JP2003279346A - 昇降部材支持機構およびこれを用いた測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 昇降部材の移動精度を向上できる昇降部材支
持機構を提供するとともに、測定精度が向上される測定
機を提供すること。 【解決手段】 昇降部材を支持する支持軸２８に固定さ
れた自動調心玉軸受４１をスライドパッド３６に嵌合す
る。スライドパッド３６と横梁２６に固定された軸受部
材３７との間に形成されたスライド面４０にエア孔４３
を通して圧搾空気を供給して、エア膜を形成する。昇降
部材が昇降することで支持軸２８に生じる水平方向の力
Ｐｍは、スライドパッド３６がエア膜を介してスライド
面４０においてスライドすることで低減される。また、
支持軸２８の水平方向の移動により生じた角度変動は、
自動調心玉軸受４１によって吸収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、昇降部材支持機構
およびこれを用いた測定機に関する。詳しくは、上下方
向へ昇降する昇降部材を支持する昇降部材支持機構およ
びこれを用いた測定機に関する。

【０００２】

【背景技術】昇降部材を上下方向へ昇降駆動させるＺ方
向駆動機構が知られている。このような昇降部材のＺ方
向駆動機構は、例えば、測定対象物の位置および／また
は座標を測定する三次元測定機などに利用されている。
従来、Ｚ方向駆動機構は、図４に示されるように、下端
に測定子１３を有し垂直に支持されたＺ軸スピンドル１
２と、このＺ軸スピンドル１２を垂直方向にガイドする
ガイド部材２２と、Ｚ軸スピンドル１２の移動軸と平行
に設けられたボールねじ軸２２１と、Ｚ軸スピンドル１
２に設けられボールねじ軸２２１に螺合するボールねじ
ナット２２２と、ボールねじ軸２２１を回転駆動させる
駆動モータ２２３とを備えて構成されている。

【０００３】ガイド部材２２はガイド筒部２２Ａを有
し、このガイド筒部２２ＡにＺ軸スピンドル１２が上下
方向移動可能に挿通されている。ガイド筒部２２Ａの内
周にはエアベアリング２３が設けられ、Ｚ軸スピンドル
１２との間にエア膜による空気軸受けが形成されること
により、ガイド部材２２とＺ軸スピンドル１２との間の
摩擦抵抗が低減されている。ガイド部材２２には、垂直
上方に向かって立設された支柱２５が設けられている。
この支柱２５の上端には、Ｚ軸スピンドル１２の上方を
覆うように、Ｚ軸スピンドル１２の移動軸に対して垂直
な横梁２６が形成されている。ボールねじ軸２２１は、
Ｚ軸スピンドル１２の移動軸に対して平行で、かつ、一
定の間隔を隔ててガイド部材２２に設けられている。ボ
ールねじ軸２２１の上端は支柱２５の横梁２６に支持さ
れ、下端ではベルト２２４によって駆動モータ２２３と
連動されている。

【０００４】Ｚ軸スピンドル１２には、その重心近傍を
通るように支持軸２８が挿通されており、この支持軸２
８の上端は支柱の横梁２６でスラスト玉軸受３５によっ
て揺動支持されている。スラスト玉軸受３５は、支持軸
２８の軸に直交する方向の負荷を吸収するための機構
で、図５(Ａ)に示されるように、二つの平板３３Ａ，３
３Ｂに挟まれたボール３４を備える。一方の平板３３Ａ
が支持軸２８に、他方の平板３３Ｂが横梁２６に固定さ
れることにより、これらの間のボール３４を介して支持
軸２８と横梁２６とが接続されている。また、この支持
軸２８とＺ軸スピンドル１２の間には、Ｚ軸スピンドル
１２の重量に見合う押上力を発生させるエアバランス機
構が設けられているが、詳しくは省略する。図４に戻っ
て、ボールねじナット２２２は、Ｚ軸スピンドル１２の
外側面に設けらた結合部材１２１を介してＺ軸スピンド
ル１２に固定されているとともに、ボールねじ軸２２１
に螺合されている。

