JP4951734B2 - 直線移動装置 - Google Patents

Description

本発明は、スライドシャフトに沿って移動体を自在に直線移動させるようにした直線移動装置に関する。

従来から、例えば直動ロボット等の直線移動装置として、図８及び図９に示すような構成を備えたものがある。即ち、ベースとなるフレーム１は、図で左右に長い矩形箱状をなし、その内部に、図で左右方向に延びる２本のスライドシャフト２，２が設けられている。移動体（スライダ）３は、スライドブッシュ８，８により、それらスライドシャフト２，２に直線方向（図で左右方向）に移動（摺動）自在に支持されている。

そして、２本のスライドシャフト２，２間には、ボールねじシャフト４が図で左右方向に延びて設けられ、移動体３に設けられたボールねじナット５がそのボールねじシャフト４に螺合している。前記ボールねじシャフト４の基端側（図で左端側）には、減速機付きのモータ６が接続されている。これにて、モータ６の駆動により、移動体３が、スライドシャフト２に案内されながら自在に移動するようになっている。

また、このとき、フレーム１側から、移動体３の上面側に取付けられる図示しない機器（例えばチャック装置等）に対する、通電や、信号の送信を行うための配線が設けられる。このとき、配線は、ケーブルベア７（登録商標）等と称される保護用の部材により屈曲可能に保持され、一端側がフレーム１に固定され、他端側が移動体３側の機器に接続された状態で、フレーム１の側部（図で後側）に配設されるようになっている（例えば特許文献１参照）。あるいは、そのような保護用の部材を用いずに、フレキシブルなフラットケーブルとされてそのまま配設されるようになっている。
特開２００４−３４０３２０号公報

しかしながら、上記従来構成では、フレーム１側から移動体３側への配線のための、ケーブルベア７を設けるようにしているので、該ケーブルベア７の可動部分も含めて比較的大きなスペースが必要となり、さらには、配線のための構成が比較的複雑となる問題があった。また、フレーム１内及びケーブルベア７の配線部分を含む電気的部分に対する防塵、防滴構造を採用したいケースにおいては、かなり複雑な構造が必要となっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ベースから移動体への配線のためのスペースを小さく済ませることができると共に、構成の簡単化を図ることができる直線移動装置を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の直線移動装置は、ベースに平行に離間して２本が取付けられたスライドシャフトと、これらスライドシャフトの外周に夫々摺動可能に嵌挿された２個のスライドブッシュを有し該スライドシャフトに沿って直線移動可能な移動体と、この移動体を直線移動させる駆動機構とを備えるものであって、前記スライドシャフトの前記スライドブッシュの可動範囲から外れた位置に一次側巻線を固定的に巻装すると共に、前記スライドブッシュに二次側巻線を設け、前記一次側巻線に交流電流を流し、電磁誘導作用によって前記二次側巻線にその交流電流を伝達させることにより、前記ベース側から移動体側に対する電力供給又は信号送信を行うように構成すると共に、前記２本のスライドシャフトの端部同士を接続させる形態とすることにより、閉ループ状の磁路を構成するところに特徴を有する（請求項１の発明）。

これによれば、ベース側の一次側巻線と、移動体側の二次側巻線とが電磁結合されることにより、電力の供給又は信号の送信が行われるので、ベースと移動体との間の配線を不要とすることができる。この場合、一次側巻線はスライドシャフトに固定的に巻装され、二次側巻線はスライドブッシュに設けられるものであるから、配設スペースが小さくて済む。スライドシャフトを、いわば鉄心として利用しながら、移動体のガイドにも利用することができ、部品数が徒に増加することもない。

従って、本発明によれば、ケーブルベア等を設ける場合と比べて、ベースから移動体への配線のためのスペースを小さく済ませることができると共に、構成の簡単化やコストダウンを図ることができる。配線の移動部分がないので、断線等も未然に防止することができる。また、防滴カバー等を設けることによって、電気的構成部分の防塵、防滴を図る場合においても、構造を簡単に済ませることができる。さらに、２本のスライドシャフトの端部同士を接続させる形態として閉ループ状の磁路を構成するようにしたので、エネルギー損失を少ないものとすることができ、電力供給又は信号送信の効率を高めることができる。

このとき、前記移動体をスライドシャフトにより支持させる構成としても良いことは勿論であるが、前記移動体を、前記ベースに前記スライドシャフトとは別体に設けられたリニアガイドにより直線移動可能に支持させるように構成することもできる（請求項２の発明）。これにより、スライドシャフト自体に、移動体を支持する強度は必要ないので、スライドシャフトの材料として、磁気特性の優れた材料（例えばパーマロイ等）を自在に選定することが可能となる。

