JP5963069B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

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    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08Structural association with bearings

Description

本発明は、第1部材と、該第1部材とに対向して配置された第2部材との相対位置を変位させるリニアアクチュエータあって、前記第1部材と前記第2部材とのガタつきを防止するリニアアクチュエータに関する。
ガイドレールと、該ガイドレールに対向して設けられたスライドテーブルとの相対位置を変位させるリニアアクチュエータが知れられている。ガイドレールとスライドテーブルとの変位を可能にするため、下記に示す特許文献1に示すように、ガイドレールと、スライドテーブルが固定される可動子との間に、例えば、球状の転動体を介装させている。この転動体は、ガイドレールと可動子との間に設けられた2列の案内溝(転動溝)によって転動体が転動するように支持されている。前記案内溝は、ゴシックアーチ構造によって転動体を転動可能に支持している。
特開2010−161926号公報
ここで、ガイドレール(第1部材)と可動子(第2部材)とのガタつきを防止するために、転動体の転動溝への接触直径(転動体が転動溝に収納されたときの転動体の直径)より、転動体の直径を、例えば、数μm程度大きくすることで、転動体に予圧を加えている。転動体の直径より転動体の転動溝への接触直径を小さくするためには、(1)ガイドレール及び可動子の転動溝の形状を調整したり、(2)用いるガイドレールと可動子との組み合わせを変えたり、(3)接触直径より大きい転動体を用いる等がある。
しかしながら、前記(1)の方法では、数μmの高い加工精度が要求され、前記(2)の方法では、数μmの高い組合せ精度が要求され、前記(3)の方法では、転動体の選定が難しいという問題がある。また、2列のゴシックアーチ構造の転動溝で転動体を支持する場合は、高精度に転動溝を加工する必要があり、さらに、転動体の差動すべりが発生して摩擦力が大きくなるという欠点がある。
また、支持方向が互いに直角となり、2方向の荷重を支えるサーキュラー構造の転動溝を用いる場合は、ゴシックアーチ構造より差動すべりが小さくなるという利点はあるが、転動溝を4列必要とするため構造が複雑となり、小型化が難しいという問題がある。
そこで本発明は、係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で第1部材と第2部材とのガタつきを防止するとともに、転動体の差動すべりを抑え、小型化を図るリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、第1部材と、前記第1部材に対向して配置された第2部材との相対位置を変位させるリニアアクチュエータであって、前記第1部材の両端側には、前記第2部材に向かって突出部が変位方向に沿って突出形成され、前記第2部材は、前記第1部材と前記第2部材との相対位置を変位可能にする転動体を介装して、前記第1部材の両端側の突出部の間に設けられ、前記第1部材の両端側の前記突出部と前記第2部材とには、前記転動体を転動可能に支持する第1転動溝と第2転動溝が設けられ、2つの極を持ち双極性の磁場を発生させる磁石の磁気吸引力によって前記第1転動溝及び前記第2転動溝が前記転動体に圧力を与え、且つ、前記電磁石のコイルに通電する電流の大きさを変えることで、前記第1転動溝及び前記第2転動溝が前記転動体に与える圧力を調整することを特徴とする。
前記転動体の直径は、前記第1転動溝と前記第2転動溝とで形成される空間より小さくてもよい。
前記第1転動溝及び前記第2転動溝の少なくとも一方の溝形状は、単一の曲率半径の円弧状の溝であってもよい。
前記第1転動溝及び前記第2転動溝の少なくとも一方の溝形状は、曲率半径を持つ複数の円弧で形成された溝であってもよい。
前記第1部材及び前記第2部材は、磁性体であってもよい。
前記第1部材及び前記第2部材のうち何れか一方にコイルが設けられ、
前記磁石は、前記第1部材及び前記第2部材のうち、前記コイルが設けられていない側に設けられており、前記コイルに電流を流すことで推力を発生させて、第1部材と第2部材との相対位置を変位させてもよい。
前記第1部材及び前記第2部材の一方にシリンダ本体が取り付けられるとともに、前記第1部材及び前記第2部材の一方に前記磁石が設けられてもよい。
本願発明によれば、第1部材の両端側の突出部と第2部材とには、転動体を転動可能に支持する第1転動溝と第2転動溝が設けられており、磁石の磁気吸引力によって前記第1転動溝及び前記第2転動溝が前記転動体に圧力を与えるようにしたので、前記第1部材と前記第2部材とのガタつきを防止することができるとともに、前記転動体の差動すべりを抑え、小型化を図ることができる。また、ゴシックアーチ構造やサーキュラー構造に比べ、前記転動体、前記第1及び第2転動溝の加工精度、及び組立精度が要求されないので、加工、組立の工数を軽減させることができる。
