JP4558573B2 - 直動アクチュエータの停止保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁極シャフトに永久磁石が内蔵されたシャフト型リニアモータ駆動による直動アクチュエータに係り、特にブレーキ作動を行った際における停止位置を精度良く確実に保持できるようにした直動アクチュエータの停止保持装置に関する。

この種の直動アクチュエータは、例えば特許文献１などに開示されているようなシャフト型リニアモータを用い、磁極シャフトの両端を固定部側の基台上で支持すると共に、電機子コイルを収容したケーシングを可動部側の移動テーブルに取付け、固定部側と可動部側の間にガイドレールとスライダによる案内手段を設けて直線往復移動されるが、走行中の移動テーブルを所望位置に位置決めして停止させたり、停電その他の非常時に移動テーブルを直ちに停止させ、復旧時には直ちに再起動できるブレーキ機構が必要であり、このブレーキ機構として例えば特許文献２，３などに開示されているような提案がある。

特開平１０−３１３５６６号公報 実開平１−１３２４６７号公報 実公昭６１−１０４６９号公報

しかしながら、特許文献２又は３などによる従来技術のブレーキ機構を適用すると、電機子コイルと磁極シャフトの間隙を小さく設定したり、磁極シャフトに薄肉パイプを使用した場合に、磁極シャフトの湾曲や撓み変形によって安定した直線往復移動を維持できなくなる恐れがり、これを防止するために間隙を大きく設定したり厚肉パイプを使用した場合には、磁力の低下でリニアモータの性能を低下させると共に、確実なブレーキ作動が得られなくなる。

そこで、本件出願人はシャフト型リニアモータ駆動による直動アクチュエータに対するブレーキ機構として、上記した従来技術の課題を解決し得る提案を先に特願２００４−２２６７３９号で行ったが、この先行出願では可動子側に装着したブレーキシューを磁極シャフトに対して直接作用させてブレーキ作動とブレーキ解放を行うものであって、多数の永久磁石が内蔵された円筒形の磁極シャフトをブレーキシューで把持してブレーキ作動を行う形態を採ると、仮に磁極シャフトが湾曲したり自重で撓みを生じて変形しても、これらを許容して安定した直線往復移動と確実なブレーキ作動が可能である。

ところが、本件発明者らが上記先行出願の後にさらなる検討を重ねた結果によると、ブレーキ作動時における停止位置をより精度良く確実に行うためには、まだ解決を必要とする課題が残されており、特に機械的な不均一性によると考えられる軸方向の微動を極力抑えると共に、軸方向外力に対して高い剛性を持たせ、停止時における軸方向の微動を少なくする必要があるので、上記先行出願及び特許文献２又は３などによる従来技術では未解決であったこれら課題を解決し得る直動アクチュエータの停止保持装置を提供する。

本発明は、シャフト型リニアモータ駆動で移動テーブルを磁極シャフトに沿って直線往復移動させると共に、ブレーキ作動によって所望位置に停止保持する装置であって、ブレーキ作動又はブレーキ解放作動を行うブレーキ本体と、ブレーキ本体によって開閉操作される一対のグリップアームを磁極シャフトと対向状に設けたグリッパーとで停止保持ブロックが構成され、停止保持ブロックの両側には移動テーブルに連結し且つ磁極シャフトを挿通させた各固定ブロックを連結させ、各グリップアーム間には磁極シャフトの外周と所定間隙を保持した状態で円弧状の板ばね部材によるライニング材を設け、このライニング材の両端を各固定ブロックで支持して軸方向の外側へ張力を付与させ、各グリップアームが閉じた際にライニング材を介して磁極シャフトを加圧把持させることを特徴とする。（請求項１）

請求項１の停止保持装置において、前記両端の各固定ブロック側には、板ばね部材によるライニング材に対して張力を可変できる張力調整部を設けた形態を採ることができる。（請求項２）

請求項１又は２の停止保持装置において、前記板ばね部材によるライニング材の内面には、摩擦係数を０．２程度に設定したコーティング処理を施す形態を採ることができる。（請求項３）

