JP5016875B2

JP5016875B2 - スライドアクチュエータ

Info

Publication number: JP5016875B2
Application number: JP2006236155A
Authority: JP
Inventors: 公哉佐藤
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP2008057679A

Description

本発明は、スライドアクチュエータに係る技術に関し、特に負荷やモーメントに対する剛性が高く、テーブルの直進性にも優れる技術に関する発明である。

工場設備に用いられるワーク等の搬送手段として、直進の往復運動をして所定の位置に移動する機能を備えたスライドアクチュエータがある。スライドアクチュエータは様々な種類のものが存在するが、小型で高い剛性を実現するものとしては、流体圧シリンダをアクチュエータにして駆動する方式がある。
このように、シリンダで駆動する方式のスライドアクチュエータとしては、例えば特許文献１乃至特許文献３のような技術が公開されている。

特許文献１には、スライドアクチュエータに関する技術が公開されており、流体圧シリンダとそのボディ上を往復運動するテーブルと、テーブルの往復運動を案内するスライド機構が、ボディの上面とテーブルの一対の側壁とに取り付けられたガイドレールと、これらのガイドレールに開口を対向させて作成した倒Ｖ字型のガイド溝と、対向する一対のガイド溝の複数の転動部材とを備えているスライドアクチュエータである。
特許文献１の転動部材には、円筒状のコロが使用されており、ガイド溝と側壁の間に交互に９０度ずつ向きを変えてこの円筒状のコロが収められている。
特許文献２にも、この円筒状のコロを用いたスライドアクチュエータに関する技術が公開されている。

特許文献１と特許文献２の円筒状のコロを用いたガイドについて示した断面図を図８に示す。
スライドアクチュエータ１００のボディ１０１の上面には、ボディ１０１上を往復運動するテーブル１０２と、倒Ｖ字型の第１ガイド溝１０３ａを備えるガイドレール１０３と、テーブル１０２に組み付けられた第２ガイド溝１０５ａを備えるガイド部材１０５と、第１ガイド溝１０３ａと第２ガイド溝１０５ａの間で保持される円筒状のコロであるローラベアリング１０４が備えられている。なお、シリンダ部の構造については省略している。
図８に示す構造は、特許文献１及び特許文献２で用いられている技術と同じものであり、このようなローラベアリング１０４を用いたスライドアクチュエータ１００は、特許文献２にも記載されるように、球体と平面とが点接触で負荷を支持する場合に比べ、ローラベアリング１０４と第１ガイド溝１０３ａ及び第２ガイド溝１０５ａとが接触する面積は拡大し、作用する負荷をローラベアリング１０４で分散支持することが可能である。

なお、このような複数のローラベアリング１０４のような転動部材を第１ガイド溝１０３ａ及び第２ガイド溝１０５ａの間に一列に並べ、第１ガイド溝１０３ａ及び第２ガイド溝１０５ａの設けられた長さと比べて、ローラベアリング１０４を並べた長さを短くしておくことで、その長さの差がストロークとなるような構造をもつガイド構造を有限軌道構造という。
このような有限軌道構造は、第１ガイド溝１０３ａ及び第２ガイド溝１０５ａを一直線に設ければ良いため、加工が簡単であるというメリットがある。

一方、特許文献３には、複数の転動部材が循環する通路が形成された扁平なガイドブロックがシリンダブロックに取り付けられ、ガイド溝を備えたスライドテーブルが備えられたスライドアクチュエータに関する技術が公開されている。
特許文献３は特許文献１及び特許文献２とは異なり、球状の転動部材を用い、転動部材を循環させてガイドするいわゆる無限軌道構造を採用している。
ここでいう無限軌道構造とは、転動部材の軌道をオーバル型にすることで、転動部材が軌道内をグルグルと廻るような構造をいう。
特許文献３では、その軌道をガイドブロック内に設けることで、ガイドブロックの幅を広くすることができ、ガイドテーブルの直進精度を向上させることが可能となる。

特許文献３と同様の構造のスライドアクチュエータ１００の断面図を図９に示す。
スライドアクチュエータ１００のボディ１０１の上面には、ボディ１０１上を往復運動するテーブル１０２と、循環通路１１１が備えられたガイドレール１０３が備えられ、テーブル１０２とガイドレール１０３の間に、鋼球１１０が保持されている。
図８に比べ、図９のスライドアクチュエータ１００は、ボディ幅Ｌ１に対するガイドレール幅Ｌ２の割合が多くなっている。このようにガイドレール幅Ｌ２を幅広くすることで、最大許容モーメントを大きくすることができるようになる。

