(57)【要約】【課題】  位置決め制御の為の細かな速度調整及び駆動装置組み付け後の位置決めの微調整が容易で、構造が簡単であり、回転方向と軸方向との駆動源を別々にする必要がない構造を実現する。【解決手段】  上記駆動源としてサーボモータ１３を使用する。又、このサーボモータ１３の中央部に設けた中空部１５に駆動軸２３を挿通する。この駆動軸２３は、このサーボモータ１３により直接回転駆動される回転部材３１と同期した回転自在に、且つ、軸方向の変位自在に支持されている。更に、上記駆動軸２３の下端部と支持台２０の上面との間にカム機構４０を設けている。このカム機構４０は、この駆動軸２３の回転に伴いこの駆動軸２３を軸方向に変位させる。この構造により上記課題を解決できる。【選択図】  図２
2005127395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部に軸方向に貫通した中空部を有するサーボモータと、この中空部に配置され、このサーボモータに回転駆動される回転部材に対する相対回転不能に、且つ、軸方向変位自在に支持された駆動軸と、この駆動軸の一端面とこの一端面に対向する固定の部分との間に設けられ、この駆動軸の回転に伴いこの一端面とこの固定の部分との間で突っ張る事により、この駆動軸を軸方向に変位させるカム機構とを備えた事を特徴とする、回転方向と軸方向との同期駆動装置。
【請求項２】
回転部材が、サーボモータを構成するロータを外周面に支持した外径側円筒部材と、この外径側円筒部材の内径側に、この外径側円筒部材と共に回転自在に結合された状態で、駆動軸の一部に外嵌された内径側円筒部材と、この内径側円筒部材と上記外径側円筒部材とを連結した連結部とから成り、この内径側円筒部材の内周面に形成した雌スプライン溝と、上記駆動軸の外周面に形成した雄スプライン溝とをスプライン係合させた、請求項１に記載した回転方向と軸方向との同期駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ワークを搬送する為の所謂ピックアンドプレースユニットと呼ばれる搬送装置や、工作機械のパレットチェンジャー（自動パレット交換装置）等に使用される、回転方向と軸方向（昇降方向）との複合駆動を行なわせる、回転方向と軸方向との同期駆動装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークを搬送したりパレットを交換する為には、これらワークやパレット等の対象物を所定位置から別の位置に移動する。そして、この動作を行なわせる為には、この対象物を回転方向及び軸方向に移動させる為の機構が必要である。この様な機構として、従来から種々の技術がある。例えば、図２に示す様に、カム機構により駆動軸１を回転方向及び軸方向に駆動自在とする技術が従来から知られている。
【０００３】
上記図２に示す機構は、水平方向に配置された入力軸２と、この入力軸２に対し捩れの位置関係で水平方向に配置された昇降用回転軸３と、この入力軸２に対し捩れの位置関係で鉛直方向に配置された上記駆動軸１とを備える。そして、上記入力軸２と、上記昇降用回転軸３及び駆動軸１とを、それぞれカム機構を介して接続している。この為に、この入力軸２の中間部外周面に第一のローラギアカム４を、この入力軸２の先端部外周面に第二のローラギアカム５をそれぞれ設けている。又、上記入力軸２の下方に上記昇降用回転軸３を、この入力軸２の側方に上記駆動軸１を、それぞれ配置している。そして、上記昇降用回転軸３の基端部外周面に放射状に設けた係合子６が上記第一のローラギアカム４と、上記駆動軸１の中間部にボールスプラインを介して外嵌した円筒部材１１の下端部外周面に放射状に設けた係合子７、７が上記第二のローラギアカム５と、それぞれ係合している。この為、上記入力軸２の回転に伴い上記昇降用回転軸３と上記円筒部材１１が回転する。
【０００４】
