JP2010196819A - リニアアクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】スライドテーブルが往復動するときにリニアガイド部にかかる偏荷重を抑制できるとともに、スライドテーブルがシリンダ装置に重ねて配置されたリニアアクチュエータに比べて薄型のリニアアクチュエータにすること。
【解決手段】リニアアクチュエータ11は、ピストンロッド12を有するシリンダ装置13と、ピストンロッド12の軸線方向に沿ってシリンダ装置13と並ぶように配置されたスライドテーブル17とを備えている。ピストンロッド12は、第1及び第2フローティング部材39,40を介してスライドテーブル17と連結されている。スライドテーブル17は、一対のリニアガイド33、及び一対のリニアガイド33それぞれに係合した一対のガイドレール32によって、往復動が案内される。ピストンロッド12は、リニアガイド33と平行で、かつ、一対のリニアガイド33との間の距離が等しくなっている。
【選択図】図1

Description

本発明は、シリンダ装置のピストンロッドからの推力によってスライドテーブルが往復動するリニアアクチュエータに関する。
例えば、製品の製造現場等において治具、ワーク等を搬送するリニアアクチュエータとして、ワークを載置可能なスライドテーブルをシリンダ装置のボディ側面に重ねて配置し、シリンダ装置の推力によってスライドテーブルが直線状の往復運動を行うものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に記載のリニアアクチュエータでは、内部にシリンダ室が設けられたボディと、シリンダ室に往復動自在に収容されたピストンと、ボティに対して重なるように配置されたテーブルと、テーブルを往復動自在に支持するガイドとを備えている。そして、このリニアアクチュエータでは、ピストンと一体移動するロッドが先端ブロックを介してテーブルに連結され、ガイドは、テーブルの下面に固定されたリニアガイドと、ボディの上面に設けられたガイドレールとにより構成されている。
実開平6−43302号公報
ところで、特許文献1に記載のリニアアクチュエータにおいて、先端ブロックに対して推力を伝えるロッドは、リニアガイドに対して左右方向の一方にずれた位置に存在している。そのため、シリンダ装置の推力をロッドから先端ブロックに作用させてテーブルを往復動させるとき、リニアガイドにはモーメントが作用して、それによってリニアガイドには左方向又は右方向の偏荷重がかかる。そして、このリニアガイドに偏荷重がかかるとリニアアクチュエータの寿命が短くなる要因となり、問題となっていた。また、リニアアクチュエータでは、ボディの上にテーブルが重ねて配置されているため、リニアアクチュエータの全体的な厚みが厚いという欠点もあった。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、スライドテーブルが往復動するときにリニアガイド部にかかる偏荷重を抑制できるとともに、スライドテーブルがシリンダ装置に重ねて配置されたリニアアクチュエータに比べて薄型のリニアアクチュエータを提供することにある。
前記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、軸線方向に移動可能なピストンロッドを有するシリンダ装置と、前記ピストンロッドからの推力により前記ピストンロッドの軸線方向に沿って往復動するスライドテーブルとを備えたリニアアクチュエータであって、前記スライドテーブルの往復動を案内するリニアガイド部と、前記ピストンロッド及び前記スライドテーブルを連結する連結部と、を備え、前記リニアガイド部は、前記ピストンロッドを間に挟んで両側に配置され、前記スライドテーブルは前記ピストンロッドの軸線方向において前記シリンダ装置に並べて配置されるとともに、前記ピストンロッドは前記リニアガイド部と平行に配置されており、前記ピストンロッドと前記リニアガイド部との間の距離は等しくなっていることを要旨とする。
この発明では、ピストンロッドが軸線方向に移動することで連結部を介してスライドテーブルに推力を与える。すると、スライドテーブルは、リニアガイド部によって案内されながら往復動する。そして、この場合に、推力を与えるピストンロッドとリニアガイド部とが離間していても、ピストンロッドとリニアガイド部との間の距離は等しいため、リニアガイド部にかかる偏荷重を低減できる。
