JP4277569B2 - 直動ステージ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、テーブルを直動してそのテーブルに載置した物体を所定の位置に移動させる直動ステージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直動ステージにおいてはカタログ（ＮＳＫ社製：ＭＣＭ１０）のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−０２８１５８号公報
【０００４】
以下、従来の直動ステージについて図面を用いて簡単に説明する。
図７は従来の直動ステージを分解斜視図を示している。
１はモータ、２はカップリング、３はボールねじであり、４はモータ取付ブラケット、５は軸受ユニット、５１はダブルベアリング、６はテーブルユニット、７はガイドレール、８はセンサユニット、９はカバーユニットである。
モータ１は、カップリング２を介して、ボールねじ３と連結され、モータ取付ブラケット４に締結されている。
ボールねじ２は、軸受ユニット５に内包したダブルベアリング５１で支持され、テーブルユニット６と螺合している。
テーブルユニット６は、ガイドレール７で移動方向に案内されている。テーブルユニットの原点位置や終端位置は、センサユニット８で検出される。
また、直動ステージは、テーブルユニット６とガイドレール７間の防塵のために、カバーユニット９で覆われている。
【０００５】
次に、この直動ステージの動作について説明する。
モータ１の回転力は、カップリング２で連結したボールねじ３に伝達される。このボールねじ３と螺合したテーブルユニット６間で直動に変換され、推力を得る。
また、ボールねじ３の移動方向のがたつきを除去するために、軸受ユニット５では内包したダブルベアリング５１に予圧を与えていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の直動ステージにおいては次のような課題があった。
第１の課題は、ボールねじを軸受ユニットで支持し、カップリングでモータと連結しているが、軸受ユニットとモータ取付ブラケットとモータがテーブル面から大きくとび出した構造となっていることである。
このような突出した構造では、周辺機器との干渉がおこる虞があった。そしてこれを回避するために、設置スペースはかなり広くする必要があった。
また、第２の課題は、ボールねじとモータの連結にカップリングを用いているが、必ずしもモータとボールねじの軸心があっていないため偏芯して取りつけられることがしばしば生じたことである。このような偏芯取り付けのため、モータとボールねじは相対的にねじれながら回転することから、モータ軸受やボールねじの軸受ユニットへの負荷を増大させた。さらには、この増大負荷により、軸受の磨耗がすすみ、寿命を短くなる等の問題が生じた。
そして第３の課題としては、ボールねじとモータとを連結するためにカップリングを用い、各々をねじなどで締結すると、ボールねじとモータシャフトには締めこみ跡が残り、組換えができないことであった。
また、第４の課題としては、テーブルに過負荷がかかっても、テーブルを所定の位置へ移動するようにモータへ電流が供給されるので、大電流が連続的にモータへ供給されることになり、モータやドライバ回路が損傷することである。
したがって、本発明の目的は、これらの欠点を解決するためになされたものであり、狭いスペースにも容易に配置できて、簡便な機構を用いることで、寿命の低下やモータやドライバ回路の損傷を引き起こさない直動ステージを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ベースと、該ベースの上にモータ取付けブラケットを介して取り付けられる回動するモータと、前記モータのシャフトにカップリングを介して取り付けられるボールねじと、前記モータ取付けブラケットに固定されて前記カップリングを支持する少なくとも２つから成る軸受と、テーブルを具備して前記ボールねじに螺合するテーブルユニットと、前記ベースの上に取り付けられて該テーブルユニットを案内するガイドレールと、を備えて成り、前記モータの回動を前記ボールねじと前記テーブルユニット間で直動に変換させ、前記テーブルに載置した物体を所定の位置に移動させる直動ステージにおいて、前記モータ取付けブラケットを前記ベース内に嵌合して配置すると共に、該モータ取付けブラケット及び前記軸受の間に備えた予圧調整用外輪用スペーサとにより前記軸受の外輪に予圧を与え、前記カップリングと前記複数の軸受の軸方向に隣接する前記軸受の内輪の間に備えた予圧調整用内輪用スペーサとにより前記軸受の内輪に予圧を与えるようにし、かつ、前記カップリングの一端に凸部を設け、その反対の端面に凹部を設け、前記凸部の中心と前記凹部の中心を同心にし、前記モータのシャフト先端を円錐形状にし、かつ前記カップリングの前記凹部を前記円錐形状に対応するすり鉢状にし、前記モータシャフトの先端および前記カップリングの前記凹部のどちらか一方を磁石にし、他方を磁性材にして、互いの磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷が前記テーブルに作用した場合、前記モータシャフトが空転するようになることを特徴とする。
