TW202233974A - 線性導引機構及線性致動器 - Google Patents

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Abstract

本發明的線性導引機構包含：致動器側導引構件(30)；被配置於致動器側導引構件之兩側的移動塊側導引構件(24)；在致動器側導引構件與各移動塊側導引構件之間分別配置兩列的複數個滾珠(36)，在移動塊安裝有：可調整滾珠的預壓，並可改善移動塊側導引構件之真直度的固定螺絲(26)。

Description

線性導引機構及線性致動器
本發明關於︰線性導引機構，將具有工件之載置面的滑動工作台等的移動塊，自由滑動地支承於致動器；及線性致動器，已搭載線性導引機構。
傳統以來，已知一種線性導引機構，將由致動器所驅動的滑動工作台，自由滑動地支承於致動器。在這種線性導引機構中，「消除滑動工作台的背隙(backlash)，且更進一步降低滑動阻力(sliding resistance)」的這點，成為重要的主題。已知有使用複數個滾珠之類的滾動體，將滑動工作台支承於致動器。 舉例來說，在日本特許第4531053號公報中記載著：隔著大量的滾動體，將移動塊安裝於軌道軌條(track rail)的線性導引裝置。該軌道軌條具備：一對軌道構件，形成有滾動體的滾動接觸面；軌道殼體，設有可供該軌道構件嵌合的一對軌道安裝溝。在其中一個軌道安裝溝，形成有接觸軌道構件的基準突起。嵌合於另一個軌道安裝溝的軌道構件，將該基準突起作為基準而固定。如此一來，可確保一對軌道構件的平行度。
然而，對於形成有滾動體之滾動接觸面的導引構件(軌道構件)，特別是其滾動接觸面，多半要求高的硬度，有時對成型件執行熱處理(淬火/退火)。在該場合中，因熱處理而產生扭曲變形，使真直度(straightness)下降。因此，為了改善真直度而有必要在熱處理後執行研磨加工。 本發明，將解決上述的課題作為目的。 本發明的線性導引機構，是將移動塊自由滑動地支承於致動器的機構，含有：致動器側導引構件，安裝於致動器；一對移動塊側導引構件，安裝於移動塊，並被配置於致動器側導引構件的兩側；複數個滾珠，分別在致動器側導引構件與各移動塊側導引構件之間形成兩列配置，致動器側導引構件，具有可供滾珠循環的循環孔。接著，移動塊側導引構件，是由已實施熱處理的鋼所形成，在移動塊安裝有：可調整滾珠的預壓，並且能改善移動塊側導引構件之真直度的按壓機構。按壓機構使用固定螺絲。 根據上述線性導引機構，由於可利用固定螺絲改善「由已實施熱處理的鋼所形成之移動塊側導引構件的真直度」，因此不必對移動塊側導引構件實施切削加工。此外，藉由將複數個滾珠在致動器側導引構件與各移動塊側導引構件之間排列成兩列的構造(被稱為「圓弧(Circular arc)」的支承構造)，使移動塊受到致動器支承。因此，即使改善真直度時滾珠的預壓增大，也可以盡可能地抑制移動塊的滑動阻力增加。 根據本發明的線性導引機構，由於可利用固定螺絲改善「因為執行熱處理而下降之移動塊側導引構件的真直度」。除此之外，即使改善真直度時滾珠的預壓增大，也可以盡可能地抑制移動塊的滑動阻力增加。 上述的目的、特徵及優點，可由參考圖面所說明之下述實施形態的說明而輕易地理解。
