JP2000111451A

JP2000111451A - 微小変位特性測定装置及び微小変位特性測定方法

Info

Publication number: JP2000111451A
Application number: JP10285683A
Authority: JP
Inventors: Jiro Otsuka; 二郎大塚; Yoshiaki Kaneko; 義昭金子
Original assignee: Key Safety Systems Japan KK; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Key Safety Systems Japan KK
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】送りネジ、軸受及びリニアガイドにあって、
転がり又は滑り摩擦力より小さい変位力により変位する
微小変位領域における特性を簡単な装置により測定す
る。【解決手段】変位発生手段３７により所定周期の変位
力を発生し、該変位力Ｆをロードセル４３にて検出する
と共に、該変位力に基づくトルクをナット３１に作用す
る。ナットは、固定送りネジ軸３１との間で、摩擦力よ
り小さい力に基づく変位を生じ、該変位を、非接触変位
センサ３６ａ，３６ｂ，４６にて検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、送りネジ装置、直
線及び回転案内装置（転がり要素を介在するもの及び滑
りによるものを含む）等の移動体において、それらの摩
擦力より小さい力が作用して弾性変形する微小変位特性
を測定する装置及び方法に係る。

【０００２】即ち、ボールネジ、角ネジ又は台形ネジ等
の送りネジ等の送りネジ装置、転がり転受、すべり転受
等の回転案内装置、転がりリニアガイド、滑りリニアガ
イド等の直線案内装置にあって、摩擦力（Ｆ₀ ）より小
さい力（Ｆ）が作用して弾性変形により微小変位（ｙ）
したり、また摩擦トルクより小さいトルク（Ｔ）が作用
して変性（θ）することが知られており、これら力
（Ｆ，Ｔ）と微小変位（ｙ，θ）との間には非線形バネ
のような特性があるものと推測されている。

【０００３】本発明は、上記微小変位特性を簡単に測定
するための装置及び方法に関するものである。

【０００４】

【従来の技術】近時、工作機械、特に半導体製造装置に
あっては、高速での送り及び超精密な位置決めが求めら
れている。

【０００５】図１に一般的な送り・位置決め装置を示
す。該装置は、送りネジ軸１を軸受を介して回転自在に
支持すると共に、該送りネジ軸にサーボモータ２を連結
している。また、上記送りネジ軸の左右に案内杆３，３
を平行に配設し、該案内杆に移動自在にテーブル５を支
持し、かつ該テーブルに、前記送りネジ軸１に螺合する
ナット６を一体に連結している。これにより、サーボモ
ータ２の回転により、送りネジ軸１が回転し、該ネジ軸
に螺合するナット６がテーブル５を案内杆３，３に案内
して軸方向に移動し、所定位置に位置決めする。この
際、テーブル５を大きく移動して、送りネジ軸、軸受及
び案内において転がり又は滑りを示す領域と、転がり又
は滑りを生じない非常に小さく移動する微小変位を示す
領域とが存在する。

【０００６】上記軸受、案内及び送りネジ等に高価な磁
気浮動や流体浮動を用いることなく、高速での高精度送
りを達成するためには、ボール又はローラリニアガイド
とボールネジによる送り装置を用いることが好ましい
が、これらリニアガイド及びボールネジは、静的剛性が
充分であっても、ダンピング性能、特に回転周波数と固
有振動数が一致している個所では、共振びびりが生じや
すいという問題点がある。

【０００７】上記ダンピング性能は、ボール又はローラ
等の転がり体に転がり状態になる前の微小力が作用した
際の転がり体の弾性変形が大きく影響すると考えられ、
また該微小変位時の特性は、転がり体（又は滑り体）が
転がり接触（又は滑り接触）する際の変位特性とは大き
く相違し、上記変位特性に合せた異なる制御を行うこと
が望ましい。

【０００８】なお、最近、上記回転モータと送りネジを
排除して、リニアモータによる送り・位置決め装置も案
出されているが、このものでも、ボールリニアガイドが
用いられており、この点で微小変位特性が問題となる。

