JP2015150626A - ワーク移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一軸アクチュエータを使用して、ストロークが長く、高精度位置決めと高速搬送と省スペース化が可能なワーク移動装置を提供する。【解決手段】ボールねじ機構とリニアガイド機構が組み合わされた構造の第一および第二の一軸アクチュエータ１，２を有する。第一の一軸アクチュエータ１の案内レール１０が設置面９上に固定されて使用される。第一の一軸アクチュエータ１のスライダ２０の上に、第二の一軸アクチュエータ２のスライダ２０が固定される。第二の一軸アクチュエータ２の案内レール１０の長手方向両端部に、案内レール１０の設置面９に対する移動を案内するレールガイド部材４，５が固定される。第二の一軸アクチュエータ２の案内レール２０の上面１６がワーク設置面である。【選択図】図１

Description

この発明は、直線移動機構を有するワーク移動装置に関する。

従来より、ボールねじ機構とリニアガイド機構が組み合わされた構造の直動アクチュエータとして、一軸アクチュエータが知られている。
一軸アクチュエータは、案内レールと、スライダと、一本のねじ軸と、ねじ軸の両端部を回転自在に支持する支持部（サポートユニット）と、複数個のボールと、リニアガイド機構を構成する複数個の転動体を有する。案内レールの長手方向に垂直な断面はＵ字状であり、スライダは案内レールのＵ字状の凹部内に配置されている。

スライダ内にボールねじ機構のナットが形成され、ねじ軸がナットを貫通し、ナットおよびねじ軸の軸方向は案内レールと平行である。ナットの螺旋溝とねじ軸の螺旋溝とで形成されるボールねじ機構の軌道に、複数個のボールが配置されている。スライダは、ボールを軌道の終点から始点に戻す循環部品を有し、この循環部品内にも複数個のボールが配置されている。

案内レールは、スライダの各側面と対向する各内側面に、転動体の転動通路を構成する転動面を有する。スライダは、案内レールの転動面と対向して転動通路を構成する転動面と、転動体の戻し通路と、戻し通路と転動通路とを連通させる方向転換路を有する。転動通路と戻し通路と方向転換路とで構成される循環経路内に、転動体が配置されている。
一軸アクチュエータは、ねじ軸を回転することにより、その回転力がボールを介してスライダ内のナットに伝達され、スライダがリニアガイド機構（転動体が転動通路を負荷状態で転動しながら循環経路内を循環すること）を介して案内レールに沿って移動する。

直線移動機構を有するワーク移動装置については、例えば、特許文献１に、少ないロボット専有面積で大きなストロークが得られるキャリヤロボット（特に、クリーンルーム内で液晶板やウエハなどを搬送するためのキャリヤロボット）が記載されている。
具体的には、ロボット本体の上部にアームを旋回可能に設け、このアームに、ワークが着脱可能に取り付けられるハンドをワーク移載箇所に対して進退移動可能に設けてなるキャリヤロボットにおいて、前記アームを最下部の固定アームと上部の複数の移動アームから多段のアームとしている。前記各移動アームは、リニアガイドを介して移動自在に下部のアームに取り付け、最上部の移動アームにハンドを設けると共に、固定アームの上に位置する第１の移動アームをラック・ピニオン等の直線駆動機構により駆動する。

固定アームと最上部の移動アームとの間に位置する中間の移動アームに、動力伝達用のピニオンを回転自在に設け、このピニオンに噛合する動力伝達用のラックを前記ピニオン付きの移動アームの上下のアームに、ピニオンを挟持するように一対で設け、下部の移動アームの移動を上部の移動アームに順次伝達するように構成している。
特許文献２には、長いストロークを得ることができ、物品の搬入、搬出等に用いられる多段スライド装置であって、円滑に駆動するとともに、移動精度が高く、高精度の位置決めができるものが記載されている。

