JP2001248703A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量且つ簡素でありながら、振動を抑制でき
る、直線案内軸受装置などに用いられると好適なアクチ
ュエータを提供する。 【解決手段】無端ベルト２１１に対し、主軸受２２０が
取り付けられた側とは駆動プーリ２０９、従動プーリ２
１０ａを挟んで反対側において接続され、カウンタガイ
ドレール２３１に沿って移動可能なカウンタ軸受２３０
を備えているので、主軸受２２０とカウンタ軸受２３０
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を抑えることが出来、それに
より振動の抑制を図ることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば製造装置等
の直線案内軸受装置等に用いられると好適なアクチュエ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば製造装置などにおいては、ワーク
のごとき物体を駆動するために直線案内軸受装置が用い
られている。図７（ａ）は、従来技術に係る直線案内軸
受装置１００を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、かか
る構成をVIIB−VIIB線で切断して矢印方向に見た図であ
る。

【０００３】ベース１０１の両端上には、レール支持台
１０２，１０３がねじ止めされている。レール支持台１
０２，１０３に掛け渡されるようにして、断面が矩形状
のガイドレール１０４が配置されている。レール支持台
１０２，１０３の側方において、ベース１０１上には、
断面がコ字状のモータ支持台１０５とプーリ支持台１０
６とが配置されている。

【０００４】モータ支持台１０５には、モータ１０８が
回転軸（不図示）を下方に突出させた状態で取り付けら
れている。その回転軸には、歯付きの駆動プーリ１０９
が取り付けられている。プーリ支持台１０６には、歯付
きの従動プーリ１１０ａを回転自在に支持するプーリハ
ウジング１１０が取り付けられている。駆動プーリ１０
９と従動プーリ１１０ａとの間には、ガイドレール１０
４に沿う方向に、歯付きベルト（無端ベルト）１１１が
掛け渡されている。なお、本明細書で「無端ベルト」と
は、もともと無端状のものに加え、所望の長さの有端の
ベルトの両端を結合し、無端状としたものも含むものと
する。

【０００５】図７（ｂ）に示すように、歯付きベルト１
１１の一部は、固定具１２１により空気軸受ユニット１
２０に取り付けられている。ワーク（不図示）などが取
り付けられた空気軸受ユニット１２０は、４枚の矩形板
１２２〜１２５を、ガイドレール１０４の周囲に上下左
右に組み合わせ、ガイドレール１０４に沿って移動自在
となっている。矩形板１２２〜１２５の内方には、ポケ
ット１２２ａ〜１２５ａが設けられ、不図示の空気源か
ら供給された圧縮空気によって、ガイドレール１０４に
対しガイド板１２２〜１２５がわずかに離隔するように
なり、殆ど摩擦なく移動できるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術の直線
案内軸受装置によれば、軽量且つ簡素な構成を有し、低
コストであるという利点がある。ところで、半導体製造
装置などにおいては、機械の振動などを嫌う傾向があ
る。ところが、従来技術の直線案内軸受装置によれば、
ワーク搬送用の空気軸受ユニット１２０が、比較的質量
があるため、特に加減速時などにおいて、質量のアンバ
ランスなどに基づき振動が生じる恐れがある。かかる振
動を抑えようとすると、装置の剛性を高める必要がある
が、それにより装置の重量化且つ大型化を招くという問
題がある。

【０００７】そこで、本発明は、軽量且つ簡素でありな
がら、振動を抑制できる、直線案内軸受装置などに用い
られると好適なアクチュエータを提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明のアクチュエータは、駆動装置により回転駆動さ
れる駆動プーリと、回転自在に支持された従動プーリ
と、前記駆動プーリと、前記従動プーリとの間に掛け渡
された無端ベルトと、ガイドレールと、前記無端ベルト
に接続され、かつ前記ガイドレールに沿って移動可能な
主軸受とを備えた案内軸受装置と、カウンタガイドレー
ルと、前記無端ベルトに対し、前記主軸受が取り付けら
れた側とは前記両プーリを挟んで反対側において接続さ
れ、かつ前記カウンタガイドレールに沿って移動可能な
カウンタ軸受とを備えたカウンタ軸受装置と、を有する
ものである。

