CN111092534B - 线性致动器和使用线性致动器的簇绒机 - Google Patents

Abstract

本发明提供以高精度以及高速度驱动且维护不会费时的线性致动器和使用线性致动器的簇绒机。簇绒机具备：筒状的壳体(20)；磁铁单元(40)，其用磁铁(45b)夹持磁铁装配板(41)的至少相对的两侧面并且能沿着轴心方向往复移动地支撑在上述壳体(20)内；以及线圈单元(50)，其以与上述磁铁单元(40)的磁铁(45b)相对的方式配置，上述磁铁单元(40)基于上述线圈单元(50)的励磁、消磁而在上述线圈单元(50、50)之间往复移动。

Description

线性致动器和使用线性致动器的簇绒机

技术领域

本发明涉及线性致动器，特别是涉及能应用于需要高精度以及高速的往复移动机构的制造装置、例如簇绒机等中的线性致动器。

背景技术

以往，例如，簇绒机使将多根针装配于同一直线上的针杆上下往复移动，并且使上述针杆沿着针杆的轴心往复移动，由此在基布上用线形成绒圈。

一般地，作为使针杆上下往复移动的机构，例如，使用偏心曲柄机构。另一方面，作为使针杆在轴心方向上往复移动的机构，例如，使用了将伺服电机和滚珠丝杠组合后的致动器(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2014-29057号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，使用伺服电机的致动器产生如下缺陷：即便要使针杆在轴心方向上以规定的速度往复移动，当成为高速时，针杆也无法到达规定的位置，伺服电机会停止。

总之，尽管针杆的上下方向的往复移动能实现高速化，但是针杆的轴心方向的往复移动的高速化存在极限，无法充分地发挥簇绒机的能力。

另外，用于将伺服电机的旋转动作转换为往复移动的滚珠丝杠易于磨损，耐久性低，因此当要确保所希望的移动精度时，需要在短时间内更换，维护费时。

本发明鉴于上述问题，其所要解决的技术课题在于提供以高精度以及高速度驱动、维护不费时的线性致动器和使用线性致动器的簇绒机。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的线性致动器设为如下构成，具备：

