JP2009156313A - リニアガイドおよびこれを利用した位置決めテーブル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レールのボルト周りに生じる変形を最小に保って高精度な位置決めを果たすことを可能にしたリニアガイドを提供する。
【解決手段】リニアガイドは転動溝３ａ、３ｂを有するレール１を備える。このレール１はレール底面に通したボルト孔４周縁にレール取り付け用ベースのブッシュ周りの逃げに対応させて形成される穴１１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は直線案内用レールの取り付け用基部への組み付けで高精度を維持して組み付けることを可能にしたリニアガイドおよびこれを利用した位置決めテーブル装置に関する。

テーブルなどの移動体を直線案内するためにリニアガイドが多用されている。このリニアガイドにはテーブルを直線案内するレールが組み込まれており、ボールなどの転動体に支承されたスライダがこのレール上を軸方向に運動するように構成される。このようなレールは、たとえば半導体製造装置、工作機械などの精密位置決めテーブルに使用するものではテーブル位置決めなどに誤差を生じさせないように、高い真直度を維持することを求められる。

レールのボール転動溝の真直度を狂わせる要因に一つにレールの機械加工では十分満足できる加工精度に仕上げたものがその後のレールの組み立てにおいてレールをベースに組み付けるときにボルトの締め付けで生じる軸力によってレールが変形し、このとき転動溝の真直度が大きく低下することがある。レールの転動溝に生じるこうした現象は締結部材の位置に倣って同じ間隔で周期的に現われる。

組み立て時のレールの変形に起因する真直度の低下を軽減する意図でレールの使用条件とほぼ同じ条件でレールを固定し、転動溝を研削加工することがある。しかし、この方法はボルトを締め付ける際に実際にトルク測定しながら軸力を一定に維持しようとしても、接合底面の状態が同じ状態にならず、軸力が一定しない傾向があり、また一方、レールを組み付けるベースの厚さ、ベースの材質など相違によっても軸力が変化してしまい、転動溝の真直度の低下を食い止めることができない。

一方、ボルトの座ぐり深さをより深くしてレール底面からボルト接合面までの距離をより小さくして転動溝の弾性変形の絶対値を小さくする試みある（たとえば、特開平８−３０３４５９号公報）。この方法では転動溝の変形量について０．１μｍ以下という値を得ることができる。しかしながら、この方法も適用可能なレールに限りがある。
特開平８−３０３４５９号公報、第３頁、図１−図３

レールの転動溝の研削加工ではレールおよび加工用治具（ベース状の治具）の条件をレール組み立て時とのレールおよび正規の取り付け用ベースの条件とを合わせることが望ましい。現状、石またはセラミックスでベースを構成する場合、ボルトを用いてレールを締め付けるにはベース上のレール固定位置に金属製のブッシュを装着することが欠かせず、こうしたブッシュの埋め込みではベースの平坦度を維持するために平坦に加工したベースの上面とブッシュ端面との間に逃げを設けている。

転動溝の真直度についてレールの研削で慎重に加工し、望ましい値に維持できたとしても、レールを正規のベースに取り付けてボルトで締め上げたとき、ベースには上記のブッシュを取り囲む逃げがあるためレールのボルト周りに締め付けに伴う軸力によって変形が生じ、転動溝の真直度が加工時の値と比べて少なからず悪化する。

レールのボルト周りに生じる変形を抑える十分な手立てがないと、これを組み込んだ位置決めテーブルのリニアガイドにおいて直線変位するスライダの運動がスムーズでなくなり、テーブル位置決めなどに誤差が発生する。

本発明の目的はレールのボルト周りに生じる変形を最小に保って高精度な位置決めを果たすことを可能にしたリニアガイドおよびこれを利用した位置決めテーブル装置を提供することにある。

本発明は複数の転動溝を有するレールと、レールの転動溝内に配置される複数の転動体に支承され、軸方向に移動可能に設けられたスライダとを備え、レールがレール本体を貫いて穿たれたボルト孔によって取り付け用基部に固定されるようにしたリニアガイドにおいて、レールの底面に通したボルト孔周縁に取り付け用基部のブッシュ周りの逃げに対応させて凹部を設けたことを特徴とするものである。

本発明においては取り付け用基部のブッシュ周りの逃げに対応させて凹部を設けている。このような凹部によりレール研削加工時点とレール組み立て時点とにおいてレールおよび基部の双方の間に接合座面の食い違いが生じない。すなわち、レールおよび基部の双方の間で接合座面の不揃いをなくし、一致させることができる。したがって、レールの変形の再現性が極めて良好で、転動溝の真直度を研削加工時の値に近い値を維持することが可能になる。

本発明によるリニアガイドの一実施の形態について図面を参照して説明する。図３において、本実施の形態のリニアガイドはレール１と、このレール１に沿って軸方向に移動可能に設けられたスライダ２とを備える。レール１は各側面に軸方向に刻設された２条の転動溝３ａ、３ｂを有する。上側の転動溝３ａは上面と側面とが交わる稜線に沿って形成されており、これは１／４円弧状のゴシックアーク溝である。また、下側の転動溝３ｂは側面に沿って形成され、これは１／２円弧状のゴシックアーク溝である。

