JP2005113939A - 直動案内機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成を簡素化しながら保持器のずれやスリップを防止し、保持器と案内レールとの適正な位置関係を維持できる直動案内機構を提供する。
【解決手段】 可動テーブル１、ベッド２及び保持器４を備えた直動案内機構１００において、可動テーブル１には、軸３３に回転可能に支持されたピニオン３１及びピニオン３２と、可動テーブル１の一面に形成された案内レール１１と、を有し、ベッド２には、ベッド２の一面に案内レール１１と対向して形成された案内レール２１と、案内レール２１の壁面２４にピニオン３１と対向して形成されたラック５と、を有し、保持器４には、ピニオン３２と対向して形成されたラック４１を有する。ここで、ピニオン３１がラック５と噛合して回転すると共に、ピニオン３２がラック４１と噛合して回転し、保持器４のローラ４２が案内レール１１、２１に接して転動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１対の案内レールの間に、転動体を保持した保持器を介在させ、転動体の転動により１対の案内レールを直線的に相対移動させるようにした直動案内機構に関するものである。

従来の直動案内機構は、案内軌道面を備えて長手方向に相対移動する２つの案内レールを備え、保持器に保持された転動体が案内軌道面上を転動し、保持器には、保持器を案内する案内歯車が結合され、この案内歯車がそれぞれの案内レールに結合されたラックと噛合するように構成し、案内歯車の円板側面には、円周方向に分布して軸方向に突出する突起を形成し、案内レールには、案内歯車の突起が係合する凹部を形成している（例えば、特許文献１参照）。

また、案内レールに結合されたラックの歯に、転動体との干渉を回避するための凹部を形成しているものもある（例えば、特許文献２参照）。

なお、上述した構成の直動案内機構を製造するときには、保持器に歯車を組み込んだ案内ユニットを用いている。また、案内レールへのラック溝加工は、案内レールの焼き入れ後に行われている。さらに、案内レールの加工逃げ溝にラックを組み込む方法も提案されている。
特開平１１‐３１５８３２号公報（第９段落〜第１１段落、第１図〜第３図） 特開平１１‐１０８０５６号公報（第１６段落〜第１９段落、第３図〜第５図）

しかしながら、従来の直動案内機構においては、案内レール（「案内部」に相当する）へのラック溝加工を要するために、案内レールを機構部と一体化して構成を簡素化することが難しかった。この点については、さらに改善の余地がある。なお、保持器（「保持手段」に相当する）に案内歯車を設けず、案内レールにラック溝を形成しないようにした場合、２つの案内レールの相対移動に伴って、保持器が転動体に案内されて案内レールと相対移動するが、転動体と案内レールの間に自重差で滑りが発生すると、案内レールに対する保持器のずれやスリップが生じる。このとき、２つの案内レールに対する保持器の移動量が不均一となって、保持器を案内レールに対して適正位置に維持することが難しく、保持器及び転動体が案内レールから外れてしまうことがある。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、構成を簡素化しながら保持手段のずれやスリップを防止し、保持手段と案内部との適正な位置関係を維持できる直動案内機構を提供することを目的とする。

請求項１に係る本発明の直動案内機構は、所定の方向に移動可能な第１の台と、第１の台と対向して配置された第２の台と、転動体を保持する保持手段と、を備え、第１の台と第２の台とが保持手段を介して直線的に相対移動するよう案内する直動案内機構において、第１の台には、前記所定の方向に対して垂直な方向に延在する軸に、回転可能に支持された第１の歯車及び第２の歯車と、第１の台の一面に形成され、保持手段を案内する第１の案内部と、を有し、第２の台には、第２の台の一面に第１の案内部と対向して形成された第２の案内部と、第２の案内部の非案内面に第１の歯車と対向して形成された第１の歯部と、を有し、保持手段には、第２の歯車と対向して形成された第２の歯部を有して、第１の歯車が第１の歯部と噛合して回転すると共に、第２の歯車が第２の歯部と噛合して回転し、保持手段の転動体が第１の案内部及び第２の案内部に接して転動するようにした構成を有している。

