JPH01303359A

JPH01303359A - ２次元運動機構

Info

Publication number: JPH01303359A
Application number: JP13420988A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yanagisawa; 健柳沢
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1989-12-07
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPH06100254B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はｘ−ｙステージ等の２次元運動機構に関する。

（従来の技術）従来、移動体を所定の矩形平面内で移動可能に設けた２
次元運動機構としては、本願発明者が開発し、実開昭５
９−８８５５６号公報に開示される技術が有る。この技
術は３次元運動機構であるが、平行に配された２組のＸ
軸ガイドと、平行に配されると共に、前記Ｘ軸ガイドと
は略同−平面内で直交する２組のＹ軸ガイドと、前記Ｘ
軸ガイドとＹ軸ガイドとで囲まれて形成される矩形平面
内を移動可能な移動体と、前記Ｘ軸ガイドに沿って移動
可能に配された２個のＸ軸駆動部と、前記Ｙ軸ガイドに
沿って移動可能に配された２個のＸ軸駆動部と、前記移
動体へ前記Ｙ軸ガイドに平行に挿通され、両端が前記Ｘ
軸駆動部に連結されたＸ軸ロッドと、前記移動体へ前記
Ｘ軸ガイドに平行に挿通され、両端が前記Ｘ軸駆動部に
連結されたＹ軸ロッドとを有し、移動体は２次元運動を
行う構成になっている。

そして２個のＸ軸駆動部は２個のモータによってそれぞ
れ同一方向へ駆動され、同じく２個のＸ軸駆動部も２個
のモータによってそれぞれ同一方向へ駆動されるように
なっている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記の運動機構には次のような課題があ
る。

このような構成の２次元運動機構においては移動体の繰
り返し位置決め精度が重要である。つまり移動体を矩形
平面内で移動させる際に、ある特定の位置を指定して繰
返し移動させた場合にその都度移動体の位置がずれてし
まうのを抑制しなければならない。２個のＸ軸駆動部を
駆動する２（ｆｌｉｔのモータ同士、及び２個のＸ軸駆
動部を駆動する２個のモータ同士の同期が取れていない
と、この繰り返し位置決め精度が低下する。そのためモ
ータ同士の同期調整が難作業であり、また高精度のモー
タを組み合わせなければ同期のＩｉ度を上げられないた
めコスト高を招くという課題が有る。

従って、本発明は移動体の繰返し位置決め精度が高く、
安価な２次元運動機構を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。

すなわち、平行に配された２個のＸ軸ボールネジと、平
行に配されると共に、前記Ｘ軸ボールネジとは略同−平
面内で直交する２個のＹ軸ボールネジと、前記各々のＸ
軸ボールネジに螺合され、Ｘ軸ボールネジの回転に伴い
Ｘ軸ボールネジ上を移動可能な２（１１ｉ１のＸ軸駆動
体と、前記各々のＹ軸ボールネジに螺合され、Ｙ軸ボー
ルネジの回転に伴いＹ軸ボールネジ上を移動可能なＨ［
ｌｉｌのＹ軸駆動体と、両端がそれぞれ前記Ｘ軸駆動体
に連結されて前記Ｙ軸ボールネジに平行に設けられたＸ
軸ロッドと、両端がそれぞれ前記Ｙ軸駆動体に連結され
て前記Ｘ軸ボールネジに平行に設けられたＹ軸ロッドと
、前記Ｘ軸ロッドと前記Ｙ軸ロッドが挿通され、Ｘ軸ロ
ッド上及びＹ軸ロッド上を移動自在に設けられた移動体
と、前記Ｘ軸ボールネジの一方を直接回転させると共に
、他方のＸ軸ボールネジを第１の伝達機構を介して同一
方向に回転させる１　（［１ｉ１のＸ軸駆動手段と、前
記Ｙ軸ボールネジの一方を直接回転させると共に、他方
のＹ軸ボールネジを第２の伝達は構を介して同一方向に
回転させる１個のＸ軸駆動手段とを具備することを特徴
とする。

