JP5995330B2 - 2-axis actuator - Google Patents
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Description
本発明は、ボールねじ機構等の、モータの回転を直線運動に変換する直線運動変換機構を利用したアクチュエータに関し、食品、セメント、鉄鋼業界等、多くの産業において使用される、水平方向及び垂直方向の2軸方向に搬送物を移送できるアクチュエータ(以下、単に、「2軸アクチュエータ」という。)に関する。 The present invention relates to an actuator using a linear motion conversion mechanism that converts motor rotation into linear motion, such as a ball screw mechanism, and is used in many industries such as the food, cement, and steel industries. The present invention relates to an actuator (hereinafter simply referred to as “biaxial actuator”) that can transport a conveyed product in the biaxial direction.
2軸アクチュエータは、水平方向の一方向に進退動するアクチュエータ(以下、単に、「水平アクチュエータの」という。)と、垂直方向に昇降するアクチュエータ(以下、単に「垂直アクチュエータの」という。)を組合せて構成されるものであり、これを含む例として、特許文献1に示すものがある。 The biaxial actuator is a combination of an actuator that moves forward and backward in one direction in the horizontal direction (hereinafter simply referred to as “horizontal actuator”) and an actuator that moves in the vertical direction (hereinafter simply referred to as “vertical actuator”). As an example including this, there is one shown in Patent Document 1.
特許文献1に示すアクチュエータは、水平方向の一方向に進退動するアクチュエータが、それと直交する水平方向に進退動する2本のアクチュエータに取付けられ、垂直方向に昇降するアクチュエータを具えている。これにより、各アクチュエータの可動範囲内であれば、X軸方向(水平方向の一方向)、Y軸方向(X軸と直交する方向)、Z軸方向(垂直方向)に搬送物を自在に移送することができる。 The actuator shown in Patent Document 1 includes an actuator that moves forward and backward in one horizontal direction and is attached to two actuators that move forward and backward in a horizontal direction perpendicular thereto, and moves up and down in the vertical direction. As a result, within the movable range of each actuator, the conveyed product can be freely transferred in the X-axis direction (one horizontal direction), the Y-axis direction (direction perpendicular to the X-axis), and the Z-axis direction (vertical direction). can do.
ところで、2軸アクチュエータには、以下の事項が求められている。一点目は、搬送物の負荷による偏荷重に対する剛性の確保とコンパクト性の両立である。二点目は、防塵・防滴機能が挙げられる。粉塵・水滴がアクチュエータ内部のねじ機構に浸入すると、ねじ機構が損傷し、不具合が生じ得るからである。そして、三点目は、部品の共通化である。部品を共通化することにより、製造コスト、在庫コストを抑えることができるからである。 Incidentally, the following items are required for the biaxial actuator. The first point is to ensure both rigidity and compactness against unbalanced loads caused by the load on the conveyed product. The second point is the dustproof and dripproof function. This is because if dust or water droplets enter the screw mechanism inside the actuator, the screw mechanism may be damaged and malfunctions may occur. The third point is the sharing of parts. This is because by making the parts common, manufacturing costs and inventory costs can be suppressed.
