JP5825512B2 - 平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置に係り、特に、位置決めテーブルを移動させる複数のスライドガイドと送り機構で構成された軸の平行ずれを吸収する平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置に関するものである。

従来、位置決めテーブルは、軸方向に送り機構によって移動制御される一対のスライドガイドを所定距離を隔てて平行に配置し、それぞれのスライドガイド間をブリッジ部材で橋渡しした構造を有していた。

このように基本的にスライドガイドと送り機構を組み合わせて使用する場合、それらを平行に配置する必要があるが、各要素間に平行ずれがあると、各々の要素が干渉して動かなくなったり、あるいは動きが鈍くなるという問題があった。

これに対して、従来は、以下のような手法によって対処していた。

例えば、スライドガイドや送り機構等の各直動要素の取り付け面そのものを高精度に加工することによって平行性を確保する。また、各直動要素を基準ガイドに合わせて従動ガイド及び送り軸を平行に取り付けるようにする。また、あるいは平行ずれを吸収するための機構を使用することによって上記問題に対処していた。

例えば、特許文献１には、軸方向に移動制御されるスライダを有する一対のリニアモータを所定距離を隔てて平行に配置し、一対のリニアモータの夫々のスライダ間をブリッジ部材で橋渡しした位置決めステージにおいて、ブリッジ部材とスライダの一方との結合部に介在し、ブリッジ部材の橋渡し方向の移動を可能とするスライド機構を備え、平行配置されたリニアガイド間の不平行性をブリッジ部材の橋渡し方向のみの移動を可能としたスライド機構によって吸収するようにした位置決めステージが開示されている。

特開２００８−２１６２１７号公報

しかしながら、上記従来の平行ずれに対する対処法にはいずれも以下のように問題がある。

すなわち、各直動要素の取り付け面そのものを高精度加工することにより平行にする方法では、非常に高精度な加工が求められるため、費用も高くなるという問題がある。

また、基準ガイドに合わせて従動ガイド及び送り軸を平行に取り付ける方法では、現合作業となり作業工数が増えるという問題がある。

さらに、平行ずれ吸収機構を使用する方法では、上記特許文献１に記載のものも含めて従来の平行ずれ吸収機構は１要素（１軸方向）のみの平行ずれに対応するものであり、複数要素（例えば２軸方向）の平行ずれを一括で吸収することはできず、各要素毎に吸収要素を取り付けなければならないという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、直動２軸搬送ユニットにおいて、スライドガイドや送り機構等の複数の直動要素間の平行ずれを一括で吸収し、滑らかな動作を可能とする平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置は、第１の方向に沿って互いに平行に設けられた一対の第１のレールと、前記第１のレールに摺動可能に取り付けられた複数の第１のスライドブロックと、前記第１のレールと前記第１のスライドブロックを相対的に移動させる第１の送り機構と、を第１の直動要素として有する第１の位置決め手段と、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って互いに平行に設けられた一対の第２のレールと、前記第２のレールに摺動可能に取り付けられた複数の第２のスライドブロックと、前記第２のレールと前記第２のスライドブロックを相対的に移動させる第２の送り機構と、を第２の直動要素として有する第２の位置決め手段と、前記一対の第１のレール間の幅方向にのみ弾性変形可能な弾性部材によって前記一対の第１のレール間を連結する第１の連結ユニットと、前記一対の第２のレール間の幅方向にのみ弾性変形可能な弾性部材によって前記一対の第２のレール間を連結する第２の連結ユニットと、からなる平行ずれ吸収機構を備え、前記第１の位置決め手段、及び前記第２の位置決め手段の各前記直動要素間の平行ずれを一括で吸収するようにしたことを特徴とする。

これにより、直交する２方向に移動して位置決めを行う直動２軸搬送ユニットにおいて、レール及びスライドブロックからなるスライドガイドや送り機構等の複数の直動要素間の平行ずれを一括で吸収し、滑らかな動作を可能とすることができる。

