JP2000503910A - 高精度並進案内装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 機械装置の可動部材と静止部材の間を相対移動する間にミクロンに近い程度に精確な並進移動を数百ミリメートルに渡って達成する装置。該装置は、それぞれが、対向対として配設され、静止部材（１１）のレール（１０）の双方の側に側方に向くＶ形状をなす８の連続トラックからなる２つの分離した連続平行レールを主として用いている。針状ころは静止部材（１１）に相対する可動部材（１２）の動きを可能にする８の連続トラック間に位置せしめられている。レール間の間隔は、アセンブリの精度を最適化すべく最大化されている。該装置は工作機械及び制御装置及び組立装置に用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 高精度並進案内装置 技術分野 本発明は、例えば、加工機械、組立機械、検査機械等々のように、フレームに 対して移動自在な部品を備えた装置に関する。特に、本発明は、フライス盤、リ ーマ盤もしくはマシニングセンタ上の往復台、サドル、エ具ホルダ、アタッチメ ントテーブルまたはスピンドルヘッドの案内、換言すれば、高精度でゆっくりと 移動し、かつ高い機械的ストレスに抗し得なければならない工作機械のあらゆる 可動部分の案内に関する。従来技術と課題 現代の機械加工装置、組立装置、検査装置の製作にあっては、これら装置の可 動構造に対して高精度の案内システムを用いることが益々必要となってきている 。 並進もしくは線形案内システムに用いられるいくつかの公知の技術があるが、 その主たるものは次のものである。 − 位置決め精度が「スティックスリップ」現象によって制限される、換言すれ ば低移動速度で円滑さに欠けるようになる摩擦軸受； − 特に静的空気軸受については、実施するのが困難で比較的脆い高価な解決手 段である非常に高性能の静的空気軸受及び静圧軸受； − 上述の欠点を何れも持たないころ軸受。 特に、ころ軸受は、その範疇に、固定部材と可動案内部材とに固定された２つ のレールの間に転動体の保持器が備えられた方式を含む。「転動体」とは、ボー ル、ころもしくは針状ころ（ニードル）を意味する。また、この範疇は、ランナ ーと案内レールの間でボールもしくはころを再循環させて作動させるシヨートラ ンナーを具備する方式を含む。 後者の２つの場合で、特に短い長さでは不利なランナーを持つ構成では、軸受 製造者によって従来から用いられているアセンブリで達成できる性能は、約２０ ０ｍｍの移動距離、水平もしくは垂直真直度で１ないし２μｍのオーダー、かた ゆれ、ロールもしくはピッチで１ないし２秒弧の有害な案内欠陥によって制約を 受ける。例えば、通常の外丸削り用の旋盤では、このことは、工具調整と摩耗を 考慮しないで通常の工作作業が行なわれる場合、一連の数種の部材に生じうるプ ラスマイナス５μｍという理論上の製作公差に現れる。工具調整と摩耗を考慮に 入れると、プラスマイナス５μｍという範囲をしばしば越える。したがって、製 作公差は高い。 したがって、本発明の目的は、ランナーを備えた方式を用いない異なった設計 を備えた高精度並進案内方式を提供することによって、これらの不具合を解消す ることにある。発明の摘要 本発明の主たる目的は、機械の一部を並進時に高精度で案内する装置であって 、機械の可動部材と固定部材の双方の上に、相互に対向して横Ｖ状に配された連 続軸受トラック間において転動体を用いて、並進軸受を構成する装置である。 本発明に係る装置は、相互に分離せしめられた連続な平行摺動体を具備し、各 平行摺動体は、 − 一方の部材に固定され、各々が２つのV字形の連続軸受トラックからなる２ つの側面を備えたレール； − 他方の部材に固定された２つの軸受部材であって、各々が、それらに対向す るレール上の連続軸受トラックに平行な２つの連続V字状の軸受トラックからな る２の内側面を持つ軸受部材； − ２つの連続摺動体の各々において８の連続軸受トラックの間に突出する針状 ころ保持器内に配設された多数の円筒状の針状ころからなる転動体を具備する。 