特許文献1のアクチュエータは、以下の問題がある。すなわち、搬送物を載せる負荷受部材の取付面であるスライダ(連結部材)が、垂直アクチュエータの、水平アクチュエータが位置している面と反対側の面に取付けられているので、水平アクチュエータから負荷受部材の重心位置までの距離が遠く、負荷受部材に載せられる搬送物の負荷による偏荷重が水平アクチュエータに比較的大きく掛かる。このため、その偏荷重に耐え得る大型の直線運動変換機構又はガイド機構を具えたアクチュエータとしなければならないから、コンパクト化を図ることが難しい。また、スライダの可動範囲に亘って設けられ、アクチュエータ内部に通じ、スライダと昇降部材又は進退動部材との連結部材が貫通している長孔が、水平アクチュエータの上側、及び垂直アクチュエータの負荷受部材側に位置しているため、搬送物側からの粉塵や水滴がアクチュエータ内部に浸入し易いので、ねじ機構が損傷し、不具合が生じる危険性がある。また、水平アクチュエータ及び垂直アクチュエータと負荷受部材の重心位置までの距離が大きく異なり、水平アクチュエータと垂直アクチュエータに掛かる曲げモーメントに差があるため、これらを全く同じ構成とすると、剛性不足になる恐れがある。従って、水平アクチュエータと垂直アクチュエータは、それぞれに求められる剛性を充たすように別々に設計しなければならず、また、それぞれのアクチュエータの部品が必要になるから、製造コスト、在庫コストが掛かる。 The actuator of Patent Document 1 has the following problems. That is, the slider (coupling member), which is the mounting surface of the load receiving member on which the object is to be loaded, is mounted on the surface of the vertical actuator opposite to the surface on which the horizontal actuator is located. The distance to the position of the center of gravity of the member is long, and the uneven load due to the load of the conveyed product placed on the load receiving member is applied to the horizontal actuator relatively large. For this reason, since it is necessary to use an actuator having a large linear motion conversion mechanism or a guide mechanism that can withstand the uneven load, it is difficult to reduce the size. In addition, a long hole provided over the movable range of the slider and leading to the inside of the actuator through which the connecting member of the slider and the elevating member or the advancing / retracting member passes is provided above the horizontal actuator and the load receiving member of the vertical actuator. Since the dust and water droplets from the conveyed product side easily enter the actuator, the screw mechanism is damaged and there is a risk that a malfunction occurs. In addition, since the distances to the center of gravity of the horizontal and vertical actuators and the load receiving member are greatly different and there is a difference in the bending moment applied to the horizontal and vertical actuators, if they are completely the same, there is a risk of insufficient rigidity. is there. Therefore, the horizontal actuator and the vertical actuator must be designed separately to satisfy the required rigidity, and the parts of each actuator are required, so that manufacturing costs and inventory costs are required.
そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点に鑑み、高剛性とコンパクト性の両立ができる2軸アクチュエータを提供することをその目的とし、さらには、防塵・防滴機能に優れ、部品の共通化も図れる2軸アクチュエータを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described problems of the prior art, the present invention has an object to provide a biaxial actuator that can achieve both high rigidity and compactness. An object is to provide a biaxial actuator that can be shared.
本発明は、第一モータと、水平方向に長手の第一支柱と、前記第一支柱内部に設けられ、前記第一モータの回転を直線運動に変換する第一直線運動変換機構と、前記第一直線運動変換機構に取付けられ、前記第一支柱の軸方向に進退動する進退動部材と、前記進退動部材の進退動を案内する第一ガイド機構とを具えた水平アクチュエータと、
第二モータと、垂直方向に長手の第二支柱と、前記第二支柱内部に設けられ、前記第二モータの回転を直線運動に変換する第二直線運動変換機構と、前記第二直線運動変換機構に取付けられ、前記第二支柱の軸方向に昇降する昇降部材と、前記昇降部材の昇降を案内する第二ガイド機構と、前記昇降部材に連結されている負荷受部材とを具えた垂直アクチュエータとを有し、
前記垂直アクチュエータが前記水平アクチュエータの短手方向、且つ、水平方向の一方の側に位置するように、前記進退動部材に連結されている2軸アクチュエータにおいて、
前記負荷受部材が、前記垂直アクチュエータの外側であって、前記水平アクチュエータの側に位置するように、前記昇降部材に連結されていることを特徴とする2軸アクチュエータによって前記課題を解決した。
The present invention includes a first motor, a first column that is long in the horizontal direction, a first linear motion conversion mechanism that is provided inside the first column and converts rotation of the first motor into linear motion, and the first linear A horizontal actuator, which is attached to a motion conversion mechanism and includes an advance / retreat member that advances and retracts in the axial direction of the first support column; and a first guide mechanism that guides the advance / retreat of the advance / retreat member;
A second motor, a second column vertically long, a second linear motion conversion mechanism provided in the second column for converting rotation of the second motor into linear motion, and the second linear motion conversion A vertical actuator, which is attached to a mechanism and includes a lifting member that moves up and down in the axial direction of the second support column, a second guide mechanism that guides the lifting and lowering of the lifting member, and a load receiving member that is connected to the lifting member And
In the biaxial actuator connected to the advancing / retracting member so that the vertical actuator is located on the short side of the horizontal actuator and on one side in the horizontal direction,
The above-mentioned problem has been solved by a biaxial actuator characterized in that the load receiving member is connected to the elevating member so as to be positioned outside the vertical actuator and on the horizontal actuator side.
