JP2014084975A - 直動テーブル装置及び直動テーブル装置のボールねじサポート機構 - Google Patents

Abstract

【課題】移動部の走行条件に最適な仕様のリニアガイドを選択し、装置コストの低減化、
移動テーブルの高精度な移動制御を実現することができる直動テーブル装置を提供する。
【解決手段】高速送りの移動テーブル２８を移動自在に支持する第１リニアガイド２６ａ
，２６ｃを、高負荷容量仕様及び高速仕様のリニアガイドとし、送りねじ軸３０の両端部
を支持するねじ軸支持部３３，３４を移動自在に支持する第２リニアガイド３３ａ，３３
ｄ，３４ａ，３４ｄを、低負荷容量及び標準速度仕様とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械や半導体製造装置などで用いられる直動テーブル装置に関する。

工作機械や半導体製造装置などでは、ワークあるいは加工ツール等を所定位置に搬送するユニットとして直動テーブル装置が使用されている。

直動テーブル装置は、基台上にリニアガイドを介して設けた移動テーブルを、駆動モータの動力伝達による送りねじ軸の回転により直線移動させる装置であり、例えば特許文献１の装置が知られている。

この装置は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、一端側に左ねじ及び右ねじの一方１０ａが形成され、他端側に左ねじ及び右ねじの他方１０ｂが形成されているねじ軸１０と、このねじ軸１０の左ねじ及び右ねじの一方１０ａに螺合している第１ナット１１と、この第１ナット１１を基台１２に固定する第１ナットブラケット１３と、ねじ軸１０の左ねじ及び右ねじの他方１０ｂに螺合している第２ナット１４と、第２ナット１４を移動テーブル１５に固定する第２ナットブラケット１６と、ねじ軸１０に回転駆動力を伝達する駆動モータ１７と、ねじ軸１０の長手方向の両端及び中央部を回転自在に支持するボールねじサポート部１８とを備えている。

ボールねじサポート部１８は、基台１２に設けたリニアガイド１９に支持されながら基台１３の長手方向に移動する直方体形状の部材であり、このボールねじサポート部１８の上部には、移動テーブル１５を長手方向に移動させるリニアガイド２０が設けられている。

また、ボールねじサポート部１８には、ねじ軸１０の右ねじ部及び左ねじ部の他方１０ｂ側の端部を回転自在に支持する軸受２１と、ねじ軸１０の右ねじ部及び左ねじ部の一方１０ａ側の端部を回転自在に支持する軸受２２と、ねじ軸１０の長手方向の中央部のねじが形成されていない外周１０ｃを回転自在に支持する中間サポートとしての軸受２３とが配置されている。

この図３（ａ）、（ｂ）の装置によると、駆動モータ１７の回転駆動力がねじ軸１０に伝達されると、ボールねじサポート部１８の左方（或いは右方）移動と同時に移動テーブル１５も左方（或いは右方）に移動し、通常のボールねじ装置と比較して２倍のストロークで高速送りを行う。

特開２００３−１２７０４４号公報

ところで、工作機械や半導体製造装置等のテーブルでボールねじを高速移動（回転）で使用する場合、ねじ軸の回転周期がねじ軸の固有振動数と一致すると共振するため危険となることが想定される。

このような場合、前記特許文献１にも示されるとおり、中間サポートを設けて、ねじ軸の支持スパンを短くし固有振動数を高くすることが知られている。

この構成としては、左右ねじの間に中間サポートとして軸受を配し、中間サポートは、ねじ軸を両端で支持している軸受の固定部材と、中間サポート用の軸受の固定部材が連結しているという特徴がある。

しかしながら、前記特許文献１の特徴であるねじ軸を両端で支持する軸受の固定部材と、中間サポート用の軸受の固定部材を連結構造とすると、連結部分が必要となり装置全体の質量（慣性質量）が大きくなる。そのため、モータの大型化（大トルクが必要）、装置の大型化等の課題が生じてしまう。

