JP2011112625A - ２軸直交案内装置、３軸直交案内装置、３軸直交・回転案内装置及びテーブル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】テーブルの水平移動、昇降、回転の各運動を単一の支持ユニットとして実現するのに好適な２軸直交案内装置、３軸直交案内装置、３軸直交・回転案内装置及びこれらを備えるテーブル装置を提供する。
【解決手段】一対の第１移動体１０ａ、１０ｂと、互いに直交する２軸を想定した場合に、該２軸のうちの第１の軸方向に一対の第１移動体１０ａ、１０ｂをそれぞれ独立して移動自在に案内する第１案内機構と、第２移動体２０と、該第２移動体２０を支持し、一対の第１移動体１０ａ、１０ｂにおける第１の軸方向の間隔を接近または離間させる方向に変化させる相対運動を第２移動体２０における２軸のうちの第２の軸方向の運動に変換し、第２移動体２０を第２の軸方向に沿って移動自在に案内する第２案内機構と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、２軸直交案内装置、３軸直交案内装置、３軸直交・回転案内装置及びこれらを用いたテーブル装置に関する。

特許文献１には、テーブルを三次元で位置決めできるように構成されたテーブル装置が開示されている。このテーブル装置は、顕微鏡による観察対象物や機械加工における加工対象物などを載せるためのテーブルと、テーブルの位置決め機構を構成する複数の運動装置を備えている。テーブルは、基台上に設置された直動駆動装置や昇降装置などの運動装置によって支持されている。

このテーブル装置は、テーブルの中央部真下に配置された昇降装置と該昇降装置を囲むように配置された複数の直動駆動装置が、それぞれ単独あるいは互いに協動して動作することにより、テーブルの水平移動（Ｘ、Ｙ方向の移動）や昇降（Ｚ方向の移動）、回転（θ方向の移動）を可能にしている。

しかしながら、上記テーブル装置は適用可能な用途が限定されてしまう問題がある。例えば、光学式検査装置などにおけるレンズの位置決め装置として使用する場合、テーブルに水平に固定されたレンズに対する光路を形成するためテーブル装置全体を貫通する開口部を設ける必要がある。しかし、上記テーブル装置では、昇降装置がテーブルの中央部真下に配置されているため、そのような開口部を設けることが困難である。

また、上記テーブル装置では、直動駆動装置と昇降装置とがテーブルに対して別々に連結されている。そのため、直動駆動装置と昇降装置は互いの動きを妨げないようにテーブルと連結される必要がある。上記テーブル装置では、直動駆動装置によるテーブルの水平移動及び回転が昇降装置によって妨げられないように、昇降装置とテーブルとの間に支持板を設け、該支持板とテーブルとの間に配設された小球群によりテーブルが昇降装置に対して水平移動及び回転可能に支持されるように構成されている。したがって、中間の連結部材が必要となる分、テーブル装置全体における位置決め機構の高さが高くなり、テーブル装置全体の高さの増大につながる。また、部材点数が増えることで位置決め精度に対する誤差要因も増大する。

上述の問題点を解決するために、例えば、１軸直線運動装置を３つ組み合わせて単一の３軸案内ユニットを形成することが考えられる。しかし、単純に１軸直線運動装置を積み重ねても、ユニットの高さが高くなりすぎてしまい、あまり実用的な構成とはいえない。

国際公開第２００７／０５５３３９号

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、テーブルの水平移動、昇降、回転の各運動を単一の支持ユニットとして実現するのに好適な２軸直交案内装置、３軸直交案内装置、３軸直交・回転案内装置及びこれらを備えるテーブル装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における２軸直交案内装置は、
一対の第１移動体と、
互いに直交する２軸を想定した場合に、該２軸のうちの第１の軸方向に前記一対の第１移動体をそれぞれ独立して移動自在に案内する第１案内機構と、
第２移動体と、
該第２移動体を支持し、前記一対の第１移動体における前記第１の軸方向の間隔を接近または離間させる方向に変化させる相対運動を前記第２移動体における前記２軸のうちの第２の軸方向の運動に変換し、前記第２移動体を前記第２の軸方向に沿って移動自在に案内する第２案内機構と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、互いに直交する２つの軸方向の運動を、一対の第１移動体の運動のみによって実現することができる。したがって、第２移動体の運動のための専用の動力源は不要であり、２軸直交案内装置の構成をシンプルにすることができる。

上記目的を達成するために、本発明における３軸直交案内装置は、
上記の２軸直交案内装置と、
第３移動体と、
前記２軸を含む仮想平面と直交する第３の軸を想定した場合に、前記第３移動体を前記２軸直交案内装置に対して前記第３の軸方向に移動自在に組付ける第３案内機構と、
を備えたことを特徴とする。

これにより、第３移動体を互いに直交する３軸で移動させることができる。

上記目的を達成するために、本発明における３軸直交・回転案内装置は、
上記の３軸直交案内装置と、
回転体と、
該回転体と前記３軸直交案内装置とを前記第２の軸を中心にして相対回転自在に組付ける回転案内機構と、
を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、回転体を互いに直交する３軸で移動させることができるとともに、回転体を第２の軸を中心に回転させることができる。すなわち、回転体による３軸直交移動と回転の案内が可能となる。

上記目的を達成するために、本発明における３軸直交・回転案内装置は、
上記の３軸直交案内装置と、
前記３軸直交案内装置における２軸直交案内装置と第３案内機構とを前記第２の軸を中心にして相対回転自在に組付ける回転案内機構と、
を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、２軸直交案内装置に対して第３移動体を第２の軸を中心に回転させることができる。すなわち、第３移動体による３軸直交移動と回転の案内が可能となる。

