JP5890296B2 - 直進移動機構 - Google Patents

Description

本発明は、回転駆動を直進移動に変換して被移動体を往復移動させるための直進移動機構に関する。

フィルム状ワークに対する金型による打抜き加工や、導通・絶縁等の電気検査において、その加工、検査の精度を高めるためには、上下金型又は電気検査治具の直進移動を高い真直度で行う必要がある。また、同時に加工する箇所や検査箇所が増えるなどにより、その直進移動に対して大きな推力が要求される場合がある。
この金型、電気検査治具を移動させる手段としては、モータ等の駆動源の回転駆動を直進移動に変換する直進移動機構を用いたものがある。

このような直進移動機構としては、特許文献１から４に示されるように、ボールねじ等の送りねじ及びこの送りねじに螺合する送りナット等からなる直進移動機構が知られている。
例えば、特許文献１に開示されている直進移動機構は、送りねじが回転することにより、その軸方向に送りナットが直進移動する構成とされており、送りナットに取り付けられたテーブル等の被移動体を送りナットとともに移動させることができる。そして、送りナットを送りねじの軸方向に沿って直進移動させるためにガイドレール等のガイド部が送りねじの軸方向に沿って設けられており、そのガイド部に沿って被移動体を直進移動させることができる。

ところが、このような直進移動機構においては、被移動体に、送りねじの回転駆動により送りナットに生じる振れ回りに同期した力が伝達されるため、被移動体が送りナットの振れ回りに同期して変動することが避けられない。そのため、被移動体の移動真直度が低下し、被移動体を正確に往復移動させることができない。

そこで、被移動体の移動真直度を向上させるために、特許文献４では、送りナットに一体に装着されたブロックと、テーブル（被移動体）との間に中間接続部材を配設し、この中間接続部材とブロックとを連結すると共に送りねじの断面左右方向にスライド可能に配設された横スライド機構部と、中間接続部材とテーブル側とを連結すると共に送りねじの断面上下方向にスライド可能に配設された縦スライド機構部とを設け、中間接続部材及びスライド機構部を介して連結する構成とし、ブロックの振れを吸収している。

特許第２９４８９５１号公報 特許第４２９７６２１号公報 特開２００７‐２７５９５５号公報 特開平５‐３１８２５９号公報

しかし、極めて高い真直度が要求される微細加工や精密測定等の分野においては、大きな推力を発生させつつ、さらなる高精度の移動真直度が要求される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、大きな推力を発生させつつ被移動体の移動真直度を高精度に維持して直進移動を伝達することができる直進移動機構を提供することを目的とする。

特許文献４記載のように、スライド機構部を介してブロックと被移動体とを連結する構成とした場合は、ブロックに伝達された動力がスライド機構部に直に加わり、ブロックに生じる振れだけではなく、軸方向の推力も負荷されることになる。そのため、被移動体の移動真直度を高精度に保つためには、スライド機構部の剛性を高くする必要があり、その結果、機構が大型化するだけでなく、スライド機構部の円滑な動きが阻害されるおそれがある。

本発明の直進移動機構は、回転駆動する駆動源と、該駆動源の回転運動を直進運動に変換して往復移動体に伝達する運動変換手段と、前記往復移動体の推力によって移動される被移動体とを備え、前記往復移動体と前記被移動体との間に、直進方向の推力を伝達する推力伝達部と、前記往復移動体に生じる振れ回りを吸収する振れ回り吸収部とが並列に接続されており、前記振れ回り吸収部は、前記往復移動体の先端と前記被移動体との間に前記直進方向と直交する方向に沿って配置したガイドプレートと、該ガイドプレートと前記往復移動体とを前記直進方向と直交するＸ方向に相対移動自在に支持するＸ方向スライド部と、前記ガイドプレートと前記被移動体とを前記直進方向及び前記Ｘ方向と直交するＹ方向に相対移動自在に支持するＹ方向スライド部とにより構成され、前記Ｘ方向スライド部は、前記Ｘ方向に間隔をおいて配置した一対のピン形状部と、該一対のピン形状部の軸中心を結ぶ線に平行な溝形状により形成されて前記ピン形状部と係合する長穴溝とにより構成され、前記Ｙ方向スライド部は、前記Ｙ方向に間隔をおいて配置した一対のピン形状部と、該一対のピン形状部の軸中心を結ぶ線に平行な溝形状により形成されて前記ピン形状と係合する長穴溝とにより構成される。

