JP2000230548A - 曲線レールを用いた三次元案内装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡易な構成で三次元空間内の所定の曲面に沿っ
てテーブル等の可動体を運動させることができ、且つ、
その制御も簡単な三次元案内装置を提供する。 【解決手段】基礎上に固定される下側レール固定部材１
３と、この下側レール固定部材１３を介して基礎上に固
定される第１の曲線レール１１と、この第１の曲線レー
ル１１に沿って運動する下側スライダ１２と、可動体に
固定される上側レール固定部材２７と、この上側レール
固定部材２７を介して上記第１の曲線レール１１と直角
に交わるように固定される第２の曲線レール２１と、こ
の第２の曲線レール２１に沿って運動すると共に上記下
側スライダ１２に固定される上側スライダ２２とから構
成され、上記下側スライダ１２の運動軌跡を含む平面が
上側スライダ２２の運動軌跡を含む平面と交わるように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テーブル等の可動体を
三次元空間内で自在に案内する三次元案内装置に係り、
詳細には、曲線レールの組合せにより所定の曲面内にお
いて上記可動体を自在に案内する三次元案内装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の三次元案内装置は、図１
１に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に夫々直線
運動する３組の直線案内部１０１，１０２，１０３から
構成されるものが知られている。各直線案内部は直線レ
ールとこの直線レールに沿って運動するスライダとから
構成され、Ｘ方向直線案内部１０１の直線レール１０１
ａに沿って運動するスライダ１０１ｂにはサドル１０４
が取り付けられ、このサドル１０４上にはＹ方向直線案
内部１０２の直線レール１０２ａが取付けられている。
また、直線レール１０２ａに沿って運動するＹ方向直線
案内部１０２のスライダ１０２ｂにはＸＹ平面と直交す
るＺ方向取付面１０５を備えたサドル１０６が取付けら
れ、更にこのＺ方向取付面１０５にはＺ方向直線案内部
１０３の直線レール１０３ａが取り付けられている。

【０００３】そして、このように構成された従来の三次
元案内装置では、各直線案内部１０１，１０２，１０３
において直線レールに対するスライダの移動量を調整す
ることで、Ｚ方向直線案内部１０３のスライダ１０３ｂ
に取り付けられたテーブル１０７が三次元空間内の任意
の位置に案内されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の三
次元案内装置は三方向の直線案内部を積み重ねて構成さ
れているため、その構造が複雑でコストが高く、またコ
ンパクト化を図り辛いという問題点があった。更に、テ
ーブルを三次元空間内の目標とする位置に設定するため
には各直線案内部に対する三つのパラメータを制御しな
くてはならず、その制御が大変に面倒であった。特に三
次元空間内の所定の曲面に沿ってテーブルを運動させる
場合には各直線案内部の制御が非常に複雑なものとなる
という問題点もあった。

【０００５】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは、簡易な構成で三
次元空間内の所定の曲面に沿ってテーブル等の可動体を
運動させることができ、且つ、その制御も簡単な三次元
案内装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は所定の曲率で円弧状に形成された曲線レー
ルを他の曲線レールあるいは直線レールと組み合わせて
三次元案内装置を構成するものである。

【０００７】すなわち、本発明が提供する第一の三次元
案内装置は、所定の曲率で円弧状に形成された曲線レー
ル及びこの曲線レールに沿って運動するスライダを備え
た第一の案内部と、この第一の案内部と同様に曲線レー
ル及びスライダを備え、これら曲線レール及びスライダ
のいずれか一方が上記第一の案内部のスライダに固定さ
れると共に他方には可動体が固定される第二の案内部と
から構成され、第一の曲線案内部のスライダの運動軌跡
を含む平面が第二の曲線案内部のスライダの運動軌跡を
含む平面と交わっていることを特徴とするものである。

【０００８】このような技術的手段において、上記第一
及び第二の案内部の曲線レールの曲率は夫々任意に選択
して差し支えなく、これにより第二の案内部の曲線レー
ル又はスライダに固定された可動体を三次元空間内の任
意の曲面に沿って案内することができる。すなわち、第
一及び第二の案内部の曲線レールの曲率が互いに同一で
あれば可動体の移動曲面は完全な球面となり、互いに異
なった曲率であれば可動体の移動曲面は一方に細長い球
面となる。

【０００９】また、第一の案内部のスライダの運動軌跡
を含む平面と第二の案内部のスライダの運動軌跡を含む
平面とは必ずしも直交する必要はなく、所定の角度を有
して交わっているものであれば良い。

