JP6720719B2 - スライド装置 - Google Patents

Description

本発明は、スライド装置に係わり、更に詳しくは摺動摩擦抵抗が少ないスライド装置に関するものである。

従来から、レールガイドと、該レールガイドに沿って移動する移動テーブルとの間に、永久磁石を対向させて配設し、永久磁石の反発力を利用して移動テーブルを浮上させて非接触状態で案内する構造のレールガイド装置は各種提案されている。

特許文献１には、第１案内面を有する案内レールと、前記第１案内面に対向する第２案内面を有し、前記案内レールに遊嵌されたスライダとを構え、前記案内レールの第１案内面に第１永久磁石が配設され、前記スライダの第２案内面に第２永久磁石が配設され、前記第１永久磁石の極と前記第２永久磁石の極が同一極に対向して配設されたレールガイド装置が開示されている。

しかし、特許文献１のレールガイド装置は非接触型であるので、接触による摩擦抵抗は無くなる反面、スライダに作用する外力若しくはスライダに載せる物体の荷重によって案内レールに対するスライダの相対位置が変化するといった不可避の課題があり、スライド安定性を制御する機構が必要であるため、制御機構を設けるのにコスト高になってしまう問題があった。また、スライダを浮上させるために強力な永久磁石を用いる必要があるが、反発力が強すぎてスライド機能を制御するのが難しいという問題があった。

一方、特許文献２には、転動体転動溝を有する案内レ−ルと、これに遊嵌され転動体の転動を介して軸方向に自在に相対移動するスライダよりなり、前記案内レ−ル表面とスライダ底面に永久磁石を相対向する面の永久磁石の極が同一極となるように設けられているレールガイド装置が開示されている。

この特許文献２のレールガイド装置は、スライダと案内レ−ルの間から該スライダの内部を通って環状に形成された転動体転動溝に沿って複数の転動体が循環する構造のリニアボール軸受を採用し、前記案内レールとスライダ間に転動体が介在した案内機構であり、若干のクリアランスを有している。スライダが荷重を受けて案内レ−ル上を直線往復移動する場合、たえず繰り返し応力が転動体や転送面に作用するので、材料疲労によるフレ−キングと呼ばれるうろこ状の損傷が現れるのを遅らせ、装置の寿命を延ばすために、永久磁石による反発力を利用し、転動体と転送面の接触圧力を弱めるというものである。しかし、スライダは案内レールに遊嵌状態であり、また転動体と対面する両転送面の間にクリアランスを設ける必要性からスライド安定性には限界があり、しかも構造が複雑なリニアボール軸受を採用しているので、高価なものにならざるを得ない。

特開２００８−３０９１６８号公報 特開２００２−３０７２５４号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、磁石の反発力で可動体の荷重の一部又は全部を相殺して摺動面の摩擦抵抗を低減し、レールガイドに対して可動体をスムーズ且つ高精度に摺動案内することが可能であり、スライド安定性を図るとともに、構造が簡単で安価に製造することが可能なスライド装置を提供する点にある。

本発明は、前述の課題解決のために、以下に構成するスライド装置を提供する。

（１）
レールガイドと、該レールガイドに沿って摺動案内される可動体とを備え、前記レールガイドと可動体の少なくとも一部が接触状態で摺動するように摺動面を有するとともに、前記レールガイドと可動体とに同極性が対面するように永久磁石を配設し、該永久磁石による反発力で前記可動体の荷重を軽減し、摺動面の摩擦抵抗力を低減するスライド装置であって、前記レールガイドと可動体の摺動面が接触状態を維持するための浮上防止手段を備え、該浮上防止手段が、前記摺動面を備えた係止部と前記可動体の荷重であり、前記可動体の荷重が前記永久磁石の反発力以上であることを特徴とするスライド装置。

