JP2008114328A - 一軸アクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】一軸アクチュエータの省スペース化を進める。
【解決手段】一軸アクチュエータを構成する単軸ロボット10は、フレーム12と、このフレーム12に固定されるレール21およびこのレール21に装着されるスライダ23を具備したリニアガイド装置20と、前記スライダ23に固定されるテーブル3と、前記フレーム12に固定される磁気スケール50およびこれを読取る磁気センサ52を有する位置検出手段とを備える。磁気センサ52は、スライダ23の下面23aとフレーム12との間に形成される隙間Sに配備され、磁気スケール50は、フレーム12上の前記磁気センサ52に対向する位置に配備されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータの駆動によりテーブル等を一軸方向に移動させる一軸アクチュエータに関するものである。
従来から、ベース部材に固定されたレールに対してテーブルをスライド自在に設け、モータの駆動によりこのテーブルをレールに沿って移動させる一軸アクチュエータは一般に知られている。また、この種の一軸アクチュエータにおいて、ベース部材に磁気スケールをレールに沿って設け、テーブル側に配備した磁気センサにより磁気スケールを読取ることによってテーブルの位置検出を行うことも行われており、例えば特許文献1に開示される一軸アクチュエータでは、テーブルの側方に磁気センサを配備し、これに対向するベース上の位置に磁気スケールを配備した構成となっている。
特開平7−99766号公報
この種の一軸アクチュエータでは、潜在的な課題として省スペース化が求められているが、特許文献1のものでは、テーブルの側方に磁気スケールや磁気センサを配備するため、一軸アクチュエータの幅方向(テーブルの移動方向と直交する方向)の省スペース化を図る上で改善の余地がある。なお、一軸アクチュエータの省スペース化が進むと、駆動機構の収容部の断面領域において余分なスペースがほとんど存在しなくなりメンテナンス性が悪くなることが考えられるため、上記の改善策を講じる場合には、この点に配慮されているのが望ましい。
本発明は、このような課題に鑑み、一軸アクチュエータの省スペース化を進めること、より好ましくはメンテナンス性のよい構成とすることを目的とする。
上記の事情に鑑み、本発明の一軸アクチュエータは、ベース部材と、このベース部材に固定される案内レールおよびこのレールに移動自在に装着されるスライダを具備したリニアガイド装置と、前記スライダに固定されるテーブルと、前記ベース部材に固定される磁気スケールおよびこの磁気スケールを読取る磁気センサを有する位置検出手段とを備えた一軸アクチュエータにおいて、前記磁気センサは、前記スライダの下面とベース部材との間に形成される隙間に配備され、前記磁気スケールは、前記ベース部材上の前記磁気センサに対向する位置に配備されているものである。
この構成によると、磁気センサおよび磁気スケールとリニアガイド装置とがレール長手方向と直交する方向(すなわち一軸アクチュエータの幅方向)にオーバラップした状態で配置されるため、その分、幅方向におけるこれらの占有スペースが縮小される。
より具体的な構成として、ベース部材上に、互いに平行に配置される複数のリニアガイド装置を備えるものでは、前記磁気センサは、これらリニアガイド装置の並び方向における最も外側のリニアガイド装置のスライダとベース部材との間に形成される前記隙間であって、かつ当該リニアガイド装置の案内レールよりも外側の隙間に配備される。
この構成によると、前記並び方向(すなわち一軸アクチュエータの幅方向)における最も外側のリニアガイド装置の案内レールよりも外側に磁気センサ等を配置しながらも、当該リニアガイド装置から外側への磁気センサ等のはみ出しを抑えることができる。
すなわち、例えばベース部材上に一対のリニアガイド装置が互いに平行に配置され、これらリニアガイド装置の間に、N極及びS極の磁性を有する磁石が前記案内レールの長手方向に交互に配列されるマグネット配列部およびこのマグネット配列部に対向するように前記テーブルに固定されるコイル部を具備したリニアモータが配置される一軸アクチュエータでは、すなわちリニアモータを駆動手段としてテーブルを駆動する一軸アクチュエータでは、リニアモータと磁気センサ等との磁気的相互作用を回避するために、リニアガイド装置の外側(案内レールを挟んでリニアモータの反対側)に磁気センサ等を配置することが行われるが、この場合でも、上記の構成によれば、コンパクトに磁気センサ等を配備することができる。
