JP4510007B2

JP4510007B2 - Ｘｙガイドテーブル

Info

Publication number: JP4510007B2
Application number: JP2006514727A
Authority: JP
Inventors: 勝良武藤
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2025-06-13
Also published as: CN101002284A; DE602005016414D1; EP1768131A1; US20080217828A1; JPWO2005124789A1; EP1768131B1; US7637487B2; WO2005124789A1; EP1768131A4; CN100590746C

Description

本発明は、装置筐体などの固定部に対して取り付けられ、例えば製品の検査ステージや加工テーブル等の可動体をＸ方向及びＹ方向へ自在に案内するためのＸＹガイドテーブルに係り、特に、軽荷重用途に適した小型で且つ高精度なＸＹガイドテーブルに関する。

従来より、工作機械のワークテーブルを互いに直交するＸ方向及びＹ方向へ自在に移動させる装置として、直線案内装置を利用した所謂ビルトアップ型のＸＹガイドテーブルが知られている。具体的には、ベッドやコラムなどの固定部上にＸ方向に沿って軌道レールを配設すると共に、この軌道レールに沿って移動する下部テーブルを設け、更に、この下部テーブル上にＹ方向に沿って軌道レールを配設すると共に、この軌道レールに沿って移動する上部テーブルを設けて構成されており、かかる上部テーブルを固定部に対してＸ方向及びＹ方向へ自在に移動させることが可能となっている。

このような構造のＸＹガイドテーブルは、前記下部テーブル及び上部テーブルの移動を支承している直線案内装置の負荷荷重を任意に選定することにより、軽荷重用途から重荷重用途にまで柔軟に対応することが可能であると共に、軌道レールの長さを選定することにより、上部テーブルのストローク量を長尺化することも可能である。しかし、Ｘ方向へ移動する下部テーブルの上にＹ方向の軌道レールを配設していることから、下部テーブルそれ自体に高い剛性が必要とされ、更に、固定部から上部テーブルまでの高さも高くならざるを得ないことから、ＸＹガイドテーブルが大型化、重量化してしまうといった問題点があった。

一方、特開平５−１８４１５号公報には、薄肉鋼板をプレス加工することによって小型化、軽量化を図ったＸＹガイドテーブルが開示されている。具体的には、鋼板の両端部をプレス加工によって曲げ起こすことによりチャネル状の下部プレート及び上部プレートを形成する一方、周囲四辺のうちの対向する二辺を下側に、残る二辺を上側に向けて曲げ起こした中間プレートを形成し、曲げ起こした側壁部が互いに対向するように前記上部プレート、中間プレート及び下部プレートを組み合わせたものが知られている。互いに対向する側壁部の間にはボールが配置され、かかるボールが側壁部を転走することにより、中間プレートが下部プレートに対してＸ方向へ移動し、上部プレートが中間プレートに対してＹ方向へ自在に移動することが可能となっている。
特開平５−１８４１５号公報

しかし、この従来の小型ＸＹガイドテーブルでは、下部ブレート、中間プレート及び上部プレートを薄肉鋼板のプレス加工によって製作しており、ボール転走溝は鋼板を曲げ起こした側壁部に形成されている。このため、プレス加工の精度が悪いと、ボールとボール転走溝との間に隙間が生じてしまい、下部プレートに対して中間プレートが、中間プレートに対して上部プレートがガタついてしまい、下部プレートに対して上部プレートを高精度に運動させることができないといった不具合があった。

少し大きめの直径のボールを選択し、ボール転走溝を転走するボールに対して予圧を与えてやれば、ボールとボール転走溝との間の隙間は排除され、前述のような下部プレートに対する上部プレートのガタつきは防止することが可能であるが、ボール転走溝がプレス加工によって曲げ起こされた側壁部に形成されていることから、大きな直径のボールを選択すると、ボールがボール転走溝に接触して圧縮される以前に各プレートの側壁部が変形してしまい、ボールに十分な予圧を与えることができないといった不具合もあった。