好ましくは、各Ｖ字の２つの分岐部は水平面に対して対称に配設されている。 装置には、針状ころに予め調節荷重をかける連続摺動体緊張システムが好適に は設けられる。 好適な実施態様では、軸受部材は凹状をなし、それぞれが可動部材の凹所の内 側壁に接触して配設されている。 同様に、各レールの２つの側面は、好ましくは、レールの内面に接触して配設 された凸状の軸受部材からなる。図面の説明 本発明とその特徴は、次に示す図面を参照しながら次の記載を読むと一層良く 理解される： − 図１は従来の装置の構成を示す断面図； − 図２は本発明に係る装置の構成を示す断面図； − そして、図３は本発明に係る装置の斜視図である。実施態様の詳細な説明 図１は先行技術に係る装置の固定部材１を通る断面を示す。この固定部材は本 装置を装備した加工盤のフレームの水平もしくは垂直部材でありうる。また、上 図は本発明に係る装置の可動部材２、すなわちフライス加工される部品が固定さ れる工作機械のテーブル、往復台の底部もしくは旋盤サドル等々を示す。 これら２つの部材の各々には、２つの軸受部材、すなわち固定部材については 凸状の軸受部材３と可動部材については凹状の軸受部材４が備えられており、凹 状の部材が一種の軸受ダクトを形成している。これらの部材は、相互に対向する ように対になっている。しかして、凸状の軸受部材３は固定部材１上でレールを 形成する上方部位１０の側面５に配設せしめられている。この部材は相互に傾斜 してV字を形成する２つの連続な軸受トラックを有している。好ましくは、このV 字形は、中央の水平面についてしばしば対称である。同様に、２つの凹状の軸受 部材４の各々は、可動部材２の側方の内面６に接触し、可動部材内の凹所７内に 開口して固定されている。各凹状軸受部材４は、２つの凸状軸受部材３上の２つ の連続な軸受トラックに対応するV形状の軸受トラックを有している。したがっ て、各連続軸受トラックは、それに面する連続な軸受トラックに平行である。 相互に対向する２つの連続な軸受トラックによって画成される空間内にころあ るいは針状ころが配される場合は、可動部材２が見かけの摩擦なしに固定部材に 対して移動するようになった連続摺動体（滑動体）が得られる。 図２に示すように、本発明に係る装置もまた固定部材１１と可動部材１２とを 具備する。動きは、図１の装置で用いられたものと同様な技術による２つのアセ ンブリによってなされる。しかしながら、２つ摺動体アセンブリ、換言すれば、 比較的かなり離間した位置に相互に平行に配設された２つの連続摺動体が用いら れる。したがって、各連続摺動体は、固定部材１１のレール１６上に横向きに固 定された２つの凹状の軸受部材１３を具備している。各連続摺動体は可動部材12 内の凹所17内の側面に配置された２つの凸状の軸受部材１４からなる軸受ダクト を有している。連続V字状の軸受トラックがこれら各軸受部材に相互に対向する 面に設けられている。 図１の固定部材１に対する可動部材２の無限に小さい不具合な動き、特に偏ゆ れが、レール６の各側面上のV字形軸受トラックの２対の間隔に対する可動部材 ２の寸法によって増幅されることが知見される。この増幅は、２つの連続で平行 な軸受摺動体を有する本発明に係る装置では起こり得ない。連続摺動体における 非常に小さい遊びによるこの理論的な偏ゆれ回動は、この種の動きを防止する第 ２の連続摺動体の存在によって防止される。したがって、２つの連続摺動体の間 の間隔は比較的大きくとらなければならず、換言すれば、部材１１と可動部材１ ２からなる摺動もしくは案内アセンブリの幅の部分を占めなければならない。