JP4538212B2 - 駆動機構およびこれを用いた移動テーブル - Google Patents
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社団法人日本機械学会「機械工学便覧」新版、社団法人日本機械学会、昭和63年5月15日、B1−108 社団法人日本機械学会「機械工学便覧」新版、社団法人日本機械学会、1991年9月30日、B2−173
(1)駆動機構の移動ストロークを簡単に変更できない。すなわち、前者の駆動機構にあってはラックギヤ101の長さによって、また後者にあってはネジ軸111の長さによって一義的に移動ストロークが決定してしまい、駆動機構の設置後に容易に移動ストロークの変更を図れない。
(2)ラックギヤ101やネジ軸111の部分的な歯欠け、損傷に対しても、これらラックギヤ101およびネジ軸111の全体を交換しなければならず、メンテナンス性に欠ける。
(1)剛性面で有利な前者の駆動機構は、ピニオンギヤ103とラックギヤ101の歯同士の間に隙間(バックラッシ)を有し、このバックラッシに起因してガタツキが発生し、テーブル本体3の位置決め精度に劣る。また、両歯同士の接触は摺動接触であって転がり接触ではないため、摩耗し易く耐久性に欠け、更に高速駆動時の静穏性も悪い。
(2)位置決め精度面で有利な後者の駆動機構は、テーブル本体3から基台1へのストレスパスが、移動ストロークに応じて変化するという欠点を有する。すなわち、テーブル本体3から基台1への応力伝達は、図22に示すように、前記ナット113から始まって、これと係合するネジ軸111を通りそのネジ軸111の両端部111a,111bを経由してなされ、もってストレスパスの長さはネジ軸111の長さによって変化する。従って、長い移動ストロークが設定された場合には、ストレスパスは長くなる結果、その剛性は著しく低下してしまう。
更に、カムフォロアが異常の場合には、異常のカムフォロアのみを個別交換すれば良く、メンテナンス性に優れる。
また、当該駆動機構のストレスパスは、カムフォロアと係合する転動溝の部分を始端とし、カムを回転軸方向に経由した後、カムの被支持部分を終端とする。よって、そのストレスパスの長さは、前記相対移動ストロークに依存せずに専らカム自身によって定まる。従って、相対移動ストロークを長くしても、剛性が低下することはない。
更に、カムフォロアは、転動溝を転動する、すなわち転動溝を転がり接触するため、摩耗し難く耐久性に優れ、かつ高速駆動時の静穏性も良い。
また、カムフォロア列を複列化しているので、カムとカムフォロアとの係合を確実にすることができる。また、各カムフォロアに作用する負荷の分散軽減化が図れてその耐久性が向上する。
また、前記複数のカムフォロア列のうちの少なくとも二列は、互いに逆側の内側面を転動している。従って、転動溝とカムフォロアの外周面との間に隙間(バックラッシ)が存在する場合にあっても、これら二列のカムフォロア列が、回転軸方向におけるカムとカムフォロアとの間のガタツキを抑制する。
上記発明によれば、カムを一方向に回転することによって、その回転方向に対応する回転軸方向の一方向にカムフォロアを一義的に相対移動させることができる。
上記発明によれば、カムの全長を前記相対移動ストロークよりも短くしているので、相対移動ストロークの長さの割には、そのストレスパスを短くできて、もって駆動機構の剛性を高く維持できる。
上記発明によれば、カムの回転軸とカムフォロア列との間隔の調整によって、カムフォロアと転動溝との当接力を調整可能となり、よって転動溝にカムフォロアを確実に転動させることができる。
上記発明によれば、テーブル本体の相対移動ストロークの調整自由度に長け、メンテナンス性に優れ、しかも高剛性な移動テーブルを提供することができる。
上記発明によれば、床面に固定された基台から最も離間したテーブル本体は、複数の異なる相対移動方向に移動可能となり、もってテーブル本体の移動自由度の高い移動テーブルを提供することができる。
図1は第1参考例の駆動機構の正面図であり、図2は、その駆動機構の一部を破断して示す底面図である。また図3は、図1中のIII−III線矢視の断面図であって、前記駆動機構が移動体を移動する様子を示している。尚、図3のカムフォロアおよび円筒カムの外周面については断面視ではなく側面視で示している。
