(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイド軸に沿って案内される可動体と、上記ガイド軸と平行に配置された送りねじと、上記送りねじに螺合されたナット及び該ナットと係合されたナットホルダと、上記ナットホルダに取着された断面がコ字形をしたボールガイドブロック内で上記可動体に取着された係合部材を２つの転動体によって挟持して上記可動体とナットホルダとを連結する連結機構と、上記送りねじとほぼ平行に配置されたガイド棒と、前記ナットホルダに取着され、上記ガイド棒を挟持する一対のローラと、上記ガイド棒の一端側を支点とし、他端側を水平方向に微少移動可能に構成し、上記送りねじの累積リード誤差を補正する調整機構とを備えてなる直線案内装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密加工機、精密測定機、検査装置等において、可動体を精密移動させ、所定の目標位置に高精度に位置決めするための直線案内装置に関するものであり、特に半導体製造用や液晶基板製造用として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、精密加工機、精密測定機、検査装置等に用いられる直線案内装置としては、図７に示すようなものがあった。
【０００３】
この直線案内装置は、ベース基盤４５上に立設された側板４６，４７によって支持されたガイド軸４１に可動体４４を囲繞してなり、上記ガイド軸４１と平行に配置され、側板４６，４７間に回転自在に支承された送りねじ４８を、前記一方の側板４６に固定されたモータ４９によって回転させるようになっており、上記送りねじ４８に螺合されたナット４２を前記可動体４４と直接連結することで、ナット４２の移動に伴って可動体４４をガイド軸４１に沿って移動、位置決めするようになっていた。なお、可動体４４をガイド軸４１に沿って案内する手段としては、静圧案内、滑り案内あるいは転がり案内が用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す従来の直線案内装置では、送りねじ４８に螺合されたナット４２が可動体４４と直接連結されていることから、駆動力以外に送りねじ４８の回転に伴うナット４２の振れ回り、ねじりモーメント、振動等（以下、まとめて振れ成分と言う。）が可動体４４に伝達されるため、可動体４４にヨーイングやピッチングあるいは振動等が発生し、所定の目標位置まで安定した姿勢で案内することができなかった。
【０００５】
また、可動体４４の位置決め精度は送りねじ４８の精度に大きく影響を受け、送りねじ４８の精度等級の低いものでは充分な位置決め精度が得られないという問題点があった。また、精度等級の高い送りねじ４８を用いたとしても、送りねじ４８には累積リード誤差があり、この誤差によって可動体４４を所定の目標位置に位置決めすることができず、半導体製造用や液晶基板製造用など高精度の位置決め精度が要求される直線案内装置として用いることは難しいものであった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題に鑑み、本発明の直線案内装置は、ガイド軸に沿って案内される可動体と、上記ガイド軸と平行に配置された送りねじと、上記送りねじに螺合されたナット及び該ナットと係合されたナットホルダと、上記ナットホルダに取着された断面がコ字形をしたボールガイドブロック内で上記可動体に取着された係合部材を２つの転動体によって挟持して上記可動体とナットホルダとを連結する連結機構と、上記送りねじとほぼ平行に配置されたガイド棒と、前記ナットホルダに取着され、上記ガイド棒を挟持する一対のローラと、上記ガイド棒の一端側を支点とし、他端側を水平方向に微少移動可能に構成して上記送りねじの累積リード誤差を補正する調整機構とから構成したものである。
【０００７】
【作用】
本発明によれば、送りねじに螺合するナット及びナットホルダが、ガイド棒を挟持する一対のローラによって回り止めされていることから、送りねじの回転に伴ってナット及びナットホルダを軸方向に移動させることができ、上記ナットホルダは連結機構によって可動体と連結してあることから、上記ナットホルダの移動に伴って可動体をガイド軸に沿って移動させることができる。
【０００８】
また、送りねじの回転に伴いナット及びナットホルダには振れ成分が発生するが、連結機構を構成する転動体は、可動体の係合部材及びナットホルダのボールガイドブロックとそれぞれ点接触しているだけであるため、ナットホルダに発生する振れ成分を転動体で吸収し、ナットホルダからの駆動力だけを可動体へ確実に伝達することができる。その為、可動体は移動に伴ってヨーイングやピッチングあるいは振動等を生じることがなく、安定した姿勢で所定の目標位置まで案内することができる。
【０００９】
さらに、送りねじとほぼ平行に配置されたガイド棒には、その一端側を支点とし、他端側を水平方向に微少移動可能に構成した、送りねじの累積リード誤差を補正する調整機構を設けてあることから、送りねじとの平行度を調整し、ナットの回転を送りねじの累積リード誤差分の角度だけ進めたり、遅らせたりすることで、送りねじの累積リード誤差をなくし、可動体の位置決め精度を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明に係る直線案内装置を示す斜視図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図、図３は図１の側面図である。
