JP4277569B2 - 直動ステージ - Google Patents
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Description
【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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2003
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