また、一つの実施態様として、前記第１の連結ユニット及び前記第２の連結ユニットは、前記各一対のレール間を連結するように橋渡しされた板状の部材であり、前記各一対のレール間において各レール間幅方向に凹凸形状が形成され、前記各レール間幅方向にのみ弾性変形可能な板ばね状になっていることが好ましい。

このように各一対のレール間を連結する連結ユニットを板ばねで構成したことにより、その断面係数からレール間幅方向に垂直な方向の変形をなくして、レール間の幅方向のみ弾性変形可能とし、レール間の平行ずれを吸収することが可能となる。

また、一つの実施態様として、前記第１の連結ユニット及び前記第２の連結ユニットは、連続した１枚の板状の部材でカタカナのロ字状に形成され前記第１の位置決め手段と前記第２の位置決め手段との間に配置された中間板であることが好ましい。

このように、１枚の板状の部材から２つの連結ユニットを形成することにより、構造を簡単化することができる。

また、一つの実施態様として、前記第１のレールはその上にテーブルを支持し、前記第１のスライドブロックと前記第２のスライドブロックはその間に前記中間板を挟んでそれぞれ結合され、前記第２のレールはベース上に固定されており、前記中間板に形成された凹凸形状によって形成される空間に前記第１の送り機構及び前記第２の送り機構がそれぞれ配置されたことが好ましい。

このように送り機構を板ばねの凹凸形状で形成される空間内に設けたことにより、装置構成をコンパクトにすることができる。

また、一つの実施態様として、前記第１の送り機構は前記第１のレールと略同一平面上に配置され、また前記第２の送り機構は前記第２のレールと略同一平面上に配置されたことが好ましい。

これにより、送り機構を駆動する際のモーメントがレール等の直動要素に掛からないため、直動要素の駆動を滑らかにすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、直交する２方向に移動して位置決めを行う直動２軸搬送ユニットにおいて、レール及びスライドブロックからなるスライドガイドや送り機構等の複数の直動要素間の平行ずれを一括で吸収し、滑らかな動作を可能とすることができる。

本発明に係る平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置の一実施形態の概略を示す斜視図である。 位置決め装置をＸ方向から見た側面図である。 位置決め装置をＹ方向から見た側面図である。 本発明に係る平行ずれ吸収機構の作用を示す説明図であり軸移動前を示す。 本発明に係る平行ずれ吸収機構の作用を示す説明図であり軸移動後を示す。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置の一実施形態の概略を示す斜視図である。

図１に示すように、位置決め装置１は、Ｘ軸方向（第１の方向）及びＹ軸方向（第２の方向）に位置決めされるテーブル１０と、このテーブル１０をＸ方向に位置決めするＸ方向位置決め装置２０と、Ｙ方向に位置決めするＹ方向位置決め装置３０と、を備えて構成されている。

なお、図１においては、Ｘ方向位置決め装置２０及びＹ方向位置決め装置３０の構造がよくわかるように、テーブル１０を破線で表している。

Ｘ方向位置決め装置２０は、Ｘ方向（第１の方向）に延びる案内部材として互いに平行に設けられた一対のレール２２、２２と、各レール２２に対して、それぞれのレール２２と係合するよう所定距離隔てて２つずつ取り付けられたスライドブロック２４、２４と、テーブル１０をＸ軸方向に移動するためのＸ方向送り機構２６とから構成されている。

この一対のレール２２、２２及び各スライドブロック２４、２４の組み合わせによって（Ｘ方向の）スライドガイドが構成される。

また、Ｘ方向送り機構２６は、ねじ軸２６ａと送りナット２６ｂとを備えている。ねじ軸２６ａは、その外面にねじ溝を有し、２本のレール２２、２２の間にこれらのレール２２、２２と平行に、回動自在に配置されている。また、ねじ軸２６ａの両端には、支持部材２８、２８が取り付けられている。

Ｙ方向位置決め装置３０は、上記Ｘ方向に対し垂直に交わるＹ方向（第２の方向）に延びる案内部材として互いに平行に設けられた一対のレール３２、３２と、各レール３２に対して、それぞれのレール３２と係合するよう所定距離隔てて２つずつ取り付けられたスライドブロック３４、３４と、テーブル１０をＹ軸方向に移動するためのＹ方向送り機構３６とから構成されている。