請求項２に係る本発明の直動案内機構は、請求項１において、第２の歯車の径と第１の歯車の径との比が、保持手段が第１の台及び第２の台に接して移動するときの第１の速度と、第１の台が保持手段を介して第２の台上を移動するときの第２の速度との比に相当するようにした構成を有している。

請求項３に係る本発明の直動案内機構は、請求項２において、第２の歯車の径と第１の歯車の径との比が、２対１である構成を有している。

請求項４に係る本発明の直動案内機構は、請求項１から請求項３のいずれか１項において、第１の案内部が第１の台と一体形成され、第２の案内部が第２の台と一体形成され、第１の歯車及び第２の歯車を軸支する歯車部が一体化された構成を有している。

請求項５に係る本発明の直動案内機構は、請求項１から請求項４のいずれか１項において、保持手段には、ローラからなる転動体が互い違いに配置され、第１の案内部の案内面及び第２の案内部の案内面には、ローラの外周面が接するように略Ｖ字状の案内溝が形成された構成を有している。

本発明は、第１の台には、所定の方向に対して垂直な方向に延在する軸に、回転可能に支持された第１の歯車及び第２の歯車と、第１の台の一面に形成され、保持手段を案内する第１の案内部と、を有し、第２の台には、第２の台の一面に第１の案内部と対向して形成された第２の案内部と、第２の案内部の非案内面に第１の歯車と対向して形成された第１の歯部と、を有し、保持手段には、第２の歯車と対向して形成された第２の歯部を有して、第１の歯車が第１の歯部と噛合して回転すると共に、第２の歯車が第２の歯部と噛合して回転し、保持手段の転動体が第１の案内部及び第２の案内部に接して転動するようにしたことにより、構成を簡素化しながら保持手段のずれやスリップを防止し、保持手段と案内部との適正な位置関係を維持できるという効果を有する直動案内機構を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る直動案内機構について、図面を用いて説明する。

本発明の実施の一形態に係る直動案内機構を図１に示す。

図１において、直動案内機構１００は、保持器４を介して直線的に案内方向（案内レール１１、２１に沿った方向）に相対移動する可動テーブル１及びベッド２と、可動テーブル１下部でピニオン３１、３２を回転可能に軸支するギヤボックス３と、可動テーブル１とベッド２との間に介在し、可動テーブル１及びベッド２に対して案内方向に相対移動する保持器４と、ベッド２に形成された案内レール２１の片側の壁面２４に取り付けられたラック５と、を有する構成である。

このラック５の歯は、ベッド２の案内レール２１に沿って形成され、ギヤボックス３下部に軸支されたピニオン３１と噛合している。このピニオン３１が、可動テーブル１に対する案内レール方向の外力により、ラック５と噛合して回転し、ラック５上を移動するように連結している（図２に示す）。

また、案内レール１１は、可動テーブル１と一体的に構成されており、案内レール２１と対抗する側の壁面１２には、Ｖ字溝１３が長手方向（「案内方向」に相当する）に渡って形成されている。また、案内レール２１は、ベッド２と一体的に構成されており、案内レール１１と対向する側の壁面２２には、Ｖ字溝２３がＶ字溝１３と対向するよう、長手方向に渡って形成されている。なお、Ｖ字溝１３、２３の底部には凹部（加工逃げ溝）が形成されている。

また、保持器４は、案内レール１１、２１間に挟まれてその長手方向に延在し、軸方向及び回転方向の異なるローラ４２を互い違いに軸支して保持している（図３に示す）。この複数のローラ４２が、可動テーブル１に対する案内レール方向の外力により、案内レール１１のＶ字溝１３、又は案内レール２１のＶ字溝２３に接して回転するようにしている。さらに、保持器４の上部には、案内レール１１、２１の間で長手方向に形成されたラック４１を有し、このラック４１の歯は、ギヤボックス３下部に軸支されたピニオン３２と噛合している。上述した可動テーブル１に対する案内レール方向の外力により、ピニオン３２がラック４１と噛合して回転し、ラック４１上を移動するように連結している。なお、案内レール１１、２１には、保持器４の案内方向の移動を規制するためのストッパ（図示せず）を有し、保持器４が所定の範囲内で案内方向に移動するようにしている。