【０００５】このような構成において、駆動モータ２２
３を回転駆動させると、ボールねじ軸２２１が回転され
る。すると、ボールねじ軸２２１とボールねじナット２
２２との螺合によってボールねじナット２２２がボール
ねじ軸２２１に沿って移動される。このボールねじナッ
ト２２２の駆動力が結合部材１２１を介してＺ軸スピン
ドル１２に伝達されるので、Ｚ軸スピンドル１２が上下
方向に駆動される。ガイド部材２２とＺ軸スピンドル１
２との間は、エアベアリング２３によって摩擦抵抗が低
減されており、また、エアバランス機構によってＺ軸ス
ピンドル１２の重量に見合う力でバランスされているの
で、Ｚ軸スピンドル１２はなめらかに移動することが可
能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ｚ方向駆動機構には次のような問題があった。Ｚ軸スピ
ンドル１２が上下方向に移動する場合、Ｚ軸スピンドル
１２はエアベアリング２３によって軌道を拘束されて移
動する。この時、ガイド筒部２２Ａのガイド方向と支持
軸２８との方向がずれていた場合、図５(Ｂ)に示される
ように、支持軸２８には、支持軸２８に直交する方向
（水平方向）に力Ｐｍがかかる。この力Ｐｍは、Ｚ軸ス
ピンドル１２の移動精度に影響を与えるため、支持軸２
８の上端に設けられたスラスト玉軸受３５によって力Ｐ
ｍを除去する。つまり、スラスト玉軸受３５に力Ｐｍが
かかると、ボール３４が水平方向に転がり、ボール３４
の上に配置された平板３３Ａが水平方向にスライドして
力Ｐｍを除去する。

【０００７】ところが、ボール３４と平板３３Ａ，３３
Ｂとの間には、ボール３４の転がり抵抗Ｐｆが存在す
る。したがって、この転がり抵抗Ｐｆによって支持軸２
８にかかる負荷を十分に除去することができず、支持軸
２８には曲げ応力が発生し、Ｚ軸スピンドル１２の移動
精度に影響を与えるという問題があった。

【０００８】ところで、Ｚ軸スピンドル１２に駆動力を
与えるボールねじ軸２２１およびボールねじナット２２
２は、Ｚ軸スピンドル１２の移動軸から距離を隔てて配
置されている。ボールねじナット２２２の駆動力は、結
合部材１２１を介してＺ軸スピンドル１２の外側面に伝
達される。その結果、Ｚ軸スピンドル１２の重心に対し
ては、Ｚ軸スピンドル１２の移動軸とは交差する方向に
トルクが発生するため、Ｚ軸スピンドル１２の移動の垂
直性に影響が生じる。この影響は、Ｚ方向駆動機構を測
定機などに用いた場合には測定誤差に繋がる。

【０００９】そこで、本出願人は、先にＺ方向駆動機構
をＺ軸スピンドル１２の内部に備えたものを提案した。
これは、Ｚ軸スピンドル１２の上方に支持軸２８を挟み
込む一対のローラと、これらのモータを駆動するモータ
とを設け、モータでローラを回転させることにより支持
軸２８とローラとの間の摩擦でＺ軸スピンドル１２を上
下移動させるものである。これによれば、Ｚ軸スピンド
ル１２を駆動する力がＺ軸スピンドル１２の重心近傍に
接続された支持軸２８に沿ってかかるので、前述のボー
ルねじ軸２２１の駆動機構によるようなトルクが発生せ
ず、Ｚ軸スピンドル１２の垂直移動性が確保され、移動
精度が向上する。

【００１０】このような構成を有するＺ軸スピンドル１
２では、高精度な移動が可能となったため、スラスト玉
軸受３５のボール３４の転がり抵抗による精度への影響
が無視できなくなるという問題が新たに派生してきた。
また、Ｚ軸スピンドル１２の上下移動が繰り返し行われ
るうちに、ボール３４の滑りによりボール３４が移動し
て支持軸２８にあたってしまう可能性もあった。

【００１１】本発明の目的は、従来の問題を解消し、昇
降部材の移動精度を向上できる昇降部材支持機構を提供
するとともに、測定精度が向上される測定機を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の昇降部
材支持機構は、ガイド手段によってガイドされた昇降部
材を支持する昇降部材支持機構であって、前記昇降部材
の重心位置近傍で、かつ、前記ガイド手段によるガイド
方向に略平行に配置された支持軸と、この支持軸の下端
と前記昇降部材との間に形成され、支持軸方向への昇降
部材の昇降を許容しつつ、前記昇降部材の重量に見合う
押上力を発生するバランス機構と、前記支持軸の上端側
に固定され、下端側に前記支持軸に直交するスライド面
を有するスライドパッドと、このスライドパッドのスラ
イド面と対向する位置に設けられた支持部材と、前記ス
ライドパッドの前記スライド面と前記支持部材との間に
エア膜を形成する空気軸受手段とを備えていることを特
徴とする。

