JP6361189B2 - 運動案内装置 - Google Patents

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Description

本発明は、運動案内装置に関する。
リニアガイド(運動案内装置)は、軌道レール、スライダブロック及びボール(又はローラ)を備える。軌道レールとスライダブロックの間には、循環経路が形成される。この循環経路内をボールが循環(転走)することにより、軌道レールとスライダブロックは、相対的に運動(移動)する。
リニアガイドの駆動源として、ボールねじ、ワイヤー、ベルト、リニアモータ等が挙げられる。例えば、駆動源が、ボールねじ、ワイヤー、ベルトの場合には、ステッピングモータによるセミクローズド制御が一般的である。しかしながら、従来よりも高い位置決め精度が求められる場面では、リニアエンコーダを設置し、このリニアエンコーダによるクローズド制御が必要となる。
例えば、駆動源がリニアモータの場合には、軌道レールに沿って設置した磁石部と、スライダブロックに設置したコイル部との相対位置を検出するために、リニアエンコーダのエンコーダスケールが軌道レールに設置され、リニアエンコーダのセンサがスライダブロックに設置される。
磁石部とコイル部の相対位置を確実に検出するためには、リニアエンコーダをリニアガイドに対して正確に設置しなければならない。しかし、後から追加するリニアエンコーダをリニアガイドに対して正確に設置するのは容易ではない。そこで、リニアエンコーダをリニアガイドに予め配置したものが提案されている。
特許第4441525号公報
従来のリニアガイドでは、センサが、スライダブロックの端面に対して、軌道レールの長手方向から装着される。そして、スライダブロックの載置面(外面)に種々の部材(載置部材)が固定される。
センサは、軌道レールと載置部材の間の僅かな隙間(空間)に配置されるので、センサに不具合が発生した場合には、載置部材を取り外さなければ、センサのメンテナンスを行うことができない。しかし、載置部材が重量物等の場合には、載置部材の取り外しや再取り付けに時間とコストがかかってしまう。載置部材の取り外しや再取り付けが著しく困難な場合もある。
したがって、従来のリニアガイドは、センサのメンテナンス性に劣るという問題がある。
また、従来のリニアガイドは、スライダブロックにセンサを取り付けた状態で、載置部材の取り付けを行う必要がある。このため、センサの接続ケーブルが断線する等の不具合が発生する危険があった。
したがって、従来のリニアガイドは、センサの組み立て性に劣るという問題がある。
本発明は、エンコーダの組み立て性やメンテナンス性に優れる運動案内装置を提案することを目的とする。
本発明に係る運動案内装置の実施態様は、長手方向に延びる軌道体と、前記軌道体に取り付けられて、前記軌道体に沿って移動可能な移動体と、前記長手方向に沿って前記軌道体に配置されるエンコーダスケールと、前記エンコーダスケールに対向配置されるセンサと、前記移動体の前記長手方向の端面に配置されて、前記軌道体の幅方向から前記センサを収容して前記エンコーダスケールに対向するように保持するフォルダと、を備え、前記フォルダは、前記センサを前記軌道体の幅方向かつ前記エンコーダスケールの幅方向において位置変更可能に位置決めする保持部を備える。
本発明に係る運動案内装置は、フォルダが軌道体の幅方向からセンサを収容して、エンコーダスケールに対向するように保持するので、エンコーダスケールの位置に合わせて自在にセンサを配置することができると共に、移動体に固定した載置部材を取り外すことなく、センサのメンテナンスを行うことができる。本発明に係る運動案内装置は、移動体に載置部材を取り付けた後に、エンコーダを装着できるので、組み立て性に優れる。
