(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを位置決めするためのセット部を備えたテーブルを、ボールねじにより、ワークに所定の加工を施すための加工位置と、加工位置の両側に一定のストロークで配置したワークの搬入・搬出をおこなうための第一の搬入・搬出位置および第二の搬入・搬出位置の間で往復移動させるものにおいて、前記テーブルを移動方向に並置した第一テーブル（１０ａ）および第二テーブル（１０ｂ）に分割し、各テーブル（１０ａ）（１０ｂ）を駆動する別々の第一ボールねじ（２０ａ）および第二ボールねじ（２０ｂ）を設け、一方の第一テーブル（１０ａ）を加工位置（Ｗ）と第一の搬入・搬出位置（Ｌ１）との間で往復移動させ、他方の第二テーブル（１０ｂ）を第二の搬入・搬出位置（Ｌ２）と加工位置（Ｗ）との間で往復移動させるようにし、
前記第一ボールねじ（２０ａ）のねじ軸（２１ａ）は加工位置（Ｗ）から第一の搬入・搬出位置（Ｌ１）にかけて延在し、一端をねじ軸（２１ａ）の軸方向移動を許容しない固定側軸受（２３ａ）によって回転自在に支持され、他端をねじ軸（２１ａ）の軸方向移動を許容する自由側軸受（２４ａ）によって回転自在に支持されて、ねじ軸（２１ａ）に螺装されたナット（２２ａ）が第一テーブル（１０ａ）に固定され、前記第二ボールねじ（２０ｂ）のねじ軸（２１ｂ）は加工位置（Ｗ）から第二の搬入・搬出位置（Ｌ２）にかけて延在し、一端をねじ軸（２１ｂ）の軸方向移動を許容しない固定側軸受（２３ｂ）によって回転自在に支持され、他端をねじ軸（２１ｂ）の軸方向移動を許容する自由側軸受（２２ｂ）によって回転自在に支持されて、ねじ軸（２１ｂ）に螺装されたナット（２２ｂ）が第二テーブル（１０ｂ）に固定され、
かつ、前記各固定側軸受（２３ａ）（２３ｂ）の位置を前記加工位置（Ｗ）に合致させたことを特徴とするシャトルテーブル装置。
【請求項２】
前記各テーブル（１０ａ）（１０ｂ）に対する前記ナット（２２ａ）（２２ｂ）の固定点を、前記加工位置（Ｗ）での各テーブル（１０ａ）（１０ｂ）の伸びがナット（２２ａ）（２２ｂ）の固定点を起点として対応する前記各ねじ軸（２１ａ）（２１ｂ）の伸び方向と１８０゜反対方向になるように設定したことを特徴とする請求項１のシャトルテーブル装置。
【請求項３】
前記第一ボールねじ（２０ａ）および第二ボールねじ（２０ｂ）を共通の駆動源（３０）で同期して回転させることにより、前記第一テーブル（１０ａ）および第二テーブル（１０ｂ）を同方向に往復移動させることを特徴とする請求項１のシャトルテーブル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークを位置決め搭載したシャトルテーブルを、ボールねじを用いて、ワークに所定の加工を施すための加工位置と、ワークの搬入・搬出を行なうための搬入・搬出位置との間で往復移動させるようにしたシャトルテーブル装置に関するもので、より詳しくは、ボールねじの熱変位が加工精度に及ぼす影響を可及的に少なくしたものである。本発明は、レーザ溶接機や精密加工機等において利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
図５および図６に、水平方向にスライド自在に支持されたテーブル３をボールねじ４を使用して一定のストロークＳにて往復移動させるようにしたシャトルテーブル装置を示す。レーザ溶接により金属薄板の突合せ溶接をする場合を例にとって説明すると、金属薄板１ａ，１ｂの突合せ位置に沿ってレーザ溶接機２のトーチを移動させることによって突合せ溶接が行なわれる。図中、加工位置を符号Ｗで示し、加工位置Ｗの両側に配置された搬入・搬出位置をそれぞれＬ1 ，Ｌ2 で示す。図５からわかるように、テーブル３は長方形で、二組のワーク１を位置決め搭載し得るセット部３ａ，３ｂ（一点鎖線で示す）を備えている。搬入・搬出位置Ｌ1 ，Ｌ2 では例えばロボットによってテーブル３のセット部３ａ，３ｂに対するワーク１の搬入・搬出が行なわれる。
