JP2024158797A - 駆動ユニット、産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】第２軸モータのみによるボールスプラインナットとボールネジナットの同期回転を可能にすることで、モータの制御的な同期遅れによる駆動軸先端位置精度の悪化を抑制する。また、部品点数を削減し、駆動装置を小型化、軽量化する。
【解決手段】駆動装置は、ディファレンシャル３００と、第１軸モータ４１０と、第２軸モータ４２０又は減速機付きモータとを含む。第１軸モータ４１０のモータ軸は、ディファレンシャル３００の第１入力ギヤ３１０に直結され、第２軸モータ４２０のモータ軸又は減速機付きモータの減速後のモータ軸は、ディファレンシャル３００の第２入力ギヤ３２０に直結される。ディファレンシャル３００の第１軸出力部３１０の回転を、プーリを用いてボールネジナットに伝達し、第２軸モータ４２０の回転又は前記減速機付きモータの減速後の回転を、プーリを用いてボールスプラインナットに伝達する。
【選択図】図２

Description

この発明は、ボールスプラインナットによる回転とボールネジナットによる直動が可能な駆動軸の駆動装置に関する。

下記特許文献１は、産業用ロボットのアーム構造に関し、特に多関節型水平アームの最先端に設けられて、末端にロボットハンドやその他の作業具等様々のエンドエフェクタを装着して各種ロボット作業を遂行可能にする縦アーム軸を上下移動並びに回転作動させる駆動構造に関し、以下の技術を開示する。

図１４は、特許文献１における縦アーム軸の駆動構造を示す図である。
縦アーム軸１２の外周面にはボールねじ溝３４とボールスプライン溝３６とがその全長に亘って重設されている。このボールねじ溝３４と螺合するボールナット１４と、ボールスプライン溝３６と噛合するボールスプラインナット１８とが縦アーム軸１２に挿入されて、最先端アーム１０内に夫々上方、下方に各軸受２０を介して回転可能に支持されている。ボールナット１４はその外周に歯付プーリ１６を一体形成しており、ボールスプラインナット１８には他の歯付プーリ１６を固定している。これらの歯付プーリ１４、１６は夫々歯付ベルト３０、３２を介してサーボモータ２２、２６に連結された駆動側歯付プーリ２４、２８に連結されている。

縦アーム軸１２は、外周面に、ボールねじ溝３４とボールスプライン溝３６を有しており、ボールスプラインナット１８による回転とボールナット１４による直動が可能である。しかし、サーボモータ２６を駆動させてボールスプラインナット１８を回転し、縦アーム軸１２が回転すると、縦アーム軸１２にあるボールねじ溝３４によって、縦アーム軸１２がボールナット１４に対して、上下してしまう。
特許文献１の場合、縦アーム軸１２の回転と直動にそれぞれサーボモータ２２、２６を有する構造であり、縦アーム軸１２を回転のみさせる場合には、ボールナット１４とボールスプラインナット１８の同期回転が必要で、２つのサーボモータ２２、２６を制御で同期回転させている。

しかし、制御的な同期の遅れがある場合、ロボット作業軸先端の位置精度の悪化が起きる。極端な例では、縦アーム軸１２を回転のみさせたいのに、制御的な同期遅れで、縦アーム軸１２が微小に上下する可能性がある。また、縦アーム軸１２を上下移動させる場合、２つのサーボモータ２２、２６を制御で同期回転し、そのうえで、サーボモータ２２の回転速度を調整する。この場合、サーボモータ２２は、常に駆動した状態になるから、負荷が掛り続ける。

また、下記特許文献２には、スプライン付きボールねじ装置において、ディファレンシャルギヤユニット（図１５に示す符号５４）を用いて、ボールネジナットとボールスプラインナットをメカ的に同期させる構成が開示されている。図１５において、符号２０はボール螺子軸、符号２１はボール螺子ナット、符号２２はボールスプラインナットである。また、符号５５は差動駆動用の電動モータ、符号５６は主駆動用の電動モータである。

特開昭６３－７７６７５号公報 特開２０１１－１７４６０３号公報

特許文献２において、主駆動用の電動モータ５６は、ディファレンシャルギヤユニット５４に直結されておらず、電動モータ５６の動力を、プーリ５７ａ、５７ｂやベルト５７ｃを介して、回転駆動軸５３及びディファレンシャルギヤユニット５４に伝達する構造となっている。そのため、部品点数が多いなど、改良の余地がある。

本願発明は、産業用ロボットの作業軸等に使用される駆動軸について、モータの制御的な同期遅れによる先端位置精度の悪化を抑制すること、駆動軸を駆動する駆動装置の電力消費を抑えること、を課題とする。また、部品点数を削減し、駆動装置を小型化、軽量化することを課題とする。この課題は、駆動軸を産業用ロボットの作業軸として使用する場合に限らず、駆動軸を他の用途に使用する場合も、同様である。

尚、特許文献２において、駆動用の電動モータ５６は、減速機を有していないことからトルクは小さいこと、ディファレンシャルギヤユニット５４はバックラッシを減らす対策がとられていないこと等についても、改良が望ましいと考えられる。

