(57)【要約】【課題】直動軸の回転が防止された直動案内装置を提供すること。【解決手段】外周面上に三本以上の直線状溝(１１ａ)を持つ直動軸(１１)、上記各溝に配置された複数の柱状転動体(１２)、上記軸の周囲に配置されている、各転動体を保持する転動体保持器(１３)、および保持器の周囲に嵌め合わされた外筒(１４)からなり、上記軸の外周面上に互いに平行な側壁面を持つ直線状補助溝(１１ｂ)が形成され、外筒に棒状軸体(１５)とその周囲に装着された環状回転具(１６)とからなる二個以上の直進補助部材が備えられ、その二個のうちの一方の補助部材(１７ａ)の環状回転具の外周面が上記補助溝の一方の側の側壁面(１８ｂ)に非接触に他方の側の側壁面(１８ａ)に接触配置され、そして他方の補助部材(１７ｂ)の環状回転具の外周面が後者の側壁面に非接触に前者の側壁面に接触配置されることにより、直動軸の周方向への回転が防止されていること特徴とする直動案内装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面上に三本以上の直線状溝が互いに軸対称に形成されている直動軸、上記各溝に転動可能に配置された複数の柱状転動体、該軸の周囲に配置されている、上記各転動体を内周面側と外周面側とに部分的に突き出させた状態で回転可能に保持している円筒状の転動体保持器、および転動体保持器の周囲に該保持器の外周面側に突き出された各転動体と接触した状態で嵌め合わされている外筒からなる直動案内装置であって、
上記直動軸の外周面上には互いに平行な側壁面を持つ直線状補助溝が一本もしくはそれ以上形成されていて、外筒にはその内壁面から直動軸に向けて突き出されている棒状軸体と該軸体の周囲に回転可能に装着された環状回転具とからなる二個もしくはそれ以上の直進補助部材が備えられており、その二個のうちの一方の補助部材の環状回転具の外周面が上記補助溝の一方の側の側壁面に非接触に、他方の側の側壁面に接触配置され、そして他方の補助部材の環状回転具の外周面が後者の側壁面に非接触に、前者の側壁面に接触配置されることにより、直動軸の周方向への回転が防止されていることを特徴とする直動案内装置。
【請求項２】
環状回転具が、棒状軸体の周囲に装着された内周側環状体と、該環状体の周囲に複数の転動体を介して回転可能に嵌め合わされた外周側環状体とを備える回転軸受から構成されている請求項１に記載の直動案内装置。
【請求項３】
二個の直進補助部材が、外筒に形成された開口部に収容固定されている、該開口部内で外筒への取り付け位置の調節が可能なプレートに備えられている請求項１もしくは２に記載の直動案内装置。
【請求項４】
外筒の内壁面に上記二個の直進補助部材とは間隔をあけて備えられている別の二個もしくはそれ以上の直進補助部材が備えられている請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の直動案内装置。
【請求項５】
各々の転動体の外周面が、該転動体の長さ方向の中央部における直径が最大となるように膨出している請求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の直動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物が配置されるステージ、あるいは検査対象物の上方に配置される検査装置が設置された基台を昇降可能に支持するために特に有利に用いることができる直動案内装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、検査対象物、例えば、回路基板の表面に形成された微細な電気配線のパターンは、この回路基板の上方に配置されたＣＣＤ（電荷結合素子：charge coupled device）カメラなどの検査装置で撮像した画像に基づく検査が行なわれている。
【０００３】