また、スライドテーブルとシリンダ装置とはピストンロッドの軸線方向に沿うように並べて配置されているため、スライドテーブルがシリンダ装置に重ねられてなるリニアアクチュエータに比べて、リニアアクチュエータ全体を薄型化することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記リニアガイド部は、前記スライドテーブル側に設けられたリニアガイドと、前記リニアガイドと係合するガイドレールとを備え、前記ピストンロッドの軸線と、前記ガイドレールと係合する前記リニアガイドの係合部の上下方向中央とは、上下方向の位置が同じであることを要旨とする。
この発明では、ピストンロッドがリニアガイドに対して上方向又は下方向にずれていることに起因したモーメントがリニアガイド及びガイドレールに作用することはない。その結果、リニアガイド部に対して上又は下方向へかかる偏荷重を低減できる。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記連結部は、前記ピストンロッド側に固定された第1フローティング部材と、前記スライドテーブル側に固定されるとともに前記第1フローティング部材に対して所定範囲内の相対移動が可能な状態で係合する第2フローティング部材とを備え、前記ピストンロッドの軸線方向において、前記第2フローティング部材は、前記リニアガイドの中央部と同じ位置に配置されていることを要旨とする。
この発明では、スライドテーブルに例えばワークが載置され、それによってスライドテーブルが撓むとともにリニアガイドが傾いた場合に、その影響による第2フローティング部材の最大傾き量を小さくできる。すなわち、スライドテーブルの撓み量及びリニアガイドの傾き量が同じであっても、ピストンロッドの軸線方向において、第2フローティング部材がリニアガイドの端と同じ位置に位置する場合に比べて、第2フローティング部材の最大傾き量を小さくすることができる。その結果、スライドテーブルの撓み及びリニアガイドの傾きに起因した第1フローティング部材と第2フローティング部材との摩擦を抑えることができ、ひいては第1フローティング部材と第2フローティング部材とが磨耗することを抑制できる。
本発明によれば、スライドテーブルが往復動するときにリニアガイド部にかかる偏荷重を抑制できるとともに、スライドテーブルがシリンダ装置に重ねて配置されたリニアアクチュエータに比べてリニアアクチュエータを薄型にすることができる。
(a)はリニアアクチュエータの一部破断平面図、(b)はリニアアクチュエータの側面図。 図1(a)のA−A線断面図。 図2のB−B線部分断面図。 (a)は別の実施形態におけるリニアアクチュエータの断面図、(b)は別の実施形態におけるリニアアクチュエータの部分平面図。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。なお、以下では、前後方向を図1(a)及び(b)の矢印Y1で示し、左右方向を図1(a)の矢印Y2で示し、上下方向を図1(b)の矢印Y3で示す。
図1(a)及び(b)に示すように、リニアアクチュエータ11は、軸線方向(前後方向)に移動可能なピストンロッド12を有するシリンダ装置13と、連結用ブロック14を介してシリンダ装置13に連結された支持板15と、リニアガイド部16を介して支持板15上を移動可能に支持されたスライドテーブル17とを備えている。
図1(a)に示すように、シリンダ装置13のシリンダハウジング18には、その内部に前後方向に延びるシリンダ室19が形成されている。シリンダ室19は、その一方の開口がロッドカバー20によって封止されるとともに、その他方の開口がヘッドカバー21によって封止されることで区画されている。ヘッドカバー21は、Cリング22によってシリンダハウジング18から抜け止めされている。また、ロッドカバー20は、図示しない抜け止め部材によってシリンダハウジング18から抜け止めされている。そして、シリンダ室19には、ピストンロッド12の軸線方向に沿って移動可能なピストン23が収容されている。
ピストン23の周面にはピストンパッキン24が装着されるとともに、ピストンパッキン24よりもロッドカバー20側の部位に環状のマグネット25が装着されている。なお、マグネット25は、図示しない位置検出スイッチによって検出可能に構成されている。ピストン23は、シリンダ室19をロッドカバー20側の第1室26とヘッドカバー21側の第2室27とに仕切るとともに、ピストンロッド12と一体移動可能に結合されている。
