(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の直進軸を可動子として有するリニアモータと、
前方部分及び後方部分にそれぞれ所定の長さの前方スプライン部及び後方スプライン部が形成され、前記前方スプライン部及び後方スプライン部が形成されていない中間部分が前記直進軸の内部を中間軸受構造を介して回転可能な状態で貫通する出力軸と、
前記出力軸の前記前方スプライン部に嵌合するナットと、
前記ナットを直接または伝達機構を介して回転させて前記出力軸を回転させる回転駆動用モータと、
固定部に固定された前記後方スプライン部の軸線方向へのスライドを許容し且つ前記出力軸の回転を許容するように前記後方スプライン部を支持する後方側軸受構造とを備えてなる直進・回転アクチュエータ。
【請求項２】
フレームに対して固定された固定子と中空の直進軸を可動子として有するリニアモータと、
前方部分及び後方部分にそれぞれ所定の長さの前方スプライン部及び後方スプライン部が形成され、前記前方スプライン部及び後方スプライン部が形成されていない中間部分が前記直進軸の内部を中間軸受構造を介して回転可能な状態で貫通する出力軸と、
前記出力軸の前記前方スプライン部に嵌合されて前記前方スプライン部の軸線方向へのスライドを許容するナットと、
中空構造を有し且つ内部に前記ナットが固定された回転軸に回転子が固定され且つ前記フレームに固定子が固定された回転駆動用モータと、
前記回転軸を前記フレームに対して回転自在に支持する前方側軸受構造と、
前記フレームに対して固定された固定部に固定された外輪及び前記後方スプライン部の軸線方向へのスライドを許容するように前記後方スプライン部に嵌合された内輪を有する後方側軸受構造とを備えてなる直進・回転アクチュエータ。
【請求項３】
前記リニアモータの前記直進軸が前記出力軸を中心にして回動するのを防止する回り止め機構が、前記直進軸と、前記固定部との間に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の直進・回転アクチュエータ。
【請求項４】
前記後方側軸受構造は、前記直進軸の後方側に配置された前記固定部に固定されており、
前記回り止め機構は、前記直進軸に固定されて後方側に延びる細長い棒状部材と、前記固定部に設けられて前記棒状部材と嵌合し且つ前記軸線方向へのスライドは許容するが前記出力軸を中心として前記棒状部材が回転するのを阻止するガイド部材とから構成されることを特徴とする請求項３に記載の直進・回転アクチュエータ。
【請求項５】
前記固定部は、前記直進軸の後方側に配置された固定部本体と、後方端部が前記固定部本体に固定され且つ前記直進軸及び前記出力軸と同心的に配置されて前記直進軸と前記出力軸との間を前方に向かって延びる筒状部材とからなり、
前記後方側軸受構造は、前記筒状部材の前方端部に固定さており、
前記回り止め機構は、固定部本体に固定されて前記前方側に延びる細長い棒状部材と、前記直進軸に設けられて前記棒状部材と嵌合し且つ前記直進軸の前記軸線方向へのスライドは許容するが前記出力軸を中心して前記直進軸が回動するのを阻止するガイド部材とから構成されることを特徴とする請求項３に記載の直進・回転アクチュエータ。
【請求項６】
前記筒状部材の長さは、前記中間軸受構造と前記後方側軸受構造とが近接して配置されるように定められていることを特徴とする請求項５に記載の直進・回転アクチュエータ。
【請求項７】
複数の前記回り止め機構が前記出力軸の回転方向に等しい間隔を開けて配置されている請求項４または５に記載の直進・回転アクチュエータ。
【請求項８】
前記棒状部材の後方端部の位置を検出する位置センサを更に備えている請求項４に記載の直進・回転アクチュエータ。
【請求項９】
前記出力軸を前記後方側に移動させる力を前記出力軸に常時付与するバネ機構を更に備えている請求項２に記載の直進・回転アクチュエータ。
【請求項１０】
フレームに対して固定された固定子と中空の直進軸を可動子として有するリニアモータと、
前方部分及び後方部分にそれぞれ所定の長さの前方スプライン部及び後方スプライン部が形成され、前記前方スプライン部及び後方スプライン部が形成されていない中間部分が前記直進軸の内部を中間軸受構造を介して回転可能な状態で貫通する出力軸と、
前記出力軸の前記前方スプライン部に嵌合されて前記前方スプライン部の軸線方向へのスライドを許容するナットと、
中空構造を有し且つ内部を前記出力軸が貫通する回転軸に回転子が固定され且つ前記フレームに固定子が固定された回転駆動用モータと、
前記回転軸と前記ナットとの間に配置されて前記回転軸の回転を減速して前記ナットに伝達する減速機構と、
