(57)【要約】【課題】  搬送対象である目的物に対して二次元又は三次元の運動を容易に与えることが可能であり、しかも簡易な構成を有して低コストで生産することが可能であり、取り扱いも極めて容易な自在走行アクチュエータを提供する。【解決手段】  Ｘ方向に沿って運動自在な駆動スライダ３と、この駆動スライダ３に対して任意の進退量を与える駆動手段５と、可動体を搭載するガイドブロック１と、このガイドブロック１をＸ方向成分を含む方向へ案内する案内部材２と、前記ガイドブロック１と駆動スライダ３を連結して該駆動スライダ３のＸ方向移動量をガイドブロック１に伝達すると共に、前記Ｘ方向と直交する方向に関して伸縮自在な伝達部材６とから構成されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ方向に沿って運動自在な駆動スライダと、この駆動スライダに対して任意の進退量を与える駆動手段と、可動体を搭載するガイドブロックと、このガイドブロックをＸ方向成分を含む方向へ案内する案内部材と、前記ガイドブロックと駆動スライダを連結して該駆動スライダのＸ方向移動量をガイドブロックに伝達すると共に、前記Ｘ方向と直交する方向に関して伸縮自在な伝達部材とから構成されることを特徴する自在走行アクチュエータ。
【請求項２】
前記伝達部材はパンタグラフ式リンク機構からなることを特徴とする請求項１記載の自在走行アクチュエータ。
【請求項３】
前記伝達部材は可撓性を具備した金属薄板からなり、板面と平行な方向をＸ方向に合致させて前記駆動スライダに固定される一方、前記ガイドブロックに対しては揺動自在に取り付けられていることを特徴する請求項１記載の自在走行アクチュエータ。
【請求項４】
前記駆動手段は、Ｘ方向に沿って配設されると共にモータによって任意の回転量を与えられるねじ軸と、前記駆動スライダに固定されると共に前記ねじ軸に螺合するナット部材とから構成されることを特徴とする請求項１記載の自在走行アクチュエータ。
【請求項５】
前記案内部材は任意の曲率で円弧状に湾曲すると共に前記駆動スライダの移動範囲に架設されたガイドシャフトであり、前記ガイドブロックはこのガイドシャフトに遊嵌していることを特徴とする請求項１記載の自在走行アクチュエータ。
【請求項６】
前記案内部材は固定ベースに敷設されると共に曲線領域及び直線領域を含んだガイドレールであり、前記ガイドブロックは無限循環する多数のボールを介して前記ガイドレールに組付けられていることを特徴とする請求項１記載の自在走行アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線や曲線を含む任意の経路に沿って目的物を案内し、任意の移動量を与えることが可能な自在走行アクチュエータに係り、ウィンドウディスプレイ等における装飾用途から各種搬送機器などの工業用途にまで幅広く利用することが可能な自在走行アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、目的物に対して一方向の並進運動を与える一軸アクチュエータは種々のものが提案されている。また、これら一軸アクチュエータを２基組み合わせて目的物を二次元平面内で位置決めする二次元アクチュエータや、３基組み合わせて目的物を三次元空間内で位置決めする三次元アクチュエータも種々のものが提案されている。
【０００３】
しかし、これらの二次元アクチュエータや三次元アクチュエータは複数の一軸アクチュエータを組み合わせて構成されていることから、その構造が複雑で生産コストが高く、またコンパクト化を図り難かった。また、各一軸アクチュエータに関して制御パラメータが存在することから、三次元空間内の所定軌跡に沿って目的物を案内させる場合には、各一軸アクチュエータの制御が複雑なものとならざるを得なかった。このため、一軸アクチュエータを組み合わせた三次元アクチュエータは、目的物を三次元空間内で高精度に案内し、位置決めすることが必要とされる工作機械等の用途は別として、単純に目的物を所定の軌跡に沿って運動させたい用途には不向きであった。
【０００４】
一方、一軸アクチュエータを用いずに目的物を二次元平面内で所定の円弧状軌跡に沿って案内する装置としては、曲線レールを用いた旋回テーブル装置が知られている（特開２００３−１１７８１２）。この旋回テーブル装置では、テーブルが一定曲率の曲線レールに沿って円弧状の軌跡で運動を行う一方、かかるテーブルはボールねじによって駆動されている。ボールねじではねじ軸に螺合するナット部材が該ねじ軸の回転に応じて直線往復運動を行うが、かかるナット部材の直線往復運動を前記テーブルの旋回運動に変換するため、ナット部材は板ばねを介してテーブルと結合されている。すなわち、板ばねの弾性変形によってナット部材とテーブルとの距離の変化が吸収され、ナット部材の直線往復運動によってテーブルに旋回運動が与えられるようになっている。