本発明によれば、2軸アクチュエータにおいて、垂直アクチュエータが水平アクチュエータの短手方向、且つ、水平方向の一方の側に位置するように、進退動部材に連結されており、垂直アクチュエータの昇降部材に連結されている負荷受部材が、垂直アクチュエータの外側であって、水平アクチュエータ側に位置しているから、水平アクチュエータから負荷受部材の重心位置までの距離が近い。よって、水平アクチュエータに対する、搬送物の負荷による偏荷重の影響を比較的小さくすることができるので、従来に比べ、剛性を維持したまま、或いはより高い剛性を実現した上で、コンパクト化、軽量化を実現した2軸アクチュエータとすることができる。 According to the present invention, in the biaxial actuator, the vertical actuator is connected to the advancing / retreating member so that the vertical actuator is located on the short side of the horizontal actuator and on one side of the horizontal direction. Since the connected load receiving member is located outside the vertical actuator and on the horizontal actuator side, the distance from the horizontal actuator to the center of gravity of the load receiving member is short. Therefore, it is possible to relatively reduce the influence of the unbalanced load due to the load of the conveyed product on the horizontal actuator. Therefore, it is compact and lightweight while maintaining rigidity or realizing higher rigidity compared with the conventional actuator. Can be realized as a biaxial actuator.
また、第一支柱を縦断面コ字形のものとし、その開口部が垂直アクチュエータが取付けられている側の水平方向を向くように配設されていれば、主として負荷受部材側から発生する粉塵・水滴が水平アクチュエータ内部に浸入することを効果的に防止することができるので、優れた防塵・防滴効果を奏する。なお、第二支柱についても同様の構成とすれば、防塵・防滴性能を一層高めることができる。 In addition, if the first support column has a U-shaped vertical cross section and the opening is disposed so as to face the horizontal direction on the side where the vertical actuator is mounted, the dust generated mainly from the load receiving member side Since it is possible to effectively prevent water droplets from entering the inside of the horizontal actuator, an excellent dustproof / dripproof effect is achieved. In addition, if it is set as the same structure also about the 2nd support | pillar, dust-proof and drip-proof performance can be improved further.
また、第一支柱を縦断面コ字形のものとした水平アクチュエータにおいて、第一ガイド機構が、進退動部材を、第一支柱の開口部と反対側の内壁面に対して案内する構成とすれば、第一ガイド機構を負荷受部材の重心の位置に近付けることができるので、2軸アクチュエータの剛性を一層高めることができる。なお、第二支柱を横断面コ字形のものとした垂直アクチュエータについても同様の構成としてもよく、水平アクチュエータと垂直アクチュエータの両方について本構成を適用してもよい。 Further, in the horizontal actuator in which the first support column has a U-shaped longitudinal section, the first guide mechanism is configured to guide the advance / retreat member to the inner wall surface on the opposite side to the opening of the first support column. Since the first guide mechanism can be brought closer to the position of the center of gravity of the load receiving member, the rigidity of the biaxial actuator can be further increased. Note that the same configuration may be applied to a vertical actuator in which the second support column has a U-shaped cross section, and this configuration may be applied to both the horizontal actuator and the vertical actuator.
