JP4568497B2 - 防塵アクチュエータ及び防塵運動案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動対象を可動させるアクチュエータ、及び移動対象が運動するのを案内する運動案内装置に関する。

本出願人は、図７に示されるように、移動ブロック１が軌道レール２に沿ってスライドするのを案内する案内機構３と、移動ブロック１を可動させるボールねじ機構４とを組み合わせたコンパクトなアクチュエータを提案している。

軌道レール２は底部と一対の壁部とを有する断面略Ｕ字形状に形成され、その対向する壁部間で移動ブロック１を挟む。移動ブロック１は、その中央にボールねじ部を有し、その両側部が軌道レール２の壁部に支持される。移動ブロック１のボールねじ部は、移動ブロックを貫通するねじ軸４に螺合する。ねじ軸４を回転駆動することで、移動ブロック１が軌道レール２に沿ってスライドする。移動ブロック１の両側部には、案内機構３を構成する、軌道レール２の軸線方向に伸びる負荷ボール転走溝が形成される。

軌道レールと移動ブロックとの間には、軌道レールに沿って移動ブロックが円滑にスライドするように、転がり運動する複数のボールが介在される。このアクチュエータでは、Ｕ字形断面形状の軌道レールを採用しているので、コンパクトな外形寸法でありながら、高い剛性を確保できる、という利点がある。

このようなアクチュエータを戸外で使用する場合には、アクチュエータ内部を密封する必要がある。また、例えば半導体や液晶の製造装置でも、低発塵のアクチュエータが求められるので、カバー等でアクチュエータの内部を密封する必要がある。

従来のアクチュエータでは、図８に示されるように、断面Ｕ字形状の軌道レール２の上面に蛇腹状のカバー５ａ，５ｂを取り付けてアクチュエータの内部を密封していた。蛇腹状のカバー５ａ，５ｂは、移動ブロック１の移動方向の両側に設けられ、移動ブロックがスライドするのに伴って伸縮する。

しかし、軌道レールの上面に蛇腹状のカバーを取り付けただけでは、軌道レールとカバーとの間、特に軌道レールの側面とカバーとの間に隙間が空く。隙間が空くとアクチュエータの内部を完全に密封することができない。

そこで本発明は、アクチュエータの内部を完全に近く密封することができるアクチュエータ及び運動案内装置を提供することを目的とする。

以下、本発明は本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。

上記課題を解決するために、請求項１の発明のアクチュエータは、軸線方向に伸びるスリットが形成される中空形状の軌道部材（６）と、前記軌道部材（６）の内部に配置され、前記軌道部材（６）に沿って移動可能な移動部材（７）と、前記移動部材（７）を前記軌道部材（６）の軸線方向に移動させる駆動機構（１７）と、前記軌道部材（６）の軸線方向と直交する断面において、前記軌道部材（６）の全体を覆い、前記軌道部材（６）の軸線方向に伸縮自在な覆い部材（２１）と、を備え、前記軌道部材（６）の前記スリット（８）から突出する前記移動部材の一部（７ａ）が、前記覆い部材（２１）を貫通すると共に、前記移動部材（７）の一部が貫通した部分はシール手段により密封されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のアクチュエータにおいて、前記スリット（８）は、前記軌道部材（６）の軸線方向と直交する断面において、前記軌道部材（６）の周方向の１箇所のみに空けられることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のアクチュエータにおいて、前記軌道部材（６）の断面形状が実質的に略円形状に形成されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし３に記載のアクチュエータにおいて、前記軌道部材（６）には、前記軌道部材（６）の軸線方向に伸びる転動体転走溝（９）が形成され、前記移動部材（７）には、前記転動体転走溝（９）に対向する負荷転動体転走溝（１３）が形成され、前記軌道部材（６）の転動体転走溝（９）と前記移動部材（７）の負荷転動体転走溝（１３）との間には、転がり運動可能な複数の転動体（１０）が介在されることを特徴とする。

請求項５の発明の運動案内装置は、軸線方向に伸びるスリットが形成される中空形状の軌道部材（６）と、前記軌道部材（６）の内部に配置され、前記軌道部材（６）に沿って移動可能な移動部材（７）と、前記軌道部材（６）の軸線方向と直交する断面において、前記軌道部材（６）の全体を覆い、前記軌道部材（６）の軸線方向に伸縮自在な覆い部材と（２１）、を備え、前記軌道部材（６）の前記スリット（８）から突出する前記移動部材の一部（７ａ）が、前記覆い部材（２１）を貫通すると共に、前記移動部材（７）の一部が貫通した部分はシール手段により密封されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、軌道部材を覆い部材がぐるりと包むので、アクチュエータの内部を完全に近く密封することができる。

