(57)【要約】【課題】リニアモータのみで簡易に構成された２自由度アクチュエータを得ること。【解決手段】第１の固定子３ｆの内側に対向して配置された第１の移動子３Ｌとを有する第１のリニアモータ３と、第１のリニアモータ３Ｌと直線上に設けられると共に、第２の固定子１０ｆの内側に対向して配置され、中央に中空部を有する第２の移動子１０Ｌとを備えた第２のリニアモータ１０と、第２の移動子１０Ｌの中空部に挿入して固定されたナット１２と、ネジがナット１２に螺合されると共に、第１の移動子３ｌの中央部に固定されたシャフト１５と、シャフト１５をリニアに移動させる場合には、第１、第２のリニアモータ３，１０を駆動し、シャフト１５を回転させる場合には、第１のリニアモータ３を停止すると共に、第２のリニアモータ１０を駆動する制御手段と、を備えたものである。【選択図】　　　図１
2004120815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の固定子と該第１の固定子の内側に対向して配置された第１の移動子とを有する第１のリニアモータと、
該第１のリニアモータと直線上に設けられると共に、第２の固定子と該第２の固定子の内側に対向して配置され、中央に中空部を有する第２の移動子とを備えた第２のリニアモータと、
前記第２の移動子の前記中空部に挿入して固定されたナットと、
ネジが設けられ、該ネジが前記該ナットに螺合されると共に、前記第１の移動子の中央部に固定されたシャフトと、
該シャフトをリニアに移動させる場合には、前記第１、第２のリニアモータを駆動し、
該シャフトを回転させる場合には、前記第１のリニアモータを停止すると共に、前記第２のリニアモータを駆動する制御手段と、
を備えたことを特徴とする２自由度アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１、第２の移動子を同期してリニアに移動させる同期手段を、
備えたことを特徴とする請求項１に記載の２自由度アクチュエータ。
【請求項３】
前記第１、第２のリニアモータ、前記シャフトを収納する一体と成ったケースを、
備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の２自由度アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シャフトがリニア（直線）移動及び回転させる簡易な２自由度アクチュエータの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の２自由度アクチュエータを特開平６−３０３７３７号公報によって説明する。該公報に掲載された２自由度アクチュエータは、シャフトを直線運動と回転運動との機構が異なる駆動機構を備え、回転運動機構は、回転モータ用フレームの内側に回転用モータを有し、軸受とスプライン案内軸受を介してシャフトに動力を伝達し、回転用モータの回転によりシャフトを回転させるように形成している。
直線運動機構は、外筒と内筒とを有するリニアモータ用フレームの内側にリニアモータ、リニアモータの移動子を介してリニア軸受、シャフトを備え、移動子が直線移動することを利用してシャフトを直線運動にしている。
【０００３】
上記のように構成された２自由度アクチュエータの回転用モータを駆動すると、回転子の回転によりシャフトが回転する。つぎに、リニアモータを駆動すると、移動子、リニアモータ用フレームがリニアに移動し、軸受を介して支持したシャフトが直線方向に移動する。
かかる２自由度アクチュエータによれば、回転用モータが回転するときは、リニアモータ用の移動子は回転動作による影響を受けず、リニアモータが直線移動するときは、回転用モータの回転子は直線移動動作による影響を受けないので、シャフトの質量を従来に比較して軽減することにより応答性の良いものが得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成された２自由度アクチュエータにおける直線運動では、リニアモータによりシャフト、移動子の他にリニアモータ用フレームの内筒が一体となって直線運動するので、シャフト及び移動子のみを移動させるのに比較してリニアモータ用フレームの内筒等の質量分だけリニアモータの推力増大すると共に、構造が複雑になり、しかも、二種類の回転用モータとリニアモータとを有しているので、モータの種類が増加するという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リニアモータのみで簡易に構成され、リニアモータ用のフレームが動作することなくシャフトがリニア及び回転し得る２自由度アクチュエータを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る２自由度アクチュエータは、第１の固定子と該第１の固定子の内側に対向して配置された第１の移動子とを有する第１のリニアモータと、該第１のリニアモータと直線上に設けられると共に、第２の固定子と該第２の固定子の内側に対向して配置され、中央に中空部を有する第２の移動子とを備えた第２のリニアモータと、前記第２の移動子の前記中空部に挿入して固定されたナットと、ネジが設けられ、該ネジが前記該ナットに螺合されると共に、前記第１の移動子の中央部に固定されたシャフトと、該シャフトをリニアに移動させる場合には、前記第１、第２のリニアモータを駆動し、該シャフトを回転させる場合には、前記第１のリニアモータを停止すると共に、前記第２のリニアモータを駆動する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかる２自由度アクチュータによれば、第１、第２のリニアモータを駆動して第１、第２の移動子を直線動作させると、第１、第２の移動子によってシャフトが直線移動する。
第１のリニアモータを停止した状態で、第２のリニアモータを駆動して第２の移動子を動作させると、第２の移動子の移動によってシャフトに螺合されたナットが回転してシャフトを回転すると共に、シャフトに固定された第１の移動子が回転する。
したがって、シャフトの直線移動に伴って第１、第２の移動子以外のケース等が移動することがないので、第１、第２のリニアモータの推力を必要最小限にできる。しかも、第１、第２のリニアモータのみで２自由度アクチュエータを構成できるので、構成が簡易でモータの種類を低減できるという効果がある。
【０００７】
また、第１、第２の移動子を同期してリニアに移動させる同期手段を備えることで、第１、第２のリニアモータを駆動して第１、第２の移動子を動作させると、シャフトは直線移動しながら回転することを防止できる。
したがって、シャフトに連結されたハンド等によって、該ハンドが電子部品を基板に取り付ける場合、ハンドを直線移動させた後、シャフトを回転することによりハンドが回転して電子部品の方向を変えて基板に取り付ける用途に適する。
【０００８】
さらに、第１、第２のリニアモータ、シャフトを収納する一体と成ったケースを備えれば、２自由度リニアアクチュエータのケースを一体化できるので、小型・軽量化を図れるという効果がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の一実施の形態を図１によって説明する。図１は、本発明の一実施形態による２自由度アクチュエータを示す断面図である。
図１において、２自由度アクチュエータ１００は、シャフト１５を駆動する第１、第２のリニアモータ３，１０と、シャフト１５がリニア駆動されたときのシャフト１５のリニア位置を検出する位置検出部２０と、第１、第２のリニアモータ３，１０の駆動を制御する制御部５０と、円筒型で、上蓋２ａ、下蓋２ｃを有する略ドラム形状のケース（筐体）２とを備えている。なお、上蓋２ａ、下蓋２ｃの中央には孔が穿設されている。
【００１０】
ケース２には、円筒型の第１の固定子３ｆと第１の固定子３ｆの内側に対向して配置されると共に、円筒型で直線移動する第１の移動子３Ｌとを有する第１のリニアモータ３と、第１の移動子３Ｌの中空部に挿入して固定されたリング５と、第１のリニアモータ３と直線上に設けられると共に、円筒型の第２の固定子１０ｆと第２の固定子１０ｆの内側に対向して配置されと共に、円筒型で直線移動する円筒型の第２の移動子１０Ｌとを有する第２のリニアモータ１０と、第２の移動子１０Ｌにおける円筒の中空部に挿入して固定されたナット１２と、該ナット１２に螺合されるネジ１５ｎが設けられと共に、リング５に固定されたシャフト１５と、シャフト１５の両端部を支えると共に、上蓋２ａ、下蓋２ｃにそれぞれ固定された軸受１７，１９とを備えている。なお、シャフト１５のネジ１５ｎの範囲は、第２の移動子１０Ｌが第２の固定子１０ｆを移動する部分に施されているが、シャフト１５の回転量が少なければ、該範囲も短くできる。
【００１１】
制御部はマイクロコンピータ５０から成り、マイクロコンピータ５０は位置検出部２０の出力が接続されると共に、運転指令が入力される入力インターフェイス（以下、インターフェイスを「Ｉ／Ｆ」という。）５２と、ＣＰＵ５４、ＲＯＭ５６、ＲＡＭ５７、電圧生成制御部Ａ５８，電圧生成制御部Ｂ５９に接続される出力Ｉ／Ｆ６０とから成っている。なお、ＲＡＭ５７はＣＰＵ５４に作業領域も提供するように形成されている。
【００１２】
ＲＯＭ５６には、シャフト１５をリニア移動させるリニア運転指令が入力Ｉ／Ｆ５２に入力されると、第１、第２のリニアモータ３，１０を駆動してシャフト１５をリニア移動させる。
また、シャフト１５を回転させる回転運転指令が入力Ｉ／Ｆ５２に入力されると、第１のリニアモータ３を停止すると共に、第２のリニアモータ１０を駆動してシャフト１５を回転させる。さらに、同期指令及びリニア運転指令が入力Ｉ／Ｆ５２に入力されると、第１、第２のリニアモータ３，１０を同期して駆動してシャフト１５をリニア移動させる以上の三種類の運転プログラムが格納されている。なお、同期には、起動、停止、速度、距離がある。