【０００９】

【作用】本発明のアクチュエータによれば、駆動装置に
より回転駆動される駆動プーリと、回転自在に支持され
た従動プーリと、前記駆動プーリと、前記従動プーリと
の間に掛け渡された無端ベルトと、ガイドレールと、前
記無端ベルトに接続され、かつ前記ガイドレールに沿っ
て移動可能な主軸受とを備えた案内軸受装置と、カウン
タガイドレールと、前記無端ベルトに対し、前記主軸受
が取り付けられた側とは前記両プーリを挟んで反対側に
おいて接続され、かつ前記カウンタガイドレールに沿っ
て移動可能なカウンタ軸受とを備えたカウンタ軸受装置
と、を有するので、前記主軸受と前記カウンタ軸受とを
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を抑えることが出来、それにより
振動の抑制を図ることが出来る。この場合、主軸受及び
これに取り付けられるワークの質量と、カウンタ軸受の
質量とを近くするほど効果的である。

【００１０】尚、ガイドレール及びカウンタガイドレー
ルは、円筒状であれば、角柱状のものに比し、より低コ
ストで製造でき、また同一断面積で比較した場合、角柱
よりも断面２次モーメントが大きいので、撓み量が少な
くなって振動抑制に有利であるが、これに限らず角柱を
用いても良い。ただし、この場合にも、主軸受側の質量
とカウンタ軸受の質量とをできるだけ近くすることが好
ましい。

【００１１】又、主軸受及びカウンタ軸受は、転がり軸
受、滑り軸受、空気軸受など各種の態様が考えられる。

【００１２】前記ガイドレールが複数本（例えば２本）
平行して設けられてなり、各々のガイドレールに係合す
る主軸受が結合されており、更に、結合された主軸受の
重心位置に重なる位置に前記無端ベルトが接続されてい
ると、ガイドレールを円筒状としても、主軸受の回転を
防止することが出来、また振動を抑制できる。

【００１３】前記ガイドレールが複数本（例えば２本）
平行して設けられてなり、各々のガイドレールに係合す
る主軸受が、ガイドレールに沿った方向でオフセットし
て結合されていると、ガイドレールの軸線を含む平面内
で主軸受を回転させるような方向のモーメント負荷に対
する剛性も高めることができる。

【００１４】前記ガイドレールが複数本（例えば２本）
平行して設けられてり、各々のガイドレールに係合する
主軸受がバネ手段（例えば板ばね）により結合されてい
ると、各ガイドレール間の平行度不良などによる軸受間
の競り合いを抑制することができ、振動をさらに抑制で
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図１は、第１の実施
の形態にかかるアクチュエータを含む直線案内軸受装置
２００を示す斜視図である。駆動プーリ２０９と、従動
プーリ２１０ａと、ガイドレール２０４と、主軸受２２
０と、カウンタガイドレール２３１と、カウンタ軸受２
３０とでアクチュエータを構成する。

【００１６】ベース２０１の両端上には、レール支持台
２０２，２０３が固定されている。レール支持台２０
２，２０３に掛け渡されるようにして、断面が円形状の
ガイドレール２０４と、カウンタガイドレール２３１が
平行して配置されている。

【００１７】レール支持台２０３には、モータ２０８が
回転軸（不図示）を下方に突出させた状態で取り付けら
れている。その回転軸には、歯付きの駆動プーリ２０９
が取り付けられている。レール支持台２０２には、歯付
きの従動プーリ２１０ａを回転自在に支持するプーリハ
ウジング２１０が取り付けられている。駆動プーリ２０
９と従動プーリ２１０ａとの間には、ガイドレール２０
４に沿う方向に、無端ベルトとしての歯付きベルト２１
１が掛け渡されている。

