(57)【要約】【課題】主軸受が高速で移動し且つ急激に加速又は減速される場合でも、運動性能及び加減速への追従性に優れ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、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、両プーリ１，２の間に掛け渡された無端ベルト３と、回転自在に支持された２つの副従動プーリ８，８と、副従動プーリ８，８の間に掛け渡された副無端ベルト９と、軸方向に延びるガイドレール４と、無端ベルト３に接続され無端ベルト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主軸受５と、を備えている。無端ベルト３の内側に配された副無端ベルト９の外周面には、周方向に沿って並ぶ複数の歯９ａが形成されており、外側の無端ベルト３の内周面に形成された歯３ａと噛み合わされている。駆動プーリ１が回転駆動されると、無端ベルト３と副無端ベルト９とが一体的に回転する。【選択図】図３
2013194822.tif 000002
【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軸方向に直線移動する主軸受と、を備えるアクチュエータであって、
回転自在に支持された２つの副従動プーリと、これら２つの副従動プーリの間に掛け渡された副無端ベルトと、をさらに備え、
前記無端ベルト及び前記副無端ベルトの一方が他方の内側に配置され、内側のベルトの外周面に形成された歯と外側のベルトの内周面に形成された歯とが噛み合い、前記無端ベルトと前記副無端ベルトとが一体的に回転するようになっていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
軸方向に延びるカウンタガイドレールと、前記主軸受が接続された側とは前記駆動プーリ及び前記従動プーリを挟んで反対側において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カウンタガイドレールに沿って軸方向に直線移動するカウンタ軸受と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
例えば製造装置には、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主軸受と、主軸受の直線移動を案内するガイドレールと、主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。主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、主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。
このようなアクチュエータにおいては、主軸受とカウンタ軸受とを逆方向に移動させることにより、加速時，減速時などに生じる主軸受の反力が抑制されるので、それにより無端ベルトの振動の抑制が図られている。
【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、このような従来のアクチュエータは、前記のような振動抑制が図られていても、主軸受が高速で移動し且つ急激に加速又は減速される場合には、微振動が発生するおそれがあった。そのため、直線移動する主軸受の運動精度が若干低下する場合があった。
通常の用途であれば、運動精度が若干低下しても大きな悪影響が生じない場合が多いが、高精度用途のアクチュエータの場合は、無端ベルトを介して主軸受に伝わる微振動が搭載物に悪影響を及ぼすおそれがあった。そのため、振動抑制のさらなる向上が求められていた。
【０００５】
特に、長尺のアクチュエータの場合は、主軸受の移動方向（軸方向）における無端ベルトの長さが大きいため、無端ベルトに撓みが生じやすい上、動作時の無端ベルトの振動が大きくなりやすかった。その結果、主軸受の真直移動性（振動の小ささ）、等速精度等の運動性能が不十分となるおそれがあった。
さらに、加速時又は減速時には、駆動力によって無端ベルトに伸びが生じて、無端ベルトの剛性が低下するおそれがあるので、加減速への追従性が不十分となるおそれがあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、主軸受が高速で移動し且つ急激に加速又は減速される場合でも、運動性能及び加減速への追従性に優れるアクチュエータ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】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明の態様は次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係るアクチュエータは、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、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軸方向に直線移動する主軸受と、を備えるアクチュエータであって、回転自在に支持された２つの副従動プーリと、これら２つの副従動プーリの間に掛け渡された副無端ベルトと、をさらに備え、前記無端ベルト及び前記副無端ベルトの一方が他方の内側に配置され、内側のベルトの外周面に形成された歯と外側のベルトの内周面に形成された歯とが噛み合い、前記無端ベルトと前記副無端ベルトとが一体的に回転するようになっていることを特徴とする。
