JP3764781B2

JP3764781B2 - 直線移動装置

Info

Publication number: JP3764781B2
Application number: JP21230896A
Authority: JP
Inventors: 芳郎篠田
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2016-08-12
Also published as: JPH1061741A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアガイドに支持されたスライダーを、待機位置と所定の作業位置との間を移動させるようにした直線移動装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば部品の精密位置決めを行うロボットや、電子部品の自動実装を行う実装機においては、近年の部品の小形化や実装密度の高密度化等に伴い、停止位置決めの精度をより向上させる必要が生じてきている。そして、それらロボットや実装機の主要機構部として、スライダーを直線的に移動させるようにした直線移動装置が採用されている。
【０００３】
図７及び図８は、この種の直線移動装置の構成を示している。ここで、スライダー１は、リニアガイド２上に直線方向（図で左右方向）に移動自在に支持されている。また、リニアガイド２の近傍には、ねじシャフト３が左右方向に延びて設けられ、前記スライダー１に設けられたねじナット４がそのねじシャフト３に螺合している。このねじシャフト３は、基端側（図で左端側）が、ハウジング５に設けられた軸受６（例えば組合せアンギュラ玉軸受）に回転自在且つ軸方向移動不能に支持されていると共に、先端部（図で右端部）が、ハウジング７に設けられた軸受８（例えば深溝玉軸受）に回転自在且つ軸方向移動可能に支持されている。
【０００４】
そして、駆動源となるモータ９は、カップリング１０を介してねじシャフト３の基端部に接続されている。これにて、モータ９の駆動により、スライダー１を、リニアガイド２に案内させながら任意の位置に移動させることができ、例えば図にＢで示す待機位置から、図にＡで示す作業位置（実際に品物をピックアップしたり部品を実装したりする位置）に移動させるのである。
【０００５】
しかしながら、上記従来のものでは、次のような不具合があった。即ち、スライダー１が、リニアガイド２上を高速度で短時間に何往復も動作すると、ねじシャフト３とねじナット４との間で発生する摩擦熱により、ねじシャフト３の温度が上昇する。このような温度上昇により、ねじシャフト３が熱膨張して伸び、スライダー１の作業位置における停止位置Ａがずれてしまうことになる。このずれによって、停止位置決めの精度が低下してしまうのである。
【０００６】
ちなみに、図９は、ねじシャフト３をモデル化したものであり、軸受６部分が固定端Ｐ1 に相当し、作業位置Ａに対応するねじシャフト３の位置が点Ｐ3 に相当している。また、ねじシャフト３の固定端Ｐ1 から点Ｐ3 （作業位置Ａ）までの初期長さをＬ2 とすると、ねじシャフト３の作業位置Ａにおける伸び量（位置ずれ量）ｄＬ2 は、次の式で表される。
【０００７】
ｄＬ2 ＝λ（ｔ1 −ｔ2 ）・Ｌ2 …（１）
（但し、λ：ねじシャフトの熱的線膨張率、ｔ1 ：ねじシャフトの初期温度、ｔ2 ：ねじシャフトの発熱後の温度）
つまり、位置ずれ量ｄＬ2 は、ねじシャフト３の固定端Ｐ1 から作業位置に相当する点Ｐ3 までの距離Ｌ2 に比例するのに対し、図７に示すものでは軸受６から作業位置Ａまでの距離Ｌ2 が長くなっているため、その分ずれ量も大きくなっていたのである。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ねじシャフトの熱膨張に起因する停止位置決め精度の低下を防止することができる直線移動装置を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の直線移動装置は、スライダーを移動させるためのねじシャフトのうち、駆動機構に連結される一端側を回転自在且つ軸方向移動不能に支持する第１の軸受部と、そのねじシャフトの他端側を回転自在且つ軸方向移動可能に支持する第２の軸受部とを具備し、それら第１の軸受部を作業位置側、第２の軸受部を待機位置側に配置した構成に特徴を有する（請求項１の発明）。
【００１０】
