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JP6719568B2 - ロボット - Google Patents

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JP6719568B2
JP6719568B2 JP2018540525A JP2018540525A JP6719568B2 JP 6719568 B2 JP6719568 B2 JP 6719568B2 JP 2018540525 A JP2018540525 A JP 2018540525A JP 2018540525 A JP2018540525 A JP 2018540525A JP 6719568 B2 JP6719568 B2 JP 6719568B2
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Description

本発明は、ボールネジのネジ軸にモーターの出力軸の回転を伝達する技術に関するものである。
単軸ロボットのような産業用ロボットでは、ボールネジをモーターで駆動することでボールネジに螺合する移動体を移動させる直動機構が一般に用いられる。また、モーターの出力軸の回転をボールネジのネジ軸に伝達する方式としては二通りが存在する。一つは、直列に配列された出力軸とネジ軸とをカップリングで結合する直列方式であり、もう一つは、特許文献1に記載されているように、並列に配列された出力軸とネジ軸とを結合する並列方式である。具体的には、後者の方式は、出力軸の軸端に取り付けられたプーリーと、ネジ軸の軸端に取り付けられたプーリーと、これらプーリーに掛け渡されたタイミングベルトとを用いて、出力軸の回転をネジ軸に伝達する。
特開平10−235579号公報
ところで、並列方式では、ロボットの幅が広くなる代わりにロボットを短尺化できる一方、直列方式では、ロボットが長尺化する代わりにロボットの幅を抑えられる。このように両方式はメリットおよびデメリットにおいてそれぞれ異なる。そこで、ロボットの設置環境等に応じて、直列方式と並列方式とを簡便に切り換えられる技術が求められていた。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、モーターの出力軸の回転をボールネジのネジ軸に伝達する方式を直列方式と並列方式との間で簡便に切り換えることを可能とする技術の提供を目的とする。
本発明に係るロボットは、回転可能なネジ軸を有するボールネジと、ネジ軸に螺合してネジ軸の回転に伴って移動する移動体と、スラスト方向の一方側へ開口する第1嵌入孔と、スラスト方向の他方側へ開口する第2嵌入孔とが設けられ、第1嵌入孔に嵌め込まれたネジ軸に締結された結合装置と、回転可能な出力軸を有し、出力軸を回転させるモーターと、出力軸を嵌め込み可能な第3嵌入孔が開口する第1回転部と、第2嵌入孔に嵌め込み可能な突出軸を有する第2回転部と、第1回転部の回転を第2回転部に伝達する伝達部とを有する動力伝達装置とを備え、スラスト方向の他方側に向けて配置された出力軸とネジ軸とが異なる軸線上に配置された状態において、スラスト方向の一方側を向く第3嵌入孔に嵌め込まれた出力軸が第1回転部に締結されることで第1回転部に固定されるとともに、スラスト方向の一方側を向いて突出軸が第2嵌入孔に嵌め込まれ結合装置に締結されることで、結合装置が第2回転部に固定される一方、動力伝達装置が出力軸および結合装置から取り外されてモーターの出力軸とネジ軸が同じ軸線上に配置された状態において、出力軸が第2嵌入孔に嵌め込まれ結合装置に締結されることで、結合装置が出力軸に固定される。
本発明に係る動力伝達装置は、モーターの出力軸を嵌め込み可能な第3嵌入孔が開口する第1回転部と、スラスト方向の一方側へ開口する第1嵌入孔と、スラスト方向の他方側へ開口する第2嵌入孔とが設けられ、第1嵌入孔に嵌め込まれたボールネジのネジ軸に締結されるとともに、ネジ軸と同じ軸線上に配置されて第2嵌入孔に嵌め込まれた出力軸に締結可能な結合装置の第2嵌入孔に嵌め込み可能な突出軸を有する第2回転部と、第1回転部の回転を第2回転部に伝達する伝達部とを備え、スラスト方向の他方側に向けて配置された出力軸とネジ軸とが異なる軸線上に配置された状態において、スラスト方向の一方側を向く第3嵌入孔に嵌め込まれた出力軸が、第1回転部に締結されることで第1回転部に固定されるとともに、スラスト方向の一方側を向いて突出軸が結合装置の第2嵌入孔に嵌め込まれ締結されることで、結合装置が第2回転部に固定される。
