(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース手段と、
前記ベース手段に連結された回転駆動源と、
前記ベース手段の長手方向に沿って延在し、該ベース手段に支持されたチューブ部材と、
前記チューブ部材の内部に沿って変位自在に設けられた内部移動体と、
前記チューブ部材の外部に設けられ、内部移動体との磁気結合作用下に前記内部移動体と一体的にチューブ部材に沿って変位する外部移動体と、
第１プーリと第２プーリとの間に懸架され、前記回転駆動源の駆動作用下に内部移動体を変位させるベルトを含み、前記回転駆動源の回転駆動力を前記内部移動体に伝達する回転駆動力伝達手段と、
前記ベース手段の長手方向に沿って連設され、前記チューブ部材を支持する支持用リブと、
を備え、
前記チューブ部材の内壁面には、前記支持用リブと同様に略水平方向に沿って延在し幅狭且つ薄肉に形成された回り止め用プレートが一体的に膨出形成され、前記回り止め用プレートが、前記内部移動体の外周面に形成された長溝に係合されるとともに、前記ベルトが、前記チューブ部材の内部に挿通されて密封されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記ベース手段には、前記チューブ部材の内部に形成された一方の室と、他方の室とを連通させる連通路が形成されることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記連通路は、外部と遮断された閉塞通路からなることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１記載のリニアアクチュエータにおいて、
前記チューブ部材の外周面に対して外部移動体を非接触状態に支持するガイド手段が設けられることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転駆動源の駆動作用下にチューブ部材の孔部に沿って内部移動体を往復運動させることにより、前記チューブ部材の外部に設けられたスライダを含む外部移動体を前記内部移動体と一体的に変位させることが可能なリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、ワーク等の搬送あるいは位置決め等の手段としてマグネット式ロッドレスシリンダが用いられている。このマグネット式ロッドレスシリンダは、シリンダチューブ内に供給される圧力流体の作用下に該シリンダチューブの孔部に沿って往復運動するピストン部と、前記シリンダチューブの外周面を囲繞するスライダ部とを有し、前記ピストン部とスライダ部とにそれぞれ組み込まれた磁石の磁力によってピストン部の運動をスライダ部に伝達して前記ピストン部およびスライダ部が一体的に変位するものである。
【０００３】
ところで、本出願人は、シリンダチューブに支持用リブを設け、スライダの変位範囲を拡大してもシリンダチューブとスライダとを非接触状態に保持することができ、発塵を低減することにより、例えば、医療、食品、半導体製造工程のクリーンルーム等の清浄性が要求される環境において好適に使用することが可能なロッドレスシリンダを提案している（特開平１１−２７０５１０号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、清浄性が要求される環境において、外部移動体を任意の中間位置で停止させることができるとともに、前記外部移動体の始動時または停止時における円滑な変位動作を遂行させることが可能なリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、ベース手段と、
前記ベース手段に連結された回転駆動源と、
前記ベース手段の長手方向に沿って延在し、該ベース手段に支持されたチューブ部材と、
前記チューブ部材の内部に沿って変位自在に設けられた内部移動体と、
前記チューブ部材の外部に設けられ、内部移動体との磁気結合作用下に前記内部移動体と一体的にチューブ部材に沿って変位する外部移動体と、
前記回転駆動源の回転駆動力を前記内部移動体に伝達する回転駆動力伝達手段と、
前記ベース手段の長手方向に沿って連設され、前記チューブ部材を支持する支持用リブと、
を備え、
前記チューブ部材の内壁面には、前記支持用リブと同様に略水平方向に沿って延在し幅狭且つ薄肉に形成された回り止め用プレートが一体的に膨出形成され、前記回り止め用プレートが、前記内部移動体の外周面に形成された長溝に係合されることを特徴とする。
【０００６】
この場合、前記回転駆動力伝達手段を、回転駆動源の駆動軸に連結される送りねじ軸と、前記送りねじ軸との螺合作用下に回転運動を直線運動に変換する送りねじナットとを含むように構成し、あるいは、第１プーリと第２プーリとの間に懸架され、回転駆動源の駆動作用下に内部移動体を変位させるベルトを含むように構成するとよい。