このため、プレス加工の加工精度を向上させると共に、各プレートに成形される鋼板の剛性を高めることが必要であった。もっとも、これらの点はプレス加工の利点、すなわち良好な生産性、低コストというメリットを減殺するものであり、ＸＹガイドテーブルの製作コストの上昇につながるものであった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ボール転走面が形成されている部位の剛性を高めることで、ボールとボール転走溝の隙間を排除し、上部プレートを下部プレートに対してガタつくことなくＸ方向及びＹ方向へ案内することが可能であり、しかも極めて薄型に形成することが可能なＸＹガイドテーブルを提供することにある。

すなわち、本発明ＸＹガイドテーブルは、下部プレートと、この下部プレートに多数の転動体を介して組付けられてＸ方向へ移動自在な中間プレートと、この中間プレートに対して多数の転動体を介して組付けられて前記Ｘ方向と直交するＹ方向へ移動自在な上部プレートとから構成されたＸＹガイドテーブルにおいて、前記下部プレート及び上部プレートは、夫々、締結部材の取付孔が形成された断面略矩形状の一対のレールボディ及びこれらレールボディを結合する連結板部を有し、一対のレールボディの間に前記連結板部の幅に対応した収容溝を有する略チャネル状に形成され、収容溝に面する各レールボディの側面には転動体の転走溝が形成され、これら上部プレート及び下部プレートは各々の収容溝を互いに対向させ且つ直交させるようにして積み重ねられ、前記中間プレートは略矩形状に形成され、下半体が下部プレートの収容溝内に遊嵌する一方、上半体が上部プレートの収容溝内に遊嵌し、下部プレート及び上部プレートのレールボディに形成された転動体転走溝と対向する位置に転動体転走溝が形成されているものである。

このような技術的手段によれば、固定部に対して固定される下部プレート、可動体に対して固定される上部プレートはいずれも収容溝を有して略チャネル状に形成され、各々の収容溝を互いに対向させ、且つ、これら収容溝を多直交させるようにして積み重ねられていることから、これら収容溝によって形成された空間に中間プレートを配置することができ、下部プレートと上部プレートとを僅かな隙間で対向させて積み重ねることが可能となり、極めて薄いＸＹガイドテーブルを提供することが可能となる。

また、下部プレート及び上部プレートは、夫々、連結板部の両側に断面略矩形状の一対のレールボディを配置することによって略チャネル状に形成されており、各レールボディの側面にボール転走溝が形成されているが、かかるレールボデイに締結部材の取付孔を形成することにより、下部プレートはレールボディを介して固定部に、上部プレートはレールボディを介して可動体に固定される。このため、下部プレート及び上部プレートのボール転走溝の形成部位に対しては十分な剛性を与えることができ、ボールとボール転走溝との隙間を排除し、下部プレートに対する上部プレートのガタつきを防止することが可能となる。加えて、ボールに予圧を与えることも可能となり、上部プレートを下部プレートに対して高い剛性で精度よく案内することが可能となる。

本発明のＸＹガイドテーブルの実施例を示す斜視図である。図１に示したＸＹガイドテーブルの平面図である。図２のＩＩＩ矢視図である。図２のＩＶ矢視図である。図１に示したＸＹガイドテーブルに駆動手段として超音波モータを組み込んだ様子を示す斜視図である。図５に示したＸＹガイドテーブルの平面図である。図６のＶＩＩ矢視図である。図６のＶＩＩＩ矢視図である。超音波モータの構造を示す分解斜視図である。超音波モータの動作原理を説明する図である。図１に示したＸＹガイドテーブルに駆動手段としてボールねじを組み込んだ様子を示す斜視図である。

符号の説明

１…ＸＹガイドテーブル、２…下部プレート、３…中間プレート、４…上部プレート、５…ボール、２０，４０…収容溝、２１，４１…レールボディ、２２…連結底板、４２…連結天板

以下、添付図面に基づいて本発明のＸＹガイドテーブルを詳細に説明する。
図１は本発明を適用したＸＹガイドテーブルの第一実施例を示す斜視図であり、図２はこのテーブルの平面図、図３は図２のＩＩＩ矢視図、図４は図２のＩＶ矢視図である。