【０００７】
また、上記アクチュエータにおいては、軸方向に延びるカウンタガイドレールと、前記主軸受が接続された側とは前記駆動プーリ及び前記従動プーリを挟んで反対側において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カウンタガイドレールに沿って軸方向に直線移動するカウンタ軸受と、をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のアクチュエータは、一体的に回転する２つの無端ベルトにより主軸受の移動が行われるので、主軸受が高速で移動し且つ急激に加速又は減速される場合でも、運動性能及び加減速への追従性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るアクチュエータを備える直線案内軸受装置の構造を示す断面図である。
【図２】図１の直線案内軸受装置の側面図である。
【図３】図１の直線案内軸受装置の要部拡大図である。
【図４】変形例のアクチュエータを備える直線案内軸受装置の構造を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係るアクチュエータの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るアクチュエータを備える直線案内軸受装置の構造を示す図であり、軸方向に沿う水平面で切断した断面図である。また、図２は、図１の直線案内軸受装置の側面図である。さらに、図３は、図１の直線案内軸受装置の各プーリと無端ベルトのみを示す拡大図である。
【００１１】
本実施形態に係るアクチュエータは、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、回転自在に支持された２つの副従動プーリ８，８と、これら２つの副従動プーリ８，８の間に掛け渡された環状の副無端ベルト９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主軸受５と、を備えている。
【００１２】
以下に、本実施形態に係るアクチュエータを備える直線案内軸受装置の構造を、さらに詳細に説明する。図１，２に示すように、フレームの機能を兼ねるガイドレール４の両端には、プーリハウジング１３，１４が設けられている。図１，２においては右側に配されたプーリハウジング１３は、駆動プーリ１と一方の副従動プーリ８とを収容しており、さらにモータ１０が取り付けられている。このモータ１０の回転軸は、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がカップリング１０ａを介して取り付けられている。一方、図１，２においては左側に配されたプーリハウジング１４は、従動プーリ２と他方の副従動プーリ８とを収容しており、これらプーリ２，８を回転自在に支持している。
【００１３】
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。そのため、プーリハウジング１３，１４は、無端ベルト３を挿通する貫通孔（図示せず）を有する。無端ベルト３の表面（内周面）には、周方向に沿って並ぶ複数の歯３ａ（図１，２においては図示せず、図３に図示した）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１ａ，２ａ（図１，２においては図示せず、図３に図示した）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。
【００１４】
さらに、２つの副従動プーリ８，８が、駆動プーリ１と従動プーリ２の軸方向内側に配置されており、これら副従動プーリ８，８の間には、ガイドレール４に沿う方向（軸方向）に副無端ベルト９が掛け渡されている。すなわち、図３に示すように、無端ベルト３の内側に副無端ベルト９が配されている。なお、これとは逆に、副無端ベルト９の内側に無端ベルト３が配されている構成としてもよい。また、副無端ベルト９の内周面及び副従動プーリ８，８の外周面には、図３のように歯を形成しなくてもよいが、歯を形成して噛み合わせてもよい。
【００１５】
内側の副無端ベルト９の外周面には、周方向に沿って並ぶ複数の歯９ａ（図１，２においては図示せず、図３に図示した）が形成されており、外側の無端ベルト３の内周面に形成された歯３ａと噛み合わされている。これにより、駆動プーリ１が回転駆動されると、無端ベルト３と副無端ベルト９とは一体的に回転するようになっている。
また、主軸受５は無端ベルト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。よって、無端ベルト３の回転に伴って、主軸受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。この主軸受５には、ワーク等の搭載物を搭載してもよい。
【００１６】