第1の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの斜視図である。 図1に示すリニアアクチュエータの分解斜視図である。 図1のIII−III線矢視断面図である。 剛球を支持するガイドレールのガイド溝及びスライドテーブルのガイド溝を示す図である。 剛球がリニアアクチュエータの長手方向に保持される範囲と、永久磁石によって発生する磁気吸引力の範囲(斜線で示す領域)との関係を示す模式図である。 第2の実施の形態にかかるリニアアクチュエータの斜視図である。 図6に示すリニアアクチュエータの上方から見た分解斜視図である。 図6に示すリニアアクチュエータを下方から見た分解斜視図である。 図6のIX−IX線矢視断面図である。 図6のX−X線矢視断面図である。 剛球を支持するスライドテーブルのガイド溝及びガイド機能のガイド溝を示す図である。 剛球がリニアアクチュエータの長手方向に保持される範囲と、永久磁石によって発生する磁気吸引力の範囲(斜線で示す領域)との関係を示す模式図である。 変形例1におけるガイドレールのガイド溝及びスライドテーブルのガイド溝の一例を示す図である。 変形例3で用いられる電磁石の一部切欠き斜視図である。 変形例4における矢印A方向に沿って磁路を設ける場合のリニアアクチュエータの模式図であり、図15Aは、永久磁石のS極がスライドテーブル側に、N極がガイドレール側となるように、1枚の永久磁石をスライドテーブルのガイドレール側に設けたリニアアクチュエータを示し、図15Bは、図15Aのリニアアクチュエータにおいて、矢印A方向に沿って永久磁石の両側にヨークが設けられたリニアアクチュエータを示し、図15Cは、上下方向に着磁された2つの永久磁石を、互いに極の向きを反転させて、矢印A方向に沿ってスライドテーブルのガイドレール側に設けたリニアアクチュエータを示し、図15Dは、上下方向に着磁された4つの永久磁石を、交互に極の向きを反転させて、矢印A方向に沿ってスライドテーブルのガイドレール側に設けたリニアアクチュエータを示し、図15Eは、図15Dに示す4つの永久磁石を用いる代わりに、磁極が矢印A方向に沿って互いに反転するように、多極に着磁された1枚の永久磁石を用いたリニアアクチュエータを示し、図15Fは、矢印A方向に着磁された3つの永久磁石を、互いに極の向きを反転させて、矢印A方向に沿ってスライドテーブルのガイドレール側に設けるとともに、各永久磁石の両側にヨークを設けたリニアアクチュエータを示し、図15Gは、スライドテーブルのガイドレール側に永久磁石を矢印A方向に沿ってハルバッハ配置させたリニアアクチュエータを示す。 変形例4におけるリニアアクチュエータの幅方向(矢印B方向)に沿って磁路を設ける場合のリニアアクチュエータの模式図であり、図16Aは、永久磁石のS極がスライドテーブル側に、N極がガイドレール側となるように、1枚の永久磁石をスライドテーブルのガイドレール側に設けたリニアアクチュエータを示し、図16Bは、図16Aのリニアアクチュエータにおいて、矢印B方向に沿って永久磁石の両側にヨークが設けられたリニアアクチュエータを示し、図16Cは、上下方向に着磁された2つの永久磁石を、互いに極の向きを反転させて、矢印B方向に沿ってスライドテーブルのガイドレール側に設けたリニアアクチュエータを示し、図16Dは、上下方向に着磁された4つの永久磁石を、交互に極の向きを反転させて、矢印B方向に沿ってスライドテーブルのガイドレール側に設けたリニアアクチュエータを示し、図16Eは、図16Dに示す4つの永久磁石を用いる代わりに、磁極が矢印B方向に沿って互いに反転するように、多極に着磁された1枚の永久磁石を用いたリニアアクチュエータを示し、図16Fは、矢印B方向に着磁された3つの永久磁石を、互いに極の向きを反転させて、矢印B方向に沿ってスライドテーブルのガイドレール側に設けるとともに、各永久磁石の両側にヨークを設けたリニアアクチュエータを示し、図16Gは、スライドテーブルのガイドレール側に永久磁石を矢印B方向に沿ってハルバッハ配置させたリニアアクチュエータを示す。 変形例4における矢印A方向に沿って磁路を設ける場合のリニアアクチュエータの模式図であり、図17Aは、永久磁石のS極がスライドテーブル側に、N極がガイドレール側となるように、1枚の永久磁石をガイドレールのスライドテーブル側に設けたリニアアクチュエータを示し、図17Bは、図17Aのリニアアクチュエータにおいて、矢印A方向に沿って永久磁石の両側にヨークが設けられたリニアアクチュエータを示し、図17Cは、上下方向に着磁された2つの永久磁石を、互いに極の向きを反転させて、矢印A方向に沿ってガイドレールのスライドテーブル側に設けたリニアアクチュエータを示し、図17Dは、上下方向に着磁された4つの永久磁石を、交互に極の向きを反転させて、矢印A方向に沿ってガイドレールのスライドテーブル側に設けたリニアアクチュエータを示し、図17Eは、図17Dに示す4つの永久磁石を用いる代わりに、磁極が矢印A方向に沿って互いに反転するように、多極に着磁された1枚の永久磁石を用いたリニアアクチュエータを示し、図17Fは、矢印A方向に着磁された3つの永久磁石を、互いに極の向きを反転させて、矢印A方向に沿ってガイドレールのスライドテーブル側に設けるとともに、各永久磁石の両側にヨークを設けたリニアアクチュエータを示し、図17Gは、ガイドレールのスライドテーブル側に永久磁石を矢印A方向に沿ってハルバッハ配置させたリニアアクチュエータを示す。 変形例4におけるリニアアクチュエータの幅方向(矢印B方向)に沿って磁路を設ける場合のリニアアクチュエータの模式図であり、図18Aは、永久磁石のS極がスライドテーブル側に、N極がガイドレール側となるように、1枚の永久磁石をガイドレールのスライドテーブル側に設けたリニアアクチュエータを示し、図18Bは、図18Aのリニアアクチュエータにおいて、矢印B方向に沿って永久磁石の両側にヨークが設けられたリニアアクチュエータを示し、図18Cは、上下方向に着磁された2つの永久磁石を、互いに極の向きを反転させて、矢印B方向に沿ってガイドレールのスライドテーブル側に設けたリニアアクチュエータを示し、図18Dは、上下方向に着磁された4つの永久磁石を、交互に極の向きを反転させて、矢印B方向に沿ってガイドレールのスライドテーブル側に設けたリニアアクチュエータを示し、図18Eは、図18Dに示す4つの永久磁石を用いる代わりに、磁極が矢印B方向に沿って互いに反転するように、多極に着磁された1枚の永久磁石を用いたリニアアクチュエータを示し、図18Fは、矢印B方向に着磁された3つの永久磁石を、互いに極の向きを反転させて、矢印B方向に沿ってガイドレールのスライドテーブル側に設けるとともに、各永久磁石の両側にヨークを設けたリニアアクチュエータを示し、図18Gは、ガイドレールのスライドテーブル側に永久磁石を矢印B方向に沿ってハルバッハ配置させたリニアアクチュエータを示す。
