JP2005094976A

JP2005094976A - 直動アクチュエータ

Info

Publication number: JP2005094976A
Application number: JP2003328482A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tomioka; 進冨岡; Katsuhiro Onuki; 勝弘大貫
Original assignee: Miki Pulley Co Ltd
Current assignee: Miki Pulley Co Ltd
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】
特に含水の恐れがある条件下でも対象となる移動体を円滑な摺動状態で所望位置に直線移動させることを可能とし、そのための摺動摩擦部材としてＲＢセラミックスを更に改良した状態で使用した直動アクチュエータの提供を主たる目的とする。
【解決手段】
案内部材２（２Ａ，２Ｂ）と可動部材３の間にすべり作動する板状片による摩擦摺動部材９を介在させ、案内部材２Ａと可動部材３の間に装着したリニアモータ４の駆動によって、案内部材に沿って可動部材３を直線移動させると共に、案内部材２Ｂと可動部材３の間に装着した位置検出手段５で、案内部材２に対する可動部材３の位置を検出する直動アクチュエータ１であって、摩擦摺動部材９には３０重量パーセント前後のフェノール樹脂を含有して射出成形したＲＢセラミックスを用いた。
【選択図】図２

Description

本発明は、水分や水蒸気が飛散する雰囲気中での使用又は、水中や水蒸気中での使用を可能にした直動アクチュエータに関するものであって、これらの条件下で対象となる移動体を円滑な摺動状態で所望位置に直線移動させる各種の用途に適用することができる。

直動アクチュエータには、各種の構造によるものが現存し且つ提案されているが、特に直動アクチュエータを含水する恐れのある条件下で使用する際には、摺動部分に水分が侵入して錆などを発生させないようにすると共に、特に水中で使用する際には潤滑剤が流出して水質を汚染させことがないように、外側をカバーなどで水密状態に囲うなどのシール手段を施す必要があり、これらの要件を容易に満足させるものは見あたらなかった。

また、このような含水する恐れのある条件下に比較的適合し易い直動アクチュエータとしては、例えば特許文献１又は２に開示されているような、摩擦摺動材として多孔質炭素材料によるＲＢセラミックスを用いたものがあり、摺動部分に水分が侵入しても錆などを発生させる恐れが少なく、しかも潤滑剤を使用せず摩耗粉も有害ではないので水質を汚染する恐れがない。

摩擦摺動材として使用されているＲＢセラミックスと、これを改良したＣＲＢセラミックスは、特許文献３又は４に開示されているように、従来のＲＢセラミックスの場合には、脱脂ぬかと熱硬化性樹脂を混練し、不活性ガス中において７００〜１０００℃で焼成していたが、改良されたＣＲＢセラミックスの場合には、上記焼成品を１００メッシュ程度以下に粉砕した炭化粉末をフェノールなどの熱硬化性樹脂と混練し、圧力２０〜３０ＭＰａで圧縮成型した後に、この成型体を不活性ガス中において５００〜１１００℃で熱処理している。

これらＲＢセラミックス又はＣＲＢセラミックスの圧縮成型品による摩擦摺動材は、水分の影響を受けない条件下では十分に特徴を発揮することができるが、含水した場合には膨張して摩擦摺動材としての機能が損なわれる場合があり、含水する恐れのある条件下では実質的に使用することが困難であった。
特開２０００−７８８２７号公報特開２０００−１２５５３７号公報特開２００３−１８３４３７号公報特開２００３−２５３１３２号公報

そこで本発明では、これら従来技術の課題を解決し得る直動アクチュエータであって、特に含水の恐れがある条件下でも対象となる移動体を円滑な摺動状態で所望位置に直線移動させることを可能とし、そのための摺動摩擦部材としてＣＲＢセラミックスを更に改良した状態で使用した直動アクチュエータの提供を主たる目的とする。

本発明の直動アクチュエータは、案内部材と可動部材の間にすべり作動する板状片による摩擦摺動部材を介在させ、案内部材と可動部材の間に装着したリニアモータの駆動によって、案内部材に沿って可動部材を直線移動させると共に、案内部材と可動部材の間に装着した位置検出手段で、案内部材に対する可動部材の位置を検出する直動アクチュエータであって、前記摩擦摺動部材には３０重量パーセント前後のフェノール樹脂を含有して射出成形したＲＢセラミックスを用いた。（請求項１）