【００１８】歯付きベルト２１１の一部は、固定具２２
１により主軸受２２０に取り付けられている。ワーク
（不図示）などを搭載可能となっている主軸受２２０
は、円管状であって、ガイドレール２０４に嵌合する内
径を有し、ガイドレール２０４に沿って移動自在となっ
ている。主軸受２２０は、いわゆる多孔質静圧気体軸受
であり、内周部はグラファイト多孔質で形成され、不図
示の空気源から供給された圧縮空気によって、ガイドレ
ール２０４に対し主軸受２２０がわずかに離隔するよう
になり、殆ど摩擦なく移動できるようになっている。

【００１９】更に、歯付きベルト２１１の一部は、駆動
プーリ２０９と従動プーリ２１０ａを挟んで対向する位
置において、固定具２２１と同様の固定具２３２により
カウンタ軸受２３０に取り付けられている。カウンタ軸
受２３０は、主軸受２２０と同様に円管状であって、カ
ウンタガイドレール２３１に嵌合する内径を有し、カウ
ンタガイドレール２３１に沿って移動自在となってい
る。カウンタ軸受２３０も多孔質静圧気体軸受であり、
内周部はグラファイト製の多孔質で形成され（不図
示）、不図示の空気源から供給された圧縮空気によっ
て、カウンタガイドレール２３１に対しカウンタ軸受２
３０がわずかに離隔するようになり、殆ど摩擦なく移動
できるようになっている。

【００２０】本実施の形態に動作について説明すると、
不図示の空気源から供給された圧縮空気によって、不図
示の空気源から供給された圧縮空気によって、ガイドレ
ール２０４に対し主軸受２２０がわずかに離隔するよう
になり、カウンタガイドレール２３１に対しカウンタ軸
受２３０がわずかに離隔した状態に維持される。

【００２１】ここで、モータ２０８が駆動プーリ２０９
を駆動した場合、ガイドレール２０４に沿って主軸受２
２０が殆ど摩擦なく、またカウンタガイドレール２３１
に対しカウンタ軸受２３０が殆ど摩擦なく移動される。
この際、加速又は減速時に生じる駆動反力は、主軸受２
２０に対向して設けられたカウンタ軸受２３０により相
殺され、振動を抑制できるようになっている。なお、主
軸受２２０及びこれにより搬送される不図示のワークの
質量と、カウンタ軸受２３０の質量とをほぼ一致させる
ようにすると、駆動反力をより効果的に相殺できる。

【００２２】ところで、図１に示す実施の形態において
は、主軸受２２０とガイドレール２０４が円筒状である
ので、主軸受２２０にワークを搭載したときに、その質
量のアンバランスにより主軸受２２０が軸線回りに回転
する恐れがある。従って、このようなアンバランスが大
きく、かつ軸線回りの回転方向変位を極力避けたい用途
の場合には、従来技術と同様にガイドレール２０４を角
柱状として、主軸受２０４をこれに対応するように角管
状とすれば、かかる回転を防止できるが、このような構
成を精度良く形成するにはコストがかかる。また、重心
位置を通る方向に駆動力を加えることが難しいため、加
減速時に主軸受２２０に付与されるモーメント力が大き
くなり、これに耐えるようにするには、主軸受２２０を
大型化しなくてはならない。以下に述べる第２の実施の
形態においては、かかる不具合を解消することができ
る。

【００２３】図２は、第２の実施の形態にかかるアクチ
ュエータを含む直線案内軸受装置３００を示す正面図で
ある。図３は、直線案内軸受装置３００を示す上面図で
ある。図４は、直線案内軸受装置３００を示す側面図で
ある。但し、破線で示す隠れた部分は要部のみを示して
いる。主軸受に対するモータの位置は、図１の実施の形
態と逆となっているが、これは本発明とは無関係であ
る。駆動プーリ３０９と、従動プーリ３１０ａと、ガイ
ドレール３０４ａ、３０４ｂと、主軸受３２０ａ、３２
０ｂと、カウンタガイドレール３３１と、カウンタ軸受
３３０とでアクチュエータを構成する。