このような構造によって、従来あった軸受ユニットをなくし、モータ取付ブラケットとカップリングが軸受に供給する予圧を与える機能を兼用したため、モータ取付ブラケットやモータが、テーブル面から大きく飛び出さない構造になったことで、周辺機器と干渉することなく、狭いスペースへの配置が容易になる。
このような構造によって、従来あった軸受ユニットをなくし、モータ取付ブラケットとカップリングが軸受に供給する予圧を与える機能を兼用したため、モータ取付ブラケットやモータが、テーブル面から大きく飛び出さない構造になったことで、周辺機器と干渉することなく、狭いスペースへの配置が容易になる。
また、モータシャフトの先端を円錐形状に、カップリング凹部をすり鉢状にすることで、モータをモータ取付ブラケットへ締結する前にモータシャフトをカップリングへ挿入するとモータシャフト先端の角度とカップリング内部の角度が一致しているので、容易にモータとカップリングの軸心を合わせることができるようになる。そして、カップリングの凸部と凹部の軸心は合っているので、モータシャフトとボールねじの軸心を容易に合わせることができ、ボールねじを支持する軸受や、モータ軸受には過大な負荷を生じることなく使用することができるようになる。しかも、モータシャフトの先端およびカップリングの凹部のどちらか一方を磁石にし、他方を磁性材にしたので、磁気吸引力で締結力を得たことで、ボールねじとモータシャフトには締めこみ跡が残らず、繰り返し組換えができるようになる。そして、磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷がテーブルに作用した場合、モータシャフトは空転するので、モータやドライバ回路が損傷することなく、使用できるようになる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項第１項記載の直動ステージにおいて、前記モータシャフトの外周面と前記カップリングの内周面を１対または多極に磁化したことを特徴とする。
このような構成によれば、モータシャフトの外周面と、カップリングの内周面を１対または多極に磁化しているため、モータシャフト外周面とカップリング内周面は、異極の磁極が対向することで、相互に作用する磁気吸引力により、モータトルクはボールねじに伝達されるようになる。
そして、磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷がテーブルに作用した場合、モータシャフトは空転するので、モータやドライバ回路が損傷することなく、使用できるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る直動ステージについて、図１および図２に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る直動ステージの上面図、図２は本発明に係る直動ステージの縦断面図である。
両図において、１はモータ、１１はモータシャフト、２はカップリング、３はボールねじ、４はモータ取付ブラケット、５１はダブルベアリング、６はテーブルユニット、６１はテーブル、７はガイドレール、１０はベースである。
モータ１は、モータ取付ブラケット４に締結されている。モータシャフト１１はカップリング２を介してボールねじ３と連結されている。
ボールねじ３は、ダブルベアリング５１で支持され、テーブルユニット６と螺合している。テーブルユニット６は、ガイドレール７で移動方向に案内されている。ダブルベアリング５１はベアリングを２つ構成としているので、機械的なガタが生じやすいため、ここでは図３のようにしてダブルベアリング５１の軸方向に予圧を与えてこのガタを除去している。
【００１０】
図３はダブルベアリング５１の予圧の構成を説明する断面図である。
図３において、ダブルベアリング５１は、モータ１を取り付けるモータ取付ブラケット４で、ボールねじ３に取りつけたダブルベアリング５１の外輪５１１に予圧を与え、さらに、ボールねじ３とモータシャフト１１を連結するカップリング２で、ダブルベアリング５１の内輪５１２に予圧を与えている。また、モータ取付ブラケット４と外輪５１１との間に予圧調整のための外輪用スペーサ５１１Ｓ、及びカップリング２と内輪５１２との間に予圧調整のための内輪用スペーサ５１２Ｓをそれぞれ介在させている。
そこで、モータシャフト１１が回転すると、ダブルベアリング５１で支持されたカップリング２を介して、ボールねじ３が回転する。ダブルベアリング５１はカップリング２を回転自由に支持している。このようにダブルベアリングを使用することで、カップリングの支持が安定すると共に、ベアリングを２つ構成とすることの短所であった機械的なガタ発生の課題をダブルベアリングの軸方向予圧によって解消している。