筒状的壳体；

磁铁单元，其用磁铁夹持用于形成截面为倒T字形状的磁铁装配板的垂直基板的两侧面并且能沿着轴心方向往复移动地支撑为在上述壳体内；以及

线圈单元，其以与上述磁铁单元的磁铁相对的方式配置，

形成上述磁铁装配板的水平基板的下表面两侧缘部被沿上述轴心方向在上述壳体的底面的滑动底座上并排设置的2个引导导轨所引导，

并且，形成上述磁铁装配板的上述垂直基板的突出部从沿上述轴心方向形成在上述壳体的上表面的滑槽突出，并被沿上述轴心方向设在上述壳体的上表面的引导块所引导，

上述磁铁单元基于上述线圈单元的励磁、消磁而在上述线圈单元之间往复移动。

发明效果

根据本发明，能通过磁力使线性致动器的磁铁装配板以高精度以及高速往复移动。因此，例如，能提高簇绒机的生产性。

另外，因为不使用耐久性低的滚珠丝杠，因此不需要进行滚珠丝杠的因劣化所致的更换，维护期间变长，维护不费时。

根据本发明，能经由磁铁装配板的水平基板进行支撑。因此，进行稳定的往复动作，由此能得到高精度以及高速的线性致动器。

作为本发明的不同的实施方式也可以是，上述线圈单元在向外的面上配置有冷却片。

根据本实施方式，能将线圈单元的发热高效地排出而使其冷却，能避免发热所致的缺陷。

本发明的簇绒机设为将上述线性致动器作为用于使针杆在轴心方向上往复移动的驱动源的构成。

根据本发明，能通过磁力使线性致动器的磁铁装配板以高精度以及高速往复移动。因此，能得到生产性高的簇绒机。

另外，不使用耐久性低的滚珠丝杠，因此能得到无需进行滚珠丝杠的因劣化所致的更换、维护期间长、维护不费时的簇绒机。

作为本发明的不同的实施方式也可以是，簇绒机并排设有多个针杆。

根据本实施方式，有能得到能以高生产性生产具有复杂图案的地毯的簇绒机的效果。

附图说明

图1是表示本申请发明的线性致动器的实施方式的立体图。

图2是图1所示的线性致动器的主视图。

图3是图2所示的III-III线剖视图。

图4是图2所示的IV-IV线剖视图。

图5是表示从图1所示的线性致动器将防尘罩拆下后的状态的立体图。

图6是从不同的角度观看图5所示的线性致动器的立体图。

图7是从另一角度观看图5所示的线性致动器的立体图。

图8是图1所示的壳体单体的立体图。

图9是图1所示的磁铁单元的立体图。

图10是图9所示的磁铁装配板的立体图。

图11是图1所示的线圈单元单体的立体图。

图12是图11所示的线圈单元的分解立体图。

图13是表示装配了本申请发明的线性致动器的簇绒机的立体图。

图14是表示从图13所示的簇绒机将横向框架拆下后的状态的立体图。

图15是从不同的角度观看图14所示的簇绒机的立体图。

图16是图15所示的簇绒机的主要部位放大立体图。

图17是表示配置于图14所示的纵向框架内的偏心曲柄机构动作前的放大剖视图。

图18是表示图17所示的偏心曲柄机构动作后的放大剖视图。

图19是表示用于操作簇绒机的电气设备的连接关系的框图。

图20是表示簇绒机的主要部位的概略图。

图21是图20所示的概略图的主要部位放大图。

图22是图21所示的主要部位放大图的局部放大图。

图23是表示与图22所示的局部放大图的制造工序连续的下一工序的局部放大图。

图24是表示与图23所示的局部放大图的制造工序连续的下一工序的局部放大图。

图25是表示在图24所示的局部放大图中与制造工序连续的下一工序的局部放大图。

附图标记说明

10：线性致动器

11：防尘罩

20：壳体

21：壳体主体

22：贯通孔

23：装配板

24：装配口

25：滑槽

26：装配口

27：装配口

28：装配口

30：旋转编码器

31：耦合构件

32：连结轴

33：滚珠丝杠

34：线性编码器

35：标尺座

36：检测头

37：引导导轨

38：引导块

40：磁铁单元

41：磁铁装配板

42：水平基板

43：垂直基板

44：突出部

45a：磁铁

45b：磁铁

45c：磁铁

46：滑块

47：滑动底座

48：引导导轨

49：夹紧构件

50：线圈单元

51：线圈装配板

52：线圈单元主体

53：冷却片

60：簇绒机

61：纵向框架

62：纵向框架

63：横向框架

70：主轴

71：盘式制动器

72：驱动轴

73：连结块

74：连结杆

75：引导块

76：针杆托架

80：针轴

81：曲柄机构

82：推杆

83：推杆外壳

84：针杆载架

90：针杆

91：针

92：引导托架

93：滑杆

94：导纱板

95：导纱部(finger)

96：弯针块

97：弯针

100：第1辊

101：基布

102：线

104；绒圈(loop)

105：第2辊。

具体实施方式

根据图1至图12的附图说明本发明的线性致动器的实施方式。

此外，本实施方式的线性致动器10例如在图13至图25中示出的那样，能应用于后述的簇绒机60。

上述线性致动器10如在图8至图10中示出的那样，由壳体20、磁铁单元40以及一组线圈单元50、50构成。

如图8所示，壳体20包括截面为方形的筒状的壳体主体21，在上述壳体主体21的X轴方向的一端部侧设置有具有贯通孔22的装配板23。另外，壳体主体21设置有用于将磁铁单元40装配到其下表面的装配口24，另一方面，在其上表面形成有滑槽25。并且，在壳体主体21的两侧侧面分别设置有用于装配线圈单元50、50的装配口26、27。而且，在上述装配板23与滑槽25之间设置有装配口28。

此外，壳体20不限于上述的形状，也可以将型钢组合后形成，当然能根据需要来变更外形形状。

如图5和图6所示，在上述壳体主体21的上表面配置有旋转编码器30和线性编码器34。在壳体主体21的上表面配置有旋转编码器30等，因此有组装作业和调整作业容易的优点。

