JP4380092B2 - 保持器のずれ防止機構を備えた有限直動案内ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，半導体製造装置，精密測定器，精密検査機，精密組立器，工作機械，各種ロボット等の各種の機械に適用される保持器のずれ防止機構を備えた有限直動案内ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，半導体製造装置等の機械では，部品等を直動案内するため，有限直動案内ユニットが多く使用されるようになり，有限直動案内ユニットとして高速や高加減速に対応できると共に，装置そのものがコンパクトに構成され，機器の直動案内として高精度で，低摺動抵抗等の性能に対応できることが求められており，これらの課題を解決することが不可欠になっている。
【０００３】
従来，有限直動案内ユニットとしては，特開平１１−１０８０５６号公報に開示されたものが知られている。該有限直動案内ユニットは，保持器のずれを防止して軌道部材の移動を確実にコントロールすることができる有限直動形ガイドウェイ及びそれを組み込んだものであり，軌道部材の軌道溝には，保持器に保持された円筒ころが転動可能であり，逃げ溝に固定されたラックには，保持器に回転自在に支持されたピニオンが噛み合っている。ラックの歯には円筒ころとの干渉を回避する凹部を形成したので，歯を大きなモジュールの歯としてピニオンとの噛み合い強度が向上されて保持器の軌道部材に対するずれが防止される。また，逃げ溝を大きくしないので，広い軌道面が確保される。
【０００４】
また，特開平１１−３１５８３１号公報に開示された保持器強制ガイド付き直動ガイドは，長手方向に相対移動できる２つの案内レールを備え，両案内レールの向い合う案内軌道面間に保持器に保持された転動体が配置され，保持器には強制的に案内するための少なくとも１つの噛合車が結合され，噛合車がそれぞれの案内レールに結合されているラック等と噛み合っているものである。また，特開平１１−３１５８３２号公報には，同様な直動ガイドが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来の有限直動案内ユニットは，ピニオンが一対のギヤホルダで回転支持され，そのギヤホルダが保持器の係止爪で係止された構造に構成されているので，ギヤホルダの組立が複雑であり，ギヤホルダの確実な係止ができなかった。また，従来の有限直動案内ユニットは，ラック及びピニオンの歯形が細かな形状に形成されていたので，噛み合い抵抗等が大きく，摺動抵抗が大きくなり，装置自体を小形化することが困難であった。
【０００６】
また，従来の有限直動案内ユニットでは，ラックとピニオンにおいて，ピニオンは円板の外周に幾分突出する転動体が配設されたものであり，ラックは突出する転動体部分と一致する凹所が等間隔に形成された構造に構成されている。従って，ラックとピニオンでは，一致する凹所を設けることが面倒であり，幾分の噛み合わせになっているので，噛み合わせるための加工が面倒なものになっていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の課題を解決することであり，半導体製造装置，精密機械等の機器に適用でき，従来の有限直動案内ユニットの構造を若干変更するだけで保持器ずれ防止機構を簡単に組み込むことができ，大型から小型までの移動体に適用でき，テーブル等の移動体の直動移動を確実に高精度に行うことができ，移動体の高速移動や高加減速移動に対応できると共に，装置そのものをコンパクトに構成でき，低摺動抵抗等の性能を発揮できる保持器のずれ防止機構を備えた有限直動案内ユニットを提供することである。
【０００８】