（１）駆動ユニットは、ボールネジナットとボールスプラインナットとを有する駆動軸と、前記駆動軸を駆動する駆動装置と、を含む。前記駆動装置は、ディファレンシャルと、第１軸モータと、第２軸モータ又は減速機付きモータと、第１伝達機構と、第２伝達機構と、を含む。前記ディファレンシャルは、第１入力ギヤ及び第２入力ギヤと第１軸出力部を有し、減速比が２の差動歯車装置である。前記第１軸モータのモータ軸は、前記ディファレンシャルの前記第１入力ギヤに直結され、前記第２軸モータのモータ軸又は前記減速機付きモータの減速後のモータ軸は、前記ディファレンシャルの前記第２入力ギヤに直結される。前記第１伝達機構は、前記ディファレンシャルの第１軸出力部の回転を、プーリを用いて、前記ボールネジナットに伝達する。前記第２伝達機構は、前記第２軸モータの回転又は前記減速機付きモータの減速後の回転を、プーリを用いて、前記ボールスプラインナットに伝達する。前記第１伝達機構のプーリ回転比は１対Ｒ／２、前記第２伝達機構のプーリ回転比は１対Ｒである。前記第２軸モータの回転数又は前記減速機付きモータの減速後の回転数をＡ[rpm]、前記第１軸モータの回転数をＢ[rpm]として、前記第２軸モータ又は前記減速機付きモータの回転により、前記ボールスプラインナットと前記ボールネジナットは、Ａ／Ｒ[rpm]にて、同期回転し、前記第１軸モータの回転により、Ｂ／Ｒの回転が前記ボールネジナットに加わる。

駆動ユニットの効果は以下の通りである。
第２軸モータのみによる、ボールスプラインナットとボールネジナットの同期回転が可能である。これにより、制御的な同期遅れがなく、回転動作中に、駆動軸が意図せず、軸方向に動くことを抑制できる。また、駆動軸の回転動作中、第１軸モータは駆動停止できるため、電力消費を抑えることが可能である。

さらに、第１軸モータ、第２軸モータのモータ軸を、ディファレンシャルの第１入力ギヤ、第２入力ギヤに直結することで、動力を中継する部品（例えば、ベルトやプーリ）を削減することが出来、部品点数を少なくすることが出来る。また、動力を伝達する軸の長さも短くできる。この構成は、駆動装置を小型化、軽量化できる。駆動装置の小型化、軽量化により、小型ロボットへの搭載に好適な構成となる。第２軸モータを減速機付きモータで代用した場合も同様の効果がある。

駆動ユニットは、以下の実施態様でもよい。
（２）前記第１軸モータ、前記第２軸モータ及び前記ディファレンシャルを、ユニットハウジングに固定し、ユニット化してもよい。或いは、前記第１軸モータ、前記減速機付きモータ及び前記ディファレンシャルを、ユニットハウジングに固定し、ユニット化してもよい。この構成であれば、産業用ロボットなどに対する駆動ユニットの組みつけを簡単かつ容易に行うことが出来る。

駆動ユニットは、以下の実施態様でもよい。
（３）前記ディファレンシャルのバックラッシを調整する調整部を備えてもよい。前記ディファレンシャルは、前記第１入力ギヤである、第１サイドギヤと、前記第２入力ギヤである、第２サイドギヤと、前記第１サイドギヤ及び前記第２サイドギヤと噛み合う、ピニオンギヤと、を含んでもよい。前記調整部は、前記第１サイドギヤ及び前記第２サイドギヤの軸方向の位置を調整する第１調整部と、前記ピニオンギヤの軸方向の位置を調整する第２調整部を有してもよい。これらの構成によると、ディファレンシャルのバックラッシを抑えることが出来、駆動軸の先端位置精度の向上させることが出来る。

駆動ユニットは、以下の実施態様でもよい。
（４）前記第１軸モータ及び前記第２軸モータは、前記ユニットハウジングに対してモータフランジを介してそれぞれ取り付けられてもよい。或いは、前記第１軸モータ及び前記減速付きモータは、前記ユニットハウジングに対してモータフランジを介してそれぞれ取り付けられてもよい。前記第１調整部は、前記ユニットハウジングと前記モータフランジとの間に介挿されたシム又は板状のバネでもよい。

駆動ユニットは、以下の実施態様でもよい。
（５）前記ピニオンギヤは、前記第１軸出力部の支持孔に対して、移動可能に取り付けられていてもよい。前記第２調整部は、前記第１軸出力部の支持孔に対する前記ピニオンギヤの取り付け位置を、前記ピニオンギヤの外周に設けた皿バネにより調整する構造でもよい。

本明細書で開示される技術によれば、第２軸モータのみによるボールスプラインナットとボールネジナットの同期回転を可能にすることで、モータの制御的な同期遅れによる駆動軸先端位置精度の悪化を抑制することが出来る。また、第１軸モータの常時駆動を無くすることで、電力消費を抑えることが出来る。また。駆動装置の小型化が可能で、産業用ロボットへの搭載に好適な構成である。第２軸モータを減速機付きモータで代用した場合も同様の効果がある。

