JP4567926B2 - ガイド装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガイド装置に関し、詳細には、ガイド軸とこれに外挿するコラムとを備えたものにおいて、コラムをガイド軸上で移動自在に支持するガイド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
直動装置として、従来より、リニアモータが用いられている。リニアモータは、一般に、電磁コイルなどの可動子を有するスライダと、スライダの可動子に近接して配置される永久磁石などの固定子を有するレール部材とから主として構成されている。
【０００３】
運転時には、可動子に通電することにより、可動子に推進力が発生し、可動子を介してスライダがレール部材上を移動するようになっている。
【０００４】
ところで、従来のリニアモータにおいては、一般に、スライダをレール部材上でスライド自在に支持するためのスライド機構が循環可能な多数のボールから構成されている。このため、スライダの移動の際に、隣り合うボール同士が干渉する結果、スライダの移動を高速で行えない場合が生じ得る。
【０００５】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたもので、スライダの移動を高速で行えるリニアモータ付のガイド装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るガイド装置は、ガイド軸とこれに外挿するコラム（スライダに相当）とを備え、コラムをガイド軸上で移動自在に支持するガイド装置である。ガイド軸は、中心軸線を挟んで対向配置された平坦状の第１、第２の主面を外周面に有し、第１、第２の主面に永久磁石がそれぞれ設けられている。コラムは、ガイド軸の外周面に近接配置された内周面を有し、内周面には、ガイド軸の各永久磁石に対向する一対の電磁石と、ガイド軸の外周面上を軸方向に転動する各々回転自在な複数の転動体とが設けられている。そして、ガイド軸に対するコラムの位置を検出するための位置検出手段が設けられている。
【０００７】
請求項１の発明によれば、電磁石に通電することにより、電磁石を介してコラムに推進力が発生する。コラムの移動の際には、複数の転動体が各々回転しつつガイド軸の転動面上を移動することによってコラムが支持されるが、このとき、各転動体が離間配置されているため、隣り合う転動体が干渉することはなく、これにより、コラムの移動を高速で行えるようになる。また、この場合には、コラムのガイド軸に対する移動位置を検出する位置検出手段が設けられるので、コラムの移動制御を正確に行えるようになる。さらに、この場合には、各永久磁石が、ガイド軸の第１の主面とこれに対向配置された第２の主面とにそれぞれ設けられていることで、コラムの推進力を向上できる。しかも、この場合には、各永久磁石が離間して対向配置されていることで、磁場的に安定した状態を作り出すことが可能になる。
【０００８】
請求項２の発明では、コラムには、コラムを軸方向と直交する方向に貫通する横穴が形成され、電磁石が横穴に設けられている。
【０００９】
請求項３の発明では、ガイド軸が複数の平面部からなる断面多角形状の外周面を有するとともに、コラムがガイド軸の各平面部に対応する複数の平面部からなる断面多角形状の内周面を有する貫通穴を有しており、各転動体がコラムの貫通穴の隅部に配置されている。
【００１０】
この場合には、ガイド軸の外周面の角部が転動体によって保持されることになるので、ガイド軸の強固な保持が可能になる。これにより、ガイド軸およびコラム間に過大な捩じれが発生した場合でも、このような捩じれに対応でき、各転動体にスキューが発生するのを防止できる。
【００１１】
さらに、この場合には、転動体が、コラムの貫通穴内周面のポケット穴に収容された円筒状部材であり、転動体を挿通する支軸の回りに配設された多数のころ状部材を介して、支軸の回りを回転自在になっているので、コラムの軸受機構を簡単な機構により実現でき、装置全体の構造を簡略化できる。
【００１２】
請求項４の発明では、位置検出手段が、ガイド軸に装着された、軸方向に延びるマグネットスケールと、コラムに設けられ、マグネットスケールのスケール値を検出するセンサとを有しており、これにより、位置検出手段を簡単な機構で構成できる。
【００１３】
請求項５の発明では、ガイド軸が、上下方向に延びる穴を有し、穴内にシリンダが配設されており、当該シリンダのピストンロッド先端がガイド軸の先端に取り付けられ、シリンダ本体がコラムに取り付けられている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施態様によるガイド装置の横断面図、図２はそのII-II線断面図、図３は図１の一部拡大図、図４は図１のガイド装置における制御装置の概略ブロック構成図である。
【００１５】
図１および図２に示すように、このガイド装置１は、軸方向に延びる穴２ａを有する角柱形状のガイド軸２と、ガイド軸２に外挿された円筒形状のコラム３とを有している。
【００１６】
