JP2004028680A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な位置決め分解能が実現できる、構造がシンプルで安価に製造できる等の利点を有するリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】リニアアクチュエータ１のベース３上には、第１のリニアガイド１１を介して主移動台１０が搭載されている。主移動台１０上には、第２のリニアガイド２１を介して副移動台２０が搭載されている。副移動台駆動機構３０は、第３のリニアガイド３１を備えている。第３のリニアガイド３１と副移動台２０間のボールネジボックス３６は、モータ４１及びボールネジ４５に接続されている。副移動台２０の移動量をＬとすると、主移動台１０のＡ方向の移動量Ｘは、Ｘ＝Ｌ・ｔａｎθとなり、θ＝約６°でｔａｎθ≒０．１となる。そのため、副移動台２０を動かすボールネジ４５の動き（Ｌ）を１／１０に縮小して主移動台１０の動き（Ｘ）とすることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば位置決め装置のテーブル等に適用できるリニアアクチュエータに関する。特には、高精度な位置決め分解能が実現できる、構造がシンプルで安価に製造できる等の利点を有するリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
画像処理装置の一種として、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；薄膜トランジスタ）のマスクとガラスとの貼り合わせや、スクリーン印刷機等に使用される位置決め専用画像処理装置が知られている。このような位置決め専用画像処理装置は、マスクやスクリーン等を載置して移動・位置決めするテーブル装置を備えている。この種の典型的なテーブル装置としては、テーブル本体が縦横方向（ＸＹ方向）と回転方向（θ方向）に移動可能なＸＹθテーブルがある。
【０００３】
このようなＸＹθテーブルは、マスクやスクリーン等を載置するテーブル本体と、このテーブル本体を駆動させる駆動機構等を備えている。駆動機構は、テーブル本体を案内するガイドと、このガイドに沿ってテーブルを駆動するモータ等を備えている。この駆動機構は、テーブル本体を支持するとともに、テーブル本体をＸＹθ方向の所定の位置に移動させて位置決めする等の役割を果たす。
【０００４】
ところで、近年の位置決め専用画像処理装置は、より一層の精密化が進んでいる。例えば、前述のＴＦＴのマスクとガラスとの貼り合わせのアライメントに関しては、分解能をサブミクロンレベル（０．１μｍ）に収めることが要求されている。そして、このような装置の精密化に対応して、前述のテーブル装置も高精度な位置決め分解能を実現できるものが求められている。
【０００５】
本発明は、前述の要請に応えるためになされたものであり、高精度な位置決め分解能が実現できる、構造がシンプルで安価に製造できる等の利点を有するリニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明のリニアアクチュエータは、ベースと、　該ベース上に、第１のリニアガイド（予圧転がり直線軸受け）を介してＡ方向に移動可能に搭載された主移動台と、　該主移動台上に、第２のリニアガイドを介して、前記主移動台に対してＢ方向に移動可能に搭載された副移動台と、　該副移動台を前記ベースに対して第３のリニアガイドを介してＣ方向に移動させる、サーボモータ又はステッピングモータ、及び、該モータにより回転駆動されるボールネジを含む副移動台駆動機構と、を備え、　前記副移動台を前記Ｃ方向に動かすことにより、該副移動台に固定された前記第２のリニアガイドの可動子を前記Ｂ方向に動かし、それとともに、前記主移動台に固定された前記第２のリニアガイドの固定子を前記Ａ方向に動かし、もって前記主移動台を前記Ａ方向に動かし、　前記副移動台の前記Ｃ方向の移動量Ｌを数分の１以下に縮小して前記主移動台の前記Ａ方向の移動量とすることを特徴とする。
【０００７】
