JP4460092B2

JP4460092B2 - Uniaxial actuator and transport / positioning device using the same

Info

Publication number: JP4460092B2
Application number: JP33245599A
Authority: JP
Inventors: 久朗小林; 隆啓川口
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP2001146950A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸縮する一軸アクチュエータ、およびこの一軸アクチュエータを用いて揺動台を搬送・位置決めする搬送・位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基台と揺動台との間に６本の一軸アクチュエータを介在し、６自由度を有する揺動台を搬送・位置決めするパラレルリンク機構が知られている。図７は、このパラレルリンク機構を示す。パラレルリンク機構は、基台１と揺動台２との間に伸縮可能な６本の一軸アクチュエータ３を架設し、各一軸アクチュエータ３を選択的に伸縮して、揺動台２に載せられた車体２４を搬送・位置決めする。
【０００３】
図８は、このパラレルリンク機構に用いられる一軸アクチュエータ３を示す。この一軸アクチュエータ３は、中空のチューブ４内に、一端がチューブ４内に収納され、他端がチューブ４外に突出するロッド５を設けたもので、ボールねじ６によってロッド５をチューブ４から進退自在にしている。ねじ軸７は、チューブ４の一端に取付けられたハウジング８に回転自在に支持され、巻掛け伝動装置９を介して電動モータ１０の出力軸に連結される。電動モータ１０を駆動すると、ねじ軸７が回転し、ナット１１がねじ軸７に対して昇降し、ナットに固定されたロッド５がチューブ４に対して進退する。
【０００４】
しかしながら、従来の一軸アクチュエータ３は、一つのボールねじ６を用いてロッド５を進退する構成になっているため、その伸縮ストロークを大きくすることができなかった。特に、図７に示すパラレルリンク機構において、各一軸アクチュエータ３は、揺動台２のＸＹＺ座標軸と交差するように配置されることが多いため、揺動台２の位置の変化量に比較して各一軸アクチュエータ３のストロークを大きく取らなければならないが、従来の一軸アクチュエータ３は、伸縮ストロークが不充分であった。
【０００５】
図９は、伸縮ストロークを大きくした一軸アクチュエータとしての伸縮アームを示す（特開昭５５−１７１７４６号参照）。この伸縮アームは、回転可能なパイプ１２の両端に一対の雌ねじ１３ａ，１３ｂを形成し、パイプ１２の両側にこの雌ねじ１３ａ，１３ｂと螺合する第１および第２のねじ軸１４，１５を設けている。駆動源によって歯車１６を回転すると、歯車１６に固定されたスプライン軸１７が回転し、スプライン軸１７と係合するパイプ１２も回転する。パイプ１２は、その回転により第１のねじ軸１４に対して昇降する。また、パイプ１２が回転することにより、このパイプに螺合する第２のねじ軸１５も昇降する。このように、ねじ機構を２つ設けることによって、伸縮アームが２段で伸縮するため、伸縮ストロークを大きくすることができる。
【０００６】
また、伸縮ストロークを大きくした他の一軸アクチュエータとして、図１０に示す伸縮駆動装置も知られている（実用新案登録第２５７５０５４号参照）。この伸縮駆動装置は、ウォームギヤ１８によって回転されるスプライン軸１９と、スプライン軸１９に係合する進退筒２０と、進退筒２０の下端側に設けられたナット２１と、このナット２１と螺合する固定ねじ軸２５と、進退筒２０の外周に形成した雄ねじと螺合するナット２２を設けた支持軸筒２３とで構成される。スプライン軸１９を回転すると、進退筒２０も一緒に回転し、進退筒２０が固定ねじ軸２５に対して昇降し、進退筒２０に対して支持軸筒２３も昇降する。ねじ機構を２つ設けているため、この伸縮駆動装置によっても伸縮ストロークを大きくすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の伸縮アームおよび伸縮駆動装置にあっては、パイプ１２を回転する駆動源は、パイプ１２と共に昇降することなく、常にベース側の一定位置にある。パラレルリンク機構の一軸アクチュエータは、伸縮動作と共に揺動動作をも行うため、駆動源がベース側の一定位置にあると、駆動源がベースと干渉し、一軸アクチュエータの首振り角度が制限されることがある。
【０００８】
また、パイプ１２およびこのパイプ１２に螺合する一対のねじ軸１４，１５以外にスプライン軸１７が必要になり、一軸アクチュエータが肥大化してしまうという問題もある。このようなアクチュエータの肥大化は、アクチュエータの揺動角度を低減する一因となる。
【０００９】
さらに、従来の伸縮アームおよび伸縮駆動装置は、図１０に示すように進退筒２０を回転する歯車機構１８がベース側に固定されていて、作動ストロークが歯車機構のスペースの分、寸法Ｌ１の分だけ減殺される。このように、縮んだアクチュエータの全長Ｌをストロークに寄与させることはできず、アクチュエータの全長ＬからＬ１を引いた寸法Ｌ２だけをストロークＳに寄与させているため、ストロークＳを大きくするのに限界がある。
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、伸縮ストロークを大きくし、しかも揺動角度も大きくとれる一軸アクチュエータを提供すること、並びに揺動台の位置・姿勢変化を大きくとることができる搬送・位置決め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】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明者らは、中空の回転部材（３２）と、この回転部材（３２）の両端に設けた一対のナット（３３ａ，３３ｂ）と、前記ナットの一方（３３ａ）に螺合する第１のロッド（３４）と、前記ナットの他方（３３ｂ）に螺合する第２のロッド（３５）と、前記回転部材（３２）を回転する駆動手段（３６〜３９）と、前記駆動手段（３６〜３９）が前記第１のロッド（３４）の回りを回転するのを制限すると共に、前記駆動手段（３６〜３９）が前記第１のロッド（３４）に対して前記第１のロッド（３４）の軸線方向へ相対的に直線運動するのを許容する直線案内手段（４１）と、を備え、前記第１のロッド（３４）の外周には前記ナットの一方（３３ａ）に螺合する螺旋状のボール転走溝（４３）と前記第１のロッド（３４）の軸線方向に延び前記直線案内手段（４１）と係合するスプライン溝（４４）とが互いに交差するように形成されていることを特徴とする一軸アクチュエータ（３１）により、上述した課題を解決した。
