JP2013213550A

JP2013213550A - テーブル装置

Info

Publication number: JP2013213550A
Application number: JP2012084523A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Iketaki; 和雄池滝
Original assignee: HIKARI DENDOKI CO Ltd
Current assignee: HIKARI DENDOKI CO Ltd
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-10-17

Abstract

【目的】ワーク搭載用のテーブル、その他の部材に熱膨張が生じても、動作障害が起こることを可及的に防止できるテーブル装置を提供すること。
【構成】請求項１に記載の発明は、リニアガイド装置を構成する案内レールと架台を固定するボルトと、当該ボルトを差し込む案内レールに設けた孔部との間に隙間を設け、案内レールを滑動可能に構成した。請求項２に記載の発明は、請求項１記載のテーブル装置において、リニアガイド装置を構成する案内レールと架台を固定するボルトと、当該ボルトを差し込む架台に設けた孔部との間に隙間を設け、案内レールを滑動可能に構成した。請求項３に記載のテーブル装置は、調整側リニアガイド装置のみに請求項１または請求項２に記載の滑動可能な案内レールを設けて構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、液晶パネルディスプレイの製造や検査などで使用されるテーブル装置に関する。

半導体製造装置、小型工作機械、測定装置等の機械装置において、位置決め用の案内に使用されるリニアガイド装置２は、図６、図７に示されるように案内レール５と、案内レール５の長手方向に相対移動するスライダ６と、スライダ６内に転動自在に組み込まれた多数の転動体１３とを備えており、スライダ６は、案内レール５上に形成された複数の転動体転動溝５ａと各々対向する複数の転動体転動溝６ｃを有するスライダ本体６ａと、スライダ本体６ａの一端と他端に装着された一対のエンドキャップ６ｂとを含んだ構成となっている。

上記リニアガイド装置は、図８に示されるように架台１上に設置されるものであり、設置方法は案内レール５に設けた孔部５ｂからボルトを差込み、架台１に固定するものである。

かかる構成を有するリニアガイド装置において、スライダと案内レールとの摺動をスムーズに行わせるための機構が特開２００３−５６５６２号公報に開示されている。

同公報記載のリニアガイド装置は、レールとスライダの間に摩擦係数の小さい補助部材を介在させることで、補助部材とスライダとが摺接してもスライダをスムーズに摺動させることを可能としたものである。

特開２００４−１９７２８号公報には、転動体が、案内レール上及びスライダ本体に形成された転動体転動溝と接する角度を、それぞれ異ならせることで転動体転動路の破損を防止するリニアガイド装置が開示されている。

上記リニアガイド装置を並設し、上部にわたりテーブルを架設し、当該テーブル上に製造用機材や検査用ツールなどを搭載し移動させながら、液晶パネルディスプレイの製造や検査等を行うための装置がある。かかるテーブル装置において、テーブル下面に設けられた駆動装置の発熱による変形を抑えることを可能とした装置が特開２００６−２８３８９２号公報に開示されている。この装置はリニアガイド装置を取り付ける架台の変形をスライダの変形で吸収させることで、発熱による変形を防ぐものである。

特開２００３−５６５６２号公報（図１、段落００２５参照）特開２００４−１９７２８号公報特開２００６−２８３８９２号公報

図８は一般的なテーブル装置の概略説明図である。図中１は架台、２はリニアガイド装置、３はワーク搭載用のテーブル、４はリニアモーター、５はリニアガイド装置を構成する案内レールであり、５ｂは案内レールを架台１に固定するボルトを挿し込むための孔部である。テーブル装置は基本的には、架台１に平行に対向配置されると共にワーク搭載用テーブル３を移動自在に案内支持するリニアガイド装置２と、前記ワーク搭載用テーブル３を前記架台１に対して前記リニアガイド２装置上の直線方向（Ｘ軸方向）に沿って往復動させるリニアモータ４とにより構成されている。

この駆動装置たるリニアモーターは、図９に示すように架台１上に設けた固定子４ａ
と、ワーク搭載用テーブル３の下面に設けた可動子４ｂとにより成るものである。図示されるように、可動子４ｂがテーブル３の直下に取り付けられることから、可動子４ｂの発熱に伴うテーブル３の膨張により、製造現場で様々な障害が発生している。

具体的には高重量搬送装置の動作停止、動作異常、潤滑劣化、ネジ緩み、軸受破損、ガイド部品破損、異音の発生、振動の発生、カップリング破損、減速機破損、ＴＣＧランナー破損、クラッチ滑り、トルクリミッター異常などである。これら障害は、ＡＣサーボモータ等その他の駆動装置を装備するテーブル装置でも散見される。ほとんどの場合、これらの事例は原因が判らず、部品不良或いは組立不良で処理されている。