この一対のレール３２、３２及び各スライドブロック３４、３４の組み合わせによって（Ｙ方向の）スライドガイドが構成される。

また、Ｙ方向送り機構３６は、ねじ軸３６ａと送りナット３６ｂとを備えている。ねじ軸３６ａは、その外面にねじ溝を有し、２本のレール３２、３２の間にこれらのレール３２、３２と平行に、回動自在に配置されている。また、ねじ軸３６ａの両端には、支持部材３８、３８が取り付けられている。ここでレール３２、３２及び支持部材３８、３８の下面は図示を省略した固定部材であるベースに固定されている。

また、図１に示すように、Ｘ方向位置決め装置２０は、Ｙ方向位置決め装置３０の上側に互いに直交するように配置され、Ｘ方向位置決め装置２０とＹ方向位置決め装置３０とからなる２軸ユニットは互いに反転した２段構造を有し、以下説明するようにスライドブロック２４、２４とスライドブロック３４、３４との間に中間板４０を挟んで連結されている。

すなわち、Ｘ方向位置決め装置２０とＹ方向位置決め装置３０との間には、中間板４０が配置され、この中間板４０は、Ｘ方向の一対のレール２２、２２及びＹ方向の一対のレール３２、３２の間を橋渡しするように、上（Ｚ方向）から見た場合にカタカナのロ字状をした金属製の板材であり、その４つの角部はそれぞれＸ方向のスライドブロック２４とＹ方向のスライドブロック３４で上下から挟まれ、それぞれに固定されている。

また、中間板４０の、レール２２、２２間を連結する第１の連結部（第１の連結ユニット）４０ａ、及びレール３２、３２間を連結する第２の連結部（第２の連結ユニット）４０ｂには、図に示すように凹凸形状に形成され板ばねが形成されている。中間板４０は、この板ばねの曲げ板金構造により、それぞれレール２２、２２間の方向、及びレール３２、３２間の方向のそれぞれ一方向にのみ弾性変形が可能とされる。

また、図に示すように、中間板４０の各レール間を連結する第１の連結部４０ａ、及び第２の連結部４０ｂにそれぞれ形成された凹凸形状によって形成された空間部分に、Ｘ方向送り機構２６及びＹ方向送り機構３６がそれぞれ配置されるようになっている。そしてＸ方向送り機構２６の送りナット２６ｂ及びＹ方向送り機構３６の送りナット３６ｂが、それぞれこの凹凸部において中間板４０に結合されている。

テーブル１０は、レール２２、２２及びＸ方向送り機構２６のねじ軸２６ａの支持部材２８、２８の上面に固定されている。従って、Ｘ方向送り機構２６を駆動すると、送りナット２６ｂは中間板４０に固定されているので、ねじ軸２６ａが軸方向（Ｘ方向）に移動する。その結果、ねじ軸２６ａの両端の支持部材２８に固定されたテーブル１０がＸ方向に移動する。このとき、テーブル１０にその上面が固定されたレール２２もスライドブロック２４の上を摺動することによってテーブル１０がスムーズにＸ方向に移動するようになっている。

また、Ｙ方向送り機構３６を駆動すると、送りナット３６ｂは固定部材であるベース（図示省略）に固定されているので、送りナット３６ｂがねじ軸３６ａに対して相対移動し、これにより送りナット３６ｂに固定された中間板４０がねじ軸３６ａ方向（Ｙ方向）に移動する。このとき、中間板４０の角部に固定されたスライドブロック３４がレール３２上をＹ方向に移動することで、中間板４０がレール３２に沿ってスムーズにＹ方向に移動する。これにより、中間板４０の上に乗ったレール２２及びＸ方向送り機構２６、さらにその上に載置されたテーブル１０がＹ方向に移動することとなる。