なお、両外側のリニアガイド装置の外側に側壁部を有するものでは、この側壁部のうち前記リニアガイド装置に対向する面に、磁気センサを前記隙間から前記並び方向に取出し可能とする凹部が形成されているのが好適である。
この構成によると、磁気センサを凹部内に(前記並び方向に)引出して交換等を行うことが可能となる。そのため、両外側のリニアガイド装置に対して側壁部を接近させた配置構成を採ることにより一軸アクチュエータを前記並び方向にコンパクト化する一方で、磁気センサのメンテナンス性も良好に確保することができる。
また、上記の一軸アクチュエータにおいては、前記磁気センサを保持し、前記スライダ又はテーブルからなる可動部分に固定されるセンサホルダを有し、このセンサホルダが前記可動部分に当接され、前記並び方向における外側から当該センサホルダに形成される貫通孔にボルトが挿入され、このボルトが前記可動部分に形成されるねじ穴に螺合挿入されることにより、前記磁気センサが、前記センサホルダを介して前記可動部分に固定されているのが好適である。
この構成によると、スライダの側方からアクセスして磁気センサ(センサホルダ)の脱着作業を行うことができるため、テーブルやこれに搭載される作業機器に邪魔されることなく磁気センサを脱着することが可能となる。
本発明の請求項1〜5に係る一軸アクチュエータによれば、磁気センサおよび磁気スケールとリニアガイド装置とをレール長手方向と直交する方向(すなわち一軸アクチュエータの幅方向)にオーバラップさせてコンパクトに配置したため、その分、一軸アクチュエータを幅方向にコンパクトに構成することができる。特に、請求項3及び4に係る一軸アクチュエータの構成によると、磁気センサの脱着作業を行い易い構成となっているため、上記のように一軸アクチュエータをコンパクト化しながらもメンテナンス性がよいものとなる。
本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図1および図2は、本発明に係る一軸アクチュエータの一種を構成する単軸ロボットの概略を示しており、図1は平面図で、図2は断面図(図1のII−II断面図)でそれぞれ単軸ロボットを示している。
これらの図に示すように単軸ロボット10は、ケース部材2と、各種作業用機器を搭載するためのテーブル3と、このテーブル3を移動させるための駆動機構とを備えている。
前記ケース部材2は、フレーム12(本発明のベース部材に相当する)と、一対の上部カバー14と、一対の端面カバー16とからなり、一軸方向に延びる箱形に形成されている。なお、当実施形態では、説明の便宜のためにケース部材2の延びる一軸方向を前後方向とし、ケース部材2の幅方向(図2の左右方向)を左右方向として説明する。
前記フレーム12は、例えばアルミニウム合金等の押出し材やダイキャストからなる前後方向に細長の部材で、所定厚みを有する底壁部12aと、この底壁部12aの左右両側から上方に延びる側壁部12bと有する上方に開口した断面略U字形に形成されている。
前記一対(左右一対)の上部カバー14は、図2に示すように、ケース部材2の側壁部12bに連続して上下方向に延び、その上端部からケース部材2の内側に向かって水平に延びる断面逆L字形の部材で、左右対称に形成されている。これら上部カバー14は、前後方向に細長に形成されており、同図に示すように、それぞれボルト15によりフレーム12の前記側壁部12bの上端部に固定されている。
前記一対(前後一対)の端面カバー16は、例えば矩形のブロック状の部材で、フレーム12の前後端面に図外のボルトで固定されている。
そして、フレーム12に対して上部カバー14および端面カバー16が組み付けられることにより、これらフレーム12等が協働して上記駆動機構等を収容するための空間をもつ前記ケース部材2を構成している。
このケース部材2の内部には、テーブル3と上記駆動機構とが配備されている。
具体的には、フレーム12の内底面に、左右方向に所定間隔を隔てて並ぶ一対のリニアガイド装置20が配備され、これらリニアガイド装置20に前記テーブル3が固定され、さらに駆動源としてのリニアモータがケース部材2内に組み込まれている。