如图5所示，旋转编码器30经由耦合构件31与连结轴32连结。上述连结轴32穿过滚珠丝杠33。上述滚珠丝杠33固定到从壳体主体21的滑槽25突出的后述的磁铁装配板41的突出部44。因此，当上述磁铁装配板41在X轴方向上往复移动时，滚珠丝杠33使连结轴32转动，旋转编码器30检测出磁铁装配板41的移位。

如图6所示，线性编码器34包括标尺座35和检测头36。标尺座35装配于上述磁铁装配板41的突出部44。另外，检测头36以与上述标尺座35相对的方式固定到壳体主体21的上表面。因此，在磁铁装配板41往复移动时，标尺座35也往复移动，检测头36检测出磁铁装配板41的移位。

在上述壳体主体21的上表面固定有引导块38。上述引导块38与装配于上述磁铁装配板41的突出部44的引导导轨37卡合。因此，能在X轴方向上滑动的磁铁装配板41被上述引导块38限位，进行正确的往复移动。此外，如图1所示，壳体主体21的上表面被防尘罩11覆盖。

如图9和图10所示，磁铁单元40装配有截面为倒T字形状的磁铁装配板41，并且在上述磁铁装配板41的两侧面分别装配有3块磁铁45a、45b、45c。

磁铁装配板41具有将垂直基板43竖立设置于水平基板42的上表面中央的截面为倒T字的形状。如图10所示，为了轻型化而在垂直基板43设置有一对贯通孔43a、43a。另外，在垂直基板43的上端面的大致中央部突出地设置有突出部44。在上述突出部44的上端缘部的两面分别平行地装配有上述的标尺座35和引导导轨37。并且，如图10所示，在上述磁铁装配板41的水平基板42的底面，在同一直线上以均等的间隔每列3个地按2列配置有滑块46。

另外，如图9所示，磁铁单元40经由上述滑块46搭载于在滑动底座47上并排设置的2个引导导轨48、48并且能在上述2个引导导轨48、48上滑动。

而且，如图5和图6所示，磁铁单元40将驱动轴72连结，因此在磁铁装配板41的X轴方向的一端部侧装配有夹紧构件49。

此外，磁铁装配板41不限于具有截面为倒T字形状的情况，也可以是截面为T字形状、截面为I字形状或者截面为H字形状。若截面为I字形状，则能减少滑块46等部件个数、组装工时，能实现轻型化。另外，若是截面为H字形状的磁铁装配板，则能将磁铁装配于4处，因此有能得到高输出的线性致动器的优点。

如图11至图12所示，线圈单元50以用线圈单元主体52和冷却片53将线圈装配板51夹持在中间的方式实现一体化。如图12所示，线圈装配板51以能将线圈单元主体52所产生的热经由冷却片53高效地散热的方式具有框架结构。

说明上述线性致动器10的组装作业。

将搭载于滑动底座47的磁铁单元40从壳体主体21的装配口24***，使磁铁装配板41的突出部44从滑槽25突出并定位。并且，将滑动底座47固定到壳体主体21的底面。

而且，将标尺座35和引导导轨37装配到从滑槽25突出的突出部44的上端缘部。然后，在壳体主体21的上表面装配检测头36，组装线性编码器34。而且，将与上述引导导轨37卡合的引导块38固定到上述壳体主体21的上表面。

将滚珠丝杠33固定到上述突出部44，将穿过上述滚珠丝杠33的连结轴32经由耦合构件31与旋转编码器30连结。

然后，将线圈单元50、50分别从壳体主体21的两侧的装配口26、27进行组装并固定。最后，将夹紧构件49经由壳体主体21的装配口26、27、28固定到磁铁装配板41的垂直基板43的X轴方向的一端部侧(图1)，由此完成组装作业。

根据本实施方式，设为在壳体主体21内将磁铁单元40定位并固定后将线圈单元50、50从壳体主体21的两侧组装的构成。因此，能得到不仅组装性优异而且易于调整的小型的线性致动器。特别是，本申请发明的线性致动器无需较大的装配面积，因此有还能装配于设置空间小的簇绒机上的优点。

