JP4751088B2

JP4751088B2 - 直動装置

Info

Publication number: JP4751088B2
Application number: JP2005108761A
Authority: JP
Inventors: 哲人高橋; 千裕石津; 克彦三枝
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: JP2006288172A

Description

本発明は直動装置、特にその移動部へのケーブル配線機構の改良に関する。

直動装置は各種形状測定装置や工作機械などに使用され、その構成としてリニアモータを用いるもの、送りネジと回転モータとで構成されるもの等がある。リニアモータの可動子への電力供給や、往復直線運動をする移動部への信号の送受信を行うために直動装置の移動部へケーブル配線を行う必要があり、これらのケーブルの支持及び案内を行うためのケーブル支持部として、キャタピラ構造をもつケーブルベア（登録商標）が一般に用いている（特許文献１、２参照）。
特開２００１−２２４１５９号公報特開２００１−２１１６３０号公報

しかしながら、従来、図１に示すようにケーブル支持部（ケーブルベア（登録商標））を直動装置の移動部であるテーブルの駆動中心からずらした位置に配置していたため、ケーブル支持部とケーブルから反力により、テーブルの姿勢変動が起こり、往復の真直度にヒステリスが発生していた。このようなケーブル配線による真直度のヒステリスは高精度機になればなるほどさらに問題となっていた。反力に注目した場合、理想的なケーブル支持部の配置は駆動中心と同じく、テーブルの重心位置が望ましいが、スペースを大きくとってしまうこと、駆動部と干渉してしまうこと、等の問題があった。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的はヒステリスの小さいケーブル配線機構を有する直動装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の直動装置は、固定部に対して往復直線移動をする移動部と、該移動部を駆動する駆動手段とを備えた直動装置において、前記移動部へ配線されるケーブルの支持及び案内を行うケーブル支持部と、移動部へケーブルを配線する側の前記ケーブル支持部の端部を駆動し、該端部の往復運動と移動部の往復運動とを同期させる同期手段と、を備えたことを特徴とする。
上記の直動装置において、前記同期手段は、前記駆動手段による移動部への駆動力をケーブル支持部へ伝達する巻き掛け伝達部材と、該巻き掛け伝達部材を支持する巻き掛け支持部材とにより構成され、前記巻き掛け伝達部材によって移動部の移動方向とケーブル支持部端部の移動方向とが同じになるように巻き掛け支持部材を介して移動部とケーブル支持部端部とが連結されていることが好適である。
上記の直動装置において、前記同期手段は、前記移動部の往復直線移動範囲の両端に設けられた第１の巻き掛け支持部材の組と、前記ケーブル支持部端部の往復直線移動範囲の両端に設けられた第２の巻き掛け支持部材の組と、を備え、第１の組の巻き掛け支持部材間に張られた巻き掛け伝達部材の展張部に移動部を連結し、第２の組の巻き掛け支持部材間に張られた巻き掛け伝達部材の展張部にケーブル支持部端部を連結し、前記第１の組の巻き掛け支持部材間の展張部の移動方向と第２の組の巻き掛け支持部材間の展張部の移動方向とが同方向になるように、巻き掛け伝達部材をクロスさせて第１の組と第２の組の巻き掛け支持部材に巻き掛けられていることが好適である。
上記の直動装置において、前記移動部への巻き掛け伝達部材の連結位置は移動部の重心近傍であることが好適である。
上記の直動装置において、前記移動部の往復直線移動の向きと平行に、前記ケーブル支持部端部の往復直線移動を案内する直動案内部を備えたことが好適である
本明細書において巻き掛け伝達部材とは巻き掛け伝達における伝達部材、つまりベルト、チェーン、ワイヤ等のことを指す。また巻き掛け支持部材とは巻き掛け伝達における支持部材、つまりプーリ、ベルト車、スプロケット等のことを指す。

本発明にかかる直動装置によれば、ケーブル支持部端部の往復運動を駆動し、移動部の往復運動と同期させる同期手段を備えているため、ヒステリスの少ない直動装置を提供することができる。
本発明にかかる直動装置によれば、巻き掛け伝達部材によって移動部の移動方向とケーブル支持部端部の移動方向とが同じになるように巻き掛け支持部材を介して移動部とケーブル支持部端部とが連結され、ケーブル移動部端部の往復運動が移動部の往復運動に同期するように構成されているため、別動力を必要とせず、ヒステリスの少ない直動装置を提供することができる。

