(57)【要約】【課題】  衛生面で問題なく、小型軽量化を実現できて、洗浄が簡単であり、かつ完全密閉一体型であって、食品加工分野に適用可能な複合型アクチュエータを提供する。【解決手段】  円筒形状ケーシング２の内部に配置された駆動軸１と、同駆動軸の軸方向への往復動及び回転動を自在に支持する軸受装置と、中空部を有し同中空部に駆動軸１を通し同駆動軸に回転動を付与するモータ１０と、駆動軸１にピストン１４を同駆動軸と連動可能に取り付け、同ピストンの往復動とともに駆動軸１を往復動させるエアシリンダとを備えたことを特徴とする。好ましくは、前記軸受装置を、ボールスプライン軸受５で構成し、同ボールスプライン軸受のナットを転がり軸受７で回転可能に支持して、駆動軸１とともに回転させるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に配置された駆動軸と、同駆動軸の軸方向への往復動及び回転動を自在に支持する軸受装置と、中空部を有し同中空部に前記駆動軸を通し同駆動軸に回転動を付与するモータと、前記駆動軸にピストンを同駆動軸と連動可能に取り付け、同ピストンの往復動とともに同駆動軸を往復動させるエアシリンダとを備えたことを特徴とする１軸２自由度アクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動軸を中空軸とし、中空部にエンドエフェクタ制御用の２方向のエア通路を配設するとともに、同駆動軸に同エンドエフェクタを着脱可能に接続できるエンドエフェクタ用継ぎ手を取り付けたことを特徴とする請求項１記載の１軸２自由度アクチュエータ。
【請求項３】
前記軸受装置を、ボールスプライン軸受で構成し、同ボールスプライン軸受のナットを転がり軸受で回転可能に支持して、前記駆動軸とともに回転させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の１軸２自由度アクチュエータ。
【請求項４】
前記モータをブラシレスモータとしたことを特徴とする請求項１記載の１軸２自由度アクチュエータ。
【請求項５】
前記モータの回転数を検知するエンコーダを装着したことを特徴とする請求項１記載の１軸２自由度アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットその他の産業機械装置用のアクチュエータに関し、特に良好な衛生状態を保持する必要がある食品産業分野で、直に食品を把持するエンドエフェクタ用に好適な１軸２自由度アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年急成長を遂げている弁当、惣菜産業において、盛り付け工程の自動化に対する要求が急速に高まっている。この自動化機器への要求諸元としては、弁当が多品種少量生産であることから、具材の多様性に対応できること、近年関心が高まっている「食の安全・安心」という観点から、機械の丸洗いができることや、機械からの異物混入を完全に防止できること、不定形軟弱物である食材を最低でも人並みの能力で高速で掴んで運ぶこと、狭いスペースで人との混在作業が可能であること、等が挙げられる。
【０００３】
しかしながら現存する産業用ロボットでは、上記の条件を満たすものはほとんど存在しない。一般に、食品産業に導入されている自動機器の代表的なアクチュエータとして、空圧シリンダ、電動モータ等のアクチュエータが挙げられる。
空圧シリンダは、主に高速動作が要求される場合に利用されるが、中には寿司握りロボットのように、空圧シリンダの欠点であった「空気の圧縮性」を逆に利用してあたかも掌で握ったような「微妙な握り」を実現させているものもある。
【０００４】
また電動アクチュエータは、脱骨ロボットで代表されるように、高精度で力のいる作業（狙ったカッティング位置での切り込み、骨と肉との引き剥がし）で主に利用されている。
そして装置の小型化や低コスト化が図られ、直進機構や回転機構を一つの駆動軸に対して一体構成する１軸２自由度のアクチュエータが開発されている。
【０００５】
たとえば特許文献１（特開平６−２９２３４３号公報）には、駆動軸の一部にボールネジ又はネジを形成するとともに、別の部分にスプライン又はボールスプラインを形成し、ボールネジ又はネジに係合するナットを設け、これをモータにより直接的に又は伝達機構を介して間接的に回転させるとともに、スプライン又はボールスプラインに係合するナットを設け、これをモータにより直接的に又は伝達機構を介して間接的に回転させ、一つの駆動軸の異なる部分に対して、直進機構と回転機構とを配置できる１軸２自由度アクチュエータが記載されている。
【０００６】
さらに上記アクチュエータは、上記モータの出力軸を中空軸とし、中空部に駆動軸を挿通して同軸状に配置することによって、コンパクトな構造とし、またモータの出力軸とナットとを直結することによって、精度や強度の向上を図ることが開示されている。
【特許文献１】特開平６−２９２３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これら従来の複合型アクチュエータは、複数の要素部品の組み合わせ構造となるため、スペースの問題や、モータやブレーキ部を重ねることによる重量増加問題は避けられず、またエンドエフェクタを取り付けた場合に、ワイヤやチューブ、摺動部などが外部に露出するため、外形も複雑になり、実装面はもとより洗浄性や衛生面でも問題がある。
