多段構造のアクチュエータ
【課題】ロングストロークの位置決めをする場合においても、イナーシャを比較的に小さくし得る多段構造のアクチュエータを提供する。
【解決手段】この多段構造のアクチュエータ１は、複数の駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃおよび案内ユニット２０を備え、案内ユニット２０は、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃと一体に移動する案内部材３と、その案内部材３をスライド移動可能に支持する案内レール２とを有し、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃは、同じ案内レール２上に配置されるとともに、一つのモータ８によって同時に駆動される二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂを有している。そして、二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂは、モータ８によって歯車機構１９を介してナット回転で駆動されるとともに、隣り合う駆動ユニットのねじ軸４，４相互が連結され且つねじ軸の回転が拘束されることによって被駆動体Ａを搬送するようになっている。
【解決手段】この多段構造のアクチュエータ１は、複数の駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃおよび案内ユニット２０を備え、案内ユニット２０は、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃと一体に移動する案内部材３と、その案内部材３をスライド移動可能に支持する案内レール２とを有し、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃは、同じ案内レール２上に配置されるとともに、一つのモータ８によって同時に駆動される二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂを有している。そして、二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂは、モータ８によって歯車機構１９を介してナット回転で駆動されるとともに、隣り合う駆動ユニットのねじ軸４，４相互が連結され且つねじ軸の回転が拘束されることによって被駆動体Ａを搬送するようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロングストロークの位置決めに好適な多段構造のアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロングストロークの位置決めを目的としたアクチュエータとしては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。同文献に記載の技術は、上下方向に大きなストロークが必要な場合に好適な技術であって、上下に配設された２軸のボールねじのねじ軸をサーボモータで回転させ、ナット移動によって駆動する駆動ユニットを備えており、これを上下方向のスライド機構毎に別個の案内ユニットを用いた２段の多段構造とすることで被駆動体に対しロングストロークを得ている。
【特許文献１】特開２００６−１０２８８６号公報（図１）
【特許文献２】特開２００７−２１８２８５号公報（図３、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、上下移動の用途に使用する場合には問題ないものの、水平移動の用途に使用する場合には、スライド機構が片持ちになってしまう。そのため、ロングストロークになるほど重力の影響によって案内ユニットに対応する案内部材に過大なモーメント荷重がかかる。また、これが更に多段構造（例えば３段構造）となった場合には、水平方向で自重を支えることが困難なので、駆動ユニットを支えるために別途に長尺の案内ユニットが必要となる。さらに、ねじ軸回転、ナット移動によって駆動しているので、加減速時にはボールねじのイナーシャ分の回転エネルギーを消費していまい、特にロングストロークを位置決めする場合にはねじ軸が長くなり、その分イナーシャも大きくなるためエネルギーロスが大きくなる。
【０００４】
これに対し、例えば特許文献２に記載の技術では、ナット回転によって２軸の送りねじを１つのモータで駆動する駆動ユニットを有しており、送りねじをボールねじに置き換えれば軸方向に精密な位置決めが可能となる。しかし、特許文献２に記載の技術は、複数の駆動ユニットを用いて多段構造とするものではなく、また、駆動ユニット同士の送りねじをオーバーラップ（搬送方向で重なる状態）して配置する技術を提供するものでもない。そのため、駆動ユニットの長さ以上に長い送りねじを用いたロングストロークの位置決めをすることができない。したがって、多段構造のアクチュエータを構成する上で未だ解決すべき課題が残されている。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、ロングストロークの位置決めをする場合においても、イナーシャを比較的に小さくし得る多段構造のアクチュエータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の駆動ユニットと、該複数の駆動ユニットを案内する案内ユニットとを備える多段構造のアクチュエータであって、前記案内ユニットは、各駆動ユニットに付設されてこれと一体に移動する案内部材と、該案内部材をスライド移動可能に支持する案内レールとを有し、前記各駆動ユニットは、同じ案内レール上に配置されるとともに、一つのモータと、該一つのモータによって同時に駆動される二つのボールねじとを有し、各駆動ユニットの二つのボールねじは、前記一つのモータによって歯車機構を介してナット回転で駆動されるように構成されており、さらに、隣り合う駆動ユニットのねじ軸相互が連結されるとともに、ねじ軸の回転が拘束されることによって被駆動体を搬送するようになっていることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る多段構造のアクチュエータによれば、各駆動ユニットがナット回転駆動なので、長尺のねじ軸を回転する構成に比べて低イナーシャとすることができる。そのため、加減速時のエネルギーロスを抑えることができ、経済的な運転が可能となる。そして、この駆動ユニットを同じ案内レール上に複数配置し、隣り合う駆動ユニットのねじ軸相互を連結しているので、多段構造のアクチュエータ全体としてもイナーシャを比較的に小さくしつつロングストロークの位置決めが可能である。
【０００８】
なお、本発明に係る多段構造のアクチュエータの各駆動ユニットにおいて、１つのモータで歯車機構を介して２つのナットを駆動する構成としては、例えば、ねじれ方向が同じボールねじの場合には、ナットを互いに逆方向に回転させ、また、ねじれ方向が逆のボールねじの場合には、ナットを同方向に回転させることによってねじ軸を互いに相対移動させることができる。また、案内ユニットとしては、案内部材が、ボールあるいはローラ等の転動体を介して案内レールに跨設されており、案内レールと案内部材とが予圧を持って隙間なく保持されていれば、駆動ユニットを円滑にスライド移動させるとともにその振動を抑える上で好適である。
【０００９】
ここで、本発明に係る多段構造のアクチュエータにおいて、例えば、前記複数の駆動ユニットが、いずれも同一の構成であれば、多段構造のアクチュエータを構成する上でより経済的である。
また、本発明に係る多段構造のアクチュエータにおいて、例えば、前記各駆動ユニットは、他の駆動ユニットのねじ軸との干渉を避けるための貫通穴または切り欠き部を有することは好ましい。このような構成であれば、相手側の駆動ユニットに、干渉を避けるための貫通穴、あるいは切欠き穴を設けてあるので、多段構造のアクチュエータの伸縮時に、各駆動ユニットのボールねじのねじ軸と他の駆動ユニットとの干渉が防止される。そのため、駆動ユニット同士のねじ軸をオーバーラップして配置することができる。したがって、各駆動ユニットに長いボールねじを採用できるので、１つの駆動ユニットあたりのストロークを一層大きく設定することができる。
【００１０】
また、本発明に係る多段構造のアクチュエータにおいて、前記複数の駆動ユニットは、隣り合う駆動ユニットのねじ軸相互が同軸に連結されていることは好ましい。このような構成であれば、ボールねじは被駆動体を搬送する際の軸力を受けるものの、隣り合うねじ軸を同軸上に配置することでモーメントが発生することがない。