在以下的說明中，當使用有關「上下左右之方向」的用語時，是指圖3中的方向。如圖1及圖2所示，本發明之實施形態的線性致動器10具備：作為致動器的氣壓缸38；將作為移動塊的滑動工作台12，滑動自由地支承於氣壓缸38的線性導引機構。線性導引機構具有：滑動工作台12、工作台側導引構件24(移動塊側導引構件)、氣壓缸側導引構件30(致動器側導引構件)、配置於工作台側導引構件24與氣壓缸側導引構件30之間的複數個滾珠36。 滑動工作台12，由鋁合金所形成，是具有U字型剖面的構件。滑動工作台12具有：平板部14，俯視視角呈現矩形；一對側壁部(第1側壁部16及第2側壁部18)，從平板部14之相對向的一對側邊朝下方突出。如稍後所述，這些側壁部16、18的內側面16a、18a，是成為「用來改善工作台側導引構件24的真直度」之基準的面，被加工成高精度的平面(請參考圖5)。滑動工作台12的上表面，成為可搭載工件的平坦面。 如圖5所示，平板部14的下表面具有：靠近各側壁部16、18的一對第1底面14a；從第1底面14a經由段差面14b而連接的第2底面14c。從平板部14的上表面到第1底面14a為止的距離，大於從平板部14的上表面到第2底面14c為止的距離。第2底面14c，形成有可供氣壓缸側導引構件30之上部進入的間隙。如稍後所述，第1底面14a，是成為「用來改善工作台側導引構件24的真直度」之基準的面，被加工成高精度的平面。 第1側壁部16及第2側壁部18的內側，分別具有可供工作台側導引構件24安裝的第1安裝溝20及第2安裝溝22。安裝溝20，由平板部14的第1底面14a、垂直於第1底面14a的側壁部16的內側面16a所構成。安裝溝22，由平板部14的第1底面14a、垂直於第1底面14a的側壁部18的內側面18a所構成。 第1側壁部16，具有貫穿左右方向的複數個螺絲孔16c。複數個螺絲孔16c，排列於第1側壁部16的長度方向。固定螺絲26，從第1側壁部16的外側面16b***並鎖合於螺絲孔16c。固定螺絲26的前端，抵接於工作台側導引構件24的外側面24a。在本實施形態中，合計使用6個固定螺絲26。第2側壁部18不具有螺絲孔。 滑動工作台12，具有複數個連結螺栓貫穿孔14d(請參考圖4)。連結螺栓貫穿孔14d，朝上下方向貫穿平板部14。連結螺栓貫穿孔14d的下端，在第1底面14a形成開口。複數個連結螺栓貫穿孔14d，排列於第1底面14a的長度方向。在各連結螺栓貫穿孔14d的中途，形成有可供連結螺栓28的頭部抵接的階梯部(請參考圖3)。 如圖4及圖5所示，工作台側導引構件24，是具有矩形剖面的長形構件，被安裝於第1安裝溝20及第2安裝溝22。工作台側導引構件24的外側面24a，對準於滑動工作台12之側壁部16、18的內側面16a、18a。工作台側導引構件24的上表面24b，與滑動工作台12的第1底面14a形成對準。 工作台側導引構件24的內側面具備：延伸於工作台側導引構件24之整個長度方向的凸部24c。凸部24c的上側及下側，分別具備可供滾珠36滾動的第1滾動接觸面24d及第2滾動接觸面24e。 工作台側導引構件24，在與滑動工作台12的連結螺栓貫穿孔14d形成對準的位置，具有朝上下方向貫穿的複數個連結螺栓安裝孔24f。連結螺栓28，從滑動工作台12的上表面***連結螺栓貫穿孔14d，並鎖合於工作台側導引構件24的連結螺栓安裝孔24f。連結螺栓28承擔將工作台側導引構件24固定於滑動工作台12的任務。在本實施形態中，藉由排列於工作台側導引構件24之長度方向的3個連結螺栓28，將各工作台側導引構件24固定於滑動工作台12。 鎖合於連結螺栓安裝孔24f之連結螺栓28的軸線、與鎖合於螺絲孔16c之固定螺絲26的軸線，從沿著「滑動工作台12之滑動方向」的方向觀看，處於彼此垂直的位置關係(請參考圖3)。 