このような微細な電気配線のパターンの検査に際しては、ＣＣＤカメラの焦点を回路基板の表面に精密に一致させるため、回路基板は昇降可能なステージの上に配置される。このステージを昇降させるため、ステージの底面を支持する直動軸を長さ方向（上下方向）に滑動可能に支持する直動案内装置が用いられる。回路基板の微細な電気配線のパターンを精度良く、そして効率良く検査するためには、回路基板が配置されるステージを、傾斜移動あるいは回転移動させることなく精密に昇降させる必要がある。このため、直動案内装置には、その直動軸を周方向に回転させることなく、長さ方向に高精度で移動させることが必要とされる。
【０００４】
特許文献１には、外周面上に三本以上の直線状溝（凹溝）が互いに軸対称に形成されている直動軸（ガイド軸）、上記各溝に転動可能に配置された複数の柱状転動体、上記軸の周囲に配置されている、上記各転動体を内周面側と外周面側とに部分的に突き出させた状態で回転可能に保持している円筒状の転動体保持器、および転動体保持器の周囲に保持器の外周面側に突き出された各転動体と接触した状態で嵌め合わされている外筒からなる直動案内装置（リニアベアリング）が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１２０６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の特許文献１の直動案内装置は、各々の柱状転動体が直線状溝の長さ方向に転動するため、その直動軸を長さ方向に高精度で移動させることができる。しかしながら、直動軸を上下に移動させることを繰り返すと、直動軸が僅かに（数μラジアン程度の角度で）回転する場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、直動軸の周方向への回転が防止された直動案内装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、外周面上に三本以上の直線状溝が互いに軸対称に形成されている直動軸、上記各溝に転動可能に配置された複数の柱状転動体、上記軸の周囲に配置されている、上記各転動体を内周面側と外周面側とに部分的に突き出させた状態で回転可能に保持している円筒状の転動体保持器、および転動体保持器の周囲に保持器の外周面側に突き出された各転動体と接触した状態で嵌め合わされている外筒からなる直動案内装置であって、
上記直動軸の外周面上には互いに平行な側壁面を持つ直線状補助溝が一本もしくはそれ以上形成されていて、外筒にはその内壁面から直動軸に向けて突き出されている棒状軸体と軸体の周囲に回転可能に装着された環状回転具とからなる二個もしくはそれ以上の直進補助部材が備えられており、その二個のうちの一方の補助部材の環状回転具の外周面が上記補助溝の一方の側の側壁面に非接触に、他方の側の側壁面に接触配置され、そして他方の補助部材の環状回転具の外周面が後者の側壁面に非接触に、前者の側壁面に接触配置されることにより、直動軸の周方向への回転が防止されていることを特徴とする直動案内装置にある。
【０００８】
本発明の直動案内装置の好ましい態様は、次の通りである。
（１）環状回転具が、棒状軸体の周囲に装着された内周側環状体と、この環状体の周囲に複数の転動体を介して回転可能に嵌め合わされた外周側環状体とを備える回転軸受から構成されている。
（２）二個の直進補助部材が、外筒に形成された開口部に収容固定されている、この開口部内で外筒への取り付け位置の調節が可能なプレートに備えられている。
（３）外筒の内壁面に上記二個の直進補助部材とは間隔をあけて備えられている別の二個もしくはそれ以上の直進補助部材が備えられている。