【０００９】従来、この種、特にボールネジの微小変位
特性を測定する装置として図２に示すものが提案されて
いる。このものは、ラジアルベアリング９及びスラスト
ベアリング１０により軸方向に移動不能にかつ回転自在
にボールネジ１１を支持し、該ボールネジに揺動アクチ
ュエータ１２により微小トルクを作用する。該揺動アク
チュエータ１２は支持部材１３ａに揺動体１３ｂを揺動
自在に支持し、かつ該揺動体を、ブラケットを介して前
記ボールネジ１１に連結しており、更に支持部材１３ａ
と揺動体１３ｂとの間にピニゾ素子１５及びロードセル
１６が直列に介在している。なお、揺動体１３ｂにはキ
ャパシティケージ１７及び電動マイクロソータ１８が設
置されている。

【００１０】また、ボールネジ１１にはボールナット１
９が螺合しており、該ナットには非作用継手２０を介し
てリニアスライダ２１が連結されている。該リニアスラ
イダ２１は、フレーム２２に摺動自在に支持されてお
り、かつ該スライダ２１の変位は、非接触型の微小量隙
間ケージ（変位センサ）２３及び前後の差動隙間ケージ
（変位センサ）２５ａ，２５ｂにて検出される。

【００１１】上記微小変位特性測定装置は、ピニゾ素子
１５による微小作動力が揺動体１３ｂを介してトルクと
してボールネジ１１に作用し、該微小作動力（従ってト
ルク）がロードセル１６により検出されると共に、これ
に基づくボールナット１９及びスライダ２１の微小変位
が隙間ケージ２３，２５ａ，２５ｂにより換出される。

【００１２】前記微小変位領域における上記微小作動力
（トルク）と微小変位との関係並びにピニゾ素子に所定
周波数ｆにより所定作動力Ｔ₁ を作用する周波数応答試
験［Ｔ＝Ｔ₁ ｓｉｎ（２πｆｔ）］により、微小変位領
域におけるバネ特性及び粘性（減衰）特性を求めること
ができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した微小変位特性
測定装置は、前記ベアリング９，１０に摩擦トルクが作
用すると、ボールネジ１１とナット１９との間のトルク
を測定することができなくなるので、これらベアリング
に静圧空気軸受を用いて摩擦力を０にする必要があり、
また同様の理由により、リニアスライダ２１とフレーム
２２との間に静圧空気ガイドを用いる必要があり、装置
が複雑で大変高価なものになっていた。

【００１４】そこで、本発明は、簡単な構造により微小
変位領域における特性を測定することを可能とし、もっ
て上記課題を解決した微小変位特性測定装置及び方法を
提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明は
（図３〜図５及び図７〜図９参照）、固定部材（５３）
に固定される固定部（３０，５０，６１）及び該固定部
に対して相対的に移動し得る移動部（３１，５１，５
５，６０）を有する被測定物（３９，４９，５９）と、
前記被測定物の固定部及び移動部の間の摩擦力より小さ
い所定力を発生する変位力発生手段（３７，７１）と、
該変位力発生手段と前記被測定物の移動部とを連結する
連結手段（４５，７０）と、該連結手段に介在し、前記
変位力発生手段から前記移動部に作用する変位力を検出
する変位力検出手段（４３）と、前記移動部の変位を検
出する非接触変位センサ（３６ａ，３６ｂ，４６）と、
を備え、前記変位力検出手段及び非接触変位センサの検
出値に基づき、前記摩擦力より小さい変位力による微小
変位領域における前記被測定物の変位特性を検出するこ
とを特徴とする、微小変位特性測定装置にある。

【００１６】請求項２に係る本発明は（図３及び図７参
照）、前記被測定物（３９）は、前記固定部を構成する
送りネジ軸（３０）と、前記移動部を構成するナット
（３１）とを有し、前記送りネジ軸に支持部材（３５）
を固定し、該支持部材に所定等角度を隔てて複数の前記
非接触変位センサ（３６ａ，３６ｂ）を配置し、これら
複数の非接触変位センサの検出値の平均値により前記ナ
ットの軸方向変位（ｙ）を検出してなる、請求項１記載
の微小変位特性測定装置にある。

