JP2000176761A - 垂直軸直動機構 - Google Patents
垂直軸直動機構Info
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- axis linear
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- Y10T409/00—Gear cutting, milling, or planing
- Y10T409/30—Milling
- Y10T409/306664—Milling including means to infeed rotary cutter toward work
- Y10T409/307728—Milling including means to infeed rotary cutter toward work including gantry-type cutter-carrier
Abstract
(57)【要約】
【課題】 テーブル面の傾斜及び位置を補正できる垂直
軸直動機構を提供する。 【解決手段】 テーブル２の周辺部に複数の電歪素子３
０が配設されている。テーブルはテーブル固定部材３に
固定されている。テーブル固定部材３はガイドピン１９
で回転が禁止されている。回転駆動機構４を構成するサ
ーボモータ４’のステータ６に電流を流し駆動すると、
ロータ７が回転する。これによりロータ７の雄ねじ９に
螺合する雌ねじ１０を有するテーブル固定部材３が上下
方向に移動する。テーブル２も上下方向に移動し、目的
位置に位置決めされる。雄ねじ９、雌ねじ１０の加工誤
差によって生じるテーブル２の傾きを電歪素子３０を駆
動することによって水平もしくは目標角度に調整する。
テーブル２の傾斜補正ができる。ネジ９，１０のピッチ
誤差の位置補正、サーボモータ４’のパルスコーダ２７
の分解能以上の精度で位置決めができる。
軸直動機構を提供する。 【解決手段】 テーブル２の周辺部に複数の電歪素子３
０が配設されている。テーブルはテーブル固定部材３に
固定されている。テーブル固定部材３はガイドピン１９
で回転が禁止されている。回転駆動機構４を構成するサ
ーボモータ４’のステータ６に電流を流し駆動すると、
ロータ７が回転する。これによりロータ７の雄ねじ９に
螺合する雌ねじ１０を有するテーブル固定部材３が上下
方向に移動する。テーブル２も上下方向に移動し、目的
位置に位置決めされる。雄ねじ９、雌ねじ１０の加工誤
差によって生じるテーブル２の傾きを電歪素子３０を駆
動することによって水平もしくは目標角度に調整する。
テーブル２の傾斜補正ができる。ネジ９，１０のピッチ
誤差の位置補正、サーボモータ４’のパルスコーダ２７
の分解能以上の精度で位置決めができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、垂直軸直動機構の
改良に関する。
改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の光学機器、電子機器などの高精
度、高集積化に伴い、それを構成する部品精度にはナノ
メータオーダも要求されている。これらの高精度の部品
を加工するための工作機械やステッパー、電子ビーム描
画装置には、非常に高分解能な精度が要求される。一般
にこれらの位置決め装置はＣＮＣ制御された回転サーボ
モータやリニアモータで制御されることが多く、上述し
た高精度の部品を加工する超精密加工機と呼ばれる工作
機械においては、特に高精度、高分解能のサーボモータ
が使用され、また、案内面に空気軸受けを利用した機械
が多い。
度、高集積化に伴い、それを構成する部品精度にはナノ
メータオーダも要求されている。これらの高精度の部品
を加工するための工作機械やステッパー、電子ビーム描
画装置には、非常に高分解能な精度が要求される。一般
にこれらの位置決め装置はＣＮＣ制御された回転サーボ
モータやリニアモータで制御されることが多く、上述し
た高精度の部品を加工する超精密加工機と呼ばれる工作
機械においては、特に高精度、高分解能のサーボモータ
が使用され、また、案内面に空気軸受けを利用した機械
が多い。
【０００３】一般に、工作機械において、マシニング形
式の加工機では、主軸側に工具が取り付けられ、それを
回転させてテーブル上のワークを切削する。この場合、
切り込み動作を行うために、テーブルに対して垂直方向
に直線移動する垂直軸が必要となる。通常はコラムなど
に固定されたガイドに可動部分のスライドがつき、主軸
ヘッドを垂直移動させている。この構造では、コラム自
体に主軸、該主軸を駆動する駆動モータ等を含めてすべ
ての荷重がかかり、かつ、コラム自体が片持ち形の構造
であることから、コラムのたわみが発生しやすく、これ
による加工精度の低下を招くことになる。このことか
ら、超精密部品を加工する超精密加工機には適していな
い。
式の加工機では、主軸側に工具が取り付けられ、それを
回転させてテーブル上のワークを切削する。この場合、
切り込み動作を行うために、テーブルに対して垂直方向
に直線移動する垂直軸が必要となる。通常はコラムなど
に固定されたガイドに可動部分のスライドがつき、主軸
ヘッドを垂直移動させている。この構造では、コラム自
体に主軸、該主軸を駆動する駆動モータ等を含めてすべ
ての荷重がかかり、かつ、コラム自体が片持ち形の構造
であることから、コラムのたわみが発生しやすく、これ
による加工精度の低下を招くことになる。このことか
ら、超精密部品を加工する超精密加工機には適していな
い。
【０００４】そこで、超精密加工機においては、工具が