第1室26は一端が外部に開口する第1給排ポート28と連通している。第2室27は一端が外部に開口する第2給排ポート29と連通している。第1給排ポート28及び第2給排ポート29には、図示しない配管を介して、図示しないエア供給手段が接続されている。ピストンロッド12は、ロッドカバー20及び連結用ブロック14を貫通して一部が第1室26に収容されている。なお、ロッドカバー20の内周面には、ピストンロッド12とロッドカバー20との間をシールするロッドパッキン30が設けられている。そして、シリンダハウジング18から延出したピストンロッド12の部分の下方には、平面視矩形状の支持板15が設けられている。
支持板15は、一方の端部が、連結用ブロック14を介してシリンダハウジング18の端部に連結されている。支持板15は、その長手方向がピストンロッド12の軸線方向と平行になっている。すなわち、支持板15は、ピストンロッド12の軸線方向に沿ってシリンダ装置13と直列に配置されている。
支持板15上に設けられたスライドテーブル17は平面視矩形状に形成されるとともに、その上面17aがワークを載置するための載置面として構成されている。スライドテーブル17は、リニアガイド部16によって案内されながらY1で示す前後方向に往復動することで図示しないワークを搬送するとともに、ピストンロッド12の軸線方向に沿ってシリンダ装置13と直列に並んでいる。
リニアガイド部16は、ボルト31によって支持板15の上面15aに締結された一対のガイドレール32と、スライドテーブル17の下面17b(図2参照)に設けられるとともにガイドレール32と係合する一対のリニアガイド33とから構成されている。そして、一対のリニアガイド33は左右方向において一対のガイドレール32の間に挟まれるように位置するとともに、ボルトBによってスライドテーブル17の下面17bに締結されている。図2に示すように、リニアガイド33のうち、ガイドレール32と対向する側部には、ガイドレール32と係合する複数のボールベアリング34が設けられている。複数のボールベアリング34は、上下に配置されている。複数のボールベアリング34は、ガイドレール32に対してリニアガイド33が円滑に摺動するために設けられており、複数のボールベアリング34全体によってリニアガイド33の係合部を構成している。
一対のガイドレール32は、支持板15の左右両側に設けられるとともに、ピストンロッド12の軸線方向に平行に、かつ支持板15の長手方向略全体に亘って延びている。一対のガイドレール32は、支持板15の左右両側部に設けられた突条35によって支持板15に対する位置合わせが行われている。リニアガイド33は、ピストンロッド12の軸線方向が長手方向となるように延びるとともに、一対のガイドレール32と平行な位置関係になっている。
ボールベアリング34はスライドテーブル17が往復動するのに伴って、ガイドレール32の転動溝36及びリニアガイド33の転動溝37を転動するとともに、ボール循環穴38を介して循環するようになっている。なお、ボールベアリング34は、図示しないボールリターン部材を経由して転動溝36とボール循環穴38とを媒介する。
そして、スライドテーブル17には、その下面17bに、第1フローティング部材39及び第2フローティング部材40を介してピストンロッド12の先端部12a(図3参照)が連結されている。図3に示すように、第1フローティング部材39は両端部39a,39bがフランジ状に形成されるとともに、ピストンロッド12に対してボルト41によって締結されている。そして、第1フローティング部材39には、略コ字状の第2フローティング部材40が係合している。
第2フローティング部材40は下方に開口する凹部42が第1フローティング部材39の中間部39cに係合するとともに、ボルト43によってスライドテーブル17に締結されている。そして、第2フローティング部材40がスライドテーブル17に締結された状態で、第2フローティング部材40の中央部P1とリニアガイド33の中央部P2とは、ピストンロッド12の軸線方向において同じ位置にある。なお、第2フローティング部材40の中央部P1は、各ボルト43の軸心に対して等距離離間している。リニアガイド33の中央部P2とは、ピストンロッド12の軸線方向における中央のことを意味し、リニアガイド33の両端からピストンロッド12の軸線方向において等距離離間している。そして、第2フローティング部材40と第1フローティング部材39の両端部39a,39bとの間、及び第2フローティング部材40と第1フローティング部材39の中間部39cとの間には、所定のクリアランスが存在している。そのため、第1フローティング部材39及び第2フローティング部材40は、前後方向及び左右方向において所定範囲だけ相対移動可能に構成されるとともに、ピストンロッド12及びスライドテーブル17を連結する連結部を構成している。