駆動ユニットの正面図 図１の拡大図 第１伝達機構及びディファレンシャルの平面図 第１伝達機構及びディファレンシャルの平面図 図１の拡大図 駆動ユニットの他の形態を示す図 動力の伝達経路を示す図 動力の伝達経路を示す図 動力の伝達経路を示す図 産業用ロボットの正面図 駆動装置の他の実施態様の正面図 図１１の一部を拡大した図 駆動装置の他の実施態様の正面図 産業用ロボットの先端アーム部の従来構造を示す図 スプライン付きボールネジ装置の従来構造を示す図

＜実施形態１＞
１．駆動ユニットＳの説明
図１は駆動ユニットＳの正面図（一部は断面で示す）である。駆動ユニットＳは、駆動軸１００と、駆動装置２００Ａを含む。尚、図１に示す符号１５０は、駆動ユニットＳを支持する支持部材（ロボットに搭載する場合、アームを支持部材として使用する）である。支持部材１５０は、金属製であって、例えば、箱型の断面形状である。図１では、箱型をなす４壁面のうち、上面壁１６０、下面壁１７０のみ図示している。

駆動軸１００は、上下方向の直線軸である。駆動軸１００には、ボールネジ溝１０１と、ボールスプライン溝１０２が形成されている。

駆動軸１００は、外周面に、ボールネジナット１１０と、ボールスプラインナット１２０を有している。この実施態様では、ボールネジナット１１０が上、ボールスプラインナット１２０が下に位置している。

ボールネジナット１１０はボールネジ溝１０１に螺合し、ボールスプラインナット１２０はボールスプライン溝１０２とボールスプライン結合する。

ボールネジナット１１０は、第１軸受け１１５を介して、支持部材１５０の上面壁１６０に回転可能に支持されている。ボールスプラインナット１２０は、第２軸受け１２５を介して、支持部材１５０の下面壁１７０に回転可能に支持されている。

駆動軸１００は、ボールネジナット１１０の回転により、上下に移動し、ボールスプラインナット１２０の回転により、軸回りに回転（軸線Ｍを中心とする回転）する。この明細書では、駆動軸１００の上下移動を第１軸とよび、駆動軸１００の軸回りの回転を第２軸と呼ぶ。

駆動軸１００が軸回りに回転すると、駆動軸１００とボールネジナット１１０は相対回転するから、駆動軸１００を回転のみさせる場合（上下方向には移動させない）、ボールネジナット１１０とボールスプラインナット１２０を同期回転させる必要がある。

駆動装置２００Ａは、ボールネジナット１１０とボールスプラインナット１２０の同期回転に、ディファレンシャルを用いた、機械同期式の駆動装置である。

駆動装置２００Ａは、ディファレンシャル３００と、第１軸モータ４１０と、第２軸モータ４２０と、第１伝達機構５００と、第２伝達機構６００と、を含む。

ディファレンシャル３００は、図２に示すように、第１サイドギヤ３１０、第２サイドギヤ３２０、２つのピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂ及び第１軸出力部３５０を含み、減速比が２の差動歯車装置である。減速比は、入力ギヤ（この例では、第１サイドギヤ３１０又は第２サイドギヤ３２０）の回転速度と出力軸（この例では、第１軸出力部３５０）の回転速度の比で表される。

第１軸出力部３５０は、各ギヤを収容する略筒形状である。第１サイドギヤ３１０は、第１入力ギヤであり、第１軸モータ４１０のモータ軸４１１が直結している。第２サイドギヤ３２０は、第２入力ギヤであり、第２軸モータ４２０のモータ軸４２１が直結している。

尚、この実施態様では、図２に示すように、第１軸モータ４１０、第２軸モータ４２０が同一直線Ｌ上に配置されており、２つのモータ軸４１１、４２１が同一直線Ｌ上で一致している。

２つのサイドギヤ３１０、３２０と、２つのピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂは、軸が直交しており、互いに噛み合っている。この実施態様では、２つのサイドギヤ３１０、３２０は上下方向を軸、２つのピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂは、水平方向を軸としている。

第１軸出力部３５０は、２つのピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂに対応して、２つの支持孔３５３Ａ、３５３Ｂを有している。２つの支持孔３５３Ａ、３５３Ｂは、水平方向の穴であり、２つのピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂの軸部３３５が位置している。

各ピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂは、各支持孔３５３Ａ、３５３Ｂに対して、支持ベアリング３５５を介して回転可能に支持されている。

第１軸モータ４１０を駆動し第１サイドギヤ３１０が回転すると、ピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂに動力が伝達される。これにより、ピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂは、自転しつつ、中心軸Ｌを中心として公転する結果、第１軸出力部３５０が中心軸Ｌを中心に回転する。

同様に、第２軸モータ４２０を駆動し第２サイドギヤ３２０が回転すると、ピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂに動力が伝達される。これにより、ピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂは自転しつつ、中心軸Ｌを中心として公転する結果、第１軸出力部３５０が中心軸Ｌを中心に回転する。

このように、第１軸モータ４１０、第２軸モータ４２０のうちいずれか、又は双方を駆動源として、ディファレンシャル３００の第１軸出力部３５０を、中心軸Ｌを中心に回転させることが出来る。

