JP4263643B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

この発明は、ワークを直線的に搬送する搬送装置に使用されるリニアアクチュエータに関するものである。

空気圧を供給することにより、出力部を直線的に往復動作させるリニアアクチュエータを使用した搬送装置では、衝撃に弱いワークを搬送する場合に起動時及び停止時の動作を低速化するスロースタート動作及びスローストップ動作を行う必要がある。

スローストップ動作を行うための一例として、リニアアクチュエータの出力部に対し、油圧を利用したショックアブソーバあるいは空気圧を利用したエアダンパー等を作動させる構成としたものが提案されている。

また、リニアアクチュエータに供給する空気圧を制御することにより、スロースタート動作及びスローストップ動作を行う構成としたものも提案されている。
特許文献１には、スライドアクチュエータで搬送されるワークへの過大な負荷の作用を防止する緩衝機構を備えた構成が開示されている。
特開平７−１５８６１１号公報

ところが、ショックアブソーバあるいはエアダンパーを使用する構成では、その減衰力の選定が難しく、減衰力が足らない場合には、確実なスローストップ動作が得られないとともに、減衰力が過大である場合には、ワークを支持する出力部が跳ね返されてしまい、スローストップ動作が得られない。

リニアアクチュエータに供給する空気圧を制御する構成では、異なる空気圧を供給可能とする複数の流路と、その流路を適宜に切換える切換え弁が必要となるため、その構成が煩雑となるとともに、スロースタート動作を確実に行うための空気圧を設定することも困難であるという問題点がある。

この発明の目的は、スロースタート動作及びスローストップ動作を確実に行い得るとともに、簡便かつ小型なリニアアクチュエータを提供することにある。

請求項１では、シリンダを備えた本体と、前記シリンダへの空気圧の供給に基づいて回転されるシャフトと、前記シャフトの回転に基づいて回転されるシャフトプレートと、前記本体に対し往復移動可能に支持されたワーク搬送用テーブルと、前記シャフトプレートの回転中心から離れた位置と、前記テーブルとをジョイントピンで連結するジョイントバーと、を備えたリニアアクチュエータにおいて、前記ジョイントバーは、前記シャフトプレート及びワーク搬送用テーブルに対し回動可能に連結し、前記ワーク搬送用テーブルは、前記ジョイントバーに連結される第一のテーブルと、前記第一のテーブルの移動にともなって移動する第二のテーブルとで構成し、前記第一のテーブルと第二のテーブルとの間には、第二のテーブルに作用する過負荷を吸収する緩衝装置を設けた。

請求項２では、前記シャフトプレート及びジョイントバーは、その回動軌跡が前記本体の外寸の範囲内に収まるように構成した。
請求項３では、前記シリンダ内には空気圧の供給に基づいて直線方向に移動するピストンを配設し、前記ピストンにはラックを形成し、前記シャフトには前記ラックに噛み合うピニオンギヤを設けた。

請求項４では、前記シリンダ及びピストンは、前記シャフトの両側に一対設けた。

本発明によれば、スロースタート動作及びスローストップ動作を確実に行い得るとともに、簡便かつ小型なリニアアクチュエータを提供することができる。

以下、本発明を具体化したリニアアクチュエータの一実施の形態を図面に従って説明する。図１及び図２に示すように、本体１の上面中央部には同本体１の長手方向に沿ってガイド突条２が形成され、そのガイド突条２に沿ってワーク搬送用の第一及び第二のテーブル３，４が移動可能に支持されている。第二のテーブル４によりワーク（図示しない）が搬送される。

図３に示すように、前記本体１の内部にはその長手方向に沿って２本のシリンダ５ａ，５ｂが穿設され、そのシリンダ５ａ，５ｂの両端部は封止されている。前記本体１の一端には空気圧供給ポート６ａ，６ｂが開口され、その空気圧供給ポート６ａ，６ｂは前記シリンダ５ａ，５ｂにそれぞれ連通されている。そして、空気圧供給ポート６ａ，６ｂには空気圧供給装置（図示しない）から所定の正圧が交互に供給される。

前記シリンダ５ａ，５ｂ内には、ピストン７ａ，７ｂがそれぞれ移動可能に支持されている。そして、前記空気圧供給ポート６ａに正圧が供給されると、ピストン７ａがシリンダ５ａ内に向かって移動し、空気圧供給ポート６ｂに正圧が供給されると、ピストン７ｂがシリンダ５ｂ内に向かって移動する。

なお、シリンダ５ａ，５ｂはピストン７ａ，７ｂの移動範囲より奥部で連通孔８ａ，８ｂにより前記空気圧供給ポート６ｂ，６ａにそれぞれ連通され、各空気圧供給ポート６ｂ，６ａに供給される正圧により、ピストン７ａ，７ｂがそれぞれ逆方向に押圧されるようになっている。