さらに、レール１は所定のピッチで上面から底面にかけて穿つ４個のボルト孔４（４個のうち、２個についてはスライダ２の下に隠れている）を有する。それぞれボルト孔４はステップ状に形成されており、後記のように底面に近い位置にボルト頭部を置く座を有する。

一方、スライダ２はスライダ本体５と、このスライダ本体５の前後方向端部にそれぞれ設けられるエンド・キャップ６ａ、６ｂとを備える。スライダ本体５は袖部７ａ、７ｂの内側側面に転動溝３ａ、３ｂに対向して形成される、図示しない転動溝を有し、これはレール１の転動溝３ａ、３ｂと同じゴシックアーク溝である。また、袖部７ａ、７ｂを軸方向に貫いて形成される図示しない転動体用戻し路を備える。

さらに、エンド・キャップ６ａ、６ｂはスライダ本体５の転動溝と転動体用戻し路とを結ぶ湾曲通路を有し、転動溝と戻し路と２つの湾曲通路とによってボールなどの転動体のための循環回路が形成されている。スライダ２はこの循環する転動体に支承されてレール１に沿って軸方向に移動する。なお、図において、符号８はサイドシールを示しており、符号９はグリース・ニップルを示している。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、レール１はボルト孔４を穿設しているレール本体１０を備える。このレール本体１０は底面に通したボルト孔４の周縁に削成された円錐形の穴１１を有する。この穴１１はレール本体１０の底面から座ぐり加工で図２に示すベース１２と干渉しない、たとえば４．５ｍｍの深さに刻まれる。穴１１の直径はベース１２に装着したブッシュ１３周りの逃げ１４と同じ直径である。なお、図２において、符号１５はベース１２にレール１を締め付けるためのボルトを示している。

本実施の形態ではレール１が下面に通したボルト孔４の周縁にブッシュ１３の逃げ１４と同じ直径を有する穴１１を有するので、レール研削加工とレール組み立てとにおいてレールおよびベース双方の間に接合座面の食い違いが生じない。従来、レールおよびベース双方の間に接合座面の食い違いが大きく、研削加工時点では満足できる転動溝の真直度を維持することができても、レール組み立て時点ではボルト１５の締め付けに伴う軸力でレールが変形し、転動溝の真直度を維持できなくなっていた。接合座面の不揃いを最小限に留めている本実施の形態のものはレール１の変形の再現性が極めて良好で、転動溝の真直度を研削加工時の値に近い値を保つことができる。

レールの変形状態を有限要素法により解析した結果を図４（ａ）（ｂ）に示す。図４（ａ）が従来の接合座面に相違がある場合の解析結果で、図４（ｂ）が接合座面の食い違いが生じない、本実施の形態のレールを加工後、正規のベースに組み付けた場合の解析結果である。図４（ａ）の従来の接合座面に相違がある場合には研削加工時点では転動溝３ａ、３ｂが高精度に維持されているが、正規のベースに組み付けた場合に解析結果に見るように変形を生じることが判る。この値は標準サイズのレールで１〜２μｍである。これに対し、本実施の形態のレールにおいては転動溝３ａ、３ｂの精度が研削加工および組み立て時点で殆ど変化せず、標準サイズのレールで１μｍ以下になる。

なお、ブッシュ１３周りの逃げ１４の影響を少なくするために締め付けに伴う軸力を安定させる必要があり、レール研削加工およびレール組み立てにおいてそれぞれボルト１５を締め付けるとき、トルクレンチを用いて一定の値で締め付けるようにする。

本発明の異なる実施の形態について説明する。図５（ａ）（ｂ）において、レール１はボルト孔４を穿設しているレール本体１０を有する。このレール本体１０はボルト孔４の周縁に形成された円形の穴１６を備える。この円形の穴１６は底面から座ぐり加工で相手ベースと干渉しない、１．５ｍｍの深さに刻まれる。上記実施の形態と同様に、穴１６の直径はベースに埋め込まれたブッシュ周りの逃げと同じ直径である。

本実施の形態においては、レール１がブッシュ周りの逃げと同じ直径の穴１６を有する。このようなレール１によれば、レール研削加工とレール組み立てとにおいてレールおよびベース双方の間に接合座面の食い違いが生じない。この接合座面に一致によりレール１の変形を抑えることが可能で、上記実施の形態と同様に、組み立て時における転動溝の真直度を研削加工時の値に近い値に保つことができる。

本発明に係るリニアガイドを利用した位置決めテーブルについて説明する。図６（ａ）（ｂ）において、本発明の位置決めテーブルは水平方向に動くＸＹテーブル２１を有する。このＸＹテーブル２１は水平方向に運動するＸテーブル２２とＸテーブル２２に沿って運動するＹテーブル２３とで構成される。Ｘテーブル２２は後記のリニアガイドによってＸ軸方向（図６（ａ）参照）に案内されるようになっている。Ｘテーブル２２は送り機構としてのボールねじ式駆動装置２４と連結されている。