先ず、当該駆動機構は、移動体3の移動ストロークを容易に変更可能な点で優れている。つまり、移動体3の直進移動方向に沿ってカムフォロア11を設けるだけで容易にストローク変更を行える。例えば、ストロークを更に延長したい場合には、直進移動方向に沿ってカムフォロア11を追設すれば良く、逆に短縮したい場合には、この短縮分だけカムフォロア11を取り外せば良い。
また、メンテナンスの容易性の点でも優れる。すなわち、カムフォロア11が異常の場合には、異常のカムフォロア11のみを個別交換すれば良い。
更には、長い移動ストロークにおいても高剛性を維持可能な点でも優れる。つまり、この駆動機構のストレスパス(基台1から移動体3への応力の伝達経路)は、カムフォロア11と係合する転動溝23の部分を始端とし、円筒カム21を回転軸方向に経由した後、前記ローラベアリング41による円筒カム21の被支持部分を終端とする。よって、そのストレスパスの長さは、前記移動ストロークに依存せずに専ら円筒カム21自身によって定まる。従って、図3に示すように長い移動ストロークに設定しても高剛性を維持可能である。
また、耐久性および静穏性の点でも優れる。これは、カムフォロア11が、転動溝23を転がり接触するためであり、よって摩耗し難くかつ駆動音も小さい。
図4は、第2参考例の駆動機構の断面図であって、駆動機構が移動体3を動かす様子を示している。尚、この図4は、前記図3と同じ矢視で示している。また、図5は図4中のV部である。図6および図7は、本第2参考例を具体的に説明するための説明図であって、バックラッシによるガタツキを抑制する様子を示している。尚、図5乃至7では、カムフォロア11と転動溝23との接触状態が明瞭になるように、円筒カム21をその中心断面で示している。また、前記第1参考例と同じ構成については同じ符号を付して示し、その同じ構成部分の説明は省略する。
先ず図7を参照して、この駆動機構による円筒カム21の直進移動動作について概略説明する。図7(a)にその動作の初期状態を示すが、転動溝23を転動する二つのカムフォロア11,11は、それぞれの周面における互いに対向する部分を、互いに逆側の内側面23a,23bに当接させている。そして、これにより、これら内側面23a,23bの間の円筒カム21の部分21bを挟み込んでガタツキを抑えながら、円筒カム21の回転によって、これらカムフォロア11,11は回転軸方向に転動溝23の出口23dの方へ向けて移動し、絶対運動としては円筒カム21が直進移動するようになっている。最終的には、図7(d)に示すように、一方のカムフォロア11を出口23dから出して、その代わりに次のカムフォロア11を入口23cから転動溝23に入れることによって、円筒カム21は1ストロークだけ直進移動する。そして、この時には、この入って来たカムフォロア11と、転動溝23に残った方のカムフォロア11とによって円筒カム21の前記部分21bを挟み込んで、ガタツキを押さえ込むようになっている。
図8に、前記第2参考例の変形例に係る駆動機構を、また図9には図8中のIX部を示す。尚、図9では、カムフォロア13と転動溝25との接触状態が明瞭になるように、円筒カム21をその中心断面で示している。また、両図においては、前記第2参考例と同じ構成については同じ符号を付して示し、その同じ構成部分の説明は省略する。
前記第1および第2参考例は、カムフォロア列11aを1列だけ配置した単列配置であったが、本実施形態は、カムフォロア列11a,11aを2列配置した複列配置になっている点で相違する。すなわち、本実施形態では、図10乃至図15に示すように、前記直進移動方向に沿って2列のカムフォロア列11a,11bが互いに平行に並設されている。
図10および図11の駆動機構の正面図に、円筒カムの円周方向におけるカムフォロア列の設置位置例を一つずつ示す。