如图3和图4所示，上述线性致动器10基于线圈单元主体52的励磁、消磁，使线圈单元主体52与磁铁45a、45b、45c吸引、排斥，从而磁铁装配板41利用磁力在X轴方向、即相对于纸面垂直的方向上往复移动。

接下来，如在图13中图示的那样，说明将上述的实施方式的线性致动器10装配于簇绒机60的情况。上述簇绒机60是使1个针杆90在X轴方向上往复移动而形成绒圈的类型。

上述簇绒机60具有在一对纵向框架61、62之间架设有截面为U字形状的横向框架63的大致门形。并且，在上述纵向框架61、62的相对的向外的面中的、纵向框架62的向外的面上装配有上述线性致动器10。

如图14所示，在上述横向框架63内收纳有架设在一对纵向框架61、62之间的主轴70、针轴80。

主轴70经由未图示的电机和皮带向一个方向高速旋转。并且，主轴70的旋转动作经由配置于纵向框架62内的偏心凸轮机构(参照图17和图18)使针轴80向正反方向交替旋转。

如图17和图18所示，在收纳于上述纵向框架62内的偏心凸轮机构中，主轴70穿过相对于针凸轮65偏置的位置。因此，在主轴70向一个方向旋转时，针凸轮臂67经由轴承66摆动。并且，在针凸轮臂67的顶端设置的销67a在针杆68的弯曲的引导槽68a内往复移动。其结果是，针杆68上下摆动，因此装配于针杆68的针轴80向正反方向交替旋转。

如在图16中图示的那样，针轴80经由按照规定的间隔配置的曲柄机构81连接到推杆82。在推杆82的下端装配有针杆载架84。针杆载架84由2个滑杆93、93穿过并且滑杆93、93能滑动。2个上述滑杆93、93的两端经由引导托架92、92与针杆90连结。并且，在上述针杆90上，在同一直线上并排设有多根针91。因此，上述针杆90被支撑为能上下往复移动，并且还能在X轴方向上往复移动。其结果是，在推杆82上下往复移动时，针杆90和针91上下往复移动。

此外，推杆82经由固定在上述的横向框架63内的推杆外壳83被支撑。

如图15所示，驱动轴72与装配于纵向框架62的线性致动器10的夹紧构件49连结。上述驱动轴72经由连结块73与连结杆74连接。并且，如图16所示，在连结杆74的顶端固定有引导块75。上述引导块75与固定到横向框架63内的引导导轨69卡合并且能在上述引导导轨69上滑动，另一方面，经由针杆托架76固定到针杆90。因此，在连结杆74基于线性致动器10的驱动在X轴方向上往复移动时，针杆90和针91经由引导块75和针杆托架76在X轴方向上往复移动。

在针杆90的上表面，如上所述，以1对为1组的引导托架92、92按照规定的间距固定有多个组。在一对引导托架92、92之间平行地架设有2个滑杆93、93。并且，如上所述针杆载架84穿过2个滑杆93、93并且在上述2个滑杆93、93上滑动自如。因而，针杆载架84与针杆90不直接接触。

此外，针杆90在其下表面将多个针91在同一直线上配置为1列，但针91的配置未必一定是1列。根据需要，例如也可以配置为2列或者3列。另外，针杆90未必一定是1个，也可以并排设有多个。

如图19所示的框图那样连接着上述的线性致动器10。

即，电源110经由布线用断路器111连接到噪声滤波器112。噪声滤波器112与主驱动板113连接，并且，经由电磁接触器114连接到副驱动板115。还与PC116连接的主驱动板113连接到主轴位置检测编码器117，并且还连接到上述副驱动板115。上述副驱动板115具备再生电阻器118，经由零相电抗器119连接到线性致动器10。

此外，上述主轴位置检测编码器117例如配置于纵向框架62的向外的面，经由未图示的正时带轮和正时皮带连接到主轴70，检测主轴70的旋转状况，将检测结果发送到主驱动板113。因此，能通过PC110实时检查主轴70的旋转状况。