さらに、本発明においては、上記一次側巻線及び二次側巻線を、樹脂モールドするように構成しても良い（請求項３の発明）。それら巻線を保護すると共に絶縁性を高めることができ、断線やショート等の発生を未然に防止することができる。

本発明においては、前記二次側巻線に交流電流を流し、電磁誘導作用によって前記一次側巻線にその交流電流を伝達させることにより、前記移動体側からベース側に対する電力供給又は信号送信を行うことが可能に構成することもできる（請求項４の発明）。あるいは、前記一次側巻線と二次側巻線との間で、双方向に電力供給又は信号送信を行うことが可能に構成することもできる（請求項５の発明）。

以下、本発明の実施例について、図１ないし図７を参照しながら説明する。
（１）基本構成
まず、図１ないし図３を参照しながら、直線移動装置１１の基本構成について述べる。図１〜図３は、基本構成の直線移動装置（直動ロボット）１１の全体構成を概略的に示している。尚、図面では、全て、移動体の移動方向を左右方向として見た様子を示しており、以下の説明でも、移動体の移動方向を左右方向として述べる。

直線移動装置１１のベースとなるフレーム１２は、図で左右方向に長い矩形箱状をなしている。このフレーム１２は、詳細には、底壁部及び左右の側壁部を構成するベース部に、前後の壁部及び上壁部を構成するカバーをねじ止め取付けして構成されている。このフレーム１２の上面には、左右方向に延びる開口１２ａ（図２（ｂ）参照）が形成されている。

このフレーム１２内の中央部には、左右方向に延びるボールねじシャフト１３が設けられる。このボールねじシャフト１３は、その左右両端部が、フレーム１２の左右の側壁部の中心部に夫々設けられた軸受１４、１４により支持されている。このボールねじシャフト１３には、後述する移動体１５に設けられるボールねじナット１６が螺合される。

前記フレーム１２の左側壁部の外面側には、駆動用モータ１７が取付けられ、この駆動用モータ１７の出力軸が、カップリング１８により前記ボールねじシャフト１３の左端部に連結されている。また、駆動用モータ１７部分は箱状のモータカバー１９により覆われるようになっている。これにて、駆動用モータ１７、ボールねじシャフト１３、ボールねじナット１６などから、移動体１５を直線移動させる駆動機構が構成される。尚、前記駆動用モータ１７は、図示しない制御装置により通電制御されるようになっている。

前記フレーム１２内には、移動体１５を左右方向に直線移動可能に支持するための、第１及び第２のスライドシャフト２０及び２１が設けられる。これら２本のスライドシャフト２０，２１は、前記ボールねじシャフト１３の前後部に、夫々左右方向に平行に延び、その左右両端部が、前記フレーム１２の左右の側壁部に取付けられている。このとき、これらスライドシャフト２０，２１は、磁性材料（金属）であって且つ支持のための強度（剛性）を有する材料で、丸棒状に構成されている。

前記移動体１５は、フレーム１２の内部に配置される基部の上部に、移動プレート２２を例えば２本ねじ２３によってねじ止め固定して構成される。このとき、ねじ２３部分が前記フレーム１２の上壁部の開口１２ａ部分に位置しており、移動プレート２２がフレーム１２の上面部に位置される。図示はしないが、移動プレート２２の上面部には、他の機器（例えばワークをつかむチャック装置や移動方向を前後とした同等の直線移動装置等）が取付けられるようになっている。

この移動体１５の基部には、前記ボールねじナット１６が取付けられていると共に、その前後部に位置して、ボールブッシュからなる第１及び第２のスライドブッシュ２４及び２５が取付けられている。これらスライドブッシュ２４，２５は、夫々前記スライドシャフト２０，２１の外周に摺動可能に嵌挿され、もって、移動体１５が、スライドシャフト２０，２１によって図で左右方向に直線移動可能に支持されているのである。

尚、前記フレーム１２の上面には、前記開口１２ａを塞ぐように、カバー２６が設けられている。このカバー２６は、左右方向に細長い矩形状をなすフレキシブルなシートからなり、その四隅部分がフレーム１２の上面にねじ止めされている。このカバー２６には、図２（ａ）に示すように、移動体１５（移動プレート２２）部分において、緩やかに湾曲して上方に膨らむ湾曲部２６ａが形成されている。移動体１５の移動に伴って次第にその湾曲部２６ａも変位（ずれ移動）するようになっている。

