JPH07328962A - Ｘ−ｙステージ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転の伝達にワイヤを用いず、耐久性の向上
を計る。 【構成】 フレーム１に設けたボールネジ４とボールナ
ット８によりスライドブロック９を移動させ、ボールネ
ジ４に平行に設けたスプライン軸１２にスプラインナッ
ト１６を嵌合させ、スプラインナット１６はスプライン
軸１２と嵌合する内輪１６ａと、内輪１６ａの外周を回
転するがスプライン軸方向には内輪１６ａと一体に移動
する外輪１６ｂとから構成し、内輪１６ａによって回転
する第１アーム１９と、横部材２６、第２アーム２５，
スライドブロック９で平行リンクを構成し、横部材２６
にマーキングノズル３１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ−Ｙ平面上の指定し
た位置に先端が移動できＸ−Ｙステージ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マーキングノズルを先端に設け、Ｘ−Ｙ
平面内を移動し、文字などを描くＸ−Ｙステージは従来
より用いられている。図８はこのようなマーキング用Ｘ
−Ｙステージを示すもので、Ｙ方向はねじ棒を回転して
レールを移動させＸ方向はワイヤーによりレール上の台
車を移動させる。Ｙ軸駆動モータ５１はプーリとベルト
よりなるＹ軸駆動伝達機構５２によりねじ棒５３を回転
し、螺合しているナット５４をＹ軸（ねじ棒５３）方向
に移動する。ナット５４はＸ軸方向（ねじ棒５３と直角
方向）に設けたレールとこれを支持する支持材よりなる
Ｘ軸ガイド５５をＹ軸方向に移動させる。Ｘ軸ガイド５
５のレール上には台車５６が設けられ、この台車５６に
はワイヤが掛けられている。Ｘ軸駆動モータ５８はかさ
歯車よりなる動力伝達機構５９によって駆動プーリ６０
を回転し、駆動プーリ６０にワイヤ５７を巻き付けるこ
とにより、ワイヤ５７の巻き出し、巻き込みを行い、台
車５６をＸ軸方向に移動する。台車５６にはノズルホル
ダ６１が接続され、この先端に設けられたノズル６２は
Ｘ，Ｙ方向に移動して、マーキング材６３に文字等をマ
ーキングする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようにワイヤを使
用する場合、ワイヤのゆるみ等が発生し易いため、調整
などの保守作業が必要となり、また耐久性も低いという
問題点があった。本発明は上述の問題点に鑑みてなされ
たもので、ねじおよびスプラインを用いて回転を伝達す
ることによりワイヤを用いず耐久性を向上させたＸ−Ｙ
ステージ装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、フレームに両端を軸支されたねじ棒と、該ねじ棒の
一端と連結し、該ねじ棒に回転を伝達する第１回転装置
と、前記フレームに両端を軸支され、前記ねじ棒と所定
の間隔で平行に配置されたスプライン軸と、該スプライ
ン軸の一端と連結し、該スプライン軸に回転を伝達する
第２回転装置と、前記ねじ棒と螺合するナットと、前記
スプライン軸と嵌合し軸方向には移動可能な内輪を有
し、該内輪の外周に回転自在に取り付けられ、軸方向に
は内輪と一体に移動する外輪を有するスプラインナット
と、前記スプラインナットの外輪および前記ナットに固
着したスライドブロックと、前記スライドブロックに前
記スプライン軸と平行に軸支された回転軸と、該回転軸
に前記スプラインナットの内輪の回転を伝達する回転伝
達装置と、前記回転軸に一端が固着された第１アーム
と、該第１アームの他端に一端がピン結合された横部材
と、該横部材の他端と一端がピン結合され、他端が前記
スライドブロックとピン結合し、前記第１アーム、前記
横部材、前記スライドブロックと共に平行リンク機構を
構成する第２アームと、を備えたものである。