上記目的を達成するために、本発明におけるテーブル装置は、
基台と、
テーブルと、
前記基台と前記テーブルとの間に組付けられる上記の３軸直交・回転案内装置と、
を備えることを特徴とする。

上記の３軸直交・回転案内装置によれば、テーブルの水平移動、昇降、回転、傾きの各運動を、単一の案内ユニットとして案内することができる。

本発明によれば、テーブルの水平移動、昇降、回転の各運動を単一の支持ユニットとして実現するのに好適な２軸直交案内装置、３軸直交案内装置、３軸直交・回転案内装置及びこれらを備えるテーブル装置を提供することができる。

本発明の実施例に係るテーブル装置の平面図である。 図１のテーブル装置をＹ軸方向にみた図である。 本発明の実施例に係る３軸直交・回転案内装置の平面図である。 図３の３軸直交・回転案内装置をＹ軸方向にみた図である。 図３の３軸直交・回転案内装置をＸ軸方向にみた図である。 ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。 ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。 ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。 ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。 ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。 ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。 ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。 ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。 ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。 ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。 球面軸受の構成を示す断面図である。 直線案内装置の構成を示す斜視図である。 直線案内装置を案内方向に見た断面図である。 直線案内装置の無限循環路を示す断面図である。 ねじ送り機構の構成を示す斜視図である。 テーブル装置の動作例を示す模式的平面図である。 テーブル装置の動作例を示す模式的平面図である。 テーブル装置の動作例を示す模式的平面図である。 図２３のテーブル装置をＹ軸方向にみた模式図である。 テーブル装置の動作例を示す模式的平面図である。 図２５のテーブル装置をＹ軸方向にみた模式図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図２６を参照して、本発明の実施例に係る２軸直交案内装置、３軸直交案内装置、３軸直交・回転案内装置及びテーブル装置について説明する。図１は、本発明の実施例に係るテーブル装置の平面図である。図２は、図１のＡ矢視図である。図３は、本発明の実施例に係る３軸直交・回転案内装置の平面図である。図４は、図３の３軸直交・回転案内装置をＹ軸方向にみた図である。図５は、図３の３軸直交・回転案内装置をＸ軸方向に
みた図である。図６〜図１５は、それぞれ２軸直交案内装置の動作例を示す模式図である。図１６は、球面軸受の構成を示す断面図である。図１７は、直線案内装置の構成を示す斜視図である。図１８は、直線案内装置を案内方向に見た断面図である。図１９は、直線案内装置の無限循環路を示す断面図である。図２０は、ねじ送り機構の構成を示す斜視図である。図２１〜図２６は、それぞれテーブル装置の動作例を示す模式的平面図である。

＜テーブル装置＞
図１及び図２に示すように、本実施例に係るテーブル装置１は、概略、基台２と、テーブル３と、３つの３軸直交・回転案内装置４と、から構成される。テーブル３は、基台２上に設置された３つの３軸直交・回転案内装置４によって支持されている。３つの３軸直交・回転案内装置４が互いに協動することにより、テーブル３は、基台２に対して種々の方向に移動・回転・傾動自在に構成されている。

図３〜図５に示すように、３軸直交・回転案内装置４には、２軸直交案内装置としての２軸直交案内部５と、該２軸直交案内部５を含む３軸直交案内装置としての３軸直交案内部６と、が含まれている。テーブル３は、３軸直交・回転案内装置４によって、互いに直交する３軸方向（Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向）の移動、回転（θ方向）、傾動（α方向）の各運動が自在に支持される。第１の軸としてのＸ軸および第３の軸としてのＹ軸は、それぞれ基台２の装置設置面に水平な軸であり、互いに直交する。第２の軸としてのＺ軸は、基台２の装置設置面に垂直な軸であり、Ｘ軸およびＹ軸と直交する。

＜２軸直交案内装置＞
２軸直交案内装置としての２軸直交案内部５は、一対の第１移動体としてのＸテーブル１０ａ、１０ｂと、第１案内機構としての移動ブロック（移動台）１１ａ、１１ｂ及び軌道レール（軌道台）１２ａ、１２ｂと、一対の駆動手段としての駆動モータ１３ａ、１３ｂ及びモータの回転を直線運動に変換するねじ送り機構と、第２移動体としてのＺテーブル２０と、第２案内機構（一対の案内部）としての移動ブロック２１ａ、２１ｂ及び軌道レール２２ａ、２２ｂと、を備える。

軌道レール１２ａ、１２ｂは、基台２に固定されており、互いに平行にＸ軸方向に延びている。移動ブロック１１ａ、１１ｂは、ボール等の転動体を介して軌道レール１２ａ、１２ｂに組み付けられ、それぞれ軌道レール１２ａ、１２ｂ上をＸ軸方向に移動自在に構成されている。Ｘテーブル１０ａ、１０ｂは、移動ブロック１１ａ、１１ｂ上にそれぞれ固定されている。

Ｘテーブル１０ａ、１０ｂは、駆動モータ１３ａ、１３ｂのモータ軸に連結されたねじ軸１４ａ、１４ｂに対し、いわゆるねじ送り機構を介して連結されている。ねじ軸１４ａ、１４ｂは、Ｘ軸方向に延びており、駆動モータ１３ａ、１３ｂの駆動によって回転する。Ｘテーブル１０ａ、１０ｂは、ねじ軸１４ａ、１４ｂが回転することによりＸ軸方向の動力を得て、軌道レール１２ａ、１２ｂ上を移動する。各Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの移動は、各駆動手段によりそれぞれ独立して制御される。

図４に示すように、Ｚテーブル２０は、Ｙ軸方向にみたときに下方に凸の楔形状を有している。Ｘテーブル１０ａ、１０ｂは、Ｚテーブル２０を挟み込んで支持できるようにＸ軸方向に互いに対向する構成となっている。