これによれば、ねじシャフトが発熱により熱膨張する際には、第１の軸受部部分が固定端となり、第２の軸受部部分においてはその伸び量が逃がされるようになる。そして、第１の軸受部つまり固定端が作業位置側に設けられているので、固定端から作業位置までの間の距離が短くなり、ねじシャフトの熱膨張時の作業位置における位置ずれ量を小さく抑えることができる。
【００１１】
本発明の第２の直線移動装置は、作業位置側に設けられ、スライダーを移動させるためのねじシャフトのうち一端側を回転自在且つ軸方向移動不能に支持する第１の軸受部と、そのねじシャフトの他端側を回転自在且つ軸方向移動可能に支持する第２の軸受部と、前記ねじシャフトの熱膨張による伸び量を検出するセンサと、このセンサの検出値に基づいて駆動機構によるねじシャフトの回転量を補正する補正手段とを具備するところに特徴を有する（請求項２の発明）。
【００１２】
これによれば、ねじシャフトが発熱により熱膨張する際には、第１の軸受部部分が固定端となり、第２の軸受部部分においてはその伸び量が逃がされるようになるのであるが、このとき、センサによりねじシャフトの熱膨張による伸び量が検出され、補正手段により、その伸び量に応じて駆動機構によるねじシャフトの回転量が補正される。従って、ねじシャフトの熱膨張時の作業位置における位置ずれを補正することができる。
【００１３】
この場合、第１の軸受部を、作業位置側に設けることによって、上記第１の直線移動装置のようにねじシャフトの熱膨張時の作業位置における位置ずれ量自体を小さくしつつ、位置ずれを補正することができ、より効果的となる。
【００１４】
本発明の第３の直線移動装置は、作業位置側に設けられ、スライダーを移動させるためのねじシャフトのうち一端側を回転自在且つ軸方向移動不能に支持する第１の軸受部と、そのねじシャフトの他端側を回転自在且つ軸方向移動可能に支持する第２の軸受部と、前記ねじシャフトの温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出値に基づいて駆動機構によるねじシャフトの回転量を補正する補正手段とを具備するところに特徴を有する（請求項３の発明）。
【００１５】
これによれば、ねじシャフトが発熱により熱膨張する際には、やはり第１の軸受部部分が固定端となり、第２の軸受部部分においてはその伸び量が逃がされるようになる。ここで、ねじシャフトの熱膨張による伸び量は、ねじシャフトの温度の上昇度合に比例するので、温度センサの検出温度に基づいて、補正手段によりねじシャフトの回転量が補正されることによって、ねじシャフトの熱膨張時の作業位置における位置ずれを補正することができる。
【００１６】
この場合、第１の軸受部を、作業位置側に設けることによって、やはりねじシャフトの熱膨張時の作業位置における位置ずれ量自体を小さくしつつ、位置ずれを補正することができ、より効果的となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例（請求項１に対応）について、図１ないし図４を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る直線移動装置の全体構成を概略的に示している。ここで、スライダー１１は、ベース１２（図２，３参照）上に図で左右方向に延びて設けられたリニアガイド１３上に直線方向に移動自在に支持され、図１に二点鎖線で示す待機位置Ｂと、実線で示す作業位置Ａ（実際に品物をピックアップしたり部品を実装したりする位置）との間を移動されるようになっている。
【００１８】
前記リニアガイド１３の近傍には、ねじシャフト１４が左右方向に延びて配置され、前記スライダー１１の側面部に連結されたねじナット１５がそのねじシャフト１４に螺合している。このとき、前記ねじシャフト１４は、基端側（図で右端側）が第１の軸受部１６に支持されていると共に、先端部（図で左端部）が第２の軸受部１７に支持されている。従って、第１の軸受部１６は作業位置Ａ側に配置され、第２の軸受部１７は待機位置Ｂ側に配置されているのである。
【００１９】
このうち第１の軸受部１６は、図２に示すように、ハウジング１８内に、例えば一対のアンギュラ玉軸受１９，１９を背面組合せ状態に配置し、その外輪部をベアリング押え２０にて固定して構成されている。そして、前記ねじシャフト１４は、基端側に設けられた径大な段付部１４ａを一面側の内輪部に接触させると共に、他面側の内輪部に圧接するようにベアリングナット２１を締付けることにより、第１の軸受部１６に対して回転自在且つ軸方向移動不能に取付けられている。
【００２０】