【０００３】
テーブル３を往復移動させるための駆動手段としてボールねじ４を用いている。ボールねじ４は、周知のとおり、ねじ軸４ａの回転運動をナット４ｂの直線運動に変換する機能を有する。ねじ軸４ａの一端をモータ５の出力軸と連結し、他端を軸受６で回転自在に支持させる。軸受６はねじ軸４ａの端部を軸方向移動可能に支持し、ねじ軸４ａの熱変位、たとえば周囲温度の変化に伴う軸方向の伸縮を許容する構造となっている。テーブル３はねじ軸４ａに螺装したナット４ｂと固定されている。なお、図面では省略したが、テーブル３は適当なリニアガイド等によってスライド自在に支持されている。ねじ軸４ａをモータ５で回転させると、ナット４ｂを介して、テーブル３が軸方向に移動する。ねじ軸４ａの回転数を制御することによって、テーブル３を加工位置Ｗ、搬入・搬出位置Ｌ1 ，Ｌ2 の任意の位置に停止させることができる。
【０００４】
図６（Ａ）はテーブル３が一方のストローク端に移動したときを示し、図６（Ｂ）はテーブル３が他方のストローク端に移動したときを示している。そして、図６（Ａ）の状態では、テーブル３の一方のセット部３ａのワーク１が加工位置Ｗにあって、他方のセット部３ｂのワーク１が搬入・搬出位置Ｌ1 にある。つまり、加工位置Ｗにて一方のワークについて加工が行われている間に、搬出・搬入位置Ｌ1 において、加工を終えたワーク１を搬出すると同時に未加工のワーク１をテーブル上に搬入するのである。そして、セット部３ａのワーク１の加工が終了したら、図６（Ｂ）の状態に移行して、搬入・搬出位置Ｌ2 にある加工を終えたセット部３ａのワーク１を搬出すると同時に、加工位置Ｗにあるセット部３ｂのワーク１の加工を行う。このように、一のワークの加工中に別のワークの搬出・搬入を行うことにより、作業効率の向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
テーブル３を往復移動させるボールねじ４は、周囲温度の変化や回転・送りによる発熱でねじ軸４ａが伸縮する。ねじ軸４ａが伸縮すると加工位置Ｗに対するワーク１の位置がずれることとなる。すなわち、ねじ軸４ａの一端はモータ５の出力軸に結合され、他端は自由側軸受６にて軸方向移動可能に支持されているため、ねじ軸４ａの伸縮はモータ５側の端部の軸受保持部（５ａ）を起点として長手方向に累積してゆく。したがって、ねじ軸４ａが伸縮するとナット４ｂの軸方向位置が変化して、テーブル３の各停止位置（Ｗ，Ｌ1 ，Ｌ2 ）での位置ズレを引き起こす。たとえば熱膨張によってねじ軸４ａが伸長する場合、ねじ軸４ａの伸びが長手方向に累積するため、ねじ軸４ａが長くなるほどズレ量が大きくなる。図６の場合について述べるならば、図６（Ｂ）のようにねじ軸４ａの固定側すなわち軸受保持部５ａ側にテーブル３が移動した場合は加工位置Ｗに対するワーク１の位置ズレ量は比較的小さいが、図６（Ａ）のようにモータ５から遠ざかる方向にテーブル３が移動すると、加工位置Ｗに対するワーク１の位置ズレ量が大きくなって、レーザ溶接機２による溶接品質が低下することになる。
【０００６】
