフト２の端部に直接第一ギアを取り付けてもよいし、他のギアを用いて伝達しても構わない。
【００４７】
また、上記の実施例においては、回転駆動部１ａ、直線駆動部１ｂ、駆動伝達部１ｃがシャフト２の軸方向に直列に配置された例について説明したが、回転駆動部１ａ、直線駆動部１ｂ、駆動伝達部１ｃの位置関係は適宜変更しても構わない。例えば、回転駆動部１ａを直線駆動部１ｂの上に載置する形とし、スプライン軸２ａとロッド２ｂとをプーリとベルトで連結するようにしても構わない。また、ギアなど他の機構を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・２軸アクチュエータ、１ａ・・・回転駆動部、１ｂ・・・直線駆動部、１ｃ・・・駆動伝達部、２・・・シャフト、２ａ・・・スプライン軸、２ｂ・・・ロッド、３・・・ターンテーブル、４・・・回転モータ、５・・・ハウジング、６・・・磁気センサ、７ ケージ、１０，１１・・・スプラインナット、１２，１３・・・ナット保持部材、２０・・・コイル、２２・・・コイルホルダ、５１・・・運動案内装置、５２・・・駆動伝達ベース、５３・・・第一プーリユニット、５４・・・第二プーリユニット、５５・・・ベルト、５６・・・ターンテーブルユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に直線運動させ且つ、当該移動体に所定の回転軸の周りに回転運動させることが可能なアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、組立て機械や測定器などの機器においては、ワークや工具、部品、プローブなどの移動体を直線運動させるとともに所定の回転軸に対して回転運動させることが要求される場合がある。直線運動と回転運動の両方が可能なアクチュエータとしては、リニアパルスモータとロータリパルスモータとを軸線方向に結合したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上記の公知技術においては、出力軸がその軸方向に直線運動するとともに軸回りに回転運動するものであって、その回転運動及び直線運動を直接、工作機械、組立て機械や測定器などの機器に容易に適用できる形態になっていたとは言えず、使い勝手が良くない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３７９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような不都合を解決するためになされたものであり、所定の軸回りの回転運動及び直線運動が可能で、より容易に機器に適用させることが可能なアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明は、シャフトによる軸回りの回転運動と軸方向の直線運動の両方を可能にしたアクチュエータにおいて、機器を装着可能なターンテーブルを有しており、シャフトの直線運動が運動方向を変えずにターンテーブルに伝達されるとともにシャフトの回転運動が回転軸を９０度変更した上でターンテーブルに伝達されることを最大の特徴とする。
【０００７】
より詳しくは、
軸回りの回転及び軸方向の直進が可能に設けられたシャフトと、
前記シャフトに軸回りの回転トルクを電磁的に作用させる回転駆動装置と、
前記シャフトに軸方向の推進力を電磁的に作用させる直線駆動装置と、を備え、
前記シャフトに、軸回りの回転運動及び軸方向の直線運動を行なわせるアクチュエータであって、
回転運動及び直線運動をさせる対象となる移動体を装着可能であり前記シャフトの軸と垂直の中心軸を有する略円板状のターンテーブルと、
前記シャフトの直線運動を運動方向を変えずに前記ターンテーブルに伝達するとともに前記シャフトの回転運動の回転軸を垂直に変更して前記ターンテーブルに伝達する駆動伝達装置と、
をさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、１本のシャフトが、そのシャフトの軸回りの回転運動とそのシャフトの軸方向