そこで、上記課題を解決するため、中間サポート用軸受の固定部材と、ねじ軸を両端で支持する軸受の固定部材とは別々な部材とし、更には、中間サポート部のサポートの固定部材をリニアガイドで案内することで可動とすることにより中間サポート周りの構造を簡素化し装置全体の質量を下げ得ることを見出し、本発明を完成させた。

本発明の直動テーブル装置及び直動テーブル装置のボールねじサポート機構によれば、装置全体の質量低減による省エネルギー効果、モータ小型化による省エネルギー効果、更にはコストダウンの効果を得られる。

本発明の一例である高速送り用直動テーブル装置を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の一例である低速送り用直動テーブル装置を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 従来の直動テーブル装置の構造を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。 本発明の一例を説明する図である。 本発明の一例を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る第１実施形態の高速送り用直動テーブル装置を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示すものである。

本実施形態の直動テーブル装置は、基台２５上にリニアガイド２６を介して設けた第１及び第２テーブル２７，２８を直線移動させる装置である。

リニアガイド２６は、基台２５上に平行に延在して固定した一対のレール２６ａと、第１テーブル２７の下面に固定されてレール２６ａ上を摺動するスライダ２６ｂと、第２テーブル２８の下面に固定されてレール２６ａ上を摺動するスライダ２６ｃと、で構成されている。

ここで、リニアガイド２６のスライダ２６ｂは、高負荷容量仕様及び高速仕様の高速送り用スライダが仕様されている。高負荷容量仕様とは、例えばローラガイドを備えたものであって高加減速に耐えるスライダである。また、高速仕様とは、高速用エンドキャップ、セラミックス製転動体を備えたスライダである。

本実施形態の直動テーブル装置は、ねじ軸３０を備えている。このねじ軸３０は、一端側の外周に右ねじ３０ａが形成され、他端側の外周に、右ねじ３０ａに対して同一外径で同一ねじピッチの左ねじ３０ｂが形成されている。また、右ねじ３０ａ及び左ねじ３０ｂの境界の長手方向中央部の外周には、中間円筒部３０ｃが形成されている（図１の（ｂ）参照）。

そして、本実施形態の直動テーブル装置は、ねじ軸３０の右ねじ３０ａ側の端部に連結した駆動モータ３１と、ねじ軸３０の長手方向中央側の右ねじ３０ａを支持する第１支持部３２と、ねじ軸３０の右ねじ３０ａ側の端部を回転自在に支持する第２支持部３３と、ねじ軸３０の左ねじ３０ｂ側の端部を回転自在に支持する第３支持部３４と、ねじ軸３０の中間円筒部３０ｃを支持しながら第１テーブル２７に固定されている第４支持部３５と、ねじ軸３０の長手方向中央側の左ねじ３０ｂを支持しながら第２テーブル２８に連結されている第５支持部３６と、を備えている。

第１支持部３２は、基台２５の上面の長手方向略中央に固定された第１ナットブラケット３２ａと、ねじ軸３０の右ねじ３０ａに螺合して第１ナットブラケット３２ａに配置されている第１ナット３２ｂとで構成されている。

第２支持部３３は、ねじ軸３０の右ねじ３０ａ側の基台２５上に長手方向に延在して配置した一対のレール３３ａと、これらレール３３ａ上にスライダ３３ｄを介して載置され、基台２５の長手方向に移動自在とされている第２支持架台３３ｂと、ねじ軸３０の右ねじ３０ａ側の端部を回転自在に支持し、第２支持架台３３ｂに配置されている軸受３３ｃとを備えており、ねじ軸３０の右ねじ３０ａ側の端部に連結されている駆動モータ３１は、第２支持架台３３ｂ上に配置されている。

