(57)【要約】【課題】高精度かつ高速度で駆動し、メンテナンスに手間がかからないリニアアクチュエータ、および、これを用いたタフティングマシーンを提供する。【解決手段】筒状のケーシング２０と、マグネット取付板４１の少なくとも対向する両側面をマグネット４５ｂで挟持し、かつ、前記ケーシング２０内に軸心方向に沿って往復移動可能に支持されたマグネットユニット４０と、前記マグネットユニット４０のマグネット４５ｂに対向するように配置したコイルユニット５０と、備え、前記コイルユニット５０の励磁，消磁に基づき、前記コイルユニット５０，５０の間を前記マグネットユニット４０が往復移動する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のケーシングと、
マグネット取付板の少なくとも対向する両側面をマグネットで挟持し、かつ、前記ケーシング内に軸心方向に沿って往復移動可能に支持されたマグネットユニットと、
前記マグネットユニットのマグネットに対向するように配置したコイルユニットと、備え、
前記コイルユニットの励磁，消磁に基づき、前記コイルユニットの間を前記マグネットユニットが往復移動することを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記マグネット取付板が、断面逆Ｔ字形状であることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記マグネット取付板が、断面Ｉ字形状であることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記マグネット取付板が、断面Ｈ字形状であることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記コイルユニットが、外向き面に冷却フィンを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項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータを、ニードルバーを軸心方向に往復移動させるための駆動源とすることを特徴とするタフティングマシーン。
【請求項７】
複数本のニードルバーが並設されていることを特徴とする請求項６に記載のタフティングマシーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリニアアクチュエータ、特に、高精度、かつ、高速の往復移動機構を必要とする製造装置、例えば、タフティングマシーン等に利用できるリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、タフティングマシーンは、多数本のニードルを同一直線上に取付けたニードルバーを上下に往復移動させるとともに、ニードルバーの軸心に沿って往復移動させることにより、基布に糸でループを形成している。
一般に、ニードルバーを上下に往復移動させる機構としては、例えば、偏心クランク機構が利用されている。一方、ニードルバーを軸心方向に往復移動させる機構としては、例えば、サーボモータとボールネジとを組み合わせたアクチュエータを利用していた（特許文献１参照）。
（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２９０５７
【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、サーボモータを利用したアクチュエータでは、ニードルバーを軸心方向に所定の速度で往復移動させようとしても、高速になると、所定の位置までニードルバーが到達できず、サーボモータが停止するという不具合が生ずる。
要するに、ニードルバーの上下方向の往復移動は高速化できているにも拘わらず、ニードルバーの軸心方向の往復移動の高速化に限界があり、タフティングマシーンの能力を十分に発揮させることができていなかった。
また、サーボモータの回転動作を往復移動に変換するためのボールネジは摩耗しやすく、耐久性が低いので、所望の移動精度を確保しようとすると、短期間で交換する必要があり、メンテナンスに手間がかかった。
本発明は、前記問題点に鑑み、高精度かつ高速度で駆動し、メンテナンスに手間がかからないリニアアクチュエータ、および、これを用いたタフティングマシーンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るリニアアクチュエータは、前記課題を解決すべく、
筒状のケーシングと、
マグネット取付板の少なくとも対向する両側面をマグネットで挟持し、かつ、前記ケーシング内に軸心方向に沿って往復移動可能に支持されたマグネットユニットと、
前記マグネットユニットのマグネットに対向するように配置したコイルユニットと、備え、
前記コイルユニットの励磁，消磁に基づき、前記コイルユニットの間を前記マグネットユニットが往復移動する構成としてある。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、リニアアクチュエータのマグネット取付板を磁力で、高精度、かつ、高速で往復移動させることができる。このため、例えば、タフティングマシーンの生産性を高めることができる。
また、耐久性の低いボールネジを使用しないので、ボールネジの劣化による交換を必要とせず、メンテナンス期間が長くなり、メンテナンスに手間がかからない。
【０００７】
本発明の実施形態としては、前記マグネット取付板が断面逆Ｔ字形状であってもよい。
本実施形態によれば、マグネット取付板の水平基板を介して支持できる。このため、安定した往復動作を行うことにより、高精度、かつ、高速のリニアアクチュエータが得られる。
【０００８】
本発明の他の実施形態としては、前記マグネット取付板は断面Ｉ字形状であってもよい。
本実施形態によれば、部品点数、組立工数の少ないリニアアクチュエータが得られる。
【０００９】
本発明の別の実施形態としては、前記マグネット取付板が断面Ｈ字形状であってもよい。
本実施形態によれば、多数の面にマグネットを取り付けることができるので、大きな駆動力を備えたリニアアクチュエータが得られる。
【００１０】
本発明の異なる実施形態としては、前記コイルユニットは、外向き面に冷却フィンを配置しておいてもよい。
本実施形態によれば、コイルユニットの発熱を効率的に排出して冷却でき、発熱による不具合を回避できる。
【００１１】
本発明に係るタフティングマシーンは、ニードルバーを軸心方向に往復移動させるための駆動源とした構成としてある。
本発明によれば、リニアアクチュエータのマグネット取付板を磁力で、高精度かつ高速で往復移動させることができる。このため、生産性の高いタフティングマシーンが得られる。
また、耐久性の低いボールネジを使用しないので、ボールネジの劣化による交換を必要とせず、メンテナンス期間が長くなり、メンテナンスに手間のかからないタフティングマシーンが得られる。
【００１２】
本発明の異なる実施形態としては、複数本のニードルバーを並設しておいてもよい。
本実施形態によれば、高い生産性で複雑な模様を有するカーペットを生産できるタフティングマシーンが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願発明に係るリニアアクチュエータの実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示したリニアアクチュエータの正面図である。
【図３】図２に示したIII-III線断面図である。
【図４】図２に示したIV-IV線断面図である。
【図５】図１に示したリニアアクチュエータから防塵カバーを外した状態を示す斜視図である。
【図６】図５に示したリニアアクチュエータを異なる角度から見た斜視図である。
【図７】図５に示したリニアアクチュエータを別の角度から見た斜視図である。
【図８】図１に示したケーシング単体の斜視図である。
【図９】図１に示したマグネットユニットの斜視図である。
【図１０】図９に示したマグネット取付板の斜視図である。
【図１１】図１に示したコイルユニット単体の斜視図である。
【図１２】図１１に示したコイルユニットの分解斜視図である。
【図１３】本願発明に係るリニアアクチュエータを取り付けたタフティングマシーンを示す斜視図である。
【図１４】図１３に示したタフティングマシーンから横フレームを外した状態を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示したタフティングマシーンを異なる角度から見た斜視図である。
【図１６】図１５に示したタフティングマシーンの要部拡大斜視図である。
【図１７】図１４に示した縦フレーム内に配置される偏心クランク機構の動作前を示す拡大断面図である。
【図１８】図１８に示した偏心クランク機構の動作後を示す拡大断面図である。
【図１９】タフティングマシーンを操作するための電気機器の接続を示すブロック図である。
【図２０】タフティングマシーンの要部を示す概略図である。
【図２１】図２０に示した概略図の要部拡大図である。
【図２２】図２１に示した要部拡大図の部分拡大図である。
【図２３】図２２に示した部分拡大図の製造工程に連続する次工程を示す部分拡大図である。
【図２４】図２３に示した部分拡大図の製造工程に連続する次工程を示す部分拡大図である。
【図２５】図２４に示した部分拡大図に製造工程に連続する次工程を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係るリニアアクチュエータの実施形態を図１ないし図１２の添付図面に従って説明する。
なお、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１０は、例えば、図１３ないし図２５に示すように、後述するタフティングマシーン６０に適用できるものである。
【００１５】
前記リニアアクチュエータ１０は、図８ないし図１０に示すように、ケーシング２０と、マグネットユニット４０と、一組のコイルユニット５０，５０と、で構成されている。
【００１６】
ケーシング２０は、図８に示すように、断面方形の筒状のケーシング本体２１からなり、前記ケーシング本体２１のＸ軸方向の一端部側に貫通孔２２を有する取付板２３を設けてある。また、ケーシング本体２１は、その下面にマグネットユニット４０を取り付けるための取付口２４が設けられている一方、その上面にスライド溝２５が形成されている。そして、ケーシング本体２１の両側側面には、コイルユニット５０，５０を取り付けるための取付口２６，２７がそれぞれ設けられている。さらに、前記取付板２３とスライド溝２５との間に取付口２８が設けられている。
なお、ケーシング２０は前述の形状に限らず、形鋼を組み合わせて形成してもよく、必要に応じて外形形状を変更できることは勿論である。
【００１７】
前記ケーシング本体２１の上面には、図５および図６に示すように、ロータリーエンコーダ３０およびリニアエンコーダ３４が配置されている。ケーシング本体２１の上面にロータリーエンコーダ３０などが配置されているので、組立作業および調整作業が容易であるという利点がある。