本発明に係る動力伝達システムは、スラスト方向の一方側へ開口する第1嵌入孔と、スラスト方向の他方側へ開口する第2嵌入孔とが設けられ、第1嵌入孔に嵌め込まれたボールネジのネジ軸に締結可能な結合装置と、モーターの出力軸を嵌め込み可能な第3嵌入孔が開口する第1回転部と、第2嵌入孔に嵌め込み可能な突出軸が突出する第2回転部と、第1回転部の回転を第2回転部に伝達する伝達部とを有する動力伝達装置とを備え、スラスト方向の他方側に向けて配置された出力軸とネジ軸とが異なる軸線上に配置された状態において、スラスト方向の一方側を向く第3嵌入孔に嵌め込まれた出力軸が第1回転部に締結されることで出力軸が第1回転部に固定されるとともに、スラスト方向の一方側を向いて第2嵌入孔に嵌め込まれた突出軸が結合装置に締結されることで結合装置が第2回転部に固定される一方、動力伝達装置が出力軸および結合装置から取り外されてモーターの出力軸とネジ軸が同じ軸線上に配置された状態において、第2嵌入孔に嵌め込まれた出力軸が結合装置に締結されることで、結合装置が出力軸に固定される動力伝達システム。
このように構成された本発明(ロボット、動力伝達装置、動力伝達システム)では、モーターの出力軸を嵌め込み可能な第3嵌入孔が開口する第1回転部と、突出軸が突出する第2回転部と、第1回転部の回転を第2回転部に伝達する伝達部とが設けられている。そして、モーターの出力軸および第2回転部の突出軸のいずれかが選択的に、ボールネジのネジ軸に締結された結合装置に締結可能となっている。
つまり、この結合装置は、スラスト方向の一方側へ開口する第1嵌入孔と、スラスト方向の他方側へ開口する第2嵌入孔とが設けられ、第1嵌入孔に嵌め込まれたボールネジのネジ軸に締結される。そして、スラスト方向の他方側に向けて配置された出力軸とネジ軸とが異なる軸線上に配置された(すなわち、並列に配置された)状態において、スラスト方向の一方側を向く第3嵌入孔に嵌め込まれた出力軸が第1回転部に締結されることで出力軸が第1回転部に固定されるとともに、スラスト方向の一方側を向いて第2嵌入孔に嵌め込まれた突出軸が結合装置に締結されることで結合装置が第2回転部に固定される。これによって、モーターの出力軸の回転をボールネジのネジ軸に並列方式で伝達することができる。また、動力伝達装置が出力軸および結合装置から取り外されて出力軸とネジ軸が同じ軸線上に配置された(すなわち、直列に配置された)状態において、第2嵌入孔に嵌め込まれた出力軸が結合装置に締結されることで結合装置が出力軸に固定される。これによって、モーターの出力軸の回転をボールネジのネジ軸に直列方式で伝達することができる。こうして、モーターの出力軸の回転をボールネジのネジ軸に伝達する方式を直列方式と並列方式との間で簡便に切り換えることが可能となっている。
本発明では、モーターの出力軸の回転をボールネジのネジ軸に伝達する方式を直列方式と並列方式との間で簡便に切り換えることが可能となっている。
本発明に係る単軸ロボットの第1状態の外観構成を示す斜視図。 図1の単軸ロボットの内部構成を示す部分断面図。 カップリングユニットの周辺を拡大して示す部分断面図。 カップリングユニットの周辺を拡大して示す部分断面図。 カップリングユニットの前方斜視図。 カップリングユニットの後方斜視図。 本発明に係る単軸ロボットの第2状態の外観構成を示す斜視図。 図7の単軸ロボットの内部構成を示す部分断面図。 動力伝達装置とモーターとの外観構成を示す前方斜視図。 動力伝達装置とモーターとの外観構成を示す後方斜視図。 動力伝達装置の外観構成を示す後方斜視図。 動力伝達装置とモーターとの構成を模式的に示す部分断面図。
図1は本発明に係る単軸ロボットの第1状態の外観構成を示す斜視図である。図2は図1の単軸ロボットの内部構成を示す部分断面図である。図1および図2に示す第1状態は、モーター2の出力軸21の回転をボールネジ3のネジ軸31に直列方式(ストレート方式)で伝達する。
この単軸ロボット1は、X方向に長尺な矩形状のハウジング11と、ハウジング11に沿ってX方向に往復移動するスライダー13とを備える。さらに、単軸ロボット1は、ハウジング11のX方向の端に取り付けられたモーター2を備え、モーター2がスライダー13を移動させるための駆動力を発生する。
つまり、図2に示すように、単軸ロボット1は、ボールネジ3と、このボールネジ3をモーター2に結合するカップリングユニット4とをハウジング11の内部に備える。ボールネジ3は、X方向に平行に配置されて回転可能なネジ軸31と、ネジ軸31に螺合するナット32とを有し、スライダー13がナット32に取り付けられている。また、モーター2はX方向に平行に配置された回転可能な出力軸21を有する。そして、ボールネジ3のネジ軸31がモーター2の出力軸21にカップリングユニット4により結合されている。したがって、モーター2がその出力軸21を回転させると、ボールネジ3のネジ軸31が出力軸21に伴って回転し、ナット32がスライダー13を伴ってX方向に移動する。