【発明の効果】
【００１１】
上述のように、本発明に係る多段構造のアクチュエータによれば、ロングストロークの位置決めをする場合においても、イナーシャを比較的に小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る多段構造のアクチュエータの実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、以下の第一および第二実施形態は、３つの駆動ユニットを用いて多段構造を構成した例である。
まず、本発明に係る多段構造のアクチュエータの第一実施形態について、図１ないし図２を適宜参照しつつ詳しく説明する。なお、図１は本発明に係る多段構造のアクチュエータの第一実施形態の平面図である。また、図２は、図１の駆動ユニットを説明する図であり、同図（ａ）は図１でのＡ矢視図、また同図（ｂ）は（ａ）のＵ−Ｕ断面図である。
【００１３】
図１に示すように、この多段構造のアクチュエータ１は、複数の駆動ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、その複数の駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃをそれぞれ案内する案内ユニット２０とを備えて構成されている。複数の駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃは、いずれも同じ構成を有している。なお、本明細書では、同図での右側のユニットから順に、第一駆動ユニット１０Ａ、第二駆動ユニット１０Ｂ、第三駆動ユニット１０Ｃと呼ぶ。
【００１４】
図２に示すように、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃは、一つのサーボモータ８と、そのサーボモータ８によって同時に駆動される二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂとを有する。各ボールねじ１１Ａ，１１Ｂは、ねじ軸４と、これに多数のボール（不図示）を介して外嵌するナット５とを有している。そして、二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂ相互のナット５，５は、サーボモータ８が駆動されると歯車機構１９を介して同時に回転するように構成されている。
【００１５】
より詳しくは、図２に示すように、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃは、ユニットハウジング９を備えている。このユニットハウジング９にはサーボモータ８が付設されており、また、ユニットハウジング９内には、歯車機構１９および支持軸受１８が設けられている。そして、二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのうち、同図下側のボールねじ１１Ｂは、そのナット５が、このユニットハウジング９内の歯車機構１９を介してサーボモータ８の出力軸８ａに連結されている。そして、各ナット５，５は、ユニットハウジング９の高さ方向に上下して並列に配置され、支持軸受１８によって回転自在に且つ径方向および軸方向の移動を拘束して支持されている。
【００１６】
本実施形態では、上記二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ溝のねじれ方向はいずれも同じ（例えばいずれも右ねじ）であり、サーボモータ８によってボールねじ１１Ｂのナット５が回転駆動されると、これに歯車機構１９を介して接続された他方のボールねじ１１Ａのナット５も同時に逆方向に回転駆動され、これにより、二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂ相互のナット５，５は、互いに逆方向に回転し、互いのねじ軸４，４が逆方向に相対移動するようになっている。なお、二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ溝４，４のねじれ方向が逆の場合には、相互のナット５，５間に、もう１つあるいは奇数個の中間歯車を有する歯車機構１９を介してナット５，５相互を連結してもよい。なおまた、本実施形態では、サーボモータ８の出力軸８ａに歯車を直接取り付けた例で説明しているが、歯車の回転軸を軸受にて支持し、カップリング等を介してモータと連結してもよい。
【００１７】
一方、案内ユニット２０は、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃに付設されて各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃと一体に移動する複数（各駆動ユニット毎に２つ）の案内部材３と、これら複数の案内部材３を軸方向にスライド移動可能に支持するようにベースＢ上に並列配置された二本の案内レール２とを有して構成されている。
各案内部材３は、転動体としてボールないしローラを内部に備えており、その転動体を介して案内レール２に跨設されている。また、案内レール２と各案内部材３とは予圧を持って隙間なく保持されており、これにより、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃの振動を抑えることができ、静音化を図っている。また、案内ユニット２０に予圧を付与することで、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃの軸直角方向の剛性が上がるので、隣り合うナットからモーメント力が発生した場合においても軸方向に換算した際の位置決め精度を向上させている。
【００１８】
そして、この多段構造のアクチュエータ１は、上述した各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを、図１に示すように、上記案内ユニット２０が有する同じ案内レール２によって軸方向にスライド移動可能に支持している。
以下、上述の各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃによる多段構造について説明する。なお、図３（ａ）〜（ｅ）に示す５つの図は、図１でのＶ−ＶからＺ−Ｚ断面をそれぞれ示す図である。
【００１９】
図３に示すように、この多段構造のアクチュエータ１は、第二駆動ユニット１０Ｂを、第一駆動ユニット１０Ａに対してナット５のオフセット量Ｆ分だけずらして配置し、さらに、第三駆動ユニット１０Ｃを、第二駆動ユニット１０Ｂに対してナット５のオフセット量Ｆ分だけ、上下方向（図２（ａ）での左右方向）にずらして配置しており、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃには、他の駆動ユニットのねじ軸４との干渉を避けるための貫通穴２２および切り欠き部４４を軸方向に沿って設けている。
【００２０】
詳しくは、ナット５，５相互は、図２（ａ）に示すように、オフセット量Ｆを有して配置されている。このオフセット量Ｆは、各ねじ軸４の軸方向において、歯車機構１９や支持軸受１８などの構造物と二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂ相互のねじ軸４，４とが干渉しない位置になるように定められている。さらに、各ユニットハウジング９には、貫通穴２２と、切り欠き部２４とがねじ軸４の軸方向に沿って設けてある。これら貫通穴２２および切り欠き部２４は、上記オフセット量Ｆと同じ間隔を隔てて設けられており、他の駆動ユニットのねじ軸４との干渉を避けるように対向する位置に形成されている。
【００２１】
そして、図１において、第一駆動ユニット１０Ａのボールねじ１１Ｂのねじ軸４（ＢＳ−１Ｂ）は、その一端（同図右端部）が固定腕７を介してベースＢに、回転が拘束された状態で固定されている。この第一駆動ユニット１０Ａは、そのユニットハウジング９が、図３（ｅ）に示すように、上記案内ユニット２０上の案内部材３でスライド移動可能に支持されているので、これにより、ボールねじ１１Ｂのナット５の回転に伴い案内レール２上をスライド移動するようになっている。
【００２２】