【００２４】ベース３０１の両端上には、レール支持板
３０２，３０２が取り付けられている。レール支持板３
０２，３０２に掛け渡されるようにして、断面が円筒の
ガイドレール３０４ａ、３０４ｂが上下に平行して配置
されている。また、レール支持板３０２、３０２の隣に
はレール支持板３０３，３０３が取り付けられており、
これらに掛け渡されるようにして、断面が円筒のカウン
タガイドレール３３１がガイドレール３０４ａ、３０４
ｂに平行に配置されている。レール支持板３０２，３０
２の外方において、ベース３０１上には、断面がコ字状
のモータ支持台３０５とプーリ支持台３０６とが配置さ
れている。

【００２５】モータ支持台３０５には、モータ３０８が
回転軸３０８ａを下方に突出させた状態で取り付けられ
ている。モータ３０８の上部には、モータ３０８の回転
角度を検出するエンコーダ３１５が配置されている。そ
の回転軸３０８ａには、歯付きの駆動プーリ３０９が取
り付けられている。プーリ支持台３０６には、軸３１０
ｂに取り付けられた歯付きの従動プーリ３１０ａを回転
自在に支持するプーリハウジング３１０が設けられてい
る。駆動プーリ３０９と従動プーリ３１０ａとの間に
は、ガイドレール３０４ａ、３０４ｂに沿う方向に、無
端ベルトとしての歯付きベルト３１１が掛け渡されてい
る。

【００２６】歯付きベルト３１１の一部は、固定具３２
１（図４）によりハウジング３２０ｃに取り付けられて
いる。図４に示す方向から見て略コ字状の形状を有する
ハウジング３２０ｃの上部及び下部の貫通孔に主軸受３
２０ａ及び３２０ｂが固定されている。すなわち、ハウ
ジング３２０ｃは、ガイドレール３０４ａに係合する主
軸受３２０ａと、ガイドレール３０４ｂに係合する主軸
受３２０ｂとを互いに連結している。歯付きベルト３１
１のハウジング３２０ｃに対する取り付け位置は、図４
に示すように、主軸受３２０ａ、３２０ｂの中心軸を結
んだ線の中間であり、すなわち主軸受３２０ａ及び３２
０ｂの重心位置を通過するようになっている。

【００２７】さらに、歯付きベルト３１１の一部は、駆
動プーリ３０９と従動プーリ３１０ａを挟んで対向する
位置に、固定具３２１と同様の固定具３３２によりカウ
ンタ軸受３３０が取り付けられている。カウンタ軸受３
３０は、外形が角柱状の多孔質静圧気体軸受であって、
カウンタガイドレール３３１に嵌合する内径を有し、カ
ウンタガイドレール３３１に沿って移動自在となってい
る。

【００２８】図３に示されているように、カウンタガイ
ドレール３３１の側方に、近接センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３
が配置され、カウンタ軸受３３０と共に移動する被検出
部材Ａを検知するようになっている。

【００２９】本実施の形態に動作について説明すると、
不図示の空気源から供給された圧縮空気によって、ガイ
ドレール３０４ａ、３０４ｂに対し主軸受３２０ａ、３
２０ｂがわずかに離隔するようになり、カウンタガイド
レール３３１に対しカウンタ軸受３３０がわずかに離隔
した状態に維持される。