また、本発明は、従来に比べて水平アクチュエータ及び垂直アクチュエータと負荷受部材の重心位置までのそれぞれの距離の差が小さいため、第一支柱と第二支柱、第一直線運動変換機構と第二直線運動変換機構、及び第一ガイド機構と第二ガイド機構等を、それぞれ共通の部品で構成することが容易に行える。よって、部品管理、在庫負担を軽減でき、製造コスト、在庫コストを抑えた2軸アクチュエータとすることができる。なお、この場合においても、前述のように、第一支柱及び第二支柱を断面コ字形にすれば、防塵・防滴性能を高めることができ、さらに、第一ガイド機構又は第二ガイド機構が、進退動部材又は昇降部材を、第一支柱又は第二支柱の開口部と反対側の内壁面に対して案内する構成とすれば、剛性を一層高めることができる。 Further, the present invention has a smaller distance difference between the horizontal actuator and the vertical actuator and the center of gravity of the load receiving member than the conventional one, so that the first strut and the second strut, the first linear motion conversion mechanism and the second straight line The motion conversion mechanism, the first guide mechanism, the second guide mechanism, and the like can be easily configured by common parts. Therefore, it is possible to reduce the parts management and the stock burden, and to achieve a biaxial actuator with reduced manufacturing costs and stock costs. Even in this case, as described above, if the first support column and the second support column have a U-shaped cross section, the dustproof / drip-proof performance can be improved, and the first guide mechanism or the second guide mechanism If the advancing / retracting member or the elevating member is guided with respect to the inner wall surface on the side opposite to the opening of the first column or the second column, the rigidity can be further increased.
本発明の実施例を、図1〜5を参照して説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. However, the present invention is not limited to this embodiment.
図1は、本発明の第一実施形態の2軸アクチュエータ100を示している。2軸アクチュエータ100は、第一モータM1が連結されている水平アクチュエータ10と、第二モータM2が連結されている垂直アクチュエータ30を有している。水平アクチュエータ10は、水平方向に長手の第一支柱12を有しており、その内部には、第一モータM1の回転を直線運動に変換する第一直線運動変換機構14を具えている。第一直線運動変換機構14は、ボールねじ機構、具体的には、第一支柱12に沿って回転可能に軸支されている第一駆動用ねじ軸15とこれに螺合するナットに連結されている進退動部材16から構成されている。第一モータM1が回転すると、第一駆動用ねじ軸15が回転し、その回転方向によって進退動部材16が第一支柱12の軸方向(X軸方向)に進退動する。このとき、第一ガイド機構22が第一支柱12の内壁面12a(図2参照。)に対して、進退動部材16の進退動を円滑に案内する。
FIG. 1 shows a
垂直アクチュエータ30も水平アクチュエータ10と基本的に同じ構成である。すなわち、垂直アクチュエータ30は、垂直方向に長手の第二支柱32を有しており、その内部には、第二モータM2の回転を直線運動に変換する第二直線運動変換機構34を具えている。第二直線運動変換機構34は、ボールねじ機構、具体的には、第二支柱32に沿って回転可能に軸支されている第二駆動用ねじ軸35とこれに螺合するナットに連結されている昇降部材36から構成されている。第二モータM2が回転すると、第二駆動用ねじ軸35が回転し、その回転方向によって昇降部材36が第二支柱32の軸方向(Z軸方向)に昇降する。このとき、第二ガイド機構42が第二支柱32の内壁面32a(図1(b)参照。)に対して、進退動部材36の昇降を円滑に案内する。
The
なお、直線運動変換機構14,34には、ボールねじ機構が採用されているが、台形ねじ機構等も使用できる。また、ガイド機構22,42は、支柱12,32の内壁面12a,32aに固定された2本のガイドレールと、そのそれぞれの上を転がる図示しない転動体を有し、ガイドレールの長手方向に2個ずつ配設されたスライド部材によって構成されているが、その他に、ローラ式、レール式等の案内機構を採用することができる。
In addition, although the ball screw mechanism is employ | adopted for the linear
