(57)【要約】【課題】スライド軸を長くすることなく、十分な直線運動のストロークを得ることができる直動アクチュエータを提供する。【解決手段】直動アクチュエータ１００は、中空モータ１０１によりスライド軸１０２を進退させる。スライド軸１０２は外周に雄ねじ１２７を有し、かつこの雄ねじ１２７が形成された箇所に、回り止め溝１２８が軸方向に延びて形成されている。中空軸１１３の内径部に、雄ねじ１２７に螺合する雌ねじ１２５を有するナット１０３が設けられている。中空軸１１３の内周におけるナット１０３が設けられていない軸方向部分、およびナット１０３における雌ねじ１２５が形成されていない軸方向部分のいずれか一方または両方が、スライド軸１０２を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部１２６とされている。【選択図】図１
2019068544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子の内周に回転子となる中空軸を有する中空モータにより、前記中空軸を貫通したスライド軸を進退させる直動アクチュエータであって、
前記スライド軸は外周に雄ねじを有し、かつこの雄ねじが形成された箇所に回り止め溝が軸方向に延びて形成され、
前記回り止め溝に係合することにより前記固定子に対して前記スライド軸を回り止めする係止体が前記固定子に設けられ、
前記中空軸の内径部に、前記雄ねじに螺合する雌ねじを有するナットが設けられ、
前記中空軸の内周における前記ナットが設けられていない軸方向部分、および前記ナットにおける前記雌ねじが形成されていない軸方向部分のいずれか一方または両方が、前記スライド軸を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部とされていることを特徴とする直動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の直動アクチュエータにおいて、前記固定子の内周に、前記スライド軸を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部が設けられている直動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の直動アクチュエータにおいて、前記中空軸は金属製であり、前記ナットは樹脂製である直動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載の直動アクチュエータにおいて、前記ナットの軸方向一部に前記雌ねじが形成され、残りの軸方向部分が前記ラジアル軸受部とされた直動アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の直動アクチュエータにおいて、前記係止体が軸方向に離れた複数箇所に設けられている直動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被作業体に対して作業体で各種作業を行う作業装置等に設けられ、物品を直線方向に送り目的位置に停止させて位置決めを行う直動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記直動アクチュエータとして、例えば特許文献１に、中空モータの中空軸の内周部にナットが設けられ、かつこのナットにねじ軸からなるスライド軸が螺合し、中空モータを駆動することでスライド軸を直線運動させる構成のもの開示されている。この直動アクチュエータは、スライド軸における雄ねじが形成されていない軸方向部分に回り止め用溝が形成されており、この回り止め用溝にボール等の係止体が係合することで、スライド軸を回転させることなく直線運動させるようにしている。
【０００３】
他に、特許文献２に、上記直動アクチュエータと同様の構成からなる送りねじ機構を備えた産業用ロボットが開示されている。また、特許文献３には、樹脂製ナットを用いたすべりねじ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−８４９１９号公報
【特許文献２】特開２０１５−８０８３７号公報
【特許文献３】特開平１０−２８１１３２号公報
【特許文献４】特開平１０−１２２３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の直動アクチュエータは、スライド軸の雄ねじと回り止め用溝とが軸方向に離れて位置しているため、スライド軸の長さが限られている場合、スライド軸の直線運動のストロークが短いという課題がある。言い換えると、十分なストロークを得るためには、スライド軸を長くしなければならない。
【０００６】
この発明の目的は、スライド軸を長くすることなく、十分な直線運動のストロークを得ることができる直動アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の直動アクチュエータは、固定子の内周に回転子となる中空軸を有する中空モータにより、前記中空軸を貫通したスライド軸を進退させる直動アクチュエータであって、