本発明のリニアアクチュエータによれば、例えばＢ方向とＣ方向とを小さい角度θだけ傾かせ、Ａ方向とＣ方向とを直交させたとすると、主移動台のＡ方向の移動量はＬ・ｔａｎθとなる。そこで、角度θを６°程度とすれば、ｔａｎθ≒０．１となり、副移動台を動かすボールネジの動きを１／１０に縮小して主移動台の動きとすることができる。そのため、主移動台の位置決め分解能をサブミクロンレベルに収めることができる。
さらに、予圧したリニアガイド（直線転がり案内軸受け）は、摩擦係数が低くてバックラッシュがないため、耐久性に富むとともに、小さな動力でガタのない真直動作が実現できる。また、一般に用いられているくさび型の動作縮小機構では必要とされる、いわゆる片寄せ構造も不要であるため、部品点数が少なくて済み、全体構造がシンプルである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
［第１実施の形態］
図１は、本発明の第１実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す平面図である。
図２（Ａ）は図１のリニアガイドの一部省略左側面図であり、図２（Ｂ）は正面図であり、図２（Ｃ）は一部省略右側面図である。
【０００９】
図１及び図２に示すように、リニアアクチュエータ１は、平板状のベース３を備えている。このベース３上には、主移動台１０と、副移動台２０と、副移動台駆動機構３０が搭載されている。
【００１０】
主移動台１０は、ベース３上に第１のリニアガイド（予圧転がり直線軸受け）１１を介して搭載されている（図２（Ａ）、（Ｂ）参照）。第１のリニアガイド１１は、ベース３上において図１の左右方向に沿って配置されている。同リニアガイド１１は、ベース３上に固定された固定子１２と、この固定子１２に摺動可能に組み合わされた可動子１３とからなる。主移動台１０は、第１のリニアガイド１１の可動子１３上に固定されている。この第１のリニアガイド１１が摺動することで、主移動台１０はベース３に対して図１のＡ（及びＡ´）方向に移動が可能である。
【００１１】
副移動台２０は、主移動台１０上に第２のリニアガイド２１を介して搭載されている（図２（Ａ）、（Ｂ）参照）。第２のリニアガイド２１は、主移動台１０上において、前記Ａ−Ａ´方向（第１のリニアガイド１１の摺動方向）と直交する方向に対し、図１の反時計周りに小さい角度θ（約６°程度）傾いた状態で配置されている。同リニアガイド２１は、主移動台１０上に固定された固定子２２と、この固定子２２に摺動可能に組み合わされた可動子２３とからなる。副移動台２０は、第２のリニアガイド２１の可動子２３上に固定されている。副移動台２０が副移動台駆動機構３０の稼動によって移動すると、第２のリニアガイド２１の可動子２３もＣ（及びＣ´）方向に摺動する。
【００１２】
副移動台駆動機構３０は、ベース３上の図１における右寄りに配置されている。この副移動台駆動機構３０は、第３のリニアガイド３１を備えている。この第３のリニアガイド３１は、ベース３上において図１の上下方向に沿っており、副移動台２０の図１における右寄りに配置されている（図２（Ｂ）、（Ｃ）参照）。同リニアガイド３１は、ベース３上に固定された固定子３２と、この固定子３２に摺動可能に組み合わされた可動子３３とからなる。第３のリニアガイド３１の固定子３２と副移動台２０間には、箱状のボールネジボックス３６が設けられている。この第３のリニアガイド３１が摺動することで、副移動台２０はベース３に対して図１のＣ（及びＣ´）方向に往復移動が可能である。
【００１３】
ここで、本実施の形態のリニアアクチュエータ１におけるＡ、Ｂ、Ｃの各方向の関係について纏めて述べる。Ａ方向（主移動台１０・第１のリニアガイド１１の可動子１３の移動方向）とＣ方向（副移動台２０・第３のリニアガイド３１の可動子３３の移動方向）とは直交している。Ｂ方向（第２のリニアガイド２１の可動子２３の移動方向）は、Ａ方向と直交する方向すなわちＣ方向に対して、図１の反時計周りに小さい角度θ（約６°程度）傾いている。
なお、前述の各リニアガイド１１、２１、３１と主及び副移動台１０及び２０の総合的な動作は、後に副移動台駆動機構３０の動作と併せて詳述する。
【００１４】
副移動台駆動機構３０は、サーボモータ又はステッピングモータからなるモータ（駆動源）４１を備えている。このモータ４１は、出力軸４１ａを副移動台２０側（図１の下側）に向けた横置き状態で、支脚４２によりベース３上に固定されている（図２（Ｃ）参照）。モータ４１の出力軸４１ａは、連結部材（カップリング）４３を介してボールネジ４５に接続されている。なお、符号４４は、ボールネジ４５の軸受けボックスである。
