JP3791042B2

JP3791042B2 - テーブル駆動装置

Info

Publication number: JP3791042B2
Application number: JP08859196A
Authority: JP
Inventors: 仁志三宮
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2016-04-10
Also published as: JPH09272031A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械，ロボットその他種々の産業機械装置に好適に利用できるテーブル駆動装置に係り、特に、１軸で軸回転と直線移動との２自由度を有するアクチュエータにより２台のテーブルをそれぞれ独立して直交方向に運動させ得るテーブル駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のテーブル駆動装置としては、例えば実開昭５８−４２９４３号に示されるようなＸＹテーブル装置が知られている。このものは、図７に示すように、１軸テーブル１００上に、モータＭを伴った他の１軸テーブル２００を載せて構成されている。すなわち、下段の１軸テーブル１００は、固定テーブル１０１上に、ねじ軸回転タイプのボールねじ装置１０２と二本の直動案内軸１０３とでＸ方向に案内されつつ直線駆動される可動テーブル１０４を配設してある。上段の１軸テーブル２００は、前記１軸テーブル１００の可動テーブル１０４上に固定した可動テーブル２０１上に、ねじ軸回転タイプのボールねじ装置２０２と二本の直動案内軸２０３とでＹ方向に案内されつつ直線駆動されるキャリアテーブル２０４を配設してある。
【０００３】
そして、ボールねじ装置１０２のねじ軸１０２ａを、固定テーブル１０１に取り付けた駆動モータＭ_Xで正逆に回転させて、可動テーブル１０４をＸ方向に直線往復移動させる。また、ボールねじ装置２０２のねじ軸２０２ａを、可動テーブル２０１に取り付けた駆動モータＭ_Yで正逆に回転させて、キャリアテーブル２０４を、Ｙ方向に直線往復移動させる。こうして、下段の１軸テーブル１００と上段の１軸テーブル２００とをそれぞれ独立に駆動して、キャリアテーブル２０４をＸＹ座標の任意の位置に搬送する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のテーブル駆動装置は、上段の１軸テーブル２００上に駆動モータＭ_Yを載せる必要があり、そのために小型化することが難しく、又、配線等の処理も複雑になるという未解決の問題点がある。
【０００５】
そこで、本発明はこのような従来のテーブル駆動装置の問題点に着目してなされたものであり、１軸で軸回転と直線移動との２自由度を有するアクチュエータにより２台のテーブルをそれぞれ独立に運動させことにより、小型化が容易であり、配線の処理も固定部のみなので簡潔になる構造の簡単なテーブル駆動装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るテーブル駆動装置は、螺旋状のねじ軸と該ねじ軸と交叉して軸方向に延びるスプライン溝とを外周面に有する駆動軸、該駆動軸に嵌合するとともに前記ねじ溝に螺合するねじナット及び前記駆動軸に嵌合するとともに前記スプライン溝に係合するスプラインナットを備え、それら両ナットは軸受を介してハウジング内に回転自在に収容されるとともにそれぞれ駆動モータに連結されて、前記駆動軸が軸回転と直線運動との２自由度を有するアクチュエータと、前記駆動軸の一端が回転自在に保持された第１のスライドテーブルと、該第１のスライドテーブルを前記駆動軸の軸方向に移動可能に支持する第１の案内軸と、前記第１の案内軸と交叉するように前記第１のスライドテーブル上に延設された第２の案内軸と、該第２の案内軸に移動可能に支持された第２のスライドテーブルと、前記駆動軸の回転運動を前記第２の案内軸の軸方向に沿う直線運動に変換して前記第２のスライドテーブルに伝える回転運動−直線運動変換手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態例を図面を参照して説明する。
図１ないし図３は、この発明の一実施形態例で、Ｘ軸方向に移動する第１のスライドテーブル１Ａと、Ｙ軸方向に移動する第２のスライドテーブル１Ｂとを、一本の駆動軸によりそれぞれ独立に駆動できるものである。先ず構成を説明すると、駆動軸としてのボールねじ軸２は、螺旋状のボールねじ溝３と共に、軸方向に直線状のボールスプライン溝４が軸全長にわたって形成されているスプライン付ボールねじ軸である。もっとも、ボールスプライン溝４については、ねじ軸の一端側（図の右端）から適宜の長さ（スライドテーブル１Ａの所要の移動範囲に応じた長さ。）としても良い。
