JP3461968B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、例えば、各種産業機械
において定まった２地点間で物品を直線的に移送した
り、工作機械においてその加工ポジションにワークを送
り込む目的で使用されるリニアアクチュエータに関す
る。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種のリニアアクチュエータと
しては、特開平５−２３１４２６号公報に開示されたも
のが知られており、具体的には図７に示すように、凹状
の軌道路を２条備えて断面略Ｈ型に形成された中間サド
ル１００と、ベッド等の固定部に連結されると共に上記
中間サドル１００の軌道路を自在に移動可能な固定スラ
イダ１０１と、テーブル等の可動体に連結されると共に
上記中間サドル１００の他方の軌道路を自在に移動可能
な移動スライダ１０２と、上記中間サドル１００の両端
に軸支された一対のプーリ１０３，１０４に掛け回され
て循環すると共に、周長を二分する位置において一対の
スライダ１０１，１０２が夫々固定されたタイミングベ
ルト１０５と、上記プーリ１０３，１０４に所定の回転
量を与え、一対のスライダ１０１，１０２を上記中間サ
ドル１００内で相互に進退させるサーボモータ１０６と
から構成されている。 【０００３】そして、このような従来のリニアアクチュ
エータにおいては、サーボモータ１０６によってタイミ
ングベルト１０５を回転させると、図８に示すように、
固定スライダ１０１に案内されて中間サドル１００が固
定部１０７上をストロークする一方、移動スライダ１０
２が中間サドル１００に対してストロークし、結果的に
移動スライダ１０２は中間サドル１００の長さの２倍の
距離をストロークすると共に、そのストローク速度もタ
イミングベルト１０５の回転速度の２倍となる。すなわ
ち、同公報に開示されたリニアアクチュエータによれ
ば、コンパクトな構成にも拘わらず、可動体を高速で且
つ長距離に亘り移動させることができた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、このように構
成された従来のリニアアクチュエータでは、中間サドル
の軌道路が外部に対して露呈しているので、使用環境に
よっては当該軌道路にワークの切削粉や潤滑油が溜まる
こととなり、軌道路を移動するスライダの運動に悪影響
を及ぼすといった懸念があった。このため、実際の使用
においては中間サドルの軌道路をカバーで覆う等の対策
を施すことが必要であった。 【０００５】また、移動スライダと固定スライダとが夫
々中間サドルの両端部に位置する状態（図８に示す状
態）において、上記中間サドルは先端に荷重が作用した
片持ち梁とみなすことができるが、中間サドルの曲げ剛
性が不足する場合には移動スライダに作用した荷重によ
って中間サドルが撓むこととなり、これによって移動ス
ライダの位置精度が損なわれるという懸念があった。従
って、可動体の送り精度を十分に保証するためには、中
間サドルに対して今まで以上に十分な曲げ剛性を与える
必要があった。 【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは、防塵・防油対策
を施さずともスライダの運動精度が損なわれることがな
く、しかも中間サドルに十分な曲げ剛性を与えることで
可動体の送り位置精度を保証することが可能なリニアア
クチュエータを提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のリニアアクチュエータは、溝型材からなる
一対の軌道レールの凹部を互いに向かい合わせ、所定の
距離を保持しつつこれら軌道レールの長手方向両端部を
互いに結合して形成した中間サドルと、各軌道レールの
内側面に対してボールを介して嵌合し、各軌道レールの
凹部内を自在に移動可能な一対のスライダと、互いに対
向する一対の軌道レールの隙間を介して一方のスライダ
に固定されると共に、係るスライダを固定部に連結する
固定プレートと、この固定ブレートと同様にして他方の
スライダに固定されると共に、係るスライダを可動体に
連結する移動プレートと、上記中間サドルの両端に設け
られた回転体に掛け回されて循環すると共に、周長を二