本発明に係るリニアアクチュエータについて、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
<第1の実施の形態>
図1は、第1の実施の形態にかかるリニアアクチュエータ10の斜視図であり、図2は、リニアアクチュエータ10の分解斜視図であり、図3は、図1のIII−III線矢視断面図である。
第1の実施の形態にかかるリニアアクチュエータ10は、ガイドレール(第1部材)12と、ガイドレール12に対向して配設されたスライドテーブル(第2部材)14とを備えている。ガイドレール12は、断面略コ字状の形状を有しており、ガイドレール12には、スライドテーブル14と対向する面にコイル16が設けられる。コイル16は、絶縁膜で被覆された電導性の素線を巻回して樹脂からなる絶縁体18によってモールド成形された空芯のコイルである。コイル16は、ガイドレール12の上面略中央部分に配設される。
ガイドレール12の幅方向(矢印B方向)の両側部には、そのベースよりスライドテーブル14に向かって突出部20a、20bが突出形成され、各突出部20a、20bの内側には、矢印A方向(スライドテーブル14のスライド方向)に沿ってガイド溝(第1転動溝)22、22が形成される。
スライドテーブル14は、ガイドレール12とスライドテーブル14の相対位置を変位可能にする複数の剛球(転動体)24を介装して、ガイドレール12の突出部20a、20bの間に設けられる。スライドテーブル14には、スライドテーブル14のガイドレール12と対向する面に、2つの永久磁石(磁石)26a、26bが設けられる。詳しくは、スライドテーブル14の幅方向(矢印A方向と直交する方向)の中央部分に凹部28が形成されており、永久磁石26a、26bは、該凹部28に設けられる。ガイドレール12に設けられたコイル16と、スライドテーブル14に設けられた永久磁石26a、26bとは、所定の間隔を空けて配置される。スライドテーブル14の幅方向の両端部の中央部には、矢印A方向に沿ってガイド溝(第2転動溝)30、30が形成される。このガイド溝22、22とガイド溝30、30とによって、剛球24は、転動可能に支持される。
スライドテーブル14には、リターンガイド32が嵌合するための凹部34が設けられている。リターンガイド32には、剛球24を循環させるための溝(以下、循環経路と呼ぶ)36が形成されており、ガイド溝30、30の端まで転動された剛球24は、リターンガイド32によって循環経路36に転動される。つまり、リターンガイド32は、剛球24の転動方向を180度転換させる。
リニアアクチュエータ10では、ガイド溝22、22と、ガイド溝30、30とが略同一の高さとなるように、ガイドレール12及びスライドテーブル14が配置され、ガイド溝22、22及びガイド溝30、30によって形成されるスペース(空間)及び循環経路36に、複数の剛球24がリニアガイドとして収容される。各剛球24の転動による案内作用下に、スライドテーブル14は、ガイドレール12に対して矢印A方向に変位自在となる。スライドテーブル14には、その板厚方向に沿って、図示しない複数のねじ孔が形成されており、スライドテーブル14は、前記ねじ孔に螺入する図示しないねじによって他の部材を固定可能である。
各永久磁石26a、26bの大きさは、コイル16の大きさよりも小さく設定されている。なお、2つの永久磁石26a、26bを配設するようにしたが、1つ、又は3つ以上の永久磁石を配設してもよい。
ガイドレール12及びスライドテーブル14は、磁性体から構成されている。剛球24及びリターンガイド32は、磁性体であってもよく、非磁性体であってもよい。また、磁性体の剛球24(第1転動体)と、非磁性体(例えば、樹脂材)の剛球24(第2転動体)を矢印A方向に沿って、交互に配設してもよい。
リニアアクチュエータ10において、スライドテーブル14が複数の剛球24の案内作用下に矢印A方向に変位する場合、剛球24は同一方向に回転するが、隣接する各剛球24同士が互いに接する面では、各剛球24は互いに逆方向に回転する。これにより、各剛球24間で高摩擦抵抗が生じて、剛球24の位置ずれが発生し、滑らかにスライドテーブル14を変位させることができなくなる可能性がある。したがって、磁性体の剛球24と非磁性体の剛球24とを交互に配設することで、隣接する剛球24間での摩擦抵抗を抑制し、スライドテーブル14を滑らかに変位させることができる。また、各剛球24の少なくとも一部の剛球24を磁性体とすることで、スライドテーブル14と突出部20a、20bとの間のスペースにおける漏れ磁束の発生をさらに抑制することができる。
ガイドレール12を磁性体で構成したことから、永久磁石26a、26bとガイドレール12との間に磁気吸引力が働き、スライドテーブル14には、下方向の力が加わる。なお、本第1の実施の形態では、ガイドレール12がある側を下とし、スライドテーブル14がある側を上とする。
図4は、剛球24を支持するガイド溝22及びガイド溝30を示す図である。ガイド溝22及びガイド溝30は、剛球24の半径よりも大きい曲率半径からなる2つの円弧を組み合わせた形状の溝である。詳しくは、ガイド溝22は、第1曲率半径の円弧で形成された第1曲面40aと、第2曲率半径の円弧で形成された第2曲面40bとで構成され、ガイド溝30は、第3曲率半径の円弧で形成された第1曲面42aと、第4曲率半径の円弧で形成された第2曲面42bとで構成される。
ガイド溝30の第1曲面42aとガイド溝22の第2曲面40bとが剛球24に当接することで、剛球24が支持される。つまり、ガイド溝30の第1曲面42aとガイド溝22の第2曲面40bとで剛球24が支持される。ガイド溝30の第1曲面42aと剛球24との接触点aと、ガイド溝22の第2曲面40bと剛球24との接触点bとを結ぶ線cは、剛球24の中心を通る。この接触点aと接触点bとを通る線cと、剛球24の中心を通り、ガイドレール12及びスライドテーブル14の幅方向に延びる平面dとのなす角θは90度未満となる。また、この線cと平面dとのなす角θが所定の角度となるように、ガイド溝30の第1曲面42aとガイド溝22の第2曲面40bとが形成される。