実用新案登録第2565979号公報実用新案登録第2586276号公報特許第3795968号公報

しかしながら、従来技術には以下のような問題があった。
（１）予圧を与えると転動部材の位置ズレを復元することが困難である。
特許文献１及び特許文献２では転動部材にローラベアリング１０４を用いているが、スライドアクチュエータ１００の直進性や剛性を高めようとする場合には、ローラベアリング１０４に予圧を与えるという方法がある。
ここで予圧とは、ローラベアリング１０４のサイズに対して、第１ガイド溝１０３ａと第２ガイド溝１０５ａが構成する隙間を小さくすることで、組み付けた際にローラベアリング１０４に常に圧力がかかっている状態にすることを意味するが、リニアガイドの精度を出す上では一般的な手法である。
予圧を高くすれば、ローラベアリング１０４と第１ガイド溝１０３ａ及び第２ガイド溝１０５ａとの接触面積は増え、摩擦抵抗は増える結果となる。前述したようにローラベアリング１０４と第１ガイド溝１０３ａ及び第２ガイド溝１０５ａとの接触面積が広いために摩擦抵抗が大きくなり、予圧を高くするとシリンダの推力が不足してしまい、動きが悪くなるという問題がある。

また、このような有限軌道構造では、溝に備えられた複数のローラベアリング１０４同士が干渉し合うことで抵抗となったり、左右に同数設ける必要があるローラベアリング１０４が左右別々に動くので、偏荷重がかかった状態ではローラベアリング１０４の位置ズレが発生したりする虞がある。
例えば、ローラベアリング１０４の位置が左右でずれている場合、片側のローラベアリング１０４が先に移動端に到達してしまうことにより、スライドアクチュエータ１００のストロークはズレの分だけ短くなってしまう。そして、このズレによりローラベアリング１０４は転がり抵抗ではなく、転がり抵抗の数倍の抵抗力を持つすべり抵抗が発生するため、予圧を与えた状態ではシリンダの推力で復元できなくなる虞がある。
つまり、ローラベアリング１０４のような摩擦抵抗が大きいガイド構造を採用し、予圧を与えて直進性や剛性を向上させている場合、転動部材の位置ズレが発生してストロークが減少しても復元が困難であるという問題がある。

（２）無限軌道構造を用いると直進性や剛性の確保で不利になる。
特許文献３に示される無限軌道構造を用いた場合にも、摩擦抵抗は発生する。
この場合は、有限軌道構造と異なり無限軌道構造で鋼球１１０を循環させるため、（１）で前述したズレの発生が問題になることはない。ただし、無限軌道構造ではその構造の特性上、鋼球１１０の循環通路１１１は直線部分と曲線部分から構成され、曲線部分では抵抗が大きくなりやすい。
鋼球１１０の通過する循環通路１１１では、曲線部分において鋼球１１０同士の干渉が大きくなる。曲線部分では内周面と外周面の距離が異なり、鋼球１１０同士が干渉し抵抗となるため、循環通路１１１の曲線部分において、鋼球１１０が渋滞する結果となる。つまり、ボディ１０１上をテーブル１０２が移動する際の抵抗となる。精度を上げるために予圧を与えれば、更にこの傾向は強くなる。
また、無限軌道構造では必ず曲線部を必要とするために、ガイド距離が短くなってしまうという問題がある。ガイド距離が短くなることはテーブル１０２の直進性や剛性に影響することを意味するので、有限軌道構造に比べて無限軌道構造では同じ大きさでスライドアクチュエータ１００を制作すると、直進性や剛性の確保において不利になるという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、剛性及び直進性を実現するために予圧を与えた状態で、転動体のズレを最低推力で補正可能なスライドアクチュエータを提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、本発明のスライドアクチュエータは、次のような構成を有している。
（１）中空孔が内部に形成されたシリンダボディと、供給する流体の流体圧により前記中空孔内を摺動するピストンと、前記ピストンに接続されるシリンダロッドとから構成され、前記流体圧のうち駆動用下限値である最低使用圧力が定められたシリンダ部と、前記シリンダボディ上部に固定されたリニアガイドレールと、前記シリンダボディ上部に設けられ、前記シリンダロッドに連結されたテーブルと、前記リニアガイドレールの側面に設けられた溝を転動する転動部材によって前記テーブルの往復運動を案内する有限軌道構造のスライド機構と、を備えたスライドアクチュエータにおいて、前記転動部材は、前記テーブルと前記リニアガイドレールに設けられた溝との間に組み付けられた状態で予圧がかけられ、前記リニアガイドレールの側面に設けられた前記転動部材の位置ズレが生じた場合に、前記シリンダ部に供給する前記流体の最低使用圧力から求められる前記ピストンの最低推力で、前記テーブルの移動端で前記位置ズレを補正可能に、前記予圧が設定されていること、を特徴とする。

（２）（１）に記載されるスライドアクチュエータにおいて、前記位置ズレは、前記テーブルに加えられる外力、又は前記シリンダ部に備えられる前記ピストンの加減速によって発生し、前記最低使用圧力を付与されたときの前記ピストンの推力を、前記転動部材のすべり摩擦により発生する抵抗力と、前記中空孔と前記ピストンとの摺動抵抗力と、前記シリンダロッドと前記シリンダボディに備えられるパッキンとの摺動抵抗力と、前記転動部材の位置ズレを補正するための力と、の和より大きくすることで、前記テーブルの移動端で、前記位置ズレの補正が行われることを特徴とする。

（３）（１）又は（２）に記載されるスライドアクチュエータにおいて、前記リニアガイドレールの側面に設けられた溝と前記テーブルとで構成される隙間に、前記隙間より直径の大きな前記転動部材を配設することで、前記予圧が与えられることを特徴とする。