【００１８】
ロータリーエンコーダ３０は、図５に示すように、カップリング部材３１を介して連結軸３２に連結されている。前記連結軸３２はボールネジ３３に挿通されている。前記ボールネジ３３は、ケーシング本体２１のスライド溝２５から突出する後述するマグネット取付板４１の突出部４４に固定されている。このため、前記マグネット取付板４１がＸ軸方向に往復移動すると、ボールネジ３３が連結軸３２を回動し、ロータリーエンコーダ３０がマグネット取付板４１の変位を検出する。
【００１９】
リニアエンコーダ３４は、図６に示すように、スケールベース３５と、検出ヘッド３６とで構成されている。スケールベース３５は、前記マグネット取付板４１の突出部４４に取り付けられている。また、検出ヘッド３６は、前記スケールベース３５と対向するようにケーシング本体２１の上面に固定されている。このため、マグネット取付板４１が往復移動すると、スケールベース３５も往復移動し、検出ヘッド３６がマグネット取付板４１の変位を検出する。
【００２０】
前記ケーシング本体２１の上面には、ガイドブロック３８が固定されている。前記ガイドブロック３８は、前記マグネット取付板４１の突出部４４に取り付けたガイドレール３７に係合している。このため、Ｘ軸方向にスライド可能なマグネット取付板４１は前記ガイドブロック３８に位置規制され、正確な往復移動を行う。なお、図１に示すように、ケーシング本体２１の上面は防塵カバー１１で被覆されている。
【００２１】
マグネットユニット４０は、図９および図１０に示すように、断面逆Ｔ字形状のマグネット取付板４１と、その両側面に３枚のマグネット４５ａ，４５ｂ，４５ｃをそれぞれ取り付けてある。
マグネット取付板４１は、水平基板４２の上面中央に垂直基板４３を立設した断面逆Ｔ字形状を有している。垂直基板４３には、図１０に示すように、軽量化のために一対の貫通孔４３ａ，４３ａを設けてある。また、垂直基板４３の上端面の略中央部に突出部４４を突設してある。前記突出部４４の上端縁部の両面には、前述のスケールベース３５と、ガイドレール３７とを平行にそれぞれ取り付けてある。そして、前記マグネット取付板４１の水平基板４２の底面には、図１０に示すように、スライドブロック４６が同一直線上に均等な間隔で３個ずつ、２列に配置されている。
また、マグネットユニット４０は、図９に示すように、スライドベース４７に並設した２本のガイドレール４８，４８に、前記スライドブロック４６を介してスライド可能に搭載されている。
さらに、マグネットユニット４０は、図５および図６に示すように、駆動軸７２を連結するため、マグネット取付板４１のＸ軸方向の一端部側にクランプ部材４９を取り付けてある。
【００２２】
なお、マグネット取付板４１は断面逆Ｔ字形状を有する場合にかぎらず、断面Ｔ字形状，断面Ｉ字形状あるいは断面Ｈ字形状であってもよい。断面Ｉ字形状であれば、スライドブロック４６等の部品点数，組立工数を減らすことができ、軽量化できる。また、断面Ｈ字形状のマグネットであれば、４ヶ所にマグネットを取り付けられるので、高出力のリニアアクチュエータが得られるという利点がある。
【００２３】
コイルユニット５０は、図１１ないし図１２に示すように、コイル取付板５１を間に、コイルユニット本体５２と、冷却フィン５３とで挟持するように一体化してある。コイル取付板５１は、図１２に示すように、コイルユニット本体５２が生ずる熱を冷却フィン５３を介して効率的に放熱できるように枠組構造を有している。
【００２４】
前記リニアアクチュエータ１０の組立について説明する。
ケーシング本体２１の取付口２４から、スライドベース４７に搭載されたマグネットユニット４０を挿入し、スライド溝２５からマグネット取付板４１の突出部４４を突出させて位置決めする。そして、ケーシング本体２１の底面にスライドベース４７を固定する。
さらに、スライド溝２５から突出した突出部４４の上端縁部にスケールベース３５およびガイドレール３７を取り付ける。ついで、ケーシング本体２１の上面に、検出ヘッド３６を取り付け、リニアエンコーダ３４を組み立てる。さらに、前記ガイドレール３７に係合したガイドブロック３８を、前記ケーシング本体２１の上面に固定する。
前記突出部４４にボールネジ３３を固定し、前記ボールねじ３３に挿通した連結軸３２を、カップリング部材３１を介し、ロータリーエンコーダ３０に連結する。
【００２５】
ついで、ケーシング本体２１の両側の取付口２６，２７からコイルユニット５０，５０をそれぞれ組み付けて固定する。最後に、ケーシング本体２１の取付口２６，２７，２８を介し、マグネット取付板４１の垂直基板４３のＸ軸方向の一端部側にクランプ部材４９を固定することにより（図１）、組立作業が完了する。
本実施形態によれば、ケーシング本体２１内にマグネットユニット４０を位置決めして固定した後、ケーシング本体２１の両側からコイルユニット５０，５０を組み付ける構成としてある。このため、組立性に優れているだけでなく、調整しやすい小型のリニアアクチュエータが得られる。特に、本願発明に係るリニアアクチュエータは大きな取付面積を必要としないので、設置スペースの小さいタフティングマシーンにも取り付けられるという利点がある。
【００２６】
前記リニアアクチュエータ０１０は、図３および図４に示すように、コイルユニット本体５２の励磁，消磁に基づき、コイルユニット本体５２とマグネット４５ａ，４５ｂ，４５ｃとの吸引，反発により、磁力によってマグネット取付板４１がＸ軸方向、すなわち、紙面に対して垂直方向に往復移動する。
【００２７】
次に、図１３に図示するように、前述の実施形態に係るリニアアクチュエータ１０をタフティングマシーン６０に取り付けた場合について説明する。前記タフティングマシーン６０は、１本のニードルバー９０をＸ軸方向に往復移動させてループを形成するタイプである。
前記タフティングマシーン６０は、一対の縦フレーム６１，６２の間に断面Ｕ字形状の横フレーム６３を架け渡した略門型を有する。そして、前記縦フレーム６１，６２の対向する外向面のうち、縦フレーム６２の外向面に前記リニアアクチュエータ１０を取り付けてある。
【００２８】
前記横フレーム６３内には、図１４に示すように、一対の縦フレーム６１，６２の間に架け渡したメインシャフト７０、ニードルシャフト８０が収納されている。
メインシャフト７０は、図示しないモータおよびベルトを介して一方向に高速回転する。そして、メインシャフト７０の回転動作は、縦フレーム６２内に配置されている偏心カム機構（図１７および図１８参照）を介し、ニードルシャフト８０を正逆方向に交互に回転させる。
【００２９】
前記縦フレーム６２内に収納された偏心カム機構は、図１７および図１８に示すように、メインシャフト７０はニードルカム６５に対して偏心する位置に挿通されている。このため、メインシャフト７０が一方向に回転すると、ベアリング６６を介してニードルカムアーム６７が揺動する。そして、ニードルカムアーム６７の先端に設けたピン６７ａが、ニードルレバー６８の湾曲するガイド溝６８ａ内を往復移動する。この結果、ニードルレバー６８が上下に揺動するので、ニードルレバー６８に取り付けられたニードルシャフト８０が正逆方向に交互に回転する。
【００３０】
ニードルシャフト８０は、図１６に図示するように、所定の間隔に配置したクランク機構８１を介してプッシュロッド８２に接続されている。プッシュロッド８２の下端にはニードルバーキャリア８４が取り付けられている。ニードルバーキャリア８４は２本のスライドバー９３，９３をスライド可能に挿通してある。２本の前記スライドバー９３，９３の両端はガイドブラケット９２，９２を介してニードルバー９０に連結されている。そして、前記ニードルバー９０には、多数本のニードル９１が同一直線上に並設されている。このため、前記ニードルバー９０は上下に往復移動可能であるとともに、Ｘ軸方向にも往復移動可能に支持されている。この結果、プッシュロッド８２が上下に往復移動すると、ニードルバー９０およびニードル９１が上下に往復移動する。
なお、プッシュロッド８２は前述の横フレーム６３内で固定されたプッシュロッドハウジング８３を介して支持されている。
【００３１】
図１５に示すように、縦フレーム６２に取り付けたられたリニアアクチュエータ１０のクランプ部材４９に駆動軸７２が連結されている。前記駆動軸７２は連結ブロック７３を介して連結バー７４に接続されている。そして、図１６に示すように、連結バー７４の先端には、ガイドブロック７５が固定されている。前記ガイドブロック７５は、横フレーム６３内に固定されたガイドレール６９にスライド可能に係合する一方、ニードルバーブラケット７６を介してニードルバー９０に固定されている。このため、リニアアクチュエータ１０の駆動に基づいて連結バー７４がＸ軸方向に往復移動すると、ガイドブロック７５およびニードルバーブラケット７６を介し、ニードルバー９０およびニードル９１がＸ軸方向に往復移動する。
【００３２】
ニードルバー９０の上面には、前述したように１対で１組のガイドブラケット９２，９２が、所定のピッチで複数組、固定されている。一対のガイドブラケット９２，９２の間には２本のスライドバー９３，９３が平行に架け渡されている。そして、２本のスライドバー９３，９３には、前述したようにニードルバーキャリア８４がスライド自在に挿通されている。したがって、ニードルバーキャリア８４はニードルバー９０に直接接触していない。
【００３３】
なお、ニードルバー９０は、その下面に複数本のニードル９１を同一直線上に１列に配置してあるが、ニードル９１の配置は必ずしも１列である必要はない。必要に応じ、例えば、２列あるいは、３列に配置してもよい。また、ニードルバー９０は必ずしも１本である必要はなく、複数本を並設してもよい。
【００３４】
前述のリニアアクチュエータ１０は、図１９に示すブロック図のように接続されている。
すなわち、電源１１０は配線用遮断器１１１を介してノイズフィルター１１２に接続されている。ノイズフィルター１１２は主ドライバーボード１１３と、電磁接触器を１１４介して副ドライバーボード１１５に接続されている。ＰＣ１１６にも接続されている主ドライバーボード１１３はメインシャフト位置検出エンコーダー１１７に接続されているとともに、前記副ドライバーボード１１５にも接続されている。前記副ドライバーボード１１５は回生抵抗器１１８を備え、零相リアクトル１１９を介してリニアアクチュエータ１０に接続されている。
なお、前記メインシャフト位置検出エンコーダー１１７は、例えば、縦フレーム６２の外向面に配置され、図示しないタイミングプーリおよびタイミングベルトを介してメインシャフト７０に接続され、メインシャフト７０の回転状況を検出し、主ドライバーボード１１３に検出結果を送信する。このため、ＰＣ１１０でメインシャフト７０の回転状況をリアルタイムでチェックすることができる。
【００３５】
次に、図２０ないし図２５に基づき、タフティングマシーン６０とリニアアクチュエータ１０との連動動作につい説明する。