ガイド溝30の第1曲面42aとガイド溝22の第2曲面40bとでは、剛球24を強固の支持することができないが、上述したように、永久磁石26a、26bの磁気吸引力によって、スライドテーブル14には下方向の力が与えられるので、ガイド溝30の第1曲面42aとガイド溝22の第1曲面40aとで、斜め方向に剛球24に圧力を与えることができる。つまり、接触点a及び接触点bの2点によって剛球24に圧力が与えられる。したがって、図4に示すような簡単な構造であっても、剛球24を強固の保持することができ、ガイドレール12とスライドテーブル14とのガタつきを防止することができる。
この線cと平面dとのなす角θに応じて、ガイドレール12とスライドテーブル14との幅方向のガタつきと、ガイドレール12とスライドテーブル14の上下方向のガタつきとを防止する精度の割合を変えることができる。なす角θが45度の場合は、剛球24に与えられる幅方向の力と上下方向の力とが同じとなるため、幅方向のガタつきの防止と上下方向のガタつきの防止精度が等しくなる。なす角θが45度より小さくなるほど、幅方向のガタつき防止精度は良くなるが、上下方向のガタつき防止精度が悪くなる。また、なす角θが45度より大きくなるほど、上下方向のガタつき防止精度は良くなるが、幅方向のガタつき防止精度は悪くなる。
従来のゴシックアーチ方式では、剛球24の大きさ、ガイド溝22及びガイド溝30の形状、大きさ等を数μmで調整、選択等しなければならなかったが、そのような高精度の調整をしなくても、簡易な構造でガイドレール12とスライドテーブル14とのガタつきの防止精度を向上させることができる。また、接触点a及び接触点bの2点で剛球24を支持するので、剛球24の差動すべりを抑えることができる。また、サーキュラー方式のように4列のガイド溝を設ける必要がないので、構造が簡易化し、小型化を図ることができる。
図5は、剛球24がリニアアクチュエータ10の長手方向に保持される範囲と、永久磁石26a、26bによって発生する磁気吸引力の範囲(斜線で示す領域)44との関係を示す模式図である。第1の実施の形態においては、剛球24がガイドレール12とスライドテーブル14によって、リニアアクチュエータ10の長手方向に保持される範囲は、永久磁石26a、26bによって発生する磁気吸引力の範囲44より短い。
次に、第1の実施の形態にかかるリニアアクチュエータ10の動作について簡単に説明する。リニアアクチュエータ10は、ガイドレール12に対してスライドテーブル14の相対位置を変位させるものである。詳しくは、コイル16に電流を通電させ、永久磁石26a、26bによって発生する磁束とコイルを流れる電流により、コイル16にフレミングの左手の法則に基づく矢印A方向に向かう推力(ローレンツ力)が発生する。これによりスライドテーブル14は、ガイドレール12に対して矢印A方向に位置が変位する。また、スライドテーブル14の変位方向は、コイル16に通電される電流の向きによって変わる。したがって、コイル16に通電する電流の向きを変えることで、スライドテーブル14は、ガイドレール12上を往復動作する。
このように、第1の実施の形態では、リニアアクチュエータ10において、永久磁石26a、26bの磁気吸引力を用いて、スライドテーブル14のガイド溝30、30の上側の第1曲面42aと、ガイドレール12のガイド溝22、22の下側の第2曲面40bとで、剛球24を斜めに加圧することができるので、簡易な構造でガイドレール12とスライドテーブル14とのガタつきを防止することができるとともに、剛球24の差動すべりを抑え、小型化を図ることができる。ゴシックアーチ構造やサーキュラー構造に比べ、剛球24、ガイド溝22、22、及びガイド溝30、30の加工精度、及び組立精度が要求されないので、加工、組立の工数を軽減させることができる。
なお、上記第1の実施の形態では、スライドテーブル14を下方向に加圧するために、永久磁石26a、26bの磁気吸引力を積極的に用いるようにしたが、永久磁石26a、26bとは別個に永久磁石を設け、該永久磁石の磁気吸引力を積極的に用いるようにしてもよい。この場合は、別個に設けられる永久磁石による磁束によって、スライドテーブル14の移動動作が妨げられないような位置に、前記永久磁石を配置する必要がある。
また、上記第1の実施の形態では、ガイドレール12にコイル16を設け、スライドテーブル14に永久磁石26a、26bを設けるようにしたが、ガイドレール12に永久磁石26a、26bを設け、スライドテーブル14にコイル16を設けるようにしてもよい。この場合であっても、永久磁石26a、26bの磁気吸引力によって、斜め方向に剛球24に対して圧力を与えることができる。
<第2の実施の形態>
図6は、第2の実施の形態にかかるリニアアクチュエータ100の斜視図、図7は、リニアアクチュエータ100の上方から見た分解斜視図、図8は、リニアアクチュエータ100を下方から見た分解斜視図、図9は、図6のIX−IX線矢視断面図、図10は、図6のX−X線矢視断面図である。
第2の実施の形態にかかるリニアアクチュエータ100は、シリンダ本体102と、該シリンダ本体102の上部に設けられ、長手方向(矢印C方向)に沿って直線状に往復動作するスライドテーブル(第1部材)104と、シリンダ本体102とスライドテーブル104との間に介装され、スライドテーブル104を長手方向(矢印C方向)に沿って案内するガイド機構(第2部材)106と、スライドテーブル104の変位量を調整自在なストッパ機構108とを含む。
シリンダ本体102は、断面長方形状で長手方向に沿って所定長さで形成され、その上面には、略中央部に断面略円弧状に窪んだ凹部110が形成され、長手方向に沿って延在している。ガイド機構106は、図示しない連結ボルトによってシリンダ本体102に連結されている。
また、シリンダ本体102の一側面には、圧力流体の供給・排出される第1及び第2ポート(流体出入ポート)112、114が該シリンダ本体102の長手方向と直交するように形成され、一対の貫通孔(シリンダ室)116a、116bと連通している(図9参照)。さらに、シリンダ本体102の他側面には、長手方向に沿って二条のセンサ取付溝118がそれぞれ形成され、図示しない検出センサが装着される。
