JP4470128B2

JP4470128B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP4470128B2
Application number: JP2000061780A
Authority: JP
Inventors: 好文今成; 俊徳佐藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2020-03-07
Also published as: JP2001248703A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば製造装置等の直線案内軸受装置等に用いられると好適なアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば製造装置などにおいては、ワークのごとき物体を駆動するために直線案内軸受装置が用いられている。図７（ａ）は、従来技術に係る直線案内軸受装置１００を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、かかる構成をVIIB−VIIB線で切断して矢印方向に見た図である。
【０００３】
ベース１０１の両端上には、レール支持台１０２，１０３がねじ止めされている。レール支持台１０２，１０３に掛け渡されるようにして、断面が矩形状のガイドレール１０４が配置されている。レール支持台１０２，１０３の側方において、ベース１０１上には、断面がコ字状のモータ支持台１０５とプーリ支持台１０６とが配置されている。
【０００４】
モータ支持台１０５には、モータ１０８が回転軸（不図示）を下方に突出させた状態で取り付けられている。その回転軸には、歯付きの駆動プーリ１０９が取り付けられている。プーリ支持台１０６には、歯付きの従動プーリ１１０ａを回転自在に支持するプーリハウジング１１０が取り付けられている。駆動プーリ１０９と従動プーリ１１０ａとの間には、ガイドレール１０４に沿う方向に、歯付きベルト（無端ベルト）１１１が掛け渡されている。なお、本明細書で「無端ベルト」とは、もともと無端状のものに加え、所望の長さの有端のベルトの両端を結合し、無端状としたものも含むものとする。
【０００５】
図７（ｂ）に示すように、歯付きベルト１１１の一部は、固定具１２１により空気軸受ユニット１２０に取り付けられている。ワーク（不図示）などが取り付けられた空気軸受ユニット１２０は、４枚の矩形板１２２〜１２５を、ガイドレール１０４の周囲に上下左右に組み合わせ、ガイドレール１０４に沿って移動自在となっている。矩形板１２２〜１２５の内方には、ポケット１２２ａ〜１２５ａが設けられ、不図示の空気源から供給された圧縮空気によって、ガイドレール１０４に対しガイド板１２２〜１２５がわずかに離隔するようになり、殆ど摩擦なく移動できるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術の直線案内軸受装置によれば、軽量且つ簡素な構成を有し、低コストであるという利点がある。ところで、半導体製造装置などにおいては、機械の振動などを嫌う傾向がある。ところが、従来技術の直線案内軸受装置によれば、ワーク搬送用の空気軸受ユニット１２０が、比較的質量があるため、特に加減速時などにおいて、質量のアンバランスなどに基づき振動が生じる恐れがある。かかる振動を抑えようとすると、装置の剛性を高める必要があるが、それにより装置の重量化且つ大型化を招くという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、軽量且つ簡素でありながら、振動を抑制できる、直線案内軸受装置などに用いられると好適なアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明のアクチュエータは、
駆動装置により回転駆動される駆動プーリと、
回転自在に支持された従動プーリと、
前記駆動プーリと、前記従動プーリとの間に掛け渡された無端ベルトと、
複数本のガイドレールと、前記無端ベルトに接続され、かつ複数本の前記ガイドレールに沿って移動可能な複数の主軸受とを備えた案内軸受装置と、
カウンタガイドレールと、前記無端ベルトに対し、前記主軸受が取り付けられた側とは前記両プーリを挟んで反対側において接続され、かつ前記カウンタガイドレールに沿って移動可能なカウンタ軸受とを備えたカウンタ軸受装置と、を有し、
前記主軸受と前記カウンタ軸受は空気軸受であり、
前記複数の主軸受は、移動方向にオフセットされて互いに連結されており、
