JP4567926B2 - ガイド装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガイド装置に関し、詳細には、ガイド軸とこれに外挿するコラムとを備えたものにおいて、コラムをガイド軸上で移動自在に支持するガイド装置に関する。
【0002】
【従来の技術およびその課題】
直動装置として、従来より、リニアモータが用いられている。リニアモータは、一般に、電磁コイルなどの可動子を有するスライダと、スライダの可動子に近接して配置される永久磁石などの固定子を有するレール部材とから主として構成されている。
【0003】
運転時には、可動子に通電することにより、可動子に推進力が発生し、可動子を介してスライダがレール部材上を移動するようになっている。
【0004】
ところで、従来のリニアモータにおいては、一般に、スライダをレール部材上でスライド自在に支持するためのスライド機構が循環可能な多数のボールから構成されている。このため、スライダの移動の際に、隣り合うボール同士が干渉する結果、スライダの移動を高速で行えない場合が生じ得る。
【0005】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたもので、スライダの移動を高速で行えるリニアモータ付のガイド装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係るガイド装置は、ガイド軸とこれに外挿するコラム(スライダに相当)とを備え、コラムをガイド軸上で移動自在に支持するガイド装置である。ガイド軸は、中心軸線を挟んで対向配置された平坦状の第1、第2の主面を外周面に有し、第1、第2の主面に永久磁石がそれぞれ設けられている。コラムは、ガイド軸の外周面に近接配置された内周面を有し、内周面には、ガイド軸の各永久磁石に対向する一対の電磁石と、ガイド軸の外周面上を軸方向に転動する各々回転自在な複数の転動体とが設けられている。そして、ガイド軸に対するコラムの位置を検出するための位置検出手段が設けられている。
【0007】
請求項1の発明によれば、電磁石に通電することにより、電磁石を介してコラムに推進力が発生する。コラムの移動の際には、複数の転動体が各々回転しつつガイド軸の転動面上を移動することによってコラムが支持されるが、このとき、各転動体が離間配置されているため、隣り合う転動体が干渉することはなく、これにより、コラムの移動を高速で行えるようになる。また、この場合には、コラムのガイド軸に対する移動位置を検出する位置検出手段が設けられるので、コラムの移動制御を正確に行えるようになる。さらに、この場合には、各永久磁石が、ガイド軸の第1の主面とこれに対向配置された第2の主面とにそれぞれ設けられていることで、コラムの推進力を向上できる。しかも、この場合には、各永久磁石が離間して対向配置されていることで、磁場的に安定した状態を作り出すことが可能になる。
【0008】
請求項2の発明では、コラムには、コラムを軸方向と直交する方向に貫通する横穴が形成され、電磁石が横穴に設けられている。
【0009】
請求項3の発明では、ガイド軸が複数の平面部からなる断面多角形状の外周面を有するとともに、コラムがガイド軸の各平面部に対応する複数の平面部からなる断面多角形状の内周面を有する貫通穴を有しており、各転動体がコラムの貫通穴の隅部に配置されている。
【0010】
この場合には、ガイド軸の外周面の角部が転動体によって保持されることになるので、ガイド軸の強固な保持が可能になる。これにより、ガイド軸およびコラム間に過大な捩じれが発生した場合でも、このような捩じれに対応でき、各転動体にスキューが発生するのを防止できる。
【0011】
さらに、この場合には、転動体が、コラムの貫通穴内周面のポケット穴に収容された円筒状部材であり、転動体を挿通する支軸の回りに配設された多数のころ状部材を介して、支軸の回りを回転自在になっているので、コラムの軸受機構を簡単な機構により実現でき、装置全体の構造を簡略化できる。
【0012】
請求項4の発明では、位置検出手段が、ガイド軸に装着された、軸方向に延びるマグネットスケールと、コラムに設けられ、マグネットスケールのスケール値を検出するセンサとを有しており、これにより、位置検出手段を簡単な機構で構成できる。
【0013】
請求項5の発明では、ガイド軸が、上下方向に延びる穴を有し、穴内にシリンダが配設されており、当該シリンダのピストンロッド先端がガイド軸の先端に取り付けられ、シリンダ本体がコラムに取り付けられている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様を添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施態様によるガイド装置の横断面図、図2はそのII-II線断面図、図3は図1の一部拡大図、図4は図1のガイド装置における制御装置の概略ブロック構成図である。
【0015】
図1および図2に示すように、このガイド装置1は、軸方向に延びる穴2aを有する角柱形状のガイド軸2と、ガイド軸2に外挿された円筒形状のコラム3とを有している。