特許文献２に記載された多段スライド装置は、具体的に、第１のベースと、この第１のベースに設けられた直線移動自在な第１のスライダと、この第１のスライダを駆動するボールねじと、前記第１のスライダに搭載され同スライダと一体に同方向に移動する第２のベースと、この第２のベースに設けられ前記第１のスライダと同方向に直線移動自在な第２のスライダと、前記第２のベースに設けられ同ベースの移動に伴って走行し前記第２のスライダを駆動するベルト駆動機構と、を具備している。

特許文献３には、長いストロークを得ることができるスライド装置であって、１つのモータを駆動するだけで、抵抗が少なくスムーズに伸縮駆動可能な多段スライド装置が記載されている。
特許文献３に記載された多段スライド装置は、具体的に、駆動用モータが固設された固定ガイドと、前記固定ガイドに対して摺動可能に保持された第一スライダーと、前記第一スライダーに対して摺動可能に保持された第二スライダーとを有する。また、前記固定ガイドに固設され、前記駆動用モータに接続する駆動プーリと、前記固定ガイドに固設された第一従動プーリと、両端が前記第一スライダーに固定され、前記駆動プーリと前記第一従動プーリとに張架される第一ベルトと、を有する。

さらに、前記第一スライダーの中央線上に固設され、２本のベルトが張架可能な一対の２段プーリと、両端が前記固定ガイドに固定され、前記一対の２段プーリを張架する第二ベルトと、両端が前記第二スライダーに固定され、前記一対の２段プーリに張架される第三ベルトとを有する。
特許文献４には、主として産業ロボットの進退動作する作動機構に用いられる直線作動装置であって、長手に沿って軌道が設けられた基台と、前記軌道に案内されて動作する第一作動体と、この第一作動体の長手に沿って設けられた軌道に案内されて動作する第二作動体と、第一作動体に設けられた電動機と、第一直線作動機構と、第二直線作動機構とを有するものが記載されている。

第一直線作動機構は、第一作動体に枢持されて長手に沿って配置されて電動機によって駆動されるボールねじと、一端が前記基台に固定された第一連結片の他端側に設けられて前記ボールねじにねじ込まれたボールナットと、で構成されたねじ機構からなる。
第二直線作動機構は、第一作動体に設けられて、第一直線作動機構と平行に配置されて第一作動体に枢持されて長手に沿って配置されて電動機によって駆動されるボールねじと、一端が第二作動体に固定された第二連結片の他端側に設けられて第一直線作動機構と平行に配置されたボールねじにねじ込まれたボールナットと、で構成されたねじ機構からなる。

特許文献４には、また、第一直線作動機構と第二直線作動機構が共に、ねじ機構からなる高剛性伝動機構によって構成され、基台に対して第二作動体が第一直線作動機構と第二直線作動機構によって動作するため、第二作動体の動作方向における剛性が増大することで、第二作動体の作動位置の精度を向上することができ、第二作動体の作動位置の精度不良に伴う不具合が解消できると記載されている。

実開平６−６１４８７号公報 特開平１１−２４５１８９号公報 特開平９−３６２００号公報 特開平１１−１０５７７号公報

特許文献１に記載されたキャリヤロボットは、固定アームの上に位置する第１の移動アームをラック・ピニオンにより駆動させているため、高精度位置決めと高速搬送の観点から改善の余地がある。
特許文献２に記載された多段スライド装置は、第１のスライダをボールねじで駆動し、第１のスライダに搭載された第２のスライダをベルト駆動機構で駆動しているため、上下方向の設置スペースを小さくするという点で改善の余地がある。

