JP4766360B2

JP4766360B2 - 平面型ｘ−ｙテーブル

Info

Publication number: JP4766360B2
Application number: JP2001050698A
Authority: JP
Inventors: 智弘松尾
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2001-02-26
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2021-02-26
Also published as: JP2002258950A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所与の物体を載置して直交するＸ軸とＹ軸の方向に移動し、二次元平面内の選定位置にその物体を移動させるＸ−Ｙテーブルに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の自動挿入装置や自動装着装置でプリント基板を移動可能に保持するＸ−Ｙテーブル（特開平０７−１３１１９７）を図６に示す。この図において、１は基台、２Ａ，２ＢはＹ軸方向ワークテーブル案内部、２２Ａ，２２ＢはＹ軸方向ガイドレール、２３はＹ軸方向移動体ガイドレール、３は直交形ガイドブロック、４はワークテーブル、５Ａ，５Ｂはワークテーブル下面に具備したＸ軸方向ガイドレール、６はＸ軸移動体、８はＡＣサーボモータ等からなるＸ軸駆動源、９はＸ軸駆動伝達部、１１はＹ軸方向移動体、１２はＹ軸駆動源、１３はＹ軸駆動伝達部、１５Ａ，１５ＢはＸ軸方向２次案内部、１６Ａ，１６ＢはＹ軸方向２次案内部、１７は第１溝付ローラ、１８は第２溝付ローラである。
【０００３】
基台１上にＹ軸方向ワークテーブル案内部２Ａ，２Ｂが所定の間隔をおいて、固定されている。Ｙ軸方向ワークテーブル案内部２Ａ，２ＢにはＹ軸方向ガイドレール２２Ａ，２２ＢとＹ軸方向移動体ガイドレール２３が固定されている。Ｙ軸方向ワークテーブル案内部２Ａ，２Ｂ上には直交形ガイドブロック３がそれぞれ１対ずつＹ軸方向に摺動自在に支持されている。直交ガイドブロック３の底面はＹ軸方向ガイドレール２２Ａ，２２Ｂと摺動自在であり、上面ではＹ軸方向と直交するＸ軸方向ガイドレール５Ａ，５Ｂと摺動自在である。ワークテーブル４にはＸ軸方向案内部１５Ａ，１５ＢとＹ軸方向案内部１６Ａ，１６Ｂを設けてあり、Ｘ軸方向案内部１５Ａ，１５Ｂは第２の溝付ローラ１８で狭持され、Ｙ軸案内部１６Ａ，１６Ｂは溝付ローラ１７で狭持されている。
【０００４】
動作について以下に述べる。Ｘ軸駆動源８の回転運動はスクリューロッドからなるＸ軸駆動伝達部９により直動運動に変換される。第２溝付ローラ１８により狭持されたワークテーブル４は直交形ブロック３とＸ軸ガイドレール５Ａ，５Ｂで支持され、Ｘ軸移動体６上でＸ軸方向へ移動する。また、Ｙ軸駆動源１３の回転運動はスクリューロッドからなるＹ軸駆動伝達部１３により直動運動に変換され、第１溝付ローラ１７により狭持されたワークテーブル４はＹ軸方向移動体ガイドレール２３で支持され、Ｙ軸移動体１１上でＹ方向へ移動する。直交形ブロック３とＹ軸ガイドレール２２Ａ，２２Ｂとの間は摺動自在であるので、Ｘ方向への移動に関係なくＹ軸方向へ移動できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しがしながら、上述のＸ−Ｙテーブルの構成は複雑であり、特にＸ軸駆動源８への負荷イナーシャとＹ軸駆動源１２への負荷イナーシャとが同じでないと言う問題があった。