前記本体１の空気圧供給ポート６ａ，６ｂ側において、前記シリンダ５ａ，５ｂ間にはシャフト９が回転可能に支持され、同シャフト９の前記ピストン７ａ，７ｂに対向する周面には歯車が刻設されて、ピニオンギヤ１０が形成されている。

前記ピストン７ａ，７ｂのピニオンギヤ１０側の側面には、ピニオンギヤ１０に噛み合うラック１１ａ，１１ｂがそれぞれ形成されている。
そして、ピストン７ａの一端側がピニオンギヤ１０に噛み合うとき、ピストン７ｂは他端側でピニオンギヤ１０に噛み合うようになっている。

前記シャフト９は、本体１の上方へ突出され、その上端部は長方形状のシャフトプレート１２の中心部に嵌着されている。従って、シャフトプレート１２はシャフト９と一体に回転される。

前記シャフトプレート１２の一端部には、同シャフトプレート１２の上方に位置するジョイントバー１３の一端部がジョイントピン１４を介して互いに回動可能に連結されている。前記ジョイントバー１３は、前記シャフトプレート１２より長い長方形状に形成されている。

前記ジョイントバー１３の他端部は、ジョイントピン１５を介して前記第一のテーブル３の基端部に対し相対回動可能に連結されている。そして、シャフト９の回転に基づいてシャフトプレート１２が回転されると、ジョイントバー１３がジョイントピン１４，１５を回動支点として回動されるとともに、第一のテーブル３側に移動するため、第一のテーブル３がガイド突条２に沿って移動する。

従って、シャフトプレート１２及びジョイントバー１３は、シャフト９の回転運動を第一のテーブル３の往復直線運動に変換するリンク機構を構成する。また、シャフトプレート１２及びジョイントバー１３は、前記本体１の外径寸法の範囲内で回動するようにその長さが設定されている。

前記第一のテーブル３の先端部にはばね受け１６が取着され、そのばね受け１６には連結軸１７が相対移動可能に挿通され、その連結軸１７の先端部は前記第二のテーブル４に螺合されている。また、前記連結軸１７はコイルスプリング１８に挿通され、そのコイルスプリング１８の両端は、前記ばね受け１６と第二のテーブル４とに当接している。

前記連結軸１７の基端部には、前記ばね受け１６には挿通不能としたバッファプレート１９が固定されている。
このような構成により、第一のテーブル３が第二のテーブル４に向かって前進すると、第二のテーブル４はコイルスプリング１８を介して押圧されて前進するようになっている。また、第一のテーブル３が後退すると、ばね受け１６がバッファプレート１９に当接して連結軸１７を引き戻すため、第二のテーブル４が第一のテーブル３とともに後退するようになっている。

前記シャフト９の近傍において、前記本体１の両側面には掛止め軸２０が設けられ、前記第一のテーブル３の両側面にも同様な掛止め軸２１が設けられている。そして、その掛止め軸２０，２１間にはコイルスプリング２２がそれぞれ掛装されている。このコイルスプリング２２は第一のテーブル３をその後退方向に付勢するものである。

次に、上記のように構成されたリニアアクチュエータの動作を説明する。
図１及び図２に示すように、ジョイントピン１４が本体１の端部側に位置し、かつシャフトプレート１２及びジョイントバー１３が平行に位置する状態では、第一及び第二のテーブル３，４は最も後退した状態に位置する。また、図３に示すように、ピストン７ａは空気圧供給ポート６ａ近傍に位置し、ピストン７ｂは空気圧供給ポート６ｂから離れて位置する。

この状態から、空気圧供給ポート６ａに正圧が供給されると、ピストン７ａはシリンダ５ａ内へ移動し、ピストン７ｂは空気圧供給ポート６ｂに向かって移動する。すると、シャフト９が回転され、シャフトプレート１２が回転される。

シャフトプレート１２の回転にともなって、ジョイントバー１３が回動され、シャフトプレート１２が４５度回転されると、図４に示す状態となる。シャフトプレート１２がさらに回転されて、９０度回転されると、図５に示す状態となる。また、図６はシャフトプレート１２が１３５度回転された状態を示し、図７はシャフトプレート１２が１８０度回転された状態を示す。

このようにしてシャフトプレート１２の回転に基づいてジョイントバー１３が回動され、ジョイントバー１３の回動に基づいて、第一及び第二のテーブル３，４がガイド突条２に沿って移動する。

図７に示す状態では、ピストン７ａ，７ｂが最大限移動し、同方向にはそれ以上移動されないので、シャフトプレート１２も同方向にそれ以上回転されない。このとき、ピストン７ｂは空気圧供給ポート６ｂの近傍まで移動している。また、図８はジョイントバー１３が最大限回動する前に、第二のテーブル４に支持されたワークが移動不能となったとき、第二のテーブル４の未移動分をコイルスプリング１８により吸収した状態を示す。