（４）各々の転動体の外周面が、転動体の長さ方向の中央部における直径が最大となるように膨出している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の直動案内装置では、二個の環状回転具を用いて、そのうちの一方の環状回転具の外周面を直動軸に形成された直線状補助溝の一方の側の側壁面に非接触に、他方の側の側壁面に接触配置させ、そして他方の環状回転具の外周面を後者の側壁面に非接触に、前者の側壁面に接触配置させることにより、直動軸の周方向への回転を防止している。このため、本発明の直動案内装置は、直動軸をその周方向への回転を防止した状態で、長さ方向に高精度で移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の直動案内装置を添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明の直動案内装置の構成例を示す断面図である。図２は、図１に記入した切断線II−II線に沿って切断した直動案内装置１０の断面図である。図３は、図１の直動案内装置１０の直進補助部材１７ａ、１７ｂの近傍の部位の拡大図である。図４は、図１の直動案内装置１０の直動軸１１の直線状補助溝１１ｂの内部における直進補助部材１７ａ、１７ｂの配置を模式的に示す図である。そして図５は、図４を直線状補助溝１１ｂの手前側から見た図である。なお、前記の図１は、図２に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した直動案内装置１０の断面を示している。
【００１１】
図１〜図５に示す直動案内装置１０は、外周面上に三本以上の直線状溝１１ａ、１１ａ、〜が互いに軸対称に形成されている直動軸１１、各溝１１ａに転動可能に配置された複数の柱状転動体１２、１２〜、上記軸１１の周囲に配置されている、各転動体１２を内周面側と外周面側とに部分的に突き出させた状態で回転可能に保持している円筒状の転動体保持器１３、および転動体保持器１３の周囲に保持器１３の外周面側に突き出された各転動体１２と接触した状態で嵌め合わされている外筒１４などから構成されている。そして、この直動案内装置１０は、その直動軸１１の外周面上に互いに平行な側壁面１８ａ、１８ｂを持つ一本の直線状補助溝１１ｂが形成されていて、外筒１４にその内壁面から直動軸１１に向けて突き出されている棒状軸体１５と軸体１５の周囲に回転可能に装着された環状回転具１６とからなる二個の直進補助部材１７ａ、１７ｂが備えられており、その二個のうちの一方の補助部材１７ａの環状回転具１６の外周面が上記補助溝１１ｂの一方の側の側壁面１８ｂに非接触に、他方の側の側壁面１８ａに接触配置され、そして他方の補助部材１７ｂの環状回転具１６の外周面が後者の側壁面１８ａに非接触に、前者の側壁面１８ｂに接触配置されることにより、直動軸１１の周方向への回転が防止されていることに主な特徴がある。
【００１２】
直動案内装置１０の直動軸１１は、例えば、その下端が基台に設置された回転駆動装置に送りねじを介して接続され、そして上端が検査対象物が配置されるステージの下面に固定される。その一方で、外筒１４は基台に立設された支柱に支持固定される。そして、前記の回転駆動装置を作動させ、直動軸１１を昇降（図１の上下方向に移動）させることにより、外筒１４の内周面と直動軸１１の各直線状溝１１ａの底面との間に配置された各柱状転動体１２が溝１１ａに沿って転動しながら直動軸１１を支持するため、この直動軸１１の上端に固定されたステージを円滑に昇降させることができる。
【００１３】
直動軸１１は、例えば、アルミニウムや鋼（例、ステンレススチール）に代表される金属材料から形成される。直動軸１１の外周面上には、例えば、研削加工によって、３本以上（例えば、９本）の直線状溝１１ａが互いに軸対称に形成される。
【００１４】
直動軸１１を外筒１４で安定に支持するため、直動軸１１の外周面には、少なくとも３本の直線状溝１１ａ、１１ａ、〜が形成される。直線状溝１１ａの本数が多いほど、直動軸１１がより多くの数の転動体１２を介して外筒１４に支持されるために直動案内装置１０の耐荷重性が向上するが、その反面、直動案内装置１０の作製（特に、直線状溝１１ａの研削加工、そして転動体保持器１３の上記転動体１２を収容する透孔の孔あけ加工）に手間がかかる。従って、直線状溝１１ａの本数は、直動軸１１に付与される荷重の大きさにも依るが、通常、３〜３０本の範囲内に設定される。
【００１５】