【0016】
ガイド軸2は、断面矩形状の外周面2bを有しており、外周面2bは4つの平面部20から構成されている。各平面部20は、軸方向に沿って直線状に延びている。コラム3は、ガイド軸2の外周面2bに近接して配置されており、ガイド軸2の各平面部20に対応する4つの平面部30からなる断面矩形状の貫通穴3aを有している。
【0017】
ガイド軸2において対向配置された一対の平面部20には、板状の永久磁石5がそれぞれねじ止め固定されている。一方、コラム3において、ガイド軸2の各永久磁石5と対向する位置には、それぞれ電磁コイル6が設けられている。電磁コイル6は、コラム3を軸方向と直交する方向に貫通する横穴3bに収容されており、カバー部材7を介して横穴3b内に保持されている。これら永久磁石5、電磁コイル6、ガイド軸2およびコラム3により、リニアモータが構成されている。
【0018】
また、ガイド軸2の一つの平面部20には、軸方向に延びるマグネットスケール8が装着されている。一方、コラム3において、ガイド軸2のマグネットスケール8と対向する平面部30には、マグネットスケール8のスケール値を検出するためのセンサ9が設けられている。
【0019】
コラム3の貫通穴3aを構成する各平面部30には、ニードルローラベアリング10が設けられている。ニードルローラベアリング10は、図3の拡大図に示すように、円筒状の外輪11と、その内周側に配設された複数のニードルローラ12とから構成されている。外輪11には支軸13が挿通しており、外輪11は、ニードルローラ12を介して支軸13に回転自在に支持されている(図2参照)。また、外輪11は、コラム3の矩形状の貫通穴3aの隅部に形成された一対のポケット穴3c内に収容されており、支軸13は、ガイド軸2の外周面2bの各平面部20と平行に延びる軸穴3d内に収容されている。
【0020】
また、ガイド軸2の外周面2bの各平面部20においてコラム3側のニードルローラベアリング10と対向する位置には、タングステンカーバイド(WC)やチタンカーバイド(TiC)などの粉末またはセラミックスの粉末を溶射することにより形成された、軸方向に帯状に延びる転動面15が設けられている。ニードルローラベアリング10の外輪11は、転動面15に当接しており、転動面15上を転動しつつ軸方向に移動するようになっている。
【0021】
なお、コラム3には、図1に示すように、フランジ部31が設けられている。フランジ部31は、コラム3とともに移動させる部材をコラム3にねじ止め固定するための部位であって、ボルト挿入用の複数の穴31aを有している。また、コラム3の両端には、図2に示すように、コラム3の貫通穴3aの開口端を覆うカバープレート35が取り付けられている。カバープレート35には、ニードルローラベアリング10の外輪11の一部を収容するためのポケット穴35aが形成されている。また、図1に示すように、コラム3を軸方向と直交する方向に貫通する貫通穴3eを形成してもよい。この貫通穴3eは、ガイド軸の保持を横方向から行うための部材を挿入するためのものである。
【0022】
次に、上述のガイド装置における制御装置の概略ブロック構成について、図4を用いて説明する。同図に示すように、この制御装置は、CPU,ROM,RAMなどから構成される制御部50を有している。制御部50には、センサ9が接続されており、センサ9からの検出信号は、増幅器(AMP)51に入力されている。また、制御部50には、永久磁石5、電磁コイル6、ガイド軸2およびコラム3により構成されたリニアモータ52が接続されている。リニアモータ52には、電磁石50に対して通電を行うドライバ回路53が接続されている。ドライバ回路53には、増幅器51からの信号が入力されるようになっている。
【0023】
上述のように構成されるガイド装置の運転の際には、ドライバ53からの駆動信号を受けて電磁コイル6が通電されることにより、永久磁石5による磁界の作用と相俟って、電磁コイル6を介してコラム3に推進力が発生し、コラム3が移動を開始する。
【0024】
このコラム3の移動の際には、各ニードルローラベアリング10の外輪11がガイド軸2の転動面15上を転動する、つまり回転しつつ移動することにより、コラム3が支持されている。この場合には、各ニードルローラベアリング10が離間配置されているので、コラム3の移動の際に、隣り合う各ニードルローラベアリング10が干渉することはなく、これにより、コラム3の移動を高速で行えるようになる。また、この場合には、転動面15が硬い材質の材料から構成されているので、コラム3の移動にともなう転動面の摩耗を低減できる。
【0025】
コラム3のガイド軸2に対する移動位置は、センサ9によるマグネットスケール8のスケール値の検出信号が制御部50に入力されて、ドライバ53による電磁コイル6の駆動制御が行われることにより、制御される。これにより、コラム3の移動制御を正確に行えるようになる。
【0026】
また、この場合には、永久磁石5が一対の磁石から構成されているので、コラム3の推進力を向上できるとともに、各磁石が離間して対向配置されていることにより、磁場的に安定した状態を作り出すことが可能である。