図10に示す例では、円周方向に沿って互いに90゜離れた位置に二つのカムフォロア列11a,11aが設置されている。詳細に説明すると、基台1上面は階段状の段差を一段有し、その上段側の上面1aには、リニアガイド5,5を介して移動体3が、段差に沿う方向に直進移動可能に配置されている。この移動体3は、上段側の上面1aから下段側の上面1bにかけて水平に延在して設けられ、その下段側の上面1b上方に位置する端部には円筒カム21が設けられている。この円筒カム21の外周面は、前記上段と下段とを繋ぐ鉛直な側面1cと、下段側上面1bとの両者を臨んでいる。このため、この外周面の転動溝23を転動可能なように、この鉛直な側面1cに、第1列目のカムフォロア列11aが転動軸を水平にして設けられ、また下段側の上面1bには、第2列目のカムフォロア列11aが転動軸を鉛直にして設けられている。尚、各カムフォロア11,11,…11の転動軸の延長線は円筒カム21の回転軸21aと直交するようになっており、これによって、転動溝23の内側面23a,23bにカムフォロア外輪12を倣わせた確実な転動を可能にしている。
図12および図14に示す円筒カム外周面の展開図に、カムフォロア列11a,11b同士の回転方向の位相の関係を二つ例示する。また、図13(a)および(b)には、図12中のA−A線矢視およびB−B矢視の断面図をそれぞれ示す一方で、図15(a)および(b)には、図14中のA−A線矢視およびB−B矢視の断面図をそれぞれ示す。
図16に、本発明に係る駆動機構を適用した移動テーブルの平面図を、また図17にその正面図を示す。尚、両図ともに一部を破断して示している。
この移動テーブル81は、マシニングセンタ等の工作機械に使用されるXYテーブルであり、その必須機能は、被加工物を載置するテーブル本体が、互いに直交するXYの2方向に水平移動可能になっていることである。
ここでは、このようなXYテーブル81を構築すべく、基台1,1'上面に前記駆動機構にて直進移動する移動体3,3'を備えた二つの移動テーブル83,83'を、上段下段の二段に積み重ねている。すなわち、下段側移動テーブル83'の移動体3'上に上段側移動テーブル83の基台1を固定してこれらを一体化している。そして、この一体化に際しては、これら移動テーブル3,3'の互い直進移動方向が直交するようにし、もって上段側の移動体3が、前述の2方向に移動可能なテーブル本体として機能するようになっている。尚、下段側の構成部材を上段側の構成部材に対して区別して示す便宜上、下段側移動テーブル83'に関する構成部材の符号には、'(ダッシュ)を付して示している。
このXYテーブル81は、床面に固設される水平な上面の基台1'と、この基台1'の上面に一対のリニアガイド5',5'を介して両持ち支持された中間テーブル3'と、この中間テーブル3'に一対のリニアガイド5,5を介して両持ち支持されたテーブル本体3とを備える。この基台1'上面のリニアガイド5',5'は、水平面におけるX方向に沿って配されており、もって中間テーブル3'はX方向に直進移動自在である。また、中間テーブル3'上のリニアガイド5,5はY方向に沿って配されており、もってテーブル本体3はY方向に直進移動自在となっている。よって、このテーブル本体3は、中間テーブル3'の移動を介してXY方向の任意位置に移動自在である。尚、言うまでもないが、この中間テーブル3'が、前述の下段側移動テーブル83'の移動体3'、およびこれに一体的に固定した上段側移動テーブル83の基台1の両者に対応している。
XYZテーブル100においては、前述したXYテーブル81が、Z方向に移動可能となっている。詳しくは、Z軸用基台106に、一対のリニアガイド102を設けるとともに、これらのリニアガイド102の間に、リニアガイド102に沿って直線上に配列されたカムフォロア列104を設けている。そして、前述した駆動機構と同様の構成により、基台1'が、Z軸用基台106に対して、Z方向へ移動可能となっている。
このように構成することにより、テーブル本体3は、X方向及びY方向のみならず、Z方向へも移動可能となる。
本発明に係る駆動機構の搬送ラインへの適用例について図面を参照しながら説明する。
図25に、本発明に係る駆動機構を適用した搬送ラインの適用例1の平面図を、また図26に図25のA−A断面図を示す。
この搬送ラインは、設置台112に搭載された部品、被加工物等の様々な物品を搬送するためのものである。
固定基台122上には、一対のリニアガイド132、及び、カムフォロア列134が設けられた移動可能な移動台130が設置されている。この移動台130は、回転可能な円筒カム116を有し、この円筒カム116がカムフォロア列128の各カムフォロアに順次係合して図25中のP2方向へ移動するよう構成されている。
