特許 6011139 アクチュエータおよびこれを備えた工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6011139

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】アクチュエータおよびこれを備えた工作機械

(51)【国際特許分類】

   F16H 7/18 20060101AFI20161006BHJP

   F16H 7/14 20060101ALI20161006BHJP

【ＦＩ】

   F16H7/18 A

   F16H7/14 A

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-177260(P2012-177260)

(22)【出願日】2012年8月9日

(65)【公開番号】特開2014-35037(P2014-35037A)

(43)【公開日】2014年2月24日

【審査請求日】2015年3月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 俊徳

【審査官】 塚本 英隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０４２８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−０３６０４３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ７／１８

Ｆ１６Ｈ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガイドレールと、
前記ガイドレールの長手方向一端に配置された駆動プーリと、
前記ガイドレールの長手方向他端に配置された従動プーリと、
前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡されて、前記駆動プーリの回転に伴って回転するベルトと、
前記ベルトが固定されて、前記ガイドレールに沿って往復運動するスライダと、
前記ベルトの張力をベルト幅方向両端の各側で調整する張力調整機構と、
を有し、
前記ガイドレールは、上側が開放された凹状の断面形状を有し、対向する二つの側部材と底板部とからなり、
前記スライダは、前記往復運動する方向に沿って配置された搭載物固定用軸受およびベルト固定用軸受を有し、
前記搭載物固定用軸受および前記ベルト固定用軸受は、前記ガイドレールの上側に配置される上板と、前記底板部の下側に配置される底板と、 前記側部材の外側に配置される一対の側板と、前記側部材との間に静圧空気軸受を形成する静圧パッドと、を有し、
前記搭載物固定用軸受は、前記方向の両端に、前記ベルト固定用軸受との間に隙間を開けて配置され、
前記スライダは、前記両端の前記搭載物固定用軸受を前記二つの側部材の外側で連結する一対の連結板であって、前記搭載物固定用軸受にのみ固定された連結板を有し、
前記ベルトの下側部は、前記ガイドレールの前記側部材と前記底板部とで形成された凹部内に配置され、
前記凹部内に配置された平板ばねで、前記両端の前記搭載物固定用軸受と前記ベルト固定用軸受と前記ベルトの下側部とが固定され、
前記凹部内に配置された板ばねで、前記搭載物固定用軸受と前記平板ばねとが結合され、前記凹部内に配置された別の板ばねで、前記ベルト固定用軸受および前記ベルトの下側部と前記平板ばねとが結合され、
前記両端の前記搭載物固定用軸受と前記ベルト固定用軸受とが、前記平板ばねと前記板ばねにより、前記スライダの運動方向には変形せず、前記スライダの運動方向以外の方向には弾性変形自在に結合され、
前記ベルトの下側部は、前記平板ばねと前記板ばねを介して前記スライダの重心位置で前記ベルト固定用軸受に固定されているアクチュエータ。

【請求項2】

前記ベルトがガイドレールの幅方向に二本以上配置されている請求項１記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記ベルトがガイドレールの幅方向に一本配置されていて、前記ベルトの幅が前記従動プーリの外径の０．５倍以上である請求項１記載のアクチュエータ。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項記載のアクチュエータを備えた工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ベルト駆動でガイドレールに沿って往復運動するスライダを備えたアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、高精度な製造装置、検査装置、搬送装置等では、回転モータによるベルト駆動で、スライダがガイドレールに沿って往復運動するアクチュエータが使用されている。このアクチュエータを構成するスライダはガイドレールに対する軸受を備えている。 このようなアクチュエータの従来例としては、特許文献１および２に記載されたものが挙げられる。

【0003】

特許文献１および２に記載されたアクチュエータは、別々のガイドレールに沿って移動する主軸受（搭載物を固定するスライダ）とカウンタ軸受（スライダ）を有している。これらの軸受は、各ガイドレールとの間に静圧空気軸受を形成する静圧パッドを有する。特許文献１および２には、主軸受とカウンタ軸受とを逆方向に移動させることにより、加速時又は減速時などに生じる主軸受の反力が抑えられて、振動の抑制を図ることができると記載されている。