次に、上記構成を有するスライドアクチュエータの作用及び効果について説明する。
本発明はシリンダ部に供給する流体の流体圧の最低使用圧力から求められるピストンの最低推力で、リニアガイドレールの側面とで転動部材の位置ズレが生じた場合に、テーブルの移動端で位置ズレを補正可能なように、組み付けられた状態で転動部材にかけられる予圧が設定されているスライドアクチュエータであるので、転動部材にズレが発生した場合でもピストンの発生する最低推力でも補正可能であり、テーブルの移動端が変化する虞がない。すなわち、剛性及び直進性を実現するために予圧を与えた状態で、転動部材の位置ズレをピストンの最低推力で補正可能となる。

スライドアクチュエータに有限軌道構造のスライド機構を採用した場合、テーブルに偏荷重がかかる等の要因によって、例えば、リニアガイドレールの左右に備えられる転動部材の相対位置にズレが生じた状態の位置ズレが発生してしまい、テーブルが設定された移動端まで到達する前に、一方の側面に備えられる転動部材が移動端に到達してしまう。この時他方の側面に備えられる転動部材は移動端に到達していない。このように転動部材が片側だけ移動端に到達してしまうと、移動端に到達した側の転動部材はリニアガイドレールとテーブルの間で転動することができなくなる。そして、移動端に到達した側の転動部材とリニアガイドレール又はテーブルとの間で、転がり摩擦より遙かに大きなすべり摩擦が発生することになる。
このような位置ズレの現象は左右の転動部材が両方とも所定の位置よりずれ、テーブルが設定された移動端に到達する前にテーブル側に設けられるストッパか、リニアガイドレールに設けられるストッパに到達してしまうことでも発生しうる。

したがって、この転動部材の位置ズレを補正するためには、転動部材とリニアガイドレール又はテーブルとの間で発生するすべり摩擦による抵抗よりも大きな推力を、シリンダ部で発生させる必要がある。つまり、シリンダ部に供給する流体の流体圧を上げる必要がある。

転動部材とリニアガイドレール又はテーブルとの間で発生するすべり摩擦による抵抗は、転動部材に与えられる予圧が大きく関わっている。転動部材は球状、又は円筒状に構成されているが、予圧がかけられることによって、非転動部であるリニアガイドレールの側面に設けられる溝との接触面積が増える。このように接触面積が増えることで受圧面積が増え、スライドアクチュエータの剛性を確保できることになるが、すべり摩擦による抵抗に対しては接触面積が増えるほど摩擦力が大きくなる為、テーブルを動かす為に必要なシリンダ部の推力は大きくなる。

したがって、シリンダ部に供給する流体の流体圧の最低圧力から求められるピストンの最低推力から、転動部材に与える予圧を、発生した転動部材の位置ズレが補正できる程度に管理することで、スライドアクチュエータの剛性及び直進性を実現するために、転動部材に予圧を与えた状態で、転動部材の位置ズレをピストンの最低推力で補正可能となる。
従来技術では、転動部材に与える予圧の設定を、転動部材の走り精度や、耐荷重性能や剛性から決定することが一般的であった。しかし、本発明によればシリンダ部に供給する流体圧の最低圧力から求められるピストンの最低推力によって予圧が決定されるため、シリンダの最低推力で転動部材の位置ズレを補正することが可能となり、転動部材の位置ズレが発生することで、設定された移動端までテーブルを動かすことができなくなるという問題を解決し得る。

また、本発明は、最低使用圧力が、中空孔と前記ピストンとの摺動抵抗と、シリンダロッドとシリンダボディに備えられるパッキンとの摺動抵抗と、転動部材のすべり摩擦による抵抗と、前記転動部材の位置ズレを補正するための力と、の和に基づいて決定されるスライドアクチュエータであるので、そこから求められるピストンの最低推力で、転動部材のズレが発生したとしても、最低推力によって該ズレを補正しテーブルを設定した移動端まで動かすことが可能となる。

また、本発明は、転動部材の位置ズレが、テーブルに加えられる外力、又は前記シリンダ部に備えられるピストンの加減速によって発生し、ピストンの推力を、転動部材のすべり摩擦により発生する抵抗力と、前記中空孔と前記ピストンとの摺動抵抗力と、前記シリンダロッドと前記シリンダボディに備えられるパッキンとの摺動抵抗力と、前記転動部材の位置ズレを補正するための力と、の和より大きくすることで、テーブルの移動端で、転動部材の位置ズレの補正が行われるスライドアクチュエータである。ここでいうテーブルに加えられる外力とは、例えばテーブルにかかる偏荷重や衝撃、振動等が考えられる。また、ピストンの加減速については、特に急激な変化が問題となる。
テーブルの移動端で転動部材の位置ズレの補正を行うため、ピストンの推力を転動部材が発生するすべり摩擦により発生する抵抗力等より大きくすることで補正が可能となり、外部に補正手段を設け、外力によって補正するといった必要がなくなる。

