可動体支持装置
【課題】Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれの方向においてもリンクの剛性を得ることができる可動体支持装置を提供すること。
【解決手段】可動体支持装置１０は、可動体１８の移動範囲の中で、Ｚ軸と一致する方向に可動体を支持可能な第１のリンク機構部２０、Ｘ軸と一致する方向に支持可能な第２のリンク機構部３０、及びＹ軸と一致する方向に支持可能な第３のリンク機構部４０を有する。第１〜第３のリンク機構部２０，３０，４０は２本の第１〜第３のリンク２６，３６，４６を有する。第１〜第３のリンク２６，３６，４６それぞれは可動体１８の移動範囲の中で各軸に一致可能に延びるとともに、可動体１８の移動範囲の中で隣り合うリンク機構部２０，３０，４０のリンク２６，３６，４６のなす角度が９０度を取り得るように構成されている。
【解決手段】可動体支持装置１０は、可動体１８の移動範囲の中で、Ｚ軸と一致する方向に可動体を支持可能な第１のリンク機構部２０、Ｘ軸と一致する方向に支持可能な第２のリンク機構部３０、及びＹ軸と一致する方向に支持可能な第３のリンク機構部４０を有する。第１〜第３のリンク機構部２０，３０，４０は２本の第１〜第３のリンク２６，３６，４６を有する。第１〜第３のリンク２６，３６，４６それぞれは可動体１８の移動範囲の中で各軸に一致可能に延びるとともに、可動体１８の移動範囲の中で隣り合うリンク機構部２０，３０，４０のリンク２６，３６，４６のなす角度が９０度を取り得るように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動体を支持する可動体支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の可動体支持装置としては、例えば、特許文献１に開示のパラレルメカニズム工作機械８０が挙げられる。図８に示すように、パラレルメカニズム工作機械８０の固定台８１には、６本のリンク８２〜８７の一端が自在継手８２ａ〜８７ａを介して支持されるとともに、６本のリンク８２〜８７の他端には可動体８８が自在継手８２ｂ〜８７ｂを介して支持されている。
【０００３】
可動体８８の下端寄りは、２本のリンク８２，８３よりなる第１リンク９１により支持されている。パラレルメカニズム工作機械８０の初期状態（駆動せず、停止した状態）では、リンク８２がＸ軸方向に、リンク８３がＹ軸方向に延びるとともに、リンク８２、８３は、互いのなす角度がほぼ９０度になっている。
【０００４】
可動体８８の上端寄りは、２本のリンク８４，８５よりなる第２リンク９２により支持されている。パラレルメカニズム工作機械８０の初期状態（駆動せず、停止した状態）では、リンク８４がＸ軸方向に、リンク８５がＹ軸方向に延びるとともに、リンク８４、８５は、互いのなす角度がほぼ９０度になっている。
【０００５】
また、可動体８８の下端寄りにおいて、第１リンク９１の反対側には、規制リンク８６が設けられ、この規制リンク８６は、主に可動体８８のＺ軸周りの回転自由度を拘束する。さらに、可動体８８の上端は、リンク８７により固定台８１から吊下げ支持されている。
【０００６】
そして、パラレルメカニズム工作機械８０においては、可動体８８に加わるＸ軸方向の外力は２本のリンク８２，８４で、Ｙ軸方向の外力は２本のリンク８３，８５で、軸方向に直接受承することができる。また、Ｚ軸方向の外力については、リンク８７の軸方向に直接受承することができる。このため、それらリンク８２〜８５，８７に加わる外力が分力によって増幅されることがほとんどなく、リンク８２〜８５，８７で外力に耐えるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１２６９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１のパラレルメカニズム工作機械８０においては、Ｚ軸方向の外力については、リンク８７だけで受承するため、Ｚ軸方向の剛性がＸ軸方向及びＹ軸方向に比べて小さいという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれの方向においてもリンクの剛性を得ることができる可動体支持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、可動体の移動範囲の中で、Ｚ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第１のリンク機構部、Ｘ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第２のリンク機構部、及びＹ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第３のリンク機構部を有し、前記各リンク機構部が、駆動源と、該駆動源に一端が揺動可能に支持されるとともに、前記可動体に他端が揺動可能に支持された２本のリンクと、からなり、各リンク機構部の２本のリンクそれぞれが前記可動体の移動範囲の中で各軸に一致可能に延びるとともに、前記第１〜第３のリンク機構部により前記可動体が各軸回りの回転が規制された状態で支持され、さらに、前記可動体の移動範囲の中で隣り合うリンク機構部のリンクのなす角度が９０度を取り得るように構成されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の可動体支持装置において、前記２本のリンクは、互いに平行をなすことを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の可動体支持装置において、前記２本のリンクの両端は、それぞれボールジョイントにより連結されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の可動体支持装置において、前記ボールジョイントは、前記２本のリンクの両端に回転可能に支持されたボールと、該ボールに対し摺動可能に支持された球面軸受と、からなり、前記リンクの両端の前記ボールは付勢部材により前記リンクの軸方向に沿って互いに引寄せられる方向又は相反する方向に付勢されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれの方向においてもリンクの剛性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の可動体支持装置を示す斜視図。
【図２】実施形態の可動体支持装置を示す側面図。
【図３】実施形態の可動体支持装置を示す模式図。
【図４】可動体支持装置の動作状態を示す斜視図。
【図５】リンク及びボールジョイントを示す部分断面図。
【図６】複数の可動体支持装置を集約してなる工作機械を模式的に示す平面図。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は別例の可動体支持装置を示す模式図。
【図８】背景技術を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を工作機械における可動体支持装置に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、工作機械における可動体支持装置（以下、支持装置１０と記載する）のフレーム１１は、四角枠状の下フレーム１２と、下フレーム１２の３つの角部から立設された第１〜第３支持フレーム１３ａ〜１３ｃと、第１〜第３支持フレーム１３ａ〜１３ｃに支持された四角枠状の上フレーム１４と、から形成されている。
【００１６】
図１及び図２に示すように、上フレーム１４の下面には、矩形状の第１の支持板１５が固定されるとともに、この第１の支持板１５には第１のリンク機構部２０が支持されている。また、第１支持フレーム１３ａには、矩形状の第２の支持板１６が固定されるとともに、この第２の支持板１６には第２のリンク機構部３０が支持されている。さらに、下フレーム１２には、矩形状の第３の支持板１７が固定されるとともに、この第３の支持板１７には第３のリンク機構部４０が支持されている。そして、第１〜第３のリンク機構部２０，３０，４０により、略三角錐状をなす可動体１８が、その上面１８ａを水平に維持した状態でＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向へ移動可能に支持されている。すなわち、可動体１８は、第１〜第３のリンク機構部２０，３０，４０により、ＸＹＺの各軸回りの回転が規制された状態で支持されている。この可動体１８には、図示しないツールが支持され、可動体１８の移動に伴いツールが移動するようになっている。