さて、上記構成の直線移動装置１１においては、ベース（フレーム１２）側から移動体１５側（移動プレート２２に取付けられる機器）に対する電力供給又は信号送信が行われるのであるが、ここでは、従来の配線に代えて、次のような構成が採用される。即ち、前記スライドシャフト２０，２１には、前記移動体１５（スライドブッシュ２４，２５）の可動範囲から外れた位置である左端部に、夫々一次側巻線２７，２８が固定的に巻装されている。一方、前記スライドブッシュ２４，２５の右側部に、夫々二次側巻線２９，３０が設けられており、それらの間で誘導結合（電磁結合）によって電力供給又は信号送信が行われる。

このとき、スライドシャフト２０，２１並びに一次側巻線２７，２８及び二次側巻線２９，３０の組合せが２組設けられていることにより、電力と信号との双方が伝達可能に構成されている。具体的には、例えば、第１のスライドシャフト２０の左端部には、電力用一次側巻線２７が固定的に巻装され、第１のスライドブッシュ２４に電力用二次側巻線２９が設けられている。また、第２のスライドシャフト２１の左端部には、信号用一次側巻線２８が固定的に巻装され、第２のスライドブッシュ２５に信号用二次側巻線３０が設けられている。尚、例えば、電力用一次側巻線２７と電力用二次側巻線２９とは同等の巻数とされ、信号用一次側巻線２８、信号用二次側巻線３０についても同等の巻数とされる。

また、図１に示すように、前記一次側巻線２７，２８は、夫々モールド樹脂層２７ａ，２８ａにより樹脂モールドされている。前記二次側巻線２９，３０についても、モールド樹脂層２９ａ，３０ａにより樹脂モールドされ円筒形状に成形されている。これら二次側巻線２９，３０は、夫々予め円筒形状に成形されたものを、スライドブッシュ２４，２５の右側部に取付け、その内周部をスライドシャフト２０，２１の外周に嵌挿させるようになっている。これら二次側巻線２９，３０は、移動体１５の移動に伴い、スライドシャフト２０，２１の外周を移動することは勿論である。

そして、詳しく図示はしないが、電力用一次側巻線２７及び信号用一次側巻線２８には、前記制御装置により、リード線３１を介して夫々電力用及び信号用の交流電流（正弦波又は矩形波からなる高周波電流）が流されるようになっている。さらに、図示はしないが、電力用二次側巻線２９及び信号用二次側巻線３０から導出されるリード線は、例えば前記カバー２６の湾曲部２６ａとフレーム１２との間の隙間を通って、移動プレート２２側に導かれ、機器に接続されるようになっている。

次に、上記構成の作用について述べる。上記構成の直線移動装置１１においては、制御装置によって駆動用モータ１７に通電制御されることにより、ボールねじシャフト１３が回転されてボールねじナット１６が移動し、移動体１５がスライドシャフト２０，２１に沿って図で左右方向に直線移動される。そして、これと共に、制御装置により、電力用一次側巻線２７に交流電流が流されると、電磁誘導作用によって電力用二次側巻線２９にその交流電流が伝達され、もって、フレーム１２側から移動体１５側（移動プレート２２上の機器）に対する電力供給が行われる。

また、同様に、制御装置により、信号用一次側巻線２８に交流電流が流されると、電磁誘導作用によって信号用二次側巻線３０にその交流電流が伝達され、もって、フレーム１２側から移動体１５側（移動プレート２２上の機器）に対する信号送信が行われる。このとき、移動体１５ひいては二次側巻線２９，３０が，スライドシャフト２０，２１のどの位置にあっても、電力供給及び信号送信を行うことができることは勿論である。

これにより、フレーム１２と移動体１５との間を配線により接続することなく、電力の供給及び信号の送信を行うことができるようになり、従来必要であったケーブルベア７（フレキシブルな配線）を不要とすることができる。そして、一次側巻線２７，２８は、スライドシャフト２０，２１の外周に巻装されるものであり、二次側巻線２９，３０についてもスライドブッシュ２４，２５に設けられるものであるから、電力供給及び信号送信のための部材の配設スペースも小さくて済む。移動体１５を摺動自在に支持するためのスライドシャフト２０，２１を、鉄心として利用するものであるから、電力供給及び信号送信のための部品数が徒に増加することもない。

さらには、従来のものと異なって配線の移動部分がないので、断線等も未然に防止することができる。一次側巻線２７，２８及び二次側巻線２９，３０を、樹脂モールドするように構成したので、それら巻線２７〜３０の保護を図ることができると共に絶縁性を高めることができ、巻線２７〜３０の損傷やショート等の発生が効果的に防止される。しかも、フレーム１２内に電気的構成部分を内蔵したため、カバー２６等を設けることによって、電気的構成部分の防塵、防滴を図ることが出来、ケーブルベアの防塵・防滴を図る必要がなく、配線も動かないため、構造を簡単に済ませることができる。