工作台側導引構件24，由已實施熱處理的鋼所形成。工作台側構件24的製造，包含以下的步驟：藉由輥軋(rolling)，將棒狀或者板狀的素材成形為特定剖面形狀的步驟；對成型件執行基於淬火/退火之熱處理的步驟。工作台側導引構件24的製造，在壓延過程中也適用交叉輥軋(cross rolling)。 交叉輥軋，是藉由兩組加工輥子朝彼此垂直的兩個方向施加壓縮力的同時所執行的輥軋加工，有助於獲得具有平滑表面的成型件。另外，交叉輥軋，雖不適合用於獲得剖面積大的成型件，但由於工作台側導引構件24是剖面積小的構件，故容易藉由交叉輥軋而成形。 基於淬火/退火而對工作台側導引構件24之成型件的熱處理，是為了對工作台側導引構件24的第1滾動接觸面24d及第2滾動接觸面24e賦予必要的硬度而執行。藉由該熱處理，工作台側導引構件24成為麻田散鐵的組織。細長且剖面積小的工作台側導引構件24，雖因該熱處理而產生翹曲，進而使真直度下降，對於其改善方法將於稍後說明。雖然淬火後的退火並無必須執行的必要，但為了使韌性恢復，最好是執行退火。 氣壓缸側導引構件30，是具有矩形剖面的構件，其沿著滑動工作台12之滑動方向的長度，比工作台側導引構件24更短。氣壓缸側導引構件30的其中一個側面30a，具備上下排列的第1滾動接觸面32a及第2滾動接觸面32b。滾珠36可滾動於這些滾動接觸面。氣壓缸側導引構件30的另一個側面30b，具備上下排列的第3滾動接觸面32c及第4滾動接觸面32d。滾珠36可滾動於這些滾動接觸面(請參考圖3)。氣壓缸側導引構件30，具有貫穿上下方向的一對固定螺栓安裝孔30c。 如圖3所示，氣壓缸側導引構件30，在內部具有可供滾珠36循環的第1~第4循環孔34a~34d。氣壓缸側導引構件30的第1~第4滾動接觸面32a~32d的兩端，分別與第1~第4循環孔34a~34d連結。 被配置在「其中一個工作台側導引構件24的第1滾動接觸面24d」與「面向該第1滾動接觸面24d的氣壓缸側導引構件30的第1滾動接觸面32a」之間的複數個滾珠36，伴隨著滑動工作台12的滑動，滾動於這些滾動接觸面並循環於第1循環孔34a。被配置在「其中一個工作台側導引構件24的第2滾動接觸面24e」與「面向該第2滾動接觸面24e的氣壓缸側導引構件30的第2滾動接觸面32b」之間的複數個滾珠36，伴隨著滑動工作台12的滑動，滾動於這些滾動接觸面並循環於第2循環孔34b。 同樣地，被配置在「另一個工作台側導引構件24的第1滾動接觸面24d」與「面向該第1滾動接觸面24d的氣壓缸側導引構件30的第3滾動接觸面32c」之間的複數個滾珠36，滾動於這些滾動接觸面並循環於第3循環孔34c。被配置在「另一個工作台側導引構件24的第2滾動接觸面24e」與「面向該第2滾動接觸面24e的氣壓缸側導引構件30的第4滾動接觸面32d」之間的複數個滾珠36，滾動於這些滾動接觸面並循環於第4循環孔34d。 如上述所述，藉由將複數個滾珠36在氣壓缸側導引構件30與各工作台側導引構件24之間排列成兩列的構造(被稱為「圓弧(Circular arc)」的支承構造)，使滑動工作台12受到氣壓缸38支承。 氣壓缸側導引構件30，與工作台側導引構件24相同，由已實施熱處理的鋼所形成。具有第1循環孔34a~第4循環孔34d的氣壓缸側導引構件30，由於剖面積大，故即使對成型件執行熱處理，翹曲的情形較少。 氣壓缸38具備：在內部具有「並列配置的一對壓力缸室與活塞(圖面中皆未顯示)」的壓力缸管40。