JPH1078098A - 単軸ロボットにおける軸連結構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 好適に省スペース化を図り、しかも汎用性の
点で有利な単軸ロボットにおける軸連結構造を提供す
る。 【解決手段】 ボールねじ軸９をガイドレール８と平行
に設け、移動ブラケット６のナット部材７をこのボール
ねじ軸９に螺着してモータ７の駆動によるボールねじ軸
９の回転に応じて移動ブラケット６をガイドレール８に
沿って移動させるように単軸ロボット１を構成した。ボ
ールねじ軸９は第１及び第２支持ブロック３，４で支持
するようにし、特に、第２支持ブロック４には筒状のカ
ップリングシャフト１１をベアリング１８を介して回転
可能に支持しておき、このシャフト１１にボールねじ軸
９の端部を嵌入、結合することにより支持するようにし
た。また、モータ７の出力軸７ａをシャフト１１の反対
側から嵌入してシャフト１１に結合し、これにより出力
軸７ａの出力軸７ａをシャフト１１を介してボールねじ
軸９に連結するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータを駆動源と
してボールねじ軸を回転させ、このボールねじ軸に螺合
された可動部をガイドに沿って軸方向に移動させるよう
に構成された単軸ロボットにおいて、特に、モータの出
力軸とボールねじ軸とを連結する単軸ロボットにおける
軸連結構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、可動部を一軸方向に移動させ
るように構成された単軸ロボットは一般に知られてお
り、例えば、可動部に作業用の各種工具を取付けて移動
させるようにしたり、あるいは可動部に別の単軸ロボッ
トを取付けることによって、いわゆる直交型のロボット
を構成する等、産業用ロボットの分野において幅広く用
いられている。

【０００３】この種の単軸ロボットとしては、モータを
駆動源とするボールねじ機構により可動部を移動させる
ものが一般的であり、図９に示す単軸ロボット５０は、
その一例を示している。

【０００４】この単軸ロボット５０においては、ベース
５１上に一軸方向に延びるガイドレール５２が敷設さ
れ、このガイドレール５２に可動部５３が移動可能に装
着されるとともに、モータ５４の駆動により回転するボ
ールねじ軸５５が上記ガイドレール５２と平行に設けら
れ、可動部５３に装着されたナット部材５６がこのボー
ルねじ軸５５に螺着されている。そして、モータ５４の
駆動によるボールねじ軸５２の正逆回転に応じて、可動
部５３がガイドレール５２に沿って移動するように構成
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な単軸ロボットにおいては、外観寸法に対して可動部の
有効移動領域が広い方が省スペース化の点で有利であ
る。しかし、ボールねじ機構を用いた上記単軸ロボット
５０では、同図に示すようにボールねじ軸５５の両端を
ベアリング５７，５８を介して支持ブロック等で支持
し、ボールねじ軸５５の一端側をカップリング５９を介
してモータ５４の出力軸に連結するのが一般的であるた
め、このボールねじ軸５５とモータ５４との連結部分６
０の占有スペースが比較的大きく、上記省スペース化を
図る上でのマイナス要素となっている。

【０００６】そこで、本願出願人においては、モータの
ロータ軸を形成するシャフトを所定長さだけ延長してこ
のシャフトの延長部分にねじを螺設することによりモー
タのロータ軸とボールねじ軸とを一体化したり、あるい
は上記シャフトをモータ内部に納めるとともにこのシャ
フトに筒部を形成し、この筒部にボールねじ軸を挿入し
て連結することによりボールねじ軸の一端側を支持する
ベアリングとカップリングとを不要とするようにした単
軸ロボットを開発して出願している（特願平６−３１３
６４２号，特願平７−２１５０９４号）。

【０００７】ところが、これらの構成では、カップリン
グ等が省略される分、好適に省スペース化を図ることが
できるものの、いずれもモータに特殊な構造が要求され
るために市販のモータを用いることができず汎用性の点
で問題が残る。

【０００８】本発明は、この問題を解決するためになさ
れたものであり、単軸ロボットにおけるボールねじ軸と
モータとの連結構造において、好適に省スペース化を図
り、しかも汎用性の点で有利な単軸ロボットにおける軸
連結構造を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
モータ駆動によるボールねじ軸の回転に応じてこのボー
ルねじ軸に螺合された可動部をガイドレールに沿って直
線的に移動させるように構成された単軸ロボットにおい
て、上記ボールねじ軸のモータへの連結側端部及び上記
モータの出力軸を筒状のシャフト部材の両側からそれぞ
れ挿入してこのシャフト部材に結合させるとともに、こ
のシャフト部材をベアリングを介して単軸ロボットのフ
レームに回転自在に支持したものである。

【００１０】この構造によれば、ボールねじ軸とモータ
の出力軸とを連結するシャフト部材自体がベアリングを
介してフレームに支持されているため、ボールねじ軸の
モータへの接続側を直接ベアリングを介してフレームに
支持する必要がなく、その分だけ単軸ロボットを軸方向
にコンパクト化することが可能となる。しかも、シャフ
ト部材にモータの出力軸を挿通して結合する構造なの
で、市販されている一般のモータを用いることが可能と
なる。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１記載の軸
連結構造において、ボールねじ軸のモータへの連結側端
部に、軸方向に延びる凹部を形成し、この凹部にモータ
の出力軸を嵌入したものである。

【００１２】この構造によれば、モータの出力軸がボー
ルねじ軸に嵌入される分、単軸ロボットをさらに軸方向
にコンパクト化することが可能となる。また、ボールね
じ軸とモータの出力軸をより正確に同心上に配すことが
可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。

【００１４】図１は、本発明が適用される単軸ロボット
を概略的に示している。この図に示すように単軸ロボッ
ト１は、ベース２及びカバー５から構成される細長の箱
型のケースを有しており、このケースに可動部としての
移動ブラケット６を装備し、この移動ブラケット６をモ
ータ７を駆動源とするボールねじ機構により一軸方向
（左右方向）に移動させるように構成されている。

【００１５】すなわち、単軸ロボット１のベース２上に
は左右方向に延びるガイドレール８が敷設され、このガ
イドレール８に上記移動ブラケット６が移動可能に装着
されているとともに、モータ７の出力軸７ａに連結され
てガイドレール８と平行に延びるボールねじ軸９が設け
られ、上記移動ブラケット６に装着されたナット部材７
がこのボールねじ軸９に螺着されている。そして、上記
モータ７の駆動によるボールねじ軸９の正逆回転に応じ
て、移動ブラケット６がガイドレール８に沿って移動す
るように構成されている。

【００１６】この単軸ロボット１において、上記ボール
ねじ軸９は、ガイドレール８を挾んで左右両側に立設さ
れる第１及び第２支持ブロック３，４によりその両端を
支持されており、一端側（図１で左側）がベアリング１
０を介して第１支持ブロック３に、他端側が上記第２支
持ブロック４に内蔵されたカップリングシャフト１１
（以下、単にシャフト１１と略す）を介して第２支持ブ
ロック４にそれぞれ支持されている。そして、上記第２
支持ブロック４を隔ててボールねじ軸９の反対側にモー
タ７が配設され、その出力軸７ａが上記シャフト１１に
結合されることによりモータ７の出力軸７ａがボールね
じ軸９に連結されている。

【００１７】ここで、ボールねじ軸９とモータ７との連
結構造について具体的に説明する。

【００１８】図２に示すように上記第２支持ブロック４
には左右に貫通する貫通穴４ａが形成されており、上記
シャフト１１がこの貫通穴４ａ内にベアリング１８を介
して回転自在に支持されている。

【００１９】上記シャフト１１は、一端側（図２では左
側）につば部１２を、他端側にねじ部１３をそれぞれ具
備した金属製の筒状の部材で、同図に示すように第２支
持ブロック４の左側（つまり、ボールねじ軸配設側）か
らベアリング１８に嵌通され、第２支持ブロック４の右
側（つまり、モータ配設側）から上記ねじ部１３に抜け
止め用のナット１７が螺着されることにより、つば部１
２とナット１７とでベアリング１８を左右に挾持した状
態でベアリング１８の内輪部に固定されている。

【００２０】一方、シャフト１１の筒部は左右方向の貫
通穴とされ、その筒内形状は、右側から順にモータ７の
出力軸７ａに対応する小径部１４、ボールねじ軸９に対
応する大径部１５、この大径部１５より適度に大きいリ
ング装着部１６という径の異なる複数の部分を具備した
形状となっている。なお、小径部１４及び大径部１５は
それぞれ出力軸７ａ及びボールねじ軸９を嵌入すること
により両軸７ａ，９を同軸上に配置できるように精密に
形成されている。