図５に示すように、軌道レール１２ａ、１２ｂは、２つのねじ軸１４ａ、１４ｂのＹ軸方向両側に配置されている。移動ブロック１１ａは、軌道レール１２ａに組み付けられる移動ブロック１１ａ１と、軌道レール１２ｂに組み付けられる移動ブロック１１ａ２とからなり、移動ブロック１１ｂは、軌道レール１２ａに組み付けられる移動ブロック１１ｂ
１と、軌道レール１２ｂに組み付けられる移動ブロック１１ｂ２とからなる。移動ブロック１１ａ１と移動ブロック１１ｂ１は、軌道レール１２ａ上においてＸ軸方向に互いに対向して配置され、移動ブロック１１ａ２と移動ブロック１１ｂ２は、軌道レール１２ｂ上においてＸ軸方向に互いに対向して配置される。

Ｘテーブル１０ａは、Ｙ軸方向に延びた構成を有しており、両端がそれぞれ移動ブロック１１ａ１、１１ａ２の上面に固定され、Ｙ軸方向の中央部にねじ軸１４ａ、１４ｂが貫通する２つの貫通孔１６を有する。Ｘテーブル１０ｂも同様に構成されており、両端がそれぞれ移動ブロック１１ｂ１、１１ｂ２の上面に固定され、Ｙ軸方向の中央部にねじ軸１４ａ、１４ｂが貫通する２つの貫通孔１６を有する。詳しくは後述するが、ねじ軸１４ａ、１４ｂにはそれぞれナット部材１４３が組み付けられている。Ｘテーブル１０ａは、ねじ軸１４ａに組み付けられたナット部材１４３のフランジ部１４３ａと固定され、Ｘテーブル１０ｂは、ねじ軸１４ｂに組み付けられたナット部材１４３のフランジ部１４３ａと固定されている。

図４に示すように、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの対向領域には、傾斜面１５ａ、１５ｂが設けられている。傾斜面１５ａ、１５ｂは、Ｙ軸に平行でＸ軸及びＺ軸に対して傾斜する傾斜面であり、Ｘ軸方向に互いに対向し、Ｘ軸方向の隙間がＺ軸方向上方に向かうにつれて徐々に拡がるように傾斜している。傾斜面１５ａ、１５ｂには、移動ブロック２１ａ、２１ｂが固定されている。一方、Ｚテーブル２０には、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの傾斜面１５ａ、１５ｂにそれぞれ平行な傾斜面２３ａ、２３ｂが設けられている。傾斜面２３ａ、２３ｂには、軌道レール２２ａ、２２ｂが固定されている。

図３及び図５に示すように、移動ブロック２１ａ、２１ｂは、それぞれ一対ずつＸ軸に平行に並べて設けられている（移動ブロック２１ａ１、２１ａ２と移動ブロック２１ｂ１、２１ｂ２）。これに対応して、軌道レール２２ａ、２２ｂもそれぞれ一対ずつＸ軸に平行に並べて設けられている（軌道レール２２ａ１、２２ａ２と軌道レール２２ｂ１、２２ｂ２）。移動ブロック２１ａ、２１ｂと軌道レール２２ａ、２２ｂは、それぞれボール等の転動体を介して互いに組み付けられ、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂとＺテーブル２０とを作動連結する。

図４に示すように、Ｚテーブル２０は、そのＸ軸方向の幅が移動ブロック２１ａ、２１ｂのＸ軸方向の間隔と一致する部位において、移動ブロック２１ａ、２１ｂ及び軌道レール２２ａ、２２ｂを介して、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂに支持される。Ｚテーブル２０が支えられる位置は、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの間隔の変化に応じて移動ブロック２１ａ、２１ｂが軌道レール２２ａ、２２ｂ上を移動することにより、上下に変化する。すなわち、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂが互いに接近して間隔が狭められると、Ｚテーブル２０は上昇する。一方、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂが互いに離間して間隔が広がると、Ｚテーブル２０は下降する。

＜２軸直交案内装置の案内動作＞
図６〜図１５を参照して、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂによるＸ軸方向の案内（Ｚテーブル２０の水平移動）、Ｚ軸方向の案内（Ｚテーブル２０の昇降）及びそれらの組合せについて説明する。

なお、図６〜図１５では、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂ、移動ブロック１１ａ、１１ｂ、軌道レール１２ａ、１２ｂ、Ｚテーブル２０、移動ブロック２１ａ、２１ｂ、軌道レール２２ａ、２２ｂについてのみ模式的に図示し、他の構成については図示を省略している。また、図中の矢印は各テーブルの移動方向を示しており、矢印の大きさ（長さ）が各テーブルの移動速度の速さを大まかに表している。

＜＜１軸案内（Ｘ軸）＞＞
図６及び図７に示すように、ねじ軸１４ａ、１４ｂが同じ回転方向に同じ回転速度で回転すると、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂはそれぞれ同じ速度で同距離をＸ軸方向に移動する。このとき、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの間隔は変化しないので、Ｚテーブル２０は高さ維持したままＸ軸方向に移動する。

＜＜２軸案内１＞＞
図８及び図９に示すように、ねじ軸１４ａ、１４ｂが同じ回転方向に異なる回転速度で回転すると、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂは、同じ方向に異なる速度で移動する。このとき、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂは、互いの間隔を変化させながら同じ方向に移動し、Ｚテーブル２０は、高さを変えながらＸ軸方向に移動する。

図８に示すように、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの移動方向において先頭のＸテーブルの速度が後ろのＸテーブルの速度よりも相対的に遅いと、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂは互いの間隔を狭めながら同一方向に移動し、Ｚテーブル２０は上昇しながらＸテーブル１０ａ、１０ｂと同方向にＸ軸方向の位置を変える。図８では、Ｘテーブル１０ａが先頭、Ｘテーブル１０ｂが後続の場合を示している。