取り付けた主軸側は直線移動させずに固定し、ワークを
乗せるテーブル側を垂直に移動させて切り込みを行う垂
直軸直動機構が採用されている。たとえば、大径の送り
ネジを利用し駆動モータによってダイレクトにテーブル
を垂直方向に移動させる垂直軸直動機構が、本願出願人
によって特開平１０−８６０２６号公報で提案されてい
る。この垂直軸直動機構においては、テーブル上の荷重
がそのまま送りネジ全周に亘って伝わるため、片持ちの
状態とはならず、偏奇荷重による影響が少なく微細な位
置決めができるというメリットがある。しかし、この機
構も送りネジ機構のネジとナットの加工精度に起因し
て、テーブルの移動位置によってはテーブル面が傾き、
水平に保持できないという問題がある。すなわち、テー
ブルが垂直運動を行いながら、テーブル面が振れるとい
う、一般の送り機構におけるヨーイング、ピッチングに
あたる現象がみられる。そのため、位置決め時にこの傾
いた状態が保持され加工精度の低下を招く原因となる。
取り付けた主軸側は直線移動させずに固定し、ワークを
乗せるテーブル側を垂直に移動させて切り込みを行う垂
直軸直動機構が採用されている。たとえば、大径の送り
ネジを利用し駆動モータによってダイレクトにテーブル
を垂直方向に移動させる垂直軸直動機構が、本願出願人
によって特開平１０−８６０２６号公報で提案されてい
る。この垂直軸直動機構においては、テーブル上の荷重
がそのまま送りネジ全周に亘って伝わるため、片持ちの
状態とはならず、偏奇荷重による影響が少なく微細な位
置決めができるというメリットがある。しかし、この機
構も送りネジ機構のネジとナットの加工精度に起因し
て、テーブルの移動位置によってはテーブル面が傾き、
水平に保持できないという問題がある。すなわち、テー
ブルが垂直運動を行いながら、テーブル面が振れるとい
う、一般の送り機構におけるヨーイング、ピッチングに
あたる現象がみられる。そのため、位置決め時にこの傾
いた状態が保持され加工精度の低下を招く原因となる。
【０００５】一般に工作機械において、移動スライドの
真直度は被加工物の形状精度に大きく影響する。送りネ
ジ機構を有する工作機械のスライドにおいては、案内と
なるガイド面のもつ形状精度はもちろん送りネジやナッ
トの加工精度もその運動精度に影響し、複合的な形でそ
の機械の真直度を左右する。詳述した超精密加工機にお
いては、この影響が特に顕著に現れ、超精密な仕上げ精
度を要求される被加工物に機械のもつ真直度が形状精度
としてはっきりと転写されてくるため、送りネジとナッ
トの加工精度に応じて上述したようなヨーイング、ピッ
チングが生じ、位置決め時にテーブルを水平に保持でき
ずに、加工形状精度の低下を招くという問題がある。
真直度は被加工物の形状精度に大きく影響する。送りネ
ジ機構を有する工作機械のスライドにおいては、案内と
なるガイド面のもつ形状精度はもちろん送りネジやナッ
トの加工精度もその運動精度に影響し、複合的な形でそ
の機械の真直度を左右する。詳述した超精密加工機にお
いては、この影響が特に顕著に現れ、超精密な仕上げ精
度を要求される被加工物に機械のもつ真直度が形状精度
としてはっきりと転写されてくるため、送りネジとナッ
トの加工精度に応じて上述したようなヨーイング、ピッ
チングが生じ、位置決め時にテーブルを水平に保持でき
ずに、加工形状精度の低下を招くという問題がある。
【０００６】超精密加工機においては、加工精度を向上
させるために、空気軸受けを行うものが多い。上述した
特開平１０−８６０２６号公報に記載された発明におい
ても、大径のネジによる静圧空気ネジ式のダイレクト駆
動モータを使った垂直軸直動機構である。この静圧空気
ネジを用いた送り機構においても、ネジとナットの加工
誤差や空気軸受すきまの不均一さ等により、ネジを移動
していくナットの微妙な振れが発生し、この静圧空気ネ
ジを利用した垂直軸直動機構においても、位置決め時に
テーブル面が傾斜して加工精度を悪くする原因となる。
させるために、空気軸受けを行うものが多い。上述した
特開平１０−８６０２６号公報に記載された発明におい
ても、大径のネジによる静圧空気ネジ式のダイレクト駆
動モータを使った垂直軸直動機構である。この静圧空気
ネジを用いた送り機構においても、ネジとナットの加工
誤差や空気軸受すきまの不均一さ等により、ネジを移動
していくナットの微妙な振れが発生し、この静圧空気ネ
ジを利用した垂直軸直動機構においても、位置決め時に
テーブル面が傾斜して加工精度を悪くする原因となる。
【０００７】また、送りネジ機構を使用した工作機械で
は、ネジ１回転ごとのピッチ誤差が存在する。上述した
静圧空気ネジ式の超精密加工機においても微少であるが
同様に存在する。従来は、あらかじめ測定していたピッ
チ誤差を制御装置内のメモリにピッチ誤差補正データと
して保存しておき、位置制御を行いながらピッチ誤差補
正を行う方法がとられていた。しかし、上述した垂直軸
直動機構においては、テーブルが傾斜することから、こ
の方法で補正することは困難である。
は、ネジ１回転ごとのピッチ誤差が存在する。上述した
静圧空気ネジ式の超精密加工機においても微少であるが
同様に存在する。従来は、あらかじめ測定していたピッ
チ誤差を制御装置内のメモリにピッチ誤差補正データと
して保存しておき、位置制御を行いながらピッチ誤差補
正を行う方法がとられていた。しかし、上述した垂直軸
直動機構においては、テーブルが傾斜することから、こ
の方法で補正することは困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、テーブルを垂直方向に駆動する垂直軸直動機構にお