【０００８】
さらに、ベース手段において、チューブ部材の内部に形成された一方の室と、他方の室とを連通させる連通路を形成し、前記連通路を外部と遮断された閉塞通路にするとよい。
【０００９】
さらにまた、前記チューブ部材の外周面に対して外部移動体を非接触状態に支持するガイド手段を設けるとよい。
【００１０】
本発明によれば、回転駆動源の回転駆動力が回転駆動力伝達手段を介して内部移動体に伝達されてチューブ部材の内部に沿って内部移動体が変位する。その際、前記内部移動体と磁気結合された外部移動体がチューブ部材に沿って一体的に変位する。従って、回転駆動源の制御作用下に、外部移動体を変位終端位置のみならず、その中間位置を含む任意の位置に停止させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１２】
図１および図２において、参照数字１０は、本発明の実施の形態に係るロッドレスシリンダを示す。
【００１３】
このロッドレスシリンダ１０は、基本的には、軸線方向に沿った両端部に一組のエンドブロック１２ａ、１２ｂが連結された長尺なベース部材１４と、ハウジング１６内に収納され一方のエンドブロック１２ｂに連結される回転駆動源１８と、前記ベース部材１４の中心軸に略直交する一方の側部側に偏位して設けられ、前記回転駆動源１８の駆動作用下にチューブ部材２０に沿って変位する内部移動体２２および外部移動体２４を有する変位機構２６とを含む。なお、前記ベース部材１４および一組のエンドブロック１２ａ、１２ｂは、ベース手段として機能するものである。
【００１４】
また、前記ロッドレスシリンダ１０は、前記回転駆動源１８の回転駆動力を前記内部移動体２２に伝達するとともに回転運動を内部移動体２２の直線運動に変換する回転駆動力伝達機構（回転駆動力伝達手段）２８と、前記ベース部材１４の中心軸に略直交する他方の側部側に偏位して設けられ、前記外部移動体２４を直線状に案内するガイド機構（ガイド手段）３０とを備える。
【００１５】
なお、回転駆動源１８が収納されるハウジング１６は、防音機能を有するとともに、外部に対して塵埃等が導出されることを防止する機能を営む。
【００１６】
前記ベース部材１４は、図３に示されるように、長手方向に沿って互いに略平行となるように形成された一組の側部３２ａ、３２ｂを有し、所定間隔離間する一方の側部３２ａと他方の側部３２ｂとの間には、チューブ部材２０の外周面に対応して湾曲する湾曲部３４と略平坦な平面部３６とが形成される。前記平面部３６には、ガイド機構３０を構成し、ベース部材１４の軸線方向に沿って延在する直線状のガイドレール３８と、後述するスライダ４０に連結され前記ガイドレール３８に沿って摺動するガイドブロック４２とが設けられる。
【００１７】
前記回転駆動力伝達機構２８は、図２に示されるように、カップリング部材４４を介して回転駆動源１８の駆動軸１８ａと略同軸状に連結され、チューブ部材２０の内部を貫通する滑りねじ軸（送りねじ軸）４６と、前記滑りねじ軸４６に螺合するねじ孔が形成された滑りねじナット（送りねじナット）４８とを含む。前記滑りねじ軸４６の一端部は、一方のエンドブロック１２ａ側に配設された第１ベアリング部材５０ａによって回動自在に軸支され、他端部は、他方のエンドブロック１２ｂ側に配設された第２ベアリング部材５０ｂによって回動自在に軸支される。
【００１８】
一組のエンドブロック１２ａ、１２ｂの間には、ベース部材１４の軸線方向に沿って延在する略円筒状のチューブ部材２０の両端部がそれぞれ連結され、前記チューブ部材２０は、略水平方向に沿って延在し該チューブ部材２０と一体的に形成された支持用リブ５２によって支持される（図３参照）。前記チューブ部材２０の一端部は、一方のエンドブロック１２ａの凹部５４ａ内に固着された第１閉塞部材５６ａによって閉塞され、該チューブ部材２０の他端部は、他方のエンドブロック１２ｂの凹部５４ｂに固着された第２閉塞部材５６ｂによって閉塞される（図２参照）。
【００１９】
なお、前記第１および第２閉塞部材５６ａ、５６ｂは、それぞれ第１および第２ベアリング部材５０ａ、５０ｂを保持するベアリング受け部材としての機能をも併有する。また、チューブ部材２０に対する第１および第２閉塞部材５６ａ、５６ｂの挿入部位には、室５８内の気密性を保持するために環状溝を介してシール部材６０が装着される。
【００２０】
前記第１および第２閉塞部材５６ａ、５６ｂによって閉塞されたチューブ部材２０の室５８内には、内部移動体２２が該チューブ部材２０の孔部に沿って摺動自在に設けられ、前記室５８は内部移動体２２によって一方の室５８ａと他方の室５８ｂとに分割される。