【００１１】
次に、本発明に係る直動ステージの動作について説明する。
モータ１の回転力は連結したボールねじ３に伝達され、さらにこのボールねじ３と螺合したテーブルユニット６間で、直動に変換され、推力を得る。従来の直動ステージの第１の課題としては、ボールねじを軸受ユニットで支持し、カップリングでモータと連結しているため、軸受ユニット、モータ取付ブラケットとモータが、テーブル面から大きくとび出した構造となり、広い設置スペースを要していたが、図１及び図２に示した直動ステージによれば、ベース１０と嵌合するように配置したモータ取付ブラケット４で、ボールねじ３に取りつけたダブルベアリング５１外輪５１１をモータ取付ブラケット４で予圧を与え、さらにボールねじ３とモータ１を連結するカップリング２でダブルベアリング５１内輪５１２に予圧を与える構造にしたので、従来あった軸受ユニットをなくすことができ、しかもモータ取付ブラケット４とカップリング２がダブルベアリング５１に供給する予圧を与える機能を兼用したことで、モータ取付ブラケット４やモータ１が、テーブル６１面から大きく飛び出さない構造になり、したがって周辺機器と干渉することなく、狭いスペースへの配置が容易になる。
【００１２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る直動ステージのカップリング２について、図４〜図６に基づいて説明する。
図４は本発明の直動ステージのカップリングの断面図である。
図５は本発明の直動ステージに磁石を用いたカップリングの断面図である。
図６は本発明の直動ステージのカップリングの磁化パターンである。
図４に示すように、本発明に係るカップリング２はその一方の端面に設けた凹部２１をすり鉢状にし、モータシャフト１１先端を円錐形状にしている。
従来の直動ステージの第２の課題としては、ボールねじとモータの連結にカップリングを用いているが、必ずしもモータとボールねじの軸心があっていないため、偏芯して取りつけられることがしばしば生じ、このためモータとボールねじは相対的にねじれながら回転することから、モータ軸受やボールねじの軸受ユニットへの負荷を増大させる。さらには、この負荷により、軸受の磨耗がすすみ、寿命を短くなる等の問題が生じていた。
ところが、本発明の第２の実施の形態に係る直動ステージによれば、モータシャフト１１の先端を円錐形状に、カップリング凹部２１をすり鉢状にすることで、モータ１をモータ取付ブラケット４へ締結する前に、モータシャフト１１をカップリング２へ挿入すると、モータシャフト１１先端の角度とカップリング凹部２１の角度が一致しているので、容易にモータ１とカップリング２の軸心を合わせることができる。そしてカップリング２のカップリング凸部２０とカップリング凹部２１の軸心は合っているので、モータシャフト１１とボールねじ３の軸心を容易に合わせることができ、このためボールねじ３を支持する軸受やモータ軸受には過大な負荷を生じることなく使用できるようになる。
【００１３】
図５は本発明の第３の実施の形態に係る直動ステージのカップリングを示している。図５に示すように、磁性材で作製されたモータシャフト１１先端を円錐状にし、カップリング凹部２１のすり鉢状に作製した磁石２２を具備し、磁気吸引力によりモータシャフト１１とカップリング２を締結するようにしているのが特徴である。
これによって、モータシャフト１１とカップリング２との固定は、モータシャフト１１をカップリング２へ挿入するだけでよく、モータシャフト先端の角度とカップリング内部の角度が一致しているので、容易にモータとカップリングの軸心を簡単に合わせることができる。そしてカップリングの凸部と凹部の軸心は合っているので、結果的にモータシャフト１１とボールねじ３の軸心を容易に合わせることができる。このため、ボールねじを支持する軸受や、モータ軸受には過大な負荷を生じることなく使用できるようになる。
従来の直動ステージの第３の課題としては、ボールねじとモータとを連結するためにカップリングを用い、各々をねじなどで締結すると、ボールねじとモータシャフトには締めこみ跡が残り、組換えができないなどの問題が生じていた。
ところが、第４の実施の形態によれば、磁気吸引力で締結力を得たことで、ボールねじ３とモータシャフト１１には締めこみ跡が残らず、繰り返し組換えができる。
図６は本発明の第４の実施の形態を示すもので、図のように、マンガンアルミ合金からなる磁石材料でモータシャフト１１の外周面と、多極に磁化した円筒磁石２３をカップリング２に内包したことを特徴としている。そして、モータシャフト１１をカップリング２間は、異極性が対向するように整列している。
【００１４】
従来装置の第４の課題としては、テーブルに過負荷がかかってもテーブルを所定の位置へ移動するようにモータへ電流が供給されるので、大電流が連続的にモータへ供給されることになり、モータやドライバ回路が損傷するなどの問題が生じていた。