図3および図4はカップリングユニットの周辺を拡大して示す部分断面図である。図5はカップリングユニットの前方斜視図であり、図6はカップリングユニットの後方斜視図である。なお、図3では、モーター2の出力軸21とボールネジ3のネジ軸31とがカップリングユニット4により結合された状態が示され、図4では、モーター2、ボールネジ3およびカップリングユニット4の構成をX方向、すなわち出力軸21およびネジ軸31のスラスト方向Tに分解した状態が示されている。また、図3および図4ではモーター2の内部構成が破線で示されるとともに、図3では部分的に示されているハウジング11が図4では省略されている。
モーター2は、出力軸21をラジアル方向Rから支持する2個のラジアルベアリング22と、出力軸21を回転させるための電気回路(図示省略)やこれらラジアルベアリング22等を収容するハウジング23とを有する。出力軸21の軸端21a(出力軸端21a)は、ハウジング22からスラスト方向Tの一方側Ta(すなわち、ネジ軸31側)へ突出している。この出力軸21の軸端21aは円筒形状を有し、出力軸21の軸端21aの外周面はスラスト方向Tに平行に滑らかに形成されており段差を有さない。なお、軸端21aの角には面取りが施されている。
ボールネジ3のネジ軸31は、ネジ山310が設けられてナット32が螺合するネジ部31aと、ネジ部31aに隣接して設けられた軸端31b(ネジ軸端31b)とを有し、ネジ部31aからスラスト方向Tの他方側Tb(すなわち、出力軸21側であるとともに一方側Taの逆側)へ軸端31bが延設されている。この軸端31bは円筒形状を有し、ネジ軸31の軸端31bの外周面は、スラスト方向Tに平行に滑らかに形成されており段差を有さない。なお、軸端31bの角には面取りが施されている。
そして、スラスト方向Tに並んで互いに対向する出力軸21の軸端21aとネジ軸31の軸端31bとを、カップリングユニット4が結合する。つまり、スラスト方向Tに直列に並ぶ出力軸21とネジ軸31とがカップリングユニット4によって結合され(直列方式)、換言すれば、出力軸21とネジ軸31とは同じ軸線A上に配置されている。ここで、軸線Aはスラスト方向Tに平行な仮想直線である。このカップリングユニット4は、スラスト方向Tに延設されたシャフト41を有する。シャフト41は、金属等で作成された剛性体であり、スラスト方向Tに平行な対称軸に対して回転対称な形状を有する。このシャフト41は、スラスト方向Tの一方側Taの端部に形成されたフランジ411と、スラスト方向Tの他方側Tbの端部に形成されたネジ部412とを有する。また、シャフト41には、スラスト方向Tに貫通する中空部42が形成されており、中空部42は、スラスト方向Tの一方側Taへ開口する第1嵌入孔421と、スラスト方向Tの他方側Tbへ開口する第2嵌入孔422とを有する。第1嵌入孔421と第2嵌入孔422とは、それぞれスラスト方向Tに延設された同心の円筒形状を有し、第1嵌入孔421と第2嵌入孔422との間は、シャフト41の中空部42の内壁から内側に突出する環状突起423が形成されている。
第1嵌入孔421はネジ軸31の軸端31b(第1軸端)の形状に応じた形状を有し、ここの例では、第1嵌入孔421は、ネジ軸31の軸端31bが有する円筒形状の径と等しい径の円筒形状を有する。つまり、第1嵌入孔421の内径は、ネジ軸31の軸端31bの外径に等しい。したがって、ネジ軸31の軸端31bはシャフト41の第1嵌入孔421にスラスト方向Tの一方側Taから遊びが無い状態で嵌入可能であり、シャフト41は第1嵌入孔421に嵌め込まれたネジ軸31の軸端31bをラジアル方向Rに拘束する。
第2嵌入孔422は出力軸21の軸端21a(第2軸端)の形状に応じた形状を有し、ここの例では、第2嵌入孔422は、出力軸21の軸端21aが有する円筒形状の径と等しい径の円筒形状を有する。つまり、第2嵌入孔422の内径は、出力軸21の軸端21aの外径に等しい。したがって、出力軸21の軸端21aはシャフト41の第2嵌入孔422にスラスト方向Tの他方側Tbから遊びが無い状態で嵌入可能であり、シャフト41は第2嵌入孔422に嵌め込まれた出力軸21の軸端21aをラジアル方向Rに拘束する。
つまり、その軸端31bが第1嵌入孔421に嵌め込まれたネジ軸31と、その軸端21aが第2嵌入孔422に嵌め込まれた出力軸21とは、いずれもシャフト41によってラジアル方向Rへ拘束される。このように、シャフト41は、ネジ軸31の軸端31bと出力軸21の軸端21aとをそれぞれの中心線を一致させた状態でラジアル方向Rに互いに位置決めする。