分する位置において一対のスライダが夫々固定された無
端状の動力伝達環と、上記回転体に所定の回転量を与
え、一対のスライダを上記中間サドル内で相互に進退さ
せる駆動手段とからなることを特徴とするものである。 【０００８】 【作用】このような技術的手段によれば、中間サドルを
構成する各軌道レールに沿って夫々移動する一対のスラ
イダのうち、その一方は固定プレートを介して固定部に
連結されており、他方は移動プレートを介して可動体に
連結されるので、駆動手段によって動力伝達環を回転さ
せると、固定部側のスライダに案内されて中間サドルが
固定部上をストロークする一方、可動体側のスライダが
中間サドル上をストロークする。従って、図８に示す従
来のリニアアクチュエータと同様、可動体側のスライダ
は中間サドル長さの約２倍の距離を動力伝達環の回転速
度の２倍の速度でストロークすることとなり、コンパク
トな構成でストロークの長い高速直線運動が得られる。 【０００９】この際、本発明では溝型材からなる一対の
軌道レールを結合して中間サドルを構成するに当たり、
軌道レールの凹部を互いに対向させるようにして結合し
ているので、スライダの軌道路となっている軌道レール
の凹部が外部に対して露呈しておらず、工作機械等によ
るワークの切削粉や潤滑油等が軌道レールの凹部内に付
着し難くなっている。 【００１０】また、前述のように中間サドルを片持ち梁
に見立てた場合、荷重に対する中間サドル先端の変位量
は当該中間サドルの断面二次モーメントに依存している
と言うことができ、かかる断面二次モーメントが大きく
なると先端変位量が小さくなる関係にある。 【００１１】ここで、断面略Ｈ型に形成された従来の中
間サドルの断面二次モーメントと本発明の中間サドルの
それとを比較した場合、図６に示すように外観が同じ大
きさの中間サドルを同じ板厚の材料を用いて形成したと
すれば、Ｘ軸に対してより遠方に断面を有する本発明の
中間サドルの方がＸ軸周りの断面二次モーメントは当然
に大きくなる。 【００１２】つまり、本発明のリニアアクチュエータは
同じ程度の装置の大きさであれば、中間サドルの曲げ剛
性を従来の中間サドルのそれよりも大きく設定すること
ができ、荷重に対する可動体の変位量を小さく抑えるこ
とができる。 【００１３】 【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明のリニアア
クチュエータを詳細に説明する。図１乃至図５は本発明
のリニアアクチュエータの第一実施例を示すものであ
る。同図において、符号１は一対の軌道レール１Ａ，１
Ｂから構成された中間サドル、符号２Ａ，２Ｂは各軌道
レール１Ａ，１Ｂに沿って夫々移動する一対のスライ
ダ、符号３は一方のスライダ２Ａを固定部（図示せず）
に連結するための固定プレート、符号４は他方のスライ
ダ２Ｂを可動体（図示せず）を取り付けるための移動プ
レート、符号５は上記中間サドル１の両端に配設された
一対のプーリ５１，５２に架け回されたタイミングベル
ト、符号６はこのタイミングベルト５を回転させるため
のステッピングモータである。 【００１４】先ず、上記中間サドル１を構成している軌
道レール１Ａ，１Ｂは、夫々、ベース１１の両端から一
対のフランジ１２，１２が立ち上がった溝型状に形成さ
れており、各フランジ１２の内側面には後述するスライ
ダ２Ａ，２Ｂ内のボール７が転走する一条のボール転走
溝１３が長手方向に沿って形成されている。そして、こ
れら軌道レール１Ａ，１Ｂはその凹部が互いに向き合う
ようにして、その一端がテンションプレート１４に、他
端がモータブラケット１５に固定されて中間サドル１を
構成しており、互いに対向する軌道レール１Ａのフラン
ジ１２と軌道１Ｂのそれとの間には上記固定プレート３
及び移動プレート４が挿通する隙間が形成されている。 【００１５】また、上記モータブラケット１５には前述
のモータ６を固定するための台座１６が設けられると共
に、この台座１６にはモータシャフト６１に固定された
ドライブプーリ５１を収容するための空間部１７が形成
されており、係る台座１６にモータ６を固定した状態に
おいて、ドライブプーリ５１が中間サドル１の軸方向端
部に位置するようになっている。尚、符号６２はモータ
ブラケット１５に固定されてモータ６を覆うモータカバ