この発明は，長手方向壁面に互いに対向する軌道溝をそれぞれ形成した互いに相対移動する一対の軌道台，前記軌道台の前記軌道溝間に形成される軌道路に配設された複数の転動体を保持する板状の保持器，前記軌道溝にそれぞれ形成された互いに対向するラック，対向する前記ラックにそれぞれ噛み合う歯部を備え且つ前記保持器に回転自在に装着されたピニオン，及び前記保持器に形成された嵌着孔に嵌着されたホルダを有し，
前記ピニオンは，周方向に均一に隔置した前記歯部と前記歯部間の凹部とが形成された円板部，及び前記円板部の回転中心となって前記円板部の両側面から突出する一体に形成された軸部を有し，前記ピニオンの前記円板部に形成された前記歯部は，前記円板部の外周から延びる歯元部と前記歯元部に一体の半円形の先端部とから成る突出部から構成され，前記ピニオンの前記軸部は，前記ホルダに形成されたホルダ部に回転自在に保持され， 前記ホルダは，前記保持器の前記嵌着孔に嵌合して前記ホルダ部を形成する凸部と，前記凸部の周囲にあって前記保持器の壁面に当接して前記保持器に固着されるフランジ部とを有し，前記凸部に形成された前記ホルダ部には，前記ピニオンの前記円板部を嵌挿する嵌挿孔と，前記嵌挿孔に前記円板部を嵌挿すると共に前記ピニオンの前記軸部を押し込むことによって装着される前記嵌挿孔に直交した矩形状のホルダ孔部とが形成され，
前記ラックは，長手方向に沿って前記ピニオンの前記歯部の回転ピッチと合致するピッチに形成された噛み合い凹部が形成され，前記噛み合い凹部は，前記ピニオンの前記歯部と順次に噛み合うように前記歯部の前記先端部の半円形の半径より長い半径の円形の一部で形成され，前記噛み合い凹部間における前記ピニオンの前記歯部に噛み合うラック歯部の歯先部の先端部が尖らせることなく前記噛み合い凹部の半径よりやや長い径の位置を平坦面に形成されていることから成る保持器のずれ防止機構を備えた有限直動案内ユニットに関する。
【０００９】
この有限直動案内ユニットは，上記のように構成されているので，ホルダが保持器に確実に固着でき，ピニオンの組み込みが容易になると共に，ラックとピニオンはそれらの歯形が噛み付き難く剛性の大きい構造に構成でき，また，金属射出成形の粉末焼結によって軌道台と同時にラックを形成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による保持器のずれ防止機構を備えた有限直動案内ユニットの実施例を説明する。この有限直動案内ユニットは，本出願人に係る特開平１１−１０８０５６号公報に開示されたものを，余り設計変更することなく，ラックとピニオンから成る保持器ずれ防止機構を簡単に設けることができるものである。従って，この発明による保持器のずれ防止機構を備えた有限直動案内ユニットは，基本的には，上記公報に開示された有限直動案内ユニットと同等の構成を有するものである。
【００１１】
図１，図２及び図１３に示すように，この有限直動案内ユニットの実施例は，長手方向の互いに対向面となる壁面１５，１６に軌道溝１０をそれぞれ形成し，互いに相対移動する少なくても一対の軌道台１，２，軌道台１，２の軌道溝１０間の軌道路７に配設された複数の転動体８，転動体８を保持する板状の保持器３，軌道溝１０の逃げ溝９に形成されたラック４，及び対向するそれぞれのラック４に噛み合って保持器３に回転自在に装着されたピニオン５を有する。この実施例では，一対の軌道台１，２には，断面矩形状で一辺の長手方向に沿って軌道溝１０が対向面の壁面１５，１６にそれぞれ形成され，対向した軌道溝１０に円筒ころである転動体８が介在され，転動体８を介して軌道台１，２が互いに相対移動するものである。また，軌道台１，２には，長手方向に所定ピッチで形成されたザグリ孔，ねじ孔等の取付け用孔２４が形成され，一方の軌道台１又は２が固定側のベッド等の固定体（図示せず）に固着され，また，他方の軌道台２又は１が可動側のテーブル等の移動台（図示せず）に固着されるように，軌道台１，２が丁度１８０度回転した状態で配列されている。従って，この有限直動案内ユニットでは，ベッドの固定体に固設された軌道台１又は２は，軌道台２又は１に取り付けられたテーブル等の移動台が直線運動で案内されることになる。
