JP6904864B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、産業用ロボットに装備され、加工装置などを装着されるスライダーに給電しつつ、そのスライダーをアーム部材に沿って移動させるアクチュエータに関するものである。

一般に、産業用ロボットなどに装備されて、その加工装置などを直線移動させるアクチュエータは、アーム部材に設けたスライダーに加工装置などを装着可能とした構造とされ、スライダーを介して加工装置などに給電しつつ、アーム部材に沿ってスライダーを移動させるようになっている。

アーム部材とスライダーとの間には、可撓性で全体として二つ折りの給電ケーブルが介装され、この給電ケーブルが、折り返し部の位置を変化させながらアーム部材とスライダーとの相対的な移動に追随して、アーム部材に配設された電源部からスライダーに給電することが多い。

給電ケーブルは、その両端をアーム部材及びスライダーに接続されると共に、可撓性のケーブル保護管の内部に配設されて、その両端をアーム部材及びスライダーに取り付けることにより、給電ケーブルの弛みや絡みつきが防止される。

さらに、特許文献１は、断面が中空箱型形状のガイドフレーム１０１に給電ケーブル１０２を収容し、給電ケーブル１０２の摺接音や埃等がガイドフレーム１０１の外部に放出されるのを防止した走行移動装置を開示している（図８参照）。

給電ケーブル１０２は、二つ折り状態でガイドフレーム１０１内に配設されて、このガイドフレーム１０１に一体に形成されたケーブルガイド面１０３に支持され、ガイドフレーム１０１に配設された電源部と、スライダー１０４に搭載された作業装置とを接続している。

特開２０００−３１８９７２号公報（段落００３５、００３９、００４３、図１）

ところで、従来の給電ケーブルは、折り返し部としての湾曲部位の位置を変化させながら、給電ケーブルの両端の相対的な移動に追随させるものであり、アクチュエータの小形化を図るには、二つ折りの給電ケーブルをその湾曲部位をより小さく湾曲させながら、全体として、より薄く押し潰す必要がある。

しかしながら、単に、二つ折りの給電ケーブルを押し潰そうとすると、湾曲部位の全範囲を均一に湾曲させることにはならず、押し潰そうとする力による曲げモーメントが大きくなる折り返しの先端部分に湾曲が集中し、給電ケーブルを損傷するおそれがある。しかも、折り返しの先端部分への湾曲の集中による給電ケーブルの損傷は、給電ケーブルをケーブル保護管の内部に配設したり、特許文献１のガイドフレームに収容したりしたとしても、回避することができない。

本発明は、給電ケーブルを損傷することなく、小形化を図ることのできるアクチュエータの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るアクチュエータは、アーム部材と、このアーム部材に設けられたガイド部と、このガイド部に沿って移動自在なスライダーと、このスライダーを移動させる駆動機構と、アーム部材に固定された給電部と、この給電部とスライダーとの間に介装された給電ケーブルとを備えたものであり、その給電ケーブルを、非導電性材料からなるベルト本体に通電可能な心線を埋設してなるベルトとしたものである。

上記構成によれば、ベルト本体に通電可能な心線を埋設した構造のベルトを給電ケーブルとするので、心線を覆うベルト本体により、通電可能な心線の一部が過度に小さく湾曲するのを防止することができ、給電ケーブルを小さく湾曲させる際、その湾曲の集中による給電ケーブルの損傷を防止することができる。

また、ベルト本体を構成する非導電性材料を、非導電性を有する熱可塑性エラストマーとしてもよい。

この構成によると、ベルト本体が優れた柔軟性及び機械強度を有するものとなるので、給電ケーブル自体の湾曲径を小さくすることができ、アクチュエータをさらに小形化することができる。

さらに、ベルト本体を構成する非導電性材料を、非導電性を有する熱可塑性ウレタンエラストマー又は非導電性を有する熱可塑性ポリエステルエラストマーとしてもよい。

この構成によると、ベルト本体を、非導電性を有する熱可塑性エラストマーのうち、耐摩耗性、耐久性に優れた非導電性を有する熱可塑性ウレタンエラストマーまたは非導電性を有する熱可塑性ポリエステルエラストマーで構成するので、その分、アクチュエータの耐久性を高めることができる。