前記回転軸を前記フレームに対して回転自在に支持する前方側軸受構造と、
前記フレームに対して固定された固定部に固定された外輪及び前記後方スプライン部の軸線方向へのスライドを許容するように前記後方スプライン部に嵌合された内輪を有する後方側軸受構造とを備えてなる直進・回転アクチュエータ。
【請求項１１】
前記減速機構は、中心歯車が前記回転軸に設けられ、前記中心歯車の周りを回転する遊星歯車が固定された回転体が前記ナットに結合された遊星歯車機構からなり、
前記回転体は軸受構造を介して前記フレームに回転自在に支持されている請求項１０に記載の直進・回転アクチュエータ。
【請求項１２】
励磁コイルが励磁された状態で非ブレーキ状態となり、励磁コイルが励磁されていない状態でブレーキ状態になる電磁ブレーキ機構が、前記回転駆動用モータと前記減速機構との間に配置されており、
前記電磁ブレーキ機構は、前記回転駆動用モータへの通電が停止されると、前記励磁コイルが非励磁状態になる請求項１１に記載の直進・回転アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットのアームや巻線機のノズルなどのように、直進（リニア）と回転の両方の運動をする機械または機器を駆動するための直進・回転アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばロボットのアームや巻線機のノズル等を駆動する場合に、直進運動と回転運動（一軸運動）を個別に行うだけでなく、両方の運動（二軸運動）を同時に行うことができるアクチュエータを必要とする場合がある。このような二軸運動を行うアクチュエータとしては、単純には、直線運動を行うアクチュエータと回転運動を行うアクチュエータとをそれぞれ組み合わせた、即ち回転駆動用モータと直進のための直進駆動用モータとを独立して設けて１つの出力軸に複雑な伝達機構を介して動力を伝達して回転と直進の二軸運動を行わせるタイプの直進・回転アクチュエータと、回転駆動用モータと直進駆動用モータを直線状に並べて設け、複雑な伝達機構を介さずに直接的に出力軸を回転または直進させるタイプの直進・回転アクチュエータとがある。この後者のアクチェータの一例としては、特開平５−２９６３０８号公報に、軸線が共通になるように直線状に並置した２つのモータにより、１本の出力軸に直進運動と回転運動の二軸運動を行わせる直進・回転アクチュエータが開示されている。また特開平６−２９２３４３号公報には、前者の直進・回転アクチェータと後者の直進・回転アクチュエータの両方が開示されている。
【０００３】
特開平６−２９２３４３号公報に示された直進・回転アクチュエータでは、１本の出力軸にボールねじとスプラインとが形成されている。ボールねじとスプラインは、伝達機構を介してまたは直接回転駆動用モータと直進駆動用モータによって駆動される。しかしながらこの公報に示された構造では、回転運動を行わせる際に、直進駆動用モータのロータが停止状態にあると、回転駆動用モータのロータの回転に伴って出力軸が直進運動をしてしまう問題が発生する。この問題を解消するためには、回転駆動用モータを回転させる際に、直進駆動用モータを協調制御しなければならず、２つのモータの制御が非常に複雑になる上、制御ミスまたは制御のズレが発生しやすい問題がある。
【０００４】
また特開平５−２９６３０８号公報に示された後者の直進・回転アクチュエータは、直進と回転をする一本の出力軸を有し、出力軸にはボールねじが切られ、また出力軸にはスプラインが設けられている。ボールねじは、直進駆動用モータにより駆動させて回転するナットと螺合しており、スプラインは回転駆動用モータにより駆動されて回転するシャフトの溝に直進を許容するように嵌合されている。そして直進駆動用モータを駆動するとナットが回転して出力軸が直進し、回転駆動用モータを駆動するとシャフトを介して出力軸が回転するようになっている。この直進・回転アクチュエータは、比較的構造が簡単で全体の寸法もコンパクトに構成できる。しかしながら、この直進・回転アクチュエータでは、直進運動と回転運動が機械的に同期しているため、二軸運動を個別に行わせることができない。例えば回転運動だけをさせようとしても、ボールねじがナットに対して回転してしまい、所定の位置で直進運動を停止させたまま回転させることはできない。同様に、直進・回転を同時に行わせようとすると、一方の方向には直進させることができるが、他方の方向には直進の速度が制限され、あるいは直進させることができない。このような制約のため、この直進・回転アクチュエータは汎用性に乏しいという問題があった。
【０００５】