図５および図６に示したシャトルテーブル装置では、加工位置Ｗとその両側の搬入・搬出位置Ｌ1 ，Ｌ2 との間でテーブル３を往復させるものであるため、加工位置Ｗは常にテーブル３の移動ストロークＳ（図６）の中間に位置する。それゆえ、テーブル３が加工位置Ｗにあるときのねじ軸４ａの固定側からナット４ｂまでの距離をストロークＳよりも小さくすることは望めない構造であり、その限りにおいてねじ軸４ａの熱変位の影響は避けられないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、上述の問題点を解消してボールねじの熱変位が加工精度に及ぼす影響を可及的に少なくすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、テーブルを二分割して各テーブルを別々のボールねじで駆動するようにし、ボールねじを固定側で使用する、言い換えれば、テーブルの加工位置側のストローク端をボールねじの固定側に設定することによって課題を解決したものである。
【０００９】
すなわち、請求項１のシャトルテーブル装置は、ワークを位置決めするためのセット部を備えたテーブルを、ボールねじにより、ワークに所定の加工を施すための加工位置と、加工位置の両側に一定のストロークで配置したワークの搬入・搬出をおこなうための第一の搬入・搬出位置と第二の搬入・搬出位置の間で往復移動させるものにおいて、前記テーブルを移動方向に並置した第一テーブルおよび第二テーブルに分割し、各テーブルを駆動する別々の第一ボールねじおよび第二ボールねじを設け、一方の第一テーブルを加工位置と第一の搬入・搬出位置との間で往復移動させ、他方の第二テーブルを第二の搬入・搬出位置と加工位置との間で往復移動させるようにし、前記第一ボールねじのねじ軸は加工位置から第一の搬入・搬出位置にかけて延在し、一端をねじ軸の軸方向移動を許容しない固定側軸受によって回転自在に支持され、他端をねじ軸の軸方向移動を許容する自由側軸受によって回転自在に支持されて、ねじ軸に螺装されたナットが第一テーブルに固定され、前記第二ボールねじのねじ軸は加工位置から第二の搬入・搬出位置にかけて延在し、一端をねじ軸の軸方向移動を許容しない固定側軸受によって回転自在に支持され、他端をねじ軸の軸方向移動を許容する自由側軸受によって回転自在に支持されて、ねじ軸に螺装されたナットが第二テーブルに固定され、かつ、前記各固定側軸受の位置を前記加工位置に合致させたことを特徴としている。ボールねじのねじ軸は一端にて固定側軸受で支持され、他端にて自由側軸受で支持され、ねじ軸の熱変位が固定側から自由側に向かって累積してゆくものである。したがって、ねじ軸の固定点と加工位置の加工点を一致させるか若しくは可及的に近接させることにより、ボールねじの伸縮を原因とする加工位置におけるテーブルの位置ズレを抑えることができる。
【００１０】
請求項２の発明のように、各テーブルに対するナットの固定点を、加工位置での各テーブルの伸びがナットの固定点を起点として対応する各ねじ軸の伸び方向と１８０゜反対方向になるように設定したことによって、ボールねじの伸縮を原因とする加工位置におけるテーブルの位置ズレをさらに少なくすることができる。
【００１１】
請求項３の発明のように、ボールねじを共通の駆動源で同期して回転させることにより、前記テーブルを同方向に往復移動させることで、装置の小型・コンパクト化が可能となるばかりでなく、テーブルの同期移動制御が容易になる。この場合、駆動源として例えばモータを採用し、動力伝達装置を介して各ボールねじのねじ軸を回転駆動する。動力伝達装置としては、ベルトやチェーンを用いた巻き掛け伝導装置のほか、歯車伝導装置を採用することもできる。
【００１２】