このように基本構成の直線移動装置１１によれば、従来のケーブルベア７等を設ける場合と比べて、フレーム１２側から移動体１５側への配線のためのスペースを小さく済ませることができると共に、構成の簡単化を図ることができ、全体の小型化やコストダウンを図ることができる。また、特に、スライドシャフト２０，２１並びに一次側巻線２７，２８及び二次側巻線２９，３０の組合せを２組設けたことにより、フレーム１２側から移動体１５側に対する電力供給と信号送信との双方を同時に行うことができるメリットも得ることができる。

（２）参考例、実施例
図４及び図５は、参考例に係る直線移動装置４１の構成を示している。尚、以下に述べる参考例及び実施例においては、上記した基本構成と同一部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略し、上記基本構成と異なる点を中心に説明することとする。

参考例の直線移動装置４１においては、図５に示すように、移動体１５が、ベースとしてのフレーム１２に、図で左右方向に延びて設けられたリニアガイド４２により直線移動可能に支持されている。リニアガイド４２は、フレーム１２内の上部つまりフレーム１２の上壁部の下面に、前後一対が向かい合うように設けられている。これに対し、移動体１５の基部には、前記各リニアガイド４２，４２に対しスライド自在に係合するスライダ４３、４３が設けられ、もって、移動体１５が図で左右方向に移動可能とされている。

そして、フレーム１２内には、第１及び第２の一対のスライドシャフト４４及び４５が、ボールねじシャフト１３の前後部に左右方向に延びて設けられる。このとき、これらスライドシャフト４４，４５は、磁気特性の優れた材料、例えばパーマロイから構成されている。また、移動体１５（基部）には、それらスライドシャフト４４及び４５の外周に夫々摺動可能に嵌挿（遊嵌）される第１及び第２のスライドブッシュ４６及び４７が取付けられている。図４に示すように、これらスライドブッシュ４６，４７は、単純な円筒状のものが採用されている。

さらに、上記基本構成と同様に、第１のスライドシャフト４４の左端部には、電力用一次側巻線２７が固定的に巻装され、第１のスライドブッシュ４６に電力用二次側巻線２９が設けられている。第２のスライドシャフト４５の左端部には、信号用一次側巻線２８が固定的に巻装され、第２のスライドブッシュ４７に信号用二次側巻線３０が設けられている。

このような参考例によれば、やはり、従来のケーブルベア７等を設ける場合と比べて、フレーム１２側から移動体１５側への配線のためのスペースを小さく済ませることができると共に、構成の簡単化を図ることができ、全体の小型化やコストダウンを図ることができるという効果を得ることができる。そして、スライドシャフト４４，４５とは別体に設けられたリニアガイド４２、４２により移動体１５を直線移動可能に支持させる構成としたので、スライドシャフト４４，４５自体に移動体１５を支持する強度が必要なくなり、磁気特性の優れた材料を採用することによって、電力供給及び信号送信の効率を高めることができる。

図６及び図７は、本発明の実施例に係る直線移動装置５１の構成を示している。この直線移動装置５１が、上記参考例の直線移動装置４１と異なるところは、次の点にある。即ち、この実施例においても、ベースとしてのフレーム１２には、移動体１５（スライダ４３）を、左右方向にスライド移動自在に支持するリニアガイド４２が、スライドシャフトとは別体に設けられている。

そして、フレーム１２に設けられるスライドシャフト５２は、例えばパーマロイから、全体として、角部に丸みを有した矩形環状に構成されている。具体的には、スライドシャフト５２は、前記ボールねじシャフト１３の前後部に位置して、夫々フレーム内を左右方向に平行に延び、フレーム１２の左右の側壁部を貫通する２本の直線部５２ａ，５２ａと、それら直線部５２ａ，５２ａの端部同士を接続するように設けられる左右２つのつなぎ部５２ｂ，５２ｂとを一体的に有している。

このとき、つなぎ部５２ｂ，５２ｂは、フレーム１２の左右の側壁部の外側に位置されるが、図で左側のつなぎ部５２ｂはモータカバー１９内に収容され、図で右側のつなぎ部５２ｂは、別体のカバー５３により覆われている。尚、このスライドシャフト５２は、駆動機構（カップリング１８部分）との干渉を避けるため、ボールねじシャフト１３からやや上方にずれた位置に設けられている。

これに対し、移動体１５（基部）には、それらスライドシャフト５２の２つの直線部５２ａの外周に夫々摺動可能に嵌挿（遊嵌）される第１及び第２のスライドブッシュ４６及び４７が取付けられている。これらスライドブッシュ４６，４７は、単純な円筒状のものが採用されている。