請求項２の発明によれば、スリットの数を一箇所にすることで、防塵効果を向上させ、また軌道部材の剛性を向上させることができる。

請求項３の発明によれば、覆い部材で軌道部材を覆い易くなる。また、コンパクトでありながら剛性の高い軌道部材が得られる。

請求項４の発明によれば、移動部材を円滑に移動させることができる。

請求項５の発明によれば、軌道部材を覆い部材がぐるりと包むので、運動案内装置の内部を完全に近く密封することができる。

図１及び図２は、本発明の第１の実施形態におけるアクチュエータを示す。図１は斜視図を示し、図２は断面図を示す。このアクチュエータでは、中空形状の軌道部材として、円筒形状の軌道レール６を使用する。軌道レール６の内部には、移動部材として移動ブロック７が、軌道レール６の軸線方向に移動可能に配置される。軌道レール６には、軸線方向に伸びるスリット８が形成される。このスリット８から移動ブロックの一部７ａが突出し、この一部に移動対象に連結される連結部材（詳しくは後述する）が固定される。移動ブロック７は、駆動機構としてのボールねじ機構によって、軌道レール６の軸線方向にスライドされる。

軌道レール６は、その両端がブラケット１８，１９によって支持され、あたかも宙に浮いたようになっている。軌道レール６のスリット８は、図２に示されるように、軌道レール６の軸線方向と直交する断面において、軌道レール６の周方向の一箇所にのみ形成される。軌道レール６の断面形状は、スリットが形成されている分、完全な円ではないが、実質的な円形状に形成される。

軌道レール６は、移動ブロック７が移動するのを案内する案内部９を有する。この実施形態では、案内部９は軌道レールの軸線方向に伸びる複数条のボール転走溝９から構成される。ボール転走溝９は、例えば、移動ブロック７の左右両側面の上部及び下部に対向して、左右両側に上下２条ずつ形成される。ボール転走溝９は、断面がボールの半径よりも若干大きい曲率を有する単一の円弧、所謂サーキュラーアーク溝からなる。なお、軌道レール６と移動ブロック７との間にボール１０が介在されずに、移動ブロック７が軌道レール６に対してすべり運動する場合には、移動ブロック７を摺動可能に支持する部分が案内部となる。

案内部９からは移動ブロック７を覆うように、延長部１１が張り出している。対向する一対の延長部１１の先端間にスリット８が形成される。案内部９から延長部１１が張り出すことによって、スリット８の幅Ｗ１は移動ブロック７の幅Ｗ２よりも狭くなる。軌道レール６から移動ブロック７を引き抜くような引張り荷重が移動ブロック７に加わり、仮に軌道レール６と移動ブロック７との間からボールが脱落しても、移動ブロック７が軌道レール６から抜けることがない。

図３は、本実施形態の軌道レール６と従来の略Ｕ字形断面形状の軌道レール２とを比較したものである。本実施形態の軌道レール６は従来の軌道レール２と異なり、延長部１１が移動ブロック７の上方まで張り出しているのに特徴がある。これにより、軌道レール６の断面形状が閉曲線に近くなり、コンパクトな外形寸法でありながら軌道レール６の断面二次モーメントを大きくできる。このため、曲げ剛性、ねじり剛性等の剛性が高いアクチュエータを得ることができる。

図２に示されるように、移動ブロック７は、複数のボール１０を介して軌道レール６にスライド可能に支持されている。移動ブロック７の両側面には、軌道レール６のボール転走溝９に対向して直線状に伸びる負荷ボール転走溝１３が、移動ブロック７の左右側面それぞれの上下に２条形成される。この負荷ボール転走溝１３も、断面がボールの半径よりも若干大きい曲率を有する単一の円弧、所謂サーキュラーアーク溝からなる。

図４に示されるように、移動ブロック７には、負荷ボール転走溝１３と平行に伸びるボール戻し路１４、及び負荷ボール転走溝１３とボール戻し路１４とを接続する一対の方向転換路１５が形成される。方向転換路１５は、略一定曲率の円弧状に形成されているが、これに限定されるものでなく、例えば直線部分を含むものであっても良い。これら、負荷ボール転走溝１３、方向転換路１５、及びボール戻し路１４によってサーキット状のボール循環路が形成される。軌道レール６に対して移動ブロック７をスライドさせると、移動ブロック７と軌道レール６との間に介在されるボールが転がり運動し、ボール循環路を循環する。これにより、軌道レール６に対して移動ブロック７が円滑にスライドする。

