[發明專利]直線-旋轉復合致動器

有效

• 申請號: 200980138793.0
• 申請日: 2009-09-29
• 公開（公告）號: CN102171914A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 淺生利之;山中修平;久瀨孝幸
• 申請（專利權）人: THK株式會社
• 主分類號: H02K41/02
• 分類號: H02K41/02;F16D3/06;H02K7/20;H02K16/00;H02K41/03
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 雒運樸

技術領域

本發明涉及使工具等移動體向Z軸方向做直線運動、且繞Z軸的θ方向做旋轉運動的直線-旋轉復合致動器。

背景技術

工業用機器人中，有時裝入使移動體沿Z軸方向移動，且使其繞Z軸沿θ方向旋轉的直線-旋轉復合致動器。例如，芯片底架的頭軸要求使吸附電子器件的吸附盤、工具等移動體沿Z軸方向進行直線運動、且繞Z軸旋轉。移動體向Z軸方向的直線運動需要在印制電路板的表面安裝電子器件，移動體向θ方向的旋轉運動需要對電子器件的旋轉角度進行定位。

作為可進行直線運動和旋轉運動的直線-旋轉復合致動器，專利文獻1中公開有一種將直線脈沖電動機和旋轉脈沖電動機在軸線方向結合的線性-旋轉復合型脈沖電動機。該線性-旋轉復合型脈沖電動機中，將旋轉脈沖電動機的轉子制成中空軸，在該中空軸內配置帶止轉機構的花鍵軸承。線性脈沖電動機的動子(移動件)軸滑動自如地貫通花鍵軸承內，線性脈沖電動機使動子軸在Z軸方向進行直線運動。旋轉脈沖電動機的旋轉方向的輸出經由花鍵軸承向動子軸傳遞。動子軸通過旋轉脈沖電動機在θ方向進行旋轉運動。

該線性-旋轉復合型脈沖電動機中，由于采用動子軸的梳齒和定子的梳齒對置的線性步進電動機，所以不需要對減小動子軸和定子的空隙的一定的值進行管理。

為使動子軸和定子之間的空隙的管理容易，專利文獻2中公開有代替線性脈沖電動機采用線性同步電動機的線性-旋轉復合型電動機。該線性同步電動機具備具有在軸線方向上磁化的一個以上的永久磁鐵的動子軸、包圍動子軸且由在軸線方向上層疊的多個線圈構成的定子。在線性同步電動機的軸線方向的一端部結合旋轉電動機。旋轉電動機的轉矩經由滑動軸承向動子軸傳遞。以可以向動子軸傳遞旋轉的方式將滑動軸承的導向孔形成為剖面四角形。

專利文獻1：日本特開平8-237931號公報

專利文獻2：日本特開2006-311715號公報

發明內容

但是，專利文獻1中記載的線性-旋轉復合型脈沖電動機中，在動子軸的半徑方向層疊花鍵軸承、旋轉脈沖電動機的轉子、旋轉脈沖電動機的定子，因此，存在導致直線-旋轉復合致動器的半徑方向的尺寸大型化的問題。

專利文獻2中記載的線性-旋轉復合型電動機中，結構部件的設計從接近移動體的一側依次為線性同步電動機、轉矩傳遞用的滑動軸承、旋轉脈沖電動機。在最接近移動體的位置配置線性同步電動機，接近動子軸的移動體的一側的端部被線性同步電動機的套筒支承。但是，線性同步電動機的套筒由于允許動子軸的直線運動及旋轉運動，所以在套筒和動子軸之間空出極小的空隙。由于移動體在動子軸的前端動作，所以對動子軸作用來自移動體的載荷及力矩。當在套筒和動子軸之間空出空隙時，動子軸以及安裝于動子軸的移動體引起錯位，不能承受對動子軸作用的載荷及力矩。

本發明的目的在于，提供一種實現半徑方向的尺寸的小型化且能夠承受來自移動體的載荷及力矩的直線-旋轉復合致動器。

但是，在專利文獻1及專利文獻2中記載的線性-旋轉復合型電動機中，為使動子軸旋轉而使用旋轉脈沖電動機。該旋轉脈沖電動機被開路控制，使動子軸旋轉與賦予的脈沖數成比例的一定角度。但是，開路控制的旋轉脈沖電動機存在難以進行脫調、振動、高速旋轉的問題。

因此，本發明的另一目的在于，提供一種能夠通過閉環控制來控制動子軸的旋轉角度的直線-旋轉復合致動器。

為解決上述課題，本發明一方面提供一種直線-旋轉復合致動器，其特征在于，具備：花鍵軸，其具有沿軸線方向延伸的滾動體滾道部；中空的轉子，其包圍所述花鍵軸；旋轉電動機的定子，其形成收容所述轉子的空間，并且使所述轉子繞軸線旋轉；花鍵螺母，其與所述轉子一同旋轉，將所述轉子的旋轉傳遞給所述花鍵軸，并且允許所述花鍵軸在軸線方向上進行直線運動；線性電動機的動子軸，其與所述花鍵軸連接；線性電動機的定子，其使所述線性電動機的動子軸在軸線方向上進行直線運動，所述花鍵螺母具有：包括與所述花鍵軸的所述滾動體滾道部對置的負荷滾動體滾道部的滾動體循環路徑、在該滾動體循環路徑上排列的多個滾動體，其中，從所述花鍵軸及所述動子軸的一端部沿軸線方向依次配置所述花鍵螺母、所述旋轉電動機的定子、所述線性電動機的定子。