【００１３】
この発明によれば、駆動手段（３６〜３９）によって回転部材（３２）を回転すると、回転部材（３２）が第１のロッド（３４）に対して軸線方向に相対的に直線運動する。駆動手段（３６〜３９）は、直線案内手段（４１）によって案内されているため、回転部材（３２）の軸線方向への直線運動に追従して第１のロッド（３４）の軸線方向に自走し、しかも回転部材（３２）に回転を与えつづける。駆動手段（３６〜３９）自体が自走し、ベースから離れるため、駆動手段（３６〜３９）がベースと干渉することがなく、首振り角度の大きな一軸アクチュエータ（３１）が得られる。
【００１４】
また、回転部材（３２）の回転によって、第２のロッド（３５）も第１のロッド（３４）と同時に回転部材（３２）に対して軸線方向へ相対的に直線運動する。ナット（３３ａ，３３ｂ）に互いに逆ねじを形成すると、第１のロッド（３４）および第２のロッド（３５）は、互いに反対方向へ直線運動するので、伸縮ストロークが大きくなる。しかも、上述のように、駆動手段（３６〜３９）が自走するので、アクチュエータ（３１）の全長が歯車機構のスペースの分だけ減殺されることがなく、縮んだアクチュエータ（３１）のほぼ全長をストロークに寄与させることができ、したがって、ストロークをより大きくすることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記第１のロッド（３４）および前記第２のロッド（３５）の少なくとも一方が中空に形成され、収縮時、前記第１のロッド（３４）および前記第２のロッド（３５）の一方が他方に収納されることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、回転部材（３２）に第１のロッド（３４）および第２のロッド（３５）が収納されるため、回転部材（３２）、第１のロッド（３４）および第２のロッド（３５）それぞれの軸線方向長さを略等しくすることができ、伸長時には収縮時のアクチュエータ（３１）の全長の約３倍までアクチュエータ（３１）を伸ばすことができる。
【００１７】
また、本発明は、前記第１のロッド（３４）に螺合する前記ナット（３３ａ）を回転自在に支持するハウジング（４０）を設け、前記駆動手段（３６〜３９）を該ハウジング（４０）に取り付け、該ハウジング（４０）を前記直線案内手段（４１）で案内したことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、駆動手段（３６〜３９）を回転部材（３２）の昇降に追従させ、回転部材（３２）に回転を伝達しつづけることができる。
【００１９】
また、本発明は、前記第２のロッド（３５）の外周に螺旋状の第２のボール転走溝を形成し、前記一対のナット（３３ａ，３３ｂ）それぞれの内周に、前記ボール転走溝及び前記第２のボール転走溝に対向する螺旋状のボール転走溝を含むボール循環路を形成し、前記ボール循環路に複数のボール（４６）を配列・収容したことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、摩擦が小さく、効率良く作動する一軸アクチュエータ（３１）が得られる。
【００２１】
さらに、本発明は、前記直線案内手段（４１）が、軸線方向に延びるボール転走溝を形成した前記第１のロッド（３４）と、該ボール転走溝に対応するボール転走溝を含むボール循環路が形成され、前記第１のロッド（３４）に対して直線運動自在に組みつけられた外筒（４９）と、前記外筒（４９）の前記ボール循環路内に配列収容されて、前記第１のロッド（３４）に対する前記外筒（４９）の直線運動に併せて循環する複数のボールとを備えることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、第１のロッド（３４）にねじ軸としての機能とスプライン軸としての機能の両方を持たせることができ、ねじ軸とスプライン軸を別々に設ける必要がないため、一軸アクチュエータ（３１）が肥大化するのを防止できる。また、摩擦が小さく、効率の良い直線案内手段（４１）が得られる。
【００２３】
前記駆動手段（３６〜３９）は、電動モータ（３６）と、この電動モータ（３６）の駆動力を回転部材に伝達する動力伝達装置（３７，３８，３９）とから構成されてもよい。
【００２４】
また、本発明は、基台（６１）と揺動台（６２）との間に複数の一軸アクチュエータ（３１）を架設し、該各一軸アクチュエータ（３１）を選択的に伸縮して上記揺動台（６２）を搬送・位置決めする搬送・位置決め装置において、前記一軸アクチュエータ（３１）は、中空の回転部材（３２）と、この回転部材（３２）の両端に設けた一対のナット（３３ａ，３３ｂ）と、前記ナットの一方（３３ａ）に螺合する第１のロッド（３４）と、前記ナットの他方（３３ｂ）に螺合する第２のロッド（３５）と、前記回転部材（３２）を回転すると共に、前記基台（６１）から分離して配置された駆動手段（３６〜３９）と、前記駆動手段（３６〜３９）が前記第１のロッド（３４）の回りを回転するのを制限すると共に、前記駆動手段（３６〜３９）が前記第１のロッド（３４）に対して前記第１のロッド（３４）の軸線方向へ相対的に直線運動するのを許容する直線案内手段（４１）と、を備え、前記第１のロッド（３４）の外周には前記ナットの一方（３３ａ）に螺合する螺旋状のボール転走溝（４３）と前記第１のロッド（３４）の軸線方向に延び前記直線案内手段（４１）と係合するスプライン溝（４４）とが互いに交差するように形成されていることを特徴とする搬送・位置決め装置により、上述した課題を解決した。
【００２５】
この発明によれば、上述の理由により、一軸アクチュエータ（３１）の伸縮ストロークを大きくすることができるため、揺動台（６２）の位置・姿勢変化を大きくとることができる。また、駆動手段（３６〜３９）を作動すると、駆動手段（３６〜３９）自体が自走し基台（６１）から離れるため、駆動手段が基台（６１）と干渉することがなく、首振り角度の大きな一軸アクチュエータ（３１）が得られる。したがって、より一層、揺動台（６２）の位置・姿勢変化を大きくとることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１および図２は、本発明の一実施形態における一軸アクチュエータ３１を示すものである。図１は、一軸アクチュエータ３１が縮んだ状態を示し、図２は、伸びた状態を示している。この一軸アクチュエータ３１は、例えばパラレルリンク機構の基台と揺動台との間に自在継手を介して架け渡され、軸線方向に伸縮すると共に、上端または下端を回転中心にして揺動する。