（２）
前記レールガイドに配設した永久磁石と前記可動体に配設した永久磁石との距離を０．０５〜２．５ｍｍに設定してなる（１）記載のスライド装置。

（３）
前記可動体は、前記レールガイドに沿って摺動案内される移動テーブルと、該移動テーブルに装着する重りからなる（１）又は（２）記載のスライド装置。

（４）
前記可動体の荷重が前記永久磁石の反発力とほぼ等しい（１）〜（３）何れか１に記載のスライド装置。

（５）
前記レールガイドと可動体の摺動面が摺動性樹脂からなる（１）〜（４）何れか１に記載のスライド装置。

（６）
前記レールガイドと可動体に永久磁石を配設するレーンを複数本設けてなる（１）〜（５）何れか１に記載のスライド装置。

（７）
前記レーンに対して永久磁石を取り外し可能な構造としてなる（６）記載のスライド装置。

以上にしてなる本発明のスライド装置は、レールガイドと、該レールガイドに沿って摺動案内される可動体とを備え、前記レールガイドと可動体の少なくとも一部が接触状態で摺動するように摺動面を有するとともに、前記レールガイドと可動体とに同極性が対面するように永久磁石を配設し、該永久磁石による反発力で前記可動体の荷重を軽減し、摺動面の摩擦抵抗力を低減するスライド装置であって、前記レールガイドと可動体の摺動面が接触状態を維持するための浮上防止手段を備え、該浮上防止手段が、前記摺動面を備えた係止部と前記可動体の荷重であり、前記可動体の荷重が前記永久磁石の反発力以上であるので、以下の効果を奏する。先ず、レールガイドと可動体の少なくとも一部が接触状態で摺動するので、レールガイドに対して可動体の上下位置が一定であり、スライド安定性を高めることができる。また、前記可動体の荷重を永久磁石による反発力で軽減することができるので、摺動面の摩擦抵抗力を低減することができ、その結果、本発明のスライド装置は、レールガイドに沿って可動体を軽い駆動力でスムーズに移動させることができる。また、本発明のスライド装置は、構造が簡単であるので、安価に製造することができる。

前記レールガイドに配設した永久磁石と前記可動体に配設した永久磁石との距離を０．０５〜２．５ｍｍに設定することにより、可動体の荷重に応じて摺動面の接触圧を調整することができる。つまり、可動体の荷重が重くなれば、両永久磁石間の距離を接近させて大きな反発力が発生するようにし、可動体の荷重が軽くなれば、両永久磁石間の距離を離して小さな反発力が発生するようにし、摺動面の接触圧を小さな値に保つ設計が可能であり、もって低い摩擦抵抗で可動体をスムーズに摺動案内することができる。

また、前記レールガイドと可動体の摺動面が接触状態を維持する浮上防止手段として、前記摺動面を備えた係止部や、あるいは該係止部と前記可動体の荷重との併用構造を採用することにより、高精度にスライド安定性が維持される。特に、前記可動体の荷重が前記永久磁石の反発力以上であると、摺動面が接触し、しかも可動体の荷重の一部又は全部を永久磁石の反発力で相殺できるので、接触圧を低く、即ち摩擦抵抗力を小さくすることができる。特に、前記可動体の荷重が前記永久磁石の反発力とほぼ等しいと、最も摺動抵抗力が小さくなり、本発明の効果が最も高くなる。

更に、前記可動体は、前記レールガイドに沿って摺動案内される移動テーブルと、該移動テーブルに装着する重りからなると、移動テーブルにワークを固定して移動するとき、重りを選択してワークを含む可動体の全重量を設計重量になるように調整することができる。

そして、前記レールガイドと可動体の摺動面が摺動性樹脂からなると、摺動性樹脂によって可動体の摺動能力が向上する。また、前記レールガイドと可動体に永久磁石を配設するレーンを複数本設けてなると、永久磁石を置くレーンの数を増減して反発力を調整できる。また、前記レーンに対して永久磁石を取り外し可能な構造としてなると、保磁力の異なる永久磁石に取り替えて反発力を調整できる。

