JP5995330B2

JP5995330B2 - ２軸アクチュエータ

Info

Publication number: JP5995330B2
Application number: JP2014116451A
Authority: JP
Inventors: 紀匡奥井; 英維坂田
Original assignee: Tsubaki E&M Co
Current assignee: Tsubaki E&M Co
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2034-06-05
Also published as: JP2015229217A

Description

本発明は、ボールねじ機構等の、モータの回転を直線運動に変換する直線運動変換機構を利用したアクチュエータに関し、食品、セメント、鉄鋼業界等、多くの産業において使用される、水平方向及び垂直方向の２軸方向に搬送物を移送できるアクチュエータ（以下、単に、「２軸アクチュエータ」という。）に関する。

２軸アクチュエータは、水平方向の一方向に進退動するアクチュエータ（以下、単に、「水平アクチュエータの」という。）と、垂直方向に昇降するアクチュエータ（以下、単に「垂直アクチュエータの」という。）を組合せて構成されるものであり、これを含む例として、特許文献１に示すものがある。

特開２０１３−１８８７９６号公報

特許文献１に示すアクチュエータは、水平方向の一方向に進退動するアクチュエータが、それと直交する水平方向に進退動する２本のアクチュエータに取付けられ、垂直方向に昇降するアクチュエータを具えている。これにより、各アクチュエータの可動範囲内であれば、Ｘ軸方向（水平方向の一方向）、Ｙ軸方向（Ｘ軸と直交する方向）、Ｚ軸方向（垂直方向）に搬送物を自在に移送することができる。

ところで、２軸アクチュエータには、以下の事項が求められている。一点目は、搬送物の負荷による偏荷重に対する剛性の確保とコンパクト性の両立である。二点目は、防塵・防滴機能が挙げられる。粉塵・水滴がアクチュエータ内部のねじ機構に浸入すると、ねじ機構が損傷し、不具合が生じ得るからである。そして、三点目は、部品の共通化である。部品を共通化することにより、製造コスト、在庫コストを抑えることができるからである。

特許文献１のアクチュエータは、以下の問題がある。すなわち、搬送物を載せる負荷受部材の取付面であるスライダ（連結部材）が、垂直アクチュエータの、水平アクチュエータが位置している面と反対側の面に取付けられているので、水平アクチュエータから負荷受部材の重心位置までの距離が遠く、負荷受部材に載せられる搬送物の負荷による偏荷重が水平アクチュエータに比較的大きく掛かる。このため、その偏荷重に耐え得る大型の直線運動変換機構又はガイド機構を具えたアクチュエータとしなければならないから、コンパクト化を図ることが難しい。また、スライダの可動範囲に亘って設けられ、アクチュエータ内部に通じ、スライダと昇降部材又は進退動部材との連結部材が貫通している長孔が、水平アクチュエータの上側、及び垂直アクチュエータの負荷受部材側に位置しているため、搬送物側からの粉塵や水滴がアクチュエータ内部に浸入し易いので、ねじ機構が損傷し、不具合が生じる危険性がある。また、水平アクチュエータ及び垂直アクチュエータと負荷受部材の重心位置までの距離が大きく異なり、水平アクチュエータと垂直アクチュエータに掛かる曲げモーメントに差があるため、これらを全く同じ構成とすると、剛性不足になる恐れがある。従って、水平アクチュエータと垂直アクチュエータは、それぞれに求められる剛性を充たすように別々に設計しなければならず、また、それぞれのアクチュエータの部品が必要になるから、製造コスト、在庫コストが掛かる。

そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点に鑑み、高剛性とコンパクト性の両立ができる２軸アクチュエータを提供することをその目的とし、さらには、防塵・防滴機能に優れ、部品の共通化も図れる２軸アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、第一モータと、水平方向に長手の第一支柱と、前記第一支柱内部に設けられ、前記第一モータの回転を直線運動に変換する第一直線運動変換機構と、前記第一直線運動変換機構に取付けられ、前記第一支柱の軸方向に進退動する進退動部材と、前記進退動部材の進退動を案内する第一ガイド機構とを具えた水平アクチュエータと、
第二モータと、垂直方向に長手の第二支柱と、前記第二支柱内部に設けられ、前記第二モータの回転を直線運動に変換する第二直線運動変換機構と、前記第二直線運動変換機構に取付けられ、前記第二支柱の軸方向に昇降する昇降部材と、前記昇降部材の昇降を案内する第二ガイド機構と、前記昇降部材に連結されている負荷受部材とを具えた垂直アクチュエータとを有し、
前記垂直アクチュエータが前記水平アクチュエータの短手方向、且つ、水平方向の一方の側に位置するように、前記進退動部材に連結されている２軸アクチュエータにおいて、
前記負荷受部材が、前記垂直アクチュエータの外側であって、前記水平アクチュエータの側に位置するように、前記昇降部材に連結されていることを特徴とする２軸アクチュエータによって前記課題を解決した。