また、本発明の転動部材は球体状であり、複数の転動部材を等間隔で保持可能な保持器を備えているスライドアクチュエータであるため、テーブルが往復運動している際に、転動部材同士が干渉して摩擦を発生して抵抗となり、テーブルの往復運動に対する抵抗を増やすことがない。

本発明の一実施の形態であるスライドアクチュエータについて、図面を参照しながら詳細に説明する
まず、初めに本発明の実施例の構成について説明する。
図１に本実施例のリニアガイド付きシリンダ１０の斜視図を示す。また、図２には図１に示した矢視Ａの側面図を示している。また、図３に本実施例の有限軌道式のリニアガイド１７を示す。図３（ａ）がリニアガイド１７の側面図であり、図３（ｂ）がリニアガイド１７の上面図である。図４には、図２に示したリニアガイド付きシリンダ１０のＹＹ断面図を示している。なお、図４では、説明の都合上、リニアガイドレール１６を断面としていない。
図１に示すスライドアクチュエータであるリニアガイド付きシリンダ１０は、ボディ１１と、ボディ１１上に備えられたスライドテーブル１２とを備えている。ボディ１１は軽量化を図るためにアルミニウム製の押し出し成形品としており、スライドテーブル１２は、剛性を保つためにステンレス材を用いている。
スライドテーブル１２は、図２に示すボディ１１内部に設けられたシリンダ１５に備えられて往復運動する２本のロッド１４の先端にエンドプレート１３を介して固定されている。
ボディ１１の上面にはコの字状の溝が設けられており、スライドテーブル１２の下面にも同様にコの字状の溝が設けられており、この溝にリニアガイドレール１６が挿入される。リニアガイドレール１６は剛性を保つため鋼材を使用している。

図４に示すようにスライドテーブル１２及びリニアガイドレール１６には、リニアガイド１７を保持するための溝であるテーブル側溝１２ａ及びレール側溝１６ａが備えられ、テーブル側溝１２ａとレール側溝１６ａの間に、リニアガイド１７が組み込まれている。このリニアガイド１７は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、鋼球１８と鋼球１８の保持器として備えられるケージ１９から成る有限軌道構造となっている。
また、図４に示すようにリニアガイド１７は、リニアガイドレール１６の左右に配設されることになるので、便宜上、リニアガイドレール１６の右側に備えられるリニアガイド１７を右側リニアガイド１７ａとし、左側に備えられるリニアガイド１７を左側リニアガイド１７ｂとする。

右側リニアガイド１７ａ及び左側リニアガイド１７ｂは、単純にテーブル側溝１２ａ及びレール側溝１６ａの間に挟まれて居るだけなので、ボディ１１にはボディ側ストッパ１１ｃが備えられ、スライドテーブル１２にはテーブル側ストッパ１２ｂが備えられている。したがって、リニアガイド１７がずれた場合でも、このボディ側ストッパ１１ｃ及びテーブル側ストッパ１２ｂによってリニアガイド１７がリニアガイド付きシリンダ１０から外れてしまうことを防いでいる。
このように、スライドテーブル１２とリニアガイドレール１６の間に右側リニアガイド１７ａ及び左側リニアガイド１７ｂが備えられて、ロッド１４の往復運動に合わせてスライドテーブル１２が往復運動できるようにガイドされている。

ボディ１１に備えられるシリンダ１５への吸気及び排気は、図１に示すエアポート１１ａで行われ、エアポート１１ａに継手等が取り付けられ、操作エアが供給及び排気されることによってシリンダ１５はロッド１４を駆動させる。
また、スライドテーブル１２の位置を検出するために、ボディ１１にはボディ溝１１ｂが設けられ磁気検出スイッチ２０を取り付けることができる。ロッド１４に磁石を備えておけば、この磁気検出スイッチ２０によって、スライドテーブル１２の位置を検出することが可能となる。

次に、本実施例のリニアガイド付きシリンダ１０の動作について説明を行う。
図５に本実施例のリニアガイド付きシリンダが移動端まで移動した状態のＹＹ断面図を示している。また、図６には、右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂがずれた状態で、右側リニアガイド１７ａが移動端に達した状態のＹＹ断面図を示している。
図５及び図６は図４に示すリニアガイド付きシリンダ１０が移動端まで移動した図を示しており、図５では右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂがずれていない状態、図６では右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂがズレαだけずれている状態である。
リニアガイド付きシリンダ１０の備えるエアポート１１ａに操作エアを供給することで、シリンダ１５に操作エアが供給され、図示しないピストンと、ピストンに接続されるロッド１４が移動する。そしてロッド１４の移動に合わせて、ロッド１４にエンドプレート１３を介して接続されるスライドテーブル１２も移動する。

したがって、スライドテーブル１２のストロークは、シリンダ１５のストロークと同じとなり、シリンダ１５のストロークによってスライドテーブル１２のストローク量ＳＴは決定される。ストロークエンドまでスライドテーブル１２が移動した状態が図５に示されており、この状態では右側リニアガイド１７ａ及び左側リニアガイド１７ｂはボディ側ストッパ１１ｃ及びテーブル側ストッパ１２ｂに接触せず僅かな隙間を保っている。
スライドテーブル１２は、リニアガイドレール１６とリニアガイド１７にガイドされているので直線運動を行うが、この時、右側リニアガイド１７ａ及び左側リニアガイド１７ｂは図４の状態から同じ位置でスライドテーブル１２と共に移動する。