【００２１】
図３に示されるように、ベース部材１４の一方の側部３２ａの内壁面には、長手方向に沿って延在する長溝６２が形成され、前記長溝６２には支持用リブ５２に形成された係合部５２ａが挿入される。前記係合部５２ａは断面略矩形状に形成され、ベース部材１４の側部３２ａにねじ止めされる一組の固定プレート６４ａ、６４ｂの段部の間に挟圧される。この結果、一組の固定プレート６４ａ、６４ｂを介して支持用リブ５２がベース部材１４の側部３２ａに対して強固に固定される。
【００２２】
前記内部移動体２２は、図２に示されるように、滑りねじ軸４６との螺合作用下に該滑りねじ軸４６の回転運動を直線運動に変換する滑りねじナット４８と、前記滑りねじナット４８の外周面に軸線方向に沿って交互に装着される複数のリング部材６８および駆動用磁石７０とを含む。この場合、前記滑りねじナット４８は、例えば、合成樹脂等の非磁性材料によって形成され、前記リング部材６８は、例えば、鉄等の磁性材料によって形成されると好適である。
【００２３】
また、駆動用磁石７０は、それぞれ一方の面がＮ極、他方の面がＳ極に着磁され、リング部材６８を間にして隣接する駆動用磁石７０は、互いにその極性が反対方向となるように配設される。従って、隣接するリング部材６８の外周には、図示しないＮ極、Ｓ極の磁界が交互に発生する。
【００２４】
前記複数のリング部材６８および駆動用磁石７０は、滑りねじナット４８の一端部に膨出形成されたフランジ部４８ａとスペーサ７２との間で挟持され、さらに滑りねじナット４８の端部に嵌合されるロックナット７４によって一体的に連結される。
【００２５】
内部移動体２２（滑りねじナット４８、リング部材６８、駆動用磁石７０およびスペーサ７２）の外周面には、図３に示されるように、断面略矩形状からなり、滑りねじ軸４６の軸線と略平行に延在する長溝７６が形成される。チューブ部材２０の内壁面には、図４に示されるように、支持用リブ５２と同様に略水平方向に沿って延在し幅狭且つ薄肉に形成された回り止め用プレート７８が一体的に膨出形成され、前記回り止め用プレート７８が前記長溝７６が係合することにより、該内部移動体２２の回り止め機能が達成される。なお、前記回り止め用プレート７８を、例えば、合成樹脂等の材料によって別体で形成してチューブ部材２０の内壁面に固着してもよい。
【００２６】
外部移動体２４は、図３に示されるように、ガイドレール３８に沿って摺動変位するガイドブロック４２が下部側に連結され、チューブ部材２０の外周面と非接触状態で該チューブ部材２０に沿って変位するスライダ４０を含む。前記スライダ４０の下部側には、チューブ部材２０の外周面を覆うように湾曲部４０ａが形成され、前記湾曲部４０ａには、図２に示されるように、断面略Ｃ字状に形成され磁性体からなるヨーク８０と、被駆動用磁石８２とが交互に配設される。複数の前記ヨーク８０および被駆動用磁石８２は、スペーサ８４によって挟持される。前記スライダ４０の端部には、ヨーク８０、被駆動用磁石８２およびスペーサ８４の脱落を防止するための一組のエンドプレート８６ａ、８６ｂが固着される。
【００２７】
前記スライダ４０の上部には上方に突出する一組の取付部８８ａ、８８ｂが形成され、前記取付部８８ａ、８８ｂには複数のワーク取付用ねじ孔９０が形成される。
【００２８】
一組のエンドブロック１２ａ、１２ｂの間にはトップカバー９６（図３参照）が着脱自在に連結され、スライダ４０の一組の取付部８８ａ、８８ｂは、トップカバー９６の側部から上方に向かって突出するように設けられる。従って、チューブ部材２０およびガイド機構３０等は、ベース部材１４の側部３２ａ、３２ｂやトップカバー９６によって形成される内部空間内に収納されるように設けられているため、外部に塵埃等が飛散することを抑制することができる。
【００２９】
一組のエンドブロック１２ａ、１２ｂには、図５乃至図７に示されるように、内部移動体２２によってチューブ部材２０内の孔部が二分された一方の室５８ａに連通する第１通路９８と、他方の室５８ｂに連通する第２通路１００とがそれぞれ形成され、前記第１通路９８に連通する第１ポート１０２および前記第２通路１００に連通する第２ポート１０４は、一組のプラグ部材１０６ａ、１０６ｂによってそれぞれ閉塞されている。また、ベース部材１４には、一方のエンドブロック１２ａに形成された第１通路９８と他方のエンドブロック１２ｂに形成された第２通路１００とをそれぞれ連通させる第１連通路１０８ａおよび第２連通路１０８ｂが略平行に設けられている。
【００３０】
この場合、内部移動体２２によって二分されるチューブ部材２０内の一方の室５８ａと他方の室５８ｂとは、前記第１連通路１０８ａおよび第２連通路１０８ｂを介して、常時、連通状態にあり、しかも、プラグ部材１０６ａ、１０６ｂによって第１および第２ポート１０２、１０４が閉塞されることにより、チューブ部材２０内に残存するエアーが外部に排気されることが阻止される。