また、シャフト41の中空部42は、第1嵌入孔421からスラスト方向Tの一方側Taに延設されたテーパー孔424を有する。テーパー孔424は、スラスト方向Tの一方側Taに向かうに連れて径が増大する円錐台形状を有し、第1嵌入孔421に嵌め込まれたネジ軸31の軸端31bと、テーパー孔424を規定するシャフト41の内壁との間には隙間425が形成される。
そして、カップリングユニット4は、この隙間425に挿入されるシュパリング43を有する。シュパリング43は、スラスト方向Tに平行な対称軸に対して回転対称な形状を有する。このシュパリング43には、スラスト方向Tに貫通する中空部431が形成されている。中空部431は、ネジ軸31の軸端31bの円筒形状の径と等しい径の円筒形状を有し、シュパリング43の中空部431にネジ軸31の軸端31bが嵌入する。一方、シュパリング43の他方側Tbの端部は、スラスト方向Tの他方側Tbに向かうに連れて径が減少する円錐台形状の外形を有する。つまり、シュパリング43の他方側Tbの端部の周縁部は楔形を有し、隙間425に対して挿脱可能な挿入部432(楔)として機能する。また、シュパリング43は、フランジ433を一方側Taの端部に有する。
このシュパリング43の挿入部432は、ネジ軸31とシャフト41との間の隙間425に挿入されると、シャフト41のテーパー孔424の内壁とネジ軸31の軸端31bの外周とのそれぞれに押圧される。これによって、第1嵌入孔421に嵌め込まれたネジ軸31の軸端31bがシャフト41に締結される。さらに、シュパリング43のフランジ433がネジ434によってシャフト41のフランジ411に締結される。こうしてシュパリング43によってネジ軸31をシャフト41にしっかりと固定することが可能となっている。
ちなみに、シャフト41の第1嵌入孔421の内部には、ゴムで形成されたOリング44が配置されており、ネジ軸31の軸端31bは、Oリング44を介してシャフト41の環状突起423に突き当てられる。したがって、シュパリング43の挿入に伴ってネジ軸31の軸端31bが第1嵌入孔421に引き込まれるのに応じて、Oリング44が弾性変形する。このようにOリング44を介することで、ネジ軸31の軸端31bの移動が妨げられないように構成されており、ネジ軸31の軸端31bとシャフト41との締結強度の向上が図られている。
また、カップリングユニット4は、シャフト41の他方側Tbに設けられた割締め機構45を有する。この割締め機構45は、シャフト41と一体的に形成されることで、シャフト41の他方側Tbの端部に設けられている。割締め機構45は、図5に示すように、2個の半円部材451と、2個の半円部材451を相互に締結するネジ452と、2個の半円部材451を相互に取り付けるピン453とを有する。これら2個の半円部材451は円を構成するように配置され、それらの間に中空部454を形成する。割締め機構45の中空部454は、スラスト方向Tに貫通する略円筒形状を有し、シャフト41の第2嵌入孔422とスラスト方向Tに並ぶ。そして、出力軸21の軸端21aが割締め機構45の中空部454を介して第2嵌入孔422に嵌め込まれた状態でネジ452をねじ込むと、各半円部材451の内周が出力軸21の軸端21aの外周に押圧される(割締め)。こうして2個の半円部材451が出力軸21の軸端21aを挟み込むことで、出力軸21の軸端21aがシャフト41に締結される。これによって、割締め機構45によって出力軸21をシャフト41にしっかりと固定することが可能となっている。
このように、シャフト41によってラジアル方向Rに位置決めされたボールネジ3のネジ軸31とモーター2の出力軸21とがそれぞれシュパリング43と割締め機構45によりシャフト41に固定される。これによって、ボールネジ3のネジ軸31とモーター2の出力軸21とが結合される。
さらに、カップリングユニット4は、シャフト41をスラスト方向Tに支持する2個のスラストベアリング46と、スラストベアリング46を支持するベース47を有する。スラストベアリング46は、ベース47に固定されるハウジング軌道盤461と、シャフト41を支持する軸軌道盤462とを有する。また、ベース47は、ネジ470によって単軸ロボット1のハウジング11に固定されており、スラストベアリング46を介してシャフト41をハウジング11に対して支持する機能を果たす。