本発明の実施形態に係るリニアガイド1を示す斜視図である。 リニアガイド1を示す図であって、(a)正面図、(b)側面図、(c)上面図である。 ガイド部2を示す斜視一部断面図である。 フォルダ60及びセンサ50を示す斜視図であって、(a)カバー67,68を取り付けた状態、(b)カバー67,68を取り外した状態を示す。 フォルダ60及びセンサ50を示す図であって、(a)右側図、(b)上面図、(b)左側面図、(c)正面図である。 センサ50をフォルダ60に対して着脱する手順を示す斜視図である。 センサ50をフォルダ60に対して着脱する着脱手順を示す図であって、(a)不装着状態、(b)装着状態を示す。
本発明の実施形態に係るリニアガイド1について、図を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るリニアガイド1を示す斜視図である。
図2は、リニアガイド1を示す図であって、(a)正面図、(b)側面図、(c)上面図である。
軌道レール10の長手方向(スライダブロック20の移動方向)をY方向(長手方向)と言う。Y方向を向く面等を端面、端部と言う。
軌道レール10とスライダブロック20が重なり合う方向をZ方向(高さ方向)と言う。+Z方向を上、−Z方向を下と言う場合もある。
Y方向及びZ方向に垂直な方向をX方向(幅方向)と言う。+X方向を右、−X方向を左と言う場合もある。X方向を向く面等を側面と言う。
リニアガイド(運動案内装置)1は、ガイド部2と位置検出部3等を備える。
ガイド部2は、軌道レール10とスライダブロック20等を備え、スライダブロック20が軌道レール10に沿って円滑に移動する。
スライダブロック20の上面(外面)20aには、スライダブロック20と共に移動する載置部材を取り付けることができる。
位置検出部3は、エンコーダスケール40とセンサ50からなるリニア磁気エンコーダ4を備え、軌道レール10とスライダブロック20の相対位置を検出する。
位置検出部3は、スライダブロック20の+Y方向の端面20sに配置される。位置検出部3は、センサ50をスライダブロック20に取り付けるフォルダ60を備える。
スライダブロック20の−Y方向の端面20sとフォルダ60の+Y方向の端面60sには、それぞれ防塵シール5が装着される。防塵シール5は、軌道レール10を跨る鞍形状に形成される。防塵シール5は、軌道レール10とスライダブロック20の間への異物の侵入を防止する。
図3は、ガイド部2を示す斜視一部断面図である。図3では、エンコーダスケール40及び非磁性体カバー15を省略して図示する。
軌道レール(軌道体)10は、Y方向に垂直な断面において略矩形状に形成されて、Y方向に延在する金属製の部材である。
軌道レール10の外面のうち、幅方向(X方向)を向く一対の側面10cには、長手方向(Y方向)に沿うローラ転走面11がそれぞれ形成される。軌道レール10には、四つのローラ転走面11が設けられる。
軌道レール10の上面(外面)10aには、Z方向に貫通するボルト取付穴12が、Y方向において間隔をあけて複数形成される。複数のボルト取付穴12は、上面10aの幅方向の中央に形成される。
軌道レール10は、ボルト取付穴12に挿通したボルト(不図示)によりベース部材等(不図示)に固定される。
軌道レール10の上面10aには、エンコーダスケール40が埋め込まれる(図1参照)。そして、軌道レール10には、上面10aとエンコーダスケール40を覆うように、非磁性体カバー15が装着される(図1参照)。
スライダブロック(移動体)20は、ブロック本体21と一対の蓋体28を備える。ブロック本体21と蓋体28は、それぞれ軌道レール10を跨る鞍形状に形成される。
一対の蓋体28は、ブロック本体21のY方向の両端面に装着される。一対の蓋体28のうち、+Y方向に配置された蓋体28には、さらにフォルダ60が重ねて装着される。
スライダブロック20には、軌道レール10のローラ転走面11に対向するローラ転走面22が形成される。スライダブロック20には、ローラ転走面22を含む無限循環路23が形成される。スライダブロック20には、四つの無限循環路23が形成される。
無限循環路23は、負荷ローラ転走路24、ローラ戻し路25及び一対の方向転換路26から構成される。
