CN101002284A - Xy引导台 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种XY引导台，该XY引导台通过提高形成滚珠滚动面的部位的刚性，以此排除滚珠与滚珠滚动槽的间隙，可将上部板相对于下部板不晃荡地向X方向以及Y方向引导，并可形成为非常薄的形状。该XY引导台具有通过滚珠相互组装的下部板、中间板和上部板，所述下部板以及上部板分别具有一对剖面为大致矩形的导轨主体以及夹持在这些导轨主体之间的收容槽，并形成为大致沟槽状，在面对收容槽的各导轨主体的侧面形成滚珠的滚动槽，这些板部使各个收容槽相互相对且直交地层压重叠，所述中间板形成为大致矩形形状，下半部分松动配合在下部板的收容槽内，另一方面，上半部分松动配合在上部板的收容槽内。

Description

XY引导台

技术领域

本发明涉及XY引导台，该XY引导台安装在装置框体等的固定部，用于将例如产品的检查台或加工台等的可动体向X方向以及Y方向自由引导，本发明尤其是涉及适用于轻载荷的小型的且高精度的XY引导台。

背景技术

以往，作为将工作机械的工作台向相互直交的X方向以及Y方向自由移动的装置，已知有利用直线引导装置的所谓组合式的XY引导台。具体的构成是，在底座或立柱等的固定部上沿着X方向设置轨道导轨，同时，设置沿着该轨道导轨移动的下部台，而且，在该下部台上沿着Y方向设置轨道导轨，同时，设置沿着该轨道导轨移动的上部台，使该上部台可相对于固定部向X方向以及Y方向自由移动。

这种结构的XY引导台，通过任意地选定支承上述下部台以及上部台的移动的直线引导装置的负荷载重，可以灵活地对应从轻载荷用途到重载荷用途，同时，通过选定轨道的长度，也可使上部台的行程量长尺寸化。但是，由于在向X方向移动的下部台上设置有Y方向的轨道导轨，因此，需要下部台本身具有高刚性，而且，从固定部到上部台的高度也必须加高，因此具有XY引导台大型化、重型化的问题。

另一方面，在特开平5-18415号公报中记载了通过对薄钢板进行冲压加工而实现了小型化、轻质化的XY引导台。具体的是，通过冲压加工使钢板的两端部弯起，形成通道状的下部板以及上部板，另一方面，形成使周围四条边中相对的两条边向着下侧、使剩余的两条边向着上侧弯起的中间板，组合上述上部板、中间板以及下部板、使弯起的侧壁部相互相对。在相互相对的侧壁部之间设置滚珠，通过使该滚珠在侧壁部滚动，中间板相对于下部板可向X方向移动，上部板相对于中间板可向Y方向自由移动。

专利文献1：特开平5-18415号公报

但是，在该现有的小型XY引导台中，通过薄钢板的冲压加工制造下部板、中间板和上部板，滚珠滚动槽形成于将钢板弯起的侧壁部。因此，一旦冲压加工的精度恶化，则在滚珠与滚珠滚动槽之间将产生间隙，中间板相对于下部板、上部板相对于中间板将发生晃荡，具有不能使上部板相对于下部板高精度地运动的问题。

如果选择稍微大一点直径的滚珠，向在滚珠滚动槽中滚动的滚珠施加预负荷，则可排除滚珠与滚珠滚动槽之间的间隙，防止上述的上部板相对下部板的晃荡。但由于滚珠滚动槽形成在通过冲压加工弯起的侧壁部，因此一旦选择大直径的滚珠，则滚珠在与滚珠滚动槽接触、压缩前，各板的侧壁部已经变形，具有不能向滚珠施加充分的预负荷的问题。

因此，在提高冲压加工的加工精度的同时，需要提高形成各板的钢板的刚性。不过这将降低冲压加工的优点、即良好的生产效率、低成本等的优点，导致XY引导台的制造成本上升。

发明内容

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种XY引导台，该XY引导台通过提高形成滚珠滚动面的部位的刚性，而排除滚珠与滚珠滚动槽的间隙，可将上部板相对于下部板不晃荡地向X方向以及Y方向引导，并可形成为非常薄的形状。