このＸＹガイドテーブル１は、機械装置の筐体やベッド等の固定部に固定される下部プレート２と、多数のボール５を介してこの下部プレート２に組付けられた中間プレート３と、多数のボール５を介してこの中間プレート３に組付けられた上部プレート４とから構成されており、前記中間プレート３は下部プレート２に対してＸ方向へ、前記上部プレート４は中間プレート３に対してＹ方向へ移動自在に設けられている。従って、かかる上部プレート４に対して検査ステージや搬送テーブル等の可動体を固定することで、この可動体を前記固定部に対してＸ方向及びＹ方向へ自在に移動させることが可能となっている。

前記下部プレート２は厚さ５ｍｍ程度の矩形状の金属板を加工して形成されており、その上面の中央には前記中間プレート３の幅よりも僅かに大きな幅の収容溝２０がＸ方向に沿って形成されている。Ｘ方向における収容溝２０の両端は開放されており、これにより下部プレート２のＹ方向に沿った断面は略チャネル状をなしている。また、前記下部プレート２は収容溝２０の両側に断面略矩形状に形成された一対のレールボディ２１，２１を具備しており、これら一対のレールボディ２１，２１が収容溝２０の幅に対応した連結底板２２によって結合されている。

一方、前記上部プレート４は下部プレート２と全く同じ形状に形成されているが、その表裏が反転して下面側に収容溝４０が形成されており、しかも該収容溝４０はＸ方向と直交するＹ方向に沿って形成されている。すなわち、前記下部プレート４は厚さ５ｍｍ程度の矩形状の金属板を加工して形成されており、その下面の中央には前記中間プレート３の幅よりも僅かに大きな幅の収容溝４０がＹ方向に沿って形成されている。Ｙ方向における収容溝４０の両端は開放されており、これにより上部プレート４のＸ方向に沿った断面は略チャネル状をなしている。また、前記上部プレート４は収容溝４０の両側に断面略矩形状に形成された一対のレールボディ４１，４１を具備しており、これら一対のレールボディ４１，４１が収容溝４０の幅に対応した連結天板４２によって結合されている。

前記下部プレート２及び上部プレート４の各レールボディ２１，４１には、前記収容溝２０，４０に面した側面に前記ボール５の転走溝５０が形成されている。下部プレート２のボール転走溝５０はＸ方向に沿って、上部プレート４のボール転走溝５０はＹ方向に沿って形成されている。これらのボール転走溝５０は２つのボール転走面が略９０°で交わった所謂ゴシックアーチ状の断面をなしている。また、各レールボディ２１，４１には固定ねじが螺合するタップ孔２３，４３が設けられている。下部プレート２のレールボディ２１に形成されたタップ孔２３は、かかる下部プレート２を固定部にねじ止めする際に利用され、上部プレート４のタップ孔４３は可動体を上部プレート４にねじ止めする際に利用される。

一方、前記中間プレート３はその厚さが下部プレート２及び上部プレート４の収容溝２０，４０の深さの２倍程度の矩形状に形成されており、下半体は下部プレート２の収容溝２０に遊嵌し、上半体は上部プレート４の収容溝４０に遊嵌している。この中間プレート３の下半体の側面には下部プレート２のボール転走溝５０と対向する位置に、Ｘ方向に沿ってボール転走溝５１が形成されており、これら下部プレート２のボール転走溝５０と中間プレート３のボール転走溝５１との間には多数のボール５が配置されている。また、同様にして、中間プレート３の上半体の側面には上部プレート４のボール転走溝５０と対向する位置に、Ｙ方向に沿ってボール転走溝５２が形成されており、これら上部プレート４のボール転走溝５０と中間プレート３のボール転走溝５２との間には多数のボール５が配置されている。