第１伝達機構５００は、ディファレンシャル３００の第１軸出力部３５０から駆動軸１００のボールネジナット１１０に対して動力を伝達する。この実施態様では、図１に示すように、第１伝達機構５００は、第１プーリ５１０、第２プーリ５２０、第１ベルト５３０及びテンショナ５５０から構成されている。

第１プーリ５１０は、ディファレンシャル３００の第１軸出力部３５０に固定され、第２プーリ５２０は、駆動軸１００のボールネジナット１１０に固定されている。

図３に示すように、第１ベルト５３０は、第１プーリ５１０、第２プーリ５２０を掛け渡し、テンショナ５５０は、第１ベルト５３０に張力を付与する。

図３において、ディファレンシャル３００は、２個のピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂを使用した構造を示しているが、図４に示すように４個のピニオンギヤ３３０Ａ～３３０Ｄを使用した構造にしてもよい。

ディファレンシャル３００の第１軸出力部３５０が中心線Ｌを中心に回転すると、第１プーリ５１０、第１ベルト５３０、第２プーリ５２０を介して動力が伝達し、駆動軸１００のボールネジナット１１０を回転させることが出来る。

第２伝達機構６００は、第２軸モータ４２０のモータ軸４２１から、駆動軸１００のボールスプラインナット１２０に対して動力を伝達する。この実施態様では、図１に示すように、第２伝達機構６００は、第１プーリ６１０、第２プーリ６２０、第２ベルト６３０及びテンショナ６５０から構成されている。

第１プーリ６１０は、第２軸モータ４２０のモータ軸４２１に固定され、第２プーリ６２０は、駆動軸１００のボールスプラインナット１２０に固定されている。第２ベルト６３０は、第１プーリ６１０、第２プーリ６２０を掛け渡し、テンショナ６５０は、第２ベルト６３０に張力を付与する。

第２軸モータ４２０のモータ軸４２１が回転すると、第１プーリ６１０、第２ベルト６３０、第２プーリ６２０を介して動力が伝達し、駆動軸１００のボールスプラインナット１２０を回転させることが出来る。

２．プーリを利用したディファレンシャルの内蔵構造
図５に示すように、支持部材１５０の上面壁１６０、下面壁１７０は、円形の開口１６１、１７１を有している。第１軸モータ４１０は、モータ軸４１１を下に向けつつ、上面壁１６０に固定され、第２軸モータ４２０は、モータ軸４２１を上に向けつつ、下面壁１７０に固定されている。

第１プーリ５１０は、上下方向において、支持部材１５０の上面壁１６０と下面壁１７０の間に、位置している。第１プーリ５１０は、筒型であり、ディファレンシャル３００を内部に収めている。

第１プーリ５１０に、ディファレンシャル３００を内蔵することで、駆動装置２００Ａを小型化することが出来る。

尚、図６に示すように、ディファレンシャル３００は、第１プーリ５１０の外部（上部）に、配置することも可能である。

３．グリスの飛散防止に関する構造
図５に示すように、第１プーリ５１０は、底面壁５１１の中央に、軸孔５１２を有している。軸孔５１２には、第２軸モータ４２０のモータ軸４２１が貫通している。第２軸モータ４２０のモータ軸４２１には、第２伝達機構６００の第１プーリ６１０が固定されている。

第２伝達機構６００の第１プーリ６１０の上端部は、第１伝達機構５００の第１プーリ５１０の軸孔５１２の内側に位置している。

第１伝達機構５００の第１プーリ５１０の軸孔５１２と、第２伝達機構６００の第１プーリ６１０の上端部の間には、第１ベアリングＢ１が配置されている。

第１ベアリングＢ１の配置により、ディファレンシャル３００の回転に伴い、ディファレンシャル３００に塗布したグリスが、ディファレンシャル３００を内蔵した第１プーリ５１０の軸孔５１２から漏れることを抑制できる。

また、支持部材１５０の上面壁１６０の下面には、開口を囲むようにして、円形のフランジ１６５が設置されている。第１プーリ５１０の周壁５１３の上端部は、フランジ１６５の内側に位置している。

円形のフランジ１６５と第１プーリ５１０の周壁５１３の上端部には、第２ベアリングＢ２が配置されている。第２ベアリングＢ２の配置により、ディファレンシャル３００の回転に伴い、ディファレンシャル３００に塗布したグリスが、ディファレンシャル３００を内蔵した第１プーリ５１０の周壁５１３の上端部の隙間から漏れることを抑制できる。

４．駆動ユニットＳの動作説明
（Ａ）第１軸移動（上下方向の移動）
駆動軸１００を第１軸移動（上下移動）する場合、第１軸モータ４１０を回転駆動する。第１軸モータ４１０が回転駆動すると、ディファレンシャル３００の第１サイドギヤ３１０⇒ピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂ⇒第１軸出力部３５０⇒第１伝達機構５００の第１プーリ５１０⇒第１ベルト５３０⇒第２プーリ５２０を経由して動力が伝わり、駆動軸１００のボールネジナット１１０が回転する。ボールネジナット１１０の回転により、駆動軸１００は第１軸移動（上下移動）する。