一対の貫通孔116a、116bは、シリンダ本体102の長手方向(矢印A)に沿って形成され、一方の貫通孔116aと他方の貫通孔116bとは、所定間隔離間して略平行に並設されている。貫通孔116a、116bには、ピストン120と、該ピストン120に連結されたピストンロッド122とを含むシリンダ機構124がそれぞれ設けられる。
このシリンダ機構124は、一対のピストン120及びピストンロッド122が一対の貫通孔116a、116bにそれぞれ内装されることによって構成される。また、ピストン120の外周面には、マグネット126が装着される。なお、マグネット126は、シリンダ本体102におけるセンサ取付溝118側となる一方のピストン120にのみ設けられ、前記センサ取付溝118に装着される検出センサ(図示せず)によって前記マグネット126の磁気が検出されることにより該ピストン120の軸線方向に沿った変位位置が検出される。
貫通孔116a、116bの一端部は、キャップ128によって閉塞され、前記貫通孔116a、116bの他端部は、止め輪130を介して保持されるロッドホルダ132によって気密に閉塞される。
貫通孔116bは、貫通孔116aとの間に形成された一組の接続通路134a、134bを介して互いに連通している。すなわち、第1及び第2ポート112、114に供給された圧力流体は、一方の貫通孔116aへと導入された後、接続通路134a、134bを通じて他方の貫通孔116bにも導入される。この接続通路134a、134bは、貫通孔116a、116bの延在方向(矢印C方向)と直交するように形成されている。
スライドテーブル104は、スライドテーブル本体136と、該スライドテーブル本体136の一端部に連結されるストッパ機構108と、スライドテーブル本体136の他端部に連結されるエンドプレート(保持部材)138とを備え、前記エンドプレート138は、前記スライドテーブル本体136に対して直交するように連結される。
スライドテーブル本体136は、長手方向(矢印C方向)に沿って所定厚さで延在するベース部140と、該ベース部140の両側部から直交するように下方へ(シリンダ本体102に向かって)突出した一対の突出部142a、142bとからなり、突出部142a、142bの内面には、剛球(転動体)144が案内されるガイド溝(第1転動溝)146、146が矢印C方向(スライドテーブル104のスライド方向)に沿って形成される。
ベース部140には、その一端部と他端部との間に4個のワーク保持用孔部148が形成され、該ワーク保持用孔部148は、互いに所定間隔離間して配置される。このワーク保持用孔部148は、例えば、スライドテーブル104の上部にワーク(図示せず)を載置して搬送する際、該ワークを固定する目的で設けられている。
また、スライドテーブル本体136の一端部には、ストッパ機構108のホルダ部150を固定するためのボルト152aが挿通される一対のボルト孔154が形成されると共に、他端部には、エンドプレート138を固定するためのボルト152bが挿通される一対のボルト孔156が形成され、ボルト孔154、156は、いずれもスライドテーブル本体136の延在方向(矢印C、D方向)と直交方向に貫通している。ストッパ機構108は、ホルダ部150に対して螺合されるストッパボルト158と、ストッパボルト158の進退動作を規制するロックナット160とを有し、シリンダ本体102に設けられたガイド機構106に臨むように設けられる。
エンドプレート138は、スライドテーブル本体136の他端部に形成されたボルト孔156に挿通された2本のボルト152bによって固定され、シリンダ本体102の端面に臨むように設けられると共に、一組のロッド孔162a、162bに挿通されたピストンロッド122の端部がそれぞれ固定される。これにより、エンドプレート138を含むスライドテーブル104が、ピストンロッド122と共にシリンダ本体102の長手方向に沿って変位することとなる。
ガイド機構106は、幅方向(矢印B方向)の両端部には、矢印C方向に沿ってガイド溝(第2転動溝)164、164が形成されている。このガイド溝146、146とガイド溝164、164とによって、剛球144は転動可能に支持される。さらにガイド機構106には、剛球144を循環させるための循環経路166が形成されており、ガイド溝164の端まで転動された剛球144は、循環経路166によって180度転換して転動する。
リニアアクチュエータ100では、ガイド溝146とガイド溝164とが略同一の高さとなるように、シリンダ本体102に連結されたガイド機構106とスライドテーブル104とが配置され、ガイド溝146及びガイド溝164によって形成されるスペース(空間)及び循環経路に複数の剛球144がリニアガイドとして収納される。各剛球144の転動による案内作用下に、スライドテーブル104は、シリンダ本体102に連結されたガイド機構106に対して矢印C方向に変位自在となる。また、図7に示すように、ガイド機構106の上面には、永久磁石(磁石)172a、172bが設けられている。永久磁石172a、172bとスライドテーブル104との間に磁気吸引力が働き、スライドテーブル104には、下方向に力が加わる。なお、本第2の実施の形態では、シリンダ本体102がある側を下とし、スライドテーブル104がある側を上とする。なお、スライドテーブル104及びガイド機構106は磁性体から構成される。なお、ガイド機構106は、磁性体を含んでいればよく、詳しくは、磁性体からなる部材と非磁性体からなる部材とで構成されていてもよい。例えば、ガイド機構106のうち、ガイド溝164、164の部材は樹脂で形成され、それ以外の部材は磁性体であってもよい。
図11は、剛球144を支持するガイド溝146及びガイド溝164を示す図である。ガイド溝146及びガイド溝164は、剛球144の半径よりも大きい曲率半径からなる2つの円弧を組み合わせた形状の溝である。詳しくは、ガイド溝146は、第1曲率半径の円弧で形成された第1曲面174aと、第2曲率半径の円弧で形成された第2曲面174bとで構成され、ガイド溝164は、第3曲率半径の円弧で形成された第1曲面176aと、第4曲率半径の円弧で形成された第2曲面176bとで構成される。