【０００８】
このボールねじ軸２のボールスプライン溝４を有する一端側に、ボールねじナット５とボールスプラインナット６とが、それぞれ図示されない多数のボールを介して螺着されている。それら両ナット５，６は、それぞれ軸受のボールベアリング７を介して回転自在にハウジング８に支持されており、それぞれに駆動モータ１０，１１に連結されている。これにより、軸回転と軸直線移動との２自由度を有するボールねじ軸２を備えた駆動手段（アクチュエータ）１２が構成されている。
【０００９】
そして、この駆動手段１２の延長されたボールねじ軸２に沿い、第１の案内軸としてのＸ案内軸２２がベースＢから延設され、そのＸ案内軸２２にスライドテーブル１Ａが取付けられてＸ軸方向に案内されてスライドするようになっている。すなわち、スライドテーブル１Ａは、一端（図の左端）に軸受２３が取付けてあり、この軸受２３にボールねじ軸２の一端（図の左端）が回転自在に係合していて、ボールねじ軸２が回転しつつ軸方向に移動するとスライドテーブル１Ａが回転することなくＸ軸方向に移動するようになっている。また、前記スライドテーブル１Ａ上に第２の案内軸としてのＹ案内軸２４が二基平行に取り付けてあり、そのＹ案内軸２４，２４にスライドテーブル１Ｂが取付けられてＹ軸方向に案内されてスライドするようになっている。
【００１０】
そのスライドテーブル１Ｂの駆動は、例えばベルト伝導などの回転運動−直線運動変換手段２９を介して行われる。すなわち、スライドテーブル１Ａの上部には、図に示すように、Ｘ案内軸２２の側方に張出した張出部１ＡＨが設けられてその先端の下面側にタイミングベルト用プーリ２５が取り付けてある。一方、ボールねじ軸２にもタイミングベルト用プーリ２６が一体的に取り付けてあり、両プーリ２５，２６間にタイミングベルト２７が張設されている。このタイミングベルト２７に、スライドテーブル１Ｂが、下方に突設した係合板２８を介して連結されている。かくして、スライドテーブル１Ｂは、ボールねじ軸２の回転に伴い駆動されるタイミングベルト２７を介して、Ｙ軸方向に移動するようになっている。なお、この例のように、回転運動−直線運動変換手段２９として、スライドテーブル１Ｂをベルト伝導で駆動する代わりに、ラック・ピニオン装置を利用しても良く、例えばスライドテーブル１Ｂの下面にＹ軸方向のラックを固定して取り付け、ボールねじ軸２に取り付けたピニオンギヤをそのラックに噛み合わせるようにすることで、同様にボールねじ軸２の回転によりスライドテーブル１ＢをＹ軸方向に移動させることが可能である。
【００１１】
全体構造についてさらに詳細を述べると、前記駆動手段１２のボールねじナット５は、ボールねじ溝３に対応する図示されないボールねじ溝を内周面に有しており、そのナットのボールねじ溝と前記ボールねじ軸２のボールねじ溝３とで形成される螺旋状空間内に図示されない多数のボールが転動自在に介装されている。またボールねじナット５には、図示しないがそれらのボールの循環路が形成されており、ボールはボールねじ軸２とボールねじナット５との相対回転と共にねじ溝内を転動しつつ螺旋状に移動し、ねじ溝を１回半ないし３回半回ってからナット内の戻し通路を経て元の位置に戻り、循環を繰り返す構造になっている。その循環経路の構造によって、循環チューブ式，循環駒式，エンドキャップ循環式等の種々のタイプのボールねじナット５が知られているが、本発明に使用するものはいずれのタイプでも良い。
【００１２】
一方、ボールスプラインナット６は、ボールねじ軸２に沿って直線的に延びるボールスプライン溝４に対応する図示されないボールスプライン溝を内周面に有しており、そのナットのボールスプライン溝とボールねじ軸２のボールスプライン溝４との間に図示されない多数のボールが転動自在に介装されている。また、ボールスプラインナット６には、図示しないがそれらのボールの循環路が形成されており、ボールはボールねじ軸２とボールスプラインナット６との相対的な直線移動と共にねじ溝内を転動しつつ直線方向に移動し、ナット端部に至ってナット内の戻し通路に入りＵターンして元の位置にもどる循環を繰り返す構造になっている。
【００１３】