連結於各活塞的活塞桿42的端部，從壓力缸管40朝外部延伸，並連結於端板44。此外，滑動工作台12連結於端板44(請參考圖4)。 如圖4所示，壓力缸管40的上表面，具有可供氣壓缸側導引構件30之下部嵌合的凹部40a。此外，壓力缸管40具有：貫穿上下方向並在凹部40a形成開口的一對固定螺栓貫穿孔40b。固定螺栓46，從壓力缸管40的下方穿過固定螺栓貫穿孔40b。固定螺栓46的前端鎖合於：已嵌合於壓力缸管40的凹部40a之氣壓缸側導引構件30的固定螺栓安裝孔30c。如此一來，氣壓缸側導引構件30被定位於壓力缸管40並形成固定。 倘若對壓力缸室形成氣體的供排而驅動活塞，滑動工作台12將與活塞朝相同的方向滑動。在本實施形態中，雖採用氣壓缸38作為用來驅動滑動工作台12的致動器，但亦可採用電動馬達。 接著，說明工作台側導引構件24之真直度的改善方法。如先前所述，細長且剖面積小的工作台側導引構件24，因該熱處理而產生翹曲，進而使真直度下降。該翹曲可區分為：將工作台側導引構件24安裝於滑動工作台12時朝左右方向形成彎曲的翹曲、朝上下方向形成彎曲的翹曲。以下，分別對矯正「左右方向的翹曲」的場合、與矯正「上下方向的翹曲」的場合進行說明。 (矯正左右方向的翹曲的場合) 在圖6中顯示：在滑動工作台12的第1安裝溝20內，工作台側導引構件24形成彎曲而朝內側呈現凸狀的樣子，亦即，工作台側導引構件24形成彎曲，使其長度方向中央部，相較於長度方向兩端部，更遠離第1側壁部16的內側面16a。在圖6中，為了說明上的方便，誇大地描繪工作台側導引構件24的翹曲。為了矯正這樣的翹曲，只需調整已安裝於「滑動工作台12之第1側壁部16的螺絲孔16c」之各螺絲26的前端，朝向工作台側導引構件24突出的量即可。 具體地說，在已將氣壓缸38的壓力缸管40固定於地板面等的狀態下，從滑動工作台12之第1側壁部16的外側將工具的前端***第1側壁部16的螺絲孔16c並使各固定螺絲26轉動，而使位在「靠近工作台側導引構件24之長度方向兩端部的位置」之固定螺絲26的突出量變大。此時，亦可配合上述突出量，一併調整位在「靠近工作台側導引構件24之長度方向中央部的位置」之固定螺絲26的突出量。 工作台側導引構件24，倘若外側面24a受到複數個固定螺絲26的按壓，內側面將和複數個滾珠36接觸的點，從滾珠36收到反作用力。因此，如以上所述調整固定螺絲26的突出量，便能改善工作台側導引構件24的真直度。亦即，可將滑動工作台12之第1側壁部16的內側面16a作為基準，改善第1安裝溝20內之工作台側導引構件24的真直度。 當「在滑動工作台12的第1安裝溝20內，工作台側導引構件24形成彎曲而朝外側呈現凸狀」的場合，亦即「工作台側導引構件24形成彎曲，使其長度方向兩端部，相較於長度方向中央部，更遠離第1側壁部16的內側面16a」的場合，使位在「靠近工作台側導引構件24之長度方向中央部的位置」之固定螺絲26的突出量變大。此時，亦可配合上述突出量，一併調整位在「靠近工作台側導引構件24之長度方向兩端部的位置」之固定螺絲26的突出量。 此外，當「在滑動工作台12的第2安裝溝22內，工作台側導引構件24形成彎曲而朝內側或者外側呈現凸狀」的場合，只要使各固定螺絲26的突出量變大即可。倘若使固定螺絲26的突出量整體性變大，因滑動工作台12的剛性而維持與第1側壁部16間之間隔的第2側壁部18，在第2安裝溝22內推壓工作台側導引構件24的力將變大。因此，第2安裝溝22內的工作台側導引構件24，將第2側壁部18的內側面18a作為基準，而改善工作台側導引構件24的真直度。 (矯正上下方向的翹曲的場合) 在圖7中顯示：在滑動工作台12的第1安裝溝20內或者第2安裝溝22內，工作台側導引構件24形成彎曲而朝下側呈現凸狀的樣子，亦即，工作台側導引構件24形成彎曲，使其長度方向中央部，相較於長度方向兩端部，更遠離滑動工作台12的第1底面14a。在圖7中，為了說明上的方便，誇大地描繪工作台側導引構件24的翹曲。為了矯正該翹曲，只須使「將工作台側導引構件24固定於滑動工作台12」之連結螺栓28的鎖合量(旋緊量)變大即可。 具體地說，倘若將工具卡合於「面向滑動工作台12之上表面的各連結螺栓28的頭部」並使連結螺栓28朝特定方向轉動，抵接於「平板部14之連結螺栓貫穿孔14d的階梯部」之連結螺栓28的頭部背面、與工作台側導引構件24的上表面24b之間的距離將變窄。如此一來，工作台側導引構件24的上表面24b將壓接於滑動工作台12的第1底面14a，而改善工作台側導引構件24的真直度。亦即，可將滑動工作台12的第1底面14a作為基準，改善工作台側導引構件24的真直度。 當「在滑動工作台12的第1安裝溝20內或者第2安裝溝22內，工作台側導引構件24形成彎曲而朝上側呈現凸狀」場合，亦即「工作台側導引構件24形成彎曲，使其長度方向兩端部，相較於長度方向中央部，更遠離滑動工作台12的第1底面14a」的場合，同樣地，只需使各連結螺栓28的鎖合量(旋緊量)變大即可。 矯正「工作台側導引構件24之左右方向的翹曲及上下方向的翹曲」的方法，如同以上所說明。在具有左右方向及上下方向之兩種成分的翹曲的場合中，只要組合「固定螺絲26的調整」與「連結螺栓28的鎖合(旋緊)」雙方並施以矯正即可。工作台側導引構件24細長且剖面積小的這一點，有助於翹曲的矯正。當將工作台側導引構件24裝入滑動工作台12的第1安裝溝20或者第2安裝溝22時對翹曲進行矯正的場合中，亦可預先測量熱處理後之工作台側導引構件24的翹曲狀態(翹曲的方向等)。 順帶一提，固定螺絲26也能承擔「調整滾珠36之預壓」的任務。這是由於：只要使各固定螺絲26的突出量變大，便能使滾珠36的預壓變大，只要使各固定螺絲26的突出量變小，便能使滾珠36的預壓變小。滾珠36的預壓量(預壓的大小)具有適當的範圍，一旦預壓低於適當範圍將產生背隙，一旦預壓超出適當範圍，滑動工作台12的滑動阻力將變大。 在本案中，相較於採用左右各一列滾珠之被稱為哥德式拱(Gothic arch)的支承構造，採用左右各兩列滾珠之被稱為圓弧(circular arc)的支承構造，其滾珠的滾動阻力對滾珠預壓的特性，明顯更良好。亦即，在所謂的「圓弧」中，即使滾珠的預壓增大，滾動阻力也不會增加太多。 滾珠36的預壓，雖然因「藉由固定螺絲26來矯正工作台側導引構件24之左右方向的翹曲」而增大，但滑動工作台12是利用圓弧而由氣壓缸38所支承。因此，即使滾珠36的預壓增大，也可以盡可能地抑制滑動工作台12的滑動阻力增加。 根據本實施形態的線性導引機構，由於可利用固定螺絲26及連結螺栓28，改善工作台側導引構件24的真直度。因此，不必對熱處理後的工作台側導引構件24執行研磨加工，可消除滑動工作台12滑動時的背隙(晃動)。 此外，由於工作台側導引構件24不具備滾珠36的循環孔，並是細長且剖面積小的構件，因此容易利用固定螺絲26及連結螺栓28改善工作台側導引構件24的真直度。 本發明並不侷限於上述的實施形態，在不脫離本發明要旨的前提下可採用各式各樣的構造。