【０００５】また、前記横部材に吐出口を前記スライド
ブロックと反対側に向けたマーキングノズルを設けたも
のである。

【０００６】

【作用】フレームにはねじ棒とスプライン軸が平行に取
り付けられ、ねじ棒と螺合するナットがスライドブロッ
クに固着されているので、第１回転装置でねじ棒を回転
することにより、スライドブロックはねじ棒方向に移動
する。スプライン軸にはスプラインナットの内輪が嵌合
し、軸方向には摺動するが、スプライン軸の回転を伝達
する。外輪は内輪と共に軸方向には移動するが内輪に対
して回転するので、外輪をスライドブロックに固着する
ことにより、スプラインナットはスライドブロックと共
にねじ棒の軸方向に移動すると共に内輪はスプライン軸
の回転を伝達する。スライドブロックにはスプライン軸
と平行に回転軸が設けられ、この回転軸には回転伝達装
置によってスプライン軸の内輪の回転が伝達される。こ
の回転軸に第１アームの一端が固着されているので、回
転軸の回転、つまりスプライン軸の回転により第１アー
ムはスプライン軸と直交する面内で回転する。この第１
アームの他端にピン結合された横部材は、第１アーム、
第２アーム、スライドブロックと平行リンク機構を構成
しているので、第１アームの回転共にスライドブロック
と平行に移動する。スプライン軸またはこれと平行なね
じ棒の方向をＸ軸とすれば、これに直交する面内で回転
する横部材はＹ軸方向に移動するので、ねじ棒の回転に
よりＸ軸方向に移動するスライドブロックに取り付けら
れた横部材はＸ軸、Ｙ軸方向に移動することが出来る。

【０００７】この横部材にスライドブロックと反対方向
に吐出口を向けてマーキングノズルを取り付けることに
より、マーキングノズルをＸ軸，Ｙ軸方向に移動できる
ので文字等をマーキングすることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本実施例の側面図を示し、図２は図
１のＡ−Ａ矢視図、図３は図２のＢ−Ｂ矢視図である。
図３において、１はＸ−Ｙステージのフレームで、各構
成部材が取り付けられる。２は第１モータでサーボモー
タまたはパルスモータが用いられ、フレーム１に固着さ
れ、その出力軸にはプーリ３が固着されている。第１モ
ータ２の軸と平行にボールネジ４が設けられ、その両端
はフレーム１に設けた軸受５ａ，５ｂにより軸支されて
いる。ボールネジ４の一端にはプーリ６が固着され、ベ
ルト７によりプーリ３と連結されている。ボールネジ４
にはボールナット８が螺合し、ボールナット８はスライ
ドブロック９に固着されている。

【０００９】図１において、１０は第２モータでサーボ
モータまたはパルスモータが用いられ、フレーム１に固
着され、出力軸にプーリ１１が取り付けられている。第
２モータ１０の軸と平行に、かつボールネジ４と平行に
スプライン軸１２が設けられ、その両端はフレーム１に
設けた軸受１３ａ，１３ｂにより軸支されている。スプ
ライン軸１２の一端にはプーリ１４が設けられ、ベルト
１５によりプーリ１１と連結されている。スプライン軸
１２にはスプラインナット１６が嵌合し、スプラインナ
ット１６の外輪１６ｂはスライドブロック９に固着され
ている。

【００１０】図４はスプラインナット１６の斜視図であ
る。スプラインナット１６はスプライン軸１２と嵌合
し、軸方向には移動するが回転方向にはスプライン軸１
２と一体に回転する内輪１６ａと、この内輪１６ａの外
周にボールにより回転自在に取り付けられ軸方向には内
輪１６ａと一体に移動する外輪１６ｂとからなり、外輪
１６ｂをスライドブロック９に固着することによりスプ
ライン軸方向に自由に移動するが、スプライン軸１２の
回転を内輪１６ａから取り出すことができる。