負荷ローラ転走路24は、ローラ転走面22とローラ転走面11から形成される。ローラ戻し路25は、ブロック本体21の内部においてローラ転走面22に対して平行に延びるように形成される。方向転換路26は、負荷ローラ転走路24とローラ戻し路25を接続するU字状に形成される。方向転換路26は、蓋体28に形成される。
無限循環路23には、複数のローラ(転動体)30が収容、配列される。
軌道レール10をスライダブロック20に対して移動させると、軌道レール10のローラ転走面11とスライダブロック20のローラ転走面22の間(負荷ローラ転走路24)に介在する複数のローラ30が転がり運動する。
複数のローラ30は、負荷ローラ転走路24の一端まで転がって、方向転換路26に導かれる。さらに、複数のローラ30は、ローラ戻し路25及び方向転換路26を経由した後に、負荷ローラ転走路24に戻される。
軌道レール10とスライダブロック20の間に複数のローラ30を介在させることにより、軌道レール10に対してスライダブロック20をY方向に移動させる際の抵抗が低減される。
図4は、フォルダ60及びセンサ50を示す斜視図であって、(a)カバー67,68を取り付けた状態、(b)カバー67,68を取り外した状態を示す。
図5は、フォルダ60及びセンサ50を示す図であって、(a)正面図、(b)右側面図、(b)上面図、(c)左側面図である。
位置検出部3は、フォルダ60及びセンサ50を備える。
リニア磁気エンコーダ4は、エンコーダスケール40及びセンサ50によって構成される。このリニア磁気エンコーダ4は、例えば1μm程度の分解能を有する。
エンコーダスケール40は、細長い矩形の磁性体からなる。エンコーダスケール40は、軌道レール10の上面10aに埋め込まれる。エンコーダスケール40の上面40aには、N極とS極が交互に一定のピッチ(例えば2mm)で着磁される。
軌道レール10の上面10aには、エンコーダスケール40の断面形状とほぼ同一形状の溝が軌道レール10に沿って形成される。この溝は、ボルト取付穴12を避けるために、軌道レール10の上面10aにおいて幅方向の右側又は左側に配置される。
エンコーダスケール40の上面40aは、軌道レール10の上面10aに対して段差が生じないように、面同士が揃えられる。軌道レール10の上面10aに、エンコーダスケール40の上面40aが露出する。
軌道レール10の上面10aは、非磁性体カバー15が装着される。非磁性体カバー15は、例えば樹脂等からなり、軌道レール10の上面10aとエンコーダスケール40の上面40aを覆う。
エンコーダスケール40の上面40aを非磁性体カバー15で覆うことにより、例えば切削屑やクーラント液等がエンコーダスケール40に付着しないように保護している。
センサ50は、MR素子を有するセンサである。センサ50は、MR素子52によりエンコーダスケール40の上面40aの磁気を検出する。センサ50は、エンコーダスケール40に沿って相対移動することにより正弦波信号を出力する。
センサ50が検出した信号は、様々な用途で用いることができる。
例えば、ガイド部2をリニアモータで駆動した場合には、センサ50の検出信号は、信号処理部を介して、モータドライバに送られる。このモータドライバは、ユーザー端末からの位置指令に基づいて、スライダブロック20が指令位置に移動するように、リニアモータのコイル部に供給する電流を制御する。このようにして、ガイド部2を駆動するリニアモータの制御を行うことができる。
センサ50は、樹脂成形により矩形平板形状のセンサ本体51を備える。センサ本体51の内部には、MR素子52が埋め込まれる。MR素子52は、センサ50のセンサ本体51のほぼ中央に配置される。
センサ本体51のY方向の両端面50s(図4及び5(c)参照)には、それぞれX方向に沿う突部55が形成される。突部(端部)55は、断面形状が矩形に形成される。
センサ本体51の右側(+X方向)の側面50cには、鉄片等の磁性体53が埋め込まれる。センサ本体51の左側(−X方向)の側面50cには、MR素子52に接続された電気ケーブル54が繋がる。
