説明

アクチュエータ

【課題】長尺であっても軸受が中央部に位置したときに、当該軸受と無端ベルトとの干渉が発生することを低減するアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータは、駆動プーリ1と、従動プーリ2と、両プーリ1,2の間に掛け渡された無端ベルト3と、ガイドレール4と、無端ベルト3に接続されガイドレール4に沿って直線移動する軸受5とを備える。従動プーリ2の径は、駆動プーリ1の径よりも大きく設定される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はアクチュエータに関し、特に、高精度な製造、検査等で用いられる高速、かつ高加減速を必要とする直動案内装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、製造装置には、ワークを移動させるために直線案内軸受装置が備えられており、このような直線案内軸受装置に好適に用いられるアクチュエータが、特許文献1,2に開示されている。
特許文献1,2に開示のアクチュエータは、駆動装置により回転駆動される駆動プーリと、回転自在に支持された従動プーリと、駆動プーリと従動プーリとの間に掛け渡された無端ベルトと、ワーク等の搭載物を搭載して直線移動する軸受と、軸受の直線移動を案内するガイドレールと、軸受のカウンタウェイトとして機能するカウンタ軸受と、カウンタ軸受の直線移動を案内するカウンタガイドレールと、を備えている。軸受及びカウンタ軸受は無端ベルトに接続されているが、カウンタ軸受は、軸受が取り付けられた側とは前記両プーリを挟んで反対側に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008−101642号公報
【特許文献2】特開2001−248703号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記のような従来のアクチュエータは、長尺に構成されるに従って、無端ベルトの撓み振動が大きくなり、軸受が中央部に位置したときに、当該軸受と無端ベルトとの干渉(接触)が発生することがあった。これは、駆動プーリ及び従動プーリのそれぞれの径が大きい場合(図4(a)参照)には許容されることがあるが、駆動プーリ及び従動プーリのそれぞれの径が小さい場合(図4(b)参照)には改善の余地があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、長尺であっても軸受が中央部に位置したときに、当該軸受と無端ベルトとの干渉が発生することを低減するアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するための請求項1に係る発明は、駆動装置により回転駆動される駆動プーリと、
回転自在に支持された従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡され前記駆動プーリの回転に伴って回転する無端ベルトと、
軸方向に延びるガイドレールと、
前記無端ベルトに接続され且つ前記無端ベルトの回転に伴って前記ガイドレールに沿って前記軸方向に直線移動する軸受とを備え、前記軸受に搭載物を搭載して直線移動させるアクチュエータにおいて、
前記従動プーリの径が前記駆動プーリの径よりも大きいことを特徴としている。
【0006】
このように、従動プーリ2の径を駆動プーリ1の径より大きくすることで、無端ベルト3と軸受5とのすきまを大きくすることができ、無端ベルト3と軸受5との干渉を回避することができる。
その結果、長尺であっても軸受が中央部に位置したときに、当該軸受と無端ベルトとの干渉が発生することを低減するアクチュエータを提供することができる。
【0007】
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載のアクチュエータにおいて、前記駆動プーリと前記無端ベルトとの接触角度が170°以上となるように、前記駆動プーリの径と前記従動プーリの径との比が設定されたことを特徴としている。
また、請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載のアクチュエータにおいて、前記無端ベルトが前記軸受の重心位置に連結されたことを特徴としている。
【0008】
このような構成であれば、加減速時に無端ベルトの駆動力により軸受に無用なモーメントが発生することが抑制されるので、無端ベルトの軸受に対する接触がより一層抑制される。なお、軸受に搭載物が搭載されている場合は、搭載物が搭載された軸受の重心位置(すなわち、軸受と搭載物とを組み合わせたものの重心位置)を、「軸受の重心位置」というものとする。
【0009】
また、請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記ガイドレールの形状は断面略U字状であり、前記ガイドレールの凹部内に前記無端ベルトの少なくとも一部が配されていることを特徴としている。
このような構成であれば、ガイドレールの凹部と搭載物とが対向しないようにして、無端ベルトから発生する塵埃が搭載物に付着することを抑制することができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、長尺であっても軸受が中央部に位置したときに、当該軸受と無端ベルトとの干渉が発生することを低減するアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係るアクチュエータの一実施形態における構成を示す平面図である。