ガイド溝146の第1曲面174aと、ガイド溝164の第2曲面176bとが剛球144に当接することで、剛球144が支持される。ガイド溝146の第1曲面174aと剛球144との接触点aと、ガイド溝164の第2曲面176bとの接触点とを結ぶ線cは、剛球144の中心を通る。この接触点aと接触点bとを通る線cと、剛球144の中心を通り、スライドテーブル104の幅方向に延びる平面dとのなす角θは、90度未満となる。この線cと平面dとのなす角が所定の角度となるように、ガイド溝146の第1曲面174aとガイド溝164の第2曲面176bとが形成される。
ガイド溝146の第1曲面174aとガイド溝164の第2曲面176bとでは、剛球144を強固に支持することができないが、上述しように、永久磁石172a、172bの磁気吸引力によって、スライドテーブル104には下方向の力が与えられるので、ガイド溝146の第1曲面174aとガイド溝164の第2曲面176bとで、斜め方向に剛球144に圧力が与えることができる。つまり、接触点a及び接触点bとによって剛球144に圧力が与えられる。したがって、図11に示すような簡単な構造であっても、剛球144を強固の保持することができ、スライドテーブル104とガイド機構106とのガタつきを防止することができる。
この線cと平面dとのなす角θに応じて、スライドテーブル104とガイド機構106との幅方向のガタつきと、スライドテーブル14とガイド機構106との上下方向のガタつきとを防止する精度の割合を変えることができる。
図12は、剛球144がリニアアクチュエータ100の長手方向に保持される範囲と、永久磁石172a、172bによって発生する磁気吸引力の範囲(斜線で示す領域)180との関係を示す模式図である。第2の実施の形態においては、剛球144がスライドテーブル104とガイド機構106とによって、リニアアクチュエータ100の長手方向に保持される範囲は、永久磁石26a、26bによって発生する磁気吸引力の範囲180より長い。
次に、第2の実施の形態にかかるリニアアクチュエータ100の動作について簡単に説明する。なお、図6に示されるように、スライドテーブル104を構成するエンドプレート138が、シリンダ本体102の端面に当接した状態を初期位置として説明する。
先ず、図示しない圧力流体供給源から圧力流体を第1ポート112へと導入する。この場合、第2ポート114は、図示しない切換弁の操作下に大気開放状態としておく。この第1ポート112に供給された圧力流体は、一方の貫通孔116aへ供給されると共に、接続通路134bを通じて他方の貫通孔116bへと供給され、ピストン120をロッドホルダ132側に向かって押圧する。これにより、ピストン120に連結されたピストンロッド122と共に、スライドテーブル104は、ピストン120がロッドホルダ132に接近する方向(エンドプレート138がシリンダ本体102と離間する方向)に移動する。
そして、スライドテーブル104の一端部に設けられたストッパボルト158の端部が、ガイド機構106の端面に当接することにより、前記スライドテーブル104の変位が停止した変位終端位置となる。このストッパ機構108は、ロックナット160を緩め、ストッパボルト158の進退動作を可能とした後、ホルダ部150の端面からの突出量を調整して、ロックナット160を締めることで、スライドテーブル104の変位量を調整することが可能である。
一方、変位終端位置からスライドテーブル104を前記とは反対方向に変位させる場合には、第1ポート112に供給されていた圧力流体を第2ポート114に対して供給すると共に、前記第1ポート112を大気開放状態とする。これにより、第2ポート114から一対の貫通孔116a、116bへと供給された圧力流体によってピストン120がロッドホルダ132から離間する方向(エンドプレート138がシリンダ本体102に接近する方向)へと変位し、該ピストン120と共にピストンロッド122を介してスライドテーブル104が変位する。そして、スライドテーブル104を構成するエンドプレート138が、シリンダ本体102の端面に当接することにより初期位置へと復帰する。
このように、第2の実施の形態では、第1実施の形態と同様に、リニアアクチュエータ100において、永久磁石172a、172bの磁気吸引力を用いて、スライドテーブルのガイド溝146、146の上側の第1曲面174aと、ガイド機構106のガイド溝164の下側の第2曲面176bとで、剛球144を斜めに加圧することできるので、簡易な構造でスライドテーブル104とガイド機構106とのガタつきを防止することができるとともに、剛球144の差動すべりを抑え、小型化を図ることができる。ゴシックアーチ構造やサーキュラー構造に比べ、剛球144、ガイド溝146、146、ガイド溝164、164の加工精度、及び組立精度が要求されないので、加工組立の工数を軽減させることができる。
なお、上記第2の実施の形態では、ガイド機構106に永久磁石172a、172bを設けるようにしたが、スライドテーブル104に永久磁石172a、172bを設けるようにしてもよい。この場合は、スライドテーブル104のガイド機構106に対向する領域に永久磁石172a、172bを設ける。この場合であっても、永久磁石172a、172bの磁気吸引力によって、スライドテーブル104には下方向の力が加わるので、剛球144を斜め方向に加圧することができる。
<変形例>
なお、上記各実施の形態は、以下のように変形してもよい。