また従来提案されている直進・回転アクチュエータは、直進運動と回転運動を任意に且つ確実に行うことができないため、巻線機のノズルを動かす場合に要求されるようないわゆるボックス運動（直進−回転−直進−回転）を速い速度で繰り返し行うような用途には、不適であった。
【０００６】
本発明の目的は、回転駆動用モータと直進駆動用モータを軸線を共有するように並べて、しかも直進運動と回転運動との両方を同時に、あるいはそれぞれ別個に行わせることができ、簡単且つ確実に行わせることのできる直進・回転アクチュエータを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、構造が簡単であり且つコンパクトな直進・回転アクチュエータを提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の発明は、回転運動の制御が容易な直進・回転アクチュエータを提供することにある。
【０００９】
【発明の概要】
本発明は、出願人の先願に係るＵＳＳＮ０９／２１２，０３０（ＵＳＰ６，０８１，０５１）に示された，リニアモータを利用した直進・回転アクチュエータをベースにして発明された。本発明の直進・回転アクチュエータは、中空の直進軸を可動子として有するリニアモータと、前方部分及び後方部分にそれぞれ所定の長さの前方スプライン部及び後方スプライン部が形成され、前方スプライン部及び後方スプライン部が形成されていない中間部分が直進軸の内部を中間軸受構造を介して回転可能な状態で貫通する出力軸と、出力軸の前方スプライン部に嵌合するナットと、ナットを直接または伝達機構を介して回転させて出力軸を回転させる回転駆動用モータと、固定部に固定された後方スプライン部の軸線方向へのスライドを許容し且つ出力軸の回転を許容するように後方スプライン部を支持する後方側軸受構造とを備えている。後方側軸受構造を採用すると、出力軸を両持ち構造に支持できるので、振動の発生が少なくなる。出力軸を回転駆動用モータにより駆動して回転させるために、出力軸に前方スプライン部及び後方スプライン部を設け、この前方スプライン部に嵌合したナットを直接回転させて出力軸を回転駆動用モータにより回転させる。ナットを伝達機構を介して回転させて出力軸を回転駆動用モータにより駆動させることもできる。
【００１０】
ここで、「スプライン部」とは、軸の軸線に沿った動きを許容するもので、前記の前方スプライン部にはいわゆるスプラインナットと呼ばれるナットが嵌合される。前方スプライン部はこのスプラインナットと呼ばれるナットが固定された状態では軸の回転を阻止し、逆にこのナットが非固定状態において回転力が加わると、ナットから伝わる回転力を軸に伝達する機能を果たすものである。また、出力軸の後方に形成されている後方スプライン部には回転力を伝達するためのナットは嵌合されていない。後方スプライン部は、直進・回転アクチュエータの固定部に固定されて、軸線方向へのスライドと出力軸の回転とを行うことができるような後方側軸受構造に支持されている。この前方スプライン部及び後方スプライン部は軸線方向に延びる溝または突起のいずれの形態をなしていてもよく、その構造は任意である。そして、前方スプライン部に嵌合されるナットは、前方スプライン部と係合して軸の周囲を回動しないものである。
【００１１】
より具体的に特定した本発明の直進・回転アクチュエータは、フレームに対して固定された固定子と中空の直進軸を可動子として有するリニアモータと、前方部分及び後方部分にそれぞれ所定の長さの前方スプライン部及び後方スプライン部が形成され、前方スプライン部及び後方スプライン部が形成されていない中間部分が直進軸の内部を中間軸受構造を介して回転可能な状態で貫通する出力軸と、出力軸の前方スプライン部に嵌合されて前方スプライン部の軸線方向へのスライドを許容するナットと、中空構造を有し且つ内部にナットが固定された回転軸に回転子が固定され且つフレームに固定子が固定された回転駆動用モータと、回転軸をフレームに対して回転自在に支持する前方側軸受構造と、フレームに対して固定された固定部に固定された外輪及び後方スプライン部の軸線方向へのスライドを許容するように、後方スプライン部に嵌合された内輪を有する後方側軸受構造とを備えている。
【００１２】
直進軸を駆動する直進駆動用モータにはリニアモータを用い、直進軸を直接リニアモータの可動子として用いて駆動する。回転駆動用モータの種類は任意であるが、制御性を向上させるためにはサーボモータやステップモータを用いるのが適している。リニアモータを用いるときは回転駆動用モータの回転軸を中空構造とし、またリニアモータの可動子を直進軸とし、直進軸に対して回動自在に固定された出力軸を構成するように回転駆動用モータの回転軸の中心部を通る長さにする。回転駆動用モータの回転軸には出力軸に設けた前方スプライン部と嵌合するナットを固定する。