【００３０】ここで、モータ３０８が駆動プーリ３０９
を駆動した場合、ガイドレール３０４に沿って主軸受３
２０ａ、３２０ｂが殆ど摩擦なく、またカウンタガイド
レール３３１に対しカウンタ軸受３３０が殆ど摩擦なく
移動される。この際、加速又は減速時に生じる駆動反力
は、主軸受３２０ａ、３２０ｂに対向して設けられたカ
ウンタ軸受３３０により相殺され、振動を抑制できるよ
うになっている。尚、主軸受３２０ａ、３２０ｂ、ハウ
ジング３２０ｃ及び搬送するワークの質量と、カウンタ
軸受３３０の質量と一致させると、駆動反力をより効果
的に相殺できる。

【００３１】本実施の形態によれば、主軸受３２０ａ、
３２０ｂをハウジング３２０ｃで連結して、平行なガイ
ドレール３０４ａ、３０４ｂに沿って移動させているの
で、ワークに連結した場合でも、主軸受３２０ａ、３２
０ｂがガイドレール３０４ａ、３０４ｂ回りに個々に回
転することを抑制でき、またハウジング３２０ｃの真直
度を維持できる。又、主軸受３２０ａ及び３２０ｂの重
心位置を通過する位置で、無端ベルト３１１とハウジン
グ３２０ｃとが取り付けられているので、加減速時にお
ける無端ベルトの駆動力によるモーメント力を低減さ
せ、主軸受３２０ａ、３２０ｃの小型化と振動抑制とを
図っている。

【００３２】尚、カウンタ軸受３３０は、ワークなどの
搭載物がないこと、及び無端ベルト３１１に対して真直
度は、あまり必要ではないこともあり、コスト低減等の
観点から１軸構成が好ましい。

【００３３】図５は、第３の実施の形態にかかるアクチ
ュエータを含む直線案内軸受装置４００を示す正面図で
ある。図６は、図５の構成をVI-VI線で切断して矢印方
向に見た図である。第３の実施の形態は、図２に示す実
施の形態に対し、ハウジングの代わりに、板ばね４２０
ｃで主軸受３２０ａ、３２０ｂを、ガイドレール３０４
ａ、３０４ｂに沿った方向で互いにΔだけオフセットし
た状態で連結している。尚、図６に示すように、無端ベ
ルト３１１は、主軸受３２０ａ、３２０ｂを連結するク
ランク状に折れ曲がったバネ板材からなるホルダ４２０
ｄに対し、固定具３２１と抑え板４２０ｅを用いてねじ
固定されるようになっている。ワークは、主軸受３２０
ａ、３２０ｂいずれに搭載しても構わない。駆動プーリ
３０９と、従動プーリ３１０ａと、ガイドレール３０４
ａ、３０４ｂと、主軸受３２０ａ、３２０ｂと、カウン
タガイドレール３３１と、カウンタ軸受３３０とでアク
チュエータを構成する。

【００３４】本実施の形態によれば、第２の実施の形態
の如く、主軸受３２０ａ、３２０ｂをハウジング３２０
ｃでリジッド固定した場合に、ガイドレール３０４ａ、
３０４ｂの自重による撓みや平行度不良などに起因して
生じる主軸受３２０ａ、３２０ｂの競り合いを、バネ板
４２０ｃを用いて弾性的に連結することにより抑制する
ことができる。

【００３５】更に、主軸受３２０ａ、３２０ｂをオフセ
ットさせないで連結した場合には、図５の矢印Ｍに示す
方向のモーメント負荷に対し傾きが大きくなるが、主軸
受３２０ａ、３２０ｂをオフセットさせることにより、
軸受サイズを大きくせずに、このモーメント負荷に対す
る傾きを抑制させることが出来る。すなわちこのような
モーメント負荷に対する剛性を比較的小さな軸受により
向上させられる。