【００１７】請求項３に係る本発明は（図３〜図１０参
照）、固定部材（５３）に固定される固定部（３０，５
０，６１）に対して相対的に移動し得る移動部（３１，
５１，５５，６０）を有する被測定物（３９，４９，５
９）の、前記固定部と移動部との間の摩擦力より小さい
変位力に基づく前記移動部の変位を測定する微小変位特
性測定方法であって、前記移動部に所定変位力（Ｆ，
Ｔ）を付与すると共に該変位力を検出し、前記所定変位
力に基づく移動部の変位（ｙ，θ）を、非接触変位セン
サ（３６ａ，３６ｂ，４６）にて測定し、前記測定した
変位力及び変位に基づき、前記摩擦力より小さい変位力
による微小変位領域における前記被測定物の変位特性を
検出することを特徴とする、微小変位特性測定方法にあ
る。

【００１８】請求項４に係る本発明は（図７〜図９参
照）、前記移動部（３１，５１，５５，６０）に、人力
により加減した所定変位力を付与すると共に、該変位力
をロードセル（４３）にて検出してなる、請求項３記載
の微小変位特性測定方法にある。

【００１９】

【発明の効果】請求項１及び３に係る本発明によると、
簡単な測定装置により、ボールネジ、滑りネジ（台形及
び角ネジ）等の送りネジ、転がり又は滑り軸受、並びに
転がり又は滑り直動案内等の被測定物の微小変位領域に
おける変位特性を比較的容易に測定することができる。
これにより、微小変位領域におけるバネ定数、減衰（粘
性）係数及び共振点等のデータを容易に得ることがで
き、半導体製造装置等に用いるの超精密位置決め装置の
設計の容易化を図って、ボールネジ及びボールリニアガ
イド等による比較的安価でメンテナンスの容易な装置を
用いた超精密位置決め装置を可能とすることができる。

【００２０】更に、本発明に係る測定装置又は測定方法
を超精密位置決め装置に組込んで、該測定結果に基づき
フィードバック補正又は学習制御によるフィードフォワ
ード補正を行い、比較的簡単な装置を用いて、高速で超
高精度の位置決めを可能とすることができる。

【００２１】請求項２に係る本発明によると、送りネジ
軸に対するナットの多少の傾きが生じても、正確にネジ
による軸方向変位を検出することができ、精度の高い送
りネジの微小変位特性測定装置を得ることができる。

【００２２】請求項４に係る本発明によると、指先によ
る微妙な力加減により変位力を付与するので、大掛りな
装置を必要とせず、簡単な装置でもってどのような場所
でも、被測定物の微小変位特性を容易に測定することが
できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って本発明の実施
の形態について説明する。図３(a) (b)は、送りネジの
測定に適用した実施例を示すものであって、(a) は正面
図、(b) はそのＢ−Ｂ矢視断面図である。図中、３９
は、被測定物となる送りネジ装置であって、送りネジ軸
３０と、該送りネジ軸に螺合しているナット３１とを有
し、台形ネジ又は角ネジ等の滑り接触によるものでも、
ボール又はコロを介在した転がり接触によるものでもよ
い。

【００２４】送りネジ軸３０は、図示しない部分におい
て固定部材５３に回転及び軸方向移動不能に固定して設
置されており、ナット３１は該送りネジに螺合して、回
転しつつ軸方向に移動し得る。該ナット３１のフランジ
部３１ａにはボルト等により所定角度（例えば１８０
度）隔てて２個のアーム３２，３３がそれぞれ外径方向
に突出するように固着されている。また、送りネジ軸３
０には、前記ナット３１に臨む部分に、該ネジ軸に螺合
しかつ止めネジ３４により廻り止めされて環状の支持部
材３５が固着されている。該支持部材３５には、１８０
度等の所定等角度隔てた位置にそれぞれ非接触変位セン
サ３６ａ，３６ｂが設置されており、これらセンサは、
支持部材３５を貫通して送りネジの軸線に平行に延びて
おり、その先端が前記ナットのフランジ部３１ａ端面に
微小間隔を隔てて対向している。なお、センサ先端とフ
ランジ端面との間隔ｙは、前記２個のセンサ３６ａ，３
６ｂが同じ量となるように設定してある。