各設置台112は、それぞれ回転可能な円筒カム114を有し、この円筒カム114がカムフォロア列126、134に係合して図25中の、P1、P3、又はP4方向へ移動可能となっている。
なお、各リニアガイド120、124、132の端部は、テーパー部を有している。これにより、移動台130が、あるリニアガイドから他のリニアガイドへ、容易に乗り移れるようになっている。
設置台112に搭載された物品は、設置台112とともに図25中のP1方向へ搬送され、移動台130上に至る。
移動台130上に至った物品及び設置台112は、移動台130のP2方向(黒矢印又は白抜き矢印にて示す方向)への移動に伴って、S1又はS2にて示される2点鎖線の位置に至る。
S1又はS2にて示される2点鎖線の位置に至った物品は、設置台112のP3方向又はP4方向への移動に伴ってさらに搬送されることとなる。
図27に、本発明に係る駆動機構を適用した他の適用例2の平面図を、また図28に図27の正面図(一部、断面図を含む)を示す。なお、同様の構成・機能を有するものについては、同じ符号を付している。
この適用例における設置台112の移動機構の基本的な構成は適用例1と同様であるので、説明を省略する。
図27において、左下に位置している設置台112は、矢印P11に示す方向へ必要に応じて適宜停止しつつ移動し、移動台(右側)130上に至る。
移動台(右側)130上に至った設置台112は、移動台130(右側)のP12方向への移動に伴って、S11にて示される2点鎖線の位置に至る。
S11にて示される2点鎖線の位置に至った設置台112は、矢印P14に示す方向へ必要に応じて適宜停止しつつ移動し、移動台(左側)130'上に至る。なお、この際、移動台(左側)130'は、図27においてS12にて示される2点鎖線の位置に位置している。
移動台(左側)130'上に至った設置台112は、移動台(左側)130'とともに矢印P16に示す方向へ移動する。
このように、適用例2のような形態によっても、効果的な搬送ラインを構成できる。
図29に、本発明に係る駆動機構を適用した他の適用例3の平面図を、また図30に回転テーブル150が回転した状態の図を示す。なお、同様の構成・機能を有するものについては、同じ符号を付している。
この適用例における設置台112の移動機構の基本的な構成は適用例1と同様であるので、説明を省略する。但し、この適用例3においては、回転可能な回転テーブル150上に、一対のリニアガイド132及びカムフォロア列134が設けられている。
図29において、中央上部に位置している設置台112は、矢印P24にて示す方向へ移動し、回転テーブル150上に至る。
設置台112が回転テーブル150上に至ると、回転テーブル150は、設置台112とともに反時計回りに90°回転し、図30に示した状態となる。
このような回転テーブル150の回転動作が終了した後、設置台112は、図29(図30)における矢印P23に示す方向へ移動し、S21にて示される2点鎖線の位置に至る。
なお、このような設置台112の移動は一例に過ぎない。
回転テーブル150を、設置台112とともに時計回りに90°回転させて、かかる回転動作が終了した後、設置台112を、図29(図30)における矢印P21に示す方向へ移動させてもよいし、回転テーブル150を回転させることなく、設置台112を、図29(図30)における矢印P22に示す方向へさらに移動させてもよい。
図31に、本発明に係る駆動機構を適用した他の適用例4の正面図を、また図32に、本発明に係る駆動機構を適用した他の適用例4の上面図を示す。なお、同様の構成・機能を有するものについては、同じ符号を付している。
前述した適用例1乃至3は、平面的な搬送ラインであったが、この適用例4は、立体的な搬送ラインである。
この適用例における設置台112の移動機構の基本的な構成は適用例1と同様であるので、説明を省略する。
図31において、左部分に2点鎖線にて示した設置台112は、矢印P31に示す方向へ移動し、移動台130上に至る。
移動台130上に至った設置台112は、移動台130のP32方向への移動(上方向への移動)に伴って、S31にて示される2点鎖線の位置に至る。
S31にて示される2点鎖線の位置に至った設置台112は、矢印P34に示す方向へ移動し、右上部に2点鎖線にて示した位置に至る。