一方、前記第２の軸受部１７は、図３に示すように、ハウジング２２内に、例えば深溝玉軸受２３を配設して構成され、前記ねじシャフト１４の先端部が、その深溝玉軸受２３に支持されることにより、回転自在且つ軸方向移動可能に取付けられている。従って、後述するような、ねじシャフト１４の熱膨張による伸びが発生した際には、ねじシャフト１４の基端部における第１の軸受部１６に支持された部分が固定端となり、ねじシャフト１４の先端部が自由端となって図で右方に伸びる形態とされる。また、その伸びは、第２の軸受部１７部分で逃がされるようになる。
【００２１】
そして、図１に示すように、前記ねじシャフト１４の基端部には、カップリング２４を介して駆動機構を構成するモータ２５に連結されている。これにて、モータ２５の駆動によって、ねじシャフト１４が回転駆動されてねじナット１５が移動し、スライダー１１がリニアガイド１３上を左右方向に直線移動するのである。このとき、図示はしないが、前記モータ２５は、マイコン等からなる制御装置により通電制御され、もって、スライダー１１は例えば待機位置Ｂから所定の作業位置Ａに移動して停止され、作業完了後再び待機位置Ｂに戻るといった動作を繰返すようになっている。
【００２２】
次に、上記構成の作用について、図４も参照しながら述べる。スライダー１１が、リニアガイド１３上を高速度で短時間に何往復も動作すると、ねじシャフト１４とねじナット１５との間で発生する摩擦熱により、ねじシャフト１４の温度が上昇する。このような温度上昇により、ねじシャフト１４が熱膨張して伸び、スライダー１３の作業位置Ａにおける停止位置がずれてしまう事情があるが、本実施例の直線移動装置１においては、第１の軸受部１６を作業位置Ａ側に配置したことにより、その位置ずれ量を極く僅かなもので済ませることができる。
【００２３】
即ち、図４はねじシャフト１４のモデル図を示しており、図中、上段が熱膨張前のねじシャフト１４を示し、下段が熱膨張後のねじシャフト１４を示している。ここで、固定端Ｐ1 はねじシャフト１４の第１の軸受部１６に支持された部分に相当し、点Ｐ2 は、作業位置Ａに対応する位置を示している。ねじシャフト１４の固定端Ｐ1 から点Ｐ2 までの長さがＬ1 である。また、点Ｐ3 は従来例における作業位置Ａに対応する位置を示しており、ねじシャフト３の固定端Ｐ1 から点Ｐ3 までの長さがＬ2 である。
【００２４】
熱膨張によってねじシャフト１４が図で右方に伸びると、図の下段に示すように、点Ｐ2 が点Ｐ4 に移動し、点Ｐ3 が点Ｐ5 に移動することになる。これにて、本実施例における作業位置Ａの位置ずれ量をｄＬ1 、従来例における作業位置Ａの位置ずれ量をｄＬ2 とすると、これらｄＬ1 、ｄＬ2 は、次式で表されるようになる。
【００２５】
ｄＬ1 ＝λ（ｔ1 −ｔ2 ）・Ｌ1 …（２）
ｄＬ2 ＝λ（ｔ1 −ｔ2 ）・Ｌ2 …（１）
（但し、λ：ねじシャフトの熱的線膨張率、ｔ1 ：ねじシャフトの初期温度、ｔ2 ：ねじシャフトの発熱後の温度）
このとき、本実施例における固定端Ｐ1 から点Ｐ2 までの長さＬ1 は、従来例の固定端Ｐ1 から点Ｐ3 までの長さＬ2 に対して、Ｌ1 ＜＜Ｌ2 であるから、ｄＬ1 ＜＜ｄＬ2 となる。この結果、従来例のものに比べて、熱膨張に起因する位置ずれ量を極めて小さくすることができるのである。
【００２６】
このように本実施例によれば、熱膨張時の固定端となる第１の軸受部１６を作業位置Ａ側に、自由端となる第２の軸受部１７を待機位置Ｂ側に配置したことにより、従来のものに比べて、ねじシャフト１４の熱膨張時の作業位置Ａにおける位置ずれ量を極めて小さく抑えることができ、ねじシャフト１４の熱膨張に起因する停止位置決め精度の低下を防止することができるという優れた実用的効果を得ることができるものである。
【００２７】
図５は、本発明の第２の実施例（請求項２に対応）を示すものである。この実施例が上記第１の実施例と異なるところは、ねじシャフト１４の熱膨張による伸び量を検出するためのセンサ３１（ギャップセンサ３１）を設けると共に、そのギャップセンサ３１の検出に基づいて、制御装置によりモータ２５への通電量を制御し、もってねじシャフト１４の回転量を補正するようにした点にある。従って、前記制御装置が本発明にいう補正手段として機能する。
【００２８】
かかる構成においては、熱膨張に起因するねじシャフト１４全体の実際の伸び量がギャップセンサ３１により検出され、その検出に基づいて、制御装置は作業位置Ａの位置ずれ量ｄＬ1 を算出する。そして、その位置ずれ量ｄＬ1 を補正するようにモータ２５への通電を制御し、スライダー１１を所定の作業位置Ａに停止させるのである。従って、熱膨張に起因する位置ずれ量を零とすることができ、高精度でスライダー１１の停止位置決めを行うことができるものである。