【００２７】
一軸アクチュエータ３１は、中空の回転部材３２と、この回転部材３２の両端に設けられ、互いに逆ねじが形成された一対のボールねじナット３３ａ，３３ｂと、回転部材３２に遊嵌し、ボールねじナット３３ａに螺合する第１のロッド３４と、第１のロッド３４に遊嵌し、ボールねじナット３３ｂに螺合する第２のロッド３５と、回転部材３２を回転する駆動手段としての電動モータ３６を備える。電動モータ３６を駆動すると、回転部材３２の両端に設けたボールねじ機構によって、第１のロッド３４および第２のロッド３５が回転部材３２から進退する。言い換えれば、回転部材３２が第１のロッド３４に対してその軸線方向に上昇し、第２のロッド３５も回転部材３２に対してその軸線方向に上昇する。電動モータ３６は、それ自体の動力によって自走し、回転部材３２と一緒に上昇する。一軸アクチュエータ３１は、電動モータ３６を逆回転すると逆の動作をして縮む。
【００２８】
回転部材３２の上端には、ボールねじナット３３ｂが結合され、下端にはタイミングプーリ３７が結合されている。ボールねじナット３３ａは、このタイミングプーリ３７の下端に結合されている。タイミングプーリ３７は、電動モータ３６によって回転駆動される。電動モータ３６の出力軸にはタイミングプーリ３８が取付けられ、両タイミングプーリ３７，３８の２軸間にはタイミングベルト３９が架け渡される。動力伝達装置は、この一対のタイミングプーリ３７，３８およびタイミングベルト３９で構成され、電動モータ３６の動力を回転部材３２に伝達する。
【００２９】
ハウジング４０は、ボールねじナット３３ａを回転自在に支持する。ボールねじナット３３ａは、ハウジング４０に取り付けられた軸受４２に回転自在に支持されている。また、ハウジング４０は、直線案内手段としてのスプライン外筒４１を介して第１のロッド３４に取り付けられている。スプライン外筒４１は、ハウジング４０の第１のロッド３４回りの回転を制限すると共に、ハウジング４０の第１のロッド３４に対する軸線方向への相対的な直線運動を許容している。なお、ハウジング４０をこのように案内する直線案内手段としては、かかるボールスプラインの構成に限らず、種々の構成のものを採用可能である。
【００３０】
図３は、第１のロッド３４、ボールねじナット３３ａ、軸受４２およびスプライン外筒４１を示すものである。第１のロッド３４は、中空軸の外周に螺旋状のボール転走溝４３と軸線方向に延びるスプライン溝４４とを互いにクロスするように形成されている。この第１のロッド３４は、下端側が自在継手等に取り付けられ、上端側が回転部材３２に収納される。
【００３１】
ボールねじナット３３ａは、内周面にボール転走溝４３に対応するボール転走溝を含むボール循環路４５が形成されて第１のロッド３４に相対運動自在に組み付けられる（図４参照）。なお、図４は、第２のロッド３５および第２のロッド３５に螺合されるボールねじナット３３ｂを示すものであるが、ボールねじナット３３ａとボールねじナット３３ｂは、互いに逆ねじになるボール転走溝が形成される他、略同一の構成である。したがって、ボールねじ３３ａの構成を図４に基づいて説明する。
【００３２】
複数のボール４６は、該ボール循環路４５内に配列収納されて、第１のロッド３４及びボールねじナット３３ａの相対運動（回転）に併せて循環する。第１のロッド３４およびボールねじナット３３ａの負荷転走溝を転がるボール４６は、ボールねじナット３３ａの端部に設けられた側蓋４８で溝から掬い上げられ、ボールねじナット３３ａの中を通り反対側の側蓋４８から負荷域に送り込まれて無限転がり運動をする。なお、図示はしないが、パイプの一端でボール４６を掬い上げ、パイプを経由して他端に戻すリターンパイプも採用しうる。さらに、ボール４６をデフレクタによって該ボール転走溝から離脱させ、第１のロッド３４の外径部を飛び越えて１リード前のボール転走溝に戻すものも採用しうる。
【００３３】
図３に示すように、軸受４２は、内輪５０と外輪５１との間に複数のボール５２を介在させた周知の機構である。外輪５１にはハウジング４０に取付けるためのフランジが形成される。
【００３４】
スプライン外筒４１は、スプライン溝４４に対応するボール循環路を有して第１のロッド３４に遊嵌された外筒４９と、ボール循環路内に配列収納され、第１のロッド３４に対する外筒４９の相対的な直線運動に併せて循環する複数のボールと、外筒４９に一体に組み込まれ、複数のボールを整列・保持する保持器とを備える。外筒４９の内面には、ボールの軌道となり、軸線方向に延びる溝が形成される。外筒４９に形成した溝と第１のロッド３４に形成したスプライン溝４４との間で負荷転走路が形成される。負荷転走路の隣には荷重から開放されたボール…が転走する無負荷戻し通路が形成されている。また、外筒４９の下端には、外筒をハウジングに取り付けるためのフランジが形成されている。第１のロッド３４に対してスプライン外筒４１を相対的に直線移動すると、ボールは、負荷転走路で荷重を受けながら転走する。そして、ボールは、負荷転走路の隣に設けた無負荷戻し通路で戻され、サーキット状の循環路を無限循環する。
【００３５】
図４は、第２のロッド３５およびボールねじナット３３ｂを示したものである。第２のロッド３５は、中実で、その外周には螺旋状のボール転走溝が形成される。但し、第２のロッド３５は中空としてもよい。この第２のロッド３５の上端は、自在継手等に連結され、下端は回転部材３２に収納される。第１のロッド３４と第２のロッド３５とは互いに逆ねじが形成され、ボールねじナット３３ａとボールねじナット３３ｂとにも互いに逆ねじが形成されている。ここで逆ねじとは、例えばボールねじナット３３ａに左ねじが形成された場合、ボールねじナット３３ｂには右ねじが形成され、例えばボールねじナット３３ａに右ねじが形成された場合、ボールねじナット３３ｂには左ねじが形成されることをいう。ボールねじナット３３ｂの上端には、回転部材３２の上端に取付けるためのフランジ４７が形成されている。
【００３６】