特許文献３に記載された多段スライド装置は、プーリによるベルト駆動を採用しているため、高精度位置決めの観点から改善の余地がある。
特許文献４に記載された直線作動装置は、直動案内部とボールねじが別構造となっているため、設置スペースを小さくするという点で改善の余地がある。
この発明の課題は、一軸アクチュエータを使用して、ストロークが長く、高精度位置決めと高速搬送と省スペース化が可能なワーク移動装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明の一態様のワーク移動装置は、下記の構成要件(1) 〜(6) を有する。
(1) ボールねじ機構とリニアガイド機構が組み合わされた構造の第一および第二の一軸アクチュエータを有する。
(2) 前記第一および第二の一軸アクチュエータは、長手方向に垂直な断面がＵ字状である案内レールと、前記案内レールのＵ字状の凹部内に配置されたスライダと、前記スライダ内に前記案内レールと平行に形成されたナットと、前記ナットを貫通するねじ軸と、を備える。

(3) 前記第一の一軸アクチュエータの前記案内レールが設置面上に固定されて使用される。
(4) 前記第一の一軸アクチュエータの前記スライダの上に、前記第二の一軸アクチュエータの前記スライダが固定されている。
(5) 前記第二の一軸アクチュエータの前記案内レールの長手方向両端部に、前記案内レールの前記設置面に対する移動を案内するレールガイド部材が固定されている。

(6) 前記第二の一軸アクチュエータの前記案内レールの上面がワーク設置面である。
このワーク移動装置は、下記の構成要件(7) 〜(9) の少なくともいずれかを有することができる。
(7) 前記第一の一軸アクチュエータのスライダと前記第二の一軸アクチュエータのスライダは、前記両スライダ間に介装された結合部材を介して固定されている。前記結合部材は、前記両スライダの位置決め部を有する。

(8) 前記結合部材の前記スライダ幅方向両端から外側に延びる腕部と、前記腕部から前記設置面に向かう脚部と、からなる第一のスライダガイド部材を有する。前記脚部の先端に、前記第一のスライダガイドの前記設置面に対する移動を案内する案内部を有する。
(9) 前記結合部材の前記スライダ幅方向両端から外側に延びる腕部と、前記腕部から前記設置面に向かった後に、前記第一の一軸アクチュエータを構成する案内レールの側面に向かう戻り部と、からなる第二のスライダガイド部材を有する。前記戻り部の先端に、前記第二のスライダガイドの前記案内レールの側面に対する移動を案内する案内部を有する。

この発明によれば、ストロークが長く、高精度位置決めと高速搬送と省スペース化が可能なワーク移動装置が提供される。

実施形態のワーク移動装置の使用状態を示す側面図であって、（ａ）は初期状態の一例を、（ｂ）は第二の一軸アクチュエータが中央部に存在している状態を、（ｃ）は第二の一軸アクチュエータが最大限、図１の左側に移動した状態をそれぞれ示す。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 実施形態のワーク移動装置を構成する一軸アクチュエータの平面図である。

以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明はこの実施形態に限定されない。
図１〜３に示すように、この実施形態のワーク移動装置は、一軸アクチュエータ１，２と、板状部材（結合部材）３と、レールガイド部材４，５と、スライダガイド部材６，７と、モータ８とを有する。

一軸アクチュエータ１，２は、図４に示すように、ボールねじ機構とリニアガイド機構が組み合わされた構造の直動アクチュエータであって、長手方向に垂直な断面がＵ字状である案内レール１０と、案内レール１０のＵ字状の凹部１１内に配置されたスライダ２０と、スライダ２０内に案内レール１０と平行に形成されたナットと、このナットを貫通するねじ軸と３０を備えている。

案内レール１０の長手方向両端開口部は、軸端部材１４，１５により塞がれている。軸端部材１４，１５により、ねじ軸３０の両端が回転自在に支持されている。ねじ軸３０の一方の端部３０ａが軸端部材１４から突出している。
スライダ２０は、スライダ本体２１０と、エンドキャップ２２０と、潤滑部材２３０と、サイドシール２４０とからなる。スライダ本体２１０は、幅方向両端から立ち上がる突出部２１１を有する。突出部２１１の上面に、スライド部材を取り付ける雌ねじ２１１ａが形成されている。