図９に示すように、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの移動方向において後ろのＸテーブルの速度が先頭のＸテーブルの速度よりも相対的に遅いと、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂは互いの間隔を広げながら同一方向に移動し、Ｚテーブル２０は下降しながらＸテーブル１０ａ、１０ｂと同方向にＸ軸方向の位置を変える。図９では、Ｘテーブル１０ｂが先頭、Ｘテーブル１０ａが後続の場合を示している。

＜＜２軸案内２＞＞
図１０及び図１１に示すように、ねじ軸１４ａ、１４ｂの一方のみが回転し、他方が停止していると、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの一方のみが移動し、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの間隔が変化する。このとき、Ｚテーブル２０は高さを変えながら一方のＸテーブルと同じ方向に移動する。

図１０に示すように、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの一方が他方に接近するように移動し、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの間隔が狭くなると、Ｚテーブル２０は一方のＸテーブルと同じ方向に移動しながら上昇する。図１０では、Ｘテーブル１０ｂが移動し、停止しているＸテーブル１０ａに接近する場合を示している。

図１１に示すように、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの一方が他方から離間するように移動し、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂの間隔が広がると、Ｚテーブル２０は一方のＸテーブルと同じ方向に移動しながら下降する。図１１では、Ｘテーブル１０ｂが移動し、停止しているＸテーブル１０ａから離間する場合を示している。

＜＜２軸案内３＞＞
図１２及び図１３に示すように、ねじ軸１４ａ、１４ｂが互いに逆の回転方向に異なる回転速度で回転すると、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂは、それぞれ異なる速度で互いに逆方向に移動する。このとき、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂは、互いの間隔を変化させながら逆方向に移動し、Ｚテーブル２０は、高さを変えながらＸ軸方向に移動する。

図１２に示すように、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂが異なる速度で互いに接近すると、Ｚテーブル２０は、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂのうち相対的に移動速度が遅い方が位置する側にＸ軸方向の位置を変えながらＺ軸方向に移動する。図１２では、Ｘテーブル１０ａの
移動速度が遅い場合を示しており、Ｚテーブル２０は、Ｘテーブル１０ａが位置する側（図の左側）に移動しながら上昇する。

図１３に示すように、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂが異なる速度で互いに離間すると、Ｚテーブル２０は、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂのうち移動速度が相対的に速い方が位置する側にＸ軸方向の位置を変えながらＺ軸方向に移動する。図１３では、Ｘテーブル１０ｂの移動速度が速い場合を示しており、Ｚテーブル２０は、Ｘテーブル１０ｂが位置する側（図の右側）に移動しながら下降する。

＜＜１軸案内（Ｚ軸）＞＞
図１４及び図１５に示すように、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂが互いに逆方向に移動するようにねじ軸１４ａ、１４ｂが互いに逆方向に回転し、かつ、このときのねじ軸１４ａ、１４ｂの回転速度が同じ場合には、Ｚテーブル２０はＸ軸方向の位置を変えずにＺ軸方向にのみ移動する。図１４に示すように、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂが同じ速度で互いに接近すると、Ｚテーブル２０は上昇する。図１５に示すように、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂが同じ速度で互いに離間すると、Ｚテーブル２０は下降する。

＜３軸直交案内装置＞
図４及び図５に示すように、３軸直交案内装置としての３軸直交案内部６は、上述した２軸直交案内部５と、第３移動体としてのＹテーブル３０と、第３案内機構としての移動ブロック３１及び軌道レール３２と、を備える。

軌道レール３２は、Ｚテーブル２０上に固定されており、Ｙ軸方向に延びている。移動ブロック３１は、ボール等の転動体を介して軌道レール３２に組み付けられ、軌道レール３２上をＹ軸方向に移動自在に構成されている。Ｙテーブル３０は、移動ブロック３１上に固定されている。

＜３軸直交・回転案内装置＞
図４及び図５に示すように、３軸直交・回転案内装置４は、上述した３軸直交案内部６と、さらに、テーブル３の下面に固定される回転体としての回転台４０と、該回転台４０をＹテーブル３０に対して所定の角度範囲で傾動・回転可能に支持する軸４１と、を備える。

図１６に示すように、回転台４０と軸４１はいわゆる球面軸受により連結されている。軸４１は、一端がＹテーブル３０に固定され、Ｚ軸方向に延びるとともに、他端に球状端部４１ａを有している。軸４１は、一端に設けられたねじ部４１ｃがＹテーブル３０の上面に設けられたねじ穴にねじ込まれることで固定される。回転台４０は、２つの分割体４０１、４０２で構成されており、ボルト４０３等の結合手段により一体化されて軸４１の球状端部４１ａに組み付けられる。回転台４０には球面状の凹部４０ａが設けられており、この凹部４０ａに軸４１の球状端部４１ａが複数のボール（鋼球）４２を介して嵌め込まれる。

複数のボール４２は、予圧をかけて凹部４０ａと球状端部４１ａに対して隙間なく組み付けられている。また、複数のボール４２は、保持部材４３により凹部４０ａと球状端部４１ａとの間で転動自在、かつ脱落が防止されるように保持されている。

回転台４０は、複数のボール４２が荷重を受けながら転動することにより、軸４１に対してがたつきなくスムーズに傾動・回転する。回転台４０は、軸部４１ｂに接触する角度まで傾動することができる。

上記球面軸受は、本実施例に適用可能な球面軸受の一例である。上記構成以外の他の従来技術を適宜採用することも可能である。また、テーブル３を、Ｙテーブル３０に対して所定の角度範囲で傾動・回転可能に支持できるものであれば、球面軸受に限られるものではなく、他の機構を用いてもよい。