接下来，基于图20至图25，说明簇绒机60与线性致动器10的连动动作。

如在图20中图示的那样，对从第1辊100引出的基布101缝入线102、103而形成有绒圈104的地毯卷绕于第2辊105。线102经由引导板的引导孔被引出，穿过针91的针孔，被缝入基布101。

在主轴70通过未图示的电机的旋转经由皮带而向一个方向旋转时，针轴80经由图17和图18中图示的偏心凸轮机构向正反方向交替旋转。因此，如图21所示，推杆82经由装配到针轴80的曲柄机构81上下往复移动。其结果是，位于推杆82的顶端侧的针杆90和针91往复移动，线102被连续缝入基布101(图22)。

此外，在图21中位于针91的右侧的压脚98用于防止基布101和地毯的浮起。该压脚98能经由齿条和小齿轮上下移动从而进行调整。

并排设有针91的针杆90被支撑为能经由针杆载架84和滑杆93、93向相对于纸面垂直的方向进行往复移动。

位于针91的正下方的弯针97装配于能转动的弯针块96。

在导纱板94上并排设有多个导纱部95。并且，在相邻的导纱部95、95之间以逐一下降的方式配置有针91。

图22图示出针91下降后经过并排设置的导纱部95、95之间贯通基布101、到达作为最低的位置的下止点到达之后、针91刚要上升之前的状态。因此，经由引导板的引导孔被拉伸的线102处于被拉下到最下点的状态。此时，弯针97进入针91与线102之间，弯针97能卡止到线102。

如图23和图24所示，针91被拉起，即使从基布101脱落，也维持上述弯针97卡止到线102的状态。因此，能不将线102绕回地形成规定高度的绒圈104。并且，在针91刚从基布101被牵拉后，根据要形成的图案，通过线性致动器10的驱动使针杆90适当地在与纸面正交的方向上移动。

而且，如图25所示，在针91再次开始下降时，弯针97向相反方向旋转后恢复到原来的位置，避免与针91的碰撞。

之后，反复进行同样的动作，由此完成形成绒圈104而且具有图案的地毯。

在上述的实施方式中，说明了将1台线性致动器装配到1台簇绒机、使1个针杆在轴心方向上往复移动的情况。但是，不限于此，例如，也可以是将线性致动器分别装配到簇绒机的2个纵向框架，使并排设置的2个针杆在轴心方向上分别往复移动。

另外，在上述的实施方式中，说明了形成毛圈绒头(loop pile)的弯针。但是，不限于此，例如也可以应用于形成割绒、或者割绒及毛圈绒头的弯针。

[实施例]

(实施例1)

将实施方式的线性致动器装配到现有的簇绒机进行驱动，调查了驱动极限。

使现有的簇绒机的主轴以作为该簇绒机的极限值的最大转速1142rpm旋转，使针杆上下运动。可确认由本申请发明的线性致动器驱动的针杆的轴心方向的往复运动能没有任何问题地追随。

(比较例1)

将伺服电机(安川电机制SGMGV-44DDA21)与滚珠丝杠(THK制BLK3232-3.6)组合后构成的致动器装配到现有的簇绒机。并且，与实施例1同样地进行了驱动。在主轴的转速开始超过600rpm时，开始产生异常音，判断为针杆的轴心方向的往复运动无法追随针杆的上下运动。

根据以上的实验，判断为若使用本申请发明的线性致动器，则与使用了现有的致动器的情况相比，能使主轴以至少2倍以上的转速旋转。因此，若使用本申请发明的线性致动器则簇绒机的生产性显著提高是显而易见的。

(实施例2)

将本申请的线性致动器作为针杆往复驱动机构装载到现有的簇绒机的实际机器(道下铁工株式会社制型号2.15M×1/10G ICY LOOP机制造编号第185号)。上述实际机器的最大织宽尺寸是2.15米，针间的距离是1/10英寸。并且，为了检测针是否维持反复定位的精度、即针是否从规定的位置较大地偏移，而使用了线性标尺(Mitutoyo制NSR-LHDAE5A10-001U)。