【００１１】
この直線案内装置は、ベース基盤１２上に立設する側板３ａ，３ｂによって支持されたガイド軸２の周囲に、微少な隙間を設けて可動体１を囲繞してなり、上記隙間に圧縮空気を供給して静圧流体膜を形成することで可動体１をガイド軸２上に静圧支持するようになっている。
【００１２】
可動体１の側部には、送りねじ５を上記ガイド軸２と平行に配置してあり、ベース基盤１２上に立設する側板６，７よって回転自在に支承され、側板６の後方に立設する固定板９に固定されたモータ１０と、カップリング８を介して連結されている。
【００１３】
また、送りねじ５にはナット４が螺合され、このナット４を包囲するようにナットホルダ２２を係合させてあり、このナットホルダ２２と上記可動体１とを連結機構によって連結してある。
【００１４】
この連結機構は、図２及び図３に示すように、可動体１の側面１ａより突出するように設けた係合部材１５と、ナットホルダ２２の上面に取着してなる断面がコ字形をしたボールガイドブロック１８と、２つの転動体１６とからなり、上記ボールガイドブロック１８内で可動体１の係合部材１５を２つの転動体１６で挟持するように構成してある。従って、連結機構を構成する転動体１６は、可動体１の係合部材１５及びナットホルダ２２のボールガイドブロック１８とそれぞれ点接触しているだけであるため、送りねじ５の回転に伴ってナットホルダ２２に発生する振れ成分を２つの転動体１６で吸収することができ、ナットホルダ２２が移動することによる駆動力だけを可動体１へ確実に伝達することができる。
【００１５】
なお、図３において、１９はボールガイドブロック１８の一方の側壁１９に螺合されたクランピングスクリュで、このクランピングスクリュ１９を回転させ、ボールガイドブロック１８の他方の側壁２０に２つの転動体１６及び係合部材１５を間隙なく押圧し、この状態でクランピングスクリュ１９をロックナット２１によって緩まないようにロックすることにより、ナットホルダ２２の移動量をバックラッシュ（遊び）なく可動体１へ伝達するようになっている。また、ロックナット２１を緩め、クランピングスクリュ１９を逆に回転させることで、メンテナンス等において可動体１とナットホルダ２２とを容易に分解することができる。さらに、図２において、１４は係合部材１５を可動体１の側面１ａに取着するための断面がＬ字形をしたジョイントブラケット、１７はボールガイドブロック１８内に転動体１６を位置決めしておくためにＶ字状に配置された２本のリニアガイドである。
【００１６】
一方、ナットホルダ２２の下面には断面がＨ字形をしたブロック体２３を介して一対のローラ２６をそれぞれが回転自在に軸支してあり、上記一対のローラ２６によって、送りねじ５とほぼ平行に配置され、側板６，７間に支持された円柱状のガイド棒１１を挟持するように構成してある。従って、一対のローラ２６はナットホルダ２２の回り止めとして作用し、ナット４及びナットホルダ２２を送りねじ５の回転に伴って軸方向に移動させることができる。なお、ローラ２６はブロック体２３の下面と直接当接しないようにスペーサ２５を介して配置されており、ローラ２６、スペーサ２５、及びブロック体２３を挟むようにピン２７とナット２４により固定してある。
【００１７】
さらに、ガイド棒１１は側板６にてその一端側を支点とし、側板７にてガイド棒１１の他端側を水平方向に微少移動可能に構成し、送りねじ５の累積リード誤差を補正する調整機構を設けてある。
【００１８】
即ち、図４に示すように側板６には、ガイド棒１１の上下方向を拘束する幅を持った角穴３０を設けてあり、この角穴３０に挿入されたガイド棒１１の両側面を、側板６の両側部に穿設した貫通孔２８に螺合するロックネジ２９によって挟み込んで固定することで、側板６を支点としてガイド棒１１を水平方向内で任意の方向に向けられるようにしてあり、図５に示すように側板７には、ガイド棒１１の上下方向を拘束できる幅を有し、側板６の角穴３０より水平方向が長い角穴３１を設けてあり、この長角穴３１に挿入されたガイド棒１１の両側面を、側板７の一方の側部に穿設した貫通孔３６に螺合する調整ネジ３３とスプリング３４によって挟持し、上記調整ネジ３３の締め込み度合いに応じてガイド棒１１を水平方向に微少移動可能としてある。なお、３２は調整ネジ３３が緩むことを防止するためのロックナット、３５は側板７の他方の側部に穿設した貫通孔３７に螺合されたロックナットで、このロックナット３５は調整ネジ３３の押し込みによりガイド棒１１がある一定以上移動することを防ぐためのものである。
【００１９】
次に、本発明の直線案内装置の駆動原理について説明する。
【００２０】
まず、送りねじ５の累積リード誤差を修正する。即ち、送りねじ５には、例えば図６に示すような累積リード誤差が存在するため、側板７に設けた調整ネジ３３でもって、送りねじ５とガイド棒１１との平行度を調整し、可動体１のストローク内での累積リード誤差に応じて補正する。
【００２１】
調整ネジ３３によるガイド棒１１の移動量については数１により算出することができる。