前記複数の主軸受の重心位置に重なる位置において、前記無端ベルトと前記主軸受とが接続されているものである。
【０００９】
【作用】
本発明のアクチュエータによれば、駆動装置により回転駆動される駆動プーリと、回転自在に支持された従動プーリと、前記駆動プーリと、前記従動プーリとの間に掛け渡された無端ベルトと、複数本のガイドレールと、前記無端ベルトに接続され、かつ複数本の前記ガイドレールに沿って移動可能な複数の主軸受とを備えた案内軸受装置と、カウンタガイドレールと、前記無端ベルトに対し、前記主軸受が取り付けられた側とは前記両プーリを挟んで反対側において接続され、かつ前記カウンタガイドレールに沿って移動可能なカウンタ軸受とを備えたカウンタ軸受装置と、を有し、前記主軸受と前記カウンタ軸受は空気軸受であり、前記複数の主軸受は、移動方向にオフセットされて互いに連結されており、前記複数の主軸受の重心位置に重なる位置において、前記無端ベルトと前記主軸受とが接続されているので、前記主軸受と前記カウンタ軸受とを逆方向に移動させることにより、加速時又は減速時などに生じる主軸受の反力を抑えることが出来、それにより振動の抑制を図ることが出来る。この場合、主軸受及びこれに取り付けられるワークの質量と、カウンタ軸受の質量とを近くするほど効果的である。
【００１０】
尚、ガイドレール及びカウンタガイドレールは、円筒状であれば、角柱状のものに比し、より低コストで製造でき、また同一断面積で比較した場合、角柱よりも断面２次モーメントが大きいので、撓み量が少なくなって振動抑制に有利であるが、これに限らず角柱を用いても良い。ただし、この場合にも、主軸受側の質量とカウンタ軸受の質量とをできるだけ近くすることが好ましい。
【００１１】
又、主軸受及びカウンタ軸受は、転がり軸受、滑り軸受、空気軸受など各種の態様が考えられる。
【００１２】
前記ガイドレールが複数本（例えば２本）平行して設けられてなり、各々のガイドレールに係合する主軸受が結合されており、更に、結合された主軸受の重心位置に重なる位置に前記無端ベルトが接続されていると、ガイドレールを円筒状としても、主軸受の回転を防止することが出来、また振動を抑制できる。
【００１３】
前記ガイドレールが複数本（例えば２本）平行して設けられてなり、各々のガイドレールに係合する主軸受が、ガイドレールに沿った方向でオフセットして結合されていると、ガイドレールの軸線を含む平面内で主軸受を回転させるような方向のモーメント負荷に対する剛性も高めることができる。
【００１４】
前記ガイドレールが複数本（例えば２本）平行して設けられてり、各々のガイドレールに係合する主軸受がバネ手段（例えば板ばね）により結合されていると、各ガイドレール間の平行度不良などによる軸受間の競り合いを抑制することができ、振動をさらに抑制できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態にかかるアクチュエータを含む直線案内軸受装置２００を示す斜視図である。駆動プーリ２０９と、従動プーリ２１０ａと、ガイドレール２０４と、主軸受２２０と、カウンタガイドレール２３１と、カウンタ軸受２３０とでアクチュエータを構成する。
【００１６】
ベース２０１の両端上には、レール支持台２０２，２０３が固定されている。レール支持台２０２，２０３に掛け渡されるようにして、断面が円形状のガイドレール２０４と、カウンタガイドレール２３１が平行して配置されている。
【００１７】
レール支持台２０３には、モータ２０８が回転軸（不図示）を下方に突出させた状態で取り付けられている。その回転軸には、歯付きの駆動プーリ２０９が取り付けられている。レール支持台２０２には、歯付きの従動プーリ２１０ａを回転自在に支持するプーリハウジング２１０が取り付けられている。駆動プーリ２０９と従動プーリ２１０ａとの間には、ガイドレール２０４に沿う方向に、無端ベルトとしての歯付きベルト２１１が掛け渡されている。
【００１８】
歯付きベルト２１１の一部は、固定具２２１により主軸受２２０に取り付けられている。ワーク（不図示）などを搭載可能となっている主軸受２２０は、円管状であって、ガイドレール２０４に嵌合する内径を有し、ガイドレール２０４に沿って移動自在となっている。主軸受２２０は、いわゆる多孔質静圧気体軸受であり、内周部はグラファイト多孔質で形成され、不図示の空気源から供給された圧縮空気によって、ガイドレール２０４に対し主軸受２２０がわずかに離隔するようになり、殆ど摩擦なく移動できるようになっている。
【００１９】