（Ｂ）第２軸移動（軸回りの回転）
駆動軸１００を第２軸移動（軸線Ｍを中心とする回転）する場合、第２軸モータ４２０を回転駆動する。第２軸モータ４２０が回転駆動すると、第２軸モータ４２０のモータ軸４２１⇒第２伝達機構６００の第１プーリ６１０⇒第２ベルト６３０⇒第２プーリ６２０を経由して動力が伝わり、駆動軸１００のボールスプラインナット１２０が回転する。ボールスプラインナット１２０の回転により、駆動軸１００は、軸回りに回転する。

そして、第２軸モータ４２０が回転駆動すると、ディファレンシャル３００の第２サイドギヤ３２０⇒ピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂ⇒第１軸出力部３５０⇒第１伝達機構５００の第１プーリ５１０⇒第１ベルト５３０⇒第２プーリ５２０を経由して動力が伝わり、駆動軸１００のボールネジナット１１０が回転する。

第２軸モータ４２０により、ボールスプラインナット１２０を回転させることに加えて、ディファレンシャル３００を介してボールネジナット１１０を同期回転させることで、駆動軸１００を第１軸移動（上下方向に移動）させず、第２軸移動（軸方向の回転）のみさせることが出来る。

また、同期回転中に、第１軸モータ４１０を回転駆動し、ディファレンシャル３００を介してボールネジナット１１０の回転速度を同期速度から増減調整することにより、第２軸動作（回転）と独立して第１軸動作（直動）を行うことも出来る。

５．ボールネジナット１１０とボールスプラインナット１２０の同期回転条件
図７を参照して以下説明する。
（１）ボールネジナット１１０の回転速度Ｎ１
回転速度Ｎ１に関する条件は以下の通りである。
第２軸モータ４２０の回転数はＡ[rpm]とする。
第１軸モータ４１０の回転数はＢ[rpm]とする。
ディファレンシャル３００の減速比は２である。
第１伝達機構５００のプーリ回転比は１対Ｒ／２である。
尚、プーリ回転比は、「第２プーリ５２０のプーリ回転数」対「第１プーリ５１０のプーリ回転数」である。Ｒは正の実数である。

このとき、ボールネジナット１１０の回転速度Ｎ１は、（１式）の通りである。
Ｎ１＝（Ａ＋Ｂ）／Ｒ・・・・（１式）

（２）ボールスプラインナット１２０の回転速度Ｎ２
回転速度Ｎ２に関する条件は以下の通りである。
第２軸モータ４２０の回転数はＡ[rpm]とする。
第２伝達機構６００のプーリ回転比は１対Ｒである。
尚、プーリ回転比は、「第２プーリ６２０のプーリ回転数」対「第１プーリ６１０のプーリ回転数」である。Ｒは正の実数である。

このとき、ボールスプラインナット１２０の回転速度Ｎ２は、（２式）の通りである。
Ｎ２＝Ａ／Ｒ・・・・（２式）

第２軸モータ４２０の回転数がＡ[rpm]、第１軸モータ４１０の回転数がＢ＝０[rpm]の時、Ｎ１＝Ｎ２＝Ａ／Ｒ[rpm]であり、ボールネジナット１１０とボールスプラインナット１２０は、Ａ／Ｒ[rpm]で同期回転する。

＜Ｒ＝１の場合（図８の場合）＞
第１伝達機構５００のプーリ回転比は１対１／２、第２伝達機構６００のプーリ回転比は、１対１である。

この場合、第２軸モータ４２０をＡ[rpm]として、ボールネジナット１１０とボールスプラインナット１２０を、メカ的にＡ[rpm]で同期回転させることが出来る。更に、第１軸モータ４１０をＢ[rpm]で回転駆動させると、Ｂ[rpm]の回転がボールネジナット１１０に加わり、駆動軸１００を第２軸動作（回転）とは、独立して第１軸動作（上下移動）させることが出来る。

＜Ｒ＝２の場合（図９の場合）＞
第１伝達機構５００のプーリ回転比は１対１、第２伝達機構６００のプーリ回転比は、１対２である。

この場合、第２軸モータ４２０をＡ[rpm]として、ボールネジナット１１０とボールスプラインナット１２０を、メカ的にＡ／２[rpm]で同期回転させることが出来る。更に、第１軸モータ４１０をＢ[rpm]で回転駆動すると、Ｂ／２[rpm]の回転がボールネジナット１１０に加わり、駆動軸１００を第２軸動作（回転）とは、独立して第１軸動作（上下移動）させることが出来る。

Ｒ＝２の場合（図９）、Ｒ＝１の場合（図８）に比べて、第２軸モータ４２０の回転数を減速（つまり、トルクを大きくする）して駆動軸１００に伝達するから、第２軸モータ４２０の負荷イナーシャを減らすことが出来る。尚、負荷イナーシャは、負荷の慣性を、モータの回転軸回りの慣性モーメントに変換した値である。

しかし、その反面、第１軸モータ４１０によるボールネジナット１１０の回転速度及び駆動軸１００の上下移動速度は遅くなる。

６．駆動ユニットＳの適用例
駆動ユニットＳは、例えば、産業用ロボット１０００に、使用することが出来る。図１０は、産業用ロボット１０００の正面図（一部は断面で示す）である。産業用ロボット１０００は、一例として、スカラロボット（水平多関節ロボット）である。