具体的には、ベース47には、スラスト方向Tに貫通するシャフト孔471が形成されている。シャフト孔471の径は、シャフト41の外周41a(フランジ411とネジ部412との間の円筒部41bの外周)の径より若干大きく、シャフト41はベース47のシャフト孔471に嵌まる。また、シャフト41の円筒部41bの外周41aは、各スラストベアリング46の軸軌道盤462の内周に応じた形状を有する。すなわち、シュパリング43の円筒部41bの外周41aは、各スラストベアリング46の軸軌道盤462の内周の径と等しい径を有するように形成されており、シャフト41は各スラストベアリング46の内側に嵌る。なお、各スラストベアリング46のハウジング軌道盤461の径は、シュパリング43の円筒部41bの外周41aの径と比較して等しいか若干大きい。2個のスラストベアリング46は、ベース47のシャフト孔471の周縁部472をスラスト方向Tから挟むように配置されている。そして、2個のスラストベアリング46のうち、他方側Tbのスラストベアリング46との間に座金482(菊座)を挟んで、ナット481がシャフト41のネジ部412に取り付けられる。
このように、スラスト方向Tに並ぶ座金482、スラストベアリング46、ベース47の周縁部472およびスラストベアリング46が、フランジ411とナット481とにより挟まれる。したがって、ナット481をシャフト41のネジ部412にねじ込むと、各スラストベアリング46のハウジング軌道盤461がベース47の周縁部472に押圧され、一方側Taのスラストベアリング46の軸軌道盤462がシャフト41のフランジ411に押圧され、他方側Tbのスラストベアリング46の軸軌道盤462がシャフト41に螺合するナット481に座金482を介して押圧される。これによって、各スラストベアリング46のハウジング軌道盤461がベース47に固定されるとともに、スラストベアリング46の軸軌道盤462がシャフト41に固定される。
かかる構成では、カップリングユニット4により結合されたネジ軸31および出力軸21のスラスト方向Tの支持は、主としてスラストベアリング46によって実現される。また、これらネジ軸31および出力軸21のラジアル方向Rの支持は、主としてモーター2のラジアルベアリング22によって実現される。
図7は本発明に係る単軸ロボットの第2状態の外観構成を示す斜視図である。図8は図7の単軸ロボットの内部構成を示す部分断面図である。図7および図8に示す第2状態は、モーター2の出力軸21の回転をボールネジ3のネジ軸31に並列方式(折り返し方式)で伝達する。なお、以下では、第1状態との差を中心に説明し、第1状態と共通する部分は相当符号を付して説明を省略する。この第2状態では、スラスト方向Tの他方側Tbを向いて突出するモーター2の出力軸21と、ボールネジ3のネジ軸31とが互いに平行に並列に配置されており、換言すれば、出力軸21とネジ軸31とは互いに異なる軸線Aa、Ab上に配置されている。ここで、軸線Aa、Abはそれぞれスラスト方向Tに平行な仮想直線である。そして、単軸ロボット1は、出力軸21の回転をネジ軸31に伝達する動力伝達装置5を備える。
図9は動力伝達装置とモーターとの外観構成を示す前方斜視図である。図10は動力伝達装置とモーターとの外観構成を示す後方斜視図である。図11は動力伝達装置の外観構成を示す後方斜視図である。図12は動力伝達装置とモーターとの構成を模式的に示す部分断面図である。なお、図12では、カップリングユニット4の一部(第2嵌入孔422の周辺)が模式的に併記されている。
動力伝達装置5は、モーター2の出力軸21に取り付けられる第1回転部51と、ボールネジ3のネジ軸31に取り付けられる第2回転部53と、第1回転部51および第2回転部53に掛け渡されたベルト55とを有する。さらに、動力伝達装置5は、第1回転部51および第2回転部53を回転可能に支持するハウジング57を有する。このハウジング57は、第1回転部51の支持を担う第1支持部571と、第2回転部53の支持を担う第2支持部572と、第1支持部571と第2支持部572とが固定されるプレート573とを有する。
第1回転部51は、プーリー511と、プーリー511に固定された回転軸512(第1回転軸)とを有する。回転軸512はプーリー511の中心からスラスト方向Tの一方側Taに突出して設けられ、回転軸512とプーリー511とは、スラスト方向Tに平行な同一の中心線の回りで回転可能である。これに対して、第1支持部571の内部には2個のラジアルベアリング581がスラスト方向Tに並んで取り付けられており、回転軸512がこれらラジアルベアリング581によってラジアル方向Rに支持される。具体的には、各ラジアルベアリング581の内輪の内径は回転軸512の外径と等しく、回転軸512が各ラジアルベアリング581の内輪に嵌入して取り付けられるとともに、各ラジアルベアリング581の外輪が第1支持部571に取り付けられている。