Ｙ軸方向へ移動する場合、直交形ブロック３とＹ軸方向ガイドレール２２Ａ，２２Ｂ間とで生じる摩擦力が付加される。また、Ｘ軸移動体６の重量がＹ軸方向へ移動する際には加わるために、Ｘ軸と同等の加速度でＹ軸方向に移動させる場合にはＸ軸に使用する駆動源８より大きな動力を発生できる駆動源を準備する必要があり、コスト高となっていた。また、顕微鏡等のようにテーブル上面または下面から光線を通過させる際に、可動範囲内に各軸駆動伝達部やＹ軸方向ワークテーブル案内部が存在すると光線の通過経路を制限することとなり不都合であった。解決すべき第１の課題は、Ｘ−Ｙテーブルの駆動構成を簡単にし、同じ力学条件でＸ軸、Ｙ軸方向に駆動できるようにすることである。
【０００６】
従来のＸ−Ｙテーブルの構造ではＸ軸移動体６はＹ軸移動体１１をオーバハングするように取り付けられているため、Ｘ軸移動体６の高さが高くなって機械的共振点がＹ軸移動体１１より低くなってしまう。このためテーブルの高速移動が制限されていた。解決すべき第２の課題はテーブルの高速移動を容易にすることである。
【０００７】
従来のＸ−Ｙテーブルの構成では、駆動源８，１２で生じる発熱は連結されたスクリューロッド９，１３へ伝達し、熱変形を生じさせる。そのためリードピッチにばらつきが生じたり、Ｘ軸、Ｙ軸案内部に取り付けたリニアスケールに熱変形が生じて正確な位置検出ができないと言う問題が生じていた。解決すべき第３の課題は駆動源の発熱による影響を駆動機構に及ぼさないようにすることである。
【０００８】
Ｘ−Ｙテーブルを小型化した場合リニアスケールを取り付けられなくなったり、スクリューロッド等から成る駆動伝達部とテーブルとを連結するカップリングや駆動源と駆動伝達部とを連結するカツプリングにロストモーションが発生するという問題があった。また、駆動伝達部を小型にしようとしてスクリューロッドを細くしてもそれと螺合するナットは中ぐり加工となるために細穴化ができず、このことが障害となっていた。解決すべき第４の課題はＸ−Ｙテーブルの駆動系の小型化である。
【０００９】
これらの点に鑑み本発明の目的は、構造が簡単で、しかもテーブルの高速移動を可能とし、駆動源の発熱による影響を回避して精確な位置制御を実現し、小型化できるＸ−Ｙテーブルを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の課題として、Ｘ−Ｙテーブルの駆動構成を簡単にし、同じ力学条件でＸ軸、Ｙ軸方向に駆動できるようにするため本発明のＸ−Ｙテーブルにおいては、一枚のテーブルと、基台に固定されており、Ｘ軸の方向の移動を案内する第１のＸ軸ガイドとテーブルに固定され、第１のＸ軸ガイドに直交する第２のＸ軸案内ガイドと、基台に固定されており、Ｙ軸の方向の移動を案内する第１のＹ軸ガイドとテーブルに固定され、第１のＹ軸ガイドに直交する第２のＹ軸案内ガイドと、Ｘ軸とＹ軸とに沿ってそれぞれ延びてＬ字型に配置されているＸ軸駆動伝達部とＹ軸駆動伝達部とを備え、Ｘ軸駆動伝達部は、回転駆動源とＸ軸に延びる送りねじとこの送りねじに螺合し、第１と第２のＸ軸案内ガイドと係合しているナットとを備え、Ｙ軸駆動伝達部は、回転駆動源とＹ軸に延びる送りねじとこの送りねじに螺合し、第１と第２のＹ軸案内ガイドと係合しているナットとを備え、それにより回転駆動源の回転を直線運動に変換してテーブルを二次元平面内で駆動するようにしている。
【００１１】
Ｘ軸方向の送りねじに螺合するナットは基台に固定されている第１Ｘ軸ガイドに案内され、テーブルに固定されている第２X軸ガイドを押しながらテーブルをＸ軸方向に駆動し、その間テーブルに固定されている第２Y軸ガイドはそれと直交するナットと第１Ｙ軸ガイド上を滑動しており、Ｘ軸方向への駆動に干渉することはない。Ｙ軸方向への駆動も同様にしてＸ軸駆動系が干渉し阻止することはない。