【００１３】このような構成によれば、昇降部材が昇降
する際に、例えばガイド手段のガイド方向と支持軸との
方向がずれていた場合でも、スライドパッドがスライド
面でスライドすることにより支持軸にかかる負荷を除去
する。スライドパッドは空気軸受手段によって形成され
たエア膜を介してスライドするので、スライドパッドと
支持部材とが摺動せず、スライド面における摩擦抵抗を
最小限に抑えることができる。したがって、支持軸にか
かる曲げ応力を低減でき、昇降部材の移動精度を向上す
ることができる。

【００１４】請求項２に記載の昇降部材支持機構は、請
求項１に記載の昇降部材支持機構において、前記支持軸
と前記スライドパッドとの間には、前記支持軸が揺動し
た際に生じる角度変動を吸収する調心機構が設けられて
いることを特徴とする。

【００１５】このような構成において、スライドパッド
がスライドして支持軸にかかる負荷を除去すると、支持
軸の他端は揺動するが、一端は昇降部材に設けられたバ
ランス機構に接続されているので、支持軸は垂直方向に
対して角度を持つこととなる。本発明では、調心機構に
より、支持軸の角度変動を調節し、支持軸と昇降部材と
の軸方向を略一致させるので、支持軸に生じる曲げ応力
を最小限に抑えることができ、昇降部材の移動精度をよ
り一層向上することができる。

【００１６】請求項３に記載の昇降部材支持機構は、請
求項１または請求項２に記載の昇降部材支持機構におい
て、前記昇降部材に設けられ前記支持軸を相挟み込む少
なくとも一対のローラと、前記ローラの少なくとも一つ
を回転させる回転駆動手段とを備えていることを特徴と
する。

【００１７】このような構成において、回転駆動手段に
よってローラの少なくとも一つが回転されると、支持軸
を挟み込みながらローラが回転される。すると、ローラ
には支持軸との摩擦力によって上方向もしくは下方向に
移動する力が生じる。ローラは昇降部材に設けられてい
るので、ローラとともに昇降部材には上方向もしくは下
方向に移動する力が生じる。よって、昇降部材がガイド
手段によってガイドされつつ上方向もしくは下方向に移
動される。本発明によれば、昇降部材を移動させる力は
ローラと支持軸との間で生じる。支持軸は昇降部材の重
心位置近傍でかつガイド手段のガイド方向と略平行に配
置されているので、昇降部材を移動させる力も同様に、
昇降部材の重心位置近傍でかつガイド手段のガイド方向
と略平行に働く。従来、昇降部材に働く力は、昇降部材
の外側面に作用していたため、昇降部材の重心位置に対
しては、ガイド手段のガイド方向と略平行に作用してい
なかった。そのため、昇降部材にはガイド方向とは交差
する力が働き、昇降部材の移動の垂直性に影響が生じる
おそれがあった。しかしながら、本発明によれば、昇降
部材に働く力は、昇降部材の重心を通る移動軸に沿って
作用するので、昇降部材はガイド手段に沿って垂直に上
下移動され、移動の垂直性が確保される。また、このよ
うな構成を有する昇降部材では、昇降部材の移動の垂直
性が確保されることで、昇降部材の移動精度が向上す
る。したがって、従来一般的に使用されていたスラスト
玉軸受による昇降部材支持機構では、ボールの転がり抵
抗による精度への影響を無視できなくなる。本発明によ
れば、支持軸にかかる負荷は、低摩擦係数を有するエア
膜を介してスライドパッドがスライドすることで除去さ
れるので、移動精度への影響を最小限に抑えることがで
きる。

【００１８】請求項４に記載の昇降部材支持機構は、請
求項１から請求項３のいずれかに記載の昇降部材支持機
構において、前記バランス機構は、エアによって前記押
上力を発生させるエアバランス機構であり、前記エアバ
ランス機構は、前記支持軸および前記昇降部材のいずれ
か一方に設けられたピストンと、前記支持軸および前記
昇降部材のいずれか他方に設けられ、かつ、内部に前記
ピストンを収納して、そのピストンに対して上下方向へ
相対往復運動可能なシリンダ室とを備え、前記シリンダ
室の前記ピストンで区画された室にエアを送り込むこと
により、前記昇降部材の重量に見合う押上力を発生する
ことを特徴とする。