【００１１】図１において、スライドブロック９の下側
には、スプライン軸１２と平行に第１回転軸１７が設け
られ、２点で軸受１８ａ，１８ｂにより軸支され、一端
には第１アーム１９とプーリ２１が固着されている。ス
プラインナット１６の内輪１６ａにプーリ２０を固着
し、ベルト２２により内輪１６ａの回転をプーリ２１に
伝達して回転軸１７を回し、第１アーム１９を回転す
る。図３においてボールネジ４の下側のスライドブロッ
ク９には第２回転軸２３がボールネジ４と平行にかつ第
１回転軸１７と同じレベルに設けられ、２点で軸受２４
ａ，２４ｂにより軸支され、一端には第１アーム１９と
同じ長さの第２アーム２５が固着されている。図１，
２，３を参照して第１アーム１９と第２アーム２５の下
端には横部材２６が設けられ、第１アーム１９の下端に
固着された、第１回転軸１７と平行な第１軸２７により
軸受２８ａ，２８ｂを介して揺動自在に支持される。ま
た第２アーム２５の下端に固着された、第２回転軸２３
に平行な第２軸２９により横部材２６は軸受３０ａ，３
０ｂを介して揺動自在に軸支される。第１アーム１９、
第２アーム２５、横部材２６、スライドブロック９は平
行リンク機構を構成する。横部材２６の中央にはマーキ
ングノズル３１が、吐出口を下向きにして設けられてい
る。

【００１２】図１において、スプライン軸１２の他端に
はカップリング３２を介してスプライン軸１２の回転角
度を検出するアブソリュートエンコーダ３３が設けられ
ている。また、スプライン軸１２の両端近傍のフレーム
１には近接スイッチ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３５ａ，
３５ｂが設けられ、スライドブロック９に設けられた検
出板３６を検知してスライドブロック９の位置を検出す
る。

【００１３】次に動作について説明する。第１モータ２
に通電してモータを回転させると、プーリ３，６とベル
ト７によりボールネジ４に回転が伝達され、ナット８が
回転方向に応じて軸方向左右に移動し、これと一体にス
ライドブロック９が移動する。また、第２モータ１０に
通電して、プーリ１１，１４とベルト１５によりスプラ
イン軸１２を回転すると、この回転はスプラインナット
１６の内輪１６ａに伝達され、プーリ２０，２１とベル
ト２２を介して第１アーム１９を回動し、平行リンク機
構により横部材２６を水平状態を保ちつつ揺動させる。
ボールネジ４の軸方向をＸ軸、横部材２６が揺動すると
きの水平方向をＹ軸方向とすれば、横部材２６に取り付
けられたマーキングノズル３１は第１モータ２の回転に
よりＸ軸方向へ、第２モータ１０の回転によりＹ軸方向
へ移動する。なお、Ｘ軸、Ｙ軸の正、負方向への移動は
第１モータ２、第２モータ１０を正転、逆転することに
より行うことができる。

【００１４】各モータ２，１０は、１回転でＸ軸方向、
Ｙ軸方向の送り量を同じ値とするようにした方が、マー
キングの制御が容易となる。このため本実施例では、次
のような値を採用している。第１モータ２の１回転によ
り、ボールネジ４を回転してナット８つまりスライドブ
ロック９を移動する量は、ボールネジ４のリードを１２
ｍｍ、プーリ３と６の減速比を１／２とすることにより
６ｍｍとなる。一方、第２モータ１０の減速比を１／５
０、プーリ１１と１４の減速比を１／２、プーリ２０と
２１の減速比を１／２とし、第１アーム１９と第２アー
ム２５について軸間距離（第１回転軸１７と第３回転軸
２７との距離、第２回転軸２３と第４回転軸２９との距
離）を１９２ｍｍとすると、総合減速比は、１／５０×
１／２×１／２＝１／２００となり、第２モータ１０の
１回転に対する横部材２６の水平移動量は、１９２×ｓ
ｉｎ３６０／２００＝６．０３≒６ｍｍとなる。

【００１５】横部材２６（マーキングノズル３１）の揺
動範囲は通常±６０ｍｍ程度で使用される。従って第１
アーム１９と第２アーム２５の振れ角は±１８°以内と
なり、この振れ角により横部材２６は垂直方向に９ｍｍ
程度移動するが、マーキング文字に対する影響は少な
い。以上により、第１モータ２と第２モータ１０を任意
の割合で同期をとって駆動すれば横部材２６に設置され
たマーキングノズル３１によりＸ−Ｙ平面上に任意の傾
斜の線を描くことが出来る。