中間プレート３に形成されたこれら４条のボール転走溝５１，５２は、夫々、２つのボール転走面が略９０°で交わった所謂ゴシックアーチ状の断面をなしている。各ボール５は下部プレート２又は上部プレート４のボール転走溝５０と中間プレート３のボール転走溝５１，５２との間で荷重を負荷しながら転走する。また、同一のボール転走溝を転走する一群のボール５は薄板状のボールケージ５３に所定の間隔をおいて配列されており、中間プレート３に形成された４条のボール転走溝５１，５２の長手方向の両端には、前記ボールケージ５３を係止するストッパーピン５４が立設されている。このボールケージ５３は金属薄板を打ち抜いて形成したものであっても良いし、合成樹脂の射出成形等によって形成したものであっても良い。これにより、下部プレート２に対して上部プレート４をＸ方向及びＹ方向へ移動させた際に、ボール５が上部プレート４と中間プレート３との間、下部プレート２と中間プレート３との間から転がり落ちるのを防止している。

前記下部プレート２及び上部プレート４は、厚さ５ｍｍ程度の矩形状の金属板材に対し、フライス盤等を用いた切削加工で前記収容溝２０，４０を形成し、次いでレールボディ２１，４１にタップ孔２３，４３を加工し、最後にボール転走溝５０を研削加工して形成されている。もっとも、金属板材に切削加工を用いて収容溝２０，４０を形成するのではなく、金属射出成形（ＭＩＭ成形）を用いてチャネル状の下部プレート２及び上部プレート４を制作するようにしても良い。

以上の構成によれば、下部プレート２と中間プレート３の間に配置されたボール５、中間プレート３と上部プレート４との間に配置されたボール５が荷重を負荷しながら転走することにより、中間プレート３は下部プレート２の収容溝２０内をＸ方向へ自在に移動することができ、また、上部プレート４は中間プレート３に対してＹ方向へ自在に移動することができ、結果として上部プレート４にねじ止めした可動体を固定部に対してＸ方向及びＹ方向へ自在に移動させることが可能となる。

そして、この実施例のＸＹガイドテーブル１では、中間プレート３の上半体が上部プレート４の収容溝４０に遊嵌し、下半体が下部プレート２の収容溝２０に遊嵌しており、また、上部プレート４及び下部プレート２は収容溝２０，４０に面したレールボディ２１，４１の側面にボール転走溝５０を有しており、各プレート２，４の移動を支承する軸受部が収容溝２０，４０内に位置しているので、これら上部プレート４と下部プレート２とが極僅かな隙間で積み重ねられている。これにより、極めて薄型のＸＹガイドテーブルを構成することが可能となっている。

また、図４に示すように、下部プレート２に具備された一対のレールボディ２１は矩形状に形成されると共に固定部に対して固定ねじ６を用いてねじ止めされており、ボール転走溝５０はこのレールボディ２１の側面に対して形成されている。しかもこれら一対のレールボディ２１の間隔は連結底板２２によって一定に保たれている。従って、下部プレート２のボール転走溝５０に対して荷重が作用したとしても、かかるボール転走溝５０が形成されているレールボディ２１が変位することはない。一方、中間プレート３は矩形状の金属板部材の側面に対してボール転走溝５１，５２を形成しているのみなので、その剛性は高く、かかるボール転走溝５１，５２に荷重が作用したとしても、何ら変形を生じることがない。

このため、ボール５を介して下部プレート２と中間プレート３とを組み合わせた際に、ボール５とボール転走溝との間に隙間が生じることがなく、また、ボールに対して予圧を付与することも可能となるので、下部プレートに対して中間プレートを高精度に移動させることができるものである。

また、上部プレート４に関しても、かかる上部プレート４に具備された一対のレールボディ４１は矩形状に形成されると共に図示外の可動体に対してねじ止めされて使用され、ボール転走溝５０はこのレールボディ４１の側面に対して形成されている。しかもこれら一対のレールボディ４１の間隔は連結天板４２によって一定に保たれている。従って、上部プレート４のボール転走溝５０に対して荷重が作用したとしても、かかるボール転走溝５０が形成されているレールボディ４１が変位することはない。すなわち、下部プレート２と同様、ボール５を介して上部プレート４と中間プレート３とを組み合わせた際に、ボール５とボール転走溝５０との間に隙間が生じることがなく、また、ボール５に対して予圧を付与することも可能となるので、中間プレート３に対して上部プレート４を高精度に移動させることができるものである。