前記スライド軸は外周に雄ねじを有し、かつこの雄ねじが形成された箇所に回り止め溝が軸方向に延びて形成され、
前記回り止め溝に係合することにより前記固定子に対して前記スライド軸を回り止めする係止体が前記固定子に設けられ、
前記中空軸の内径部に、前記雄ねじに螺合する雌ねじを有するナットが設けられ、
前記中空軸の内周における前記ナットが設けられていない軸方向部分、および前記ナットにおける前記雌ねじが形成されていない軸方向部分のいずれか一方または両方が、前記スライド軸を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部とされていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、中空モータの回転子である中空軸が回転すると、この中空軸に設けられたナットが回転する。このナットに螺合したスライド軸も回転しようとするが、スライド軸は、回り止め溝に係合した係止体により回り止めされているために回転できずに、軸方向に進退する。スライド軸の雄ねじと回り止め溝が軸方向の同じ箇所に形成されているため、スライド軸の軸方向長さを長くすることなく、十分な長さのストロークを得ることができる。また、中空軸およびナットのいずれか一方または両方にラジアル軸受部が設けられているため、スライド軸を支持するための軸受を別途に設ける必要がなく、その分だけ直動アクチュエータを軸方向にコンパクトに構成できる。
【０００９】
この発明において、前記固定子の内周に、前記スライド軸を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部が設けられていてもよい。
中空軸やナットのラジアル軸受部の他に、固定子にもラジアル軸受部を設けると、スライド軸の支持が安定する。追加のラジアル軸受部を固定子に設けることにより、直動アクチュエータの軸方向長さを変えることなく、スライド軸の支持の安定化を図れる。
【００１０】
この発明において、前記中空軸は金属製であり、前記ナットは樹脂製であるとよい。
中空軸は強い強度が求められるため、金属製とすることで中空軸の強度を向上させられる。また、ナットはスライド軸に対する摺動性が求められるため、樹脂製とすることでナットの摺動性を向上させられる。ナットに摺動性に優れた樹脂を用いることで、ナットとスライド軸との摺動部に潤滑材を供給しなくてもよく、直動アクチュエータの全体構成を簡略にすることができる。
【００１１】
ナットが樹脂製である場合、前記ナットの軸方向一部に前記雌ねじが形成され、残りの軸方向部分が前記ラジアル軸受部とされていてもよい。
ナットにラジアル軸受部を設けると、樹脂製のラジアル軸受部によりスライド軸を摺動性良く回転および軸方向移動自在に支持することができる。
【００１２】
この発明において、前記係止体が軸方向に離れた複数箇所に設けられていてもよい。
この構成であると、軸方向に離れた複数の係止体でスライド軸の回り止めをするため、ナットの回転方向が反転するときなどにガタが生じ難い。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の直動アクチュエータは、固定子の内周に回転子となる中空軸を有する中空モータにより、前記中空軸を貫通したスライド軸を進退させる直動アクチュエータであって、前記スライド軸は外周に雄ねじを有し、かつこの雄ねじが形成された箇所に、前記スライド軸は外周に雄ねじを有し、かつこの雄ねじが形成された箇所に回り止め溝が軸方向に延びて形成され、前記回り止め溝に係合することにより前記固定子に対して前記スライド軸を回り止めする係止体が前記固定子に設けられ、前記中空軸の内周における前記ナットが設けられていない軸方向部分、および前記ナットにおける前記雌ねじが形成されていない軸方向部分のいずれか一方または両方が、前記スライド軸を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部とされたているため、スライド軸を長くすることなく、十分な直線運動のストロークを得ることができる
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる直動アクチュエータの断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】同直動アクチュエータの右側面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態にかかる直動アクチュエータの部分断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図４のVI−VI側面図である。
【図７】この発明の第３の実施形態にかかる直動アクチュエータの部分断面図である。
【図８】図７のVIII−VIII断面図である。
【図９】図７のIX−IX断面図である。
【図１０】直動アクチュエータを備えた作業装置の一例の一状態を示す正面図である。
【図１１】同作業装置の異なる状態を示す正面図である。
【図１２】同作業装置の組立分解図である。