ここでは、複数のローラ４２の回転により、保持器４が案内レール１１、２１に対して相対的に移動するとき、保持器４はローラ中心でローラ４２によって保持されているために、保持器４の速度は可動テーブル１の速度の１／２となる。そこで、ピニオン３１の径は、ピニオン３２の径の略２倍となるように設定している。

以上のように構成された直動案内機構１００について、その作用を説明する。

図１の状態で、可動テーブル１に対する案内レール方向の外力が加わったとき、可動テーブル１側のピニオン３１が、ベッド２側のラック５と噛合して回転すると共に、可動テーブル１側のピニオン３２が、保持器４側のラック４１と噛合して回転する。ここで、保持器４に保持された複数のローラ４２の外周が、２本の案内レール１１、２１に穿たれたＶ字溝１３、２３の溝面に接しているために、ピニオン３２の回転に伴なって、保持器４に保持された複数のローラ４２が転動する。

従って、複数のローラ４２の転動により、保持器４が案内方向（図２、図３の左右方向）に移動する。この保持器４の移動により、可動テーブル１の案内レール１１が、ベッド２上を案内レール２１のＶ字溝１３に沿って移動すると共に、可動テーブル１のピニオン３２がラック４１上を回転移動する。また、可動テーブル１のピニオン３１がラック５上を回転移動する。こうして、保持器４が案内レール１１、２１上を移動し、可動テーブル１とベッド２とが、保持器４を介して直線的に相対移動する。

このような本発明の実施の一形態に係る直動案内機構１００によれば、図２、図３の左右方向（「所定の方向」に相当する）に移動可能な可動テーブル１（「第１の台」に相当する）と、可動テーブル１と対向して配置されたベッド２（「第２の台」に相当する）と、複数のローラ４２（「転動体」に相当する）を保持する保持器４（「保持手段」に相当する）と、を備え、さらに、可動テーブル１には、図１の左右方向（「所定の方向に対して垂直な方向」）に延在する軸３３に、回転可能に支持されたピニオン３１（「第１の歯車」に相当する）及びピニオン３２（「第２の歯車」に相当する）と、可動テーブル１の一面に形成され、保持器４を案内する案内レール１１（「第１の案内部」に相当する）と、を有し、ベッド２には、ベッド２の一面に案内レール１１と対向して形成された案内レール２１（「第２の案内部」に相当する）と、案内レール２１の壁面２４（「非案内面」に相当する）にピニオン３１と対向して形成されたラック５（「第１の歯部」に相当する）と、を有し、保持器４には、ピニオン３２と対向して形成されたラック４１（「第２の歯部」に相当する）を有して、ピニオン３１がラック５と噛合して回転すると共に、ピニオン３２がラック４１と噛合して回転し、保持器４のローラ４２が案内レール１１、２１に接して転動するようにしたので、ラック５とピニオン３１とにより、案内レール２１に対する可動テーブル１の移動量を規制でき、かつラック４１とピニオン３２とにより、案内レール１１、２１に対する保持器４の移動量を規制できる。よって、保持器４のずれやスリップを防止し、保持器４と案内レール１１、２１との適正な位置関係を維持できる。さらに、保持器４には、ラック４１を有するのみで上述の案内歯車を有せず、案内レール１１、２１にラック溝加工をする必要がなくなるために、機構全体が従来の技術に比べて簡素な構成（特に、ラック５、４１、ピニオン３１、３２等を用いた構成）となり、加工が容易となる。これは、請求項１に係る発明を適用した実施の一形態に相当する。