第２支持部３３のスライダ３３ｄは、低負荷容量仕様及び標準速度仕様のスライダが使用されている。低負荷容量仕様とは、高加減速に対して耐久性を有しない簡便な構造のスライダである。また、標準速度仕様とは、通常のエンドキャップ、転動体を備えたスライダである。

第３支持部３４は、ねじ軸３０の左ねじ３０ｂ側の基台２５上に長手方向に延在して配置した一対のレール３４ａと、これらレール３４ａ上にスライダ３４ｄを介して載置され、基台２５の長手方向に移動自在とされている第３支持架台３４ｂと、ねじ軸３０の左ねじ３０ｂ側の端部を回転自在に支持し、第３支持架台３４ｂに配置されている軸受３４ｃとを備えている。

第３支持部３４のスライダ３４ｄも、低負荷容量仕様及び標準速度仕様のスライダが使用されている。

第５支持部３６は、第２テーブル２８の下面に固定された第５ナットブラケット３６ａと、ねじ軸３０の長手方向中央側の左ねじ３０ｂに螺合して第５ナットブラケット３６ａに配置されている第５ナット３６ｂとで構成されている。

第４支持部３５は、第１テーブル２７の下面に固定されたブラケット３７と、ねじ軸３０の中間円筒部３０ｃを回転自在に支持してブラケット３７に配置されている軸受３８とを備えている。

なお、本発明の第１移動テーブルが第２テーブル２８に対応し、本発明の第１リニアガイドがリニアガイド２６のスライダ２６ｂ及びレール２６ａに対応し、本発明の送りねじ軸がねじ軸３０に対応し、本発明の駆動ナットが第１ナット３２ｂに対応し、本発明の固定ブラケットがナットブラケット３２ａに対応し、本発明の従動ナットが第５ナット３６ｂに対応し、本発明の第１移動ブラケットがナットブラケット３６ａに対応し、本発明の中間支持部が第４支持部３５に対応し、本発明のねじ軸支持部が第２支持部３３及び第３支持部３４に対応し、本発明の第２リニアガイドが、第２支持部３３のレール３３ａ及びスライダ３３ｄ、第３支持部３４のレール３４ａ及びスライダ３４ｄに対応している。

本実施形態の直動テーブル装置は、駆動モータ３１からねじ軸３０に、図１（ａ）の矢印Ａ方向から見て時計回りの右回りの回転力が伝達されると、第１支持部３２で右ねじ３０ａが螺合しているねじ軸３０が左方向に送り駆動され、第２支持部３３、第３支持部３４及び第４支持部３５も左方向に移動する。

また、ねじ軸３０が左方向に送り駆動されると、ねじ軸３０の左ねじ３０ｂに螺合している第５支持部３６の第５ナット３６ｂが、ねじ軸３０のストロークに対して２倍のストロークで左方向に移動し、この第５ナット３６ｂに第５ナットブラケット３６ａを介して連結する第２テーブル２８が高速で左方向に移動する。

一方、駆動モータ３１からねじ軸３０に、図１（ａ）の矢印Ａ方向から見て反時計回りの左回りの回転力が伝達されると、ねじ軸３０が右方向に送り駆動され、第２支持部３３、第３支持部３４及び第４支持部３５も右方向に移動する。また、ねじ軸３０が右方向に送り駆動されると、第５支持部３６の第５ナット３６ｂが、ねじ軸３０のストロークに対して２倍のストロークで右方向に移動し、第２テーブル２８は高速で右方向に移動する。

次に、本実施形態の直動テーブル装置の効果について説明する。

本実施形態の高速送り用直動テーブル装置は、高速送りで移動する第２テーブル２８を移動自在に支持するリニアガイド２６として高負荷容量仕様及び高速仕様のスライダ２６ｂを備えているので、第２テーブル２８を高加減速及び高速で移動しても、移動制御の精度を向上させることができる。