即，本发明的XY引导台，具有：下部板、中间板和上部板，中间板通过多个滚动体安装在该下部板上、可向X方向自由移动；上部板通过多个滚动体安装在该中间板上、向与所述X方向直交的Y方向自由移动，所述下部板以及上部板分别具有一对形成有连结部件的安装孔的、剖面为大致矩形的导轨主体以及结合这些导轨主体的连接板部，并且所述下部板以及上部板形成为在一对导轨主体之间具有对应于所述连接板部的宽度的收容槽的大致沟槽状，在面对收容槽的各导轨主体的侧面形成滚动体的滚动槽，这些上部板和下部板使各个收容槽相互相对且直交的层压重叠，所述中间板形成为大致矩形形状，下半部分松动配合在下部板的收容槽内，另一方面，上半部分松动配合在上部板的收容槽内，在与形成在下部板以及上部板的导轨主体上的滚动体滚动槽相对的位置上形成有滚动体滚动槽。

根据这样的技术结构，由于相对于固定部进行固定的下部板、相对可动体进行固定的上部板都具有收容槽且形成为大致通道状，并使各个收容槽相对、使这些收容槽直交地层压重叠，因此，可在通过这些收容槽形成的空间中设置中间板，可用很小的间隙使下部板和上部板相对并层压重叠，因此能提供非常薄的XY引导台。

并且，下部板和上部板通过在连接板部的两侧分别设置一对剖面为大致矩形的导轨主体而形成为大致通道状，并在各导轨主体的侧面形成滚珠滚动槽，另外，通过在该导轨主体上形成连结部件的安装孔，可将下部板通过导轨主体固定在固定部上，将上部板通过导轨主体固定在可动体上。因此，可向下部板和上部板的滚珠滚动槽的形成部位施加充分的刚性，可排除滚珠和滚珠滚动槽之间的间隙，防止上部板相对于下部板晃荡。而且，可向滚珠施加预负荷、可相对于下部板以高刚性高精度地引导上部板。

附图说明

图1是表示本发明的XY引导台的实施例的立体图。

图2是图1所示的XY引导台的俯视图。

图3是图2的III向视图。

图4是图2的IV向视图。

图5是表示将超声波电动机作为驱动装置组装到图1所示的XY引导台上的状态的立体图。

图6是表示图5所示的XY引导台的俯视图。

图7是图6的VII向视图。

图8是图6的VIII向视图。

图9是超声波电动机结构的分解立体图。

图10是超声波电动机的动作原理的说明图。

图11是表示将滚珠丝杠作为驱动装置组装到图1所示的XY引导台上的状态的立体图。

具体实施方式

以下根据附图就本发明的XY引导台进行详细说明。

图1是表示适用本发明的XY引导台的第一实施例的立体图，图2是该XY引导台的俯视图，图3是图2的III向视图，图4是图2的IV向视图。

该XY引导台1由固定在机械装置的框体或底座等的固定部上的下部板2、通过多个滚珠5组装在下部板2上的中间板3、以及通过多个滚珠5安装在该中间板3上的上部板4构成，上述中间板3被设置成可相对于下部板2向X方向自由移动，上述上部板4被设置成可相对于中间板3向Y方向自由移动。因此，通过相对于该上部板4固定检查台或输送台等的可动体，可使该可动体相对于上述固定部向X方向以及Y方向自由移动。

上述下部板2是通过加工厚度为5mm左右的矩形金属板而形成的，在其上面的中央，沿着X方向形成宽度比上述中间板3的宽度稍大的收容槽20。X方向上的收容槽20的两端是开放的，这样，沿着下部板2的Y方向的剖面形成为大致通道状。并且，上述下部板2具有在收容槽20的两侧形成剖面为大致矩形的一对导轨主体21、21，该一对导轨主体21、21通过对应于收容槽20的宽度的连接底板22进行结合。