【００１２】
この有限直動案内ユニットでは，図１に示すように，軌道台１，２の端部には，保持器３の抜け防止用のストッパとなる頭部を備えた端部ねじ２３が軌道台１，２の端部に形成されたねじ孔に螺入されてそれぞれ固着されている。この有限直動案内ユニットは，図１〜図６に示すように，主として，一対の軌道台１，２の軌道溝１０間に形成される軌道路７に配設された複数の円筒ころである転動体８を保持する板状の保持器３，軌道溝１０の逃げ溝９にそれぞれ設けられた互いに対向するラック４，対向するラック４にそれぞれ噛み合う歯部１４を備え且つ保持器３に回転自在に装着されたピニオン５，及び保持器３に形成された嵌着孔３０に嵌着され且つピニオン５をホルダ部２１に回転自在に保持したホルダ６を有している。また，図１４，図１７及び図１８に示すように，ラック４は，軌道台１，２の軌道溝１０に形成された逃げ溝９に設けられ，ラック４のラック歯部２２の頂面には，転動体８の転動が干渉しないようにＶ溝から成る凹部１７が形成されている。
【００１３】
図３〜図７に示すように，保持器３は，長手方向に延びる矩形状薄板から形成され，長手方向に沿って所定のピッチで形成された保持孔２７に嵌合した転動体を係止爪２６によってそれぞれ保持している。また，保持器３の中央部分には嵌着孔３０が形成され，嵌着孔３０にはホルダ６が嵌着されている。ホルダ６は，保持器３の嵌着孔３０に嵌合してホルダ部２１を形成する凸部３５と，凸部３５の周囲にあって保持器３の壁面４５に当接して保持器３に固着されるフランジ部４６とを有している。ホルダ６には，ピニオン５が回転自在に保持されている。保持器３に保持された転動体８は，断面が正方形状の円筒ころでなり，隣り合う円筒ころは，その回転中心が直交する状態に配設されている。
【００１４】
保持器３は，特に図７に示すように，中央部分に円筒ころ８が嵌入する保持孔２７よりも大きい嵌着孔３０が形成されている。嵌着孔３０は，図７に示す実施例では，保持器３の側面３１に平行な辺を持つ正方形等の矩形から角部を残した形状の八角形に形成されている。また，保持器３には，角部に相当する部分の４か所にピン孔３２が形成されている。
【００１５】
図８〜図１０に示すように，ホルダ６には，矩形板状の下面等の一側面に全体的に略八角形の凸部３５が形成され，凸部３５の中央部分にはホルダ部２１が形成されている。ホルダ部２１には，ピニオン５の軸部３６を回転自在に保持するホルダ孔部４７と，ピニオン５の歯部１４が回転自在に装着される長手方向に沿って矩形状の嵌挿孔３３とが形成されている。ホルダ孔部４７は，嵌挿孔３３の長手方向の中央部両側に嵌挿孔３３に直交するように形成されている。ホルダ部２１を形成するホルダ孔部４７は，嵌挿孔３３に直交する矩形状の貫通孔に形成され，図１０に示すように，直交断面で軸を保持可能に円形凹部４８に形成されている。また，凸部３５と同一面側の四隅には，保持器３のピン孔３２に嵌合する凸状のピン３４が形成されている。即ち，ホルダ６は，保持器３の嵌着孔３０に嵌合する凸部３５と，凸部３５の周囲にあって保持器３の壁面４５に当接して保持器３にピン３４等で固着されるフランジ部４６とを有している。凸部３５には，ピニオン５を回転自在に保持するホルダ部２１が形成されている。
【００１６】