【図2】本発明に係るアクチュエータの一実施形態における構成を示す側面図である。
【図3】本発明に係るアクチュエータの一実施形態における軸受を軸方向から見た正面図である。
【図4】従来のアクチュエータの構成を示す側面図であり、(a)は駆動プーリ及び従動プーリのそれぞれの径が大きい場合を示し、(b)は駆動プーリ及び従動プーリのそれぞれの径が小さい場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明のアクチュエータの実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係るアクチュエータの一実施形態における構成を示す平面図である。また、図2は、本発明に係るアクチュエータの一実施形態における構成を示す側面図である。また、図3は、本発明に係るアクチュエータの一実施形態における軸受を軸方向から見た正面図である。
【0013】
(アクチュエータの構成)
図1及び図2に示すように、本実施形態のアクチュエータは、モータ10により回転駆動される駆動プーリ1と、回転自在に支持された従動プーリ2と、駆動プーリ1と従動プーリ2との間に掛け渡された環状の無端ベルト3と、軸方向に延びるガイドレール4と、無端ベルト3の回転に伴ってガイドレール4に沿って軸方向に直線移動する軸受5とを備えている。
ここで、ガイドレール4の一方の端部には、モータ10が取り付けられている。このモータ10の回転軸10aは、水平且つガイドレール4の軸線(軸方向)に直交する方向に延びており、その先端には駆動プーリ1が取り付けられている。さらに、ガイドレール4の他方の端部には、従動プーリ2を回転自在に支持するプーリハウジング11が取り付けられている。
【0014】
そして、駆動プーリ1と従動プーリ2との間には、ガイドレール4に沿う方向(軸方向)に無端ベルト3が掛け渡されている。無端ベルト3の表面(内側面)には、周方向に沿って並ぶ複数の歯(図示せず)が形成されており、駆動プーリ1及び従動プーリ2の外周面に形成された歯(図示せず)と噛み合わされている。そのため、無端ベルト3は、駆動プーリ1の回転により回転駆動されるようになっている。
また、軸受5はその一部が無端ベルト3に接続されているとともに、ガイドレール4に係合されているので、無端ベルト3の回転に伴って軸受5はガイドレール4に案内されて軸方向に直線移動可能となっている。
【0015】
<プーリ>
本実施形態のアクチュエータにおいては、従動プーリ2の径が、駆動プーリ1の径よりも大きく設定されている。特に、モータが取り付けられている駆動プーリ1は、必要な推進力を得るための最小限の径であればよく、高加速が可能になるように、駆動プーリ1の径はなるべく小さくしたほうが好ましい。なお、駆動プーリ1の径が大きくなると、力のモーメントの原理で無端ベルト3の推進力が小さくなってしまうことがある。
【0016】
ここで、駆動プーリ1及び従動プーリ2にて架設されて上下に張られた無端ベルト3のうち、軸受5に連結された下側の無端ベルト3は、その接線が軸受の移動軸に対して平行となるように配置される。これにより、駆動プーリ1及び従動プーリ2によって折り返された上側の無端ベルト3と軸受5とのすきまd(図2参照)が大きくなり、長尺化による無端ベルト3の撓み等で無端ベルト3が振動しても軸受5と無端ベルト3との干渉を低減することができる。
【0017】
また、従動プーリ2の径と駆動プーリ1の径との関係は、駆動プーリ1と無端ベルト3との接触角度が170°以上となるように設定されることが好ましい。駆動プーリ1の径に対する従動プーリ2の径の比が、駆動プーリ1と無端ベルト3との接触角度が170°以上となるように設定するということは、従動プーリ2を極端に大きくしないことで、駆動伝達能力を下げず、イナーシャ比が大きくならずにすむという高加減速にさらなる効果を奏する。
【0018】
<ガイドレール>
ガイドレール4の形状は特に限定されるものではないが、図3に示すように、略U字状であることが好ましい。すなわち、ガイドレール4は、帯状の底壁4aと該底壁4aの両側部から垂直に立設された一対の側壁4b,4bとからなり、軸方向に直交する面で切断した断面は略U字状をなしている。
【0019】
<軸受>
軸受5の形状は、ガイドレール4に係合する形状であれば特に限定されるものではないが、ガイドレール4が上記のような断面略U字状である場合は、ガイドレール4を内包できるような矩形筒状の部材である。
すなわち、軸受5は、ガイドレール4の底壁4aに対向する底板5aと、ガイドレール4の側壁4b,4bの側面にそれぞれ対向する側板5b,5bと、ガイドレール4の側壁4b,4bの平面にそれぞれ対向する頂板5cと、が連結してなる矩形筒状の部材である。このように、軸受5は、ガイドレール4を内包するようにして、ガイドレール4に係合されている。
【0020】
そして、軸受5は、無端ベルト3に連結されると共に、搭載物Oが搭載される。具体的には、軸受5は、連結部材7によって無端ベルト3に連結される。ここで、連結部材7は、例えば、平板を中央部7aが両端部7b,7bよりも一段高くなるように曲げ加工された金属製の板ばねである。そして、この板ばね形状の連結部材7を、折曲方向を軸方向と略平行にして、中央部7aを軸受5の頂板5cの内面に、例えばボルト13の慣用の固着手段により取り付けると共に、両端部7b,7bもボルト、接着等の慣用の固着手段により無端ベルト3に固定されている。すなわち、無端ベルト3と連結部材7との連結位置は、ガイドレール4の側壁4b,4bの上端よりも低い位置に、すなわちガイドレール4の凹部内に配されている。このように、無端ベルト3と連結部材7との連結位置を、軸受5の重心位置と一致させることにより、無端ベルト3により軸受5が駆動されるときに、軸受5に無用なモーメントが発生することが抑制される。また、連結部材7は、軸方向以外の方向にのみ弾性変形可能に設けられることが好ましい。