【００１３】
本発明では直進駆動用モータとしてリニアモータを用いるので、直進軸をスプライン部やねじ部を用いずに直接的に駆動することができ、直進・回転アクチュエータの構造は非常に簡単になる。特にリニアモータとして、中空の直進軸を可動子とするリニアモータを用い、直進軸の内部を中間軸受構造を介して回転可能な状態で出力軸が貫通する構造を採用すると、直進・回転アクチュエータをコンパクトに構成することができる。
【００１４】
また、本発明ではリニアモータの直進軸が出力軸を中心にして回動するのを防止する回り止め機構を直進軸と固定部との間に構成している。このような回り止め機構を用いると、直進軸から発生する振動が少なくなる。この回り止め機構は、出力軸の回転方向に等しい間隔を開けて複数設けてもよい。
【００１５】
また後方側軸受構造が、直進軸の後方側に配置された固定部に固定されている場合には、前述の回り止め機構を、直進軸に固定されて後方側に延びる細長い棒状部材と、固定部に設けられて棒状部材と嵌合し且つ軸線方向へのスライドは許容するが出力軸を中心して棒状部材が回転するのを阻止するガイド部材とから構成することができる。
【００１６】
なお棒状部材の後方端部の位置を検出する位置センサを更に設けると、出力軸の原点位置の検出を簡単に行えるので、出力軸の直進方向への位置制御が容易になる。
【００１７】
また、後方側軸受構造をより前方側に配置するためには、固定部を直進軸の後方側に配置された固定部本体と、後方端部が固定部本体に固定され且つ直進軸及び出力軸と同心的に配置されて直進軸と出力軸との間を前方に向かって延びる筒状部材とから構成する。そして後方側軸受構造を筒状部材の前方端部に固定する。この場合、回り止め機構は、固定部本体に固定されて前方側に延びる細長い棒状部材と、直進軸に設けられて棒状部材と嵌合し且つ直進軸の軸線方向へのスライドは許容するが出力軸を中心して直進軸が回動するのを阻止するガイド部材とから構成する。このとき筒状部材の長さは、中間軸受構造と後方側軸受構造とが近接して配置されるように定める。このような構造を採用すると、中間軸受構造と後方側軸受構造との距離が短くなり、また後方側軸受構造を直進軸の内部に配置することになるので、出力軸の長さを短くすることができ、直進・回転アクチュエータ本体の全長を短く（コンパクトに）することができる。
【００１８】
この直進・回転アクチュエータによれば、リニアモータを駆動することにより直進軸が軸線方向に直進運動を行い、直進軸とともに出力軸が直進運動を行う。出力軸は中間軸受構造を介して直進軸を貫通するため、出力軸が回転しても直進軸が回転することはない。一方、回転駆動用モータを駆動することにより出力軸が回転しても、回転駆動用モータの回転軸に設けたナットが、出力軸に設けたスプライン部と嵌合しているので、出力軸は回転運動をしながら直進運動することができる。直進軸は中空の構造であり、出力軸の前方スプライン部及び後方スプライン部が形成されていない部分（中間部分）が直進軸の内部を中間軸受構造を介して回転可能な状態で貫通している。すなわち、出力軸が中間軸受構造を介して直進軸を同心的に回転可能に貫通している。これにより、出力軸は直進軸の直進に従って直進するが、直進軸は出力軸の回転に拘らず回転することはない。よって、所定の位置で出力軸だけを回転させることや、出力軸の回転を直進運動と非同期で制御することもできるので、本発明の直進・回転アクチュエータは汎用性に優れているとともに構造が簡単でコンパクトに構成できる。なお、直進運動と回転運動とを同期させる場合には、リニアモータと回転運動用モータにそれぞれ回転検出器（エンコーダ）を取り付けておき、各回転検出器の出力に基づいて電気的に同期を取ればよい。
【００１９】
回転駆動用モータは、減速機構等の伝達機構を介して出力軸に設けたスプライン部と嵌合するナットを回転させて出力軸を回転させるものでもよい。
【００２０】
また本発明の直進・回転アクチュエータは、フレームに対して固定された固定子と中空の直進軸を可動子として有するリニアモータと、前方部分及び後方部分にそれぞれ所定の長さの前方スプライン部及び後方スプライン部が形成され、前方スプライン部及び後方スプライン部が形成されていない中間部分が直進軸の内部を中間軸受構造を介して回転可能な状態で貫通する出力軸と、出力軸の前方スプライン部に嵌合されて前方スプライン部の軸線方向へのスライドを許容するナットと、中空構造を有し且つ内部を出力軸が貫通する回転軸に回転子が固定され且つフレームに固定子が固定された回転駆動用モータと、回転軸とナットとの間に配置されて回転軸の回転を減速してナットに伝達する減速機構と、回転軸をフレームに対して回転自在に支持する前方側軸受構造と、フレームに対して固定された固定部に固定された外輪及び後方スプライン部の軸線方向へのスライドを許容するように後方スプライン部に嵌合された内輪を有する後方側軸受構造とを備えている。