本発明のスライド装置の斜視図である。 同じく断面図である。 同じく部分拡大断面図である。 反発状態の各種ネオジム磁石に加える荷重と間隔の関係を示すグラフである。 反発状態の各種フェライト磁石に加える荷重と間隔の関係を示すグラフである。 本実施形態で使用した反発状態のネオジム磁石に加える荷重と間隔の関係を示すグラフである。 本実施形態のスライド装置（磁気アシスト有り）と、磁気アシスト無しの比較品において重りを変化させたときの摩擦抵抗力の測定結果を示すグラフである。

次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１は本発明のスライド装置の全体斜視図であり、図２及び図３はその要部の断面図であり、図中符号１はレールガイド、２は可動体、３は移動テーブル、４は重り、５，６は永久磁石、７は浮上防止手段をそれぞれ示している。

本発明のスライド装置は、レールガイド１と、該レールガイド１に沿って摺動案内される可動体２とを備え、前記レールガイド１と可動体２の少なくとも一部が常に接触状態で摺動するように摺動面を有するとともに、前記レールガイド１と可動体２とに同極性が対面するように永久磁石５，６を配設し、該永久磁石５，６による反発力で前記可動体２の荷重を軽減し、摺動面の摩擦抵抗を低減するという構成である。

更に詳しくは、前記可動体２は、前記レールガイド１に沿って摺動案内される移動テーブル３と、該移動テーブル３に装着する重り４からなっている。そして、図示しないが、前記可動体２には、ワークが保持されて前記レールガイド１に沿って移動できるようになっている。本発明では、前記可動体２の荷重というときには、前記移動テーブル３と重り４にワークを加えた荷重を意味するが、便宜上ワークは無視して説明する場合もある。

前記レールガイド１の上面中央部にアリ８を形成するとともに、前記移動テーブル３の下面中央部には前記アリ８を嵌合状態で摺動するアリ溝９を形成し、該移動テーブル３を前記レールガイド１に沿ってガタツキなく摺動案内するようになっている。本実施形態では、前記レールガイド１の上面１０、アリ８の上面１１及び斜面１２，１２と、前記移動テーブル３の下面１３、アリ溝９の底面１４及び斜面１５，１５とがそれぞれ接触して摺動面となっている。

そして、前記レールガイド１の両側上面１０，１０とアリ８の上面１１に前記永久磁石５を配設するレーン１６を３本設けている。それに対応する前記移動テーブル３の両側下面１３，１３及びアリ溝９の底面１４に前記永久磁石６を配設するレーン１７を３本設けている。ここで、前記レーン１６，１７は、本実施形態では前記永久磁石５，６を嵌合し得る凹溝で構成し、該凹溝の深さは前記永久磁石５，６の厚さより大きく設定し、図３に示すように、両永久磁石５，６の間隔Ｄ（距離）が０．０５〜２．５ｍｍになるように設定する。間隔Ｄ（距離）がゼロ、すなわち永久磁石５，６が接触した状態では磁石同士の摩擦が発生し、０．０１〜０．０４ｍｍでは反発力が大き過ぎる。ここで、前記間隔Ｄの調整は、永久磁石５，６の寸法を固定すれば、前記レーン１６，１７の凹溝の深さを変えるか、若しくは凹溝底部に配設するスペーサーの厚さを変えれば良い。

また、前記レーン１６，１７に対して前記永久磁石５，６を取り外し可能に装着できるようにすることが好ましい。また、３対の前記レーン１６，１７の内、前記レールガイド１の両側上面１０，１０と前記移動テーブル３の両側下面１３，１３の２対を選択して前記永久磁石５，６を配設したり、あるいは前記レールガイド１のアリ８の上面１１と前記移動テーブル３のアリ溝９の底面１４の１対を選択して前記永久磁石５，６を配設することも可能である。更に、多数のレーンを設けている場合には、レーンの選択使用の態様は更に多くなるが、中心に対して対称になるようにすることが必要である。

また、前記移動テーブル３の上面には、前記重り４を保持するためのホルダー１８を設けている。本実施形態では、既製品である重り４の周囲を当止し、複数の重り４を重ねて保持せきるように、４本のピンを垂設して構成しているが、実際にはワークを保持し易い構造にすべきであり、このホルダー１８の構造は任意である。