【００１６】図５は本装置の制御装置を示すブロック図
である。４０は入出力装置でキーボード、画面表示装置
を有し、マーキングする文字の入力やその表示を行い、
マーキングする文字コードを出力する。４１はマイコン
装置で、文字コードをマーキングノズル３１の移動に必
要となる座標データ及び座標間の補間データに変換する
と共に全体の制御をする。エンコーダコントローラ４３
はアブソリュートエンコーダ３３の角度検出信号により
角度に対応した指示を出力する。サーボコントローラ４
２はマイコン装置４１からのデータに基づき、マーキン
グするためのモータ駆動電流を第１モータ２、第２モー
タ１０に出力すると共に各モータ２，１０からの位置の
フィードバックを受ける。また近接スイッチ３４ａ，３
４ｂ，３４ｃ，３５ａ，３５ｂからのスライドブロック
９の位置情報、エンコーダコントローラ４３からの指示
に基づき、第１モータ２、第２モータ１０に減速や停止
などの指示を出力する。

【００１７】第１モータ２、第２モータ１０はサーボコ
ントローラ４２により同時に制御され、マーキングを行
う。即ち、マイコン装置４１からの座標データ、補間デ
ータに従い、両モータ２，１０を同時に制御し、直線補
間、円補間等の組み合わせにより文字、記号等のマーキ
ングを可能とする。

【００１８】マーキング方法としては、上述のようにＸ
軸とＹ軸の同期をとり、マーキングノズル３１に文字軌
跡を与えながらマーキングノズル３１の開閉タイミング
をとり、連続または断続的に文字線を形成してゆく方法
を用いるが、ドットマトリックス方式のマーキングも可
能である。すなわち、各文字パターンをドットマトリッ
クス上に配置する。ドット位置は文字毎に予めキャラク
タージェネレータとしてメモリ上に登録しておき、ノズ
ル位置が該当文字のドット座標に一致した時、パルス的
にマーキングノズル３１を開き塗料を吐出し該当するド
ットをマークする。

【００１９】図６はドット文字Ａを示し、この場合につ
いてドットマーキング方法を説明する。先ずノズル先端
を座標原点（０，０）に位置し、Ｙ軸をＹ＝０から６に
一定速度で移動させ、６に達した時に移動を停止してマ
ーキングノズル３１をパルス的に開きドットをマークす
る。次にＸ軸を１ピッチ移動させ、座標（Ｘ＝１，Ｙ＝
６）にマーキングノズル３１を移動し、Ｙ＝６よりＹ＝
０まで移動させるがＹ＝５のとき一旦停止してドットを
マークする。次にマーキングノズル３１を（Ｘ＝２，Ｙ
＝０）に移動し、Ｙ＝０からＹ＝６まで移動するがＹ＝
４で一旦停止してドットをマークする。以下同様の動作
を行うことにより文字Ａを形成する。

【００２０】エンコーダコントローラ４３は、アブソリ
ュートエンコーダ３３からのスプライン軸の角度、つま
り第１アーム１９、第２アーム２５の角度に応じた出力
を行うため、ディジタル設定スイッチを複数備えてい
る。

【００２１】図７は設定スイッチの設定内容を示す図で
ある。アブソリュートエンコーダ３３からの出力角度に
応じて行うべき処理が出力される。本図ではアブソリュ
ートエンコーダ３３が機械的に４０°を出力する位置
を、第１アーム１９が垂直になっている位置、つまり揺
動中心に設定している。通常のマーキングは第１アーム
１９の揺動角が２０°〜６０°以内で行われ、マイコン
装置４１からの原点復帰信号により第１アーム１９が２
０°に達すると、エンコーダコントローラ４３から減速
点信号がサーボコントローラ４２へ出力され、予め設
定されている減速シーケンスに入り、続いて１５°の信
号がエンコーダコントローラ４３に入ってくると原点信
号がサーボコントローラ４２に出力され、第２モータ１
０を停止させる。１０°の信号がエンコーダコントロー
ラ４３に入力された場合は、１５°の信号で原点に停止
しない場合の非常信号とし、オーバーラン信号が非常
出力としてサーボコントローラ４２に出力され、非常停
止を行う。また、６０°の信号がアブソリュートエンコ
ーダ３３から出力されるとエンコーダコントローラ４３
から減速点信号が出力され、予め設定された減速シー
ケンスに入る。６０°の信号で停止しない場合、６５°
の信号がアブソリュートエンコーダ３３から出力され
る。エンコーダコントローラ４３はオーバーラン信号
をサーボコントローラ４２に出力し、非常停止が行われ
る。このように万一の不具合でマイコン装置４１が誤動
作した場合でも、機械的破損を防止することが出来る。