図２０に図示するように、第１ロール１００から引き出された基布１０１に糸１０２，１０３を縫い込んでループ１０４を形成されたカーペットが第２ロール１０５に巻き取られる。糸１０２はガイドプレートのガイド孔を介して引き出され、ニードル９１の針孔に挿通され、基布１０１に縫い込まれる。
【００３６】
図示しないモータの回転をベルトを介してメインシャフト７０が一方向に回転すると、図１７および図１８に図示した偏心カム機構を介し、ニードルシャフト８０が正逆方向に交互に回転する。このため、図２１に示すように、ニードルシャフト８０に取り付けたクランク機構８１を介してプッシュロッド８２が上下に往復移動する。この結果、プッシュロッド８２の先端側に位置するニードルバー９０およびニードル９１が往復移動し、基布１０１に糸１０２が連続的に縫い込まれる（図２２）。
【００３７】
なお、図２１においてニードル９１の右側に位置するプレッサーフット９８は基布１０１およびカーペットの浮き上りを防止するためのものである。このプレッサーフット９８は、ラックおよびピニオンを介し、上下に移動させることにより、調整可能となっている。
ニードル９１を並設したニードルバー９０は、ニードルバーキャリア８４およびスライドバー９３，９３を介して紙面に対して垂直方向に往復移動可能に支持されている。
【００３８】
ニードル９１の直下に位置するルーパ９７は回動可能なルーパブロック９６に取り付けられている。
フィンガープレート９４には多数本のフィンガー部９５が並設されている。そして、隣り合うフィンガー部９５，９５の間にニードル９１が１本ずつ下降するように配置されている。
【００３９】
図２２は、ニードル９１が下降して並設されたフィンガー部９５，９５の間を通過して基布１０１を貫通し、最も低い位置である下死点に到達した後、ニードル９１が上昇しようとする直前の状態を図示している。このため、ガイドプレートのガイド孔を介して張り渡された糸１０２が最下点まで引き下げられた状態にある。このとき、ニードル９１と糸１０２との間にルーパ９７が入り込んでおり、ルーパ９７が糸１０２に係止可能となっている。
【００４０】
図２３および図２４に示すように、ニードル９１が引き上げられ、基布１０１から引き抜かれても、前記ルーパ９７が糸１０２に係止したままの状態を維持する。このため、糸１０２が引き戻されることなく、所定の高さのループ１０４を形成できる。そして、ニードル９１が基布１０１から引き抜かれた直後に、形成しようとする模様に応じ、リニアアクチュエータ１０の駆動によってニードルバー９０が紙面に対して直交方向に適宜、移動する。
【００４１】
さらに、図２５に示すように、ニードル９１が再び下降し始めると、ルーパ９７が逆方向に回転して元の位置に復帰し、ニードル９１との衝突を回避する。
以後、同様な動作を繰り返すことにより、ループ１０４を形成しつつ、模様を有するカーペットが完成する。
【００４２】
前述の実施形態では、１台のタフティングマシーンに１台のリニアアクチュエータを取り付け、１本のニードルバーを軸心方向に往復移動させる場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば、タフティングマシーンの２本の縦フレームにリニアアクチュエータをそれぞれ取り付け、並設した２本のニードルバーを軸心方向にそれぞれ往復移動させてもよい。
また、前述の実施形態では、ループパイルを形成するルーパについて説明した。しかし、これに限らず、例えば、カットパイルまたはカットアンドループパイルを形成するルーパに適用してもよい。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
実施形態に係るリニアアクチュエータを、既存のタフティングマシーンに取り付けて駆動し、駆動限界を調べた。
既存のタフティングマシーンのメインシャフトを、そのタフティングマシーンの限界値である最大回転数１１４２ｒｐｍで回転し、ニードルバーを上下運動させた。本願発明に係るリニアアクチュエータによって駆動されるニードルバーの軸心方向の往復運動が、何の問題もなく、追随できることを確認できた。
【００４４】
（比較例１）
サーボモータ（安川電機製  ＳＧＭＧＶ−４４ＤＤＡ２１）と、ボールネジ（ＴＨＫ製  ＢＬＫ３２３２−３．６）とを組み合わせて構成したアクチュエータを、既存のタフティングマシーンに取り付けた。そして、実施例１と同様に駆動した。メインシャフトの回転数が６００ｒｐｍを超え始めると、異常音が発生し始め、ニードルバーの上下運動に、ニードルバーの軸心方向の往復運動が追随できないことが判った。
【００４５】
以上の実験から、本願発明のリニアアクチュエータを使用すれば、既存のアクチュエータを使用した場合よりも、少なくとも２倍以上の回転数でメインシャフトを回転できることが判った。このため、本願発明のリニアアクチュエータを使用すれば、タフティングマシーンの生産性が著しく向上することが明らかなとなった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
前述の実施形態では、タフティングマシーンに適用する場合について説明したが、他の製造機器に使用してもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  リニアアクチュエータ
１１  防塵カバー
２０  ケーシング
２１  ケーシング本体
２２  貫通孔
２３  取付板
２４  取付口
２５  スライド溝
２６  取付口
２７  取付口
２８  取付口
３０  ロータリーエンコーダ
３１  カップリング部材
３２  連結軸
３３  ボールネジ
３４  リニアエンコーダ
３５  スケールベース
３６  検出ヘッド
３７  ガイドレール
３８  ガイドブロック
４０  マグネットユニット
４１  マグネット取付板
４２  水平基板
４３  垂直基板
４４  突出部
４５ａ  マグネット
４５ｂ  マグネット
４５ｃ  マグネット
４６  スライドブロック
４７  スライドベース
４８  ガイドレール
４９  クランプ部材
５０  コイルユニット
５１  コイル取付板
５２  コイルユニット本体
５３  冷却フィン
６０  タフティングマシーン
６１  縦フレーム
６２  縦フレーム
６３  横フレーム
７０  メインシャフト
７１  ディスクブレーキ
７２  駆動軸
７３  連結ブロック
７４  連結バー
７５  ガイドブロック
７６  ニードルバーブラケット
８０  ニードルシャフト
８１  クランク機構
８２  プッシュロッド
８３  プッシュロッドハウジング
８４  ニードルバーキャリア
９０  ニードルバー
９１  ニードル
９２  ガイドブラケット
９３  スライドバー
９４  フィンガープレート
９５  フィンガー部
９６  ルーパブロック
９７  ルーパ
１００  第１ロール
１０１  基布
１０２  糸
１０４  ループ
１０５  第２ロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月19日(2019.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリニアアクチュエータ、特に、高精度、かつ、高速の往復移動機構を必要とする製造装置、例えば、タフティングマシーン等に利用できるリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、タフティングマシーンは、多数本のニードルを同一直線上に取付けたニードルバーを上下に往復移動させるとともに、ニードルバーの軸心に沿って往復移動させることにより、基布に糸でループを形成している。
一般に、ニードルバーを上下に往復移動させる機構としては、例えば、偏心クランク機構が利用されている。一方、ニードルバーを軸心方向に往復移動させる機構としては、例えば、サーボモータとボールネジとを組み合わせたアクチュエータを利用していた（特許文献１参照）。
（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２９０５７
【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、サーボモータを利用したアクチュエータでは、ニードルバーを軸心方向に所定の速度で往復移動させようとしても、高速になると、所定の位置までニードルバーが到達できず、サーボモータが停止するという不具合が生ずる。
要するに、ニードルバーの上下方向の往復移動は高速化できているにも拘わらず、ニードルバーの軸心方向の往復移動の高速化に限界があり、タフティングマシーンの能力を十分に発揮させることができていなかった。
また、サーボモータの回転動作を往復移動に変換するためのボールネジは摩耗しやすく、耐久性が低いので、所望の移動精度を確保しようとすると、短期間で交換する必要があり、メンテナンスに手間がかかった。
本発明は、前記問題点に鑑み、高精度かつ高速度で駆動し、メンテナンスに手間がかからないリニアアクチュエータ、および、これを用いたタフティングマシーンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るリニアアクチュエータは、前記課題を解決すべく、
筒状のケーシングと、
マグネット取付板の少なくとも対向する両側面をマグネットで挟持し、かつ、前記ケーシング内に軸心方向に沿って往復移動可能に支持されたマグネットユニットと、
前記マグネットユニットのマグネットに対向するように配置したコイルユニットと、備え、
前記コイルユニットの励磁，消磁に基づき、前記コイルユニットの間を前記マグネットユニットが往復移動する構成としてある。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、リニアアクチュエータのマグネット取付板を磁力で、高精度、かつ、高速で往復移動させることができる。このため、例えば、タフティングマシーンの生産性を高めることができる。
また、耐久性の低いボールネジを使用しないので、ボールネジの劣化による交換を必要とせず、メンテナンス期間が長くなり、メンテナンスに手間がかからない。
【０００７】
本発明の実施形態としては、前記マグネット取付板が断面逆Ｔ字形状であってもよい。
本実施形態によれば、マグネット取付板の水平基板を介して支持できる。このため、安定した往復動作を行うことにより、高精度、かつ、高速のリニアアクチュエータが得られる。
【０００８】
本発明の他の実施形態としては、前記マグネット取付板は断面Ｉ字形状であってもよい。
本実施形態によれば、部品点数、組立工数の少ないリニアアクチュエータが得られる。
【０００９】
本発明の別の実施形態としては、前記マグネット取付板が断面Ｈ字形状であってもよい。
本実施形態によれば、多数の面にマグネットを取り付けることができるので、大きな駆動力を備えたリニアアクチュエータが得られる。
【００１０】
本発明の異なる実施形態としては、前記コイルユニットは、外向き面に冷却フィンを配置しておいてもよい。