簇绒机的转速设为作为绒机的最大允许转速1140rpm。

另外，将针的移动量按每1间距设为2.54mm。并且，对使针追随针行程并且向一侧以每次1间距的方式移动4次之后向其相反的一侧以每次1间距的方式移动4次的移动类型进行了反复实验。

而且，将连续运转时间设为6小时，将转速为1140rpm时的线性致动器的负载率设为43％，将反复定位精度设为±0.03mm。

此外，在针无法维持±0.03mm的反复定位精度的情况下，设定为簇绒机自动停止。

此外，负载率是指在将本申请发明的线性致动器的最大驱动力设为100％的情况下为了驱动上述针杆所需的驱动力的比例。通常，随着转速增大，负载率也增大。

另外，反复定位精度是指通过遵循JIS B6192的性能评价方法得到的值。具体地说，反复进行7次从相同的方向对任意的一点进行的定位后测定停止位置，求出读数的最大差的1/2。在移动距离的中央和大致两端的各个位置进行该测定，将求出的值中的最大的值设为测定值，将对该值附上±的附图标记后表示的值称为反复定位精度。

实施例2的实验的结果是，地毯生产能力平均是53m²/小时。

作为实施例2具有高生产性的原因，可举出线性致动器的动作能追随簇绒机的最大允许转速1140rpm的动作以及反复定位精度高所以由断线导致的停止的时间变短。

此外，在基于目视的观察中，本申请发明的线性致动器的驱动状态有稳定感，能感觉到余量。因此，可知若能进一步提高簇绒机的转速，则能使生产能力更进一步提高。

(比较例2)

将由伺服电机和滚珠丝杠构成的机构作为针杆往复驱动机构装载到在实施例2中使用的簇绒机。

即，针杆往复驱动机构通过伺服驱动器(安川电机制SGDV-120DO1A)驱动伺服电机(安川电机制SGMSV-25DDA21)，经由滚珠丝杠(THK制BLK3232-3.6)对针杆进行往复驱动。

此外，在簇绒机的转速开始超过600rpm时，由伺服电机和滚珠丝杠构成的针杆往复驱动机构无法追随簇绒机的速度，无法维持反复定位精度。因此，在比较例2中，将簇绒机的转速设为600rpm。其它实验条件设为与实施例2相同的条件，连续驱动6小时后测定了生产能力。

比较例2的实验的结果是，地毯生产能力平均是26m2/小时。

根据以上的实验结果，判断为若将本申请发明的线性致动器(实施例2)作为针杆驱动机构使用，则与使用了现有的针杆驱动机构(比较例2)的情况相比，能以至少2倍以上的转速进行作业。其结果是，根据本申请发明，生产性成为2倍以上是显而易见的。

另外，认为即使进一步增大簇绒机的转速，本申请发明的线性致动器也能充分地追随，因此可知能进一步提高生产性。

工业上的可利用性

在上述的实施方式中，说明了应用于簇绒机的情况，但当然也可以应用于其它制造设备。

Claims (4)

1.一种线性致动器，其特征在于，具备：

筒状的壳体；

磁铁单元，其用磁铁夹持用于形成截面为倒T字形状的磁铁装配板的垂直基板的两侧面，并且能沿着轴心方向往复移动地支撑在上述壳体内；以及

线圈单元，其以与上述磁铁单元的磁铁相对的方式配置，

形成上述磁铁装配板的水平基板的下表面两侧缘部被沿上述轴心方向在上述壳体的底面的滑动底座上并排设置的2个引导导轨所引导，

并且，形成上述磁铁装配板的上述垂直基板的突出部从沿上述轴心方向形成在上述壳体的上表面的滑槽突出，并被沿上述轴心方向设在上述壳体的上表面的引导块所引导，

上述磁铁单元基于上述线圈单元的励磁、消磁而在上述线圈单元之间往复移动。

2.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，

上述线圈单元在向外的面上设置有冷却片。

3.一种簇绒机，其特征在于，将权利要求1或2所述的线性致动器设为用于使针杆在轴心方向上往复移动的驱动源。

4.根据权利要求3所述的簇绒机，其特征在于，

所述簇绒机并排设有多个针杆。

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