另一方面，上述上部板4形成与下部板2完全相同的形状，只是正反面相反、收容槽40形成在下面侧，并且，该收容槽40沿着与X方向直交的Y方向形成。即，上述上部板4是通过加工厚度为5mm左右的矩形金属板而形成的，在其下面的中央，沿着Y方向形成宽度比上述中间板3的宽度稍大的收容槽40。Y方向上的收容槽40的两端是开放的，这样，沿着上部板4的X方向的剖面形成大致通道状。并且，上述上部板4具有在收容槽40的两侧形成剖面为大致矩形的一对导轨主体41、41，该一对导轨主体41、41通过对应于收容槽40的宽度的连接顶板42进行结合。

在上述下部板2以及上部板4的各导轨主体21、41上，上述滚珠5的滚动槽50形成在面向上述收容槽20、40的侧面。下部板2的滚珠滚动槽50沿着X方向形成，上部板4的滚珠滚动槽50沿着Y方向形成。这些滚珠滚动槽50形成两个滚珠滚动面以大致90°相交的所谓哥特式的拱形剖面。并且，在各导轨主体21、41上设置螺合固定螺钉的螺孔23、43。形成在下部板2的导轨主体21上的螺孔23，在将该下部板2拧合固定在固定部上时使用，上部板4的螺孔43在将可动体拧合固定在该上部板4上时使用。

另一方面，上述中间板3形成其厚度为下部板2以及上部板4的收容槽20、40深度的两倍左右的矩形，下半部分松动配合在下部板2的收容槽20内，上半部分松动配合在上部板4的收容槽40内。在该中间板3的下半部分的侧面，在与下部板2的滚珠滚动槽50相对的位置上沿着X方向形成滚珠滚动槽51，多个滚珠5设置在这些下部板2的滚珠滚动槽50与中间板3的滚珠滚动槽51之间。并且，同样在中间板3的上半部分的侧面，在与上部板4的滚珠滚动槽50相对的位置上沿着Y方向形成滚珠滚动槽52，多个滚珠5设置在这些上部板4的滚珠滚动槽50与中间板3的滚珠滚动槽52之间。

形成在中间板3上的四条滚珠滚动槽51、52，分别形成两个滚珠滚动面以大致90°相交的所谓哥特式的拱形剖面。各滚珠5在下部板2或上部板4的滚珠滚动槽50与中间板3的滚珠滚动槽51、52之间、一面承载着载荷一面滚动。并且，在同一个滚珠滚动槽中进行滚动的一群滚珠5，留有规定间隔地排列在薄板形的滚珠隔圈53上，在形成于中间板3上的四条滚珠滚动槽51、52的纵向两端，立设有卡定上述滚珠隔圈53的止动销54。该滚珠隔圈53可以是通过冲压金属薄板而形成的，也可以是通过合成树脂的注射模塑成形等而形成的。通过这样，可防止在使上部板4相对于下部板2向X方向以及Y方向移动时，滚珠5从上部板4和中间板3之间、下部板2和中间板3之间滚落。

上述下部板2以及上部板4是以如下的方式形成的，即，对厚度为5mm左右的矩形金属板材、通过利用铣床等进行的切削加工形成上述收容槽20、40，接着，在导轨主体21、41上加工螺孔23、43，最后对滚珠滚动槽50进行研磨加工。当然也可以不对金属板材进行切削加工、形成收容槽20、40，而是使用金属注射模塑成形(MIM成形)制作通道状的下部板2以及上部板4。

根据以上的构成，由于设置在下部板2和中间板3之间的滚珠5、设置在中间板3和上部板4之间的滚珠5一面承载着载荷一面滚动，所以中间板3可在下部板2的收容槽20内向X方向自由移动，并且上部板4可相对于中间板3向Y方向自由移动，其结果，可使拧合固定在上部板4上的可动体相对固定部向X方向以及Y方向自由移动。

而且，在本实施例的XY引导台1中，由于中间板3的上半部分松动配合在上部板4的收容槽40内，下半部分松动配合在下部板2的收容槽20内，并且，上部板4和下部板2在面向收容槽20、40的导轨主体21、41的侧面上具有滚珠滚动槽50，支承各板2、4的移动的轴承部位于收容槽20、40内，因此，这些上部板4和下部板2以微小的间隙层压重叠。通过这样，可构成极为薄型的XY引导台。