【００１０】更に、本発明が提供する第二の三次元案内
装置は、レール及びこのレールに沿って運動するスライ
ダを備えた第一の案内部と、この第一の案内部と同様に
レール及びスライダを備え、これらレール及びスライダ
のいずれか一方が上記第一の案内部のスライダに固定さ
れると共に他方には可動体が固定される第二の案内部と
から構成され、上記第一の案内部及び第二の案内部のレ
ールのうち、そのいずれか一方が所定の曲率で円弧状を
なす曲線レールに、他方が直線レールに形成されると共
に、上記曲線レールに沿って運動するスライダの運動軌
跡を含む平面が直線レールに沿って運動するスライダの
運動方向と交わっていることを特徴とするものである。

【００１１】このような技術的手段において、曲線レー
ルの曲率を任意に選択して良いことは先に述べた通りで
ある。また、曲線レールに沿って運動するスライダの運
動軌跡を含む平面は直線レールに沿って運動するスライ
ダの運動方向と必ずしも直交する必要はなく、所定の角
度を有して交わっているものであれば良い。従って、こ
の第二の三次元案内装置ではこの角度並びに曲線レール
の曲率を任意に選択することにより、可動体の運動曲面
を任意に設計することができる。

【００１２】

【作用】上記技術的手段は以下のように作用する。先
ず、夫々に曲線レールを備える第一及び第二の案内部を
組み合わせた三次元案内装置においては、各案内部にお
いてスライダが所定の曲率で円弧状に運動するので、各
案内部のスライダの運動軌跡を含む平面が互いに交わる
ようにこれら案内部を組み合わせると、第二の案内部に
よって案内される可動体は特定の曲面に沿って運動する
ことになる。

【００１３】また、例えば、第一の案内部の曲線レール
を直線レールに置き換えた三次元案内装置においては、
第一の案内部のスライダは直線運動をする一方、第二の
案内部のスライダは円弧状に運動するので、第一の案内
部のスライダの運動方向と第二の案内部のスライダの運
動軌跡を含む平面とが互いに交わるようにこれら案内部
を組み合わせると、第二の案内部によって案内される可
動体はやはり特定の曲面に沿って運動することになる。
第一の案内部を曲線レールにし、第二の案内部を直線レ
ールにした場合もこれと同じである。

【００１４】従って、これら技術的手段によれば、従来
は三つの直線案内部の組合せによって行われていた可動
体の三次元的な案内を二つの案内部の組合せによって実
現することができる。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の曲線レー
ルを用いた三次元案内装置を詳細に説明する。図１乃至
図２は本発明の三次元案内装置の第一実施例を示すもの
であり、符号１は所定の曲率で円弧状に形成された曲線
レール１１，１１及びこれに沿って運動するスライダ１
２，１２を備えた第一の案内部、符号２は上記第一の案
内部１と同様に曲線レール２１，２１及びスライダ２
２，２２を備えた第二の案内部である。

【００１６】各案内部は夫々チャネル状に形成されたレ
ール固定部材１３，２３を備え、各曲線レール１１，２
１はこれらレール固定部材１３，２３の側壁１４，１４
あるいは２４，２４の上端縁に外側から固定されてい
る。また、この実施例においてはいずれの案内部１，２
においても、曲線レール１１，２１の曲率中心が各案内
部１，２の上方に位置するように曲線レール１１，２１
を固定している。

【００１７】更に、第一の案内部１のスライダ１２，１
２にはレール固定部材１３を跨ぐようにしてサドル１５
が配設される一方、第二の案内部２のスライダ２２には
やはりレール固定部材２３を跨ぐようにして可動体３が
配設されている。図３はスライダ２２に対する上記可動
体３の固定状態を示すものであり、可動体３はその側方
から挿入される取付ボルト４によってスライダ２２に固
定されている。また、敢えて図示はしないが、上記サド
ル１５も同様にして取付ボルトでスライダ１２に固定さ
れている。尚、同図において符号５は曲線レール２１を
レール固定部材２３の側壁２４に固定するための固定ボ
ルトである。

【００１８】一方、図４乃至図６は各案内部１，２の曲
線レール１１，２１及びスライダ１２，２２として用い
られる曲線案内装置を示している。先ず、符号６は両側
面に夫々２条ずつのボール転走溝６１，６１を備えた曲
線レールであり、所定の曲率で円弧状に形成されてい
る。また、この曲線レールには所定の間隔で貫通孔６２
が穿設されており、上記レール固定部材１３あるいは１
４に螺合する固定ボルト５がこの貫通孔６２に挿入され
る。