なお、一軸アクチュエータ１，２は、ボールねじ機構とリニアガイド機構が組み合わされた構造の直動アクチュエータであって、基本的な構造は従来技術で説明したものと同じであるため、詳細な説明を省略する。
図１および図２に示すように、一軸アクチュエータ１のスライダ２０の上に、一軸アクチュエータ（第二の一軸アクチュエータ）２のスライダ２０が、二枚の板状部材３を介して固定されている。

図２および図３に示すように、板状部材３の一方の板面に、スライダ本体２１０の突出部２１１が嵌まる凹部（位置決め部）３１が形成されている。凹部３１には、突出部２１１の雌ねじ２１１ａに対応する位置に、ボルト挿通穴３２が形成されている。ボルト挿通穴３２は、ボルトの頭部を配置する座ぐり部３２ａを有する。座ぐり部３２ａは板状部材３の他方の板面側に形成されている。

板状部材３の側面（凹部３１の両側に位置する端面）に、スライダガイド部材６，７の腕部６１，７１の基部６１ａ，７１ａが嵌まる溝３３が形成されている。溝３３の位置に板面を貫通するボルト挿通穴３４が形成されている。
レールガイド部材４，５は、一軸アクチュエータ（第二の一軸アクチュエータ）２を構成する案内レール１０の長手方向両端に固定され、案内レール１０の設置面９に対する移動を案内する部材である。レールガイド部材４は、モータ８が接続される側の軸端部材１４に固定されており、モータ８の設置面９に対する移動を案内する部材を兼ねている。

図４の平面図には、板状部材３のスライダ２０に対する配置と、レールガイド部材４，５およびスライダガイド部材６，７の一軸アクチュエータ２に対する配置が、二点鎖線で表示されている。
レールガイド部材４は、軸端部材１４に対する取り付け部とモータ８の設置台を兼ねる長方形の板状の台部４１と、二対の脚部４２と、四個のローラ４３からなる。台部４１の短辺方向（案内レール１０の幅方向）の寸法は案内レール１０の幅方向より大きい。各対の脚部４２は、台部４１の短辺方向には、案内レール１０の幅方向より少し広い間隔で固定され、台部４１の長辺方向（案内レール１０の長手方向）には、一端部とモータ８の中央部となる位置に固定されている。

レールガイド部材４の台部４１の長手方向一端部が、一軸アクチュエータ２の案内レール１０の軸端部材１４の下面１４ａに固定されている。これにより、二対の脚部４２が一軸アクチュエータ（第一の一軸アクチュエータ）１の案内レール１０の幅方向両外側に、所定の隙間を開けて配置される。各脚部４２の先端に、ローラ４３が回転自在に取り付けられている。ローラ４３により、レールガイド部材４の設置面９に対する移動が案内される。

レールガイド部材５は、腕部５１と一対の脚部５２とからなるコの字状部材であり、腕部５１の長さは案内レール１０の幅より長い。腕部５１が一軸アクチュエータ２の案内レール１０の軸端部材１５の下面１５ａに固定されることで、一対の脚部５２が一軸アクチュエータ１の案内レール１０の幅方向両外側に所定の隙間を開けて配置されている。脚部５２の先端に、ローラ５３が回転自在に取り付けられている。ローラ５３により、レールガイド部材５の設置面９に対する移動が案内される。

スライダガイド部材（第一のスライダガイド部材）６は、二枚の板状部材３のスライダ幅方向一端から外側に延びる腕部６１と、腕部６１から設置面９に向かう脚部６２と、からなる。脚部６２の先端にローラ（案内部）６３が回転自在に取り付けられている。ローラ６３により、スライダガイド部材６の設置面９に対する移動が案内される。また、腕部６１の基端部６１ａに、板状部材３のボルト挿通穴３４に対応させたボルト挿通穴６１ｂが形成されている。