【００２５】一方、前記ナット部分に隣接して変位力発
生装置３７が配設されている。該変位発生装置は、駆動
力源３８（例えばパルスモータ等の電気力を用いるもの
又はつまみ等の人力を用いるもの等どのようなものでも
よい）、該駆動源に連動している送りネジ４０を有して
おり、更に該送りネジにはナット４１が螺合していると
共に、該ナット４１には軸方向にのみ移動自在に案内さ
れる移動体４２が一体に固定されている。そして、該移
動体４２にはロードセル４３が固定されており、かつ該
ロードセルにリンク４５が連結され、更に該リンクの先
端部が点Ｐにより所定量揺動自在に前記一方のアーム３
２に連結されている。

【００２６】また、前記他方のアーム３３に臨んで、非
接触変位センサ４６が固定部材５３に設置されている。
該センサ４６は、他方のアーム３３に対面しており、該
アームとの間隔を非接触にて検出することにより、ナッ
ト３１の回転角度θを検出し得る。なお、上記他方のア
ーム３３を設けずに、非接触変化センサ４６を、一方の
アーム３２に対面するように設置してもよい。

【００２７】以上構成に基づき、本送りネジ用微小変位
測定装置は、パルスモータ等の駆動源３８を所定周期１
／ｆで正逆転することにより、変位力発生装置３７は、
所定周波数ｆのプラス及びマイナス方向の微小交播変位
力Ｆを発生し、更にロードセル４３及びリンク４５を介
してアーム３２の先端Ｐに所定トルクＴを付与する。こ
れにより、アーム３２を介してナット３１にプラス及び
マイナス方向の微小トルクが交互に付与され、固定され
ている送りネジ軸３０と該ナット３１との間で滑り又は
転がり摩擦限界より小さい微小力に基づく微小変位θを
発生する。なお、駆動源３８がつまみ等の人力による場
合、所定周波数ｆの変位力ではなく、プラス又はマイナ
スの所定変位力を発生するだけでもよい。

【００２８】前記変位力発生装置３７による力Ｆは、ロ
ードセル（ストレインゲージ）４３により測定され、従
って該力Ｆに基づくトルクＴは、送りネジ軸３０の中心
から点Ｐまで距離を乗ずることにより求められる。ま
た、上記固定送りネジ軸３０とナット３０との間に発生
する変位回転角θは、他方のアーム３３との間隔変化を
非接触変位センサ４６が検出することにより検知され
る。同時に、ナット３１は、リードに基づく軸方向変位
を生ずるが、該変位ｙは、２個の非接触変位センサ３６
ａ，３６ｂがナットのフランジ３１ａ端面との間隔変化
量を検出することにより検知される。なお、上記変位セ
ンサ３６ａ，３６ｂは１８０度隔てた対称位置に配置さ
れており、例えナット３０が送りネジ軸３０の軸線に対
して多少傾いたとしても、上記２個のセンサ３６ａ，３
６ｂの検出量を平均化することによりナットの正確な軸
方向変位ｙを測定することができる。

【００２９】図４は、ボールリニアガイド等の転がり直
動案内装置の微小変位特性を測定する装置を示すもの
で、変位力発生装置３７、ロードセル４３等は、先の実
施例と同様である。なお、変位力発生装置３７におい
て、送りネジ４０とつまみ３８ａを示してある。また、
該変位力発生装置は、つまみ等の人力に限らず電気モー
タ等の他の駆動源でもよい。被測定物となるボールリニ
アガイドのモデル４９は、上下のレース５０，５１の間
に介在するボール５２又はローラ（コロ）等の転がり体
からなり、かつ一方レースの５０を固定部材５３上に固
定し、また他方のレース５１上に被駆動体（テーブル）
５５を一体固定すると共に所定予圧力を上記モデル４９
に作用する。

【００３０】そして、上記被駆動体５５の一端部をフッ
ク５６を介して前記ロードセル４３に設けられたリンク
４５に点Ｐにて連結する。また、前記被駆動体５５の他
側面に対向して非接触変位センサ４６を配置する。

【００３１】これにより、変位力発生装置３７により所
定周波数の微小力Ｆを発生し、該微小力Ｆは点Ｐから被
駆動体５５に伝達される。被駆動体５５は、固定側レー
ル５０に対して可動側レース５１がボール５２の転がる
前の状態（転がり摩擦限界値以下の微小力）にて専ら該
ボールが弾性変位することに基づき変位ｙする。そし
て、前記変位力発生装置３７から被駆動体５５に作用す
る微小力Ｆがロードセル４３により検出されると共に、
非接触変位センサ４６が被駆動体５５との間の間隔の変
化量を検出することにより、上記専らボールの弾性変形
に基づく被駆動体５５の変化を検出する。