請求項１の発明による直動アクチュエータの停止保持装置では、ブレーキ作動時にグリッパーが閉じた際に、軸方向の外側へ張力を付与させた板ばね部材によるライニング材は各グリップアームの加圧把持面によって加圧され、局部的に撓み変形したライニング材によって磁極シャフトを把持するので、これによって移動テーブルの走行を停止して所定位置に係止保持することができ、ブレーキ解放作動時にグリッパーが開いた際には、局部的に撓み変形したライニング材の復元によって磁極シャフトから離れるので、停止していた移動テーブルは走行を再開する。

このように、各グリップアームの加圧把持面によって磁極シャフトを直接に加圧しない構造を採ると、例えば加工精度や組み付け精度などによってグリップアームの加圧把持面などに機械的な不均一性があった場合でも、それは加圧把持面とライニング材の外周面との間で生ずるものであり、実際に係止保持を行うライニング材の内周面と磁極シャフトの外周面との間には殆ど影響を与えることがないので、軸方向に対する微動を防止することができる

従って、ブレーキ作動時に連結される磁極シャフト−板ばね部材によるライニング材−各固定ブロック−移動テーブルの間における軸方向に対する剛性は、加圧把持面などに機械的な不均一性があった場合でも殆ど低下することがなく、強固な剛性を維持して軸方向の微動を著しく低減させて停止位置をより精度良く確実に行うことができると共に、移動テーブル上のワークを介して軸方向の外力が加わった場合にも停止位置に係止保持することが可能である。

また、請求項２の発明による直動アクチュエータの停止保持装置では、板ばね部材によるライニング材に対して張力の調整を行うことができるので、移動テーブルに対する荷重や移動テーブルの走行速度その他の直動アクチュエータにおける各種の条件に適合させ、最適な張力を付与することができる。

また、請求項３の発明による直動アクチュエータの停止保持装置では、板ばね部材によるライニング材の内面に対して、ブレーキ作動時における停止保持力とブレーキ解放作動時における摺動性とのバランスを考慮して、適正値に設定した。

以下に、シャフト型リニアモータ駆動による直動アクチュエータに対して、本発明を適用した好適な実施形態を示す停止保持装置について、添付した図１〜８の図面に基づいて詳細に説明すると、図１はシャフト型リニアモータ２を直動アクチュエータ１の移動テーブル３に装着した要部斜視図を示し、図２は停止保持装置２Ｂを含むシャフト型リニアモータ２の要部斜視図を示すが、移動テーブル３は直動アクチュエータ１の固定基台（図示を省略）に案内手段を介して直線往復移動可能に装着されている。

シャフト型リニアモータ２は、ヨーク兼用のケーシング内にリング状の電機子コイルを収容したモータ可動子４と、多数の永久磁石による界磁マグネットを磁極シャフト５に内蔵すると共に、磁極シャフト５の両端を固定基台に支持させたモータ固定子を用い、モータ可動子４の電機子コイルの軸心にモータ固定子の磁極シャフト５を挿通させてシャフトモータ本体２Ａが構成されているが、これらの構造は公知のシャフト型リニアモータの場合と同様である。

停止保持装置２Ｂは、ブレーキ本体６とその前方へ一体に装着されたグリップパー７による停止保持ブロック８と、停止保持ブロック８の両側に段差を持って装着された固定ブロック９，１０とを備え、モータ可動子４の一端側に隣接配備すると共に、固定ブロック９，１０は磁極シャフト５を挿通した状態で移動テーブル３に固着され、ブレーキ本体６によってブレーキ作動が行われた際には、磁極シャフト５に対するグリップパー７の停止保持によってモータ可動子４及び移動テーブル３の位置が固定される。

停止保持ブロック８は、図３の斜視図及び図４の縦断面図で示すように、上下のグリップアーム７Ａ，７Ｂの中間部を連結軸１１で開閉可能に枢着したグリップパー７を備え、磁極シャフト５を把持する各グリップアーム７Ａ，７Ｂの内面は、中央を凸状の円弧状面で加圧把持面７ａ，７ｂを形成すると共に、両側を凹状の円弧状面にして逃がし面を形成し、中央に設けた加圧把持面７ａ，７ｂで磁極シャフト５を把持するようにし、連結軸１１より後端側のブレーキ本体６にはグリップアーム７Ａ，７Ｂを開閉操作する電磁ブレーキを設けている。