【００１７】
第１のリンク機構部２０において、第１の支持板１５には、第１の支持ブラケット１５ａが固定されるとともに、この第１の支持ブラケット１５ａには、第１のサーボモータＭ１に連結された第１の減速機Ｇ１が支持されている。なお、第１のサーボモータＭ１には、図示しないコントローラが信号接続されている。また、第１の減速機Ｇ１には、第１のカップリングＣ１を介して第１のクランク軸２１が接続されている。なお、第１の支持板１５には、一対のクランク軸支持部材２２が固定されるとともに、各クランク軸支持部材２２には、第１のクランク軸２１が回転可能に支持されている。
【００１８】
第１のクランク軸２１の両端部には、それぞれ細板状をなすアーム２３の基端が第１のクランク軸２１に一体で固定されている。そして、第１のクランク軸２１が回転すると、両アーム２３が第１のクランク軸２１を回動中心として同期して回動するようになっている。両アーム２３の先端には、第１の回動軸２４が回動可能に支持されている。第１の回動軸２４の各アーム２３からの突出端には、ボールジョイント２５を介して第１のリンク２６の一端が揺動可能に支持されている。また、２本の第１のリンク２６の他端は、ボールジョイント２７を介して第１の連結軸２８に揺動可能に支持されている。なお、第１の連結軸２８は、可動体１８の上側面に固定された一対の連結軸支持部材２９によって回動可能に支持されている。
【００１９】
図５に示すように、ボールジョイント２５は、第１の回動軸２４の突出端に回動可能に支持されたボール２５ａと、このボール２５ａを取り囲む球面軸受２５ｂとからなり、この球面軸受２５ｂに第１のリンク２６の一端が連結されている。また、ボールジョイント２７は、第１の連結軸２８の突出端に回動可能に支持されたボール２７ａと、このボール２７ａを取り囲む球面軸受２７ｂとからなり、この球面軸受２７ｂに第１のリンク２６の他端が連結されている。このため、第１のリンク２６は、ボールジョイント２５，２７によって左右方向へ揺動可能に支持されている。
【００２０】
第１の回動軸２４と、第１の連結軸２８とは、互いに平行をなすとともに、２本の第１のリンク２６は、互いに平行をなすリンク対を構成している。また、第１の回動軸２４には、第１のコイルバネＦ１の一端が連結されるとともに、この第１のコイルバネＦ１の他端は第１の連結軸２８に連結されている。そして、第１の回動軸２４と、第１の連結軸２８とは、付勢部材としての第１のコイルバネＦ１の圧縮方向への付勢力により、互いに平行を維持した状態で引寄せられる方向に付勢されている。このため、第１の回動軸２４に一体のボール２５ａと、第１の連結軸２８に一体のボール２７ａとは、第１のコイルバネＦ１の付勢力により互いに引寄せられる方向に付勢されている。よって、各ボール２５ａ，２７ａは、各球面軸受２５ｂ，２７ｂの内周面に押し付けられている。
【００２１】
図２に示すように、第１のクランク軸２１の軸方向中央には、アーム２３とは逆方向に延びるバランサ２１ａが固定されるとともに、このバランサ２１ａにより、アーム２３が下方へ引張られることを規制している。
【００２２】
図１及び図２に示すように、支持装置１０が駆動せず、かつ可動体１８に外力が付与されていない初期状態では、可動体１８は第１のリンク機構部２０により上フレーム１４から吊下げ支持されている。そして、第１のリンク２６は、可動体１８の移動範囲の中で鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びており、可動体１８は第１のリンク機構部２０によりＺ軸方向に支持されている。
【００２３】
そして、第１のサーボモータＭ１が駆動されると、第１の減速機Ｇ１によって減速された回転数で第１のクランク軸２１が回転するようになっている。また、第１のクランク軸２１の回転に連動して、アーム２３が回動すると、第１の回動軸２４が回動する。さらに、第１の回動軸２４の回動に連動して、第１のリンク２６がＺ軸方向へ変位すると、この変位に伴い第１の連結軸２８が回動する。その結果、可動体１８が、Ｚ軸回りの回転が規制されてＺ軸方向へ変位するようになっている。
【００２４】
次に、第２のリンク機構部３０について説明する。
第２のリンク機構部３０において、第２の支持板１６には、第２の支持ブラケット１６ａが固定されるとともに、この第２の支持ブラケット１６ａには、第２のサーボモータＭ２に連結された第２の減速機Ｇ２が支持されている。なお、第２のサーボモータＭ２には、図示しないコントローラが信号接続されている。また、第２の減速機Ｇ２には、第２のカップリングＣ２を介して第２のクランク軸３１が接続されている。なお、第２の支持板１６には、一対のクランク軸支持部材３２が固定されるとともに、各クランク軸支持部材３２には第２のクランク軸３１が回転可能に支持されている。
【００２５】
第２のクランク軸３１の両端部には、それぞれ細板状をなすアーム３３の基端が第２のクランク軸３１に一体で固定されている。そして、第２のクランク軸３１が回転すると、両アーム３３が第２のクランク軸３１を回動中心として同期して回動するようになっている。両アーム３３の先端には、第２の回動軸３４が回動可能に支持されている。第２の回動軸３４の各アーム３３からの突出端には、ボールジョイント３５を介して第２のリンク３６の一端が回動可能に支持されている。また、２本の第２のリンク３６の他端は、ボールジョイント３７を介して第２の連結軸３８に回動可能に支持されている。なお、第２の連結軸３８は、可動体１８の左側面に固定された一対の連結軸支持部材３９によって回動可能に支持されている。
【００２６】
第２の回動軸３４と、第２の連結軸３８とは、互いに平行をなすとともに、２本の第２のリンク３６は、互いに平行をなすリンク対を構成している。また、第２の回動軸３４には、付勢部材としての第２のコイルバネＦ２の一端が連結されるとともに、この第２のコイルバネＦ２の他端は第２の連結軸３８に連結されている。そして、第２の回動軸３４と、第２の連結軸３８とは、第２のコイルバネＦ２の圧縮方向への付勢力により、互いに平行を維持した状態で引寄せられる方向に付勢されている。なお、ボールジョイント３５，３７は、第１のリンク機構部２０におけるボールジョイント２５，２７と同様の構成をなすのでその説明を省略する。そして、ボールジョイント３５，３７において、第２の回動軸３４に一体のボールと、第２の連結軸３８に一体のボールとは、第２のコイルバネＦ２の付勢力により互いに引寄せられる方向に付勢されている。よって、各ボールは、各球面軸受の内周面に押し付けられている。
【００２７】
支持装置１０が駆動せず、かつ可動体１８に外力が付与されていない初期状態では、可動体１８は、第２のリンク機構部３０により側方から支持されている。そして、第２のリンク３６は、可動体１８の移動範囲の中でＸ軸方向に延びており、可動体１８は第２のリンク機構部３０によりＸ軸方向に支持されている。
【００２８】
そして、第２のサーボモータＭ２が駆動されると、第２の減速機Ｇ２によって減速された回転数で第２のクランク軸３１が回転するようになっている。また、第２のクランク軸３１の回転に連動して、アーム３３が回動すると、第２の回動軸３４が回動する。さらに、第２の回動軸３４の回動に連動して、第２のリンク３６がＸ軸方向へ変位すると、この変位に伴い第２の連結軸３８が回動する。その結果、可動体１８が、Ｘ軸回りの回転が規制されてＸ軸方向へ変位するようになっている。
【００２９】
続いて、第３のリンク機構部４０について説明する。