ところが第５の実施の形態によれば、モータシャフト１１の外周面と、カップリング２の内周面を１対または等ピッチで多極に磁化しているため、モータシャフト１１外周面とカップリング２内周面は、異極の磁極が対向し、相互に作用する磁気吸引力により、モータトルクはボールねじ３に伝達される。磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷がテーブル６１に作用した場合、モータシャフト１１は空転するので、モータ１やドライバ回路が損傷することなく、使用できるようになる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の直動ステージの発明によれば、従来あった軸受ユニットをなくし、モータ取付ブラケットとカップリングが軸受に供給する予圧を与える機能を兼用したため、モータ取付ブラケットやモータが、テーブル面から大きく飛び出さない構造になったことで、周辺機器と干渉することなく、狭いスペースへの配置が容易になった。
請求項２記載の発明によれば、カップリングの一端に凸部を設け、その反対の端面に凹部を設け、前記凸部の中心と前記凹部の中心を同心にし、また、請求項３記載の発明によれば、前記モータのシャフト先端を円錐形状にし、かつカップリングの凹部を円錐形状に対応するすり鉢状にしたので、モータとカップリングの軸心を合わせを容易に行えるようになり、また、カップリングの凸部と凹部の軸心は合っているので、ボールねじを支持する軸受や、モータ軸受には過大な負荷を生じることなく使用することができるようになった。
また、請求項４記載の発明によれば、モータシャフトの先端およびカップリングの凹部のどちらか一方を磁石にし、他方を磁性材にしたので、磁気吸引力で締結力を得たことで、ボールねじとモータシャフトには締めこみ跡が残らず、繰り返し組換えができるようになった。
また、請求項５記載によれば、モータシャフトの外周面とカップリングの内周面を１対または多極に磁化したので、モータシャフト外周面とカップリング内周面は、異極の磁極が対向することで、相互に作用する磁気吸引力により、モータトルクはボールねじに伝達されるようになり、そして、磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷がテーブルに作用した場合、モータシャフトは空転するので、モータやドライバ回路が損傷することなく、使用できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の直動ステージの構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態の直動ステージの構成を示すA-A断面図である。
【図３】ダブルベアリングの予圧の構成を説明する断面図である。
【図４】本発明の直動ステージのカップリングの断面図である。
【図５】本発明の直動ステージに磁石を用いたカップリングの断面図である。
【図６】本発明の直動ステージのカップリングの磁化パターンである。
【図７】従来の直動ステージの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ モータ
１１ モータシャフト
２ カップリング
２１ カップリング凹部
２２ すり鉢状磁石
３ ボールねじ
４ モータ取付ブラケット
５ 軸受ユニット
５１ ダブルベアリング
６ テーブルユニット
６１ テーブル
７ ガイドレール
８ センサユニット
９ カバーユニット
１０はベース
１ モータ
１１ モータシャフト
２ カップリング
２０ カップリング凸部
２１ カップリング凹部
２２ すり鉢状磁石
３ ボールねじ
４ モータ取付ブラケット
５ 軸受ユニット
５１ ダブルベアリング
５１１ ダブルベアリング外輪
５１２ ダブルベアリング内輪
５１１Ｓ 外輪用スペーサ
５１２Ｓ 内輪用スペーサ
６ テーブルユニット
６１ テーブル
７ ガイドレール
８ センサユニット
９ カバーユニット
１０ ベース
【発明の属する技術分野】
この発明は、テーブルを直動してそのテーブルに載置した物体を所定の位置に移動させる直動ステージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直動ステージにおいてはカタログ（ＮＳＫ社製：ＭＣＭ１０）のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−０２８１５８号公報
【０００４】
以下、従来の直動ステージについて図面を用いて簡単に説明する。
図７は従来の直動ステージを分解斜視図を示している。
１はモータ、２はカップリング、３はボールねじであり、４はモータ取付ブラケット、５は軸受ユニット、５１はダブルベアリング、６はテーブルユニット、７はガイドレール、８はセンサユニット、９はカバーユニットである。
