JP3429200B2 - 直線移動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形装置，溶接
機，マシニングセンター，旋盤等の各種機械に適用さ
れ、チャッカー，溶接具等の被移動部材を直線方向へ摺
動案内する直線移動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の被移動部材を直線方向へ移動する
ために、エアーシリンダ等の直線移動機構が汎用されて
いる。また、最近では、このエアーシリンダとしてロッ
ドレスシリンダが用いられる。このロッドレスシリンダ
ａは、図５で示すように、シリンダチューブｂの外側に
直線作動体ｃを装架し、該直線作動体ｃをシリンダチュ
ーブｂ内のピストンによって進退移動させるものであ
り、該ピストンと直線作動体ｃとは、その間に張設され
たシートベルトを介して連係され、駆動力が伝達され
る。そして、被移動部材を前記直線作動体ｃに連結して
その移動制御を行うようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な、一般的なエアーシリンダあるいはロッドレスシリン
ダを用いる構成にあっては、ピストンの移動距離により
規定されて、その移動ストロークが短いという欠点があ
る。この問題を解決する手段として、リニアガイドレー
ルに自走式のテーブルを装着する手段も提案されてい
る。しかるに、かかる構成にあっては、その移動及び停
止の制御機構が複雑化するという欠点があった。また、
前記ロッドレスシリンダにあっては、直線作動体ｃに大
きな荷重が付加されると、直線作動体ｃとシリンダチュ
ーブｂ内のピストン間に張設されているシートベルトの
摩耗が早くなり、耐用寿命が低下するという欠点があっ
た。

【０００４】本発明は、移動ストロークが長く、かつ移
動速度が速く、しかも制御機構が簡易で、停止位置の位
置決め制御を正確に行い得るとともに、耐久性に優れた
直線移動装置を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、駆動軸（７
ａ）と、該駆動軸（７ａ）を、軸線方向へ移動可能にし
て回転力が伝達されるように支持するスプライン外筒
（５）を、基台フレーム（１）に支持した保持外筒
（３）内に回転可能に保持してなるボールスプライン機
構（１５ａ）と、前記基台フレーム（１）によって支持
され、駆動軸（７ａ）の回転により該駆動軸（７ａ）を
軸線方向に進退案内するボールねじ機構（２２）とによ
り第一作動段（Ａ）を構成し、駆動軸（７ｂ，７ｃ）
と、駆動軸（７ｂ，７ｃ）を、軸線方向へ移動可能にし
て回転力が伝達されるように支持するスプライン外筒
（５）を保持外筒３内に回転可能に保持してなるボール
スプライン機構（１５ａ，１５ｂ）と、駆動軸（７ｂ，
７ｃ）の回転により該駆動軸を軸線方向に進退案内する
ボールねじ機構（２２）とにより第二作動段以降（Ｂ，
Ｃ）を構成し、さらに最終作動段（Ｃ）を除く各作動段
（Ａ，Ｂ）の駆動軸（７ａ，７ｂ）の先端近傍部に、ベ
アリングを介して連係フレーム（２３ａ，２３ｂ）を支
持し、かつ該連係フレーム（２３ａ，２３ｂ）により、
次作動段（Ｂ，Ｃ）の保持外筒（３）とボールねじ機構
（２２）とを支持するとともにその最終作動段（Ｃ）の
駆動軸（７ｃ）の先端に被移動部材を連結する一方、駆
動源としての駆動モータ（２７）を第一作動段（Ａ）の
スプライン外筒（５）に回転伝動手段を介して連繋し、
駆動軸（７ａ，７ｂ）を夫々次作動段（Ｂ，Ｃ）のスプ
ライン外筒（５）に回転伝動手段を介して連繋したこと
を特徴とする直線移動装置である。