図１１及び図１２に示すように，ピニオン５は，円板部１３と円板部１３の両側面から突出するピニオン回転中心となる軸部３６とから構成されている。即ち，ピニオン５は，周方向に均一なピッチで隔置した複数の歯部１４と歯部１４間に歯溝を構成する凹部４９が形成された円板部１３と，円板部１３の回転中心となってホルダ部２１に回転自在に保持される軸部３６とを有している。円板部１３に形成された歯部１４は，円板部１３の外周から延びる歯元部４３と歯元部４３に一体の半円形の先端部４４とから成る突出部から構成されている。ピニオン５は，例えば，従来のインボリュート曲線を基本にした歯形を有する歯車とは異なったタイプであり，半径Ｒ２を有する円板部１３の外周に隔置して先端部４４が半径Ｒ１の円形でなる歯部１４が形成されている。また，突出部の歯部１４は，歯末部となる先端部４４の半径Ｒ１の中心が円板部１３の外周よりも突出した歯元部４３を有する形状に形成されている。図１１では，ピニオン５は，８個の歯部１４を有している。また，円板部１３の中心には，円板部１３に直交する軸部３６が一体に設けられている。ピニオン５に形成されている歯部１４は，上記の歯形に形成されることによって，ラック４のラック歯部２２との噛み合い抵抗を小さくし，歯厚も厚く構成できるので，歯の強度が強く，剛性を大きく構成でき，歯元のたけも長くすることができるので，互いの噛み合いが外れることが少ない構造になる。
【００１７】
図３には，軌道台１，２の対向面の壁面１５，１６に配設される保持器組立体２５が示されている。保持器組立体２５は，円筒ころ８を保持して転動させる保持器３，保持器３に固着されたホルダ６，及びホルダ６に回転自在に取り付けられたピニオン５から構成されている。保持器３には，図３〜図５に示すように，その中央部の嵌着孔３０にホルダ６の凸部３５が嵌着し，また，ホルダ６のホルダ部２１を形成するホルダ孔部４７にピニオン５の軸部３６が回転自在に嵌合し，ホルダ６の嵌挿孔３３にピニオン５の円板部１３が嵌挿し，ピニオン５がホルダ６を介して保持器３に取り付けられている。ホルダ６は，ホルダ６のフランジ部４６に設けた複数（実施例では４本）のピン３４を保持器３のピン孔３２に嵌入した後に，ピン３４の端部を工具等でカシメ加工し，ピン３４によるかしめ部３９によってホルダ６が保持器３に固着されている。ピニオン５は，保持器３に固着されたホルダ６の嵌挿孔３３に，円板部１３を嵌挿すると共にホルダ部２１のホルダ孔部４７にピニオン５の軸部３６を押し込むことによって，ホルダ６を介して保持器３に回転自在に保持される。
【００１８】
図１３及び図１４に示すように，軌道台１，２は，軌道溝１０の逃げ溝９にラック４が配設されている。実施例では，軌道溝１０は，全体的に断面Ｖ字状に形成されており，軌道溝１０のＶ面の直角面が軌道面１１，１２に形成され，軌道面１１，１２には，保持器３の係止爪２６で支持された円筒ころ８の周囲の転動面２９が接して円筒ころ８が転動する。ラック４のラック歯部２２の先端面には，軌道面１１，１２を転動する円筒ころ８の端面２８と転動面２９との交差する角部が接触しないように，凹部１７が設けられており，凹部１７は，例えば，円筒ころ８の角部に対応させてＶ溝に形成されている。
【００１９】
図１５〜図１７，図１９及び図２０に示すように，ラック４は，長手方向に沿って噛み合うピニオン５の突出部の歯部１４の回転ピッチと合致するピッチで歯溝となる噛み合い凹部１８が形成されている。噛み合い凹部１８は，噛み合い凹部１８間のラック歯部２２と底部４１によって一体構造に構成されている。ラック歯部２２の先端部の頂面には，転動体８との接触を避けるため，Ｖ溝の凹部１７が形成されている。また，噛み合い凹部１８は，図１９に示すように，ピニオン５の突出部の歯部１４と順次に噛み合うように，歯部１４の先端部４４の半径よりやや大きい径の半径を持つ歯溝を構成する円形凹部に形成されている。ラック４は，ピニオン５の歯部１４に噛み合うラック４の噛み合い凹部１８間のラック歯部２２は，歯先部１９である先端部が尖ることなく，噛み合い凹部１８の半径よりやや長い部分で終端となり，その終端が平坦面２０に形成されている。また，ラック歯部２２には，軌道溝１０に配設された円筒ころ８の角部が接触しないように，凹部１７が形成されている。