第３のリンク機構部４０において、第３の支持板１７には、第３の支持ブラケット１７ａが固定されるとともに、この第３の支持ブラケット１７ａには、第３のサーボモータＭ３に連結された第３の減速機Ｇ３が支持されている。なお、第３のサーボモータＭ３には、図示しないコントローラが信号接続されている。また、第３の減速機Ｇ３には、第３のカップリングＣ３を介して第３のクランク軸４１が接続されている。なお、第３の支持板１７には、一対のクランク軸支持部材４２が固定されるとともに、第３のクランク軸４１は、クランク軸支持部材４２に回転可能に支持されている。
【００３０】
第３のクランク軸４１の両端部には、それぞれ細板状をなすアーム４３の基端が第３のクランク軸４１に一体で固定されている。そして、第３のクランク軸４１が回転すると、両アーム４３が第３のクランク軸４１を回動中心として同期して回動するようになっている。両アーム４３の先端には、第３の回動軸４４が回動可能に支持されている。第３の回動軸４４の各アーム４３からの突出端には、ボールジョイント４５を介して第３のリンク４６の一端が回動可能に支持されている。また、２本の第３のリンク４６の他端は、ボールジョイント４７を介して第３の連結軸４８に回動可能に支持されている。なお、第３の連結軸４８は、可動体１８の右側面に固定された一対の連結軸支持部材４９によって回動可能に支持されている。
【００３１】
第３の回動軸４４と、第３の連結軸４８とは、互いに平行をなすとともに、２本の第３のリンク４６は、互いに平行をなすリンク対を構成している。また、第３の回動軸４４には、付勢部材としての第３のコイルバネＦ３の一端が連結されるとともに、この第３のコイルバネＦ３の他端は第３の連結軸４８に連結されている。そして、第３の回動軸４４と、第３の連結軸４８とは、第３のコイルバネＦ３の圧縮方向への付勢力により、互いに平行を維持した状態で引寄せられる方向に付勢されている。なお、ボールジョイント４５，４７は、第１のリンク機構部２０におけるボールジョイント２５，２７と同様の構成をなすのでその説明を省略する。そして、ボールジョイント４５，４７において、第３の回動軸４４に一体のボールと、第３の連結軸４８に一体のボールとは、第３のコイルバネＦ３の付勢力により互いに引寄せられる方向に付勢されている。よって、各ボールは、各球面軸受の内周面に押し付けられている。
【００３２】
支持装置１０が駆動せず、かつ可動体１８に外力が付与されていない初期状態では、可動体１８は第３のリンク機構部４０により下フレーム１２に支持されている。そして、第３のリンク４６は、可動体１８の移動範囲の中でＹ軸方向に延びており、可動体１８は第３のリンク機構部４０によりＹ軸方向に支持されている。
【００３３】
そして、第３のサーボモータＭ３が駆動されると、第３の減速機Ｇ３によって減速された回転数で第３のクランク軸４１が回転するようになっている。また、第３のクランク軸４１の回転に連動して、アーム４３が回動すると、第３の回動軸４４が回動する。さらに、第３の回動軸４４の回動に連動して、第３のリンク４６がＹ軸方向へ変位すると、この変位に伴い第３の連結軸４８が回動する。その結果、可動体１８が、Ｙ軸回りの回転が規制されてＹ軸方向へ変位するようになっている。
【００３４】
図３の模式図に示すように、支持装置１０の初期状態においては、第１のリンク機構部２０の第１のリンク２６と、第２のリンク機構部３０の第２のリンク３６とがなす角度は９０度になっている。また、支持装置１０の初期状態において、第１のリンク機構部２０の第１のリンク２６と、第３のリンク機構部４０の第３のリンク４６とがなす角度も９０度になっている。
【００３５】
次に、支持装置１０の作用について説明する。
支持装置１０においては、コントローラに対し、可動体１８を移動させる位置情報が入力されると、その移動情報に応じた指令信号がコントローラから第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３へ出力される。すると、指令信号に基づき、第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３の駆動量が制御されるとともに、第１〜第３の減速機Ｇ１〜Ｇ３により回転数が減速され、その回転数に応じて第１〜第３のリンク２６，３６，４６の移動量が制御される。その結果、可動体１８は、位置情報で指定された位置へ移動し、可動体１８に支持されたツールも位置情報で指定された位置へ移動する。
【００３６】
図４に示すように、可動体１８の移動範囲において、第１〜第３のクランク軸２１，３１，４１と、第１〜第３の回動軸２４，３４，４４と、第１〜第３の連結軸２８，３８，４８の回動により、第１のリンク２６と第２のリンク３６、及び第１のリンク２６と第３のリンク４６は７０〜１１０度の角度範囲内で変位する。そして、可動体１８の移動範囲の中で、第１のリンク２６はＺ軸と一致する方向に支持される場合もあれば、Ｚ軸からずれた方向に支持される場合もある。また、可動体１８の移動範囲の中で、第２のリンク３６はＸ軸と一致する方向に支持される場合もあれば、Ｘ軸からずれた方向に支持される場合もある。さらに、可動体１８の移動範囲の中で、第３のリンク４６はＹ軸と一致する方向に支持される場合もあれば、Ｙ軸からずれた方向に支持される場合もある。
【００３７】
このため、可動体１８に加わるＺ軸方向の外力は、第１のリンク機構部２０における２本の第１のリンク２６でＺ軸方向に直接受承され、Ｘ軸方向の外力は、第２のリンク機構部３０における２本の第２のリンク３６で、Ｘ軸方向に直接受承される。さらに、Ｙ軸方向の外力についても、第３のリンク機構部４０における２本の第３のリンク４６で、Ｙ軸方向に直接受承される。
【００３８】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１のリンク機構部２０により、可動体１８をその移動範囲の中でＺ軸に一致する方向に支持可能とするとともに、第２のリンク機構部３０により、可動体１８をその移動範囲の中でＸ軸に一致する方向に支持可能とし、さらに、第３のリンク機構部４０により、可動体１８をその移動範囲の中でＹ軸に一致する方向に支持可能とした。また、支持装置１０は、可動体１８の移動範囲の中で、２本の第１のリンク２６と、２本の第２のリンク３６とが９０度を取り得るように構成するとともに、２本の第１のリンク２６と、２本の第３のリンク４６とが９０度を取り得るように構成した。このため、可動体１８の移動範囲の中では、第１〜第３のリンク２６，３６，４６は、互いのなす角度が７０〜１１０度となり、それぞれ軸方向がＸＹＺの各軸方向にほぼ沿うように延びる。したがって、第１〜第３のリンク２６，３６，４６に加わる外力が分力によってほとんど増幅されることがなく、第１〜第３のリンク２６，３６，４６で外力に耐えることができる。
【００３９】
（２）特にＺ軸方向においては、２本の第１のリンク２６で外力を受承する。よって、背景技術のように１本のリンクでＺ軸方向の外力を受承する場合と比べると、Ｚ軸方向の剛性を高めることができる。また、Ｚ軸回りの回転力に対しては、２本で受承することができる。よって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれの方向においてもリンク２６，３６，４６の剛性を得ることができる。
【００４０】
（３）支持装置１０では、それぞれ２本の第１〜第３のリンク２６，３６，４６により可動体１８が支持され、可動体１８の回転が規制されている。このため、可動体１８に例えば回転工具が支持されている場合、可動体１８に回転力が作用しても、その回転力を２本の第１〜第３のリンク２６，３６，４６で受承することができる。したがって、回転力が第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３に作用することを防止することができ、第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３で回転力を受承する必要がないため、第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３を大型化する必要もない。
【００４１】
そして、第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３を大型化する必要がないため、第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３を高精度、かつ高速で駆動させることが可能になり、可動体１８を指定された位置に正確に移動させることができ、しかも、高速で移動させることができる。