このように本発明のＸＹガイドテーブル１によれば、ボール転走面５０，５１，５２が形成されている部位の剛性を高めることで、ボール５とボール転走溝５０，５１，５２の隙間を排除し、上部プレート４を下部プレート２に対してガタつくことなくＸ方向及びＹ方向へ案内することが可能であり、しかも該テーブル１を極めて薄型に形成することが可能となる。

尚、前記実施例では各ボールがケージに配列された状態でボール転走溝を転走しており、ボール転走溝の長さによって下部プレートに対する中間プレートのストローク量、中間プレートに対する上部プレートのストローク量が制限されてしまう。しかし、本発明のＸＴガイドテーブルでは、例えば、中間プレートにボールの無限循環路を形成することにより、中間プレートが下部プレートに対してストロークに制限なく移動できるように構成することもできる。また、同様にして上部プレートが中間プレートに対してストロークに制限なく移動できるように構成することもできる。

また、前記実施例では下部プレートと中間プレート、中間プレートと上部プレートの間に介装される転動体としてボールを使用したが、ローラであっても差し支えない。ローラを使用する場合は、回転軸方向が９０°ずつ異なるローラを交互に配置した所謂クロスローラタイプとすることができる。

図５乃至図８は、図１に示した本発明のＸＹガイドテーブルに対し、中間プレート３及び上部プレート４を駆動する手段を設けたものを示している。下部プレート２、中間プレート３及び上部プレート４の構造は図１に示した例と全く同じなので、その説明は省略する。

中間プレート３を下部プレート２に対してＸ方向へ、上部プレート４を中間プレート３に対してＹ方向へ駆動するものとして、図５に示す例では超音波リニアモータ７を用いている。超音波リニアモータ７は、図９に示すように、圧電素子を具備した固定子７０と、この固定子７０に対して圧接する金属板金製の可動子７１とから構成されている。前記固定子７０は圧電素子７２上に弾性体からなる振動体７３を積層したものであり、かかる振動体７３には複数の櫛歯７４が可動子７１の搬送方向に沿って配列されている。前記圧電素子７２に対して特定周波数の交流電圧を印加すると、かかる圧電素子７２が歪むことによって、前記振動体７３を構成する個々の櫛歯７４の先端には図１０に示すような楕円運動が生じ、それによって矢線Ｐ方向あるいは矢線Ｑ方向の進行波が前記振動体７３に形成される。これにより、固定子７０の振動体７３に圧接する可動子７１が矢線Ｐ方向又は矢線Ｑ方向へ搬送されることになる。

このように構成される超音波リニアモータ７の可動子７１は下部プレート２の収容溝２０の中央に、固定子７０は可動子７１と対向する位置で中間プレート３の下半体に取り付けられる。下部プレート２の収容溝２０の中央、すなわち連結底板２２の中央にはＸ方向に沿って可動子７１を固定するための溝が形成されており、可動子７１はこの溝に嵌合している。可動子７１それ自体は単なる金属薄板なので、連結底板２２の厚みよりも薄く、連結底板２２に埋めて固定することが可能である。また、超音波モータ７の固定子７０は圧電素子７２に印加する周波数を選定することにより、十分に薄く形成することができるので、中間プレート３の下半体に埋め込むことが可能である。また、同様にして、超音波リニアモータ７の可動子７１は上部プレート４の収容溝４０の中央に、固定子７０は可動子７１と対向する位置で中間プレート３の上半体に取り付けられる。

これにより、下部プレート２、中間プレート３及び上部プレート４の厚さや大きさを変更することなく、図１に示したＸＹガイドテーブル１に対して超音波モータ７を組み込むことができ、かかる超音波モータ７を駆動することにより、中間プレート３を下部プレート２に対してＸ方向へ、上部プレート４を中間プレート３に対してＹ方向へ自在に送ることが可能となる。すなわち、二次元平面内で自在に位置決めすることが可能な極めてコンパクトな構造のＸＹガイドテーブルを得ることができるものである。

