JP2000117666A - 直動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】一対のＺ軸ガイドの取付け誤差や運動誤差を吸
収できると共に上記Ｚ軸キャリアの同期が崩れた場合で
あってもＸ軸ガイド取付け部の損傷・破損を防止するこ
とができる直動アクチュエータを提供することを課題と
している。 【解決手段】Ｘ軸ガイド３を、第１のＺ軸キャリア２ａ
に対し、剛の第１のブラケット４を介してベアリング支
持させ、第２のＺ軸キャリア２ｂに対し、柔構造の第２
のブラケット５を介して支持させる。さらに、上記一対
のＺ軸キャリア２ａ，２ｂ間にビーム材７を横架する。
そのビーム材７は、中央部位置で分断されていて、その
対向する一対の分断面は、所定間隙を持って非接触状態
となっていると共に凹部７ａ及び凸部７ｂによって、Ｚ
軸方向からみて対向する面を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｚ軸２軸の間にＸ
軸１軸を配置した直交座標系の３軸組合せロボットモジ
ュールなどの直動アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の２軸同期型の直動アクチュエータ
は、例えば図２に示すような構成となっている。

【０００３】すなわち、所定間隔を開けて一対のＺ軸ガ
イド５０が並立し、その各Ｚ軸ガイド５０に沿って一対
のＺ軸キャリア５１が同期をとって移動可能となってい
る。その一対のＺ軸キャリア５１間に、Ｘ軸ガイド５２
が水平に架設され、そのＸ軸ガイド５２に沿ってＸ軸キ
ャリア５３が直線駆動されるようになっている。

【０００４】そして、上記各Ｚ軸キャリア５１は、一対
のサーボモータ等を駆動源として駆動され、その二つの
Ｚ軸キャリア５１が同期して平行移動するように制御さ
れることで、Ｘ軸ガイド５２（Ｘ軸キャリア５３）は水
平状態を維持したままＺ軸方向に移動する。

【０００５】ここで、上記図２に示す直動アクチュエー
タにおけるＺ軸キャリア５１とＸ軸ガイド５２との取付
け構造は、２つのＺ軸ガイド５０の取付け誤差を吸収す
るために、Ｘ軸ガイド５２の各端部は、一方のＺ軸ガイ
ド５０には剛に結合（図２中右側）されると共に、片方
のＺ軸ガイド５０にはピン支持（図２中左側）で接続し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、停電やモータ
及び制御部の故障などよって上記２つのモータのブレー
キタイミングがずれたり一方のモータのブレーキだけが
効かなくなったりすると、ブレーキが効かなくなかった
側のＺ軸キャリア５１だけが自重落下し、その自重を受
けつつＸ軸ガイド５２が傾く。

【０００７】すると、上記のような従来の直動アクチュ
エータでは、上記剛結合したＸ軸ガイド５２とＺ軸キャ
リア５１との取付け部に大きなモーメントが入力され
て、当該取付け部が損傷・破損する恐れがある。上記取
付け部に損傷・破損が生じると、アクチュエータの位置
決め精度が劣化したり作動不能となる。さらに、場合に
よってはＸ軸ガイド５２やＸ軸キャリア５３が落下して
しまうという問題がある。

【０００８】また、正常運転時であっても、上記二つの
Ｚ軸キャリア５１を駆動するモータの発生トルク差等に
よる微少な同期不一致から、剛結合側のＺ軸ガイド５０
に繰り返してモーメントが入力されて、装置の寿命低下
の一因となったり、その分だけＺ軸ガイド５０などの剛
性を高く設定するなどして装置を大型化する必要があっ
たりする。

【０００９】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、一対のＺ軸ガイドの取付け誤差や運動
誤差を吸収できると共に上記Ｚ軸キャリアの同期が崩れ
た場合であってもＸ軸ガイド取付け部の損傷・破損を防
止することができる直動アクチュエータを提供すること
を課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、平行な一対のＺ軸ガイドにそれぞれ案内
されて同期をとって直線移動する一対のＺ軸キャリア
と、上記一対のＺ軸キャリアに支持されてＺ軸と直交す
るＸ軸方向に延在する第１のビーム材とを備えた直動ア
クチュエータにおいて、上記第１のビーム材は、上記Ｚ
軸キャリアにそれぞれブラケットを介して取り付けら
れ、さらに、上記一対のＺ軸キャリア間に第２のビーム
材が横架され、その第２のビーム材は、延在方向途中位
置で分断されていて、その対向する一対の分断面は、所
定間隙を持って非接触状態となっていると共にＺ軸方向
からみて対向する面を備えることを特徴とする直動アク
チュエータを提供するものである。