(変形例1)上記各実施の形態では、2つの円弧を組み合わせてガイド溝22及びガイド溝30、又は、ガイド溝146及びガイド溝164を形成したが、ガイド溝22及びガイド溝30、又は、ガイド溝146及びガイド溝164は、単一の円弧からなる溝であってもよい。この場合も上記第1及び第2の実施の形態と同様に、永久磁石26a、26b、又は、永久磁石172a、172bの磁気吸引力によって、ガイド溝22及びガイド溝30、又は、ガイド溝146及びガイド溝164は、剛球24、144を斜めに加圧することができる。また、単一の円弧とすることで溝の構造が簡単になり、工数を軽減させることができる。この場合、この単一の円弧は、剛球24、144の半径よりも大きい曲率半径からなる円弧である。図13は、上記第1の実施の形態におけるガイド溝22、22及びガイド溝30、30を単一の円弧からなる溝にした場合の例を示す。図13に示すように、ガイド溝22及びガイド溝30を単一の円弧からなる溝にした場合であっても、ガイド溝22及びガイド溝30は、剛球を斜めに加圧可能であることは諒解できよう。
(変形例2)上記各実施の形態では、2つの円弧を組み合わせてガイド溝22及びガイド溝30、又は、ガイド溝146及びガイド溝164を形成したが、ガイド溝30の第2曲面42b及びガイド溝22の第1曲面40a、又は、ガイド溝146の第2曲面174b及びガイド溝164の第1曲面176aは、剛球24、144の加圧に用いられないことから、第2曲面42b及び第1曲面40a、又は、第2曲面174b及び第1曲面176aの加工精度を低くしてもよい。つまり、第2曲面42b及び第1曲面40a、又は、第2曲面174b及び第1曲面176aの表面は粗くてもよい。これにより、工数を軽減させることができる。
(変形例3)
上記各実施の形態においては、永久磁石26a、26b、永久磁石172a、172bを用いるようにしたが、永久磁石に代えて電磁石(磁石)を用いてもよい。要は、2つの極を持ち双極性の磁場を発生させるもの(磁石)であれば、永久磁石26a、26b、172a、172bであってもよく、電磁石であってもよい。また、本発明において磁石という概念には、永久磁石26a、26b、172a、172b、電磁石の何れも含まれる。
図14は、本変形例3で用いられる電磁石200の一部切欠き斜視図である。電磁石200は、ボビン状のインナーヨーク202と、該インナーヨーク202の外周に巻き回されたコイル204と、コイル204の外周を囲うアウターヨーク206からなる。永久磁石26a、26b、172a、172bの代わりに、電磁石200を用いることで、剛球24、144に与える圧力、つまり、磁気吸引力の強度を調整することができる。すなわち、電磁石200のコイル204に通電する電流の大きさを変えることで、磁気吸引力の強さが変わり、ガイド溝30の第1曲面42a及びガイド溝22第2曲面40b、又は、ガイド溝146の第1曲面174a及びガイド溝164の第2曲面176bが、剛球24、144を加圧する力を変えることができる。
なお、本変形例3においては、電磁石200は、インナーヨーク202及びアウターヨーク206を有するようにしたが、インナーヨーク202、及び(又は)、アウターヨーク206はなくてもよい。また、インナーヨーク202の代わりに永久磁石を用いて電磁石200を構成してもよい。また、電磁石200を複数用いてもよい。
(変形例4)上記第1実施の形態においては、2つの永久磁石26a、26b(以下、永久磁石26a、26bを総称して永久磁石26と呼ぶ)を用いて磁気吸引力を発生させるようにしたが、図15〜図18に示すように、永久磁石26の数、配置等を変えてもよい。
図15は、矢印A方向に沿って磁路を設ける場合のリニアアクチュエータ10の模式図ある。図15Aは、永久磁石26のS極がスライドテーブル14側に、N極がガイドレール12側となるように、1枚の永久磁石26をスライドテーブル14のガイドレール12側に設けたリニアアクチュエータ10を示す。この場合は、図15Aに示すような磁束が発生し、磁気吸引力が発生する。図15Bにおいては、図15Aのリニアアクチュエータ10において、矢印A方向に沿って永久磁石26の両側にヨーク210が設けられたリニアアクチュエータ10を示す。この場合も図15Aと同様の磁束が発生し、磁気吸引力が発生する。
図15Cは、2つの永久磁石26のうち、一方の永久磁石26のS極、及び他方の永久磁石26のN極がスライドテーブル14側となるように、該2つの永久磁石26をスライドテーブル14のガイドレール12に設けたリニアアクチュエータ10を示す。つまり、上下方向に着磁された2つの永久磁石26を、互いに極の向きを反転させて、スライドテーブル14のガイドレール12側に設けた場合を示している。2つの永久磁石26は、矢印A方向に沿って互いに接するように設けられる。この場合は、図15Cに示すような磁束が発生し、磁気吸引力が発生する。
図15Dは、上下方向に着磁された4つの永久磁石26を、交互に極の向きを反転させて、矢印A方向に沿ってスライドテーブル14のガイドレール12側に設けたリニアアクチュエータ10を示す。図15Dでは、隣り合う永久磁石26が互いに接するように設けられている。この場合は、図15Dに示すような磁束が発生し、磁気吸引力が発生する。
図15Eは、図15Dに示すように4つの永久磁石26を用いる代わりに、磁極が矢印A方向に沿って互いに反転するように、多極に着磁された1枚の永久磁石26をスライドテーブル14のガイドレール12側に設けたリニアアクチュエータ10を示す。この場合も、図15Dと同様の磁束が発生し、磁気吸引力が発生する。
図15Fは、矢印A方向に着磁された3つの永久磁石26を、互いに極の向きを反転させて、矢印A方向に沿ってスライドテーブル14のガイドレール12側に設けたリニアアクチュエータ10を示す。図15Fでは、各永久磁石26の両側にヨーク210が設けられている。この場合は、図15Fに示すような磁束が発生し、磁気吸引力が発生する。
図15Gは、スライドテーブル14のガイドレール12側に、上下方向に着磁された永久磁石26と矢印A方向に着磁された永久磁石26とを矢印A方向に沿って交互に配置させるとともに、隣り合う着磁方向が同じ永久磁石26の極の向きを反転させたリニアアクチュエータ10を示す。つまり、スライドテーブル14のガイドレール12側に、永久磁石26をハルバッハ配置させたリニアアクチュエータを示す。この場合は、図15Gに示すような磁束が発生し、磁気吸引力が発生する。