【００２０】
また，図２０には，ラック４の別の形状が示されている。即ち，ラック歯部２２の平面部の歯先部１９は，ピニオン５の歯溝である凹部４９の歯底部に接触するように，ピニオン５の全歯たけの寸法に形成されている。図１９及び図２０に示すラック４とピニオン５との噛み合い態様は例示であって，ラック４とピニオン５との噛み合いは，それぞれの構成部材に対応して如何様にでも設計変更できるものであることは勿論である。ラック４とピニオン５の歯形を上記のように形成することによって，噛み合い抵抗を小さくし，歯厚も厚くなっているので，歯の強度が強く，剛性を大きくすることができ，歯たけも長く形成することができるので，ラック４からのピニオン５の噛み合いが外れることが少ないものになっている。また，ラック４は，軌道台１，２とは別部材として製作され，所定の長さで軌道台１，２の軌道溝１０の逃げ溝９に嵌挿し，接着剤等で固着することができる。また，図１７に示すように，ラック４の底部４１の底面４２の中央に接着剤等が逃げる凹溝３７が長手方向に沿って形成されている。
【００２１】
図１８に示されるように，ラック４は，上記のように軌道台１，２と別体で製作されるラック４とは異なって，軌道台１，２と一体で金属射出成形の方法，即ち，粉末焼結によってラック４を作製することもできる。ラック４の製造方法は，例えば，ステンレス鋼の粉末材料を金型に流し込んで製作する金属射出成形の方法であり，素材が所定長さに製作される必要長さに切断して，順次に，Ｌ加工，焼き入れ，及び研削加工を行って完成する。このラック製造方法では，ラック部分は，金型に形成された歯部で形成され，ラック歯部２２に形成されるＶ溝の凹部１７は後加工で切削加工することになる。従って，このラック製造方法によれば，軌道台１，２の軌道溝１０の逃げ溝９の加工は，不要になり，小形なラック４でも剛性あるものに形成することができる。従って，ラック＆ピニオンを有する小形な有限直動案内ユニットを形成できるようになる。また，ラック４の歯形の形状は，図１５に示す形状に形成するものであるから，金属射出成形の方法によっても製作し易い形状を有したものである。
【００２２】
【発明の効果】
この発明による有限直動案内ユニットは，上記のように構成したので，半導体製造装置，精密機械等の機器に適用して好ましいものであり，既存の有限直動案内ユニットの構造を余り変更することなく，保持器に嵌着孔を形成するだけで，ラックとピニオンから成る保持器ずれ防止機構を簡単に且つ正確に設けることができ，小形なものにも適用でき，軌道台に取り付けるテーブル等の移動体を確実に高精度に直動移動させることができ，テーブル等の移動体の高速移動や高加減速移動に対応できると共に，装置そのものをコンパクトに構成でき，しかも低摺動抵抗等の性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による保持器のずれ防止機構を備えた有限直動案内ユニットの一実施例を示す正面図である。
【図２】 図１の有限直動案内ユニットにおけるピニオンが位置するＡ−Ａ断面を示す拡大断面図である。
【図３】 図ｌの有限直動案内ユニットにおける保持器組立体を示す平面図である。
【図４】 図３の保持器組立体のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図５】 図３の保持器組立体のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。
【図６】 図３の保持器組立体のＤ−Ｄ断面を示す断面図である。