各リニアガイド装置20は、前後方向に延びるレール21(案内レール)と、このレール21に鋼球22等からなるスライド軸受を介してスライド自在に装着されるスライダ23とから構成されており、レール21が互いに平行に並ぶ状態でフレーム12の底壁部12aに固定されている。すなわち、鋼球22の接するスライダ23の部分には前後方句に延びるスライド用溝が形成され、この溝の近傍に、スライダ23を貫通して前後方向に延びる鋼球循環路23cが穿設され、スライダ23の両端部にスライド用溝から鋼球循環路23cへ、鋼球循環路23cからスライド用の溝へ各鋼球22を導く不図示のガイド部材がそれぞれ配置されており、これらスライド用溝、鋼球循環路23c、ガイド部材および充填される複数の鋼球22からなる複数の機械要素によりスライド軸受が構成されている。なお、リニアガイド装置20は、レール21の底面からスライダ23の上面までの寸法h(図4参照)が高精度に設けられている。
そして、これらリニアガイド装置20の各スライダ23に乗った状態で、当該スライダ23に対して前記テーブル3が固定されている。
テーブル3は、平面視矩形の部材であって、上記スライダ23に固定されるテーブルベース31と、このテーブルベース31上に積層固定されるテーブル本体32とから構成されている。
テーブル本体32は、その左右両側部が前記上部カバー14を覆うように上部カバー14の上方に配置され、両上部カバー14の間に形成される開口部分を介してテーブルベース31に固定されており、テーブル本体32の上面には、その左右両端に、前後方向に延びる突条からなる取付座32aが形成されており、これら取付座32aに対して各種作業用部材がボルトで固定されるようになっている。
なお、テーブル本体32の上部であって両取付座32aの間の部分には、前後方向に延びるシャッタ部材17が設けられている。このシャッタ部材17は、テーブル本体32の前部、後部でそれぞれ両上部カバー14の上面に接触するように導かれ、かつその部分から前後両端までの間が、それぞれ両上部カバー14の上面に接触した状態で、前後両端が端面カバー16にそれぞれ固定されており、これによって両上部カバー14の間に形成される前記開口部分がシャッタ部材17により覆われるようになっている。テーブル3は、このシャッタ部材17が両上部カバー14の上面から離れることにより両カバー14の間を貫通し得るようになっており、シャッタ部材17は、テーブル本体32が移動したとしても、テーブル本体32以外の前後方向の部位では、両上部カバー14の間を塞ぐようになっている。なお、図1の平面図は、当該両上部カバー14およびシャッタ部材17の一部を取り除いて示している。
ケース部材2の内部に戻って、フレーム12の左右略中央には、マグネットプレート4が配置されている。このマグネットプレート4は、前後方向に細長い平板状のプレート部材41上に、プレート部材41側となる下面がS極、反プレート部材41側となる上面がN極となる状態と、下面がN極、上面がS極となる状態とを交互にとるように複数個の永久磁石42が並べて配列されたもので、永久磁石42が上向きになる状態でフレーム12に固定されている。より詳しくは、フレーム12の底壁部12a上面に、下向きに凹み、かつ前後方向に延びる溝部13aが形成され、この溝部13aの内底面に前記マグネットプレート4がボルトで固定されている。
一方、前記テーブルベース31のうち上記マグネットプレート4と対面する位置には、可動ブロック33が固定されている。この可動ブロック33は、複数の磁心を有するコイル(不図示)を具備したもので、これらコイルと上記マグネットプレート4の永久磁石42とが互いに対面(コイル中心の磁心の端面が対面)するようになっている。また、コイルは、図示されない基板に接続され、この基板及び当該基板に接続されたケーブルW1を介して図外の電源および制御回路に電気的に接続されるようになっている。
すなわち、上記コイルとマグネットプレート4とにより上記リニアモータが構成され、このリニアモータの駆動によりテーブル3が前記レール21に沿って移動するように構成されている。なお、ケース部材2の側面側には、屈曲自在なダクト部材6が隣接されており、上記ケーブルW1は、後述するセンサ制御用基板53のケーブルW2と共にこのダクト部材6に保持されるようになっている。
