JPH06100254B2

JPH06100254B2 - ２次元運動機構

Info

Publication number: JPH06100254B2
Application number: JP63134209A
Authority: JP
Inventors: 健柳沢
Original assignee: 健柳沢
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPH01303359A

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59
-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軸ガイドとは略同一
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Ｙ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Ｙ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Ｙ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個のモータ同士、及び２個のＹ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精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、軸線が前記Ｘ軸ボールネジの軸線
と直交するよう配された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
のＹ軸駆動体と、両端がそれぞれ前記Ｘ軸駆動体に連結
されると共に、前記Ｙ軸ボールネジへ平行に設けられた
Ｘ軸ロッドと、両端がそれぞれ前記Ｙ軸駆動体に連結さ
れると共に、前記Ｘ軸ボールネジへ平行に設けられた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軸ロッド上およびＹ軸ロッド上を移動自在に設け
られた移動体とを有する２次元運動機構において、前記
Ｘ軸ボールネジの一方を直接回転させる１個のＸ軸駆動
手段と、前記各々のＸ軸ボールネジと一体に回転可能に
設けられた２個の第１の笠歯車、および両端に該２個の
第１の笠歯車とそれぞれ噛合する笠歯車が設けられた第
１の伝達軸から成り、前記Ｘ軸駆動手段の回転力を他方
のＸ軸ボールネジへ伝達すると共に、他方のＸ軸ボール
ネジを一方をＸ軸ボールネジと同一方向へ回転させる第
１の伝達機構と、前記Ｙ軸ボールネジの一方を直接回転
させる１個のＹ軸駆動手段と、前記各々のＹ軸ボールネ
ジと一体に回転可能に設けられた２個の第２の笠歯車、
および両端に該２個の第２の笠歯車とそれぞれ噛合する
笠歯車が設けられた第２の伝達軸から成り、前記Ｙ軸駆
動手段の回転力を他方のＹ軸ボールネジへ伝達すると共
に、他方のＹ軸ボールネジを一方のＹ軸ボールネジと同
一方向へ回転させる第２の伝達機構と、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、一方の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、Ｘ軸ボールネジ12、14と
一体に回転可能に設けられた２個の第１の笠歯車である
曲歯笠歯車18、20、および当該曲歯笠歯車18、20とそれ
ぞれ噛合する曲歯笠歯車22a、22bが両端に設けられた第
１の伝達軸22から成る第１の伝達機構を介してモータ16
の回転力が伝達される。これにより、Ｘ軸ボールネジ14
をＸ軸ボールネジ12と同速度で同一方向へ回転させるこ
とができる。なお、24はカプラであり、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
プラであり、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、かつ軸線が前記Ｘ軸ボールネジ12、14の軸線と略同
一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、Ｙ軸
ボールネジ38、40と一体に回転可能に設けられた２個の
第２の笠歯車である曲歯笠歯車44、46、および当該曲歯
笠歯車44、46とそれぞれ噛合する曲歯笠歯車48a、48bが
両端に設けられた第２の伝達軸48から成る第２の伝達機
構を介してモータ42の回転力が伝達される。これによ
り、Ｙ軸ボールネジ40をＹ軸ボールネジ38と同速度で同
一方向へ回転させることができる。なお、50はカプラで
あり歯車軸52とモータ軸54とを連結している。又、56、
58、60は位置調整カプラであり、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1
2、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、14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3
8、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、40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76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、前記曲歯笠歯車18、20、22a、22b、44、
46、48a、48b等をカバーしている。

次に位置調整カプラ30、32、34、56、58、60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
置調整カプラで調整する。第２図に位相調整カプラ34を
示す。同図において（ａ）は位置調整カプラ34がＸ軸ボ
ールネジ14の軸82と曲歯笠歯車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。位置調整カプラ34の両端フランジ部86、88
にはスリット90・・・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。他の位置調整カプラ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76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38、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76
の直交度の調整ができる。

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。

本実施例において曲歯笠歯車18と22a、20と22b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5m
m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0.0027mmと
なる。この最大誤差は、Ｘ軸ボールネジ12、14を１個の
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曲歯笠歯車1
8、20、22a、22b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く、例えば曲歯笠
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（多ヘッド搭載も含む）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。

また、移動体であるスライダはブロック状のものを用い
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述べて来た
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１個のＸ軸駆
動手段と１個のＹ軸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２個と半分で済むので、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。 12、,14……Ｘ軸ボールネジ、16……モータ、18,20,22
a,22b……曲歯笠歯車、22……第１の伝達軸、30,32,34
……位相調整カプラ、38,40……Ｙ軸ボールネジ、42…
…モータ、44,46,48a,48b……曲歯笠歯車、48……第２
の伝達軸、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、7
4……スライダ、76……Ｙ軸ロッド、78……矩形平面、8
0……ギアボックス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、軸線が前記Ｘ軸ボールネジの軸
線と直交するよう配された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ると共に、前
記Ｙ軸ボールネジへ平行に設けられた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ると共に、前
記Ｘ軸ボールネジへ平行に設けられた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
ド上およびＹ軸ロッド上を移動自在に設けられた移動体
とを有する２次元運動機構において、前記Ｘ軸ボールネジの一方を直接回転させる１個のＸ軸
駆動手段と、前記各々のＸ軸ボールネジと一体に回転可能に設けられ
た２個の第１の笠歯車、および両端に該２個の第１の笠
歯車とそれぞれ噛合する笠歯車が設けられた第１の伝達
軸から成り、前記Ｘ軸駆動手段の回転力を他方のＸ軸ボ
ールネジへ伝達すると共に、他方のＸ軸ボールネジを一
方をＸ軸ボールネジと同一方向へ回転させる第１の伝達
機構と、前記Ｙ軸ボールネジの一方を直接回転させる１個のＹ軸
駆動手段と、前記各々のＹ軸ボールネジと一体に回転可能に設けられ
た２個の第２の笠歯車、および両端に該２個の第２の笠
歯車とそれぞれ噛合する笠歯車が設けられた第２の伝達
軸から成り、前記Ｙ軸駆動手段の回転力を他方のＹ軸ボ
ールネジへ伝達すると共に、他方のＹ軸ボールネジを一
方のＹ軸ボールネジと同一方向へ回転させる第２の伝達
機構とを具備することを特徴とする２次元運動機構。