【０００６】かかる構成にあって、各作動段の収縮状態
にあっては、その平面積を単一の作動段の形状にほぼ等
しくすることができ、コンパクトに収縮させることがで
きる。一方、駆動モータにより、第一作動段の駆動軸に
伸出方向の回転力を付与すると、ボールねじ機構の進退
案内作用を介して該駆動軸が前進移動する。また、この
第一作動段の駆動軸に第二作動段の駆動軸が連繋されて
いることにより、該第二作動段の駆動軸に伸出方向の回
転力が付与され、さらに次作動段の駆動軸にも同様に伸
出方向の回転力が順次付与される。これにより、第二作
動段以降の各駆動軸が各ボールねじ機構の進退案内作用
を介して夫々前進移動することとなる。そして、最終作
動段の駆動軸は、各作動段の駆動軸の移動ストロークの
和に相当するストロークで移動することとなる。ここ
で、各作動段の駆動軸が同時に回転駆動されることによ
り、各駆動軸の移動速度が例えば１ｍ／秒とすれば、ｎ
段とすると、ｎ×１ｍ／秒となり、ｎ倍の速度で、移動
させることができる。

【０００７】また、前記構成にあっては、ロッドレスシ
リンダにおけるシートベルトのような易摩耗性材料を用
いていないため、耐用寿命が長く、耐久性に優れたもの
となる。

【０００８】さらに、前記構成にあって、駆動モータ
を、サーボモータによって構成すると、該サーボモータ
による駆動軸の回転数制御によって、移動ストロークの
設定が容易であるため、停止位置の位置決め制御を正確
に行い得るものとなる。

【０００９】また、前記ボールスプライン機構は、駆動
軸に形成した軸線に沿う数条のボールスプライン溝と、
該ボールスプライン溝と嵌合するボール列を内周部に備
え、回転伝動手段によって回転力が伝達されるスプライ
ン外筒とによって構成することができ、さらに、前記ボ
ールねじ機構は、駆動軸に形成した螺旋状ボールねじ溝
と、該螺旋状ボールねじ溝と嵌合するボールを内周部に
備えたボール螺子外筒とによって構成することができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施例を、図
１〜図４について説明する。図面において、１は、第一
作動段Ａを構成する断面Ｌ形の基台フレームであって、
該基台フレーム１の中央部に形成された前後方向の挿通
孔２内に、保持外筒３が嵌挿されており、該保持外筒３
は、図３に示すように、ボルト４により基台フレーム１
に装着される。該保持外筒３内には、後述のボールスプ
ライン機構１５ａを構成するスプライン外筒５がベアリ
ング６を介して回転可能に保持されており、さらに該ス
プライン外筒５内に駆動軸７ａが前後方向に挿通されて
いる。

【００１１】また、前記基台フレーム１の左右両端部に
は、リニアブッシュからなるガイド部材８，８が夫々配
設されており、該ガイド部材８，８に左右一対のガイド
杆９，９が前後方向に進退可能に挿通されている。該ガ
イド杆９，９は、前記駆動軸７ａの左右両側位置に平行
状に配設されており、その後端を連結する後端プレート
１０によって前記駆動軸７ａの後端部を回転可能に支持
している。

【００１２】前記駆動軸７ａの外周面には、軸線に沿う
数条のボールスプライン溝１１が形成されている。該ボ
ールスプライン溝１１には、図３に示すように、前記ス
プライン外筒５の内周部に形成された溝４０内に、一列
状に保持されて複数のボール列１２が夫々嵌合されてい
る。ここで、該ボール列１２の各ボール１２’は、溝４
０に規定されて、スプライン外筒５の内周部で駆動軸７
ａの軸線に沿う方向にのみ転動し、周方向には転動不能
となっている。これにより、駆動軸７ａが軸線方向に移
動可能に支持され、かつ、回転駆動可能に支持されてい
る。また、スプライン外筒５の後端には、該スプライン
外筒５に回転力を伝達するためのプーリー１３がボルト
１４により固着されている。そして、前記駆動軸７ａの
ボールスプライン溝１１と、該ボールスプライン溝１１
と嵌合するボール列１２を内周部に備え、回転力が伝達
されるスプライン外筒５とによって、ボールスプライン
機構１５ａが構成されている。

