JPH0988954A - 複合運動駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡易な構造で往復運動及び回転運動の双方を取
り出すことができ、しかも安価に製作することが可能な
複合運動駆動装置を提供する。 【解決手段】外周にボールねじ溝及びボールスプライン
溝が形成された出力軸１と、この出力軸１に回転可能に
螺合するボールねじナット２と、上記出力軸１に対して
その軸方向に相対移動可能に嵌合するボールスプライン
ナット３と、上記スクリューナット２及びボールスプラ
インナット３を回転可能に保持するハウジング４と、上
記ボールねじナット２をハウジング４に対して回転駆動
するサーボモータ５と、上記ボールスプラインナット３
をボールねじナット２に対して適宜連結し、ボールねじ
ナット２の回転をボールスプラインナット３に伝達する
電磁クラッチ１７と、上記ボールスプラインナット３の
ハウジング４に対する回転運動を適宜拘束するピン１５
及びソレノイド１６と、これら電磁クラッチ１７及びソ
レノイド１６のオン／オフ動作並びに上記サーボモータ
５の回転を制御する制御手段とから構成されることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば工業用ロボ
ットアーム、ＮＣ工作機械のＡＴＣ装置等に用いられ、
出力軸に往復運動及び回転運動を適宜を行わせることが
可能な複合運動駆動装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来、この種の複合運動駆動装置として
は、図４に示すようなボールねじ・スプラインを使用し
たものが知られている。このボールねじスプラインは、
一本の出力軸５０の外周面に螺旋状のボールねじ溝５１
及び軸方向に延びるボールスプライン溝５２を重複して
形成し、上記ボールねじ溝５１にはボールねじナット５
３を螺合させる一方、上記ボールスプライン溝５２には
ボールスプラインナット５４を嵌合させたものであり、
これらボールねじナット５３及びボールスプラインナッ
ト５４の停止・回転の選択に応じ、上記出力軸５０が軸
方向へストロークあるいは回転運動を行うように意図さ
れている。従って、取付ハウジングに対して上記ボール
ねじナット５３及びボールスプラインナット５４を自在
に回転させることができるよう、これら各ナット５３，
５４の外周面には無数のボール５５，５６を介してサポ
ートベアリング５７，５８が組み付けられている。

【０００４】図５は、上記ボールねじ・スプラインを使
用して構成した従来の往復運動駆動装置を示すものであ
る。同図において、ボールねじナット５３及びボールス
プラインナット５４の各サポートベアリング５７，５８
はハウジング５９に固定されており、各ナット５３，５
４がハウジング５９に対して回転自在に支持されてい
る。また、ボールねじナット５３及びボールスプライン
ナット５４の夫々の端部にはプーリ６０，６１が固定さ
れ、これらプーリ６０，６１に架け回されるタイミング
ベルトによって図示外のモータの回転力が各ナット５
３，５４に伝達されるようになっている。

【０００５】ここで、上記ボールねじナット５３は、出
力軸５０のボールねじ溝５１に対向する螺旋状の負荷ボ
ール溝６２が内周面に形成されたナット本体６３と、こ
のナット本体６３の両端部に固定されてボール６４の無
限循環を介助する一対のエンドキャップ６５と、出力軸
５０のボールねじ溝５１とナット本体６３の負荷ボール
溝６２の間に挟み込まれた無数のボール６４とから構成
されており、出力軸５０とボールねじナット５３との相
対的な回転運動に伴い上記ボール６４が上記ボールねじ
溝５１と負荷ボール溝６２との間を転動するようになっ
ている。また、上記ナット本体６３にはその軸方向に沿
ってボール戻し孔６６が形成される一方、上記エンドキ
ャップ６５にはナット本体６３の負荷ボール溝６２を転
走し終えたボール６４を上記ボール戻し孔６６に送り込
むための方向転換溝（図示せず）が形成されており、ボ
ールねじナット５３の回転に伴ってボール６４が無限循
環するように構成されている。

【０００６】また、上記ボールスプラインナット５４
は、出力軸５０のボールスプライン溝５２に対向する負
荷ボール溝６７が内周面に形成されたナット本体６８
と、出力軸５０のボールスプライン溝５２とナット本体
６８の負荷ボール溝６７の間に挟み込まれた無数のボー
ル６９と、上記ナット本体６８の中空部に固定されて上
記ボール６９を案内保持するボール保持器７０とから構
成されており、出力軸５０とボールねじナット５４との
相対的な回転を防止しつつ、出力軸５０を軸方向へ案内
するようになっている。