モータ１は、カップリング２を介して、ボールねじ３と連結され、モータ取付ブラケット４に締結されている。
ボールねじ２は、軸受ユニット５に内包したダブルベアリング５１で支持され、テーブルユニット６と螺合している。
テーブルユニット６は、ガイドレール７で移動方向に案内されている。テーブルユニットの原点位置や終端位置は、センサユニット８で検出される。
また、直動ステージは、テーブルユニット６とガイドレール７間の防塵のために、カバーユニット９で覆われている。
【０００５】
次に、この直動ステージの動作について説明する。
モータ１の回転力は、カップリング２で連結したボールねじ３に伝達される。このボールねじ３と螺合したテーブルユニット６間で直動に変換され、推力を得る。
また、ボールねじ３の移動方向のがたつきを除去するために、軸受ユニット５では内包したダブルベアリング５１に予圧を与えていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の直動ステージにおいては次のような課題があった。
第１の課題は、ボールねじを軸受ユニットで支持し、カップリングでモータと連結しているが、軸受ユニットとモータ取付ブラケットとモータがテーブル面から大きくとび出した構造となっていることである。
このような突出した構造では、周辺機器との干渉がおこる虞があった。そしてこれを回避するために、設置スペースはかなり広くする必要があった。
また、第２の課題は、ボールねじとモータの連結にカップリングを用いているが、必ずしもモータとボールねじの軸心があっていないため偏芯して取りつけられることがしばしば生じたことである。このような偏芯取り付けのため、モータとボールねじは相対的にねじれながら回転することから、モータ軸受やボールねじの軸受ユニットへの負荷を増大させた。さらには、この増大負荷により、軸受の磨耗がすすみ、寿命を短くなる等の問題が生じた。
そして第３の課題としては、ボールねじとモータとを連結するためにカップリングを用い、各々をねじなどで締結すると、ボールねじとモータシャフトには締めこみ跡が残り、組換えができないことであった。
また、第４の課題としては、テーブルに過負荷がかかっても、テーブルを所定の位置へ移動するようにモータへ電流が供給されるので、大電流が連続的にモータへ供給されることになり、モータやドライバ回路が損傷することである。
したがって、本発明の目的は、これらの欠点を解決するためになされたものであり、狭いスペースにも容易に配置できて、簡便な機構を用いることで、寿命の低下やモータやドライバ回路の損傷を引き起こさない直動ステージを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ベースと、該ベースの上にモータ取付けブラケットを介して取り付けられる回動するモータと、前記モータのシャフトにカップリングを介して取り付けられるボールねじと、前記モータ取付けブラケットに固定されて前記カップリングを支持する少なくとも２つから成る軸受と、テーブルを具備して前記ボールねじに螺合するテーブルユニットと、前記ベースの上に取り付けられて該テーブルユニットを案内するガイドレールと、を備えて成り、前記モータの回動を前記ボールねじと前記テーブルユニット間で直動に変換させ、前記テーブルに載置した物体を所定の位置に移動させる直動ステージにおいて、前記モータ取付けブラケットを前記ベース内に嵌合して配置すると共に、該モータ取付けブラケット及び前記軸受の間に備えた予圧調整用外輪用スペーサとにより前記軸受の外輪に予圧を与え、前記カップリングと前記複数の軸受の軸方向に隣接する前記軸受の内輪の間に備えた予圧調整用内輪用スペーサとにより前記軸受の内輪に予圧を与えるようにし、かつ、前記カップリングの一端に凸部を設け、その反対の端面に凹部を設け、前記凸部の中心と前記凹部の中心を同心にし、前記モータのシャフト先端を円錐形状にし、かつ前記カップリングの前記凹部を前記円錐形状に対応するすり鉢状にし、前記モータシャフトの先端および前記カップリングの前記凹部のどちらか一方を磁石にし、他方を磁性材にして、互いの磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷が前記テーブルに作用した場合、前記モータシャフトが空転するようになることを特徴とする。
このような構造によって、従来あった軸受ユニットをなくし、モータ取付ブラケットとカップリングが軸受に供給する予圧を与える機能を兼用したため、モータ取付ブラケットやモータが、テーブル面から大きく飛び出さない構造になったことで、周辺機器と干渉することなく、狭いスペースへの配置が容易になる。
このような構造によって、従来あった軸受ユニットをなくし、モータ取付ブラケットとカップリングが軸受に供給する予圧を与える機能を兼用したため、モータ取付ブラケットやモータが、テーブル面から大きく飛び出さない構造になったことで、周辺機器と干渉することなく、狭いスペースへの配置が容易になる。