【００１９】このような構成によれば、シリンダ室のエ
アを送り込まれた室とエアを送り込まれなかった室との
間に内圧の差が生じ、この内圧の差からピストンおよび
シリンダ室の内壁を押圧する力が生じる。ピストンとシ
リンダは互いに摺動可能であるが、支持軸は垂直方向に
は移動されないので、ピストンおよびシリンダ室の内壁
を押圧する力は、実質的に昇降部材に作用する。ピスト
ンで区画されたシリンダ室のうち、エアを送り込む室を
適宜選択することによって、昇降部材を重力に抗して押
し上げる方向に力を作用させることができる。このよう
に、昇降部材に押上げる力を作用させ、その重量に見合
う押上力で押し上げると、昇降部材を昇降させる駆動機
構には昇降部材の重量がかからないこととなる。例え
ば、支持軸に一対のローラとローラを回転させる回転駆
動手段とを設けてローラを支持軸に対して回転させるこ
とで昇降部材を駆動する機構では、昇降部材の重量はロ
ーラにかからないこととなる。よって、ローラで支持軸
を相挟み込んで、ローラと支持軸の摩擦力で昇降部材を
上下に移動させる際に、ローラに昇降部材の重量による
負荷がかからないので、ローラの駆動力で昇降部材の移
動を精密に制御することができる。さらに、ローラの駆
動力で昇降部材の重量を支える必要はないので、ローラ
の駆動力は小さい力でよく、動力の小さな回転駆動手段
を用いることができるので、低コスト化に繋がる。

【００２０】請求項５に記載の昇降部材支持機構は、請
求項１から請求項４のいずれかに記載の昇降部材支持機
構において、前記ガイド手段は、前記昇降部材を取り囲
んで垂直方向にガイドするガイド筒と、前記ガイド筒と
前記昇降部材との間に設けられたエアベアリング機構と
を備えていることを特徴とする。

【００２１】このような構成によれば、ガイド手段のガ
イド筒によって、昇降部材は垂直方向にガイドされるの
で、昇降部材の移動の垂直性が確保される。ガイド筒と
昇降部材との間にはエアベアリング機構が設けられてい
るので、ガイド筒と昇降部材との間の摩擦を低減するこ
とができ、昇降部材をなめらかに、且つ、軽い力で移動
させることができる。

【００２２】請求項６に記載の測定機は、請求項１から
請求項５のいずれかに記載の昇降部材支持機構を用い
て、測定対象物の位置および/または座標を測定するた
めの測定子を移動させる移動機構を構成していることを
特徴とする。

【００２３】このような構成によれば、請求項１〜５に
記載の発明の効果を利用した測定機を構成することがで
きるので、測定子の移動の垂直性を確保できる測定機と
することができる。その結果、この測定機を用いた測定
の測定精度を向上させることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる昇降部材支
持機構およびこれを用いた測定機の実施の形態を図示例
と共に説明する。図１は、本発明にかかる昇降部材支持
機構を測定機としての三次元測定機１に用いた一実施形
態である。この三次元測定機１は、測定対象物を載置す
るベース２と、測定子１３を移動させる移動機構を備え
て構成されており、この移動機構として、測定子１３を
Ｙ方向へ移動させるＹ方向駆動機構３と、測定子１３を
Ｘ方向へ移動させるＸ方向駆動機構７と、測定子１３を
Ｚ方向へ移動させるＺ方向駆動機構１１を備えている。

【００２５】ベース２は測定対象物を載置するために精
密平坦加工された上面を備える四角柱状である。説明の
ために、ベース２の上面で互いに直交する二方向をそれ
ぞれＸ方向、Ｙ方向とし、ベース２の上面に垂直な方向
をＺ方向とする。Ｙ方向駆動機構３は、ベース２上でＹ
方向に設けられたＹガイドレール４と、このＹガイドレ
ール４に沿って移動可能に設けられたＹスライダ５Ｌ
と、Ｙスライダ５Ｌと対になってベース２上をＹ方向へ
移動するＹスライダ６Ｒとを備えて構成されている。な
お、Ｙガイドレール４とＹスライダ５Ｌ、ベース２とＹ
スライダ６Ｒとの間にはエアベアリングが設けられてい
るが、説明を省略する。

【００２６】Ｘ方向駆動機構７は、Ｙスライダ５ＬとＹ
スライダ６Ｒに両端を支持された長手状のガイド部材で
あるＸビーム８と、Ｘビーム８の長手方向に沿って移動
可能に設けられた可動部材であるＸスライダ９と、Ｘス
ライダ９を移動させるＸスライダ駆動手段１０とを備え
て構成されている。Ｘビーム８は、長柱状であり、両端
がＹスライダ５ＬとＹスライダ６Ｒの上に支持され、Ｙ
方向スライド機構３がＹ方向にスライドされると、Ｘビ
ーム８もＹ方向に移動される。Ｘスライダ９は、Ｘビー
ム８に沿ってスライド可能に設けられている。Ｘスライ
ダ９とＸビーム８との間にはエアベアリングが設けられ
ているが詳細は省略する。