さらに、第一駆動ユニット１０Ａのボールねじ１１Ａのねじ軸４（ＢＳ−１Ａ）は、その一端（図１左端部）が、第二駆動ユニット１０Ｂのボールねじ１１Ａのねじ軸４（ＢＳ−２Ａ）の一端（図１右端部）と連結部材２５によって一体に連結されている。また、第一駆動ユニット１０Ａと第二駆動ユニット１０Ｂとの間には、図３（ｄ）に示すように、ねじ軸４との干渉がないように形成された略Ｌ字状の連結腕６が設けられている。この連結腕６はその基端部が案内レール２上の案内部材３に取り付けられ、案内レール２上をスライド移動するようになっている。そして、この連結腕６の先端部が上記連結部材２５に連結されており、回転が拘束された状態のねじ軸４，４（ＢＳ−１Ａ、ＢＳ−２Ａ）と一体となって移動可能になっている。なお、第二駆動ユニット１０Ｂは、図３（ｃ）に示すように、オフセット量Ｆに合わせた高さとなるような支持部材２６を介して案内レール２上の案内部材３に取り付けられている。
【００２３】
また、同様にして、第二駆動ユニット１０Ｂのボールねじ１１Ｂのねじ軸４（ＢＳ−２Ｂ）は、その一端（図１左端部）が、第三駆動ユニット１０Ｃのボールねじ１１Ｂのねじ軸４（ＢＳ−３Ｂ）の一端（図１右端部）と連結部材２５によって一体に連結されている。そして、図３（ｂ）に示すように、第二駆動ユニット１０Ｂと第三駆動ユニット１０Ｃとの間にも、上記同様に、ねじ軸４との干渉がないように形成されたクランク状の連結腕６が、案内ユニット２０上の案内部材３でスライド移動可能に設けられており、この連結腕６の先端部が、当該連結部材２５に連結されており、回転が拘束された状態のねじ軸４，４（ＢＳ−２Ｂ、ＢＳ−３Ｂ）と一体となって案内レール２上をスライド移動可能になっている。なお、第三駆動ユニット１０Ｃは、図３（ａ）に示すように、オフセット量Ｆ二つ分の高さとなるような支持部材２６を介して案内レール２上の案内部材３に取り付けられている。
【００２４】
また、第三駆動ユニット１０Ｃのボールねじ１１Ａのねじ軸４（ＢＳ−３Ａ）は、その一端（図１左端部）が被駆動体連結腕１２の先端に，回転が拘束された状態で連結され、この被駆動体連結腕１２の基端部が、図１上側の案内レール２上の案内部材３に取り付けられ、これにより、被駆動体連結腕１２と一体に案内レール２上をスライド移動するようになっている。
【００２５】
そして、この多段構造のアクチュエータ１は、上記被駆動体連結腕１２（ないしこれが取付く案内部材３）を目的の被駆動体Ａに連結することで、ベースＢと被駆動体Ａの相対運動を行うことが可能となる。なお、被駆動体Ａが複数存在する場合には各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃや各連結腕６と被駆動体Ａとを連結し、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを独立で制御することで、複数の被駆動体Ａを独立して位置決めする構成としてもよい。
【００２６】
次に、上記第一実施形態の動作、および作用・効果について説明する。
図４は各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃ間の距離が詰まった状態の図である。
この第一実施形態の多段構造のアクチュエータ１によれば、上記構成を有することにより、１つのサーボモータ８で歯車機構１９を介して２つのナット５，５を回転駆動し、拘束されているねじ溝４，４のねじれ方向が同じボールねじの場合にはナット５，５が互いに逆方向回転、ねじれ方向が逆のボールねじの場合にはナット５，５が同方向に回転することによってねじ軸４，４上を互いに相対移動するように各駆動ユニットを多段構造の形成としたので、ロングストロークの位置決めをすることができる。
【００２７】
また、この多段構造のアクチュエータ１によれば、案内部材３は、転動体を介して案内レール２に跨設され、案内レール２と案内部材３は予圧を持って隙間なく保持されているので、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃの振動を抑え、静音化を図ることができる。また、予圧を付与することで、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃの軸直角方向の剛性が上がるので、隣り合うナットからモーメント力が発生した場合においても軸方向に換算した際の位置決め精度を向上させることができる。
【００２８】
例えば、上記特許文献２に記載の技術では、案内構造は隙間をもった滑り案内であるため、ナットの回転に伴う振動等を軸と直角の方向に拘束する上で不十分である。そのため、同文献記載の技術においては、送りねじあるいはボールねじを高速で回転した場合には、ユニット全体が振動し、騒音が問題となってしまうという問題がある。これに対し、本実施形態の構成であれば、このような振動および騒音の問題も解決することができる。
【００２９】
また、この多段構造のアクチュエータ１によれば、ナット回転駆動なので、長尺のねじ軸を回転するのに比べて低イナーシャになる。したがって、加減速時のエネルギーロスを抑えることができ、経済的な運転が可能となる。そして、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを同じ案内レール２上に複数配置し、相互のねじ軸４，４をその回転を拘束して連結することで、イナーシャを比較的に小さくしつつもロングストロークの位置決めを可能にしている。
【００３０】
特に、この多段構造のアクチュエータ１によれば、図３に示すように、第二駆動ユニット１０Ｂは、第一駆動ユニット１０Ａに対してナット５のオフセット量Ｆ分だけ、さらに、第三駆動ユニット１０Ｃは、第二駆動ユニット１０Ｂに対してナット５のオフセット量Ｆ分だけ、上下方向（図２（ａ）での左右方向）にずらして配置しており、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃには、他の駆動ユニットのねじ軸４との干渉を避けるための貫通穴２２および切り欠き部４４を軸方向に沿って設けたので、多段構造のアクチュエータ１の伸縮時に、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４と他の駆動ユニットとの干渉が防止される。そのため、図４にも示すように、駆動ユニット同士のねじ軸４をオーバーラップして配置することができる。したがって、この多段構造のアクチュエータ１によれば、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃに長いボールねじを採用できるので、１つの駆動ユニットあたりのストロークを一層大きく設定することができる。
【００３１】
つまり、図４（ａ）は、第一駆動ユニット１０Ａの二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４，４に着目した図であるが、ボールねじ１１Ｂのねじ軸４は、第二駆動ユニット１０Ｂ及び第三駆動ユニット１０Ｃに干渉する位置まで張り出すことができる。また同様に、図４（ｂ）は、第二駆動ユニット１０Ｂの二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４，４に着目した図であるが、ボールねじ１１Ｂのねじ軸４は、第三駆動ユニット１０Ｃに、また、ボールねじ１１Ａのねじ軸４は、第一駆動ユニット１０Ａにそれぞれ干渉する位置まで張り出すことができる。さらに同様に、図４（ｃ）は、第三駆動ユニット１０Ｃの二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４，４に着目した図であるが、ボールねじ１１Ｂのねじ軸４は、第一駆動ユニット１０Ａ及び第二駆動ユニット１０Ｂに干渉する位置まで張り出すことができる。
【００３２】
このように、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃには、他の駆動ユニットのねじ軸４との干渉を避けるための貫通穴２２および切り欠き部２４がねじ軸４の軸方向に沿って設けてあるので、この干渉する位置までの張り出しが問題になることはなく、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃ間の距離を図４（ａ）〜（ｃ）に示す位置まで問題なく詰めることができる。なおまた、連結腕６についても、図３（ｂ）および（ｄ）に示すように、ねじ軸４との干渉がないように、略Ｌ字状やクランク状にそれぞれ形成しているので、連結腕６の下部および上部等でのねじ軸４との干渉が防止されている。したがって、この多段構造のアクチュエータ１によれば、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃに長いボールねじを採用できるので、１つの駆動ユニットあたりのストロークを一層大きく設定することができるのである。
【００３３】
次に、第二実施形態について説明する。