＜＜直線案内装置＞＞
図１７〜図１９を参照して、上述した各直線案内装置（案内機構、案内部）の具体的な構成について説明する。以下の説明では、各移動ブロック１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１をまとめて移動ブロック１０１とし、各軌道レール１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２をまとめて軌道レール１０２とする。なお、以下に記す直線案内装置は、装置全体の幅寸法が若干小さなものを示しているが、前述したテーブル装置においては、これに比して幅寸法が大きなものが採用されている。但し、両者の基本的構成は同様である。

図１７に示すように、直線案内装置１００は、移動ブロック１０１と軌道レール１０２とが多数の転動体としてのボール１０３を介して組み付けられる。移動ブロック１０１は、移動方向に見た断面形状が略門形となっており、軌道レール１０２を跨ぐように、軌道レール１０２に対して配置される。移動ブロック１０１は、ブロック本体１０１ａと、移動ブロック１０１の移動方向におけるブロック本体１０１ａの両端にそれぞれ取り付けられる蓋体（エンドプレート）１０１ｂと、を備える。

図１８に示すように、軌道レール１０２の側面には、ボール１０３を転動させるボール転走溝１０４が、移動ブロック１０１の移動方向に沿って片側２条ずつ計４条設けられている。移動ブロック１０１のブロック本体１０１ａにおける軌道レール１０２の側面との対向面には、ボール転走溝１０４にそれぞれ対応する４条のボール転走溝１０５が設けられている。これらボール転走溝１０４、１０５により、４条の負荷転走路１０６が形成される。

ブロック本体１０１ａには、移動ブロック１０１の移動方向に沿って延びる４つの貫通孔が設けられている。この４つの貫通孔は、４条の負荷転走路１０６にそれぞれ対応するボール戻し通路１０７としてそれぞれ機能する。

蓋体１０１ｂには、対応する負荷転走路１０６とボール戻し通路１０７とをそれぞれ連通する４つの方向転換路１０８が設けられている。また、蓋体１０１ｂの外側の面には、略門形のエンドプレート１０１ｃがねじ１０１ｄを螺合して取り付けられている。

図１９に示すように、負荷転走路１０６とボール戻し通路１０７と方向転換路１０８とによってボール１０３を無限循環させる無限循環路１０９が形成される。多数のボール１０３は、連結体１１０によって連結されている。連結体１１０は、隣接するボール１０３の間に配置される多数の間座１１０ａと、各間座１１０ａを連結する薄板状のベルト１１０ｂと、を備えている。各ボール１０３は、間座１１０ａとベルト１１０ｂとによって囲まれて転動自在に保持される。また、無限循環路１０９には、ベルト１１０ｂが摺動自在に嵌合する連結体案内溝１１１が設けられている。連結体１１０は、ベルト１１０ｂが連結体案内溝１１１と摺動することにより、無限循環路１０９内を案内される。

ボール１０３は、移動ブロック１０１の移動に伴って負荷転走路１０６の一端から他端に向かって荷重を受けながら転動する。その後、方向転換路１０８によってすくい上げられ、ボール戻し通路１０７の一端側へと案内される。ボール戻し通路１０７を通ってボール戻し通路１０７の他端側へと案内されると、方向転換路１０８を介して再度負荷転走路１０６に導かれる。ボール１０３は、この繰り返しによって、移動ブロック１０１の移動に伴って無限循環路１１０を循環する。

本実施例の３軸直交・回転案内装置４では、各直線案内装置における荷重条件が異なるため、使用箇所に適した予圧をボール１０３に付与すべく移動ブロック１０１と軌道レール１０２は荷重条件に基づいてそれぞれ個別に設計される。具体的には、図１８の断面において、ボール１０３のボール転走溝１０４、１０５に対する接触方向（ボール１０３とボール転走溝１０４、１０５との接点を結ぶ線の延びる方向）と、上下２条のボール列の中央を通る水平線と、がなす角度を適宜設定する。角度の設定は、ボール転走溝１０４、１０５の溝断面形状を適宜変更することにより可能である。設定方法は従来技術であり具体的な説明は省略する。また、レール及び移動ブロックの断面形状、無限循環路の条数及び形態は、適宜変更され得るものである。また、本実施例では、転動体としてボールを用いた例を示しているが、これに限らずローラも適用可能である。

＜＜ねじ送り機構＞＞
図２０を参照して、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂを駆動するためのねじ送り機構の具体的な構成について説明する。Ｘテーブル１０ａ、１０ｂをそれぞれ駆動する各ねじ送り機構は、いずれも同じ構成である。以下の説明では、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂをまとめてＸテーブル１０とし、駆動モータ１３ａ、１３ｂをまとめて駆動モータ１３とし、ねじ軸１４ａ、１４ｂをまとめてねじ軸１４とする。

ねじ軸１４は、外周面に螺旋状のボール転走溝１４１が設けられている。ねじ軸１４には、ナット部材１４３が、転動体としての複数のボール１４４を介して組み付けられている。ナット部材１４３の内周面には、ボール転走溝１４１に対応する螺旋状のボール転走溝１４２が設けられている。ナット部材１４３は、端部にフランジ部１４３ａを有し、該フランジ部１４３ａにボルト等の結合手段によりＸテーブル１０が取り付けられている。

ボール１４４は、ボール転走溝１４１、１４２によって形成される負荷転走路内を転動自在に組み付けられている。ナット部材１４３には、負荷転走路内を転がるボール１４４の負荷転走路内における位置を、１リード前に戻すためのデフレクタ１４５が設けられている。ボール１４４は、デフレクタ１４５によってすくい上げられて一旦負荷転走路から外れ、ねじ軸１４の負荷転走路の外側を通り、負荷転走路の１リード前の位置に戻される。このように、複数のボール１４４は、デフレクタ１４５によって負荷転走路内を循環転動する。