また、右側のリニアガイド装置20のレール21より外側(図2では右側)の位置には、磁気的に目盛りを記録したプレート状の磁気スケール50がレール21に沿ってフレーム12の底壁部12aに固定されている。そして、前記テーブル3の右端部に、MRセンサやホールセンサ等の磁気センサ52が配備されており、この磁気センサ52により磁気スケール50を読取ることによりテーブル3の位置が検出されるようになっている。前記磁気センサ52は、前記レール21の直ぐ側方であって、スライダ23の下面23aと底壁部12aとの間に形成される隙間S内に配置され、磁気スケール50は、底壁部12aであって上記磁気センサ52に対向する位置にそれぞれ配備されている。
磁気センサ52は、センサ制御用基板53と共にセンサホルダ54(以下、単にホルダ54という)に一体に組み付けられており、このホルダ54が前記テーブルベース31に組付けられることにより、当該テーブル3に固定されている。
ホルダ54は、図3および図4に示すように、前後方向に細長く、かつスライダ23に沿って上下方向に延びる厚板状の胴部54aと、その前後方向中央部分において胴部54aの上端および下端からケース内側に向かってそれぞれ延びる位置決め部54bおよびセンサ固定部54cとを具備しており、前記中央部分の断面がコ字形に形成されている。
磁気センサ52は、このホルダ54の前記センサ固定部54cの下面に固定(保持)されている。そして、同図に示すように、テーブルベース31に形成される切欠き31aに前記位置決め部54bが差し込まれた状態で、前記胴部54aが当該テーブルベース31の端面(側面)に突き当てられ、この状態で胴部54aに形成された図外の貫通穴にボルト51が側方(右方)から挿入され、さらにこのボルト51がテーブルベース31の端面に形成される図外のボルト穴に螺合挿入されることにより前記ホルダ54がテーブルベース31に固定されている。このようにホルダ54がテーブルベース31に固定されることにより、磁気センサ52が、センサ固定部54cと共にスライダ23の側方(右方)から前記隙間S内に挿入されて磁気スケール50に対向する位置に配備されている。
なお、ホルダ54は、位置決め部54bの下面からセンサ固定部54cまでの寸法が高い精度で形成されており、図2に示すように、位置決め部54bの下面をスライダ23の上面23bに当接させた状態でテーブルベース31に対して固定されている。これにより磁気センサ52がスライダ23に対して上下方向に位置決めされ、後述するように磁気センサ52と磁気スケール50との間に所定のクリアランスが確保されている。
ホルダ54の前記胴部54aには、詳しく図示していないが中空の基板収容部が設けられており、この基板収容部に前記センサ制御用基板53が配置されている。そして、このセンサ制御用基板53がケーブルW2を介して図外の電源及び制御回路に電気的に接続されるようになっている。なお、図4中、符号W3は、センサ制御用基板53と磁気センサ52とを接続するケーブルである。
ホルダ54の前記基板収容部は、図2に示すようにその側方(右方)からカバー56により覆われており、これによりセンサ制御用基板53が保護されるようになっている。このカバー56は、図4に示すように、ホルダ54の胴部54aに当接されており、この状態でカバー56に形成される図外の貫通穴にボルト57が側方(右方)から挿入され、さらにこのボルト57が胴部54aの側面に形成される図外のボルト穴に螺合挿入されることによりホルダ54に固定されている。
なお、フレーム12の前後方向一端側(図1では左側)であって一方側(図1では下側)の側壁部12bには、図3および図4に示すように、ホルダ54に対向する面に、外側(右方)に向かって凹むセンサ脱着作業用の凹部12cが形成されており、これによって後述するように磁気センサ52の脱着を容易に行えるようになっている。
以上のような当実施形態の単軸ロボット10によると、上記可動ブロック33内のコイルに流れる電流が制御されることにより、その電流と永久磁石42による磁界との相互作用によって生じる推力により、テーブル3が前後方向に移動する。そして、このような動作中に上記磁気センサ52で磁気スケール50が読取られることにより位置の検出が行われ、この検出に基づいてテーブル3の位置や移動速度の制御が行われることとなる。