また、設置台112を搭載した移動台130がP33方向へ移動(下方向へ移動)した場合には、設置台112がS32にて示される2点鎖線の位置に至る。
S32にて示される2点鎖線の位置に至った設置台112は、矢印P35に示す方向へ移動し、右下部に2点鎖線にて示した位置に至る。
図33に、本発明に係る駆動機構を適用した他の適用例5の正面図を示す。なお、同様の構成・機能を有するものについては、同じ符号を付している。
前述した適用例1乃至3は、平面的な搬送ラインであったが、この適用例5も、適用例4と同じく、立体的な搬送ラインである。
この適用例5においては、移動台130が、リニアガイド124に沿って、S41乃至S45の位置に移動可能となっている。
移動台130がS45の位置に位置している状態では、図33において左側に位置しているリニアガイド120について、リニアガイド120上の設置台112が右方向へ動いて移動台130上へ移ること、及び、移動台130上の設置台112が左方向へ動いてリニアガイド120上へ移ることが可能である。さらに、図33において右側に位置しているリニアガイド120について、リニアガイド120上の設置台112が左方向へ動いて移動台130上へ移ること、及び、移動台130上の設置台112が右方向へ動いてリニアガイド120上へ移ることが可能である。
また、移動台130がS41乃至S43の位置に位置している状態では、図33において右側に位置しているリニアガイド120について、リニアガイド120上の設置台112が左方向へ動いて移動台130上へ移ること、及び、移動台130上の設置台112が右方向へ動いてリニアガイド120上へ移ることが可能である。
図34に、本発明に係る駆動機構を適用した他の適用例6の正面図を、また図35に、本発明に係る駆動機構を適用した他の適用例6の側面図を、また図36に、本発明に係る駆動機構を適用した他の適用例6の上面図を示す。なお、同様の構成・機能を有するものについては、同じ符号を付している。この適用例6も、適用例4、5と同じく、立体的な搬送ラインである。
この適用例における設置台112の移動機構の基本的な構成は適用例1と同様であるので、説明を省略する。但し、この適用例6においては、回転可能な旋回部160を上部及び下部に設け、その表面及び裏面上に、それぞれ、一対のリニアガイド132及びカムフォロア列134を配置している。
図34、35において、最下部に2点鎖線にて示した設置台112、すなわち、下部の旋回部160上の設置台112は、矢印P51に示す方向(上方向)へ移動し、下部の旋回部160から離れる。
下部の旋回部160から離れた設置台112は、さらに、矢印P51に示す方向(上方向)へ移動し、上部の旋回部160上に至る。
設置台112が上部の旋回部160上に至ると、上部の旋回部160は、180°旋回する。
上部の旋回部160が180°旋回すると、上部の旋回部160上の設置台112は、矢印P52に示す方向(下方向)へ移動し、上部の旋回部160から離れる。
上部の旋回部160から離れた設置台112は、さらに、矢印P52に示す方向(下方向)へ移動し、下部の旋回部160上に至る。
設置台112が下部の旋回部160上に至ると、下部の旋回部160は、180°旋回する。
図37に、本発明に係る駆動機構を適用した他の適用例7の斜視図を示す。なお、同様の構成・機能を有するものについては、同じ符号を付している。
この適用例7は、本発明に係る駆動機構を適用したエレベータシステムの一例である。エレベータ170には、不図示の、回転可能な円筒カムを有し、この円筒カムがカムフォロア列126の各カムフォロアに順次係合して上下方向へ移動可能となっている。
このようなエレベータシステムによれば、各エレベータ170がそれぞれ独自に自走可能となっているから、自由度の高いエレベータシステムを構成できる。
なお、図37には、エレベータ170が二個示されているが、エレベータ170の数はいくつであってもよい。
図38に、本発明に係る駆動機構を適用した他の適用例8の正面図を示す。なお、同様の構成・機能を有するものについては、同じ符号を付している。この適用例8も、適用例7と同じく、エレベータシステムである。
この適用例8においても、エレベータ170には、不図示の、回転可能な円筒カムを有し、この円筒カムがカムフォロア列の各カムフォロアに順次係合して上下左右方向へ移動可能となっている。