ガイド軸２は、断面矩形状の外周面２ｂを有しており、外周面２ｂは４つの平面部２０から構成されている。各平面部２０は、軸方向に沿って直線状に延びている。コラム３は、ガイド軸２の外周面２ｂに近接して配置されており、ガイド軸２の各平面部２０に対応する４つの平面部３０からなる断面矩形状の貫通穴３ａを有している。
【００１７】
ガイド軸２において対向配置された一対の平面部２０には、板状の永久磁石５がそれぞれねじ止め固定されている。一方、コラム３において、ガイド軸２の各永久磁石５と対向する位置には、それぞれ電磁コイル６が設けられている。電磁コイル６は、コラム３を軸方向と直交する方向に貫通する横穴３ｂに収容されており、カバー部材７を介して横穴３ｂ内に保持されている。これら永久磁石５、電磁コイル６、ガイド軸２およびコラム３により、リニアモータが構成されている。
【００１８】
また、ガイド軸２の一つの平面部２０には、軸方向に延びるマグネットスケール８が装着されている。一方、コラム３において、ガイド軸２のマグネットスケール８と対向する平面部３０には、マグネットスケール８のスケール値を検出するためのセンサ９が設けられている。
【００１９】
コラム３の貫通穴３ａを構成する各平面部３０には、ニードルローラベアリング１０が設けられている。ニードルローラベアリング１０は、図３の拡大図に示すように、円筒状の外輪１１と、その内周側に配設された複数のニードルローラ１２とから構成されている。外輪１１には支軸１３が挿通しており、外輪１１は、ニードルローラ１２を介して支軸１３に回転自在に支持されている（図２参照）。また、外輪１１は、コラム３の矩形状の貫通穴３ａの隅部に形成された一対のポケット穴３ｃ内に収容されており、支軸１３は、ガイド軸２の外周面２ｂの各平面部２０と平行に延びる軸穴３ｄ内に収容されている。
【００２０】
また、ガイド軸２の外周面２ｂの各平面部２０においてコラム３側のニードルローラベアリング１０と対向する位置には、タングステンカーバイド（ＷＣ）やチタンカーバイド（ＴｉＣ）などの粉末またはセラミックスの粉末を溶射することにより形成された、軸方向に帯状に延びる転動面１５が設けられている。ニードルローラベアリング１０の外輪１１は、転動面１５に当接しており、転動面１５上を転動しつつ軸方向に移動するようになっている。
【００２１】
なお、コラム３には、図１に示すように、フランジ部３１が設けられている。フランジ部３１は、コラム３とともに移動させる部材をコラム３にねじ止め固定するための部位であって、ボルト挿入用の複数の穴３１ａを有している。また、コラム３の両端には、図２に示すように、コラム３の貫通穴３ａの開口端を覆うカバープレート３５が取り付けられている。カバープレート３５には、ニードルローラベアリング１０の外輪１１の一部を収容するためのポケット穴３５ａが形成されている。また、図１に示すように、コラム３を軸方向と直交する方向に貫通する貫通穴３ｅを形成してもよい。この貫通穴３ｅは、ガイド軸の保持を横方向から行うための部材を挿入するためのものである。
【００２２】
次に、上述のガイド装置における制御装置の概略ブロック構成について、図４を用いて説明する。同図に示すように、この制御装置は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどから構成される制御部５０を有している。制御部５０には、センサ９が接続されており、センサ９からの検出信号は、増幅器（ＡＭＰ）５１に入力されている。また、制御部５０には、永久磁石５、電磁コイル６、ガイド軸２およびコラム３により構成されたリニアモータ５２が接続されている。リニアモータ５２には、電磁石５０に対して通電を行うドライバ回路５３が接続されている。ドライバ回路５３には、増幅器５１からの信号が入力されるようになっている。
【００２３】
上述のように構成されるガイド装置の運転の際には、ドライバ５３からの駆動信号を受けて電磁コイル６が通電されることにより、永久磁石５による磁界の作用と相俟って、電磁コイル６を介してコラム３に推進力が発生し、コラム３が移動を開始する。
【００２４】
このコラム３の移動の際には、各ニードルローラベアリング１０の外輪１１がガイド軸２の転動面１５上を転動する、つまり回転しつつ移動することにより、コラム３が支持されている。この場合には、各ニードルローラベアリング１０が離間配置されているので、コラム３の移動の際に、隣り合う各ニードルローラベアリング１０が干渉することはなく、これにより、コラム３の移動を高速で行えるようになる。また、この場合には、転動面１５が硬い材質の材料から構成されているので、コラム３の移動にともなう転動面の摩耗を低減できる。
【００２５】
コラム３のガイド軸２に対する移動位置は、センサ９によるマグネットスケール８のスケール値の検出信号が制御部５０に入力されて、ドライバ５３による電磁コイル６の駆動制御が行われることにより、制御される。これにより、コラム３の移動制御を正確に行えるようになる。
【００２６】
また、この場合には、永久磁石５が一対の磁石から構成されているので、コラム３の推進力を向上できるとともに、各磁石が離間して対向配置されていることにより、磁場的に安定した状態を作り出すことが可能である。