又、上記昇降用回転軸３の先端部には、上記駆動軸１に向かう腕部８を固設しており、この腕部８の先端部に設けた係合子９を、上記駆動軸１の下端部に設けた受溝１０に係合している。この為、上記入力軸２の回転に伴い上記昇降用回転軸３が回転すると上記腕部８が揺動し、この腕部８の揺動に伴い上記駆動軸１が昇降する。一方、上記円筒部材１１と上記駆動軸１とはボールスプラインにより係合されている為、この駆動軸１は、この円筒部材１１と共に回転するが、この円筒部材１１に対して軸方向の変位が自在である。従って、使用状態では、上記入力軸２の回転に伴い、上記駆動軸１が回転方向及び軸方向に同期して駆動される。
【０００５】
一方、対象物を回転方向及び軸方向に駆動自在な機構として、例えば、特許文献１に記載されている様に、ＤＤモータ（ダイレクトドライブモータ）とエアシリンダとを組み合わせたものがある。この従来技術の第２例では、ＤＤモータにより駆動軸を回転させ、エアシリンダによりこの駆動軸を軸方向に変位させる。又、このエアシリンダに代えてサーボモータを使用する場合もある。
【０００６】
上記図２に示した従来技術の第１例では、入力軸２の駆動源として、通常、インダクションモータを使用する。この様に、駆動源としてインダクションモータを使用した場合、位置決め制御ができない為、上記駆動軸１を所望の位置で停止させるべく上記入力軸２の回転を停止させる際に、停止位置の前で回転速度を極度に落として細かな速度調整をする必要がある。又、通常、駆動装置を所定位置に組み付けた後に位置決め等の微調整を行なうが、上記インダクションモータによりこの様な微調整を行なう事は難しい。
【０００７】
又、上記図２の構造は、上記駆動軸１を回転及び軸方向に駆動する為にカム機構を複数使用している為、構造が複雑である。従って、動作精度の良い駆動装置を得る為にはコストが高くなる可能性がある。即ち、上記図２の構造では、第一のローラギアカム４と係合子６から成る第一のカム機構、第二のローラギアカム５と係合子７、７から成る第二のカム機構、及び、腕部８の先端部に設けた係合子９とカム溝１０から成る第三のカム機構が存在する。そして、これら各カム機構を連動して作動させる為には、入力軸２、駆動軸１及び昇降用回転軸３をそれぞれ正確に配置する必要がある。これら各軸２、１、３の位置関係がずれた場合には、これら各カム機構を精度良く連動させる事ができない場合がある。従って、上記各軸２、１、３を正確に配置する為に、これら各軸２、１、３の支持部分の精度を向上させる必要がある。そして、この様に各支持部分の精度を向上させる為には製造コストが高くなる。
【０００８】
これに対して、上記特許文献１に記載された従来技術の第２例では、駆動源としてＤＤモータやエアシリンダ等を使用している為、細かな速度調整や位置決めの微調整が容易である。しかし、この構造の場合、回転方向の駆動を行なうＤＤモータに加えて、軸方向の駆動を行なうエアシリンダの為の圧縮ポンプや制御弁装置が必要になる。この様に、回転方向と軸方向の駆動をそれぞれ別の駆動源により行なう事は、設置スペース嵩むと共に消費電力が多くなる等、効率が良くない。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−３１０２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、位置決め制御の為の細かな速度調整及び駆動装置組み付け後の位置決めの微調整が容易で、又、構造が簡単であり、更に、回転方向と軸方向との駆動源を別々にする必要がない構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の回転方向と軸方向との同期駆動装置は、サーボモータと、駆動軸と、カム機構とを備える。
このうちのサーボモータは、中央部に軸方向に貫通した中空部を有する。
又、上記駆動軸は、この中空部に配置され、上記サーボモータに回転駆動される回転部材に対する相対回転不能（この回転部材と同期した回転自在）に、且つ、軸方向変位自在に支持されている。
又、上記カム機構は、上記駆動軸の一端面と、この一端面に対向する固定の部分との間に設けられている。そして、この駆動軸の回転に伴い、上記一端面とこの固定の部分との間で突っ張る事により、この駆動軸を軸方向に変位させる。