【００２１】そして、同図に示すようにボールねじ軸９
の端部がシャフト１１の左側からリング装着部１６を介
して上記大径部１５に、上記モータ７の出力軸７ａがシ
ャフト１１の右側から上記小径部１４にそれぞれ嵌入さ
れ、各軸７ａ，９がそれぞれこのシャフト１１に結合さ
れることによりボールねじ軸９と出力軸７ａとがシャフ
ト１１を介して連結されている。

【００２２】ボールねじ軸９とシャフト１１との結合
は、同図に示すようにシャフト１１のリング装着部１６
においてボールねじ軸９表面とシャフト１１内面との間
に形成されるすき間にシュパンリングと称する楔型の複
数の止め輪１９が圧入されることにより行われる。な
お、止め輪１９の圧入後は、止め板２０がボルト２１に
よりシャフト１１の左側端面に装着されることにより、
上記すき間からの止め輪１９の脱落が防止されるように
なっている。

【００２３】一方、出力軸７ａとシャフト１１との結合
は、シャフト１１の右側端部に設けられるクランプ手段
により行われる。すなわち、シャフト１１の右側端部に
は、図３に示すように、上記小径部１４の直径を変動可
能とするスリット２２と、シャフト１１に螺着されてこ
のスリット２２の隙間を変動させるボルト２３が設けら
れており、上述のように出力軸７ａが小径部１４に嵌入
されてこのボルト２３が締付けられることにより出力軸
７ａとシャフト１１とが結合されている。

【００２４】このように構成された単軸ロボット１によ
れば、上述のようにボールねじ軸９とモータ７の出力軸
７ａとがシャフト１１により連結され、しかもこのシャ
フト１１が第２支持ブロック４に対して回転可能に支持
されているため、ボールねじ軸９のモータ７への連結側
の端部を直接ベアリングを介して回転可能に支持する必
要がない。そのため、図９に示したように、ボールねじ
軸のモータへの接続側を直接ベアリングを介してフレー
ムに支持した上でボールねじ軸の端部をカップリングを
用いてモータの出力軸に連結していた従来のこの種の単
軸ロボットと比較すると、移動ブラケットによる一定の
移動範囲を確保しながらもベアリングの分だけ単軸ロボ
ットを軸方向にコンパクト化することができる。

【００２５】しかも、上記のようなボールねじ軸９と出
力軸７ａとの連結構造によれば、出力軸７ａをシャフト
１１に嵌入してボルト２３を締め付けることにより出力
軸７ａをシャフト１１に結合させるので、モータ７に特
殊な構造が要求されることがな。そのため、市販のモー
タをそのまま適用することができるという利点もある。

【００２６】ところで、上記単軸ロボット１では、ボー
ルねじ軸９を止め輪１９を用いてシャフト１１に結合さ
せ、また、モータ７の出力軸７ａを上記クランプ手段を
適用してシャフト１１に結合させるようにしているが、
ボールねじ軸９及び出力軸７ａとシャフト１１との結合
構造としては、上述の例以外にも図４〜図８に示すよう
な結合構造を適用することもできる。以下これらの例に
ついて説明する。なお、以下の説明において上記単軸ロ
ボット１と共通する部分については同一の符号を付し、
上記単軸ロボット１との相違点についてのみ詳しく説明
することにする。

【００２７】まず、図４に示す例では、シャフト１１の
筒内形状が、右側から順にモータ７の出力軸７ａに対応
する小径部１４、この小径部１４より適度に大きな第１
リング装着部２６、ボールねじ軸９の径より適度に大き
な第２リング装着部２７という径の異なる複数の部分を
具備した形状となっており、ボールねじ軸９がシャフト
１１の左側から第２リング装着部２７に挿入されるとと
もにモータ７の出力軸７ａがシャフト１１の右側から小
径部１４に嵌入され、各軸７ａ，９の先端が第１リング
装着部２６と第２リング装着部２７の境目近傍で突き合
わされている。

【００２８】そして、シャフト１１の第１リング装着部
２６において出力軸７ａ表面とシャフト１１内面との間
に形成されるすき間に止め輪２８（シュパンリング）が
圧入されるとともに、第２リング装着部２７においてボ
ールねじ軸９表面とシャフト１１内面との間に形成され
るすき間に止め輪３０（シュパンリング）が圧入される
ことにより、ボールねじ軸９及び出力軸７ａがそれぞれ
シャフト１１に結合されている。なお、第１リング装着
部２６と第２リング装着部２７との境目近傍においては
止め輪２８と止め輪３０との間にリング状のスペーサ２
９が介装されるようなっており、例えば、組立の際に
は、まず出力軸７ａが小径部１４に嵌入された状態で止
め輪２８が出力軸７ａに挿入され、次にボールねじ軸９
が第２リング装着部２７に挿入される際にこのスペーサ
２９を介して止め輪２８が圧入されるようになってい
る。