【００３６】また、ホルダ４２０ｄを弾性に富む板材で
形成したので、無端ベルト３１１と主軸受３２０ａ、３
２０ｂとの上下方向の変位を、ホルダ４２０ｄの図６で
水平な部分のたわみにより吸収することが出来るので、
主軸受３２０ａ、３２０ｂに図６で上下方向の余計な力
が掛かる恐れが低い。一方、ガイドレール３０４ａ、３
０４ｂ方向には、ホルダ２４０ｄの剛性が高いため、駆
動力の伝達に遅れが生じるというような問題はない。な
お、図６ではバネ板４２０ｃを両側に取り付けている
が、バネ板４２０ｃの板厚を増大させ、いずれか片面の
みに設けるようにしてもよい。さらに、図６に示すバネ
板４２０ｃを取り外し、ホルダ４２０ｄの板厚を増大さ
せて、バネ板４２０ｃの代わりに用いることが出来る。

【００３７】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
れるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることは
もちろんである。例えば、ガイドレール及びカウンタガ
イドレールは、円筒状であれば、角柱状のものに比し、
より低コストで製造でき、また同一断面積で比較した場
合、角柱よりも断面２次モーメントが大きいので、撓み
量が少なくなって振動抑制に有利であるが、これに限ら
ず角柱を用いても良い。ただし、この場合には、角柱と
円筒の重量を等しくさせることが好ましい。又、主軸受
及びカウンタ軸受は、転がり軸受、滑り軸受、空気軸受
など各種の態様が考えられる。空気軸受としても、実施
の形態で用いた多孔質静圧気体軸受は負荷容量が高く好
ましいが、もちろんオリフィス式等、他の形式でもよ
い。ガイドレールの方を多孔質としてもよい。さらに、
また実施の形態ではプーリ及び無端ベルトとして、高速
用途に特に好適な歯付きのものを用いたが、用途等に応
じ他の種類のものでもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明のアクチュエータによれば、駆動
装置により回転駆動される駆動プーリと、回転自在に支
持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た無端ベルトと、ガイドレール
と、前記無端ベルトに接続され、かつ前記ガイドレール
に沿って移動可能な主軸受とを備えた案内軸受装置と、
カウンタガイドレールと、前記無端ベルトに対し、前記
主軸受が取り付けられた側とは前記両プーリを挟んで反
対側において接続され、かつ前記カウンタガイドレール
に沿って移動可能なカウンタ軸受とを備えたカウンタ軸
受装置と、を有するので、前記主軸受と前記カウンタ軸
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を抑えることが出来、それ
により振動の抑制を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態にかかるアクチュエータを含
む直線案内軸受装置２００を示す斜視図である。

【図２】第２の実施の形態にかかるアクチュエータを含
む直線案内軸受装置３００を示す正面図である。

【図３】直線案内軸受装置３００を示す上面図である。

【図４】直線案内軸受装置３００を示す側面図である。

【図５】第３の実施の形態にかかるアクチュエータを含
む直線案内軸受装置４００を示す正面図である。

【図６】図５の構成をVI-VI線で切断して矢印方向に見
た図である。

【図７】図７（ａ）は、従来技術に係る直線案内軸受装
置１００を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、かかる構
成をVIIB−VIIB線で切断して矢印方向に見た図である。

【符号の説明】

２００，３００，４００ 直線案内軸受装置 ２０１，３０１ ベース ２０４，３０４ａ，３０４ｂ ガイドレール ２２０，３２０ａ、３２０ｂ 主軸受 ２３０，３３０ カウンタ軸受 ２３１、３３１ カウンタガイドレール ３２０ｃ ハウジング ４２０ｃ バネ板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動装置により回転駆動される駆動プー
   リと、 回転自在に支持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
   た無端ベルトと、 ガイドレールと、前記無端ベルトに接続され、かつ前記
   ガイドレールに沿って移動可能な主軸受とを備えた案内
   軸受装置と、 カウンタガイドレールと、前記無端ベルトに対し、前記
   主軸受が取り付けられた側とは前記両プーリを挟んで反
   対側において接続され、かつ前記カウンタガイドレール
   に沿って移動可能なカウンタ軸受とを備えたカウンタ軸
   受装置と、を有するアクチュエータ。