いて、テーブル面の傾斜及び位置を補正できるようにし
た垂直軸直動機構を提供することにある。
は、テーブルを垂直方向に駆動する垂直軸直動機構にお
いて、テーブル面の傾斜及び位置を補正できるようにし
た垂直軸直動機構を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステータ及び
該ステータに対して同心的に配置されたロータを含むサ
ーボモータと、該サーボモータのロータにテーブル固定
部材を介して連結されたテーブルとを備え、前記ロータ
及び前記テーブル固定部材の各々に同心的に設けたネジ
部を互いに螺合させ、かつ、前記テーブル固定部材の回
転を禁止して前記ロータの回転を前記テーブルの軸方向
に沿う送り運動に変換させる移動方向規制手段とを備え
た垂直軸直動機構において、前記テーブルの周辺部に該
テーブル周辺部を垂直方向に移動させる微小変位素子を
配置し、前記微小変位素子を軸方向に沿って伸縮させる
ことにより、前記テーブルの面の傾斜を調整可能にし
た。
該ステータに対して同心的に配置されたロータを含むサ
ーボモータと、該サーボモータのロータにテーブル固定
部材を介して連結されたテーブルとを備え、前記ロータ
及び前記テーブル固定部材の各々に同心的に設けたネジ
部を互いに螺合させ、かつ、前記テーブル固定部材の回
転を禁止して前記ロータの回転を前記テーブルの軸方向
に沿う送り運動に変換させる移動方向規制手段とを備え
た垂直軸直動機構において、前記テーブルの周辺部に該
テーブル周辺部を垂直方向に移動させる微小変位素子を
配置し、前記微小変位素子を軸方向に沿って伸縮させる
ことにより、前記テーブルの面の傾斜を調整可能にし
た。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態の大径送
りネジによる空気軸受け式の垂直軸直動機構１につい
て、その中心軸を含む平面で割って構成の概略を示す断
面図である。この実施形態の垂直軸直動機構１は、テー
ブル２を固定するためのテーブル固定部材３と、その内
部に配備された回転駆動機構４、および、回転駆動機構
４を取り付けるためのベース５等により構成され、これ
らの部材は、図１から明らかなように、いずれも、円筒
体または円環体により形成されている。
施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態の大径送
りネジによる空気軸受け式の垂直軸直動機構１につい
て、その中心軸を含む平面で割って構成の概略を示す断
面図である。この実施形態の垂直軸直動機構１は、テー
ブル２を固定するためのテーブル固定部材３と、その内
部に配備された回転駆動機構４、および、回転駆動機構
４を取り付けるためのベース５等により構成され、これ
らの部材は、図１から明らかなように、いずれも、円筒
体または円環体により形成されている。
【００１１】回転駆動機構４は、内側にステータ６、外
側にロータ７を備えたサーボモータ４′により構成さ
れ、内側に位置する円筒状のステータ６は、円環状に形
成されたベース５の内周寄りの位置に、複数のボルト８
によってベース５に一体的に固定されている。更に、ベ
ース５上には、ステータ６の外周部を取り巻くようにし
て円筒状のロータ７が回転自在に取り付けられ、回転部
となるロータ７の外周面に雄ネジ９が設けられて、円筒
状のテーブル固定部材３の内周面に設けられた雌ネジ１
０に螺合している。
側にロータ７を備えたサーボモータ４′により構成さ
れ、内側に位置する円筒状のステータ６は、円環状に形
成されたベース５の内周寄りの位置に、複数のボルト８
によってベース５に一体的に固定されている。更に、ベ
ース５上には、ステータ６の外周部を取り巻くようにし
て円筒状のロータ７が回転自在に取り付けられ、回転部
となるロータ７の外周面に雄ネジ９が設けられて、円筒
状のテーブル固定部材３の内周面に設けられた雌ネジ１
０に螺合している。
【００１２】ステータ６，ロータ７，テーブル固定部材
３は、既に述べた通り、各々が円筒状に構成されてお
り、その各々が全て同心円上に配備されており、ロータ
７の下面とベース５との摺接面には静圧空気軸受が設け
られている。また、ステータ６の外周面にはコイルを巻
回したステータコア１１が一体的に取り付けられる一
方、ロータ７の拡径された内周面には、ロータコア１３
とマグネット１４とが組み込まれて、この拡径部の上端
部に嵌合した円環状のスペーサ１５によってロータ７に
一体的に固定されている。ステータ６の外周面とロータ
７の内周面との間には静圧空気軸受が設けられている。
３は、既に述べた通り、各々が円筒状に構成されてお
り、その各々が全て同心円上に配備されており、ロータ
７の下面とベース５との摺接面には静圧空気軸受が設け
られている。また、ステータ６の外周面にはコイルを巻
回したステータコア１１が一体的に取り付けられる一
方、ロータ７の拡径された内周面には、ロータコア１３
とマグネット１４とが組み込まれて、この拡径部の上端
部に嵌合した円環状のスペーサ１５によってロータ７に
一体的に固定されている。ステータ６の外周面とロータ
７の内周面との間には静圧空気軸受が設けられている。
【００１３】更に、ステータ６の上端面には円環状のリ
テーナ１７が複数のボルト８で一体的に固着され、リテ
ーナ１７の外周部下面とスペーサ１５との間に設けられ
た空気軸受がロータ７の軸方向の移動を禁止している。
また、ロータ７の上端面には、略Ｔ字型、または、断面
略Ｔ字型の回転体によって形成される回転検出器取付部
材２６がリテーナ１７を径方向に跨ぐようにして固着さ
れ、回転検出器取付部材２６の中央部から下方に向けて
突出する突出部２６ａの先端に、パルスコーダ２７の構