の直線運動の両方できるように構成したアクチュエータを、以下においては、２軸に対する自由度を有するという意味で２軸アクチュエータと呼ぶ。そして、工作機械、組立て機械や測定器などの実際の機器においては、移動体を直線運動させるとともに、直線運動の進行方向に垂直な回転軸の回りに前記移動体を回転させることが要求される場合が多い。本発明においては、シャフトを軸回りに回転させるとともにシャフトの軸方向に直線運動させる回転駆動装置及び直線駆動装置を用いた上で、ターンテーブルをシャフトの進行方向に垂直な軸回りに回転させることが可能となる。これにより、２軸アクチュエータをより容易に機器に適用することができ、２軸アクチュエータの適用範囲を広げることが可能となる。
【０００９】
なお、本発明において上記した課題を解決するための手段は、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、２軸アクチュエータを種々の機器により容易に適用して、２軸アクチュエータの回転運動及び直線運動を前記各機器における移動体に伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る２軸アクチュエータの斜視図である。
【図２】本発明に係る２軸アクチュエータの断面図、平面図、底面図及び側面図である。
【図３】本発明の２軸アクチュエータにおける回転駆動部の断面図である。
【図４】本発明の回転駆動部においてハウジングを取り外した状態を示す図である。
【図５】本発明におけるスプラインナットの斜視図である。
【図６】本発明の回転駆動部における永久磁石及びコイル付近を示す図である。
【図７】本発明の直線駆動部の一部断面を含む斜視図である。
【図８】本発明の直線駆動部における複数のコイルを示す斜視図である。
【図９】本発明の直線駆動部の作動原理を説明するための図である。
【図１０】本発明の２軸アクチュエータのシステム図である。
【図１１】本発明の駆動伝達部の断面図、平面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る運動案内装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
＜実施例１＞
図１は本実施例における２軸アクチュエータ１の斜視図を示す。２軸アクチュエータ１はシャフト２に軸回りの回転運動と軸方向の直線運動とをさせることが可能な複合アクチュエータであり、回転駆動部１ａ、直線駆動部１ｂ、駆動伝達部１ｃとを有している。回転駆動部１ａにおいては、シャフト２に軸回りの回転トルクが作用することにより、シャフト２を軸回りに回転させることが可能となっている。また、直線駆動部１ｂにおいては、シャフト２には軸方向の駆動力が作用することにより、シャフト２を軸方向に直線運動させることが可能となっている。よって、回転駆動部１ａと直線駆動部１ｂの作用によって、シャフト２が、回転運動及び直線運動を自在に行うことができる。
【００１４】
さらに、駆動伝達部１ｃにおいては、シャフト２の回転運動及び直線運動が伝達機構を介してターンテーブル３に伝達される。このターンテーブル３は、機器における移動体が装着された上で、図中直線矢印方向に直線運動可能であるとともに図中曲線矢印方向に回転可能となっている。
【００１５】
図２には、本実施例における２軸アクチュエータ１の断面図と、平面図、底面図及び２
方向からの側面図を示す。図２（ａ）は２軸アクチュエータの断面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は底面図、図２（ｄ）及び（ｅ）は側面図である。図２（ａ）に示す断面図から分かるように、２軸アクチュエータ１のシャフト２は、回転駆動部１ａにおいてシャフト２の軸回りの回転トルクが作用するスプライン軸２ａと、直線駆動部１ｂにおいて軸方向の駆動力が作用するロッド２ｂとが、連結部２ｃにおいて結合されることで、１本のシャフト２として機能するようになっている。
【００１６】
次に、回転駆動部１ａ、直進駆動部１ｂ、駆動伝達部１ｃの各々の詳細な構造について説明する。図３は、２軸アクチュエータ１における回転駆動部１ａの断面図を示している。また、図４は、回転駆動部１ａのうちの、シャフト２及びスプラインナット１０、１１及び、回転モータ４を取り出した状態の斜視図を示す。図３に示されるように、回転駆動部１ａのハウジング５に回転可能に収容されたスプライン軸２ａは、さらに直線運動が可能なように、２つのスプラインナット１０、１１と係合している。
【００１７】