【0021】
なお、軸受5に搭載物Oを搭載したことにより、軸受5の質量バランスが崩れる場合には、搭載物のモーメントを相殺するバランスウェイトBW(図3参照)を搭載することが好ましい。
このように、本実施形態のアクチュエータは、従動プーリ2の径を、駆動プーリ1の径よりも大きく設定したので、無端ベルト3と軸受5とのすきまが大きくなり、長尺であっても軸受が中央部に位置したときに、当該軸受と無端ベルトとの干渉が発生することを低減するアクチュエータを提供することができる。
【0022】
[噴出口]
ここで、図3に示すように、軸受5の底板5aと、側板5b,5bと、頂板5cのガイドレール4に対向する各内面には、気体を噴出する噴出口が設置されている。すなわち、軸受5とガイドレール4との間に気体軸受が形成されている。気体の種類は特に限定されるものではないが、空気が好ましい。また、本実施形態とは逆に、ガイドレール4の外面に気体を噴出する噴出口を設置してもよい。本実施形態においては、図3に示すように、グラファイト多孔質で形成された板状の静圧パッドSPが、噴出口として配置されている。
【0023】
静圧パッドSPには、図示しない空気源から圧縮空気が供給されるため、静圧パッドSPからガイドレール4の外面に向かって噴出された空気の圧力によって、ガイドレール4に対し軸受5がわずかに離隔するようになる。そのため、軸受5は殆ど摩擦なく移動できるようになっている。なお、気体軸受を設ける代わりに、軸受5とガイドレール4との間にすべり軸受や転がり軸受を設けてもよい。
【0024】
(アクチュエータの動作)
次に、本実施形態のアクチュエータの動作について説明する。
まず、図示しない空気源から各静圧パッドSPに供給された圧縮空気によって、ガイドレール4に対し軸受5がわずかに離隔した状態に維持される。
ここで、モータ10が駆動プーリ1を駆動すると、無端ベルト3を介して、ガイドレール4に沿って軸受5が殆ど摩擦なく移動される。そして、駆動プーリ1の駆動を制御することにより、ガイドレール4の両端間で軸受5を往復直線運動させることができる。
このとき、従動プーリ2の径は、駆動プーリ1の径よりも大きく設定されているので、無端ベルト3と軸受5とのすきまが大きくなり、長尺であっても軸受が中央部に位置したときに、当該軸受と無端ベルトとの干渉が発生することを低減することができる。
【0025】
さらに、ガイドレール4は断面略U字状であり、したがって側壁4b,4bと底壁4aの外表面は平面からなるので、加工精度(特に真直精度)を向上させ易いという利点がある。
このようなアクチュエータは、製造装置,検査装置,搬送装置等において好適に使用可能であり、特に、軸受が高速で移動し且つ急激に加速又は減速される条件で直線案内軸受装置が運転されても、軸受の高精度な直線移動が求められる各種装置に対して好適である。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。
【符号の説明】
【0026】
1 駆動プーリ
2 従動プーリ
3 無端ベルト
4 ガイドレール
5 軸受
10 モータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動装置により回転駆動される駆動プーリと、
回転自在に支持された従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡され前記駆動プーリの回転に伴って回転する無端ベルトと、
軸方向に延びるガイドレールと、
前記無端ベルトに接続され且つ前記無端ベルトの回転に伴って前記ガイドレールに沿って前記軸方向に直線移動する軸受と、を備え、前記軸受に搭載物を搭載して直線移動させるアクチュエータにおいて、
前記従動プーリの径が前記駆動プーリの径よりも大きいことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項2】
前記駆動プーリと前記無端ベルトとの接触角度が170°以上となるように、前記駆動プーリの径と前記従動プーリの径との比が設定されたことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
【請求項3】
前記無端ベルトが前記軸受の重心位置に連結されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。
【請求項4】
前記ガイドレールの形状は断面略U字状であり、前記ガイドレールの凹部内に前記無端ベルトの少なくとも一部が配されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアクチュエータ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−113367(P2013−113367A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−259568(P2011−259568)
【出願日】平成23年11月28日(2011.11.28)
【出願人】(000004204)日本精工株式会社 (8,378)
【Fターム(参考)】