しかし、本件出願人が多くの事例を解析した結果、ころがり摩擦が原理のリニアガイド装置に、大きな予圧が発生する事で潤滑劣化が進み、摩擦係数が上昇し、動かす為の力が大きく必要になることが原因であることが判明した。

そもそもリニアガイド装置において、ラジアルすきまをなくすために、案内レールとス
ライダ間の転動体に弾性変形を与えるべく予圧を与え、剛性を高めている。そこへテーブルの熱膨張に伴い、さらなる圧力が加わることで様々な障害が発生することが、上記各種障害の原因である。

つまりは、上記テーブルの熱膨張に伴い予圧が高まり、係る高予圧下で無理に動作させることで摩擦部の潤滑劣化が進み、摩擦係数が高まり、動作にさらに力が必要になることに障害原因がある。

具体的な事例として、長さ１００ｍｍ幅１２０ｍｍ高さ５ｍｍの標準的なステンレス製のテーブルが架台に対して２０度の温度差があり、案内レール間の幅が１００ｍｍの場合を想定する。ステンレスの温度係数は約１．７ｍｍ／１００ｍ／℃であり、弾性係数は約２１トン／ｍｍ^２である。テーブルの伸びは１００ｘ１．７ｘ１０^−５ｘ２０＝３４ミクロンとなり、１００ｍｍ間隔の案内レール上にあるテーブルが１００．０３４ｍｍになる。すると案内レールとスライダの間に隙間がなければ、スライダに予圧が発生する。

この予圧はステンレスの弾性係数から、２１トン／ｍｍ^２ｘ（５ｘ1００）ｍｍ^２ｘ０
．０３４／１００＝３５７０Ｋｇとなり、３．６トンの力がスライダを介して案内レールを広げようとすることになる。リニアーモーターやラックピニオンを使った装置では、モーターがテーブル上にあり、２０度程度の温度上昇があるのは通常の使い方である。

３トンの力が加わっても新品のリニアガイド装置の摩擦係数は０．０１程度であり、テーブルを動かすのに必要な力は３０００Ｋｇｘ０．０１＝３０Ｋｇとなり、動作に及ぼす影響は小さい。

ところが予圧が大きいことでリニアガイドの潤滑が早く劣化し、摩擦係数が０．０５程度になることは常態である。係る状態に至ると、テーブルを動かすのに必要な力は３０００Ｋｇｘ０．０５＝１５０Ｋｇ程度になる。かかる事態に至ると動作不良が惹起され、前記各種障害の予兆が起き始める。リニアガイド装置の出荷後半年程度で、動作不良、モーター異常発熱、潤滑劣化、ネジ緩み、ガイド部品破損、異音の発生、振動の発生、カップリング破損、フレーキング等の現象が生じることが報告されている。

また、ＡＣサーボモーターやリニアモーターの瞬時トルクは大変大きい為、その力で部品を壊すといった事故も発生している。例えば、スライダ６内の転動体１３が、圧力が加わった状態から、すなわち案内レールと摺動した状態（図７における１３ａ）から、圧力が解放された状態、すなわち案内レールと非摺動状態（図７における１３ｂ）に至る段階で、転動体１３が急激に噴射され、エンドキャップ６ｂが破損するといった事故も生じている。

また、案内レールを留めていたボルトの首部分が破損するという事故も発生している。

上記各種障害は、上記熱膨張に伴うリニアガイド間の平行度悪化やスライダを介した応力や反力が主原因である。そこで本発明は、ワーク搭載用のテーブル、その他の部材に熱膨張が生じても、動作障害が起こることを可及的に防止できるテーブル装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明の構成は次の通りである。

（１）請求項１に記載の発明は、ワーク搭載用のテーブルと、該テーブルを案内するリニアガイド装置と、リニアガイド装置を固定する架台とにより成るテーブル装置において、リニアガイド装置を構成する案内レールと架台を固定するボルトと、当該ボルトを差し込む案内レールに設けた孔部との間に隙間を設け、案内レールを滑動可能に構成した。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１記載のテーブル装置において、リニアガイド装置を構成する案内レールと架台を固定するボルトと、当該ボルトを差し込む架台に設けた孔部との間に隙間を設け、案内レールを滑動可能に構成した。