フォルダ60は、センサ50をスライダブロック20に取り付ける部材である。フォルダ60は、スライダブロック20の蓋体28の+Y方向の端面20sに取り付けられる。
フォルダ60は、Y方向から見ると、蓋体28とほぼ同一形状に形成される。つまり、フォルダ60は、軌道レール10を跨る鞍形状に形成される。フォルダ60は、Y方向において、蓋体28よりも厚く形成される。
フォルダ60は、樹脂製のフォルダ本体61、二つの側面カバー67及び上面カバー68を備える。
二つの側面カバー67は、フォルダ本体61の両側面61cを覆う。上面カバー68は、フォルダ本体61の上面61aを覆う。
フォルダ本体61は、一対の鞍形部62と一対の連結部63を有し、こられが一体成形される。
鞍形部62は、Y方向の両側に配置された鞍形平板状の部位である。連結部63は、鞍形部62の下部からY方向に延びて、鞍形部62同士を連結する部位である。フォルダ本体61は、一対の鞍形部62と一対の連結部63により、フレーム形状に形成される。
側面カバー67及び上面カバー68は、矩形の板金からなる。側面カバー67は、フォルダ本体61の側面61cに密着する。上面カバー68は、フォルダ本体61(一対の鞍形部62)の上面61aに密着する。
フォルダ本体61の鞍形部62同士の間には、センサ50が収容される収容部64が設けられる。収容部64は、フォルダ本体61のうち、軌道レール10の上面10a(エンコーダスケール40の上面40a)に対向する部分(空間)に形成される。
収容部64の−Z方向には軌道レール10の上面10aが露出し、+Z方向には上面カバー68が配置される。収容部64の+X方向及び−X方向には、それぞれ側面カバー67が配置される。
鞍形部62同士の間隔(Y方向の距離)は、センサ50のY方向の長さよりもやや短い。鞍形部62同士が向き合う内面には、それぞれX方向に沿う溝(案内部)65が形成される。溝65は、断面形状が矩形に形成される。この溝65には、センサ50の突部55が嵌め込まれる。
つまり、センサ50の両端面50sの突部55が、フォルダ本体61の溝65にそれぞれ嵌め込まれることにより、センサ50がフォルダ60の収容部64に収容される。
センサ50が収容部64に収容されると、MR素子52が軌道レール10の上面10aに対して僅かな隙間を隔てて対向配置される。
溝65は、フォルダ本体61(鞍形部62)の幅方向(X方向)の全長に亘って形成される。つまり、収容部64は、フォルダ本体61をX方向に貫くように形成される。言い換えると、収容部64は、フォルダ本体61のX方向の両側に開口する。このため、センサ50は、フォルダ60の収容部64に対して、幅方向の両側(+X方向、−X方向)から収容される。
突部55が溝65に嵌め込まれると、突部55を形成する三つの外面と溝65を形成する三つの内面がそれぞれ当接する。例えば、−Y方向を向く突部55の三つの外面(−Y方向を向く外面55s、+Z方向を向く外面55a、−Z方向を向く外面55b)と、+Y方向を向く溝65の三つの内面(+Y方向を向く内面65s、+Z方向を向く内面65a、−Z方向を向く内面65b)がそれぞれ当接する。
このため、センサ50は、フォルダ60(フォルダ本体61)に対して、Y方向及びZ方向に移動できなくなる。また、センサ50は、フォルダ60に対して、X方向回り、Y方向回り及びZ方向回りに回転できなくなる。
一方、センサ50は、突部55が溝65に嵌め込まれた状態で、フォルダ60に対してX方向に移動可能である。
このように、フォルダ60の収容部64は、X方向を除く方向において、センサ50を位置決めしつつ、保持する。つまり、フォルダ60の収容部64は、突部55が溝65に嵌め込まれてなる嵌合部71を備え、X方向を除く方向においてセンサ50を位置決めして保持する。
また、フォルダ60の収容部64は、X方向において、センサ50を位置決めして保持する保持部72を備える。保持部72は、センサ50を吸着保持する磁石部66を備える。