【００１３】
位置検出部２０は、シャフト１５の上端部には、リング状のＮ，Ｓ磁極が交互に形成されたスケール１５ｓを有しており、該スケール１５ｓに対向されたホール素子２２によって、予め定められた基準点からのＮ，Ｓ磁極該の数をＣＰＵ５４がカウントすることによりシャフト１５の直線移動量を求めるように構成されている。
なお、シャフト１５の回転角度の検出はしていない。これは、電圧生成制御部Ｂ５９から発生するパルス電圧の電圧値、パルス幅を予め定められたように発生することにより第２の固定子１０ｆに一パルスを印加することによりシャフト１５が予め定められた回転角度θだけ回転するから、ＣＰＵ５４が電圧生成制御部Ｂ５９からの指令により発生するパルスの数をカウントすることによりシャフト１５の回転角度θを求めることができるからである。
【００１４】
上記のように構成された２自由度アクチュエータの動作を図１乃至図３によって説明する。図２は２自由度アクチュエータのシャフトの直線運動を示す断面図、図３は２自由度アクチュエータのシャフトの回転運動を示す断面図である。
いま、第１、第２のリニアモータ３，１０の同期を取りながらシャフト１５を所定距離だけリニア移動させるリニア運転指令及び、第１、第２の移動子３Ｌ，１０Ｌを同一速度で同一距離移動する同期指令が入力されると、ＣＰＵ５４は、リニア運転指令及び同期指令を取りこみＲＯＭ５６に記憶された手順にしたがって、すなわち、出力Ｉ／Ｆ６０を介して電圧生成制御部Ａ５８，Ｂ５９により第１、第２のリニアモータ３，１０を同期駆動する。
【００１５】
かかる駆動により第１、第２の移動子３Ｌ，１０Ｌが図２に示す下方向に移動することにより第１の移動子３Ｌに固定されたシャフト１５も下方向にリニアに移動する。ＣＰＵ５４は、ホール素子２２がスケール１５ｓに施されたＮ，Ｓ磁極を検出して該Ｎ，Ｓ磁極の数を積算することによりシャフト１５の移動量を求め、リニア運転指令の移動距離に達すると、停止指令を発し出力Ｉ／Ｆ６０、電圧生成制御部Ａ５８，Ｂ５９により第１、第２の固定子３ｆ，１０ｆに流れている電流を遮断して第１、第２のリニアモータ３，１０を停止する。なお、直線移動時のシャフト１５に発生する推力は、第１、第２の移動子３Ｌ，１０Ｌが発生する推力の合計となる。
【００１６】
いま、シャフト１５を所定回転数だけ回転させるリニア運転指令及び同期指令が入力されると、ＣＰＵ５４は、リニア運転指令及び同期指令を取りこみＲＯＭ５６に記憶された手順にしたがって、すなわち、出力Ｉ／Ｆ６０を介して電圧生成制御部Ａ５８，Ｂ５９により第１のリニアモータ３を停止し、第２のリニアモータ１０を駆動する。
かかる駆動により第１の移動子３Ｌが停止した状態で，第２の移動子１０Ｌ及びナット１５が図３に示す下方向に移動することによりナット１２に螺合されたシャフト１５のネジ１５ｎが旋回してシャフト１５も回転する。これに伴い、シャフト１５に固定された第１の移動子３Ｌも回転する。
【００１７】
ＣＰＵ５４は、上記のように電圧生成制御部Ｂ５９から発生するパルスをカウントすることによりシャフト１５の回転角度θｒを検出できる。したがって、予め定められたカウント数に達したら、停止指令を発し出力Ｉ／Ｆ６０を介して電圧生成制御部Ｂ５９により第２の固定子１０ｆに流れている電流を遮断して第２のリニアモータ１０を停止する。
なお、シャフト１５の回転時に発生する推力は、第２の移動子１０Ｌが発生する推力となる。
【００１８】
以上の２自由度アクチュエータ１００によれば、シャフト１５に連結されたハンド等（図示せず）によって、電子部品を基板に取り付ける場合、ハンド（図示せず）に電子部品を把持して、シャフト１５を直線移動させてハンド（図示せず）を直線移動させた後、シャフト１５を回転してハンド（図示せず）を回転して電子部品を基板に取り付ける用途に適する。
【００１９】
実施の形態２．
２自由度アクチュエータ１００のシャフト１５を、直線動作をさせながら回転させる場合には、リニアモータ３の第１の移動子３Ｌとリニアモータ１０の第２の移動子１０Ｌとを非同期により動作させることで可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による２自由度アクチュエータを示す断面図である。
【図２】図１に示す２自由度アクチュエータのシャフトの直線運動（直動）を示す断面図である。
【図３】図１に示す２自由度アクチュエータのシャフトの回転運動を示す断面図である。
【符号の説明】
２　ケース、３　第１のリニアモータ、３ｆ　第１の固定子、３Ｌ　第１の移動子、１０　第２のリニアモータ、１０ｆ　第２の固定子、１０Ｌ　第２の移動子、１５　シャフト、２０　位置検出部、１００　２自由度アクチュエータ。
【図１】
2004120815.tif 000003
【図２】
2004120815.tif 000004
【図３】
2004120815.tif 000005