そして、このスライドシャフト５２のうち、スライドブッシュ４６，４７の可動範囲から外れた位置、この場合、奥側の直線部５２ａの左端部には、例えば電力供給用の一次側巻線５４が設けられている。この一次側巻線５４は、モールド樹脂層５４ａにより樹脂モールドされている。一方、移動体１５のうち、第２のスライドブッシュ４７部分には、電力用の二次側巻線５５が設けられている。この二次側巻線５５も、モールド樹脂層５５ａにより樹脂モールドされている。

かかる構成によれば、制御装置により、一次側巻線５４に交流電流が流されると、電磁誘導作用によって二次側巻線５５にその交流電流が伝達され、もって、フレーム１２側から移動体１５側に対する電力供給が行われる。このとき、環状に構成されたスライドシャフト５２によって、閉ループ状の磁路が構成されるので、エネルギー損失を少ないものとすることができ、電力供給の効率を高めることができるものである。尚、ここでは、一次側巻線５４及び二次側巻線５５を電力供給用としたが、信号送信用に構成することもできる。

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような拡張、変更が可能である。

そして、本発明は、一次側巻線２７，２８から二次側巻線２９，３０に対する電力供給又は信号送信を行うものに限らず、いわば一次側と二次側とを逆にする、つまり二次側巻線に交流電流を流して電磁誘導作用によって一次側巻線にその交流電流を伝達させることにより、移動体側からベース側に対して電力供給又は信号送信を行うように構成することも可能である。或いは、一次側巻線と二次側巻線との間で、双方向に信号送信を行うように構成することも可能である。

また、上記各実施例では、移動体を直線移動させるための駆動機構として、ボールねじ機構を採用したが、ラック・ピニオン機構や、ベルト・プーリ機構、リニアモータ等を採用することも可能である。フレーム内に駆動用モータを配設する構成としても良い。その他、一次側巻線及び二次側巻線に対する樹脂モールドについても必要に応じて設ければ良く、さらには、防滴、防塵構造は必要に応じて設ければ良く、また防滴、防塵構造を採用する場合でも様々な変形例が考えられる等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

直線移動装置の基本構成を示すもので、直線移動装置の内部構成を示す横断平面図 内部の一部を透視状態で示す直線移動装置の正面図（ａ）、平面図（ｂ）、右側面図（ｃ） 直線移動装置の斜視図 参考例を示すもので、図１相当図 図２相当図 本発明の実施例を示すもので、図１相当図 図２相当図 従来例を示すもので、図１相当図 図３相当図

符号の説明

図面中、１１，４１，５１は直線移動装置、１２はフレーム（ベース）、１５は移動体、２０，２１，４４，４５，５２はスライドシャフト、２２は移動プレート、２４，２５，４６，４７はスライドブッシュ、２６はカバー、２７，２８，５４は一次側巻線、２９，３０，５５は二次側巻線、４２はリニアガイド、４３はスライダを示す。

Claims (5)

1. ベースに平行に離間して２本が取付けられたスライドシャフトと、これらスライドシャフトの外周に夫々摺動可能に嵌挿された２個のスライドブッシュを有し該スライドシャフトに沿って直線移動可能な移動体と、この移動体を直線移動させる駆動機構とを備えてなる直線移動装置であって、
   前記スライドシャフトの前記スライドブッシュの可動範囲から外れた位置に一次側巻線を固定的に巻装すると共に、前記スライドブッシュに二次側巻線を設け、
   前記一次側巻線に交流電流を流し、電磁誘導作用によって前記二次側巻線にその交流電流を伝達させることにより、前記ベース側から移動体側に対する電力供給又は信号送信を行うように構成すると共に、
   前記２本のスライドシャフトの端部同士が接続されることにより、閉ループ状の磁路が構成されることを特徴とする直線移動装置。
2. 前記移動体は、前記ベースに前記スライドシャフトとは別体に設けられたリニアガイドにより直線移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載の直線移動装置。
3. 前記一次側巻線及び二次側巻線は、樹脂モールドされていることを特徴とする請求項１又は２記載の直線移動装置。
4. 前記二次側巻線に交流電流を流し、電磁誘導作用によって前記一次側巻線にその交流電流を伝達させることにより、前記移動体側からベース側に対する電力供給又は信号送信を行うことが可能に構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の直線移動装置。
5. 前記一次側巻線と二次側巻線との間で、双方向に電力供給又は信号送信を行うことが可能に構成されていることを特徴とする請求項４記載の直線移動装置。

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