また、スプライン軸２ａにおけるスプラインナット１０が係合する部分とスプラインナット１１が係合する部分との間には、スプライン軸２ａに回転トルクを作用させるための回転モータ４が形成されている。スプラインナット１０、１１は、異径の円筒の組み合わせからなるナット保持部材１２、１３に収納され、ナット保持部材１２、１３と一体に回転する。ナット保持部材１２、１３は、各々、スプラインナット１０，１１における回転モータ４から遠い側が収容される第一筒状部材１２ａ、１３ａと、スプラインナット１０、１１における回転モータ４に近い側が収容される第二筒状部材１２ｂ、１３ｂとから構成される。
【００１８】
第一筒状部材１２ａ、１３ａと第二筒状部材１２ｂ、１３ｂとは、スプラインナット１０、１１が挿入される比較的径の大きい大径筒部１２ａ１、１３ａ１、１２ｂ１、１３ｂ１と、スプライン軸２ａのみが挿入される比較的径の小さい小径筒部１２ａ２、１３ａ２、１２ｂ２、１３ｂ２とからなる。第一筒状部材１２ａ、１３ａは第二筒状部材１２ｂ、１３ｂからスプラインナット１０、１１が抜けることを防止する。第二筒状部材１２ｂ、１３ｂの小径筒状部１２ｂ２、１３ｂ２は、回転モータ４の方向に互いに延設され、その端部同士が対向するように配置されている。この小径筒状部１２ｂ２、１３ｂ２の端部同士の間には、隙間を設けてもよいし設けなくてもよい。
【００１９】
第二筒状部材１２ｂ、１３ｂの小径筒状部１２ｂ２、１３ｂ２の端部付近の外周面には、周方向にＮ極及びＳ極の異なる磁極が交互に現れるような環状の永久磁石４ｂが設けられている。また、環状の永久磁石４ｂの外周を囲うように、複数のコイル４ａがコイルの端面が永久磁石４ｂの外周面と対向するように配置されている。複数のコイル４ａによって、位相の異なるＵ，Ｖ，Ｗの交流電流が印加される三相コイルが形成される。また、コイル４ａには、コイル４ａが発生させる磁界をより効率よく永久磁石４ｂに作用させるためのコア４ｃが備えられている。このコア４ｃは、永久磁石４ｂを囲う円筒状の外形を有しており、永久磁石４ｂの方（内周側）に向けてセンターコア４ｄが延設されており、コイル４ａはこのセンターコア４ｄの周りに回巻される形で形成されている。このコア４ｃがハウジング５に固定されることで、コイル４ａもハウジング５に対して固定されている。
【００２０】
回転モータ４の複数のコイル４ａに三相の交流電流を流すことにより、永久磁石４ｂに対して回転磁界が作用する。そして、永久磁石４ｂに回転トルクが作用することで、ナット保持部材１２及び１３が回転する。ナット保持部材１２及び１３が回転することにより、ナット保持部材１２及び１３と―体のスプラインナット１０、１１が回転し、さらにスプラインナット１０、１１に係合しているスプライン軸２ａが回転する。
【００２１】
第一筒状部材１２ａ，１３ａの小径筒状部１２ａ２、１３ａ２の端部付近の外側には回転ベアリング１４，１５が嵌めこまれている。この回転ベアリング１４、１５はナット保持部材１２、１３及びスプラインナット１０，１１をハウジング５に対して回転可能に支持する。回転ベアリング１４，１５には、例えば深溝玉軸受けが用いられる。これにより、スプライン軸２ａがハウジング５に対して円滑に回転することが可能となっている。
【００２２】
図５には、スプライン軸２ａに係合するスプラインナット１０、１１の斜視図を示す。スプライン軸２ａの外周面には、長手方向に伸びる複数条のボール転走溝２ｃが形成されている。スプラインナット１０，１１の内周面にはスプライン軸２ａのボール転走溝２ｃに対向する複数条の負荷ボール転走溝１０ａ、１１ａが形成される。
【００２３】
また、スプラインナット１０，１１には、ボール１０ｂ、１１ｂを保持する保持器１０ｃ、１１ｃが設けられている。保持器１０ｃ、１１ｃには、スプラインナット１０，１１の負荷ボール転走溝１０ａ，１１ａの条数に合わせた条数の転動体循環路として複数のボール循環路１０ｄ、１１ｄが形成されている。
【００２４】
スプライン軸２ａの外周面にボール転走溝２ｃを形成し、スプラインナット１０，１１とスプライン軸２ａとの間にボール１０ｂ、１１ｂを介在させることで、スプライン軸２ａがスプラインナット１０、１１に対して円滑に直線運動することが可能となっている。また、スプライン軸２ａの軸線に直交する方向の荷重に対する耐性を大きくすることができる。また、スプラインナット１０，１１に作用する回転トルクをスプライン軸２ａに伝達することが可能になる。
【００２５】