図４では、右側リニアガイド１７ａ及び左側リニアガイド１７ｂが進行方向に対して同じ位置にいるが、右側リニアガイド１７ａ及び左側リニアガイド１７ｂは同じ予圧を与えられるので、ほぼ同じ位置のままスライドテーブル１２と右側リニアガイド１７ａ及び左側リニアガイド１７ｂは移動する。したがってスライドテーブル１２が移動端に達した場合には図５に示すような状態となるのが通常である。
ただし、リニアガイド１７は有限軌道構造であるため、スライドテーブル１２に偏荷重がかかった状態でスライドテーブル１２を移動させたり、スライドテーブル１２に強い振動や衝撃を与えたり、あるいはシリンダ１５の急激な加減速によって、右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂとの位置関係が図６に示すようにずれる可能性がある。
これは、偏荷重がかかる等の外力がスライドテーブル１２に与えられることによって右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂの備える鋼球１８の転がり摩擦が変化し、右側リニアガイド１７ａ又は左側リニアガイド１７ｂのどちらかの摩擦が増大し、許容する一定の外力を越えてしまうと滑りが発生してズレに繋がる虞があるからである。

このようなスライドテーブル１２に与えられる外力は、リニアガイド付きシリンダ１０の使用環境によって発生する可能性がある。リニアガイド付きシリンダ１０は工場の生産ラインでピック＆プレスに使用される等、スライドテーブル１２に偏荷重がかかる使用方法で利用されることが多い。したがって、過大な偏荷重や衝撃、或いは振動がスライドテーブル１２にかかることも想定され、そのようなケースでは、右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂの相対位置がずれてしまうことも考えられる。
右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂの位置関係がずれてしまうと、移動端まで移動した際に、図６に示すようにズレα分だけストローク量ＳＴが減ってしまう。図５に示したリニアガイド１７にズレが発生していないものよりも、図６に示したリニアガイド１７にズレαが発生しているものでは、ズレα分だけスライドテーブル１２が設定された移動端に達していない様子が分かる。

右側リニアガイド１７ａ及び左側リニアガイド１７ｂは、前述したようにケージ１９に保持される複数の鋼球１８とケージ１９から成り、リニアガイドレール１６及びリニアガイド１７にガイドされてスライドテーブル１２が往復運動する際には、鋼球１８が回転する。つまり、スライドテーブル１２とリニアガイドレール１６は鋼球１８が回転することで連続的にガイドされながら往復運動することになる。
このようにスライドテーブル１２の移動時に鋼球１８が回転するため、転がり摩擦による抵抗でスライドテーブル１２の移動が可能となる。

しかし、図６に示すようなズレαが発生した場合、ボディ側ストッパ１１ｃ又はテーブル側ストッパ１２ｂに当接した右側リニアガイド１７ａ又は左側リニアガイド１７ｂは、テーブル側溝１２ａとレール側溝１６ａに対して鋼球１８の回転が規制されてしまうため、転がり摩擦による抵抗ではなくすべり摩擦による抵抗を発生する。すなわち、リニアガイド１７がボディ側ストッパ１１ｃ又はテーブル側ストッパ１２ｂに当接することで移動できなくなり、鋼球１８が回転不能になってしまう状態が発生するのである。
転がり摩擦による抵抗に対してすべり摩擦による抵抗は非常に大きいため、シリンダ１５の推力が足りない場合には、図６に示すような状態でスライドテーブル１２は止まってしまい、ストローク量ＳＴはズレα分だけ少なくなってしまう。

リニアガイド付きシリンダ１０を使用する上で、規定されたストローク量ＳＴまでスライドテーブル１２が移動できないことは好ましくない。したがって、図６に示すようなズレαが発生すると、これを補正する必要が発生する。
ズレαを補正する方法は、シリンダ１５の推力で補正するか、リニアガイド付きシリンダ１０の外部からの力で強制的に移動させるかのどちらかになるが、使用者にとって外部からの力で強制的に補正する方法は好ましくない。

よって、シリンダ１５の推力で補正する必要がある。
図７にリニアガイド付きシリンダ１０のシリンダ推力と予圧の関係を表すグラフを示す。
縦軸は、シリンダ推力［Ｎ］としている。このシリンダ推力は則ちすべり抵抗値を表しており、人為的にズレを作ってそのズレが補正された時のシリンダ１５の推力を示している。
横軸は、オーバーサイズ量［μｍ］であり、鋼球１８の規定のサイズより大きいか小さいかを表している。プラス側は規定サイズよりも大きく、マイナス側は規定サイズよりも小さいことを示している。
複数個の試験を行ったが、図７に示しているのは代表的な値を示した試料１と試料２について示している。
試料１と試料２は同じサイズのリニアガイド付きシリンダ１０を用意してそのリニアガイド付きシリンダ１０に対して複数の鋼球１８のサイズの異なるリニアガイド１７を用意し、試験を行った。複数の試料を要した理由は、加工精度によるバラツキを考慮したためである。