各直線状溝１１ａには、溝１１ａに沿って転動可能な複数（例えば、１０個）の柱状転動体１２、１２、〜が配置されている。転動体１２は、例えば、アルミニウムや鋼（例、ステンレススチール）に代表される金属材料、あるいはセラミック材料から形成される。
【００１６】
各直線状溝１１ａに配置される柱状転動体１２の数が多いほど直動案内装置１０の耐荷重性が向上するが、その反面、直動案内装置１０の作製（特に、転動体保持器１３の上記転動体１２を収容する透孔の孔あけ加工）に手間がかかる。従って、各直線状溝１１ａに配置される柱状転動体１２の数は、通常、３〜３０個の範囲内に設定される。
【００１７】
直動軸１１の周囲には、上記の各転動体１２を内周面側と外周面側とに部分的に突き出させた状態で回転可能に保持する円筒状の転動体保持器１３が配置されている。
【００１８】
各々の柱状転動体１２を、転動体保持器１３の内周面側と外周面側とに部分的に突き出させるため、保持器１３の内径は、直動軸１１の直径よりも大きな値に設定され、そして外径は、外筒１４の内径よりも小さな値に設定される。
【００１９】
転動体保持器１３は、例えば、金属材料や樹脂材料から形成される。金属材料としては、機械加工が容易な金属材料、例えば、真鍮やステンレス鋼を用いることが好ましい。樹脂材料としては、機械的強度の大きな樹脂材料、例えば、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、あるいはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂を用いることが好ましい。
【００２０】
転動体保持器１３の周囲には、保持器１３の外周面側に突き出された各転動体１２と接触した状態で外筒１４が嵌め合わされている。外筒１４は、例えば、アルミニウムや鋼（例、ステンレススチール）に代表される金属材料から形成される。
【００２１】
外筒１４の端部には、取り付け用のフランジ１４ａを形成することができる。直動案内装置１０の外筒１４は、フランジ１４ａの透孔１４ｂに挿入されたボルトによって、例えば、基台に立設された支柱の上部に支持固定される。
【００２２】
そして、直動案内装置１０では、直動軸１１の外周面上に互いに平行な側壁面１８ａ、１８ｂを持つ一本の直線状補助溝１１ｂが形成されていて、外筒１４にその内壁面から直動軸１１に向けて突き出されている棒状軸体１５と軸体１５の周囲に回転可能に装着された環状回転具１６とからなる二個の直進補助部材１７ａ、１７ｂが備えられている。これらの二個のうちの一方の補助部材１７ａの環状回転具１６の外周面は、上記補助溝１１ｂの一方の側の側壁面１８ｂに非接触に、他方の側の側壁面１８ａに接触配置され、そして他方の補助部材１７ｂの環状回転具１６の外周面は、後者の側壁面１８ａに非接触に、前者の側壁面１８ｂに接触配置されている。
【００２３】
図５に示すように、例えば、直動軸１１を上方（図に記入した矢印４１が示す方向）に移動させると、直進補助部材１７ａの環状回転具１６は反時計回り方向（矢印４６ａが示す方向）に回転し、その一方で、直進補助部材１７ｂの環状回転具１６は時計周り方向（矢印４６ｂが示す方向）に回転する。その一方で、各環状回転具１６は棒状軸体１５を介して外筒１４に支持されているため、上記のように回転（自転）することは可能であるが、移動（例えば、図の上下あるいは左右の方向には移動）することはできない。このため、直動軸１１は、各環状回転具１６の回転により長さ方向（図の上下方向）に円滑に移動可能な状態にて、周方向への回転が防止されている。直動軸１１の周方向への回転を防止するため、更に追加で直進補助部材が備えられていてもよい。
【００２４】
図３に示すように、環状回転具１６は、棒状軸体１５の周囲に装着された内周側環状体２１と、この環状体２１の周囲に複数の転動体２２を介して回転可能に嵌め合わされた外周側環状体２３とを備える回転軸受から構成されていることが好ましい。この回転軸受には、両者の環状体２１、２３の間にて互いに隣接する転動体の接触（衝突）を防止するため、各転動体２２を内周側と外周側とに部分的に突き出させた状態で回転可能に保持する環状の転動体保持器２５が備えられていることが更に好ましい。このように、環状回転具１６として回転軸受を用いると、外周側環状体２３が、その外周面を直線状補助溝１１ｂの側壁面に接触させた状態で極めて円滑に回転するため、直動軸１１を長さ方向に更に高精度で移動させることができる。なお、回転軸受に代えて、上記の棒状軸体を中心軸として回転可能なローラを用いることもできる。