センサ50のセンサ本体51には、磁性体53が埋め込まれる。磁石部66は、この磁性体53を吸着して保持することにより、センサ50のX方向の移動を抑止する。
収容部64で磁石部66がセンサ50を吸着保持すると、MR素子52がエンコーダスケール40の上面40aに対して僅かな隙間を隔てて対向配置される。
磁石部66は、収容部64に配置される。磁石部66は、上面カバー68の下面68bに取り付けられる。上面カバー68をフォルダ本体61(鞍形部62)の上面61aに装着することにより、磁石部66が収容部64に配置される。
上面カバー68には、磁石部66を取り付けるためのねじ穴69が設けられる。ねじ穴69のX方向の位置を変更することにより、収容部64における磁石部66のX方向の位置を変更できる。磁石部66のX方向の位置を変更すると、収容部64におけるセンサ50のX方向の位置が変更される。
図6は、センサ50をフォルダ60に対して着脱する手順を示す斜視図である。
図7は、センサ50をフォルダ60に対して着脱する着脱手順を示す図であって、(a)不装着状態、(b)装着状態を示す。
センサ50をフォルダ60に対して装着するときは、フォルダ本体61の側面61cに取り付けられた側面カバー67を取り外す。磁石部66がフォルダ本体61の−X方向側に配置されている場合は、フォルダ本体61の+X方向の側面61cに取り付けられた側面カバー67を取り外す。
これにより、収容部64がフォルダ本体61の+X方向の側面61cに現れる(開口)する。
次に、収容部64にセンサ50を挿入する。センサ50の両端面50sの突部55をフォルダ本体61の溝65にそれぞれ嵌め込む。そして、センサ50をフォルダ本体61に対して−X方向に移動させる。センサ50の突部55がフォルダ本体61の溝65に摺接されて、センサ50がX方向に案内される。
そして、収容部64にセンサ50が収容されると、センサ50が磁石部66に吸着保持される。センサ50の側面50cが磁石部66に当接した状態で収容部64に収容される。
最後に、取り外した側面カバー67をフォルダ本体61に装着する。
これにより、フォルダ60へのセンサ50の装着が完了する。
センサ50をフォルダ60から取り外すときは、装着手順と逆の手順で行う。
このように、本発明の実施形態に係るリニアガイド1は、スライダブロック20のY方向の端面に配置されて、X方向からセンサ50を収容して、エンコーダスケールに対向するように保持するフォルダ60を備える。このため、フォルダ60(フォルダ本体61)の側面61cからセンサ50を取り付けや取り外しができる。したがって、センサ50に不具合が発生した場合であっても、スライダブロック20から載置部材を取り外さなくても、センサ50のメンテナンスを行うことができる。
フォルダ60は、センサ50をX方向に案内する溝65を備えるので、センサ50をエンコーダスケールに対向する位置に容易かつ確実に配置することができる。
溝65は、センサ50をY方向とZ方向において位置決めするので、センサ50のY方向とZ方向における位置決めが確実に行われる。
フォルダ60は、センサ50をX方向において位置決めする保持部72を備えるので、センサ50のXにおける位置決めが確実に行われる。
保持部72は、センサ50を吸着保持する磁石部66を備えるので、センサ50のX方向における位置決めが確実に行われる。
例えば、スライダブロック20に振動が加わって、センサ50が磁石部66から外れてしまっても、磁石部66がセンサ50を吸引するので、センサ50が磁石部66に再び保持される。このように、保持部72は、ねじのように振動によって緩むことがないので、センサ50の位置決めが確実に行われる。
磁石部66は、X方向において位置変更が可能なので、センサ50(MR素子52)をエンコーダスケール40に対して対向配置できる。このため、リニア磁気エンコーダ4を確実に動作させることができる。
例えば、軌道レール10におけるエンコーダスケール40のX方向の設置位置が変更された場合であっても、センサ50をエンコーダスケール40に対して容易に対向配置できる。
