JP2008128401A

JP2008128401A - 防水・防塵構造

Info

Publication number: JP2008128401A
Application number: JP2006315576A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Kawai; 知彦河合; Kenzo Ebihara; 建三蛯原; Hiroshi Minami; 弘志見波
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-05
Also published as: US20080138190A1; EP1925861A2; CN101187426A; EP1925861A3

Abstract

【課題】装置の内外を遮断する液溜めの液体による防水・防塵構造の改良であり、前記液体を利用して、運動部材の振動を抑制する等の運動制御特性を向上させる。
【解決手段】静止部材１０と運動部材２０間に間隙３０を形成し、該間隙３０の入口に相当する部分に、液溜め１３を設ける。液溜め１３中に粘度の高い液体ＬＱを保持する。運動部材２０の先端部２１は液体ＬＱ中に浸漬されたまま運動する。液体ＬＱで装置の内外が遮蔽され、異物の進入を防止できる。液体ＬＱの粘度が高いから、運動部材２０の運動を停止させる際に発生する振動を抑制できる。又、制動作用もよくなり、運動部材の運動制御特性が向上する。また、液体ＬＱの粘度を電圧の印加によって変えることによって、運動部材が運動しているときは低粘度とし、停止させるときに高粘度とすることにより、運動部材の運動制御特性を向上させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、静止部材と運動部材で構成される機構を持つ装置の防水・防塵構造に関し、例えば工作機械のように、高精度な運動を要求される運動部材を持つ機構を備えた装置等に適用される防水・防塵構造に関する。

工作機械における可動機構のように、高精度な運動を要求される運動部材を持つ機構においては、運動部材の運動を阻害しないために、静止部材と運動部材を固体接触させないことが望ましい。ところが、静止部材と運動部材を固体接触させないということは、両部材間に隙間が存在することを意味し、その隙間を通って工作機械等の装置内への液体や微粒子の進入を防ぐ必要性が生じることになる。このような静止部材と運動部材の隙間から、装置内への液体や微粒子の進入を防ぐ上で有効な防水・防塵構造としては、互いに固体接触させない静止部材と運動部材の間にできる隙間領域を、微小な空隙とするラビリンス構造を設けることが従来から知られている。

図１は、従来技術に係るラビリンス構造を断面図で示したものである。同図において、符号１、２は、それぞれ静止部材及び運動部材を表わし、両部材間に間隙３が形成されている。静止部材１に対する運動部材２の運動方向は、通常、（１）紙面と垂直な水平方向、あるいは、（２）図中上下方向であるが、一般的に言えば間隙３を一定に維持できる方向であり、適用される機構によっては、（１）、（２）を合成したような運動方向（斜め上方向）であることもあり得る。

このようなラビリンス構造は、静止部材１と運動部材２の間の間隙３が僅かであり、且つ、部材相互の接触が許されないため、それぞれの部材（あるいは同部材を構成する部品）には高い形状精度が要求され、また、組付ける精度も高くしなければならない。また、間隙３より、塵埃等の微粒子や水分ミスト等が装置の内側へ進入し、装置内部を汚染する可能性がある。場合によっては狭い間隙３の内壁に微粒子やミスト中の成分が付着し、運動部材２の円滑な運動を阻害することも起こり得るという問題があった。

そこで、図２に示すように、静止部材１０と運動部材２０間に間隙３０を形成し、該間隙３０の入口に相当する部分に、静止部材１０の内側立壁部１１と外側立壁部１２で挟まれた液溜め１３を設け、同液溜め１３中に液体ＬＱを保持し、運動部材２０の先端部２１が液体ＬＱ中に浸漬されたまま運動するようにした、防水・防塵構造が提案されている。このような防水・防塵構造は、装置内外を液体で完全に遮蔽し、異物の進入を防止でき、かつ、静止部材と運動部材の間の間隙を、従来のラビリンス構造よりも比較的大きくすることができるので、静止部材、運動部材の加工形状精度、組付け精度を高精度にする必要がないという利点がある（特許文献１参照）。

特開２００６−２６６４１５号公報

本発明は、上述した特許文献１に記載された防水・防塵構造の改良に関するものであり、この液溜めに貯留した液体を利用して、運動部材の運動制御特性を向上させることにある。運動部材の停止時の振動を抑制すること、運動部材を停止させるときの制動をよくすること、運動部材の運動を容易にすること、さらには、この防水・防塵構造を用いた装置の配置姿勢の自由度を向上させること等を目的とするものである。