駆動モータ１３の駆動によってねじ軸１４が回転すると、複数のボール１４４が荷重を受けながら負荷転走路内をねじ軸１４の周方向に沿って転がる。ボール１４４の転動によってナット部材１４３がねじ軸１４に対して相対運動することにより、Ｘテーブル１０がＸ軸方向に移動する。

上記ねじ送り機構は、本実施例において用いられるねじ送り機構の一例である。上記構成以外の他の従来技術を適宜採用することも可能である。例えば、リターンパイプを用いてボール１４４を循環させてもよい。あるいは、ナット部材１４３を、負荷転走溝と戻し通路が形成されたナット本体と、負荷転走路と戻し通路とを連通する連通路が形成されナット本体の両端に装着される側蓋と、で構成した、いわゆる側蓋タイプのボールねじとしてもよい。また、転動体は、ボールに限られるものではなく、ローラ等であってもよい。

さらに、Ｘテーブル１０ａ、１０ｂを駆動するための機構としては、ねじ送り機構に限られるものではなく、他の機構を用いてもよい。例えば、リニアモータを用いて直接駆動するようにしてもよい。あるいは、油圧等の液圧、空気圧等のガス圧を利用する流体油アクチュエータを利用してもよい。

＜テーブル装置全体の動作＞
図２１〜図２６を参照して、テーブル装置全体の動作について説明する。

以下の説明では、３軸直交・回転案内装置４ａ〜４ｃを単に「案内装置４ａ〜４ｃ」とし、また、区別する必要がない場合は「案内装置４」とする。また、図２１〜図２６では、案内装置４の支持位置の変位をわかりやすくするため、案内装置４自体を模式的に図示している。

また、案内装置４は、図１に図示した配置と同様に配置されている。すなわち、３つの案内装置４のうち案内装置４ａ、４ｂは、Ｘテーブル１０の可動方向が図におけるＸ軸方向と一致するように配置されている。一方、案内装置４ｃは、Ｘテーブル１０の可動方向が図におけるＹ軸方向と一致するように配置されており、Ｘテーブル１０はＹ軸方向に移動し、Ｙテーブル３０はＸ軸方向に移動する。

＜＜動作例１＞＞
図２１は、テーブル装置１の平面図（Ｚ軸方向にみた図）であり、テーブル３を基台２に対してＸ軸方向に移動させるときの様子を示している。

テーブル３は、基台２に対して水平かつ垂直軸回り（θ方向）に傾きのない状態で支持されている。案内装置４ａ、４ｂのそれぞれのＸテーブル１０が互いに同期してＸ軸方向に移動し、案内装置４ｃにおいて、案内装置４ａ、４ｂからのＸ軸方向の駆動力を妨げないようにＹテーブル３０がＸ軸方向に移動する。これにより、テーブル３を上記姿勢を維持したままＸ軸方向に移動させることができる。このとき必要となる駆動力は、案内装置４ａ、４ｂのそれぞれの駆動モータ１３のみであり、案内装置４ｃについては駆動モータ１３を駆動する必要はない。

＜＜動作例２＞＞
図２２は、テーブル装置１の平面図（Ｚ軸方向にみた図）であり、テーブル３を基台２に対して基台２に垂直な軸Ｐ回りに回転させるときの様子を示している。

この動作は、３つの案内装置４が互いに同期してそれぞれのＸテーブル１０を駆動させることにより実現される。この動作において、テーブル３に対する各案内装置４の支持位置は、該支持位置を通る仮想円の円周上を同一の回転方向（図では反時計回り）で変位し、テーブル３が軸Ｐ回りに回転する。

図中の矢印で示すように、各案内装置４は、回転方向に略倣った方向にそれぞれのＸテーブル１０を移動させる。案内装置４ａ、４ｂは、Ｘ軸方向において互いに逆向きに移動するようにＸテーブル１０を駆動し、案内装置４ｃでは、Ｙ軸方向に移動するようにＸテーブル１０を駆動する。各案内装置の支持位置を結ぶと略正三角形が形成される。この略正三角形の位置関係を維持すべく、各案内装置４においてＹテーブル３０が移動するとともに、回転台４０が軸Ｐに平行な回転軸周りに回転する。

＜＜動作例３＞＞
図２３は、テーブル装置１の平面図、図２４は、図２３をＹ軸方向にみた模式図であり、テーブル３を基台２に対して水平かつテーブル３の中心を通る軸Ｑ回り傾動させるときの様子を示している。

この動作は、案内装置４ａ、４ｂにおいてそれぞれＸテーブル１０をＸ軸方向に移動させながらＺ軸方向に下降させる動作（例えば、図９、図１１、図１３などに示す動作）を行うとともに、案内装置４ｃにおいてＸテーブル１０をＹ軸方向には変位させずにＺ軸方
向に上昇させる動作（例えば、図１４に示す動作）を行なうことにより実現される。このとき、案内装置４ｃでは、テーブル３の傾動に合わせてＹテーブルがＸ軸方向に移動するとともに、各案内装置４において回転台４０が軸Ｑに平行な軸を中心に傾動する。

＜＜動作例４＞＞
図２５は、テーブル装置１の平面図、図２６は、図２５をＹ軸方向にみた模式図であり、テーブル３を、基台２に対して傾いた状態（図２３、図２４）から、基台２に対してテーブル３の中心を通りかつ基台２に垂直な軸Ｐ回り回転させるときの様子を示している。