前記ボールねじナット５の一端には、ハウジング８から張り出してプーリ１５が取付けられている。同じくボールスプラインナット６の一端にも、プーリ１６が取付けられている。また、ハウジング８に接近させて、共通のベースＢ上に固定配置された２台の駆動モータ１０，１１の出力軸にそれぞれプーリ１７，１８が取付けられている。そして、ボールねじナット５はプーリ１５及びプーリ１７に掛け渡したタイミングベルト１９を介して駆動モータ１０に連結され、ボールスプラインナット６はプーリ１６及びプーリ１８に掛け渡したタイミングベルト２０を介して同期回転可能に駆動モータ１１に連結されている。
【００１４】
駆動モータ１０，１１は例えばサーボモータで、図外の検出器でモータ軸の位置・速度を検出してセミクローズドループでフィードバック制御される。
前記Ｘ案内軸２２は、例えば直線案内装置（リニアガイド装置）の断面コ字型の案内レールで構成され、その対向する両内側面２２ａ，２２ａにそれぞれ図示しない軸方向の転動体転動溝が延設されている。これに対して、前記スライドテーブル１Ａはリニアガイド装置のスライダで構成されている。例えばスライドテーブル１Ａは、図示されないが、その両外側面１Ａａ，１Ａａに、前記案内レールの内側面２２ａに形成された転動体転動溝に対向する転動体転動溝が形成されると共に、その転動体転動溝に平行な転動体戻し路が内設され、且つ、前記転動体転動溝と転動体戻し路とを連結するＵ字路を備えたエンドキャップが両端部に装着され、かくしてエンドレスの転動体循環経路が両側面部に形成されており、その転動体循環経路内に多数の転動体（ボールまたはコロ）が充填された構造を有している。そして、スライドテーブル１Ａが軸方向に移動する際には、同方向にその移動速度より遅い速度でそれらの転動体が転動体循環経路内を移動しつつ無限循環を繰り返して滑らかに案内する。
【００１５】
また、スライドテーブル１ＢのＹ案内軸２４の方もリニアガイド装置であるが、この場合のリニアガイド装置は断面角型の案内レール３０に断面コ字型のスライダ３１が二台づつ搭載されており、都合四台のスライダ３１でスライドテーブル１Ｂを支持している。
【００１６】
次に上記テーブル駆動装置の作用を述べる。
（１）スライドテーブルのＸ軸方向への単一作動の場合：
駆動モータ１０を駆動し、駆動モータ１１は停止。これにより、駆動モータ１０に連結したボールねじナット５が回転し、駆動モータ１１に連結したボールスプラインナット６は停止固定となる。そのため、ボールねじ軸２が回転を伴わずに軸方向に移動し、その移動につれてスライドテーブル１Ａが停止したままのスライドテーブル１Ｂを搭載してＸ軸方向に移動する。移動の進退方向は、駆動モータ１０の回転方向によりきまる。
【００１７】
（２）スライドテーブルのＸ軸方向及びＹ軸方向複合作動の場合：
駆動モータ１０は停止し、駆動モータ１１を駆動させる。これにより、駆動モータ１１に連結したボールスプラインナット６が回転し、ボールねじナット５は停止固定となる。そのため、ボールねじ軸２は回転しつつＸ軸方向に移動する。その場合の移動距離は、ボールねじ軸２の１回転につきねじ１リード分である。このボールねじ軸２の移動に伴いスライドテーブル１Ａがボールねじ軸２と一体にＸ軸方向に移動する。同時に、ボールねじ軸２の回転で、タイミングベルト用プーリ２６も一体に回転してタイミングベルト２７が駆動され、これに連結しているスライドテーブル１ＢがＹ軸方向に移動する。両スライドテーブル１Ａ，１Ｂの移動の進退方向は、駆動モータ１１の回転方向によりきまる。スライドテーブル１Ｂ上に搭載された被搬送物は、両スライドテーブル１Ａ，１ＢのＸ，Ｙ軸方向移動を合成した方向に搬送されることになる。
【００１８】
（３）スライドテーブルのＹ軸方向への単一作動の場合：
駆動モータ１０及び駆動モータ１１を、ボールねじナット５とボールスプラインナット６とが同速度になるように駆動させる。これにより、ボールねじナット５，ボールスプラインナット６は同期回転する。そのため、ボールねじ軸２は軸方向移動を伴わずに回転する。このボールねじ軸２の回転に応じてスライドテーブル１ＢがＹ軸方向に移動するが、スライドテーブル１Ａは停止したままである。
【００１９】
上記各作動は、本願発明のテーブル駆動装置のテーブル駆動の一例であって、駆動モータ１０及び駆動モータ１１のそれぞれの回転量，回転速度と回転方向を制御することにより、スライドテーブル１Ａ及び１Ｂを、任意の方向に任意の速度で移動させて、任意の位置に位置決めすることができる。
【００２０】
図４ないし図６に、他の実施形態例を示す。
この第２実施形態例は、第２のテーブルがＺ軸方向移動のスライドテーブル１Ｃとされ、そのスライドテーブル１Ｃが第１のスライドテーブル１Ａ上に垂直に搭載されている点が上記第１実施形態例とは異なっている。
【００２１】
