JP2010138981A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 このアクチュエータは，フレームとスライダ本体を軽合金の押出加工で成形し，フレームにおける第１軌道部材の固着を簡潔な構造に構成し，フレームとスライダ本体との間に上面シールを配設する。
【解決手段】このアクチュエータは，両側壁にアリ溝形状の第１軌道部材溝４１と舌部２２が形成された断面Ｕ字形状の長尺状のフレーム１，矩形形状の第２軌道部材溝４２が形成されたスライダ本体５を備えたスライダ２，及びフレーム１に対してスライダ２を移動自在に駆動する駆動装置５３を有する。第１軌道部材溝４１に嵌入された第１軌道部材１１はフレーム１のアリ溝形状と相補形状のテーパ部２６と凹部３０から成るアリ形状に形成され，第２軌道部材溝４２に嵌入された第２軌道部材１２は矩形形状と相補形状の矩形形状に形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は，例えば，組立装置，測定装置，半導体製造装置等に使用されるフレーム，スライダ及び駆動装置を備えたアクチュエータに関する。

近年，アクチュエータは，物体を直線上に駆動案内するスライド装置を適用したアクチュエータが広範囲に利用され，更に，軽量で，断面高さが小さく，コンパクトな構造のものが求められている。このようなアクチュエータは，組立装置，測定装置，機械装置，産業用ロボット，半導体製造装置等に使用されている。

従来，基台と基台に対して摺動可能なスライダから成るアクチュエータが知られている。該アクチュエータは，軽合金の押出加工により成形された基台及びスライダで構成され，基台には基台側レールが装着され，スライダには基台側レールと断面同形状のスライダ側レールが装着されている。一対の基台側レールとスライダ側レールは，研削や塑性加工により成形され，所定位置に熱処理や硬化処理により転動体転走溝を加工し，その状態で基台側溝とスライダ側溝に装着固定され，更に転動体転走溝に研削加工を施して横断面形状をゴッシクアーチ上に形成されている（例えば，特許文献１参照）。

また，リニアガイド装置におけるガイドレールを，ガイドレール本体とレール部材から構成した結合体で構成することが知られている。該結合体は，レール部材のつば部材をガイドレール本体に予め形成されている係合溝内に挿入した後に，ガイドレール本体及びレール部材との組付体に引抜き加工を施し，レール部材に荷重を付加したものである（例えば，特許文献２参照）。

また，ベースに形成した溝にレールを配設し，スライダに形成した溝にガイド部材を配設した軌道構成体と移動体とから成る直動案内装置が知られている。該直動案内装置は，軌道構成体に形成した転動体溝と転動体との接触角θを，３０°から４０°の間の範囲に設定したものであり，θは転動体の中心を通る水平線と，転動体と転動体溝との接触点と転動体の中心を結ぶ線とのなす角度としたものである（例えば，特許文献３参照）。
特開平８−１２６２４７号公報 特開平１１−１５９５２９号公報 特開平６−２７２７１３号公報

しかしながら，上記の従来例のアクチュエータは，全体的に大型なものに形成されている。近年，１軸方向に駆動案内するアクチュエータは，益々軽量にしてコンパクトなものが求められ，且つ安価なものが要望されている。アクチュエータのコンパクトなものとしては，断面高さが小さいものが要望されており，且つ簡潔な構成方法にして安価なものが要望されている。

この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，組立装置，測定装置，半導体製造装置等の各種の装置に適用され，フレームが機台等のベース上に取り付けられ，スライダ上に取り付けられたワーク，機器等の部品をベースに対して１軸方向に案内駆動し，軽量にしてコンパクトで且つ安価に形成され，機械装置全体をスリムなものに構成したアクチュエータを提供することである。