【００１２】
Ｘ軸駆動伝達部とＹ軸駆動伝達部とをＬ字型に配置したことによって両駆動系を上下に配置することによる不都合を回避し、両駆動系の力学的構成と条件を同じにし、しかもテーブルの下に視野を妨げる障害を排除したので顕微鏡などの送り台としても使用できる。両駆動系を上下にではなく同じ面内に配置することによって機械的共振点を低くすることができ第２の課題であるテーブルの高速移動も容易となっている。
【００１３】
第３の課題としての駆動源の発熱による影響を駆動機構に及ぼさないようにするため前記のＸ軸駆動伝達部とＹ軸駆動伝達部の回転駆動源をそれぞれ回転型モータとしそのモータのコイルとステータヨークとから成るステータ部を基台に装着して基台と一体に形成する。これにより基台がヒートシンクとして機能し、駆動源の温度上昇を抑制することができる。
【００１４】
第４の課題であるＸ−Ｙテーブルの駆動系の小型化を実現するための一手段として送りねじを磁性を有する材質で構成し、この送りねじをロータ磁石のシャフトと一体とする。これにより駆動源と送りねじとを連結していたカップリングを排除し、ロストモーションを排除することができる。送りねじのリード角に合わせた傾きを有するナットのブレードを送りねじのねじ溝に押し入れる構成とし、ナットの中ぐり加工を排し小型化の障害を克服している。また、ブレードを送りねじに弾性的に押圧するねじと板ばね等の弾性体から構成されているナット位置調整機構を設け、送りねじに対するナット位置を調整できるようにしている。ナットは磁性材料のブレードを有し、磁石材料から成るモータシャフトと一体化した送りねじにブレードを吸引するようにしてもよい。いずれも駆動伝達系におけるロストモーションを回避して、位置制御の精度を高める。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の平面型Ｘ−Ｙテーブルを図１、図２、図３を参照して説明する。図１はＸ−Ｙテーブルの展開図、図２はＸ−Ｙテーブルの平面図、図３は側面図である。全体の構成として平面型Ｘ−Ｙテーブルは、一枚のテーブル４と、Ｘ，Ｙ方向の移動を案内する第１のＸ、Ｙ軸ガイド１００，１０１と、第１のＸ、Ｙ軸ガイド１００，１０１に各々直交するように配置された第２のＸ、Ｙ軸案内ガイド２００，２０１を備え、ＡＣサーボモータなどから成る駆動源８１，８２の回動運動を送りねじ３０１とナット３０２により直動運動に変換している。Ｘ軸方向の送りねじ３０１に螺合するナット３０２は基台１に固定されている第１Ｘ軸ガイド１００に案内され、テーブル４に固定されている第２Ｘ軸ガイド２００を押しながらテーブル４をＸ軸方向に駆動するよう構成されている。このＸ軸方向への駆動中テーブル４に固定されている第２Ｙ軸ガイド２０１はそれと直交するナット３０２と第１Ｙ軸ガイド１０１の上を滑動しており、Ｘ軸方向への駆動に干渉することはない。Ｙ軸方向への駆動も同様にしてＸ軸駆動系が干渉し阻止することはない。言うまでもなくＸ軸方向とＹ軸方向とに同時に移動できる。このような構成によって駆動伝達部３００を同一面内にＬ形に配置できるようになり、装置全体の高さを著しく提言できた。
【００１６】
また、このような構成によれば、ＸおよびＹ軸方向に移動させる場合の駆動源への負荷イナーシャはＸ軸、Ｙ軸に作用する重量が同等であることから、両駆動源は全く同じ動力を発生するものでよい。また、両軸駆動系を同一面内にＬ形に配置したことにより従来の構成に比して装置全体の高さを低くでき、機械的共振点を上げることができ、高速移動を容易とすることができる。