２ つの連続摺動体の間隔１に対する連続摺動体の長さLの比である案内比をここで 定義する。 図３は本発明の装置の斜視図を示す。該装置は、固定部材１１上に針状ころ軸 受ダクト内に位置するころ１８を示すために長手方向に延びているレール１６を 有する。ダクト１９は連続軸受トラック２０と同じ傾斜角でV字状に傾斜してい る。 延びる針状ころ保持器、換言すれば針状ころ保持器が摺動方向に可動部材１２ の長さより長いように、多数の針状ころを備えたアセンブリを用いるのが好まし い。これは、可動部材１２の全長が、その位置にかかわらず、最大数の針状ころ １８上に常に支持されていることを意味する。 可動部材１２の外側壁２２上に調節ねじ２１が示されており、その目的は各連 続摺動体、より詳細には針状ころ１８に予荷重をかけるように設計された締付け 装置をあらわすためである。これは、各連続摺動体アセンブリにおける任意の残 存する側方遊びを補償し、種々の可動部材相互間の遊びを最適に最小化する。そ の結果、案内装置の精度が改善される。 本発明に係る装置は、数個の連続軸受トラック２０、すなわちV配置の８対の 連続軸受トラックがあるため、非常に高精度である。この点は、如何なる欠陥を も平均化しうる。 電子計算プログラムを用いれば、各部材は有限要素法で寸法化もしくはモデル 化できる。しかして、プロトタイプを用いて得た１５０ｍｍの移動距離に対して 、１ミクロン末満の（真直度が０．４μｍより小さく、偏りとピッチが０．３秒 弧より小さい）有害な欠陥を記録するためにレーザ干渉計を用いた。これらの誤 差は、対象の用途、特にこの種の高精度機械加工用の案内装置の設計において期 待される仕様に対して完全に許容できるものである。 得られる動きは、機械部材の高精度工作に期待されるように、２，３百ミクロ ンの位置決め精度と非常に低い移動速度に匹敵する可動部材の比較的遅いジャー ク自由動である。 本発明に係る装置において用いられる連続摺動体もしくは摺動部材は既知であ り市販されている。したがって、この種の装置の製作はそれほどコストが嵩むも のではない。 この種の装置は工作機械による伝統的な機械加工あるいは非常に高精度の技術 に対して用いることができることに留意されたい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．機械の可動部材（１２）と固定部材（１１）の双方の上に、対をなして相互 に対向して横V状に配された連続軸受トラック（２０）間において転動体（１８ ）を用いて、並進軸受を構成する、機械部分の並進の高精度案内装置において、 相互に分離せしめられた２つの連続な平行摺動体を具備し、各平行摺動体は、 − 一方の部材（１１）に固定され、各々が２つのV字形の連続軸受トラック（ ２０）からなる２つの側面を備えたレール（１６）； − 他方の部材（１２）に固定された２つの軸受部材（１４）であって、各々が 、それらに対向するレール上の連続軸受トラック（２０）に平行な２つの連続V 字状の軸受トラック（２０）からなる２の内側面を持つ軸受部材； − ２つの連続摺動体の各々において８の連続軸受トラック（２０）の間の突出 する針状ころ保持器内に配設された多数の円筒針状ころからなる転動体（１８） を具備することを特徴とする装置。 ２． 連続Ｖ字状の軸受トラック（２０）の傾斜が水平面に対して対称であるこ とを特徴とする請求項１記載の装置。 ３． 連続摺動体を緊張させて針状ころ（１８）に調節された荷重を予めかける システム（２１）を具備することを特徴とする請求項１記載の装置。 ４． 軸受部材（１４）が凹状をなし、それそれが可動部材の凹所（１７）の内 部側壁（１６）に隣接して配設されていることを特徴とする請求項１記載の装置 。 ５． 各レール（１０）の２つの側面が、レール（１０）の内面（１５）に接触 して配置された凸状の軸受部材（１３）からなることを特徴とする請求項１記載 の装置。