【００１１】本発明によれば、一対のＺ軸キャリアの同
期が大きく崩れると、第１のビーム材はＺ軸方向に傾こ
うとする。

【００１２】このとき、そのままでは、ベアリング支持
部等のＺ軸キャリアと第１のビーム材との取付け部に大
きな負荷が掛かって破損・損傷するおそれがあるが、本
発明では、２つのＺ軸キャリアの相互高さがずれると、
第２のビーム材の分割面におけるＺ軸方向からみて対向
する面同士が当接し、当該第２のビーム材によって、そ
れ以上のＺ軸キャリア間の相互高さ位置のずれが規制さ
れ、上記第１のビーム材の各Ｚ軸キャリア又は各ブラケ
ットへの取付け部の損傷・破損が防止される。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。

【００１４】なお、本実施形態では、上下垂直方向をＺ
軸方向として説明する。

【００１５】まず構成について説明すると、図１に示す
ように、Ｚ軸方向に軸を向けた２本のＺ軸ガイド１ａ，
１ｂが互いに所定間隔を開けて配設され、各Ｚ軸ガイド
１ａ，１ｂには、それぞれ当該Ｚ軸ガイド１ａ，１ｂに
案内されて直進移動するＺ軸キャリア２ａ，２ｂが配設
されている。その各Ｚ軸キャリア２ａ，２ｂは、リニア
ガイドやボールネジ等の公知の直線駆動機構（不図示）
によって、上記Ｚ軸ガイド１ａ，１ｂに沿って直進移動
するようになっている。

【００１６】ここで、下記の説明では、図１中左側のＺ
軸ガイド１ａ及びＺ軸キャリア２ａを、第１のＺ軸ガイ
ド及び第１のＺ軸キャリアと、図１中右側のＺ軸ガイド
１ｂ及びＺ軸キャリア２ｂを、第２のＺ軸ガイド１ｂ及
び第２のＺ軸キャリア２ｂと呼んで両者１ａ，１ｂ，２
ａ，２ｂを区別する。

【００１７】そして、２つのＺ軸ガイド１ａ，１ｂの間
に、第１のビーム材であるＸ軸ガイド３が水平に（Ｘ方
向に延在して）配置され、該Ｘ軸ガイド３の各端部は、
第１のブラケット４又は第２のブラケット５を介して各
Ｚ軸キャリア２ａ，２ｂにそれぞれ取り付けられてい
る。

【００１８】第１のＺ軸キャリア２ａに取り付けられた
第１のブラケット４は、当該Ｚ軸キャリア２ａ位置から
下方に延在し、且つ本体が横断面Ｔ字形状となってい
る。すなわち、第１のブラケット４は、第１のＺ軸キャ
リア２ａに直接固定されて下方に延びる第１の板部材４
ａと、その第１の板部材４ａの側端面に突合せ溶接等で
一体的に固定され、第１のＺ軸ガイド１ａにおける第２
のＺ軸ガイド１ｂと対向する面に沿って下方に延びる第
２の板部材４ｂとを備え、さらに補強板４ｄで補強され
て剛性が高く設定されている。

【００１９】上記第２の板部材４ｂは縦断面Ｌ字形状と
なっていて、その下部の水平部分が、第２のＺ軸ガイド
１ｂ側に突出して取付け部４ｃを形成し、その取付け部
４ｃに、Ｘ軸ガイド３の一端部が、軸を上下に向けた軸
受８によってベアリング支持されている。なお、上記第
２の板部材４ｂの垂直部の厚みは１９mmと厚く設定され
て撓み発生が防止されている。