（作用）作用について述べる。

１個のＸ軸駆動手段により一方のＸ軸ボールネジは直接
回転させられ、他方のＸ軸ボールネジは第１の伝達機構
を介して回転させられるので、−方のＸ軸ボールネジに
対する他方のＸ軸ボールネジの同期のずれは第１の伝達
機構の有するバックラッシュによって決まる。同じくＹ
軸ボールネジ同士についても同期のずれは第２の伝達機
構のバックラッシュによって決まる。従って、Ｘ軸ボー
ルネジ同士及びＹ軸ボールネジ同士の同期のずれは一定
とすることができるので両ボールネジによって、Ｘ軸駆
動体、Ｙ軸駆動体、Ｘ軸ロッド、Ｙ軸ロッドを介して移
動させられる移動体の繰返し位置決め精度を確保するこ
とが可能となる。

（実施例）以下、本発明の好適な実施例について添付図面と共に詳
述する。

まず第１図と共に構成について説明する。

同図において、１０はフレームであり、中央が抜かれた
矩形枠である。

１２．１４はＸ軸ボールネジであり、互いに平行に同一
面内に配設されている。Ｘ軸ボールネジ１２はＸ軸駆動
手段であるモータ１６により直接駆動され回転するよう
になっている。Ｘ軸ボールネジ１４へは凸歯笠歯車１８
．２０及び伝達軸２２等からなる第１の伝達機構を介し
てモータ１６の回転力が伝達される。なお、２４はカブ
ラであり、歯車軸２６とモータ軸２８とを連結している
。又、３０．３２．３４は位置調整カブラであり、詳細
は後述する。Ｘ軸ボールネジ１２．１４の先端部（図面
上、左端部）は適宜な支持フレーム３６・・・に枢支さ
れている。

３８．４０はＹ軸ボールネジであり、互いに平行、同一
面内、かつ前記Ｘ軸ボールネジ１２．１４とも略同−面
内で直交するよう配設されている。

Ｙ軸ボールネジ３８はＹ軸駆動手段であるモータ４２に
より直接駆動され回転するようになっている。Ｙ軸ボー
ルネジ４０へは凸歯笠歯車４４．４６及び伝達軸４８等
からなる第２の伝達機構を介してモータ４２の回転力が
伝達される。なお、５０はカブうであり歯車軸５２とモ
ータ軸５４とを連結している。又、５６．５８．６０は
位置調整カブラであり、詳細はやはり後述する。また、
Ｙ軸ボールネジ３８．４０の先端部（図面上、下端部）
も適宜な支持フレーム６２・・・に枢支されている。

６４．６６はＸ軸駆動体であり、それぞれＸ軸ボールネ
ジ１２．１４へ螺合され、また、後述するＸ軸ロッドに
より回動が阻止されているのでＸ軸ボールネジ１２．１
４が同一方向へ回転することによりＸ軸方向に同時に移
動可能になっている。

６８．７０はＹ軸駆動体であり、それぞれＹ軸ボールネ
ジ３８．４０へ螺合され、また、後述するＹ軸ロッドに
より回動が阻止されているのでＹ軸ボールネジ３８．４
０が同一方向へ回転することによりＹ軸方向に同時に移
動可能になっている。

７２はＸ軸ロッドであり、Ｙ軸に平行に配され、移動体
であるスライダ７４へ貫挿され、両端はそれぞれＸ軸駆
動体６４．６６へ固定されている。

これによりスライダ７４は、Ｘ軸ロッド７２によって回
動が阻止されたＸ軸駆動体６４．６６のＸ軸方向の移動
に伴いＸ軸方向へ移動する。

７６はＹ軸ロッドであり、Ｘ軸に平行に配され、移動体
であるスライダ７４へ貫挿され、両端はそれぞれＹ軸駆
動体６８．７０へ固定されている。

従ってＹ軸ロッドア６はＸ軸ロッド７２とスライダ７４
内部で直交する。スライダ７４は、Ｙ軸ロッド７６によ
って回動が阻止されたＹ軸駆動体６８．７０のＹ軸方向
の移動に伴いＹ軸方向へも移動する。このＸ軸方向及び
Ｙ軸方向への移動の組み合わせによりスライダ７４は矩
形平面７８内の任意の位置に移動が可能となる。なお、
Ｘ軸ロッド７２及びＹ軸ロッド７６は適宜な剛性と弾力
性を有する金属ロッドを用いるとよい。