図2に示すように、水平アクチュエータ10の進退動部材16は、第一連結部材54を介してアクチュエータ連結部材56と連結されている。アクチュエータ連結部材56は、他方で、垂直アクチュエータ30の底板38と連結されている。これにより、垂直アクチュエータ30は、水平アクチュエータ10の短手方向、且つ、水平方向の一方の側に位置するように水平アクチュエータ10に連結され、図1(a)に示すように、進退動部材16のX軸方向の進退動に伴い、垂直アクチュエータ30も同方向に進退動する。一方、垂直アクチュエータ30の昇降部材36は、第二連結部材52を介して負荷受部材50と連結されている。よって、昇降部材36のZ軸方向の昇降に伴い、負荷受部材50も同方向に昇降する。かくして、2軸アクチュエータ100では、負荷受部材50に載せられた搬送物L(図2参照。)を、X軸方向及びZ軸方向に移送することができる。このように、連結部材56と垂直アクチュエータ30の底板38とを連結させることにより、昇降部材36の可動範囲において、負荷受部材50が水平アクチュエータ10と干渉し難くなる。なお、水平アクチュエータ10は、地面等に設置する他、特許文献1のような3軸アクチュエータとするために、水平アクチュエータ10をX軸方向と直交するY軸方向へ移送させる他のアクチュエータと連結させてもよい。
As shown in FIG. 2, the advance /
本発明では、図2に示すように、負荷受部材50が、垂直アクチュエータ30の外側であって、水平アクチュエータ10の側に位置するように構成されている(図1(b)も参照。)。これにより、水平アクチュエータの中心から負荷受部材50の重心位置までの距離R、換言すれば、第一直線運動変換機構14及び第一ガイド機構22と負荷受部材50の重心位置までの距離を近付けることができるので、水平アクチュエータ10に対する、搬送物Lの負荷による偏荷重の影響を比較的小さくすることができる。この構成はどのようなアクチュエータにも適用でき、これにより、従来に比べ、剛性を維持したまま、或いはより高い剛性を実現した上で、コンパクト化、軽量化を実現することができる。
In the present invention, as shown in FIG. 2, the
また、ガイド機構22,42と負荷受部材50とのそれぞれの距離S,Tを近付け、2軸アクチュエータ100の剛性をさらに高めるために、水平アクチュエータ10と垂直アクチュエータ30のガイド機構22,42を負荷受部材50の重心位置寄りに配設するのがよい。
Further, in order to make the distances S and T between the
次に、本発明のアクチュエータについて具体的に説明する。本発明の水平アクチュエータ10と垂直アクチュエータ30は、進退動部材16又は昇降部材36に取付けられている対象が異なるが、上記に説明した構成により、水平アクチュエータ10及び垂直アクチュエータ30と負荷受部材50の重心位置までのそれぞれの距離の差が小さいため、基本的な部分は、これらを同様の構成とすることができ、部品の共通化を図ることができる。そこで、以下の具体的説明は、便宜上、垂直アクチュエータ30の図を用い、水平アクチュエータ10についての詳細な説明は省略することがある。
Next, the actuator of the present invention will be specifically described. The
まず、防塵・防滴性能について説明する。図3に示されているように、第二支柱32を横断面コ字形のものとし、その開口部33が、水平アクチュエータ10に対する垂直アクチュエータ30の方向、すなわち、負荷受部材50が設けられている方向と反対側の方向を向くように配設すれば(図1(b)参照。)、主に負荷受部材50側から発生する粉塵・水滴を支柱の外壁面で遮断することができるので(図3参照)、優れた防塵・防滴効果を奏することができる。
First, dustproof / dripproof performance will be described. As shown in FIG. 3, the
また、この場合において、第二ガイド機構42が昇降部材36を開口部33と反対側の内壁面32aに対して案内する構成とすれば、第二ガイド機構42と負荷受部材50との距離T(図2参照。)を可能な限り近付けることができるので、2軸アクチュエータ100の剛性を高め、或いは、第二ガイド機構42や第二直線運動変換機構34のサイズ自体を小さくし、垂直アクチュエータ30全体のコンパクト化、軽量化を図ることもできる。なお、水平アクチュエータ10の第一ガイド機構22については、負荷受部材50の重心の位置に依るが、基本的には、同様の構成とすることにより、同等の効果を得ることができる。
In this case, if the
図3に示すように、開口部33側に第二支柱32とは別体の、開口部33を覆う第二カバー44を設けることもできる。これにより、反負荷側からの粉塵等の昇降装置内部への浸入も防ぐことができる。また、第二支柱32と第二カバー44との間の、第二連結部材52を通す隙間U(水平アクチュエータ10の場合、隙間は、図2に示すように、第一カバー24に形成される。)を遮蔽する遮蔽部材を具える構成とすれば、昇降装置の密閉性を高めることができ、防塵・防滴効果をさらに高めることができる。一方、図4に示すように、開口部33の端部の内側に向けて第二支柱32からそれぞれ突出する鍔部32bを設けた構成としても、粉塵や水滴の侵入経路を狭めることができるので、防塵・防滴効果を高めることができる。
As shown in FIG. 3, a
本発明では、第二支柱32の内壁面に対して昇降部材36を案内するガイド機構であれば、2軸アクチュエータ100の剛性をさらに高めるために、ガイド機構を複数箇所に設ける構成としてもよい。また、図5に示すように、開口部33の端部の内側に向けて第二支柱32からそれぞれ突出する鍔部32bを設けた構成において、その鍔部32bの内壁面に対して昇降部材36を案内するローラ式のガイド機構32bを設けることもできる。この構成により、正逆転するねじとナットによって垂直アクチュエータ30に掛かる捻じれ荷重を許容することができ、動作の安定性をさらに増すことができる。
In the present invention, a guide mechanism may be provided at a plurality of locations in order to further increase the rigidity of the