また、モータシャフトの先端を円錐形状に、カップリング凹部をすり鉢状にすることで、モータをモータ取付ブラケットへ締結する前にモータシャフトをカップリングへ挿入するとモータシャフト先端の角度とカップリング内部の角度が一致しているので、容易にモータとカップリングの軸心を合わせることができるようになる。そして、カップリングの凸部と凹部の軸心は合っているので、モータシャフトとボールねじの軸心を容易に合わせることができ、ボールねじを支持する軸受や、モータ軸受には過大な負荷を生じることなく使用することができるようになる。しかも、モータシャフトの先端およびカップリングの凹部のどちらか一方を磁石にし、他方を磁性材にしたので、磁気吸引力で締結力を得たことで、ボールねじとモータシャフトには締めこみ跡が残らず、繰り返し組換えができるようになる。そして、磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷がテーブルに作用した場合、モータシャフトは空転するので、モータやドライバ回路が損傷することなく、使用できるようになる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項第１項記載の直動ステージにおいて、前記モータシャフトの外周面と前記カップリングの内周面を１対または多極に磁化したことを特徴とする。
このような構成によれば、モータシャフトの外周面と、カップリングの内周面を１対または多極に磁化しているため、モータシャフト外周面とカップリング内周面は、異極の磁極が対向することで、相互に作用する磁気吸引力により、モータトルクはボールねじに伝達されるようになる。
そして、磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷がテーブルに作用した場合、モータシャフトは空転するので、モータやドライバ回路が損傷することなく、使用できるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る直動ステージについて、図１および図２に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る直動ステージの上面図、図２は本発明に係る直動ステージの縦断面図である。
両図において、１はモータ、１１はモータシャフト、２はカップリング、３はボールねじ、４はモータ取付ブラケット、５１はダブルベアリング、６はテーブルユニット、６１はテーブル、７はガイドレール、１０はベースである。
モータ１は、モータ取付ブラケット４に締結されている。モータシャフト１１はカップリング２を介してボールねじ３と連結されている。
ボールねじ３は、ダブルベアリング５１で支持され、テーブルユニット６と螺合している。テーブルユニット６は、ガイドレール７で移動方向に案内されている。ダブルベアリング５１はベアリングを２つ構成としているので、機械的なガタが生じやすいため、ここでは図３のようにしてダブルベアリング５１の軸方向に予圧を与えてこのガタを除去している。
【００１０】
図３はダブルベアリング５１の予圧の構成を説明する断面図である。
図３において、ダブルベアリング５１は、モータ１を取り付けるモータ取付ブラケット４で、ボールねじ３に取りつけたダブルベアリング５１の外輪５１１に予圧を与え、さらに、ボールねじ３とモータシャフト１１を連結するカップリング２で、ダブルベアリング５１の内輪５１２に予圧を与えている。また、モータ取付ブラケット４と外輪５１１との間に予圧調整のための外輪用スペーサ５１１Ｓ、及びカップリング２と内輪５１２との間に予圧調整のための内輪用スペーサ５１２Ｓをそれぞれ介在させている。
そこで、モータシャフト１１が回転すると、ダブルベアリング５１で支持されたカップリング２を介して、ボールねじ３が回転する。ダブルベアリング５１はカップリング２を回転自由に支持している。このようにダブルベアリングを使用することで、カップリングの支持が安定すると共に、ベアリングを２つ構成とすることの短所であった機械的なガタ発生の課題をダブルベアリングの軸方向予圧によって解消している。
【００１１】
次に、本発明に係る直動ステージの動作について説明する。
モータ１の回転力は連結したボールねじ３に伝達され、さらにこのボールねじ３と螺合したテーブルユニット６間で、直動に変換され、推力を得る。従来の直動ステージの第１の課題としては、ボールねじを軸受ユニットで支持し、カップリングでモータと連結しているため、軸受ユニット、モータ取付ブラケットとモータが、テーブル面から大きくとび出した構造となり、広い設置スペースを要していたが、図１及び図２に示した直動ステージによれば、ベース１０と嵌合するように配置したモータ取付ブラケット４で、ボールねじ３に取りつけたダブルベアリング５１外輪５１１をモータ取付ブラケット４で予圧を与え、さらにボールねじ３とモータ１を連結するカップリング２でダブルベアリング５１内輪５１２に予圧を与える構造にしたので、従来あった軸受ユニットをなくすことができ、しかもモータ取付ブラケット４とカップリング２がダブルベアリング５１に供給する予圧を与える機能を兼用したことで、モータ取付ブラケット４やモータ１が、テーブル６１面から大きく飛び出さない構造になり、したがって周辺機器と干渉することなく、狭いスペースへの配置が容易になる。