また、心線をスチールコードとするようにしてもよい。

この構成によると、心線を銅線コードより圧倒的に屈曲疲労性のよいスチールコードとするので、給電ケーブル自体の湾曲径を小さくすることができ、アクチュエータをさらに小形化することができ、アクチュエータの耐久性をさらに高めることができる。

また、心線を、ベルト長手方向に配向すると共に、その複数が互いに離間してベルト幅方向に一列をなすよう並設してもよい。

この構成によると、非導電性材料からなるベルト本体の内部で、心線をベルト幅方向に互いに離間させて一列に整列させるので、給電ケーブル自体の湾曲径を小さくして、アクチュエータの小形化を図ると共に、通電可能な心線間の短絡を防止しながら、大容量の電気を給電することができる。

また、心線をベルト本体の表裏面から露出させることなく、非導電性材料で覆うようにしてもよい。

この構成によると、心線が非導電性材料に完全に覆われてベルト本体の表面に露出しないので、通電可能な心線間の短絡を防止すると共に、心線の錆の発生を防止して、心線露出部への応力集中による心線の折れなどを防止することができる。

また、給電ケーブルを、スライダーを取り付けて駆動機構の一部を構成する伝動ベルトとしてもよい。

この構成によると、スライダーを移動させる駆動機構の伝動ベルトとして、給電ケーブルを利用することができ、アクチュエータの部品点数を減らすと共に、省スペース化を図ることができる。

また、駆動機構に、伝動ベルトとしての給電ケーブルと、この給電ケーブルを掛巻した一対のプーリと、このプーリをスライダーの移動方向と平行な方向に移動させる原動部とを備え、さらに、給電ケーブルを給電部に固定して、原動部によるプーリの移動の倍速でスライダーを移動させる倍速機構を構成するようにしてもよい。

この構成によると、一対のプーリに給電ケーブルを掛巻して、この給電ケーブルをアーム部材に固定された給電部に固定するので、その一対のプーリを原動部でスライダーの移動方向と平行な方向に移動させることにより、給電ケーブルに取り付けたスライダーを原動部によるプーリの移動の倍速で移動させることができる。これにより、原動部による移動量を小さくして原動部の占めるスペースを小さくし、アクチュエータの小形化を図ることができる。しかも、給電ケーブルを給電部及びスライダーに固定するので、簡単な構造で、給電部とスライダーとを電気的に接続することができる。

また、給電ケーブルを歯付ベルトとし、一対のプーリを歯付プーリとしてもよい。

この構成によると、歯付ベルトと歯付プーリとの噛合により、スライダーの位置決め精度を向上させることができる。

また、給電ケーブルを歯付ベルト又は平ベルトとし、一対のプーリを平プーリとし、スライダーの位置を検出する位置検出手段を設けるようにしてもよい。

この構成によると、センサーやエンコーダなどの位置検出手段を用いて、スライダーの位置決め精度を管理することができ、歯付ベルト又は平ベルトと平プーリとの組み合わせを採用することによるコスト低減を図ることができる。

また、スライダーに第２のアクチュエータを取り付けるようにしてもよい。

この構成によると、第１のアクチュエータのスライダーを移動させて、第２のアクチュエータの全体を移動させ、この移動する第２のアクチュエータのスライダーをさらに移動させることができる。これにより、第１、第２のアクチュエータを交差させて配置して、第２のアクチュエータのスライダーを互いに交差するＸＹ方向に移動させたり、第１、第２のアクチュエータを平行に配置して伸縮アームを構成したりすることができる。さらに、第２のアクチュエータに、第３以降のアクチュエータを順次取り付けることもできる。