更に、歯付きベルト２１１の一部は、駆動プーリ２０９と従動プーリ２１０ａを挟んで対向する位置において、固定具２２１と同様の固定具２３２によりカウンタ軸受２３０に取り付けられている。カウンタ軸受２３０は、主軸受２２０と同様に円管状であって、カウンタガイドレール２３１に嵌合する内径を有し、カウンタガイドレール２３１に沿って移動自在となっている。カウンタ軸受２３０も多孔質静圧気体軸受であり、内周部はグラファイト製の多孔質で形成され（不図示）、不図示の空気源から供給された圧縮空気によって、カウンタガイドレール２３１に対しカウンタ軸受２３０がわずかに離隔するようになり、殆ど摩擦なく移動できるようになっている。
【００２０】
本実施の形態に動作について説明すると、不図示の空気源から供給された圧縮空気によって、不図示の空気源から供給された圧縮空気によって、ガイドレール２０４に対し主軸受２２０がわずかに離隔するようになり、カウンタガイドレール２３１に対しカウンタ軸受２３０がわずかに離隔した状態に維持される。
【００２１】
ここで、モータ２０８が駆動プーリ２０９を駆動した場合、ガイドレール２０４に沿って主軸受２２０が殆ど摩擦なく、またカウンタガイドレール２３１に対しカウンタ軸受２３０が殆ど摩擦なく移動される。この際、加速又は減速時に生じる駆動反力は、主軸受２２０に対向して設けられたカウンタ軸受２３０により相殺され、振動を抑制できるようになっている。なお、主軸受２２０及びこれにより搬送される不図示のワークの質量と、カウンタ軸受２３０の質量とをほぼ一致させるようにすると、駆動反力をより効果的に相殺できる。
【００２２】
ところで、図１に示す実施の形態においては、主軸受２２０とガイドレール２０４が円筒状であるので、主軸受２２０にワークを搭載したときに、その質量のアンバランスにより主軸受２２０が軸線回りに回転する恐れがある。従って、このようなアンバランスが大きく、かつ軸線回りの回転方向変位を極力避けたい用途の場合には、従来技術と同様にガイドレール２０４を角柱状として、主軸受２０４をこれに対応するように角管状とすれば、かかる回転を防止できるが、このような構成を精度良く形成するにはコストがかかる。また、重心位置を通る方向に駆動力を加えることが難しいため、加減速時に主軸受２２０に付与されるモーメント力が大きくなり、これに耐えるようにするには、主軸受２２０を大型化しなくてはならない。以下に述べる第２の実施の形態においては、かかる不具合を解消することができる。
【００２３】
図２は、第２の実施の形態にかかるアクチュエータを含む直線案内軸受装置３００を示す正面図である。図３は、直線案内軸受装置３００を示す上面図である。図４は、直線案内軸受装置３００を示す側面図である。但し、破線で示す隠れた部分は要部のみを示している。主軸受に対するモータの位置は、図１の実施の形態と逆となっているが、これは本発明とは無関係である。駆動プーリ３０９と、従動プーリ３１０ａと、ガイドレール３０４ａ、３０４ｂと、主軸受３２０ａ、３２０ｂと、カウンタガイドレール３３１と、カウンタ軸受３３０とでアクチュエータを構成する。
【００２４】
ベース３０１の両端上には、レール支持板３０２，３０２が取り付けられている。レール支持板３０２，３０２に掛け渡されるようにして、断面が円筒のガイドレール３０４ａ、３０４ｂが上下に平行して配置されている。また、レール支持板３０２、３０２の隣にはレール支持板３０３，３０３が取り付けられており、これらに掛け渡されるようにして、断面が円筒のカウンタガイドレール３３１がガイドレール３０４ａ、３０４ｂに平行に配置されている。レール支持板３０２，３０２の外方において、ベース３０１上には、断面がコ字状のモータ支持台３０５とプーリ支持台３０６とが配置されている。
【００２５】
モータ支持台３０５には、モータ３０８が回転軸３０８ａを下方に突出させた状態で取り付けられている。モータ３０８の上部には、モータ３０８の回転角度を検出するエンコーダ３１５が配置されている。その回転軸３０８ａには、歯付きの駆動プーリ３０９が取り付けられている。プーリ支持台３０６には、軸３１０ｂに取り付けられた歯付きの従動プーリ３１０ａを回転自在に支持するプーリハウジング３１０が設けられている。駆動プーリ３０９と従動プーリ３１０ａとの間には、ガイドレール３０４ａ、３０４ｂに沿う方向に、無端ベルトとしての歯付きベルト３１１が掛け渡されている。
【００２６】
歯付きベルト３１１の一部は、固定具３２１（図４）によりハウジング３２０ｃに取り付けられている。図４に示す方向から見て略コ字状の形状を有するハウジング３２０ｃの上部及び下部の貫通孔に主軸受３２０ａ及び３２０ｂが固定されている。すなわち、ハウジング３２０ｃは、ガイドレール３０４ａに係合する主軸受３２０ａと、ガイドレール３０４ｂに係合する主軸受３２０ｂとを互いに連結している。歯付きベルト３１１のハウジング３２０ｃに対する取り付け位置は、図４に示すように、主軸受３２０ａ、３２０ｂの中心軸を結んだ線の中間であり、すなわち主軸受３２０ａ及び３２０ｂの重心位置を通過するようになっている。