産業用ロボット１０００は、フロアＦ上に設置される略円柱状のアーム支持台１１１０と、アーム支持台１１１０に連結されたアーム１２００と、駆動ユニットＳからなる。

アーム１２００は、第１アーム１２１０と第２アーム１２２０からなる。第１アーム１２１０は、アーム支持台１１１０に取り付けられ、第１回転軸Ｌ１を中心として回転する。第２アーム１２２０は、第１アーム１２１０に取り付けられ、第２回転軸Ｌ２を中心に回転する。

駆動ユニットＳは、既に説明した通りであり、駆動軸１００と、駆動装置２００Ａとを備える。駆動軸１００は、第２アーム１２２０の先端部分に取り付けられている。

駆動軸１００は、ロボットの作業軸として使用され、先端（下端）部分には、ロボットハンドやエンドエフェクタが装着可能である。産業用ロボット１０００は、駆動軸１００の駆動により、ロボットハンドやエンドエフェクタを直動、回転させ、所定の作業を行うことが出来る。

６．効果
この実施態様によると、以下の効果を奏することが出来る。
（１）第２軸モータ４２０のみによる同期回転により、制御的な同期の遅れによる駆動軸１００の先端の位置精度の悪化を抑えることが出来る。産業用ロボット１０００に適用した場合、ロボット作業軸先端精度の悪化を抑えることが出来る。

（２）第２軸モータ駆動時、第１軸モータ４１０を常に同期回転しなくてもよく、駆動停止（非回転）にすることも出来る。そのため、電力消費を抑えることが出来る。

（３）第１軸モータ４１０のモータ軸４１１をディファレンシャル３００の第１サイドギヤ３１０に直結し、第２軸モータ４２０のモータ軸４２１をディファレンシャル３００の第２サイドギヤ３２０に直結している。モータ軸４１１、４２１をサイドギヤ３１０、３２０に直結することで、動力を中継する部品（例えば、ベルト、プーリ）を削減することが出来、部品点数を少なくすることが出来る。加えて、動力を伝達する軸の長さが、短くなるので、駆動装置２００Ａを小型化、軽量化することが出来る。特に、この実施態様では、第１プーリ５１０内に、ディファレンシャル３００を収容することで、駆動装置２００Ａをコンパクト化することが出来る。加えて、ディファレンシャル３００から垂れるグリスを、第１プーリ５１０内に閉じこめることが出来ので、ディファレンシャル３００からのグリス垂れを抑制することが出来る。

また、スカラロボットなどの産業用ロボットに対して、駆動ユニットＳを搭載する場合、サイズや重量の制約があるから、装置を軽量化、小型化することが望ましい。この構成は、駆動装置２０Ａを小型化、軽量化できるため、産業用ロボット１０００への搭載に好適な構成である。

（４）また、プーリ回転比を守れば、第２軸モータ回転で、ボールネジナット１１０とボールスプラインナット１２０は、メカ的に同期回転を行い、第１軸モータ４１０、第２軸モータ４２０、ボールネジの仕様、目標性能に合わせて、Ｒを定めることで、用途に応じた性能を発揮することが出来る。

軽負荷仕様の場合、例えば、Ｒ＝１（図８）とし、第１伝達機構５００の減速比を「１／２」にすることで、第１軸モータ４１０の回転を減速させずに、駆動軸１００に伝えることが出来る。これにより、駆動軸１００の第１軸移動速度（上下移動速度）を上げることが出来る。

重負荷仕様の場合、例えば、Ｒ＝２（図９）とし、第２伝達機構６００の減速比を「２」にすることで、第２軸モータ４２０の回転を減速させて、駆動軸１００に伝えることが出来る。これにより、第２軸モータ回りの負荷イナーシャを減らすことが出来る。負荷イナーシャは、第２軸モータ４２０を、減速機付きモータに変更する方法でも、減らすことが出来る。

＜実施形態２＞
図１１は、駆動装置２００Ｂの正面図である。実施形態２の駆動装置２００Ｂの基本的な構成は、実施形態１の駆動装置２００Ａと同じであり、同じ部品には、同一の符号を付して説明を省略する。以下、実施形態１と相違する部分について、説明する。

実施形態２の駆動装置２００Ｂは、第１軸モータ４１０、第２軸モータ４２０、プーリ５１０、ディファレンシャル３００をユニットハウジング４５０に取り付け、こられの部品をユニット化している。

具体的に説明すると、ユニットハウジング４５０は、一例として、上下方向に貫通する筒型であり、ディファレンシャル３００、第１伝達機構５００の第１プーリ５１０、第２伝達機能６００の第１プーリ６１０を収容している。尚、ベルト５３０、６３０を引き出すため、対応する箇所は開口している。

そして、ユニットハウジング４５０の底面部分には、第２軸モータ４２０がモータ軸４２１を上方に向けた状態で取り付けられ、ユニットハウジング４５０の上面部分には、第１軸モータ４１０がモータ軸４１１を下方に向けた状態で取り付けられている。

この実施態様では、ユニットハウジング４５０の端面４５０Ａ、４５０Ｂにモータフランジ４１５、４２５を突き合わせた状態で、ボルト締めにより（ボルトＢＴ１）、第１軸モータ４１０、第２軸モータ４２０をユニットハウジング４５０にそれぞれ固定している。