本発明の第二実施形態は、上述の第一実施形態と同じ駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを、図５のように駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを交互に反転して配置している点が第一実施形態とは異なっている。つまり、この第二実施形態は、奇数番目の駆動ユニット同士（この例では１つである）、偶数番目の駆動ユニット同士は同じ向きを向いている。さらに、この第二実施形態では、ねじ軸４，４同士の連結において、連結腕６によって連結するねじ軸４，４を同軸上に配置している（図６（ｂ）、（ｄ）参照）。その他の構成については、第一実施形態と同様である。
【００３４】
このような構成であれば、各ボールねじは、被駆動体Ａを搬送する際の軸力を受けるものの、隣り合う駆動ユニットのねじ軸４，４を同軸上に配置することで連結腕６の連結部（連結部材２５）においてモーメントが発生することがない。
なお、図５では同じ形状の駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを用い、奇数番目の駆動ユニット１０Ｂを反転して使用した例を示したが、奇数番目用の駆動ユニットと偶数番目用の駆動ユニットでオフセット量Ｆを逆方向にした駆動ユニットを用意し、サーボモータ８の向きを揃えて構成してもよい。
【００３５】
次に、第三実施形態について説明する。
本発明の第三実施形態は、上述の第一実施形態と同じ２つの駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂを用いており、図７および８に示すように、駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｂを、ナット５，５の配置と貫通穴２２の配置位置が同じ高さで同軸になるように向かい合わせて配置している点が第一実施形態とは異なっている。
【００３６】
図９は、第三実施形態での駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂ同士が近づいたときの図である。
同図（ａ）は、第一駆動ユニット１０Ａの二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４，４に着目した図であるが、ボールねじ１１Ｂのねじ軸４（ＢＳ−１Ｂ）は、第二駆動ユニット１０Ｂに干渉する位置まで張り出している。また同様に、同図（ｂ）は、第二駆動ユニット１０Ｂの二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４，４に着目した図であるが、ボールねじ１１Ａのねじ軸４（ＢＳ−２Ａ）は、第一駆動ユニット１０Ａにそれぞれ干渉する位置まで張り出している。
【００３７】
しかし、図２（ａ）を参照して説明したように、各駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂには、他の駆動ユニットのねじ軸４との干渉を避けるための貫通穴２２および切り欠き部２４がねじ軸４の軸方向に沿って設けてあり、本実施形態においては、ナット５，５の配置と貫通穴２２の配置位置が同じ高さで同軸に向かい合わせになっているので、駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂ同士を向かい合わせたときに、図８に示すように、互いのねじ軸４，４が相互の貫通穴２２を通るから、駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｂ同士の干渉を避けることができる。
【００３８】
なお、本発明に係る多段構造のアクチュエータは、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記各実施形態では、ボールねじ１１Ａ，１１Ｂのナット５，５相互にオフセット量Ｆを与えた例で説明したが、これに限らず、第一実施形態に示す構成において用いる場合にはこのオフセット量Ｆはなくてもよい。つまり、図１０に示す変形例のように、サーボモータ８、ボールねじ１１Ａ，１１Ｂのナット５，５の軸心ＣＬを一線上に配置してもよい。ただし、駆動ユニット間のねじ軸の干渉問題は上述同様に発生するから、駆動ユニット間のオフセット量Ｆと同じ間隔で各駆動ユニットに干渉問題を回避するための貫通穴や切欠きを設ける（同図は切り欠き２４を設けた例である）。
【００３９】
また、上記実施形態の変形例としては、例えば図１１および図１２に示すように、駆動ユニットの装着姿勢を９０°回転させて配置してもよい。なお、図１１および図１２に示す例は第二実施形態において駆動ユニットを９０°回転させた例である。
つまり、図１２に示すように、この変形例では、支持部材２６および連結腕６を、ベースＢ上に並列配置された二本の案内レール２上の相互の案内部材３を繋ぐように設けている。そして、その支持部材２６上に装着姿勢を９０°回転（サーボモータ８の側をベースＢ側）させた駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを載置固定しており、また、連結腕６に連結部材２５を繋いでいる。このような構成であっても、上記第一ないし第二実施形態同様の作用および効果を奏する。
【００４０】
また、上記各実施形態では、貫通穴２２および切り欠き部２４は、特に穴の径について言及しなかったが、ねじ軸４と干渉しないように形成される点に加え、さらに、貫通穴２２および切り欠き部２４とねじ軸４との隙間を、例えば僅かな隙間を隔てて摺動するように調整してねじ軸４の振動を抑える構成としてもよい。また、摺動をより円滑にするために、ブッシュを介してねじ軸４が挿通されるようにしてもよい。
【００４１】
また、上記各実施形態では、２つ、または３つの駆動ユニットを用いて多段構造を構成した例で説明したが、これに限らず、駆動ユニットをさらに追加して多段構造（例えば４段以上）にしてもよい。
なおまた、長尺のボールねじをねじ軸回転駆動かつ高速回転で用いる場合には、危険速度が問題となる場合があるが、本発明に係る多段構造のアクチュエータは、ナット回転駆動なので、危険速度が問題となる場合には、例えば特許３４３８２８６号公報にあるような制振ダンパを採用することで危険速度の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る多段構造のアクチュエータの第一実施形態の平面図である。
【図２】図１の駆動ユニットを説明する図であり、同図（ａ）は図１でのＡ矢視図、また同図（ｂ）は（ａ）のＵ−Ｕ断面図である。
【図３】図１でのＶ−ＶからＺ−Ｚ断面をそれぞれ示す図（ａ）〜（ｅ）である。
【図４】各駆動ユニット間の距離が詰まった状態の図である。
【図５】本発明に係る多段構造のアクチュエータの第二実施形態の平面図である。
【図６】図５でのＶ−ＶからＺ−Ｚ断面をそれぞれ示す図（ａ）〜（ｅ）である。
【図７】本発明に係る多段構造のアクチュエータの第三実施形態の平面図である。
【図８】図７でのＶ−ＶからＺ−Ｚ断面をそれぞれ示す図（ａ）〜（ｅ）である。
【図９】各駆動ユニット同士が近づいたときの図である。
【図１０】本発明に係る多段構造のアクチュエータに用いられる駆動ユニットの変形例を説明する図であり、同図は、第一実施形態の図２に対応する図を示している。
【図１１】本発明に係る多段構造のアクチュエータの第二実施形態の変形例の平面図である。
【図１２】図１１でのＶ−ＶからＺ−Ｚ断面をそれぞれ示す図（ａ）〜（ｅ）である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 多段構造のアクチュエータ
２ 案内レール
３ 案内部材
４ ねじ軸
５ ナット
６ 連結腕
７ 固定腕
８ サーボモータ（モータ）
９ ユニットハウジング
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 駆動ユニット
１１Ａ，１１Ｂ ボールねじ
１２ 被駆動体連結腕
１８ 支持軸受
１９ 歯車機構
２０ 案内ユニット
２２ 貫通穴
２４ 切り欠き部
２５ 連結部材
２６ 支持部材
Ａ 被駆動体
Ｂ ベース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロングストロークの位置決めに好適な多段構造のアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロングストロークの位置決めを目的としたアクチュエータとしては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。同文献に記載の技術は、上下方向に大きなストロークが必要な場合に好適な技術であって、上下に配設された２軸のボールねじのねじ軸をサーボモータで回転させ、ナット移動によって駆動する駆動ユニットを備えており、これを上下方向のスライド機構毎に別個の案内ユニットを用いた２段の多段構造とすることで被駆動体に対しロングストロークを得ている。