【００４２】
（４）第１〜第３のリンク２６，３６，４６は、それぞれ２本ずつ互いに平行をなす。このため、第１〜第３のリンク２６，３６，４６に作用する外力を２本のリンクで均等に分散して受承することができる。
【００４３】
（５）第１〜第３のリンク２６，３６，４６の一端は、それぞれボールジョイント２５，３５，４５によって第１〜第３の回動軸２４，３４，４４に対し揺動可能に支持され、他端はそれぞれボールジョイント２７，３７，４７によって第１〜第３の連結軸２８，３８，４８に対し揺動可能に支持されている。また、第１〜第３の回動軸２４，３４，４４と第１〜第３の連結軸２８，３８，４８とは、第１〜第３のコイルバネＦ１〜Ｆ３によって互いに引寄せられている。このため、第１〜第３のコイルバネＦ１〜Ｆ３の付勢力によって、ボールジョイント２５，２７，３５，３７，４５，４７のボール２５ａ，２７ａに、球面軸受２５ｂ，２７ｂを押し付けることができる。その結果として、ボールジョイント２５，２７，３５，３７，４５，４７のがたつきを抑えることができ、第１〜第３のリンク２６，３６，４６を介した可動体１８の位置決めを高精度で行うことができる。
【００４４】
（６）支持装置１０は、第１〜第３のリンク機構部２０，３０，４０により、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向に沿ってそれぞれ２本の第１〜第３のリンク２６，３６，４６を変位させて、可動体１８の位置を制御する。すなわち、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向全て同じ構成になっている。このため、背景技術のように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は２本のリンクで可動体の位置制御を行うとともに、Ｚ軸方向においては１本のリンクで可動体の位置制御を行い、さらに、規制リンクで可動体の回転を規制するようにした場合と比べると、本実施形態の支持装置１０は、可動体１８の位置制御を簡単に行うことができる。
【００４５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図６の模式図に示すように、支持装置１０を複数並設し、複数の支持装置１０を協調させて動作させてもよい。この場合、各支持装置１０において、フレーム１１の第１〜第３支持フレーム１３ａ〜１３ｃが形成されていない部位を互いに突き合わせるように支持装置１０を並設する。このように構成すると、複数の可動体１８を近接させて１箇所に集約して配置することができ、各可動体１８に支持されたツールによる作業を１箇所で集中して行うことが可能になる。その結果として、ツールによる作業効率が向上するとともに、複数のツールによる連携作業も可能になる。
【００４６】
○ 図７（ａ）に示すように、可動体７０を四角箱状に想定した場合、可動体７０の上面７０ａにおいて、Ｘ軸方向とＹ軸方向が交差する位置にある２組の角部のうち、一方の角部それぞれに第１のリンク２６を連結して可動体７０をＺ軸方向に支持する。また、可動体７０の左側面７０ｂの対角線上に位置する２組の角部のうち、一方の角度それぞれに第２のリンク３６を連結して可動体７０をＸ軸方向に支持する。さらに、可動体７０の後面７０ｃの対角線上に位置する２組の角部のうち、一方の角部それぞれに第３のリンク４６を連結して可動体７０をＹ軸方向に支持してもよい。
【００４７】
○ 図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）に示す態様に対し、第１〜第３のリンク２６，３６，４６を連結する角部を他方の角部に変更してもよい。
○ 図７（ｃ）に示すように、可動体７０を四角箱状に想定した場合、可動体７０の上面７０ａにおいて、Ｘ軸方向に延びる２辺のうち可動体７０の後面７０ｃ側の辺の両端それぞれに第１のリンク２６を連結して可動体７０をＺ軸方向に支持する。また、可動体７０の上面７０ａにおいて、Ｙ軸方向に延びる２辺のうち可動体７０の左側面７０ｂ側の辺の両端それぞれに第２のリンク３６を連結して可動体７０をＸ軸方向に支持する。さらに、可動体７０の後面７０ｃにおいて、Ｚ軸方向に延びる２辺のうち可動体７０の左側面７０ｂ側の辺の両端それぞれに第３のリンク４６を連結して可動体７０をＹ軸方向に支持してもよい。
【００４８】
○ 図７（ｄ）に示すように、図７（ｃ）に示す態様において、第１〜第３のリンク２６，３６，４６を連結する辺を他方の辺に変更してもよい。
○ 図７（ｅ）に示すように、可動体７０を四角箱状に想定した場合、可動体７０の上面７０ａにおいて、Ｙ軸方向に延びる対向する２辺の中央それぞれに第１のリンク２６を連結して可動体７０をＺ軸方向に支持する。また、可動体７０の左側面７０ｂにおいて、Ｚ軸方向に延びる対向する２辺それぞれに第２のリンク３６を連結して可動体７０をＸ軸方向に支持する。さらに、可動体７０の後面７０ｃにおいて、Ｘ軸方向に延びる対向する２辺それぞれに第３のリンク４６を連結して可動体７０をＹ軸方向に支持してもよい。
【００４９】
○ 実施形態では、第１〜第３のリンク２６，３６，４６の両端をボールジョイント２５，２７，３５，３７，４５，４７で支持したが、ボールジョイントを、２方向の角度自由度を有する連結機構、例えば、ユニバーサルジョイントや二股自在継手に変更してもよい。
【００５０】
○ 実施形態では、第１〜第３のコイルバネＦ１〜Ｆ３の付勢力により、第１〜第３のリンク２６，３６，４６の両端のボールを互いに引寄せられる方向に付勢したが、付勢部材を空気バネやコイルバネに変更して、ボール同士を相反する方向に付勢してもよい。
【００５１】
○ 付勢部材として第１〜第３のコイルバネＦ１〜Ｆ３に具体化したが、付勢部材は板バネ、ゴム等に変更してもよい。
○ 実施形態では、可動体支持装置１０を、工作機械に適用したが、可動体支持装置は、工作機械以外にも、可動体をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動可能に支持するものに適用してもよい。
【００５２】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の可動体支持装置を複数並設し、前記可動体を１箇所に集約配置可能に構成された工作機械。
【符号の説明】
【００５３】
Ｆ１〜Ｆ３…付勢部材としての第１〜第３のコイルバネ、Ｇ１〜Ｇ３…駆動源を構成する第１〜第３の減速機、Ｍ１〜Ｍ３…駆動源を構成する第１〜第３のサーボモータ、１０…可動体支持装置、１８，７０…可動体、２０…第１のリンク機構部、２５，２７，３５，３７，４５，４７…ボールジョイント、２５ａ，２７ａ…ボール、２５ｂ，２７ｂ…球面軸受、２６，３６，４６…第１〜第３のリンク、３０…第２のリンク機構部、４０…第３のリンク機構部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動体を支持する可動体支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の可動体支持装置としては、例えば、特許文献１に開示のパラレルメカニズム工作機械８０が挙げられる。図８に示すように、パラレルメカニズム工作機械８０の固定台８１には、６本のリンク８２〜８７の一端が自在継手８２ａ〜８７ａを介して支持されるとともに、６本のリンク８２〜８７の他端には可動体８８が自在継手８２ｂ〜８７ｂを介して支持されている。
【０００３】
可動体８８の下端寄りは、２本のリンク８２，８３よりなる第１リンク９１により支持されている。パラレルメカニズム工作機械８０の初期状態（駆動せず、停止した状態）では、リンク８２がＸ軸方向に、リンク８３がＹ軸方向に延びるとともに、リンク８２、８３は、互いのなす角度がほぼ９０度になっている。
【０００４】
可動体８８の上端寄りは、２本のリンク８４，８５よりなる第２リンク９２により支持されている。パラレルメカニズム工作機械８０の初期状態（駆動せず、停止した状態）では、リンク８４がＸ軸方向に、リンク８５がＹ軸方向に延びるとともに、リンク８４、８５は、互いのなす角度がほぼ９０度になっている。