図５および図６は、上記一軸アクチュエータ３１を組み込んだパラレルリンク機構としての搬送・位置決め装置を示すものである。この搬送・位置決め装置は、例えば、正三角形状の基台６１と、この基台６１と平行に配置され、基台６１よりも小さな正三角形状の揺動台６２と、基台６１と揺動台６２との間に、両端が揺動可能に架け渡された複数の例えば６本の一軸アクチュエータ３１と、各一軸アクチュエータ３１の両端に設けられる自在継手６４を有する。基台６１と揺動台６２は、三角形の頂点位置を平面的に互いにずらして配置されている。なお、基台６１、揺動台６２の形状や大きさは、搬送・位置決め装置の用途・作動態様等に応じて種々変更される。基台６１および揺動台６２の頂点位置には、それぞれ２つの自在継手６３，６４が取付けられる。各一軸アクチュエータ３１は、基台６１の三角形の頂点と揺動台６２の三角形の頂点を連結するように配置され、基台６１、揺動台６２および一軸アクチュエータ３１でトラスが形成される。そして、各一軸アクチュエータ３１を選択的に伸長あるいは収縮することによって、揺動台６２の位置および姿勢の空間６自由度を変化させ、揺動台６２に種々の揺動を付与する。
【００３７】
図６に示す一軸アクチュエータ３１を収縮させた状態から、電動モータ３６を作動して回転部材３２を回転すると、回転部材３２が第１のロッド３４に対して上昇する。このとき、電動モータ３６は、回転部材３２の上昇に追従して、基台６１から離れる。したがって、電動モータ３６と基台６１とが干渉することなく、一軸アクチュエータ３１の揺動角度が大きくとれる。また、回転部材３２の回転によって、第２のロッド３５も回転部材３２に対して上昇するので、一軸アクチュエータ３１のストロークを大きくすることができる。しかも、上述のように電動モータ３６が自走するので、一軸アクチュエータ３１の全長が歯車機構のスペースの分だけ減殺されることがなく、一軸アクチュエータ３１のほぼ全長をストロークに寄与させることができ、ストロークをより大きくすることができる。したがって、揺動台６２の位置・姿勢変化を大きくすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、駆動手段によって回転部材を回転すると、回転部材が第１のロッドに対して軸線方向に相対的に直線運動する。駆動手段は、直線案内手段によって案内されているため、回転部材の軸線方向への直線運動に追従して第１のロッドの軸線方向に自走し、回転部材に回転を与えつづける。駆動手段自体が自走し、ベースから離れるため、駆動手段がベースと干渉することがなく、首振り角度の大きな一軸アクチュエータが得られる。
【００３９】
また、回転部材の回転によって、第２のロッドも第１のロッドと同時に回転部材に対して軸線方向へ相対的に直線運動するため、伸縮ストロークの大きな一軸アクチュエータが得られる。しかも、駆動手段が自走するので、アクチュエータの全長が歯車機構のスペースの分だけ減殺されることがなく、縮んだ状態のアクチュエータの全長をストロークに寄与させることができ、したがって、ストロークをより大きくすることができる。
【００４０】
また、本発明によれば、回転部材内に第１のロッドおよび第２のロッドが収納されるため、回転部材、第１のロッドおよび第２のロッドそれぞれの軸線方向長さを略等しくすることができ、伸長時には収縮時のアクチュエータの全長の約３倍までアクチュエータを伸ばすことができる。
【００４１】
さらに、発明によれば、第１のロッドにねじ軸としての機能とスプライン軸としての機能の両方を持たせることができ、ねじ軸とスプライン軸を別々に設ける必要がなく、一軸アクチュエータが肥大化するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の自在継手を示す断面図。
【図２】上記自在継手が伸長した状態を示す図（一部断面図を含む）。
【図３】第１のロッド、ボールねじナットおよび直線案内装置を示す斜視図（一部断面図を含む）。
【図４】第２のロッドおよびボールねじナットを示す斜視図（一部断面図を含む）。
【図５】搬送・位置決め機構を示す平面図。
【図６】搬送・位置決め機構を示す側面図。
【図７】パラレルリンク機構を示す概略図。
【図８】従来の一軸アクチュエータを示す断面図。
【図９】従来の伸縮アクチュエータを示す断面図。
【図１０】従来の伸縮駆動装置を示す断面図。
【符号の説明】
３２回転部材
３３ａ，３３ｂナット（ボールねじナット）
３４第１のロッド
３５第２のロッド
３６電動モータ（駆動手段）
３７，３８タイミングプーリ（駆動手段、動力伝達装置）
３９タイミングベルト（駆動手段、動力伝達装置）
４１スプライン外筒（直線案内手段）
３１一軸アクチュエータ
４０ハウジング
４６ボール
４９外筒（直線案内手段）
６１基台
６２揺動台[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a uniaxial actuator that expands and contracts, and a conveyance / positioning device that conveys / positions a swing base using the uniaxial actuator.
[0002]
[Prior art]
There is known a parallel link mechanism in which six uniaxial actuators are interposed between a base and a swinging table to convey and position a swinging table having six degrees of freedom. FIG. 7 shows this parallel link mechanism. In the parallel link mechanism, six uniaxial actuators 3 that can be expanded and contracted are installed between the base 1 and the oscillating base 2, and each uniaxial actuator 3 is selectively expanded and contracted and placed on the oscillating base 2. The vehicle body 24 is conveyed and positioned.