【００１７】
図４に示すように駆動源８１，８２において、ステータ部８３を基台１と一体に形成している。巻回したコイル８３１を具備したステータヨーク８３２をＬ字形基台１の両端の高くなった部分に挿入する構造とし、駆動源８１，８２の回動運動を直動運動に変換する駆動伝達部３００の送りねじ３０１をＬ字形基台１の各辺に沿って配置している。この送りねじ３０１をＳＫ４，Ｓ４５Ｃ等の快削性かつ磁性を有する材質で作製し、ＮｄＦｅＢやＳｍＣｏ等の希土類磁石８３３から成るロータをその端に取り付けて、モータシャフト３０３と送りねじ３０１を一体に形成している。このように基台１と駆動源８１、８２を一体構成とすることで、基台１がヒートシンクとなって、駆動源の温度上昇を抑制し、駆動伝達部の熱変形を回避している。
【００１８】
図５を参照して送りねじ３０１と螺合するナット３０２の関係を説明する。送りねじ３０１の溝のリード角と一致する傾きを有するブレードから成るナット３０２と送りねじとの螺合はねじ４０１と板ばね４０２から構成されたナット位置調整機構４００で調整される。すなわち、ねじ４０１の締結力により板ばね４０２が変形し、ナット３０２のブレードは送りねじ３０１の歯底へ近づいていく。適度にねじ４０１の締結力を調整することにより緊密に螺合してロストモーションを排除できる。
【００１９】
また、駆動伝達部３００に送りねじ３０１と螺合するナット３０２を用いた別の例として、モータシャフト３０３と一体化した送りねじ３０１をＭｎ、Ａｌ、Ｃ等の快削性磁石材料からつくり、ナット３０２をＳＫ４やＳ４５等の磁性材料からつくって、ナット３０２と送りねじ３０１との間には磁化した送りねじ３０１で生じる磁気吸引力により磁性材であるナット３０２のブレードを送りねじ３０１の歯底へ引き入れていくようにする。これにより送りねじ３０１とナット３０２との螺合を緊密としロストモーションを徘除する。
【００２０】
駆動伝達部に用いるナットとしては送りねじのリード角に合わせた傾きを有するブレードを平板につくればよいので、中ぐり加工は不要となり小型化に適している。
【００２１】
なお、第１および第２の案内ガイドに関してはボールスライドだけではなく、クロスローラ、すべり方式でもよい。また、駆動源８１，８２をＡＣサーボモータで示したが、ステッピングモータでもよく、さらにはリニアモータでもよい。モータシャフト３０３と一体化した送りねじ３０１をＳＫ４，Ｓ４５Ｃ等の快削性かつ磁性を有する材質やＭｎ、Ａｌ、Ｃ等からなら快削性磁石材料からつくったが、磁性を有する材質のものであればよい。また、送りねじ３０１にＮｄＦｅＢやＳｍＣｏ等の希土類磁石８３３を取り付けたが、磁石材料であればよい。ナット３０２をＳＫ４やＳ４５等の磁性材料でつくったが、磁性を有する材質のものであればよい。
【００２２】
【発明の効果】
同一面内における２軸駆動系をＬ字形に配置したことにより従来のＸ−Ｙテーブルに比して装置全体の高さを低くして、機械的共振点を上げることができる。また、Ｘ軸とＹ軸の駆動源への負荷イナーシャを同じにすることができる。
【００２３】
基台と駆動源との一体構成により基台をヒートシンクとして駆動源の温度上昇を抑制し、駆動伝達部の熱変形を防止する。また、モータシャフトと送りねじとを一体形成することにより駆動源と駆動伝達部のカップリングを排除し、カップリングで生じるであろうロストモーションも排除できる。送りねじの溝のリード角に合わせて傾斜させたブレードから成るナットを使用することにより、そしてナット位置調整機構や磁気吸引力を利用することにより送りねじとナットとの螺合を緊密にしてロストモーションをなくし、精密な位置決めを可能とする。また、そのようなブレードの使用は装置の小型化に資する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面型Ｘ−Ｙテーブルの構成を示す展開斜視図。