また、第１軸モータ４１０のモータフランジ４１５と、ユニットハウジング４５０の上端面４５０Ａの間に、シム４６０を設けている。シム４６０は、本発明の「第１調整部」の一例である。

シム４６０の挿入枚数を調整することにより、ユニットハウジング４５０に対する第１軸モータ４１０の上下方向の位置を調整できる。そのため、第１軸モータ４１０のモータ軸４１１に直結された第１サイドギヤ３１０の上下方向（サイドギヤの軸方向）の位置を調整することが出来る。

同様に、第２軸モータ４２０のモータフランジ４２５と、ユニットハウジング４５０の下端面４５０Ｂの間に、シム４７０を設けている。シム４７０は、本発明の「第１調整部」の一例である。

シム４７０の挿入枚数を調整することにより、ユニットハウジング４５０に対する第２軸モータ４２０の上下方向の位置を調整できる。これにより、第２軸モータ４２０のモータ軸４２１に直結された第２サイドギヤ３２０の上下方向（サイドギヤの軸方向）の位置を調整することが出来る。

また、この実施態様では、図１２に示すように、ピニオンギヤ３３０Ｂの軸部３３５の外周面に、皿バネ４７０が取り付けられており、第１軸出力部３５０に対するピニオンギヤ３３０Ｂの水平方向（ピニオンギヤの軸方向）の取り付け位置を、皿バネ４７０により調整することができる。皿バネ４７０は、本発明の「第２調整部」の一例である。

具体的に説明すると、図１２に示すように、ピニオンギヤ３３０Ｂの軸部３３５は、第１軸出力部３５０の支持孔３５３Ｂを貫通している。ピニオンギヤ３３０Ｂの軸部３３５の外周には、支持ベアリング３５５が取り付けられており、ピニオンギヤ３３０Ｂは、支持孔３５３Ｂに対して回転自在となっている。

皿バネ４７０は、第１軸出力部３５０の支持孔３５３Ｂ内にあって、支持孔先端に設けられた突起３５１と、支持ベアリング３５５の間に位置している。

また、第１軸出力部３５０の外周面には、調整プレート３７０が取り付けられている。調整プレート３７０は、ボルトＢＴ２による締め込み量の調整により、第１軸出力部３５０に対する水平方向の位置を調整することが出来る。調整プレート３７０には、棒状の操作片３７１が設けられている。

ボルトＢＴ２により調整プレート３７０の水平方向の位置を調整すると、棒状の操作片３７１が、皿バネ４７０の反力に抗して支持ベアリング３５５を押し込み、皿バネ４７０が弾性変形する結果、ピニオンギヤ３３０Ｂは、支持孔３５３Ｂ内において、支持ベアリング３５５と一体的に水平方向に移動する。

このように、皿バネ４７０の反力、弾性力を利用して、第１軸出力部３５０に対するピニオンギヤ３３０Ｂの水平方向（ピニオンギヤの軸方向）の位置を調整することが出来る。

また、もう一方のピニオンギヤ３３０Ａも同様の方法で、第１軸出力部３５０に対する水平方向（ピニオンギヤの軸方向）の位置調整することが出来る。

図１２に示す符号ＳＷは、セットスクリューである。セットスクリューＳＷは、第１プーリ５１０の周壁に形成されたスクリュー孔に装着され、ボルトＢＴ２の頭部を軸方向（図１２の水平方向）から押して、ボルトＢＴ２の位置を固定する機能を果たす。

セットスクリューＳＷを利用してボルトＢＴ２の位置を固定することで、ボルトＢＴ２の緩みを抑え、位置調整後、ピニオンギヤ３３０Ｂの位置が動くことを抑制できる。

尚、ユニットハウジング４５０には、ボルトＢＴ２、セットスクリューＳＷの位置に対応して、開口部４５１、４５２が上下に設けられており、開口部４５１、４５２を通じて、ピニオンギヤ３３０Ｂの位置調整（つまり、ボルトＢＴ２の締め込みと、セットスクリューＳＷの組み付け）を行うことが出来る。

尚、上段側の開口部４５１は、ディファレンシャル３００のグリスの漏れを防止する観点から、調整作業し終了後、塞ぐことが望ましい。

実施形態２の駆動装置２００Ｂは、駆動装置２００Ｂをユニット化した後、ロボットアームに対して取り付ける前に、ディファレンシャル３００のバックラッシ調整を行う。つまり、サイドギヤ３１０、３２０の位置調整とピニオンギヤ３３０Ａ、３３０Ｂの位置調整を行う。

その後、バックラッシ調整済みの駆動装置２００Ｂは、産業用ロボットのアームなど、取り付け対象箇所に組み付けされる。

実施形態２は、ディファレンシャル３００のバックラッシを小さくできる点で効果的である。ディファレンシャル３００のバックラッシを抑えることで、駆動軸１００のがたつきを抑えることが可能となり、駆動軸１００の先端位置精度が向上する。