【発明の効果】
【００１２】
上述の様に構成される本発明によれば、サーボモータにより回転部材を介して駆動軸が回転すると、この駆動軸の一端面とこの一端面に対向した固定の部分との間に設けたカム機構により、この駆動軸が回転と同期して軸方向に変位する。この様に、本発明の場合、駆動軸を回転及び軸方向に変位させる為の駆動源としてサーボモータを使用している為、位置決め制御の為の細かな速度調整及び駆動装置組み付け後の位置決めの微調整を容易に行なえる。又、カム機構を軸方向の変位のみに使用している為、構造が簡単である。従って、動作精度（位置決め精度）の良好な駆動装置を、安価に得る事ができる。又、本発明の場合、回転方向と軸方向との駆動を、上記サーボモータのみにより行なっている為、駆動装置としての効率が良好である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施する為に好ましくは、回転部材として、外径側部材と内径側部材と連結部とから成るものを使用する。
このうちの外径側部材は、サーボモータを構成するロータを外周面に支持する。
又、上記内径側部材は、上記外径側円筒部材の内径側に、この外径側円筒部材と共に回転自在に結合された状態で、駆動軸の一部に外嵌する。
又、上記連結部は、上記内径側円筒部材と上記外径側円筒部材とを連結する。
又、上記内径側部材の内周面に形成した雌スプライン溝と、上記駆動軸の外周面に形成した雄スプライン溝とをスプライン係合させる。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の実施例を示している。尚、本発明の特徴は、駆動装置１２の駆動源としてサーボモータ１３を使用すると共に、この駆動装置１２をこのサーボモータ１３のみにより駆動する点にある。このサーボモータ１３を収納したハウジング１４は、全体を円環状に形成されたもので、中央部に軸方向（上下方向）に貫通する中空部１５を設けている。上記ハウジング１４は、外側ハウジング１６と内側ハウジング１７とから成り、このうちの内側ハウジング１７は、段付き円筒状に形成された段付円筒部１８と、この段付円筒部１８の下端部から径方向外方に延出した状態で設けられた円輪状の底板部１９とを有する。この段付円筒部１８の内径側には、上記中空部１５が存在する。又、この底板部１９の下端面を、固定の部分である支持台２０に固定している。一方、上記外側ハウジング１６は、上記内側ハウジング１７の上側に配置した状態で、この内側ハウジング１７に固定されている。又、この外側ハウジング１６を構成する円筒部２１の内周面に、ステータ２２を支持固定している。
【００１５】
又、上記内側ハウジング１７の内径側に存在する中空部１５には、対象物を移動させるアーム等を接続する為の、駆動軸２３を挿通している。この駆動軸２３は、上記ハウジング１４に、回転自在に支持されている。又、この駆動軸２３の下端部には、カム板部２４を固設している。このカム板部２４の下面外径寄り部分には、凹部と凸部とを円周方向に関して交互に配置し、且つ滑らかに連結させた、カム面２５を形成している。そして、このカム面２５を、上記支持台２０の上面でこのカム面２５と対向する位置に設けた、カムフォロア２６等の凸部と係合させている。この様に、上記カム板部２４とこのカムフォロア２６とにより、カム機構４０を構成している。尚、図示の例では、円筒状の外輪を上記支持台２０の上面に設けた、水平方向の支持軸の周囲に回転自在に支持して成るカムフォロア２６と、上記カム板部２４の下面外径寄り部分に形成した上記カム面２５とを係合させている。この為、上記駆動軸２３の回転に伴い、上記カムフォロア２６と上記カム面２５との係合に基づき、上記駆動軸２３が滑らかに昇降する。尚、上記カム機構４０は、上述の様な構造に限らず他の構造としても良い。例えば、カムフォロアとカム面との設置位置を、図示の場合とは上下逆にしても良いし、上記カム板部２４の下面に上記カム面２５を形成すると共に、上記支持台２０の上面に、このカム面２５と同様の凹凸面を形成しても良い。
【００１６】