また、回転軸512には、スラスト方向Tの一方側Taに開口する嵌入孔513がスラスト方向Tに設けられている。この嵌入孔513は出力軸21の軸端21aが有する円筒形状の径と等しい径の円筒形状を有する。つまり、嵌入孔513の内径は、出力軸21の軸端21aの外径に等しい。したがって、出力軸21の軸端21aは回転軸512の嵌入孔513にスラスト方向Tの一方側Taから遊びが無い状態で嵌入可能であり、嵌入孔513に嵌め込まれた出力軸21の軸端21aと、回転軸512とは、それぞれの中心線が一致した状態でラジアル方向Rに互いに位置決めされる。
動力伝達装置5は、回転軸512の一方側Taに設けられた割締め機構52を有する。この割締め機構52は、回転軸512と一体的に形成されることで、回転軸512の一方側Taの端部に設けられている。割締め機構52は、図11に示すように、一部が切り欠けられた環状部材521と、環状部材521の切り欠きの隙間の幅を変化させるネジ522とを有する。そして、環状部材521の内側に中空部523が形成される。割締め機構52の中空部523は、スラスト方向Tに貫通する略円筒形状を有し、回転軸512の嵌入孔513とスラスト方向Tに並ぶ。そして、出力軸21の軸端21aが割締め機構52の中空部523を介して嵌入孔513に嵌め込まれた状態でネジ522をねじ込むと、環状部材521の内周が出力軸21の軸端21aの外周に押圧される(割締め)。こうして環状部材521が出力軸21の軸端21aを挟み込むことで出力軸21の軸端21aが回転軸512に締結される。これによって、割締め機構52によって出力軸21を回転軸512にしっかりと固定することが可能となっている。
第2回転部53は、プーリー531と、プーリー531に固定された回転軸532(第2回転軸)とを有する。回転軸532はプーリー531の中心からスラスト方向Tの一方側Taに突出して設けられ、回転軸532とプーリー531とは、スラスト方向Tに平行な同一の中心線の回りで回転可能であり、同心の形状を有する。これに対して、第2支持部572の内部には、2個のラジアルベアリング582がスラスト方向Tに並んで取り付けられており、回転軸532がこれらラジアルベアリング582によってラジアル方向Rに支持される。具体的には、ラジアルベアリング582の内輪の内径は回転軸532の外径と等しく、回転軸532が各ラジアルベアリング582の内輪に嵌入して取り付けられるとともに、各ラジアルベアリング582の外輪が第2支持部572に取り付けられている。
また、回転軸532は、第2支持部572からスラスト方向Tの一方側Taに突出する突出端532aを有する。この回転軸532は、出力軸21の軸端21aが有する円筒形状の径と等しい径の円筒形状を有する。つまり、回転軸532の外径は、出力軸21の軸端21aの外径に等しい。したがって、モーター2の出力軸21の軸端21aに代えて、この回転軸532の突出端532aをカップリングユニット4に締結することができる。
つまり、回転軸532の突出端532aは、第2嵌入孔422の形状に応じた形状を有し、ここの例では、突出端532aは、第2嵌入孔422が有する円筒形状の径と等しい径の円筒形状を有する。つまり、突出端532aの外径は、第2嵌入孔422の内径に等しい。したがって、回転軸532の突出端532aはシャフト41の第2嵌入孔422にスラスト方向Tの他方側Tbから遊びがない状態で嵌入可能であり、シャフト41は第2嵌入孔422に嵌め込まれた回転軸532の突出端532aをラジアル方向Rに拘束する。
そして、回転軸532の突出端532aが割締め機構45の割締め機構45を介して第2嵌入孔422に嵌め込まれた状態でネジ452をねじ込むと、各半円部材451の内周が回転軸532の突出端532aの外周に押圧される(割締め)。これによって、割締め機構45によって回転軸532をシャフト41にしっかりと固定することが可能となっている。
さらに、無端状のベルト55が第1回転部51のプーリー511と第2回転部53のプーリー531に掛け渡され、第1回転部51の回転を第2回転部53に伝達する。なお、ベルト55のテンションは、動力伝達装置5の製造・出荷等の際に予め調整されている。例えば、このテンション調整は、第1支持部571および第2支持部572をプレート573に取り付ける位置を変更して、プーリー511とプーリー531との間隔を調整することで実行できる。
このように動力伝達装置5は、並列に配置されたモーター2の出力軸21とボールネジ3のネジ軸31とを結合する。かかる動力伝達装置5は、モーター2の出力軸21の回転をボールネジ3のネジ軸31に伝達する。つまり、モーター2の出力軸21の回転に伴って、動力伝達装置5の第1回転部51が回転すると、ベルト55が第1回転部51に伴って回転しつつ第2回転部53を回転させる。その結果、第2回転部53に締結されたボールネジ3のネジ軸31が回転する。