なお、このような単軸ロボット10によると、上記の通り、磁気スケール50がスライダ23の下面23aとフレーム12の底壁部12aとの隙間S内に配備され、磁気センサ52および磁気スケール50とリニアガイド装置20とが左右方向にオーバラップしたコンパクトな配置構成となっているので、従来のこの種の単軸ロボット、つまりテーブルの側方に磁気センサ等とが並んでいるものと比べると単軸ロボット10を左右方向にコンパクト化(省スペース化)することができる。例えば、テーブル3の位置検出を高精度で行う場合には、磁気スケール50の磁気目盛りを細かくする分、これによる読取り精度の低下を補完するために磁気スケール50および磁気センサ52の幅(左右方向の寸法)を拡張することが行われるが、このような場合でも、上記のようにリニアガイド装置20と磁気センサ52等とを左右方向にオーバラップさせた配置構成となっているので、磁気センサ52等をコンパクトに配置して単軸ロボット10を左右方向にコンパクトに構成することができる。
しかも、フレーム12の右側の側壁部12bにはセンサ脱着作業用の凹部12cを設けているので、上記のようにスライダ23とフレーム12との間の隙間Sに磁気センサ52を配備しながらも当該磁気センサ52の脱着を比較的簡単に行うことができる。具体的には、例えば磁気センサ52を取外す場合には、凹部12cに対応する位置にテーブル3をセットし、前記ボルト51を緩めて上部カバー14を取り外した後、前記ボルト51を緩め、図4中に二点鎖線で示すように、ホルダ54を凹部12c内に引き出す。このようにすると磁気センサ52および前記センサ固定部54cがスライダ23側面より外側(図4では右方)に引き出されるので、この状態でホルダ54を上方に取り出すことにより、側壁部12bに邪魔されることなく磁気センサ52を容易にケース部材2の外に取り出すことができる。従って、リニアガイド装置20に対して側壁部12bを可及的に接近させ、これにより単軸ロボット10を左右方向にコンパクト化する一方で、磁気センサ52のメンテナンス性も良好に確保することができる。
また、この単軸ロボット10では、上記のようにリニアガイド装置20のスライダ23に対して磁気センサ52が上下方向に位置決めされる構成となっているので、磁気センサ52と磁気スケール50との間に要求されるクリアランスが精度良く確保され、磁気センサ52による検出とそれに基づく制御の精度が高められるという利点もある。
すなわち、フレーム12の底壁部12aのうちレール21が載置される部分から磁気スケール50が固着される部分までの高さ寸法は高い精度で設けられており、上記の通りリニアガイド装置20は、レール21の底面からスライダ23の上面23bまでの寸法が高い精度で設けられている。そのため、スライダ23に対して磁気センサ52を位置決めすることにより、フレーム12の底壁部12aと磁気センサ52との間のクリアランスが精度良く確保される。従って、磁気センサ52と磁気スケール50との間に求められるクリアランスを精度良く確保することができ、その結果、磁気センサ52による感度のバラツキが無くなり、磁気センサ52による検出とそれに基づく制御の精度が高められることとなる。
なお、以上説明した単軸ロボット10は、本発明に係る一軸アクチュエータの一種を構成する単軸ロボットの一例であって、その具体的構造は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、実施形態では、リニアモータを適用した駆動機構によりテーブル3を駆動するようにしているが、ボールねじ機構を適用してもよい。つまり、前後方向に延びるボールねじ軸をケース部材2内に支持するとともに当該ボールねじ軸をテーブル3に螺合挿入し、このボールねじ軸をモータにより回転駆動することによりテーブル3を前後方向に移動させる機構を採用してもよい。要するに、テーブル3の駆動機構は、リニアガイド装置20によりテーブル3を案内しながら移動させるものであれば、種々の機構が適用可能である。
また、リニアモータとしては、実施形態のもの以外に、例えばN,Sの磁極が交互に逆向きに位置するように前後方向に配列された多数個の環状の永久磁石を有したシャフト部材と、このシャフト部材を囲繞するように、コイルを具備した筒状の可動ブロックとを備え、この可動ブロックが前記テーブル3に固定されるものであってもよい。