【０００５】
また、可動体８８の下端寄りにおいて、第１リンク９１の反対側には、規制リンク８６が設けられ、この規制リンク８６は、主に可動体８８のＺ軸周りの回転自由度を拘束する。さらに、可動体８８の上端は、リンク８７により固定台８１から吊下げ支持されている。
【０００６】
そして、パラレルメカニズム工作機械８０においては、可動体８８に加わるＸ軸方向の外力は２本のリンク８２，８４で、Ｙ軸方向の外力は２本のリンク８３，８５で、軸方向に直接受承することができる。また、Ｚ軸方向の外力については、リンク８７の軸方向に直接受承することができる。このため、それらリンク８２〜８５，８７に加わる外力が分力によって増幅されることがほとんどなく、リンク８２〜８５，８７で外力に耐えるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１２６９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１のパラレルメカニズム工作機械８０においては、Ｚ軸方向の外力については、リンク８７だけで受承するため、Ｚ軸方向の剛性がＸ軸方向及びＹ軸方向に比べて小さいという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれの方向においてもリンクの剛性を得ることができる可動体支持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、可動体の移動範囲の中で、Ｚ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第１のリンク機構部、Ｘ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第２のリンク機構部、及びＹ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第３のリンク機構部を有し、前記各リンク機構部が、駆動源と、該駆動源に一端が揺動可能に支持されるとともに、前記可動体に他端が揺動可能に支持された２本のリンクと、からなり、各リンク機構部の２本のリンクそれぞれが前記可動体の移動範囲の中で各軸に一致可能に延びるとともに、前記第１〜第３のリンク機構部により前記可動体が各軸回りの回転が規制された状態で支持され、さらに、前記可動体の移動範囲の中で隣り合うリンク機構部のリンクのなす角度が９０度を取り得るように構成されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の可動体支持装置において、前記２本のリンクは、互いに平行をなすことを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の可動体支持装置において、前記２本のリンクの両端は、それぞれボールジョイントにより連結されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の可動体支持装置において、前記ボールジョイントは、前記２本のリンクの両端に回転可能に支持されたボールと、該ボールに対し摺動可能に支持された球面軸受と、からなり、前記リンクの両端の前記ボールは付勢部材により前記リンクの軸方向に沿って互いに引寄せられる方向又は相反する方向に付勢されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれの方向においてもリンクの剛性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の可動体支持装置を示す斜視図。
【図２】実施形態の可動体支持装置を示す側面図。
【図３】実施形態の可動体支持装置を示す模式図。
【図４】可動体支持装置の動作状態を示す斜視図。
【図５】リンク及びボールジョイントを示す部分断面図。
【図６】複数の可動体支持装置を集約してなる工作機械を模式的に示す平面図。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は別例の可動体支持装置を示す模式図。
【図８】背景技術を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を工作機械における可動体支持装置に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、工作機械における可動体支持装置（以下、支持装置１０と記載する）のフレーム１１は、四角枠状の下フレーム１２と、下フレーム１２の３つの角部から立設された第１〜第３支持フレーム１３ａ〜１３ｃと、第１〜第３支持フレーム１３ａ〜１３ｃに支持された四角枠状の上フレーム１４と、から形成されている。
【００１６】
図１及び図２に示すように、上フレーム１４の下面には、矩形状の第１の支持板１５が固定されるとともに、この第１の支持板１５には第１のリンク機構部２０が支持されている。また、第１支持フレーム１３ａには、矩形状の第２の支持板１６が固定されるとともに、この第２の支持板１６には第２のリンク機構部３０が支持されている。さらに、下フレーム１２には、矩形状の第３の支持板１７が固定されるとともに、この第３の支持板１７には第３のリンク機構部４０が支持されている。そして、第１〜第３のリンク機構部２０，３０，４０により、略三角錐状をなす可動体１８が、その上面１８ａを水平に維持した状態でＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向へ移動可能に支持されている。すなわち、可動体１８は、第１〜第３のリンク機構部２０，３０，４０により、ＸＹＺの各軸回りの回転が規制された状態で支持されている。この可動体１８には、図示しないツールが支持され、可動体１８の移動に伴いツールが移動するようになっている。
【００１７】
第１のリンク機構部２０において、第１の支持板１５には、第１の支持ブラケット１５ａが固定されるとともに、この第１の支持ブラケット１５ａには、第１のサーボモータＭ１に連結された第１の減速機Ｇ１が支持されている。なお、第１のサーボモータＭ１には、図示しないコントローラが信号接続されている。また、第１の減速機Ｇ１には、第１のカップリングＣ１を介して第１のクランク軸２１が接続されている。なお、第１の支持板１５には、一対のクランク軸支持部材２２が固定されるとともに、各クランク軸支持部材２２には、第１のクランク軸２１が回転可能に支持されている。
【００１８】
第１のクランク軸２１の両端部には、それぞれ細板状をなすアーム２３の基端が第１のクランク軸２１に一体で固定されている。そして、第１のクランク軸２１が回転すると、両アーム２３が第１のクランク軸２１を回動中心として同期して回動するようになっている。両アーム２３の先端には、第１の回動軸２４が回動可能に支持されている。第１の回動軸２４の各アーム２３からの突出端には、ボールジョイント２５を介して第１のリンク２６の一端が揺動可能に支持されている。また、２本の第１のリンク２６の他端は、ボールジョイント２７を介して第１の連結軸２８に揺動可能に支持されている。なお、第１の連結軸２８は、可動体１８の上側面に固定された一対の連結軸支持部材２９によって回動可能に支持されている。
【００１９】
図５に示すように、ボールジョイント２５は、第１の回動軸２４の突出端に回動可能に支持されたボール２５ａと、このボール２５ａを取り囲む球面軸受２５ｂとからなり、この球面軸受２５ｂに第１のリンク２６の一端が連結されている。また、ボールジョイント２７は、第１の連結軸２８の突出端に回動可能に支持されたボール２７ａと、このボール２７ａを取り囲む球面軸受２７ｂとからなり、この球面軸受２７ｂに第１のリンク２６の他端が連結されている。このため、第１のリンク２６は、ボールジョイント２５，２７によって左右方向へ揺動可能に支持されている。
【００２０】