ー、符号６３はモータ６や後述するスライダ２Ａ，２Ｂ
のポジションセンサに信号ケーブルを接続するためのコ
ネクタである。 【００１６】一方、軌道レール１Ｂのテンションプレー
ト側の端部にはアイドルプーリ５２を回転自在に支承す
るプーリサポート１８が固定されている。このプーリサ
ポート１８に対してはテンションプレートを貫通する調
節ボルト１９が螺合しており、調節ボルト１９の締結量
に応じてプーリサポート１８の固定位置が軌道レール１
Ｂの軸方向に沿って移動するようになっている。従っ
て、上記調節ボルト１９の締結量に応じてアイドルプー
リ５２とドライブプーリ５１との距離が僅かに調節さ
れ、これらプーリ５１，５２に架け回されたタイミング
ベルト５に適度なテンションが与えられる。 【００１７】また、図４及び図５に示すように、上記ス
ライダ２Ａ，２Ｂにはボール負荷域２１及びボール無負
荷域２２からなるボール循環路が同一平面内で二条形成
されており、各ボール負荷域２１においてスライダ２
Ａ，２Ｂの両端縁から露呈した多数のボール７が軌道レ
ール１Ａ，１Ｂのフランジ１２に形成されたボール転走
溝１３に接触し且つこれを転走するようになっている。
各スライダ２Ａ，２Ｂは例えばスポット溶接あるいはリ
ベット接合等の手法で結合された一対の金属製プレート
２３から構成されており、これらプレート２３にはプレ
ス加工によってボール循環路に対応した環状の凹溝が形
成されている。従って、２枚のプレート２３の環状凹溝
を互いに対向させ、ボール７を環状凹溝内に収容するよ
うにしてこれらプレート２３を結合することによって上
記スライダ２Ａ，２Ｂが完成する。そして、このように
構成されたスライダ２Ａ，２Ｂはボール７の無限循環に
伴い軌道レール１Ａ，１Ｂに沿って自在に移動する。 【００１８】更に、上記スライダ２Ａに取り付けられる
固定プレート３及びスライダ２Ｂに取り付けられる移動
プレート４は金属片を折り曲げて断面略Ｃ形状に形成さ
れており、軌道レール１Ａあるいは１Ｂを囲むようにし
て夫々のスライダ２Ａ，２Ｂに固定されている。すなわ
ち、本実施例のリニアアクチュエータを外部から観察し
た場合、図１に示すように、互いに対向する軌道レール
１Ａ，１Ｂの間隙から固定プレート３及び移動プレート
４の両端が突出すると共に、固定プレート３は軌道レー
ル１Ａの下部に回り込み、移動プレート４は軌道レール
１Ｂの上部に回り込んでいる。また、軌道レール１Ａの
ベース１１側に回り込んだ固定プレート３の端部はベッ
ド等の固定部（図示せず）へこのリニアアクチュエータ
を取り付けるための取付部３１となっており、固定ボル
トが螺合するボルト孔３２が設けられている。一方、軌
道レール１Ｂのベース１１側に回り込んだ移動プレート
４の端部はテーブル等の可動体（図示せず）を取り付け
るための取付部４１となっており、やはり固定ボルトが
螺合するボルト孔４２が設けられている。 【００１９】また、上記タイミングベルト５は前述のア
イドルプーリ５２及びドライブプーリ５１に架け回され
ており、スライダ２Ａ，２Ｂを繋ぐようにして各スライ
ダの移動方向の両端部に連結されている。従って、スラ
イダ２Ａが軌道レール１Ａに沿って移動すると、スライ
ダ２Ｂは軌道レール１Ｂに沿ってスライダ２Ａと反対方
向へ同時に移動することになる。このとき、スライダ２
Ａとスライダ２Ｂとの位置関係は図２に示されるように
１８０°位相が異なっており、スライダ２Ａが中間サド
ルの一方の端部に位置している時にスライダ２Ｂは他方
の端部側に位置している。 【００２０】更に、スライダ２Ａ，２Ｂの移動範囲のう
ち、ドライブプーリ５１側の端部位置にはいずれかのス
ライダが当該端部位置に到達したことを検出するための
ポジションセンサが設けられている。このポジションセ
ンサはモータブラケット１５に取り付けられたフォトセ
ンサ８と、各スライダ２Ａ，２Ｂのドライブプーリ５１
側の端部に突出して取り付けられたセンサドグ９とから
構成されており、いずれかのスライダが当該端部位置に
到達すると、そのスライダに取り付けられたセンサドグ
９がフォトセンサに挿入され、当該端部位置におけるス
ライダの存在が検出されるようになっている。 【００２１】以上のように構成された本実施例のリニア
アクチュエータは、固定プレート３を固定部に固定し且