[0003]
FIG. 8 shows a uniaxial actuator 3 used in this parallel link mechanism. This uniaxial actuator 3 is provided with a rod 5 in which a hollow tube 4 has one end housed in the tube 4 and the other end protruding outside the tube 4, and the rod 5 is advanced and retracted from the tube 4 by a ball screw 6. It is free. The screw shaft 7 is rotatably supported by a housing 8 attached to one end of the tube 4, and is connected to an output shaft of the electric motor 10 via a winding transmission device 9. When the electric motor 10 is driven, the screw shaft 7 rotates, the nut 11 moves up and down with respect to the screw shaft 7, and the rod 5 fixed to the nut moves forward and backward with respect to the tube 4.
[0004]
However, the conventional uniaxial actuator 3 has a configuration in which the rod 5 is advanced and retracted by using one ball screw 6, so that the expansion / contraction stroke cannot be increased. In particular, in the parallel link mechanism shown in FIG. 7, each uniaxial actuator 3 is often arranged so as to intersect the XYZ coordinate axes of the oscillating table 2, so that the amount of change in the position of the oscillating table 2 is compared. Although the stroke of each uniaxial actuator 3 must be large, the conventional uniaxial actuator 3 has an insufficient expansion / contraction stroke.
[0005]
FIG. 9 shows a telescopic arm as a uniaxial actuator having a large telescopic stroke (see JP-A-55-171746). The telescopic arm has a pair of female screws 13a and 13b formed at both ends of a rotatable pipe 12, and first and second screw shafts 14 and 15 that are screwed to the female screws 13a and 13b on both sides of the pipe 12. ing. When the gear 16 is rotated by the drive source, the spline shaft 17 fixed to the gear 16 is rotated, and the pipe 12 engaged with the spline shaft 17 is also rotated. The pipe 12 moves up and down with respect to the first screw shaft 14 by the rotation. Further, as the pipe 12 rotates, the second screw shaft 15 screwed into the pipe also moves up and down. In this way, by providing two screw mechanisms, since the telescopic arm expands and contracts in two steps, the expansion / contraction stroke can be increased.
[0006]
As another uniaxial actuator having a large expansion / contraction stroke, an expansion / contraction drive device shown in FIG. 10 is also known (see Utility Model Registration No. 2575054). The telescopic drive device includes a spline shaft 19 that is rotated by a worm gear 18, an advancing / retracting cylinder 20 that engages with the spline shaft 19, a nut 21 that is provided on the lower end side of the advancing / retracting cylinder 20, and the nut 21. A fixed screw shaft 25 and a support shaft cylinder 23 provided with a nut 22 screwed with a male screw formed on the outer periphery of the advance / retreat cylinder 20 are configured. When the spline shaft 19 is rotated, the advancing / retracting cylinder 20 is also rotated together, the advancing / retreating cylinder 20 is lifted / lowered with respect to the fixed screw shaft 25, and the support shaft cylinder 23 is also lifted / lowered with respect to the advancing / retreating cylinder 20. Since two screw mechanisms are provided, the expansion / contraction stroke can be increased by this expansion / contraction driving device.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional telescopic arm and the telescopic drive device, the drive source for rotating the pipe 12 is always at a fixed position on the base side without moving up and down together with the pipe 12. Since the uniaxial actuator of the parallel link mechanism also swings along with the expansion and contraction, if the drive source is at a fixed position on the base side, the drive source interferes with the base and the swing angle of the uniaxial actuator is limited. There is.
[0008]
Further, in addition to the pipe 12 and the pair of screw shafts 14 and 15 screwed into the pipe 12, the spline shaft 17 is necessary, and there is a problem that the uniaxial actuator is enlarged. Such enlargement of the actuator contributes to reducing the swing angle of the actuator.
[0009]
Further, in the conventional telescopic arm and telescopic drive device, as shown in FIG. 10, the gear mechanism 18 that rotates the advancing / retracting cylinder 20 is fixed to the base side, and the operating stroke is equivalent to the space of the gear mechanism and the dimension L1. Only diminished. Thus, the entire length L of the contracted actuator cannot contribute to the stroke, and only the dimension L2 obtained by subtracting L1 from the total length L of the actuator contributes to the stroke S. Therefore, there is a limit to increasing the stroke S. There is.
[0010]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a uniaxial actuator that can increase the expansion / contraction stroke and increase the swing angle, and the position of the swing base. It is to provide a transfer / positioning device that can take a large change in posture.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention will be described below. In addition, in order to make an understanding of this invention easy, the reference number of an accompanying drawing is attached in parenthesis writing, However, This invention is not limited to the form of illustration.
[0012]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have a hollow rotating member (32), a pair of nuts (33a, 33b) provided at both ends of the rotating member (32), and one of the nuts (33a). ), A second rod (35) screwed to the other nut (33b), and a driving means (36-39) for rotating the rotating member (32). And restricting the drive means (36-39) from rotating around the first rod (34), and the drive means (36-39) relative to the first rod (34). Linear guide means (41) that allows relatively linear movement in the axial direction of the first rod (34), and one of the nuts on the outer periphery of the first rod (34) ( 33a) and a spiral ball rolling groove (43) which is screwed to the first and the first The rod uniaxial actuator and the spline groove (44) which extends in the axial direction to engage with the linear guide means (41) is characterized that you have been formed so as to intersect each other (34) (31), described above Solved the problem.
[0013]
According to this invention, when the rotating member (32) is rotated by the driving means (36 to 39), the rotating member (32) linearly moves in the axial direction relative to the first rod (34). Since the drive means (36-39) is guided by the linear guide means (41), the drive means (36-39) follows the linear motion in the axial direction of the rotating member (32) and automatically moves in the axial direction of the first rod (34). It runs, and continues to give rotation to the rotating member (32). Since the drive means (36 to 39) itself runs and separates from the base, the drive means (36 to 39) does not interfere with the base, and a uniaxial actuator (31) having a large swing angle is obtained.