又、上記駆動軸２３の下端部に設けたカム板部２４の外径は、この駆動軸２３の外径よりも大きくして、このカム板部２４の上面外径寄り部分を段差面２７としている。そして、この段差面２７と、上記内側ハウジング１７の段付円筒部１８の内周面に形成した段差部２８との間に、圧縮コイルばね２９を設け、上記カム板部２４に上記支持台２０に向く力を付与している。この為、上記カム面２５とカムフォロア２６とががたつきなく係合し、上記カム機構４０による上記駆動軸２３の軸方向の変位を確実に行なえる。尚、この段差面２７の上面にはスラスト玉軸受３０を配置し、上記駆動軸２３の回転に伴って上記コイルばね２９が捻れるのを防止している。
【００１７】
一方、上記外側ハウジング１６の円筒部２１の内径側には、回転部材３１を配置している。この回転部材３１は、外径側円筒部材３２と、内径側円筒部材３３と、連結部３４とから成る。そして、このうちの外径側円筒部材３２の外周面に、前記サーボモータ１３を構成するロータ３５を支持固定している。このロータ３５の外周面は、前記ステータ２２の内周面と、径方向に対向しており、このステータ２２への通電により回転する。又、上記外径側円筒部材３２は、上記内側ハウジング１７を構成する段付円筒部１８の中間部外周面に、クロスローラ軸受等の、ラジアル方向及びスラスト方向の荷重を支承自在な軸受３６により回転自在に支持されている。又、上記内径側円筒部材３３は、上記外径側円筒部材３２の内径側に配置され、上記駆動軸２３の一部に外嵌されている。そして、上記内径側円筒部材３３と上記外径側円筒部材３２とを、円輪状に形成した上記連結部３４により連結している。
【００１８】
即ち、上記連結部３４の外径寄り部分を上記外径側円筒部材３２の上端面に、複数のねじ等により結合固定すると共に、この連結部３４の中心部に上記内径側円筒部材３３を内嵌した状態で、この内径側円筒部材３３の下端部に設けた外向鍔部３７と、上記連結部３４の内径寄り部分とを、ねじ等により結合固定している。従って、上記外径側円筒部材３２と内径側円筒部材３３とは、上記連結部３４により互いに相対回転不能に固定されている。又、この内径側円筒部材３３は、スプラインナットと呼ばれ、内周面に雌スプライン溝を形成している。これに対して、上記駆動軸２３の外周面に、少なくともこの駆動軸２３の軸方向の変位量分に相当する長さを有する、雄スプライン溝を形成している。そして、上記内径側円筒部材３３をこの駆動軸２３に外嵌した状態で、上記雌スプライン溝と上記雄スプライン溝とをスプライン係合させている。従って、上記駆動軸２３は、上記回転部材３１に対する相対回転不能（この回転部材と同期した回転自在）に、且つ、軸方向の変位自在に支持されている。尚、上記内径側円筒部材３３と上記駆動軸２３との係合を、上述のスプライン係合に代えて、ボールスプライン係合としても良い。
【００１９】
又、上記段付円筒部１８の上端部外周面に、上記回転部材３１の回転速度を検出する為の、検出用ステータ３８を設けている。又、この回転部材３１を構成する上記外径側円筒部材３２の中間部内周面で、この検出用ステータ３８に対向する部分に、検出用ロータ３９を設けている。この為、上記回転部材３１の回転に伴い、上記検出用ステータ３８に電圧が惹起される。この電圧は、この回転部材３１の回転速度が速くなる程高くなる為、この電圧の大きさを検出する事により、上記回転部材３１の回転速度を検出する事ができる。尚、上記検出用ロータ３９に代えて、円周方向に関して磁性特性が変化するエンコーダを使用し、このエンコーダの磁性特性の変化により出力が変化するセンサを、上記検出用ステータ３８の代わりに配置しても良い。又、上記回転部材３１の回転速度を検出する為に、可変リラクタンス型のレゾルバや、光学式のエンコーダ等の回転変位検出器を用いても良い。
【００２０】