【００１９】符号７はスライダであり、スライダブロッ
ク７１と、その移動方向の前後両端面に取り付けられた
一対のエンドキャッフ７２，７２とから構成されてい
る。スライダブロック７１は上記曲線レール６の上半分
が僅かな隙間を保持して嵌合する凹部を備え、この凹部
の両側面には上記曲線レール６のボール転走溝６１と相
俟って多数のボール８を挟み込む負荷ボール溝７３が形
成されている。また、このスライダブロック７１には上
記負荷ボール溝に対応したボール戻し孔７４が形成され
る一方、上記エンドキャップ７２には負荷ボール溝７３
の両端とボール戻し孔７４の両端とを連結するボールリ
ターン孔７５形成されている。従って、エンドキャップ
７２をスライダブロック７１に固定すると、図６に示す
ようにボール８の無限循環路が形成され、スライダ７の
移動に伴ってボール８がこの無限循環路内を循環する。
尚、図５中の符号７６，７６及び７７は、スライダ７を
曲線レール６から取り外した際にボール８が脱落するの
を防止するボールリテーナである。

【００２０】このように構成されたスライダ７は、スラ
イダブロック７１の取付面７８に穿設したボルト孔７９
に螺合する取付ボルト４によってサドル１５あるいは可
動体３に固定されている。従って、図１においてスライ
ダ１２に固定された上記サドル１５及びスライダ２２に
固定された可動体３は、夫々上記曲線レール１１，２１
に沿ってレール固定部材１３，２３上を自在に運動す
る。

【００２１】そして、本実施例では、第一の案内部１に
おけるサドル１５の運動軌跡を含む平面と第二の案内部
２における可動体３の運動軌跡を含む平面とが直交する
ように、上記サドル１５とレール固定部材２３とを連結
している。これによって可動体３は図１中の矢線Ａ方向
及びＢ方向へ案内されることとなり、両方向への運動が
複合された結果として、曲線レール１１，２１の曲率と
同一曲率の球面に沿って自在に案内されることになる。

【００２２】また、本実施例では可動体３をこの球面上
の任意の位置に設定するため、ラック・ピニオン機構に
よってサドル１５をレール固定部材１３上で移動させ、
また可動体３をレール固定部材２３上で移動させてい
る。具体的には、各レール固定部材１３，２３の側壁１
４，２４の内側に曲線レール１１，２１と同一の曲率で
円弧状に形成されたラック８，８を夫々取付ける一方、
サドル１５及び可動体３にはモータ９，９を取付け、こ
のモータ９，９の出力軸に固定されたピニオン１０，１
０を夫々上記ラック８に噛み合わせている。従って、可
動体３は二つのモータ９，９の出力に応じて上記球面の
任意の位置に設定される。

【００２３】次に、図７は本発明の第二実施例を示すも
のである。この実施例では第一の案内部の曲線レール１
１の曲率中心を当該案内部１の下方に位置させ、これに
伴いこの案内部のレール固定部材を図示のレール固定部
材２５に変更した。その他の構成は上記第一実施例と同
じなので、図中に同一符号を付してその説明は省略す
る。

【００２４】そして、この実施例によれば可動体３は図
７中の矢線Ｃ方向及びＤ方向へ案内されることとなり、
両方向への運動が複合された結果として、可動体３は半
円筒の内周面が反り返った形状に疑似した曲面に沿って
案内されることになる。

【００２５】次に、図８は本発明の第３実施例を示すも
のである。この実施例において、第二の案内部２は第一
実施例のものと同一であるが、第一の案内部１について
はこれを直線案内部とした。すなわち、ベッド等の固定
部材１６上に一対の直線レール１７，１７を配設し、こ
の直線レール１７に沿って運動するスライダ１８にサド
ル１９を固定している。そして、サドル１９と第二の案
内部２のレール固定部材２３とを連結し、上記直線レー
ル１７に沿って配設されたボールねじ２０でサドルを推
進するように構成した。尚、符号１０はボールねじ２０
のねじ軸を回転させるモータである。第二の案内部２に
ついては第一実施例と同じ構成なので、図中に同一符号
を付してその説明は省略する。

【００２６】従って、この実施例によれば、可動体３は
図中の矢線Ｅ方向に沿って曲線運動をする一方、矢線Ｆ
方向に沿って直線運動をするので、両方向への運動が複
合された結果として、可動体３は半円筒の内周面に疑似
した曲面に沿って案内されることになる。

【００２７】次に、図９は本発明の第四実施例を示すも
のである。この実施例においては、第二の案内部２のス
ライダ２２を第一の案内部１のサドル２６に固定し、可
動体２７を第二の案内部２の曲線レール２１に固定した

【００２８】従って、第二の案内部２では曲線レール２
１がスライダに沿って矢線Ｇ方向へ曲線運動することと
なり、結果的に可動体２７は第一実施例と同様に球面に
沿って自在に案内されることになる。すなわち、本発明
では第一の案内部１のスライダ１２に対しては第二の案
内部２のスライダ２２あるいは曲線レール２１のいずれ
を連結しても差し支えなく、いずれの場合でも第二の案
内部の曲線レールあるいはスライダに固定された可動体
を曲線レールあるいは直線レールの組合せに応じた任意
の曲面に沿って案内することができる。