【００２７】
さらに、コラム３の貫通穴３ａの隣り合う各平面部３０に配置される各ニードルベアリング１０が、コラム３の貫通穴３ａの各隅部に配置されていることにより、ガイド軸２の外周面２ｂの各角部を各ニードルベアリング１０によって保持できるようになり、ガイド軸２の強固な保持が可能になる。その結果、ガイド軸２およびコラム３間に過大な捩じれが発生した場合でも、このような捩じれに対応でき、各ニードルローラ１２にスキューが発生するのを防止できる。
【００２８】
なお、前記実施態様では、ガイド軸２が断面矩形状の外周面を有し、コラム３が断面矩形状の貫通穴を有しているものを例にとったが、本発明は、ガイド軸の外周面およびコラムの貫通穴がその他の多角形形状を有するものにも同様に適用できる。
【００２９】
また、本発明によるガイド装置をコラムの上下方向移動に用いる場合には、ガイド軸２に形成された上下方向の穴２ａを利用して、穴２ａ内にシリンダを配設し、そのピストンロッド先端をガイド軸先端に固定するとともに、シリンダ本体をコラム側に固定するようにすればよい。この場合には、ガイド軸およびコラムの自重をそれぞれピストンロッドおよびシリンダ本体で支持できるようになるので、コラムの移動をスムーズに行えるようになる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るガイド装置によれば、離間配置された複数の転動体が各々回転しつつガイド軸の転動面上を移動することによりコラムの移動をガイドするようにしたので、コラムの移動を高速で行えるようになる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施態様によるガイド装置の横断面図であって、図２のI-I 線断面に相当している。
【図２】 図１のII-II 線断面図であって、前記ガイド装置（図１）の縦断面を示している。
【図３】 図１の一部拡大図である。
【図４】 ガイド装置（図１）における制御装置の概略ブロック構成図である。
【符号の説明】
１： ガイド装置
２： ガイド軸
２ｂ： 外周面
２０： 平面部
３： コラム
３ａ： 貫通穴
３ｂ： 横穴
３ｃ： ポケット穴
３０： 平面部
５： 永久磁石
６： 電磁コイル（電磁石）
８： マグネットスケール
９： センサ
１０： ニードルローラベアリング
１１： 外輪（転動体）
１２： ニードルローラ（ころ状部材）
１３： 支軸
１５： 転動面

Claims (5)

1. ガイド軸（２）とこれに外挿するコラム（３）とを備え、前記コラム（３）を前記ガイド軸（２）上で移動自在に支持するガイド装置（１）において、
   前記ガイド軸（２）が、中心軸線を挟んで対向配置された平坦状の第１、第２の主面（２０）を外周面に有し、前記第１、第２の主面（２０）に永久磁石（５）がそれぞれ設けられ、
   前記コラム（３）が、前記ガイド軸（２）の前記外周面に近接配置された内周面を有し、前記内周面には、前記ガイド軸（２）の前記各永久磁石（５）に対向する一対の電磁石（６）と、前記ガイド軸（２）の前記外周面上を軸方向に転動する各々回転自在な複数の転動体（１１）とが設けられるとともに、
   前記ガイド軸（２）に対する前記コラム（３）の位置を検出するための位置検出手段が設けられている、
   ことを特徴とするガイド装置。
2. 請求項１において、
   前記コラム（３）には、当該コラム（３）を軸方向と直交する方向に貫通する横穴（３ｂ）が形成され、前記電磁石（６）が前記横穴（３ｂ）に設けられている、
   ことを特徴とするガイド装置。
3. 請求項１において、
   前記ガイド軸（２）が、複数の平面部からなる断面多角形状の外周面を有し、
   前記コラム（３）が、前記ガイド軸（２）の前記各平面部に対応する複数の平面部からなる断面多角形状の内周面を有する貫通穴（３ａ）を有しており、
   前記各転動体（１１）が、前記コラム（３）の前記貫通穴（３ａ）の隅部において、該貫通穴（３ａ）の内周面に形成されたポケット穴（３ｃ）に収容された円筒状部材であり、前記ポケット穴（３ｃ）の内部に配設された支軸（１３）が前記転動体（１１）を挿通するとともに、前記支軸（１３）の回りに配設された多数のころ状部材（１２）を介して、前記転動体（１１）が前記支軸（１３）の回りを回転自在になっている、
   ことを特徴とするガイド装置。
4. 請求項１において、
   前記位置検出手段が、前記ガイド軸（２）に装着された、軸方向に延びるマグネットスケール（８）と、前記コラム（３）に設けられ、前記マグネットスケール（８）のスケール値を検出するセンサ（９）とを有している、
   ことを特徴とするガイド装置。
5. 請求項１において、
   前記ガイド軸（２）が、上下方向に延びる穴（２ａ）を有し、前記穴（２ａ）内にシリンダが配設されており、当該シリンダのピストンロッド先端が前記ガイド軸（２）の先端に取り付けられ、シリンダ本体が前記コラム（３）に取り付けられている、
   ことを特徴とするガイド装置。

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