【００２７】
さらに、歯付きベルト３１１の一部は、駆動プーリ３０９と従動プーリ３１０ａを挟んで対向する位置に、固定具３２１と同様の固定具３３２によりカウンタ軸受３３０が取り付けられている。カウンタ軸受３３０は、外形が角柱状の多孔質静圧気体軸受であって、カウンタガイドレール３３１に嵌合する内径を有し、カウンタガイドレール３３１に沿って移動自在となっている。
【００２８】
図３に示されているように、カウンタガイドレール３３１の側方に、近接センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３が配置され、カウンタ軸受３３０と共に移動する被検出部材Ａを検知するようになっている。
【００２９】
本実施の形態に動作について説明すると、不図示の空気源から供給された圧縮空気によって、ガイドレール３０４ａ、３０４ｂに対し主軸受３２０ａ、３２０ｂがわずかに離隔するようになり、カウンタガイドレール３３１に対しカウンタ軸受３３０がわずかに離隔した状態に維持される。
【００３０】
ここで、モータ３０８が駆動プーリ３０９を駆動した場合、ガイドレール３０４に沿って主軸受３２０ａ、３２０ｂが殆ど摩擦なく、またカウンタガイドレール３３１に対しカウンタ軸受３３０が殆ど摩擦なく移動される。この際、加速又は減速時に生じる駆動反力は、主軸受３２０ａ、３２０ｂに対向して設けられたカウンタ軸受３３０により相殺され、振動を抑制できるようになっている。尚、主軸受３２０ａ、３２０ｂ、ハウジング３２０ｃ及び搬送するワークの質量と、カウンタ軸受３３０の質量と一致させると、駆動反力をより効果的に相殺できる。
【００３１】
本実施の形態によれば、主軸受３２０ａ、３２０ｂをハウジング３２０ｃで連結して、平行なガイドレール３０４ａ、３０４ｂに沿って移動させているので、ワークに連結した場合でも、主軸受３２０ａ、３２０ｂがガイドレール３０４ａ、３０４ｂ回りに個々に回転することを抑制でき、またハウジング３２０ｃの真直度を維持できる。又、主軸受３２０ａ及び３２０ｂの重心位置を通過する位置で、無端ベルト３１１とハウジング３２０ｃとが取り付けられているので、加減速時における無端ベルトの駆動力によるモーメント力を低減させ、主軸受３２０ａ、３２０ｃの小型化と振動抑制とを図っている。
【００３２】
尚、カウンタ軸受３３０は、ワークなどの搭載物がないこと、及び無端ベルト３１１に対して真直度は、あまり必要ではないこともあり、コスト低減等の観点から１軸構成が好ましい。
【００３３】
図５は、第３の実施の形態にかかるアクチュエータを含む直線案内軸受装置４００を示す正面図である。図６は、図５の構成をVI-VI線で切断して矢印方向に見た図である。第３の実施の形態は、図２に示す実施の形態に対し、ハウジングの代わりに、板ばね４２０ｃで主軸受３２０ａ、３２０ｂを、ガイドレール３０４ａ、３０４ｂに沿った方向で互いにΔだけオフセットした状態で連結している。尚、図６に示すように、無端ベルト３１１は、主軸受３２０ａ、３２０ｂを連結するクランク状に折れ曲がったバネ板材からなるホルダ４２０ｄに対し、固定具３２１と抑え板４２０ｅを用いてねじ固定されるようになっている。ワークは、主軸受３２０ａ、３２０ｂいずれに搭載しても構わない。駆動プーリ３０９と、従動プーリ３１０ａと、ガイドレール３０４ａ、３０４ｂと、主軸受３２０ａ、３２０ｂと、カウンタガイドレール３３１と、カウンタ軸受３３０とでアクチュエータを構成する。
【００３４】
本実施の形態によれば、第２の実施の形態の如く、主軸受３２０ａ、３２０ｂをハウジング３２０ｃでリジッド固定した場合に、ガイドレール３０４ａ、３０４ｂの自重による撓みや平行度不良などに起因して生じる主軸受３２０ａ、３２０ｂの競り合いを、バネ板４２０ｃを用いて弾性的に連結することにより抑制することができる。
【００３５】
更に、主軸受３２０ａ、３２０ｂをオフセットさせないで連結した場合には、図５の矢印Ｍに示す方向のモーメント負荷に対し傾きが大きくなるが、主軸受３２０ａ、３２０ｂをオフセットさせることにより、軸受サイズを大きくせずに、このモーメント負荷に対する傾きを抑制させることが出来る。すなわちこのようなモーメント負荷に対する剛性を比較的小さな軸受により向上させられる。
【００３６】