并且，如图4所示，下部板2上的一对导轨主体21在形成为矩形的同时，利用固定螺钉6拧合固定在固定部上，滚珠滚动槽50形成在该导轨主体21的侧面。并且，一对导轨主体21的间隔通过连接底板22保持一定。因此，即使载荷相对下部板2的滚珠滚动槽50进行作用，形成该滚珠滚动槽50的导轨主体21也不会变位。另一方面，由于中间板3相对矩形的金属板部件的侧面只形成滚珠滚动槽51、52，因此其刚性高，即使载荷对该滚珠滚动槽51、52进行了作用，也不会发生任何变形。

因此，在通过滚珠5组合下部板2和中间板3时，在滚珠5和滚珠滚动槽之间不产生间隙，并且，也可向滚珠施加预负荷，因此，可使中间板相对下部板高精度地移动。

并且，对于上部板4也是如此，即，上部板4上的一对导轨主体41形成为矩形，同时，拧合固定在无图示的可动体上进行使用，滚珠滚动槽50形成在该导轨主体41的侧面。并且，一对导轨主体41的间隔通过连接顶板42保持一定。因此，即使载荷对上部板4的滚珠滚动槽50进行作用，形成该滚珠滚动槽50的导轨主体41也不变位。即，与下部板2相同，在通过滚珠5组合上部板4和中间板3时，在滚珠5和滚珠滚动槽50之间不产生间隙，并且，也可向滚珠5施加预负荷，因此，可使上部板4相对中间板3高精度地移动。

这样，根据本发明的XY引导台1，通过提高形成滚珠滚动面50、51、52的部位的刚性，可以排除滚珠5与滚珠滚动槽50、51、52的间隙，可将上部板4相对下部板2不晃荡地向X方向以及Y方向引导，并且，可将该台1形成为非常薄的形状。

另外，在上述实施例中，各滚珠以排列在隔圈上的状态在滚珠滚动槽中滚动，通过滚珠滚动槽的长度限制了中间板相对下部板的行程量、上部板相对中间板的形成量。但是，在本发明的XY引导台中，例如通过在中间板上形成滚珠的环行线路，可形成中间板可相对下部板进行没有行程限制的移动的结构。并且，同样也可形成上部板相对中间板可进行没有行程限制的移动的结构。

并且，在上述实施例中，作为安装于下部板和中间板、中间板和上部板之间的滚动体使用了滚珠，但也可以使用滚子。在使用滚子的情况下，可形成将转动轴方向各相差90°的滚子交错设置的所谓交叉滚子式。

图5至图8是表示相对图1所示的本发明的XY引导台设置驱动中间板3和上部板4的装置的图。下部板2、中间板3以及上部板4的结构与图1所示的例子完全相同，因此省略其说明。

作为将中间板3相对下部板2向X方向、将上部板4相对中间板3向Y方向驱动的装置，在图5的示例中使用超声波直线电动机7。如图9所示，超声波直线电动机7由具有压电元件的定子70和相对于该定子70进行压接的金属钣金制的可动元件71构成。上述定子70是在压电元件72上层压由弹性体构成的振动体73的部件，在该振动体73上多个梳齿部(櫛歯)74沿着可动元件71的输送方向排列，一旦向上述压电元件72施加特定频率的交流电压，则该压电元件72将歪斜，由此在构成上述振动体73的各个梳齿部74的前端将发生图10所示的椭圆运动，这样，箭头线P方向或箭头线Q方向的行波将形成在上述振动体73上。通过这样，与定子70的振动体73压接的可动元件71被输送到箭头线P方向或箭头线Q方向。

这样构成的超声波直线电动机7的可动元件71设置在下部板2的收容槽20的中间，定子70在与可动元件71相对的位置上、安装在中间板3的下半部分上。在下部板2的收容槽20的中间、即连接底板22的中间沿着X方向形成用于固定可动元件71的槽，可动元件71嵌合在该槽内。由于可动元件71本身只是金属薄板，因此，比连接底板22的厚度薄，可埋在连接底板22上进行固定。并且，由于超声波电动机7的定子70通过选定施加在压电元件72上的频率可非常薄地形成，因此，可埋入中间板3的下半部分。并且，同样超声波直线电动机7的可动元件71安装在上部板4的收容槽40的中央，定子70在与可动元件71相对的位置上可安装在中间板3的上半部分上。