図２２に示す動作と同様に、３つの案内装置４が互いに同期してそれぞれのＸテーブル１０を駆動させることにより、各案内装置４の支持位置が、仮想円の円周上を同一の回転方向で変位する。このとき、各案内装置４では、それぞれのＹテーブル３０が案内装置４の支持位置における上記略正三角形の位置関係を維持すべく移動するとともに、それぞれの回転台４０が傾きを維持したまま軸Ｐに平行な回転軸周りに回転する。これにより、テーブル３が軸Ｐ回りに回転する。

なお、この動作は、図２２に示す動作と図２３及び図２４に示す動作をと合成した一度の動作によって行なってもよい。また、図２５及び図２６に示す姿勢（基台２に対して回転・揺動した状態）を維持したまま、テーブル３の位置を基台３に対してさらに水平方向に変位させることも可能である。また、図２３及び図２４に示す動作と図２５及び図２６に示す動作をと組み合わせることで、軸Ｐと軸Ｑとの交点を不動点としたテーブル３の回転・揺動も可能である。

＜その他＞
本実施例のテーブル装置１は、上述した構成のほか、テーブル３を基台２に対して固定するブレーキ機構や、ねじ送り機構の送り量を検出する検出機構などを設けてもよい。

本実施例では、２軸直交案内部５が軌道レール２２ａ、２２ｂが上に向かって開く傾斜構造となっているが、２軸直交案内部５の構成はこれに限られるものではない。例えば、軌道レール２２ａ、２２ｂが下に向かって開く傾斜構造でもよい。また、軌道レール２２ａ、２２ｂの傾斜角が対称ではなく、それぞれ異なっていてもよい。軌道レール２２ａ、２２ｂの一方が垂直で、他方のみが傾斜する構成でもよい。あるいは、異なる方向の運動変換が可能な構成であれば、例えば、カム機構を利用した構成など他の構成を採用してもよい。

本実施例では、転動体を介して転がり案内する転がり直線運動案内装置を介して、Ｘテーブル１０、Ｙテーブル３０、Ｚテーブル２０を案内しているが、高剛性が要求されないような用途であれば、すべり案内する構成でもよい。回転台４０の案内部についても同様に転がり案内ではなくすべり案内としてもよい。また、ボールが無限循環する形式の転がり案内に限られず、ボールが循環しない、いわゆる有限形式の転がり案内装置としてもよい。

また、本実施例における個々の案内機構としては、直線的な案内に限られず、曲線状の案内を行うようにしてもよい。すなわち、本実施例では、各レールが全て直線状に設けられているが、曲線状に延びるレールを用いてもよい。

また、上述した本実施例に係る２軸直交案内装置の案内動作は一例である。例えば、各テーブルの移動速度の速度差の大きさに応じて案内動作も変化し、また、各テーブルが変速制御されれば案内動作のバリエーションが幾通りも存在することは言うまでもない。本実施例に係るテーブル装置１の動作についても、上述した動作はあくまで一例である。３
つの案内装置４の動作を種々に組み合わせることで、実現可能なテーブル３の動作が幾通りも存在することは言うまでもない。

本実施例に係るテーブル装置１では、２軸直交案内部５と回転体４０との間にＹ軸方向の案内機構（Ｙテーブル３０、移動ブロック３１、軌道レール３２）を配置した構成としているが、例えば、２軸直交案内部５と基台２との間にＹ軸方向の案内機構を配置し、Ｚテーブル２０と回転体４０との間の球面軸受機構により連結する構成としてもよい。同様に、本実施例では、回転体４０と軸４１とによる回転案内機構をテーブル３とＹテーブル３０との間に配置しているが、回転案内機構を２軸直交案内部５とＹテーブル３０の案内機構との間に配置してもよい。例えば、軌道レール３２とＺテーブル２０との間を球面軸受により回転・傾動自在に連結し、Ｙテーブル３０をテーブル３に固定するような構成としてもよい。

＜本実施例の優れた点＞
本実施例に係る２軸直交案内装置（２軸直交案内部５）によれば、Ｚテーブル２０の互いに直交する２つの軸方向（Ｘ−Ｚ）の運動を、一対のＸテーブル１０ａ、１０ｂの運動のみによって実現することができる。したがって、Ｚテーブル２０の運動のための専用の動力源は不要であり、２軸直交案内装置の構成をシンプルにすることができる。

本実施例に係る２軸直交案内装置によれば、Ｚテーブル２０の２軸における運動は、一対のＸテーブル１０ａ、１０ｂの次のような運動によって実現することができる。例えば、Ｚテーブル２０のＸ軸方向の移動は、一対のＸテーブル１０ａ、１０ｂが、案内部の間隔をＺテーブル２０のＸ軸方向の長さで維持したまま、同じ方向に移動することにより実現することができる。また、Ｚテーブル２０のＺ軸方向の移動は、一対のＸテーブル１０ａ、１０ｂが互いに接近または離間して案内部の間隔を変化させることで実現することができる。

本実施例に係る２軸直交案内装置によれば、移動ブロック２１と軌道レール２２とによる案内装置を利用して案内部を構成することにより、精度の高い２軸運動を実現することができる。

本実施例に係る２軸直交案内装置によれば、一対のＸテーブル１０ａ、１０ｂのそれぞれの運動とＺテーブル２０の運動とを、一対の駆動手段によってそれぞれ独立して制御することができる。これにより自由度の高い案内動作が可能となる。