[0014]
Further, due to the rotation of the rotating member (32), the second rod (35) also moves linearly relative to the rotating member (32) in the axial direction simultaneously with the first rod (34). When reverse screws are formed on the nuts (33a, 33b), the first rod (34) and the second rod (35) linearly move in directions opposite to each other, so that the expansion / contraction stroke becomes large. Moreover, as described above, since the drive means (36 to 39) is self-propelled, the entire length of the actuator (31) is not reduced by the space of the gear mechanism, and the almost full length of the contracted actuator (31). Can contribute to the stroke, and therefore the stroke can be made larger.
[0015]
Further, according to the present invention, at least one of the first rod (34) and the second rod (35) is formed hollow, and when contracted, the first rod (34) and the second rod ( 35) is housed in the other.
[0016]
According to this invention, since the first rod (34) and the second rod (35) are accommodated in the rotating member (32), the rotating member (32), the first rod (34) and the second rod The lengths of the rods (35) in the axial direction can be made substantially equal, and when extended, the actuator (31) can be extended to about three times the total length of the actuator (31) when contracted.
[0017]
The present invention also provides a housing (40) for rotatably supporting the nut (33a) screwed into the first rod (34), and the drive means (36-39) are connected to the housing (40). The housing (40) is guided by the linear guide means (41).
[0018]
According to the present invention, the drive means (36 to 39) can follow up and down of the rotating member (32), and the rotation can be continuously transmitted to the rotating member (32).
[0019]
Further, the present invention is pre-Symbol forms the periphery in a spiral-shaped second ball rolling groove of the second rod (35), said pair of nuts (33a, 33b) on the inner periphery of each of the ball rolling A ball circulation path including a spiral ball rolling groove facing the running groove and the second ball rolling groove is formed, and a plurality of balls (46) are arranged and accommodated in the ball circulation path. To do.
[0020]
According to the present invention, a uniaxial actuator (31) with low friction and operating efficiently can be obtained.
[0021]
Further, according to the present invention, the linear guide means (41) includes the first rod (34) in which a ball rolling groove extending in the axial direction is formed, and a ball rolling groove corresponding to the ball rolling groove. A ball circulation path is formed, and an outer cylinder (49) assembled so as to be linearly movable with respect to the first rod (34), and arranged and accommodated in the ball circulation path of the outer cylinder (49). And a plurality of balls that circulate along with the linear motion of the outer cylinder (49) with respect to the first rod (34).
[0022]
According to the present invention, the first rod (34) can have both a function as a screw shaft and a function as a spline shaft, and it is not necessary to separately provide the screw shaft and the spline shaft. (31) can be prevented from being enlarged. Further, the linear guide means (41) with low friction and high efficiency can be obtained.
[0023]
The drive means (36 to 39) may include an electric motor (36) and a power transmission device (37, 38, 39) that transmits the driving force of the electric motor (36) to the rotating member.
[0024]
Further, according to the present invention, a plurality of uniaxial actuators (31) are installed between the base (61) and the oscillating base (62), and each uniaxial actuator (31) is selectively expanded and contracted to swing the oscillating. In the transport / positioning device for transporting / positioning the table (62), the single-axis actuator (31) includes a hollow rotating member (32) and a pair of nuts (33a, 33b provided at both ends of the rotating member (32). ), A first rod (34) that is screwed to one of the nuts (33a), a second rod (35) that is screwed to the other (33b) of the nut, and the rotating member (32). The driving means (36 to 39) arranged separately from the base (61) and the driving means (36 to 39) rotate around the first rod (34). The drive means (36 to 9) comprising a, a linear guide means (41) to allow the relative linear movement in the axial direction of the first rod (34) relative to said first rod (34), said first On the outer periphery of the rod (34), there is a spiral ball rolling groove (43) screwed into one of the nuts (33a) and the linear guide means (41) extending in the axial direction of the first rod (34). ) by the transport and positioning device spline groove to be engaged with (44), characterized that you have been formed so as to intersect each other, and solve the problems described above.
[0025]
According to the present invention, the expansion / contraction stroke of the uniaxial actuator (31) can be increased for the reasons described above, and therefore the change in the position and orientation of the swing base (62) can be increased. Further, when the driving means (36 to 39) is operated, the driving means (36 to 39) itself is self-propelled and away from the base (61), so that the driving means does not interfere with the base (61), and the neck A uniaxial actuator (31) with a large swing angle is obtained. Therefore, the position / posture change of the swing base (62) can be further increased.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 show a single-axis actuator 31 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state in which the uniaxial actuator 31 is contracted, and FIG. 2 shows a state in which the uniaxial actuator 31 is extended. The uniaxial actuator 31 is spanned, for example, between a base of a parallel link mechanism and a swing base via a universal joint, expands and contracts in the axial direction, and swings about the upper end or the lower end as a rotation center.
[0027]
The uniaxial actuator 31 is loosely fitted to the rotary member 32, a pair of ball screw nuts 33a and 33b provided on both ends of the rotary member 32, and having opposite screws formed therein, and the ball screw nut. A first rod 34 that is screwed to 33a, a second rod 35 that is loosely fitted to the first rod 34 and screwed to the ball screw nut 33b, and an electric motor 36 as a driving means for rotating the rotating member 32. Is provided. When the electric motor 36 is driven, the first rod 34 and the second rod 35 are moved forward and backward from the rotating member 32 by ball screw mechanisms provided at both ends of the rotating member 32. In other words, the rotating member 32 rises in the axial direction with respect to the first rod 34, and the second rod 35 also rises in the axial direction with respect to the rotating member 32. The electric motor 36 is self-propelled by its own power and rises together with the rotating member 32. When the electric motor 36 is rotated in the reverse direction, the uniaxial actuator 31 is reversely operated and contracts.