成要素となるエンコーダディスク２７ａ等が固着されて
いる。なお、２７ｂはパルスコーダ２７の構成要素とな
るフォトカプラ等を装着した基板であり、こちらはベー
ス５の中央部に直に固設されている。
テーナ１７が複数のボルト８で一体的に固着され、リテ
ーナ１７の外周部下面とスペーサ１５との間に設けられ
た空気軸受がロータ７の軸方向の移動を禁止している。
また、ロータ７の上端面には、略Ｔ字型、または、断面
略Ｔ字型の回転体によって形成される回転検出器取付部
材２６がリテーナ１７を径方向に跨ぐようにして固着さ
れ、回転検出器取付部材２６の中央部から下方に向けて
突出する突出部２６ａの先端に、パルスコーダ２７の構
成要素となるエンコーダディスク２７ａ等が固着されて
いる。なお、２７ｂはパルスコーダ２７の構成要素とな
るフォトカプラ等を装着した基板であり、こちらはベー
ス５の中央部に直に固設されている。
【００１４】円環状に形成されたベース５の外周寄りの
位置には、図１に示すように、ボルト２０でベース５に
固定されたガイドピン１９が周方向に１２０°のピッチ
で３か所に亘り立設されている。また、各ガイドピン１
９に対応するテーブル固定部材３の外周部の位置には、
各々、ガイドピン１９と嵌合する孔２１が穿設され、ベ
ース５に対するテーブル固定部材３の移動方向を規制
し、これら手段１９，２０，２１で移動方向規制手段を
構成している。各ガイドピン１９と孔２１との間には静
圧空気軸受が形成されているので、ガイドピン１９の外
周面が直に孔２１の内周面に接触することはない。
位置には、図１に示すように、ボルト２０でベース５に
固定されたガイドピン１９が周方向に１２０°のピッチ
で３か所に亘り立設されている。また、各ガイドピン１
９に対応するテーブル固定部材３の外周部の位置には、
各々、ガイドピン１９と嵌合する孔２１が穿設され、ベ
ース５に対するテーブル固定部材３の移動方向を規制
し、これら手段１９，２０，２１で移動方向規制手段を
構成している。各ガイドピン１９と孔２１との間には静
圧空気軸受が形成されているので、ガイドピン１９の外
周面が直に孔２１の内周面に接触することはない。
【００１５】以上の構成は、特開平１０−８６０２９号
公報に記載された垂直軸直動機構とほぼ同一構成である
が、本発明は、さらに、テーブル２内に電歪素子や磁歪
素子などの微小変位素子が組み込まれている点におい
て、従来の垂直軸直動機構と異なる。また、この実施形
態では微小変位素子として電歪素子を用いている。図１
に示すように、テーブル２は、テーブル２の平面を形成
する第１のテーブル部材２ａとテーブル２をテーブル固
定部材３に連結する第２のテーブル部材２ｂに分割され
ている。そして、第１のテーブル部材２ａと第２のテー
ブル部材２ｂは電歪素子３０で連結されている。そして
第２のテーブル部材２ｂはテーブル固定部材３に固定さ
れている。
公報に記載された垂直軸直動機構とほぼ同一構成である
が、本発明は、さらに、テーブル２内に電歪素子や磁歪
素子などの微小変位素子が組み込まれている点におい
て、従来の垂直軸直動機構と異なる。また、この実施形
態では微小変位素子として電歪素子を用いている。図１
に示すように、テーブル２は、テーブル２の平面を形成
する第１のテーブル部材２ａとテーブル２をテーブル固
定部材３に連結する第２のテーブル部材２ｂに分割され
ている。そして、第１のテーブル部材２ａと第２のテー
ブル部材２ｂは電歪素子３０で連結されている。そして
第２のテーブル部材２ｂはテーブル固定部材３に固定さ
れている。
【００１６】図２は、第１のテーブル部材２ａを取り外
し、電歪素子３０及び後述する力センサとしてのロード
セル３１が配置さられたテーブル部材２ｂを上方からみ
た図である。電歪素子は３０a1と３０a2、３０b1と３０
b2、３０c1と３０c2、３０d1と３０d2が各々２個１組と
なって、テーブル２の中心に対して点対称に４カ所に配
置され、合計８個の電歪素子が設けられている。また、
２個１組となった電歪素子３０a1と３０a2、３０b1と３
０b2、３０c1と３０c2、３０d1と３０d2の間には、ロー
ドセル３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが配置されてい
る。結局、このロードセルもテーブル２の中心に対して
点対称に４個配設されている。１個のロードセルと該ロ
ードセルの両側に配置に配置された２個の電歪素子によ
って後述するように１つのフィードバック制御系を形成
する。例えば、ロードセル３１ａと該ロードセル３１ａ
の両側に配置に配置された２個の電歪素子３０a1，３０
a2によってフィードバック制御系を形成している。
し、電歪素子３０及び後述する力センサとしてのロード
セル３１が配置さられたテーブル部材２ｂを上方からみ
た図である。電歪素子は３０a1と３０a2、３０b1と３０
b2、３０c1と３０c2、３０d1と３０d2が各々２個１組と
なって、テーブル２の中心に対して点対称に４カ所に配
置され、合計８個の電歪素子が設けられている。また、
２個１組となった電歪素子３０a1と３０a2、３０b1と３
０b2、３０c1と３０c2、３０d1と３０d2の間には、ロー
ドセル３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが配置されてい
る。結局、このロードセルもテーブル２の中心に対して
点対称に４個配設されている。１個のロードセルと該ロ
ードセルの両側に配置に配置された２個の電歪素子によ
って後述するように１つのフィードバック制御系を形成
する。例えば、ロードセル３１ａと該ロードセル３１ａ