また、主軸受５のガイドレール４に対向する各面には、気体を噴出する噴出口（図示せず）が設置されている。すなわち、主軸受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、グラファイト多孔質で形成された板状の静圧パッド（図示せず）が、噴出口として配置されている。
【００１７】
静圧パッドには、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に対し主軸受５がわずかに離隔するようになる。そのため、主軸受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、主軸受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。
【００１８】
次に、本実施形態に係るアクチュエータを備える直線案内軸受装置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に供給された圧縮空気によって、ガイドレール４に対し主軸受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が回転し、無端ベルト３の回転に伴って副無端ベルト９が無端ベルト３と一体的に回転する。そして、無端ベルト３を介して、ガイドレール４に沿って主軸受５が殆ど摩擦なく移動され、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の両端間で主軸受５を往復直線運動させることができる。
【００１９】
２本のベルト３，９が歯３ａ，９ａの噛み合いにより一体となっているので、１本のベルトを用いた従来例と比べてベルトの強度や剛性が高い。その結果、ベルトの撓みと伸びが抑制される。ベルトの伸びに関しては、理論的には、ベルトが１本の場合に比べて２本の場合は約５０％となる。よって、主軸受５が急激に加速又は減速される場合でも、ベルトに伸びが生じにくいので、加減速への追従性（高速応答性）が優れている。
【００２０】
また、撓みと伸びが抑制されれば、ベルトの固有振動数が向上するので、ベルトの振動が抑制される。よって、主軸受５が高速で移動し且つ急激に加速又は減速される場合でも、主軸受５の真直移動性（振動の小ささ）、等速精度等の運動性能が優れている。さらに、長尺のアクチュエータの場合は、主軸受５の移動方向（軸方向）におけるベルトの長さが大きいため、ベルトに撓みが生じやすい上、動作時のベルトの振動が大きくなりやすいが、本実施形態のアクチュエータであれば、２本のベルト３，９が一体となっているので、長尺のアクチュエータにおいて主軸受５が高速で移動し且つ急激に加速又は減速される場合であっても、上記運動性能が優れている。
【００２１】
このような直線案内軸受装置は、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、主軸受５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、主軸受５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。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態においては、主軸受５は無端ベルト３に接続されていたが、副無端ベルト９に接続されていてもよい。あるいは、無端ベルト３と副無端ベルト９の両方に接続されていてもよい。
【００２２】
また、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、軸方向に直交する面で切断した断面が例えば略コ字状であることが好ましい。さらに、主軸受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コ字状である場合は、ガイドレール４を内包できるような四角筒状の部材が好ましい。
【００２３】
さらに、直線案内軸受装置は、図４に示す変形例のように、軸方向に延びるカウンタガイドレール６と、無端ベルト３の回転に伴ってカウンタガイドレール６に沿って軸方向に直線移動するカウンタ軸受７とをさらに備えていてもよい。以下に、図４の変形例について説明する。
なお、この変形例のアクチュエータの構成及び作用は、前述の実施形態のアクチュエータとほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図４においては、図１〜３と同一又は相当する部分には、図１〜３と同一の符号を付してある。
【００２４】
変形例のアクチュエータにおいては、プーリハウジング１３，１４の間に掛け渡されるように、例えば丸軸状のカウンタガイドレール６，６が、ガイドレール４と平行に取り付けられている。カウンタ軸受７は無端ベルト３に接続されているとともに（主軸受５の場合と同様に、副無端ベルト９又は両ベルト３，９に接続されていてもよい）、カウンタガイドレール６に係合されているので、無端ベルト３の回転に伴ってカウンタ軸受７はカウンタガイドレール６に案内されて軸方向（主軸受５とは逆方向）に直線移動可能となっている。なお、カウンタ軸受７は、主軸受５が接続された側とは両プーリ１，２を挟んで反対側において、無端ベルト３に接続されている。
【００２５】