更に、本発明のＸＹガイドテーブルを二次元平面内で位置決めするに当たっては、超音波モータ７を使用せず、図１１に示すようにボールねじを使用することも可能である。この図１１に示す例では、下部プレート２の側方にモータ取り付け部となるベースプレート２５を突設し、このベースプレート２５上にはサポート軸受２６を介してボールねじのねじ軸２７を回転自在に取り付け、ベースプレート２５上に固定された第１モータ２８の出力軸と前記ねじ軸２７を結合している。一方、前記ねじ軸２７にはボールねじを構成するナット部材２９が螺合されており、このナット部材２９は第１駆動アーム２４を介して中間プレート３と連結されている。前記第１駆動アーム２４は中間プレート３の上半体に結合されており、前記第１モータ２８を回転駆動すると、その回転がボールねじ２７によって第１駆動アーム２４の直線運動に変換され、中間プレート３がＸ方向へ駆動される。

また、前記上部プレート４の側方にはサイドフランジ部４５が突設されており、このサイドフランジ部４５の下面側にはサポート軸受４６を介してボールねじのねじ軸４７が回転自在に取り付けされ、サイドフランジ部４５に垂下された第２モータ４８の出力軸と前記ねじ軸４７が結合されている。一方、このねじ軸４７にはボールねじを構成するナット部材４９が螺合されており、このナット部材４９は第２駆動アーム４４を介して中間プレート３と連結されている。前記第２駆動アーム４４は中間プレート３の下半体に結合されており、前記第２モータ４８を回転駆動すると、その回転がボールねじによって第２駆動アーム４４の直線運動に変換され、中間プレート３がＹ方向へ駆動される。

このような構成によれば、第１モータ２８及び第２モータ４８に対して任意の回転量、回転方向を与えることにより、上部プレート４を下部プレート２に対して自在にＸ方向及びＹ方向へ移動させ、任意の位置に位置決めすることが可能となる。

Claims

下部プレートと、この下部プレートに多数の転動体を介して組付けられてＸ方向へ移動自在な中間プレートと、この中間プレートに対して多数の転動体を介して組付けられて前記Ｘ方向と直交するＹ方向へ移動自在な上部プレートとから構成されたＸＹガイドテーブルにおいて、
前記下部プレート及び上部プレートは、夫々、締結部材の取付孔が形成された断面略矩形状の一対のレールボディ及びこれらレールボディを結合する連結板部を有し、一対のレールボディの間に前記連結板部の幅に対応した収容溝を有する略チャネル状に形成され、収容溝に面する各レールボディの側面には転動体の転走溝が形成され、
これら上部プレート及び下部プレートは各々の収容溝を互いに対向させ且つ直交させるようにして積み重ねられ、
前記中間プレートは略矩形状に形成され、下半体が下部プレートの収容溝内に遊嵌する一方、上半体が上部プレートの収容溝内に遊嵌し、下部プレート及び上部プレートのレールボディに形成された転動体転走溝と対向する位置に転動体転走溝が形成されていることを特徴とするＸＹガイドテーブル。
前記下部プレート及び上部プレートは同一形状且つ同一の大きさに形成され、前記上部プレートのＸ方向及びＹ方向への移動可能範囲の中央においてはみ出すことなく互いに重なり合うことをていることを特徴とする請求項１記載のＸＹガイドテーブル。
前記下部プレートのレールボディと中間プレートの下半体との間、前記上部プレートのレールボディと中間プレートの上半体との間には、夫々、前記転動体転走溝を転走する多数の転動体を整列させる転動体ケージが配設されていることを特徴とする請求項１記載のＸＹガイドテーブル。
前記中間プレートの下半体には前記下部テーブルをＸ方向へ駆動する超音波モータが、前記中間プレートの下半体には前記上部テーブルをＹ方向へ駆動する超音波モータが夫々組み込まれていることを特徴とする請求項１記載のＸＹガイドテーブル。
前記下部プレートには第１モータ及びこの第１モータの回転運動を前記中間プレートのＸ方向の直線運動に変換するボールねじが設けられる一方、前記上部プレートには第２モータ及びこの第２モータの回転運動を前記中間プレートのＹ方向の直線運動に変換するボールねじが設けられることを特徴とする請求項１記載のＸＹガイドテーブル。