また、アーム部材の少なくとも一部を、導電性を有する素材から構成し、導電性を有する素材から構成された部位により、給電ケーブルを覆うようにしてもよい。

この構成によると、導電性を有する素材から構成した部位で給電ケーブルを覆うので、外部から受ける電磁波による信号ノイズの影響を低減させることができる。導電性を有する素材としては、アルミニウムやステンレス鋼を例示でき、特に、アルミニウムが好適である。

以上のとおり、本発明によると、ベルト本体に通電可能な心線を埋設した構造のベルトを給電ケーブルとして、この給電ケーブルをアクチュエータにおける給電部とスライダーとの間に介装するようにしている。これにより、給電ケーブルを薄く折り畳んでアクチュエータの小形化を図る際、心線を覆うベルト本体により、心線の一部が過度に小さく湾曲するのを防止して、湾曲の集中による給電ケーブルの損傷を防止することができる。

本発明に係るアクチュエータの斜視図 アクチュエータの水平断面図 給電ベルトの斜視図 スライダーの移動を示す図 別の形態のアクチュエータの斜視図 さらに別の形態のアクチュエータの縦断面図 さらに別の形態のアクチュエータの縦断面図 従来の給電ケーブルの側面図

以下、本発明に係るアクチュエータを実施するための形態について、図面を用いて説明する。

図１及び図２に示すように、アクチュエータ１は、例えば、産業用ロボットに装備されて、その加工装置などを直線移動させるものであり、アーム部材２と、アーム部材２に設けられたガイド部３と、ガイド部３に沿って移動自在なスライダー４と、スライダー４を移動させる駆動機構５と、アーム部材２に固定された給電部６と、給電部６とスライダー４との間に介装された給電ケーブル７とを備え、スライダー４に加工装置を装着して、給電ケーブル７により、スライダー４を介して加工装置に給電しつつ、アーム部材２に沿ってスライダー４を移動させるようになっている。

アーム部材２は、上面に長方形の開口８を形成された例えばステンレス鋼からなる長箱状とされ、その開口８の長辺を構成する開口縁がスライダー４を案内するガイド部３とされる。アーム部材２の開口８は、スライダー４の移動に追随するシート８ａなどによって覆われ、アクチュエータ１の内部への埃等の侵入を防止する。

スライダー４は、例えばステンレス鋼からなり、上面側をアーム部材２と同一幅に設定されると共に、下面側を開口８と同一幅に設定された四角形板とされ、その下面側を開口８に嵌め込むようにアーム部材２に装着されて、ガイド部３に沿ってスライドしながら直線移動するようになっている。

スライダー４の下面側には、アーム部材２の幅方向に２つの受電部９が並設され、それぞれに別の給電ケーブル７を取り付けられて、アーム部材２の底面に並設された２つの給電部６と接続されている。これにより、電源コード１０に接続された給電部６からスライダー４に給電されると共に、給電ベルト７の伝動ベルトとしての機能が駆動機構５の一部を構成する。

駆動機構５は、アーム部材２の幅方向に並設されてスライダー４及び給電部６に取り付けられた２列の給電ケーブル７と、給電ケーブル７を掛巻された一対の平プーリからなるプーリ１１、１２と、プーリ１１、１２をスライダー４の移動方向と平行な方向に移動させる原動部１３とからなる。この駆動機構５は、プーリ１１、１２を動滑車とする倍速機構を構成し、原動部１３がプーリ１１、１２を移動させることにより、その倍速でスライダー４を移動させる。さらに、センサーやエンコーダなどの位置検出手段を設けて、受電部９からの給電信号を利用し、スライダー４を電気的に位置決めする。位置検出手段を設けることにより、スライダー４の位置決め精度を電気的に管理することができる。

原動部１３は、アーム部材２の一端に位置する入力部１４に収容されたモータ（図示せず）と、このモータの回転をプーリ１１、１２の移動に変換するボールねじ１５とからなる。ボールねじ１５は、入力部１４とアーム部材２の他端に位置する軸受け１６に掛け渡されたねじ軸１７と、このねじ軸１７に複数の小径のボール（図示せず）を介して螺合されたナット１８とからなる。ボールねじ１５のねじ軸１７をモータによって回転させることにより、ねじ軸１７に沿ってナット１８が移動し、このナット１８によってプーリ軸１９、２０を回転自在に支持されたプーリ１１、１２が移動する。

図３に示すように、給電ケーブル７は、可撓性の合成樹脂などの非導電性材料からなるベルト本体２１にスチールコードなどの通電可能な心線２２を埋設してなる歯付ベルトとされ、その一部が過度に湾曲するのを防止する構造とされている。心線２２は、ベルト長手方向に配向されると共に、その複数が互いに離間してベルト幅方向に一列をなすよう並設され、ベルト本体２１の表裏面から露出することなく、非導電性材料で覆われている。ベルト本体２１を構成する非導電性材料としては、非導電性を有する熱可塑性エラストマーを例示でき、非導電性を有する熱可塑性ウレタンエラストマーや非導電性を有する熱可塑性ポリエステルエラストマーがより好適である。

次に、図４を用いて、アクチュエータ１のスライダー４が移動する様子を説明する。まず、図４（ａ）に示す状態では、スライダー４が入力部１４の近くに位置し、プーリ１１、１２に掛巻されて伝動ベルトとしても機能する給電ベルト７により、スライダー４の受電部９とアーム部材２の底面の給電部６とが接続されて、スライダー４の受電部９に給電される。

図４（ｂ）に示すように、原動部１３のモータによってボールねじ１５のねじ軸１７を回転させることにより、ねじ軸１７に沿って軸受け１６に向かってボールねじ１５のナット１８が移動し、このナット１８と共にプーリ１１、１２が移動する。

プーリ１１、１２に掛巻された給電ベルト７がスライダー４の受電部９とアーム部材２の底面の給電部６とに取り付けられていることにより、プーリ１１、１２が動滑車として機能し、プーリ１１、１２が移動距離（Ｌ）だけ移動することにより、その２倍の移動距離（２Ｌ）をスライダー４が移動する。このとき、給電ベルト７がスライダー４の受電部９とアーム部材２の底面の給電部６とを接続していることにより、スライダー４の受電部９への給電が継続される。

上記構成によれば、給電ケーブル７として歯付ベルトを利用するので、その一部が局所的かつ過度に湾曲することによる損傷を防止することができ、環状の給電ケーブル７を全体として薄く構成することができ、アクチュエータ１の小形化を図ることができる。

また、プーリ１１、１２を動滑車として機能させるよう、プーリ１１、１２に掛巻した給電ベルト７をスライダー４の受電部９とアーム部材２の底面の給電部６とに取り付けているので、相対的に移動するスライダー４の受電部９とアーム部材２の底面の給電部６とを、簡単な構造によって接続することができる。

また、スライダー４を移動させる駆動機構５を位置決め精度が低下しやすい倍速機構としているが、センサーやエンコーダなどによる受電部９からの給電信号を利用して、スライダー４を電気的に位置決めすることができ、スライダー４の位置決め精度を十分に高めることができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、適宜変更を加えることができる。例えば、給電ケーブル７は、歯付ベルトに限らず、
平ベルトなど、他の種類のベルトであってもよい。

また、アーム部材２をアルミニウムなどの導電性の高い素材から構成し、その開口８をシート８ａに代えて、アルミニウム製の保護カバーなどによって覆うようにしてもよい。これにより、導電性の高い素材で給電ケーブル７を完全に覆うことができ、外部から受ける電磁波による信号ノイズの影響を低減させることができる。

また、原動部１３は、モータとボールねじ１５とで構成されるものに限らず、エアシリンダーや油圧シリンダーなど、どのようなものであってもよい。原動部１３としてエアシリンダーや油圧シリンダーを用いる場合、スライダー４を移動させる駆動機構５を倍速機構としているので、シリンダーのストロークを短くすることができ、入力部１４を小さくして、アクチュエータ１の小形化を図ることができる。