【００３２】なお、上記実施例は、両レースの間に転が
り体５２を介在したが、該転がり体を介在せず、直接滑
り接触することにより、滑りリニアガイドのモデルを構
成して、該滑りリニアガイドの微小変位特性を測定する
ことができる。

【００３３】図５は、ボール又はローラ等の転がり軸受
の微小変位特性を測定する装置を示すもので、変位力発
生装置３７、ロードセル４３及びリンク４５等は、先の
実施例と同様である。被測定物となる転がり軸受のモデ
ル５９は、インナレース６０、アウタレース６１及び両
レースの間に介在するボール６２又はローラ（コロ）等
の転がり体からなり、かつアウタレース６１が固定部材
５３に固定されている。更に、インナレース６０には１
８０度隔てた対称位置にアーム６３，６４が外径方向に
突出して設けられており、一方のアーム６３が点Ｐによ
り前記リンク４５に連結している。また、非接触変位セ
ンサ４６が他方のアーム６４に対向する位置に設置され
ており、該センサ４６は、アーム６４の側面との間隔ｙ
を検出し得る。

【００３４】本転がり軸受用微小変位測定は、先の実施
例と同様に、変位力発生装置３７による所定周波数の微
小力Ｆが、点Ｐを介して転がり軸受５９のインナレース
６０に所定トルクＴとして作用し、該ボール等の転がり
摩擦限界値前の微小トルクに対して、固定アウタレース
６１との間で、専らボール等の転がり体が弾性変形する
ことに基づき、アーム６４が所定微小変位ｙして、該微
小変位の変化量を非接触変位センサ４６にて検出するこ
とにより変位回転角θを検知する。

【００３５】図６は、上述した測定装置による測定結果
のモデルを示すものであり、縦軸に変位力Ｆ又はトルク
Ｔをとり、横軸に変位ｙ又は変位回転角θをとる。変位
力発生装置により、まずプラス方向の変位力Ｆ（又はト
ルクＴ）を発生すると、送りネジ軸、ボールリニアガイ
ド又は転がり軸受の変位ｙ（又は変化回転角θ）は、Ｏ
点から徐々に増大して実線の曲線に示す特性で変化して
最大値Ｏ₁ となり、ついで変位力発生装置のマイナス方
向の変位力Ｆ（トルクＴ）へ変化により、変位ｙ（回転
角θ）は徐々に減少して、変位力ＦのＯ点にあっては、
変位ｙはＯ₂ 点にあり、更に変位力のマイナス域での減
少により、変位ｙは徐々に変化し、そして最小値Ｏ₃ と
なり、ついで再び変位力発生装置の変位力Ｆがプラス方
向に変化すると、Ｏ₄ 点を通り最大値Ｏ₁ 点に至るヒス
テリシスループを描く。

【００３６】上記変位力Ｆ（又はトルクＴ）は、ロード
セル４３にて検出され、また変位ｙ（又は変位回転角
θ）は、非接触変位センサ３６ａ，３６ｂ，４６にて検
出される。そして、上記ヒステリシスループにおけるＯ
₁ ，Ｏ₃ を結ぶ直線の勾配が微小変位領域でのバネ定数
となり、またヒステリシスの面積（Ｏ₁ ，Ｏ₂ ，Ｏ₃ ，
Ｏ₄ ）から粘性特性（減衰特性）が演算される。

【００３７】また、上記微小変位特性は、図６(b) に示
すように、変位力発生装置の周波数の振幅を徐々に変化
するようにして求めることが好ましい。即ち、小さい振
幅Ａ−Ａ′から、徐々に振幅Ｂ−Ｂ′，Ｃ−Ｃ′と増大
して、微小変位領域の特性を求める。図６(b) におい
て、ＡＡ′，ＢＢ′ＣＣ′との勾配がバネ定数となる。
また、Ｆ₀ ，Ｔ₀ は転がり又は滑り摩擦力（限界値）又
は摩擦トルクである。更に、周波数を変化することによ
り、超精密位置決め装置に存在するいくつかの共振点を
算出することができる。なお、Ｆ＝Ｆ₁ ｓｉｎ（２πｆ
ｔ）（ここではｆは周波数、ｔは時間）とする上記図６
(b) に示す周波数応答試験によると、周波数ｆが十分に
小さいとき、慣性力や粘性力を無視できる。即ち、移動
体３１，５５，６１の慣性力や、ボールやころ等の転が
り体５２，６２における粘性力が、微小変位特性に影響
を与えないように、変位力をゆっくり与えることが必要
である。

