JP5231818B2 - シリンダ型アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、シリンダケース内に、駆動機構によって一定の作動領域内で往復動操作される可動体を備えたシリンダ型アクチュエータに関する。

一般に、産業用ロボットとして利用されるシリンダ型アクチュエータは、駆動源にサーボモータ等を用いるとともに、この駆動源に連結されたボールネジが作動領域に設けられている。このボールネジにはボールナットが回転を規制された状態で、螺合しており、このボールナットに、スライダが取付けられている。スライダには、作動領域内で作動させる各種の機器が搭載される。

この種のシリンダ型アクチュエータでは、サーボモータを適宜の方向に回転させることによって、カップリングを介して連結されたボールネジ軸を同方向に回転させ、ボールネジ軸の回転に伴って移動するボールネジナットを介して可動ロッドを直線動作させ、可動ロッドに連結されたスライダを適宜の方向に移動させることができる（特許文献１参照）。
スライダが往復動のストローク端の位置まで移動した後には逆方向のストローク端の位置に向けてスライダを駆動する。

一方、スライダの移動をこのように制御する場合は、エンコーダなどによってモータの回転数を検出して、回転数からスライダの位置を検出するか、ストローク端にセンサを設けて往復動ストローク位置を検出する必要がある。
このようなストローク端の位置を検出してこの位置を動作基準点とし、スライダを制御するもので、この動作基準点を決定することを原点出しという。この原点出しには、通常位置検出センサを用いて制御部に原点位置を認識させている。
しかしながら、位置検出センサを用いた場合、配線、設置スペースおよび制御対象が増えるという問題がある。
そこで、位置検出センサを用いない方法として、モータのフィードバック制御を用いた原点出し方法がある。この種のアクチュエータにおける原点出し方法としては、モータのフィードバック制御を用いて、作動領域端のストッパにスライダを押し付けて原点を認識させる方法が考えられる（特許文献２参照）。
そして、このようなストッパとして可動部と可動端の間に緩衝用としてゴム材等の弾性体を用いている（特許文献３参照）。
特開平８−２８０１５４号公報 特開２００３−３０９９９０号公報 特開平７−１５１２０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたこのような従来のアクチュエータの構造では、一般に、支持体を支持するための送りねじが配設されるシリンダケースとなる孔部とは別にガイド部材となる2本のロッドを配設する孔部が設けられている。このため、アクチュエータが大きくなり、取付面積も大きくなる。また、支持体と共に２本のロッドも動くため、可動部分が大型化し、それだけ駆動力を必要とする。さらに、送りねじの一端が自由端になるため、可動時に共振する虞がある。

本発明は、上記課題を解決し、シリンダケースの内部両側面に、可動体の両側面をガイドするガイド部材を設けて直動方向以外の許容外力を大きくすることができ、かつ可動部分を小さくして小型、軽量化を図ることができるシリンダ型アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、シリンダケース内に、駆動機構によって一定の作動領域内で往復動操作される可動体を備えたシリンダ型アクチュエータにおいて、前記シリンダケースの互いに対向する内壁面に、前記可動体の両側面をガイドするガイド部材を備え、前記可動体の両側面に、前記ガイド部材に係合する係合部を前記可動体の移動方向に沿って形成し、前記シリンダケース内に配設されたリニアガイドレールに沿ってリニアガイドブロックが摺動することによって前記可動体が往復動操作される前記可動体は角筒状の可動ロッドで構成され、前記ガイド部材が前記シリンダケースの開口端部内壁面に設けられ、前記可動ロッドの下面中央部には、長手方向に沿って凹溝が形成され、該凹溝内に前記リニアガイドブロックが装着されていることにある。
また、本発明は、前記シリンダケース内壁面に、前記ガイド部材として、前記可動体の係合部をガイドするガイドローラを設けたことにある。
さらに、本発明は、前記シリンダケース内壁面に、前記ガイドローラと共に、前記可動体の少なくとも両側面を摺動可能に保持する摺動部材を設けたことにある。
また、本発明は、前記可動体を構成する可動ロッドに中空部を設け、該中空部の内壁面をガイドする軸受けを、前記可動体を往復動操作する可動軸に装着したことにある。
さらに、本発明は、前記可動体を、前記駆動機構によって回転駆動されるボールネジ軸に螺合したボールネジナットと、該ボールネジナットを保持する角筒状の可動ロッドで構成し、該可動ロッドの先端部を前記シリンダケースの先端開口部から伸縮可能に保持する前記ガイド部材をシリンダケース開口端部内壁面に設けたことにある。