また、ねじ軸３０の両端部を回転自在に支持し、且つ基台２５上を移動自在とする第２支持部３３及び第３支持部３４は、低負荷容量仕様及び標準速度仕様のスライダ３３ｄ，３４ｄを備えているので、高速送り用直動テーブル装置の装置コストの低減化を図ることができる。

次に、図２は、本発明に係る第２実施形態の低速送り用直動テーブル装置を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示すものである。なお、図１で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態の直動テーブル装置は、基台２５上にリニアガイド４０を介して設けた第３テーブル４１を直線移動させる装置である。
リニアガイド４０は、基台２５上に平行に延在して固定した一対のレール４０ａと、第３テーブル４１の下面に固定されてレール４０ａ上を摺動するスライダ４０ｂと、で構成されている。

リニアガイド４０のスライダ４０ｂは、高負荷容量仕様、低速仕様及び揺動仕様の低速送り用スライダが仕様されている。低速仕様とは、極圧添加剤グリース封入、ローラガイドを使用したスライダである。また、揺動仕様とは、耐フレッティンググリース、ローラガイドを使用したスライダである。

本実施形態のねじ軸４２は、一端側の外周に右ねじ４２ａが形成され、他端側の外周に、右ねじ４２ａに対して同一外径であり、右ねじ４２ａのリードに対して僅かに小さな値のリードを有する左ねじ４２ｂが形成されている。具体的には、右ねじ４２ａのリードが１０ｍｍであり、左ねじ４２ｂのリードが９．９ｍｍに設定されている。

そして、本実施形態の直動テーブル装置は、ねじ軸４２の右ねじ４２ａ側の端部に連結した駆動モータ３１と、ねじ軸４２の長手方向中央側の右ねじ４２ａを支持する第１支持部３２と、ねじ軸４２の右ねじ４２ａ側の端部を回転自在に支持する第２支持部３３と、ねじ軸４２の左ねじ４２ｂ側の端部を回転自在に支持する第３支持部３４と、ねじ軸４２の長手方向中央側の左ねじ４２ｂを支持しながら第３テーブル４１に連結されている第５支持部３６と、を備えている。

第２支持部３３のスライダ３３ｄは、低負荷容量仕様及び標準速度仕様のスライダが使用されている。また、第３支持部３４のスライダ３４ｄも、低負荷容量仕様及び標準速度仕様のスライダが使用されている。

第５支持部３６は、第３テーブル４１の下面に固定された第５ナットブラケット３６ａと、ねじ軸４２の長手方向中央側の左ねじ４２ｂに螺合して第５ナットブラケット３６ａに配置されている第５ナット３６ｂとで構成されている。

なお、本発明の第２移動テーブルが第３テーブル２８に対応し、本発明の第３リニアガイドがリニアガイド４０のレール４０ａ及びスライダ４０ｂに対応し、本発明の送りねじ軸がねじ軸４２に対応し、本発明の駆動ナットが第１ナット３２ｂに対応し、本発明の固定ブラケットがナットブラケット３２ａに対応し、本発明の従動ナットが第５ナット３６ｂに対応し、本発明の第２移動ブラケットがナットブラケット３６ａに対応し、本発明のねじ軸支持部が第２支持部３３及び第３支持部３４に対応し、本発明の第４リニアガイドが、第２支持部３３のレール３３ａ及びスライダ３３ｄ、第３支持部３４のレール３４ａ及びスライダ３４ｄに対応している。

本実施形態の直動テーブル装置は、駆動モータ３１からねじ軸４２に、図２（ａ）の矢印Ｂ方向から見て時計回りの右回りの回転力が伝達されると、第１支持部３２で右ねじ４２ａが螺合しているねじ軸４２が左方向に送り駆動され、第２支持部３３及び第３支持部３４も左方向に移動する。ここで、ねじ軸４２が左方向に１０ｍｍ移動すると、第５支持部３６のねじ軸４２の左ねじ４２ｂに螺合している第５ナット３６ｂが右方向に９．９ｍｍ移動し、第３テーブル４１は基台２５に対して左方向に０．１ｍｍ移動することになり、第３テーブル４１は左方向への低速送りとなる。