さらに現在実用化されている食品自動機のほとんどは構造が複雑なものが多く、洗浄作業にかなりの手間がかかっているばかりでなく、洗浄によって内部に水が浸入して故障する事故を引き起こしやすいとともに、軸にねじ部、スプライン部が刻まれているため、シール部分からオイルが漏れる可能性があり、そのため食品分野に使用できないという問題点がある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、上記従来技術の問題点を解消し、衛生面で問題なく、小型軽量化を実現できて、かつ完全密閉一体型であって、食品加工分野に適用可能な複合型アクチュエータを提供することを目的とする。
具体的には、２種の駆動軸を一体化させつつ、さらなる小型化・軽量化を図り、電気配線、空気配管等を外部に出さない構造とし、多種多様な具材に対応できるよう、複数種のエンドエフェクタを簡単に取り付けられるようにし、洗浄が簡単にでき、かつ摺動部からのオイル漏れを完全に防ぐことができる密閉構造とした１軸２自由度のアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる目的を達成するもので、その手段は、ケーシングの内部に配置された駆動軸と、同駆動軸の軸方向への往復動及び回転動を自在に支持する軸受装置と、中空部を有し同中空部に前記駆動軸を通し同駆動軸に回転動を付与するモータと、前記駆動軸にピストンを同駆動軸と連動可能に取り付け、同ピストンの往復動とともに同駆動軸を往復動させるエアシリンダとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記手段において、ケーシングの内部に配置された駆動軸に対し、中空部を有し同中空部に前記駆動軸を通し同駆動軸に回転動を付与するモータと、往復動を付与する手段としてエアシリンダとを併設したことにより、構造の小型化及び軽量化を達成でき、ケーシングの内部に収納し得る簡素な構造の１軸２自由度のアクチュエータとすることができる。
上記エアシリンダの採用により、駆動軸にスプライン溝又はねじ部を刻設する部分を最小限にすることができる。
【００１１】
上記手段において、好ましくは、駆動軸を中空軸とし、同中空部にエンドエフェクタ制御用の２方向のエア通路を配設するとともに、同駆動軸に同エンドエフェクタを着脱可能に接続できるエンドエフェクタ用継ぎ手を取り付ける。また好ましくは、前記軸受装置を、ボールスプライン軸受で構成し、同ボールスプライン軸受のナットを転がり軸受で回転可能に支持して、前記駆動軸とともに回転させるようにする。これによって、駆動軸の軸方向及び回転方向に対する支持が簡単な構造で達成できる。
【００１２】
さらに好ましくは、前記モータをブラシレスモータとする。駆動軸をモータの中空部に挿通する構造を簡単な構造で達成でき、アクチュエータ全体の構造を簡素化できる。さらに好ましくは、前記モータの回転数を検知するエンコーダを装着する。これによって、１軸２自由度のアクチュエータの制御を精度良く行なうことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ケーシングの内部に配置された駆動軸と、中空部を有し同中空部に前記駆動軸を通し同駆動軸に回転動を付与するモータと、前記駆動軸にピストンを同駆動軸と連動可能に取り付け、同ピストンの往復動とともに同駆動軸を往復動させるエアシリンダとを備えたことによって、１軸２自由度アクチュエータの構造を小型化、軽量化できるため、密閉構造のケーシング内に収容可能となる。そのため駆動軸の摺動部からのオイル漏れを防止するための密閉構造とすることが容易になる。
駆動軸を軸方向へ摺動させるための手段として、エアシリンダを使うため、駆動軸に刻むねじ部又はスプライン部を最小限に抑えることができ、これによってシール部分からのオイル漏れを完全に防ぐことができ、衛生的であり、食品分野に十分適用できる。
【００１４】
また好ましくは、駆動軸を中空軸とし、中空部にエンドエフェクタ制御用の２方向のエア通路を配設するとともに、同駆動軸に同エンドエフェクタを着脱可能に接続できるエンドエフェクタ用継ぎ手を取り付けたことによって、エンドエフェクタの配管を外部に露出することなく、衛生的であるとともに、ケーシングの密閉性を保持することができる。
また本発明によれば、好ましくは、同駆動軸の軸方向への往復動及び回転動を自在に支持する軸受装置を、ボールスプライン軸受で構成し、同ボールスプライン軸受のナットを転がり軸受で回転可能に支持して、前記駆動軸とともに回転させるようにしたことにより、軸受装置の構造を支持性能に支障なく、一層簡素な構造にでき、このため洗浄も簡単となる。
【００１５】
さらに好ましくは、モータをブラシレスモータとしたことにより、一層簡単な構造で駆動軸の回転動を支障なく行なうことができる。また好ましくは、前記モータの回転数を検知するエンコーダを装着することによって、１軸２自由度のアクチュエータの制御を精度良く行なうことができる。