以下に図面を参照して本発明の好適な実施形態の説明を行う。
図２は本発明の第１の実施形態にかかる直動装置の斜視図、図３はテーブル側からみた上面図、図４は図３のＩ−Ｉ断面図である。図２〜４の直動装置１０は、固定部（固定台１２）に対して往復直線移動をする移動部１４（テーブル２６、リニアモータ１６の可動子２８）と、移動部１４を駆動する駆動手段（リニアモータ１６）と、移動部１４へ配線されるケーブル１８の支持及び案内を行うケーブル支持部２０と、ケーブル１８を移動部１４へ配線する側のケーブル支持部２０の端部２０ａを駆動し、該端部２０ａの往復運動と移動部１４の往復運動とを同期させる同期手段（巻き掛け伝達部材２２、巻き掛け支持部材２４ａ〜２４ｆ）とを備える。本実施形態において、同期手段は巻き掛け伝達部材（ワイヤ−２２）と巻き掛け支持部材（滑車２４ａ〜２４ｆ）とによって構成されている。ここで移動部１４の移動方向とケーブル支持部２０の端部２０ａの移動方向が同じになるように、ワイヤー２２によって巻き掛け支持部材２４（滑車２４ａ〜２４ｆ）を介して移動部１４とケーブル支持部２０の移動部１４へケーブル１８を配線する側の端部２０ａとが連結される。そのため、リニアモータ１６による移動部１４への駆動力がケーブル支持部２０の端部２０ａへ伝達され、ケーブル支持部２０の端部２０ａの往復運動が移動部の往復運動に同期する。

本実施形態の駆動手段はリニアモータ１６によって構成されており、リニアモータ１６は電機子コアと電機子コイルとで構成された可動子２８と、界磁ヨークと界磁用永久磁石とで構成された固定子３０とを備えている。リニアモータの固定子３０は移動部の移動方向に沿って固定台１２に固定されており、また可動子２８にはテーブル２６が固定されている。リニアモータ１６の可動子２８とテーブル２８とによって移動部１４が構成される。またリニアモータ１６を構成する固定子３０と可動子２８とは空隙を介して対向して設けられている。リニアモータ１６の種類は特に限定されず一般に使用されているものを用いればよい（特許文献１、２参照）。本実施形態では駆動手段１６としてリニアモータを用いた例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、その他の機構、例えば送りネジと回転モータによって構成されたようなもの、を用いたものであってもかまわない。

固定台１２およびテーブル２６にはテーブル２６の往復直線運動を案内するための移動部用直動案内部３２が設けられている。直動案内部３２は固定台１２に固定されたガイドレール３２ａと、テーブル２６に固定されたスライダ３２ｂとが対となって構成されている。テーブル２６はガイドレール３２ａに案内されて、固定台１２に対して往復直線移動を行う。
ケーブル２６はリニアモータ１６の可動子２８へ電力供給するためのものであり、ケーブル支持部２０によって電源（図示せず）から可動子２８へと案内、支持される。ケーブル支持部２０はケーブルベア（登録商標）によって構成されている。また、ケーブル２６は電力供給のためだけではなく、例えば移動部１４にセンサ等を取り付けた場合に、固体部と移動部との信号の送受信のため等にも用いられる。

ケーブル支持部２０の移動部１４へケーブル配線を行う側の端部２０ａと、移動部１４を構成するテーブル２６とは、巻き掛け伝達部材（ワイヤー２２）によって連結されており、テーブル２６に加わる駆動手段１６からの駆動力がワイヤー２２を通してケーブル支持部２０の端部２０ａに伝達される。ただし、ワイヤー２２をクロスしてテーブル２６とケーブル支持部の端部２０ａの移動方向が同じになるようにしておく。このため、移動部１４の往復直線移動範囲の両端に第１の巻き掛け支持部材２４の組（滑車２４ａ，滑車２４ｂ）を固定台１２に回転自在に設置し、ケーブル支持部２０の端部２０ａの往復直線移動範囲の両端に第２の巻き掛け支持部材の組（滑車２４ｅ，滑車２４ｆ）を回転自在に設置する。テーブル２６は第１の巻き掛け支持部材２４の組である滑車２４ａと滑車２４ｂとの間のワイヤー２２の展張部２２ａに連結され、ケーブル支持部材端部２０ａは第２の組の巻き掛け支持部材２４の組である滑車２４ｅと滑車２４ｆとの間のワイヤー２２の展張部２２ｂに連結される。そして、ワイヤー展張部２２ａの移動方向とワイヤー展張部２２ｂの移動方向が同方向になるように、ワイヤー２２をクロスさせて第１の組の巻き掛け支持部材（滑車２４ａ，２４ｂ）と第２の組の巻き掛け支持部材（滑車２４ｅ，２４ｆ）に巻き掛ける。つまり、図３を参照して詳しく述べると、テーブル２６から図中右側へ向うワイヤー２２は、テーブル２６の往復移動範囲の図中右端に設置された滑車２４ｂに巻き掛けられ、さらに滑車２４ｄを介してケーブル支持部端部２０ａの往復移動範囲の左端に設置された滑車２４ｅに巻き掛けられて、ケーブル支持部端部２０ａの図中左側へ向う。テーブル２６から図中左側へ向うワイヤー２２は、テーブル２６の往復移動範囲の図中左端に設置された滑車２４ａに巻き掛けられ、さらに滑車２４ｃを介してケーブル支持部端部２０ａの往復移動範囲の右端に設置された滑車２４ｆに巻き掛けられて、ケーブル支持部端部２０ａの右側へ向う。ここで、滑車２４ｃ、２４ｄはテーブル２６の移動を阻害しないようにワイヤー２２を張るために設けられたものである。また、本実施形態では巻き掛け伝達部材としてワイヤーを、巻き掛け支持部材として滑車を用いた例を示したが、これに限定されることなく、巻き掛け伝達部材としてベルト、チェーン等を用い、また巻き掛け支持部材としてベルト車、スプロケット等を用いてもよい。