【図１３】同作業装置のリンク作動装置の一部を省略した背面図である。
【図１４】（Ａ）は図１３のXIV−ＰＡ−XIV断面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。
【図１５】同リンク作動装置の１つのリンク機構を直線で表現した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１の実施形態］
図１〜図３はこの発明の第１の実施形態を示す。図１はその直動アクチュエータの断面図、図２は図１のII−II断面図、図３は同直動アクチュエータの右側面図である。なお、図１は図２のＩ−Ｏ３−Ｉ断面を示している。
【００１６】
この直動アクチュエータ１００は、中空モータ１０１の回転を直線運動に変換して、スライド軸１０２を軸方向に進退させる。直動アクチュエータ１００は、前記中空モータ１０１、ナット１０３、前記スライド軸１０２、一対の係止体１０４，１０５、および回転検出手段１０６を備える。
【００１７】
中空モータ１０１は、固定子１１０と、コイル１１１と、永久磁石１１２と、回転子となる中空軸１１３とで構成される。コイル１１１への通電は、図示しない制御装置により制御される。
【００１８】
固定子１１０は、この直動アクチュエータ１００のハウジングをなすものであり、軸方向中央部の固定子本体１１４と、この固定子本体１１４の一方の端面に固定されたフランジ形成部材１１５と、固定子本体１１４およびフランジ形成部材１１５の端面にそれぞれ固定された一対の蓋１１６，１１７との組合せからなる。フランジ形成部材１１５および蓋１１６は固定ボルト１１８によって固定子本体１１４に固定され、蓋１１７は固定ボルト１１９によって固定子本体１１４に固定されている。
【００１９】
フランジ形成部材１１５は外周にフランジ部１１５ａを有し、このフランジ部１１５ａに、直動アクチュエータ１００を他の機器に取り付けるための貫通孔１２０が設けられている。
また、蓋１１６，１１７の内周部は、スライド軸１０２を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部１２１，１２２とされている。これらラジアル軸受部１２１，１２２は、樹脂でできている。
【００２０】
中空モータ１０１は、前記固定子本体１１４の内周に前記コイル１１１が配置され、このコイル１１１の内周に対向して前記永久磁石１１２が配置されている。永久磁石１１２は、前記中空軸１１３の外周面に固定されている。中空軸１１３の両端部は、フランジ形成部材１１５および固定子本体１１４にそれぞれ設置された一対の転がり軸受１２３，１２４によって回転自在に支持されている。
【００２１】
ナット１０３は、中空軸１１３の内径部に固定されている。ナット１０３の軸方向一端側（図１の左側）には雌ねじ１２５が形成され、軸方向他端側（図１の右側）は、スライド軸１０２を回転および軸方向移動自在に支持するラジアル軸受部１２６とされている。例えば、ナット１０３は樹脂製とされ、インサート成形により金属製の中空軸１１３と一体化されている。ナット１０３の外周面に設けられた凸部１０３ａが中空軸１１３の内周面に食い込んだ形状とされており、ナット１０３と中空軸１１３とが強固に一体化されている。
【００２２】
ナット１０３、および蓋１１６，１１７のラジアル軸受部１２１，１２２に用いる樹脂材としては、スライド軸１０２との優れた摺動性を有し、かつスライド軸１０２を構成する金属よりも硬度が低いことが求められる。このような要求を満たす樹脂材としては、例えばフッ素系樹脂組成物や超高分子量ポリエチレン樹脂組成物等が挙げられる。
【００２３】
フッ素系樹脂組成物は、フッ素系樹脂を主成分とする。フッ素系樹脂としては、ポリテトラルオロエチレン樹脂（略称ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂（略称ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（略称ＰＦＥ）、エチレン‐テトラフルオロエチレン共重合体樹脂、ポリクロロトリフルエチレン樹脂、エチレン‐クロロフルオロエチレン共重合体樹脂等が挙げられる。これらは、それぞれ単独もしくは、上記フッ素系樹脂のモノマーの例えば１：１０から１０：１の重合割合で、２種以上の共重合体や３元共重合体等からなる樹脂であってもよい。
【００２４】
スライド軸１０２は、ハウジングをなす固定子１１０よりも軸方向に長い軸であって、外周の軸方向両端間にわたって雄ねじ１２７が形成されている。この雄ねじ１２７は、ナット１０３の雌ねじ１２５に螺合している。
【００２５】
また、スライド軸１０２の外周には、軸方向両端間に軸方向に延びる回り止め溝１２８が形成されている。つまり、雄ねじ１２７と回り止め溝１２８は軸方向の同じ箇所に形成されており、雄ねじ１２７の周方向の一部分が回り止め溝１２８によって切り欠かれた状態となっている。図の例では、回り止め溝１２８の数が一つであるが、円周方向に分散して複数あってもよい。
【００２６】