【0027】
さらに、コラム3の貫通穴3aの隣り合う各平面部30に配置される各ニードルベアリング10が、コラム3の貫通穴3aの各隅部に配置されていることにより、ガイド軸2の外周面2bの各角部を各ニードルベアリング10によって保持できるようになり、ガイド軸2の強固な保持が可能になる。その結果、ガイド軸2およびコラム3間に過大な捩じれが発生した場合でも、このような捩じれに対応でき、各ニードルローラ12にスキューが発生するのを防止できる。
【0028】
なお、前記実施態様では、ガイド軸2が断面矩形状の外周面を有し、コラム3が断面矩形状の貫通穴を有しているものを例にとったが、本発明は、ガイド軸の外周面およびコラムの貫通穴がその他の多角形形状を有するものにも同様に適用できる。
【0029】
また、本発明によるガイド装置をコラムの上下方向移動に用いる場合には、ガイド軸2に形成された上下方向の穴2aを利用して、穴2a内にシリンダを配設し、そのピストンロッド先端をガイド軸先端に固定するとともに、シリンダ本体をコラム側に固定するようにすればよい。この場合には、ガイド軸およびコラムの自重をそれぞれピストンロッドおよびシリンダ本体で支持できるようになるので、コラムの移動をスムーズに行えるようになる。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るガイド装置によれば、離間配置された複数の転動体が各々回転しつつガイド軸の転動面上を移動することによりコラムの移動をガイドするようにしたので、コラムの移動を高速で行えるようになる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施態様によるガイド装置の横断面図であって、図2のI-I 線断面に相当している。
【図2】 図1のII-II 線断面図であって、前記ガイド装置(図1)の縦断面を示している。
【図3】 図1の一部拡大図である。
【図4】 ガイド装置(図1)における制御装置の概略ブロック構成図である。
【符号の説明】
1: ガイド装置
2: ガイド軸
2b: 外周面
20: 平面部
3: コラム
3a: 貫通穴
3b: 横穴
3c: ポケット穴
30: 平面部
5: 永久磁石
6: 電磁コイル(電磁石)
8: マグネットスケール
9: センサ
10: ニードルローラベアリング
11: 外輪(転動体)
12: ニードルローラ(ころ状部材)
13: 支軸
15: 転動面
Claims (5)
- ガイド軸(2)とこれに外挿するコラム(3)とを備え、前記コラム(3)を前記ガイド軸(2)上で移動自在に支持するガイド装置(1)において、
前記ガイド軸(2)が、中心軸線を挟んで対向配置された平坦状の第1、第2の主面(20)を外周面に有し、前記第1、第2の主面(20)に永久磁石(5)がそれぞれ設けられ、
前記コラム(3)が、前記ガイド軸(2)の前記外周面に近接配置された内周面を有し、前記内周面には、前記ガイド軸(2)の前記各永久磁石(5)に対向する一対の電磁石(6)と、前記ガイド軸(2)の前記外周面上を軸方向に転動する各々回転自在な複数の転動体(11)とが設けられるとともに、
前記ガイド軸(2)に対する前記コラム(3)の位置を検出するための位置検出手段が設けられている、
ことを特徴とするガイド装置。 - 請求項1において、
前記コラム(3)には、当該コラム(3)を軸方向と直交する方向に貫通する横穴(3b)が形成され、前記電磁石(6)が前記横穴(3b)に設けられている、
ことを特徴とするガイド装置。 - 請求項1において、
前記ガイド軸(2)が、複数の平面部からなる断面多角形状の外周面を有し、
前記コラム(3)が、前記ガイド軸(2)の前記各平面部に対応する複数の平面部からなる断面多角形状の内周面を有する貫通穴(3a)を有しており、
前記各転動体(11)が、前記コラム(3)の前記貫通穴(3a)の隅部において、該貫通穴(3a)の内周面に形成されたポケット穴(3c)に収容された円筒状部材であり、前記ポケット穴(3c)の内部に配設された支軸(13)が前記転動体(11)を挿通するとともに、前記支軸(13)の回りに配設された多数のころ状部材(12)を介して、前記転動体(11)が前記支軸(13)の回りを回転自在になっている、
ことを特徴とするガイド装置。 - 請求項1において、
前記位置検出手段が、前記ガイド軸(2)に装着された、軸方向に延びるマグネットスケール(8)と、前記コラム(3)に設けられ、前記マグネットスケール(8)のスケール値を検出するセンサ(9)とを有している、
ことを特徴とするガイド装置。 - 請求項1において、
前記ガイド軸(2)が、上下方向に延びる穴(2a)を有し、前記穴(2a)内にシリンダが配設されており、当該シリンダのピストンロッド先端が前記ガイド軸(2)の先端に取り付けられ、シリンダ本体が前記コラム(3)に取り付けられている、
ことを特徴とするガイド装置。
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