図６は、回転モータ４の複数の永久磁石４ｂ及びこの永久磁石４ｂに対向する複数のコイル４ａを示す。回転モータ４は、前述のように、複数の永久磁石４ｂに複数のコイル４ａが対向する同期回転モータである。コイル４ａは銅線を環状に巻いたものであり、長方形の枠状に形成される。本実施例においては、コイル４ａの数は六個であり、二組の三相コイルが形成される。
【００２６】
なお、回転モータ４には、シャフト２（スプライン軸２ａ）の回転角度を測定する磁気センサ６が隣接されている。この磁気センサ６は、永久磁石４ｂが回転した際の磁界の周期的変化を検出する。基板に実装された磁気センサ６は箱型の収納容器６ａに収められた後、その周囲が充填剤で埋められる。この収納容器６ａは止めねじによってハウジング５に固定されている。本実施例における回転駆動部１ａは、上述したように、回転モータ４の複数のコイル４ａに三相の交流電流を流すことにより、永久磁石４ｂに対して回転磁界を作用させ、シャフト２に回転トルクを電磁的に作用させる。従って、機械的な損失を少なくすることができ、より効率的にシャフト２に回転運動をさせることができる。また、装置の構造を簡単にすることができる。
【００２７】
次に、２軸アクチュエータ１の直線駆動部１ｂについて説明する。
【００２８】
図７は直線駆動部１ｂの斜視図（一部断面を含む）である。図７に示されるように直線駆動部１ｂは、全体の基板としてのベース２４と、ベース２４に取り付けられるリニアハウジング２１と、リニアハウジング２１に軸線方向に移動可能に収納された移動子としてのロッド２ｂと、ロッド２ｂに孔部を貫通させるように、ロッド２ｂの軸線方向に重ねられてリニアハウジング２１に固定される固定子としての複数のコイル２０と、を備える。
【００２９】
ロッド２ｂは、例えばステンレス等の非磁性材からなり、内部に中空空間を有する。ロッド２ｂの中空空間には、円柱状の複数の永久磁石２ｃがロッド２ｂの軸方向に並べられている。この永久磁石２ｃは円柱形の軸方向に着磁されている。そして、互いに同じ極が
対向するように、すなわちＮ極とＮ極が、Ｓ極とＳ極とが対向するように配列されている。永久磁石６の間には、例えば鉄等の磁性体からなるポールシュー２ｄが介在されている。なお、リニアハウジング２１の回転駆動部１ａ側には先端部材２５が設けられ、リニアハウジング２１の回転駆動部１ａとは反対側には端末部材２３が設けられ、各々、回転駆動部１ａと直線駆動部１ｂとの接続、直線駆動部１ｂと駆動伝達部１ｃとの接続の役割を負っている。また、端末部材２３とリニアハウジング２１との間にはセンサホルダ２６が設けられ、このセンサホルダ２６には磁気センサが備えられてロッド２ｂの軸方向の位置を検出することが可能となっている。
【００３０】
図８には、コイル２０及びコイル２０を保持するコイルホルダ２２の詳細図を示す。コイル２０は銅線を円環状に巻いたもので、コイルホルダ２２に保持されている。コイルホルダ２２は樹脂の射出成形品であり、コイル２０の配列方向に細長く伸びる板状のホルダ本体２２ａと、ホルダ本体２２ａから垂下する薄肉の複数のスペーサ部２２ｂとから構成される。このスペーサ部２２ｂにより、隣接するコイル２０同士が絶縁される。スペーサ部２２ｂはコイル２０の正面形状と同様に円環形状に形成される。コイル２０はコイルホルダ２２に保持された状態で、リニアハウジング２１に収容されている。
【００３１】
図９は、ロッド２ｂ及びコイル２０の断面図であり直線駆動部１ｂの動作原理を説明するための図である。複数のコイル２０のうち連続して並べられた３つによってＵ・Ｖ・Ｗ相からなる一組の三相コイルが形成される。コイル２０で形成される三相コイルに１２０度ずつ位相が異なる三相交流電流が流されることによって、コイル２０の軸線方向に移動する移動磁界が発生する。ロッド２ｂは移動磁界により推力を得て、移動磁界の速度と同一の速度でコイル２０に対して相対的に直線運動を行う。このように、本実施例の直線駆動部１ｂでは、複数のコイル２０で形成される三相コイルに三相交流電流が流されることによって、ロッド２ｂに電磁的に推力を作用させる。従って、機械的な損失を少なくすることができ、より効率的にシャフト２に直線運動をさせることができる。また、装置の構造を簡単にすることができる。
【００３２】