ブレーキ本体６には、一方のグリップアーム７Ａの後端側に設けたステータ１２と、ステータ１２内に装着した励磁コイル１３と、他方のグリップアーム７Ｂの後端側に設けたアーマチュア１４と、ばね受け部材を介して各グリップアーム７Ａ，７Ｂの後端間に装着したブレーキばね１５を主要部とした無励磁作動型の電磁ブレーキが構成され、ステータ１２とアーマチュア１４間には、電磁ブレーキの作動でアーマチュア１４が可動する調整可能な空隙Ｇが設けられている。

この停止保持ブロック８では、励磁コイル１３に通電されていない時は、ブレーキばね１５の付勢力でグリップアーム７Ａ，７Ｂの後端側は開く方向に作用するので、先端側を閉じる方向に操作してブレーキ作動が行われ、励磁コイル１３に通電して電磁石を作動させるとアーマチュア１４がステータ１２に吸着され、ブレーキばね１５の付勢力に抗してグリップアーム７Ａ，７Ｂの後端側は閉じる方向に作用するので、先端側を開く方向に操作してブレーキ解放作動が行われる。

すなわち、励磁コイル１３に対する通電の有無によって、グリップアーム７Ａ，７Ｂは連結軸１１を支点としてハサミのように開閉操作してブレーキ作動又はブレーキ解放作動をさせ、グリップアーム７Ａ，７Ｂの先端側に設けた加圧把持面７ａ，７ｂで磁極シャフト５を把持することによって、移動テーブル３を所望位置に停止保持することができるが、特に磁極シャフト５から離れた位置にグリッパー７を開閉操作する電磁ブレーキを設けた形態を採っているので、リニアモータ以外の構造が異なる場合でも、磁極シャフト５に適合した一種類のブレーキ機構で兼用することが可能であると共に、ブレーキ機構の小型化が可能で、しかも電磁ブレーキによってリニアモータの磁束を乱すこともない。

固定ブロック９，１０は、図５で示すように磁極シャフト５の挿通孔１６と連通するスライダ案内溝１７を設け、このスライダ案内溝１７には連結軸１１の両端に装着したスライダ１８を嵌合して停止保持ブロック８と連結しており、これによってスライダ１８は先行出願の場合と同様にライダ案内溝１７内を前後方向へ摺動できるので、固定ブロック９，１０に対して停止保持ブロック８は連結軸１１を中心に上下方向へ首振り状態で揺動可能であると共に、磁極シャフト５と直交する前後方向へ摺動可能である。

このように、停止保持ブロック８を上下方向へ首振り状態で揺動可能に支持すると、磁極シャフト５が湾曲したり自重で撓みを生じて変形している場合でも、グリッパー７が揺動しながら変形に追従できるので、円滑な直線往復移動と確実なブレーキ作動又はブレーキ解放が可能であり、首振りと同時にスライダ１８によって前後に摺動可能にすると、組立時の寸法誤差や磁極シャフト５の湾曲又は撓み変形などによる変動に対し、停止保持ブロック８の追随性が一段と向上して変動を効果的に吸収するので、磁極シャフト５との摩擦を低減させて過負荷時の騒音発生を防止できる。

次に、本発明の要旨となる停止保持装置の要部について説明すると、図５及び図６で示すように磁極シャフト５の外周には同心状の円弧に折り曲げ加工した上部側板ばね部材１９と下部側板ばね部材２０が巻装され、各板ばね部材１９，２０は両端に突出形成した鍔状の係止部１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂを介して、各固定ブロック９，１０の間に架設状態で装着されるが、図７〜９で示すように固定ブロック９，１０に取り付けた牽引リング２１，２２及び固定リング２３，２４によって、軸方向の外側へ張力が付与された状態で装着されると共に、内面が磁極シャフト５の外周面と接触しないように所定間隙Ｓを保持した状態で巻装されている。