この発明は，底壁と該底壁の両側から立設された一対の側壁とによって断面Ｕ字形状に形成された長尺状のフレーム，前記フレームの前記側壁間の長手方向に沿って転動体を介して移動可能に配設されたスライダ本体を備えたスライダ，及び前記フレームに対して前記スライダを移動自在に駆動する駆動装置を有し，それぞれの前記側壁の内側には前記転動体が転走する第１軌道溝が形成された第１軌道部材が固着され，前記側壁に対向する前記スライダ本体のそれぞれの側面には前記第１軌道部材の前記第１軌道溝に対向して第２軌道溝が形成された第２軌道部材が固着されたことから成るアクチュエータにおいて，
前記側壁には，アリ溝形状に形成された第１軌道部材溝と前記第１軌道部材溝の上面を形成する舌部が設けられ，
前記第１軌道部材は，前記第１軌道部材溝の前記アリ溝形状と相補的になるテーパ部と前記テーパ部に続く凹部から成るアリ形状に形成され，
前記第１軌道部材は，前記側壁の前記第１軌道部材溝に挿入されて前記舌部により圧着され，前記舌部の先端部が前記凹部内に係着することで前記第１軌道部材溝に固着されていることを特徴とするアクチュエータに関する。

このアクチュエータは，前記フレームの軽合金の押出加工により前記フレームに前記アリ溝形状の前記第１軌道部材溝及び前記舌部が成形され，前記スライダ本体の軽合金の押出加工により前記スライダ本体に断面矩形形状の第２軌道部材溝と前記第２軌道部材溝に沿って延びるシール溝が成形されているものである。

また，このアクチュエータは，前記側壁には前記舌部を形成するために前記舌部に隣接する上部にＶ字形状の凹溝が成形され，前記凹溝には前記スライダ本体の前記シール溝に取り付けられた上面シールのリップ部が挿入密接されているものである。

また，このアクチュエータは，前記第１軌道部材のステンレス鋼の引抜加工により前記フレームの前記アリ溝形状に相補的になる前記テーパ部と前記凹部から成る前記アリ形状に成形され，前記第２軌道部材のステンレス鋼の引抜加工により前記スライダ本体の前記矩形形状の前記第２軌道部材溝に相補的になる矩形形状に成形されているものである。

この発明によるアクチュエータは，上記のように構成されており，軽合金の押出加工によってフレーム及びスライダ本体が成形され，フレーム及びスライダ本体のそれぞれに第１軌道部材及び第２軌道部材を強固に固着した構造に構成され，特に，フレームに対する第１軌道部材を簡潔で強固な固着構造に構成したものであり，フレームとスライダ本体との間に上面シールを的確に配設し易い構造に構成したものであり，軌道溝間の軌道路への密封状態を堅持できる。また，フレームに形成した第１軌道部材溝はアリ溝形状であり，該アリ溝形状の第１軌道部材溝に固着する第１軌道部材はアリ形状であるので，フレームへの第１軌道部材の固着状態が安定して耐変形性に富み，しかも堅固に固着することができる。これに対して，スライダに形成した第２軌道部材溝は断面矩形形状であるので，スペースが狭い小型のスライダであっても，スライダに第２軌道部材溝を適正に高精度に形成することができ，しかもスライダへの第２軌道部材の取り付けが容易に的確に固着することができる。

以下，図面を参照して，この発明によるアクチュエータの一実施例を説明する。図１及び図２に概略的に示すように，この発明によるアクチュエータは，長尺状でなるフレーム１，フレーム１に対して長手方向になる１軸方向に沿って移動するスライダ２，及びスライダ２を駆動するモータ３を備えた駆動装置５３から構成されている。駆動装置５３は，両端をエンドサポート１０とモータサポート１３とで軸受（図示せず）を介して回転自在に支持されたねじ軸７とねじ軸７に螺合し且つスライダ２に配設されたナット６とから成るボールねじ５４，及びねじ軸７を回転駆動するモータ３から構成されている。フレーム１は，ベース等に固着するために取付け用ねじ孔１４が長手方向に隔置して形成されている。

このアクチュエータにおいて，特に，フレーム１と，スライダ２の主体を成すスライダ本体５とは，軽合金素材を押出加工により成形されて構成され，軽量化されており，加工コストが小さいものになっている。また，フレーム１に固着する第１軌道部材１１と，スライダ本体５に固着する第２軌道部材１２とは，ステンレススチール等の鋼素材を引抜加工により成形されて構成され，軌道溝を高強度に形成できるものになっている。