本実施形態によれば、コイルユニットの発熱を効率的に排出して冷却でき、発熱による不具合を回避できる。
【００１１】
本発明に係るタフティングマシーンは、ニードルバーを軸心方向に往復移動させるための駆動源とした構成としてある。
本発明によれば、リニアアクチュエータのマグネット取付板を磁力で、高精度かつ高速で往復移動させることができる。このため、生産性の高いタフティングマシーンが得られる。
また、耐久性の低いボールネジを使用しないので、ボールネジの劣化による交換を必要とせず、メンテナンス期間が長くなり、メンテナンスに手間のかからないタフティングマシーンが得られる。
【００１２】
本発明の異なる実施形態としては、複数本のニードルバーを並設しておいてもよい。
本実施形態によれば、高い生産性で複雑な模様を有するカーペットを生産できるタフティングマシーンが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願発明に係るリニアアクチュエータの実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示したリニアアクチュエータの正面図である。
【図３】図２に示したIII-III線断面図である。
【図４】図２に示したIV-IV線断面図である。
【図５】図１に示したリニアアクチュエータから防塵カバーを外した状態を示す斜視図である。
【図６】図５に示したリニアアクチュエータを異なる角度から見た斜視図である。
【図７】図５に示したリニアアクチュエータを別の角度から見た斜視図である。
【図８】図１に示したケーシング単体の斜視図である。
【図９】図１に示したマグネットユニットの斜視図である。
【図１０】図９に示したマグネット取付板の斜視図である。
【図１１】図１に示したコイルユニット単体の斜視図である。
【図１２】図１１に示したコイルユニットの分解斜視図である。
【図１３】本願発明に係るリニアアクチュエータを取り付けたタフティングマシーンを示す斜視図である。
【図１４】図１３に示したタフティングマシーンから横フレームを外した状態を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示したタフティングマシーンを異なる角度から見た斜視図である。
【図１６】図１５に示したタフティングマシーンの要部拡大斜視図である。
【図１７】図１４に示した縦フレーム内に配置される偏心クランク機構の動作前を示す拡大断面図である。
【図１８】図１８に示した偏心クランク機構の動作後を示す拡大断面図である。
【図１９】タフティングマシーンを操作するための電気機器の接続を示すブロック図である。
【図２０】タフティングマシーンの要部を示す概略図である。
【図２１】図２０に示した概略図の要部拡大図である。
【図２２】図２１に示した要部拡大図の部分拡大図である。
【図２３】図２２に示した部分拡大図の製造工程に連続する次工程を示す部分拡大図である。
【図２４】図２３に示した部分拡大図の製造工程に連続する次工程を示す部分拡大図である。
【図２５】図２４に示した部分拡大図に製造工程に連続する次工程を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係るリニアアクチュエータの実施形態を図１ないし図１２の添付図面に従って説明する。
なお、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１０は、例えば、図１３ないし図２５に示すように、後述するタフティングマシーン６０に適用できるものである。
【００１５】
前記リニアアクチュエータ１０は、図８ないし図１０に示すように、ケーシング２０と、マグネットユニット４０と、一組のコイルユニット５０，５０と、で構成されている。
【００１６】
ケーシング２０は、図８に示すように、断面方形の筒状のケーシング本体２１からなり、前記ケーシング本体２１のＸ軸方向の一端部側に貫通孔２２を有する取付板２３を設けてある。また、ケーシング本体２１は、その下面にマグネットユニット４０を取り付けるための取付口２４が設けられている一方、その上面にスライド溝２５が形成されている。そして、ケーシング本体２１の両側側面には、コイルユニット５０，５０を取り付けるための取付口２６，２７がそれぞれ設けられている。さらに、前記取付板２３とスライド溝２５との間に取付口２８が設けられている。
なお、ケーシング２０は前述の形状に限らず、形鋼を組み合わせて形成してもよく、必要に応じて外形形状を変更できることは勿論である。
【００１７】
前記ケーシング本体２１の上面には、図５および図６に示すように、ロータリーエンコーダ３０およびリニアエンコーダ３４が配置されている。ケーシング本体２１の上面にロータリーエンコーダ３０などが配置されているので、組立作業および調整作業が容易であるという利点がある。
【００１８】
ロータリーエンコーダ３０は、図５に示すように、カップリング部材３１を介して連結軸３２に連結されている。前記連結軸３２はボールネジ３３に挿通されている。前記ボールネジ３３は、ケーシング本体２１のスライド溝２５から突出する後述するマグネット取付板４１の突出部４４に固定されている。このため、前記マグネット取付板４１がＸ軸方向に往復移動すると、ボールネジ３３が連結軸３２を回動し、ロータリーエンコーダ３０がマグネット取付板４１の変位を検出する。
【００１９】
リニアエンコーダ３４は、図６に示すように、スケールベース３５と、検出ヘッド３６とで構成されている。スケールベース３５は、前記マグネット取付板４１の突出部４４に取り付けられている。また、検出ヘッド３６は、前記スケールベース３５と対向するようにケーシング本体２１の上面に固定されている。このため、マグネット取付板４１が往復移動すると、スケールベース３５も往復移動し、検出ヘッド３６がマグネット取付板４１の変位を検出する。
【００２０】
前記ケーシング本体２１の上面には、ガイドブロック３８が固定されている。前記ガイドブロック３８は、前記マグネット取付板４１の突出部４４に取り付けたガイドレール３７に係合している。このため、Ｘ軸方向にスライド可能なマグネット取付板４１は前記ガイドブロック３８に位置規制され、正確な往復移動を行う。なお、図１に示すように、ケーシング本体２１の上面は防塵カバー１１で被覆されている。
【００２１】
マグネットユニット４０は、図９および図１０に示すように、断面逆Ｔ字形状のマグネット取付板４１と、その両側面に３枚のマグネット４５ａ，４５ｂ，４５ｃをそれぞれ取り付けてある。
マグネット取付板４１は、水平基板４２の上面中央に垂直基板４３を立設した断面逆Ｔ字形状を有している。垂直基板４３には、図１０に示すように、軽量化のために一対の貫通孔４３ａ，４３ａを設けてある。また、垂直基板４３の上端面の略中央部に突出部４４を突設してある。前記突出部４４の上端縁部の両面には、前述のスケールベース３５と、ガイドレール３７とを平行にそれぞれ取り付けてある。そして、前記マグネット取付板４１の水平基板４２の底面には、図１０に示すように、スライドブロック４６が同一直線上に均等な間隔で３個ずつ、２列に配置されている。
また、マグネットユニット４０は、図９に示すように、スライドベース４７に並設した２本のガイドレール４８，４８に、前記スライドブロック４６を介してスライド可能に搭載されている。
さらに、マグネットユニット４０は、図５および図６に示すように、駆動軸７２を連結するため、マグネット取付板４１のＸ軸方向の一端部側にクランプ部材４９を取り付けてある。
【００２２】
なお、マグネット取付板４１は断面逆Ｔ字形状を有する場合にかぎらず、断面Ｔ字形状，断面Ｉ字形状あるいは断面Ｈ字形状であってもよい。断面Ｉ字形状であれば、スライドブロック４６等の部品点数，組立工数を減らすことができ、軽量化できる。また、断面Ｈ字形状のマグネットであれば、４ヶ所にマグネットを取り付けられるので、高出力のリニアアクチュエータが得られるという利点がある。
【００２３】
コイルユニット５０は、図１１ないし図１２に示すように、コイル取付板５１を間に、コイルユニット本体５２と、冷却フィン５３とで挟持するように一体化してある。コイル取付板５１は、図１２に示すように、コイルユニット本体５２が生ずる熱を冷却フィン５３を介して効率的に放熱できるように枠組構造を有している。
【００２４】
前記リニアアクチュエータ１０の組立について説明する。
ケーシング本体２１の取付口２４から、スライドベース４７に搭載されたマグネットユニット４０を挿入し、スライド溝２５からマグネット取付板４１の突出部４４を突出させて位置決めする。そして、ケーシング本体２１の底面にスライドベース４７を固定する。
さらに、スライド溝２５から突出した突出部４４の上端縁部にスケールベース３５およびガイドレール３７を取り付ける。ついで、ケーシング本体２１の上面に、検出ヘッド３６を取り付け、リニアエンコーダ３４を組み立てる。さらに、前記ガイドレール３７に係合したガイドブロック３８を、前記ケーシング本体２１の上面に固定する。
前記突出部４４にボールネジ３３を固定し、前記ボールねじ３３に挿通した連結軸３２を、カップリング部材３１を介し、ロータリーエンコーダ３０に連結する。
【００２５】
ついで、ケーシング本体２１の両側の取付口２６，２７からコイルユニット５０，５０をそれぞれ組み付けて固定する。最後に、ケーシング本体２１の取付口２６，２７，２８を介し、マグネット取付板４１の垂直基板４３のＸ軸方向の一端部側にクランプ部材４９を固定することにより（図１）、組立作業が完了する。
本実施形態によれば、ケーシング本体２１内にマグネットユニット４０を位置決めして固定した後、ケーシング本体２１の両側からコイルユニット５０，５０を組み付ける構成としてある。このため、組立性に優れているだけでなく、調整しやすい小型のリニアアクチュエータが得られる。特に、本願発明に係るリニアアクチュエータは大きな取付面積を必要としないので、設置スペースの小さいタフティングマシーンにも取り付けられるという利点がある。
【００２６】
前記リニアアクチュエータ１０は、図３および図４に示すように、コイルユニット本体５２の励磁，消磁に基づき、コイルユニット本体５２とマグネット４５ａ，４５ｂ，４５ｃとの吸引，反発により、磁力によってマグネット取付板４１がＸ軸方向、すなわち、紙面に対して垂直方向に往復移動する。
【００２７】
次に、図１３に図示するように、前述の実施形態に係るリニアアクチュエータ１０をタフティングマシーン６０に取り付けた場合について説明する。前記タフティングマシーン６０は、１本のニードルバー９０をＸ軸方向に往復移動させてループを形成するタイプである。
前記タフティングマシーン６０は、一対の縦フレーム６１，６２の間に断面Ｕ字形状の横フレーム６３を架け渡した略門型を有する。そして、前記縦フレーム６１，６２の対向する外向面のうち、縦フレーム６２の外向面に前記リニアアクチュエータ１０を取り付けてある。
【００２８】
前記横フレーム６３内には、図１４に示すように、一対の縦フレーム６１，６２の間に架け渡したメインシャフト７０、ニードルシャフト８０が収納されている。