【００１２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る直動ステージのカップリング２について、図４〜図６に基づいて説明する。
図４は本発明の直動ステージのカップリングの断面図である。
図５は本発明の直動ステージに磁石を用いたカップリングの断面図である。
図６は本発明の直動ステージのカップリングの磁化パターンである。
図４に示すように、本発明に係るカップリング２はその一方の端面に設けた凹部２１をすり鉢状にし、モータシャフト１１先端を円錐形状にしている。
従来の直動ステージの第２の課題としては、ボールねじとモータの連結にカップリングを用いているが、必ずしもモータとボールねじの軸心があっていないため、偏芯して取りつけられることがしばしば生じ、このためモータとボールねじは相対的にねじれながら回転することから、モータ軸受やボールねじの軸受ユニットへの負荷を増大させる。さらには、この負荷により、軸受の磨耗がすすみ、寿命を短くなる等の問題が生じていた。
ところが、本発明の第２の実施の形態に係る直動ステージによれば、モータシャフト１１の先端を円錐形状に、カップリング凹部２１をすり鉢状にすることで、モータ１をモータ取付ブラケット４へ締結する前に、モータシャフト１１をカップリング２へ挿入すると、モータシャフト１１先端の角度とカップリング凹部２１の角度が一致しているので、容易にモータ１とカップリング２の軸心を合わせることができる。そしてカップリング２のカップリング凸部２０とカップリング凹部２１の軸心は合っているので、モータシャフト１１とボールねじ３の軸心を容易に合わせることができ、このためボールねじ３を支持する軸受やモータ軸受には過大な負荷を生じることなく使用できるようになる。
【００１３】
図５は本発明の第３の実施の形態に係る直動ステージのカップリングを示している。図５に示すように、磁性材で作製されたモータシャフト１１先端を円錐状にし、カップリング凹部２１のすり鉢状に作製した磁石２２を具備し、磁気吸引力によりモータシャフト１１とカップリング２を締結するようにしているのが特徴である。
これによって、モータシャフト１１とカップリング２との固定は、モータシャフト１１をカップリング２へ挿入するだけでよく、モータシャフト先端の角度とカップリング内部の角度が一致しているので、容易にモータとカップリングの軸心を簡単に合わせることができる。そしてカップリングの凸部と凹部の軸心は合っているので、結果的にモータシャフト１１とボールねじ３の軸心を容易に合わせることができる。このため、ボールねじを支持する軸受や、モータ軸受には過大な負荷を生じることなく使用できるようになる。
従来の直動ステージの第３の課題としては、ボールねじとモータとを連結するためにカップリングを用い、各々をねじなどで締結すると、ボールねじとモータシャフトには締めこみ跡が残り、組換えができないなどの問題が生じていた。
ところが、第４の実施の形態によれば、磁気吸引力で締結力を得たことで、ボールねじ３とモータシャフト１１には締めこみ跡が残らず、繰り返し組換えができる。
図６は本発明の第４の実施の形態を示すもので、図のように、マンガンアルミ合金からなる磁石材料でモータシャフト１１の外周面と、多極に磁化した円筒磁石２３をカップリング２に内包したことを特徴としている。そして、モータシャフト１１をカップリング２間は、異極性が対向するように整列している。
【００１４】
従来装置の第４の課題としては、テーブルに過負荷がかかってもテーブルを所定の位置へ移動するようにモータへ電流が供給されるので、大電流が連続的にモータへ供給されることになり、モータやドライバ回路が損傷するなどの問題が生じていた。
ところが第５の実施の形態によれば、モータシャフト１１の外周面と、カップリング２の内周面を１対または等ピッチで多極に磁化しているため、モータシャフト１１外周面とカップリング２内周面は、異極の磁極が対向し、相互に作用する磁気吸引力により、モータトルクはボールねじ３に伝達される。磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷がテーブル６１に作用した場合、モータシャフト１１は空転するので、モータ１やドライバ回路が損傷することなく、使用できるようになる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の直動ステージの発明によれば、従来あった軸受ユニットをなくし、モータ取付ブラケットとカップリングが軸受に供給する予圧を与える機能を兼用したため、モータ取付ブラケットやモータが、テーブル面から大きく飛び出さない構造になったことで、周辺機器と干渉することなく、狭いスペースへの配置が容易になった。