【００１５】
ボールネジ４５は、ネジシャフト４６及びナット４７を有する。ネジシャフト４６は、モータ４１の出力軸４１ａと同一軸心上に位置するよう、図１における上下に沿って配置されている。このネジシャフト４６の一端（図１の上側端部）は連結部材４３に連結されており、同他端（図１の下側端部）は副移動台２０の下面にまで延びている。一方、ナット４７は、前述したボールネジボックス３６に差し込まれて一体的に固定されている。
【００１６】
次に、前述の構成を有するリニアアクチュエータ１の動作について説明する。（１）主移動台１０をＡ方向に移動する場合（モータ４１正回転時）
副移動台駆動機構３０のモータ４１が正方向に回転駆動すると、モータ４１の出力軸４１ａに連結されたボールネジ４５のネジシャフト４６も同方向に回転する。すると、ネジシャフト４６に螺合したナット４７がＣ方向（モータ４１から離れる側）に移動する。これと同時に、ナット４７が固定されたボールネジボックス３６を介して第３のリニアガイド３１の可動子３３がＣ方向に摺動し、副移動台２０がＣ方向に動く。
【００１７】
副移動台２０がＣ方向に移動すると、この副移動台２０に固定された第２のリニアガイド２１の可動子２３もＣ方向に動く。それとともに、主移動台１０に固定された第２のリニアガイド２１の固定子２２がＡ方向に動く。その結果、第２のリニアガイド２１の固定子２２が固定されている主移動台１０が、図１の左側に押されて第１のリニアガイド１１に沿ってＡ方向に移動する。
【００１８】
このとき、副移動台２０のＣ方向の移動量をＬとすると、主移動台１０のＡ方向の移動量Ｘは、ｔａｎθ＝Ｘ／Ｌより
Ｘ＝Ｌ・ｔａｎθ
となる（図１の三角形参照）。本実施の形態では、前述の通り角度θを６°程度としているため、
ｔａｎθ≒０．１
となって、副移動台２０を動かすボールネジ４５の動き（すなわち移動量Ｌ）を１／１０に縮小して主移動台１０の動き（すなわち移動量Ｘ）とすることができる。そのため、主移動台１０の位置決め分解能をサブミクロンレベルに収めることも可能である。
【００１９】
（２）主移動台１０をＡ′方向に移動する場合（モータ４１逆回転時）
副移動台駆動機構３０のモータ４１が前述とは逆方向に回転駆動すると、ボールネジ４５のネジシャフト４６も同方向に回転し、ナット４７がＣ′方向（モータ４１に近づく側）に移動する。これと同時に、第３のリニアガイド３１の可動子３３がＣ′方向に摺動して、副移動台２０がＣ′方向に動く。副移動台２０がＣ′方向に移動すると、第２のリニアガイド２１の可動子２３もＣ′方向に動く。それとともに、第２のリニアガイド２１の固定子２２がＡ′方向に動き、主移動台１０が図１の右側に押されて第１のリニアガイド１１に沿ってＡ′方向に移動する。この（２）の場合も、前述の（１）の場合と同様に、副移動台２０を動かすボールネジ４５の動きを１／１０に縮小して主移動台１０の動きとすることができる。
【００２０】
［第２実施の形態］
図３は、本発明の第２実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す平面図である。
図４（Ａ）は図３のリニアガイドの一部省略左側面図であり、図４（Ｂ）は正面図であり、図４（Ｃ）は一部省略右側面図である。
図３及び図４に示すリニアアクチュエータ２は、第１実施の形態で述べたリニアアクチュエータ１とほぼ同様のベース５、及び、このベース５上の主移動台５０、副移動台６０、副移動台駆動機構７０を備えている。前述のリニアアクチュエータ１に対して本リニアアクチュエータ２の大きく異なる点は、主移動台５０の移動方向に対して副移動台６０及び副移動台駆動機構７０の中心が傾いた状態で配置されていることである。
【００２１】
リニアアクチュエータ２の主移動台５０は、互いに平行な２つの第１のリニアガイド（予圧転がり直線軸受け）５１を介して搭載されている（図４（Ａ）、（Ｂ）参照）。これら両リニアガイド５１は、ベース５上に固定された固定子５２と、この固定子５２に摺動可能に組み合わされた可動子５３とからなる。主移動台５０は、２つの第１のリニアガイド５１の可動子５３上に架けわたされて固定されている。これら第１のリニアガイド５１が摺動することで、主移動台５０はベース５に対して図３のＡ（及びＡ´方向）に移動が可能である。