つ移動プレート４に可動体を固定した状態でモータ６に
所定の回転量を与えると、図８に示す従来のリニアアク
チュエータと同様にして、中間サドル１が固定部に対し
てストロークする一方、可動体を登載した移動プレート
４も中間サドル１に対してストロークする。その結果、
移動プレート４は中間サドル１に対する自己のストロー
ク距離の２倍の距離を固定部に対してストロークするこ
ととなり、また、そのストローク速度はタイミングベル
ト５の周速の２倍となり、コンパクトな構成で長尺なス
トロークを得られ、その運動速度も著しく高速化する。 【００２２】このとき、本実施例では溝型材からなる一
対の軌道レール１Ａ，１Ｂを結合して中間サドル１を構
成するに当たり、軌道レール１Ａ，１Ｂの凹部を互いに
対向させるようにして結合しているので、スライダ２
Ａ，２Ｂやタイミングベルト等が収容された中間サドル
の内部に工作機械等によるワークの切削粉や潤滑油等が
入り込む懸念がなく、使用環境に拘わらず常に安定した
スライダの運動が得られる。 【００２３】また、このように構成される本実施例のリ
ニアアクチュエータでは、その中間サドル１が溝型材か
らなる一対の軌道レール１Ａ，１Ｂをその凹部が対向す
るように結合して形成されているので、当該中間サドル
を片持ち梁として見立てた場合に、可動体から作用する
荷重に対しての曲げ剛性を大きく採ることができ、移動
プレート４に固定した可動体の変位を十分に小さく抑え
ることができるものである。 【００２４】 【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のリニ
アアクチュエータによれば、従来のリニアアクチュエー
タと同様にコンパクトな構成でストロークの長い高速直
線運動が得られるばかりでなく、工作機械等によるワー
クの切削粉や潤滑油等が中間サドルの内部に侵入して軌
道レールの凹部に付着するのを有効に防止することがで
き、常にスムーズなストローク運動を取り出すことがで
きる。 【００２５】また、本発明のリニアアクチュエータは従
来のリニアアクチュエータよりも中間サドルの曲げ剛性
を大きく設定することができるので、移動プレートへの
荷重の作用によって生じる可動体の変位量を十分に小さ
く抑えることができ、可動体の送り位置精度を保証する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明のリニアアクチュエータの実施例を示
す斜視図である。 【図２】 実施例に係るリニアアクチュエータの側面図
である。 【図３】 実施例に係るリニアアクチュエータの平面図
である。 【図４】 実施例に係るリニアアクチュエータの要部拡
大斜視図である。 【図５】 図４のＶ−Ｖ断面図である。 【図６】 本発明のリニアアクチュエータと従来のそれ
とに関し、中間サドルの長手方向に垂直な断面を示す図
である。 【図７】 従来のリニアアクチュエータを示す斜視図で
ある。 【図８】 従来のリニアアクチュエータの動作図であ
る。 【符号の説明】 １…中間サドル、１Ａ，１Ｂ…軌道レール、２Ａ，２Ｂ
…スライダ、３…固定プレート、４…移動プレート、５
…タイミングベルト、６…モータ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 溝型材からなる一対の軌道レールの凹部
   を互いに向かい合わせ、所定の距離を保持しつつこれら
   軌道レールの長手方向両端部を互いに結合して形成した
   中間サドルと、 各軌道レールの内側面に対してボールを介して嵌合し、
   各軌道レールの凹部内を自在に移動可能な一対のスライ
   ダと、 互いに対向する一対の軌道レールの隙間を介して一方の
   スライダに固定されると共に、係るスライダを固定部に
   連結する固定プレートと、 この固定ブレートと同様にして他方のスライダに固定さ
   れると共に、係るスライダを可動体に連結する移動プレ
   ートと、 上記中間サドルの両端に設けられた回転体に掛け回され
   て循環すると共に、周長を二分する位置において一対の
   スライダが夫々固定された無端状の動力伝達環と、 上記回転体に所定の回転量を与え、一対のスライダを上
   記中間サドル内で相互に進退させる駆動手段と、からな
   ることを特徴とするリニアアクチュエータ。