の両側に配置に配置された２個の電歪素子３０a1，３０
a2によってフィードバック制御系を形成している。
【００１７】以上の構成により、サーボアンプからステ
ータコイルに電流を流してサーボモータ４’を磁励すれ
ば、ベース５に固着されたステータ６の回りをロータ７
が回転する。一方、内周面の雌ネジ１０を介してロータ
７の雄ネジ９と螺合した円筒状のテーブル固定部材３
は、ガイドピン１９によって回転を阻止されているから
上下動し、テーブル２に上下方向の送りがかけられる。
ータコイルに電流を流してサーボモータ４’を磁励すれ
ば、ベース５に固着されたステータ６の回りをロータ７
が回転する。一方、内周面の雌ネジ１０を介してロータ
７の雄ネジ９と螺合した円筒状のテーブル固定部材３
は、ガイドピン１９によって回転を阻止されているから
上下動し、テーブル２に上下方向の送りがかけられる。
【００１８】このとき、前述したように、ネジ機構のネ
ジとナットの加工精度、すなわち、ロータ７の外周面に
形成された雄ネジ９とテーブル固定部材３の内周面に設
けられた雌ネジ１０の加工精度に起因して、テーブル２
の表面が傾斜する場合が生じる。しかも、テーブル２の
移動位置によってそのテーブル２の傾き方向が異なるこ
とになる。このテーブル２の傾斜を本発明は上述した電
歪素子３０（３０a1、３０a2〜３０d1、３０d2）で補正
し基準平面と平行に保持するようにしたものである。そ
のために、図１に示すように、電歪素子３０は、垂直方
向に伸縮するよう第１、第２のテーブル部材２ａ、２ｂ
間に圧縮されて配置されている。また、ロードセル３１
は、図１に示すように第１のテーブル部材２ａ側から押
しネジ３２によってプリロードがかけられて配置されて
いる。なお、図２において、３３は電歪素子３０に電力
を供給するリード線を通す溝である。
ジとナットの加工精度、すなわち、ロータ７の外周面に
形成された雄ネジ９とテーブル固定部材３の内周面に設
けられた雌ネジ１０の加工精度に起因して、テーブル２
の表面が傾斜する場合が生じる。しかも、テーブル２の
移動位置によってそのテーブル２の傾き方向が異なるこ
とになる。このテーブル２の傾斜を本発明は上述した電
歪素子３０（３０a1、３０a2〜３０d1、３０d2）で補正
し基準平面と平行に保持するようにしたものである。そ
のために、図１に示すように、電歪素子３０は、垂直方
向に伸縮するよう第１、第２のテーブル部材２ａ、２ｂ
間に圧縮されて配置されている。また、ロードセル３１
は、図１に示すように第１のテーブル部材２ａ側から押
しネジ３２によってプリロードがかけられて配置されて
いる。なお、図２において、３３は電歪素子３０に電力
を供給するリード線を通す溝である。
【００１９】そこで、 回転駆動機構４（サーボモータ
４’）を駆動し、テーブル２を目標とする位置まで移動
させ位置決めし、 回転駆動機構４の駆動を停止した
後、テーブル２上に２つの水準器を直角に配置し、テー
ブル２の傾斜を測定し、テーブル２の傾斜が基準平面に
平行となるように電歪素子３０の伸縮度を調整する。
４’）を駆動し、テーブル２を目標とする位置まで移動
させ位置決めし、 回転駆動機構４の駆動を停止した
後、テーブル２上に２つの水準器を直角に配置し、テー
ブル２の傾斜を測定し、テーブル２の傾斜が基準平面に
平行となるように電歪素子３０の伸縮度を調整する。
【００２０】図３はこのテーブル２の傾斜測定の概略図
である。一方の水準器２９ａを例えば、図２においてロ
ードセル３１ａと３１ｃを結ぶ直線上に配置し、他方の
水準器２９ｂをロードセル３１ｂと３１ｄを結ぶ線上に
配置し、水準器２９ａが「０」すなわち水平となるよう
に、電歪素子３０a1、３０a2もしくは電歪素子３０c1、
３０c2を調整する。また、他方の水準器２９ｂが「０」
すなわち水平となるように、電歪素子３０b1、３０b2も
しくは電歪素子３０d1、３０d2を調整する。
である。一方の水準器２９ａを例えば、図２においてロ
ードセル３１ａと３１ｃを結ぶ直線上に配置し、他方の
水準器２９ｂをロードセル３１ｂと３１ｄを結ぶ線上に
配置し、水準器２９ａが「０」すなわち水平となるよう
に、電歪素子３０a1、３０a2もしくは電歪素子３０c1、
３０c2を調整する。また、他方の水準器２９ｂが「０」
すなわち水平となるように、電歪素子３０b1、３０b2も
しくは電歪素子３０d1、３０d2を調整する。
【００２１】図４は、ロードセル３１ａ〜３１ｄと電歪
素子３０a1と３０a2、３０b1と３０b2、３０c1と３０c
2、３０d1と３０d2によって各々形成されるフィードバ
ック制御系のブロック図である。電歪素子制御盤４０に
は、電歪素子に対する目標電圧を設定するボリューム３
４ａ〜３４ｄ、減算器３５ａ〜３５ｄ、一次遅れの伝達
関数を有する増幅演算器３６ａ〜３６ｄを備えている。
増幅演算器３６ａ〜３６ｄの出力はそれぞれ電歪素子駆
動アンプ３７ａ〜３７ｄを介して、それぞれ２個の電歪
素子３０a1と３０a2、３０b1と３０b2、３０c1と３０c
2、３０d1と３０d2に各々出力されている。各ロードセ
ル３１ａ〜３１ｄはそれぞれひずみアンプ３８ａ〜３８
ｄを介して、減算器３５ａ〜３５ｄに入力されている。
すなわち、ロードセル３１ａ、電歪素子３０a1と３０a
2、ボリューム３４ａ、減算器３５ａ、増幅演算器３６
ａ電歪素子駆動アンプ３７ａ，ひずみアンプ３８ａによ
って１つのフィードバック制御系を形成している。
素子３０a1と３０a2、３０b1と３０b2、３０c1と３０c
2、３０d1と３０d2によって各々形成されるフィードバ
ック制御系のブロック図である。電歪素子制御盤４０に