【００２９】この図に示す結合構造では、上記のように
ボールねじ軸９及び出力軸７ａの双方が止め輪２８，３
０によりシャフト１１に結合されるようになっているた
め、図１及び２に示したシャフト１１に比べてシャフト
１１自体の形状を簡略化することができる。そのため、
シャフト１１の製作が容易になるという利点がある。

【００３０】なお、図４の例では、シャフト１１の筒内
形状において、第１リング装着部２６を第２リング装着
部２７に連続して形成するようにしているが、例えば、
図５に示すように、第２リング装着部２７と第１リング
装着部２６とをシャフト１１の左右両側に独立して形成
するようにしてもよい。この場合、各リング装着部２
６，２７の間には、同図に示すようにボールねじ軸９に
対応する上記大径部１５及び小径部１４をそれぞれ形成
し、各軸７ａ，９の先端部をそれぞれ大径部１５及び小
径部１４に嵌入するように構成するのが好ましい。これ
によれば両軸７ａ，９をより正確に同軸上に配置するこ
とができる。

【００３１】次に、図６に示す例では、シャフト１１の
筒内形状が、右側から順にモータ７の出力軸７ａに対応
する小径部１４、ボールねじ軸９に対応する大径部１
５、ボールねじ軸９の径より適度に大きなリング装着部
３４という径の異なる複数の部分を具備した形状となっ
ており、ボールねじ軸９がシャフト１１の左側から挿入
されて大径部１５に嵌入される一方、モータ７の出力軸
７ａがシャフト１１の右側から小径部１４に嵌入されて
その先端がさらにボールねじ軸９の先端に形成された凹
部９ａに嵌入されている。

【００３２】そして、シャフト１１のリング装着部３４
においてボールねじ軸９表面とシャフト１１内面との間
に形成されるすき間に止め輪３５（シュパンリング）が
圧入されることによりボールねじ軸９と出力軸７ａとシ
ャフト１１とが一体に結合されている。

【００３３】この構造によれば、モータ７の出力軸７ａ
がボールねじ軸９に嵌入される分、単軸ロボット１をさ
らに左右方向にコンパクト化することができる。しか
も、ボールねじ軸９と出力軸７ａを直接連結するのでボ
ールねじ軸９と出力軸７ａをより正確に同心上に配置す
ることが可能になるという利点がある。

【００３４】次に、図７に示す例では、シャフト１１の
筒内形状が、モータ７の出力軸７ａに対応する右側の小
径部１４と、ボールねじ軸９の径より適後に大きな左側
のリング装着部３６という２種類の部分を具備した形状
となっており、ボールねじ軸９がシャフト１１の左側か
ら、出力軸７ａがシャフト１１の右側からそれぞれ挿入
されて各軸７ａ，９の先端が小径部１４とリング装着部
３６との境目部分で突き合わされている。

【００３５】そして、リング装着部３４においてボール
ねじ軸９表面とシャフト１１内面との間に形成されるす
き間に、内面が右方に向かって先窄まりに形成された筒
状体３７が挿着され、さらにこの筒状体３７とボールね
じ軸９表面とのすき間に楔型の筒状の止め輪３８が圧入
されることによりボールねじ軸９がシャフト１１に結合
されている。なお、止め輪３８は、ボルト３９によりシ
ャフト１１に固定されている。

【００３６】一方、モータ７の出力軸７ａはシャフト１
１に対してスプライン結合されている。すなわち、同図
に示すようにモータ７の出力軸７ａにキー７ｂが装着さ
れ、このキー７ｂが小径部１４に形成されたキー溝１４
ｂに介入させられた状態で出力軸７ａが小径部１４に嵌
入されている。そして、シャフト１１の径方向外部から
ボルト４０が螺着されてその先端がキー７ｂに圧接され
ることにより出力軸７ａがシャフト１１に結合されてい
る。

【００３７】このような構造によれば、出力軸７ａとシ
ャフト１１とがスプライン結合されているため、シャフ
ト１１と出力軸７ａとの相対回転をより確実に阻止する
ことが可能となる。

