JP4766360B2 - 平面型x−yテーブル - Google Patents
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Description
【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 (1)
- 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。
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