【0004】

特許文献３には、駆動ベルトが切断されても即座に急停止することなく、減速停止されるようにして訓練者の安全を図ることができる走行訓練機を提供するために、駆動ベルトを複数並設すると共に、各駆動ベルトの切断を検知するセンサーを設けることが記載されている。この走行訓練機は、センサーにより、いずれか一方の駆動ベルトが切断されたことが検出されると、駆動モータが緩停止される構造になっている。

【0005】

特許文献１〜３には、ベルトの張力調整に関する記載がない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００１−２４８７０３号公報

【特許文献2】特開２００８−１０１６４２号公報

【特許文献3】実開平７−１３３５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、ベルト駆動でガイドレールに沿って往復運動するスライダを備えたアクチュエータにおいて、ベルトがガイドレールの幅方向に二本以上配置されている場合、各ベルトで微妙な長さの違いおよび歯形の位相差が生じ易いことや、プーリの傾き等が影響して、各ベルトが同じ張力にならない恐れがある。ベルト間に張力差があると、張力が大きい方のベルトが延び、張力が小さい方のベルトが弛むため、ベルト駆動時にベルトの振幅が増大することにつながる。
この発明の課題は、ベルト駆動でガイドレールに沿って往復運動するスライダを備えたアクチュエータにおいて、ベルト駆動が安定的に行われるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、この発明の一態様のアクチュエータは、ガイドレールと、前記ガイドレールの長手方向一端に配置された駆動プーリと、前記ガイドレールの長手方向他端に配置された従動プーリと、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に掛け渡されて、前記駆動プーリの回転に伴って回転するベルトと、前記ベルトが固定されて、前記ガイドレールに沿って往復運動するスライダと、前記ベルトの張力をベルト幅方向両端の各側で調整する張力調整機構と、を有することを特徴とする。

【0009】

この態様のアクチュエータによれば、ベルトの張力をベルト幅方向両端の各側で調整する張力調整機構を有するため、ベルトの幅方向で偏った張力調整がなされることが防止される。
この態様のアクチュエータは、前記ベルトがガイドレールの幅方向に二本以上配置されている場合や、前記ベルトがガイドレールの幅方向に一本配置されていて、前記ベルトの幅が前記従動プーリの外径の０．５倍以上である（ベルトが幅広である）場合に、好適に適用できる。
この態様のアクチュエータは工作機械用のアクチュエータとして好適である。

【発明の効果】

【0010】

この発明のアクチュエータによれば、ベルトがガイドレールの幅方向に二本以上配置されている場合や幅広のベルトが一本配置されている場合でも、従来品よりベルト駆動の安定性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態のアクチュエータを示す平面図である。

【図2】実施形態のアクチュエータを示す側面図である。

【図3】実施形態のアクチュエータを構成するスライダの平面図である。

【図4】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図5】図４のＢ矢視図である。

【図6】図４のＣ−Ｃ断面図である。

【図7】実施形態のアクチュエータを構成する従動プーリのプーリボックス内を示す部分断面図である。

【図8】図２の一部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明はこの実施形態に限定されるものではない。
この実施形態のアクチュエータは、図１および２に示すように、二本のベルト１と、ガイドレール２と、スライダ３と、従動プーリ４と、駆動プーリ５と、駆動プーリ５を回転駆動するモータ６とで構成されている。ベルト１は、従動プーリ４と駆動プーリ５に掛け渡されている。ガイドレール２は、上側が開放された凹状の断面形状を有し、対向する二つの側部材２１と底板部２２とからなる。図１および３において、スライダ３の上側のベルト１は二点鎖線で示してある。

【0013】

従動プーリ４はプーリボックス４１内に配置され、駆動プーリ５はプーリボックス５１内に配置されている。プーリボックス４１は支持台４２の上に固定され、プーリボックス５１は支持台５２の上に固定されている。ガイドレール２の側部材２１の長手方向一端が支持台４２に、長手方向他端が支持台５２に固定されている。
スライダ３は、図３〜６に示すように、運動方向に沿って配置された各二個の搭載物固定用軸受３１およびベルト固定用軸受３２と、ガイドレール２の各側部材２１の外側で二個の搭載物固定用軸受３１を連結する連結板３３，３４を有する。