この実施形態では、ボール循環路は合計４条設けられている。ボール循環路を４条設けると、図２に示される断面において、移動ブロック７に加わる荷重をあらゆる方向で負荷できるという利点がある。移動ブロック７が負荷できる荷重方向は、接触角線（１）〜（４）に一致する。ここで、接触角線とは、軌道レール６のボール転走溝９とボール１０との接点と、移動ブロック７の負荷ボール転走溝１３とボール１０との接点とを結んだ線のことである。この実施形態の移動ブロック７では、４条の負荷ボール転走溝１３が設けられているので、４本の接触角線（１）〜（４）が存在する。上側の２本の接触角線（１）（４）は、移動ブロック７の中心から外側に向けて斜め上方を向くように例えば４５度水平方向から傾斜され、下側の２本の接触角線（２）（３）は、移動ブロック７の中心から外側に向けて斜め下方を向くように例えば４５度水平方向から傾斜されている。これにより、ラジアル方向（下方向）、逆ラジアル方向（上方向）、横方向（左方向及び右方向）の４方向の荷重を負荷できるアクチュエータが得られる。軌道レール６の断面形状を円形状にすると、４本の接触角線をこのような放射状に配置し易くなる。なお、移動ブロック７に加わる荷重によっては、負荷ボール転走溝の条数は２条等に設定してもよい。

移動ブロック７のねじ部について説明する。図１に示されるように、移動ブロック７の中央部にはねじ軸１７が貫通している。ねじ軸１７の外周面には、螺旋状のねじ軸用ボール転走溝１７ａが形成される。このねじ軸用ボール転走溝１７ａの断面形状は、例えばねじ軸用のボールの半径よりも若干曲率半径の大きい２つの円弧からなるゴシックアーチに形成される。一方、移動ブロック７の貫通孔にも、ねじ軸用ボール転走溝１７ａに対向するねじ軸用負荷ボール転走溝が形成される。このねじ軸用負荷ボール転走溝の断面形状も、ボールの半径よりも若干大きい曲率半径の２つの円弧からなるゴシックアーチに形成される。また移動ブロック７には、ねじ軸用ボール転走溝１７ａとねじ軸用負荷ボール転走溝との間を転がるボールを循環させるためのリターンパイプが設けられる。

軌道レール６の長手方向の両端には、軌道レールの軸線方向の両端を支持する支柱としてのブラケット１８，１９が取り付けられる。このブラケット１８，１９はねじ軸１７を回転自在に支持する。ブラケット１８，１９と軌道レール６とはボルト等の結合手段によって結合される。ブラケット１９には、駆動源２０が取り付けられ、駆動源２０の出力はねじ軸１７に伝達される。ブラケット１８，１９は、軌道レール６を片持ち支持するように、軌道レールの軸線方向の一方のみに設けられても良いし、軌道レール６の両端を支持するように、軌道レールの軸線方向の両方に設けられても良い。

ねじ軸１７を回転させると、ねじ軸１７のねじ軸用ボール転走溝１７ａ上を荷重を受けながら周方向に転がるボールは、リターンパイプで掬い上げられる。掬い上げられたボールは、リターンパイプ内を通過し、数ピッチ間隔を隔てた位置から、再び負荷転走路に戻される。

図５は、上記アクチュエータに連結部材及び覆い部材を取り付けた例を示す。軌道レールは、蛇腹状の覆い部材２１で覆われる。覆い部材２１の両端はブラケット１８，１９に取り付けられる。移動ブロック７の一部７ａ（この移動ブロック７の一部７ａは、移動ブロック７と一体であっても、別体でボルト結合等されてもよい）は、軌道レール６のスリット８から突出する。この実施形態では、移動ブロック７の一部７ａは、移動ブロック７とは別体に形成され、移動ブロック７にボルト結合される。また、移動ブロック７ａの一部を構成する連結部材２２は折れ曲がった棒状に形成される。連結部材２２の先端は球形状に形成され、移動対象に嵌め合わされる。連結部材２２は、覆い部材２１を貫通し、連結部材２２が貫通した部分は、接着、バンド等でシールされる。蛇腹状の覆い部材２１の材質には、ゴム、布、アルミ繊維等を挙げることができる。覆い部材２１は一つの部材から構成されても、２つの部材を組み合わせて構成されてもよい。