次いで、空気圧供給ポート６ｂに正圧が供給されると、ピストン７ｂがシリンダ５ｂ内に向かって移動される。すると、シャフトプレート１２が逆回転され、ピストン７ａ，７ｂが最大限移動されると、図２に示す状態に復帰する。

上記のような動作により、シャフトプレート１２の回転動作がジョイントバー１３により第一及び第二のテーブル３，４の往復動作に変換される。図９は、シャフトプレート１２の回転角度と第一及び第二のテーブル３，４の移動距離との関係を示す。

上記のようにシャフトプレート１２の回転運動が第一及び第二のテーブル３，４の直線運動に変換されるため、シャフトプレート１２の回転角度と第一及び第二のテーブル３，４の移動距離との関係はｓｉｎ曲線となる。

従って、第一及び第二のテーブル３，４の移動開始時は、その移動速度が緩やかに上昇し、移動停止時も同様に移動速度が緩やかに低下する。
上記のように構成されたリニアアクチュエータでは、次に示す作用効果を得ることができる。
（１）シャフトプレート１２の回転運動を、ジョイントバー１３を介して第一及び第二のテーブル３，４の直線運動に変換することができる。従って、シャフトプレート１２の回転角度に対し第一及び第二のテーブル３，４の移動距離をｓｉｎ曲線のごとく変化させることができるので、スロースタート及びスローストップを確実に行うことができる。
（２）回転運動を直線運動に変換するためのシャフトプレート１２及びジョイントバー１３と、ジョイントバー１３の回動に基づいて直線運動する第一及び第二のテーブル３，４を本体１上に設けたことにより、リニアアクチュエータの小型化を図ることができる。また、シャフトプレート１２及びジョイントバー１３が本体１の外形寸法の範囲内で回動するので、リニアアクチュエータの小型化を図ることができる。
（３）ピストン７ａ，７ｂに設けたラック１１ａ，１１ｂと、シャフト９に設けたピニオンギヤ１０とにより、ピストン７ａ，７ｂの直線運動をシャフト９の回転運動に変換することができる。
（４）一対のラック１１ａ，１１ｂによりシャフト９を安定して回転させることができる。
（５）緩衝装置として動作するコイルスプリング２２により、第二のテーブル４への過負荷の作用を未然に防止することができる。

上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・正圧の供給に基づいて回転されるベーン（風車）の回転に基づいてシャフト９を回転させる構成としてもよい。
・ピストン及びラックは、いずれか一方のみとしてもよい。

一実施の形態を示す平面図である。 一実施の形態を示す正面図である。 シリンダ内を示す断面図である。 リニアアクチュエータの動作を示す平面図である。 リニアアクチュエータの動作を示す平面図である。 リニアアクチュエータの動作を示す平面図である。 リニアアクチュエータの動作を示す平面図である。 リニアアクチュエータの動作を示す平面図である。 シャフトプレートの回転角度とテーブルの移動距離の関係を示す関係図である。

符号の説明

１ 本体
３，４ テーブル
５ａ，５ｂ シリンダ
９ シャフト
１２ リンク機構（シャフトプレート）
１３ リンク機構（ジョイントバー）
１４ 回転軸（ジョイントピン）
１５ 回転軸（ジョイントピン）

Claims (4)

1. シリンダを備えた本体と、
   前記シリンダへの空気圧の供給に基づいて回転されるシャフトと、
   前記シャフトの回転に基づいて回転されるシャフトプレートと、
   前記本体に対し往復移動可能に支持されたワーク搬送用テーブルと、
   前記シャフトプレートの回転中心から離れた位置と、前記テーブルとをジョイントピンで連結するジョイントバーと、を備えたリニアアクチュエータにおいて、
   前記ジョイントバーは、前記シャフトプレート及びワーク搬送用テーブルに対し回動可能に連結し、
   前記ワーク搬送用テーブルは、前記ジョイントバーに連結される第一のテーブルと、前記第一のテーブルの移動にともなって移動する第二のテーブルとで構成し、前記第一のテーブルと第二のテーブルとの間には、第二のテーブルに作用する過負荷を吸収する緩衝装置を設けたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 前記シャフトプレート及びジョイントバーは、その回動軌跡が前記本体の外寸の範囲内に収まるように構成したことを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
3. 前記シリンダ内には空気圧の供給に基づいて直線方向に移動するピストンを配設し、前記ピストンにはラックを形成し、前記シャフトには前記ラックに噛み合うピニオンギヤを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のリニアアクチュエータ。
4. 前記シリンダ及びピストンは、前記シャフトの両側に一対設けたことを特徴とする請求項３記載のリニアアクチュエータ。

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