【００２７】Ｚ方向駆動機構１１は、図２に示されるよ
うに、昇降部材としてのＺ軸スピンドル１２と、このＺ
軸スピンドル１２を垂直方向にガイドするガイド手段と
してのガイド筒２２と、上端を揺動支持され下端にピス
トン２９を有しＺ軸スピンドル１２の重心近傍を通るよ
うにＺ軸スピンドル１２に挿通された支持軸２８と、前
記Ｚ軸スピンドル１２と支持軸２８との間に設けられた
摩擦駆動手段１４と、これらをハウジングするハウジン
グ部３２とを備えて構成されている。

【００２８】Ｚ軸スピンドル１２は、長角柱状に形成さ
れ、ガイド筒２２によって垂直方向にガイドされてい
る。Ｚ軸スピンドル１２の下端には測定対象物に接触
し、測定対象物の位置および／または座標を測定するた
めの測定子１３が設けられている。Ｚ軸スピンドル１２
の上端にはこのＺ軸スピンドル１２を上下方向に駆動さ
せるための摩擦駆動手段１４が設けられている。

【００２９】この摩擦駆動手段１４は、支持軸２８を相
挟み込む一対のローラである駆動ローラ１５および従動
ローラ１６と、駆動ローラ１５を駆動させるモータ１７
とを備えて構成されている。駆動ローラ１５と従動ロー
ラ１６は所定の押圧力で支持軸２８を挟み込み、両ロー
ラ１５、１６と支持軸２８との間で生じる摩擦力で両ロ
ーラ１５、１６が支持軸２８に対して空転しない構成と
なっている。駆動ローラ１５とモータ１７にはそれぞれ
図示しないプーリが設けられ、これらのプーリに掛け渡
されたベルト１８を介してモータ１７の動力が駆動ロー
ラ１５に伝達される。

【００３０】Ｚ軸スピンドル１２の内部には、バランス
機構としてのエアバランス機構１９が設けられている。
このエアバランス機構１９は、Ｚ軸スピンドル１２に設
けられたシリンダ室２０と、支持軸２８のピストン２９
とから構成され、シリンダ室２０の一室２０１にエア供
給されるようになっている。Ｚ軸スピンドル１２の重心
を通るようにＺ軸スピンドル１２の軸に沿ってシリンダ
室２０が設けられている。このシリンダ室２０には支持
軸２８の下端に設けられたピストン２９が摺動可能に挿
通されている。ピストン２９に区画されたシリンダ室２
０のうち、支持軸側の室２０１には、この室２０１にエ
アを供給する噴気孔２１が設けられている。エアは、シ
リンダ室２０の支持軸側の室２０１の内圧によってＺ軸
スピンドル１２の重量に見合う押上力を発生させる程度
の圧力でもって供給される。

【００３１】ガイド筒２２は、筒孔を垂直方向に向けた
状態でＸスライダ９に設けられ、Ｚ軸スピンドル１２が
このガイド筒２２に上下方向に昇降可能に挿通されてい
る。ガイド筒２２とＺ軸スピンドル１２との間にはエア
ベアリング２３が設けられている。エアベアリング２３
は、エアパッド２４がガイド筒２２の筒孔に設けられ、
このエアパッド２４からＺ軸スピンドル１２の摺動面に
エアが噴気されることによって形成されている。

【００３２】支持軸２８は、ガイド筒２２に立設された
支柱２５に上端を支持されている。支柱２５は、ガイド
筒２２から少なくともＺ軸スピンドル１２の移動量以上
の高さを有する位置に横梁２６を有し、この横梁２６と
Ｚ軸スピンドル１２の移動軸の交点に孔が設けられてい
る。この孔には支持軸２８が挿通され、この支持軸２８
の上端には、支柱２５に対して支持軸２８を揺動可能に
支持する支持軸逃げ機構４２が設けられている。また、
支持軸２８の下端には前述したようにピストン２９が設
けられ、Ｚ軸スピンドル１２のシリンダ室２０に挿通さ
れている。