宙に浮かせた軌道レール６の全体を覆い部材２１で包むことで、移動対象を移動させるアクチュエータとしての機能を保ったまま、アクチュエータの内部を密封することができる。また、移動ブロック７がスライドし、覆い部材２１が伸縮しても、覆い部材２１の内部の全体の容積が実質的に変わらない（覆い部材２１が伸縮することによって、覆い部材２１の襞部の容積が若干は変化することはある）。このため、移動ブロック７がスライドしても、覆い部材２１が膨らんだり、しぼんだりすることがない。

図６は、本発明の第２の実施形態におけるアクチュエータを示す。この実施形態のアクチュエータは、上記第１の実施形態のアクチュエータと略同様な構成を有するが、移動ブロック７の一部を構成する連結部材２２の形状が上記第２の実施形態と異なっている。連結部材２２の形状は、アクチュエータの用途、移動対象との接合状況によって様々に決定される。勿論、上記第１及び第２の実施形態と異なり、連結部材は棒状に形成されなくてもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。例えば、軌道レールの断面形状には、円形状以外に楕円形状、長円形（中央部が矩形で両端部が円弧形）、四角形形状等を採用することができる。軌道レールの片方の端部にのみ支柱を設けても良い。また、転動体としてはボールのみならず、ローラを使用することができる。さらにボール同士の接触を防止するために、ボール間にスペーサを介在させてもよい。

本発明の第１の実施形態におけるアクチュエータの斜視図。 上記アクチュエータの断面図（軌道レールの軸線と直交する面内）。 本実施形態の軌道レールと従来のＵ字形断面形状の軌道レールとを比較した断面図。 上記アクチュエータの断面図（軌道レールの軸線と平行な面内）。 覆い部材を取り付けたアクチュエータを示す斜視図。 本発明の第２の実施形態におけるアクチュエータを示す斜視図。 従来のアクチュエータを示す斜視図。 蛇腹を取り付けた従来のアクチュエータの平面図。

符号の説明

６…軌道レール（軌道部材）
７…移動ブロック（移動部材）
７ａ…移動ブロックの一部
８…スリット
９…ボール転走溝（案内部）
１０…ボール（転動体）
１３…負荷ボール転走溝
１７…ねじ軸（駆動機構）
１８，１９…ブラケット（支柱）
２１…覆い部材

Claims (5)

1. 軸線方向に伸びるスリットが形成される中空形状の軌道部材と、
   前記軌道部材の内部に配置され、前記軌道部材に沿って移動可能な移動部材と、
   前記移動部材を前記軌道部材の軸線方向に移動させる駆動機構と、
   前記軌道部材の軸線方向と直交する断面において、前記軌道部材の全体を覆い、前記軌道部材の軸線方向に伸縮自在な覆い部材と、を備え、
   前記軌道部材の前記スリットから突出する前記移動部材の一部が、前記覆い部材を貫通すると共に、前記移動部材の一部が貫通した部分はシール手段により密封されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記スリットは、前記軌道部材の軸線方向と直交する断面において、前記軌道部材の周方向の１箇所のみに空けられることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記軌道部材の断面形状が実質的に略円形状に形成されることを特徴とする請求項１又はに記載のアクチュエータ。
4. 前記軌道部材には、前記軌道部材の軸線方向に伸びる転動体転走溝が形成され、前記移動部材には、前記転動体転走溝に対向する負荷転動体転走溝が形成され、前記軌道部材の転動体転走溝と前記移動部材の負荷転動体転走溝との間には、転がり運動可能な複数の転動体が介在されることを特徴とする請求項１ないし３に記載のアクチュエータ。
5. 軸線方向に伸びるスリットが形成される中空形状の軌道部材と、
   前記軌道部材の内部に配置され、前記軌道部材に沿って移動可能な移動部材と、
   前記軌道部材の軸線方向と直交する断面において、前記軌道部材の全体を覆い、前記軌道部材の軸線方向に伸縮自在な覆い部材と、を備え、
   前記軌道部材の前記スリットから突出する前記移動部材の一部が、前記覆い部材を貫通すると共に、前記移動部材の一部が貫通した部分はシール手段により密封されていることを特徴とする運動案内装置。

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