[发明专利]直线-旋转复合致动器

说明书

技术领域

本发明涉及使工具等移动体向Z轴方向做直线运动、且绕Z轴的θ方向做旋转运动的直线-旋转复合致动器。

背景技术

工业用机器人中，有时装入使移动体沿Z轴方向移动，且使其绕Z轴沿θ方向旋转的直线-旋转复合致动器。例如，芯片底架的头轴要求使吸附电子器件的吸附盘、工具等移动体沿Z轴方向进行直线运动、且绕Z轴旋转。移动体向Z轴方向的直线运动需要在印制电路板的表面安装电子器件，移动体向θ方向的旋转运动需要对电子器件的旋转角度进行定位。

作为可进行直线运动和旋转运动的直线-旋转复合致动器，专利文献1中公开有一种将直线脉冲电动机和旋转脉冲电动机在轴线方向结合的线性-旋转复合型脉冲电动机。该线性-旋转复合型脉冲电动机中，将旋转脉冲电动机的转子制成中空轴，在该中空轴内配置带止转机构的花键轴承。线性脉冲电动机的动子(移动件)轴滑动自如地贯通花键轴承内，线性脉冲电动机使动子轴在Z轴方向进行直线运动。旋转脉冲电动机的旋转方向的输出经由花键轴承向动子轴传递。动子轴通过旋转脉冲电动机在θ方向进行旋转运动。

该线性-旋转复合型脉冲电动机中，由于采用动子轴的梳齿和定子的梳齿对置的线性步进电动机，所以不需要对减小动子轴和定子的空隙的一定的值进行管理。

为使动子轴和定子之间的空隙的管理容易，专利文献2中公开有代替线性脉冲电动机采用线性同步电动机的线性-旋转复合型电动机。该线性同步电动机具备具有在轴线方向上磁化的一个以上的永久磁铁的动子轴、包围动子轴且由在轴线方向上层叠的多个线圈构成的定子。在线性同步电动机的轴线方向的一端部结合旋转电动机。旋转电动机的转矩经由滑动轴承向动子轴传递。以可以向动子轴传递旋转的方式将滑动轴承的导向孔形成为剖面四角形。

专利文献1：日本特开平8-237931号公报

专利文献2：日本特开2006-311715号公报

发明内容

但是，专利文献1中记载的线性-旋转复合型脉冲电动机中，在动子轴的半径方向层叠花键轴承、旋转脉冲电动机的转子、旋转脉冲电动机的定子，因此，存在导致直线-旋转复合致动器的半径方向的尺寸大型化的问题。

专利文献2中记载的线性-旋转复合型电动机中，结构部件的设计从接近移动体的一侧依次为线性同步电动机、转矩传递用的滑动轴承、旋转脉冲电动机。在最接近移动体的位置配置线性同步电动机，接近动子轴的移动体的一侧的端部被线性同步电动机的套筒支承。但是，线性同步电动机的套筒由于允许动子轴的直线运动及旋转运动，所以在套筒和动子轴之间空出极小的空隙。由于移动体在动子轴的前端动作，所以对动子轴作用来自移动体的载荷及力矩。当在套筒和动子轴之间空出空隙时，动子轴以及安装于动子轴的移动体引起错位，不能承受对动子轴作用的载荷及力矩。

本发明的目的在于，提供一种实现半径方向的尺寸的小型化且能够承受来自移动体的载荷及力矩的直线-旋转复合致动器。

但是，在专利文献1及专利文献2中记载的线性-旋转复合型电动机中，为使动子轴旋转而使用旋转脉冲电动机。该旋转脉冲电动机被开路控制，使动子轴旋转与赋予的脉冲数成比例的一定角度。但是，开路控制的旋转脉冲电动机存在难以进行脱调、振动、高速旋转的问题。

因此，本发明的另一目的在于，提供一种能够通过闭环控制来控制动子轴的旋转角度的直线-旋转复合致动器。

为解决上述课题，本发明一方面提供一种直线-旋转复合致动器，其特征在于，具备：花键轴，其具有沿轴线方向延伸的滚动体滚道部；中空的转子，其包围所述花键轴；旋转电动机的定子，其形成收容所述转子的空间，并且使所述转子绕轴线旋转；花键螺母，其与所述转子一同旋转，将所述转子的旋转传递给所述花键轴，并且允许所述花键轴在轴线方向上进行直线运动；线性电动机的动子轴，其与所述花键轴连接；线性电动机的定子，其使所述线性电动机的动子轴在轴线方向上进行直线运动，所述花键螺母具有：包括与所述花键轴的所述滚动体滚道部对置的负荷滚动体滚道部的滚动体循环路径、在该滚动体循环路径上排列的多个滚动体，其中，从所述花键轴及所述动子轴的一端部沿轴线方向依次配置所述花键螺母、所述旋转电动机的定子、所述线性电动机的定子。