【００１３】また、駆動軸７ａの外周面には、前記ボー
ルスプライン溝１１と交叉するようにして螺旋状ボール
ねじ溝１６が形成されており、該螺旋状ボールねじ溝１
６には、ボール螺子外筒１７の内周部に保持された複数
のボール１８が嵌合されている。このボール螺子外筒１
７は、前記スプライン外筒５の前部位置に配設されてお
り、基台フレーム１に支持ケース１９を介して支持され
ている。即ち、基台フレーム１に支持ケース１９をボル
ト２０によって固着し、さらに、該支持ケース１９にボ
ール螺子外筒１７をボルト２１によって固着することに
より、駆動軸７ａが前後方向に挿通されたボール螺子外
筒１７を回転不能に支持するようにしている。そして、
前記駆動軸７ａの螺旋状ボールねじ溝１６と、該螺旋状
ボールねじ溝１６と嵌合するボール１８を内周部に備え
たボール螺子外筒１７とによって、ボールねじ機構２２
ａが構成されており、該ボールねじ機構２２ａによっ
て、駆動軸７ａが回転すると該駆動軸７ａが進退案内さ
れるようになっている。

【００１４】さらに、前記駆動軸７ａの先端近傍部には
連係フレーム２３ａが配設されている。該連係フレーム
２３ａは、ベアリング２４を介して駆動軸７ａに支持さ
れ、駆動軸７ａの進退移動に伴なって進退するようにな
っており、該連係フレーム２３ａの上部には、後述の第
二作動段Ｂの保持外筒３が装着される。また、連係フレ
ーム２３ａの左右両端部には、前記ガイド杆９，９の前
端が連結されている。

【００１５】これにより、第一作動段Ａが構成されてい
る。また、前記ボールスプライン機構１５ｂ，１５ｃ，
ボールねじ機構２２ｂ，２２ｃ，駆動軸７ｂ，７ｃ，及
び保持外筒３により、第二作動段Ｂ及び第三作動段Ｃが
夫々構成されている。第二作動段Ｂ，第三作動段Ｃは、
図１に示すように、ボールスプライン機構１５ｂ，１５
ｃ及びボールねじ機構２２ｂ，２２ｃの位置が、第一作
動段Ａに比して前後に置換されている点以外は第一作動
段Ａと略同一構造であり、共通する部分には同一符号を
付して重複説明を省略する。尚、各作動段Ａ，Ｂ，Ｃに
おいて、ボールスプライン機構１５ａ，１５ｂ，１５ｃ
及びボールねじ機構２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、その前
後位置が同一となるように配置することも可能である。

【００１６】そして、第一作動段Ａの駆動軸７ａの先端
部近傍にベアリング２４を介して支持された連係フレー
ム２３ａに第二作動段Ｂの保持外筒３を装着することに
より、第一作動段Ａ上に第二作動段Ｂが連結され、さら
に該第二作動段Ｂの駆動軸７ｂの先端部近傍にベアリン
グ２４を介して支持された連係フレーム２３ｂに第二作
動段Ｂの保持外筒３を装着することにより、第二作動段
Ｂ上に第三作動段Ｃが連結されており、その最終作動段
Ｃの駆動軸７ｃの先端にベアリング２５を介して連結部
２６が配設されている。該連結部２６には、チャッカ
ー，溶接具等の被移動部材ｗが取付けられることとな
る。

【００１７】また、第一作動段Ａの基台フレーム１の側
部には、図２に示すように、駆動源としての駆動モータ
２７が配設されている。該駆動モータ２７の回転軸には
プーリー２８が固着されており、該プーリー２８と、前
記第一作動段Ａのスプライン外筒５に固着されたプーリ
ー１３とをタイミンベルト２９によって連繋して、駆動
モータ２７の回転力を第一作動段Ａのスプライン外筒５
に伝達するようにしている。そして、このプーリー２
８，１３及びタイミンベルト２９を回転伝動手段３０と
している。

【００１８】さらに、第一作動段Ａ及び第二作動段Ｂの
各駆動軸７ａ，７ｂの先端部には、プーリー３１が夫々
固着されており、各プーリー３１と、次作動段Ｂ，Ｃの
スプライン外筒５に固着されたプーリー１３とをタイミ
ンベルト３２によって連繋して、前段の駆動軸７ａ，７
ｂの回転力を次作動段Ｂ，Ｃのスプライン外筒５に順次
伝達するようにしている。そして、このプーリー３１，
１３及びタイミンベルト３２を回転伝動手段３３として
いる。