係止体１０４，１０５は、それぞれ固定ボルト１３０，１３０により蓋１１６，１１７に固定され、その先端がスライド軸１０２の回り止め溝１２８内に挿入されている。これにより、スライド軸１０２が回り止めされる。回り止め溝１２８と係止体１０４，１０５とで、前記回り止め機構を構成する。回り止め機構は、他の構成であってもよい。例えば、回り止め溝１２８内をボールが転動する構成としてもよい。
【００２７】
回転検出手段１０６は、中空軸１１３に設けられた磁気エンコーダ１３１と、固定子本体１１４に設けられた磁気センサ１３２とからなり、これら磁気エンコーダ１３１および磁気センサ１３２が互いに軸方向に対向している。磁気センサ１３２は、前記制御装置に接続されている。
【００２８】
この直動アクチュエータ１００は、上記構成であって、次のように動作する。
制御装置(図示せず）の制御によりコイル１１１が通電されると、中空モータ１０１の中空軸１１３が回転し、この中空軸１１３に設けられたナット１０３が回転する。このナット１０３に螺合したスライド軸１０２も回転しようとするが、スライド軸１０２は、回り止め溝１２８に係合した係止体１０４，１０５により回り止めされているため回転できずに、軸方向に進退する。中空軸１１３の回転は回転検出手段１０６に検出され、その検出信号が制御装置に送られる。
【００２９】
スライド軸１０２の雄ねじ１２７と回り止め溝１２８とが軸方向の同じ箇所に形成されているため、スライド軸１０２の軸方向長さを長くすることなく、十分な長さのストロークを得ることができる。また、固定子１１０の蓋１１６，１１７およびナット１０３にラジアル軸受部１２１，１２２，１２６が設けられているため、スライド軸１０２を支持するための軸受を別途に設ける必要がなく、その分だけ直動アクチュエータ１００を軸方向にコンパクトに構成できる。
【００３０】
ナット１０３のラジアル軸受部１２６だけでも、スライド軸１０２を回転および軸方向移動自在に支持することができるが、固定子１１０にもラジアル軸受部１２１，１２２を設けることで、スライド軸１０２の支持が安定する。追加のラジアル軸受部１２１，１２２を固定子１１０に設けることにより、直動アクチュエータ１００の軸方向長さを変えることなく、スライド軸１０２の支持の安定化を図ることができる。
【００３１】
ナット１０３が樹脂製であるため、スライド軸１０２に対する摺動性が良い。具体的には、ナット１０３の雌ねじ１２５とスライド軸１０２の雄ねじ１２７との摺動性が良く、かつナット１０３のラジアル軸受部１２６とスライド軸１０２の外周面（雄ねじ１２７のねじ山）との摺動性が良い。同様に、蓋１１６，１１７のラジアル軸受部１２１，１２２も樹脂製であるため、これらラジアル軸受部１２１，１２２とスライド軸１０２の外周面との摺動性も良い。このため、上記各摺動部に潤滑材を供給しなくてもよく、直動アクチュエータ１００の全体構成を簡略にすることができる。
【００３２】
さらに、スライド軸１０２の回り止めをする二つの係止体１０４，１０５が、固定子における１１０における軸方向両端にそれぞれ設けられている。このように、軸方向に離れた複数の係止体１０４，１０５でスライド軸１０２の回り止めをすることにより、ナット１０３の回転方向が反転するときなどにガタが生じ難く、安定した動作を行うことができる。
【００３３】
［第２の実施形態］
図４〜図６は、この発明の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態の直動アクチュエータ１００は、第１の実施形態のようにナット１０３をインサート成形するのではなく、互いに別々に製作された中空軸１１３とナット１０３とを、接着により互いを一体化している。このため、第２の実施形態のナット１０３は、中空軸１１３内に軸方向から挿入可能なように、外周に凸部が設けられておらず、かつ図５に示すように外周面にＤカット部１０３ｃが形成されている。ナット１０３の断面形状に対応して、中空軸１１３の中空孔は断面Ｄ形状である。
他は第１の実施形態と同じである。
【００３４】
［第３の実施形態］
図７〜図９は、この発明の第３の実施形態を示す。この第３の実施形態の直動アクチュエータ１００は、第２の実施形態のナット１０３におけるラジアル軸受部１２６に相当する部分が、ナット１０３から分離されて別体とされている。この別体のラジアル軸受部材１３５は、中空軸１１３の内周に嵌合させ、接着により一体化されている。
他は第２の実施形態と同じである。
【００３５】
［直動アクチュエータの使用例］
上記各実施形態の直動アクチュエータ１００は、例えば、被作業体に対して作業体で接触状態または非接触状態で作業を行う作業装置の一構成要素として用いられる。被作業体を直線方向に移動可能に支持するために直動アクチュエータ１００を用いる場合、図１に示すように、スライド軸１０２の一端に、被作業体を取り付けるための被作業体取付部材１４０が設けられる。被作業体取付部材１４０は、被作業体取付用のねじ孔１４１を有し、固定ボルト１４２によってスライド軸１０２に固定される。また、スライド軸１０２の他端には、抜け止め用部材１４２が固定ボルト１４３によって固定されている。
【００３６】
以下、直動アクチュエータ１００を用いた作業装置の一例を図１０〜図１５と共に説明する。