【図２】本発明の実施例の平面型Ｘ−Ｙテーブルの平面図。
【図３】平面型Ｘ−Ｙテーブルの側面図。
【図４】駆動源の構成を示す図で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ線に沿う横断面図、そして図４（ｃ）は側面図。
【図５】ナット位置調整機構の構成を示す図で、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）はＡ−Ａ線に沿う横断面図。
【図６】従来のＸ−Ｙテーブルの構成を示す展開斜視図。
【符号の説明】
１：基台
４：テーブル
８１，８２：回転駆動源
８３：ステータ
１００：第１のＸ軸ガイド
２０１：第２のＸ軸案内ガイド
１０１：第１のＹ軸ガイド
２００：第２のＹ軸案内ガイド
３０１：送りねじ
３０２：ナット
８３１：コイル
８３２：ステ−タヨーク
３０２：ブレード
４０１：ナット位置調整機構のねじ
４０２：ナット位置調整機構の板ばね

Claims

直交するＸ軸とＹ軸の方向に移動して二次元平面内の選定位置に載置した物体を移動させるＸ−Ｙテーブルにおいて、
基台に第１のＸ軸ガイドがＸ軸の方向に固定され、前記の第１のＸ軸ガイド上を滑動する第２のＸ軸案内ガイドが前記のテーブルに前記の第１のＸ軸ガイドに直交して固定され、前記の基台に第１のＹ軸ガイドがＹ軸の方向に固定され、前記の第１のＹ軸ガイド上を滑動する第２のＹ軸案内ガイドが前記のテーブルに前記の第１のＹ軸ガイドに直交して固定され、
Ｘ軸とＹ軸とに沿ってそれぞれ延びてＸ軸駆動伝達部とＹ軸駆動伝達部が同一面内にＬ形に配置され、
前記のＸ軸駆動伝達部は、回転駆動源とＸ軸に延びる送りねじに螺合し、且つ、前記の第１のＸ軸案内ガイド及び前記の第２のＸ軸案内ガイドに係合し、前記の回転駆動源の回転を直線運動に変換して前記の第１のＸ軸ガイドに案内され、前記の第２のＸ軸ガイドを押しながら前記のテーブルをＸ軸方向に駆動するナットを備え、
前記のＹ軸駆動伝達部は、回転駆動源とＹ軸に延びる送りねじに螺合し、且つ、前記の第１のＹ軸案内ガイド及び前記の第２のＹ軸案内ガイドに係合し、前記の回転駆動源の回転を直線運動に変換して前記の第１のＹ軸ガイドに案内され、前記の第２のＹ軸ガイドを押しながら前記のテーブルをＹ軸方向に駆動するナットを備え、
前記のＸ軸駆動伝達部と前記のＹ軸駆動伝達部の前記の回転駆動源はそれぞれ回転型モータを備え、コイルとステータヨークとから成るステータ部をヒートシンクとなる前記の基台に装着して一体に形成し、
前記のナット及び前記の送りねじを磁性を有する材質で構成し、前記の送りねじをロータ磁石のモータシャフトと一体とし、
前記のＸ軸駆動伝達部の前記のナットが移動する場合、前記のＹ軸駆動伝達部の前記のナットに係合した前記の第１のＹ軸ガイド上に配置した前記の第２のＹ軸ガイドが滑動するとともに、前記の第１のＸ軸ガイドが案内し、
前記のＹ軸駆動伝達部の前記のナットが移動する場合、前記のＸ軸駆動伝達部の前記のナットに係合した前記の第１のＸ軸ガイド上に配置した前記の第２のＸ軸ガイドが滑動するとともに、前記の第１のＹ軸ガイドが案内したことで前記のＸ軸駆動伝達部および前記のＹ軸駆動伝達部の前記のナットの移動が干渉されないことを特徴とする平面型Ｘ−Ｙテーブル。