往復移動体と被移動体との間に、推力伝達部と振れ回り吸収部とを別々に接続し、負荷が大きい直進方向の推力を推力伝達部に負担させ、直進方向の推力に比べて負荷が小さい振れ回りを振れ回り吸収部に負担させる構成としたので、推力伝達部によって垂直方向の推力を直接伝達することができ、振れ回り吸収部の剛性を低く設定することができる。そのため、大きな推力を発生させつつ、被移動体の移動真直度を高精度に維持して真直移動を伝達することができる。
往復移動体は、直進方向（Ｚ方向）に対して直交する水平面において略９０°の方向に交わる任意のＸＹ方向の合成方向に振れ回りする。そこで、ガイドプレートにより往復移動体と被移動体とを任意のＸＹ方向に案内する構成とし、それぞれの方向に生じる振れをガイドプレートにより吸収することで、往復移動体の振れを吸収することができる。このように、ガイドプレートと両スライド部による簡単な構成によって往復移動体に生じる振れを吸収し、被移動体の移動真直度を高精度に維持した状態で直進移動を伝達することができる。

本発明の直進移動機構において、前記振れ回り吸収部は、前記推力伝達部よりも前記直進方向の先端側で前記往復移動体と前記被移動体とを接続する構成とされる。
このような構成とすることで、往復移動体の推力が振れ回り吸収部に伝わることを抑制することができ、振れ回り吸収部の動きを円滑にして、振れ回りを確実に吸収し、高い真直度の直進移動を行わせることができる。

本発明の直進移動機構は、前記推力伝達部において、前記往復移動体と前記被移動体とが、スラスト軸受を介して接続されているとよい。
スラスト軸受は、すべり機能又は転がり機能を具備し、往復移動体と被移動体との接触面に生じるＸＹ方向のすべり抵抗又は転がり抵抗を最小とすることができるので、往復移動体の振れ回りの影響を少なくして、より大きな推力で高い真直度の直進移動を伝達することができる。

本発明によれば、往復移動体と被移動体との間に、推力伝達部と振れ回り吸収部とを別々に接続し、負荷が大きい直進方向の推力を推力伝達部に負担させ、直進方向の推力に比べて負荷が小さい振れ回りを振れ回り吸収部に負担させる構成としたので、推力伝達部によって垂直方向の推力を直接伝達することができ、振れ回り吸収部の剛性を低く設定することができる。したがって、大きな推力を発生させつつ、被移動体の移動真直度を高精度に維持して直進移動を伝達することができる。

本発明の第１実施形態の直進移動機構を適用した加工装置を示す概略図である。 図１に示す直進移動機構を説明する分解斜視図である。 推力伝達部と振れ回り吸収部とを説明する要部断面図である。 振れ回り吸収部を説明する分解斜視図である。 その他の実施形態の推力伝達部を説明する図である。 その他の実施形態の振れ回り吸収部を説明する図である。 第２実施形態の直進移動機構を示す要部断面図である。 図７に示す直進移動機構を説明する図であり、（ａ）が推力伝達部、（ｂ）が振れ回り吸収機構を示す。

以下、本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。
図１は、第１実施形態の直進移動機構を適用した加工装置１００の概略図である。この加工装置１００は、作業台上に設置される略方形状の基台２１と、基台２１の上部に設けられた上部プレート２２とで構成されている。また、基台２１の四隅には支柱２３が立設されており、この支柱２３の上端部に上部プレート２２が基台２１と対面するように固定されている。