【０００５】
また、曲線レールを用いてテーブルに旋回運動を与える場合の他の従来技術としては、曲線レールに沿ってタイミングベルトを貼り付ける一方、テーブルにプーリ及びこれを回転駆動するモータを搭載し、かかるプーリをタ−イミングベルトに噛み合わせることでテーブルを自走させるものが知られている（特開平８−５２６３０号公報）。
【特許文献１】特開２００３−１１７８１２
【特許文献２】特開平８−５２６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特開２００３−１１７８１２に開示された従来技術では、旋回運動を行うテーブルとボールねじのナット部材とを板ばねで結合しているので、板ばねの弾性変形量との関係からテーブルの旋回運動の範囲を大きく設定することが困難であった。
【０００７】
また、特開平８−５２６３０号公報に開示された従来技術では、テーブルにモータを搭載する必要があり、テーブルの重量が嵩んでその運動性が悪化する他、テーブル自体が大型化してしまうといった問題点があった。
【０００８】
特に、工作機械や搬送装置などのように目的物の移動精度を必要とする用途ではなく、例えばウィンドウディスプレイなどの装飾用途でアクチュエータを使用する場合には、簡易且つ低コストでありながら、目的物に対して二次元又は三次元の各種運動を与えられることが重要であり、そのような要求を満足する簡易なアクチュエータは未だ提案されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、搬送対象である目的物に対して二次元又は三次元の運動を容易に与えることが可能であり、しかも簡易な構成を有して低コストで生産することが可能であり、取り扱いも極めて容易な自在走行アクチュエータを提供することにある。
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の自在走行アクチュエータは、Ｘ方向に沿って運動自在な駆動スライダと、この駆動スライダに対して任意の進退量を与える駆動手段と、可動体を搭載するガイドブロックと、このガイドブロックをＸ方向成分を含む方向へ案内する案内部材と、前記ガイドブロックと駆動スライダを連結して該駆動スライダのＸ方向移動量をガイドブロックに伝達すると共に、前記Ｘ方向と直交する方向に関して伸縮自在な伝達部材とから構成されている。
【００１１】
このような技術的手段によれば、前記案内部材は駆動スライダの運動方向、すなわちＸ方向の成分を含む方向へガイドブロックを案内するものであれば、二次元平面内又は三次元空間内の任意の軌跡に沿ってガイドブロックを案内するものであれば良い。この場合、ガイドブロックが案内部材によって任意の軌跡上を案内されると、かかるガイドブロックとＸ方向に運動する駆動スライダとの距離は逐次変化することになるが、ガイドブロックと駆動スライダを連結する伝達手段がＸ方向と直交する方向に伸縮することにより、これらガイドブロックと駆動スライダの連結状態は維持され、駆動スライダのＸ方向移動量がガイドブロックに伝達されて、ガイドブロックを案内部材に沿って移動させることが可能となる。従って、本願発明では前記案内部材がガイドブロックを導く軌跡の通りに該ガイドブロックを運動させることができるものである。
【００１２】
また、前記ガイドブロック及び案内部材の構成は搬送対象物である可動体に必要とされる移動精度に応じて任意に選択することができ、例えば移動精度が要求されない用途であれば、案内部材を単なる金属シャフトとする一方、ガイドブロックを当該金属シャフトに遊嵌する合成樹脂製ブロックとすることができる。また、ガイドブロックの移動精度が必要とされるのであれば、例えば前記案内部材としてボール転走溝が形成された曲線レールを選択する一方、ガイドブロックには前記ボール転走溝を転走しながら無限循環するボールを具備したものを採用することができる。すなわち、本発明によれば、必要とする移動精度に応じて前記案内部材とガイドブロックの組み合わせは種々の中から選択することができ、簡易で且つ低コストの自在走行アクチュエータを得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以上、添付図面を用いながら本発明の自在走行アクチュエータを詳細に説明する。
【００１４】