以上が本実施形態の概略構成であり、以下に図３を参照してその作用について説明する。移動部１４が駆動手段１６によって駆動されると、移動部１４へ加わる駆動手段１６からの駆動力がワイヤー２２を通してケーブル支持部端部２０ａへ伝達される。滑車２４ａと滑車２４ｂとの間の展張部２２ａと、滑車２４ｅと滑車２４ｆの間の展張部２２ｂとの移動方向とが同方向になるようにワイヤー２２が滑車２４に張られているため、移動部１４が右方向へ移動するとケーブル支持部端部２０ａも右方向へ、移動部１４が左方向へ移動するとケーブル支持部端部２０ａも左方向へというように、移動部１４の移動方向とケーブル支持部端部２０ａの移動方向は同じ向きを持つ。また、移動部１４の動きがワイヤー２２によってケーブル支持部端部２０ａに伝達されるため、移動部１４の動きとケーブル支持部端部２０ａの動きとが正確に同期する。

このように移動部１４とケーブル支持部端部２０ａとの運動を同期させる同期手段を備えているため、移動部１４に加わるケーブル１８およびケーブル支持部２０からの反力が抑えられ、ヒステリスが低減する。
また、この同期手段を巻き掛け伝達部材２２と巻き掛け支持部材２４とで構成し、ケーブル支持部端部２０ａの移動を駆動手段１６から駆動部１４への駆動力を利用して行っているため、別の動力源を必要とすることなく簡易な構成でヒステリスを低減することができる。また、移動部１４からケーブル支持部端部２０ａへの動力の伝達を巻き掛け伝達機構で行っているため、ケーブル１８とケーブル支持部２０ａを任意位置に配置することができる。

また本実施形態において、ケーブル支持部２０の端部２０ａの往復直線移動を案内するためのケーブル支持部用直動案内部３４を備えることが好適である（図２〜４参照）。ケーブル支持部用直動案内部３４は固定台１２上にテーブル２６用の直動案内部材３２と平行に設けられる。このようにケーブル支持部２０用に独立して直動案内部３４を設けることでケーブル支持部端部２０ａがより正確に移動部１４に同期して移動する。
また、本実施形態において、ワイヤー２２の移動部１４へ取り付け位置は、移動部１４の重心位置近傍（少なくとも重心を通り駆動方向を向いた直線上の位置）にあることが好適である。駆動手段１４の可動子２８はテーブル２６の重心位置に取り付けられており、ワイヤー２２もこの駆動中心近く（テーブル重心とほぼ同じ位置）に接続することで、ワイヤー２２からの反力による駆動部１４への影響を少なくすることができる。

上記実施形態においては移動部の駆動力を利用してケーブル支持部端部を駆動する構成としたが、ケーブル支持部端部を別動力で駆動させる構成としてもよい。図５にその第２の実施形態の概略構成図を示す。また、図２〜４に示した第１の実施形態と対応する部分には符号１００を加え詳しい説明を省略する。図５に示す第２実施形態においては移動部１１４を駆動する駆動手段１１６として送りネジとモータとを用いた構成を示した。駆動手段１１６は送りネジ１３６と、該送りネジ１３６と螺合するナット１３８と、送りネジ１３６を回転させるモータ１４２とで構成されている。送りネジ１３６は、その両端が軸受１４０ａ、１４０ｂで回転自在に支持されており、送りネジ１３６の軸方向がガイドレール１３２ａと平行となるように固定台１１２に固定されている。また、ナット１３８は移動体１１４に固定されており、送りネジの一端に連結されたモータ１４２によって送りネジ１３６を回転させることで移動部１１４の往復直線運動が行われる。