また、ホルダ４２０ｄを弾性に富む板材で形成したので、無端ベルト３１１と主軸受３２０ａ、３２０ｂとの上下方向の変位を、ホルダ４２０ｄの図６で水平な部分のたわみにより吸収することが出来るので、主軸受３２０ａ、３２０ｂに図６で上下方向の余計な力が掛かる恐れが低い。一方、ガイドレール３０４ａ、３０４ｂ方向には、ホルダ２４０ｄの剛性が高いため、駆動力の伝達に遅れが生じるというような問題はない。なお、図６ではバネ板４２０ｃを両側に取り付けているが、バネ板４２０ｃの板厚を増大させ、いずれか片面のみに設けるようにしてもよい。さらに、図６に示すバネ板４２０ｃを取り外し、ホルダ４２０ｄの板厚を増大させて、バネ板４２０ｃの代わりに用いることが出来る。
【００３７】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、ガイドレール及びカウンタガイドレールは、円筒状であれば、角柱状のものに比し、より低コストで製造でき、また同一断面積で比較した場合、角柱よりも断面２次モーメントが大きいので、撓み量が少なくなって振動抑制に有利であるが、これに限らず角柱を用いても良い。ただし、この場合には、角柱と円筒の重量を等しくさせることが好ましい。又、主軸受及びカウンタ軸受は、転がり軸受、滑り軸受、空気軸受など各種の態様が考えられる。空気軸受としても、実施の形態で用いた多孔質静圧気体軸受は負荷容量が高く好ましいが、もちろんオリフィス式等、他の形式でもよい。ガイドレールの方を多孔質としてもよい。さらに、また実施の形態ではプーリ及び無端ベルトとして、高速用途に特に好適な歯付きのものを用いたが、用途等に応じ他の種類のものでもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のアクチュエータによれば、駆動装置により回転駆動される駆動プーリと、回転自在に支持された従動プーリと、前記駆動プーリと、前記従動プーリとの間に掛け渡された無端ベルトと、複数本のガイドレールと、前記無端ベルトに接続され、かつ複数本の前記ガイドレールに沿って移動可能な複数の主軸受とを備えた案内軸受装置と、カウンタガイドレールと、前記無端ベルトに対し、前記主軸受が取り付けられた側とは前記両プーリを挟んで反対側において接続され、かつ前記カウンタガイドレールに沿って移動可能なカウンタ軸受とを備えたカウンタ軸受装置と、を有し、前記主軸受と前記カウンタ軸受は空気軸受であり、前記複数の主軸受は、移動方向にオフセットされて互いに連結されており、前記複数の主軸受の重心位置に重なる位置において、前記無端ベルトと前記主軸受とが接続されているので、前記主軸受と前記カウンタ軸受とを逆方向に移動させることにより、加速時又は減速時などに生じる主軸受の反力を抑えることが出来、それにより振動の抑制を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるアクチュエータを含む直線案内軸受装置２００を示す斜視図である。
【図２】第２の実施の形態にかかるアクチュエータを含む直線案内軸受装置３００を示す正面図である。
【図３】直線案内軸受装置３００を示す上面図である。
【図４】直線案内軸受装置３００を示す側面図である。
【図５】第３の実施の形態にかかるアクチュエータを含む直線案内軸受装置４００を示す正面図である。
【図６】図５の構成をVI-VI線で切断して矢印方向に見た図である。
【図７】図７（ａ）は、従来技術に係る直線案内軸受装置１００を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、かかる構成をVIIB−VIIB線で切断して矢印方向に見た図である。
【符号の説明】
２００，３００，４００直線案内軸受装置
２０１，３０１ベース
２０４，３０４ａ，３０４ｂガイドレール
２２０，３２０ａ、３２０ｂ主軸受
２３０，３３０カウンタ軸受
２３１、３３１カウンタガイドレール
３２０ｃハウジング
４２０ｃバネ板

Claims

駆動装置により回転駆動される駆動プーリと、
回転自在に支持された従動プーリと、
前記駆動プーリと、前記従動プーリとの間に掛け渡された無端ベルトと、
複数本のガイドレールと、前記無端ベルトに接続され、かつ複数本の前記ガイドレールに沿って移動可能な複数の主軸受とを備えた案内軸受装置と、
カウンタガイドレールと、前記無端ベルトに対し、前記主軸受が取り付けられた側とは前記両プーリを挟んで反対側において接続され、かつ前記カウンタガイドレールに沿って移動可能なカウンタ軸受とを備えたカウンタ軸受装置と、を有し、
前記主軸受と前記カウンタ軸受は空気軸受であり、
前記複数の主軸受は、移動方向にオフセットされて互いに連結されており、
前記複数の主軸受の重心位置に重なる位置において、前記無端ベルトと前記主軸受とが接続されているアクチュエータ。