以上説明したように、本発明によれば、高剛性とコンパクト性の両立ができ、さらには、防塵・防滴機能に優れ、部品の共通化も図れる2軸アクチュエータを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a biaxial actuator that can achieve both high rigidity and compactness, and is excellent in a dustproof / dripproof function and can share components.
10 水平アクチュエータ
12 第一支柱
12a 第一支柱の内壁面
13 第一支柱の開口部
14 第一直線運動変換機構
16 進退動部材
22 第一ガイド機構
30 垂直アクチュエータ
32 第二支柱
32a 第二支柱の内壁面
33 第二支柱の開口部
34 第二直線運動変換機構
36 昇降部材
42 第二ガイド機構
50 負荷受部材
M1 第一モータ
M2 第二モータ
100 2軸アクチュエータ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
第二モータと、垂直方向に長手の第二支柱と、前記第二支柱内部に設けられ、前記第二モータの回転を直線運動に変換する第二直線運動変換機構と、前記第二直線運動変換機構に取付けられ、前記第二支柱の軸方向に昇降する昇降部材と、前記昇降部材の昇降を案内する第二ガイド機構と、前記昇降部材に連結されている負荷受部材とを具えた垂直アクチュエータとを有し、
前記垂直アクチュエータが前記水平アクチュエータの短手方向、且つ、水平方向の一方の側に位置するように、前記進退動部材に連結されている2軸アクチュエータにおいて、
前記負荷受部材が、前記垂直アクチュエータの外側であって、前記水平アクチュエータの側に位置するように、前記昇降部材に連結されていることを特徴とする、
2軸アクチュエータ。 A first motor, a first pillar that is long in the horizontal direction, a first linear motion conversion mechanism that is provided inside the first pillar and converts the rotation of the first motor into a linear motion, and the first linear motion conversion mechanism. A horizontal actuator comprising an advancing / retracting member attached and advancing / retreating in the axial direction of the first support; and a first guide mechanism for guiding the advancing / retreating of the advancing / retracting member;
A second motor, a second column vertically long, a second linear motion conversion mechanism provided in the second column for converting rotation of the second motor into linear motion, and the second linear motion conversion A vertical actuator, which is attached to a mechanism and includes a lifting member that moves up and down in the axial direction of the second support column, a second guide mechanism that guides the lifting and lowering of the lifting member, and a load receiving member that is connected to the lifting member And
In the biaxial actuator connected to the advancing / retracting member so that the vertical actuator is located on the short side of the horizontal actuator and on one side in the horizontal direction,
The load receiving member is connected to the elevating member so as to be located outside the vertical actuator and on the horizontal actuator side.
2-axis actuator.
前記第二ガイド機構が、前記昇降部材を、前記第二支柱の開口部と反対側の内壁面に対して案内する、請求項7の2軸アクチュエータ。 The first guide mechanism guides the advancing / retracting member with respect to the inner wall surface on the side opposite to the opening of the first support column,
The biaxial actuator according to claim 7, wherein the second guide mechanism guides the elevating member with respect to an inner wall surface opposite to the opening of the second support column.
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