上述の様に構成される本実施例の使用時、前記サーボモータ１３により上記回転部材３１を介して上記駆動軸２３が回転すると、この駆動軸２３の下端部と前記支持台２０との間に設けた前記カム機構４０により、この駆動軸２３が回転と同期して軸方向に変位する。そして、この駆動軸２３の上端部にその基端部を固定したアーム等により、対象物を所定の位置から別の位置に移動させる事ができる。即ち、前記サーボモータ１３を構成するステータ２２に通電する事により、前記ロータ３５を支持した回転部材３１が回転する。そして、この回転部材３１を構成する上記内径側円筒部材３３とスプライン係合した、上記駆動軸２３が回転する。又、この駆動軸２３の回転により、この駆動軸２３の下端部と前記支持台２０との間に設けた上記カム機構４０により、この駆動軸２３が軸方向（昇降方向）に変位する。この駆動軸２３と上記内径側円筒部材３３とはスプライン係合している為、この駆動軸２３の軸方向の変位が妨げられる事はない。尚、この駆動軸２３の軸方向の変位量は、上記カム板部２４を構成するカム面２５の凹凸の高さと、上記支持台２０の上面に設けたカムフォロア２６の高さとにより決まる。又、このカム面２５の凹凸の数や間隔を調整する事により、上記駆動軸２３の回転位置に対する軸方向位置を定める事ができる。
【００２１】
上述の様に、本実施例の場合、上記駆動軸２３を回転及び軸方向に変位させる為の駆動源として上記サーボモータ１３を使用している為、位置決め制御の為の細かな速度調整及び前記駆動装置１２を組み付けた後の位置決めの微調整を容易に行なえる。即ち、上記サーボモータ１３は、前述した様に、検出用ステータ３８と検出用ロータ３９とにより、上記回転部材３１の回転速度を検出している。従って、この検出した値に基づいて上記ステータ２２への通電量を制御し、この回転部材３１、延ては上記駆動軸２３の回転速度を制御できる。この様に駆動軸２３の回転速度を制御できれば、この駆動軸２３に支持したアーム等の位置決めの為の細かな速度調整を行なえる。又、上記駆動装置１２を組み付けた後の位置決めの微調整も容易に行なえる。
【００２２】
又、前記カム機構４０を、軸方向の変位のみに使用している為、構造が簡単である。即ち、上記駆動軸２３の回転方向の駆動は、上記サーボモータ１３により上記回転部材３１を介して行なっており、カム機構を介していない。又、この駆動軸２３の軸方向の駆動は、この駆動軸２３の回転によりこの駆動軸２３を軸方向に変位させる上記カム機構４０により行なっている。従って、前述の図２の構造の様に、昇降用回転軸３を設ける必要がなく、これに伴いカム機構を省略できる。この為、本実施例の場合、上記図２の構造に対して精度を向上させなければならない部分が少ない。この結果、動作精度（位置決め精度）の良好な上記駆動装置１２を、安価に得る事ができる。又、本実施例の場合、回転方向と軸方向との駆動を上記サーボモータ１３のみにより行なっている為、前述した特許文献１に記載した構造よりも設置スペースを小さくできると共に、消費電力を少なくできる。従って、上記駆動装置１２としての効率が良好である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例を示す断面図。
【図２】従来構造の第１例を示す、部分断面斜視図。
【符号の説明】
【００２４】
１    駆動軸
２    入力軸
３    昇降用回転軸
４    第一のローラギアカム
５    第二のローラギアカム
６    係合子
７    係合子
８    腕部
９    係合子
１０    受溝
１１    円筒部材
１２    駆動装置
１３    サーボモータ
１４    ハウジング
１５    中空部
１６    外側ハウジング
１７    内側ハウジング
１８    段付円筒部
１９    底板部
２０    支持台
２１    円筒部
２２    ステータ
２３    駆動軸
２４    カム板部
２５    カム面
２６    カムフォロア
２７    段差面
２８    段差部
２９    圧縮コイルばね
３０    スラスト玉軸受
３１    回転部材
３２    外径側円筒部材
３３    内径側円筒部材
３４    連結部
３５    ロータ
３６    軸受
３７    外向鍔部
３８    検出用ステータ
３９    検出用ロータ
４０    カム機構
【図１】
2005127395.tif 000003
【図２】
2005127395.tif 000004