【００３３】支持軸逃げ機構４２は、図３(Ａ)に示され
るように、横梁２６に固定された空気軸受手段としての
エアパッド３９と、このエアパッド３９に当接されるス
ライドパッド３６と、スライドパッド３６と支持軸２８
との間に設けられた自動調心玉軸受４１とを備える。エ
アパッド３９は、横梁２６に固定されたリング状の支持
部材としての軸受部材３７を備え、この軸受部材３７に
は、スライドパッド３６と当接される面に複数のエア孔
４３が軸受部材３７の周囲に略等間隔に形成されてい
る。これらのエア孔４３は、軸受部材３７の内部におい
て環状に合流し、外部のエア配管３８に接続されてお
り、このエア配管３８より圧搾空気を供給することによ
り、軸受部材３７とスライドパッド３６との間にエア膜
が形成されている。スライドパッド３６は、軸受部材３
７の上方に設けられたリング状部材で、支持軸２８に直
交し、軸受部材３７に当接される面がスライド可能なス
ライド面４０となっている。また、スライドパッド３６
の内周には、自動調心玉軸受４１の外周が嵌合されてい
る。自動調心玉軸受４１は、リング状の外輪がスライド
パッド３６に嵌合され、内輪が支持軸２８に固定され、
これら外輪と内輪との間に複数の玉が設けられているも
のである。外輪の軌道が球面に形成されており、その曲
率中心が支持軸２８の中心と一致しているため、内輪お
よび玉が自動調心玉軸受４１の中心の周りを自由に回転
でき、調心性を有する。

【００３４】ハウジング部３２は、ガイド筒２２から支
柱２５を覆うようにＸスライダ９に設けられている。

【００３５】このような構成からなる三次元測定機１に
おいて、測定対象物の位置および／または座標を測定す
る際には、ベース２上に測定対象物を載置し、Ｙ方向駆
動機構３、Ｘ方向駆動機構７を駆動させて測定子１３を
移動させ、測定対象物に測定子１３を接触させる。この
ときの測定子１３の位置を記録することによって、測定
対象物の位置および／または座標を測定することができ
る。

【００３６】Ｚ方向駆動機構１１を駆動させるときは、
モータ１７を回転駆動させて駆動ローラ１５を回転させ
る。すると、支持軸２８を駆動ローラ１５と従動ローラ
１６で挟み込みこんでいるので、この両ローラ１５，１
６と支持軸２８との間の摩擦力で駆動ローラ１５と従動
ローラ１６が支持軸２８に沿って移動される。駆動ロー
ラ１５と従動ローラ１６が移動されると、この両ローラ
１５，１６とともにＺ軸スピンドル１２がガイド筒２２
にガイドされつつ上下方向に昇降され、測定子１３が移
動される。

【００３７】ガイド筒２２のガイド方向と、支持軸２８
の方向とがずれている場合には、図３(Ｂ)に示されるよ
うに、Ｚ軸スピンドル１２が移動する際に支持軸２８に
直交する方向に力Ｐｍがかかる。スライド面４０に形成
されたエア膜は、低摩擦係数を有するので、スライドパ
ッド３６は力Ｐｍを受けて支持軸２８とともにスライド
面４０においてスライドし、これにより、支持軸２８に
かかる力Ｐｍを低減する。また、この時、支持軸２８が
水平方向に移動したことによって、支持軸２８は垂直方
向に対して角度を有することとなる。この場合には、自
動調心玉軸受４１の外輪および内輪が玉を介して相対的
に傾くことで、支持軸２８とＺ軸スピンドル１２との方
向を略一致させ、支持軸２８に生じた角度変動を吸収す
る。

【００３８】従って本実施形態によれば次の効果があ
る。本実施形態では、支持軸２８の上端に、スライドパ
ッド３６およびエアパッド３９によってスライド面４０
にエア膜を形成し、このエア膜を介してスライドパッド
３６をスライドさせることによって支持軸２８のずれを
除去する。エア膜は低摩擦係数を有し、従来のスラスト
玉軸受のようなボールの転がり抵抗がないので、支持軸
２８にかかる力Ｐｍをほぼ除去することができ、Ｚ軸ス
ピンドル１２の移動精度を向上することができる。ま
た、スライドパッド３６およびエアパッド３９は間にボ
ールを有しないので、スライドパッド３６が繰り返しス
ライドした場合でも、ボールが支持軸２８に当たってし
まうというような不都合がない。

【００３９】スライドパッド３６および支持軸２８の間
に自動調心玉軸受４１を設けたので、支持軸２８がスラ
イドパッド３６によってスライドしたことで生じる垂直
方向に対しての角度変動を吸収することができ、Ｚ軸ス
ピンドル１２の移動精度をより一層向上することができ
る。