【特許文献１】特開２００６−１０２８８６号公報（図１）
【特許文献２】特開２００７−２１８２８５号公報（図３、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、上下移動の用途に使用する場合には問題ないものの、水平移動の用途に使用する場合には、スライド機構が片持ちになってしまう。そのため、ロングストロークになるほど重力の影響によって案内ユニットに対応する案内部材に過大なモーメント荷重がかかる。また、これが更に多段構造（例えば３段構造）となった場合には、水平方向で自重を支えることが困難なので、駆動ユニットを支えるために別途に長尺の案内ユニットが必要となる。さらに、ねじ軸回転、ナット移動によって駆動しているので、加減速時にはボールねじのイナーシャ分の回転エネルギーを消費していまい、特にロングストロークを位置決めする場合にはねじ軸が長くなり、その分イナーシャも大きくなるためエネルギーロスが大きくなる。
【０００４】
これに対し、例えば特許文献２に記載の技術では、ナット回転によって２軸の送りねじを１つのモータで駆動する駆動ユニットを有しており、送りねじをボールねじに置き換えれば軸方向に精密な位置決めが可能となる。しかし、特許文献２に記載の技術は、複数の駆動ユニットを用いて多段構造とするものではなく、また、駆動ユニット同士の送りねじをオーバーラップ（搬送方向で重なる状態）して配置する技術を提供するものでもない。そのため、駆動ユニットの長さ以上に長い送りねじを用いたロングストロークの位置決めをすることができない。したがって、多段構造のアクチュエータを構成する上で未だ解決すべき課題が残されている。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、ロングストロークの位置決めをする場合においても、イナーシャを比較的に小さくし得る多段構造のアクチュエータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の駆動ユニットと、該複数の駆動ユニットを案内する案内ユニットとを備える多段構造のアクチュエータであって、前記案内ユニットは、各駆動ユニットに付設されてこれと一体に移動する案内部材と、該案内部材をスライド移動可能に支持する案内レールとを有し、前記各駆動ユニットは、同じ案内レール上に配置されるとともに、一つのモータと、該一つのモータによって同時に駆動される二つのボールねじとを有し、各駆動ユニットの二つのボールねじは、前記一つのモータによって歯車機構を介してナット回転で駆動されるように構成されており、さらに、隣り合う駆動ユニットのねじ軸相互が連結されるとともに、ねじ軸の回転が拘束されることによって被駆動体を搬送するようになっていることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る多段構造のアクチュエータによれば、各駆動ユニットがナット回転駆動なので、長尺のねじ軸を回転する構成に比べて低イナーシャとすることができる。そのため、加減速時のエネルギーロスを抑えることができ、経済的な運転が可能となる。そして、この駆動ユニットを同じ案内レール上に複数配置し、隣り合う駆動ユニットのねじ軸相互を連結しているので、多段構造のアクチュエータ全体としてもイナーシャを比較的に小さくしつつロングストロークの位置決めが可能である。
【０００８】
なお、本発明に係る多段構造のアクチュエータの各駆動ユニットにおいて、１つのモータで歯車機構を介して２つのナットを駆動する構成としては、例えば、ねじれ方向が同じボールねじの場合には、ナットを互いに逆方向に回転させ、また、ねじれ方向が逆のボールねじの場合には、ナットを同方向に回転させることによってねじ軸を互いに相対移動させることができる。また、案内ユニットとしては、案内部材が、ボールあるいはローラ等の転動体を介して案内レールに跨設されており、案内レールと案内部材とが予圧を持って隙間なく保持されていれば、駆動ユニットを円滑にスライド移動させるとともにその振動を抑える上で好適である。
【０００９】
ここで、本発明に係る多段構造のアクチュエータにおいて、例えば、前記複数の駆動ユニットが、いずれも同一の構成であれば、多段構造のアクチュエータを構成する上でより経済的である。
また、本発明に係る多段構造のアクチュエータにおいて、例えば、前記各駆動ユニットは、他の駆動ユニットのねじ軸との干渉を避けるための貫通穴または切り欠き部を有することは好ましい。このような構成であれば、相手側の駆動ユニットに、干渉を避けるための貫通穴、あるいは切欠き穴を設けてあるので、多段構造のアクチュエータの伸縮時に、各駆動ユニットのボールねじのねじ軸と他の駆動ユニットとの干渉が防止される。そのため、駆動ユニット同士のねじ軸をオーバーラップして配置することができる。したがって、各駆動ユニットに長いボールねじを採用できるので、１つの駆動ユニットあたりのストロークを一層大きく設定することができる。
【００１０】
また、本発明に係る多段構造のアクチュエータにおいて、前記複数の駆動ユニットは、隣り合う駆動ユニットのねじ軸相互が同軸に連結されていることは好ましい。このような構成であれば、ボールねじは被駆動体を搬送する際の軸力を受けるものの、隣り合うねじ軸を同軸上に配置することでモーメントが発生することがない。
【発明の効果】
【００１１】
上述のように、本発明に係る多段構造のアクチュエータによれば、ロングストロークの位置決めをする場合においても、イナーシャを比較的に小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る多段構造のアクチュエータの実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、以下の第一および第二実施形態は、３つの駆動ユニットを用いて多段構造を構成した例である。
まず、本発明に係る多段構造のアクチュエータの第一実施形態について、図１ないし図２を適宜参照しつつ詳しく説明する。なお、図１は本発明に係る多段構造のアクチュエータの第一実施形態の平面図である。また、図２は、図１の駆動ユニットを説明する図であり、同図（ａ）は図１でのＡ矢視図、また同図（ｂ）は（ａ）のＵ−Ｕ断面図である。
【００１３】
図１に示すように、この多段構造のアクチュエータ１は、複数の駆動ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、その複数の駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃをそれぞれ案内する案内ユニット２０とを備えて構成されている。複数の駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃは、いずれも同じ構成を有している。なお、本明細書では、同図での右側のユニットから順に、第一駆動ユニット１０Ａ、第二駆動ユニット１０Ｂ、第三駆動ユニット１０Ｃと呼ぶ。
【００１４】
図２に示すように、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃは、一つのサーボモータ８と、そのサーボモータ８によって同時に駆動される二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂとを有する。各ボールねじ１１Ａ，１１Ｂは、ねじ軸４と、これに多数のボール（不図示）を介して外嵌するナット５とを有している。そして、二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂ相互のナット５，５は、サーボモータ８が駆動されると歯車機構１９を介して同時に回転するように構成されている。
【００１５】
より詳しくは、図２に示すように、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃは、ユニットハウジング９を備えている。このユニットハウジング９にはサーボモータ８が付設されており、また、ユニットハウジング９内には、歯車機構１９および支持軸受１８が設けられている。そして、二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのうち、同図下側のボールねじ１１Ｂは、そのナット５が、このユニットハウジング９内の歯車機構１９を介してサーボモータ８の出力軸８ａに連結されている。そして、各ナット５，５は、ユニットハウジング９の高さ方向に上下して並列に配置され、支持軸受１８によって回転自在に且つ径方向および軸方向の移動を拘束して支持されている。