以上に説明したように本実施形態の動力伝達装置5は、モーター2の出力軸21を嵌め込み可能な嵌入孔513が開口する第1回転部51と、回転軸532が突出する第2回転部53と、第1回転部51の回転を第2回転部53に伝達するベルト55とを備える。そして、モーター2の出力軸21および動力伝達装置5の回転軸532のいずれかが選択的に、ボールネジ3のネジ軸31に締結されたカップリングユニット4に締結可能となっている。
つまり、このカップリングユニット4は、スラスト方向Tの一方側Taへ開口する第1嵌入孔421と、スラスト方向Tの他方側Tbへ開口する第2嵌入孔422とが設けられ、第1嵌入孔421に嵌め込まれたボールネジ3のネジ軸31に締結される。そして、スラスト方向Tの他方側Tbに向けて配置された出力軸21とボールネジ3とが並列に配置された状態において、スラスト方向Tの一方側Taを向く嵌入孔513に嵌め込まれた出力軸21が第1回転部51に締結されることで出力軸21が第1回転部51に固定される。また、スラスト方向Tの一方側Taを向いて第2嵌入孔422に嵌め込まれた回転軸532がカップリングユニット4に締結されることでカップリングユニット4が第2回転部53に固定される。これによって、モーター2の出力軸21の回転をボールネジ3のネジ軸31に並列方式で伝達することができる(第1状態)。また、動力伝達装置5が出力軸21およびカップリングユニット4のそれぞれから取り外されて出力軸21とネジ軸31が直列に配置された状態において、第2嵌入孔422に嵌め込まれた出力軸21がカップリングユニット4に締結されることでカップリングユニット4が出力軸21に固定される。これによって、モーター2の出力軸21の回転をボールネジ3のネジ軸31に直列方式で伝達することができる(第2状態)。こうして、モーター2の出力軸21の回転をボールネジ3のネジ軸31に伝達する方式を直列方式(第1状態)と並列方式(第2状態)との間で簡便に切り換えることが可能となっている。
この際、第1回転部51と第2回転部53とに掛け渡された無端状のベルト55によって第1回転部51から第2回転部53に動力が伝達される。特に本実施形態では、第1回転部51、第2回転部53およびベルト55が1つの動力伝達装置5として組み立てられて、ユニット化されている。そのため、動力伝達装置5の生産時に、ベルト55のテンションを調整した状態で動力伝達装置5を組み立てておけば、その後に直列方式から並列方式に切り換える際にベルト55のテンションを再調整する必要が無い。
また、動力伝達装置5は、第1回転部51をラジアル方向Rに支持するラジアルベアリング581を有する。これによって、第1回転部51をラジアル方向Rにしっかりと支持することができる。
また、動力伝達装置5は、第2回転部53をラジアル方向Rに支持するラジアルベアリング581を有する。これによって、第2回転部53をラジアル方向Rにしっかりと支持することができる。
このように上記の実施形態では、単軸ロボット1が本発明の「ロボット」の一例に相当し、カップリングユニット4と動力伝達装置5とで構成される動力伝達システム6(図8)が本発明の「動力伝達システム」の一例に相当し、動力伝達装置5が本発明の「動力伝達装置」の一例に相当し、第1回転部51が本発明の「第1回転部」の一例に相当し、嵌入孔513が本発明の「嵌入孔」の一例に相当し、第2回転部53が本発明の「第2回転部」の一例に相当し、回転軸532が本発明の「突出軸」の一例に相当し、ベルト55が本発明の「伝達部」および「ベルト」の一例に相当し、ボールネジ3が本発明の「ボールネジ」の一例に相当し、ネジ軸31が本発明の「ネジ軸」の一例に相当し、ナット32およびスライダー13が協働して本発明の「移動体」の一例として機能し、カップリングユニット4が本発明の「結合装置」の一例に相当し、第1嵌入孔421が本発明の「第1嵌入孔」の一例に相当し、第2嵌入孔422が本発明の「第2嵌入孔」の一例に相当し、モーター2が本発明の「モーター」の一例に相当し、出力軸21が本発明の「出力軸」の一例に相当し、ラジアルベアリング581が本発明の「第1ラジアルベアリング」の一例に相当し、ラジアルベアリング582が本発明の「第2ラジアルベアリング」の一例に相当し、軸線Aaおよび軸線Abが本発明の「異なる軸線」の一例に相当し、軸線Aが本発明の「同じ軸線」の一例に相当する。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記のカップリングユニット4や動力伝達装置5は、単軸ロボット1以外の多軸のロボットにおいて、モーター2の出力軸21の回転をボールネジ3のネジ軸31に伝達するのに用いても良い。
また、出力軸21の軸端21aを第1回転部51に締結する具体的機構は割締め機構52に限られず、例えばシュパリング等の他の機構であっても良い。