【０００７】そして、以上のように構成された従来の複
合運動駆動装置では、図示外の２つのモータを用いて上
記ボールねじナット５３及びボールスプラインナット５
４の夫々を別個独立に回転させ、上記ボールねじナット
５３の回転運動とボールスプラインナット５４の回転運
動とを組み合せることにより、出力軸５０のストローク
運動、回転運動、あるいはストローク及び回転を組み合
わせたスパイラル運動が得られるようになっている。例
えば、ボールスプラインナット５４を静止させた状態で
ボールねじナット５３を回転させると、出力軸５０から
はボールねじナット５３の回転方向に応じたストローク
運動が得られる。また、ボールねじナット５３を静止さ
せた状態でボールスプラインナット５４を回転させる
と、出力軸５０からはボールスプラインナット５４の回
転方向に合致したスパイラル運動が得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の複合運動駆動装置は、ボールねじナット及びボール
スプラインナットの回転運動を組み合わせることで、出
力軸から所望の運動を取り出しているので、前述のよう
にボールねじナット及びボールスプラインナットを独立
して駆動する２つのモータが必要となり、しかもこれら
のモータの回転を関連づけて制御する必要があり、装置
が複雑で且つ高価なものとならざるを得なかった。

【０００９】また、このように出力軸の運動はボールね
じナット及びボールスプラインナットの回転／停止の組
合せから作り出されるが、これらボールねじナット及び
ボールスプラインナットの停止は専らモータの自己保持
力によってなされるので、モータが十分な自己保持力を
発揮できない場合には主力軸の運動精度が損なわれてし
まう。このため、従来の装置では十分な自己保持力を発
揮し得る大型のモータを使用する必要が生じ、この点に
おいても装置が高価なものとならざるを得なかった。

【００１０】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、簡易な構造で往
復運動及び回転運動の双方を取り出すことができ、しか
も安価に製作することが可能な複合運動駆動装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の複合運動駆動装置は、外周にねじ溝及びス
プライン溝が形成された出力軸と、この出力軸に回転可
能に螺合するスクリューナットと、上記出力軸に対して
その軸方向に相対移動可能に嵌合するスプラインナット
と、上記スクリューナット及びスプラインナットを回転
可能に保持するハウジングと、上記スクリューナットを
ハウジングに対して回転駆動する駆動源と、上記スプラ
インナットをスクリューナットに対して適宜連結し、ス
クリューナットの回転をスプラインナットに伝達する回
転伝達手段と、上記スプラインナットのハウジングに対
する回転運動を適宜拘束する回転拘束手段と、これら回
転伝達手段及び回転拘束手段のオン／オフ動作を制御す
る制御手段とから構成されることを特徴とするものであ
る。

【００１２】このような構成において、上記出力軸に螺
合するスクリューナットはハウジングに対して回転可能
に保持されているので、上記モータの起動に伴いスクリ
ューナットは出力軸の周りを回転する。一方、上記出力
軸に嵌合するスプライン外筒もハウジングに対して回転
可能に保持されているが、その回転は上記回転拘束手段
によって適宜拘束されるようになっている。従って、上
記スプライン外筒のハウジングに対する回転が拘束され
た状態にあれば、出力軸もハウジングに対して非回転に
保持されるので、上記スクリューナットの回転に伴い出
力軸は軸方向へ送られ、スクリューナットの回転方向及
び回転量に応じた往復運動が出力軸から取り出される。

【００１３】また、上記スプライン外筒は上記回転伝達
手段によってスクリューナットに適宜連結されるように
なっており、かかる連結によりスクリューナットと共に
回転する。従って、上記スプライン外筒がスクリューナ
ットに連結された状態にあれば、出力軸もスクリューナ
ットと同じ回転方向へ同じ回転数で回転し、出力軸は軸
方向へ送られることがない。つまり、スクリューナット
の回転方向及び回転量と同一の回転運動が出力軸から取
り出される。