ピストンロッド12は、第1フローティング部材39及び第2フローティング部材40によってスライドテーブル17に連結された状態において、その先端部12aが一対のリニアガイド33の間に位置し、かつ、スライドテーブル17の下方に位置している。そして、図2に示すように、ピストンロッド12の軸線Lと、上下に配置されたボールベアリング34全体の上下方向における中央位置Qとは、上下方向において同じ位置になっている。ボールベアリング34全体の上下方向における中央位置Qは、上下に配置されたボールベアリング34それぞれの中心に対して等距離離間した位置にある。また、ピストンロッド12は、一対のリニアガイド部16に対して平行であるとともに等距離離間している。すなわち、図3に示すように、ピストンロッド12の軸線Lからピストンロッド12の右側に位置するリニアガイド部16(ピストンロッド12の右方におけるボールベアリング34全体の中央位置Q)までの距離T1と、ピストンロッド12の軸線Lからピストンロッド12の左側に位置するリニアガイド33(ピストンロッド12の左方におけるボールベアリング34全体の中央位置Q)までの距離T2とは、等しくなっている。そのため、ピストンロッド12の推力により一対のリニアガイド部16に作用するモーメントが互いに釣り合うように、ピストンロッド12の位置は設定されている。
次に、本実施形態におけるリニアアクチュエータ11の動作を説明する。
リニアアクチュエータ11においては、第1給排ポート28を介して第1室26のエアが排出されるとともに、第2給排ポート29を介して第2室27にエアが供給されると、ピストン23及びピストンロッド12は、前方に移動する。すると、ピストンロッド12は、第1,第2フローティング部材39,40を前方に押し、これによって、スライドテーブル17は案内されつつピストンロッド12の軸線方向に沿って前方に移動する。また、リニアアクチュエータ11において、第1給排ポート28を介して第1室26にエアが供給されるとともに、第2給排ポート29を介して第2室27からエアが排出されると、ピストン23及びピストンロッド12は、後方に移動する。すると、ピストンロッド12は、第1,第2フローティング部材39,40を後方に引き込み、これによって、スライドテーブル17は案内されつつピストンロッド12の軸線方向に沿って後方に移動する。
そして、ピストンロッド12から推力が与えられてスライドテーブル17が往復動するとき、ピストンロッド12から一方のリニアガイド部16(一方のボールベアリング34全体の中央位置Q)までの距離T1と、ピストンロッド12から他方のリニアガイド部16(他方のボールベアリング34全体の中央位置Q)までの距離T2とは等しくなっているため、左右両側のリニアガイド部16に作用するモーメント同士は釣り合った状態になる。そのため、各リニアガイド部16に余分なモーメントが発生しなくなっており、ピストンロッド12から推力が与えられた場合、一対のリニアガイド部16に左右方向の偏荷重がかからない状態でスライドテーブル17は往復動する。
また、ピストンロッド12と上下に配置されたボールベアリング34の中央位置Qとは、上下方向における位置が同じになっており、ピストンロッド12は上下に配置された複数のボールベアリング34全体に対して上下方向にずれていない。そのため、ピストンロッド12から推力を与えてスライドテーブル17を往復動させるときに、ピストンロッド12がリニアガイド33の係合部に対して上方向又は下方向にずれていることに起因した余分なモーメントがリニアガイド33及びガイドレール32に発生しない。したがって、一対のリニアガイド33に対して上方向又は下方向の偏荷重がかからない状態で、スライドテーブル17は往復動する。本実施形態では、ピストンロッド12から推力が与えられてスライドテーブル17が往復動するときに、リニアガイド部16にはピストンロッド12の軸方向に沿った推力以外の余分な荷重が極力作用しないようになっている。