【００２９】
図６は、本発明の第３の実施例（請求項３に対応）を示すものであり、この実施例では、上記第２の実施例におけるギャップセンサ３１に代えて、ねじシャフト１４の温度を検出するための例えば非接触式の温度センサ３２を設けるようにしている。そして、制御装置は、常温時（低温時）のねじシャフト１４の初期温度ｔ1 と、からねじシャフト１４の発熱後の温度ｔ2 との差から、作業位置Ａの位置ずれ量ｄＬ1 を算出する。そして、その位置ずれ量ｄＬ1 を補正するようにモータ２５への通電を制御し、スライダー１１を所定の作業位置Ａに停止させるのである。
【００３０】
この場合、熱膨張によるねじシャフト１４の伸び量を直接検出するものではないが、ねじシャフト１４の伸び量（位置ずれ量ｄＬ1 ）は、温度センサ３２により検出された温度と既知のλの値とから、上記（２）式を用いて容易に求めることができる。従って、本実施例においても、熱膨張に起因する位置ずれ量を零とすることができ、高精度でスライダー１１の停止位置決めを行うことができるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明にて明らかなように、本発明の直線移動装置によれば、ねじシャフトとねじナットとによりスライダーを待機位置と所定の作業位置との間を直線移動させるものにあって、ねじシャフトの熱膨張に起因する停止位置決め精度の低下を防止することができるという優れた実用的効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、直線移動装置の全体構成を示す平面図
【図２】第１の軸受部部分を示す縦断正面図
【図３】第２の軸受部部分を示す縦断正面図
【図４】ねじシャフトの熱膨張の様子を示すモデル図
【図５】本発明の第２の実施例を示すもので、全体構成を一部を縦断して示す背面図
【図６】本発明の第３の実施例を示す図５相当図
【図７】従来例を示す図１相当図
【図８】全体構成を一部を縦断して示す正面図
【図９】図４相当図
【符号の説明】
図面中、１１はスライダー、１３はリニアガイド、１４はねじシャフト、１５はねじナット、１６は第１の軸受部、１７は第２の軸受部、２５はモータ（駆動機構）、３１はギャップセンサ（センサ）、３２は温度センサを示す。

Claims

リニアガイドに支持されたスライダーを、待機位置と所定の作業位置との間を移動させるようにしたものであって、
前記リニアガイドに沿って延びるように配置されたねじシャフトと、
前記スライダーに連結され前記ねじシャフトに螺合するねじナットと、
前記ねじシャフトを回転駆動するための駆動機構と、
前記ねじシャフトのうち前記駆動機構に連結される一端側を回転自在且つ軸方向移動不能に支持する第１の軸受部と、
前記ねじシャフトの他端側を回転自在且つ軸方向移動可能に支持する第２の軸受部とを具備し、
前記第１の軸受部を作業位置側、前記第２の軸受部を待機位置側に配置したことを特徴とする直線移動装置。
リニアガイドに支持されたスライダーを、待機位置と所定の作業位置との間を移動させるようにしたものであって、
前記リニアガイドに沿って延びるように配置されたねじシャフトと、
前記スライダーに連結され前記ねじシャフトに螺合するねじナットと、
前記ねじシャフトを回転駆動するための駆動機構と、
前記作業位置側に設けられ、前記ねじシャフトのうち一端側を回転自在且つ軸方向移動不能に支持する第１の軸受部と、
前記ねじシャフトの他端側を回転自在且つ軸方向移動可能に支持する第２の軸受部と、
前記ねじシャフトの熱膨張による伸び量を検出するセンサと、
このセンサの検出値に基づいて前記駆動機構による前記ねじシャフトの回転量を補正する補正手段とを具備することを特徴とする直線移動装置。
リニアガイドに支持されたスライダーを、待機位置と所定の作業位置との間を移動させるようにしたものであって、
前記リニアガイドに沿って延びるように配置されたねじシャフトと、
前記スライダーに連結され前記ねじシャフトに螺合するねじナットと、
前記ねじシャフトを回転駆動するための駆動機構と、
前記作業位置側に設けられ、前記ねじシャフトのうち一端側を回転自在且つ軸方向移動不能に支持する第１の軸受部と、
前記ねじシャフトの他端側を回転自在且つ軸方向移動可能に支持する第２の軸受部と、
前記ねじシャフトの温度を検出する温度センサと、
この温度センサの検出値に基づいて前記駆動機構による前記ねじシャフトの回転量を補正する補正手段とを具備することを特徴とする直線移動装置。