【0014】

図３、５、６に示すように、二個の搭載物固定用軸受３１は、スライダ３の運動方向に沿った両端に配置されている。二個のベルト固定用軸受３２は、二個の搭載物固定用軸受３１の間に配置されている。二個のベルト固定用軸受３２は、それぞれ隣の搭載物固定用軸受３１に対しては少しの隙間を開け、互いの間には前記隙間より大きな所定間隔を開けて配置されている。

【0015】

図４に示すように、搭載物固定用軸受３１は、ガイドレール２の上側に配置される上板３１１と、ガイドレール２の底板部２２の下側に配置される底板３１２と、ガイドレール２の各側部材２１の外側に配置される一対の側板３１３，３１４とで構成されている。そして、上板３１１の下面の両端側（ガイドレール２の各側部材２１の上面と対向する位置）、底板３１２の上面の両端側（ガイドレール２の各側部材２１の上面と対向する位置）、一対の側板３１３，３１４の内面の上部及び下部に、それぞれグラファイト多孔質で形成された静圧パッド３１１ａ〜３１４ａが配置されている。これらの静圧パッド３１１ａ〜３１４ａとガイドレール２の各側部材２１との間に、静圧空気軸受が形成される。

【0016】

搭載物固定用軸受３１と同様に、ベルト固定用軸受３２は、ガイドレール２の上側に配置される上板３２１と、ガイドレール２の底板部２２の下側に配置される底板３２２と、ガイドレール２の各側部材２１の外側に配置される一対の側板３２３，３２４とで構成されている。そして、上板３２１の下面の両端側（ガイドレール２の各側部材２１の上面と対向する位置）、底板３２２の上面の両端側（ガイドレール２の各側部材２１の上面と対向する位置）、一対の側板３２３，３２４の内面の上部及び下部に、それぞれグラファイト多孔質で形成された静圧パッド３２１ａ〜３２４ａが配置されている。これらの静圧パッド３２１ａ〜３２４ａとガイドレール２の各側部材２１との間に、静圧空気軸受が形成される。

【0017】

図４、５に示すように、連結板３３，３４の長手方向両端が、スライダ３の運動方向両端に配置された両搭載物固定用軸受３１の側板３１３，３１４に固定されている。連結板３３，３４の一方（この例では連結板３３）に搭載物７１が固定され、他方（この例では連結板３４）にバランスウエイト７２が固定される。
図３、４、６に示すように、搭載物固定用軸受３１とベルト固定用軸受３２は、平板ばね８と、板ばね８１，８２を用いて結合されている。また、平板ばね８、板ばね８１，８２、およびベルト１の下側部１０は、ガイドレール２の凹部内に配置されている。平板ばね８の長さ（ガイドレール２に沿った長さ）は、運動方向に沿って配置された各二個の搭載物固定用軸受３１およびベルト固定用軸受３２の全体に渡る長さであり、平板ばね８の幅は、隙間を開けて配置される二本のベルト１の配置幅より少し大きい。

【0018】

図４に示すように、板ばね８１，８２は、頂板８１ａ，８２ａと、一対の裾板８１ｂ，８２ｂと、一対の斜板８１ｃ，８２ｃとからなる。板ばね８１は各搭載物固定用軸受３１に配置される。板ばね８２は、二個のベルト固定用軸受３２に渡って配置される。板ばね８１の長さは、搭載物固定用軸受３１の長さより僅かに短い。板ばね８２の長さは、隙間を開けて配置された二個のベルト固定用軸受３２の両端部間の長さである。