【００２５】
上記の二個の直進補助部材１７ａ、１７ｂは、外筒１４に形成された開口部１４ｃに収容固定されている、開口部１４ｃの内部で外筒１４への取り付け位置の調節が可能なプレート２４に備えられていることが好ましい。
【００２６】
図３に示すように、環状回転具１６を支持する棒状軸体１５としては、ボルトが用いられている。そして二個の直進補助部材１７ａ、１７ｂは、各々の棒状軸体１５を用いて、プレート２４にねじ込み固定されている。この棒状軸体１５の周囲に嵌め合わされた筒状のスペーサ２６によって、環状回転具１６が棒状軸体１５として用いるボルトの頭部の側に位置決めされる。
【００２７】
プレート２４は、外筒１４の開口部１４ｃよりも小さなサイズに設定されており、ボルト２７、２７を用いて外筒１４に固定されている。プレート２４に形成された透孔２４ａのサイズは、ボルト２７のねじ軸の直径よりも大きなサイズに設定されている。このため、プレート２４を外筒１４の開口部１４ｃの内部で移動させたのち、これをボルト２７、２７で外筒１４に固定することにより、プレート２４の外筒１４への取り付け位置を調節することができる。
【００２８】
そして、外筒１４の開口部１４ｃの内部にて、プレート２４を、例えば、時計方向（図５に記入された矢印４７が示す方向）に回転させると、二個の直進補助部材１７ａ、１７ｂが直動軸１１の直線状補助溝１１ｂの内部にて前記と同じ方向に回転する。この際に、直進補助部材１７ａの環状回転具１６の外周面が直線状補助溝１１ｂの側壁面１８ａに接触し、直進補助部材１７ｂの環状回転具１６の外周面が直線状補助溝１１ｂの側壁面１８ｂに接触すると、プレート２４は更には回転することができなくなる。この状態で、前記ボルト２７、２７によりプレート２４を外筒１４に固定する。これにより、二個の直進補助部材１７ａ、１７ｂの各々の環状回転具１６の外周面を、極めて容易に直線状補助溝１１ｂの側壁面１８ａ、１８ｂの各々に接触配置させることができる。
【００２９】
図１に示すように、外筒１４の内壁面には、上記二個の直進補助部材１７ａ、１７ｂとは間隔をあけて備えられている別の二個（もしくはそれ以上）の直進補助部材１７ｃ、１７ｄが備えられていることが好ましい。直進補助部材１７ａ、１７ｂの場合と同様に、二個の直進補助部材１７ｃ、１７ｄうちの一方の補助部材１７ｃの環状回転具１６の外周面は、上記補助溝１１ｂの一方の側の側壁面１８ｂに非接触に、他方の側の側壁面１８ａに接触配置され、そして他方の補助部材１７ｄの環状回転具１６の外周面は、後者の側壁面１８ａに非接触に、前者の側壁面１８ｂに接触配置される。これにより、直動軸１１の周方向への回転が、直線状補助溝１１ｂの上方側の部位にて補助部材１７ａ、１７ｂにより、そして下方側の部位にて補助部材１７ｃ、１７ｄにより防止されるため、直動軸１１を長さ方向に更に高精度で移動させることが可能になる。
【００３０】
直動軸１１の周方向への回転を更に効果的に防止するため、直動軸に更に追加で直線状補助溝を形成し、この補助溝の側壁面の各々に、二個（もしくはそれ以上）の直進補助部材の各々の環状回転具１６の外周面を接触配置させることもできる。直動案内装置１０の製造が容易になることから、直動軸１１に形成する直線状補助溝の数は、１〜５本（特に１本もしくは２本）であることが好ましい。
【００３１】
また、直動軸１１の外周面上には、奇数本（例えば、９本）の直線状溝１１ａ、１１ａ、〜が互いに軸対称に形成されていることが好ましい。これにより、直動軸１１の複数本の直線状溝１１ａ、１１ａ、〜は、そのうちの任意の二本の溝が互いに前記軸１１の直径方向に対向することのない位置関係にて配置される。このような直線状溝１１ａ、１１ａ、〜の配置により、直動軸１１の長さ方向への移動精度（直進性）が更に向上する。その理由は、以下のように理解される。