すなわち、このものはＸ軸方向へのスライド移動と、Ｚ軸方向へのスライド移動とが可能なＸ−Ｚテーブル駆動装置である。スライドテーブル１Ａの構成は上記とほぼ同様で良い。スライドテーブル１Ｃの方は、スライドテーブル１Ａの平面（図では水平面）３５に直角な面（垂直面）３６を設けて、その垂直面３６に、前記スライドテーブル１ＢのＹ案内軸２４と同様の、案内レール３０にスライダ３１が跨架されているリニアガイド装置からなる第２の案内軸としてのＺ案内軸３７が二基平行に取り付けてある。そのＺ案内軸３７，３７にスライダ３１を介してスライドテーブル１Ｃが取付けられてＺ軸方向にスライドするようになっている。スライドテーブル１Ｃの駆動手段としては、前記第１実施形態例におけるスライドテーブル１Ｂと同様のベルト伝導による回転運動−直線運動変換手段２９を採用している。勿論、回転運動−直線運動変換手段２９として、ベルト伝導で駆動する代わりにラック・ピニオン装置等を利用しても良い。
【００２２】
この第２実施形態例の作動は、前記第１実施形態例の場合と概ね同様で、ただ第２のスライドテーブルの移動方向が水平と垂直とで異なるのみであり、詳細な説明は省略する。
【００２３】
なお、上記各実施形態例では、Ｘ案内軸２２，Ｙ案内軸２４，Ｚ案内軸３７のどの各案内軸に転がり案内であるリニアガイド装置を用いたものを示したが、転がり案内に限定するものではなく、使用態様に応じてすべり案内構造の案内軸を採用することもできる。
【００２４】
また、上記各実施形態例では、アクチュエータとしてボールスプライン付ボールねじを使用した例を示したが、これに限らずボールを介在させないすべりスプライン付すべりねじを使用しても良い。
【００２５】
また、上記各実施形態例では、第２のテーブル１Ｂ又は１Ｃを駆動する回転運動−直線運動変換手段２９として、ベルト伝導装置を使用したものを説明したが、その他ラック・ピニオン装置，チェーン伝導装置等を利用しても良い。
【００２６】
また、上記各実施形態例では第２のテーブルをＹ軸又はＺ軸方向へ移動させる例を示したが、これに限らず、Ｙ軸とＺ軸の間の方向へ移動させることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係るテーブル駆動装置によれば、スプライン付ねじ装置を備えて軸回転と軸直線移動との２自由度を有する駆動手段により、（Ｘ）案内軸に案内される第１のスライドテーブルと、これに交叉する他の（Ｙ，Ｚ）案内軸に案内される第２のスライドテーブルとをそれぞれ独立に駆動してスライド作動させるものとしたため、駆動モータを可動体のテーブルに搭載する必要がなく電気配線等の処理も容易にできて、全体的に小型で構造の簡単で且つ安価な１軸２動作のテーブル駆動装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態例の平面図である。
【図２】図１に示すものの軸線部の断面図である。
【図３】図２のIII − III線断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態例の平面図である。
【図５】図４のV − V線断面図である。
【図６】図５のVI− VI 線断面図である。
【図７】従来のテーブル駆動装置の斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ第１のスライドテーブル
１Ｂ第２のスライドテーブル
１Ｃ第２のスライドテーブル
２駆動軸
３ボールねじ溝
４ボールスプライン溝
５ボールねじナット
６ボールスプラインナット
７軸受
８ハウジング
１０駆動モータ
１１駆動モータ
１２アクチュエータ
２２第１の案内軸
２３軸受
２４第２の案内軸
２９回転運動−直線運動変換手段
３７第２の案内軸

Claims

螺旋状のねじ軸と該ねじ軸と交叉して軸方向に延びるスプライン溝とを外周面に有する駆動軸、該駆動軸に嵌合するとともに前記ねじ溝に螺合するねじナット及び前記駆動軸に嵌合するとともに前記スプライン溝に係合するスプラインナットを備え、それら両ナットは軸受を介してハウジング内に回転自在に収容されるとともにそれぞれ駆動モータに連結されて、前記駆動軸が軸回転と直線運動との２自由度を有するアクチュエータと、
前記駆動軸の一端が回転自在に保持された第１のスライドテーブルと、
該第１のスライドテーブルを前記駆動軸の軸方向に移動可能に支持する第１の案内軸と、
前記第１の案内軸と交叉するように前記第１のスライドテーブル上に延設された第２の案内軸と、
該第２の案内軸に移動可能に支持された第２のスライドテーブルと、
前記駆動軸の回転運動を前記第２の案内軸の軸方向に沿う直線運動に変換して前記第２のスライドテーブルに伝える回転運動−直線運動変換手段とを備えたことを特徴とするテーブル駆動装置。