まず，このアクチュエータにおいて，フレーム１は，アルミニウム合金等の軽合金の素材を押出加工により，底壁８と底壁８の両側に沿って立設して延びる一対の側壁９とで図２に示す断面Ｕ字形状に成形されると共に，第１軌道部材溝４１，第１軌道部材溝４１の上方の凹溝２３，底壁８の底面における逃げ溝６１，側壁９の外面に形成されたＴ字形状溝１９等からなる外形輪郭が同時に成形される。また，スライダ本体５は，アルミニウム合金等の軽合金の素材の押出加工により，図２に示す断面形状と共に，第２軌道部材溝４２，シール溝３５，ナット６をスライダ本体５に取り付けるためのナット用孔１７，肉盗みの空孔１８等からなる外形輪郭が同時に成形される。フレーム１とスライダ本体５とを押出加工した後に，フレーム１は，所定長さに切断加工され，次いで取付け用ねじ孔１５，部品用ねじ孔等が加工されて完成し，また，スライダ本体５は，所定長さに切断加工され，次いで転動体（ボール）が転走するリターン孔１６，取付け用ねじ孔１５，部品用ねじ孔等が加工されて完成する。

このアクチュエータは，概して，底壁８と底壁８の両側に沿って立設された一対の側壁９とで断面Ｕ字形状に形成された軽合金の押出加工により成形されて成る長尺状のフレーム１，フレーム１の側壁９間の長手方向に沿ってボールで成る転動体２０を介して移動可能に配設された軽合金の押出加工により成形されて成るスライダ本体５を備えたスライダ２，及びフレーム１に対してスライダ２を移動自在に駆動する駆動装置５３を有し，フレーム１の側壁９の内側には転動体２０が転走する軌道溝３３が形成された第１軌道部材１１が固着され，また，側壁９に対向するスライダ本体５の側面５８には第１軌道部材１１の軌道溝３３に対向して軌道溝３４が形成された第２軌道部材１２が固着されている。

このアクチュエータは，特に，図３に示すように，フレーム１の側壁９には，押出加工によりアリ溝形状になる第１軌道部材溝４１と第１軌道部材溝４１の一方になる上部に隣接する，言い換えれば，第１軌道部材溝４１の上面を構成する舌部２２が形成されている。第１軌道部材１１は，第１軌道部材溝４１のアリ溝形状のテーパ部２４，２６と相補的即ち相補的形状になるテーパ部３８，４３及びテーパ部３８，４３に隣接して凹部３０が形成されている。第１軌道部材１１は，側壁９の第１軌道部材溝４１に挿入されて舌部２２により圧着され，舌部２２の先端部が凹部３０内に係着することによって，フレーム１の第１軌道部材溝４１に固着されている。また，このアクチュエータは，フレーム１の側壁９には，舌部２２を形成するため，舌部２２に沿って上方に延びるＶ字形状の凹溝２３が成形されており，凹溝２３にはスライダ本体５に取り付けられた上面シール２１のリップ部３１が挿入されて凹溝２３の壁面に密接され，シール機能を果たすことができるように構成されている。

図４に示すように，フレーム１に第１軌道部材１１を取り付けるため，フレーム１の側壁９を形成する側面５７には，第１軌道部材溝４１が成形により形成されている。即ち，第１軌道部材溝４１は，フレーム１の側面５７に押出加工により長手方向に沿って成形されている。第１軌道部材溝４１は，アリ形状に形成された第１軌道部材１１がフレーム１の一端側から挿通して固着できるアリ溝形状に形成されている。第１軌道部材溝４１のアリ溝形状は，具体的には，溝入口部より溝奥部に向かって溝幅が次第に幅広になる上部のテーパ部２４と下部のテーパ部２６に形成され，テーパ部２４，２６から所定の溝幅で平行部になる平面部２５，２７が形成されて溝底に至り，該溝底は平面部２５，２７に垂直な垂直面部２８に形成され，垂直面部２８の中央位置には接着剤等のため逃げ溝６２が形成されている。また，第１軌道部材溝４１の一方側だけの上部に，横断面図に示すように，第１軌道部材溝４１の上面を形成する舌部２２が形成されている。更に，フレーム１には，舌部２２を塑性変形させるための工具を挿入できると共に上面シール２１が挿入できるように，舌部２２の上部にＶ字状の凹溝２３が形成されている。言い換えれば，フレーム１の押出加工において，第１軌道部材溝４１の上部のテーパ部２４から所定間隔を有して凹溝２３を成形することによって，残部の肉部として舌部２２がフレーム１に成形されることになる。