図１０は、本実施例における２軸アクチュエータ１のシステム図である。このシステムは、回転駆動部１ａの制御系及び直線駆動部１ｂの制御系から構成される。回転駆動部１ａの制御系は、回転モータ４のナット保持部材１０，１１（シャフト２）の回転角度を検出する磁気センサ６と、磁気センサ６が出力する信号を内挿処理する角度算出回路としてのインターポレータ３０と、インターポレータ３０が算出した回転角の信号に基づいて回転モータ４を制御する回転モータ用ドライバ３１と、から構成される。回転モータ用ドライバ３１は、ナット保持部材１０，１１の回転角度が指令値に一致するように回転モータ４を制御する。磁気センサ６とインターポレータ３０とはエンコーダケーブル３２によって接続され、回転モータ４のコイル４ａと回転モータ用ドライバ３１の電力変換器とは動カケーブル３４によって接続される。インターポレータ３０及び回転モータ用ドライバ３１は、制御盤３３に収容される。
【００３３】
直線駆動部１ｂの制御系も同様に、直線駆動部１ｂのロッド２ｂの軸線方向の位置を検出する磁気センサ３５と、磁気センサ３５が出力する信号を内挿処理する位置算出回路３６と、位置算出回路３６が算出した位置の信号に基づいて直線駆動部１ｂを制御する直線駆動部用ドライバ３７と、から構成される。直線駆動部用ドライバ３７は、ロッド２ｂの位置が指令値に一致するように直線駆動部１を制御する。磁気センサ３５と位置算出回路３６とはエンコーダケーブル３８によって接続される。直線駆動部１ｂのコイル２０と直線駆動部用ドライバ３７の電力変換器とは動カケーブル３９によって接続される。位置算出回路３６及び直線駆動部用ドライバ３７も、インターポレータ３０及び回転モータ用ドライバ３１と同様、制御盤３３に収容される。
【００３４】
次に、図１１を用いて本実施例の駆動伝達部１ｃについて説明する。図１１（ａ）は駆動伝達部１ｃの正面から見た断面図、図１１（ｂ）は平面図、図１１（ｃ）及び（ｄ）は側面図を示す。駆動伝達部１ｃは、回転駆動部１ａ及び直線駆動部１ｂによって駆動されるシャフト２の回転運動及び直線運動を、ターンテーブル３の回転運動及び直線運動に変換することで、２軸アクチュエータ１をより実際の機器に適用し易くし使い勝手のよいものにするための部分である。
【００３５】
図１１に示されるように、駆動伝達部１ｃは、装置のベース２４を直線駆動部１ｂと共通にしている。そして、ベース２４における回転駆動部１ａの反対側には、第二端末部材５０が設けられ、ベース２４に固定されている。また、駆動伝達部１ｃには、直線運動案内装置５１が備えられている。具体的には、案内部材としてのレール５１ａが、直線駆動部１ｂの端末部材２３と、第二端末部材５０との間に、シャフト２の直線運動方向と平行に渡されている。レール５１ａには、移動ブロック５１ｂがレール５１ａに沿って直線運動可能に係合されている。
【００３６】
移動ブロック５１ｂには、駆動伝達ベース５２が固定されている。この駆動伝達ベース５２は、シャフト２の回転運動及び直線運動をターンテーブル３に伝達するための各機械要素を連動させる部材である。駆動伝達ベース５２は、図１１中、水平に延びた平板状の移動ブロック結合部５２ａで移動ブロック５１ｂに固定されている。これにより、駆動伝達ベース５２が直線運動案内装置５１のレール５１ａに沿って滑らかに移動可能となっている。
【００３７】
また、駆動伝達ベース５２における移動ブロック結合部５２ａの、直線駆動部１ｂと反対側には、垂直下方向に延設された平板状のシャフト結合部５２ｂが設けられている。このシャフト結合部５２ｂには、シャフト２（ロッド２ａ）の端部が回転可能に結合している。具体的には、シャフト２の端部には、第一プーリ軸５３ａと第一プーリ５３ｂからなる第一プーリユニット５３が固定されており、第一プーリ軸５３ａと第一プーリ５３ｂとが、シャフト２の運動に連動して回転及び直線運動するようになっている。駆動伝達ベース５２のシャフト結合部５２ｂは、シャフト２に結合された第一プーリ軸５３ａがベアリング５２ｃを介して滑らかに回転可能に貫通しており、第一プーリ軸５３ａに固定された第一プーリ５３ｂと、シャフト２の端部との間に隙間を伴って挟まれる構成となっている。すなわち、シャフト結合部５２ｂは、シャフト２の直線運動にのみ追従する。そして、シャフト２の回転運動（及び直線運動）は、第一プーリ５３ｂに伝達される。なお、この構成により、駆動伝達ベース５２のシャフト結合部５２ｂは、シャフト２の一端を回転可能に支持する軸受としての機能も有している。
【００３８】