各板ばね部材１９，２０は、耐食性を備えたステンレスばね綱を用いるが、磁極シャフト５に近接して配置されるので、磁極シャフト５からの磁束を乱さないように磁性や導電性が少ない材料として、例えばＳＵＳ３０４−ＣＳＰなどのステンレス鋼板の使用が望ましく、特に各板ばね部材１９，２０の内面側は磁極シャフト５の外周面に圧接させてブレーキ作動を行うので、例えば摩擦係数を０．２程度にする必要があり、二硫化モリブデンその他の耐食性コーティング処理を施し、各板ばね部材１９，２０の外面側はグリップアーム７Ａ，７Ｂとの摺動性を良くする必要があるので、例えば摩擦係数を０．１以下にするように二硫化モリブデンその他の耐食性コーティング処理を施すと良い。

各板ばね部材１９，２０を装着する際には、各固定ブロック９，１０の外側へ係止部１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂを突出させ、牽引リング２１，２２のフランジ部２１ａ，２２ａを当該固定ブロック９，１０の外側と各係止部１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂとの間に挿入し、各板ばね部材１９，２０の両端を係止すると共に、牽引リング２１，２２の外側に配置した固定リング２３，２４のフランジ部２３ａ，２４ａとの間で各係止部１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂを狭持させ、固定リング２３，２４に設けた通孔から牽引リング２１，２２に設けたねじ孔に固定ボルト２５を螺合して両者をねじ止めする。

また、固定リング２３，２４にねじ止めするための通孔の他に張力調整用の通孔２６を設けると共に、牽引リング２１，２２には張力調整用の通孔２６と連通する張力調整用のねじ孔２７を設け、張力調整用の通孔２６を介して張力調整用のねじ孔２７に張力調整ねじ２８を螺合させ、この張力調整ねじ２８を締め付けて先端を各固定ブロック９，１０の側面に圧接させると牽引リング２１，２２が外側へ移動すると共に、フランジ部２１ａ，２２ａで各係止部１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂは外側に引き寄せられので、これによって各板ばね部材１９，２０は軸方向の外側へ張力が付与された状態で装着され、この張力は張力調整ねじ２８の締め付け力によって調整することができる。

このように、停止保持装置のライニング部材として上部側板ばね部材１９と下部側板ばね部材２０を用いると共に、各板ばね部材１９，２０を軸方向の外側へ張力が付与された状態で装着することにより、各板ばね部材１９，２０は軸方向に対する剛性を著しく高めることができると共に、軸方向と直交する上下方向に曲げようとする加圧力に対しては比較的柔軟に対応することが可能であるから、停止保持ブロック８のブレーキ本体６によるブレーキ作動又はブレーキ解放作動でグリッパー７を開閉操作を行った際に、各板ばね部材１９，２０を介して磁極シャフト５の停止保持を行うことができる。

すなわち、ブレーキ作動時にグリップアーム７Ａ，７Ｂの先端側が閉じた際に、中央の内面に設けた加圧把持面７ａ，７ｂによって各板ばね部材１９，２０を上下方向から加圧させ、局部的に撓み変形した各板ばね部材１９，２０によって磁極シャフト５を把持し、これによって移動テーブル３を停止して所定位置に停止保持することができ、ブレーキ解放作動時にグリップアーム７Ａ，７Ｂの先端側が開いた際には、局部的に撓み変形した各板ばね部材１９，２０の復元によって磁極シャフト５から離れるので、停止していた移動テーブル３は走行を再開できる状態になる。

特に、上記上部側板ばね部材１９と下部側板ばね部材２０を停止保持装置に用いたライニング構造によると、例えば加工精度や組み付け精度などによってグリップアーム７Ａ，７Ｂの加圧把持面７ａ，７ｂなどに機械的な不均一性があった場合でも、それは加圧把持面７ａ，７ｂと各板ばね部材１９，２０の外周面との間で生ずるものであり、実際に停止保持を行う各板ばね部材１９，２０の内周面と磁極シャフト５の外周面との間には殆ど影響を与えることがなく、軸方向に対する微動を防止することができる。