は、電歪素子に対する目標電圧を設定するボリューム３
４ａ〜３４ｄ、減算器３５ａ〜３５ｄ、一次遅れの伝達
関数を有する増幅演算器３６ａ〜３６ｄを備えている。
増幅演算器３６ａ〜３６ｄの出力はそれぞれ電歪素子駆
動アンプ３７ａ〜３７ｄを介して、それぞれ２個の電歪
素子３０a1と３０a2、３０b1と３０b2、３０c1と３０c
2、３０d1と３０d2に各々出力されている。各ロードセ
ル３１ａ〜３１ｄはそれぞれひずみアンプ３８ａ〜３８
ｄを介して、減算器３５ａ〜３５ｄに入力されている。
すなわち、ロードセル３１ａ、電歪素子３０a1と３０a
2、ボリューム３４ａ、減算器３５ａ、増幅演算器３６
ａ電歪素子駆動アンプ３７ａ，ひずみアンプ３８ａによ
って１つのフィードバック制御系を形成している。
【００２２】同様に、ロードセル３１ｂ、電歪素子３０
b1と３０b2、ボリューム３４ｂ、減算器３５ｂ、増幅演
算器３６ｂ、電歪素子駆動アンプ３７ｂ，ひずみアンプ
３８ｂによって、また、ロードセル３１ｃ、電歪素子３
０c1と３０c2、ボリューム３４ｃ、減算器３５ｃ、増幅
演算器３６ｃ、電歪素子駆動アンプ３７ｃ，ひずみアン
プ３８ｃによって、また、ロードセル３１ｄ、電歪素子
３０d1と３０d2、ボリューム３４ｄ、減算器３５ｄ、増
幅演算器３６ｄ、電歪素子駆動アンプ３７ｄ，ひずみア
ンプ３８ｄによってそれぞれ１つのフィードバック制御
系を形成している。
b1と３０b2、ボリューム３４ｂ、減算器３５ｂ、増幅演
算器３６ｂ、電歪素子駆動アンプ３７ｂ，ひずみアンプ
３８ｂによって、また、ロードセル３１ｃ、電歪素子３
０c1と３０c2、ボリューム３４ｃ、減算器３５ｃ、増幅
演算器３６ｃ、電歪素子駆動アンプ３７ｃ，ひずみアン
プ３８ｃによって、また、ロードセル３１ｄ、電歪素子
３０d1と３０d2、ボリューム３４ｄ、減算器３５ｄ、増
幅演算器３６ｄ、電歪素子駆動アンプ３７ｄ，ひずみア
ンプ３８ｄによってそれぞれ１つのフィードバック制御
系を形成している。
【００２３】このフィードバック制御系の動作をロード
セル３１ａの系で説明すると、水準器で測定されるテー
ブル２の傾斜に応じてボリューム３４ａが調整され、目
標電圧が減算器３５ａに入力される。減算器３５ａでは
ボリューム３４ａから入力される目標電圧からひずみア
ンプ３８ａから出力される電圧を減じて電圧偏差を求
め、この電圧偏差を増幅演算器３５ａで増幅して電歪素
子駆動アンプ３７ａを介して２つの電歪素子３０a1、３
０a2を駆動する。その結果、ボリューム３４ａで設定し
た目標電圧とひずみアンプ３８ａからの出力電圧が一致
するようにフィードバック制御がなされるから、電歪素
子３０a1、３０a2は目標電圧に応じた伸縮を行いテーブ
ル２の第１のテーブル部材２ａを駆動しテーブル面の傾
斜を変えることになる。
セル３１ａの系で説明すると、水準器で測定されるテー
ブル２の傾斜に応じてボリューム３４ａが調整され、目
標電圧が減算器３５ａに入力される。減算器３５ａでは
ボリューム３４ａから入力される目標電圧からひずみア
ンプ３８ａから出力される電圧を減じて電圧偏差を求
め、この電圧偏差を増幅演算器３５ａで増幅して電歪素
子駆動アンプ３７ａを介して２つの電歪素子３０a1、３
０a2を駆動する。その結果、ボリューム３４ａで設定し
た目標電圧とひずみアンプ３８ａからの出力電圧が一致
するようにフィードバック制御がなされるから、電歪素
子３０a1、３０a2は目標電圧に応じた伸縮を行いテーブ
ル２の第１のテーブル部材２ａを駆動しテーブル面の傾
斜を変えることになる。
【００２４】他の３つフィードバック制御系も同様の作
用を行うものであり、水準器２９ａ、２９ｂで測定した
テーブル面の傾斜に応じて各ボリューム３４ａ〜３４ｄ
を調整し、各電歪素子３０a1と３０a2、３０b1と３０b
2、３０c1と３０c2、３０d1と３０d2を伸縮させること
によって、テーブル面を基準平面と平行に調整する。
用を行うものであり、水準器２９ａ、２９ｂで測定した
テーブル面の傾斜に応じて各ボリューム３４ａ〜３４ｄ
を調整し、各電歪素子３０a1と３０a2、３０b1と３０b
2、３０c1と３０c2、３０d1と３０d2を伸縮させること
によって、テーブル面を基準平面と平行に調整する。
【００２５】以上のように、垂直直動機構４（サーボモ
ータ４’）を駆動し、目標とする位置にテーブル２を位
置決めし、この位置決め位置において、各電歪素子３０
を駆動してテーブル基準平面と平行になるように調整す
ることによって、垂直直動機構のネジ部の加工精度によ
って生じるテーブル２の傾きを補正する。
ータ４’）を駆動し、目標とする位置にテーブル２を位
置決めし、この位置決め位置において、各電歪素子３０
を駆動してテーブル基準平面と平行になるように調整す
ることによって、垂直直動機構のネジ部の加工精度によ
って生じるテーブル２の傾きを補正する。
【００２６】また、送りネジを構成する垂直直動機構４
の雄ねじ９、雌ねじ１０のピッチ誤差によって生じる位
置決め誤差、さらには、垂直直動機構４（サーボモータ
４’）に取り付けられているパルスコーダ２７の分解能
以上の精度でテーブル位置を位置決めするような場合に
は、テーブル２の傾きを上述した方法で調整し基準平面
に対して平行なテーブル面を割り出した後、レーザ干渉
計等によりテーブル上面を測定し、目標とする停止位置
からの誤差をキャンセルするような補正量を求め、ボリ
ューム３４〜３４を調整してすべての電歪素子３０a1、
３０a2〜３０d1、３０d2をこの補正量だけ変位させて、
テーブル面を平行に移動させることによって、精度の高
い目標位置に位置決めすることができる。
の雄ねじ９、雌ねじ１０のピッチ誤差によって生じる位