第１の回動軸２４と、第１の連結軸２８とは、互いに平行をなすとともに、２本の第１のリンク２６は、互いに平行をなすリンク対を構成している。また、第１の回動軸２４には、第１のコイルバネＦ１の一端が連結されるとともに、この第１のコイルバネＦ１の他端は第１の連結軸２８に連結されている。そして、第１の回動軸２４と、第１の連結軸２８とは、付勢部材としての第１のコイルバネＦ１の圧縮方向への付勢力により、互いに平行を維持した状態で引寄せられる方向に付勢されている。このため、第１の回動軸２４に一体のボール２５ａと、第１の連結軸２８に一体のボール２７ａとは、第１のコイルバネＦ１の付勢力により互いに引寄せられる方向に付勢されている。よって、各ボール２５ａ，２７ａは、各球面軸受２５ｂ，２７ｂの内周面に押し付けられている。
【００２１】
図２に示すように、第１のクランク軸２１の軸方向中央には、アーム２３とは逆方向に延びるバランサ２１ａが固定されるとともに、このバランサ２１ａにより、アーム２３が下方へ引張られることを規制している。
【００２２】
図１及び図２に示すように、支持装置１０が駆動せず、かつ可動体１８に外力が付与されていない初期状態では、可動体１８は第１のリンク機構部２０により上フレーム１４から吊下げ支持されている。そして、第１のリンク２６は、可動体１８の移動範囲の中で鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びており、可動体１８は第１のリンク機構部２０によりＺ軸方向に支持されている。
【００２３】
そして、第１のサーボモータＭ１が駆動されると、第１の減速機Ｇ１によって減速された回転数で第１のクランク軸２１が回転するようになっている。また、第１のクランク軸２１の回転に連動して、アーム２３が回動すると、第１の回動軸２４が回動する。さらに、第１の回動軸２４の回動に連動して、第１のリンク２６がＺ軸方向へ変位すると、この変位に伴い第１の連結軸２８が回動する。その結果、可動体１８が、Ｚ軸回りの回転が規制されてＺ軸方向へ変位するようになっている。
【００２４】
次に、第２のリンク機構部３０について説明する。
第２のリンク機構部３０において、第２の支持板１６には、第２の支持ブラケット１６ａが固定されるとともに、この第２の支持ブラケット１６ａには、第２のサーボモータＭ２に連結された第２の減速機Ｇ２が支持されている。なお、第２のサーボモータＭ２には、図示しないコントローラが信号接続されている。また、第２の減速機Ｇ２には、第２のカップリングＣ２を介して第２のクランク軸３１が接続されている。なお、第２の支持板１６には、一対のクランク軸支持部材３２が固定されるとともに、各クランク軸支持部材３２には第２のクランク軸３１が回転可能に支持されている。
【００２５】
第２のクランク軸３１の両端部には、それぞれ細板状をなすアーム３３の基端が第２のクランク軸３１に一体で固定されている。そして、第２のクランク軸３１が回転すると、両アーム３３が第２のクランク軸３１を回動中心として同期して回動するようになっている。両アーム３３の先端には、第２の回動軸３４が回動可能に支持されている。第２の回動軸３４の各アーム３３からの突出端には、ボールジョイント３５を介して第２のリンク３６の一端が回動可能に支持されている。また、２本の第２のリンク３６の他端は、ボールジョイント３７を介して第２の連結軸３８に回動可能に支持されている。なお、第２の連結軸３８は、可動体１８の左側面に固定された一対の連結軸支持部材３９によって回動可能に支持されている。
【００２６】
第２の回動軸３４と、第２の連結軸３８とは、互いに平行をなすとともに、２本の第２のリンク３６は、互いに平行をなすリンク対を構成している。また、第２の回動軸３４には、付勢部材としての第２のコイルバネＦ２の一端が連結されるとともに、この第２のコイルバネＦ２の他端は第２の連結軸３８に連結されている。そして、第２の回動軸３４と、第２の連結軸３８とは、第２のコイルバネＦ２の圧縮方向への付勢力により、互いに平行を維持した状態で引寄せられる方向に付勢されている。なお、ボールジョイント３５，３７は、第１のリンク機構部２０におけるボールジョイント２５，２７と同様の構成をなすのでその説明を省略する。そして、ボールジョイント３５，３７において、第２の回動軸３４に一体のボールと、第２の連結軸３８に一体のボールとは、第２のコイルバネＦ２の付勢力により互いに引寄せられる方向に付勢されている。よって、各ボールは、各球面軸受の内周面に押し付けられている。
【００２７】
支持装置１０が駆動せず、かつ可動体１８に外力が付与されていない初期状態では、可動体１８は、第２のリンク機構部３０により側方から支持されている。そして、第２のリンク３６は、可動体１８の移動範囲の中でＸ軸方向に延びており、可動体１８は第２のリンク機構部３０によりＸ軸方向に支持されている。
【００２８】
そして、第２のサーボモータＭ２が駆動されると、第２の減速機Ｇ２によって減速された回転数で第２のクランク軸３１が回転するようになっている。また、第２のクランク軸３１の回転に連動して、アーム３３が回動すると、第２の回動軸３４が回動する。さらに、第２の回動軸３４の回動に連動して、第２のリンク３６がＸ軸方向へ変位すると、この変位に伴い第２の連結軸３８が回動する。その結果、可動体１８が、Ｘ軸回りの回転が規制されてＸ軸方向へ変位するようになっている。
【００２９】
続いて、第３のリンク機構部４０について説明する。
第３のリンク機構部４０において、第３の支持板１７には、第３の支持ブラケット１７ａが固定されるとともに、この第３の支持ブラケット１７ａには、第３のサーボモータＭ３に連結された第３の減速機Ｇ３が支持されている。なお、第３のサーボモータＭ３には、図示しないコントローラが信号接続されている。また、第３の減速機Ｇ３には、第３のカップリングＣ３を介して第３のクランク軸４１が接続されている。なお、第３の支持板１７には、一対のクランク軸支持部材４２が固定されるとともに、第３のクランク軸４１は、クランク軸支持部材４２に回転可能に支持されている。
【００３０】
第３のクランク軸４１の両端部には、それぞれ細板状をなすアーム４３の基端が第３のクランク軸４１に一体で固定されている。そして、第３のクランク軸４１が回転すると、両アーム４３が第３のクランク軸４１を回動中心として同期して回動するようになっている。両アーム４３の先端には、第３の回動軸４４が回動可能に支持されている。第３の回動軸４４の各アーム４３からの突出端には、ボールジョイント４５を介して第３のリンク４６の一端が回動可能に支持されている。また、２本の第３のリンク４６の他端は、ボールジョイント４７を介して第３の連結軸４８に回動可能に支持されている。なお、第３の連結軸４８は、可動体１８の右側面に固定された一対の連結軸支持部材４９によって回動可能に支持されている。
【００３１】
第３の回動軸４４と、第３の連結軸４８とは、互いに平行をなすとともに、２本の第３のリンク４６は、互いに平行をなすリンク対を構成している。また、第３の回動軸４４には、付勢部材としての第３のコイルバネＦ３の一端が連結されるとともに、この第３のコイルバネＦ３の他端は第３の連結軸４８に連結されている。そして、第３の回動軸４４と、第３の連結軸４８とは、第３のコイルバネＦ３の圧縮方向への付勢力により、互いに平行を維持した状態で引寄せられる方向に付勢されている。なお、ボールジョイント４５，４７は、第１のリンク機構部２０におけるボールジョイント２５，２７と同様の構成をなすのでその説明を省略する。そして、ボールジョイント４５，４７において、第３の回動軸４４に一体のボールと、第３の連結軸４８に一体のボールとは、第３のコイルバネＦ３の付勢力により互いに引寄せられる方向に付勢されている。よって、各ボールは、各球面軸受の内周面に押し付けられている。
【００３２】
支持装置１０が駆動せず、かつ可動体１８に外力が付与されていない初期状態では、可動体１８は第３のリンク機構部４０により下フレーム１２に支持されている。そして、第３のリンク４６は、可動体１８の移動範囲の中でＹ軸方向に延びており、可動体１８は第３のリンク機構部４０によりＹ軸方向に支持されている。
【００３３】
そして、第３のサーボモータＭ３が駆動されると、第３の減速機Ｇ３によって減速された回転数で第３のクランク軸４１が回転するようになっている。また、第３のクランク軸４１の回転に連動して、アーム４３が回動すると、第３の回動軸４４が回動する。さらに、第３の回動軸４４の回動に連動して、第３のリンク４６がＹ軸方向へ変位すると、この変位に伴い第３の連結軸４８が回動する。その結果、可動体１８が、Ｙ軸回りの回転が規制されてＹ軸方向へ変位するようになっている。