【００１９】その他、図面において、３４ａ，３４ｂ，
３４ｃは各作動段Ａ，Ｂ，Ｃに止着されたカバーを示
す。

【００２０】かかる構成にあって、駆動モータ２７によ
り、回転伝動手段３０を介して第一作動段Ａのスプライ
ン外筒５を回転させ、ボールスプライン機構１５ａの回
転駆動作用を介して第一作動段Ａの駆動軸７ａに伸出方
向の回転力を付与すると、ボールねじ機構２２ａの進退
案内作用を介して該駆動軸７ａが前進移動する。また、
該駆動軸７ａが前進移動することにより、該駆動軸７ａ
の先端近傍部に連係フレーム２３ａを介して連結されて
いる第二作動段Ｂが押し出される。そして、これと同時
に、第一作動段Ａの駆動軸７ａに回転伝動手段３３を介
して連係されている第二作動段Ｂのボールスプライン機
構１５ｂのスプライン外筒５が回転し、第二作動段Ｂの
駆動軸７ｂにボールスプライン機構１５ｂの回転駆動作
用を介して伸出方向の回転力が付与されることにより、
該駆動軸７ｂがボールねじ機構２２ｂの進退案内作用を
介して前進移動する。さらに、第三作動段Ｃも上記と同
様に押し出され、かつ、その駆動軸７ｃが上記と同様に
前進移動することとなる。

【００２１】これにより、図４に示すように、作動段
Ａ，Ｂ，Ｃの各駆動軸７ａ，７ｂ，７ｃが一斉に前進移
動し、最終作動段Ｃの駆動軸７ｃの先端に取付けられて
いる被移動部材ｗが、単一段の場合に比して３倍のスト
ロークで移動することとなる。また、各駆動軸７ａ，７
ｂ，７ｃの移動速度が例えば１ｍ／秒とすれば、その３
倍の３ｍ／秒の高速度で移動することとなる。また、こ
の伸出状態にあって、駆動モータ２７を逆回転させ、各
駆動軸７ａ，７ｂ，７ｃに後退方向の回転力を付与する
ことにより、各駆動軸７ａ，７ｂ，７ｃが後退し、図１
のコンパクトな形態に復帰する。

【００２２】而して、前記被移動部材ｗの移動及び停止
制御は、駆動モータ２７の回転制御によって行われるた
め、該駆動モータ２７を、サーボモータによって構成す
ると、該サーボモータによる駆動軸７ａ，７ｂ，７ｃの
回転数制御によって、移動ストロークの設定が容易とな
り、停止位置の位置決め制御を正確に行い得るものとな
る。

【００２３】また、図４に示す伸出状態にあっては、そ
の先端に連結された被移動部材ｗの重さにより、基部側
に大きな負荷がかかるが、各駆動軸７ａ，７ｂ，７ｃの
左右両側位置にガイド杆９，９が配設されていることに
より、該ガイド杆９，９によって各作動段Ａ，Ｂ，Ｃの
剛性を向上させることができる。

【００２４】尚、この直線移動装置の移動ストロークを
延ばすために、さらに作動段を配設するようにしてもよ
い。又、二段で構成することも可能である。

【００２５】

【発明の効果】本発明は上述のように、駆動軸と、該駆
動軸を軸線方向に移動可能に支持し、かつ、該駆動軸を
回転駆動可能に支持するボールスプライン機構と、駆動
軸の回転により該駆動軸を進退案内するボールねじ機構
とを備えた複数の作動段を伸出可能に連設し、その最終
作動段の駆動軸の先端に被移動部材を連結するととも
に、第一作動段のスプライン外筒に駆動源としての駆動
モータを回転伝動手段を介して連繋させ、さらに各作動
段の駆動軸の先端部を次作動段のスプライン外筒に回転
伝動手段を介して順次連繋させたものであるから、各作
動段の収縮状態時には、その平面積を単一の作動段の形
状にほぼ等しくすることができ、コンパクトに収縮させ
ることができる一方、駆動モータにより、第一作動段の
駆動軸に伸出方向の回転力を付与すると、各作動段の駆
動軸が同時に前進移動し、最終作動段の駆動軸を、各作
動段の駆動軸の移動ストロークの和に相当する長いスト
ロークで移動させることができる。また、各作動段の駆
動軸が同時に前進移動することにより、最終作動段の駆
動軸の移動速度を高速とすることができる。

【００２６】また、前記構成にあって、駆動モータを、
サーボモータによって構成すると、該サーボモータによ
る駆動軸の回転数制御によって、移動ストロークの設定
が容易であるため、停止位置の位置決め制御を正確に行
うことができる。