前記直動アクチュエータは、両端から下部レールを立設した断面コ字状に形成され、前記摩擦摺動部材を装着して可動部材の底部側に設けた下部摺動面と下部レールが摺接する下側ベース部材と、両端から上部レールを垂設した断面コ字状に形成され、前記摩擦摺動部材を装着して可動部材の上部側に凹設した案内受け溝による上部摺動面と上部レールが摺接する上側ベース部材を案内部材が備え、前記下側ベース部材と可動部材の間に前記リニアモータを装着すると共に、前記上側ベース部材と可動部材の間に前記位置検出手段を装着した形態を採ることができる。（請求項２）

前記直動アクチュエータは、中空軸に永久磁石を内蔵した筒状のモータシャフトと、その外周にコイル配置したモータ可動子で構成したシャフト型リニアモータによるリニア直流モータを前記リニアモータに用い、シャフト型リニアモータは下側ベース部材の凹部に収容してモータ可動子を可動部材の下面側に装着すると共に、モータシャフトの両端側は前記下側ベース部材と上側ベース部材の両端側を連結する側板に水密状態で支持させた形態を採ることができる。（請求項３）

請求項１の直動アクチュエータによると、すべり作用を行う板状片の摺動摩擦部材として、含水による膨張長さがきわめて少ない状態で射出成形したＲＢセラミックスを用いたことにより、水中を含む含水の恐れがある条件下でも必要な摺動性能を長期間維持することが可能であると共に、潤滑油を使用する必要がないので油の流出がなく、仮に摩耗粉が発生しても有害ではないので、水中で使用した場合でも水質を汚染させる恐れがない。

請求項２の直動アクチュエータによると、可動部材は固定部材に対して上下にそれぞれ摺動面を有していると共に、これらの摺動面は板状片のすべり作用によって摺動が行われるので、載荷重が大きい場合でも摺動性が良く、またリニアモータや位置検出手段を摺動面で密閉された可動部材と固定部材の間に装着することによって、水分の侵入による影響を軽減することができる。

請求項３の直動アクチュエータによると、リニアモータとしてシャフト型リニアモータによるリニア直流モータを用いたことによって、摩擦部分がなく且つコイルなどを樹脂封入して水密な構造を採ることが容易であること、高い隙間精度を必要としないこと、構造が簡単で小型且つ安価にできることなどが期待できる。

本発明の直動アクチュエータについて、本発明を適用した好適な実施形態を示す図１及び図２の添付図面に基づいて詳細に説明すると、図１は直動アクチュエータ１の全体斜視図を示し、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った要部の縦断面図を示し、図３は摩擦摺動材として使用するＲＢセラミックスの性状の比較特性であって、水中における時間に対する単位長さ当りの膨張長さの特性曲線図を示す。

直動アクチュエータ１は、固定した案内部材である基台部２と、基台部２の長手方向に沿って直線移動する可動部材である移動テーブル３と、移動テーブル３を直線移動させる駆動手段であるリニアモータ４と、移動テーブル３の移動位置を検出する位置検出手段であるリニアスケール５を備えている。

基台部２は、移動テーブル３の移動方向（長手方向）と直交する方向（短手方向）の両端から下部レール６，６を立設して、上面側が開口する断面形状をコ字状にした下側ベース部材２Ａと、移動テーブル３の移動方向と直交する方向の両端から上部レール７，７を垂設して、下面側が開口する断面形状をコ字状にした上側ベース部材２Ｂを離間して上下に配置すると共に、その長手方向の両端を側板２Ｃ，２Ｃで連結保持しており、これらは耐食性に優れたステンレス材（例えば、ＳＵＳ３０４）などの使用が望ましい。