図２に、この位置決め装置１をＸ方向から見た側面図を示す。

図２に示すように、２段構造のＸ−Ｙ位置決め機構の下段側のＹ方向位置決め装置３０のレール３２は、固定部材であるベース５０上に固定されている。レール３２上には、レール３２上を摺動するスライドブロック３４が所定間隔をおいて配置されている。Ｙ方向位置決め装置３０のスライドブロック３４の上にはＸ方向位置決め装置２０のスライドブロック２４が配置され、その２つのスライドブロック２４、３４の間に中間板４０が挟まれ、これら３つの部材は互いに接合されている。

上段のＸ方向位置決め装置２０のスライドブロック２４に対して、Ｙ方向位置決め装置３０のレール３２とは直交する方向に延びるレール２２が摺動可能に嵌合している。そしてこのＸ方向位置決め装置２０のレール２２の上にテーブル１０が固定されており、レール２２と共に移動するようになっている。

また、Ｘ方向位置決め装置２０とＹ方向位置決め装置３０の間に配置された中間板４０は、一対のレール２２、２２に対して配置されたスライドブロック２４、２４間を連結するもので、この２つのスライドブロック２４、２４間（一対のレール２２、２２間）の連結部４０ａは、図に示すように凹凸形状に形成されている。この凹凸形状は、この連結部４０ａが、対向するレール２２、２２間の幅方向に対してのみ弾性を有するような板ばねとなるように構成されている。

すなわち、中間板４０の一対のレール２２、２２間の連結部４０ａは、レールの平行精度が悪い場合であっても、曲げられた板ばねの凹凸が変形して、対向するスライドブロック２４同士の間隔の変化を吸収する。一方、中間板４０は、曲げられた方向とは垂直の方向に対しては、断面係数の増加により剛性が増すため、例えば、スライドブロック同士がレールを捻る方向に変形し、結果としてスライドブロックの摺動抵抗が大きくなることを抑制する効果を有する。

この一方向（一対のレール２２、２２間の幅方向）にのみ弾性を有するように中間板４０を板ばねとして形成したことにより、仮に一対のレール２２、２２が平行でなく、平行からずれていたとしても、このレール２２、２２間の方向の弾性によってその平行ずれを吸収することが可能となる。

また、レールにより対向するスライドブロック同士を係合する中間板として、単純に弾性を有し伸縮性を有する弾性体ではなく、板ばねを凹凸状に曲げることによって形成された中間板４０を使用することにより、中間板４０の上記連結部４０aに形成された凹凸形状により、その中間部分に空間が形成される。その形成された空間にＸ方向送り機構２６が配置される。このようにすることで、図に示すように、このＸ方向送り機構２６は、Ｘ方向のレール２２、２２が配置された位置と略同一平面上に配置することができる。

このように、Ｘ方向送り機構２６を、このＸ方向送り機構２６によって駆動されるレール２２、２２と略同一平面上に配置したことにより、複数のスライドブロックから受ける摺動抵抗に対し、その摺動抵抗に対する駆動部を略同一面上に配置することになり、駆動時にレール２２、２２にモーメントが掛かることがなく、移動に際してのピッチングの発生を抑制し、レール２２、２２及びその上に載置されたテーブル１０の移動（Ｘ方向の移動）がスムーズとなる。

次に、図３に、この位置決め装置１をＹ方向から見た側面図を示す。

図３に示すように、Ｙ方向位置決め装置３０のレール３２は、固定部材であるベース５０上に固定されている。レール３２上には、レール３２上を摺動するスライドブロック３４が配置されている。Ｙ方向位置決め装置３０のスライドブロック３４の上にはＸ方向位置決め装置２０のスライドブロック２４が配置され、その２つのスライドブロック２４、３４の間に中間板４０が挟まれ、これら３つの部材は互いに接合されている。

上段のＸ方向位置決め装置２０のスライドブロック２４に対して、Ｙ方向位置決め装置３０のレール３２とは直交する方向に延びるレール２２が摺動可能に嵌合している。そしてこのＸ方向位置決め装置２０のレール２２の上にテーブル１０が固定されており、レール２２と共に移動するようになっている。