図38において、右上部に位置している移動台130上のエレベータ170は、図38における矢印P63方向(下方向)へ移動し、リニアガイド120上に移り、必要に応じて各階にて停止する。
エレベータ170がリニアガイド120上をさらに矢印P63方向(下方向)へ移動すると、右下部の移動台130上に至る。
エレベータ170が右下部の移動台130上に至った後、右下部の移動台130が矢印P64方向(左方向)へ移動し、2点鎖線にて示すS61の位置に至る。
移動台130が2点鎖線にて示すS61の位置に至ると、エレベータ170は矢印P61方向(上方向)へ移動し、リニアガイド120上に移り、必要に応じて各階にて停止する。
エレベータ170がリニアガイド120上をさらに矢印P61方向(上方向)へ移動すると、2点鎖線にて示すS62の位置にて待機する移動台130上へ至る。
エレベータ170が移動台130上に至った後、移動台130が、2点鎖線にて示すS62の位置から、矢印P62方向(右方向)へ移動し、これにより、エレベータ170は移動台130とともに右上部に至る。
更には、適宜な軸継ぎ手を介して円筒カムの回転軸にモータの出力回転軸を直結させて駆動回転しても良い。
3 移動体、本テーブル(部材)
11 カムフォロア
11a,11b カムフォロア列
21 カム、円筒カム
23 転動溝
Claims (6)
- 直進の相対移動可能に案内された二部材間に介装されて、これら二部材を相対移動させるための駆動機構であって、
一方の部材に回転可能に軸支され、前記直進の相対移動方向に沿って適宜間隔に配列された複数のカムフォロアと、
他方の部材に回転可能に軸支され、該回転軸を前記直進の相対移動方向に沿わせて設けられるとともに、前記カムフォロアを係合させて転動させるための転動溝を外周面に有するカムと、
前記カムを駆動回転する駆動源とを備え、
前記カムを駆動回転して、前記転動溝に前記複数のカムフォロアを順次転動させて前記回転軸方向に移動させることによって、前記二部材を直進の相対移動させ、
前記カムフォロアが軸支された一方の部材は、床面に固定された基台であるとともに、前記カムが軸支された他方の部材は、前記直進の相対移動可能に前記基台に支持された移動体であり、
前記駆動源が、前記移動体に設けられており、
前記直進の相対移動方向に沿って配列された複数のカムフォロアからなるカムフォロア列を、複数列並設しており、
前記転動溝は、互いに対向する一対の内側面と、これら内側面を繋ぐ底面とからなり、前記カムフォロアは、その外周面を前記内側面に当接させつつ転動し、
各カムフォロア列毎に、その列のカムフォロアが転動する内側面は、いずれか一方の内側面に統一されているとともに、これらカムフォロア列のうちの少なくとも二列は、互いに前記一対の内側面のうちの逆側の内側面を転動することを特徴とする駆動機構。 - 前記カムは、前記回転軸方向における両端部を回転可能に軸支され、
前記転動溝は、その回転軸方向に亘ってカムの外周面に形成されるとともに、該回転軸方向における溝位置が、前記カムの円周方向に沿って一方向に変位してなる螺旋状溝であり、
該転動溝を転動するカムフォロアが転動溝から外れる前に、その隣に位置するカムフォロアが転動溝での転動を開始することを特徴とする請求項1に記載の駆動機構。 - 前記回転軸方向におけるカムの外周面の全長は、前記直進の相対移動のストロークよりも短く設定されていることを特徴とする請求項2に記載の駆動機構。
- 前記転動溝は、深さ方向に溝幅が狭くなるテーパー溝であり、前記カムフォロアの外周形状は、前記テーパー溝にテーパー勾配を倣わせたテーパー円周形状であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の駆動機構。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の駆動機構を備え、
前記カムが軸支された他方の部材は、前記直進の相対移動可能に前記基台に支持されたテーブル本体であることを特徴とする移動テーブル。 - 請求項5に記載の複数の移動テーブルを、互いの相対移動方向が異なるように多段に積み重ねたことを特徴とする移動テーブル。
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