フォルダ60の+Y方向の端面60sには、防塵シール5が配置される。このため、センサ50とエンコーダスケール40の間に、例えば切削屑の異物が侵入することが防止される。したがって、異物の影響を受けることなく、リニア磁気エンコーダ4を確実に動作させることができる。
リニアガイド1は、様々な用途に用いられるため、大型タイプや小型タイプが用意されている。このため、フォルダ60は、軌道レール10及びスライダブロック20の幅寸法に応じた形状(幅寸法)に形成される。つまり、フォルダ60は、リニアガイド1の幅寸法に応じて、収容部64(溝65)や上面カバー68等のX方向の長さが調整(変更)される。
大型タイプや小型タイプのリニアガイド1においても、フォルダ60は、嵌合部71と保持部72を備えるので、上述の効果が得られる。フォルダ60は、磁石部66のX方向の位置を調整することにより、センサ50(MR素子52)をエンコーダスケール40に対して対向配置できる。
上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
センサ50の両端面50sにそれぞれ突部55を設ける場合に限らない。例えば、フォルダ60の一対の溝65が、センサ50の端面50s、上面及び下面に摺接する場合であってもよい。
センサ50の両端面50sに溝を設け、フォルダ60に一対の突部を設けて、嵌め合わせてもよい。
上面カバー68は、X方向に沿って一定間隔に複数のねじ穴69が設けられてもよい。複数のねじ穴69のいずれかを用いることにより、磁石部66とセンサ50のX方向の位置を任意に変更することができる。
ねじ穴69のX方向の位置が異なる複数の上面カバー68を用意してもよい。複数の上面カバー68のいずれかを選択することにより、磁石部66とセンサ50のX方向の位置を任意に変更することができる。
ねじ穴69をX方向に延びる長円形の穴にしてもよい。磁石部66をX方向にスライドさせることができるので、センサ50のX方向の位置を任意に変更することができる。
ローラ30に代えて、ボールを用いてもよい。リニアガイド1は、ローラ30やボールを必要としない滑り案内装置であってもよい。
位置検出部3は、リニア磁気エンコーダ4を備える場合に限らず、リニア光学エンコーダ(光学式エンコーダ)を備える場合であってもよい。
1 リニアガイド(運動案内装置) 5 防塵シール 10 軌道レール(軌道体) 20 スライダブロック(移動体) 20s 端面 40 エンコーダスケール 50 センサ 60 フォルダ 60s 端面 65 溝(案内部) 66 磁石部 71 嵌合部 72 保持部 160,260 フォルダ

Claims (4)

  1. 長手方向に延びる軌道体と、
    前記軌道体に取り付けられて、前記軌道体に沿って移動可能な移動体と、
    前記長手方向に沿って前記軌道体に配置されるエンコーダスケールと、
    前記エンコーダスケールに対向配置されるセンサと、
    前記移動体の前記長手方向の端面に配置されて、前記軌道体の幅方向から前記センサを収容して前記エンコーダスケールに対向するように保持するフォルダと、を備え、
    前記フォルダは、前記センサを前記軌道体の幅方向かつ前記エンコーダスケールの幅方向において位置変更可能に位置決めする保持部を備える運動案内装置。
  2. 前記フォルダは、前記センサを前記軌道体の幅方向かつ前記エンコーダスケールの幅方向に案内する案内部を備える請求項1に記載の運動案内装置。
  3. 前記保持部は、前記センサを吸着保持する磁石部を備える請求項1または2に記載の運動案内装置。
  4. 前記フォルダの前記長手方向の端面に配置されて、前記軌道体と前記移動体の間への異物の侵入を防止する防塵シールを備える請求項1から3のうちいずれか一項に記載の運動案内装置。
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