また、位置決めテーブルはセラミックスから製作されるベース２５を備える。このベース２５は平坦度を高く保って加工された水平面２６を備えており、この水平面２６に後に詳述される２本のリニアガイド２７を有する。Ｘテーブル２２はリニアガイド２７のレール２８上に間隔をおいて配置される２個のスライダ２９に支承されている（図７参照）。

図６（ｂ）に示すように、Ｙテーブル２３はベース２５に配置した４個の静圧気体軸受３０上にそれぞれコラム３１を介して支承される。このような静圧気体軸受３０を組み込むことで、Ｙテーブル２３の直線運動中、ベース２５とＹテーブル２３とが非接触に保たれる。また、Ｙテーブル２３はその下面にＸテーブル２２の各側面３２のとの間に僅かの間隙を保って配置される２個の静圧気体軸受３３を備える（図７参照）。この静圧気体軸受３３によりＸテーブル２２のＸ軸に沿う直線運動がＹテーブル２３と非接触で伝達することができる。

さらに、ＸＹテーブル２１は双方のテーブル２２、２３の間に設けられるリニアモータ３４を備える。このリニアモータ３４はＸテーブル２２に固定される固定子３５と、Ｙテーブル２３に装着された移動子３６とで構成される。Ｙテーブル２３はテーブル位置を検出するためのＬ形ミラー３７と、Ｌ形ミラー３７とそれぞれ対向して配置される２個のレーザ測長器３８とを備える。

図８に示すように、セラミックス製のベース２５にブッシュ３９が埋め込まれている。このブッシュ３９周りにはベース２５を削り落として逃げを削成している。一般に、たとえば金属製のブッシュとセラミックスからなるベースとは材質の相違から寸法上の安定性に差があり、仮に研削加工等で面一に仕上げても、位置決めテーブル供用中には金属の伸びが大きく、ベースの上面にブッシュが僅かに突出する可能性がある。これを防ぐためブッシュ周りには予め逃げを形成することで、ブッシュが突出する不具合を軽減している。本実施の形態のレール２８は、図９に示すようなブッシュ周りの逃げと同じ直径の穴４０を有する。

このようなレール２８によれば、レール研削加工とレール組み立てとにおいてレールおよびベース双方の間に接合座面の食い違いが生じない。この接合座面に一致によりレール２８の変形を抑えることが可能で、組み立て時における転動溝の真直度を研削加工時の値に近い値に保つことができる。これにより、スライダ２９の運動に微少な狂いを生じないでＸテーブル２２を高い精度を維持して位置決めすることができる。

本発明によるレールを示すもので、（ａ）はレールの断面図、（ｂ）はレールの底面図である。 本発明によるレールのベースへの組み付け状態を示す断面図である。 本発明によるリニアガイドの一実施の形態を示す斜視図である。 有限要素法による解析結果を示すもので、（ａ）は従来技術によるレールのＦＥＭモデル図、（ｂ）は本発明によるレールのＦＥＭモデル図である。 本発明の他の実施の形態に係るレールを示すもので、（ａ）はレールの断面図、（ｂ）はレールの底面図である。 本発明に係るリニアガイドを利用した位置決めテーブル装置を示すもので、（ａ）は位置決めテーブルの平面図、（ｂ）は位置決めテーブルの正面図である。 図６に示されるＸＹテーブルの詳細を示す構成図である。 図６に示されるベースおよびレールの詳細を示す斜視図である。 図６に示されるレールの裏面を示す斜視図である。

符号の説明

１、２８… レール
２、２９… スライダ
３ａ、３ｂ… 転動溝
４… ボルト孔
１０… レール本体
１１、１６、４０… 穴
１３、３９… ブッシュ
１４… 逃げ
２２… Ｘテーブル
２３… Ｙテーブル
２５… ベース
２７… リニアガイド
３０、３３… 静圧気体軸受

Claims (4)

1. 複数の転動溝を有するレールと、前記レールの転動溝内に配置される複数の転動体に支承され、軸方向に移動可能に設けられたスライダとを備え、前記レールがレール本体を貫いて穿たれたボルト孔によって取り付け用基部に固定されるようにしたリニアガイドにおいて、前記レールの底面に通した前記ボルト孔周縁に前記取り付け用基部のブッシュ周りの逃げに対応させて凹部を設けたことを特徴とするリニアガイド。
2. 前記凹部が前記ブッシュ周りの逃げにほぼ等しい直径を有する円錐形穴からなることを特徴とする請求項１記載のリニアガイド。
3. 前記凹部が前記ブッシュ周りの逃げにほぼ等しい直径を有する円形穴からなることを特徴とする請求項１記載のリニアガイド。
4. 取り付け用基部に請求項１ないし３のいずれか１項に記載のリニアガイドを組み付けてなる位置決めテーブル装置。

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