本実施形態では、前記レールガイド１のアリ８と前記移動テーブル３のアリ溝９とが嵌合することによって、前記永久磁石５，６の反発力があっても、前記アリ８の斜面１２，１２と前記アリ溝９の斜面１５，１５が接触しているので、前記移動テーブル３が前記レールガイド１から浮上することがない。つまり、前記アリ８の斜面１２，１２と前記アリ溝９の斜面１５，１５が、摺動面を備えた係止部となり、前記浮上防止手段７を構成するのである。前記アリ８とアリ溝９による嵌合構造は、ガイド機能と浮上防止機能を備えているが、これと同等の機能を単独で若しくは組み合わせて備える構造を採用することも可能である。

前記浮上防止手段７を構成する係止部の構造は、前記アリ８とアリ溝９による逆テーパー状の他に、入れ子状等、何でも良く、成形、加工容易性の面でアリ８とアリ溝９による逆テーパー状が望ましい。また、係止部内に永久磁石を組み込んでも良く、永久磁石から離れた箇所に係止部を形成しても良い。また、浮上防止手段７は、重りによる荷重を併用するが、機械的な加圧制御、風圧等を採用しても良い。

更に、本発明では、前記可動体２の荷重が前記永久磁石５，６の反発力以上となるように設定している。それにより、前記レールガイド１と前記可動体２、即ち前記移動テーブル３との摺動面が常に接触した状態を維持する。前記可動体２の荷重の一部又は全部は、前記永久磁石５，６の反発力で相殺できるので、摺動面の接触圧を低く抑え、摩擦抵抗力を小さくすることができる。特に、前記可動体２の荷重が前記永久磁石５，６の反発力とほぼ等しくなるように設定すると、無負荷状態に近づき、最も摺動抵抗力が小さくなる。仮に、前記可動体２の荷重より前記永久磁石５，６の反発力が大きいと、前記浮上防止手段７を構成する係止部にかかる力が大きくなり、係止部における摩擦抵抗力も大きくなるので、摺動能力が低下する。

本実施形態では、前記レールガイド１を非磁性体のステンレス鋼（ＳＵＳ）で作製し、前記移動テーブル３を摺動性樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で作製した。その他の摺動性樹脂としては、ポリアセタール、ポリフェニレンスルファイド等が挙げられるが、摺動性の点でポリテトラフルオロエチレンが最も良い。また、ポリテトラフルオロエチレンは摺動性に優れているものの耐磨耗性が劣るという問題があったが、本件発明を採用する事で摺動性樹脂に係る摩擦力が軽減され、当該問題点を解決できる。尚、前記レールガイド１の永久磁石５の上面を摺動性樹脂で被覆して、上面１０，１１を平坦な摺動面とすることも可能である。

更に摺動性を高めるために、摺動性樹脂に摺動性フィラーを添加することも好ましい。摺動性フィラーとしては、グラファイト粉末、カーボン繊維、チタン酸バリウム、ガラス球等の公知の材料が挙げられる。

本発明で使用する永久磁石５，６は、特に限定されないが、ネオジム磁石、サマリウム−コバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石、ネオジムボンド磁石、フェライトボンド磁石等を採用できる。保磁力が強力である点でネオジム磁石が最も望ましい。

前記永久磁石５，６は、それぞれレーン１６，１７に直列状に連続して形成しても、複数列を並列に形成しても良い。また、本実施形態では、スライド装置を直線状に構成したが、同一曲率を持つ曲線状に構成することも可能である。そして、スライド装置は、水平面、傾斜面の何れにも設けることができるが、物の運搬という用途を考慮する場合は水平面の方が、効果は高い。

図４は、反発状態の各種ネオジム磁石に加える荷重と間隔の関係を示すグラフである。実験に使用したネオジム磁石の寸法は、図中に示してあり、例えば５０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍのものは、ｍｍを省略して５０×１０×２と表示している。また、その横に表面磁束密度と単位面積当たりの吸着力を示している。試験方法は、オートグラフ（島津製作所製 「ＡＧ−Ｘ plus」）に磁石をセットし、２５mm/minにて圧縮測定をした。