本発明は、ここに例示したようなレーザ加工機の加工位置と搬入・搬出位置との間でワークを搬送するシャトルテーブル装置に限らず、精密穴加工等する精密加工機、半導体製造機器等の、要は加工位置と搬入・搬出位置の間で往復移動してワークを搬送するとともに、特に加工位置におけるワークの高精度な位置決めが必要とされるあらゆる用途に適用できるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図４に従って本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に示すように、シャトルテーブル装置は、移動方向に並置した第一テーブル１０ａおよび第二テーブル１０ｂと、各テーブル１０ａ，１０ｂを駆動するための第一ボールねじ２０ａおよび第二ボールねじ２０ｂと、両ボールねじ２０ａ，２０ｂを同期回転させるための駆動装置３０とを備える。
【００１５】
第一テーブル１０ａと第二テーブル１０ｂは、図１（Ｂ）に示すように既述の図５のテーブル３を２分割したものに相当し、図５の場合と同様に図示しないリニアガイドによって架台１１上にスライド自在に支持されている。各テーブル１０ａ，１０ｂは、対応するボールねじ２０ａ，２０ｂにより駆動されて往復移動する。第一テーブル１０ａが第一の搬入・搬出位置Ｌ1 と加工位置Ｗとの間で往復移動し、第二テーブル１０ｂが加工位置Ｗと第二の搬入・搬出位置Ｌ2 との間で往復移動する。図１（Ａ）（Ｂ）の太い一点鎖線で示された位置が加工点（たとえば突合せ溶接の場合の溶接位置）を表している。
【００１６】
第一ボールねじ２０ａのねじ軸２１ａは、加工位置Ｗから第一の搬入・搬出位置Ｌ1 にかけて延在し、一端を固定側軸受２３ａによって回転自在に支持され、他端を自由側軸受２４ａによって回転自在に支持されている。ねじ軸２１ａに螺装されたナット２２ａが第一テーブル１０ａに固定される。第二ボールねじ２０ｂのねじ軸２１ｂは、加工位置Ｗから第二の搬入・搬出位置Ｌ2 にかけて延在し、一端を固定側軸受２３ｂによって回転自在に支持され、他端を自由側軸受２４ｂによって回転自在に支持されている。ねじ軸２１ｂに螺装されたナット２２ｂが第二テーブル１０ｂに固定される。軸受の配列方法に関して周知のとおり、固定側軸受２３ａ，２３ｂはねじ軸２１ａ，２１ｂの軸方向移動を許容しないのに対して、自由側軸受２４ａ，２４ｂはねじ軸２１ａ，２１ｂの軸方向移動を許容する構造である。固定側軸受２３ａ，２３ｂの位置は、対応するボールねじ２１ａ，２１ｂのねじ軸の固定点が加工位置Ｗの加工点と合致するように設定してある。
【００１７】
駆動装置３０は、２本のねじ軸２１ａ，２１ｂを同時に同方向に回転させて一対のテーブル１０ａ，１０ｂを同期して移動させるようにしたものである。たとえば、１基のモータ３１と、モータ３１の動力を各ねじ軸２１ａ，２１ｂに伝達する機構とを備える。動力伝達機構としては種々知られているが、ここでは巻掛け伝導機構を構成する一対のベルト３３ａ，３３ｂを例示した。すなわち、モータ３１の出力軸を回転軸３２に連結し、回転軸３２に取り付けたプーリとねじ軸２１ａ，２１ｂに取り付けたプーリとにベルト３３ａ，３３ｂをそれぞれ巻き掛けてある（図３参照）。
【００１８】
上述の構成からなるシャトルテーブル装置において、ナット２２ａ，２２ｂの取付位置は、テーブル１０ａ，１０ｂが加工位置Ｗにあるとき（図１，図２）、固定側軸受２３ａ，２３ｂ（におけるねじ軸の固定点）からナット２２ａ，２２ｂまでの距離が最小となるように設定される。固定側軸受２３ａ，２３ｂから離れるほどねじ軸２１ａ，２１ｂの伸縮が累積してゆくことから、加工位置Ｗにおけるテーブル１０ａ，１０ｂの、したがってまたワーク１の、位置ずれを最小限に抑制するためである。なお、テーブル１０ａ，１０ｂが搬入・搬出位置Ｌ1 ，Ｌ2 にあるときの位置ずれを抑制するための手段については別段言及しない。これは、搬入・搬出位置Ｌ1 ，Ｌ2 がテーブル上に未加工のワークを搬入し、また、テーブルから加工済みワークを搬出する作業を行なうための位置であることから、加工位置Ｗにおいて要求されるほどの高い位置決め精度を確保する必要性に乏しいことによる。