本発明によれば、２軸アクチュエータにおいて、垂直アクチュエータが水平アクチュエータの短手方向、且つ、水平方向の一方の側に位置するように、進退動部材に連結されており、垂直アクチュエータの昇降部材に連結されている負荷受部材が、垂直アクチュエータの外側であって、水平アクチュエータ側に位置しているから、水平アクチュエータから負荷受部材の重心位置までの距離が近い。よって、水平アクチュエータに対する、搬送物の負荷による偏荷重の影響を比較的小さくすることができるので、従来に比べ、剛性を維持したまま、或いはより高い剛性を実現した上で、コンパクト化、軽量化を実現した２軸アクチュエータとすることができる。

また、第一支柱を縦断面コ字形のものとし、その開口部が垂直アクチュエータが取付けられている側の水平方向を向くように配設されていれば、主として負荷受部材側から発生する粉塵・水滴が水平アクチュエータ内部に浸入することを効果的に防止することができるので、優れた防塵・防滴効果を奏する。なお、第二支柱についても同様の構成とすれば、防塵・防滴性能を一層高めることができる。

また、第一支柱を縦断面コ字形のものとした水平アクチュエータにおいて、第一ガイド機構が、進退動部材を、第一支柱の開口部と反対側の内壁面に対して案内する構成とすれば、第一ガイド機構を負荷受部材の重心の位置に近付けることができるので、２軸アクチュエータの剛性を一層高めることができる。なお、第二支柱を横断面コ字形のものとした垂直アクチュエータについても同様の構成としてもよく、水平アクチュエータと垂直アクチュエータの両方について本構成を適用してもよい。

また、本発明は、従来に比べて水平アクチュエータ及び垂直アクチュエータと負荷受部材の重心位置までのそれぞれの距離の差が小さいため、第一支柱と第二支柱、第一直線運動変換機構と第二直線運動変換機構、及び第一ガイド機構と第二ガイド機構等を、それぞれ共通の部品で構成することが容易に行える。よって、部品管理、在庫負担を軽減でき、製造コスト、在庫コストを抑えた２軸アクチュエータとすることができる。なお、この場合においても、前述のように、第一支柱及び第二支柱を断面コ字形にすれば、防塵・防滴性能を高めることができ、さらに、第一ガイド機構又は第二ガイド機構が、進退動部材又は昇降部材を、第一支柱又は第二支柱の開口部と反対側の内壁面に対して案内する構成とすれば、剛性を一層高めることができる。

（ａ）は本発明の第一実施形態の一部断面正面図、（ｂ）はその一部断面平面図。本発明の第一実施形態の一部断面側面図。本発明の第二実施形態の垂直アクチュエータの横断面図。本発明の第三実施形態の垂直アクチュエータの横断面図。本発明の第四実施形態の垂直アクチュエータの横断面図。

本発明の実施例を、図１〜５を参照して説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の第一実施形態の２軸アクチュエータ１００を示している。２軸アクチュエータ１００は、第一モータＭ１が連結されている水平アクチュエータ１０と、第二モータＭ２が連結されている垂直アクチュエータ３０を有している。水平アクチュエータ１０は、水平方向に長手の第一支柱１２を有しており、その内部には、第一モータＭ１の回転を直線運動に変換する第一直線運動変換機構１４を具えている。第一直線運動変換機構１４は、ボールねじ機構、具体的には、第一支柱１２に沿って回転可能に軸支されている第一駆動用ねじ軸１５とこれに螺合するナットに連結されている進退動部材１６から構成されている。第一モータＭ１が回転すると、第一駆動用ねじ軸１５が回転し、その回転方向によって進退動部材１６が第一支柱１２の軸方向（Ｘ軸方向）に進退動する。このとき、第一ガイド機構２２が第一支柱１２の内壁面１２ａ（図２参照。）に対して、進退動部材１６の進退動を円滑に案内する。

垂直アクチュエータ３０も水平アクチュエータ１０と基本的に同じ構成である。すなわち、垂直アクチュエータ３０は、垂直方向に長手の第二支柱３２を有しており、その内部には、第二モータＭ２の回転を直線運動に変換する第二直線運動変換機構３４を具えている。第二直線運動変換機構３４は、ボールねじ機構、具体的には、第二支柱３２に沿って回転可能に軸支されている第二駆動用ねじ軸３５とこれに螺合するナットに連結されている昇降部材３６から構成されている。第二モータＭ２が回転すると、第二駆動用ねじ軸３５が回転し、その回転方向によって昇降部材３６が第二支柱３２の軸方向（Ｚ軸方向）に昇降する。このとき、第二ガイド機構４２が第二支柱３２の内壁面３２ａ（図１（ｂ）参照。）に対して、進退動部材３６の昇降を円滑に案内する。