移動テーブル３は、離間した下側ベース部材２Ａと上側ベース部材２Ｂの間に装着されるが、下面側は下側ベース部材２Ａの下部レール６，６上に載置されると共に、上面側は上側ベース部材２Ｂの上部レール７，７が嵌合する案内受け溝８，８を凹設し、下部レール６上に載置する下部側の摺動面と上部レール７の内側及び下側に嵌合する上部側の摺動面には、短尺な板状片で形成した複数の（長尺の１枚の板状片の使用も可能）摩擦摺動材９が長手方向に沿った所定間隔で装着され、上部レール７の外側との間には、摩擦摺動材９の吸水による膨張を吸収するクリアランスを設けている。

摩擦摺動材９は、潤滑油が不要であること、腐食に強いステンレス材（例えば、ＳＵＳ３０４）などを下側ベース部材２Ａと上側ベース部材２Ｂに使用した場合に低摩擦係数を維持できること、などの理由から多孔質炭素材料であるＲＢセラミックスを使用するが、特に水中での使用に適するように改良を加えた詳細を後述するような、一定量のフェノールを含有した射出成形によるＲＢセラミックスを使用する。

なお、直動アクチュエータ１を使用する際には、基台部２を固定部材（図示を省略）に固着すると共に、移動テーブル３には対象となる移動体（ワーク又はワークの載置台）を連結するので、下側ベース部材２Ａの下面側には固定部材に固着するために、取付用のねじ孔１０を長手方向に沿って複数個所に設け、また移動テーブル３の短手方向の両側には移動体を連結するために、取付用のねじ孔１１を長手方向に沿って複数個所に設けられている。

リニアモータ４は、防水構造を採れば公知の各種リニアモータの使用が可能であるが、特に摩擦部分がなく且つコイルなどを樹脂封入して水密な構造を採ることが容易であること、高い隙間精度を必要としないこと、構造が簡単で小型且つ安価にできることなどの理由から、中空軸に永久磁石を内蔵した筒状のモータシャフト４Ａと、その外周にコイル配置したモータ可動子４Ｂで構成したシャフト型リニアモータによるリニア直流モータを使用しており、このシャフト型リニアモータには例えば特開平１０−３１３５６６号公報その他で公知のものを使用することができる。

リニアモータ４は、モータシャフト４Ａの両端側が円筒状のホルダー１２を介して基台部２の側板２Ｃ，２Ｃに水密状態で支持され、下側ベース部材２Ａの凹部に収容されると共に、モータ可動子４Ｂが移動テーブル３の下面側に装着され、内蔵されたコイルに対する通電によってモータ可動子４Ｂがモータシャフト４Ａに沿って直線移動し、これに連動して移動テーブル３が下部レール６，６及び上部レール７，７に沿って直線移動する。

リニアスケール５は、スケール部５Ａとセンサー部５Ｂで構成され、スケール部５Ａは上側ベース部材２Ｂの凹部中央の底面に接着その他の固着手段を介して取付け、移動テーブル３が移動する長手方向に沿って配置されると共に、センサー部５Ｂは移動テーブル３の中央に埋設してスケール部５Ａと対向状態に配置され、移動テーブル３が直線移動する際に、センサー部５Ｂとスケール部５Ａとの間で位置の検出が行われる。

摩擦摺動材９は、含水の影響を受けやすい圧縮成型品によるＲＢセラミックス又はＣＲＢセラミックスを使用せずに、ＣＲＢセラミックスを製造する際に行っていたＲＢセラミックスの焼成した炭化粉末とフェノールなどの熱硬化性樹脂を圧縮成型する代わりに、射出成形したものであり、その際における熱硬化性樹脂の配合比率としてフェノール樹脂を３０重量（ｗｔ）パーセント前後にすると共に、炭化粉末の平均粒子径を１００μｍ以下に設定している。

図３のように、圧縮成型品によるＲＢセラミックス（ａ）の場合又はＣＲＢセラミックス（ｂ）の場合には、いずれも単位長さ当りの膨張長さが大きく、射出成型品でもフェノール樹脂の含有量が２５重量（ｗｔ）パーセントと少ない（ｃ）場合には、圧縮成型品と大差なく単位長さ当りの膨張長さが大きくなり、フェノール樹脂を３０重量（ｗｔ）パーセントに増やした射出成型品（ｄ）の場合には、単位長さ当りの膨張長さが著しく減少する実験結果が得られた。