【図７】 図３の保持器組立体の組立て前の保持器を示す平面図である。
【図８】 図３の保持器組立体の組立て前のホルダの一面から見た図面である。
【図９】 図８のホルダを示す側面図である。
【図１０】 図８のホルダのＥ−Ｅ断面を示す断面図である。
【図１１】 図３の保持器組立体の組立て前のピニオンを示す正面図である。
【図１２】 図１１のピニオンを示す側面図である。
【図１３】 図１の有限直動案内ユニットにおける一方の軌道台を示す正面図である。
【図１４】 図１３のラックを備えた軌道台の一方の端面を示す端面図である。
【図１５】 図１４の軌道台に組み込まれたラックを示す正面図である。
【図１６】 図１５のラックを示す平面図である。
【図１７】 図１５のラックを示し，図１６のＧ−Ｇ断面を示す断面図である。
【図１８】 この発明による有限直動案内ユニットの別の実施例を構成する軌道台を示し，図１４のＦ−Ｆ断面に対応する位置の断面を示す断面図である。
【図１９】 この有限直動案内ユニットにおけるラックとピニオンとの噛み合い状態の一例を示す説明図である。
【図２０】 この有限直動案内ユニットにおけるラックとピニオンとの噛み合い状態の別の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２ 軌道台
３ 保持器
４ ラック
５ ピニオン
６ ホルダ
７ 軌道路
８ 転動体
９ 逃げ溝
１０ 軌道溝
１３ 円板部
１４ 歯部
１５，１６ 軌道台の壁面
１７ 凹部
１８ 噛み合い凹部
１９ 歯先部
２０ 平坦面
２１ ホルダ部
２２ ラック歯部
３０ 嵌着孔
３１ 保持器の側面
３３ 嵌挿孔
３５ ホルダの凸部
３６ ピニオンの軸部
４３ 歯元部
４４ 先端部
４５ 保持器の壁面
４６ フランジ部
４７ ホルダ孔部
４９ ピニオンの凹部

Claims (1)

1. 長手方向壁面に互いに対向する軌道溝をそれぞれ形成した互いに相対移動する一対の軌道台，前記軌道台の前記軌道溝間に形成される軌道路に配設された複数の転動体を保持する板状の保持器，前記軌道溝にそれぞれ形成された互いに対向するラック，対向する前記ラックにそれぞれ噛み合う歯部を備え且つ前記保持器に回転自在に装着されたピニオン，及び前記保持器に形成された嵌着孔に嵌着されたホルダを有し，
   前記ピニオンは，周方向に均一に隔置した前記歯部と前記歯部間の凹部とが形成された円板部，及び前記円板部の回転中心となって前記円板部の両側面から突出する一体に形成された軸部を有し，前記ピニオンの前記円板部に形成された前記歯部は，前記円板部の外周から延びる歯元部と前記歯元部に一体の半円形の先端部とから成る突出部から構成され，前記ピニオンの前記軸部は，前記ホルダに形成されたホルダ部に回転自在に保持され， 前記ホルダは，前記保持器の前記嵌着孔に嵌合して前記ホルダ部を形成する凸部と，前記凸部の周囲にあって前記保持器の壁面に当接して前記保持器に固着されるフランジ部とを有し，前記凸部に形成された前記ホルダ部には，前記ピニオンの前記円板部を嵌挿する嵌挿孔と，前記嵌挿孔に前記円板部を嵌挿すると共に前記ピニオンの前記軸部を押し込むことによって装着される前記嵌挿孔に直交した矩形状のホルダ孔部とが形成され，
   前記ラックは，長手方向に沿って前記ピニオンの前記歯部の回転ピッチと合致するピッチに形成された噛み合い凹部が形成され，前記噛み合い凹部は，前記ピニオンの前記歯部と順次に噛み合うように前記歯部の前記先端部の半円形の半径より長い半径の円形の一部で形成され，前記噛み合い凹部間における前記ピニオンの前記歯部に噛み合うラック歯部の歯先部の先端部が尖らせることなく前記噛み合い凹部の半径よりやや長い径の位置を平坦面に形成されていることから成る保持器のずれ防止機構を備えた有限直動案内ユニット。

Images