図５に示すように、スライダー４に第２のアクチュエータ２３を取り付けて、そのスライダー２４に取り付けた加工装置を（Ｘ、Ｙ）方向に移動させるようにしてもよい。この場合、第２のアクチュエータ２３の原動部及び受電部には、アクチュエータ１のスライダー４の受電部９から給電することができる。

図６に示すように、スライダー４を移動させる駆動機構２５とは別に、独立した給電ケーブル２６を設けてアクチュエータ２７を構成するようにしてもよい。駆動機構２５は、位置の移動がないプーリ２８、２９に伝動ベルト３０を掛巻して構成され、給電ケーブル２６は、全体として二つ折りに構成されて、アーム部材２に設けられた給電部とスライダー４との間に介装され、その折り返し部の位置を変化させながらスライダー４の移動に追随する。

図７に示すように、給電ケーブル３１を位置の移動がないプーリ２８、２９に複数回巻き付けることにより、その巻き付け数を増減させながらスライダー４を移動させる駆動機構を構成し、給電ケーブル３１を伝動ベルトとしても兼用するようにしてもよい。プーリ２８は、電源コード３２を接続されて給電部としても兼用され、このプーリ２８に給電ケーブル３１の端部を取り付けることにより、スライダー４に給電される。

１ アクチュエータ
２ アーム部材
３ ガイド部
４ スライダー
５ 駆動機構
６ 給電部
７ 給電ケーブル
８ 開口
８ａ シート
９ 受電部
１０ 電源コード
１１ プーリ
１２ プーリ
１３ 原動部
１４ 入力部
１５ ボールねじ
１６ 軸受け
１７ ねじ軸
１８ ナット
１９ プーリ軸
２０ プーリ軸
２１ ベルト本体
２２ 心線
２３ 第２のアクチュエータ
２４ スライダー
２５ 駆動機構
２６ 給電ケーブル
２７ アクチュエータ
２８ プーリ
２９ プーリ
３０ 伝動ベルト
３１ 給電ケーブル
３２ 電源コード

Claims (8)

1. アーム部材と、該アーム部材に設けられたガイド部と、該ガイド部に沿って移動自在なスライダーと、該スライダーを移動させる駆動機構と、前記アーム部材に固定された給電部と、該給電部とスライダーとの間に介装された給電ケーブルとを備えたアクチュエータであって、
   前記給電ケーブルは、非導電性材料からなるベルト本体に通電可能な心線を埋設してなり、スライダーを取り付けられて前記駆動機構の一部を構成する歯付ベルト又は平ベルトとされ、
   前記駆動機構は、伝動ベルトとしての前記給電ケーブルと、該給電ケーブルを掛巻された一対のプーリと、該プーリをスライダーの移動方向と平行な方向に移動させる原動部とを備え、前記給電ケーブルが給電部に固定され、原動部によるプーリの移動の倍速でスライダーを移動させる倍速機構が構成され、
   前記一対のプーリが平プーリとされ、前記スライダーの位置を検出する位置検出手段が設けられたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記ベルト本体を構成する非導電性材料は、非導電性を有する熱可塑性エラストマーとされたことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記ベルト本体を構成する非導電性材料は、非導電性を有する熱可塑性ウレタンエラストマー又は非導電性を有する熱可塑性ポリエステルエラストマーとされたことを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記心線は、スチールコードとされたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のアクチュエータ。
5. 前記心線は、ベルト長手方向に配向されると共に、その複数が互いに離間してベルト幅方向に一列をなすよう並設されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアクチュエータ。
6. 前記心線は、ベルト本体の表裏面から露出することなく、非導電性材料で覆われたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアクチュエータ。
7. 前記スライダーに第２のアクチュエータが取り付けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアクチュエータ。
8. 前記アーム部材は、少なくとも一部が導電性を有する素材から構成され、前記導電性を有する素材から構成された部位により、前記給電ケーブルが覆われたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアクチュエータ。

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