本願発明は、静止部材と、該静止部材と隙間領域を隔て非接触で運動する運動部材を有する装置の防水・防塵構造であって、さらに、前記隙間領域が装置内部と外部の境界を構成し、該隙間領域に液体を溜める液溜まりを設けて、該液体により前記装置の内部を外部から遮蔽した構造を有する防水・防塵構造を改良したものである。請求項１に係る発明は、前記液溜まりに保持される液体を高粘度の液体で構成することによって、運動部材の停止時に発生する振動を抑え、又、制動作用も加わるようにして運動部材の運動制御特性を向上させた。

又、請求項２に係る発明は、前記液体を電圧印加により粘度が変化する電気粘性流体とし、さらに、前記静止部材と運動部材間の電気粘性流体に電圧を印加する電圧印加手段を設けて、運動体が停止するとき液体の粘度を高くしてブレーキ作用が働くようにし、かつ振動発生を抑制した。さらに、請求項３に係る発明は、前記運動部材を回転部材とし、前記液溜まりに液体の流れを生成する為の液体供給口と、供給された液体を排出する液体排出口を設け、液体供給口に液体を流入させることにより生じる流体の流れる力を前記回転部材に作用させるようにした。又、請求項４に係る発明は、前記液体を磁性流体で構成し、前記液溜まりの底部に磁石を配置して、前記装置が傾いても、液体がこぼれることがないようにした。

請求項１に係る発明では、液体を粘度の高いものとしたから、運動部材は運動を停止する際に発生する振動を抑制することができる。又、液体はブレーキとしても作用し、運動部材の運動制御特性を向上させることができる。
又、請求項２に係る発明では、電圧の印加／非印加によって、液体の粘度が低い状態で運動部材を運動させ、運動を停止させる際には、液体の粘度を高い状態にすることによって、液体をブレーキとして作用させ、又、停止の際の振動を抑制することによって、運動部材の運動制御特性を向上させた。
請求項３に係る発明は、液溜まりの液体が流れる流体の力が回転部材に作用して、回転部材を回転させる、又は、回転部材の回転を促進させるので、回転部材の運動制御特性が向上する。
請求項４に係る発明は、装置が傾いても、磁性液体は磁石で引き付けられ、こぼれないので、装置の配置姿勢の自由度が向上する。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図３は、本発明に係る防水・防塵構造を回転軸機構に適用した第１の実施形態であり、図３（ａ）は、回転軸に沿った破断斜視図、図３（ｂ）は、同回転軸に沿った垂直断面視図である。本実施形態では、運動部材は、回転軸Ａ−Ａ’周りで回転自在に支持された回転軸部材５０である。なお、回転軸部材５０を回転自在に支持する軸受機構は本図では省略されており、例えば図示されている部分の下方に設けられている。

この実施形態は、図２に示した、装置の内外を遮断する液溜めに貯留された液体を粘度の高い液体とする点に特徴を有するものである。
回転軸部材５０は、その全周にわたって周回延在する外周垂下部５１を有し、その略下半部が静止部材４０の内側立壁部４１と外側立壁部４２の間に嵌合されている。従って、静止部材４０の内側立壁部４１と運動部材５０の外周垂下部５１の間に間隙６０が形成されている。そして、装置の外側から見てこの間隙６０の入口に相当する部分には、内側立壁部４１と外側立壁部４２の各下端周辺部で囲まれた液溜め４３が設けられ、同液溜め４３中に液体ＬＱが保持されている。回転軸部材５０の外周垂下部５１の下端は、液体ＬＱ中に浸漬されている。
本実施形態では、この液体ＬＱとして、粘度の高い液体を用いるものである。例えば、粘度の高いシリコンオイルが用いられる。

回転軸部材５０は、その外周垂下部５１の下端を液溜め４３の液体ＬＱ中に浸漬された状態で軸線Ａ−Ａ’周りで回転する。従って、この液溜め４３が保持する液体ＬＱは、装置の外側から見て間隙６０の入口に相当する部分を閉塞する蓋の役割を果たし、装置の内側の領域は装置の外側の領域に対して遮蔽され、ミスト、塵埃等の異物が装置の内部に進入できなくなる。

又、液体ＬＱの粘度が高いことから、回転軸部材５０の回転運動が停止する際に発生する振動を抑制することができ、さらには、制動作用もあり、回転軸部材５０の運動制御特性をよくすることができる。
さらに、間隙６０を比較的広く取ることができ、静止部材４０、回転軸部材５０の加工精度も高くする必要がなく、組付け精度に対する要求も緩和される。