基台２１と上部プレート２２との間には、矩形状の移動プレート３１（本発明でいう、被移動体）が、上下方向に沿うガイド軸３２の下端に設けられており、上部プレート２２には４本の支持筒３３が固定され、その支持筒３３内にガイド軸３２が上下方向に摺動自在（直線対偶の接触状態）に設けられている。
そして、移動プレート３１の下面中央に上型４１（可動側金型）が設けられ、基台２１の上面中央に下型４２（固定側金型）が組み付けられ、これら上型４１と下型４２とにより成形型が構成されている。

加工装置１００には、移動プレート３１を上下移動させて成形型の開閉を行う直進移動機構１が設けられている。
直進移動機構１は、回転駆動するモータ１１（本発明でいう、駆動源）と、そのモータ１１の回転運動を直進運動に変換して往復移動体に伝達する運動変換手段２と、往復移動体の推力によって移動される移動プレート３１とから構成される。
運動変換手段２は、例えば図１に示すように、往復移動体となるボールねじ等の送りねじ１２と、この送りねじ１２に螺合する送りナット１３とにより、ねじ対偶の組合せで構成される。

送りナット１３は、上部プレート２２の中央部に回転自在に軸受２４により支持されている。この送りナット１３には、上部プレート２２の上方に突出する上端部にプーリー１４が取り付けられており、プーリー１４はベルト１５を介してモータ１１により回転駆動されるようになっている。
また、送りねじ１２は、送りナット１３が回転されることにより軸方向（Ｚ方向）に沿って直進移動する構成とされ、この送りねじ１２の下端に移動プレート３１が接続されている。したがって、モータ１１を回転駆動させるとプーリー１４が回転して送りナット１３を回転させ、これによって、送りねじ１２がＺ方向に沿って下降又は上昇の直進移動するようになり、移動プレート３１も送りねじ１２とともに下降又は上昇する。なお、モータ１１は、加工装置１００の本体部（図示略）に固定されている。

そして、移動プレート３１と送りねじ１２との間には、直進方向の推力を伝達する推力伝達部５と、送りねじ１２に生じる振れ回りを吸収する振れ回り吸収部６とが並列に接続されている。
移動プレート３１の中央部には、図２及び図３に示すように、三段に段階的に内径が縮小する中央穴部３４が形成されている。移動プレート３１の下面３１ｂ側に配置される下段穴部３４ｃが最も径が大きく形成されており、中段穴部３４ｂ、上段穴部３４ａと上面３１ａ側に向かうほど小径に形成されている。

推力伝達部５は、図３に示すように、上段穴部３４ａに送りねじ１２の先端の小径部１２ａを挿通し、その小径部１２ａの先端面に、上側連結プレート５１を例えばボルト締め（図示略）により取り付けることにで、送りねじ１２に移動プレート３１を接続した構成とされている。移動プレート３１の上面３１ａと中段穴部３４ｂの底面とが、送りねじ１２のねじ部１２ｂの下端面と上側連結プレート５１とに挟まれた状態で配置されており、送りねじ１２の上下移動に伴い、これら送りねじ１２と移動プレート３１との間の接触面から移動プレート３１に直進方向の推力を伝達することができる。
具体的には、移動プレート３１を上昇移動する場合は、中段穴部３４ｂの底面と上側連結プレート５１との接触面から推力が伝達される。また、移動プレート３１を下降移動する場合は、移動プレート３１の上面３１ａとねじ部１２ｂの下端面との接触面から推力が伝達される。

振れ回り吸収部６は、図３に示すように、推力伝達部５よりも直進方向（Ｚ方向）の先端側で送りねじ１２に固定された上側連結プレート５１と移動プレート３１に固定された下側連結プレート５３とを接続しており、上側連結プレート５１と下側連結プレート５３との間に直進方向と直交する方向（ＸＹ方向）に沿って配置したガイドプレート５２と、そのガイドプレート５２と上側連結プレート５１（すなわち、送りねじ１２）とを直進方向と直交するＸ方向に相対移動自在に支持するＸ方向スライド部５１Ｓと、ガイドプレート５２と下側連結プレート５３（すなわち、移動プレート３１）とを直進方向及びＸ方向と直交するＹ方向に相対移動自在に支持するＹ方向スライド部５３Ｓとにより構成されている。