図16は、矢印B方向に沿って磁路を設ける場合のリニアアクチュエータ10の模式図である。図16A〜図16Gの永久磁石26の配置は、永久磁石26の配置方向が矢印A方向ではなく、矢印B方向であるという点を除けば、図15A〜図15Gと同様であるので、説明を省略する。
図17は、矢印A方向に沿って磁路を設ける場合のリニアアクチュエータ10の模式図である。図17A〜図17Gの永久磁石26の配置は、永久磁石26が設けられる場所が、スライドテーブル14ではなく、ガイドレール12のスライドテーブル14側であるという点を除けば、図15A〜図15Gと同様であるので、説明を省略する。
図18は、矢印B方向に沿って磁路を設ける場合のリニアアクチュエータ10の模式図である。図18A〜図18Gの永久磁石26の配置は、永久磁石26が設けられる場所が、スライドテーブル14ではなく、ガイドレール12のスライドテーブル14側であるという点を除けば、図16A〜図16Gと同様であるので、説明を省略する。
(変形例5)上記第2実施の形態においては、2つの永久磁石172a、172b(以下、永久磁石172a、172bを総称して永久磁石172と呼ぶ)を用いて磁気吸引力を発生させるようにしたが、上記変形例4と同様に永久磁石の数、配置等を変えてもよい。上記変形例5のリニアアクチュエータ100は、図15〜図18のリニアアクチュエータ10の上下を反転させ(つまり、ガイドレール12を上側、スライドテーブル14を下側とし)、ガイドレール12をスライドテーブル104とし、図15〜図18のスライドテーブル14をガイド機構106とする。
(変形例6)上記各実施の形態おいては、第1部材(ガイドレール12、スライドテーブル104)、及び、第2部材(スライドテーブル14、ガイド機構106)を共に磁性体としたが、第1部材及び第2部材のうち、少なくとも永久磁石26、172が設けられない部材を磁性体とすればよい。つまり、第1部材に永久磁石26、172が設けられる場合は少なくとも第2部材を磁性体とし、第2部材の永久磁石26、172が設けられる場合は少なくとも第1部材を磁性体とすればよい。
(変形例7)上記変形例1〜6を任意に組み合わせた態様であってもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
10、100…リニアアクチュエータ 12…ガイドレール
14、104…スライドテーブル 16、204…コイル
20a、20b、142a、142b…突出部
22、30、146、164…ガイド溝 24、144…剛球
26、26a、26b、172、172a、172b…永久磁石
32…リターンガイド 36、166…循環経路
40a、42a、174a、176a…第1曲面
40b、42b、174b、176b…第2曲面
102…シリンダ本体 106…ガイド機構
108…ストッパ機構 112…第1ポート
114…第2ポート 118…センサ取付溝
120…ピストン 122…ピストンロッド
200…電磁石 202…インナーヨーク
206…アウターヨーク

Claims (7)

  1. 第1部材と、前記第1部材に対向して配置された第2部材との相対位置を変位させるリニアアクチュエータであって、
    前記第1部材の両端側には、前記第2部材に向かって突出部が変位方向に沿って突出形成され、
    前記第2部材は、前記第1部材と前記第2部材との相対位置を変位可能にする転動体を介装して、前記第1部材の両端側の突出部の間に設けられ、
    前記第1部材の両端側の前記突出部と前記第2部材とには、前記転動体を転動可能に支持する第1転動溝と第2転動溝が設けられ、
    2つの極を持ち双極性の磁場を発生させる磁石の磁気吸引力によって前記第1転動溝及び前記第2転動溝が前記転動体に圧力を与え、且つ、前記電磁石のコイルに通電する電流の大きさを変えることで、前記第1転動溝及び前記第2転動溝が前記転動体に与える圧力を調整する
    ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
  2. 請求項1に記載のリニアアクチュエータであって、
    前記転動体の直径は、前記第1転動溝と前記第2転動溝とで形成される空間より小さい
    ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
  3. 請求項1又は2に記載のリニアアクチュエータであって、
    前記第1転動溝及び前記第2転動溝の少なくとも一方の溝形状は、単一の曲率半径の円弧状の溝である
    ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
  4. 請求項1又は2に記載のリニアアクチュエータであって、
    前記第1転動溝及び前記第2転動溝の少なくとも一方の溝形状は、曲率半径を持つ複数の円弧で形成された溝である
    ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
  5. 請求項1〜の何れか1項に記載のリニアアクチュエータであって、
    前記第1部材及び前記第2部材は、磁性体である
    ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
  6. 請求項1〜の何れか1項に記載のリニアアクチュエータであって、
    前記第1部材及び前記第2部材のうち何れか一方にコイルが設けられ、
    前記磁石は、前記第1部材及び前記第2部材のうち、前記コイルが設けられていない側に設けられており、
    前記コイルに電流を流すことで推力を発生させて、第1部材と第2部材との相対位置を変位させる
    ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
  7. 請求項1〜の何れか1項に記載のリニアアクチュエータであって、
    前記第1部材及び前記第2部材の一方にシリンダ本体が取り付けられるとともに、前記第1部材及び前記第2部材の一方に前記磁石が設けられる
    ことを特徴とするリニアアクチュエータ。
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