この場合、減速機構は、中心歯車が回転軸に設けられ、中心歯車の周りを回転する遊星歯車が固定された回転体がナットに結合された遊星歯車機構からなっている。このとき、回転体は軸受構造を介してフレームに回転自在に支持されている。このような減速機構を採用することにより回転運動を容易に制御することができ、また減速機構を用いると、小型モータを使用しても高トルクの回転運動をさせることが可能となる。
【００２１】
また、本発明では励磁コイルが励磁された状態で非ブレーキ状態となり、励磁コイルが励磁されていない状態でブレーキ状態になる電磁ブレーキ機構を回転駆動用モータと減速機構との間に配置する。この場合、電磁ブレーキ機構は、回転駆動用モータへの通電が停止されると、励磁コイルが非励磁状態になるように構成する。このような電磁ブレーキ機構を採用すると、通電を停止した状態で、ブレーキが働くため、非励磁状態で出力軸が回転して事故が発生するのを阻止することができる。また出力軸を後方側に移動させる力を出力軸に常時付与するバネ機構を更に設ければ、出力軸が下側に向かって延びる姿勢でアクチュエータが使用される場合に、停電が発生しても、出力軸はバネ機構により上に引き上げあれるため、出力軸が下がり過ぎて事故が発生するのを防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の直進・回転アクチュエータの一つの実施の形態を示す部分断面図で、出力軸及び直進軸について軸線（Ｘ−Ｘ）を含む水平面で上下に分割し、後方部分を全体的に断面にして示したものである。図１の直進・回転アクチュエータ１は、軸線（Ｘ−Ｘ）を共有するように並んで配置された直進駆動用モータとしてのリニアモータＡと回転駆動用モータＢとを備えている。本実施例では回転駆動用モータＡとしてサーボモータを用い、直進駆動用モータＡとしてシリンダ型のリニア同期モータを用いている。
【００２３】
図１において、回転駆動用モータＢは直進・回転アクチュエータ１のフレーム３内の前方空洞部内に回転駆動用モータＢの駆動部（回転部）が位置するように構成されている。回転駆動用モータＢの回転子５は、中空構造を有してスプラインナット（以下ナットと称す）９が固定された回転軸１１の上に複数の永久磁石１０が固定された構造を有している。また、回転駆動用モータＢの固定子１３はフレーム３に固定されている。回転軸１１は２つの軸受７ａ及び７ｂからなる前方側軸受構造によってフレーム３に対して回転自在に支持されている。ナット９は、出力軸１５の前方部分に所定の長さに渡って形成された前方スプライン部１７に嵌合されており、出力軸１５が軸線（Ｘ−Ｘ）方向にスライドすることを許容している。前方スプライン部１７には突起状のスプライン突起が軸線方向に沿って所定の長さにわたって形成されており、またナット９にはこのスプライン突起と嵌合するように軸線方向に溝が形成されている。また、出力軸１５の後方部分には軸線方向に沿って所定の長さに渡って後方スプライン部１９が形成されている。前方及び後方スプライン部１７、１９が形成されていない出力軸１５の部分（中間部分）は、リニアモータＡの可動子からなる筒状の直進軸２３の内部を３つの軸受２１ａ、２１ｂ、２１ｃからなる中間軸受構造を介して回転可能な状態で貫通している。軸受２１ａ〜２１ｃの外輪及び内輪は直進軸２３と出力軸１５とにそれぞれ固定されている。後方スプライン部１９は後方側軸受構造２９によって支持されている。この後方側軸受構造２９はロータリ型スプラインナットと呼ばれるもので、後方スプライン部１９を軸線（Ｘ−Ｘ）方向にスライドさせることができるとともに、出力軸１５を回転させることができるように構成されている。具体的には、フレーム３に固定されて形成されている固定部３５の固定部本体３６に固定されている外輪３３と後方スプライン部１９に嵌合されている内輪３１とを有している。内輪３１は後方スプライン部１９を軸線（Ｘ−Ｘ）方向にスライドさせることができるナットを構成するものである。
【００２４】
直進軸２３を可動子とするリニアモータＡは、フレーム３内部に収納されている。リニアモータＡ内のステータ２２は、複数の分割コア２４…の間に複数の磁励用巻線２６が配置された構造を有している。なお、このリニアモータＡの構造の詳細はＵＳＳＮ０９／５２０，７４１に詳しく説明されているので説明は省略する。
【００２５】