また、本実施形態によれば、ピニオン３２の径とピニオン３１の径との比が、保持器４が可動テーブル１及びベッド２に接して移動するときの速度（「第１の速度」に相当する）と、可動テーブル１が保持器４を介してベッド２上を移動するときの速度（「第２の速度」に相当する）との比に相当するように、それぞれ略「１：２」としたので、保持器４の案内レール１１、２１に対する相対移動量と、ギヤボックス３の案内レール２１に対する相対移動量とが均一となる。すなわち、案内レール２１の案内方向両側における可動テーブル１との相対移動量が均一となる。よって、保持器４のずれやスリップを防止し、保持器４と案内レール１１、２１との適正な位置関係を維持できる。例えば、本実施形態を適用したＸＹテーブルやステージの案内レールにおいては、案内レールの略中央と保持器４の長手方向の略中央とが対向するような、保持器４の初期位置となる。これは、請求項２、３に係る発明を適用した実施の一形態に相当する。

また、本実施形態によれば、案内レール１１が可動テーブル１と一体形成され、案内レール２１がベッド２と一体形成され、ピニオン３１、３２を軸支するギヤボックス３（「歯車部」に相当する）がユニット化されたので、組立工程を簡略化して組立作業を軽減できるという効果も得られる。よって、コストの削減が期待できる。これは、請求項４に係る発明を適用した実施の一形態に相当する。

また、本実施形態によれば、保持器４には、ローラ４２からなる転動体が互い違いに配置され、案内レール１１、２１の対向する壁面１２、２２には、ローラ４２の外周面が接するようにＶ字溝１３、２３（「略Ｖ字状の案内溝」に相当する）が形成されたので、可動テーブル１及びベッド２の内側の案内溝にラック溝加工を施した場合と比べ、加工工程の簡素化によりコストを削減できるという効果も期待できる。特に、テーブル一体型の案内レールを有する小型ステージにおいては、保持器４のずれやスリップを防止して高精度の案内動作が実現可能となる。これは、請求項５に係る発明を適用した実施の一形態に相当する。

さらに、本実施形態によれば、保持器４のローラ４２と接するＶ字溝１３、２３にラック溝加工を施さず、ラック５、４１、ピニオン３１、３２という安価な部品で構成したので、加工、組立及びメンテナンスに関するコストが削減されるという効果も期待できる。

なお、本実施形態では保持器４のローラ４２と接するＶ字溝１３、２３にラック溝加工を施さないようにした場合について説明したが、本発明はこのほかに、Ｖ字溝１３、２３にラック溝加工を施し、このラックと噛合するピニオンを保持器４に設け、保持器４が、ラック４１、ピニオン３２と、Ｖ字溝１３、２３内のラック、保持器４のピニオンとにより、その移動量を規制されるようにしても、保持器４のずれやスリップを防止し、保持器４と案内レール１１、２１との適正な位置関係を維持するという同様の効果が得られるものである。ここで、上記Ｖ字溝１３、２３内のラック、保持器４のピニオンについては、特開平１１‐３１５８３２号公報、特開平１１‐１０８０５６号公報等に開示された技術を適用して実現できる。

また、本実施形態では保持器４で保持する転動体としてローラ４２を用いた場合について説明したが、本発明はこのほかに、ボール（鋼球等）を用いても同様の効果が得られるものである。

さらに、本実施形態では第１の台として移動可能な可動テーブル１を用い、第２の台として固定されたベッド２を用いた場合について説明したが、本発明はこのほかに、第１の台を固定し、第２の台を移動可能としても同様の効果が得られるものである。あるいは、移動可能な第１の台（可動テーブル１に相当する）にラック（図１の５に相当する）を設け、固定された第２の台（ベッド２に相当する）にギヤボックス（図１の３に相当する）を設けても、同様の効果が得られるものである。

この構成を図４に示す。図４の直動案内機構１００′において、可動テーブル１′の案内レール２１′（図１の１１に相当する）には、案内方向にラック５′（図１の５に相当する）が形成されている。また、ベッド２′には、ギヤボックス３′（図１の３に相当する）が埋め込まれ、さらにギヤボックス３′の軸３３′に、径の異なるピニオン３１′、３２′（図１の３１、３２に相当する）が軸支されている。また、保持器４′（図１の４に相当する）には、複数のローラ４２′（図１の４２に相当する）が保持され、その長手方向にはラック４１′（図１の４１に相当する）が形成されている。ここでは、ピニオン３１′がラック５′と噛合し、ピニオン３２′がラック４１′と噛合している。