【００３８】ついで、図７，図８，図９に沿って、一部
変更した実施の形態について説明する。本実施の形態
は、簡単な装置で手軽に測定し得るものであって、先の
実施の形態における変位力発生装置を省いて、人の指先
７１による微妙な力加減を作用すると共に、リンクの代
りに実質的に伸びのない（伸びを無視し得る）紐７０に
よりロードセル４３と被測定物を連結したものである。

【００３９】即ち、図７は、図３に示したものと同様
に、送りネジ３９に適用した実施例を示すもので、ナッ
ト３１に紐７０の一端を固定して所定角度以上巻掛ける
と共に、該紐７０の他端をロードセル４３の一端部に連
結する。そして、該ロードセルの他端を人力Ｆにて引く
ことにより、微妙なトルクをナット３１に作用し、固定
されている送りネジ軸３０に対してナット３１を微小変
位する。該微小変位は、１８０度隔てて設置された無接
触変位センサ３６ａ，３６ｂにより軸方向変位量の変化
として検出される。

【００４０】図８は、図４に示すものと同様に、ボール
リニアガイドモデル４９に適用した実施例を示すもの
で、指先７１により引くことにより、ロードセル４３及
び紐７０を介して被駆動体（テーブル）５５に所定微小
力Ｆを作用し、かつ該力Ｆによるボールリニアガイドモ
デル４９の弾性変位を無接触変位センサ４６にて検出す
る。

【００４１】図９は、図５に示すものと同様に、転がり
軸受モデル５９に適用した実施例を示すもので、紐７０
をアーム６３の基端部に固定したものである。従って、
指先７１によりロードセル４３を引くことにより、紐７
０を介してインナレース６０に所定トルクを作用し、固
定アウタレース６１との間に微小弾性変位を生じ、該変
位を非接触変位センサに４６にて検出する。

【００４２】図１０は、図７に示す測定方法による結果
を示すもので、指先７１による微妙な力加減に基づきナ
ット３１に作用するトルクＴ［Ｎｍ］を徐々に増加す
る。すると、非接触変位センサ３６ａ，３６ｂの平均値
により求められるナットの軸方向変位量ｙ［μｍ］が徐
々に増加し、そして摩擦トルク限定値Ｔ₀ の前で上記指
先による力Ｆを減少する。

【００４３】これにより、ロードセル４３による微小ト
ルクＴと非接触変位センサ３６ａ，３６ｂによる変位ｙ
とに基づき、図１０の実線に示すような、微小変位領域
におけるプラス範囲の特性が描ける。該人力を用いる簡
易な測定装置では、紐を用いかつ微妙な指先の力加減に
よるため、マイナス範囲の特性を直接検出することはで
きないが、該マイナス範囲は、原点Ｏに対して概ね対称
になることが前述した実施の形態による測定等により解
っているので、点線で示すように、マイナス範囲及び該
マイナスからプラスへの移行部分を推定して描くことが
できる。

【００４４】図１１，図１２，図１３は、図３に示す測
定装置により実際に測定した微小変位特性の測定例を示
す。図１１は、３０度の台形ネジで、外径２０［ｍ
ｍ］、リード４［ｍｍ］の滑り送りネジ軸を用い、かつ
ナットの間に予荷重用のバネを介在しているものを測定
した結果である。図１２は、外径２０［ｍｍ］、リード
５［ｍｍ］のボールネジ軸を用い、かつボールを、標準
品より大きいもの（オーバサイズ）を用いてバックラッ
シュを除いたものを測定した結果を示す。図１３は、外
径２０［ｍｍ］、リード４［ｍｍ］のボールネジ軸を用
い、かつダブルナットの間に所定間座を介在して締め付
けて所定予荷重を作用したものを測定した結果を示す。