【００１４】このように本発明の装置では上記回転拘束
手段及び回転伝達手段のオン／オフ動作を切り替えるこ
とにより、出力軸が往復運動あるいは回転運動を行うの
で、上記回転拘束手段及び回転伝達手段のオン／オフ動
作並びに上記モータの回転方向及び回転量を制御するこ
とにより、上記出力軸から所望の往復運動及び回転運動
を取り出すことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の複合運動駆動装置を詳細に説明する。図１は本発明の
複合運動駆動装置の実施例を示すものであり、この装置
も図に示すボールねじ・スプラインを使用し、その出力
軸からストローク運動及び回転運動を取り出すように構
成されている。同図において、符号１は螺旋状のボール
ねじ溝及び軸方向に沿ったボールスプライン溝が外周面
に形成された出力軸、符号２は上記出力軸のボールねじ
溝に螺合するボールねじナット、符号３は上記出力軸の
ボールスプライン溝に嵌合するボールスプラインナッ
ト、符号４は上記ボールねじナット２及びボールスプラ
インナット３を回転自在に保持するハウジング、符号５
は上記ボールねじナット２を回転させるためのサーボモ
ータである。

【００１６】ここで、ボールねじ・スプラインについて
は従来技術について説明したものと全く同一の構成なの
で、出力軸１、ボールねじナット２及びボールスプライ
ンナット３についてはその詳細な説明は省略する。

【００１７】この実施例の装置において、上記ボールね
じナット２はサポートベアリング６を介してハウジング
４に固定されており、ハウジング４に対して回転自在に
支持されている。また、上記ボールスプラインナット３
に対向する側のボールねじナット２の端部にはプーリ７
が固定されており、上記サーボモータ５の回転軸８に固
定されたプーリ９との間にタイミングベルト１０が架け
回されている。従って、サーボモータ５が回転すると、
その回転駆動力がタイミングベルト１０及びプーリ７，
９によってボールねじナット２に伝達され、ボールねじ
ナット２を所定の回転速度で所定の回転量だけ回転させ
ることができる。尚、サーボモータ５の回転軸８とプー
リ９との間にはハーモニックドライブ減速器１１が介装
されている。

【００１８】一方、上記ボールスプラインナット３もサ
ポートベアリング１２を介してハウジング４に固定され
ており、ハウジング４に対して回転自在に支持されてい
る。また、図２に示すように、上記ボールねじナット２
に対向する側のボールスプラインナット３の端部には円
周上の一部に切欠部１３を有する円板１４が固定される
と共に、この円板の上方には上記円板１４の切欠部１３
に対して適宜入り込むピン１５がハウジング４に対して
上下動可能に設けられている。

【００１９】このピン１５はリニアベアリングを介して
ハウジング４に固定されており、ソレノイド１６のオン
／オフに応じて上下動し、ソレノイド１６がオンの時に
は円板１４の切欠部１３に嵌合する一方、ソレノイド１
６がオフの時には切欠部１３から抜け出るようになって
いる。従って、ソレノイド１６がオンの状態ではピン１
５によって円板１４の回転が係止されるので、ハウジン
グ４に対するボールスプラインナット３の回転が拘束さ
れる一方、ソレノイド１６がオフの状態ではピン１５が
円板１４の回転を何ら阻害しないので、ハウジング４に
対してボールスプラインナットは自由に回転し得る。す
なわち、これら円板１４、ピン１５及びソレノイド１６
が本発明の回転拘束手段に該当する。尚、上記ソレノイ
ド１６はエアシリンダによって代用することもできる。

【００２０】また、上記ボールねじナット２に固定され
たプーリ７とボールスプラインナット３に固定された円
板１４との間には電磁クラッチ１７が配設されており、
この電磁クラッチ１７をオンにした状態でサーボモータ
５によるボールねじナット２の回転がボールスプライン
ナット３に伝達される一方、オフにした状態ではボール
ねじナット２とボールスプラインナット３とが切り離さ
れるように構成されている。すなわち、この電磁クラッ
チ１７が本発明の回転伝達手段に該当する。尚、上記説
明とは逆に電磁クラッチ１７をオンにした状態でボール
ねじナット２とボールスプラインナット３とが切り離さ
れるように構成することもできる。

【００２１】そして、このように構成された本実施例の
複合運動駆動装置では、ソレノイド１６をオンにすると
共に電磁クラッチ１７をオフにすると、ボールスプライ
ンナット３が出力軸１を非回転に保持するので、出力軸
１はボールねじナット２の回転方向及び回転量に応じて
ストローク運動を行う。一方、ソレノイド１６をオフに
すると共に電磁クラッチ１７をオンにすると、ボールス
プラインナット３が出力軸１をボールねじナット２と同
方向へ同速度で回転させるので、出力軸１はストローク
運動を伴うことなく回転運動を行う。