図１０は作業装置の一状態を示す正面図、図１１はその異なる状態を示す正面図、図１２はその組立分解図である。この作業装置は、被作業体１に対して作業体２で接触状態または非接触状態で作業を行う装置である。例えば、作業体２は切削加工や研摩加工を行う回転工具であり、その場合、被作業体１に対して接触状態で作業を行う。作業体２は、液体の塗布機等のように、被作業体１に対して非接触で作業を行うものであってもよい。
【００３７】
作業装置は、地面に設置された枠状の土台３を有し、この土台３の上板部３ａの上にリンク作動装置４が設置されている。リンク作動装置４は、パラレルリンク機構１０と、このパラレルリンク機構１０を作動させる複数の姿勢制御用アクチュエータ１１とからなる。パラレルリンク機構１０は、縦向きの姿勢で設けられており、その上部側に位置する後述の先端側のリンクハブ１３に直動アクチュエータ１００が搭載されている。そして、この直動アクチュエータ１００のスライド軸１０２に設けられた前記被作業体取付部材１４０に被作業体１が取り付けられる。この実施形態の場合、スライド軸１０２の基端側に突出する部分に、被作業体取付部材１４０が設けられている。
【００３８】
また、前記土台３には昇降機構７が設けられている。そして、この昇降機構７によって昇降される作業機取付部材８に、作業体２が取り付けられる。作業体２は、後述の基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと同心に取り付けられ、回転作業部２ａは前記中心軸ＱＡ周りに回転する。
【００３９】
＜リンク作動装置＞
図１３はリンク作動装置４の一部を省略した背面図である。リンク作動装置４のパラレルリンク機構１０は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３を３組のリンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結したものである。図１３では、１組のリンク機構１４のみが示されている。リンク機構１４の数は、４組以上であってもよい。
【００４０】
各リンク機構１４は、基端側の端部リンク部材１５、先端側の端部リンク部材１６、および中央リンク部材１７で構成され、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構をなす。基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６はＬ字状をなし、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３に回転自在に連結されている。中央リンク部材１７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の他端がそれぞれ回転自在に連結されている。
【００４１】
パラレルリンク機構１０は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造であって、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶、および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶の中心軸が、基端側と先端側においてそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢで交差している。また、基端側と先端側において、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じであり、端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γを持っていてもよいし、平行であってもよい。
【００４２】
図１４は図１３のXIV−ＰＡ−XIV断面図であって、同図に、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材１７と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶の中心軸Ｏ２と、基端側の球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。つまり、中心軸Ｏ１と中心軸Ｏ２とが交差する点が球面リンク中心ＰＡである。先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６の形状ならびに位置関係も図１４と同様である（図示せず）。図の例では、リンクハブ１２（１３）と端部リンク部材１５（１６）との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材１５（１６）と中央リンク部材１７との各回転対偶の中心軸Ｏ２とが成す角度αが９０°とされているが、前記角度αは９０°以外であってもよい。
【００４３】