【００４０】Ｚ軸スピンドル１２を移動させる力は両ロ
ーラ１５、１６と支持軸２８との間で生じる。支持軸２
８はＺ軸スピンドル１２の重心位置を通るシリンダ室２
０に挿通されているので、Ｚ軸スピンドル１２を移動さ
せる力の作用も同様に、Ｚ軸スピンドル１２の重心位置
近傍を通る軸線にそって作用する。従来、Ｚ軸スピンド
ル１２に働く力は、Ｚ軸スピンドル１２の外側面に作用
していたため、Ｚ軸スピンドル１２の重心位置に対して
は、ガイド筒２２のガイド方向と略平行に作用していな
かった。そのため、Ｚ軸スピンドル１２にはガイド方向
と交差する力が働き、Ｚ軸スピンドル１２の移動の垂直
性に影響が生じるおそれがあった。しかしながら、本実
施形態によれば、Ｚ軸スピンドル１２に働く力は、Ｚ軸
スピンドル１２の重心を通る移動軸に沿って作用するの
で、Ｚ軸スピンドル１２はガイド筒２２に沿って垂直に
上下移動され、移動の垂直性が確保される。その結果、
測定子１３の移動の垂直性も確保されるので、三次元測
定機１の測定精度が向上される。

【００４１】Ｚ軸スピンドル１２に設けられたシリンダ
室２０のピストン２９で区画された支持軸側の室２０１
には、エアが供給され、このエアはＺ軸スピンドル１２
の重量に見合う押上力を発生するので、両ローラ１５，
１６にはＺ軸スピンドル１２の重量がほとんどかからな
い。よって、両ローラ１５，１６にＺ軸スピンドル１２
の重量がかからないのでＺ軸スピンドル１２の移動を精
密に制御することができる。また、両ローラ１５，１６
の駆動力でＺ軸スピンドル１２の重量を支えなくてもよ
いので、両ローラ１５，１６の駆動力は小さくてよい。
つまり、駆動ローラ１５と従動ローラ１６が支持軸２８
を挟みこむ力は、支持軸２８と両ローラ１５，１６との
間に摩擦力を発生できる程度でよく、また、駆動力の小
さなモータ１７を使用することができるので、低コスト
化に繋がる。

【００４２】ガイド筒２２とＺ軸スピンドル１２の間に
はエアベアリング２３が設けられているので、ガイド筒
２２とＺ軸スピンドル１２との間の摩擦を低減すること
ができ、Ｚ軸スピンドル１２をなめらかに、かつ、軽い
力で移動させることができる。よって、Ｚ軸スピンドル
１２の移動を精密に制御でき、三次元測定機１の測定精
度を向上させることができる。

【００４３】支持軸２８はその上端で揺動支持されてい
るので、ガイド筒２２にガイドされたＺ軸スピンドル１
２の移動に従って、支持軸２８はその方向を柔軟に変え
ることができる。よって、支持軸２８はＺ軸スピンドル
１２の移動の垂直性に影響を与えず、Ｚ軸スピンドル１
２の移動の垂直性が確保される。その結果、測定子１３
の移動の垂直性が確保されるので、三次元測定機１の測
定精度が向上される。

【００４４】また、従来は、Ｚ軸スピンドル１２を駆動
させるために、ボールねじのボールねじ軸等を備える必
要があったので、そのためのスペースが必要であった
が、本実施形態においては、支持軸２８を両ローラ１
５、１６で挟むだけなので、Ｚ方向駆動機構１１を小型
化することができ、三次元測定機１を小型化することが
できる。さらには、Ｚ方向駆動機構１１が小型化される
ことによって、Ｘ方向駆動機構７およびＹ方向駆動機構
３の必要強度も小さくできることから、三次元測定機１
を小型化、低コスト化することができる。

【００４５】尚、本発明の昇降部材支持機構は、上記実
施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿
論である。例えば、本実施形態において、支持軸２８を
挟み込むローラは、駆動ローラ１５と従動ローラ１６の
二つであるが、ローラは三つ以上設けられていてもよい
ことはもちろんである。また、モータ１７で駆動される
ローラは一つではなく二つ以上でもよい。本実施形態に
おけるエアバランス機構１９では、Ｚ軸スピンドル１２
にシリンダ室２０が設けられ、支持軸２８にピストン２
９が設けられているが、Ｚ軸スピンドル１２にピストン
２９が設けられ、支持軸２８にシリンダ室２０が設けら
れていてもよい。

【００４６】本実施形態においては、スライドパッド３
６は自動調心玉軸受４１を介して支持軸２８に固定され
ていたが、自動調心玉軸受４１は角度変動を吸収するも
のであり、必ずしも設けなくても本発明の目的を達成で
きる。

【００４７】摩擦駆動手段１４は、支持軸２８に接続さ
れて、支持軸２８とローラ１５，１６との摩擦によって
駆動されていたが、これに限らず、図４に示されるよう
にＺ軸スピンドル１２に平行にボールねじ軸２２１を設
け、このボールねじ軸２２１に沿ってＺ軸スピンドル１
２が昇降するように構成してもよい。