スライダガイド部材（第二のスライダガイド部材）７は、二枚の板状部材３のスライダ幅方向他端から外側に延びる腕部７１と、腕部７１から設置面９に向かった後に、一軸アクチュエータ１の案内レール１０の側面に向かう戻り部７２と、からなる。戻り部７２の先端にローラ（案内部）７３が回転自在に取り付けられている。ローラ７３により、スライダガイド部材７の案内レール１０の側面に対する移動が案内される。また、腕部７１の基端部７１ａに、板状部材３のボルト挿通穴３４に対応させたボルト挿通穴７１ｂが形成されている。

このワーク移動装置は、以下の方法で組み立てられる。
先ず、一軸アクチュエータ（第一の一軸アクチュエータ）１の案内レール１０を設置面９の上に固定する。具体的には、図２に示すように、案内レール１０の底板１０Ａに形成された取付穴１３と設置面９に形成された雌ねじ９１ａを合わせて、取付穴１３から入れたボルト９１の雄ねじ部を雌ねじ９１ａに螺合する。

次に、一軸アクチュエータ１のスライダ２０の上に、板状部材３を固定する。具体的には、凹部３１を下側に向けてスライダ２０の上に板状部材３を置き、凹部３１に突出部２１１を嵌めて、雌ねじ２１１ａとボルト挿通穴３２を合わせる。次に、板状部材３のボルト挿通穴３２からボルト９２を入れて、ボルト９２の雄ねじ部を雌ねじ２１１ａに螺合し、ボルト９２の頭部を座ぐり部３２ａに配置する。

次に、一軸アクチュエータ（第二の一軸アクチュエータ）２を構成するスライダ２０の上に、上述の方法で板状部材３を固定する。また、一軸アクチュエータ２を構成する案内レール１０の軸端部材１４にレールガイド部材４を固定するとともに、軸端部材１５にレールガイド部材５を固定する。
次に、この状態の一軸アクチュエータ２をスライダ２０側を下に向けて、一軸アクチュエータ１の上方に配置し、一軸アクチュエータ１の板状部材３の上に一軸アクチュエータ２の板状部材３を載せる。また、レールガイド部材４，５のローラ４３，５３を設置面９に着地させる。

次に、重なりあった二枚の板状部材３の溝３３で形成される空間に、スライダガイド部材６，７の腕部６１，７１の基部６１ａ，７１ａを嵌め、板状部材３のボルト挿通穴３４と基部６１ａ，７１ａのボルト挿通穴６１ｂ，７１ｂを合わせる。次に、上側の板状部材３のボルト挿通穴３４からボルト９３を入れて、ボルト９３の雄ねじ部にナット９４を螺合する。これにより、一軸アクチュエータ１のスライダ２０の上に一軸アクチュエータ２のスライダ２０が固定されて、一軸アクチュエータ２の案内レール１０の底板１０Ａの凹部１１とは反対側の面１６が、上側に配置される。

次に、モータ８を設置面９に設置して、一軸アクチュエータ１のねじ軸３０の端部３０ａに、カップリング８１を介してモータ８の回転軸を接続する。また、レールガイド部材４の台部４１にモータ８を設置して、一軸アクチュエータ２のねじ軸３０の端部３０ａに、カップリング８１を介してモータ８の回転軸を接続する。
この実施形態のワーク移動装置は、一軸アクチュエータ２の案内レール１０の上面（底板１０Ａの凹部１１とは反対側の面）１６がワークの設置面となる。また、案内レール１０の底板１０Ａに形成された取付穴１３を使用して、案内レール１０の上面１６にワークの設置板を固定することもできる。

この実施形態のワーク移動装置を使用する際には、二つのモータ８を駆動して、一軸アクチュエータ１，２の各ねじ軸３０を同じ速度で回転させる。これにより、固定された二つのスライダ２０が二本のねじ軸３０のリードの和に相当する速度で移動する。これに伴って、ワークを設置する一軸アクチュエータ２の案内レール１０の移動速度が、一つの一軸アクチュエータ１のみからなるワーク移動装置でワークを設置するスライダ２０の移動速度の二倍になる。