試料１に関して説明すれば、曲線で結んだラインの上に５つの点がプロットされているが、これは５種類のサイズ違いのリニアガイド１７を付け替えて試験を行ったことを意味している。試料２についても同様である。
そして、この試験の結果から、図７に示すように試料１及び試料２では同じ傾向を示した。オーバーサイズ量が試料１と試料２で異なるのは、鋼球１８及びリニアガイド付きシリンダ１０の加工精度によるバラツキによるもので、同一条件であれば結果も同じになると考えられる。
つまり、鋼球１８のサイズが大きくなるほど予圧は高くなるため、必要とするシリンダ推力は大きくなる。そして、試料１では鋼球１８のオーバーサイズ量が１．０μｍ程度以上、試料２では鋼球１８のオーバーサイズ量が１．５μｍ以上になると、設定した最低推力以上のシリンダ推力が必要となっていることが分かる。他の試料もほぼ同様の傾向を示した。

これらの結果より、このリニアガイド付きシリンダ１０は、鋼球１８のオーバーサイズ量１．０μｍ程度の予圧であれば、設定したシリンダ１５の最低推力で右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂの相対位置にズレが発生したとしても、図６に示した状態から図５に示した状態に補正することが可能であることが分かる。
したがって、このリニアガイド付きシリンダ１０に対しては鋼球１８のオーバーサイズ量１．０μｍ程度が適当であると考えられる。
なお、リニアガイド付きシリンダ１０のサイズによって設定すべき予圧は異なるため、それぞれのケースに合わせた設定が必要となる。

また、リニアガイド１７の位置ズレは図５及び図６に示されるように右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂの相対位置がずれることで発生する場合ばかりではなく、右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂが同時に位置ズレをおこすようなケースも考えられる。
リニアガイド１７が転がり摩擦により発生する抵抗だけでスライドテーブル１２をガイドすることが理想状態であるため、図５に示した状態で、右側リニアガイド１７ａ及び左側リニアガイド１７ｂは、ボディ側ストッパ１１ｃ又はテーブル側ストッパ１２ｂに当接していないことが望ましい。スライドテーブル１２のストロークは、シリンダ１５のストロークで決定されるため、リニアガイド１７のズレによっては、ストローク量ＳＴ分だけスライドテーブル１２が移動する前に、右側リニアガイド１７ａ又は左側リニアガイド１７ｂに発生する抗力が転がり摩擦抵抗から、すべり摩擦抵抗に変わるため、スライドテーブル１２は移動しにくくなる。
このような位置ズレを補正しうるサイズに鋼球１８の大きさを決定し予圧を管理しておけば、位置ズレが発生したとしてもシリンダ１５の推力によってこれを補正可能となる。

以上に説明した本発明の構成及び作用によって、以下に示すような効果が得られる。
リニアガイド１７が備える鋼球１８の、リニアガイド付きシリンダ１０に組み込まれた状態で与えられる予圧が、図７に示すように設定した最低推力以下になるように鋼球１８を設定することで与えられるので、リニアガイド１７の位置ズレが発生したとしても、リニアガイド付きシリンダ１０がリニアガイド１７のズレによってスライドテーブル１２に定められたストローク量ＳＴの途中で止まってしまうということが無くなる。
リニアガイド付きシリンダ１０を使用する上で、規定されたストローク量ＳＴまでスライドテーブル１２が移動できないことは好ましくない。これは、リニアガイド付きシリンダ１０が製造工程でピック＆プレス等位置決め精度要求の厳しい場所で使用されるケースが多いからであり、予定した位置までリニアガイド付きシリンダ１０が動作しないと、チャックミスなどを起こして製品の歩留まりに影響する虞があるためである。

特に、リニアガイド付きシリンダ１０に備えられたスライドテーブル１２をゆっくり動かす場合や、ショックアブソーバーなどが端部に設けられて端部での慣性力が減衰し、リニアガイド付きシリンダ１０に備えられるシリンダ１５の推力のみで右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂの位置ズレを補正する必要がある場合などが想定される。そのような使用条件下であっても、本発明によりスライドテーブル１２が設定された移動端まで移動することは重要であり、確実にスライドテーブル１２が設定された移動端まで移動するよう設計されることで、例えばリニアガイド付きシリンダ１０が製品のピック＆プレスに使用されていた場合でも、製品のチャックミス等を要因となることが無く、製品の歩留まり向上に寄与する。

また、リニアガイド付きシリンダ１０に組み込まれるリニアガイド１７に一定の予圧が与えられるため、リニアガイド付きシリンダ１０の剛性やスライドテーブル１２の直進性を確保することが可能となる。
従来技術において、リニアガイド１７のズレを防ぐためには、リニアガイド１７に予圧を与えず、テーブル側溝１２ａとレール側溝１６ａが形成する隙間に対して、リニアガイド１７の備える鋼球１８の直径を小さくし、ガタを持たせる等の対策が採られてきた。
しかし、このようにリニアガイド付きシリンダ１０にガタを持たせることは、剛性の低下や直進性能の悪化を招くため、リニアガイド付きシリンダ１０に精度を求めるようなケースでは、問題となっていた。
この他に、このようなリニアガイド１７のズレを防ぐために、リニアガイド付きシリンダ１０に供給する操作エアのエア圧を必要以上に高くするという手法も考えられるが、リニアガイド付きシリンダ１０の消費エア量を増大させる他、リニアガイド付きシリンダ１０の移動速度を一定速度以下に落としたい場合等に対応できず、スライドテーブル１２の移動端部で発生するショックも大きくなるなどの別の問題も考えられる。