置決め誤差、さらには、垂直直動機構４（サーボモータ
４’）に取り付けられているパルスコーダ２７の分解能
以上の精度でテーブル位置を位置決めするような場合に
は、テーブル２の傾きを上述した方法で調整し基準平面
に対して平行なテーブル面を割り出した後、レーザ干渉
計等によりテーブル上面を測定し、目標とする停止位置
からの誤差をキャンセルするような補正量を求め、ボリ
ューム３４〜３４を調整してすべての電歪素子３０a1、
３０a2〜３０d1、３０d2をこの補正量だけ変位させて、
テーブル面を平行に移動させることによって、精度の高
い目標位置に位置決めすることができる。
【００２７】さらには、テーブル面を基準平面に対して
平行に調整するのではなく、電歪素子３０a1、３０a2〜
３０d1、３０d2の伸縮ストローク範囲内で積極的に基準
平面に対して傾斜したテーブル面を得るように調整する
もできる。
平行に調整するのではなく、電歪素子３０a1、３０a2〜
３０d1、３０d2の伸縮ストローク範囲内で積極的に基準
平面に対して傾斜したテーブル面を得るように調整する
もできる。
【００２８】図５に示すように、各電歪素子の伸縮度を
調整し、テーブル２のテーブル上面が基準水平面より所
定目標角度傾斜させ、テーブル２に取り付けられた被加
工物Ｗに対して図５に示すような傾斜溝加工を行うこと
ができる。
調整し、テーブル２のテーブル上面が基準水平面より所
定目標角度傾斜させ、テーブル２に取り付けられた被加
工物Ｗに対して図５に示すような傾斜溝加工を行うこと
ができる。
【００２９】なお、上記実施形態では、テーブル２を第
１のテーブル部材２ａと第２のテーブル部材２ｂに分割
し、この２つのテーブル部材間に電歪素子を配置するよ
うにしたが、テーブル２は分割することなく、テーブル
２とテーブル固定部材３間に電歪素子３０を配設し、電
歪素子３０を介してテーブル２とテーブル固定部材３を
連結するようにしてもよい。
１のテーブル部材２ａと第２のテーブル部材２ｂに分割
し、この２つのテーブル部材間に電歪素子を配置するよ
うにしたが、テーブル２は分割することなく、テーブル
２とテーブル固定部材３間に電歪素子３０を配設し、電
歪素子３０を介してテーブル２とテーブル固定部材３を
連結するようにしてもよい。
【００３０】また、上記実施形態では、電歪素子の駆動
制御手段としてフィードバック制御を採用しているが、
必ずしも、フィードバック制御を行う必要はなく、オー
プン制御でもよい。この場合には、ロードセル等の力セ
ンサは必要がなく、ボリューム等で設定した目標電圧を
電歪素子駆動アンプに入力して電歪素子の伸縮を制御す
るようにすればよい。
制御手段としてフィードバック制御を採用しているが、
必ずしも、フィードバック制御を行う必要はなく、オー
プン制御でもよい。この場合には、ロードセル等の力セ
ンサは必要がなく、ボリューム等で設定した目標電圧を
電歪素子駆動アンプに入力して電歪素子の伸縮を制御す
るようにすればよい。
【００３１】
【発明の効果】本発明は、垂直軸直動機構で垂直方向に
駆動されるテーブルのテーブル面の傾斜を補正して、基
準平面と平行にすることができるとともに、位置決め誤
差を補正することもできる。さらには、垂直軸直動機構
の位置検出器の分解能以上の分解能の高い精度で位置決
めをも行うことができる。これにり、加工精度を向上す
ることができる。
駆動されるテーブルのテーブル面の傾斜を補正して、基
準平面と平行にすることができるとともに、位置決め誤
差を補正することもできる。さらには、垂直軸直動機構
の位置検出器の分解能以上の分解能の高い精度で位置決
めをも行うことができる。これにり、加工精度を向上す
ることができる。
【図１】本発明の一実施形態の垂直軸直動機構の断面図
である。
である。
【図２】同実施形態における電歪素子とロードセルの配
置状態の説明図である。
置状態の説明図である。
【図３】同実施形態におけるテーブル面の傾きの補正方
法の説明図である。
法の説明図である。
【図４】同実施形態における各フィードバック制御系の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図５】同実施形態においてテーブルを傾斜させて加工
を行う傾斜溝加工の説明図である。
を行う傾斜溝加工の説明図である。
１ 垂直軸直動機構 ２ テーブル ３ テーブル固定部材 ４ 回転駆動機構 ４’ サーボモータ ５ ベース ６ ステータ ７ ロータ ９ 雄ねじ １０ 雌ねじ １９ ガイドピン ２７ パルスコーダ ３０、３０a1、３０a2〜３０d1、３０d2 電歪素子 ３１，３１ａ〜３１ｄ ロードセル
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１２月１７日（１９９９．１２．
１７）
１７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステータ及び
該ステータに対して同心的に配置されたロータを含むサ
ーボモータと、該サーボモータのロータにテーブル固定
部材を介して連結されたテーブルとを備え、前記ロータ
及び前記テーブル固定部材の各々に同心的に設けたネジ
部を互いに螺合させ、かつ、前記テーブル固定部材の回
転を禁止して前記ロータの回転を前記テーブルの軸方向
に沿う送り運動に変換させる移動方向規制手段とを備え
た工作機械の垂直軸直動機構において、前記テーブルの
周辺部と前記テーブル固定部材との間に該テーブル周辺
部を垂直方向に移動させる微小変位素子を複数個配置
し、前記微小変位素子を軸方向に沿って伸縮させること
により、前記テーブルの面の傾斜を調整可能にした。