【0019】

板ばね８１の頂板８１ａが、搭載物固定用軸受３１の上板３１１に、ボルト９０で固定されている。板ばね８２の頂板８２ａが、板ばね８２の長手方向両端部において、ベルト固定用軸受３２の上板３２１に、ボルト９０で固定されている。また、板ばね８１，８２の一対の裾板８１ｂ，８２ｂが、平板ばね８の上面に配置されている。
二個のベルト固定用軸受３２の間に存在する平板ばね８の下側に、二本のベルト１を上下から挟む上板部材８３および下板部材８４が配置されている。下板部材８４の上面には二本のベルト１をそれぞれ配置する凹部８４ａが形成されている。搭載物固定用軸受３１とベルト固定用軸受３２の位置に存在する平板ばね８の下面には、受け板８５が配置されている。

【0020】

搭載物固定用軸受３１の位置で平板ばね８は、板ばね８１の一対の裾板８１ｂと受け板８５との間に配置されて、これらを貫通するボルト９１で搭載物固定用軸受３１に固定されている。ベルト固定用軸受３２の位置で平板ばね８は、板ばね８２の一対の裾板８２ｂと受け板８５との間に配置されて、これらを貫通するボルト９２ａでベルト固定用軸受３２に固定されている。二個のベルト固定用軸受３２の間で平板ばね８は、板ばね８２の一対の裾板８２ｂと上板部材８３との間に配置されて、これらを貫通するボルト９２でベルト固定用軸受３２に固定されている。

【0021】

これにより、搭載物固定用軸受３１とベルト固定用軸受３２は、スライダ３の運動方向には実質的に変形せず、スライダ３の運動方向以外の方向には弾性変形自在に結合されている。
二本のベルト１は、下板部材８４の各凹部８４ａに配置された状態で、上板部材８３および下板部材８４を貫通するボルト９３により、上板部材８３と下板部材８４の間に固定されている。この上板部材８３は平板ばね８と板ばね８２に固定されている。よって、二本のベルト１の下側部１０は、平板ばね８と板ばね８２を介して、ベルト固定用軸受３２の上板３２１に固定されている。これにより、ベルト１はスライダ３の重心位置近傍でベルト固定用軸受３２に固定されている。

【0022】

図７に示すように、従動プーリ４の軸方向中央に、二本のベルト１の干渉を防止する凸部４ａが形成されている。図７および８に示すように、従動プーリ４の回転軸４ｂの両端部は、転がり軸受４３を介して回転自在にプーリボックス４１に取り付けられている。プーリボックス４１は、転がり軸受４３のハウジングを兼ねた支持部材４１１と、二対四個の長穴４１２ａが形成された底板部４１２と、底板部４１２の各長穴４１２ａを通して支持台４２に螺合される四本のボルト４１３を有する。各対の長穴４１２ａは回転軸４ｂの端部を挟んだ両側に配置されている。

【0023】

支持部材４１１の下部のガイドレール２とは反対側の端部には、幅方向（回転軸４ｂに沿った方向）の両端部に、支持部材４１１の外面から回転軸４ｂと直交する方向に延びる二個の雌ねじ４１１ａが形成されている。これらの雌ねじ４１１ａの位置に、基部４４ａと縦部４４ｂとからなるＬ字形のブラケット４４が配置されている。ブラケット４４の基部４４ａは、ボルト４５で支持台４２に固定されている。ブラケット４４の縦部４４ｂに貫通穴４４ｃが形成されている。
このアクチュエータのベルト張力調整機構は、支持部材４１１に形成された二個の雌ねじ４１１ａと、二個のブラケット４４と、二個の張力調整ボルト４６とからなる。各張力調整ボルト４６は、各ブラケット４４の貫通穴４４ｃに挿入されて、先端が各雌ねじ４１１ａに螺合している。

【0024】

各張力調整ボルト４６を締めると、支持部材４１１が各ブラケット４４の位置で矢印方向に引っ張られ、回転軸４ｂの各端部が矢印方向に移動するため、従動プーリ４を介して二本のベルト１に独立に張力が付与される。これにより、張力を測定しながら各ブラケット４４で張力調整ボルト４６を締めることで、二本のベルト１で偏った調整がなされることが防止されるため、二本のベルト１の張力差を小さくすることができる。各張力調整ボルト４６による張力調整が終了したら、それぞれボルト４１３を締めてプーリボックス４１を支持台４２に固定する。