本実施例に係る３軸直交・回転案内装置４によれば、テーブル３の水平移動、昇降、回転、傾きの各運動を、単一の案内ユニットとして案内することができる。

本実施例に係る３軸直交・回転案内装置４によれば、２軸直交案内部５に対して回転体４０を回転させるように構成（回転案内機構をテーブル３とＹテーブル３０との間に配置）したことで、３つの３軸直交・回転案内装置４ａ〜４ｃによりテーブル装置１を構成したときの各３軸直交・回転案内装置４の連動動作の制御を容易に行うことができる。例えば、テーブル３がθ方向に回転した状態において、この姿勢のままテーブル３をＸ軸方向及びＹ軸方向に平行移動させる場合を考えると、テーブル３が回転してもＸ軸方向に案内する案内装置４ａ、４ｂとＹ軸方向に案内する案内装置４ｃとの間の直交関係は保たれたままとなるので、案内装置４ａ、４ｂのみ、または案内装置４ｃのみを動かすことにより、平行移動を実現することができる。すなわち、各案内装置４ａ〜４ｃを互いに複雑に同期させる必要がなく、容易に制御することが可能である。

本実施例に係るテーブル装置１によれば、３つの３軸直交・回転案内装置４によって安
定したテーブル３の支持が可能である。また、各ユニットがそれぞれ単独でテーブル３の水平移動、昇降、回転、傾きの各運動を案内可能なので、各ユニットの配置の自由度が高い。したがって、従来技術では困難であったテーブル装置全体を貫通する開口部を設けることが可能となり、テーブル装置の適用可能な用途の拡大を図ることができる。

本実施例に係るテーブル装置１によれば、また、３つの３軸直交・回転案内装置４の自由度の高い支持によりテーブル装置１の各構成部材の組み付け誤差を吸収することが可能であり、精度の高い位置決めを実現することができる。

本実施例に係るテーブル装置１によればまた、各３軸直交・回転案内装置４は、お互いの運動を妨げることがないので、従来のような中間の連結部材等が不要である。したがって、各３軸直交・回転案内装置４はそれぞれテーブル３と直接連結することでき、部材点数や装置高さを抑えることができる。

１…テーブル装置、２…基台、３…テーブル、４…３軸直交・回転案内装置、５…２軸直交案内部、６…３軸直交案内部、１０…Ｘテーブル、１１…移動ブロック、１２…軌道レール、１３…駆動モータ、１４…ねじ軸、１５…傾斜面、２０…Ｚテーブル、２１…移動ブロック、２２…軌道レール、２３…傾斜面、３０…Ｙテーブル、３１…移動ブロック、３２…軌道レール、４０…回転台、４１…軸

Claims (11)

1. 一対の第１移動体と、
   互いに直交する２軸を想定した場合に、該２軸のうちの第１の軸方向に前記一対の第１移動体をそれぞれ独立して移動自在に案内する第１案内機構と、
   第２移動体と、
   該第２移動体を支持し、前記一対の第１移動体における前記第１の軸方向の間隔を接近または離間させる方向に変化させる相対運動を前記第２移動体における前記２軸のうちの第２の軸方向の運動に変換し、前記第２移動体を前記第２の軸方向に沿って移動自在に案内する第２案内機構と、
   を備えることを特徴とする２軸直交案内装置。
2. 前記第２案内機構は、前記一対の第１移動体と前記第２移動体とを作動連結するとともに、前記第１の軸と前記第２の軸を含む仮想面内において前記第２の軸に対してそれぞれ異なる角度で延びて前記第２移動体を挟むように支持する一対の案内部を有しており、
   前記一対の案内部は、前記第１の軸方向における間隔が前記第２の軸方向に沿って徐々に大きくまたは小さくなっているとともに、前記一対の第１移動体を接近または離間させる方向に移動させることにより前記間隔が変化し、前記第２移動体は、前記間隔が前記第２移動体の前記第１の軸方向の長さとなる位置まで前記第２の軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の２軸直交案内装置。
3. 前記一対の案内部は、
   前記第１移動体または前記第２移動体のいずれか一方に固定され、前記それぞれ異なる角度で延びる一対の軌道台と、
   前記第１移動体または前記第２移動体のいずれか他方に固定され、前記一対の軌道台上をそれぞれ移動可能に構成された一対の移動台と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の２軸直交案内装置。
4. 前記第１案内機構は、前記一対の第１移動体をそれぞれ独立して駆動する一対の駆動手段を備えることを請求項１〜３のいずれかに記載の２軸直交案内装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の２軸直交案内装置と、
   第３移動体と、
   前記２軸を含む仮想平面と直交する第３の軸を想定した場合に、前記第３移動体を前記２軸直交案内装置に対して前記第３の軸方向に移動自在に組付ける第３案内機構と、
   を備えたことを特徴とする３軸直交案内装置。
6. 請求項５に記載の３軸直交案内装置と、
   回転体と、
   該回転体と前記３軸直交案内装置とを前記第２の軸を中心にして相対回転自在に組付ける回転案内機構と、
   を備えたことを特徴とする３軸直交・回転案内装置。
7. 前記回転案内機構が、さらに、前記回転体と前記３軸直交案内装置とを前記第１の軸および前記第３の軸を中心にして相対回転自在に組付けることを特徴とする請求項６に記載の３軸直交・回転案内装置。
8. 請求項５に記載の３軸直交案内装置と、
   前記３軸直交案内装置における２軸直交案内装置と第３案内機構とを前記第２の軸を中心にして相対回転自在に組付ける回転案内機構と、
   を備えたことを特徴とする３軸直交・回転案内装置。
9. 前記回転案内機構が、さらに、前記２軸直交案内装置と前記第３案内機構とを前記第１の軸および前記第３の軸を中心にして回転自在に組付けることを特徴とする請求項８に記載の３軸直交・回転案内装置。
10. 基台と、
    テーブルと、
    前記基台と前記テーブルとの間に組付けられる請求項６〜９のいずれかに記載の３軸直交・回転案内装置と、
    を備えることを特徴とするテーブル装置。
11. 前記３軸直交・回転案内装置を３つ備えることを特徴とする請求項１０に記載のテーブル装置。

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