直進軸２３の外面には複数の永久磁石２５ａ〜２５ｈからなる複数の永久磁石列２５が周方向に間隔をあけて配置されており、複数の永久磁石列２５の間の部分は一部分にはリニアモータＡの位置を検出するための位置検出スケール２７が設けられている。そしてフレーム３には位置検出スケール２７に対応して検出センサ２８が固定されている。また、直進軸２３の後方部分には回転駆動用モータＢの駆動により出力軸１５が回転する際に、軸受２１ａ〜２１ｂを介して伝わる力で直進軸２３が回転しようとする動きを阻止するための回り止め機構３７が形成されている。回り止め機構３７は、直進軸２３と固定部３５との間に配置されており、直進軸２３に一端が固定されて後方（図の右側）に延びる４本の細長い棒状部材３９…と、これら４本の棒状部材３９…が嵌合される４つのガイド部材４１…とから構成されている。４つのガイド部材４１は、固定部本体３６に周方向に等間隔をあけて配置されている。これらガイド部材４１は棒状部材３９を軸線（Ｘ−Ｘ）方向に沿ってスライドさせることができる内部にボールベアリングが入ったＬＭブッシュと呼ばれる軸受である。
【００２６】
本実施の形態の直進・回転アクチュエータ１に回転運動のみを行わせる場合には、回転駆動用モータＢの固定子１３の巻線に励磁電流を流して、回転軸１１を回転させる。回転軸１１が回転すると、回転軸１１に取り付けられたナット９によって出力軸１５が回転する。このとき直進軸２３は停止しているが、中間軸受構造（２１ａ〜２１ｃ）と後方側軸受構造２９とが回転可能であるため、出力軸１１は回転する。
【００２７】
一方、直進・回転アクチュエータ１に直進運動のみを行わせる場合には、リニアモータＡのステータ２２の励磁巻線２６に励磁電流を流し、この励磁巻線２６に流れる励磁電流の通電方向を順次変えて直進軸２３の永久磁石列２５の永久磁石２５ａ〜２５ｈと固定子側磁極との間に直進軸２３を軸線方向（Ｘ−Ｘ）に変位させる推力を発生する。直進軸２３の移動に伴って出力軸１５が直線運動をする。
【００２８】
直進と回転とを同時に行わせる場合には、リニアモータＡのステータ２２の励磁巻線２６及び回転駆動用モータＢの固定子１３の巻線に同時に通電する。出力軸１５は独立して回転し、また直進軸２３も出力軸１５の回転速度と無関係に独立して直進する。したがってこの例では、一方の運動が他方の運動に影響を及ぼすことがなく、直進と回転との運動を同時に自在に行わせることができる。なお、直進運動と回転運動とを同期させる場合には、回転運動用モータに回転検出器（エンコーダ）を取り付けておき、回転検出器の出力に基づいて電気的に同期を取ればよい。
【００２９】
図２は、本発明の直進・回転アクチュエータの他の実施の形態を示す部分断面図であり、図１と同様に軸線（Ｘ−Ｘ）を含む水平面で上下に分割し、後方部分を全体的に断面にして示している。なお、図２においては図１の例で用いた部材と同様の機能を有するものに、図１に付した符号に１００の数を加えた数字の符号を付して説明は省略する。
【００３０】
図２に示した直進・回転アクチュエータと図１に示した直進・回転アクチュエータとの相違は、回り止め機構１３７を構成する棒状部材１３９とこの棒状部材１３９を保持しているガイド部材１４１との位置を逆に配置したことと、後方スプライン部１１９をリニアモータＡの直進軸１２３の内部に配置したことである。
【００３１】
この例では、後方側軸受構造１２９をより前方側に配置するために、固定部１３５を直進軸１２３の後方側に配置された固定部本体１３６と、後方端部が固定部本体１３６に固定され且つ直進軸１２３及び出力軸１１５と同心的に配置されて直進軸１２３と出力軸１１５との間を前方に向かって延びる筒状部材１３８とから構成する。そして後方側軸受構造１２９を筒状部材１３８の前方端部に固定する。この場合、回り止め機構１３７は、固定部本体１３６に固定されて前方側に延びる４本の細長い棒状部材１３９と、直進軸１２３に設けられて棒状部材１３９と嵌合し且つ出力軸１１５の軸線（Ｘ−Ｘ）方向へのスライドは許容するが出力軸１１５を中心にして直進軸１２３が回動するのを阻止するガイド部材１４１とから構成する。
【００３２】
図３は図２の実施の形態の構造を説明するために用いる図である。図３に示すように直進軸１２３は周方向に９０°の間隔をあけて配置され、径方向外側に向かって突出する４つの突出部１２３ａを備えている。そしてこれら４つの突出部１２３ａに一般的にＬＭブッシュと呼ばれるガイド部材１４１が取付けられており、これらガイド部材１４１にそれぞれ棒状部材１３９がスライド可能に嵌合されている。筒状部材１３８の長さは、中間軸受構造（１２１ａ〜１２１ｄ）と後方側軸受構造１２９とが近接して配置されるように定める。このような構造を採用すると、中間軸受構造（１２１ａ〜１２１ｄ）と後方側軸受構造１２９との距離が小さくなり、また後方側軸受構造１２９を直進軸１２３の内部に配置することになるので、出力軸１１５の長さを短くすることができ、直進・回転アクチュエータ１０１の全長を短く（コンパクトに）することができる。