10:線性致動器 12:滑動工作台(移動塊) 16:第1側壁部(側壁部) 16c:螺絲孔 24:工作台側導引構件(移動塊側導引構件) 24a:外側面 26:固定螺絲 28:連結螺栓 30:氣壓缸側導引構件(致動器側導引構件) 34a~34d:第1~第4循環溝(循環溝) 36:滾珠 38:氣壓缸(致動器)
[圖1]為本發明實施形態之線性致動器的外觀圖。 [圖2]為圖1的線性致動器所搭載之線性導引機構的外觀圖。 [圖3]為沿著圖1之線性致動器的III-III線切斷時的剖面圖。 [圖4]為將圖1的線性致動器展開成零件或者零件群，且從特定方向所觀看的圖。 [圖5]為將圖1的線性致動器展開成零件或者零件群，且從不同於圖4的方向所觀看的圖。 [圖6]為顯示圖1之線性致動器的工作台側導引構件朝左右方向彎曲之樣子的的圖。 [圖7]為顯示圖1之線性致動器的工作台側導引構件朝上下方向彎曲之樣子的的圖。
10:線性致動器
12:滑動工作台(移動塊)
14:平板部
14d:連結螺栓貫穿孔
16:第1側壁部(側壁部)
18:第2側壁部
24:工作台側導引構件(移動塊側導引構件)
26:固定螺絲
28:連結螺栓
30:氣壓缸側導引構件(致動器側導引構件)
30a:側面
30b:側面
32a:第1滾動接觸面
32b:第2滾動接觸面
32c:第3滾動接觸面
32d:第4滾動接觸面
34a~34d:第1~第4循環溝(循環溝)
36:滾珠
38:氣壓缸(致動器)
40:壓力缸管
46:固定螺栓

Claims (9)

  1. 一種線性導引機構，是用來將移動塊(12)滑動自由地支承於致動器(38)的線性導引機構，包含：致動器側導引構件(30)，安裝於前述致動器；一對的移動塊側導引構件(24)，安裝於前述移動塊，且被配置在前述致動器側導引構件的兩側；複數個滾珠(36)，分別在前述致動器側導引構件與前述各移動塊側導引構件之間形成兩列配置，前述致動器側導引構件具有可供前述滾珠循環的循環孔(34a~34d)，前述移動塊側導引構件是由已實施熱處理的鋼所形成，在前述移動塊安裝有：可調整前述滾珠的預壓，並能改善前述移動塊側導引構件之真直度的按壓機構。
  2. 如請求項1所記載的線性導引機構，其中前述按壓機構為固定螺絲(26)，前述固定螺絲，鎖合於貫穿前述移動塊之側壁部(16)的螺絲孔(16c)，且前端抵接於前述移動塊側導引構件的外側面(24a)。
  3. 如請求項2所記載的線性導引機構，其中前述固定螺絲，排列於前述移動塊之前述側壁部的長度方向並配置複數個。
  4. 如請求項2所記載的線性導引機構，其中具備：將前述移動塊側導引構件固定於前述移動塊，並可改善前述移動塊側導引構件之真直度的連結螺栓(28)，前述連結螺栓的軸線與前述固定螺絲的軸線，從沿著前述滑動工作台之滑動方向的方向觀看，處於彼此垂直的位置關係。
  5. 如請求項4所記載的線性導引機構，其中前述連結螺栓，排列於前述移動塊側導引構件的長度方向並配置複數個。
  6. 如請求項1所記載的線性導引機構，其中前述移動塊側導引構件，是經輥軋的鍛造品。
  7. 如請求項1所記載的線性導引機構，其中前述移動塊側導引構件，相較於前述致動器側導引構件，在前述移動塊的滑動方向上更長。
  8. 一種線性致動器，是已搭載請求項1所記載之線性導引機構的線性致動器，其中採用氣壓缸作為致動器。
  9. 一種線性致動器，是已搭載請求項1所記載之線性導引機構的線性致動器，其中採用電動馬達作為致動器。
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