【００４５】なお、上記実施の形態は、測定装置及び測
定方法についてのみ説明したが、本測定装置及び測定方
法を、半導体製造装置等の超精密位置決め装置に組込ん
で、測定した微小変位特性に基づき、位置決めの装置の
駆動諸元（送り量、送り速度、周波数等）を自動的に補
正するように制御するものに適用し得ることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来から一般に用いられる送り・位置決め装置
を示す斜視図。

【図２】従来の微小変位特性を測定する装置を示す斜視
図。

【図３】送りネジに適用した本発明の実施例を示す図で
(a) は正面図、(b) はそのＢ−Ｂ矢視図。

【図４】転がり直動案内装置に適用した本発明の実施例
を示す正面図。

【図５】転がり軸受に適用した本発明の実施例を示す正
面図。

【図６】(a) は、図３〜図５に示す本発明の実施の形態
による微小変位特性を示す図、(b) は、周波数応答試験
による測定結果を示す図。

【図７】送りネジに適用した本発明の他の実施例を示す
図で(a) は正面図、(b) はその側面図。

【図８】直動案内装置に適用した本発明の他の実施例を
示す正面図。

【図９】軸受に適用した本発明の他の実施例を示す正面
図。

【図１０】図７〜図９に示す本発明の他の実施の形態に
よる微小変位特性を示す図。

【図１１】(a) は、予圧用バネを介在した滑り送りネジ
を示し、(b) は、その測定結果を示す図。

【図１２】(a) は、オーバサイズのボールを用いたボー
ルネジを示し、(b) は、その測定結果を示す図。

【図１３】(a) は、ダブルナットにより所定予圧を作用
したボールネジを示し、(b) は、その測定結果を示す
図。

【符号の説明】

３０固定部（送りネジ軸）３１移動部（ナット）３６ａ，３６ｂ非接触変位センサ３７変位力発生手段３９被測定物（送りネジ）４３変位力検出手段（ロードセル）４５連結手段（リンク）４６非接触変位センサ４９被測定物（ボールリニアガイドモデル）５０固定部（レース）５１，５５移動体（レース、被駆動体）５９被測定物（転がり軸受モデル）７０連結手段（紐）７１変位力発生手段（指先）Ｆ，Ｔ変位力（力、トルク）ｙ，θ 変位（変位角度）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F069 AA02 AA06 BB01 BB04 CC10 DD27 GG04 GG59 GG62 GG64 HH09 MM31 MM38 2G024 AA30 BA11 CA04 CA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定部材に固定される固定部及び該固定
部に対して相対的に移動し得る移動部を有する被測定物
と、前記被測定物の固定部及び移動部の間の摩擦力より小さ
い所定力を発生する変位力発生手段と、該変位力発生手段と前記被測定物の移動部とを連結する
連結手段と、該連結手段に介在し、前記変位力発生手段から前記移動
部に作用する変位力を検出する変位力検出手段と、前記移動部の変位を検出する非接触変位センサと、を備
え、前記変位力検出手段及び非接触変位センサの検出値に基
づき、前記摩擦力より小さい変位力による微小変位領域
における前記被測定物の変位特性を検出することを特徴
とする、微小変位特性測定装置。
【請求項２】前記被測定物は、前記固定部を構成する
送りネジ軸と、前記移動部を構成するナットとを有し、前記送りネジ軸に支持部材を固定し、該支持部材に所定
等角度を隔てて複数の前記非接触変位センサを配置し、これら複数の非接触変位センサの検出値の平均値により
前記ナットの軸方向変位を検出してなる、請求項１記載の微小変位特性測定装置。
【請求項３】固定部材に固定される固定部に対して相
対的に移動し得る移動部を有する被測定物の、前記固定
部と移動部との間の摩擦力より小さい変位力に基づく前
記移動部の変位を測定する微小変位特性測定方法であっ
て、前記移動部に所定変位力を付与すると共に該変位力を検
出し、前記所定変位力に基づく移動部の変位を、非接触変位セ
ンサにて測定し、前記測定した変位力及び変位に基づき、前記摩擦力より
小さい変位力による微小変位領域における前記被測定物
の変位特性を検出することを特徴とする、微小変位特性
測定方法。
【請求項４】前記移動部に、人力により加減した所定
変位力を付与すると共に、該変位力をロードセルにて検
出してなる、請求項３記載の微小変位特性測定方法。