３組のリンク機構１４は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図１５に示すように、各リンク部材１５，１６，１７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材１７の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。図１５は、一組のリンク機構１４を直線で表現した図である。図示のパラレルリンク機構１０は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６との位置関係が、中央リンク部材１７の中心線Ｃに対して回転対称となる位置構成になっている。各中央リンク部材１７の中央部は、共通の軌道円上に位置している。
【００４４】
基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３と３組のリンク機構１４とで、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３が直交２軸回りに回転自在な２自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブ１２に対して先端側のリンクハブ１３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構である。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の可動範囲を広くとれる。
【００４５】
例えば、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図１４）と直角に交わる直線をリンクハブ１２，１３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの折れ角θ（図１５）の最大値を約±９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の旋回角φ（図１５）を０°〜３６０°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度のことである。
【００４６】
基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢変更は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの交点Ｏを回転中心として行われる。図１０は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが同一線上にある状態を示し、図１１は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが或る作動角をとった状態を示す。姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離Ｌ（図１５）は変化しない。
【００４７】
各リンク機構１４が次の各条件を満たす場合、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６とは同じに動く。よって、パラレルリンク機構１０は、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する等速自在継手として機能する。
条件１：各リンク機構１４におけるリンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶の中心軸Ｏ１の角度および長さが互いに等しい。
条件２：リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶の中心軸Ｏ１および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との回転対偶の中心軸Ｏ２が、基端側および先端側において球面リンク中心ＰＡ，ＰＢで交差する。
条件３：基端側の端部リンク部材１５と先端側の端部リンク部材１６の幾何学的形状が等しい。
条件４：中央リンク部材１７における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件５：中央リンク部材１７の対称面に対して、中央リンク部材１７と端部リンク部材１５，１６との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。
【００４８】
図１３に示すように、基端側のリンクハブ１２は、平板状の基端部材２０と、この基端部材２０と一体に設けられた３個の回転軸連結部材２１とで構成される。図１４に示すように、基端部材２０は中央部に円形の貫通孔２０ａを有し、この貫通孔２０ａの周囲に３個の回転軸連結部材２１が円周方向に等間隔で配置されている。貫通孔２０ａの中心は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図１３）上に位置する。各回転軸連結部材２１には、軸心が基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと交差する回転軸２２が回転自在に連結されている。この回転軸２２に、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結される。