＜実施形態３＞
図１３は、駆動装置２００Ｃの正面図である。実施形態３の駆動装置２００Ｃは、実施形態２の駆動装置２００Ｂから以下の点を変更している。

具体的に説明すると、駆動装置２００Ｃは、駆動装置２００Ｂに対して、シム４６０を皿バネ４８０に変更している。この構成は、ボルトＢＴ３の締め込み量で、サイドギヤ３１０、３２０の位置調整が可能であるから、第１軸モータ４１０、第２軸モータ４２０を外さないで、バックラッシ調整を行うことが出来る。皿バネ４７０は、本発明の「第２調整部」の一例である。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記既述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。

実施形態１～３では、駆動ユニットＳを、産業用ロボット１０００に、適用した例を示した。駆動ユニットＳの用途は、産業用ロボット１０００に限定されない。他の用途に使用することも無論可能である。

実施形態１～３の第２軸モータ４２０は、減速機付きモータに、変更してもよい。減速機付きモータに変更した場合、減速後のモータ出力軸を、第２サイドギヤに直結する構造にすればよい。減速機付きモータに変更することで、モータの負荷イナーシャを下げることができる。

１００ 駆動軸
１１０ ボールネジナット
１２０ ボールスプラインナット
２００Ａ～２００Ｃ 駆動装置
３００ ディファレンシャル
４１０ 第１軸モータ
４２０ 第２軸モータ
５００ 第１伝達機構
６００ 第２伝達機構
Ｓ 駆動ユニット

Claims (6)

1. 駆動ユニットであって、
   ボールネジナットとボールスプラインナットとを有する駆動軸と、
   前記駆動軸を駆動する駆動装置と、を含み、
   前記駆動装置は、
   ディファレンシャルと、
   第１軸モータと、
   第２軸モータ又は減速機付きモータと、
   第１伝達機構と、
   第２伝達機構と、を含み、
   前記ディファレンシャルは、第１入力ギヤ及び第２入力ギヤと第１軸出力部を有し、減速比が２の差動歯車装置であり、
   前記第１軸モータのモータ軸は、
   前記ディファレンシャルの前記第１入力ギヤに直結され、
   前記第２軸モータのモータ軸又は前記減速機付きモータの減速後のモータ軸は、
   前記ディファレンシャルの前記第２入力ギヤに直結され、
   前記第１伝達機構は、
   前記ディファレンシャルの第１軸出力部の回転を、プーリを用いて、前記ボールネジナットに伝達し、
   前記第２伝達機構は、
   前記第２軸モータの回転又は前記減速機付きモータの減速後の回転を、プーリを用いて、前記ボールスプラインナットに伝達し、
   前記第１伝達機構のプーリ回転比は１対Ｒ／２、前記第２伝達機構のプーリ回転比は１対Ｒであり、
   前記第２軸モータの回転数又は前記減速機付きモータの減速後の回転数をＡ[rpm]、前記第１軸モータの回転数をＢ[rpm]として、
   前記第２軸モータ又は前記減速機付きモータの回転により、前記ボールスプラインナットと前記ボールネジナットは、Ａ／Ｒ[rpm]にて、同期回転し、
   前記第１軸モータの回転により、Ｂ／Ｒの回転が前記ボールネジナットに加わる、駆動ユニット。
2. 請求項１に記載の駆動ユニットであって、
   前記第１軸モータ、前記第２軸モータ及び前記ディファレンシャルを、ユニットハウジングに固定し、ユニット化する、あるいは、
   前記第１軸モータ、前記減速機付きモータ及び前記ディファレンシャルを、ユニットハウジングに固定し、ユニット化する、駆動ユニット。
3. 請求項２に記載の駆動ユニットであって、
   前記ディファレンシャルのバックラッシを調整する調整部を備え、
   前記ディファレンシャルは、
   前記第１入力ギヤである、第１サイドギヤと、
   前記第２入力ギヤである、第２サイドギヤと、
   前記第１サイドギヤ及び前記第２サイドギヤと噛み合う、ピニオンギヤと、を含み、
   前記調整部は、
   前記第１サイドギヤ及び前記第２サイドギヤの軸方向の位置を調整する第１調整部と、
   前記ピニオンギヤの軸方向の位置を調整する第２調整部を有する、駆動ユニット。
4. 請求項３に記載の駆動ユニットであって、
   前記第１軸モータ及び前記第２軸モータは、前記ユニットハウジングに対してモータフランジを介してそれぞれ取り付けられ、或いは、
   前記第１軸モータ及び前記減速機付きモータは、前記ユニットハウジングに対してモータフランジを介してそれぞれ取り付けられ、
   前記第１調整部は、
   前記ユニットハウジングと前記モータフランジとの間に介挿されたシム又は板状のバネである、駆動ユニット。
5. 請求項３に記載の駆動ユニットであって、
   前記ピニオンギヤは、前記第１軸出力部の支持孔に対して、移動可能に取り付けられ、
   前記第２調整部は、前記第１軸出力部の支持孔に対する前記ピニオンギヤの取り付け位置を、前記ピニオンギヤの外周に設けた皿バネにより調整する構造である、駆動ユニット。
6. 駆動軸をロボットの作業軸として使用する、請求項１又は請求項２に記載の駆動ユニットを備えた、産業用ロボット。

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