該ステータに対して同心的に配置されたロータを含むサ
ーボモータと、該サーボモータのロータにテーブル固定
部材を介して連結されたテーブルとを備え、前記ロータ
及び前記テーブル固定部材の各々に同心的に設けたネジ
部を互いに螺合させ、かつ、前記テーブル固定部材の回
転を禁止して前記ロータの回転を前記テーブルの軸方向
に沿う送り運動に変換させる移動方向規制手段とを備え
た工作機械の垂直軸直動機構において、前記テーブルの
周辺部と前記テーブル固定部材との間に該テーブル周辺
部を垂直方向に移動させる微小変位素子を複数個配置
し、前記微小変位素子を軸方向に沿って伸縮させること
により、前記テーブルの面の傾斜を調整可能にした。
Claims (6)
- 【請求項１】 ステータ及び該ステータに対して同心的
に配置されたロータを含むサーボモータと、該サーボモ
ータのロータにテーブル固定部材を介して連結されたテ
ーブルとを備え、前記ロータ及び前記テーブル固定部材
の各々に同心的に設けたネジ部を互いに螺合させ、か
つ、前記テーブル固定部材の回転を禁止して前記ロータ
の回転を前記テーブルの軸方向に沿う送り運動に変換さ
せる移動方向規制手段とを備えた垂直軸直動機構であっ
て、 前記テーブルの周辺部に該テーブル周辺部を垂直方向に
移動させる微小変位素子を配置し、前記微小変位素子を
軸方向に沿って伸縮させることにより、前記テーブルの
面の傾斜を調整可能にしたことを特徴とする垂直軸直動
機構。 - 【請求項２】 前記微小変位素子により、任意の垂直軸
方向位置におけるテーブル面の傾斜を補正する請求項１
記載の垂直軸直動機構。 - 【請求項３】 前記微小変位素子により、テーブル面を
任意の垂直軸方向位置において平行に微小変位補正させ
る請求項１記載の垂直軸直動機構。 - 【請求項４】 前記微小変位素子により、テーブル面を
強制的に微小傾斜させ、任意の傾斜面を得る請求項１記
載の垂直軸直動機構。 - 【請求項５】 前記微小変位素子は電歪素子である請求
項１乃至４記載の内１項記載の垂直軸直動機構。 - 【請求項６】 前記垂直軸直動機構は静圧空気ネジを利
用していることを特徴とする請求項１乃至５記載の内１
項記載の垂直軸直動機構。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10368463A JP2000176761A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 垂直軸直動機構 |
| US09/456,543 US6232738B1 (en) | 1998-12-10 | 1999-12-08 | Vertical axis translation mechanism |
| DE69921276T DE69921276T2 (de) | 1998-12-10 | 1999-12-08 | Vorrichtung zur Übertragung von Bewegungen längs einer vertikalen Achse |
| EP99309885A EP1008419B1 (en) | 1998-12-10 | 1999-12-08 | Vertical axis translation mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10368463A JP2000176761A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 垂直軸直動機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000176761A true JP2000176761A (ja) | 2000-06-27 |
Family
ID=18491889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10368463A Pending JP2000176761A (ja) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | 垂直軸直動機構 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6232738B1 (ja) |
| EP (1) | EP1008419B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000176761A (ja) |
| DE (1) | DE69921276T2 (ja) |
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1998
- 1998-12-10 JP JP10368463A patent/JP2000176761A/ja active Pending
-
1999
- 1999-12-08 DE DE69921276T patent/DE69921276T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-08 EP EP99309885A patent/EP1008419B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-12-08 US US09/456,543 patent/US6232738B1/en not_active Expired - Fee Related
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