また、図１に示すように、この実施形態のワーク移動装置のストロークは、案内レール１０の長さより少し長い。また、案内レール１０の上面１６の全ての位置がワークの設置面となる。よって、この実施形態のワーク移動装置は、ストロークが長く、ワークの設置位置の自由度が高い。さらに、特許文献１〜４に記載された直線移動機構を有する装置と比較して、高精度位置決めと高速搬送と省スペース化の点で有利である。

また、この実施形態のワーク移動装置は、レールガイド部材４，５とスライダガイド部材６，７を有することで、ワークを設置する一軸アクチュエータ２の案内レール１０と固定された二個のスライダ２０を、安定的に移動させることができる。

１ 一軸アクチュエータ（第一の一軸アクチュエータ）
２ 一軸アクチュエータ（第二の一軸アクチュエータ）
３ 板状部材（結合部材）
３１ 凹部（位置決め部）
４ レールガイド部材
４１ レールガイド部材の台部
４２ レールガイド部材の脚部
４３ レールガイド部材のローラ
５ レールガイド部材
５１ レールガイド部材の腕部
５２ レールガイド部材の脚部
５３ レールガイド部材のローラ
６ スライダガイド部材
６１ スライダガイド部材の腕部
６２ スライダガイド部材の脚部
６３ スライダガイド部材のローラ（案内部）
７ スライダガイド部材
７１ スライダガイド部材の腕部
７２ スライダガイド部材の戻り部
７３ スライダガイド部材のローラ（案内部）
８ モータ
８１ カップリング
９ 設置面
１０ 案内レール
１０Ａ 案内レールの底板
１１ 案内レールのＵ字状の凹部
１６ 案内レールの上面（底板の凹部とは反対側の面）
２０ スライダ
３０ ねじ軸
２１０ スライダ本体
２１１ スライダ本体の突出部
２１１ａ 突出部の雌ねじ
２２０ エンドキャップ
２３０ 潤滑部材
２４０ サイドシール

Claims (4)

1. ボールねじ機構とリニアガイド機構が組み合わされた構造の第一および第二の一軸アクチュエータを有し、
   前記第一および第二の一軸アクチュエータは、長手方向に垂直な断面がＵ字状である案内レールと、前記案内レールのＵ字状の凹部内に配置されたスライダと、前記スライダ内に前記案内レールと平行に形成されたナットと、前記ナットを貫通するねじ軸と、を備え、
   前記第一の一軸アクチュエータの前記案内レールが設置面上に固定されて使用され、
   前記第一の一軸アクチュエータの前記スライダの上に、前記第二の一軸アクチュエータの前記スライダが固定され、
   前記第二の一軸アクチュエータの前記案内レールの長手方向両端部に、前記案内レールの前記設置面に対する移動を案内するレールガイド部材が固定され、
   前記第二の一軸アクチュエータの前記案内レールの上面がワーク設置面であるワーク移動装置。
2. 前記第一の一軸アクチュエータのスライダと前記第二の一軸アクチュエータのスライダは、前記両スライダ間に介装された結合部材を介して固定され、
   前記結合部材は、前記両スライダの位置決め部を有する請求項１記載のワーク移動装置。
3. 前記結合部材の前記スライダ幅方向両端から外側に延びる腕部と、前記腕部から前記設置面に向かう脚部と、からなる第一のスライダガイド部材を有し、
   前記脚部の先端に、前記第一のスライダガイドの前記設置面に対する移動を案内する案内部を有する請求項１記載のワーク移動装置。
4. 前記結合部材の前記スライダ幅方向両端から外側に延びる腕部と、
   前記腕部から前記設置面に向かった後に、前記第一の一軸アクチュエータを構成する案内レールの側面に向かう戻り部と、
   からなる第二のスライダガイド部材を有し、
   前記戻り部の先端に、前記第二のスライダガイドの前記案内レールの側面に対する移動を案内する案内部を有する請求項１記載のワーク移動装置。

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