また、スライドテーブル17がワークを搬送する場合、スライドテーブル17の上面17aにワークが載置される。この場合、スライドテーブル17はワークから荷重を受けて撓み、スライドテーブル17が撓むことに伴って、リニアガイド33も傾くことがある。この場合に、第2フローティング部材40は傾くが、第2フローティング部材40の中央部P1は、ピストンロッド12の軸線方向におけるリニアガイド33の中央部P2に位置しているため、第2フローティング部材40は、リニアガイド33の傾きによって受ける影響は少ない。すなわち、スライドテーブル17の撓み量及びリニアガイド33の傾き量が同じであっても、ピストンロッド12の軸線方向においてリニアガイド33の端と一致するように第2フローティング部材40が設けられた場合に比べて、第2フローティング部材40の傾き量を小さく抑えることができる。したがって、スライドテーブル17の撓み及びリニアガイド33の傾きによって生じる第1フローティング部材39と第2フローティング部材40との摩擦を抑えることができ、その結果、第1フローティング部材39及び第2フローティング部材40の磨耗を抑制できる。
この実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
(1)リニアアクチュエータ11は、ピストンロッド12を有するシリンダ装置13と、スライドテーブル17の往復動を案内するリニアガイド部16とを備えている。ピストンロッド12は、リニアガイド部16と平行で、かつ、リニアガイド部16との間の距離が等しくなるように配置されている。したがって、ピストンロッド12から推力が与えられてスライドテーブル17が往復動するときに、リニアガイド部16にかかる偏荷重を低減できる。
(2)スライドテーブル17は、ピストンロッド12の軸線方向に沿うようにシリンダ装置13に並べて配置されている。したがって、スライドテーブル17がシリンダ装置13に重ねられてなるリニアアクチュエータ11に比べて、リニアアクチュエータ11全体を薄型化することができる。
(3)ピストンロッド12の軸線Lと上下に配置されたボールベアリング34全体の中央位置Qとは上下方向において同じ位置となる。したがって、ピストンロッド12が上下に配置された複数のボールベアリング34に対して上方向又は下方向にずれていることに起因した余分なモーメントがリニアガイド33及びガイドレール32に発生しない。その結果、リニアガイド33に対して上又は下方向へかかる偏荷重を低減できる。
(4)ピストンロッド12とスライドテーブル17とは、第1フローティング部材39及び第2フローティング部材40によって連結されている。そして、第1フローティング部材39及び第2フローティング部材40は、所定範囲だけ相対移動可能な状態で係合している。第2フローティング部材40の中央部P1は、ピストンロッド12の軸線方向において、リニアガイド33の中央部P2と同じ位置に位置している。したがって、スライドテーブル17の撓み及びリニアガイド33の傾きに起因した第1フローティング部材39と第2フローティング部材40との摩擦を抑えることができ、第1フローティング部材39と第2フローティング部材40とが磨耗することを抑制できる。
(5)リニアガイド33の傾き量が同じであっても、ピストンロッド12の軸線方向における、リニアガイド33の端とピストンロッド12の軸線方向において同じ位置に第2フローティング部材40の中央部P1が位置している場合に比べて、第2フローティング部材40の傾き量を小さく抑えることができる。そのため、第1フローティング部材39と第2フローティング部材40との間でのこじりを抑え、ひいてはリニアアクチュエータ11の作動不良を抑えることができる。
実施形態は、前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ リニアガイド部16の構成を変更してもよい。例えば、図4(a)に示すように、延設方向と直交する断面形状が略コ字状(チャネル状)であるリニアガイド33を形成し、そのリニアガイド33の凹部42がガイドレール32と係合するようにしてもよい。そして、この場合、ガイドレール32と対向する凹部42の内側壁面にボールベアリング34を配置する。そして、ボールベアリング34がガイドレール32とリニアガイド33との間で転動するように構成して、スライドテーブル17がリニアガイド部16に案内されて往復動するように構成すればよい。また、リニアガイド33の係合部の上下方向中央は、ボールベアリング34の球心に対応している。
○ 複数のボールベアリング34が循環する構成に限らず、例えば、ボール循環穴38及びボールリターン部材を省略し、複数のボールベアリング34は循環せずに転動するのみの構成にしてもよい。
○ リニアガイド部16はスライドテーブル17の往復動を案内する構成であればよく、ガイドレール32とリニアガイド33との間に介装されるボールベアリング34を省略してもよい。そして、例えば、延設方向と直交する断面形状が略コ字状(チャネル状)となるようにリニアガイド33を形成し、リニアガイド33の凹部がガイドレール32と係合するようにしてもよい。なお、この場合、ガイドレール32と係合するリニアガイド33の凹部が、リニアガイド33の係合部として構成される。