メインシャフト７０は、図示しないモータおよびベルトを介して一方向に高速回転する。そして、メインシャフト７０の回転動作は、縦フレーム６２内に配置されている偏心カム機構（図１７および図１８参照）を介し、ニードルシャフト８０を正逆方向に交互に回転させる。
【００２９】
前記縦フレーム６２内に収納された偏心カム機構は、図１７および図１８に示すように、メインシャフト７０はニードルカム６５に対して偏心する位置に挿通されている。このため、メインシャフト７０が一方向に回転すると、ベアリング６６を介してニードルカムアーム６７が揺動する。そして、ニードルカムアーム６７の先端に設けたピン６７ａが、ニードルレバー６８の湾曲するガイド溝６８ａ内を往復移動する。この結果、ニードルレバー６８が上下に揺動するので、ニードルレバー６８に取り付けられたニードルシャフト８０が正逆方向に交互に回転する。
【００３０】
ニードルシャフト８０は、図１６に図示するように、所定の間隔に配置したクランク機構８１を介してプッシュロッド８２に接続されている。プッシュロッド８２の下端にはニードルバーキャリア８４が取り付けられている。ニードルバーキャリア８４は２本のスライドバー９３，９３をスライド可能に挿通してある。２本の前記スライドバー９３，９３の両端はガイドブラケット９２，９２を介してニードルバー９０に連結されている。そして、前記ニードルバー９０には、多数本のニードル９１が同一直線上に並設されている。このため、前記ニードルバー９０は上下に往復移動可能であるとともに、Ｘ軸方向にも往復移動可能に支持されている。この結果、プッシュロッド８２が上下に往復移動すると、ニードルバー９０およびニードル９１が上下に往復移動する。
なお、プッシュロッド８２は前述の横フレーム６３内で固定されたプッシュロッドハウジング８３を介して支持されている。
【００３１】
図１５に示すように、縦フレーム６２に取り付けたられたリニアアクチュエータ１０のクランプ部材４９に駆動軸７２が連結されている。前記駆動軸７２は連結ブロック７３を介して連結バー７４に接続されている。そして、図１６に示すように、連結バー７４の先端には、ガイドブロック７５が固定されている。前記ガイドブロック７５は、横フレーム６３内に固定されたガイドレール６９にスライド可能に係合する一方、ニードルバーブラケット７６を介してニードルバー９０に固定されている。このため、リニアアクチュエータ１０の駆動に基づいて連結バー７４がＸ軸方向に往復移動すると、ガイドブロック７５およびニードルバーブラケット７６を介し、ニードルバー９０およびニードル９１がＸ軸方向に往復移動する。
【００３２】
ニードルバー９０の上面には、前述したように１対で１組のガイドブラケット９２，９２が、所定のピッチで複数組、固定されている。一対のガイドブラケット９２，９２の間には２本のスライドバー９３，９３が平行に架け渡されている。そして、２本のスライドバー９３，９３には、前述したようにニードルバーキャリア８４がスライド自在に挿通されている。したがって、ニードルバーキャリア８４はニードルバー９０に直接接触していない。
【００３３】
なお、ニードルバー９０は、その下面に複数本のニードル９１を同一直線上に１列に配置してあるが、ニードル９１の配置は必ずしも１列である必要はない。必要に応じ、例えば、２列あるいは、３列に配置してもよい。また、ニードルバー９０は必ずしも１本である必要はなく、複数本を並設してもよい。
【００３４】
前述のリニアアクチュエータ１０は、図１９に示すブロック図のように接続されている。
すなわち、電源１１０は配線用遮断器１１１を介してノイズフィルター１１２に接続されている。ノイズフィルター１１２は主ドライバーボード１１３と、電磁接触器を１１４介して副ドライバーボード１１５に接続されている。ＰＣ１１６にも接続されている主ドライバーボード１１３はメインシャフト位置検出エンコーダー１１７に接続されているとともに、前記副ドライバーボード１１５にも接続されている。前記副ドライバーボード１１５は回生抵抗器１１８を備え、零相リアクトル１１９を介してリニアアクチュエータ１０に接続されている。
なお、前記メインシャフト位置検出エンコーダー１１７は、例えば、縦フレーム６２の外向面に配置され、図示しないタイミングプーリおよびタイミングベルトを介してメインシャフト７０に接続され、メインシャフト７０の回転状況を検出し、主ドライバーボード１１３に検出結果を送信する。このため、ＰＣ１１０でメインシャフト７０の回転状況をリアルタイムでチェックすることができる。
【００３５】
次に、図２０ないし図２５に基づき、タフティングマシーン６０とリニアアクチュエータ１０との連動動作につい説明する。
図２０に図示するように、第１ロール１００から引き出された基布１０１に糸１０２，１０３を縫い込んでループ１０４を形成されたカーペットが第２ロール１０５に巻き取られる。糸１０２はガイドプレートのガイド孔を介して引き出され、ニードル９１の針孔に挿通され、基布１０１に縫い込まれる。
【００３６】
図示しないモータの回転をベルトを介してメインシャフト７０が一方向に回転すると、図１７および図１８に図示した偏心カム機構を介し、ニードルシャフト８０が正逆方向に交互に回転する。このため、図２１に示すように、ニードルシャフト８０に取り付けたクランク機構８１を介してプッシュロッド８２が上下に往復移動する。この結果、プッシュロッド８２の先端側に位置するニードルバー９０およびニードル９１が往復移動し、基布１０１に糸１０２が連続的に縫い込まれる（図２２）。
【００３７】
なお、図２１においてニードル９１の右側に位置するプレッサーフット９８は基布１０１およびカーペットの浮き上りを防止するためのものである。このプレッサーフット９８は、ラックおよびピニオンを介し、上下に移動させることにより、調整可能となっている。
ニードル９１を並設したニードルバー９０は、ニードルバーキャリア８４およびスライドバー９３，９３を介して紙面に対して垂直方向に往復移動可能に支持されている。
【００３８】
ニードル９１の直下に位置するルーパ９７は回動可能なルーパブロック９６に取り付けられている。
フィンガープレート９４には多数本のフィンガー部９５が並設されている。そして、隣り合うフィンガー部９５，９５の間にニードル９１が１本ずつ下降するように配置されている。
【００３９】
図２２は、ニードル９１が下降して並設されたフィンガー部９５，９５の間を通過して基布１０１を貫通し、最も低い位置である下死点に到達した後、ニードル９１が上昇しようとする直前の状態を図示している。このため、ガイドプレートのガイド孔を介して張り渡された糸１０２が最下点まで引き下げられた状態にある。このとき、ニードル９１と糸１０２との間にルーパ９７が入り込んでおり、ルーパ９７が糸１０２に係止可能となっている。
【００４０】
図２３および図２４に示すように、ニードル９１が引き上げられ、基布１０１から引き抜かれても、前記ルーパ９７が糸１０２に係止したままの状態を維持する。このため、糸１０２が引き戻されることなく、所定の高さのループ１０４を形成できる。そして、ニードル９１が基布１０１から引き抜かれた直後に、形成しようとする模様に応じ、リニアアクチュエータ１０の駆動によってニードルバー９０が紙面に対して直交方向に適宜、移動する。
【００４１】
さらに、図２５に示すように、ニードル９１が再び下降し始めると、ルーパ９７が逆方向に回転して元の位置に復帰し、ニードル９１との衝突を回避する。
以後、同様な動作を繰り返すことにより、ループ１０４を形成しつつ、模様を有するカーペットが完成する。
【００４２】
前述の実施形態では、１台のタフティングマシーンに１台のリニアアクチュエータを取り付け、１本のニードルバーを軸心方向に往復移動させる場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば、タフティングマシーンの２本の縦フレームにリニアアクチュエータをそれぞれ取り付け、並設した２本のニードルバーを軸心方向にそれぞれ往復移動させてもよい。
また、前述の実施形態では、ループパイルを形成するルーパについて説明した。しかし、これに限らず、例えば、カットパイルまたはカットアンドループパイルを形成するルーパに適用してもよい。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
実施形態に係るリニアアクチュエータを、既存のタフティングマシーンに取り付けて駆動し、駆動限界を調べた。
既存のタフティングマシーンのメインシャフトを、そのタフティングマシーンの限界値である最大回転数１１４２ｒｐｍで回転し、ニードルバーを上下運動させた。本願発明に係るリニアアクチュエータによって駆動されるニードルバーの軸心方向の往復運動が、何の問題もなく、追随できることを確認できた。
【００４４】
（比較例１）
サーボモータ（安川電機製  ＳＧＭＧＶ−４４ＤＤＡ２１）と、ボールネジ（ＴＨＫ製  ＢＬＫ３２３２−３．６）とを組み合わせて構成したアクチュエータを、既存のタフティングマシーンに取り付けた。そして、実施例１と同様に駆動した。メインシャフトの回転数が６００ｒｐｍを超え始めると、異常音が発生し始め、ニードルバーの上下運動に、ニードルバーの軸心方向の往復運動が追随できないことが判った。
【００４５】
以上の実験から、本願発明のリニアアクチュエータを使用すれば、既存のアクチュエータを使用した場合よりも、少なくとも２倍以上の回転数でメインシャフトを回転できることが判った。このため、本願発明のリニアアクチュエータを使用すれば、タフティングマシーンの生産性が著しく向上することが明らかとなった。
【００４６】
（実施例２）
既存のタフティングマシーンの実機(道下鉄工株式会社製  型式２.１５Ｍ × １／１０Ｇ ＩＣＹ ＬＯＯＰ機  製造番号第１８５号)に、ニードルバー往復駆動機構として本願のリニアアクチュエータを装着した。前記実機の最大織り巾寸法は２.１５メートルであり、針間の距離が１／１０インチであった。そして、ニードルが繰り返し位置決め精度を維持しているか否か、すなわち、ニードルが所定の位置から大きくぶれていないか否を検出するため、リニアスケール(ミツトヨ製  ＮＳＲ−ＬＨＤＡＥ５Ａ１０−００１Ｕ)を使用した。
【００４７】
タフティングマシーンの回転数は、タフティングマシーンの許容最大回転数である１１４０ｒｐｍとした。
また、ニードルの移動量を１ピッチ当たり２．５４ｍｍとした。そして、ニードルをニードルストロークに追随しながら一方側に１ピッチずつ４回移動した後、その反対側に１ピッチずつ４回移動する移動パターンを繰り返して実験した。
さらに、連続運転時間６時間、回転数１１４０ｒｐｍ時のリニアアクチュエータの負荷率を４３％とし、繰り返し位置決め精度を±０．０３ｍｍとした。
なお、ニードルが±０．０３ｍｍの繰り返し位置決め精度を維持できない場合、タフティングマシーンが自動停止するように設定した。
【００４８】
なお、負荷率とは、本願発明のリニアアクチュエータの最大駆動力を１００％とした場合、前記ニードルバーを駆動するために必要な駆動力の割合をいう。通常、回転数が増大するにつれて負荷率も増大する。