このように、本発明によれば、タイミングベルトやギヤ等粉塵を発生させやすい部品を徹底的に廃して、食品への異物混入を完全に防止できるとともに、たとえばバットに入った複数種の具材群から任意の具材の引き上げ、運搬、弁当等への盛り付け、具材の位置の微調整を容易に行なえる。一般の弁当工場では、数時間毎に工場設備機器を洗浄しているが、本発明のアクチュエータは、上記のように衛生面及び洗浄性も十分考慮されているため、アクチュエータ本体を分解することなく、その場ですぐ洗浄が可能であり、従来の装置では適応が困難であった食品工場内でも導入が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明の第１実施例に係る全体縦断立面図、図２は前記第１実施例に係る右側面図、図３は前記第１実施例に係る左側面図、図４は前記第１実施例に係る、図１中のIV―IV線に沿う横断面図である。
【００１７】
第１実施例に係る図１〜図４において、１は、外形が四角形で、内部の中空部が円筒形状のケーシング２内に配置された駆動軸であり、駆動軸１の内部は中空となっていて、そこに２ポート（２方向）のエンドエフェクタ用配管３を内蔵している。４は、図示しないアクチュエータのシリンダ側とワンタッチで着脱可能なエンドエフェクタ用継ぎ手である。５は、駆動軸１を軸方向に摺動自在かつ周方向に回転自在に支持するボールスプラインであり、同ボールスプライン５はベアリングホルダ６に支持され、ベアリングホルダ６とともに、転がり軸受７によって回転可能に支持されている。
【００１８】
８は、ベアリングホルダ６に固定したマグネットで、サーボモータ１０のコイル９と対峙し、サーボモータ１０の電磁力により、駆動軸１及びベアリングホルダ６とともに回転する。１１はモータ用スタックであり、１２は、サーボモータ１０に電流を送るケーブル、１３は駆動軸１の回転数を検知するエンコーダである。
また１４は、エア供給口１９から供給されるエアによって駆動されるエアシリンダのピストンであり、エアを上シリンダ室２０又は下シリンダ室２１に供給することにより、駆動軸１の軸方向に往復動する。１５は駆動軸１と一体に取り付けられたスリーブであり、駆動軸１と一体となって回転かつ往復動する。１６は駆動軸１及びスリーブ１５を回転可能に支持する転がり軸受である。ピストン１４自身は回転しないが、駆動軸１と係合して、その往復動とともに駆動軸１を往復動させる。なお１７は駆動軸１と下シリンダ室２１を形成する遮蔽板１８との間を密閉するＯリングである。
【００１９】
かかる第１実施例によれば、ブラシレスサーボモータ１０が駆動軸１を周方向に回転させるとともに、ピストン１４が駆動軸１を軸方向に往復動させ、この際ボールスプライン５自身が回転して、駆動軸１の回転動を許容しながら駆動軸１を支持し、かつ転がり軸受７がボールスプライン５を支持するという構造により、小型・軽量化が達成され、限定された角型ケーシング２の円筒中空内で、１軸２自由度のアクチュエータを駆動可能にしている。
【００２０】
また駆動軸１の軸方向往復動の手段としてエアシリンダを採用したことにより、電気配線を極力廃することができ、また２方向のエンドエフェクタ用配管３を駆動軸１に内蔵させることにより、空気配管等を外部に露出しない構造が可能となり、その結果、密閉性及び洗浄性を良好にできる。
これによって、タイミングベルトやギヤ等粉塵を発生させやすい部品を徹底的に廃して、食品への異物混入を完全に防止できるとともに、駆動軸１からの潤滑油漏れを完全に防止でき、食品分野への適用が十分可能である。
【００２１】
また駆動軸１に２ポート（２方向）のエンドエフェクタ用配管３を内蔵させ、エンドエフェクタ用継ぎ手４により、図示しないアクチュエータのシリンダ側とワンタッチで着脱可能としたため、たとえばバットに入った複数種の具材群から任意の具材の引き上げ、運搬、弁当等への盛り付け、具材の位置の微調整を容易に行なえる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、ロボットその他の産業機械装置用の１軸２自由度のアクチュエータに関し、構造が簡単で、小型・軽量化を図ることができ、密閉性が良く、衛生的であり、特に良好な衛生状態を保持する必要がある食品産業分野で、直に食品を把持するエンドエフェクタ用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本発明の第１実施例に係る縦断立面図である。
【図２】前記第１実施例に係る右側面図である。
【図３】前記第１実施例に係る左側面図である。
【図４】前記第１実施例に係る、図１中のIV―IV線に沿う横断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  駆動軸
２  円筒形状ケーシング
３  エンドエフェクタ用配管
４  エンドエフェクタ用継ぎ手
５  ボールスプライン
６  ベアリングホルダ
７，１６  転がり軸受
８  マグネット
９  コイル
１０  サーボモータ
１１  モータ用スタック
１２  モータ用ケーブル
１３  エンコーダ
１４  ピストン
１５  スリーブ
１７  Ｏリング
１８  遮蔽板
１９  エア供給口
２０  上シリンダ室
２１  下シリンダ室  
【図１】
2004340376.tif 000003
【図２】
2004340376.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004340376.tif 000006