通过这样，不改变下部板2、中间板3以及上部板4的厚度或大小就可以将超声波电动机7组装到图1所示的XY引导台1上，通过驱动该超声波电动机7，可将中间板3相对下部板2向X方向、将上部板4相对中间板3向Y方向自由地输送。即，可得到在二维平面内可自由定位的非常小型结构的XY引导台。

而且，在将本发明的XY引导台在二维平面内定位时，也可以不使用超声波电动机7、而如图11所示地使用滚珠丝杠。在该图11所示的示例中，在下部板2的侧方突出设置作为电动机安装部的底座板25，在该底座板25上通过支承轴承26可自由转动地安装滚珠丝杠的螺纹轴27，结合固定在底座板25上的第一电动机28的输出轴和上述螺纹轴27。另一方面，在上述螺纹轴27上螺合构成滚珠丝杠的螺母部件29，该螺母部件29通过第一驱动臂24与中间板3连接。上述第一驱动臂24与中间板3的上半部分结合，一旦旋转驱动上述第一电动机28，则其转动通过滚珠丝杠27转换成第一驱动臂24的直线运动，中间板3被向X方向驱动。

并且，在上述上部板4的侧方突出设置侧突缘部45，在该侧突缘部45的下面侧通过支承轴承46可自由转动地安装滚珠丝杠的螺纹轴47，结合从侧突缘部45垂下的第二电动机48的输出轴与上述螺纹轴47。另一方面，在该螺纹轴47上螺合构成滚珠丝杠的螺母部件49，该螺母部件49通过第二驱动臂44与中间板3连接。上述第二驱动臂44与中间板3的下半部分结合，一旦转动驱动上述第二电动机48，则其转动通过滚珠丝杠转换成第二驱动臂44的直线运动，中间板3被向Y方向驱动。

根据这样的结构，通过对第一电动机28和第二电动机48施加任意的转动量、转动方向，可使上部板4相对于下部板2向X方向以及Y方向自由移动，可定位在任意的位置上。

Claims (5)

1.一种XY引导台，具有：下部板、中间板和上部板，中间板通过多个滚动体安装在该下部板上、可向X方向自由移动；上部板通过多个滚动体安装在该中间板上、向与所述X方向直交的Y方向自由移动，其特征在于，

所述下部板以及上部板分别具有一对形成有连结部件的安装孔的、剖面为大致矩形的导轨主体以及结合这些导轨主体的连接板部，并且所述下部板以及上部板形成为在一对导轨主体之间具有对应于所述连接板部的宽度的收容槽的大致沟槽状，在面对收容槽的各导轨主体的侧面形成滚动体的滚动槽，

这些上部板和下部板使各个收容槽相互相对且直交地层压重叠，

所述中间板形成为大致矩形形状，其下半部分松动配合在下部板的收容槽内，另一方面，其上半部分松动配合在上部板的收容槽内，在与形成在下部板以及上部板的导轨主体上的滚动体滚动槽相对的位置上形成有滚动体滚动槽。

2.如权利要求1所述的XY引导台，其特征在于，所述下部板以及上部板形成相同的形状且相同的大小，在所述上部板可向X方向以及Y方向移动的范围的中央不突出地相互重合。

3.如权利要求1所述的XY引导台，其特征在于，在所述下部板的导轨主体与中间板的下半部分之间、在所述上部板的导轨主体与中间板的上半部分之间，分别设置使在所述滚动体滚动槽中进行滚动的多个滚动体排列的滚动体隔圈。

4.如权利要求1所述的XY引导台，其特征在于，分别在所述中间板的下半部分安装将所述下部台向X方向驱动的超声波电动机，在所述中间板的下半部分安装将所述上部台向Y方向驱动的超声波电动机。

5.如权利要求1所述的XY引导台，其特征在于，在所述下部板上设置第一电动机以及将该第一电动机的转动运动转换成所述中间板的X方向的直线运动的滚珠丝杠，另一方面，在所述上部板上设置第二电动机以及将该第二电动机的转动运动转换成所述中间板的Y方向的直线运动的滚珠丝杠。

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