請求項１によれば、前記可動体の両側面に、前記ガイド部材に係合する係合部を前記可動体の移動方向に沿って形成し、前記シリンダケース内に配設されたリニアガイドレールに沿ってリニアガイドブロックが摺動することによって前記可動体が往復動操作される前記可動体は角筒状の可動ロッドで構成され、前記ガイド部材が前記シリンダケースの開口端部内壁面に設けられ、前記可動ロッドの下面中央部には、長手方向に沿って凹溝が形成され、該凹溝内に前記リニアガイドブロックが装着されているので、直動方向以外の許容外力を大きくして、振動を防ぎ、かつ可動部分を小さくして小型、軽量化を図ることができる。また、可動体の両側面が係合部を介してガイド部材に支持されるので、シリンダケースの内壁面によって可動体の荷重を負担することができる。さらに、リニアガイドレールおよびリニアガイドブロックがシリンダケース内に収まるため、アクチュエータを小型化できる。
また、可動体の両側面が係合部を介してガイドローラに保持されるので、可動体の可動がスムーズである。
さらに、可動体がガイドローラと共に、摺動部材によって摺動可能に保持されるので、可動体の移動をスムーズに行なうことができ、かつガイドローラの負担を軽減することができる。
また、可動ロッドの振動を防ぎ、高速での可動ロッドの駆動を行なうことができる。
さらに、可動ロッドの伸縮動作をスムーズに行なうことができる。

以下図示の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１ないし図５は単軸ロボットアクチュエータを示し、図６ないし図８はフランジ部分を外して示す図である。

図１ないし図５は、単軸ロボットアクチュエータを示したもので、このアクチュエータ１は往復動する可動体２を内蔵した機構部１Ａと、サーボモータあるいはステッピングモータ等の駆動用モータ３を内蔵した駆動部１Ｂとで構成されている。

上記機構部１Ａは、横断面角筒状に形成された長尺のシリンダケース４の中空部４ａに、長手方向に沿って配設されたボールネジ軸５と、このボールネジ軸５の回転に伴って往復動操作される前記可動体２が収納されている。
可動体２は、中空部６ａを有する横断面角型の可動ロッド６の端面に四角形のプレート７を図示しないねじ等によって装着したもので、内周面に上記ボールネジ軸５の先端部を支持する軸受け８が内蔵されている。
ボールネジ軸５は、基端５ａを、カップリング９を介して前記駆動用モータ３の出力軸３ａに連結されており、モータハウジング１０とシリンダケース４を連結したブラケット１１の内面ボス部に装着された軸受け１２を介して基端基部５ｂが支持されている。ボールネジ軸５の先端５ｃには、前記軸受け８が装着され、かつ止め輪１３を介して抜け止めが図られている。

前記可動体２は、可動ロッド６の中空部６ａに、前記ボールネジ軸５に螺合するボールネジナット１４を挿入したもので、このボールネジナット１４は、プレート７を可動ロッド６の後端面に締結することで、可動ロッド６の中空部６ａ内に保持されている。
前記可動ロッド６の下面中央部には、長手方向に沿って凹溝６ｂが形成されており、この凹溝６ｂ内にリニアガイドブロック１５が装着されている。このリニアガイドブロック１５は、前記シリンダケース４の内部底面に、シリンダケース４の長手方向に沿って配設されたリニアガイドレール１６に組みつけられている。このリニアガイドブロック１５は、リニアガイドレール１６の長手方向に沿って摺動自在に組み付けられ、ボールネジナット１４の往復動操作に伴って前記可動ロッド６と共に摺動操作されるものである。

前記可動ロッド６の先端部６ｃは、前記シリンダケース４のケース本体４ｂの先端に装着されたフランジ１７を貫通してシリンダケース４の外部に伸縮可能に設けられており、可動ロッド６の先端に装着されたプレート１８を介してロボットとしての作業を行なうものである。