図１及び図２は本発明の自在走行アクチュエータの第１の実施形態を示す斜視図である。この自在走行アクチュエータは、搬送対象物たる可動体を固定可能なガイドブロック１と、このガイドブロック１を案内する案内部材としての軌道レール２と、図中に示す矢線Ｘ方向に沿って往復動自在な駆動スライダ３と、モータ４の回転量に応じて前記駆動スライダ３を進退させる駆動手段としてのボールねじ５と、前記駆動スライダ３とガイドブロック１とを連結する伝達部材６とから構成されている。そして、これらの構成は固定ベース７の上に配設されてユニット化されている。
【００１５】
前記軌道レール２は、直線状に形成された直線案内レール２Ａと、所定の曲率で円弧状に形成された曲線案内レール２Ｂとから構成されており、前記ガイドブロック１がこれら直線案内レール２Ａ及び曲線案内レール２Ｂに沿って制限なく自在に移動し得るようになっている。尚、図１に示した例では前記直線案内レール２Ａは長手方向を前記Ｘ方向に合致させて配設されている。
【００１６】
図２は前記ガイドブロック１の一例を示す斜視図であり、前記直線案内レール２Ａに組み付けられた状態を示している。前記直線案内レール２Ａは断面略矩形状に形成されており、ボール１０が転走するボール転走溝２０が長手方向に沿って計４条形成されている。前記曲線案内レール２Ｂにも直線案内レール２Ａのボール転走溝２０と連続するボール転走溝か４条形成されている。また、直線案内レール２Ａにはその長手方向に適宜間隔をおいてボルト取付け孔２１が形成されており、直線案内レール２Ａはこのボルト取付け孔２１に挿入される図示外の固定ボルトによって前記固定ベース７に配設されている。
【００１７】
一方、前記ガイドブロック１は前記ボール１０の無限循環路１１を備えており、かかる無限循環路内をボールが転動することにより、ガイドブロック１が直線案内レール２Ａ及び曲線案内レール２Ｂに沿って自在に移動し得るように構成されている。また、ガイドブロック１は前記可動体の取付面１２及び当該可動体の固定ボルトが螺合するタップ孔１３を有しており、前記取付面１２に固定した可動体を軌道レール１に沿って自在に案内することができるようになっている。
【００１８】
尚、このようにボールの無限循環路を備えたガイドブロックが直線案内レール及び曲線案内レールに沿って連続的に移動するための具体的な構成は、特開２０００−３４６０６５に開示されている。
【００１９】
また、前記固定ベース７上には直線案内レール２Ａと平行にサポートシャフト３０が配設されており、前記駆動スライダ３はこのサポートシャフト３０に嵌合している。このサポートシャフト３０には丸軸またはスプライン軸を利用することができる。サポートシャフト３０は一対のＬ形ブラケット３１によって固定ベース７上に架設されており、合成樹脂製の駆動スライダ３がサポートシャフト３０に沿ってＸ方向へ自在に移動しうるようになっている。また、前記ブラケット３１にはボールねじ５を構成するねじ軸５０が回転自在に支承されており、このねじ軸５０は前記サポートシャフト３０と平行に配設されている。一方、前記ねじ軸５０に螺合するナット部材は前記駆動スライダ３に内蔵されており、ねじ軸５０はナット部材に螺合した状態で駆動スライダ３を貫通している。
【００２０】
前記ねじ軸５０にはカップリングを介してモータ４が結合されており、モータ４の回転がねじ軸５０に伝達されると、前記ナット部材を内蔵した駆動スライダ３がねじ軸の回転に応じてＸ方向へ移動することになる。このとき、前記ガイドシャフト３０は駆動スライダ３を案内すると共に、かかる駆動スライダ３に作用するＸ方向以外の荷重を負荷する。
【００２１】
図３は前記駆動スライダ３とガイドブロック１との結合状態を示す拡大斜視図である。駆動スライダ３とガイドブロック１とはＸ方向と直交する方向に伸縮自在な伝達部材６によって結合されており、駆動スライダ３のＸ方向に沿った運動がガイドブロック１に伝達されるように構成されている。この第１の実施形態において、前記伝達部材６はパンタグラフ式のリンク機構である。このリンク機構は複数のリンク６０と節としての複数のピン６１とから構成されており、各ピン６１に対してリンク６０が揺動することでリンク機構の全体が伸縮するように構成されている。ガイドブロック１に対しては一本のピン６１ａで結合される一方、駆動スライダ３に対しては固定ピン６１ｂ及び移動ピン６１ｃで結合されている。駆動スライダ３には前記移動ピン６１ｃを案内する長孔３１が形成されており、リンク６０の揺動によって固定ピン６１ｂと移動ピン６１ｃの距離が変化すると、かかる移動ピン６１ｃが長孔３１の内部をスライドし、伝達部材６の伸縮を許容するように構成されている。
【００２２】