【００３３】
上記２つの実施の形態によれば、直進運動の最高速度を２ｍ／ｓｅｃ以上にすることができる。
【００３４】
図４は本発明に係る直進・回転アクチュエータの更に他の実施の形態を示す部分断面図であり、図１と同様に軸線（Ｘ−Ｘ）を含む水平面で上下に分割し、後方部分を全体的に断面にして示したものである。図４においては図１の例で用いた部材と同様の部分には、図１に付した符号の数に２００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図４に示した直進・回転アクチュエータと図１に示した直進・回転アクチュエータとの相違は、軸線方向に離れた回転軸２１１とナット２０９との間に減速機構２４３を配置したことと、回転駆動用モータＢと減速機構２４３との間に電磁ブレーキ機構２５７を設置したことと、直進・回転アクチュエータ２０１の後方側にバネ機構２６３を配置した点にある。
【００３６】
減速機構２４３は、回転軸２１１の前方側の端部外周部上に機械加工を施して形成した中心歯車２４５と、この中心歯車２４５と噛み合って中心歯車２４５の周りを回転する３つの遊星歯車２４７と、内周面の中央に遊星歯車２４７と噛み合う歯車が形成されてフレーム２０３に対して固定された円筒状の外側固定歯車２４９と、３つの遊星歯車２４７の前方側に配置されて３つの遊星歯車２４７の回転軸が回転自在に固定される円環状の前方側回転体２５１と、３つの遊星歯車２４７の後方側に固定されて３つの遊星歯車２４７と一緒に回転する円環状の後方側回転体２５３と、前方側回転体２５１に固定されたフランジ付の筒体２５０と、出力軸２１５が貫通する貫通孔を有して筒体２５０の前方側開口端部を塞ぐ閉塞板２５５とから構成されている。前方側回転体２５１と後方側回転体２５３とは環状のベアリング２５５及び２５６を介して外側固定歯車２４９の軸線方向両側に形成された一対の開口部内に回転自在に収納されている。
【００３７】
回転駆動用モータＢが回転して回転軸２１１が回転すると、中心歯車２４５から遊星歯車２４７が回転しながら中心歯車２４５の周囲を回転し、遊星歯車２４７が回転自在に固定された前方側回転体２５１及びこの回転体に固定された筒体２５０が回転軸２１１の回転数よりも低い回転数で回転する。筒体２５０が回転すると、その内側に嵌合固定したナット２０９が減速された回転数で回転し、この回転がナット２０９から出力軸２１５に伝達されて、出力軸２１５も低い回転数で回転する。
【００３８】
電磁ブレーキ機構２５７は、回転駆動用モータＢと減速機構２４３との間に配置されている。この電磁ブレーキ機構２５７は、回転軸２１１に固定されたハブ２５９と、フレーム３側に固定されて励磁コイル２６１と、この励磁コイル２６１によって駆動されてハブ２５９と接触する一対のブレーキパッド２６３とから構成されている。ハブ２５９は、回転軸２１１の外周部のハブ圧入部にキー２５８を介して固定されている。ハブ２５９は、回転軸２１１と同心的に配置された円板部２６０を有しており、この円板部が一対のブレーキバッド２６３，２６３の間に配置されている。この電磁ブレーキ機構２５７は、励磁コイル２６１が励磁されている状態で、２枚のブレーキパッド２６３を相対的に離すように動作している。そして励磁コイル２６１が非励磁状態になると、２枚のブレーキパッドは相対的に近づいて、２枚のブレーキパッド２６３，２６３でハブ２５９の円板部２６０を挟むようになる。これによって停電が発生したときや、電源スイッチをオフにした時には、自動的にブレーキがかかるようになる。
【００３９】
直進・回転アクチュエータ２０１の後方側軸受け機構２２９の内輪部２３１の後方側端面にはバネ機構２６３が固定されている。このバネ機構２６３は、常時圧縮状態にあるコイルスプリング２６５の軸線方向の両端にエンドプレート２６７及び２６９が固定された構造を有している。一方のエンドプレート２６７が、内輪部２３１に固定され、他方のエンドプレート２６９が出力軸２１９の後方側端面に固定されている。後方側軸受け機構２２９は、固定部２３５に固定された外輪部２３３とその内部に複数のボール２３２を介して配置された内輪部２３１とから構成されている。内輪部２３１の内側には、出力軸２１９の外周部に設けた後方側スプライン部が嵌合されており、出力軸２１９の軸線方向への移動を許容して、しかも出力軸２１９と一緒に回転する。出力軸２１９が前方側に移動すると、バネ機構２６３のコイルスプリング２６５は更に圧縮される。リニアモータＡの励磁が解除されると、出力軸２１９はコイルスプリング２６５のバネ力によって強制的に後方側へ移動させられる。したがって停電や、電源スイッチをオフ状態にした時には、アクチュエータの姿勢のいかんにかかわらず、出力軸２１９は後方側へ移動する。