従って、ブレーキ作動時に連結される磁極シャフト５−各板ばね部材１９，２０−各固定ブロック９，１０−移動テーブル３の間における軸方向に対する剛性は、加圧把持面７ａ，７ｂなどに機械的な不均一性があった場合でも殆ど低下することがなく、強固な剛性を維持して軸方向の微動を著しく低減させて停止位置をより精度良く確実に行うことができると共に、移動テーブル３上のワークを介して軸方向の外力が加わった場合にも所望の位置に停止保持することが可能である。

なお、この停止保持装置では磁極シャフト５に過大な荷重が印加されて撓んだり、真直度が著しく悪い場合には、磁極シャフト５の外周面に各板ばね部材１９，２０の内面が接触する恐れがあるので、移動テーブル３上に載置するワークが重量物であったり、直線往復移動する距離が長くて長尺の磁極シャフト５を使用する際には、例えば本件出願人が特願２００３−３９５２９９号で提案した先行出願の空隙保持装置などの場合と同様の考えに基づき、磁極シャフト５の外周面と各板ばね部材１９，２０の内面との間に、一定の間隙を保持する空隙保持リングを装着することができる。

シャフト型リニアモータを直動アクチュエータの移動テーブルに装着した要部斜視図を示す。 停止保持装置を含むシャフト型リニアモータの要部斜視図を示す。 停止保持装置における停止保持ブロックの斜視図を示す。 停止保持装置における停止保持ブロックの縦断面図を示す。 停止保持装置から停止保持ブロックを取り外した状態における固定ブロックを斜視図で示す。 磁極シャフトに巻装した上部側板ばね部材と下部側板ばね部材を斜視図で示す。 停止保持装置から停止保持ブロックを取り外した状態における固定ブロックを分解斜視図で示す。 固定ブロックに対する上部側板ばね部材と下部側板ばね部材の装着状態を要部縦断面図で示す。 移動テーブルに取り付けた停止保持装置を縦断面図で示す。

符号の説明

１ 直動アクチュエータ
２ シャフト型リニアモータ
２Ａ シャフトモータ本体
２Ｂ 停止保持装置
３ 移動テーブル
４ モータ可動子
５ 磁極シャフト
６ ブレーキ本体
７ グリップパー
７Ａ，７Ｂ グリップアーム
７ａ，７ｂ 加圧把持面
８ 停止保持ブロック
９，１０ 固定ブロック
１１ 連結軸
１２ ステータ
１３ 励磁コイル
１４ アーマチュア
１５ ブレーキばね
１６ 挿通孔
１７ スライダ案内溝
１８ スライダ
１９ 上部側板ばね部材（ライニング材）
１９ａ，１９ｂ 係止部
２０ 下部側板ばね部材（ライニング材）
２０ａ，２０ｂ 係止部
２１，２２ 牽引リング
２１ａ，２２ａ フランジ部
２３，２４ 固定リング
２３ａ，２４ａ フランジ部
２５ 固定ボルト
２６ 張力調整用の通孔
２７ 張力調整用のねじ孔
２８ 張力調整ねじ

Claims (3)

1. シャフト型リニアモータ駆動で移動テーブルを磁極シャフトに沿って直線往復移動させると共に、ブレーキ作動によって所望位置に停止保持する装置であって、ブレーキ作動又はブレーキ解放作動を行うブレーキ本体と、ブレーキ本体によって開閉操作される一対のグリップアームを磁極シャフトと対向状に設けたグリッパーとで停止保持ブロックが構成され、停止保持ブロックの両側には移動テーブルに連結し且つ磁極シャフトを挿通させた各固定ブロックを連結させ、各グリップアーム間には磁極シャフトの外周と所定間隙を保持した状態で円弧状の板ばね部材によるライニング材を設け、このライニング材の両端を各固定ブロックで支持して軸方向の外側へ張力を付与させ、各グリップアームが閉じた際にライニング材を介して磁極シャフトを加圧把持させることを特徴とする直動アクチュエータの停止保持装置。
2. 前記両端の各固定ブロック側には、板ばね部材によるライニング材に対して張力を可変できる張力調整部を設けた請求項１に記載した直動アクチュエータの停止保持装置。
3. 前記板ばね部材によるライニング材の内面には、摩擦係数を０．２程度に設定したコーティング処理を施す請求項１又は２に記載した直動アクチュエータの停止保持装置。

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