図４は、本発明に係る防水・防塵構造を運動方向自由度の大きな可動機構に適用した第２の実施形態であり、図４（ａ）は、この簡略斜視図、図４（ｂ）は、垂直断面視図である。本実施形態での運動部材８０は、上下方向、水平方向、回転のいずれの運動も許容された浮動的な動きをする運動部材である。該運動部材８０は、装置の内部に向かって延在する柱状部８１、屋根部８２、その全周にわたって周回延在する外周垂下部８３を有し、外周垂下部８３の略下半部が静止部材７０の内側立壁部７１と外側立壁部７２の間に嵌合されている。従って、静止部材７０の内側立壁部７１と運動部材８０の外周垂下部８３の間に形成される間隙９０が形成され、この間隙９０の部分には、内側立壁部７１と外側立壁部７２の各下端周辺部で囲まれた液溜め７３が設けられ、該液溜め７３中にシリコンオイル等の粘度の高い液体ＬＱが保持されている。運動部材８０の外周垂下部８３の下端は液体ＬＱ中に浸漬され、この浸漬された状態で、運動部材８０は上下方向、水平方向及び回転、あるいはこれらを組み合わせた運動を行うものである。

この第２の実施形態においても、液溜め７３が保持する液体ＬＱによって、ミスト、塵埃等の異物が装置の内部に進入するのを防止し、かつ、液体ＬＱの粘度によって、運動部材８０が運動を停止するとき生じる振動を抑制するものである。又、制動作用もあり、回転軸部材５０の運動制御特性をよくすることができる。
さらに、間隙９０を広くできるで、静止部材７０、運動部材８０に要求される形状精度も低くなり、組付け精度に対する要求も緩和されるものである。

図５は、本発明に係る防水・防塵構造を可動機構に適用した第３の実施形態であり、図５（ａ）は、この簡略斜視図、図５（ｂ）は、垂直断面視図である。可動機構としては、図４に示した第２の実施形態と同じであるが、この第３の実施形態では、液溜め７３が保持する液体ＬＱを電気粘性流体（ＥＲ流体）とすることと、静止部材７０と運動部材８０に電位差を生じさせるための電圧印加手段９１を設けた点で相違するものである。電気粘性流体としては、例えば、株式会社ERテック社製の「均一系ER流体：タイプA」等がある。なお、第２の実施形態と同等の要素部材には、同一符号を使用している。

電圧印加手段９１は静止部材７０と運動部材８０間に接続され、電源９１ａと該電源９１ａの電圧を静止部材７０と運動部材８０に印加するためのスイッチ９１ｂで構成されている。スイッチ９１ｂをオンさせて静止部材７０と運動部材８０間に電圧を印加したときと、オフさせて電圧を印加しないときでは、電気粘性流体ＬＱの粘度が変わることから、運動部材８０を運動させるときには、粘度の低い状態で行い、運動部材８０の運動を停止させるときには、電気粘性流体ＬＱの粘度を高い状態に切換え、該流体ＬＱによって、運動部材８０に対してブレーキ作用を発生させる、かつ停止時の振動の発生をも抑制する。
他の作用効果は、第２の実施形態と同じである。

図６は、本発明に係る防水・防塵構造を回転軸機構に適用した第４の実施形態である。この第４の実施形態は、回転軸部材５０と静止部材４０で形成される回転軸機構としては、前述した第１の実施形態と概略同じであり、相違する点は、静止部材４０の外側立壁部４２に、静止部材４０の内側立壁部と外側立壁部４２との間に形成された液溜めに液体を供給する液体供給口４４ａと液体排出口４４ｂを備えていることと、液溜め４３中に保持される液体ＬＱは、特許文献１に記載された発明のように、加工液や流体軸受で使用される液体等の粘度が格別高くはない液体ＬＱを使用した点で第１の実施形態と相違するものである。なお、第１の実施形態と同等の要素部材には、同一符号を使用している。

回転軸部材５０を回転させるときには、液体供給口４４ａより液体ＬＱに圧力をかけて液溜め４３に供給し、液体排出口４４ｂより取り出す。これによって、液溜め４３に流れが発生し、この液体ＬＱの流れる力が回転自在の回転軸部材５０に作用し回転させることになる。この液体ＬＱの供給を回転軸部材５０を回転させる駆動源としても、又は、この回転軸部材５０を回転させる駆動源を別に設け、液体ＬＱによる回転軸部材５０を回転させる力は補助として用いてもよいものである。さらに、液体の流れによる力を効率よく伝達させるために、回転軸部材５０にタービン状の羽根を形成してもよい。

又、回転軸部材５０を逆転させるときは、液体供給口４４ａと液体排出口４４ｂを逆にして、液体排出口４４ｂより圧力をかけて液溜め４３に液体ＬＱを供給し、液体排出口４４ｂより取り出すようにすればよい。