【0025】

この実施形態のアクチュエータによれば、ベルトの幅方向両側で独立の張力調整機構を有さない従来品と比較して、ベルト駆動の安定性が向上する。
なお、初期調整を簡単に行うために、図７の二個のブラケット４４の中央に、さらに上記と同様の張力調整機構を設け、これを用いて張力の初期調整を行うと組立作業性が向上するため好ましい。

【0026】

また、この実施形態のアクチュエータは、モータ６の駆動により駆動プーリ５が回転すると、ベルト１が駆動して従動プーリ４で案内される。これにより、ベルト１の駆動力がスライダ３のベルト固定用軸受３２に伝達されて、スライダ３がガイドレール２に沿って往復運動する。搭載物７１は、搭載物固定用軸受３１にのみ固定された連結板３３に固定されるため、スライダ３の走行中にベルト１に発生する振動の殆どは、ベルト１が固定されたベルト固定用軸受３２に伝わり、搭載物７１に伝わる振動が抑制される。

【0027】

また、搭載物固定用軸受３１とベルト固定用軸受３２が、平板ばね８と板ばね８１，８２とにより、スライダ３の運動方向には実質的に変形せず、スライダ３の運動方向以外の方向には弾性変形自在に結合され、ベルト１がベルト固定用軸受３２に対して、スライダ３の重心近傍で固定されているため、スライダ３の高加減速に対する耐性が高くなる。
また、平板ばね８と搭載物固定用軸受３１およびベルト固定用軸受３２との結合に、軽量の板ばね８１，８２を用いることにより、ベルト１が蛇行する等のミスアライメントや微振動がキャンセルされる。

【0028】

なお、上記実施形態では、ガイドレール２の幅方向に二本のベルト１が配置されているアクチュエータについて述べている。ベルト１の幅は従動プーリ４の外径（直径）の０．５倍より小さい。この実施形態のアクチュエータにおいて、二本のベルト１に代えて従動プーリ４の幅（軸方向寸法）と略同じ一本のベルトを使用した場合、ベルトの幅はプーリ外径の０．５倍以上となる。このように、ベルトが一本でも幅広である場合は、張力調整時にベルトの幅方向で張力に差が生じて、ベルト駆動が不安定になることがあるため、上述の張力調整機構を設けて、ベルトの幅方向両側で独立に張力調整を行うことにより、ベルト駆動の安定性を向上できる。
また、上記実施形態では、従動プーリ４に引張力を加えることでベルトに張力を付与しているが、アイドラをベルトに押し付けることでベルトに張力を付与してもよい。

【符号の説明】

【0029】

１ ベルト
１０ ベルトの下側部
２ ガイドレール
２１ 側部材
２２ 底板部
３ スライダ
３１ 搭載物固定用軸受
３１１ 搭載物固定用軸受の上板
３１２ 搭載物固定用軸受の底板
３１３，３１４ 搭載物固定用軸受の側板
３１１ａ〜３１４ａ 搭載物固定用軸受の静圧パッド
３２ ベルト固定用軸受
３２１ ベルト固定用軸受の上板
３２２ ベルト固定用軸受搭載物の底板
３２３，３２４ ベルト固定用軸受の側板
３２１ａ〜３２４ａ ベルト固定用軸受の静圧パッド
３３，３４ 連結板
４ 従動プーリ
４１ プーリボックス
４１１ 支持部材
４１２ 底板部
４１２ａ 長穴
４１３ ボルト
４２ 支持台
４３ 転がり軸受
４４ ブラケット
４５ ボルト
４６ 張力調整ボルト
５ 駆動プーリ
６ モータ
７１ 搭載物
７２ バランスウエイト
８ 平板ばね
８１，８２ 板ばね
８１ａ，８２ａ 頂板
８１ｂ，８２ｂ 裾板
８１ｃ，８２ｃ 斜板
８３ 上板部材
８４ 下板部材
８４ａ 凹部
８５ 受け板
９０ ボルト
９１ ボルト
９２ ボルト
９３ ボルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】