【００４９】
一つの基端側の端部リンク部材１５およびその両端周辺部を拡大した図１４（Ｂ）に示すように、回転軸２２は、大径部２２ａ、小径部２２ｂ、および雄ねじ部２２ｃを有し、小径部２２ｂで２個の軸受２３を介して回転軸連結部材２１に回転自在に支持されている。軸受２３は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。これらの軸受２３は、回転軸連結部２１に設けられた内径溝２４に嵌合状態で設置され、圧入、接着、加締め等の方法で固定されている。他の回転対偶部に設けられる軸受の種類および設置方法も同様である。
【００５０】
回転軸２２は、大径部２２ａで後記減速機構６２の出力軸６２ａに同軸上に配置される。その配置構造については、後で説明する。また、回転軸２２には、この回転軸２２と一体に回転するように、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結される。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の一端に形成された切欠き部２５内に回転軸連結部材２１を配置し、回転軸２２の小径部２２ｂを、基端側の端部リンク部材１５の一端における前記切欠き部２５の両側部分である内外一対の回転軸支持部２６，２７にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受２３の内輪に挿通してある。そして、回転軸２２の大径部２２ａの外周に嵌合するスペーサ２８を介し、基端側の端部リンク部材１５と減速機構６２の出力軸６２ａとをボルト２９で固定すると共に、外側の回転軸支持部２７よりも突出した回転軸２２の雄ねじ部２２ｃにナット３０を螺着してある。軸受２３の内輪と一対の回転軸支持部２６，２７との間に、スペーサ３１，３２を介在させてあり、ナット３０を螺着時に軸受２３に予圧を付与する構成である。
【００５１】
基端側の端部リンク部材１５の他端には、中央リンク部材１７の一端に回転自在に連結された回転軸３５が連結される。この中央リンク部材１７の回転軸３５は、リンクハブ１２の回転軸２２と同様に、大径部３５ａ、小径部３５ｂ、および雄ねじ部３５ｃを有し、小径部３２ｂで２個の軸受３６を介して中央リンク部材１７の一端に回転自在に支持されている。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の他端に形成された切欠き部３７内に中央リンク部材１７の一端を配置し、回転軸３５の小径部３５ｂを、基端側の端部リンク部材１５の他端における前記切欠き部３７の両側部分である内外一対の回転軸支持部３８，３９にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受３６の内輪に挿通してある。そして、外側の回転軸支持部３９よりも突出した回転軸３５の雄ねじ部３５ｃにナット４０を螺着してある。軸受３６の内輪と一対の回転軸支持部３８，３９との間に、スペーサ４１，４２を介在させてあり、ナット４０を螺着時に軸受３６に予圧を付与する構成である。
【００５２】
図１３に示すように、先端側のリンクハブ１３は、平板状の先端部材５０と、この先端部材５０の内面に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材５１とで構成される。先端部材５０も、基端部材２０と同様に円形の貫通孔５０ａを有する。各回転軸連結部材５１が配置される円周の中心は、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢ上に位置する。各回転軸連結部材５１は、軸心がリンクハブ中心軸ＱＢと交差する回転軸５２が回転自在に連結されている。この先端側のリンクハブ１３の回転軸５２に、先端側の端部リンク部材１６の一端が連結される。先端側の端部リンク部材１６の他端には、中央リンク部材１７の他端に回転自在に連結された回転軸５５が連結される。先端側のリンクハブ１３の回転軸５２および中央リンク部材１７の回転軸５５も、前記回転軸３５と同じ形状であり、かつ２個の軸受（図示せず）を介して回転軸連結部材５１および中央リンク部材１７の他端にそれぞれ回転自在に連結されている。
【００５３】
パラレルリンク機構１０を作動させる姿勢制御用アクチュエータ１１は、減速機構６２を備えたロータリアクチュエータであり、基端側のリンクハブ１２の基端部材２０の上面に、前記回転軸２２と同軸上に設置されている。姿勢制御用アクチュエータ１１と減速機構６２は一体に設けられ、モータ固定部材６３により減速機構６２が基端部材２０に固定されている。この実施形態では、３組のリンク機構１４のすべてに姿勢制御用アクチュエータ１１が設けられている。ただし、３組のリンク機構１４のうち少なくとも２組に姿勢制御用アクチュエータ１１を設ければ、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を確定することができる。