以上のように、本発明に係る直動案内機構は、第１の台（「可動テーブル」に相当する）には、所定の方向に対して垂直な方向に延在する軸に、回転可能に支持された第１の歯車（「ピニオン」に相当する）及び第２の歯車（「ピニオン」に相当する）と、第１の台の一面に形成され、保持手段を案内する第１の案内部（「案内レール」に相当する）と、を有し、第２の台（「ベッド」に相当する）には、第２の台の一面に第１の案内部と対向して形成された第２の案内部（「案内レール」に相当する）と、第２の案内部の非案内面に第１の歯車と対向して形成された第１の歯部（「ラック」に相当する）と、を有し、保持手段には、第２の歯車と対向して形成された第２の歯部（「ラック」に相当する）を有して、第１の歯車が第１の歯部と噛合して回転すると共に、第２の歯車が第２の歯部と噛合して回転し、保持手段（「保持器」に相当する）の転動体（「ローラ」に相当する）が第１の案内部及び第２の案内部に接して転動するようにしたことにより、構成を簡素化しながら保持手段のずれやスリップを防止し、保持手段と案内部との適正な位置関係を維持できるという効果を有し、１対の案内レールの間に、転動体を保持した保持器を介在させ、転動体の転動により１対の案内レールを直線的に相対移動させるようにした直動案内機構等として有用である。

本発明の実施の一形態に係る直動案内機構の要部を示す縦断面図である。 本発明の実施の一形態に係る直動案内機構の第１の歯部を示す横断面図である。 本発明の実施の一形態に係る直動案内機構の第２の歯部を示す横断面図である。 本発明の他の実施形態に係る直動案内機構の要部を示す縦断面図である。

符号の説明

１、１′ 可動テーブル
２、２′ ベッド
３、３′ ギヤボックス
４、４′ 保持器
５、４１、５′、４１′ ラック
１１、２１、１１′、２１′ 案内レール
１２、２２、２４ 壁面
１３、２３ Ｖ字溝
３１、３２、３１′、３２′ ピニオン（ギヤ）
４２、４２′ ローラ
１００、１００′ 直動案内機構

Claims (5)

1. 所定の方向に移動可能な第１の台と、第１の台と対向して配置された第２の台と、転動体を保持する保持手段と、を備え、第１の台と第２の台とが保持手段を介して直線的に相対移動するよう案内する直動案内機構において、
   第１の台には、前記所定の方向に対して垂直な方向に延在する軸に、回転可能に支持された第１の歯車及び第２の歯車と、第１の台の一面に形成され、保持手段を案内する第１の案内部と、を有し、第２の台には、第２の台の一面に第１の案内部と対向して形成された第２の案内部と、第２の案内部の非案内面に第１の歯車と対向して形成された第１の歯部と、を有し、保持手段には、第２の歯車と対向して形成された第２の歯部を有して、
   第１の歯車が第１の歯部と噛合して回転すると共に、第２の歯車が第２の歯部と噛合して回転し、保持手段の転動体が第１の案内部及び第２の案内部に接して転動するようにしたことを特徴とする直動案内機構。
2. 請求項１に記載の直動案内機構において、
   第２の歯車の径と第１の歯車の径との比が、保持手段が第１の台及び第２の台に接して移動するときの第１の速度と、第１の台が保持手段を介して第２の台上を移動するときの第２の速度との比に相当するようにしたことを特徴とする直動案内機構。
3. 請求項２に記載の直動案内機構において、
   第２の歯車の径と第１の歯車の径との比が、２対１であることを特徴とする直動案内機構。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の直動案内機構において、
   第１の案内部が第１の台と一体形成され、第２の案内部が第２の台と一体形成され、第１の歯車及び第２の歯車を軸支する歯車部が一体化されたことを特徴とする直動案内機構。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の直動案内機構において、
   保持手段には、ローラからなる転動体が互い違いに配置され、第１の案内部の案内面及び第２の案内部の案内面には、ローラの外周面が接するように略Ｖ字状の案内溝が形成されたことを特徴とする直動案内機構。

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