【００３８】なお、図７に示す例の変形として、例え
ば、図８に示すようにシャフト１１の筒内形状におい
て、リング装着部３６と小径部１４との境目部分に、ボ
ールねじ軸９に対応する上記大径部１５を設け、ボール
ねじ軸９の先端をこの大径部１５に嵌入させるように構
成してもよい。このような構造によれば、シャフト１１
に対するボールねじ軸９の軸心ずれを好適に阻止するこ
とができるので、ボールねじ軸９と出力軸７ａとをより
正確に同心上に配置することが可能になるという利点が
ある。

【００３９】なお、本発明の単軸ロボット１は、その移
動ブラケット６にもう一つ別の単軸ロボット１を取り付
けることで直交ロボットに適用することもできる。ある
いは、移動ブラケット６に部品装着用のヘッドを取り付
けることにより表面実装機に適用することもできる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、モータ
駆動によるボールねじ軸の回転に応じて可動部を移動さ
せる単軸ロボットにおいて、ボールねじ軸のモータへの
連結側端部及びモータの出力軸を筒状のシャフト部材の
両側からそれぞれ挿入してこのシャフト部材に結合させ
るとともに、このシャフト部材をベアリングを介して単
軸ロボットのフレームに回転自在に支持したので、ボー
ルねじ軸のモータへの連結側を直接ベアリングを介して
フレームに支持する必要がなく、その分、単軸ロボット
を軸方向にコンパクト化することができる。しかも、シ
ャフト部材にモータの出力軸を挿通して結合する構成な
ので、市販されている一般のモータを適用することがで
き汎用性の上で有利である。

【００４１】特に、上記構成においてボールねじ軸のモ
ータへの連結側端部に、軸方向に延びる凹部を形成し、
この凹部にモータの出力軸を嵌入するようにすれば、モ
ータの出力軸をボールねじ軸内に嵌入する分、単軸ロボ
ットを軸方向にさらにコンパクト化することができ、ま
た、ボールねじ軸とモータの出力軸をより正確に同心上
に配置することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軸連結構造が適用される単軸ロボ
ットの一例を示す断面図である。

【図２】ボールねじ軸とモータの出力軸との連結部構造
を示す図１における要部拡大図である。

【図３】カップリングシャフトとモータの出力軸との結
合構造を示す斜視概略図ある。

【図４】カップリングシャフトに対するボールねじ軸及
びモータの出力軸の結合構造の他の例を示す図２に対応
する断面図である。

【図５】カップリングシャフトに対するボールねじ軸及
びモータの出力軸の結合構造の他の例を示す図２に対応
する断面図である。

【図６】カップリングシャフトに対するボールねじ軸及
びモータの出力軸の結合構造の他の例を示す図２に対応
する断面図である。

【図７】カップリングシャフトに対するボールねじ軸及
びモータの出力軸の結合構造の他の例を示す図２に対応
する断面図である。

【図８】カップリングシャフトに対するボールねじ軸及
びモータの出力軸の結合構造の他の例を示す図２に対応
する断面図である。

【図９】従来の単軸ロボットの構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 単軸ロボット ２ ベース ３ 第１支持ブロック ４ 第２支持ブロック ５ カバー ６ 移動ブラケット ７ モータ ８ ガイドレール ９ ボールねじ軸 １０，１８ ベアリング １１ カップリングシャフト １２ つば部 １３ ねじ部 １４ 小径部 １５ 大径部 １６ リング装着部 １７ ナット １９ 止め輪 ２２ スリット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ駆動によるボールねじ軸の回転に
   応じてこのボールねじ軸に螺合された可動部をガイドレ
   ールに沿って直線的に移動させるように構成された単軸
   ロボットにおいて、上記ボールねじ軸のモータへの連結
   側端部及び上記モータの出力軸を筒状のシャフト部材の
   両側からそれぞれ挿入してこのシャフト部材に結合させ
   るとともに、このシャフト部材をベアリングを介して単
   軸ロボットのフレームに回転自在に支持したことを特徴
   とする単軸ロボットにおける軸連結構造。
2. 【請求項２】 ボールねじ軸のモータへの連結側端部
   に、軸方向に延びる凹部を形成し、この凹部にモータの
   出力軸を嵌入したことを特徴とする請求項１記載の単軸
   ロボットにおける軸連結構造。