図５は、反発状態の各種フェライト磁石に加える荷重と間隔の関係を示すグラフである。図中の表示方法と試験方法は図４のものと同じである。

磁石間の間隔が狭くなるに従って急激に荷重が増える傾向が確認でき、設計のためのデータが得られた。

図６は、本実施形態で使用した反発状態のネオジム磁石に加える荷重と間隔の関係を示すグラフである。本実施形態で使用したネオジム磁石の寸法は３０ｍｍ×１５ｍｍ×５ｍｍである。

そして、図６の特性の永久磁石を用いて、図１及び図２に示したスライド装置を構成し、スライド特性を測定した。ここで、永久磁石間の間隔Ｄは１．７ｍｍに設定した。

スライド特性は、前記可動体２の重り４に、ばね式手ばかり（三光精衡所製の「ばね式手ばかり」）を引っ掛けてスライド方向へ引っ張ることで摩擦抵抗力を測定して評価した。重りを変化させて繰り返し測定した。図７には、本実施形態のスライド装置（磁気アシスト有り）と、磁気アシスト無しの比較品において重りを変化させたときの摩擦抵抗力の測定結果を示している。

図７において、重りが約２０Ｎのときに摩擦抵抗力が最小になり、それよりも軽くなると摩擦抵抗力は急激に増加し、それよりも重くなると摩擦抵抗力はやや緩やかに増加する傾向である。重りが約２０Ｎのときに、可動体２の荷重と永久磁石による反発力が釣り合ったものと理解できる。尚、図６から間隔１．７ｍｍのときの荷重は約４３Ｎ（約４，４ｋｇ）であるから、これらの結果は、ほぼ妥当なものであると考える。

食品業界において使用される重量のある作業ロボットを搬送するために使用することができる。また、本発明のスライド装置を用いて構成した搬送装置は、潤滑剤を使用しないので、作業ロボットのメンテナンス時に、潤滑油が飛び散ることがなく衛生的である。

１ レールガイド
２ 可動体
３ 移動テーブル
４ 重り
５ 永久磁石
６ 永久磁石
７ 浮上防止手段
８ アリ
９ アリ溝
１０ 上面
１１ 上面
１２ 斜面
１３ 下面
１４ 底面
１５ 斜面
１６ レーン
１７ レーン
１８ ホルダー
Ｄ 間隔

Claims (7)

1. レールガイドと、該レールガイドに沿って摺動案内される可動体とを備え、前記レールガイドと可動体の少なくとも一部が接触状態で摺動するように摺動面を有するとともに、前記レールガイドと可動体とに同極性が対面するように永久磁石を配設し、該永久磁石による反発力で前記可動体の荷重を軽減し、摺動面の摩擦抵抗力を低減するスライド装置であって、
   前記レールガイドと可動体の摺動面が接触状態を維持するための浮上防止手段を備え、該浮上防止手段が、前記摺動面を備えた係止部と前記可動体の荷重であり、前記可動体の荷重が前記永久磁石の反発力以上であることを特徴とするスライド装置。
2. 前記レールガイドに配設した永久磁石と前記可動体に配設した永久磁石との距離を０．０５〜２．５ｍｍに設定してなる請求項１記載のスライド装置。
3. 前記可動体は、前記レールガイドに沿って摺動案内される移動テーブルと、該移動テーブルに装着する重りからなる請求項１又は２記載のスライド装置。
4. 前記可動体の荷重が前記永久磁石の反発力とほぼ等しい請求項１〜３何れか１項に記載のスライド装置。
5. 前記レールガイドと可動体の摺動面が摺動性樹脂からなる請求項１〜４何れか１項に記載のスライド装置。
6. 前記レールガイドと可動体に永久磁石を配設するレーンを複数本設けてなる請求項１〜５何れか１項に記載のスライド装置。
7. 前記レーンに対して永久磁石を取り外し可能な構造としてなる請求項６記載のスライド装置。

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