一方、駆動モータ３１からねじ軸４２に、図２（ａ）の矢印Ｂ方向から見て反時計回りの左回りの回転力が伝達されると、ねじ軸４２が右方向に送り駆動され、第２支持部３３及び第３支持部３４も右方向に移動する。そして、ねじ軸４２が左方向に１０ｍｍ移動すると、第５ナット３６ｂが左方向に９．９ｍｍ移動し、第３テーブル４１は基台２５に対して右方向に０．１ｍｍ移動することになり、第３テーブル４１は右左方向への低速送りとなる。

次に、本実施形態の直動テーブル装置の効果について説明する。
本実施形態の低速送り用直動テーブル装置は、低速送りで移動する第３テーブル４１を移動自在に支持するリニアガイド４０として高負荷容量仕様、低速仕様及び揺動仕様のスライダ４０ｂを備えているので、第３テーブル４１を高加減速及び低速で移動しても、移動制御の精度を向上させることができる。

また、ねじ軸４２の両端部を回転自在に支持し、且つ基台２５上を移動自在とする第２支持部３ｂｂｂ３及び第３支持部３４は、低負荷容量仕様及び標準速度仕様のスライダ３３ｄ，３４ｄを備えているので、低速送り用直動テーブル装置の装置コストの低減化を図ることができる。

更に、本発明に係る直動テーブル装置及び直動テーブル装置のボールねじサポート機構における第１支持部３２の詳細を図４，５により説明する。

図４に、第１支持部３２の形態の一例を示す。図５は図４に示す第一支持部３２の分解図・組立図である。

第１支持部３２は、転がり軸受２００、転がり軸受２００を収容するハウジング１００、ハウジング１００に収容された転がり軸受２００を係止するための係止部材１２０、係止部材を係止するためのねじ１１１、転がり軸受の軸方向位置を規制するためのスリーブ１４０、スリーブ１４０をねじ軸４２に係止するためのクランプ部材１５０から成る。

図５は、図４に示す第１支持部３２の分解図・組立図である。

スリーブ１４０の両側には、クランプ部材１５０が取り付けられている。クランプ部材１５０は３箇所にねじ孔を備えており、ねじ１５１を締め付けることでねじ軸４２に強固に固定される。

クランプ部材１５０は、ねじ軸４２の転動溝が形成されている部分にも締結することができるため、第１支持部３２の軸方向位置の自由度を高めることができる。

なお、クランプ部材１５０、その他の構造については図示した形態に限定されるものではなく、クランプ部材を２つ割れ等にすることも可能である。

３２ 第１支持部

Claims (2)

1. 軸方向中央部の中間円筒部を境として一端側に右ねじが形成され、他端側に左ねじが形成されており、駆動モータから正逆方向の回転駆動力が伝達される１本の送りねじ軸と、
   前記右ねじ及び前記左ねじの一方に螺合する駆動ナットと、この駆動ナットを前記基台上に固定する固定ブラケットと、
   前記右ねじ及び前記左ねじの他方に螺合する従動ナットと、この従動ナットを第１移動テーブルに固定する第１移動ブラケットと、
   前記第１移動テーブルを前記送りねじ軸に沿う方向に移動自在に支持する第１リニアガイドと、
   前記送りねじ軸の中間円筒部を回転自在に支持し、前記第１リニアガイドに前記送りねじ軸に沿う方向に移動自在となるように設けた中間支持部と、
   前記送りねじ軸の両端部を回転自在に支持する一対のねじ軸支持部と、
   これらねじ軸支持部を前送りねじ軸に沿う方向に移動自在に支持する第２リニアガイドと、
   を備えることを特徴とする直動テーブル装置。
2. 前記中間支持部において、ねじ軸が転がり軸受により回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の直動テーブル装置。

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