[0028]
A ball screw nut 33b is coupled to the upper end of the rotating member 32, and a timing pulley 37 is coupled to the lower end. The ball screw nut 33 a is coupled to the lower end of the timing pulley 37. The timing pulley 37 is rotationally driven by the electric motor 36. A timing pulley 38 is attached to the output shaft of the electric motor 36, and a timing belt 39 is bridged between the two shafts of both timing pulleys 37 and 38. The power transmission device includes the pair of timing pulleys 37 and 38 and the timing belt 39, and transmits the power of the electric motor 36 to the rotating member 32.
[0029]
The housing 40 rotatably supports the ball screw nut 33a. The ball screw nut 33a is rotatably supported by a bearing 42 attached to the housing 40. The housing 40 is attached to the first rod 34 via a spline outer cylinder 41 as a linear guide means. The spline outer cylinder 41 restricts rotation around the first rod 34 of the housing 40 and allows relative linear movement in the axial direction relative to the first rod 34 of the housing 40. The linear guide means for guiding the housing 40 in this way is not limited to the configuration of the ball spline, and various configurations can be employed.
[0030]
FIG. 3 shows the first rod 34, the ball screw nut 33 a, the bearing 42, and the spline outer cylinder 41. The first rod 34 is formed on the outer periphery of the hollow shaft so as to cross a spiral ball rolling groove 43 and a spline groove 44 extending in the axial direction. The lower end side of the first rod 34 is attached to a universal joint or the like, and the upper end side is accommodated in the rotating member 32.
[0031]
A ball circulation path 45 including a ball rolling groove corresponding to the ball rolling groove 43 is formed on the inner peripheral surface of the ball screw nut 33a, and is assembled to the first rod 34 so as to be relatively movable (see FIG. 4). FIG. 4 shows the second rod 35 and the ball screw nut 33b screwed to the second rod 35. The ball screw nut 33a and the ball screw nut 33b are balls that are reversely screwed to each other. The rolling groove is formed and the configuration is substantially the same. Therefore, the configuration of the ball screw 33a will be described with reference to FIG.
[0032]
The plurality of balls 46 are accommodated in the ball circulation path 45 and circulate in accordance with the relative movement (rotation) of the first rod 34 and the ball screw nut 33a. The ball 46 rolling in the load rolling groove of the first rod 34 and the ball screw nut 33a is scooped up from the groove by a side lid 48 provided at the end of the ball screw nut 33a, and passes through the ball screw nut 33a. It is fed into the load region from the opposite side lid 48 and moves infinitely. Although not shown, it is possible to employ a return pipe that raises the ball 46 at one end of the pipe and returns it to the other end via the pipe. Further, it is possible to adopt a configuration in which the ball 46 is separated from the ball rolling groove by a deflector and jumps over the outer diameter portion of the first rod 34 and returns to the ball rolling groove one lead ahead.
[0033]
As shown in FIG. 3, the bearing 42 is a known mechanism in which a plurality of balls 52 are interposed between an inner ring 50 and an outer ring 51. A flange for attaching to the housing 40 is formed on the outer ring 51.
[0034]
The spline outer cylinder 41 has a ball circulation path corresponding to the spline groove 44, and an outer cylinder 49 loosely fitted to the first rod 34, and is arranged and accommodated in the ball circulation path, and is external to the first rod 34. A plurality of balls that circulate according to the relative linear motion of the cylinder 49 and a cage that is integrated into the outer cylinder 49 and that aligns and holds the plurality of balls. On the inner surface of the outer tube 49, a groove is formed which becomes a ball track and extends in the axial direction. A load rolling path is formed between the groove formed in the outer cylinder 49 and the spline groove 44 formed in the first rod 34. Next to the load rolling path, there is formed a no-load return path through which the balls released from the load roll. A flange for attaching the outer cylinder to the housing is formed at the lower end of the outer cylinder 49. When the spline outer cylinder 41 is linearly moved relative to the first rod 34, the ball rolls while receiving a load on the load rolling path. Then, the ball is returned by a no-load return path provided next to the load rolling path, and circulates infinitely through the circuit-shaped circuit.
[0035]
FIG. 4 shows the second rod 35 and the ball screw nut 33b. The second rod 35 is solid, and a spiral ball rolling groove is formed on the outer periphery thereof. However, the second rod 35 may be hollow. The upper end of the second rod 35 is connected to a universal joint or the like, and the lower end is accommodated in the rotating member 32. The first rod 34 and the second rod 35 are reversely threaded, and the ball screw nut 33a and the ball screw nut 33b are also reversely threaded. Here, for example, when the left screw is formed on the ball screw nut 33a, the right screw is formed on the ball screw nut 33b, and when the right screw is formed on the ball screw nut 33a, for example, the reverse screw is the ball screw nut. 33b means that a left-hand thread is formed. At the upper end of the ball screw nut 33b, a flange 47 is formed for attachment to the upper end of the rotating member 32.
[0036]
5 and 6 show a transport / positioning device as a parallel link mechanism in which the uniaxial actuator 31 is incorporated. This transport / positioning device includes, for example, a regular triangular base 61, a regular triangular swing base 62 that is arranged in parallel with the base 61, and is smaller than the base 61. A plurality of, for example, six uniaxial actuators 31, which are swingably spanned at both ends, and universal joints 64 provided at both ends of each uniaxial actuator 31 are provided between the base 62. The base 61 and the swinging base 62 are arranged such that the vertex positions of the triangle are shifted from each other in a plane. The shapes and sizes of the base 61 and the swing base 62 are variously changed according to the use / operation mode of the transport / positioning device. Two universal joints 63 and 64 are attached to the apex positions of the base 61 and the swing base 62, respectively. Each uniaxial actuator 31 is disposed so as to connect the apex of the triangle of the base 61 and the apex of the triangle of the swing base 62, and the base 61, the swing base 62 and the single axis actuator 31 form a truss. Then, by selectively extending or contracting each uniaxial actuator 31, the space 6 degree of freedom of the position and posture of the swing table 62 is changed, and various swings are imparted to the swing table 62.