駆動伝達ベース５２の移動ブロック結合部５２ａから垂直上方に、平板状の第二プーリ支持部５２ｄが延設されている。この第２プーリ支持部５２ｄには、第二プーリユニット５４が回転可能に支持されている。具体的には、ベアリング５２ｅを介して第二プーリ軸５４ａが第二プーリ支持部５２ｅに回転可能に支持されている。第二プーリ軸５４ａの直線駆動部１ｂと反対側には第二プーリ５４ｂが固定されている。また、第二プーリ軸５４ａの直線駆動部１ｂ側には第一ギアとしての第一傘歯車５４ｃが固定されている。これにより、互いに同軸に固定された、第二プーリ５４ｂと第一傘歯車５４ｃとが、第二プーリ支持部５２ｄに滑らかに回転可能に支持される構成となる。
【００３９】
さらに、第一プーリ５３ｂと第二プーリ５４ｂとは、ベルト５５により、互いの回転運動が伝達可能に結合されている。これにより、シャフト２の回転運動が、第一プーリ５３ｂ、ベルト５５、第二プーリ５４ｂを介して、第一傘歯車５４ｃに伝達される。
【００４０】
第二プーリ支持部５２ｅの上端からは、さらに平板状のターンテーブル支持部５２ｆが
、直線駆動部１ｂ側に水平に延設されている。このターンテーブル支持部５２ｆには、ターンテーブルユニット５６が回転可能に支持されている。具体的には、ターンテーブル支持部５２ｆには、ベアリング５２ｇを介して、ターンテーブル軸５６ａが滑らかに回転可能に支持されている。ターンテーブル軸５６ａの上端にはターンテーブル３が同軸に固定されている。また、ターンテーブル軸５６ａの下端には第二ギアとしての第二傘歯車５６ｂが固定されている。この第二傘歯車５６ｂは、第一傘歯車５４ｃと噛みあっており、第一傘歯車５４ｃの回転が第二傘歯車５６ｂを介して、ターンテーブル３に伝達されるようになっている。
【００４１】
以上、説明した駆動伝達部１ｃにより、シャフト２の回転運動及び直線運動をターンテーブル３に伝達することが可能である。また、その際に、シャフト２の軸回りの回転運動を、シャフト２とは９０度異なる回転軸を有するターンテーブル３の回転運動に変換することが可能である。なお、本実施例の第一傘歯車５４ｃは、シャフト２の軸方向と平行の回転軸を有しており、第二傘歯車５６ｂは、シャフト２の軸方向と垂直な回転軸を有している。そして、第一傘歯車５４ｃと第二傘歯車５６ｂとが互いに噛みあって回転運動を伝達することで、シャフト２の軸回りの回転運動をターンテーブル３に伝達する。従って、より簡単な機構でより確実に、シャフト２の軸回りの回転運動を、シャフト２とは９０度異なる回転軸を有するターンテーブル３の回転運動に変換することができる。
【００４２】
また、本実施例では、シャフト２の回転運動が、第一プーリ５３ｂ、ベルト５５、第二プーリ５４ｂを介して、第一傘歯車５４ｃに伝達されることとしたので、バックラッシュによる回転運動の伝達時の誤差を低減し、シャフト２の回転運動をより正確に第一傘歯車５４ｃに伝達することができる。なお、駆動伝達部１ｃの各機械要素におけるガタ、バックラッシュ等については、ターンテーブル３に装着される移動体に求められる位置精度に応じて適宜調整される。
【００４３】
本実施例に示した２軸アクチュエータ１においては、スプライン軸２ａとロッド２ｂとが一体化したシャフト２に対して、回転トルク及び直線運動の推進力を電磁的に作用させるため、回転運動を行なうアクチュエータと直線運動を行なうアクチュエータを別個に設ける必要がなく、装置全体としての構造を簡単にすることができる。 また、本実施例に示した２軸アクチュエータ１においては、回転駆動部１ａと直線駆動部１ｂとが、シャフト２の軸方向に直列に配置されている。従って、例えば、直線運動を行なうアクチュエータによって直進する部材に、回転運動を行なうアクチュエータを載置させるような積載構造をとる必要がないので、装置全体として必要な負荷を低減することができ、消費電力や装置サイズを小さくし、コストを低減することができる。
【００４４】
また、本実施例においては、シャフト２の直線運動及び回転運動を、第１プーリユニット５３から第２プーリユニット５４へと上方に伝達し、さらに、第１プーリユニット５３及び第２プーリユニット５４より回転駆動部１ａ側にあるターンテーブルユニット５６に折り返して伝達しているため、装置全体の長さを短くすることができる。また、駆動伝達部１ｃによって、シャフト２の軸回りの回転運動をターンテーブル３の水平方向の回転に変換しているため、２軸アクチュエータを生産装置や測定装置など実際の機器により容易に適用することが可能となる。
【００４５】