（３）請求項３に記載のテーブル装置は、調整側リニアガイド装置のみに請求項１又は請求項２に記載の滑動可能な案内レールを設けて構成した。

以下、上記のように構成される本発明が如何にして課題を解決する効果を有するかを、図面を参照して概説する。

図１乃至図５に示すように、本発明にかかるテーブル装置は通常のテーブル装置と同様に、架台１上にリニアガイド装置２を設け、リニアガイド装置２上にテーブル１０を設けるものである。

請求項１記載のテーブル装置は、図１に示すように案内レール７と架台１を固定するボルト８と、当該ボルト８を嵌挿する案内レール７に設けた孔部９との間に、隙間１１が設けてある。それゆえ、テーブル１０が熱膨張すると、テーブル１０及びスライダ６と案内レール７より成るリニアガイド装置２は、テーブル１０の進行方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に滑動し、図２に示す状態に至る。

このように、熱膨張に伴う応力や反力を逃がすことで、リニアガイド装置に無用の力がかかることを抑制可能となり、リニアガイド間の平行度悪化、その他上述の様々な障害の発生を可及的に防止することが可能となるのである。

請求項２記載のテーブル装置は、図３に示すように案内レール７と架台１を固定するボルト８と、当該ボルト８を嵌挿する架台１に設けた孔部１４との間に、隙間１５が設けてある。それゆえ、テーブル１０が熱膨張すると、テーブル１０及びスライダ６と案内レール７より成るリニアガイド装置２は、テーブル１０の進行方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に滑動し、図４に示す状態に至る。

このように、熱膨張に伴う応力や反力を逃がすことで、リニアガイド装置に無用の力がかかることを抑制可能となり、リニアガイド間の平行度悪化、その他上述の様々な障害の発生を可及的に防止することが可能となるのである。

本発明の場合、滑動部位には静摩擦が発生することになり、最大静止摩擦力を超えない限り滑動は始まらず、しかも滑動は間欠的に生じる。このことは、転がり摩擦を用いて熱膨張を逃がす装置、つまり連続的に滑動が生じる装置に比して、精度の確保が容易になるという利点を有する。

かようにして、本発明によれば、従来頻発した使用後半年程度で発生する原因不明の各種トラブルを、理論的な裏づけをもって解決できる。

また、高精度装置においてリニアガイド装置の真直度、平行度等を出す作業は、最も難しく時間がかかる作業になっている。具体的には、まず基準側のリニアガイド装置の案内レールとスライダを固定し、調整側のリニアガイド装置で調整して取付け精度を出している。

ところが、請求項３記載の発明によれば、図５に示すように基準側リニアガイド装置２ａとテーブル１０は滑動不可能な形態で緊締固着されており、つまりは基準側レール精度のみでヨーイング等の精度が決定され、調整側のレールの精度（平行度）は、一定範囲内であればよく、調整が大幅に楽になる。調整側リニアガイド装置２ｂは、剛性の高いテーブルを介して基準側と同じ動きをすることから、不都合は生じないものである。

また、本発明によれば動きに対して常に一定の力で良くなり、等速性を要求される装置にも多大の貢献が可能となる。

さらには、リニアガイドからの大きな予圧に対して、モーターから大きな駆動力を与えて動かしているのが現状であるが、本発明によれば、時間が経過しても、当初の設計仕様通りの動きが可能となり、電力消費の安定した装置を作る事が可能になる。

請求項１記載のテーブル装置の概略説明図同、熱膨張した状態を示す概略説明図請求項２記載のテーブル装置の概略説明図同、熱膨張した状態を示す概略説明図請求項３記載のテーブル装置の概略説明図リニアガイド装置の概略説明図一部切開したリニアガイド装置の概略説明図テーブル装置の概略説明図テーブル装置の概略説明図

本発明は図５に示されるように、通常のテーブル装置と同様、架台１上にリニアガイド装置２を設け、リニアガイド装置２上にテーブル１０を設けるものである。

架台１、テーブル１０は金属やセラミックその他素材は問わないが、平坦度を高く保って加工された水平面を備えるものである。

リニアガイド装置２としては、通常のリニアガイド、つまり案内レールと、案内レールの長手方向に相対移動するスライダと、スライダ内に転動自在に組み込まれた多数の転動体とを備えたものを使用可能であるが、他にも、例えば同一形状の軌道部材と移動部材との間に多数のローラを一列に配列したクロスローラガイドやローラガイド等も使用することも可能である。

テーブル１０の送り機構としては、リニアモーター、ＡＣサーボモーター、ボールねじ、その他汎用の機構を利用できる。

請求項１記載のテーブル装置では、図１、図２に示すようにテーブル１０とスライダ６が滑動不可能な形態で緊締固着されている。取付方法は、図示されていないが通常のテーブル装置と同様に、スライダ６上面に設けられた雌ネジを利用し、テーブル１０の上面側からボルトを介して締結固定するようになっている。