【００１９】
ところで、テーブル１０ａ，１０ｂ自体もねじ軸２１ａ，２１ｂと同様に周囲温度の変化で伸縮する材料であるのが通常であり、ねじ軸２１ａ，２１ｂが軸方向に伸びるときはテーブル１０ａ，１０ｂも横方向に伸びる。ここで、図４に示すように、テーブル１０に対するナット２２の固定点をｐ、ねじ軸２１の固定側軸受２３で支持された固定点をｑとすると、加工位置Ｗがある部分のテーブル１０の伸びは、ナット２２の固定点ｐを起点として、ねじ軸２１の伸び方向と１８０゜反対方向である。つまり、テーブル１０の伸びによるワーク１の位置ズレ方向はねじ軸２１の伸びによるワーク１の位置ズレ方向と逆方向に現われる。したがって、ワーク１の位置ずれ量は、ねじ軸２１の伸びによるワーク１の位置ズレ量からテーブル１０の伸びによるワーク１の位置ズレ量を差し引いた値となる。その結果、ナット２２の固定部をねじ軸２１の伸びの起点（固定点）に接近させることによってボールねじの熱変位による影響は極力抑えられ、さらに、テーブル１０の逆方向への伸びによって可及的に減少することとなる。理論上は、ねじ軸とテーブルの材料を、熱膨張係数を考慮して選択することにより、両者の熱変位が相殺されるようにすることも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、ねじ軸の固定点と加工位置における加工点とがほぼ一致しているため、周囲温度が変化してねじ軸が伸縮する場合でも、ねじ軸の伸縮はねじ軸の固定点を起点として累積してゆくため、テーブルの位置ズレは最小限に抑制される。また、テーブルと結合したボールねじのナットの加工位置における停止位置をねじ軸の固定点に可及的に近接させることによって、加工位置におけるテーブルの位置ズレは一層少なくなる。
【００２１】
また、二本のねじ軸を共通のモータで回転駆動することにより、１本のボールねじを使った従来のシャトルテーブル装置と同程度に構造が簡略化できる。しかも、一台のモータで二本のねじ軸を同期回転させることによって、二つのテーブルの一体的な往復移動の制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。
【図２】図１（Ａ）と類似の正面図である。
【図３】側面図である。
【図４】１つのテーブルについての模式図である。
【図５】従来の技術を示す正面図である。
【図６】平面図である。
【符号の説明】
１  ワーク
Ｗ  加工位置
Ｌ1   搬入・搬出位置
Ｌ2   搬入・搬出位置
１０ａ，１０ｂ  テーブル
２０ａ，２０ｂ  ボールねじ
２１ａ，２１ｂ  ねじ軸
２２ａ，２２ｂ  ナット
２３ａ，２３ｂ  固定側軸受
２４ａ，２４ｂ  自由側軸受
３０  駆動装置
３１  モータ
３２  回転軸
３３ａ，３３ｂ  ベルト
ｐ  ナットの固定点
ｑ  ねじ軸の固定点
【図１】
0003954719.tif 000002
【図２】
0003954719.tif 000003
【図３】
0003954719.tif 000004
【図４】
0003954719.tif 000005
【図５】
0003954719.tif 000006
【図６】
0003954719.tif 000007