【００３４】
図３の模式図に示すように、支持装置１０の初期状態においては、第１のリンク機構部２０の第１のリンク２６と、第２のリンク機構部３０の第２のリンク３６とがなす角度は９０度になっている。また、支持装置１０の初期状態において、第１のリンク機構部２０の第１のリンク２６と、第３のリンク機構部４０の第３のリンク４６とがなす角度も９０度になっている。
【００３５】
次に、支持装置１０の作用について説明する。
支持装置１０においては、コントローラに対し、可動体１８を移動させる位置情報が入力されると、その移動情報に応じた指令信号がコントローラから第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３へ出力される。すると、指令信号に基づき、第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３の駆動量が制御されるとともに、第１〜第３の減速機Ｇ１〜Ｇ３により回転数が減速され、その回転数に応じて第１〜第３のリンク２６，３６，４６の移動量が制御される。その結果、可動体１８は、位置情報で指定された位置へ移動し、可動体１８に支持されたツールも位置情報で指定された位置へ移動する。
【００３６】
図４に示すように、可動体１８の移動範囲において、第１〜第３のクランク軸２１，３１，４１と、第１〜第３の回動軸２４，３４，４４と、第１〜第３の連結軸２８，３８，４８の回動により、第１のリンク２６と第２のリンク３６、及び第１のリンク２６と第３のリンク４６は７０〜１１０度の角度範囲内で変位する。そして、可動体１８の移動範囲の中で、第１のリンク２６はＺ軸と一致する方向に支持される場合もあれば、Ｚ軸からずれた方向に支持される場合もある。また、可動体１８の移動範囲の中で、第２のリンク３６はＸ軸と一致する方向に支持される場合もあれば、Ｘ軸からずれた方向に支持される場合もある。さらに、可動体１８の移動範囲の中で、第３のリンク４６はＹ軸と一致する方向に支持される場合もあれば、Ｙ軸からずれた方向に支持される場合もある。
【００３７】
このため、可動体１８に加わるＺ軸方向の外力は、第１のリンク機構部２０における２本の第１のリンク２６でＺ軸方向に直接受承され、Ｘ軸方向の外力は、第２のリンク機構部３０における２本の第２のリンク３６で、Ｘ軸方向に直接受承される。さらに、Ｙ軸方向の外力についても、第３のリンク機構部４０における２本の第３のリンク４６で、Ｙ軸方向に直接受承される。
【００３８】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１のリンク機構部２０により、可動体１８をその移動範囲の中でＺ軸に一致する方向に支持可能とするとともに、第２のリンク機構部３０により、可動体１８をその移動範囲の中でＸ軸に一致する方向に支持可能とし、さらに、第３のリンク機構部４０により、可動体１８をその移動範囲の中でＹ軸に一致する方向に支持可能とした。また、支持装置１０は、可動体１８の移動範囲の中で、２本の第１のリンク２６と、２本の第２のリンク３６とが９０度を取り得るように構成するとともに、２本の第１のリンク２６と、２本の第３のリンク４６とが９０度を取り得るように構成した。このため、可動体１８の移動範囲の中では、第１〜第３のリンク２６，３６，４６は、互いのなす角度が７０〜１１０度となり、それぞれ軸方向がＸＹＺの各軸方向にほぼ沿うように延びる。したがって、第１〜第３のリンク２６，３６，４６に加わる外力が分力によってほとんど増幅されることがなく、第１〜第３のリンク２６，３６，４６で外力に耐えることができる。
【００３９】
（２）特にＺ軸方向においては、２本の第１のリンク２６で外力を受承する。よって、背景技術のように１本のリンクでＺ軸方向の外力を受承する場合と比べると、Ｚ軸方向の剛性を高めることができる。また、Ｚ軸回りの回転力に対しては、２本で受承することができる。よって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向のいずれの方向においてもリンク２６，３６，４６の剛性を得ることができる。
【００４０】
（３）支持装置１０では、それぞれ２本の第１〜第３のリンク２６，３６，４６により可動体１８が支持され、可動体１８の回転が規制されている。このため、可動体１８に例えば回転工具が支持されている場合、可動体１８に回転力が作用しても、その回転力を２本の第１〜第３のリンク２６，３６，４６で受承することができる。したがって、回転力が第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３に作用することを防止することができ、第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３で回転力を受承する必要がないため、第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３を大型化する必要もない。
【００４１】
そして、第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３を大型化する必要がないため、第１〜第３のサーボモータＭ１〜Ｍ３を高精度、かつ高速で駆動させることが可能になり、可動体１８を指定された位置に正確に移動させることができ、しかも、高速で移動させることができる。
【００４２】
（４）第１〜第３のリンク２６，３６，４６は、それぞれ２本ずつ互いに平行をなす。このため、第１〜第３のリンク２６，３６，４６に作用する外力を２本のリンクで均等に分散して受承することができる。
【００４３】
（５）第１〜第３のリンク２６，３６，４６の一端は、それぞれボールジョイント２５，３５，４５によって第１〜第３の回動軸２４，３４，４４に対し揺動可能に支持され、他端はそれぞれボールジョイント２７，３７，４７によって第１〜第３の連結軸２８，３８，４８に対し揺動可能に支持されている。また、第１〜第３の回動軸２４，３４，４４と第１〜第３の連結軸２８，３８，４８とは、第１〜第３のコイルバネＦ１〜Ｆ３によって互いに引寄せられている。このため、第１〜第３のコイルバネＦ１〜Ｆ３の付勢力によって、ボールジョイント２５，２７，３５，３７，４５，４７のボール２５ａ，２７ａに、球面軸受２５ｂ，２７ｂを押し付けることができる。その結果として、ボールジョイント２５，２７，３５，３７，４５，４７のがたつきを抑えることができ、第１〜第３のリンク２６，３６，４６を介した可動体１８の位置決めを高精度で行うことができる。
【００４４】
（６）支持装置１０は、第１〜第３のリンク機構部２０，３０，４０により、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向に沿ってそれぞれ２本の第１〜第３のリンク２６，３６，４６を変位させて、可動体１８の位置を制御する。すなわち、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向全て同じ構成になっている。このため、背景技術のように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は２本のリンクで可動体の位置制御を行うとともに、Ｚ軸方向においては１本のリンクで可動体の位置制御を行い、さらに、規制リンクで可動体の回転を規制するようにした場合と比べると、本実施形態の支持装置１０は、可動体１８の位置制御を簡単に行うことができる。
【００４５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図６の模式図に示すように、支持装置１０を複数並設し、複数の支持装置１０を協調させて動作させてもよい。この場合、各支持装置１０において、フレーム１１の第１〜第３支持フレーム１３ａ〜１３ｃが形成されていない部位を互いに突き合わせるように支持装置１０を並設する。このように構成すると、複数の可動体１８を近接させて１箇所に集約して配置することができ、各可動体１８に支持されたツールによる作業を１箇所で集中して行うことが可能になる。その結果として、ツールによる作業効率が向上するとともに、複数のツールによる連携作業も可能になる。