Ｘ方向スライド部５１Ｓは、図２から図４に示すように、上側連結プレート５１に突設されＸ方向に間隔をおいて配置した一対のピン形状部５１ａと、これらピン形状部５１ａと係合するガイドプレート５２に形成された長穴溝５１ｂとにより構成されている。長穴溝５１ｂは、一対のピン形状部５１ａの軸中心を結ぶ線に平行な溝形状により形成され、その長手方向（Ｘ方向）に沿ってピン形状部５１ａが移動できるようになっている。

また、Ｙ方向スライド部５３Ｓは、下側連結プレート５３に突設されＹ方向に間隔をおいて配置した一対のピン形状部５３ａと、これらピン形状部５３ａと係合するガイドプレート５２に形成された長穴溝５３ｂとにより構成されている。長穴溝５３ｂは、一対のピン形状部５３ａの軸中心を結ぶ線に平行な溝形状により形成され、その長手方向（Ｙ方向）に沿ってピン形状部５３ａが移動できるようになっている。
このように、上側連結プレート５１と下側連結プレート５３とは、それぞれ送りねじ１２の直進方向と直交するＸＹ方向に相対移動できるようになっている。

このような構成の加工装置１００において、ワーク４の加工を行う際には、まず、上型４１を上方に上げた状態で、ワーク４を下型４２と上型４１との間に載置する。次に、モータ１１を回転駆動して送りナット１３を回転させる。送りナット１３の回転により送りねじ１２が直進方向に下降移動するとともに、移動プレート３１と一緒に上型４１が下降移動する。

送りねじ１２は、送りナット１３との間にクリアランスがあるため、昇降移動の際に、直進方向（Ｚ方向）に対して直交する水平面において振れ回りする。
振れ回り吸収部６は、ガイドプレート５２とＸ方向スライド部５１Ｓ，Ｙ方向スライド部５３Ｓとにより送りねじ１２と移動プレート３１とを直交する任意のＸＹ方向に案内する構成とされ、それぞれの方向に生じる振れをガイドプレート５２により吸収することで、これらの合成方向に生じる送りねじ１２の振れを吸収することができる。

また、直進移動機構１は、送りねじ１２と移動プレート３１との間に、推力伝達部５と振れ回り吸収部６とを並列に接続し、負荷が大きい直進方向の推力を推力伝達部５に負担させ、直進方向の推力に比べて負荷が小さい振れ回りを振れ回り吸収部６に負担させる構成としている。
そのため、推力伝達部５によって垂直方向の推力を直接伝達することができ、振れ回り吸収部６の抵抗を低く設定することができる。したがって、大きな推力を発生させつつ、移動プレート３１の移動真直度を高精度に維持して真直移動を伝達することができる。

また、振れ回り吸収部６は、推力伝達部５よりも直進方向の先端側で送りねじ１２と移動プレート３１とを接続する構成とされており、送りねじ１２の推力が振れ回り吸収部６に伝わることを抑制することができ、振れ回り吸収部６の動きを円滑にして、振れ回りを確実に吸収し、高い真直度の直進移動を行わせることができる。

また、推力伝達部５は、送りねじ１２と移動プレート３１との間の接触面に、図５（ａ）に示す平面すべり軸受５５ａ，５５ｂや、図５（ｂ）に示す平面転がり軸受５６ａ，５６ｂ等のスラスト軸受を設置する構成とすることもできる。
この場合、推力伝達部５を構成する送りねじ１２と移動プレート３１との間の接触面に、すべり対偶又は転がり対偶の接触状態を構成することができ、接触面に生じるＸＹ方向のすべり抵抗又は転がり抵抗を小さくすることができる。したがって、送りねじ１２の振れ回りの影響を少なくして、より大きな推力で高い真直度の直進移動を伝達することができる。