【００３１】
本発明の実施の形態に係るロッドレスシリンダ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３２】
図示しない電源を付勢し回転駆動源１８の駆動作用下にその駆動軸１８ａを所定方向に回動させる。前記回転駆動源１８の回転駆動力は、前記駆動軸１８ａに連結された滑りねじ軸４６に伝達され、前記滑りねじ軸４６に螺合する滑りねじナット４８によって回転運動が直線運動に変換される。
【００３３】
従って、滑りねじナット４８に連結された内部移動体２２は、前記滑りねじナット４８と一体的にチューブ部材２０の孔部に沿って変位する。その際、内部移動体２２を構成する駆動用磁石７０の変位に伴って、前記駆動用磁石７０と磁気的に結合されたヨーク８０が吸引され、内部移動体２２と、スライダ４０を含む外部移動体２４とがチューブ部材２０に沿って一体的に変位する。
【００３４】
チューブ部材２０の孔部に沿って内部移動体２２が変位する際、変位方向側の一方の室５８ｂに残存するエアーは、第２通路１００（または第１通路９８）に連通する第１連通路１０８ａおよび第２連通路１０８ｂを通じて他方の室５８ａ側に供給されるため、変位方向側の一方の室５８ｂに残存するエアーによる残圧が緩衝されて内部移動体２２を円滑に変位させることができる。
【００３５】
なお、前記回転駆動源１８に通電する電流の極性を逆転させることにより、内部移動体２２およびスライダ４０を含む外部移動体２４を前記とは反対方向に変位させることができる。また、滑りねじ軸４６を介して内部移動体２２に対し過大な負荷が付与された場合には、内部移動体２２と外部移動体２４との磁気結合が自動的に解除されるため、ブレーキ機構等の特別な装置を設ける必要がない。
【００３６】
本実施の形態では、駆動源としてモータ等の回転駆動源１８を用い、前記回転駆動源１８の回転駆動力が滑りねじ軸４６および滑りねじナット４８等の回転駆動力伝達機構２８を介して内部移動体２２に伝達されることにより、変位終端位置のみならず、その中間位置を含む任意の位置にスライダ４０を停止させることができる。
【００３７】
従って、図示しないコントローラから出力される制御信号（例えば、パルス信号等）によって回転駆動源１８を制御（例えば、ＰＷＭ制御）することにより、スライダ４０の停止位置を高精度にコントロールすることができる。また、スライダ４０の始動時または停止時における変位速度を低速度に制御して円滑な変位動作とすることができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、第１および第２連通路１０８ａ、１０８ｂを介して一方の室５８ｂと他方の室５８ａとを連通させ、しかもプラグ部材１０６ａ、１０６ｂによって第１および第２通路９８、１００をそれぞれ閉塞することにより、排圧を緩和して内部移動体２２を円滑に変位させることができるとともに、外部に対してエアーの排気が阻止されるため、清浄性が要求される設置環境において好適に使用することができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態では、チューブ部材２０が支持用リブ５２によって支持されているため、チューブ部材２０を長尺にしてスライダ４０の変位量を増大させた場合であっても、該チューブ部材２０が撓曲することがなく、スライダ４０の変位量を容易に拡大させることができる。その際、チューブ部材２０と外部移動体２４を構成する被駆動用磁石８２、ヨーク８０等が非接触状態に設けられているため、塵埃の発生を阻止して清浄性が要求される設置環境において好適に使用することができる。
【００４０】
さらにまた、本実施の形態では、支持用リブ５２がベース部材１４の側部３２ａの内壁に沿って略水平方向に延在しているため、装置全体の高さ方向の寸法を抑制し、且つ低重心で安定した変位動作を営むことができる。
【００４１】
なお、ベース部材１４に形成された第１および第２連通路１０８ａ、１０８ｂを遮断するとともに、プラグ部材１０６ａ、１０６ｂを取り除き、第１ポート１０２または第２ポート１０４からエアーを供給することにより、回転駆動源１８の補助的な駆動源として機能させることもできる。
【００４２】
エアーを補助動力源とすることにより、小型軽量化且つ低電力化された回転駆動源１８を使用することができるとともに、ロッドレスシリンダ１０を鉛直方向に沿って立設させて使用した場合にスライダ４０を上昇させるトルク補助手段として機能させることができる。
【００４３】