請求項２記載の発明によれば、カップリングの一端に凸部を設け、その反対の端面に凹部を設け、前記凸部の中心と前記凹部の中心を同心にし、また、請求項３記載の発明によれば、前記モータのシャフト先端を円錐形状にし、かつカップリングの凹部を円錐形状に対応するすり鉢状にしたので、モータとカップリングの軸心を合わせを容易に行えるようになり、また、カップリングの凸部と凹部の軸心は合っているので、ボールねじを支持する軸受や、モータ軸受には過大な負荷を生じることなく使用することができるようになった。
また、請求項４記載の発明によれば、モータシャフトの先端およびカップリングの凹部のどちらか一方を磁石にし、他方を磁性材にしたので、磁気吸引力で締結力を得たことで、ボールねじとモータシャフトには締めこみ跡が残らず、繰り返し組換えができるようになった。
また、請求項５記載によれば、モータシャフトの外周面とカップリングの内周面を１対または多極に磁化したので、モータシャフト外周面とカップリング内周面は、異極の磁極が対向することで、相互に作用する磁気吸引力により、モータトルクはボールねじに伝達されるようになり、そして、磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷がテーブルに作用した場合、モータシャフトは空転するので、モータやドライバ回路が損傷することなく、使用できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の直動ステージの構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態の直動ステージの構成を示すA-A断面図である。
【図３】ダブルベアリングの予圧の構成を説明する断面図である。
【図４】本発明の直動ステージのカップリングの断面図である。
【図５】本発明の直動ステージに磁石を用いたカップリングの断面図である。
【図６】本発明の直動ステージのカップリングの磁化パターンである。
【図７】従来の直動ステージの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ モータ
１１ モータシャフト
２ カップリング
２１ カップリング凹部
２２ すり鉢状磁石
３ ボールねじ
４ モータ取付ブラケット
５ 軸受ユニット
５１ ダブルベアリング
６ テーブルユニット
６１ テーブル
７ ガイドレール
８ センサユニット
９ カバーユニット
１０はベース
１ モータ
１１ モータシャフト
２ カップリング
２０ カップリング凸部
２１ カップリング凹部
２２ すり鉢状磁石
３ ボールねじ
４ モータ取付ブラケット
５ 軸受ユニット
５１ ダブルベアリング
５１１ ダブルベアリング外輪
５１２ ダブルベアリング内輪
５１１Ｓ 外輪用スペーサ
５１２Ｓ 内輪用スペーサ
６ テーブルユニット
６１ テーブル
７ ガイドレール
８ センサユニット
９ カバーユニット
１０ ベース
Claims (2)
- ベースと、該ベースの上にモータ取付けブラケットを介して取り付けられる回動するモータと、前記モータのシャフトにカップリングを介して取り付けられるボールねじと、前記モータ取付けブラケットに固定されて前記カップリングを支持する少なくとも２つから成る軸受と、テーブルを具備して前記ボールねじに螺合するテーブルユニットと、前記ベースの上に取り付けられて該テーブルユニットを案内するガイドレールと、を備えて成り、前記モータの回動を前記ボールねじと前記テーブルユニット間で直動に変換させ、前記テーブルを所定の位置に移動させる直動ステージにおいて、
前記モータ取付けブラケットを前記ベース内に嵌合して配置すると共に、該モータ取付けブラケット及び前記軸受の間に備えた予圧調整用外輪用スペーサとにより前記軸受の外輪に予圧を与え、前記カップリングと前記複数の軸受の軸方向に隣接する前記軸受の内輪の間に備えた予圧調整用内輪用スペーサとにより前記軸受の内輪に予圧を与えるようにし、 かつ、前記カップリングの一端に凸部を設け、その反対の端面に凹部を設け、前記凸部の中心と前記凹部の中心を同心にし、前記モータのシャフト先端を円錐形状にし、前記カップリングの前記凹部を前記円錐形状に対応するすり鉢状にし、前記モータシャフトの先
端および前記カップリングの前記凹部のどちらか一方を磁石にし、他方を磁性材にして、互いの磁気吸引力で伝達できるトルクよりも大きな負荷が前記テーブルに作用した場合、前記モータシャフトが空転するようになることを特徴とする直動ステージ。 - 前記モータシャフトの外周面と前記カップリングの内周面を１対または多極に磁化したことを特徴とする請求項１記載の直動ステージ。
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