案内レール７と架台１との取付方法は、案内レール７に設けた、ボルト８の頭部８ａを嵌挿可能な孔部７aから、ボルト８を差し入れ、ボルト８の軸部８ｂを案内レール７に設けた孔部９に緩挿し、架台１に設けた雌ネジで固定するものである。

この際、孔部９とボルト８の軸部８ｂとの間には、隙間１１が設けられている。これにより、テーブル１０及び案内レール７は、進行方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に滑動可能なものである。隙間１１の幅は２０〜１００ミクロン程度設ければ熱膨張の逃げとして十分であると共に、装置本来の動作（定常トルク、起動トルク、過渡特性等）に影響をおよぼすことも無いものである。

請求項２記載のテーブル装置では、図３、図４に示すようにテーブル１０とスライダ６が滑動不可能な形態で緊締固着されている。取付方法は、図示されていないが通常のテーブル装置と同様に、スライダ６上面に設けられた雌ネジを利用し、テーブル１０の上面側からボルトを介して締結固定するようになっている。

案内レール７と架台１との取付方法は、案内レール７に設けた、ボルト８の頭部８ａを嵌挿可能な孔部７aから、ボルト８を差し入れ、ボルト８の軸部８ｂを架台１に設けた孔部１４に緩挿し、案内レール７に設けた雌ネジで固定するものである。

この際、孔部１４とボルト８の軸部８ｂとの間には、隙間１５が設けられている。これにより、テーブル１０及び案内レール７は、進行方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に滑動可能なものである。隙間１５の幅は２０〜１００ミクロン程度設ければ熱膨張の逃げとして十分であると共に、装置本来の動作（定常トルク、起動トルク、過渡特性等）に影響をおよぼすことも無いものである。

かようにして本発明によればＹ軸方向に対してすべり摩擦（静摩擦）を利用した逃げを設けることが可能となり、ボルトの締付けトルクとすべり部の摩擦係数を利用して、ある一定以上の力が加わった時のみ、すべる機構にしておけば、剛性には影響を与えず逃げが実現可能となる。

ボルト８と孔部９の間には、緩み止めのためにスプリングワッシャーを介在させたり、或いはナットを介在させてもよい。スプリングワッシャーを使用すれば、常に一定の面圧を加え、摩擦係数の作用で、ある程度以上の力の発生がなければ動かない構造にすることが可能となる。

具体的には、呼び径Ｍ６の鋼製バネ座金のバネ常数は約２．７ｋＮ／ｍｍであり、仮に摩擦係数が０．１であれば２７０Ｎの力でスベル（滑動する）ことになる。ガイドレールは通常５０ｍｍ間隔でボルト固定されており、２０個のボルトで固定した場合５４００Ｎの予圧が発生した時にスベルことになる。この大きさは３トン（２９４００Ｎ）程度の予圧を考えれば丁度よい程度の値と考えられる。

請求項３記載のテーブル装置においては、図５に示すように調整側リニアガイド装置２ｂのみに、上記請求項１又は請求項２記載の、滑動可能なテーブル装置が組み込まれている。基準側リニアガイド装置２ａは案内レール５と架台１はボルト１２を用いて滑動不可能な形態で緊締固着されている。

以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

１・・架台
２・・リニアガイド装置
３・・ワーク搭載用テーブル
４・・リニアモーター
４ａ・・固定子
４ｂ・・可動子
５・・案内レール
５a・・孔部
６・・スライダ
６ａ・・スライダ本体
６ｂ・・エンドキャップ
６ｃ・・転動体転動溝
７・・案内レール
７a・・孔部
８・・ボルト
９・・孔部
１０・・テーブル
１１・・隙間
１２・・ボルト
１３・・転動体
１４・・孔部
１５・・隙間

Claims

ワーク搭載用のテーブルと、該テーブルを案内するリニアガイド装置と、リニアガイド装置を固定する架台とにより成るテーブル装置において、
リニアガイド装置を構成する案内レールと架台を固定するボルトと、当該ボルトを差し込む案内レールに設けた孔部と、の間に隙間を設け、案内レールを滑動可能としたテーブル装置。
リニアガイド装置を構成する案内レールと架台を固定するボルトと、当該ボルトを差し込む架台に設けた孔部と、の間に隙間を設け、案内レールを滑動可能とした請求項１に記載のテーブル装置。
調整側リニアガイド装置のみに、請求項１又は請求項２に記載の滑動可能な案内レールを設けたテーブル装置。