【００４６】
○ 図７（ａ）に示すように、可動体７０を四角箱状に想定した場合、可動体７０の上面７０ａにおいて、Ｘ軸方向とＹ軸方向が交差する位置にある２組の角部のうち、一方の角部それぞれに第１のリンク２６を連結して可動体７０をＺ軸方向に支持する。また、可動体７０の左側面７０ｂの対角線上に位置する２組の角部のうち、一方の角度それぞれに第２のリンク３６を連結して可動体７０をＸ軸方向に支持する。さらに、可動体７０の後面７０ｃの対角線上に位置する２組の角部のうち、一方の角部それぞれに第３のリンク４６を連結して可動体７０をＹ軸方向に支持してもよい。
【００４７】
○ 図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）に示す態様に対し、第１〜第３のリンク２６，３６，４６を連結する角部を他方の角部に変更してもよい。
○ 図７（ｃ）に示すように、可動体７０を四角箱状に想定した場合、可動体７０の上面７０ａにおいて、Ｘ軸方向に延びる２辺のうち可動体７０の後面７０ｃ側の辺の両端それぞれに第１のリンク２６を連結して可動体７０をＺ軸方向に支持する。また、可動体７０の上面７０ａにおいて、Ｙ軸方向に延びる２辺のうち可動体７０の左側面７０ｂ側の辺の両端それぞれに第２のリンク３６を連結して可動体７０をＸ軸方向に支持する。さらに、可動体７０の後面７０ｃにおいて、Ｚ軸方向に延びる２辺のうち可動体７０の左側面７０ｂ側の辺の両端それぞれに第３のリンク４６を連結して可動体７０をＹ軸方向に支持してもよい。
【００４８】
○ 図７（ｄ）に示すように、図７（ｃ）に示す態様において、第１〜第３のリンク２６，３６，４６を連結する辺を他方の辺に変更してもよい。
○ 図７（ｅ）に示すように、可動体７０を四角箱状に想定した場合、可動体７０の上面７０ａにおいて、Ｙ軸方向に延びる対向する２辺の中央それぞれに第１のリンク２６を連結して可動体７０をＺ軸方向に支持する。また、可動体７０の左側面７０ｂにおいて、Ｚ軸方向に延びる対向する２辺それぞれに第２のリンク３６を連結して可動体７０をＸ軸方向に支持する。さらに、可動体７０の後面７０ｃにおいて、Ｘ軸方向に延びる対向する２辺それぞれに第３のリンク４６を連結して可動体７０をＹ軸方向に支持してもよい。
【００４９】
○ 実施形態では、第１〜第３のリンク２６，３６，４６の両端をボールジョイント２５，２７，３５，３７，４５，４７で支持したが、ボールジョイントを、２方向の角度自由度を有する連結機構、例えば、ユニバーサルジョイントや二股自在継手に変更してもよい。
【００５０】
○ 実施形態では、第１〜第３のコイルバネＦ１〜Ｆ３の付勢力により、第１〜第３のリンク２６，３６，４６の両端のボールを互いに引寄せられる方向に付勢したが、付勢部材を空気バネやコイルバネに変更して、ボール同士を相反する方向に付勢してもよい。
【００５１】
○ 付勢部材として第１〜第３のコイルバネＦ１〜Ｆ３に具体化したが、付勢部材は板バネ、ゴム等に変更してもよい。
○ 実施形態では、可動体支持装置１０を、工作機械に適用したが、可動体支持装置は、工作機械以外にも、可動体をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動可能に支持するものに適用してもよい。
【００５２】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の可動体支持装置を複数並設し、前記可動体を１箇所に集約配置可能に構成された工作機械。
【符号の説明】
【００５３】
Ｆ１〜Ｆ３…付勢部材としての第１〜第３のコイルバネ、Ｇ１〜Ｇ３…駆動源を構成する第１〜第３の減速機、Ｍ１〜Ｍ３…駆動源を構成する第１〜第３のサーボモータ、１０…可動体支持装置、１８，７０…可動体、２０…第１のリンク機構部、２５，２７，３５，３７，４５，４７…ボールジョイント、２５ａ，２７ａ…ボール、２５ｂ，２７ｂ…球面軸受、２６，３６，４６…第１〜第３のリンク、３０…第２のリンク機構部、４０…第３のリンク機構部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動体の移動範囲の中で、Ｚ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第１のリンク機構部、
Ｘ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第２のリンク機構部、
及びＹ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第３のリンク機構部を有し、
前記各リンク機構部が、
駆動源と、
該駆動源に一端が揺動可能に支持されるとともに、前記可動体に他端が揺動可能に支持された２本のリンクと、からなり、
各リンク機構部の２本のリンクそれぞれが前記可動体の移動範囲の中で各軸に一致可能に延びるとともに、前記第１〜第３のリンク機構部により前記可動体が各軸回りの回転が規制された状態で支持され、さらに、前記可動体の移動範囲の中で隣り合うリンク機構部のリンクのなす角度が９０度を取り得るように構成されている可動体支持装置。
【請求項２】
前記２本のリンクは、互いに平行をなす請求項１に記載の可動体支持装置。
【請求項３】
前記２本のリンクの両端は、それぞれボールジョイントにより連結されている請求項１又は請求項２に記載の可動体支持装置。
【請求項４】
前記ボールジョイントは、前記２本のリンクの両端に回転可能に支持されたボールと、該ボールに対し摺動可能に支持された球面軸受と、からなり、前記リンクの両端の前記ボールは付勢部材により前記リンクの軸方向に沿って互いに引寄せられる方向又は相反する方向に付勢されている請求項３に記載の可動体支持装置。
【請求項１】
可動体の移動範囲の中で、Ｚ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第１のリンク機構部、
Ｘ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第２のリンク機構部、
及びＹ軸と一致する方向に前記可動体を支持可能な第３のリンク機構部を有し、
前記各リンク機構部が、
駆動源と、
該駆動源に一端が揺動可能に支持されるとともに、前記可動体に他端が揺動可能に支持された２本のリンクと、からなり、
各リンク機構部の２本のリンクそれぞれが前記可動体の移動範囲の中で各軸に一致可能に延びるとともに、前記第１〜第３のリンク機構部により前記可動体が各軸回りの回転が規制された状態で支持され、さらに、前記可動体の移動範囲の中で隣り合うリンク機構部のリンクのなす角度が９０度を取り得るように構成されている可動体支持装置。
【請求項２】
前記２本のリンクは、互いに平行をなす請求項１に記載の可動体支持装置。
【請求項３】
前記２本のリンクの両端は、それぞれボールジョイントにより連結されている請求項１又は請求項２に記載の可動体支持装置。
【請求項４】
前記ボールジョイントは、前記２本のリンクの両端に回転可能に支持されたボールと、該ボールに対し摺動可能に支持された球面軸受と、からなり、前記リンクの両端の前記ボールは付勢部材により前記リンクの軸方向に沿って互いに引寄せられる方向又は相反する方向に付勢されている請求項３に記載の可動体支持装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２４０１６７（Ｐ２０１２−２４０１６７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３８００（Ｐ２０１１−１１３８００）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００１０６７６０）ＣＫＤ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００１０６７６０）ＣＫＤ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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