また、振れ回り吸収部６は、図６に示すように、上側連結プレート５１と移動プレート３１との間に直動転がりガイド５８，５９を重ねて配置する構成とすることもできる。
図６では、上側に配置された直動転がりガイド５９は、Ｙ方向レール部５９ａと、そのＹ方向レール部５９ａに案内されてＹ方向に移動する可動ブロック５９ｂとで構成されている。そして、Ｙ方向レール部５９ａが上側連結プレート５１に固定され、そのＹ方向レール部５９ａに沿って可動ブロック５９ｂがＹ方向に移動できるようになっている。また、下側に配置された直動転がりガイド５８は、Ｘ方向レール部５８ａと、そのＸ方向レール部５８ａに案内されて移動する可動ブロック５８ｂとで構成されている。そして、Ｘ方向レール部５８ａは移動プレート３１に固定され、そのＸ方向レール部５８ａに沿って可動ブロック５８ｂがＸ方向に移動できるようになっている。なお、これらＸ方向、Ｙ方向の直動転がりガイド５８，５９は、Ｚ方向に拘束の無いものを用いる。
また、各直動転がりガイド５８，５９は、それぞれの可動ブロック５８ｂ，５９ｂを介して接続されており、これら可動ブロック５８ｂ，５９ｂが互いに固定された状態で一体に移動するようになっている。これにより、上側連結プレート５１と移動プレート３１とは、可動ブロック５８ｂ，５９ｂを介してそれぞれ送りねじ１２の直進方向と直交するＸＹ方向に相対移動できるようになっている。
そして、直動転がりガイド５８，５９により構成した振れ回り吸収部においては、各直動転がりガイド５８，５９のレール部５８ａ，５９aと可動ブロック５８ｂ，５９ｂとの間が転動体（例えば、ころ又は球）により支持されており、これらの部品間に生じる抵抗は小さくなっていることから、送りねじ１２の振れ回りをよりスムーズに吸収することができる。

また、上記実施形態の直進移動機構１では、送りナット１３を回転させることにより、この送りナット１３に螺合する送りねじ１２を直進移動する構成としたが、図７に示す直進移動機構６０のように、送りねじ６２を回転させることにより、送りねじ６２に螺合する送りナット６３（本発明でいう、往復移動体）を直進移動する構成とすることもできる。

例えば、推力伝達部６５は、図８（ａ）に示すように、送りナット６３の先端に取り付けられた上側連結筒体７１と、移動プレート３１の上面３１ａに立設された受動部３６とで構成することができる。図８（ａ）では、上側連結筒体７１の中央部は、送りねじ６２が出入り可能な穴部が形成されている。また、上側連結筒体７１の外周面は、受動部３６の先端鉤部３６ａと係合する凹溝部７１ａが設けられており、凹溝部７１ａの両側面（図８（ａ）においては、水平方向に沿う上下面）で先端鉤部３６ａと接触するようになっている。したがって、送りナット６３の上下移動に伴い、凹溝部７１ａと先端鉤部３６ａとの接触面から移動プレート３１に直進方向の推力を伝達することができる。

また、振れ回り吸収部６６は、図８（ｂ）に示すように、推力伝達部６５よりも直進方向（Ｚ方向）の先端側で上側連結筒体７１と下側連結プレート７３とを接続する構成とされている。振れ回り吸収部６６は、送りナット６３の先端と移動プレート３１との間に直進方向と直交する方向（ＸＹ方向）に沿って配置したリンク板状のガイドプレート７２と、そのガイドプレート７２と送りナット６３とを直進方向に直交するＸ方向に相対移動自在に支持するＸ方向スライド部７１Ｓと、ガイドプレート７２と移動プレート３１とを直進方向及びＸ方向と直交するＹ方向に相対移動自在に支持するＹ方向スライド部７３Ｓとにより構成されている。これらＸ方向スライド部７１Ｓ及びＹ方向スライド部７３Ｓの構造は、前述したピン形状部５１ａ，５３ａと長穴溝５１ｂ，５３ｂとによる構造（図４等参照）と同じである。これにより、上側連結筒体７１と下側連結プレート７３とは、それぞれ送りナット６３の直進方向と直交するＸＹ方向に相対移動可能に支持され、送りナット６３に生じる振れ回りを吸収することができる。