また、繰り返し位置決め精度とは、ＪＩＳ  Ｂ  ６１９２に準拠した性能評価方法によって得られた値をいう。具体的には、任意の一点に同じ方向からの位置決めを７回繰り返して停止位置を測定し、読みの最大差の１／２を求める。この測定を移動距離の中央および、ほぼ両端のそれぞれの位置で行い、求めた値のうちの最大のものを測定値とし、その値に±の符号を付けて表した値を、繰り返し位置決め精度という。
【００４９】
実施例２に係る実験の結果、カーペット生産能力は平均５３ｍ2／時間であった。
実施例２が高い生産性を有する理由としては、タフティングマシーンの許容最大回転数１１４０ｒｐｍの動作に、リニアアクチュエータの動作が追随できたこと、および、繰り返し位置決め精度が高いので、糸切れを原因とする停止時間が短くなったこと、が挙げられる。
なお、目視による観察では、本願発明のリニアアクチュエータの駆動状態に安定感があり、余力が感じられた。このため、タフティングマシーンの回転数を更に上げることができれば、生産能力をより一層向上させることができることが分かった。
【００５０】
（比較例２）
実施例２で使用したタフティングマシーンに、ニードルバー往復駆動機構としてサーボモータとボールネジとで構成したものを、装着した。
すなわち、ニードルバー往復駆動機構は、サーボドライバー(安川電機製  ＳＧＤＶ−１２０ＤＯ１Ａ)で、サーボモータ(安川電機製  ＳＧＭＳＶ−２５ＤＤＡ２１)を駆動し、ボールネジ(ＴＨＫ製  ＢＬＫ３２３２−３．６)を介してニードルバーを往復駆動する。
【００５１】
なお、タフティングマシーンの回転数が６００ｒｐｍを超え始めると、サーボモータおよびボールネジで構成されたニードルバー往復駆動機構が、タフティングマシーンの速さに追随できず、繰り返し位置決め精度を維持できなかった。このため、比較例２では、タフティングマシーンの回転数を６００ｒｐｍとした。他の実験条件は実施例２と同一条件とし、連続６時間、駆動して生産能力を測定した。
比較例２に係る実験の結果、カーペット生産能力は平均２６ｍ2／時間であった。
【００５２】
以上の実験結果から、本願発明のリニアアクチュエータ(実施例２)をニードルバー駆動機構として使用すれば、既存のニードルバー駆動機構(比較例２)を使用した場合よりも、少なくとも２倍以上の回転数で作業できることが判った。この結果、本願発明によれば、生産性が２倍以上になることが明らかになった。
また、タフティングマシーンの回転数を更に増大しても、本願発明のリニアアクチュエータは十分に追随できると考えられることから、生産性をより一層高くできることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
前述の実施形態では、タフティングマシーンに適用する場合について説明したが、他の製造機器に使用してもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  リニアアクチュエータ
１１  防塵カバー
２０  ケーシング
２１  ケーシング本体
２２  貫通孔
２３  取付板
２４  取付口
２５  スライド溝
２６  取付口
２７  取付口
２８  取付口
３０  ロータリーエンコーダ
３１  カップリング部材
３２  連結軸
３３  ボールネジ
３４  リニアエンコーダ
３５  スケールベース
３６  検出ヘッド
３７  ガイドレール
３８  ガイドブロック
４０  マグネットユニット
４１  マグネット取付板
４２  水平基板
４３  垂直基板
４４  突出部
４５ａ  マグネット
４５ｂ  マグネット
４５ｃ  マグネット
４６  スライドブロック
４７  スライドベース
４８  ガイドレール
４９  クランプ部材
５０  コイルユニット
５１  コイル取付板
５２  コイルユニット本体
５３  冷却フィン
６０  タフティングマシーン
６１  縦フレーム
６２  縦フレーム
６３  横フレーム
７０  メインシャフト
７１  ディスクブレーキ
７２  駆動軸
７３  連結ブロック
７４  連結バー
７５  ガイドブロック
７６  ニードルバーブラケット
８０  ニードルシャフト
８１  クランク機構
８２  プッシュロッド
８３  プッシュロッドハウジング
８４  ニードルバーキャリア
９０  ニードルバー
９１  ニードル
９２  ガイドブラケット
９３  スライドバー
９４  フィンガープレート
９５  フィンガー部
９６  ルーパブロック
９７  ルーパ
１００  第１ロール
１０１  基布
１０２  糸
１０４  ループ
１０５  第２ロール
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月26日(2019.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のケーシングと、
断面逆Ｔ字形状のマグネット取付板を形成する垂直基板の両側面をマグネットで挟持し、かつ、前記ケーシング内に軸心方向に沿って往復移動可能に支持されたマグネットユニットと、
前記マグネットユニットのマグネットに対向するように配置したコイルユニットと、を備え、
前記マグネット取付板を形成する水平基板の下面両側縁部が、
前記ケーシングの底面のスライドベースに前記軸心方向に沿って並設した２本のガイドレールにガイドされるとともに、
前記マグネット取付板を形成する前記垂直基板の突出部が、
前記ケーシングの上面に前記軸心方向に沿って形成したスライド溝から突出し、かつ、
前記ケーシングの上面に前記軸心方向に沿って設けたガイドブロックにガイドされることにより、
前記コイルユニットの励磁，消磁に基づき、前記コイルユニットの間を前記マグネットユニットが往復移動することを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記コイルユニットが、外向き面に冷却フィンを設けたことを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリニアアクチュエータを、ニードルバーを軸心方向に往復移動させるための駆動源とすることを特徴とするタフティングマシーン。
【請求項４】
複数本のニードルバーが並設されていることを特徴とする請求項３に記載のタフティングマシーン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリニアアクチュエータ、特に、高精度、かつ、高速の往復移動機構を必要とする製造装置、例えば、タフティングマシーン等に利用できるリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、タフティングマシーンは、多数本のニードルを同一直線上に取付けたニードルバーを上下に往復移動させるとともに、ニードルバーの軸心に沿って往復移動させることにより、基布に糸でループを形成している。
一般に、ニードルバーを上下に往復移動させる機構としては、例えば、偏心クランク機構が利用されている。一方、ニードルバーを軸心方向に往復移動させる機構としては、例えば、サーボモータとボールネジとを組み合わせたアクチュエータを利用していた（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２９０５７
【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、サーボモータを利用したアクチュエータでは、ニードルバーを軸心方向に所定の速度で往復移動させようとしても、高速になると、所定の位置までニードルバーが到達できず、サーボモータが停止するという不具合が生ずる。
要するに、ニードルバーの上下方向の往復移動は高速化できているにも拘わらず、ニードルバーの軸心方向の往復移動の高速化に限界があり、タフティングマシーンの能力を十分に発揮させることができていなかった。
また、サーボモータの回転動作を往復移動に変換するためのボールネジは摩耗しやすく、耐久性が低いので、所望の移動精度を確保しようとすると、短期間で交換する必要があり、メンテナンスに手間がかかった。
本発明は、前記問題点に鑑み、高精度かつ高速度で駆動し、メンテナンスに手間がかからないリニアアクチュエータ、および、これを用いたタフティングマシーンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るリニアアクチュエータは、前記課題を解決すべく、
筒状のケーシングと、
断面逆Ｔ字形状のマグネット取付板を形成する垂直基板の両側面をマグネットで挟持し、かつ、前記ケーシング内に軸心方向に沿って往復移動可能に支持されたマグネットユニットと、
前記マグネットユニットのマグネットに対向するように配置したコイルユニットと、を備え、
前記マグネット取付板を形成する水平基板の下面両側縁部が、
前記ケーシングの底面のスライドベースに前記軸心方向に沿って並設した２本のガイドレールにガイドされるとともに、
前記マグネット取付板を形成する前記垂直基板の突出部が、
前記ケーシングの上面に前記軸心方向に沿って形成したスライド溝から突出し、かつ、
前記ケーシングの上面に前記軸心方向に沿って設けたガイドブロックにガイドされることにより、
前記コイルユニットの励磁，消磁に基づき、前記コイルユニットの間を前記マグネットユニットが往復移動する構成としてある。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、リニアアクチュエータのマグネット取付板を磁力で、高精度、かつ、高速で往復移動させることができる。このため、例えば、タフティングマシーンの生産性を高めることができる。
また、耐久性の低いボールネジを使用しないので、ボールネジの劣化による交換を必要とせず、メンテナンス期間が長くなり、メンテナンスに手間がかからない。
【０００７】
さらに、本発明によれば、マグネット取付板の水平基板を介して支持できる。このため、安定した往復動作を行うことにより、高精度、かつ、高速のリニアアクチュエータが得られる。
【０００８】
本発明の異なる実施形態としては、前記コイルユニットは、外向き面に冷却フィンを配置しておいてもよい。
【０００９】
本実施形態によれば、コイルユニットの発熱を効率的に排出して冷却でき、発熱による不具合を回避できる。
【００１０】
本発明に係るタフティングマシーンは、前記リニアアクチュエータを、ニードルバーを軸心方向に往復移動させるための駆動源とした構成としてある。
【００１１】
本発明によれば、リニアアクチュエータのマグネット取付板を磁力で、高精度かつ高速で往復移動させることができる。このため、生産性の高いタフティングマシーンが得られる。
また、耐久性の低いボールネジを使用しないので、ボールネジの劣化による交換を必要とせず、メンテナンス期間が長くなり、メンテナンスに手間のかからないタフティングマシーンが得られる。
【００１２】
本発明の異なる実施形態としては、複数本のニードルバーを並設しておいてもよい。