【００３２】
直動案内装置１０を製造する際に、外筒１４の内周面あるいは直動軸１１の直線状溝１１ａを精密な形状に機械加工することは難しい。特に、前記の直線状溝１１ａを、直動軸１１の外周面上に正確な形状にて機械加工することは極めて難しい。従って、外筒１４の内周面及び直線状溝１１ａの底面の各々には微細な凹凸が形成され、このような微細な凹凸が原因で外筒１４の内周面と直線状溝１１ａの底面との間隔（以下、外筒と直線状溝との間隔と云う）が僅かに変動する。
【００３３】
例えば、仮に二本の直線状溝が互いに直動軸の直径方向に対向する位置関係にて配置されていると、外筒と一方の直線状溝との間隔が狭くなった際に、この直線状溝の転動体が外筒と直線状溝とに強く挟まれ、これと同時に直動軸が他方の直線状溝の側に僅かに移動するため、他方の直線状溝の転動体もまた外筒と直線状溝とに強く挟まれる。そして、上記の一方の直線状溝の転動体が長さ方向の中央の位置とは異なる位置にて外筒と直動軸とに強く挟まれると、これと同時に他方の直線状溝の転動体もまた前記位置と対応する位置にて外筒と直動軸とに強く挟まれる。この状態で直動軸が移動すると、各々の柱状転動体が転動体保持器の透孔の内部で僅かに傾斜した状態で配置され、両者の転動体が直動軸の長さ方向に対して傾斜した方向に転動しようとするため、直動軸の直進性が低下する傾向にある。
【００３４】
これに対して、二本の直線状溝１１ａ、１１ａが互いに直動軸１１の直径方向に対向することのない位置関係にて配置されていると、外筒１４と直線状溝１１ａとの間隔が狭くなり、転動体１２が外筒１４と溝１１ａとに挟まれた際にも、直動軸１１が前記転動体１２の側とは逆側（転動体が存在しない表面の側に）に移動するため、外筒１４と溝１１ａとが上記転動体１２を挟む力が低下する。このため、転動体１２の保持器１３の透孔の内部での傾斜移動が抑制される。このため、直動軸１１の直進性が極めて良好になる。
【００３５】
また、本発明の直動案内装置において、各々の柱状転動体の外周面は、転動体の長さ方向の中央部における直径が最大となるように膨出していることが好ましい。このように外周面が膨出した円柱状転動体は、その中心軸が直線状溝の長さ方向と直交する配置で安定するため、直動軸の直進性が更に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の直動案内装置の構成例を示す断面図である。
【図２】図１に記入した切断線II−II線に沿って切断した直動案内装置１０の断面図である。
【図３】図１の直動案内装置１０の直進補助部材１７ａ、１７ｂの近傍の部位の拡大図である。
【図４】図１に示すの直動軸１１の直線状補助溝１１ｂの内部における直進補助部材１７ａ、１７ｂの配置を模式的に示す図である。
【図５】図４を直線状補助溝１１ｂの手前側から見た図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  直動案内装置
１１  直動軸
１１ａ  直線状溝
１１ｂ  直線状補助溝
１２  転動体
１３  転動体保持器
１４  外筒
１４ａ  フランジ
１４ｂ  透孔
１４ｃ  開口部
１５  棒状軸体
１６  環状回転具
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ  直進補助部材
１８ａ、１８ｂ  側壁面
２１  内周側環状体
２２  転動体
２３  外周側環状体
２４  プレート
２４ａ  透孔
２５  転動体保持器
２６  筒状のスペーサ
２７  ボルト
４１  直動軸の移動方向を示す矢印
４６ａ、４６ｂ  環状回転具の回転方向を示す矢印
４７  プレート２４の回転方向を示す矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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