【００２９】また、この実施例において、第二の案内部
２の駆動は可動体２７に取り付けた曲線ラック８をサド
ル２６に取り付けたピニオン１０と噛み合わせて行わ
れ、ピニオン１０を駆動するモータ２８も上記サドル２
６に搭載されている。一方、第一の案内部１の駆動は、
上記実施例と異なり、レール固定部材１３の長手方向に
沿って配設されたボールねじによって行われている。

【００３０】図１０はこの駆動機構を示すものであり、
符号３１は上記ボールねじのナットと一体に形成された
スライダ、符号３２はこのスライダ３１を案内するチャ
ネル状の軌道レール、符号３３は上記ボールねじのねじ
軸３４を回転させるモータである。上記スライダ３１は
軌道レール３２と相俟って多数のボールを挟みこむと共
に上記ねじ軸３４に螺合しており、モータ３３がねじ軸
３４を回転させると軌道レール３２に沿ってＨ方向へ運
動する。

【００３１】また同図において符号３５は上記スライダ
に固定された取付台、符号３６はこの取付台に立設され
た直線案内装置のガイドレールである。更に、符号３７
は上記ガイドレールに沿って矢線Ｉ方向へ運動するスラ
イダ、符号３８はこのスライダ３７と上記サドル２６と
を揺動自在に連結する継手である。

【００３２】このように構成された駆動機構では上記モ
ータ３３を回転させるとねじ軸のピッチに応じてスライ
ダが矢線Ｈ方向へ移動し、サドル２６が継手３８に押し
引きされて第一の案内部の曲線レールに沿って運動す
る。また、このときサドルは円弧状に運動するため、ス
ライダ３７が矢線Ｉ方向へ移動してレール固定部材１３
の底面に対するサドル２６の高さの変化に追従する一
方、継手３８が矢線Ｊ方向へ揺動してスライダ３７に対
するサドル２６の角度の変化に追従する。その結果、ボ
ールねじによってサドル２６を曲線レール１１に沿った
円弧状に案内することができる。

【００３３】尚、ボールねじを用いた図１０の駆動機構
は第一の案内部１のサドル２６の駆動にのみ適用し得る
ものではなく、第二の案内部２の可動体２７の駆動にも
適用することができる。また、上記第一乃至第三実施例
において、ラック・ピニオン機構に代えてこのボールね
じ駆動機構を用いても差し支えない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の曲線
レールを用いた三次元案内装置によれば、曲線レールを
備える曲線案内部を他の曲線案内部あるいは直線案内部
と組み合わせることにより、三次元空間内の所定の曲面
に沿ってテーブル等の可動体を運動させることができる
ので、従来は三つの直線案内部の組合せによって行われ
ていた可動体の三次元的な案内を二つの案内部の組合せ
によって実現することができ、装置構造が簡易化して低
コストを実現できる他、その装置制御も簡易化すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の三次元案内装置の第一実施例を示す
斜視図である。

【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】 第一実施例に係る可動体とスライダとの組立
て状態を示す分解斜視図である。

【図４】 第一実施例に係る曲線レール及びスライダを
示す斜視図である。

【図５】 図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】 第一実施例に係る曲線レール及びスライダを
示す平面図である。

【図７】 本発明の三次元案内装置の第二実施例を示す
斜視図である。

【図８】 本発明の三次元案内装置の第三実施例を示す
斜視図である。

【図９】 本発明の三次元案内装置の第四実施例を示す
斜視図である。

【図１０】 第四実施例に係るボールねじ駆動機構を示
す斜視図である。

【図１１】 従来の三次元案内装置を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…第一の案内部、２…第二の案内部、３…可動体、１
１…曲線レール（第一の案内部）、１２…スライダ（第
一の案内部）、１７…直線レール、２１…曲線レール
（第二の案内部）、２２…スライダ（第二の案内部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基礎上に固定される下側レール固定部材
   と、この下側レール固定部材を介して基礎上に固定され
   る第１の曲線レールと、この第１の曲線レールに沿って
   運動する下側スライダと、可動体に固定される上側レー
   ル固定部材と、この上側レール固定部材を介して上記第
   １の曲線レールと直角に交わるように固定される第２の
   曲線レールと、この第２の曲線レールに沿って運動する
   と共に上記下側スライダに固定される上側スライダとか
   ら構成され、上記下側スライダの運動軌跡を含む平面が
   上側スライダの運動軌跡を含む平面と交わっていること
   を特徴とする三次元案内装置。