【００２０】また、第２のブラケット５は、縦断面Ｌ字
形状の板部材であって、垂直部５ａの上部が第２のＺ軸
キャリア２ｂに固定されて下方に延び、その垂直部５ａ
の下端部に連続する水平部５ｂが、第１のＺ軸ガイド１
ａ側に突出している。このように第２のＺ軸キャリア２
ｂに取り付けられることで、第２のブラケット５は、片
持ち支持状態となり、垂直部５ａがＺ軸に直交する方向
への撓むことで、Ｘ軸ガイド３を取り付ける水平部５ｂ
がＺ軸と直交する方向に移動することが許容されている
と共に、上記第２のＺ軸キャリア２ｂへの取付け点周り
に、垂直部５ａが撓むことで水平部５ｂが上下方向に若
干傾くことが許容されている。

【００２１】そして、その水平部５ｂにＸ軸ガイド３の
他端部が取り付けられている。

【００２２】なお、図１中、符号６は、Ｘ軸ガイド３に
沿って移動するＸ軸キャリアを表す。

【００２３】また、左右のＺ軸キャリア２ａ，２ｂの高
さとほぼ同じ高さで、上記左右のブラケット４，５間に
第２のビーム材７が横架されている。その第２のビーム
材７は、その延在方向中央部で分断されている（図１
中、符号Ａ部分）。その分断による一対の分断面は、互
いに所定の隙間を有して非接触状態となり、一方の分断
面の中央部に凹部７ａが形成され、他の分断面には、そ
の中央部に上記凹部７ａに遊嵌可能な凸部７ｂが形成さ
れて、もって上記凹部７ａ内に上記凸部７ｂが所定の隙
間を持ってはめ込まれている。

【００２４】ここで、上記凹部７ａの上下の面及び上記
凸部７ｂの上下の面が、それぞれ、Ｚ軸方向からみて対
向する面を形成する。なお、この対向する面は、Ｚ軸に
直交する水平面である必要はなく、傾斜していてもよ
い。要は、Ｚ軸方向からみて対向していればよい。ま
た、分断位置も中央部に限定されず、一方のＺ軸ガイド
１ａ，１ｂ寄りであってもよい。但し、分断位置は、凹
部７ａと凸部７ｂが接触した場合にそれぞれのＺ軸ガイ
ド１ａ及び１ｂが受けるモーメントを小さくする点か
ら、中央部であることが望ましい。

【００２５】次に、上記構成の直動アクチュエータの作
用・効果等について説明する。

【００２６】上記構成では、Ｘ軸ガイド３の一端部が、
剛的な第１のブラケット４と上下軸周りの回動を許容す
る軸受８を介して第１のＺ軸キャリア２ａに取り付けら
れていると共に、Ｘ軸ガイド３の他端部が、Ｚ軸と直交
する方向に水平部５ｂの移動が許容された第２のブラケ
ット５を介して、第２のＺ軸キャリア２ｂに取り付けら
れる。

【００２７】この結果、２つのＺ軸ガイド１ａ，１ｂに
多少の取付け誤差があっても、その誤差を、上記ブラケ
ット４，５へのＸ軸ガイド３の取付け構造によって、吸
収することができる。

【００２８】例えば、Ｚ軸ガイド１ａ，１ｂ間のスパン
が所望寸法よりも若干長かったり短かったりしても、第
２のブラケット５の垂直部５ａがＸ方向に撓むことで吸
収される。もっとも、第２のブラケット５の水平部５ｂ
に対しＸ方向に長径を向けた長穴を設けて、Ｘ軸方向へ
の取り付け位置を調整できるようにしておけば、第２の
ブラケット５の垂直部５ａが撓ました状態で取り付けら
れることはない。

【００２９】また、上記２つのＺ軸ガイド１ａ，１ｂが
Ｙ軸方向に若干オフセットしていても、Ｘ軸ガイド３の
一端部が第１のブラケット４にベアリング支持されて、
当該一端部周りに、Ｘ軸ガイド３の端部はＸ−Ｙ平面で
回動でき、また、第２ブラケットの水平部５ｂも若干Ｚ
軸周りにも撓み可能であるので、上記Ｙ軸方向の取付け
誤差も吸収できる。もっとも、Ｘ軸ガイド３の第２のブ
ラケット５への取付けを軸を上下にしたピン接合又はボ
ルト接合とすれば、２つのＺ軸ガイド１ａ，１ｂにＹ軸
方向の取付け誤差があっても、第２のブラケット５に撓
みが生じることが防止される。