【００４０】
また直進軸２２３に固定されて後方に延びている１本の棒状部材２３９の後方端部の軸線方向の位置を検出する近接スイッチ２７１がカバー部材２４０に固定されている。この近接スイッチ２７１を設けて、棒状部材２３９の位置を正確に検出すれば、近接スイッチ２７１で検出する棒状部材２３９の特定の位置を原点位置として、出力軸２１５の直線運動の位置決め制御が高くなる。
【００４１】
本例で直進・回転アクチュエータ１に回転運動のみを行わせる場合には、回転駆動モータＢの固定子２１３の巻線に励磁電流を流して回転軸２１１を回転させる。回転軸２１１が回転すると、回転軸２１１に設けられている中心歯車２４５が回転し、中心歯車２４５の周りを回転する遊星歯車２４７が固定されている減速機構２４３の前方側回転体２５１が回転する。すると、前方側回転体２５１に筒体２５０により連結されているナット２０９と出力軸２１５とが回転し、回転運動を行う。そして、直進・回転アクチュエータ２０１の外部から通電され動作している回転駆動用モータＢへの通電を停止すると、電磁ブレーキ機構２５７の励磁コイル２６１が非励磁状態となりブレーキをかけることができる。
【００４２】
本例によれば、回転軸２１１とナット２０９との間に減速機構２４３を配置するので、回転軸の回転を所定の回転数まで減速することができ、高トルクの回転運動が可能となる。また、回転駆動用モータＢと減速機構２４３との間に電磁ブレーキ機構２５７を配置するので、回転軸に適宜にブレーキをかけることができ回転運動の制御が容易になる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の直進・回転アクチュエータによれば、回転運動と直進運動とを別個に行わせることも両方を同時に行わせることも自在であり、従って巻線機を含めたさまざまな用途に適用できる利点がある。
【００４４】
また、本発明によれば、直進運動を高速で行うことができるので直進・回転アクチュエータ全体の運動を高速に行うことができる。
【００４５】
更に本発明によれば、直進・回転アクチュエータの軸線方向の寸法を短くすることができて、しかも駆動する際の振動の発生を少なくできるという利点が得られる。
【００４６】
また本発明の直進・回転アクチュエータによれば、回転運動の速度を自由に制御できるので、様々な用途に適用することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直進・回転アクチュエータの一つの実施の形態を示す部分断面図であり、出力軸及び直進軸について軸線（Ｘ−Ｘ）を含む水平面で上下に分割し、後方部分を全体的に断面にして示したものである。
【図２】本発明の直進・回転アクチュエータの他の実施の形態を示す部分断面図であり、出力軸及び直進軸について軸線（Ｘ−Ｘ）を含む水平面で上下に分割し、後方部分を全体的に断面にして示したものである。
【図３】図２の実施の形態の構造を説明するために用いる図である。
【図４】本発明の直進・回転アクチュエータの他の実施の形態を示す部分断面図であり、出力軸及び直進軸について軸線（Ｘ−Ｘ）を含む水平面で上下に分割し、後方部分を全体的に断面にして示したものである。
【符号の説明】
１，１０１，２０１  直進・回転アクチュエータ
７，１０７，２０７  前方側軸受構造
９、１０９，２０９  ナット
１１、１１１，２１１  回転軸
１５、１１５，２１５  出力軸
１７、１１７，２１７  前方スプライン部
１９、１１９，２１９  後方スプライン部
２１，１２１，２２１  中間軸受構造
２３、１２３，２２３  直進軸
２９、１２９，２２９  後方側軸受構造
３１、１３１，２３１  内輪
３３、１３３，２３３  外輪
３５、１３５，２３５  固定部
３６、１３６，２３６  固定部本体
３７、１３７，２３７  回り止め機構
３８、１３８，２３８  筒状部材
３９、１３９，２３９  棒状部材
４１、１４１，２４１  ガイド部材
２４３  減速機構
２４５  中心歯車
２４７  遊星歯車
２４９  外側固定歯車
２５７  電磁ブレーキ機構
２６１  励磁コイル
Ａ  リニアモータ
Ｂ  回転駆動用モータ
【図１】
0003916389.tif 000002
【図２】
0003916389.tif 000003
【図３】
0003916389.tif 000004
【図４】
0003916389.tif 000005