このように構成された第１の実施形態の自在走行アクチュエータでは、モータ４を回転させて前記駆動スライダ３をＸ方向に沿って進退させると、かかる駆動スライダ３の移動が伝達部材６を介してガイドブロック１に伝達され、ガイドブロック１が軌道レール２に沿って運動することになる。
【００２３】
このとき、ガイドブロック１が直線案内レール２Ａを走行していると、かかる直線案内レール２ＡはＸ方向に沿って配設されていることから、伝達部材６は何ら伸縮することなく、駆動スライダ３のＸ方向の動きをそのままガイドブロック１に伝達する。これにより、ガイドブロック１は直線案内レール２Ａ上をＸ方向に移動する。
【００２４】
一方、ガイドブロック１が直線案内レール２Ａから曲線案内レール２Ｂに乗り移ると、ガイドブロック１の移動方向はＸ方向以外の成分を含むことになるが、前記伝達部材６が伸縮することにより、駆動スライダ３のＸ方向の動きがガイドブロック１に伝達される。その結果、ガイドブロック１は曲線案内レール２Ｂに沿って進行することができる。
【００２５】
ガイドブロック１が曲線案内レール２Ｂを走行している最中は、駆動スライダ３とガイドブロック１との距離が連続的に変化し、その変化割合は曲線案内レール２Ｂの曲率に依存していると言える。しかし、この第１の実施形態における伝達部材６は自在に伸縮することにより、駆動スライダ３とガイドブロック１との距離が大きく変化しても、それに追従して駆動スライダ３のＸ方向の運動をガイドブロック１に伝達することが可能である。
【００２６】
もっとも、ガイドブロック１の移動方向が駆動スライダ３の運動方向、すなわちＸ方向と直交する場合には、駆動スライダ３の運動をガイドブロック１に伝達することはできず、ガイドブロック１の動きがロックしてしまうことになる。かかる観点からすれば、この第１の実施形態では、ガイドブロック１が軌道レール２によってＸ方向成分を含む方向へ案内されている限り、駆動スライダ３の直線往復運動でガイドスライダ１を軌道レール２に沿って駆動させることができるものである。
【００２７】
従って、この自在走行アクチュエータによれば、軌道レール２における直線案内レール２Ａと曲線案内レール２Ｂの組み合わせを変更することで、各種経路に沿ってガイドブロック１を移動させ、かかるガイドブロック１に搭載した可動体を当該経路に沿って自在に案内することが可能となる。
【００２８】
図４は、本発明を適用した自在走行アクチュエータの第２の実施形態を示すものである。
【００２９】
この第２の実施形態の自在走行アクチュエータも、搬送対象物たる可動体Ｍを固定可能なガイドブロック８と、このガイドブロック８を案内する案内部材としてのガイドシャフト９と、図中に示す矢線Ｘ方向に沿って往復動自在な駆動スライダ３と、モータ４の回転量に応じて前記駆動スライダ３を進退させる駆動手段としてのボールねじ５と、前記駆動スライダ３とガイドブロック８とを連結する伝達部材６とから構成されている。そして、これらの構成は固定ベース７０の上に配設されてユニット化されている。
【００３０】
前述した第１の実施形態では固定ベース７上に軌道レール２を配設し、それをガイドブロック３の案内部材としたが、この第２の実施形態では固定ベース７０の上方に前記ガイドシャフト９を架設し、ガイドブロック８が前記ガイドシャフト９に沿って所定の軌道を運動するように構成した。尚、駆動スライダ３、ボールねじ５、伝達部材６の構成は第１の実施形態と同一である。
【００３１】
前記ガイドシャフト９は丸棒を円弧状に湾曲させたものであり、一対のブラケット７１を介して固定ベース７０上に架設されている。このガイドシャフト９の直下にはＸ方向に沿ってボールねじ５のねじ軸５０が回転自在に配設されており、かかるねじ軸５０はカップリング４０を介してモータ４と連結されている。図５はガイドブロック３から可動体Ｍを取り去った状態を示す拡大斜視図である。この図に示すように、ガイドブロック８は前記ガイドシャフト９が遊嵌する凹所を備えており、ガイドシャフト９に対して跨がるようにして組付けられている。また、ガイドブロック８は第１の実施形態と同様にパンタグラフ式のリンク機構からなる伝達部材６を介して駆動スライダ３と連結されている。
【００３２】
伝達部材６の駆動スライダ３に対する結合構造は第１の実施形態と同じである。
【００３３】
尚、図４及び図５に示す自在走行アクチュエータは１本のガイドシャフト９に対して２基のガイドブロック８を組み付けるように構成されたものであるが、図中には１基のガイドブロック８のみ描いてある。また、固定ベース７０上には２基のボールねじ５及びモータ４が平行に配設されているが、図中の奥側に位置するボールねじ５は描かれていないガイドブロック８を駆動するためのものであり、このボールねじ５によって往復運動が与えられる駆動スライダ３も図中には描かれていない。