【００２２】
副移動台６０は、主移動台５０上に第２のリニアガイド６１を介して搭載されている。第２のリニアガイド６１は、主移動台５０上において、前記Ａ方向（第１のリニアガイド５１の摺動方向）と直交する方向に沿って配置されている。同リニアガイド６１は、主移動台５０上に固定された固定子６２と、この固定子６２に摺動可能に組み合わされた可動子６３とからなる。副移動台６０は、第２のリニアガイド６１の可動子６３上に固定されている。副移動台６０が副移動台駆動機構７０の稼動によって移動すると、第２のリニアガイド６１の可動子６３もＣ（及びＣ´）方向に摺動する。
【００２３】
副移動台駆動機構７０は、第３のリニアガイド７１を備えている（図４（Ｂ）、（Ｃ）参照）。この第３のリニアガイド７１は、ベース５上に固定された固定子７２と、この固定子７２に摺動可能に組み合わされた可動子７３とからなる。さらに、副移動台駆動機構７０は、第１実施の形態と同様のモータ（サーボモータ又はステッピングモータ）８１及びボールネジ８５を備えている。そして、これら第３のリニアガイド７１、モータ８１及びボールネジ８５の中心は、第２のリニアガイド６１の幅中心に対して、図３の時計周りに角度θ（約６°程度）傾いている。
【００２４】
第３のリニアガイド７１は、前述の角度θ傾いた方向（図３のＣ−Ｃ´方向）に沿って摺動可能である。モータ８１は、軸受けボックス８２によりベース５上に固定されている（図４（Ｃ）参照）。ボールネジ８５のネジシャフト８６は、モータ８１の出力軸８１ａに連結部材（カップリング）８３を介して連結されている。ボールネジ８５のナット８７は、第１実施の形態と同様に、第３のリニアガイド７１の固定子７２と副移動台６０間を繋ぐボールネジボックス７６に差し込まれて一体的に固定されている。副移動台６０は、両側辺（図３の左右の辺）が前記Ｃ−Ｃ´方向と平行になるように、主移動台５０に対して傾いた状態で配置されている。第３のリニアガイド７１が摺動することで、副移動台６０はベース５に対して図３のＣ（及びＣ´）方向に往復移動が可能である。
【００２５】
ここで、本実施の形態のリニアアクチュエータ２におけるＡ、Ｂ、Ｃの各方向の関係について纏めて述べる。Ａ方向（主移動台５０・２つの第１のリニアガイド５１の可動子５３の移動方向）とＢ方向（第２のリニアガイド６１の可動子６３の移動方向）とは直交している。Ｃ方向（第３のリニアガイド７１の可動子７３の移動方向）は、Ａ方向と直交する方向すなわちＢ方向に対して、図３の時計周りに角度θ（約６°程度）傾いている。
【００２６】
次に、前述の構成を有するリニアアクチュエータ２の動作について説明する。（１）主移動台５０をＡ方向に移動する場合（モータ８１正回転時）
副移動台駆動機構７０のモータ８１が正方向に回転駆動すると、ボールネジ８５のネジシャフト８６も同方向に回転し、ナット８７がＣ方向（モータ８１から離れる側）に移動する。これと同時に、第３のリニアガイド７１の可動子７３がＣ方向に摺動して、副移動台６０がＣ方向に動く。副移動台６０がＣ方向に移動すると、第２のリニアガイド６１の可動子６３もＣ方向に動く。それとともに、第１のリニアガイド５１の可動子５３が固定子５２に対して摺動し、主移動台５０が図３のＡ方向に押されて移動する。
【００２７】
このとき、副移動台６０のＣ方向の移動量をＬとすると、主移動台５０のＡ方向の移動量Ｘは、ｓｉｎθ＝Ｘ／Ｌより
Ｘ＝Ｌ・ｓｉｎθ
となる（図３の三角形参照）。本実施の形態では、前述の通り角度θを６°程度としているため、
ｓｉｎθ≒０．１
となって、副移動台６０を動かすボールネジ８５の動き（すなわちＬ）を１／１０に縮小して主移動台５０の動き（すなわちＸ）とすることができる。
【００２８】
（２）主移動台５０をＡ′方向に移動する場合（モータ８１逆回転時）