図５には，フレーム１に配設される第１軌道部材１１を構成する半製品の引抜部材１１Ｓが示されている。引抜部材１１Ｓは，ステンレス鋼等の鋼製素材を引抜加工により長手方向に沿って成形されたものであり，更に，研削等の加工をして第１軌道部材１１に仕上げられる。第１軌道部材１１になる引抜部材１１Ｓは，図４に示す第１軌道部材溝４１に嵌入可能な相補的形状になる横断面が略台形状に成形されている。具体的には，引抜部材１１Ｓは，図５の横断面で示すように，上下面がテーパ部３８，４３に形成され，側面５１，５６が長辺の側面５１及び短辺の側面５６になり，短辺の側面５６の中央位置には加工後に軌道溝３３となる半円凹形状の成形軌道溝４０が形成され，上下面の短辺側には平行部２９が形成され，平行部２９に続くテーパ部３８，４３へ向かって段状に凹んでなる凹部３０がそれぞれ形成され，凹部３０に続きテーパ部３８，４３が形成され，テーパ部３８，４３に続いて長辺側に所定幅になる平行部でなる平面部３９，４４が形成されており，長辺は垂直面になる平面の側面５１に形成されている。更に，第１軌道部材１１に形成されたテーパ部３８，４３は，フレーム１の第１軌道部材溝４１に形成されたテーパ部２４，２６の長さ即ち奥行きが短く形成されている。従って，フレーム１の第１軌道部材溝４１に第１軌道部材１１を嵌入した状態では，第１軌道部材溝４１に形成された平面部２５，２７と第１軌道部材１１に形成された平面部３９，４４との間に必然的に逃げ溝６０が形成された状態になる。なお，引抜部材１１Ｓの厚みＬは，フレーム１の側面５７より突出してフレーム１に配設されるように成形されている。

図６には，スライダ２を形成するスライダ本体５が示されており，スライダ本体５は，押出加工により長手方向に沿って成形され，スライダ本体５の側面には第２軌道部材溝４２が形成されている。第２軌道部材溝４２は，横断面で見て，矩形形状に形成されている。詳細には，第２軌道部材溝４２は，溝入口部と溝奥部とが同じ溝幅に形成され，平面部に形成された上面４５と下面４７とが平行に延びている。第２軌道部材溝４２は，溝底になる側面４６は上面４５と下面４７に対して垂直面に形成され，上下面４５，４７は，短辺でなり側面が長辺でなる断面矩形形状の溝に成形されている。また，第２軌道部材溝４２の上下面４５，４７の溝底と交差する隅部分に接着剤等のための逃げ溝３６が形成され，また，溝底面である側面４６の中央位置に接着剤等のための逃げ溝３７が形成されている。また，スライダ本体５には，第２軌道部材溝４２の上方に位置する側面５８に上面シール２１の基部３２を嵌入するための横断面がＣ字形状になるシール溝３５が成形で形成されている。