【００３４】
このように構成された第２の実施形態の自在走行アクチュエータにおいても、モータ４を回転させて前記駆動スライダ３をＸ方向に沿って進退させると、かかる駆動スライダ３の移動が伝達部材６を介してガイドブロック８に伝達され、ガイドブロック８がガイドシャフト９に沿って運動することになる。
【００３５】
このとき、ガイドシャフトは円弧状に形成されており、ガイドブロック１がガイドシャフトに沿って移動すると、かかるガイドブロックと駆動スライダの距離は常に変化することになる。しかし、前記伝達部材６が伸縮して前記距離変化を吸収することにより、駆動スライダ３のＸ方向の動きがガイドブロック８に伝達され、その結果としてガイドブロック８はガイドシャフト９に沿って進行することができる。
【００３６】
従って、この自在走行アクチュエータによれば、ガイドシャフト９の形状を変更することで、かかるガイドシャフトの形状に合致した経路に沿ってガイドブロック８を移動させ、かかるガイドブロック８に搭載した可動体を当該経路に沿って自在に案内することが可能となる。
【００３７】
特に、この第２の実施形態の自在走行アクチュエータはガイドシャフト９及びガイドブロック８が極めて簡易な構造を有しているので、第１の実施形態よりも簡易に且つ安価に製作することができ、工業用途に限らず各種用途に使用することが可能となる。例えば、前記ガイドブロックに対してオブジェなどの装飾品を可動体として搭載すれば、所定経路に沿ってオブジェが立体的に動作するウィンドウディスプレイを製作することもでき、各種用途に本願発明の自在走行アクチュエータを使用することができるものである。
【００３８】
図６は前記伝達部材６の他の例を示すものである。
【００３９】
前述の第１の実施形態及び第２の実施形態の自在走行アクチュエータでは前記伝達部材６としてリンク機構を採用したが、この図６に示す伝達部材６２は金属薄板から構成されている。この伝達部材６２は面と垂直な方向に関して自在に変形する可撓性を有しており、例えばステンレス薄板から形成することができる。また、金属薄板からなる伝達部材６２はその板面と平行な方向を前記駆動スライダ３の移動方向と合致させた姿勢で該駆動スライダ３及びガイドブロック１に取り付けられている。伝達部材６２はガイドブロック１に対してはピン６３によって揺動自在に取り付けられる一方、駆動スライダ３に対しては変位することのないよう複数のピン６４で固定されている。尚、図６に描かれている例では、伝達部材６２を除く他の構成は前述の第１の実施形態と同一である。
【００４０】
金属薄板からなる前記伝達部材６２は板面と平行な方向に関しては変形し難いので、ねじ軸５０の回転に伴って駆動スライダ３がサポートシャフト３０に沿ってＸ方向へ移動すると、駆動スライダ３のＸ方向への移動量が伝達部材６２を介してガイドブロック１に伝達され、ガイドブロック１が軌道レール２に沿って移動する。
【００４１】
そして、ガイドブロック１が軌道レール２の直線案内レール２Ａから曲線案内レール２Ｂに移動すると、前記ピン６３を中心としてガイドブロック１が伝達部材６２に対して回転を生じ、ガイドブロック１の姿勢の変化が吸収される一方、金属薄板からなる伝達部材６２が撓みを生じることによって、ガイドブロック１と駆動スライダ３との間の距離の変化が吸収される。
【００４２】
これにより、駆動スライダ３のＸ方向への移動量のみをガイドブロック１に伝達し、直線領域と曲線領域とが混在した軌道レール２に沿ってガイドブロック１を自在に移動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の自在走行アクチュエータの第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態におけるガイドブロックの構造を示す一部切欠き斜視図である。
【図３】第１の実施形態における伝達手段の詳細を示す拡大斜視図である。
【図４】本発明の自在走行アクチュエータの第２の実施形態を示す斜視図である。
【図５】第２の実施形態においてガイドブロック３から可動体Ｍを取り去った状態を示す拡大斜視図である。
【図６】本発明における伝達部材の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，８…ガイドブロック、２…軌道レール、３…駆動スライダ、５…ボールねじ、６，６２…伝達部材、７，７０…固定ベース
【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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