【００２２】従って、この装置では上記サーボモータ５
の回転方向及び回転量、上記ソレノイド１６のオン／オ
フ、上記電磁クラッチのオン／オフを総合的に制御する
ことにより、上記出力軸１から任意のストローク運動及
び回転運動を適宜取り出すことができる。

【００２３】また、ソレノイド１６及び電磁クラッチ１
７を共にオンにした状態では、ボールねじナット２及び
ボールスプラインナット３のいずれもがハウジング４に
対して回転を生じないので、サーボモータ５をオフにし
た状態（すなわちサーボモータ５が自己保持力を発揮し
てない状態）であっても出力軸を静止させることができ
る。

【００２４】以下の表１にサーボモータ５、ソレノイド
１６及び電磁クラッチ１７の制御の組合せに伴う出力軸
１の運動を示す。但し、サーボモータ５の回転方向は図
１の紙面右側からサーボモータ５を観察した場合の回転
方向とし、出力軸１に形成されたボールねじ溝は右ねじ
とする。

【００２５】

【表１】

【００２６】尚、以上説明してきた実施例ではボールス
プラインナットの回転高速手段として、切欠部１３を有
する円板１４をピン１５で適宜係止するように構成した
が、例えば、図３に示すように、ハウジング４に固定し
た電磁ブレーキ１８を用いてボールスプラインナット３
の回転を直接係止するように構成しても良い。このよう
に構成しても、電磁ブレーキ１８のオン／オフを上記ソ
レノイド１６と同じように制御することで、上述の実施
例と同様の運動を出力軸から得ることができる。

【００２７】また、上記実施例では、本発明のスクリュ
ーナット及びスプラインナットとして転がり接触を利用
したボールねじナット及びボールスプラインナットを例
に上げて説明したが、滑り接触を利用したスクリューナ
ット及びスプラインナットを用いても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の複合
運動駆動装置によれば、上記回転拘束手段及び回転伝達
手段のオン／オフ動作を切り替えることにより、スクリ
ューナットを回転させる１つのサーボモータの回転方向
及び回転量を制御するのみで、上記出力軸から所望の往
復運動及び回転運動を取り出すことができるので、簡易
な構造で往復運動及び回転運動の双方が組み合わされた
複合運動を得ることができ、しかも安価にこれを製作す
ることが可能となる。

【００２９】また、上記回転拘束手段及び回転伝達手段
を共にオンにすることにより、サーボモータが自己保持
力を発揮しなくとも位置決めされた出力軸の静止状態を
維持することが可能なので、自己保持力の不十分な小型
サーボモータであっても使用することができ、その分だ
け製造コストを安価に抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の複合運動駆動装置の実施例の概略を
示す正面図である。

【図２】 実施例に係る回転拘束手段を示す側面図であ
る。

【図３】 本発明の回転拘束手段の他の例を示す部分正
面図である。

【図４】 複合運動駆動装置に使用されるボールねじ・
スプラインを示す斜視図である。

【図５】 従来の複合運動駆動装置を示す正面断面図で
ある。

【符号の説明】

１…出力軸、２…ボールねじナット（スクリューナッ
ト）、３…ボールスプラインナット（スプラインナッ
ト）、４…ハウジング、５…サーボモータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周にねじ溝及びスプライン溝が形成さ
   れた出力軸と、この出力軸に回転可能に螺合するスクリ
   ューナットと、上記出力軸に対してその軸方向に相対移
   動可能に嵌合するスプラインナットと、上記スクリュー
   ナット及びスプラインナットを回転可能に保持するハウ
   ジングと、上記スクリューナットをハウジングに対して
   回転駆動する駆動源と、上記スプラインナットをスクリ
   ューナットに対して適宜連結し、スクリューナットの回
   転をスプラインナットに伝達する回転伝達手段と、上記
   スプラインナットのハウジングに対する回転運動を適宜
   拘束する回転拘束手段と、これら回転伝達手段及び回転
   拘束手段のオン／オフ動作を制御する制御手段とから構
   成されることを特徴とする複合運動駆動装置。