前記フランジ１７の構造を図６ないし図８により説明すると、フランジ１７の中央部には、前記可動体２の可動ロッド６が挿通する開口部１７ａが形成され、かつ開口部１７ａの両側内壁面１７ｂには、前記可動ロッド６の両側面を保持する回転型軸受けとなる一対のガイドローラ１９が設けられている。このガイドローラ１９は、ローラ２０を固定用ボルト２１で軸支したもので、前記可動ロッド６の両側側面に、長手方向に沿って形成された係合部としてのガイド溝２２に係合するものである。このフランジ１７の内壁面１７ｂには、摺動部材２３が設けられており、この摺動部材２３は、両側から天井面にかけて上部側摺動部材２３Ａが、両側から下面側にかけて下部側摺動部材２３Ｂが設けられている。前記上部側摺動部材２３Ａおよび下部側摺動部材２３Ｂは、樹脂系材料等の軽量で、かつ滑らかな素材を用いて一体成形されており、シリンダケース４の幅方向あるいは上下方向の動きを阻止している。前記摺動部材２３は、上部側摺動部材２３Ａおよび下部側摺動部材２３Ｂを一体物として成形しても良く、あるいは別体物として成形しても良い。
このフランジ１７の下部側内壁面には、前記シリンダケース４の内部側に向けて弾性体を用いたストッパ２４が設けられている。このストッパ２４は、前記可動ロッド６の下面に設けられた前記リニアガイドブロック１５に対向して配置されており、前記リニアガイドブロック１５の前面に配置された係合部材２５に係合してリニアガイドブロック１５の動きを止め、前記可動体２を停止させるものである。この係合部材２５にはアルミ等の滑らかな素材を用いてストッパ２４の耐久性を向上している。

前記プレート７の素材にはアルミ素材を用いており、このプレート７に対向してゴム等の弾性体を用いたストッパ２６がブラケット１１の前面に装着されている。
前記ストッパ２４，２６はそれぞれ、係合部材２５、プレート７に当接して可動体２の動きを停止させるもので、可動体２の往復動操作を一定の作動領域内に規制するものである。
前記駆動部１Ｂを構成するモータハウジング１０の後端には、モータ３に電力および駆動信号を送るケーブルコネクタ（図示せず）を収納する端末カバー２７が、着脱可能に装着されている。

次に、単軸ロボットアクチュエータの作動に先立ってアクチュエータの原点出し方法の一例を説明する。
原点出しは、可動体２を通常速度で駆動し、可動体２をブラケット１１に向けて移動し、可動体２のプレート７をストッパ２６に当接させてストッパ２６を変形させる。ストッパ２６は座繰り穴（図示せず）内に収納され、プレート７は剛体部であるブラケット１１に当接して可動体２を停止させる。こうして、原点出しが行なわれると、この位置を基準にして制御部では、可動体２の制御を開始する。

そして、原点出しされたデータをもとに制御部では、可動体２の往復動制御を開始する。通常の走行に際しては、駆動コントローラからケーブルを介して駆動信号が送られると、ケーブルコネクタを通してモータ３に駆動信号が送られ、モータ３を回転駆動する。モータ３の回転は、カップリング９を介してボールネジ軸５に伝達され、ボールネジ軸５の回転にともなって、ボールネジナット１４がボールネジ軸５に沿って移動する。そして、ボールネジナット１４と一体に移動する可動ロッド６が、上記リニアガイドレール１６に沿って摺動可能に配設されたリニアガイドブロック１５とともに移動を開始する。こうして、可動体２とともに可動ロッド６が移動し、可動ロッド６に装着されたプレート１８をシリンダケース４の先端から伸縮動作させる。
こうして、可動体２はボールネジ軸５によって、往復動され、プレート１８に取付けられた被操作体を往復制御する。
原点出しが行なわれると、この位置を基準にして制御部では、可動体２の制御を開始するので、原点位置の基準の再現性が確保され、安定した位置決め基準が保たれることから、確実な往復動制御を行なうことができる。