また、Ｘ方向位置決め装置２０とＹ方向位置決め装置３０の間に配置された中間板４０は、一対のレール３２、３２に対して配置されたスライドブロック３４、３４間を連結するもので、この２つのスライドブロック３４、３４間（一対のレール３２、３２間）の連結部４０ｂは、図に示すように凹凸形状に形成されている。この凹凸形状は、この連結部４０ｂが、対向するレール３２、３２間の幅方向に対してのみ弾性を有するような板ばねとなるように構成されている。

すなわち、中間板４０の一対のレール３２、３２間の連結部４０ｂは、図の左右方向に対しては弾性を有し、左右にのみ伸縮可能であるとともに、図の紙面に対して垂直な方向（図の裏面と表面を結ぶ方向）には、中間板４０（の上記連結部分）の断面係数が大きく、曲げにくいという性質を有している。

この一方向（一対のレール３２、３２間の幅方向）にのみ弾性を有するように中間板４０を板ばねとして形成したことにより、仮に一対のレール３２、３２が平行でなく、平行からずれていたとしても、このレール３２、３２間の方向の弾性によってその平行ずれを吸収することが可能となる。

また、中間板４０の上記連結部４０ｂに形成された凹凸形状によって形成された空間にＹ方向送り機構３６が配置されている。

図に示すように、このＹ方向送り機構３６は、Ｙ方向のレール３２、３２が配置された位置と略同一平面上に配置されている。このように、Ｙ方向送り機構３６を、このＹ方向送り機構３６によってレール３２、３２上を駆動されるスライドブロック３４、３４と略同一平面上に配置したことにより、駆動時にスライドブロック３４、３４（レール３２、３２）にモーメントが掛かることがなく、スライドブロック３４、３４及びその上に載置されたＸ方向位置決め装置２０及びさらにその上のテーブル１０の移動（Ｙ方向の移動）がスムーズとなる。

次に、図４及び図５を用いて、中間板４０に形成された一方向にのみ弾性を有する板ばねによる平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置１の作用を説明する。

なお、図４及び図５では、平行ずれ吸収機構の動作をわかり易くするため、テーブル１０は省略し、中間板４０、Ｘ方向のレール２２、２２とその上のスライドブロック２４、２４、及びＹ方向のレール３２、３２とその上のスライドブロック３４、３４のみを下側から見た状態で表示している。

ここでは、Ｙ方向のレール３２、３２の平行性が図の上に行く程レール間の間隔が広くなるようにずれているものとする。

ここで、図４に示すように、Ｙ方向送り機構３６とレール３２、３２とが平行に配置されていない場合、軸移動時に４個のスライドブロック３４とＹ方向送り機構３６の軸方向と垂直な方向の相対距離が変化するが、中間板４０の連結部４０ｂに形成された板ばねの弾性変形により、この変化が吸収される。また同時に中間板４０の変形を、Ｘ方向のスライドブロック２４が移動することにより吸収する。Ｘ及びＹ方向の軸は互いにこの関係にあり、全ての平行ずれを吸収することができる。この作用を図４及び図５が示している。

すなわち、図４は軸が移動する前であり、図５は軸が移動した後を表している。

図４に示すように、Ｙ方向のレール３２、３２は、図の上に行く程その間隔が広くなるように平行ずれを起こしている。このとき、Ｙ方向送り機構３６を駆動してＹ方向のスライドブロック３４、３４及び中間板４０を図の上方向に移動させる場合を考える。

図５に、その移動後の状態を示す。図５に示すように、図の上方向にＹ方向のレール３２、３２に沿ってスライドブロック３４、３４を移動させて行くと、スライドブロック３４、３４と結合している中間板４０も図の上方向に移動する。