本実施形態によれば、高い生産性で複雑な模様を有するカーペットを生産できるタフティングマシーンが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願発明に係るリニアアクチュエータの実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示したリニアアクチュエータの正面図である。
【図３】図２に示したIII-III線断面図である。
【図４】図２に示したIV-IV線断面図である。
【図５】図１に示したリニアアクチュエータから防塵カバーを外した状態を示す斜視図である。
【図６】図５に示したリニアアクチュエータを異なる角度から見た斜視図である。
【図７】図５に示したリニアアクチュエータを別の角度から見た斜視図である。
【図８】図１に示したケーシング単体の斜視図である。
【図９】図１に示したマグネットユニットの斜視図である。
【図１０】図９に示したマグネット取付板の斜視図である。
【図１１】図１に示したコイルユニット単体の斜視図である。
【図１２】図１１に示したコイルユニットの分解斜視図である。
【図１３】本願発明に係るリニアアクチュエータを取り付けたタフティングマシーンを示す斜視図である。
【図１４】図１３に示したタフティングマシーンから横フレームを外した状態を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示したタフティングマシーンを異なる角度から見た斜視図である。
【図１６】図１５に示したタフティングマシーンの要部拡大斜視図である。
【図１７】図１４に示した縦フレーム内に配置される偏心クランク機構の動作前を示す拡大断面図である。
【図１８】図１８に示した偏心クランク機構の動作後を示す拡大断面図である。
【図１９】タフティングマシーンを操作するための電気機器の接続を示すブロック図である。
【図２０】タフティングマシーンの要部を示す概略図である。
【図２１】図２０に示した概略図の要部拡大図である。
【図２２】図２１に示した要部拡大図の部分拡大図である。
【図２３】図２２に示した部分拡大図の製造工程に連続する次工程を示す部分拡大図である。
【図２４】図２３に示した部分拡大図の製造工程に連続する次工程を示す部分拡大図である。
【図２５】図２４に示した部分拡大図に製造工程に連続する次工程を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係るリニアアクチュエータの実施形態を図１ないし図１２の添付図面に従って説明する。
なお、本実施形態に係るリニアアクチュエータ１０は、例えば、図１３ないし図２５に示すように、後述するタフティングマシーン６０に適用できるものである。
【００１５】
前記リニアアクチュエータ１０は、図８ないし図１０に示すように、ケーシング２０と、マグネットユニット４０と、一組のコイルユニット５０，５０と、で構成されている。
【００１６】
ケーシング２０は、図８に示すように、断面方形の筒状のケーシング本体２１からなり、前記ケーシング本体２１のＸ軸方向の一端部側に貫通孔２２を有する取付板２３を設けてある。また、ケーシング本体２１は、その下面にマグネットユニット４０を取り付けるための取付口２４が設けられている一方、その上面にスライド溝２５が形成されている。そして、ケーシング本体２１の両側側面には、コイルユニット５０，５０を取り付けるための取付口２６，２７がそれぞれ設けられている。さらに、前記取付板２３とスライド溝２５との間に取付口２８が設けられている。
なお、ケーシング２０は前述の形状に限らず、形鋼を組み合わせて形成してもよく、必要に応じて外形形状を変更できることは勿論である。
【００１７】
前記ケーシング本体２１の上面には、図５および図６に示すように、ロータリーエンコーダ３０およびリニアエンコーダ３４が配置されている。ケーシング本体２１の上面にロータリーエンコーダ３０などが配置されているので、組立作業および調整作業が容易であるという利点がある。
【００１８】
ロータリーエンコーダ３０は、図５に示すように、カップリング部材３１を介して連結軸３２に連結されている。前記連結軸３２はボールネジ３３に挿通されている。前記ボールネジ３３は、ケーシング本体２１のスライド溝２５から突出する後述するマグネット取付板４１の突出部４４に固定されている。このため、前記マグネット取付板４１がＸ軸方向に往復移動すると、ボールネジ３３が連結軸３２を回動し、ロータリーエンコーダ３０がマグネット取付板４１の変位を検出する。
【００１９】
リニアエンコーダ３４は、図６に示すように、スケールベース３５と、検出ヘッド３６とで構成されている。スケールベース３５は、前記マグネット取付板４１の突出部４４に取り付けられている。また、検出ヘッド３６は、前記スケールベース３５と対向するようにケーシング本体２１の上面に固定されている。このため、マグネット取付板４１が往復移動すると、スケールベース３５も往復移動し、検出ヘッド３６がマグネット取付板４１の変位を検出する。
【００２０】
前記ケーシング本体２１の上面には、ガイドブロック３８が固定されている。前記ガイドブロック３８は、前記マグネット取付板４１の突出部４４に取り付けたガイドレール３７に係合している。このため、Ｘ軸方向にスライド可能なマグネット取付板４１は前記ガイドブロック３８に位置規制され、正確な往復移動を行う。なお、図１に示すように、ケーシング本体２１の上面は防塵カバー１１で被覆されている。
【００２１】
マグネットユニット４０は、図９および図１０に示すように、断面逆Ｔ字形状のマグネット取付板４１と、その両側面に３枚のマグネット４５ａ，４５ｂ，４５ｃをそれぞれ取り付けてある。
マグネット取付板４１は、水平基板４２の上面中央に垂直基板４３を立設した断面逆Ｔ字形状を有している。垂直基板４３には、図１０に示すように、軽量化のために一対の貫通孔４３ａ，４３ａを設けてある。また、垂直基板４３の上端面の略中央部に突出部４４を突設してある。前記突出部４４の上端縁部の両面には、前述のスケールベース３５と、ガイドレール３７とを平行にそれぞれ取り付けてある。そして、前記マグネット取付板４１の水平基板４２の底面には、図１０に示すように、スライドブロック４６が同一直線上に均等な間隔で３個ずつ、２列に配置されている。
また、マグネットユニット４０は、図９に示すように、スライドベース４７に並設した２本のガイドレール４８，４８に、前記スライドブロック４６を介してスライド可能に搭載されている。
さらに、マグネットユニット４０は、図５および図６に示すように、駆動軸７２を連結するため、マグネット取付板４１のＸ軸方向の一端部側にクランプ部材４９を取り付けてある。
【００２２】
なお、マグネット取付板４１は断面逆Ｔ字形状を有する場合にかぎらず、断面Ｔ字形状，断面Ｉ字形状あるいは断面Ｈ字形状であってもよい。断面Ｉ字形状であれば、スライドブロック４６等の部品点数，組立工数を減らすことができ、軽量化できる。また、断面Ｈ字形状のマグネット取付板であれば、４ヶ所にマグネットを取り付けられるので、高出力のリニアアクチュエータが得られるという利点がある。
【００２３】
コイルユニット５０は、図１１ないし図１２に示すように、コイル取付板５１を間に、コイルユニット本体５２と、冷却フィン５３とで挟持するように一体化してある。コイル取付板５１は、図１２に示すように、コイルユニット本体５２が生ずる熱を冷却フィン５３を介して効率的に放熱できるように枠組構造を有している。
【００２４】
前記リニアアクチュエータ１０の組立について説明する。
ケーシング本体２１の取付口２４から、スライドベース４７に搭載されたマグネットユニット４０を挿入し、スライド溝２５からマグネット取付板４１の突出部４４を突出させて位置決めする。そして、ケーシング本体２１の底面にスライドベース４７を固定する。
さらに、スライド溝２５から突出した突出部４４の上端縁部にスケールベース３５およびガイドレール３７を取り付ける。ついで、ケーシング本体２１の上面に、検出ヘッド３６を取り付け、リニアエンコーダ３４を組み立てる。さらに、前記ガイドレール３７に係合したガイドブロック３８を、前記ケーシング本体２１の上面に固定する。
前記突出部４４にボールネジ３３を固定し、前記ボールねじ３３に挿通した連結軸３２を、カップリング部材３１を介し、ロータリーエンコーダ３０に連結する。
【００２５】
ついで、ケーシング本体２１の両側の取付口２６，２７からコイルユニット５０，５０をそれぞれ組み付けて固定する。最後に、ケーシング本体２１の取付口２６，２７，２８を介し、マグネット取付板４１の垂直基板４３のＸ軸方向の一端部側にクランプ部材４９を固定することにより（図１）、組立作業が完了する。
本実施形態によれば、ケーシング本体２１内にマグネットユニット４０を位置決めして固定した後、ケーシング本体２１の両側からコイルユニット５０，５０を組み付ける構成としてある。このため、組立性に優れているだけでなく、調整しやすい小型のリニアアクチュエータが得られる。特に、本願発明に係るリニアアクチュエータは大きな取付面積を必要としないので、設置スペースの小さいタフティングマシーンにも取り付けられるという利点がある。
【００２６】
前記リニアアクチュエータ１０は、図３および図４に示すように、コイルユニット本体５２の励磁，消磁に基づき、コイルユニット本体５２とマグネット４５ａ，４５ｂ，４５ｃとの吸引，反発により、磁力によってマグネット取付板４１がＸ軸方向、すなわち、紙面に対して垂直方向に往復移動する。
【００２７】
次に、図１３に図示するように、前述の実施形態に係るリニアアクチュエータ１０をタフティングマシーン６０に取り付けた場合について説明する。前記タフティングマシーン６０は、１本のニードルバー９０をＸ軸方向に往復移動させてループを形成するタイプである。
前記タフティングマシーン６０は、一対の縦フレーム６１，６２の間に断面Ｕ字形状の横フレーム６３を架け渡した略門型を有する。そして、前記縦フレーム６１，６２の対向する外向面のうち、縦フレーム６２の外向面に前記リニアアクチュエータ１０を取り付けてある。
【００２８】
前記横フレーム６３内には、図１４に示すように、一対の縦フレーム６１，６２の間に架け渡したメインシャフト７０、ニードルシャフト８０が収納されている。
メインシャフト７０は、図示しないモータおよびベルトを介して一方向に高速回転する。そして、メインシャフト７０の回転動作は、縦フレーム６２内に配置されている偏心カム機構（図１７および図１８参照）を介し、ニードルシャフト８０を正逆方向に交互に回転させる。
【００２９】
前記縦フレーム６２内に収納された偏心カム機構は、図１７および図１８に示すように、メインシャフト７０はニードルカム６５に対して偏心する位置に挿通されている。このため、メインシャフト７０が一方向に回転すると、ベアリング６６を介してニードルカムアーム６７が揺動する。そして、ニードルカムアーム６７の先端に設けたピン６７ａが、ニードルレバー６８の湾曲するガイド溝６８ａ内を往復移動する。この結果、ニードルレバー６８が上下に揺動するので、ニードルレバー６８に取り付けられたニードルシャフト８０が正逆方向に交互に回転する。