【００４８】本実施形態においては、Ｚ軸スピンドル１
２の重量に見合う押上力を発生させるバランス機構とし
て、エアバランス機構１９が採用されていたが、これに
限らず、油圧など、その他の方法によって押上力を発生
させてもよい。

【００４９】本実施形態においては、昇降部材支持機構
を三次元測定機１に適用した例を示したが、本発明の昇
降部材支持機構は三次元測定機１に限られず、種々の用
途が考えられる。たとえば、一次元測定機（ハイトゲー
ジ)や二次元測定機（表面粗さ測定機)はもちろん、精密
加工を行う各種工作機械等にも適用できる。

【００５０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の昇降部材
支持機構によれば、昇降部材の移動精度を向上できる昇
降部材支持機構を提供するとともに、測定精度が向上さ
れる測定機を提供することができるという優れた効果を
奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる昇降部材支持機構
を用いた三次元測定機を示す図である。

【図２】前記実施形態において、Ｚ方向駆動機構の断面
図である。

【図３】前記実施形態において、昇降部材支持機構の拡
大図である。

【図４】従来におけるＺ方向駆動機構を示す図である。

【図５】従来における支持軸の支持機構を示す拡大図で
ある。

【符号の説明】

１ 三次元測定機(測定機) １１ Ｚ方向駆動機構 １２ Ｚ軸スピンドル（昇降部材) １３ 測定子 １９ エアバランス機構（バランス機構） ２０ シリンダ室 ２２ ガイド筒（ガイド手段) ２８ 支持軸 ２９ ピストン ３６ スライドパッド ３９ エアパッド（空気軸受手段） ４０ スライド面 ４１ 自動調心玉軸受（調心機構） ４２ 支持軸逃げ機構 ２０１ 支持軸側の室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金勝 綾子 栃木県宇都宮市下栗町2200番地 株式会社 ミツトヨ内 (72)発明者 大坪 聖一 栃木県宇都宮市下栗町2200番地 株式会社 ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2F069 AA04 AA66 GG01 MM04 MM33 RR01 3J102 AA02 AA09 BA18 CA32 EA02 EA13 GA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガイド手段によってガイドされた昇降部
   材を支持する昇降部材支持機構であって、 前記昇降部材の重心位置近傍で、かつ、前記ガイド手段
   によるガイド方向に略平行に配置された支持軸と、 この支持軸の下端と前記昇降部材との間に形成され、支
   持軸方向への昇降部材の昇降を許容しつつ、前記昇降部
   材の重量に見合う押上力を発生するバランス機構と、 前記支持軸の上端側に固定され、下端面に前記支持軸に
   直交するスライド面を有するスライドパッドと、 このスライドパッドのスライド面と対向する位置に設け
   られた支持部材と、 前記スライドパッドの前記スライド面と前記支持部材と
   の間にエア膜を形成する空気軸受手段とを備えているこ
   とを特徴とする昇降部材支持機構。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の昇降部材支持機構にお
   いて、 前記支持軸と前記スライドパッドとの間には、前記支持
   軸が揺動した際に生じる角度変動を吸収する調心機構が
   設けられていることを特徴とする昇降部材支持機構。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の昇降部
   材支持機構において、 前記昇降部材に設けられ前記支持軸を相挟み込む少なく
   とも一対のローラと、 前記ローラの少なくとも一つを回転させる回転駆動手段
   とを備えていることを特徴とする昇降部材支持機構。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
   の昇降部材支持機構において、 前記バランス機構は、エアによって前記押上力を発生さ
   せるエアバランス機構であり、 前記エアバランス機構は、前記支持軸および前記昇降部
   材のいずれか一方に設けられたピストンと、 前記支持軸および前記昇降部材のいずれか他方に設けら
   れ、かつ、内部に前記ピストンを収納して、そのピスト
   ンに対して上下方向へ相対往復運動可能なシリンダ室と
   を備え、 前記シリンダ室の前記ピストンで区画された室にエアを
   送り込むことにより、前記昇降部材の重量に見合う押上
   力を発生することを特徴とする昇降部材支持機構。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の昇降部材支持機構において、 前記ガイド手段は、前記昇降部材を取り囲んで垂直方向
   にガイドするガイド筒と、 前記ガイド筒と前記昇降部材との間に設けられたエアベ
   アリング機構とを備えていることを特徴とする昇降部材
   支持機構。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５のいずれかに記載
   の昇降部材支持機構を用いて、測定対象物の位置および
   /または座標を測定するための測定子を移動させる移動
   機構を構成していることを特徴とする測定機。