また、実施形態では、ホルダ54をテーブル30に固定しているが、ホルダ54をスライダ23に直接固定するようにしてもよい。この場合、実施形態のように、ボルト51によりホルダ54を側方(右方)から固定する以外に、上方から固定するようにしてもよい。但し、ホルダ54を側方から固定する構成によると、磁気センサ52(ホルダ54)の脱着作業を、テーブル3やこれに搭載される作業用機器に邪魔されることなく単軸ロボット10の側方(右方)から行うことが可能となるためメンテナンス性が良いというメリットがある。
また、上記実施形態では、一軸アクチュエータの一種を構成する単軸ロボットについて説明したが、本発明の一軸アクチュエータは、例えば基板上に部品を搬送して実装する所謂実装機の基台をベース部材として構成されるものであってもよい。すなわち、本発明の一軸アクチュエータは、ベース部材が機械の構成部品を兼ねるものであって、この構成部品兼用のベース部材上に直接固定される案内レールおよびこのレールに移動自在に装着されるスライダを具備したリニアガイド装置と、このスライダに固定されるテーブルと、このテーブルの位置を検出する位置検出手段とにより構成され、このような一軸アクチュエータにおいて上記各種実施形態の構成を採用したものであってもよい。
本発明に係る一軸アクチュエータを構成する単軸ロボットの概略を示す平面図である。 単軸ロボットの概略を示す断面図(図1のII−II断面図)である。 テーブルに対する磁気センサ(ホルダ)の取付け構造を示す図1の要部拡大図である。 テーブルに対する磁気センサ(ホルダ)の取付け構造を示す図2の要部拡大図である。
符号の説明
2 ケース部材
3 テーブル
4 マグネットプレート
10 単軸ロボット
20 リニアガイド装置
21 レール
23 スライダ
31 テーブルベース
32 テーブル本体
33 可動ブロック
50 磁気スケール
52 磁気センサ
54 センサホルダ

Claims (5)

  1. ベース部材と、このベース部材に固定される案内レールおよびこのレールに移動自在に装着されるスライダを具備したリニアガイド装置と、前記スライダに固定されるテーブルと、前記ベース部材に固定される磁気スケールおよびこの磁気スケールを読取る磁気センサを有する位置検出手段とを備えた一軸アクチュエータにおいて、
    前記磁気センサは、前記スライダの下面とベース部材との間に形成される隙間に配備され、前記磁気スケールは、前記ベース部材上の前記磁気センサに対向する位置に配備されていることを特徴とする一軸アクチュエータ。
  2. 請求項1に記載の一軸アクチュエータにおいて、
    ベース部材上に、互いに平行に配置される複数のリニアガイド装置を備え、
    前記磁気センサは、これらリニアガイド装置の並び方向における最も外側のリニアガイド装置のスライダとベース部材との間に形成される前記隙間であって、かつ当該リニアガイド装置の案内レールよりも外側の隙間に配備されていることを特徴とする一軸アクチュエータ。
  3. 請求項2に記載の一軸アクチュエータにおいて、
    ベース部材上に一対のリニアガイド装置が互いに平行に配置され、これらリニアガイド装置の間に、N極及びS極の磁性を有する磁石が前記案内レールの長手方向に交互に配列されるマグネット配列部およびこのマグネット配列部に対向するように前記テーブルに固定されるコイル部を具備したリニアモータが配置されていることを特徴とする一軸アクチュエータ。
  4. 請求項2又は3に記載の一軸アクチュエータにおいて、
    前記並び方向における両外側のリニアガイド装置の外側に側壁部を有するものであって、この側壁部のうち前記リニアガイド装置に対向する面に、磁気センサを前記隙間から前記並び方向に取出し可能とする凹部が形成されていることを特徴とする一軸アクチュエータ。
  5. 請求項2乃至4の何れかに記載の一軸アクチュエータにおいて、
    前記磁気センサを保持し、前記スライダ又はテーブルからなる可動部分に固定されるセンサホルダを有し、
    このセンサホルダが前記可動部分に当接され、前記並び方向における外側から当該センサホルダに形成される貫通孔にボルトが挿入され、このボルトが前記可動部分に形成されるねじ穴に螺合挿入されることにより、前記磁気センサが、前記センサホルダを介して前記可動部分に固定されていることを特徴とする一軸アクチュエータ。
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