【００２２】Ｘ軸に対するスライドブロック９の基準位
置及び限界位置は、近接スイッチ３４，３５とスライド
ブロック９の検出板３６により位置検出がなされ、サー
ボコントローラ４２により制御が行われる。３４ａは原
点側減速センサ、３４ｂは原点センサ、３４ｃは原点側
オーバーランセンサで、エンコーダコントローラ４３の
減速点，原点，オーバーランの信号に対応し、３５
ａは前進側減速センサ，３５ｂは前進側オーバーランセ
ンサでエンコーダコントローラ４３の減速点，オーバ
ーランに対応し、同様の動作が行われる。

【００２３】なお、待機状態ではスライドブロック９は
Ｘ軸（ボールネジ４方向）の原点３４ｂセンサに位置
し、横部材２６はＹ軸（横部材２６の水平移動方向）の
原点（第１アーム１９の角度１５°）に位置する。サー
ボコントローラ４２がマイコン装置４１より座標データ
を入力すると、Ｘ軸，Ｙ軸の原点位置を基準にマーキン
グ動作を行う。

【００２４】実施例の説明ではプーリとベルトで回転を
伝達する機構としているが、歯車により伝達するように
してよい。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、Ｘ軸方向はねじとナットにより、Ｙ軸方向はスプラ
インによる回転伝達とリンク機構により移動するように
したので、耐久性があり、小型化、軽量化が可能とな
る。またワイヤを使用していないので、ワイヤのゆるみ
調整などの作業も不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ矢視図である。

【図４】スプライン軸とスプラインナットの斜視図であ
る。

【図５】実施例の制御ブロック図である。

【図６】ドット方式のマーキング例を示す図である。

【図７】エンコーダコントローラの設定スイッチを説明
する図である。

【図８】従来のＸ−Ｙステージの構造図である。

【符号の説明】

１ フレーム ２ 第１モータ ４ ボールネジ ８ ボールナット ９ スライドブロック １０ 第２モータ １２ スプライン軸 １６ スプラインナット １６ａ 内輪 １６ｂ 外輪 １７ 第１回転軸 １９ 第１アーム ２５ 第２アーム ２６ 横部材 ３１ マーキングノズル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレームに両端を軸支されたねじ棒と、
   該ねじ棒の一端と連結し、該ねじ棒に回転を伝達する第
   １回転装置と、前記フレームに両端を軸支され、前記ね
   じ棒と所定の間隔で平行に配置されたスプライン軸と、
   該スプライン軸の一端と連結し、該スプライン軸に回転
   を伝達する第２回転装置と、前記ねじ棒と螺合するナッ
   トと、前記スプライン軸と嵌合し軸方向には移動可能な
   内輪を有し、該内輪の外周に回転自在に取り付けられ、
   軸方向には内輪と一体に移動する外輪を有するスプライ
   ンナットと、前記スプラインナットの外輪および前記ナ
   ットに固着したスライドブロックと、前記スライドブロ
   ックに前記スプライン軸と平行に軸支された回転軸と、
   該回転軸に前記スプラインナットの内輪の回転を伝達す
   る回転伝達装置と、前記回転軸に一端が固着された第１
   アームと、該第１アームの他端に一端がピン結合された
   横部材と、該横部材の他端と一端がピン結合され、他端
   が前記スライドブロックとピン結合し、前記第１アー
   ム、前記横部材、前記スライドブロックと共に平行リン
   ク機構を構成する第２アームと、を備えたことを特徴と
   するＸ−Ｙステージ装置。
2. 【請求項２】 前記横部材に吐出口を前記スライドブロ
   ックと反対側に向けたマーキングノズルを設けたことを
   特徴とする請求項１記載のＸ−Ｙステージ装置。