【００１６】
本実施形態では、上記二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ溝のねじれ方向はいずれも同じ（例えばいずれも右ねじ）であり、サーボモータ８によってボールねじ１１Ｂのナット５が回転駆動されると、これに歯車機構１９を介して接続された他方のボールねじ１１Ａのナット５も同時に逆方向に回転駆動され、これにより、二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂ相互のナット５，５は、互いに逆方向に回転し、互いのねじ軸４，４が逆方向に相対移動するようになっている。なお、二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ溝４，４のねじれ方向が逆の場合には、相互のナット５，５間に、もう１つあるいは奇数個の中間歯車を有する歯車機構１９を介してナット５，５相互を連結してもよい。なおまた、本実施形態では、サーボモータ８の出力軸８ａに歯車を直接取り付けた例で説明しているが、歯車の回転軸を軸受にて支持し、カップリング等を介してモータと連結してもよい。
【００１７】
一方、案内ユニット２０は、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃに付設されて各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃと一体に移動する複数（各駆動ユニット毎に２つ）の案内部材３と、これら複数の案内部材３を軸方向にスライド移動可能に支持するようにベースＢ上に並列配置された二本の案内レール２とを有して構成されている。
各案内部材３は、転動体としてボールないしローラを内部に備えており、その転動体を介して案内レール２に跨設されている。また、案内レール２と各案内部材３とは予圧を持って隙間なく保持されており、これにより、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃの振動を抑えることができ、静音化を図っている。また、案内ユニット２０に予圧を付与することで、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃの軸直角方向の剛性が上がるので、隣り合うナットからモーメント力が発生した場合においても軸方向に換算した際の位置決め精度を向上させている。
【００１８】
そして、この多段構造のアクチュエータ１は、上述した各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを、図１に示すように、上記案内ユニット２０が有する同じ案内レール２によって軸方向にスライド移動可能に支持している。
以下、上述の各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃによる多段構造について説明する。なお、図３（ａ）〜（ｅ）に示す５つの図は、図１でのＶ−ＶからＺ−Ｚ断面をそれぞれ示す図である。
【００１９】
図３に示すように、この多段構造のアクチュエータ１は、第二駆動ユニット１０Ｂを、第一駆動ユニット１０Ａに対してナット５のオフセット量Ｆ分だけずらして配置し、さらに、第三駆動ユニット１０Ｃを、第二駆動ユニット１０Ｂに対してナット５のオフセット量Ｆ分だけ、上下方向（図２（ａ）での左右方向）にずらして配置しており、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃには、他の駆動ユニットのねじ軸４との干渉を避けるための貫通穴２２および切り欠き部４４を軸方向に沿って設けている。
【００２０】
詳しくは、ナット５，５相互は、図２（ａ）に示すように、オフセット量Ｆを有して配置されている。このオフセット量Ｆは、各ねじ軸４の軸方向において、歯車機構１９や支持軸受１８などの構造物と二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂ相互のねじ軸４，４とが干渉しない位置になるように定められている。さらに、各ユニットハウジング９には、貫通穴２２と、切り欠き部２４とがねじ軸４の軸方向に沿って設けてある。これら貫通穴２２および切り欠き部２４は、上記オフセット量Ｆと同じ間隔を隔てて設けられており、他の駆動ユニットのねじ軸４との干渉を避けるように対向する位置に形成されている。
【００２１】
そして、図１において、第一駆動ユニット１０Ａのボールねじ１１Ｂのねじ軸４（ＢＳ−１Ｂ）は、その一端（同図右端部）が固定腕７を介してベースＢに、回転が拘束された状態で固定されている。この第一駆動ユニット１０Ａは、そのユニットハウジング９が、図３（ｅ）に示すように、上記案内ユニット２０上の案内部材３でスライド移動可能に支持されているので、これにより、ボールねじ１１Ｂのナット５の回転に伴い案内レール２上をスライド移動するようになっている。
【００２２】
さらに、第一駆動ユニット１０Ａのボールねじ１１Ａのねじ軸４（ＢＳ−１Ａ）は、その一端（図１左端部）が、第二駆動ユニット１０Ｂのボールねじ１１Ａのねじ軸４（ＢＳ−２Ａ）の一端（図１右端部）と連結部材２５によって一体に連結されている。また、第一駆動ユニット１０Ａと第二駆動ユニット１０Ｂとの間には、図３（ｄ）に示すように、ねじ軸４との干渉がないように形成された略Ｌ字状の連結腕６が設けられている。この連結腕６はその基端部が案内レール２上の案内部材３に取り付けられ、案内レール２上をスライド移動するようになっている。そして、この連結腕６の先端部が上記連結部材２５に連結されており、回転が拘束された状態のねじ軸４，４（ＢＳ−１Ａ、ＢＳ−２Ａ）と一体となって移動可能になっている。なお、第二駆動ユニット１０Ｂは、図３（ｃ）に示すように、オフセット量Ｆに合わせた高さとなるような支持部材２６を介して案内レール２上の案内部材３に取り付けられている。
【００２３】
また、同様にして、第二駆動ユニット１０Ｂのボールねじ１１Ｂのねじ軸４（ＢＳ−２Ｂ）は、その一端（図１左端部）が、第三駆動ユニット１０Ｃのボールねじ１１Ｂのねじ軸４（ＢＳ−３Ｂ）の一端（図１右端部）と連結部材２５によって一体に連結されている。そして、図３（ｂ）に示すように、第二駆動ユニット１０Ｂと第三駆動ユニット１０Ｃとの間にも、上記同様に、ねじ軸４との干渉がないように形成されたクランク状の連結腕６が、案内ユニット２０上の案内部材３でスライド移動可能に設けられており、この連結腕６の先端部が、当該連結部材２５に連結されており、回転が拘束された状態のねじ軸４，４（ＢＳ−２Ｂ、ＢＳ−３Ｂ）と一体となって案内レール２上をスライド移動可能になっている。なお、第三駆動ユニット１０Ｃは、図３（ａ）に示すように、オフセット量Ｆ二つ分の高さとなるような支持部材２６を介して案内レール２上の案内部材３に取り付けられている。
【００２４】
また、第三駆動ユニット１０Ｃのボールねじ１１Ａのねじ軸４（ＢＳ−３Ａ）は、その一端（図１左端部）が被駆動体連結腕１２の先端に，回転が拘束された状態で連結され、この被駆動体連結腕１２の基端部が、図１上側の案内レール２上の案内部材３に取り付けられ、これにより、被駆動体連結腕１２と一体に案内レール２上をスライド移動するようになっている。
【００２５】
そして、この多段構造のアクチュエータ１は、上記被駆動体連結腕１２（ないしこれが取付く案内部材３）を目的の被駆動体Ａに連結することで、ベースＢと被駆動体Ａの相対運動を行うことが可能となる。なお、被駆動体Ａが複数存在する場合には各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃや各連結腕６と被駆動体Ａとを連結し、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを独立で制御することで、複数の被駆動体Ａを独立して位置決めする構成としてもよい。
【００２６】
次に、上記第一実施形態の動作、および作用・効果について説明する。
図４は各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃ間の距離が詰まった状態の図である。