また、ネジ軸31をシャフト41に固定する具体的機構は、シュパリング43に限られず、割締め機構等の他の機構であっても良い。
また、出力軸21をシャフト41に固定する具体的機構は、割締め機構45に限られず、シュパリング等の他の機構であっても良い。
また、第1回転部51の回転を第2回転部53へ伝達する構成はベルト55に限られず、例えばギア等の他の機構であっても良い。
また、ボールネジ3のネジ軸31に締結されるとともに、モーター2の出力軸21あるいは動力伝達装置5の回転軸532に選択的に締結される結合装置の具体的な構成は、上記のカップリングユニット4に限られない。したがって、例えば板バネカップリング等によって結合装置を構成しても良い。
具体例を示して上述したように、本発明に対しては例えば下記に示す種々の変形を適宜加えることができる。
つまり、伝達部は、第1回転部と第2回転部とに掛け渡された無端状のベルトであるように、ロボットを構成しても良い。特に本発明では、第1回転部、第2回転部およびベルトが1つの動力伝達装置として組み立てられている。そのため、動力伝達装置の生産時に、ベルトのテンションを調整した状態で動力伝達装置を組み立てておけば、その後に直列方式から並列方式に切り換える際にベルトのテンションを再調整する必要が無い。
また、動力伝達装置は、第1回転部をラジアル方向に支持する第1ラジアルベアリングを有するように、ロボットを構成しても良い。これによって、第1回転部をラジアル方向にしっかりと支持することができる。
また、動力伝達装置は、第2回転部をラジアル方向に支持する第2ラジアルベアリングを有するように、ロボットを構成しても良い。これによって、第2回転部をラジアル方向にしっかりと支持することができる。
この発明は、ボールネジのネジ軸にモーターの出力軸の回転を伝達する技術全般に適用可能である。
1…単軸ロボット(ロボット)、13…スライダー(移動体)、2…モーター、21…出力軸、3…ボールネジ、31…ネジ軸、32…ナット(移動体)4…カップリングユニット(結合装置)、421…第1嵌入孔、422…第2嵌入孔、51…第1回転部、513…嵌入孔(第3嵌入孔)、53…第2回転部、532…回転軸(突出軸)、55…ベルト(伝達部)、581…ラジアルベアリング(第1ラジアルベアリング)、582…ラジアルベアリング(第2ラジアルベアリング)、5…動力伝達装置、6…動力伝達システム、T…スラスト方向、R…ラジアル方向、A…同じ軸線、Aa、Ab…異なる軸線

Claims (2)

  1. 回転可能なネジ軸を有するボールネジと、
    前記ネジ軸に螺合して前記ネジ軸の回転に伴って移動する移動体と、
    スラスト方向の一方側へ開口する第1嵌入孔と、スラスト方向の他方側へ開口する第2嵌入孔とが設けられ、前記第1嵌入孔に嵌め込まれた前記ネジ軸に締結された結合装置と、
    回転可能な出力軸を有し、前記出力軸を回転させるモーターと、
    前記出力軸の軸端を嵌め込み可能な第3嵌入孔が開口する第1回転部と、前記第2嵌入孔に嵌め込み可能な突出軸を有する第2回転部と、前記第1回転部の回転を前記第2回転部に伝達する伝達部とを有する動力伝達装置と
    を備え、
    前記第2嵌入孔は、前記出力軸の前記軸端が有する円筒形状の径と等しい径の円筒形状を有し、
    前記第3嵌入孔は、前記出力軸の前記軸端が有する円筒形状の径と等しい径の円筒形状を有し、
    前記突出軸は、前記出力軸の前記軸端が有する円筒形状の径と等しい径の円筒形状を有し、
    スラスト方向の他方側に向けて配置された前記出力軸と前記ネジ軸とが異なる軸線上に配置された状態において、スラスト方向の一方側を向く前記第3嵌入孔に前記一方側から前記軸端が嵌め込まれた前記出力軸が前記第1回転部に締結されることで前記第1回転部に固定されるとともに、スラスト方向の一方側を向いて前記突出軸が前記他方側から前記第2嵌入孔に嵌め込まれ前記結合装置に締結されることで、前記結合装置が前記第2回転部に固定される一方、
    前記動力伝達装置が前記出力軸および前記結合装置から取り外されて前記モーターの前記出力軸と前記ネジ軸が同じ軸線上に配置された状態において、前記軸端が前記第2嵌入孔に嵌め込まれた前記出力軸が前記結合装置に締結されることで、前記結合装置が前記出力軸に固定され
    前記動力伝達装置は、前記第1回転部をラジアル方向に支持する第1ラジアルベアリングを有するとともに、前記第2回転部をラジアル方向に支持する第2ラジアルベアリングを有するロボット。
  2. 前記伝達部は、前記第1回転部と前記第2回転部とに掛け渡された無端状のベルトである請求項1に記載のロボット。
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