○ ピストンロッド12とリニアガイド部16との間の距離が等しい位置に、ピストンロッド12が配置されるのであれば、ピストンロッド12を連結するスライドテーブル17の部位を変更してもよい。例えば、図4(b)に示すように、スライドテーブル17の後側(シリンダ装置13側)の側面17cに第2フローティング部材40を当接させ、その状態で、ボルト50によってスライドテーブル17の後側の側面17cに対して第2フローティング部材40を固定してもよい。このように構成すれば、ピストンロッド12とスライドテーブル17とを連結することができ、しかも、支持板15とスライドテーブル17との間に挟まれるように第2フローティング部材40が配置されない分だけ、支持板15の底面からスライドテーブル17の上面17aまでの厚みを薄くすることができる。
○ リニアガイド部16及びピストンロッド12の上下方向における位置関係を変更してもよい。例えば、ピストンロッド12とリニアガイド部16との間の距離が等しく、ピストンロッド12がリニアガイド部16に対して平行であれば、ピストンロッド12の軸線Lが上下に配置されたボールベアリング34全体の中央位置Qに対して下方にずれた状態で、ピストンロッド12とスライドテーブル17とを連結してもよい。
○ ガイドレール32及びリニアガイド33の数を増やしてもよい。例えば、ガイドレール32及びリニアガイド33の左右両側に、さらに、ガイドレール及びリニアガイドからなるリニアガイド部を設け、そのリニアガイド部もピストンロッド12を間に挟むように配置してもよい。そして、この場合、ピストンロッド12と、リニアガイド部16とは別の左右両側のリニアガイド部との間の距離は、それぞれ同じとなるようにすればよい。
○ ピストンロッド12とは別部材の第1フローティング部材39を設ける代わりに、ピストンロッド12の先端部12aを第1フローティング部材39と同じ形状に形成して、第1フローティング部材39を省略してもよい。この場合、シリンダ装置13の製作に手間がかかるが、第1フローティング部材39をピストンロッド12に組み付ける作業を省略することができる。
○ シリンダ装置13を、エア以外の気体、又は油等の液体にて駆動される流体圧シリンダによって構成してもよい。
L…軸線、11…リニアアクチュエータ、12…ピストンロッド、13…シリンダ装置、16…リニアガイド部、17…スライドテーブル、32…ガイドレール、33…リニアガイド、39…第1フローティング部材、40…第2フローティング部材。

Claims (3)

  1. 軸線方向に移動可能なピストンロッドを有するシリンダ装置と、前記ピストンロッドからの推力により前記ピストンロッドの軸線方向に沿って往復動するスライドテーブルとを備えたリニアアクチュエータであって、
    前記スライドテーブルの往復動を案内するリニアガイド部と、
    前記ピストンロッド及び前記スライドテーブルを連結する連結部と、を備え、
    前記リニアガイド部は、前記ピストンロッドを間に挟んで両側に配置され、
    前記スライドテーブルは前記ピストンロッドの軸線方向において前記シリンダ装置に並べて配置されるとともに、前記ピストンロッドは前記リニアガイド部と平行に配置されており、
    前記ピストンロッドと前記リニアガイド部との間の距離は等しくなっていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
  2. 前記リニアガイド部は、前記スライドテーブル側に設けられたリニアガイドと、前記リニアガイドと係合するガイドレールとを備え、前記ピストンロッドの軸線と、前記ガイドレールと係合する前記リニアガイドの係合部の上下方向中央とは、上下方向の位置が同じである請求項1に記載のリニアアクチュエータ。
  3. 前記連結部は、前記ピストンロッド側に固定された第1フローティング部材と、前記スライドテーブル側に固定されるとともに前記第1フローティング部材に対して所定範囲内の相対移動が可能な状態で係合する第2フローティング部材とを備え、
    前記ピストンロッドの軸線方向において、前記第2フローティング部材は、前記リニアガイド部の中央部と同じ位置に配置されている請求項2に記載のリニアアクチュエータ。
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