８０・・・はフレーム１０の各コーナーに設けられたギ
アボックスであり、前記凸歯笠歯車１８．２０．４４．
４６等をカバーしている。

次に位置調整カブラ３０．３２．３４．５６．５８．６
０について述べる。

Ｘ軸ロッド７２とＹ軸ロッド７６はスライダ７４内で正
確に直交しなければ正確な位置決めができない。そのた
めに位置調整カブラで調整する。第２図に位相調整カブ
ラ３４を示す。同図において（ａ）は位置調整カブラ３
４がＸ軸ボールネジ１４の軸８２と凸歯笠歯車２０の歯
車軸８４とを連結した状態を示した部分破断平面図であ
り、（ｂ）はその側面図である。位置調整カブラ３４の
両端フランジ部８６．８８にはスリット９，０・・・が
２個ずつ刻設され、中央の貫通孔９２内に軸８２と歯車
軸８４の先端が挿入されている。そしてフランジ部８６
．８８のスリット９０・・・をボルト９４・・・を介し
て締めつけるとフランジ部８６．８８の内壁は縮径して
軸８２及び歯車軸８４の外周に密着し、両軸８２．８４
は連結される。他の位置調整カブラ３０．３２．５６．
５８．６０も同様な方式で２本の軸を連結している。こ
こでＸ軸ロッド７２とＹ軸ロッドア６の直交度を出すた
めの位置調整方法について述べる。

まず、モータ１６によって直接駆動されるＸ軸ボールネ
ジ１２に螺合されているＸ軸駆動体６４の位置を基準側
とし、モータ４２を駆動させてスライダ７４をＸ軸駆動
体６４からＸ軸駆動体６６の方向（Ｙ軸方向）へ移動さ
せる。その際にスライダ７４のＸ軸方向の変倚量を測定
する。この変倚量（誤差分）の補正が位置調整となる。

これを行うには位置調整カプラ３４のフランジ部８６．
８８の一方の側のボルト９０・・・を緩め、軸８２もし
くは歯車軸８４の固定を解除し、前記誤差分を調整して
再びボルト９０・・・を締めつけて位置調整が終了する
。その際、Ｘ軸ロッド７２は正確にはＹ軸ボールネジ３
８．４０とは平行にならないことがある。しかしその程
度の位置の差はＸ軸ロッド７２の弾性で吸収してしまう
のでＸ軸駆動体６６のＸ軸ボールネジ１４に対する作動
負荷が大きくなることはない。なお、Ｘ軸駆動体６６の
位置調整は位置調整カプラ３０もしくは３２によって行
うこともできる。

同様にＹ軸駆動体６８．７０同士の位置調整も、位置調
整カプラ５６．５８もしくは６０によりＹ軸駆動体７０
の位置を調整して行うことができるのでＸ軸ロッド７２
とＹ軸ロッドア６の直交度の２周接ができる。

ここで、本発明に係る２次元運動機構におけるスライダ
７４の繰返し位置決め精度について説明する。

本実施例において凸歯笠歯車１８．２０のバックラッシ
ュが±３分の時、Ｘ軸ボールネジ１４のリードが５ｍｍ
であればスライダ７４のＸ軸上における最大変倚量は次
のようになる。

つまり、スライダ７４のＸ軸方向の最大誤差は０．００
２７ｍｍとなる。この最大誤差は、Ｘ軸ボールネジ１２
．１４を２（囚のモータ１６で、かつ第１の伝達機構を
介してＸ軸ボールネジ１４を駆動するため、予め決まっ
てしまう凸歯笠歯車１８．２０のバックラッシュによる
誤差の範囲内に抑制される。同じくスライダ７４のＹ軸
方向の最大誤差も予め決まってしまう。従って２個のモ
ータの同期を取るという難度の高い作業を行うことなべ
、例えば凸歯笠歯車１８．２０はバックラッシュの小さ
いものを用いることにより上記誤差は抑制できるし、誤
差の量が不安定な２個のモータの同期調整方式とは異な
り、スライダ７４の最大ストロークで誤差の範囲を保障
できる。この誤差範囲の保障によりスライダ７４の高い
繰返し位置決め精度を出すことができる。