しかし、本発明によればこのように消費エア量を不要に増大させることも無く、リニアガイド付きシリンダ１０を低速で使用したい場合にも対応できるため、リニアガイド付きシリンダ１０の使用用途が広がるというメリットがある。
さらに、リニアガイド付きシリンダ１０には鋼球１８を使用した有限軌道構造を採用しているため、無限軌道構造や、ローラベアリング１０４を使用した有限軌道構造を採用するリニアガイド付きシリンダ１０と比べて転がり摩擦による抵抗が少なくなるため、スライドテーブル１２を移動するために必要なシリンダ１５の推力は小さく設定することが可能であり、消費エア量の削減にも貢献する。
近年では省エネ対策も重要となっており、多数のリニアガイド付きシリンダ１０を使用するような工場では、消費エア量の削減効果があり工場のランニングコスト低減に効果がある。
また、リニアガイドレールの右側面と左側面に設ける溝、及びテーブルに設ける溝は有限軌道構造を採用しているため、直線に加工すれば良く、リニアガイド付きシリンダ１０の加工コストを抑えることができる。
また、該溝が直線加工で良いため加工精度を上げることが容易であり、転動部材も円筒状や球状といった、比較的精度が出しやすい形状であることから、均一な予圧を設定することが容易となる。

以上に説明した、本実施例のスライドアクチュエータによれば、以下のような優れた作用、効果が得られる。
（１）中空孔が内部に形成されたボディ１１と、供給する流体の流体圧により中空孔内を摺動するピストンと、ピストンに接続されるロッド１４とから構成され、前記流体圧のうち駆動用下限値である最低使用圧力が定められたシリンダ１５と、ボディ１１上部に固定されたリニアガイドレール１６と、ボディ１１上部に設けられ、ロッド１４に連結されたスライドテーブル１２と、リニアガイドレール１６の右側面と左側面に設けられた溝を転動するリニアガイド１７によってスライドテーブル１２の往復運動を案内する有限軌道構造のスライド機構と、を備えたリニアガイド付きシリンダ１０において、リニアガイド１７は、スライドテーブル１２とリニアガイドレール１６に設けられたレール側溝１６ａとの間に組み付けられた状態で予圧がかけられ、リニアガイドレール１６の右側面に設けられた右側リニアガイド１７ａと左側面に設けられた左側リニアガイド１７ｂの位置ズレが生じた場合に、シリンダ１５部に供給する流体の最低使用圧力から求められるピストンの最低推力で、スライドテーブル１２の移動端で位置ズレを補正可能に、予圧が設定されていること、を特徴とするので、右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂの位置ズレが発生した場合でもピストンの発生する最低推力で補正され、スライドテーブル１２の移動端が変化する虞がない。すなわち、剛性及び直進性を実現するためにリニアガイド１７に備えられる鋼球１８に予圧を与えた状態で、右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂのズレをピストンの最低推力で補正可能となる。また、求められるピストンの最低推力で、右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂの相対位置にズレが発生したとしても、シリンダ１５の発生する最低推力によってズレαの補正を行い、スライドテーブル１２を設定した移動端まで動かすことが可能となる。また、スライドテーブル１２が往復運動している際に、鋼球１８同士が干渉して摩擦を発生して抵抗となり、スライドテーブル１２の往復運動に対する抵抗を増やすことがない。

（２）（１）に記載されるリニアガイド付きシリンダ１０において、ズレαは、スライドテーブル１２に加えられる外力、又はシリンダ１５部に備えられるピストンの加減速によって発生し、最低使用圧力を付与されたときのピストンの推力を、リニアガイド１７に備えられる鋼球１８のすべり摩擦により発生する抵抗力と、前記中空孔と前記ピストンとの摺動抵抗力と、前記シリンダロッドと前記シリンダボディに備えられるパッキンとの摺動抵抗力と、前記転動部材の位置ズレを補正するための力と、の和より大きくすることで、スライドテーブル１２の移動端で、ズレαの補正が行われることを特徴とするので、剛性及び直進性を実現するためにリニアガイド１７に備えられる鋼球１８に予圧を与えた状態で、右側リニアガイド１７ａと左側リニアガイド１７ｂのズレをピストンの最低推力で補正可能となる。