【００２２】
【数１】
0003670492.tif 000002
【００２３】
例えば、送りねじ５とガイド棒１１の距離Ａを数十ｍｍ、可動体１のストロークＬ２及び側板６，７間の距離Ｌ１を数十ｍｍ〜３００ｍｍ、送りねじ５のリードＢを１〜２ｍｍ程度とすると、可動体１のストローク内での累積リード誤差δＳが数μｍ〜数十μｍ程度の小さい値であっても、調整ネジ３３によるガイド棒１１の移動量δＸの値は、累積リード誤差δＳの約２０倍〜１００倍位の値に拡大できるため、０．５ｍｍリード程度の調整ネジ３３でも充分に調整することができる。なお、送りねじ５の累積リード誤差については、検査表によって既知の値を用いるか、あるいは検査表がない場合、直線案内装置を駆動させ、レーザー測長機等の検出手段によって可動体１が実際に動いた移動量を測定し、目標値との差を累積リード誤差として用いれば良い。
【００２４】
次に、送りねじ５の累積リード誤差を調整したあと、モータ１０を駆動させて送りねじ５を回転させると、ナット４及びナット４と係合するナットホルダ２２は、ガイド棒１１を挟持する一対のローラ２６によって回り止めされた状態で送りねじ５に沿って移動する。この時、ナットホルダ２２の移動量はボールガイドブロック１８内で支持された一対の転動体１６と、この一対の転動体１６によって挟持された係合部材１５を介してバックラシュを生じることなく可動体１へ確実に伝達することができる。また、送りねじ５の回転に伴ってナットホルダ２２には振れ成分が発生するが、可動体１の移動方向に直交する面内で転動体１６が転動してその振れ成分を吸収することができるため、可動体１にヨーイングやピッチングあるいは振動等を与えることなく、安定した姿勢で所定の目標位置まで移動させることができる。
【００２５】
なお、図１乃至図５に示す実施形態では、可動体１をガイド軸２上に静圧支持したタイプの直線案内装置について示したが、可動体１がガイド軸２上を滑り案内や転がり案内等により案内されるタイプの直線案内装置にも適用することができる。また、本実施形態では、可動体１が一軸方向にのみ移動する直線案内装置を示したが、Ｘ−Ｙステージの如く２軸、あるいは３軸以上の多軸形式の直線案内装置にも応用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の直線案内装置によれば、ガイド軸に沿って案内される可動体と、上記ガイド軸と平行に配置された送りねじと、上記送りねじに螺合されたナット及び該ナットと係合されたナットホルダと、上記ナットホルダに取着された断面がコ字形をしたボールガイドブロック内で上記可動体に取着された係合部材を２つの転動体によって挟持して上記可動体とナットホルダとを連結する連結機構と、上記送りねじとほぼ平行に配置されたガイド棒と、前記ナットホルダに取着され、上記ガイド棒を挟持する一対のローラと、上記ガイド棒の一端側を支点とし、他端側を水平方向に微少移動可能に構成し、上記送りねじの累積リード誤差を補正する調整機構とから構成したことによって、送りねじの累積リード誤差を見かけ上なくすことができ、可動体の位置決め精度を向上させることができる。また、送りねじの回転に伴うナットの振れ成分を可動体に伝達することなく、ナットホルダの移動に伴う駆動力のみを可動体へ伝達することができる。かくして、可動体を移動させれば、ヨーイングやピッチングあるいは振動等を生じることなく、所定の目標位置まで安定した姿勢で移動、位置決めすることができるため、本発明の直線案内装置を高精度の位置決めが要求される半導体製造用や液晶基盤製造用としても好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る直線案内装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】図１の送りねじとガイド棒を支持する一方の側板を示す部分断面図である。
【図５】図１の送りねじとガイド棒を支持する他方の側板を示す部分断面図である。
【図６】送りねじのリード精度を示す図である。
【図７】従来の直線案内装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１・・・可動体  ２・・・ガイド軸  ３ａ，３ｂ・・・側板  ４・・・ナット
５・・・送りねじ  ６，７・・・側板  ８・・・カップリング  ９・・・固定板
１０・・・モータ  １１・・・ガイド棒  １２・・・ベース基盤
１４・・・ジョイントブラケット  １５・・・係合部材  １６・・・転動体
１７・・・リニアガイド  １８・・・ボールガイドブロック
１９，２０・・・ボールガイドブロックの側壁
２１・・・クランピングスクリュ  ２２・・・ナットホルダ
２３・・・ブロック体  ２４・・・ナット  ２５・・・スペーサ
２６・・・ローラ  ２７・・・ピン  ２８，３６，３７・・・貫通孔
２９，３５・・・ロックネジ  ３０，３１・・・角穴  ３２・・・ロックナット
３３・・・調整ネジ  ３４・・・バネ
【図１】
0003670492.tif 000003
【図２】
0003670492.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003670492.tif 000009