本実施形態においては同期手段として、ケーブル支持部端部１２０ａの往復直線運動の駆動を行うケーブル支持部用の駆動部（送りネジ１４４、ナット１４６、モータ１５０）を別途備えている。送りネジ１４４と螺合するナット１４６はケーブル支持部端部１２０ａに固定されており、送りネジ１４４はその両端を軸受１４８ａ、１４８ｂで回転自在に支持され、また送りネジ１４４の一端にモータ１５０が連結されている。送りネジ１４４の軸方向はケーブル支持部用直動案内部１３４と平行である。制御部１５２は移動部１１４の駆動手段であるモータ１４２と、ケーブル支持部端部１２０ａ用の駆動部であるモータ１５０の回転量、回転方向等を制御し、移動部１１４の往復移動運動と、ケーブル支持部端部１２０ａの往復移動運動とを同期させている。

このように第２実施形態の直動装置においても、移動部とケーブル支持部端部とが同期して往復移動を行うため、移動部に加わるケーブルおよびケーブル支持部からの反力が抑えられ、ヒステリスが低減する。また、図５の実施形態においては移動体１１４を駆動するモータ１４２とケーブル支持部端部１２０ａを駆動するモータとの二つのモータを設けて制御部により電子的に同期させる構成としたが、一つのモータからの動力をベルトなどで移動体側の送りネジ１３６、ケーブル支持部端部側の送りネジ１４４に伝達する構成でもよい。また、ケーブル支持部端部用の駆動手段としては、リニアモータを用いた機構、送りネジと回転モータによって構成された機構など、どのような構成でもかまわない。

第２の実施形態では別の駆動手段を用いてケーブル支持部端部を移動体と同期させて駆動しているが、この実施形態ではコントロール基板などの部品点数が増加する、コントロールが煩雑になる、といった問題が生じることも考えられる。この点を考慮すると、図２〜４に示した第１の実施形態のように駆動源を一つにして、テーブルへの駆動力を巻き掛け伝達部材によってケーブル支持部端部へ伝達するような構成の方がより望ましい。

ケーブルによるヒステリスの発生についての説明図本発明にかかる第１の実施形態の直動装置の斜視図本発明にかかる第１の実施形態の直動装置の上面図本発明にかかる第１の実施形態の直動装置の断面図本発明にかかる第２の実施形態の直動装置の上面図

符号の説明

１０直動装置
１２固定部
１４移動部
１６駆動手段
１８ケーブル
２０ケーブル支持部
２２巻き掛け伝達部材
２４ａ〜ｆ巻き掛け支持部材

Claims

固定部に対して往復直線移動をする移動部と、該移動部を駆動する駆動手段とを備えた直動装置において、
前記移動部へ配線されるケーブルの支持及び案内を行うケーブル支持部と、
前記駆動手段による移動部への駆動力をケーブル支持部へ伝達する巻き掛け伝達部材と、該巻き掛け伝達部材を支持する巻き掛け支持部材とにより構成され、前記巻き掛け伝達部材によって移動部の移動方向とケーブル支持部端部の移動方向とが同じになるように巻き掛け支持部材を介して移動部とケーブル支持部端部とが連結されており、移動部の動きが前記巻き掛け伝達部材によってケーブル支持部端部に伝達され、該端部の往復運動と移動部の往復運動とを同期させる同期手段と、を備えたことを特徴とする直動装置。
請求項１に記載の直動装置において、
前記同期手段は、前記移動部の往復直線移動範囲の両端に設けられた第１の巻き掛け支持部材の組と、前記ケーブル支持部端部の往復直線移動範囲の両端に設けられた第２の巻き掛け支持部材の組と、を備え、
第１の組の巻き掛け支持部材間に張られた巻き掛け伝達部材の展張部に移動部を連結し、第２の組の巻き掛け支持部材間に張られた巻き掛け伝達部材の展張部にケーブル支持部端部を連結し、
前記第１の組の巻き掛け支持部材間の展張部の移動方向と第２の組の巻き掛け支持部材間の展張部の移動方向とが同方向となるように、巻き掛け伝達部材をクロスさせて第１の組と第２の組の巻き掛け支持部材に巻き掛けられていることを特徴とする直動装置。
請求項２に記載の直動装置において、
前記移動部への巻き掛け伝達部材の連結位置は移動部の重心近傍であることを特徴とする直動装置。
請求項１から３に記載の直動装置において、
前記移動部の往復直線移動の向きと平行に、前記ケーブル支持部端部の往復直線移動を案内する直動案内部を備えたことを特徴とする直動装置。