【００３０】
ニードルシャフト８０は、図１６に図示するように、所定の間隔に配置したクランク機構８１を介してプッシュロッド８２に接続されている。プッシュロッド８２の下端にはニードルバーキャリア８４が取り付けられている。ニードルバーキャリア８４は２本のスライドバー９３，９３をスライド可能に挿通してある。２本の前記スライドバー９３，９３の両端はガイドブラケット９２，９２を介してニードルバー９０に連結されている。そして、前記ニードルバー９０には、多数本のニードル９１が同一直線上に並設されている。このため、前記ニードルバー９０は上下に往復移動可能であるとともに、Ｘ軸方向にも往復移動可能に支持されている。この結果、プッシュロッド８２が上下に往復移動すると、ニードルバー９０およびニードル９１が上下に往復移動する。
なお、プッシュロッド８２は前述の横フレーム６３内で固定されたプッシュロッドハウジング８３を介して支持されている。
【００３１】
図１５に示すように、縦フレーム６２に取り付けたられたリニアアクチュエータ１０のクランプ部材４９に駆動軸７２が連結されている。前記駆動軸７２は連結ブロック７３を介して連結バー７４に接続されている。そして、図１６に示すように、連結バー７４の先端には、ガイドブロック７５が固定されている。前記ガイドブロック７５は、横フレーム６３内に固定されたガイドレール６９にスライド可能に係合する一方、ニードルバーブラケット７６を介してニードルバー９０に固定されている。このため、リニアアクチュエータ１０の駆動に基づいて連結バー７４がＸ軸方向に往復移動すると、ガイドブロック７５およびニードルバーブラケット７６を介し、ニードルバー９０およびニードル９１がＸ軸方向に往復移動する。
【００３２】
ニードルバー９０の上面には、前述したように１対で１組のガイドブラケット９２，９２が、所定のピッチで複数組、固定されている。一対のガイドブラケット９２，９２の間には２本のスライドバー９３，９３が平行に架け渡されている。そして、２本のスライドバー９３，９３には、前述したようにニードルバーキャリア８４がスライド自在に挿通されている。したがって、ニードルバーキャリア８４はニードルバー９０に直接接触していない。
【００３３】
なお、ニードルバー９０は、その下面に複数本のニードル９１を同一直線上に１列に配置してあるが、ニードル９１の配置は必ずしも１列である必要はない。必要に応じ、例えば、２列あるいは、３列に配置してもよい。また、ニードルバー９０は必ずしも１本である必要はなく、複数本を並設してもよい。
【００３４】
前述のリニアアクチュエータ１０は、図１９に示すブロック図のように接続されている。
すなわち、電源１１０は配線用遮断器１１１を介してノイズフィルター１１２に接続されている。ノイズフィルター１１２は主ドライバーボード１１３と、電磁接触器を１１４介して副ドライバーボード１１５に接続されている。ＰＣ１１６にも接続されている主ドライバーボード１１３はメインシャフト位置検出エンコーダー１１７に接続されているとともに、前記副ドライバーボード１１５にも接続されている。前記副ドライバーボード１１５は回生抵抗器１１８を備え、零相リアクトル１１９を介してリニアアクチュエータ１０に接続されている。
なお、前記メインシャフト位置検出エンコーダー１１７は、例えば、縦フレーム６２の外向面に配置され、図示しないタイミングプーリおよびタイミングベルトを介してメインシャフト７０に接続され、メインシャフト７０の回転状況を検出し、主ドライバーボード１１３に検出結果を送信する。このため、ＰＣ１１０でメインシャフト７０の回転状況をリアルタイムでチェックすることができる。
【００３５】
次に、図２０ないし図２５に基づき、タフティングマシーン６０とリニアアクチュエータ１０との連動動作につい説明する。
図２０に図示するように、第１ロール１００から引き出された基布１０１に糸１０２，１０３を縫い込んでループ１０４を形成されたカーペットが第２ロール１０５に巻き取られる。糸１０２はガイドプレートのガイド孔を介して引き出され、ニードル９１の針孔に挿通され、基布１０１に縫い込まれる。
【００３６】
図示しないモータの回転をベルトを介してメインシャフト７０が一方向に回転すると、図１７および図１８に図示した偏心カム機構を介し、ニードルシャフト８０が正逆方向に交互に回転する。このため、図２１に示すように、ニードルシャフト８０に取り付けたクランク機構８１を介してプッシュロッド８２が上下に往復移動する。この結果、プッシュロッド８２の先端側に位置するニードルバー９０およびニードル９１が往復移動し、基布１０１に糸１０２が連続的に縫い込まれる（図２２）。
【００３７】
なお、図２１においてニードル９１の右側に位置するプレッサーフット９８は基布１０１およびカーペットの浮き上りを防止するためのものである。このプレッサーフット９８は、ラックおよびピニオンを介し、上下に移動させることにより、調整可能となっている。
ニードル９１を並設したニードルバー９０は、ニードルバーキャリア８４およびスライドバー９３，９３を介して紙面に対して垂直方向に往復移動可能に支持されている。
【００３８】
ニードル９１の直下に位置するルーパ９７は回動可能なルーパブロック９６に取り付けられている。
フィンガープレート９４には多数本のフィンガー部９５が並設されている。そして、隣り合うフィンガー部９５，９５の間にニードル９１が１本ずつ下降するように配置されている。
【００３９】
図２２は、ニードル９１が下降して並設されたフィンガー部９５，９５の間を通過して基布１０１を貫通し、最も低い位置である下死点に到達した後、ニードル９１が上昇しようとする直前の状態を図示している。このため、ガイドプレートのガイド孔を介して張り渡された糸１０２が最下点まで引き下げられた状態にある。このとき、ニードル９１と糸１０２との間にルーパ９７が入り込んでおり、ルーパ９７が糸１０２に係止可能となっている。
【００４０】
図２３および図２４に示すように、ニードル９１が引き上げられ、基布１０１から引き抜かれても、前記ルーパ９７が糸１０２に係止したままの状態を維持する。このため、糸１０２が引き戻されることなく、所定の高さのループ１０４を形成できる。そして、ニードル９１が基布１０１から引き抜かれた直後に、形成しようとする模様に応じ、リニアアクチュエータ１０の駆動によってニードルバー９０が紙面に対して直交方向に適宜、移動する。
【００４１】
さらに、図２５に示すように、ニードル９１が再び下降し始めると、ルーパ９７が逆方向に回転して元の位置に復帰し、ニードル９１との衝突を回避する。
以後、同様な動作を繰り返すことにより、ループ１０４を形成しつつ、模様を有するカーペットが完成する。
【００４２】
前述の実施形態では、１台のタフティングマシーンに１台のリニアアクチュエータを取り付け、１本のニードルバーを軸心方向に往復移動させる場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば、タフティングマシーンの２本の縦フレームにリニアアクチュエータをそれぞれ取り付け、並設した２本のニードルバーを軸心方向にそれぞれ往復移動させてもよい。
また、前述の実施形態では、ループパイルを形成するルーパについて説明した。しかし、これに限らず、例えば、カットパイルまたはカットアンドループパイルを形成するルーパに適用してもよい。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
実施形態に係るリニアアクチュエータを、既存のタフティングマシーンに取り付けて駆動し、駆動限界を調べた。
既存のタフティングマシーンのメインシャフトを、そのタフティングマシーンの限界値である最大回転数１１４２ｒｐｍで回転し、ニードルバーを上下運動させた。本願発明に係るリニアアクチュエータによって駆動されるニードルバーの軸心方向の往復運動が、何の問題もなく、追随できることを確認できた。
【００４４】
（比較例１）
サーボモータ（安川電機製  ＳＧＭＧＶ−４４ＤＤＡ２１）と、ボールネジ（ＴＨＫ製  ＢＬＫ３２３２−３．６）とを組み合わせて構成したアクチュエータを、既存のタフティングマシーンに取り付けた。そして、実施例１と同様に駆動した。メインシャフトの回転数が６００ｒｐｍを超え始めると、異常音が発生し始め、ニードルバーの上下運動に、ニードルバーの軸心方向の往復運動が追随できないことが判った。
【００４５】
以上の実験から、本願発明のリニアアクチュエータを使用すれば、既存のアクチュエータを使用した場合よりも、少なくとも２倍以上の回転数でメインシャフトを回転できることが判った。このため、本願発明のリニアアクチュエータを使用すれば、タフティングマシーンの生産性が著しく向上することが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
前述の実施形態では、タフティングマシーンに適用する場合について説明したが、他の製造機器に使用してもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  リニアアクチュエータ
１１  防塵カバー
２０  ケーシング
２１  ケーシング本体
２２  貫通孔
２３  取付板
２４  取付口
２５  スライド溝
２６  取付口
２７  取付口
２８  取付口
３０  ロータリーエンコーダ
３１  カップリング部材
３２  連結軸
３３  ボールネジ
３４  リニアエンコーダ
３５  スケールベース
３６  検出ヘッド
３７  ガイドレール
３８  ガイドブロック
４０  マグネットユニット
４１  マグネット取付板
４２  水平基板
４３  垂直基板
４４  突出部
４５ａ  マグネット
４５ｂ  マグネット
４５ｃ  マグネット
４６  スライドブロック
４７  スライドベース
４８  ガイドレール
４９  クランプ部材
５０  コイルユニット
５１  コイル取付板
５２  コイルユニット本体
５３  冷却フィン
６０  タフティングマシーン
６１  縦フレーム
６２  縦フレーム
６３  横フレーム
７０  メインシャフト
７１  ディスクブレーキ
７２  駆動軸
７３  連結ブロック
７４  連結バー
７５  ガイドブロック
７６  ニードルバーブラケット
８０  ニードルシャフト
８１  クランク機構
８２  プッシュロッド
８３  プッシュロッドハウジング
８４  ニードルバーキャリア
９０  ニードルバー
９１  ニードル
９２  ガイドブラケット
９３  スライドバー
９４  フィンガープレート
９５  フィンガー部
９６  ルーパブロック
９７  ルーパ
１００  第１ロール
１０１  基布
１０２  糸
１０４  ループ
１０５  第２ロール
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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