なお、上記の実施例において、回転駆動部１ａは回転駆動装置に相当する。直線駆動部１ｂは直線駆動装置に相当する。駆動伝達部１ｃは駆動伝達装置に相当する。また、上記の実施例においては、第一ギアと第二ギアの組み合わせとして第一傘歯車５４ｃと第二傘歯車５６ｂとの組み合わせを用いたが、この組み合わせは上記に限られない。例えば、ハイポイドギアの組み合わせを用いてもよいし、ウォームとウォームホイールの組み合わせであるウォームギアを用いてもよい。
【００４６】
また、上記の実施例においては、シャフト２の回転運動が、第一プーリ５３ｂ、ベルト５５、第二プーリ５４ｂを介して、第一傘歯車５４ｃに伝達されることとしたが、シャフト２の回転運動を第一傘歯車（第一ギア）に伝達する方法はこれに限られない。シャフト２の端部に直接第一ギアを取り付けてもよいし、他のギアを用いて伝達しても構わない。
【００４７】
また、上記の実施例においては、回転駆動部１ａ、直線駆動部１ｂ、駆動伝達部１ｃがシャフト２の軸方向に直列に配置された例について説明したが、回転駆動部１ａ、直線駆動部１ｂ、駆動伝達部１ｃの位置関係は適宜変更しても構わない。例えば、回転駆動部１ａを直線駆動部１ｂの上に載置する形とし、スプライン軸２ａとロッド２ｂとをプーリとベルトで連結するようにしても構わない。また、ギアなど他の機構を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・２軸アクチュエータ、１ａ・・・回転駆動部、１ｂ・・・直線駆動部、１ｃ・・・駆動伝達部、２・・・シャフト、２ａ・・・スプライン軸、２ｂ・・・ロッド、３・・・ターンテーブル、４・・・回転モータ、５・・・ハウジング、６・・・磁気センサ、７ ケージ、１０，１１・・・スプラインナット、１２，１３・・・ナット保持部材、２０・・・コイル、２２・・・コイルホルダ、５１・・・運動案内装置、５２・・・駆動伝達ベース、５３・・・第一プーリユニット、５４・・・第二プーリユニット、５５・・・ベルト、５６・・・ターンテーブルユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸回りの回転及び軸方向の直進が可能に設けられたシャフトと、
前記シャフトに軸回りの回転トルクを電磁的に作用させる回転駆動装置と、
前記シャフトに軸方向の推進力を電磁的に作用させる直線駆動装置と、を備え、
前記シャフトに、軸回りの回転運動及び軸方向の直線運動を行なわせるアクチュエータであって、
回転運動及び直線運動をさせる対象となる移動体を装着可能であり前記シャフトの軸と垂直の中心軸を有する略円板状のターンテーブルと、
前記シャフトの直線運動を運動方向を変えずに前記ターンテーブルに伝達するとともに前記シャフトの回転運動の回転軸を垂直に変更して前記ターンテーブルに伝達する駆動伝達装置と、
をさらに備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記回転駆動装置、直線駆動装置及び駆動伝達装置は、前記シャフトの軸方向に直列に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動伝達装置は、
前記シャフトの軸方向と平行の回転軸を有するとともに前記シャフトの回転運動が伝達される第一ギアと、
前記シャフトの軸方向と垂直な回転軸を有するとともに前記ターンテーブルに回転運動を伝達する第二ギアと、
を有し、
前記第一ギアと前記第二ギアが互いに噛みあって回転運動を伝達することで、前記シャフトの軸回りの回転運動を前記ターンテーブルに伝達することを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記シャフトから前記第一ギアへの回転運動の伝達は、
前記シャフトと同軸に設けられた第一プーリと、
前記第一ギアに同軸に設けられた第二プーリと、
前記第一プーリ及び第二プーリの間に掛けられたベルトと、によって行われることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記回転駆動装置は、
前記シャフトの周方向にＮ極及びＳ極の磁極が交互に形成されるように設けられた複数の永久磁石と、
前記シャフトを周方向に囲うように並べられるとともに前記複数の永久磁石と対向するように固定された複数のコイルと、
を有し、