（３）（１）又は（２）に記載されるリニアガイド付きシリンダ１０において、リニアガイドレール１６の右側面と左側面に設けられたレール側溝１６ａとスライドテーブル１２に設けられたテーブル側溝１２ａとで構成される隙間に、隙間より直径の大きな鋼球１８を配設することで、予圧が与えられることを特徴とするので、リニアガイドレール１６の右側面と左側面に設けるレール側溝１６ａ、及びスライドテーブル１２に設けるテーブル側溝１２ａは直線に加工すれば良く、加工コストを抑えることができる。
また、レール側溝１６ａ及びテーブル側溝１２ａが直線加工で良いため加工精度を上げることが容易であり、鋼球１８も球状で比較的精度が出しやすい形状であることから、均一な予圧を設定することが容易となる。

なお、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、本実施例ではリニアガイド付きシリンダ１０はシリンダ１５に備えられるロッド１４は２本設けられているデュアルロッド構造となっているが、ロッド１４が１本設けられるシングルロッドの構造に、本発明を適用することは妨げない。
また、ボディ１１やスライドテーブル１２等、材質を示しているものもあるが、実施形態の一例であってこれに限定するものではないので、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の材質を選定しても良い。例えば、耐食性を高めるために鋼材をステンレス材にしたり、剛性を上げる為にアルミニウムを鉄に変えたりするようなことも考えられるし、軽量化のためにアルミニウム部材を増やしても良い。部分的に樹脂を用いることも、軽量化や耐食性の向上には効果がある。
また、リニアガイド１７には、鋼球１８をケージ１９で保持したタイプを選定しているが、鋼球１８だけや、円筒形状のローラガイドを用いても良い。
また、本実施例ではリニアガイド付きシリンダ１０の備えるエアポート１１ａに操作エアを供給してシリンダ１５を移動させているが、油圧式やその他の流体を用いる方式のシリンダに、本発明を適用することを妨げない。

本発明の実施例に係るスライドアクチュエータの斜視図を示している。本発明の実施例に係るスライドアクチュエータの図１に示す矢視Ａの側面図を示している。（ａ）本発明の実施例に係るリニアガイドの側面図を示している。（ｂ）本発明の実施例に係るリニアガイドの上面図を示している。本発明の実施例に係る図２に示したリニアガイド付きシリンダのＹＹ断面図を示している。本発明の実施例に係るスライドアクチュエータが移動端まで移動した状態のＹＹ断面図を示している。本発明の実施例に係るスライドアクチュエータの右側リニアガイドと左側リニアガイドがずれ、片側のリニアガイドが先に移動端に到達した状態のＹＹ断面図を示している。本発明の実施例に係るスライドアクチュエータのシリンダ推力と予圧の関係を示している。従来技術の有限軌道構造を採用したスライドアクチュエータの断面図を示している。従来技術の無限軌道構造を採用したスライドアクチュエータの断面図を示している。

符号の説明

１０リニアガイド付きシリンダ
１１ボディ
１１ａエアポート
１１ｂボディ溝
１２スライドテーブル
１２ａテーブル側溝
１３エンドプレート
１４ロッド
１５シリンダ
１６リニアガイドレール
１６ａレール側溝
１７リニアガイド
１７ａ右側リニアガイド
１７ｂ左側リニアガイド
１８鋼球
１９ケージ
２０磁気検出スイッチ
α ズレ
ＳＴストローク量

Claims

中空孔が内部に形成されたシリンダボディと、供給する流体の流体圧により前記中空孔内を摺動するピストンと、前記ピストンに接続されるシリンダロッドとから構成され、前記流体圧のうち駆動用下限値である最低使用圧力が定められたシリンダ部と、前記シリンダボディ上部に固定されたリニアガイドレールと、前記シリンダボディ上部に設けられ、前記シリンダロッドに連結されたテーブルと、前記リニアガイドレールの側面に設けられた溝を転動する転動部材によって前記テーブルの往復運動を案内する有限軌道構造のスライド機構と、を備えたスライドアクチュエータにおいて、
前記転動部材は、前記テーブルと前記リニアガイドレールに設けられた溝との間に組み付けられた状態で予圧がかけられ、
前記リニアガイドレールの側面に設けられた前記転動部材の位置ズレが生じた場合に、前記シリンダ部に供給する前記流体の最低使用圧力から求められる前記ピストンの最低推力で、前記テーブルの移動端で前記位置ズレを補正可能に、前記予圧が設定されていること、
を特徴とするスライドアクチュエータ。
請求項１に記載されるスライドアクチュエータにおいて、
前記位置ズレは、前記テーブルに加えられる外力、又は前記シリンダ部に備えられる前記ピストンの加減速によって発生し、
前記最低使用圧力を付与されたときの前記ピストンの推力を、前記転動部材のすべり摩擦により発生する抵抗力と、
前記中空孔と前記ピストンとの摺動抵抗力と、
前記シリンダロッドと前記シリンダボディに備えられるパッキンとの摺動抵抗力と、
前記転動部材の位置ズレを補正するための力と、の和より大きくすることで、前記テーブルの移動端で、前記位置ズレの補正が行われることを特徴とするスライドアクチュエータ。
請求項１または請求項２に記載されるスライドアクチュエータにおいて、
前記リニアガイドレールの側面に設けられた溝と前記テーブルとで構成される隙間に、前記隙間より直径の大きな前記転動部材を配設することで、前記予圧が与えられることを特徴とするスライドアクチュエータ。