これは、圧縮成型品による場合は高密度に圧縮できないで多孔質状に空隙を生じ、この空隙を介して含水するためと推定され、また射出成型品でもフェノール樹脂の含有量が少ない場合には空隙を十分に埋めることができないためと推定され、フェノール樹脂の含有量を多くすると単位長さ当りの膨張長さが減少すると共に、動摩擦摺動係数が高くなること及び、水中では大気中より動摩擦摺動係数が低くなることが判明したので、これらの特性に基づいて摩擦摺動材９として利用しての選定を行った。

なお、例えば炭化粉末を造る際の焼成温度や炭化粉末の粒子径或いは射出成形状態などの条件によって、膨張長さや摺動性能が多少の変動する場合があるので、フェノール樹脂の含有量を３０重量（ｗｔ）パーセント前後に多少増減させて調整を図る必要があるが、少なくとも図３の（ｄ）によって板状片を造って摩擦摺動材９について、長時間のランニングテストを行った結果、含水による膨張長さで摺動性能が損なわれることがないことを確認することができた。

この直動アクチュエータは、含水の恐れがある条件下で対象となる移動体を円滑な摺動状態で所望位置に直線移動させる各種の用途に適用でき、例えば食品を洗浄又は殺菌したり、洗浄又は殺菌した食品を包装その他の次工程に移送する食品機械に適用する場合、半導体製造における洗浄工程などでワークを洗浄したり、洗浄したワークを次工程に搬送する半導体製造機械に適用するなど、広範囲の産業分野での使用が可能である。

本発明を適用した実施形態による直動アクチュエータの全体斜視図。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った要部の縦断面図。摩擦摺動材として使用するＲＢセラミックスの性状の比較特性であって、水中における時間に対する単位長さ当りの膨張長さす特性曲線図。

符号の説明

１直動アクチュエータ
２基台部（案内部材）
２Ａ下側ベース部材
２Ｂ上側ベース部材
２Ｃ側板
３移動テーブル（可動部材）
４リニアモータ（駆動手段）
４Ａモータシャフト
４Ｂモータ可動子
５リニアスケール（位置検出手段）
５Ａスケール部材
５Ｂセンサー部材
６下部レール
７上部レール
８案内受け溝
９摩擦摺動材
１０，１１取付用のねじ孔

Claims

案内部材と可動部材の間にすべり作動する板状片による摩擦摺動部材を介在させ、案内部材と可動部材の間に装着したリニアモータの駆動によって、案内部材に沿って可動部材を直線移動させると共に、案内部材と可動部材の間に装着した位置検出手段で、案内部材に対する可動部材の位置を検出する直動アクチュエータであって、前記摩擦摺動部材には３０重量パーセント前後のフェノール樹脂を含有して射出成形したＲＢセラミックスを用いたことを特徴とした直動アクチュエータ。
両端から下部レールを立設した断面コ字状に形成され、前記摩擦摺動部材を装着して可動部材の底部側に設けた下部摺動面と下部レールが摺接する下側ベース部材と、両端から上部レールを垂設した断面コ字状に形成され、前記摩擦摺動部材を装着して可動部材の上部側に凹設した案内受け溝による上部摺動面と上部レールが摺接する上側ベース部材を案内部材が備え、前記下側ベース部材と可動部材の間に前記リニアモータを装着すると共に、前記上側ベース部材と可動部材の間に前記位置検出手段を装着した請求項１に記載した直動アクチュエータ。
シャフトに永久磁石を内蔵した筒状のモータシャフトと、その外周にコイル配置したモータ可動子で構成したシャフト型リニアモータによるリニア直流モータを前記リニアモータに用い、シャフト型リニアモータは下側ベース部材の凹部に収容してモータ可動子を可動部材の下面側に装着すると共に、モータシャフトの両端側は前記下側ベース部材と上側ベース部材の両端側を連結する側板に水密状態で支持させた請求項２に記載した直動アクチュエータ。