前記複数のコイルに通電することで回転磁界を発生させることにより、前記シャフトに軸回りの回転トルクを作用させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記直線駆動装置は、
前記シャフトの内部に軸方向に着磁された複数の永久磁石と、
前記シャフトが中央部の空間を貫通するように前記シャフトの軸線方向に配列された複数のコイルと、を有し、
前記複数の永久磁石のうち隣り合う永久磁石は互いに同極どうしが対向するように配列され、
前記複数のコイルに通電することで移動磁界を発生させることにより前記シャフトに軸
方向の推進力を作用させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項１】
軸回りの回転及び軸方向の直進が可能に設けられたシャフトと、
前記シャフトに軸回りの回転トルクを電磁的に作用させる回転駆動装置と、
前記シャフトに軸方向の推進力を電磁的に作用させる直線駆動装置と、を備え、
前記シャフトに、軸回りの回転運動及び軸方向の直線運動を行なわせるアクチュエータであって、
回転運動及び直線運動をさせる対象となる移動体を装着可能であり前記シャフトの軸と垂直の中心軸を有する略円板状のターンテーブルと、
前記シャフトの直線運動を運動方向を変えずに前記ターンテーブルに伝達するとともに前記シャフトの回転運動の回転軸を垂直に変更して前記ターンテーブルに伝達する駆動伝達装置と、
をさらに備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記回転駆動装置、直線駆動装置及び駆動伝達装置は、前記シャフトの軸方向に直列に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動伝達装置は、
前記シャフトの軸方向と平行の回転軸を有するとともに前記シャフトの回転運動が伝達される第一ギアと、
前記シャフトの軸方向と垂直な回転軸を有するとともに前記ターンテーブルに回転運動を伝達する第二ギアと、
を有し、
前記第一ギアと前記第二ギアが互いに噛みあって回転運動を伝達することで、前記シャフトの軸回りの回転運動を前記ターンテーブルに伝達することを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記シャフトから前記第一ギアへの回転運動の伝達は、
前記シャフトと同軸に設けられた第一プーリと、
前記第一ギアに同軸に設けられた第二プーリと、
前記第一プーリ及び第二プーリの間に掛けられたベルトと、によって行われることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記回転駆動装置は、
前記シャフトの周方向にＮ極及びＳ極の磁極が交互に形成されるように設けられた複数の永久磁石と、
前記シャフトを周方向に囲うように並べられるとともに前記複数の永久磁石と対向するように固定された複数のコイルと、
を有し、
前記複数のコイルに通電することで回転磁界を発生させることにより、前記シャフトに軸回りの回転トルクを作用させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記直線駆動装置は、
前記シャフトの内部に軸方向に着磁された複数の永久磁石と、
前記シャフトが中央部の空間を貫通するように前記シャフトの軸線方向に配列された複数のコイルと、を有し、
前記複数の永久磁石のうち隣り合う永久磁石は互いに同極どうしが対向するように配列され、
前記複数のコイルに通電することで移動磁界を発生させることにより前記シャフトに軸
方向の推進力を作用させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２３８６９（Ｐ２０１２−２３８６９Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６００２４（Ｐ２０１０−１６００２４）
【出願日】平成２２年７月１４日（２０１０．７．１４）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１４日（２０１０．７．１４）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
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