副移動台駆動機構７０のモータ８１が前述とは逆方向に回転駆動すると、ボールネジ８５のネジシャフト８６も同方向に回転し、ナット８７がＣ′方向（モータ８１に近づく側）に移動する。これと同時に、第３のリニアガイド７１の可動子７３がＣ′方向に摺動して、副移動台６０がＣ′方向に動く。副移動台６０がＣ′方向に移動すると、第２のリニアガイド６１の可動子６３もＣ′方向に動く。それとともに、第１のリニアガイド５１の可動子５３が固定子５２に対して摺動し、主移動台５０が図３のＡ´方向に押されて移動する。この（２）の場合も、前述の（１）の場合と同様に、副移動台６０を動かすボールネジ８５の動きを１／１０に縮小して主移動台５０の動きとすることができる。
【００２９】
このように、第１及び第２実施の形態のリニアアクチュエータ１、２においては、主移動台１０、５０の位置決め分解能をサブミクロンレベルに収めることが可能であるので、高精度な位置決め分解能が要求される画像処理装置等の各種装置に適用可能である。さらに、両アクチュエータ１、２の各リニアガイドは、摩擦係数が低くてバックラッシュがないため、耐久性に富むとともに、小さな動力でガタのない真直動作が実現できる。また、一般に用いられているくさび型の動作縮小機構では必要とされる、いわゆる片寄せ構造も不要であるため、部品点数が少なくて済み、全体構造がシンプルである。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高精度な位置決め分解能が実現できる、構造がシンプルで安価に製造できる等の利点を有するリニアアクチュエータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す平面図である。
【図２】図２（Ａ）は図１のリニアガイドの一部省略左側面図であり、図２（Ｂ）は正面図であり、図２（Ｃ）は一部省略右側面図である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係るリニアアクチュエータを示す平面図である。
【図４】図４（Ａ）は図３のリニアガイドの一部省略左側面図であり、図４（Ｂ）は正面図であり、図４（Ｃ）は一部省略右側面図である。
【符号の説明】
１　リニアアクチュエータ　　　　　　　　　３　ベース
１０　主移動台　　　　　　　　　　　　　　１１　第１のリニアガイド
１２　固定子　　　　　　　　　　　　　　　１３　可動子
２０　副移動台　　　　　　　　　　　　　　２１　第２のリニアガイド
２２　固定子　　　　　　　　　　　　　　　２３　可動子
３０　副移動台駆動機構　　　　　　　　　　３１　第３のリニアガイド
３２　固定子　　　　　　　　　　　　　　　３３　可動子
３６　ボールネジボックス　　　　　　　　　４１　モータ
４５　ボールネジ　　　　　　　　　　　　　４６　ネジシャフト
４７　ナット
２　リニアアクチュエータ　　　　　　　　　５　ベース
５０　主移動台　　　　　　　　　　　　　　５１　第１のリニアガイド
５２　固定子　　　　　　　　　　　　　　　５３　可動子
６０　副移動台　　　　　　　　　　　　　　６１　第２のリニアガイド
６２　固定子　　　　　　　　　　　　　　　６３　可動子
７０　副移動台駆動機構　　　　　　　　　　７１　第３のリニアガイド
７２　固定子　　　　　　　　　　　　　　　７３　可動子
７６　ボールネジボックス　　　　　　　　　８１　モータ
８５　ボールネジ　　　　　　　　　　　　　８６　ネジシャフト
８７　ナット

Claims (1)

1. ベースと、
   該ベース上に、第１のリニアガイド（予圧転がり直線軸受け）を介してＡ方向に移動可能に搭載された主移動台と、
   該主移動台上に、第２のリニアガイドを介して、前記主移動台に対してＢ方向に移動可能に搭載された副移動台と、
   該副移動台を前記ベースに対して第３のリニアガイドを介してＣ方向に移動させる、サーボモータ又はステッピングモータ、及び、該モータにより回転駆動されるボールネジを含む副移動台駆動機構と、
   を備え、
   前記副移動台を前記Ｃ方向に動かすことにより、該副移動台に固定された前記第２のリニアガイドの可動子を前記Ｂ方向に動かし、それとともに、前記主移動台に固定された前記第２のリニアガイドの固定子を前記Ａ方向に動かし、もって前記主移動台を前記Ａ方向に動かし、
   前記副移動台の前記Ｃ方向の移動量Ｌを数分の１以下に縮小して前記主移動台の前記Ａ方向の移動量とすることを特徴とするリニアアクチュエータ。

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