図７は、本発明の本発明に係る防水・防塵構造を回転軸機構に適用した第５の実施形態の回転軸に沿った断面視図である。この第５の実施形態は、液体ＬＱとして磁性流体（例えば、株式会社シグマハイケミカル社製磁性流体A-200など）を用い、静止部材の液溜まり近傍に磁石を配置し、該磁石で磁性流体を保持するようにしたものである。この第５の実施形態では、第１の実施形態における回転軸機構と同じ機構を用いるものであり、同一部材は第１の実施形態と同じ符号を付している。

液溜め４３には、磁性流体ＬＱが保持され、該液溜め４３の底部には磁石が配置されている。この実施形態では、液溜め４３の底部を形成する静止部材４０の板の反対側に磁石６１が配設されている。そのため、液溜め４３に貯留された磁性流体ＬＱは、この磁石６１で吸引されることから、図７に示すように、液溜め４３の開口（回転軸部材５０の外周垂下部５１が挿入される側）が、上方向ではなく、水平方向に向くように、この回転軸機構を有する装置を傾けても、磁性流体ＬＱが液溜め４３からこぼれでない。
これによって、この第５の実施形態の防水・防塵構造を用いた装置は、その配置姿勢の自由度を拡大することができるものである。

従来の防水・防塵構造として用いられるラビリンス構造を示す断面図である。本発明を適用する防水・防塵構造の基本形の断面図で示したものである。本発明に係る防水・防塵構造を回転軸機構に適用した第１の実施形態の破断斜視図、及び、回転軸に沿った垂直断面視図である。本発明に係る防水・防塵構造を運動方向自由度の大きな可動機構に適用した第２の実施形態の簡略斜視図、及び、垂直断面視図である。本発明に係る防水・防塵構造を可動機構に適用した第３の実施形態の簡略斜視図、及び、垂直断面視図である。本発明に係る防水・防塵構造を回転軸機構に適用した第４の実施形態の斜視図である。本発明に係る防水・防塵構造を回転軸機構に適用した第５の実施形態の回転軸に沿った垂直断面視図である。

符号の説明

１、１０、４０、７０静止部材
２、２０運動部材
３、３０、６０、９０間隙
１１、４１、７１内側立壁部
１２、４２、７２外側立壁部
１３、４３、７３液溜め
４４ａ液体供給口
４４ｂ液体排出口
５０回転軸部材（運動部材）
５１、８３外周垂下部
６１磁石
８０運動部材（浮動的な運動をする部材）
８１柱状部
８２屋根部
９１電圧印加手段
ＬＱ液体

Claims

静止部材と、該静止部材と隙間領域を隔て非接触で運動する運動部材を有する装置の防水・防塵構造であって、前記隙間領域が装置内部と外部の境界を構成し、該隙間領域に液体を溜める液溜まりを設けて、該液体により前記装置の内部を外部から遮蔽した構造を有する防水・防塵構造において、前記液溜まりに保持される液体を高粘度の液体で構成したことを特徴とする防水・防塵構造。
静止部材と、該静止部材と隙間領域を隔て非接触で運動する運動部材を有する装置の防水・防塵構造であって、前記隙間領域が装置内部と外部の境界を構成し、該隙間領域に液体を溜める液溜まりを設けて、該液体により前記装置の内部を外部から遮蔽した構造を有する防水・防塵構造において、前記液溜まりに保持される液体を電圧印加により粘度が変化する電気粘性流体とし、前記静止部材と運動部材間の電気粘性流体に電圧を印加する電圧印加手段を備える防水・防塵構造。
静止部材と、該静止部材と隙間領域を隔て非接触で運動する回転部材を有する装置の防水・防塵構造であって、前記隙間領域が装置内部と外部の境界を構成し、該隙間領域に液体を溜める液溜まりを設けて、該液体により前記装置の内部を外部から遮蔽した構造を有する防水・防塵構造において、前記液溜まりに液体の流れを生成するための液体供給口と、供給された液体を排出する液体排出口を設け、液体供給口に液体を流入させることにより生じる流体の流れる力を前記回転部材に作用させるようにしたことを特徴とする防水・防塵構造。
静止部材と、該静止部材と隙間領域を隔て非接触で運動する運動部材を有する装置の防水・防塵構造であって、前記隙間領域が装置内部と外部の境界を構成し、該隙間領域に液体を溜める液溜まりを設けて、該液体により前記装置の内部を外部から遮蔽した構造を有する防水・防塵構造において、前記液溜まりに保持される液体を磁性流体で構成し、前記液溜まりの底部に磁石を配置したことを特徴とする防水・防塵構造。