ここで、カウンタ軸受７及びカウンタガイドレール６について、さらに詳細に説明する。カウンタガイドレール６，６は、主軸受５に対して質量バランスをとるためのカウンタ軸受７，７を案内することを目的とするものであるため、さほど精度は要求されない。よって、比較的安価に製造できる丸軸としている。そして、カウンタ軸受７，７は、カウンタガイドレール６，６を挿通する円筒孔を有している。
【００２６】
ただし、カウンタガイドレール６が１本であると、カウンタ軸受７がカウンタガイドレール６を中心にして回転してしまうおそれがある。そこで、カウンタガイドレール６を複数（本変形例においては２本）平行に配置し、それぞれに係合するカウンタ軸受７，７を略板状の固定具（図示せず）で連結することにより、カウンタ軸受７，７の動きを軸方向の移動のみに制限することが好ましい。
【００２７】
主軸受５との質量のバランスをとる手段としては、カウンタ軸受７，７に別のバランスウェイトを搭載する手段があるが、例えば主軸受５を比重の小さいアルミ合金で作製し、カウンタ軸受７，７は反対に比重の大きな鉄系材料で製作するなどして、質量のバランスを設計する手段も好ましい。そうすれば、あえてバランスウェイトを付加しなくても、主軸受５との質量のバランスをとることができる。質量のバランスがとれれば、カウンタ軸受７，７に対して加速時の反力がモーメント負荷として発生しなくなるため、カウンタ軸受７，７も小形の物でよい。
【００２８】
無端ベルト３とカウンタ軸受７，７との接続は、例えば固定具により行われている。すなわち、固定具を介して、無端ベルト３の一部分がカウンタ軸受７，７に固定されている。例えば、折れ曲がった板状の固定具の両端部が、ボルト等の慣用の固着手段によりカウンタ軸受７，７に取り付けられていて、固定具の中央部に無端ベルト３がボルト，接着等の慣用の固着手段により固定されている。
【００２９】
固定具は、中央部が一段低くなるように折り曲げられており、低くなった中央部に無端ベルト３が固定されている。このように、無端ベルト３と固定具の連結位置を、カウンタ軸受７，７の重心位置と一致させることにより、無端ベルト３によりカウンタ軸受７，７が駆動されるときに、カウンタ軸受７，７に無用なモーメントが発生することが抑制される。
【００３０】
また、カウンタ軸受７，７の円筒孔の内面には、気体を噴出する噴出口が設置されている。すなわち、カウンタ軸受７，７とカウンタガイドレール６，６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、これとは逆に、カウンタガイドレール６，６の外面に、気体を噴出する噴出口を設置してもよい。本変形例においては、カウンタ軸受７，７の円筒孔の内面に、噴出口として、グラファイト多孔質で形成された円管状の静圧パッド（図示せず）を配置した。
【００３１】
静圧パッドには、図示しない空気源から圧縮空気が供給されるため、静圧パッドからカウンタガイドレール６，６の外面に向かって噴出された空気の圧力によって、カウンタガイドレール６，６に対しカウンタ軸受７，７がわずかに離隔するようになる。そのため、カウンタ軸受７，７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、カウンタ軸受７，７とカウンタガイドレール６，６との間にすべり軸受や転がり軸受を設けてもよい。
【００３２】
次に、本変形例に係るアクチュエータを備える直線案内軸受装置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に供給された圧縮空気によって、ガイドレール４に対し主軸受５がわずかに離隔した状態に維持されるとともに、カウンタガイドレール６，６に対しカウンタ軸受７，７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が回転し、無端ベルト３の回転に伴って副無端ベルト９が無端ベルト３と一体的に回転する。そして、無端ベルト３を介して、ガイドレール４に沿って主軸受５が殆ど摩擦なく移動されるとともに、カウンタガイドレール６，６に沿ってカウンタ軸受７，７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の両端間で主軸受５を往復直線運動させることができる。
【００３３】
この際、加速時又は減速時に生じる主軸受５の駆動反力は、主軸受５が接続された側とは両プーリ１，２を挟んで反対側に接続されたカウンタ軸受７，７により相殺されるため、振動が抑制されるようになっている。なお、主軸受５及び搭載物の合計の質量と、カウンタ軸受７，７の質量とをほぼ一致させるようにすると、駆動反力をより効果的に相殺でき、効果的に振動を抑制できる。
【符号の説明】
【００３４】
１      駆動プーリ
２      従動プーリ
３      無端ベルト
３ａ    歯
４      ガイドレール
５      主軸受
６      カウンタガイドレール
７      カウンタ軸受
８      副従動プーリ
９      副無端ベルト
９ａ    歯
１０      モータ
【図１】
2013194822.tif 000003
【図２】
2013194822.tif 000004
【図３】
2013194822.tif 000005
【図４】
2013194822.tif 000006