次に、本発明の他の実施の形態に係るロッドレスシリンダ１１０を図８および図９に示す。なお、前記の実施の形態と同一の構成要素には同一の参照数字を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
この他の実施の形態では、回転駆動力伝達機構１１２としてタイミングベルト１１４を用いて内部移動体１１６を変位させている点で前記実施の形態と異なる。
【００４５】
すなわち、一方のエンドブロック１１８側に回転駆動源１８の駆動軸１８ａに第１プーリ１２０を連結し、他方のエンドブロック１２２側にベアリング１２４を介して第２プーリ１２６を回転自在に軸支し、前記第１プーリ１２０と第２プーリ１２６とをタイミングベルト１１４によって懸架している。
【００４６】
なお、前記タイミングベルト１１４は、大径な第１チューブ部材２０および小径な第２チューブ部材１２８によってそれぞれ密封状態とされるため、外部に対する塵埃等の発生が阻止され、清浄性が要求される設置環境で好適に使用することができる。
【００４７】
このように、タイミングベルト駆動とすることにより、滑りねじ方式と比較してスライダ４０の変位量を増大してロングストロークとすることができるとともに、結合用の内部移動体１１６にねじ部を貫通させる必要がないことから、内部移動体１１６をユニット化して小型にすることができるという利点が得られる。
【００４８】
なお、その他の作用効果は、前記実施の形態と同一であるため、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００５０】
すなわち、回転駆動源の制御作用下に、外部移動体を任意の中間位置で停止させることができるとともに、前記外部移動体の始動時または停止時における円滑な変位動作を遂行させることができる。
【００５１】
また、チューブ部材の外部移動体とが非接触状態に設けられているとともに、チューブ部材内のエアーが外部に排気されるのが阻止されるため、塵埃の発生を阻止して清浄性が要求される設置環境において好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るロッドレスシリンダのトップカバーを外した状態における平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った一部省略縦断面図である。
【図３】トップカバーを含む図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図である。
【図５】図１の一部省略横断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った縦断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った縦断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係るロッドレスシリンダの軸線方向に沿った縦断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った縦断面図である。
【符号の説明】
１０、１１０…ロッドレスシリンダ    １４…ベース部材
１８…回転駆動源                    ２０、１２８…チューブ部材
２２、１１６…内部移動体            ２４…外部移動体
２６…変位機構                      ２８、１１２…回転駆動力伝達機構
３０…ガイド機構                    ３２ａ、３２ｂ…側部
３８…ガイドレール                  ４０…スライダ
４２…ガイドブロック                ４６…滑りねじ軸
４８…滑りねじナット                ５２…支持用リブ
５６ａ、５６ｂ…閉塞部材            ５８、５８ａ、５８ｂ…室
６２、７６…長溝                    ６８…リング部材
７０…駆動用磁石                    ７８…回り止め用プレート
８０…ヨーク                        ８２…被駆動用磁石
９８、１００…通路                  １０２、１０４…ポート
１０６ａ、１０６ｂ…プラグ部材      １０８ａ、１０８ｂ…連通路
１１４…タイミングベルト
【図１】
0004491702.tif 000002
【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】
0004491702.tif 000008
【図８】
0004491702.tif 000009
【図９】
0004491702.tif 000010