図の上に行くほどＹ方向のレール３２、３２はその間隔が広くなって行くが、レール３２、３２間を連結する中間板４０の連結部４０ｂに形成された凹凸形状による板ばねがレール３２、３２の幅方向に伸びてレール３２、３２間の平行ずれを吸収するので、中間板４０はＹ方向のレール３２、３２に沿ってスムーズに移動することができる。その結果、その上に載置されたＸ方向位置決め装置２０及びテーブル１０（ここでは図示省略）も同時にＹ方向にスムーズに移動させることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態においては、一対の平行なレール間を連結する中間板の連結部に、レール間の方向のみに弾性を有する板ばねを形成し、上記一対のレール間に平行ずれがあったとしても、この一方向にのみ弾性を有する板ばねの弾性変形によってその平行ずれを吸収するようにしている。またさらに、一対の平行なレールを２組み互いに直交するように配置した２軸機構において、中間板をロ字状に形成し、直交する２組みの平行レールのそれぞれに対して、レール間の連結部に板ばねによる上記のような平行ずれ吸収機構を設けることにより、直動２軸搬送ユニットにおいて、スライドガイドや送り機構等の複数の直動要素間の平行ずれを一括で吸収し、滑らかな動作を可能とすることができる。

なお、一方向にのみ弾性変形可能な弾性体として上記例では板ばねを示したが、このような一方向にのみ弾性変形可能な弾性体は板ばねに限定されるものではない。

以上、本発明の平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１…位置決め装置、１０…テーブル、２０…Ｘ方向位置決め装置、２２…（Ｘ方向の）レール、２４…（Ｘ方向の）スライドブロック、２６…Ｘ方向送り機構、２６ａ…ねじ軸、２６ｂ…送りナット、２８…支持部材、３０…Ｙ方向位置決め装置、３２…（Ｙ方向の）レール、３４…（Ｙ方向の）スライドブロック、３６…Ｙ方向送り機構、３６ａ…ねじ軸、３６ｂ…送りナット、３８…支持部材、４０…中間板、４０ａ、４０ｂ…（中間板の）連結部、５０…ベース

Claims (3)

1. 第１の方向に沿って互いに平行に設けられた一対の第１のレールと、
   前記第１のレールに摺動可能に取り付けられた複数の第１のスライドブロックと、
   前記第１のレールと前記第１のスライドブロックを相対的に移動させる第１の送り機構と、を第１の直動要素として有する第１の位置決め手段と、
   前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って互いに平行に設けられた一対の第２のレールと、
   前記第２のレールに摺動可能に取り付けられた複数の第２のスライドブロックと、
   前記第２のレールと前記第２のスライドブロックを相対的に移動させる第２の送り機構と、を第２の直動要素として有する第２の位置決め手段と、
   前記一対の第１のレール間の幅方向にのみ弾性変形可能な弾性部材によって前記一対の第１のレール間を連結する第１の連結ユニットと、前記一対の第２のレール間の幅方向にのみ弾性変形可能な弾性部材によって前記一対の第２のレール間を連結する第２の連結ユニットと、からなる平行ずれ吸収機構を備え、
   前記第２の方向は前記第１の方向に直交する方向であり、前記第２の位置決め手段は前記第１の位置決め手段に積み重ねられるものであり、前記第１の連結ユニット及び前記第２の連結ユニットは、カタカナのロ字状に形成された連続した１枚の板状の部材であって、前記第１のレール同士及び前記第２のレール同士を連結し、前記第１のレール同士及び前記第２のレール同士の幅方向にのみ弾性を有する２対の凹凸形状の板バネ部を含む、前記第１の位置決め手段と前記第２の位置決め手段との間に配置された中間板であることを特徴とする平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置。
2. 前記第１のレールはその上にテーブルを支持し、前記第１のスライドブロックと前記第２のスライドブロックはその間に前記中間板を挟んでそれぞれ結合され、前記第２のレールはベース上に固定されており、前記中間板に形成された凹凸形状によって形成される空間に前記第１の送り機構及び前記第２の送り機構がそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項１に記載の平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置。
3. 前記第１の送り機構は前記第１のレールと略同一平面上に配置され、また前記第２の送り機構は前記第２のレールと略同一平面上に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の平行ずれ吸収機構を備えた位置決め装置。

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