【００３０】そして、上記構成の直動アクチュエータで
は、一対のサーボモータ等の駆動源によって、一対のＺ
軸キャリア２ａ，２ｂが同期して昇降することで、Ｘ軸
ガイド３も水平状態を保持したまま昇降する。

【００３１】この正常運転時であっても、常時、モータ
の発生トルク差などによって、２つのＺ軸キャリア２
ａ，２ｂの相対高さ位置に若干のオフセットが生じた
り、他の機器からの振動入力などで、２つのＺ軸ガイド
１ａ，１ｂがＸ−Ｙ方向にオフセットする（拗れる）よ
うに振動する場合がある。

【００３２】このとき、従来にあっては、このオフセッ
ト量や発生トルク差に応じたモーメントがＺ軸ガイドに
負荷される。

【００３３】これに対して、本実施形態では、２つのＺ
軸キャリア２ａ，２ｂ間の軽微な上下方向や水平方向の
各オフセットは、第１のブラケット４側は、軸受８の回
動で水平方向（Ｘ−Ｙ平面）のオフセットが、ベアリン
グの調心作用で上下方向のオフセットがそれぞれ吸収さ
れ、また、第２のブラケット５は、撓むことで吸収され
て、Ｚ軸ガイド１ａ，１ｂにはモーメントが負荷されな
いか微少である。この結果、従来と比較して、通常時に
Ｚ軸ガイド１ａ，１ｂやＺ軸キャリア２ａ，２ｂとＸ軸
ガイド３との取付け部に負荷される荷重が小さくなっ
て、装置の寿命が向上する。

【００３４】また、サーボモータ等の故障や停電など
で、一方のＺ軸キャリア２ａ，又は２ｂだけが自重落下
したり、一方のＺ軸キャリア２ａ，又は２ｂが停止して
いるもの関わらず他方のＺ軸キャリア２ｂ，又は２ａが
作動し続けるように、２つのＺ軸キャリア２ａ，２ｂ間
の同期が崩れると、そのままでは、Ｘ軸ガイド３が上下
に大きく傾いてベアリング支持部等の取付け部が破損す
るおそれがあるが、本実施形態では、正常運転で許容さ
れている以上にＸ軸ガイド３が上下に傾くと、第２のビ
ーム材７の分断面における凹部７ａと凸部７ｂとがＺ軸
方向で当接して、それ以上のＺ軸キャリア２ａ，２ｂの
相互高さずれが規制され、すなわち、Ｘ軸ガイド３が少
しだけしか傾くことができず、上記ベアリング支持部等
の破損・損傷の発生が回避される。

【００３５】ここで、図１及び図２に示すように諸元値
を設定した場合に、上記のように第１のＺ軸キャリア２
ａだけがサーボオフしてブレーキが効かなくなって自重
落下した場合を想定すると、上記従来例の直動アクチュ
エータ（図２参照）にあっては、第２のＺ軸ガイド５０
には、３０ｋｇ×１．８ｍ十６０ｋｇ×１．０ｍ＝１１
４ｋｇ・ｍのモーメントが加わる。

【００３６】これに対し、本実施形態の直動アクチュエ
ータでは、Ｘ軸が同じ位置で、第２のＺ軸ガイド１ｂに
加わるモーメントは、（３０ｋｇ＋６０ｋｇ／２＋５ｋ
ｇ）×１ｍ＋５ｋｇ×０．５ｍ＝６７．５ｋｇ・ｍと小
さい値となり、有利なことが分かる。

【００３７】さらに、片側のＺ軸キャリア用のモータが
ロックし他方のＺ軸キャリア用のモータ推力によりＺ軸
がこじられる場合、従来例では推力×２ｍのモーメント
が発生するのに対し、本考案では推力×１ｍと半分に軽
減される。