このように往復移動体を送りナット６３で構成した直進移動機構６０においても、移動プレート３１と送りナット６３との間は、直進方向の推力を伝達する推力伝達部６５と、送りナット６３に生じる振れ回りを吸収する振れ回り吸収部６６とを並列に接続することで、振れ回り吸収部６６の剛性を低く設定することができる。したがって、機構を大型化することなく移動プレート３１の移動真直度を高精度に維持して真直移動を伝達することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１，６０…直進移動機構、２…運動変換手段、４…ワーク、５，６５…推力伝達部、６，６６…振れ回り吸収部、１１…モータ（駆動源）、１２，６２…送りねじ（往復移動体）、１２ａ…小径部、１２ｂ…ねじ部、１３，６３…送りナット、１４…プーリー、１５…ベルト、２１…基台、２２…上部プレート、２３…支柱、２４…軸受、３１…移動プレート（被移動体）、３１ａ…上面、３１ｂ…下面、３２…ガイド軸、３３…支持筒、３４…中央穴部、３４ａ…上段穴部、３４ｂ…中段穴部、３４ｃ…下段穴部、３６…受動部、３６ａ…先端鉤部、４１…上型、４２…下型、５１…上側連結プレート、５１Ｓ，７１Ｓ…Ｘ方向スライド部、５１ａ，５３ａ…ピン形状部、５１ｂ，５３ｂ…長穴溝、５２，７２…ガイドプレート、５３，７３…下側連結プレート、５３Ｓ，７３Ｓ…Ｙ方向スライド部、５５ａ，５５ｂ…平面すべり軸受、５６ａ，５６ｂ…平面転がり軸受、５８，５９…直動転がりガイド、５８ａ，５９ａ…レール部、５８ｂ，５９ｂ…可動ブロック、７１…上側連結筒体、１００…加工装置

Claims (3)

1. 回転駆動する駆動源と、該駆動源の回転運動を直進運動に変換して往復移動体に伝達する運動変換手段と、前記往復移動体の推力によって移動される被移動体とを備え、前記往復移動体と前記被移動体との間に、直進方向の推力を伝達する推力伝達部と、前記往復移動体に生じる振れ回りを吸収する振れ回り吸収部とが並列に接続されており、
   前記振れ回り吸収部は、前記往復移動体の先端と前記被移動体との間に前記直進方向と直交する方向に沿って配置したガイドプレートと、該ガイドプレートと前記往復移動体とを前記直進方向と直交するＸ方向に相対移動自在に支持するＸ方向スライド部と、前記ガイドプレートと前記被移動体とを前記直進方向及び前記Ｘ方向と直交するＹ方向に相対移動自在に支持するＹ方向スライド部とにより構成され、
   前記Ｘ方向スライド部は、前記Ｘ方向に間隔をおいて配置した一対のピン形状部と、該一対のピン形状部の軸中心を結ぶ線に平行な溝形状により形成されて前記ピン形状部と係合する長穴溝とにより構成され、
   前記Ｙ方向スライド部は、前記Ｙ方向に間隔をおいて配置した一対のピン形状部と、該一対のピン形状部の軸中心を結ぶ線に平行な溝形状により形成されて前記ピン形状と係合する長穴溝とにより構成されていることを特徴とする直進移動機構。
2. 前記振れ回り吸収部は、前記推力伝達部よりも前記直進方向の先端側で前記往復移動体と前記被移動体とを接続されていることを特徴とする請求項１記載の直進移動機構。
3. 前記推力伝達部において、前記往復移動体と前記被移動体とが、スラスト軸受を介して接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の直進移動機構。

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