【００２７】さらに、本発明にかかる直線移動装置は、
従来のロッドレスシリンダにおけるシートベルトのよう
な易摩耗性材料を用いていないため、耐用寿命が長く、
耐久性がよい等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の収縮状態を示す正面図であ
る。

【図２】第一作動段の平面図である。

【図３】図１における要部の拡大図である。

【図４】伸出状態を示す正面図である。

【図５】従来構成としてのロッドレスシリンダの斜視図
である。

【符号の説明】

Ａ 第一作動段 Ｂ 第二作動段 Ｃ 第三作動段（最終作動段） １ 基台フレーム ３ 保持外筒 ５ スプライン外筒７ａ，７ｂ，７ｃ 駆動軸 １１ ボールスプライン溝 １２ ボール列１５ａ，１５ｂ，１５ｃ ボールスプライン機構 １６ 螺旋状ボールねじ溝 １７ ボール螺子外筒 １８ ボール２２ａ，２２ｂ，２２ｃ ボールねじ機構２３ａ，２３ｂ 連係フレーム ２７ 駆動モータ ３０ 回転伝動手段 ３３ 回転伝動手段 ｗ 被移動部材

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−4694（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−213753（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−300105（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−4488（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−141866（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−272031（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−29748（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−40504（ＪＰ，Ｕ) 特表 平９−505384（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 25/20 B23Q 5/40

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動軸（７ａ）と、 該駆動軸（７ａ）を、軸線方向へ移動可能にして回転力
   が伝達されるように支持するスプライン外筒（５）を、
   基台フレーム（１）に支持した保持外筒（３）内に回転
   可能に保持してなるボールスプライン機構（１５ａ）
   と、 前記基台フレーム（１）によって支持され、駆動軸（７
   ａ）の回転により該駆動軸（７ａ）を軸線方向に進退案
   内するボールねじ機構（２２）とにより第一作動段
   （Ａ）を構成し、 駆動軸（７ｂ，７ｃ）と、 駆動軸（７ｂ，７ｃ）を、軸線方向へ移動可能にして回
   転力が伝達されるように支持するスプライン外筒（５）
   を保持外筒３内に回転可能に保持してなるボールスプラ
   イン機構（１５ａ，１５ｂ）と、 駆動軸（７ｂ，７ｃ）の回転により該駆動軸を軸線方向
   に進退案内するボールねじ機構（２２）とにより第二作
   動段以降（Ｂ，Ｃ）を構成し、 さらに最終作動段（Ｃ）を除く各作動段（Ａ，Ｂ）の駆
   動軸（７ａ，７ｂ）の先端近傍部に、ベアリングを介し
   て連係フレーム（２３ａ，２３ｂ）を支持し、かつ該連
   係フレーム（２３ａ，２３ｂ）により、次作動段（Ｂ，
   Ｃ）の保持外筒（３）とボールねじ機構（２２）とを支
   持するとともにその最終作動段（Ｃ）の駆動軸（７ｃ）
   の先端に被移動部材を連結する一方、駆動源としての駆
   動モータ（２７）を第一作動段（Ａ）のスプライン外筒
   （５）に回転伝動手段を介して連繋し、駆動軸（７ａ，
   ７ｂ）を夫々次作動段（Ｂ，Ｃ）のスプライン外筒
   （５）に回転伝動手段を介して連繋したことを特徴とす
   る直線移動装置。
2. 【請求項２】前記駆動モータを、サーボモータによって
   構成したことを特徴とする請求項１に記載した直線移動
   装置。
3. 【請求項３】前記ボールスプライン機構を、駆動軸に形
   成した軸線に沿う数条のボールスプライン溝と、該ボー
   ルスプライン溝と嵌合するボール列を内周部に備え、回
   転伝動手段によって回転力が伝達されるスプライン外筒
   とによって構成したことを特徴とする請求項１に記載し
   た直線移動装置。
4. 【請求項４】前記ボールねじ機構を、駆動軸に形成した
   螺旋状ボールねじ溝と、該螺旋状ボールねじ溝と嵌合す
   るボールを内周部に備えたボール螺子外筒とによって構
   成したことを特徴とする請求項１に記載した直線移動装
   置。