図７には，スライダ本体５に配設される第２軌道部材１２を構成する半製品の引抜部材１２Ｓが示されている。引抜部材１２Ｓは，ステンレス鋼等の鋼製素材を引抜加工により長手方向に沿って断面矩形形状に成形されたものであり，更に，引抜部材１２Ｓを旋削等の加工をして第２軌道部材１２に形成される。第２軌道部材１２になる引抜部材１２Ｓは，図６に示す第２軌道部材溝４２に嵌入可能な相補的形状になる横断面が上下に長い矩形形状に形成されている。詳細には，引抜部材１２Ｓは，横断面で示すように，上部４８及び下部４９が平行部になる平面に形成され，第２軌道部材溝４２の溝底に対向することになる側部は上部４８と下部４９とに垂直になる平面で垂直面になる側面５２に形成され，対するもう一方の側部５９は，中央位置に加工後に軌道溝３４となる半円凹形状の成形軌道溝５０が側面５５に成形により形成されている。なお，引抜部材１２Ｓの厚みは，スライダ本体５の側面５８より突出してスライダ本体５に配設されるように成形されている。

図３に示すアクチュエータを形成するための形成工程は，次のとおりである。
まず，フレーム１の形成工程は，軽合金素材が押出加工されて半製品ができ，次いで半製品が部品加工されてフレーム１が形成されものである。フレーム１の側壁９の第１軌道部材溝４０に，所定寸法に加工され熱処理が完了した第１軌道部材１１の引抜部材１１Ｓを，フレーム１の端面から挿入して第１軌道部材溝４０内に配設する。側壁９の凹溝２３にカシメローラを当接して，舌部２２の長手方向に沿って順次に舌部２２を第１軌道部材１１側へ傾倒するように塑性変形させるカシメ加工を施し，第1 軌道部材１１が舌部２２に押圧されて側部５１が溝底の垂直面部２８に密着し，上下の互いのテーパ部３８，４３が密着する状態になって第１軌道部材溝４１に圧着され，更に，第１軌道部材１１の凹部３０に舌部２２の先端部が食い込んで係着した状態で固着される。これにより，第１軌道部材１１は，フレーム１に簡潔な方法により強固に固着される。フレーム１に固着された一対の第１軌道部材１１の成形軌道溝４０に対して研削加工を施し，第１軌道部材１１に軌道溝３３を形成する。

次に，スライダ本体５を形成するための形成工程は，軽合金素材が押出加工されて半製品ができ，次いで半製品が部品加工されてスライダ本体５が形成されものである。スライダ本体５の側面５８に形成された第２軌道部材溝４２に，所定寸法に加工され熱処理が完了した第２軌道部材１２の引抜部材１２Ｓを嵌入して接着剤にて固着される。このときに，第２軌道部材１２の側面５２が溝底の側面に押圧して接着されるので，余分の接着剤が逃げ溝３６，３７に逃げて互いが密着した状態で固着される。スライダ本体５への第２軌道部材１２の接着構成は，小スペースに構成された第２軌道部材溝４２に対して有効なものとなっている。スライダ本体５に固着された一対の第２軌道部材１２の成形軌道溝５０に対して研削加工を施し，第２軌道部材１２に軌道溝３４が形成される。

フレーム１とスライダ２との組立体の構成工程は，スライダ本体５の両端において，第２軌道部材１２が固着されている両側部分の計４ヶ所に，それぞれ転動体２０の方向転換路（図示せず）が形成されたエンドキャップ４を取り付けて，軌道溝３３，３４による負荷路，軌道溝３４に平行に形成されたリターン路１６，及び負荷路とリターン路１６とを連通する一対の方向転換路でなる転動体２０が循環する循環路が形成される。シール溝３５に上面シール２１の基部３２を嵌着し，一対の循環路に転動体２０を組み込む。転動体２０が脱落しないように補助具等で支持する。フレーム１の軌道溝３３にスライダ２の転動体２０を合致し転走させながら，フレーム１にスライダ２を挿入して，スライダ２がフレーム１に対して転動体２０を介して摺動自在に組み込まれ，組立体が構成される。上記組立体に，ボールねじ５４やモータ３等の駆動装置５３を配設してアクチュエータが完成される。また，図３に示されるように，上面シール２１は，フレーム１の側壁９に形成されたＶ字形状の凹溝２３にリップ部３１が嵌入し，リップ３１の先端が舌部２２の上部に摺接して構成される。このアクチュエータでは，転動体２０がボールでなり，軌道溝３３，３４がゴシックアーチ溝で形成され，また，軌道溝３３，３４間と転動体２０とが４点接触構造に構成されている。フレーム１の側壁９の外側のＴ字形状溝１９は，リミット，センサ等が配設される部分を構成している。