【００３８】以上のように、本実施形態の直動アクチュ
エータの構成を採用すると、Ｚ軸ガイド１ａ，１ｂの取
付け誤差の許容が広がるばかりか、Ｚ軸ガイド１ａ，１
ｂのモーメントに対する許容値を従来構造に比べ大幅に
小さくすることができ、低価格化、小型化が可能とな
る。

【００３９】ここで、上記説明では、Ｚ軸キャリア２
ａ，２ｂの高さ位置よりも下側にＸ軸ガイド３を配置し
てＸ軸ガイド３の上側に第２のビーム材７がある構成で
説明したが、これに限定されない。例えば、各ブラケッ
ト４，５を、Ｚ軸キャリア２ａ，２ｂの高さ位置から上
方に延在させて、Ｚ軸キャリア２ａ，２ｂの高さ位置よ
りも上側にＸ軸ガイド３を配置してもよい。または、Ｚ
軸キャリア２ａ，２ｂ位置からＹ軸方向へ水平にブラケ
ット４，５を張り出して、Ｚ軸キャリア２ａ，２ｂの側
方にＸ軸ガイド３が配置するようにしてもよい。

【００４０】また、上記第２のビーム材７の分断面位置
Ａに、当該分断面の接触の有無を検知するスイッチ若し
くはセンサを設けておき、Ｘ軸ガイド３が許容以上に傾
いて第２のビーム材７の分断面が当接したら、モータ動
力を遮断してブレーキを作動させてそれ以上の負荷が掛
からないようにしてもよい。

【００４１】または、第２のビーム材７の分断面同士の
接触圧又は隙間（接近距離）を２段階以上のレベルで方
向も含め検出するスイッチ若しくはセンサを設けておい
て、例えば、ｌ段目のスイッチＯＮとなったら、動作
が速いほうのＺ軸電流制限値を小さくし動作を遅くして
同期をとらせ、さらに２段目のスイッチＯＮとなった
ら、モータ動力を遮断しブレーキを作動させる、などの
制御を行うように構成してもよい。

【００４２】また、本発明に係る直動アクチュエータ
は、Ｚ軸ガイド１ａ，１ｂが上述のように上下方向に設
定される場合に、特に有効な構造であるが、Ｚ軸ガイド
１ａ，１ｂが水平方向に設定されていても、上述の作用
・効果をもつ。

【００４３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の直動
アクチュエータを採用すると、故障等によって２つのＺ
軸キャリアの同期が崩れても、第２のビーム材でＸ軸ガ
イドのＺ軸方向の傾きを小さく規制できるので、Ｘ軸ガ
イドとＺ軸キャリアとの間の取付け部の破損・損傷が防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る直動アクチュエータ
を示す正面図である。

【図２】従来の直動アクチュエータを示す正面図であ
る。

【符号の説明】

Ａ ビーム材の分断部分 １ａ，１ｂ Ｚ軸ガイド ２ａ，２ｂ Ｚ軸キャリア ３ Ｘ軸ガイド（第１のビーム材） ４ 第１のブラケット ４ａ 第１の板部材 ４ｂ 第２の板部材 ４ｃ 取付け部 ４ｄ 補強板 ５ 第２のブラケット ５ａ 垂直部 ５ｂ 水平部 ６ Ｘ軸キャリア ７ 第２のビーム材 ７ａ 凹部 ７ｂ 凸部 ８ 軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行な一対のＺ軸ガイドにそれぞれ案内
   されて同期をとって直線移動する一対のＺ軸キャリア
   と、上記一対のＺ軸キャリアに支持されてＺ軸と直交す
   るＸ軸方向に延在する第１のビーム材とを備えた直動ア
   クチュエータにおいて、 上記第１のビーム材は、上記Ｚ軸キャリアにそれぞれブ
   ラケットを介して取り付けられ、さらに、上記一対のＺ
   軸キャリア間に第２のビーム材が横架され、その第２の
   ビーム材は、延在方向途中位置で分断されていて、その
   対向する一対の分断面は、所定間隙を持って非接触状態
   となっていると共にＺ軸方向からみて対向する面を備え
   ることを特徴とする直動アクチュエータ。