このように構成された２次元運動機構は加工装置やロボ
ット作業（多ヘツド搭載も含む）等の位置決め用Ｘ−Ｙ
ステージや、プログラムによって制御される平面内運動
機構に用いて好適である。

上述の実施例において、第１の伝達機構と第２の伝達機
構として凸歯笠歯車等を用いたが、その他の例としては
タイミングベルト伝導、千円−ン伝導等の伝達手段を用
いてもよい。

また、移動体であるスライダはブロック伏のものを用い
たが、中央を抜いた枠状のスライダを用いればスライダ
上のワークに対して上下両方向から加工作業等を行うこ
とができて応用範囲の広い２次元運動機構となる。

以上、本発明の好適な実施例について種々性べて来たが
、本発明は上述の実施例に限定されるのではなく、Ｘ軸
駆動体とＹ軸駆動体の移動の直線性確保と、荷重支持の
ため、Ｘ軸駆動体とＹ軸駆動体に、それぞれＸ軸もしく
はＹ軸に平行なガイドを設けてもよい等発明の精神を逸
脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんであ
る。

（発明の効果）本発明に係る２次元運動機構を用いると、２個のＸ軸ボ
ールネジ及び２個のＹ軸ボールネジを各々Ｎ（ｌ！のＸ
＠駆動手段と１個のＹ＠駆動手段を用いて回転させるた
め、Ｘ軸ボールネジ同士及びＹ軸ボールネジ同士の同期
のずれを第１及び第２の伝達機構のバックラッシュによ
る誤差の範囲内に確実に抑制し得るので移動体の繰返し
位置決め精度を確保することができる。また、従来と比
べ駆動手段が２１［１ｉ１と半分で済むので、モータ同
士の同期調整作業が不要である点と共に本機構のコスト
ダウンが可能である等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る２次元運動機構の実施例を示した
部分破断平面図、第２図は第１図に示した位置調整カプ
ラの使用状態を示した（ａ）部分破断平面図、（ｂ）部
分破断側面図である。１２１．１４・・・Ｘ軸ボールネジ、１６・・・モータ、　１８．２０・・・曲面笠歯車、　
２２・・・伝達軸、　３０，３２．３４・・・位相調整
カプラ、　３８．４０・・・Ｙ軸ボールネジ、　　４２
・・・モータ、　　４４．４６・・・曲面笠歯車、　４
８・・・伝達軸、５６．５８．６０・・・位置調整カプ
ラ、６４．６６・・・Ｘ軸駆動体、　６８．７０・・・
Ｙ軸駆動体、　７２・・・Ｘ軸ロッド、７４・・・スラ
イダ、　　７６・・・Ｙ軸ロッド、７８・・・矩形平面
、　８０・・・ギアボックス。

Claims

【特許請求の範囲】１、平行に配された２個のＸ軸ボールネジと、平行に配
されると共に、前記Ｘ軸ボールネジとは略同一平面内で
直交する２個のＹ軸ボールネジと、前記各々のＸ軸ボールネジに螺合され、Ｘ軸ボールネジ
の回転に伴いＸ軸ボールネジ上を移動可能な２個のＸ軸
駆動体と、前記各々のＹ軸ボールネジに螺合され、Ｙ軸ボールネジ
の回転に伴いＹ軸ボールネジ上を移動可能な２個Ｙ軸駆
動体と、両端がそれぞれ前記Ｘ軸駆動体に連結されて前記Ｙ軸ボ
ールネジに平行に設けられたＸ軸ロッドと、両端がそれぞれ前記Ｙ軸駆動体に連結されて前記Ｘ軸ボ
ールネジに平行に設けられたＹ軸ロッドと、前記Ｘ軸ロッドと前記Ｙ軸ロッドが挿通され、Ｘ軸ロッ
ド上及びＹ軸ロッド上を移動自在に設けられた移動体と
、前記Ｘ軸ボールネジの一方を直接回転させると共に、他
方のＸ軸ボールネジを第１の伝達機構を介して同一方向
に回転させる１個のＸ軸駆動手段と、前記Ｙ軸ボールネジの一方を直接回転させると共に、他
方のＹ軸ボールネジを第２の伝達機構を介して同一方向
に回転させる１個のＹ軸駆動手段とを具備することを特
徴とする２次元運動機構。