【００５４】
図１４（Ｂ）において、減速機構６２はフランジ出力であって、大径の出力軸６２ａを有する。出力軸６２ａの先端面は、出力軸６２ａの中心線と直交する平面状のフランジ面６４となっている。出力軸６２ａは、前記スペーサ２８を介して、基端側の端部リンク部材１５の回転軸支持部２６にボルト２９で接続されている。前記回転軸２２の大径部２２ａが、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶部を構成し、この大径部２２ａが、減速機構６２の出力軸６２ａに設けられた内径溝６７に嵌っている。
【００５５】
＜昇降機構＞
昇降機構７は、図１０、図１１に示す例では、ボールねじ機構を用いた構成を採用している。すなわち、土台３の上板部３ａから下方に延びる複数のシャフト７０に、リニアブッシュ７１を介して昇降台７２が昇降可能に案内され、この昇降台７２に前記作業体取付部材８が設置されている。また、土台３の底面に設置したモータ７３からねじ軸７４が前記シャフト７０と平行に上方に延びており、このねじ軸７４に、昇降台７２に設けたナット７５が螺合している。モータ７３でねじ軸７４を回転させると、昇降台７２が昇降し、作業体取付部材８に取り付けられた作業体２が基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに沿って移動する。昇降機構７は、ボールねじ機構を用いない他の構成であってもよい。
【００５６】
＜作業装置の組立方法＞
図１２に示すように、作業装置は、昇降機構７を含む土台３の部分と、リンク作動装置４の部分と、直動アクチュエータ１００の部分とにユニット化されており、各ユニットを次のように組み立てる。すなわち、土台３の上板部３ａの上にリンク作動装置４の基端側のリンクハブ１２を載置し、固定ボルト１４５で固定する。このとき、上板部３ａの段差部３ａａに基端側のリンクハブ１２の段差部１２ａが嵌め込まれる。また、リンク作動装置４の先端側のリンクハブ１３に直動アクチュエータ１００を、被作業体取付部材１４０が下向きになるように取り付ける。その際、先端側のリンクハブ１３の貫通孔５０ａ（図１３）に直動アクチュエータ１００の下端部を挿入し、フランジ部１１５ａを先端側のリンクハブ１３の上面に載置する。そして、フランジ部１１５ａに設けられた前記貫通孔１２０に固定ボルト１４６を挿通して、直動アクチュエータ１００を固定する。
【００５７】
＜作業装置の作用＞
この作業装置は、作業時には、作業体２に対して被作業体１が適正な角度となるように、リンク作動装置４により被作業体１の姿勢を変更し、かつ被作業体１と作業体２との相対距離が適正となるように、直動アクチュエータ１００により被作業体１を先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢに沿って移動させる。また、必要に応じて、昇降機構７により、作業体２を基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに沿って昇降させる。
【００５８】
このように被作業体１の姿勢および位置を変えることができるため、被作業体１の動きの自由度が高く、被作業体１に対して作業体２で様々な角度や位置から作業を行うことができる。また、直動アクチュエータ１００で被作業体１を動かすため、被作業体１の姿勢は一定に保ったまま、被作業体１を先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢに沿って動かすことで、被作業体１の各部に対して同じ条件で作業を行うことができる。さらに、昇降機構７により作業体２を昇降させることで、より一層複雑で多様な作業を行うことができる。
【００５９】
図示例の場合、スライド軸１０２における基端側に突出する部分に被作業体取付部材１４０が設けられており、基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３との間の内部空間で、被作業機１に対する作業体２の作業が行わる。このため、作業装置の設置スペースを狭くて済む。
【００６０】
図示例では、直動アクチュエータ１００に被作業体１が設けられ、基端側のリンクハブ１２に昇降機構７を介して作業体２が設けられているが、被作業体１と作業体２とが逆になっていてもよい。その場合でも、上記と同様の作用および効果が得られる。
【００６１】
以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１００…直動アクチュエータ
１０１…中空モータ
１０２…スライド軸
１０３…ナット
１０４，１０５…係止体
１１０…固定子
１１３…中空軸
１２１，１２２，１２６…ラジアル軸受部
１２５…雌ねじ
１２７…雄ねじ
１２８…回り止め溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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