なお、直線運動変換機構１４，３４には、ボールねじ機構が採用されているが、台形ねじ機構等も使用できる。また、ガイド機構２２，４２は、支柱１２，３２の内壁面１２ａ，３２ａに固定された２本のガイドレールと、そのそれぞれの上を転がる図示しない転動体を有し、ガイドレールの長手方向に２個ずつ配設されたスライド部材によって構成されているが、その他に、ローラ式、レール式等の案内機構を採用することができる。

図２に示すように、水平アクチュエータ１０の進退動部材１６は、第一連結部材５４を介してアクチュエータ連結部材５６と連結されている。アクチュエータ連結部材５６は、他方で、垂直アクチュエータ３０の底板３８と連結されている。これにより、垂直アクチュエータ３０は、水平アクチュエータ１０の短手方向、且つ、水平方向の一方の側に位置するように水平アクチュエータ１０に連結され、図１（ａ）に示すように、進退動部材１６のＸ軸方向の進退動に伴い、垂直アクチュエータ３０も同方向に進退動する。一方、垂直アクチュエータ３０の昇降部材３６は、第二連結部材５２を介して負荷受部材５０と連結されている。よって、昇降部材３６のＺ軸方向の昇降に伴い、負荷受部材５０も同方向に昇降する。かくして、２軸アクチュエータ１００では、負荷受部材５０に載せられた搬送物Ｌ（図２参照。）を、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に移送することができる。このように、連結部材５６と垂直アクチュエータ３０の底板３８とを連結させることにより、昇降部材３６の可動範囲において、負荷受部材５０が水平アクチュエータ１０と干渉し難くなる。なお、水平アクチュエータ１０は、地面等に設置する他、特許文献１のような３軸アクチュエータとするために、水平アクチュエータ１０をＸ軸方向と直交するＹ軸方向へ移送させる他のアクチュエータと連結させてもよい。

本発明では、図２に示すように、負荷受部材５０が、垂直アクチュエータ３０の外側であって、水平アクチュエータ１０の側に位置するように構成されている（図１（ｂ）も参照。）。これにより、水平アクチュエータの中心から負荷受部材５０の重心位置までの距離Ｒ、換言すれば、第一直線運動変換機構１４及び第一ガイド機構２２と負荷受部材５０の重心位置までの距離を近付けることができるので、水平アクチュエータ１０に対する、搬送物Ｌの負荷による偏荷重の影響を比較的小さくすることができる。この構成はどのようなアクチュエータにも適用でき、これにより、従来に比べ、剛性を維持したまま、或いはより高い剛性を実現した上で、コンパクト化、軽量化を実現することができる。

また、ガイド機構２２，４２と負荷受部材５０とのそれぞれの距離Ｓ，Ｔを近付け、２軸アクチュエータ１００の剛性をさらに高めるために、水平アクチュエータ１０と垂直アクチュエータ３０のガイド機構２２，４２を負荷受部材５０の重心位置寄りに配設するのがよい。

次に、本発明のアクチュエータについて具体的に説明する。本発明の水平アクチュエータ１０と垂直アクチュエータ３０は、進退動部材１６又は昇降部材３６に取付けられている対象が異なるが、上記に説明した構成により、水平アクチュエータ１０及び垂直アクチュエータ３０と負荷受部材５０の重心位置までのそれぞれの距離の差が小さいため、基本的な部分は、これらを同様の構成とすることができ、部品の共通化を図ることができる。そこで、以下の具体的説明は、便宜上、垂直アクチュエータ３０の図を用い、水平アクチュエータ１０についての詳細な説明は省略することがある。

まず、防塵・防滴性能について説明する。図３に示されているように、第二支柱３２を横断面コ字形のものとし、その開口部３３が、水平アクチュエータ１０に対する垂直アクチュエータ３０の方向、すなわち、負荷受部材５０が設けられている方向と反対側の方向を向くように配設すれば（図１（ｂ）参照。）、主に負荷受部材５０側から発生する粉塵・水滴を支柱の外壁面で遮断することができるので（図３参照）、優れた防塵・防滴効果を奏することができる。

また、この場合において、第二ガイド機構４２が昇降部材３６を開口部３３と反対側の内壁面３２ａに対して案内する構成とすれば、第二ガイド機構４２と負荷受部材５０との距離Ｔ（図２参照。）を可能な限り近付けることができるので、２軸アクチュエータ１００の剛性を高め、或いは、第二ガイド機構４２や第二直線運動変換機構３４のサイズ自体を小さくし、垂直アクチュエータ３０全体のコンパクト化、軽量化を図ることもできる。なお、水平アクチュエータ１０の第一ガイド機構２２については、負荷受部材５０の重心の位置に依るが、基本的には、同様の構成とすることにより、同等の効果を得ることができる。