この第一実施形態の多段構造のアクチュエータ１によれば、上記構成を有することにより、１つのサーボモータ８で歯車機構１９を介して２つのナット５，５を回転駆動し、拘束されているねじ溝４，４のねじれ方向が同じボールねじの場合にはナット５，５が互いに逆方向回転、ねじれ方向が逆のボールねじの場合にはナット５，５が同方向に回転することによってねじ軸４，４上を互いに相対移動するように各駆動ユニットを多段構造の形成としたので、ロングストロークの位置決めをすることができる。
【００２７】
また、この多段構造のアクチュエータ１によれば、案内部材３は、転動体を介して案内レール２に跨設され、案内レール２と案内部材３は予圧を持って隙間なく保持されているので、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃの振動を抑え、静音化を図ることができる。また、予圧を付与することで、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃの軸直角方向の剛性が上がるので、隣り合うナットからモーメント力が発生した場合においても軸方向に換算した際の位置決め精度を向上させることができる。
【００２８】
例えば、上記特許文献２に記載の技術では、案内構造は隙間をもった滑り案内であるため、ナットの回転に伴う振動等を軸と直角の方向に拘束する上で不十分である。そのため、同文献記載の技術においては、送りねじあるいはボールねじを高速で回転した場合には、ユニット全体が振動し、騒音が問題となってしまうという問題がある。これに対し、本実施形態の構成であれば、このような振動および騒音の問題も解決することができる。
【００２９】
また、この多段構造のアクチュエータ１によれば、ナット回転駆動なので、長尺のねじ軸を回転するのに比べて低イナーシャになる。したがって、加減速時のエネルギーロスを抑えることができ、経済的な運転が可能となる。そして、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを同じ案内レール２上に複数配置し、相互のねじ軸４，４をその回転を拘束して連結することで、イナーシャを比較的に小さくしつつもロングストロークの位置決めを可能にしている。
【００３０】
特に、この多段構造のアクチュエータ１によれば、図３に示すように、第二駆動ユニット１０Ｂは、第一駆動ユニット１０Ａに対してナット５のオフセット量Ｆ分だけ、さらに、第三駆動ユニット１０Ｃは、第二駆動ユニット１０Ｂに対してナット５のオフセット量Ｆ分だけ、上下方向（図２（ａ）での左右方向）にずらして配置しており、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃには、他の駆動ユニットのねじ軸４との干渉を避けるための貫通穴２２および切り欠き部４４を軸方向に沿って設けたので、多段構造のアクチュエータ１の伸縮時に、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４と他の駆動ユニットとの干渉が防止される。そのため、図４にも示すように、駆動ユニット同士のねじ軸４をオーバーラップして配置することができる。したがって、この多段構造のアクチュエータ１によれば、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃに長いボールねじを採用できるので、１つの駆動ユニットあたりのストロークを一層大きく設定することができる。
【００３１】
つまり、図４（ａ）は、第一駆動ユニット１０Ａの二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４，４に着目した図であるが、ボールねじ１１Ｂのねじ軸４は、第二駆動ユニット１０Ｂ及び第三駆動ユニット１０Ｃに干渉する位置まで張り出すことができる。また同様に、図４（ｂ）は、第二駆動ユニット１０Ｂの二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４，４に着目した図であるが、ボールねじ１１Ｂのねじ軸４は、第三駆動ユニット１０Ｃに、また、ボールねじ１１Ａのねじ軸４は、第一駆動ユニット１０Ａにそれぞれ干渉する位置まで張り出すことができる。さらに同様に、図４（ｃ）は、第三駆動ユニット１０Ｃの二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４，４に着目した図であるが、ボールねじ１１Ｂのねじ軸４は、第一駆動ユニット１０Ａ及び第二駆動ユニット１０Ｂに干渉する位置まで張り出すことができる。
【００３２】
このように、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃには、他の駆動ユニットのねじ軸４との干渉を避けるための貫通穴２２および切り欠き部２４がねじ軸４の軸方向に沿って設けてあるので、この干渉する位置までの張り出しが問題になることはなく、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃ間の距離を図４（ａ）〜（ｃ）に示す位置まで問題なく詰めることができる。なおまた、連結腕６についても、図３（ｂ）および（ｄ）に示すように、ねじ軸４との干渉がないように、略Ｌ字状やクランク状にそれぞれ形成しているので、連結腕６の下部および上部等でのねじ軸４との干渉が防止されている。したがって、この多段構造のアクチュエータ１によれば、各駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃに長いボールねじを採用できるので、１つの駆動ユニットあたりのストロークを一層大きく設定することができるのである。
【００３３】
次に、第二実施形態について説明する。
本発明の第二実施形態は、上述の第一実施形態と同じ駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを、図５のように駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを交互に反転して配置している点が第一実施形態とは異なっている。つまり、この第二実施形態は、奇数番目の駆動ユニット同士（この例では１つである）、偶数番目の駆動ユニット同士は同じ向きを向いている。さらに、この第二実施形態では、ねじ軸４，４同士の連結において、連結腕６によって連結するねじ軸４，４を同軸上に配置している（図６（ｂ）、（ｄ）参照）。その他の構成については、第一実施形態と同様である。
【００３４】
このような構成であれば、各ボールねじは、被駆動体Ａを搬送する際の軸力を受けるものの、隣り合う駆動ユニットのねじ軸４，４を同軸上に配置することで連結腕６の連結部（連結部材２５）においてモーメントが発生することがない。
なお、図５では同じ形状の駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを用い、奇数番目の駆動ユニット１０Ｂを反転して使用した例を示したが、奇数番目用の駆動ユニットと偶数番目用の駆動ユニットでオフセット量Ｆを逆方向にした駆動ユニットを用意し、サーボモータ８の向きを揃えて構成してもよい。
【００３５】
次に、第三実施形態について説明する。
本発明の第三実施形態は、上述の第一実施形態と同じ２つの駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂを用いており、図７および８に示すように、駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｂを、ナット５，５の配置と貫通穴２２の配置位置が同じ高さで同軸になるように向かい合わせて配置している点が第一実施形態とは異なっている。
【００３６】
図９は、第三実施形態での駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂ同士が近づいたときの図である。
同図（ａ）は、第一駆動ユニット１０Ａの二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４，４に着目した図であるが、ボールねじ１１Ｂのねじ軸４（ＢＳ−１Ｂ）は、第二駆動ユニット１０Ｂに干渉する位置まで張り出している。また同様に、同図（ｂ）は、第二駆動ユニット１０Ｂの二つのボールねじ１１Ａ，１１Ｂのねじ軸４，４に着目した図であるが、ボールねじ１１Ａのねじ軸４（ＢＳ−２Ａ）は、第一駆動ユニット１０Ａにそれぞれ干渉する位置まで張り出している。
【００３７】