この発明によるアクチュエータは，組立装置，測定装置，加工機械装置，産業用ロボット，半導体製造装置等に適用して好ましいものである。

この発明によるアクチュエータの概略を示す斜視図である。 図１のアクチュエータにおけるII−II平面で断面して，主な関連部分のみを示す断面図である。 図２のアクチュエータのＡ部を示す拡大断面図である。 図２のアクチュエータのＡ部おけるフレームを形成するための半製品であって，押出加工により成形された状態の成形フレームを示す断面図である。 図２のアクチュエータのＡ部おける第１軌道部材を形成するための半製品であって，引抜加工により成形された状態の成形第１軌道部材を示す断面図である。 図２のアクチュエータのＡ部おけるスライダ本体を形成するための半製品であって，押出加工により成形された状態の成形スライダ本体を示す断面図である。 図２のアクチュエータのＡ部おける第２軌道部材を形成するための半製品であって，引抜加工により成形された状態の成形第２軌道部材を示す断面図である。

符号の説明

１ フレーム
２ スライダ
３ モータ
５ スライダ本体
６ ナット
７ ねじ軸
８ 底壁
９ 側壁
１１ 第１軌道部材
１２ 第２軌道部材
２０ 転動体
２１ 上面シール
２２ 舌部
２３ 凹溝
２４，２６ テーパ部
３０ 凹部
３１ リップ部
３３ 軌道溝（第１軌道溝）
３４ 軌道溝（第２軌道溝）
３５ シール溝
３８，４３ テーパ部
４１ 第１軌道部材溝
４２ 第２軌道部材溝
５３ 駆動装置
５７，５８ 側面

Claims (4)

1. 底壁と該底壁の両側から延びる一対の側壁とによって断面Ｕ字形状に形成された長尺状のフレーム，前記フレームの前記側壁間の長手方向に沿って転動体を介して移動可能に配設されたスライダ本体を備えたスライダ，及び前記フレームに対して前記スライダを移動自在に駆動する駆動装置を有し，
   それぞれの前記側壁の内側には前記転動体が転走する第１軌道溝が形成された第１軌道部材が固着され，前記側壁に対向する前記スライダ本体のそれぞれの側面には前記第１軌道部材の前記第１軌道溝に対向して第２軌道溝が形成された第２軌道部材が固着されたことから成るアクチュエータにおいて，
   前記側壁には，アリ溝形状に形成された第１軌道部材溝と前記第１軌道部材溝の上面を構成する舌部が形成され，
   前記第１軌道部材は，前記第１軌道部材溝の前記アリ溝形状と相補的になるテーパ部と前記テーパ部に続く凹部から成るアリ形状に形成され，
   前記第１軌道部材は，前記側壁の前記第１軌道部材溝に挿入されて前記舌部により圧着され，前記舌部の先端部が前記凹部内に係着することで前記第１軌道部材溝に固着されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記フレームの軽合金の押出加工により前記フレームに前記アリ溝形状の前記第１軌道部材溝及び前記舌部が成形され，前記スライダ本体の軽合金の押出加工により前記スライダ本体に断面矩形形状の第２軌道部材溝と前記第２軌道部材溝に沿って延びるシール溝が成形されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記側壁には前記舌部を形成するために前記舌部に隣接する上部にＶ字形状の凹溝が成形され，前記凹溝には前記スライダ本体の前記シール溝に取り付けられた上面シールのリップ部が挿入密接されていることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第１軌道部材のステンレス鋼の引抜加工により前記フレームの前記アリ溝形状に相補的になる前記テーパ部と前記凹部から成る前記アリ形状に成形され，前記第２軌道部材のステンレス鋼の引抜加工により前記スライダ本体の前記矩形形状の前記第２軌道部材溝に相補的になる矩形形状に成形されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のアクチュエータ。

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