そして、アクチュエータ１の駆動用モータ３を駆動して、可動体２を往復動作させると、可動体２は、リニアガイドブロック１５が、リニアガイドレール１６に沿って移動し、かつ可動ロッド６のガイド溝２２がガイドローラ１９にガイドされながら移動する。可動ロッド６は周囲を摺動部材２３によって上下方向および幅方向がガイドされているので、可動ロッド６の上下方向および幅方向に対する振動が抑制される。シリンダケース４は、フランジ１７によって、シリンダケース４開口部が塞がれているので、シリンダケース４開口部から塵埃等が侵入する虞がない。

このように、上記実施の形態によれば、可動体２は、リニアガイドブロック１５が、リニアガイドレール１６に沿って移動し、かつ可動ロッド６のガイド溝２２がガイドローラ１９にガイドされながら移動するので、直動方向以外の外力に対して、充分な保持力を得ることができるとともに、従来のガイド用ロッドなどを省略できるので、可動部分を小さくして小型、軽量化を図ることができる。また、可動ロッド６は周囲を摺動部材２３によって上下方向および幅方向がガイドされているので、可動ロッド６の上下方向および幅方向に対する振動が抑制され、高速での運転が可能となる。ボールネジ軸５は軸受け８によって可動ロッド６に支持されているので、ボールネジ軸５の振動を抑制して高速での可動ロッド６の運転が可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、本実施の形態では、可動体２はボールネジ軸５によって、作動したが、すべりねじ駆動でもよく、また、タイミングベルトおよびプーリを使用したものでも可能である（特開２００１−１９８８７４）など、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることはいうまでもない。

本発明のシリンダ型アクチュエータの実施の形態によるロボットアクチュエータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 本発明の実施の形態によるロボットアクチュエータを示す左側面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図である。 図２のフランジ部分をアクチュエータから外してシリンダケース内部側から示す図である。 図６のフランジ部分を示す斜視図である。 図２のフランジ部分をアクチュエータから外して示す斜視図である。

符号の説明

１ アクチュエータ
１Ａ 機構部
１Ｂ 駆動部
２ 可動体
３ 駆動用モータ
４ シリンダケース
５ ボールネジ軸
６ 可動ロッド
６ａ 中空部
７ プレート
８、１２ 軸受け
９ カップリング
１０ モータハウジング
１１ ブラケット
１３ 止め輪
１４ ボールネジナット
１５ リニアガイドブロック
１６ リニアガイドレール
１７ フランジ
１８ プレート
１９ ガイドローラ
２０ ローラ
２１ 固定用ボルト
２２ ガイド溝
２３ 摺動部材
２４、２６ ストッパ
２５ 係合部材

Claims (5)

1. シリンダケース内に、駆動機構によって一定の作動領域内で往復動操作される可動体を備えたシリンダ型アクチュエータにおいて、
   前記シリンダケースの互いに対向する内壁面に、前記可動体の両側面をガイドするガイド部材を備え、
   前記可動体の両側面に、前記ガイド部材に係合する係合部を前記可動体の移動方向に沿って形成し、
   前記シリンダケース内に配設されたリニアガイドレールに沿ってリニアガイドブロックが摺動することによって前記可動体が往復動操作され、
   前記可動体は角筒状の可動ロッドで構成され、
   前記ガイド部材が前記シリンダケースの開口端部内壁面に設けられ、
   前記可動ロッドの下面中央部には、長手方向に沿って凹溝が形成され、該凹溝内に前記リニアガイドブロックが装着されている
   ことを特徴とするシリンダ型アクチュエータ。
2. 前記シリンダケース内壁面に、前記ガイド部材として、前記可動体の係合部をガイドするガイドローラを設けたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ型アクチュエータ。
3. 前記シリンダケース内壁面に、前記ガイドローラと共に、前記可動体の少なくとも両側面を摺動可能に保持する摺動部材を設けたことを特徴とする請求項２に記載のシリンダ型アクチュエータ。
4. 前記可動体を構成する可動ロッドに中空部を設け、該中空部の内壁面をガイドする軸受けを、前記可動体を往復動操作する可動軸に装着したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシリンダ型アクチュエータ。
5. 前記可動体を、前記駆動機構によって回転駆動されるボールネジ軸に螺合したボールネジナットと、該ボールネジナットを保持する角筒状の可動ロッドで構成し、該可動ロッドの先端部を前記シリンダケースの先端開口部から伸縮可能に保持する前記ガイド部材をシリンダケース開口端部内壁面に設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシリンダ型アクチュエータ。

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