図３に示すように、開口部３３側に第二支柱３２とは別体の、開口部３３を覆う第二カバー４４を設けることもできる。これにより、反負荷側からの粉塵等の昇降装置内部への浸入も防ぐことができる。また、第二支柱３２と第二カバー４４との間の、第二連結部材５２を通す隙間Ｕ（水平アクチュエータ１０の場合、隙間は、図２に示すように、第一カバー２４に形成される。）を遮蔽する遮蔽部材を具える構成とすれば、昇降装置の密閉性を高めることができ、防塵・防滴効果をさらに高めることができる。一方、図４に示すように、開口部３３の端部の内側に向けて第二支柱３２からそれぞれ突出する鍔部３２ｂを設けた構成としても、粉塵や水滴の侵入経路を狭めることができるので、防塵・防滴効果を高めることができる。

本発明では、第二支柱３２の内壁面に対して昇降部材３６を案内するガイド機構であれば、２軸アクチュエータ１００の剛性をさらに高めるために、ガイド機構を複数箇所に設ける構成としてもよい。また、図５に示すように、開口部３３の端部の内側に向けて第二支柱３２からそれぞれ突出する鍔部３２ｂを設けた構成において、その鍔部３２ｂの内壁面に対して昇降部材３６を案内するローラ式のガイド機構３２ｂを設けることもできる。この構成により、正逆転するねじとナットによって垂直アクチュエータ３０に掛かる捻じれ荷重を許容することができ、動作の安定性をさらに増すことができる。

以上説明したように、本発明によれば、高剛性とコンパクト性の両立ができ、さらには、防塵・防滴機能に優れ、部品の共通化も図れる２軸アクチュエータを提供することができる。

１０水平アクチュエータ
１２第一支柱
１２ａ第一支柱の内壁面
１３第一支柱の開口部
１４第一直線運動変換機構
１６進退動部材
２２第一ガイド機構
３０垂直アクチュエータ
３２第二支柱
３２ａ第二支柱の内壁面
３３第二支柱の開口部
３４第二直線運動変換機構
３６昇降部材
４２第二ガイド機構
５０負荷受部材
Ｍ１第一モータ
Ｍ２第二モータ
１００２軸アクチュエータ

Claims

第一モータと、水平方向に長手の第一支柱と、前記第一支柱内部に設けられ、前記第一モータの回転を直線運動に変換する第一直線運動変換機構と、前記第一直線運動変換機構に取付けられ、前記第一支柱の軸方向に進退動する進退動部材と、前記進退動部材の進退動を案内する第一ガイド機構とを具えた水平アクチュエータと、
第二モータと、垂直方向に長手の第二支柱と、前記第二支柱内部に設けられ、前記第二モータの回転を直線運動に変換する第二直線運動変換機構と、前記第二直線運動変換機構に取付けられ、前記第二支柱の軸方向に昇降する昇降部材と、前記昇降部材の昇降を案内する第二ガイド機構と、前記昇降部材に連結されている負荷受部材とを具えた垂直アクチュエータとを有し、
前記垂直アクチュエータが前記水平アクチュエータの短手方向、且つ、水平方向の一方の側に位置するように、前記進退動部材に連結されている２軸アクチュエータにおいて、
前記負荷受部材が、前記垂直アクチュエータの外側であって、前記水平アクチュエータの側に位置するように、前記昇降部材に連結されていることを特徴とする、
２軸アクチュエータ。
前記第一支柱が縦断面コ字形で、その開口部が前記一方の側の方向を向いている、請求項１の２軸アクチュエータ。
前記第一ガイド機構が、前記進退動部材を、前記第一支柱の開口部と反対側の内壁面に対して案内する、請求項２の２軸アクチュエータ。
前記第二支柱が横断面コ字形で、その開口部が前記一方の側の方向を向いている、請求項１から３のいずれかの２軸アクチュエータ。
前記第二ガイド機構が、前記昇降部材を、前記第二支柱の開口部と反対側の内壁面に対して案内する、請求項４の２軸アクチュエータ。
前記第一支柱と第二支柱、前記第一直線運動変換機構と第二直線運動変換機構、及び前記第一ガイド機構と第二ガイド機構が、それぞれ共通の部品で構成されている、請求項１の２軸アクチュエータ。
前記第一支柱が縦断面コ字形、且つ、前記第二支柱が横断面コ字形で、前記第一支柱及び第二支柱の開口部がそれぞれ前記一方の側の方向を向いている、請求項６の２軸アクチュエータ。
前記第一ガイド機構が、前記進退動部材を、前記第一支柱の開口部と反対側の内壁面に対して案内し、
前記第二ガイド機構が、前記昇降部材を、前記第二支柱の開口部と反対側の内壁面に対して案内する、請求項７の２軸アクチュエータ。