しかし、図２（ａ）を参照して説明したように、各駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂには、他の駆動ユニットのねじ軸４との干渉を避けるための貫通穴２２および切り欠き部２４がねじ軸４の軸方向に沿って設けてあり、本実施形態においては、ナット５，５の配置と貫通穴２２の配置位置が同じ高さで同軸に向かい合わせになっているので、駆動ユニット１０Ａ、１０Ｂ同士を向かい合わせたときに、図８に示すように、互いのねじ軸４，４が相互の貫通穴２２を通るから、駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｂ同士の干渉を避けることができる。
【００３８】
なお、本発明に係る多段構造のアクチュエータは、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記各実施形態では、ボールねじ１１Ａ，１１Ｂのナット５，５相互にオフセット量Ｆを与えた例で説明したが、これに限らず、第一実施形態に示す構成において用いる場合にはこのオフセット量Ｆはなくてもよい。つまり、図１０に示す変形例のように、サーボモータ８、ボールねじ１１Ａ，１１Ｂのナット５，５の軸心ＣＬを一線上に配置してもよい。ただし、駆動ユニット間のねじ軸の干渉問題は上述同様に発生するから、駆動ユニット間のオフセット量Ｆと同じ間隔で各駆動ユニットに干渉問題を回避するための貫通穴や切欠きを設ける（同図は切り欠き２４を設けた例である）。
【００３９】
また、上記実施形態の変形例としては、例えば図１１および図１２に示すように、駆動ユニットの装着姿勢を９０°回転させて配置してもよい。なお、図１１および図１２に示す例は第二実施形態において駆動ユニットを９０°回転させた例である。
つまり、図１２に示すように、この変形例では、支持部材２６および連結腕６を、ベースＢ上に並列配置された二本の案内レール２上の相互の案内部材３を繋ぐように設けている。そして、その支持部材２６上に装着姿勢を９０°回転（サーボモータ８の側をベースＢ側）させた駆動ユニット１０Ａ〜１０Ｃを載置固定しており、また、連結腕６に連結部材２５を繋いでいる。このような構成であっても、上記第一ないし第二実施形態同様の作用および効果を奏する。
【００４０】
また、上記各実施形態では、貫通穴２２および切り欠き部２４は、特に穴の径について言及しなかったが、ねじ軸４と干渉しないように形成される点に加え、さらに、貫通穴２２および切り欠き部２４とねじ軸４との隙間を、例えば僅かな隙間を隔てて摺動するように調整してねじ軸４の振動を抑える構成としてもよい。また、摺動をより円滑にするために、ブッシュを介してねじ軸４が挿通されるようにしてもよい。
【００４１】
また、上記各実施形態では、２つ、または３つの駆動ユニットを用いて多段構造を構成した例で説明したが、これに限らず、駆動ユニットをさらに追加して多段構造（例えば４段以上）にしてもよい。
なおまた、長尺のボールねじをねじ軸回転駆動かつ高速回転で用いる場合には、危険速度が問題となる場合があるが、本発明に係る多段構造のアクチュエータは、ナット回転駆動なので、危険速度が問題となる場合には、例えば特許３４３８２８６号公報にあるような制振ダンパを採用することで危険速度の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る多段構造のアクチュエータの第一実施形態の平面図である。
【図２】図１の駆動ユニットを説明する図であり、同図（ａ）は図１でのＡ矢視図、また同図（ｂ）は（ａ）のＵ−Ｕ断面図である。
【図３】図１でのＶ−ＶからＺ−Ｚ断面をそれぞれ示す図（ａ）〜（ｅ）である。
【図４】各駆動ユニット間の距離が詰まった状態の図である。
【図５】本発明に係る多段構造のアクチュエータの第二実施形態の平面図である。
【図６】図５でのＶ−ＶからＺ−Ｚ断面をそれぞれ示す図（ａ）〜（ｅ）である。
【図７】本発明に係る多段構造のアクチュエータの第三実施形態の平面図である。
【図８】図７でのＶ−ＶからＺ−Ｚ断面をそれぞれ示す図（ａ）〜（ｅ）である。
【図９】各駆動ユニット同士が近づいたときの図である。
【図１０】本発明に係る多段構造のアクチュエータに用いられる駆動ユニットの変形例を説明する図であり、同図は、第一実施形態の図２に対応する図を示している。
【図１１】本発明に係る多段構造のアクチュエータの第二実施形態の変形例の平面図である。
【図１２】図１１でのＶ−ＶからＺ−Ｚ断面をそれぞれ示す図（ａ）〜（ｅ）である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 多段構造のアクチュエータ
２ 案内レール
３ 案内部材
４ ねじ軸
５ ナット
６ 連結腕
７ 固定腕
８ サーボモータ（モータ）
９ ユニットハウジング
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 駆動ユニット
１１Ａ，１１Ｂ ボールねじ
１２ 被駆動体連結腕
１８ 支持軸受
１９ 歯車機構
２０ 案内ユニット
２２ 貫通穴
２４ 切り欠き部
２５ 連結部材
２６ 支持部材
Ａ 被駆動体
Ｂ ベース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動ユニットと、該複数の駆動ユニットを案内する案内ユニットとを備える多段構造のアクチュエータであって、
前記案内ユニットは、各駆動ユニットに付設されてこれと一体に移動する案内部材と、該案内部材をスライド移動可能に支持する案内レールとを有し、
前記各駆動ユニットは、同じ案内レール上に配置されるとともに、一つのモータと、該一つのモータによって同時に駆動される二つのボールねじとを有し、
各駆動ユニットの二つのボールねじは、前記一つのモータによって歯車機構を介してナット回転で駆動されるように構成されており、さらに、隣り合う駆動ユニットのねじ軸相互が連結されるとともに、ねじ軸の回転が拘束されることによって被駆動体を搬送するようになっていることを特徴とする多段構造のアクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の駆動ユニットは、いずれも同一の構成であることを特徴とする請求項１に記載の多段構造のアクチュエータ。
【請求項３】
前記各駆動ユニットは、他の駆動ユニットのねじ軸との干渉を避けるための貫通穴または切り欠き部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の多段構造のアクチュエータ。
【請求項４】
前記複数の駆動ユニットは、隣り合う駆動ユニットのねじ軸相互が同軸に連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多段構造のアクチュエータ。
【請求項１】
複数の駆動ユニットと、該複数の駆動ユニットを案内する案内ユニットとを備える多段構造のアクチュエータであって、
前記案内ユニットは、各駆動ユニットに付設されてこれと一体に移動する案内部材と、該案内部材をスライド移動可能に支持する案内レールとを有し、
前記各駆動ユニットは、同じ案内レール上に配置されるとともに、一つのモータと、該一つのモータによって同時に駆動される二つのボールねじとを有し、
各駆動ユニットの二つのボールねじは、前記一つのモータによって歯車機構を介してナット回転で駆動されるように構成されており、さらに、隣り合う駆動ユニットのねじ軸相互が連結されるとともに、ねじ軸の回転が拘束されることによって被駆動体を搬送するようになっていることを特徴とする多段構造のアクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の駆動ユニットは、いずれも同一の構成であることを特徴とする請求項１に記載の多段構造のアクチュエータ。
【請求項３】
前記各駆動ユニットは、他の駆動ユニットのねじ軸との干渉を避けるための貫通穴または切り欠き部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の多段構造のアクチュエータ。
【請求項４】
前記複数の駆動ユニットは、隣り合う駆動ユニットのねじ軸相互が同軸に連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多段構造のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１３３５１９（Ｐ２０１０−１３３５１９Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１１２８１（Ｐ２００８−３１１２８１）
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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