[0037]
When the electric motor 36 is operated to rotate the rotating member 32 from the contracted state of the uniaxial actuator 31 shown in FIG. 6, the rotating member 32 rises with respect to the first rod 34. At this time, the electric motor 36 moves away from the base 61 following the ascent of the rotating member 32. Therefore, the swing angle of the uniaxial actuator 31 can be increased without interference between the electric motor 36 and the base 61. Further, since the second rod 35 is also raised with respect to the rotating member 32 by the rotation of the rotating member 32, the stroke of the uniaxial actuator 31 can be increased. Moreover, since the electric motor 36 is self-propelled as described above, the entire length of the uniaxial actuator 31 is not reduced by the amount of the space of the gear mechanism, and almost the entire length of the uniaxial actuator 31 can be contributed to the stroke. The stroke can be made larger. Therefore, the position / posture change of the swing table 62 can be increased.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the rotating member is rotated by the driving means, the rotating member linearly moves in the axial direction relative to the first rod. Since the drive means is guided by the linear guide means, the drive means follows the linear movement in the axial direction of the rotating member, and is self-propelled in the axial direction of the first rod, and continues to give rotation to the rotating member. Since the driving means itself runs and separates from the base, the driving means does not interfere with the base, and a uniaxial actuator having a large swing angle is obtained.
[0039]
Moreover, since the second rod moves linearly relative to the rotating member in the axial direction simultaneously with the first rod by the rotation of the rotating member, a uniaxial actuator having a large expansion / contraction stroke can be obtained. In addition, since the drive means is self-propelled, the entire length of the actuator is not reduced by the space of the gear mechanism, and the entire length of the actuator in the contracted state can be contributed to the stroke, and therefore the stroke is made larger. can do.
[0040]
Further, according to the present invention, since the first rod and the second rod are housed in the rotating member, the axial lengths of the rotating member, the first rod, and the second rod are made substantially equal. When extending, the actuator can be extended to about three times the total length of the actuator when contracted.
[0041]
Furthermore, according to the invention, the first rod can have both a function as a screw shaft and a function as a spline shaft, and it is not necessary to provide the screw shaft and the spline shaft separately, and the single-axis actuator is enlarged. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a universal joint according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram (including a partial cross-sectional view) illustrating a state where the universal joint is extended.
FIG. 3 is a perspective view (including a partial cross-sectional view) illustrating a first rod, a ball screw nut, and a linear guide device.
FIG. 4 is a perspective view (including a partial cross-sectional view) showing a second rod and a ball screw nut.
FIG. 5 is a plan view showing a transport / positioning mechanism.
FIG. 6 is a side view showing a transport / positioning mechanism.
FIG. 7 is a schematic view showing a parallel link mechanism.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional uniaxial actuator.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional telescopic actuator.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a conventional telescopic drive device.
[Explanation of symbols]
32 Rotating member 33a, 33b Nut (ball screw nut)
34 First rod 35 Second rod 36 Electric motor (drive means)
37, 38 Timing pulley (drive means, power transmission device)
39 Timing belt (drive means, power transmission device)
41 Spline outer cylinder (straight guide)
31 Uniaxial actuator 40 Housing 46 Ball 49 Outer cylinder (straight guide means)
61 Base 62 Swing base

Claims

A hollow rotating member, a pair of nuts provided at both ends of the rotating member, a first rod screwed into one of the nuts, a second rod screwed into the other of the nuts, and the rotating member And a driving means for rotating the first rod, the driving means for restricting the rotation of the driving means around the first rod, and the driving means relative to the first rod in the axial direction of the first rod. Linear guide means for allowing linear movement, and on the outer periphery of the first rod, a spiral ball rolling groove that is screwed to one of the nuts and an axial direction of the first rod uniaxial actuator and the spline groove to be engaged with the linear guide means extends is characterized that you have been formed so as to intersect with each other.

Claim 1 wherein at least one of the first rod and the second rod is made hollow, during contraction, one of the first rod and the second rod, characterized in that it is housed in the other A single-axis actuator described in 1.

A housing for rotatably supporting a nut screwed to the first rod is provided, the drive means is attached to the housing, and the housing is guided by the linear guide means. Item 3. The uniaxial actuator according to item 1 or 2 .

Before SL to form a helical second ball rolling groove on the outer periphery of the second rod, the inner periphery of each of the pair of nuts, facing the ball rolling groove and said second ball rolling groove 4. The uniaxial actuator according to claim 1, wherein a ball circulation path including a spiral ball rolling groove is formed, and a plurality of balls are arranged and accommodated in the ball circulation path.

The linear guide means is formed with the first rod having a ball rolling groove extending in the axial direction, and a ball circulation path including a ball rolling groove corresponding to the ball rolling groove, and the first rod And a plurality of balls that are arranged and accommodated in the ball circulation path of the outer cylinder and circulate together with the linear movement of the outer cylinder with respect to the first rod. The uniaxial actuator according to claim 1, further comprising:

6. The uniaxial actuator according to claim 1, wherein the driving means includes an electric motor and a power transmission device that transmits a driving force of the electric motor to the rotating member.

In a transport / positioning device in which a plurality of single-axis actuators are installed between a base and a swing base, and each single-axis actuator is selectively expanded and contracted to transport and position the swing base,
The uniaxial actuator includes a hollow rotating member, a pair of nuts provided at both ends of the rotating member, a first rod screwed into one of the nuts, and a second rod screwed into the other of the nuts. And rotating the rotating member, limiting the rotation of the driving means separated from the base, the rotation of the driving means around the first rod, and the driving means Linear guide means that allows linear movement relative to one rod in the axial direction of the first rod, and the outer periphery of the first rod is screwed into one of the nuts. spiral ball rolling groove and the first conveyor and positioning device and the spline grooves characterized that you have been formed so as to intersect with each other to be engaged with the linear guide means extending in the axial direction of the rod.