JP2004340212A - 移動体の駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体に固定した雌螺子４と、該雌螺子に螺合させた雄螺子５とを備え、雄螺子の回転により移動体を案内機構に従って直進方向へ移動させる駆動機構であって、雄螺子の単位回転当たりの移動が極微小に行えるとともに、円滑な移動体の移動が可能であり、進退が重くなったり、移動不能となったりする不都合を生じることのない駆動機構を提案する。
【解決手段】移動体が備えた円筒状装着面ａ内周に環状に遊嵌配置した多数のボール１５を介し且つ移動体側より延設した板バネ１６により支持して三次元変位が可能に且つ軸心周囲の回転を防止して装着した筒体１４を設け、この筒体の内周面に雌螺子４を刻設することにより、案内機構と雄螺子との並行性を良好に補正する如く構成した。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動体の駆動機構に関し、詳しくは、ガイドの案内によって直進方向に移動体を移動させるための駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これらの駆動機構として、移動体に固定した雌螺子に螺合させた雄螺子を回転させることにより移動体を移動させる如く構成したものが種々提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照）。
【０００３】
上記特許文献１に記載された発明は位置決め装置に関するもので、モータと、このモータを制御する制御部と、モータにより回転する雄螺子と、レールにスライド移動可能に嵌合させた被載置体を載せる載置台と、この載置台に取り付けられ、雄螺子に螺合する雌螺子とを備えており、駆動機構として、上記雄螺子を回動させることにより螺合する雌螺子部分を移動させ、以て載置台を移動させる如く構成している。
【０００４】
また、上記特許文献２に記載された発明はマイクロマニピュレータに関するもので、このマイクロマニピュレータは、直進方向に移動自在な移動体と、この移動体に取り付けられた圧電・電歪素子と、この圧電・電歪素子の先端部に取り付けられたマイクロマニピュレータ用微小器具とを備え、また、駆動機構としてボール螺子を用いた機構を採用している。
【０００５】
更に上記特許文献３に記載された発明はテーブルの位置決め機構に関するもので、この位置決め装置は、ガイドレール上に第１の移動部材及び第２の移動部材を移動可能に設け、これら第１移動部材及び第２移動部材に、一対の支持腕の一端部を回動自在に取り付けるとともに、他端部に於いてテーブルを回動自在に支持する構成とし、第１移動部材及び第２移動部材をガイドレール上に於いて移動させることで支持腕を連動変位させ、ガイドレールの軸方向及び軸方向に直行する方向にテーブルの支持位置を移動調節する如く構成している。ここに於ける各移動部材の駆動機構として、ガイドレールと同軸方向に螺子シャフトを配設し、各螺子シャフトを移動部材に固定した雌螺子に螺合させて移動可能に構成している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−９０８９１号公報（第２−３頁，図２）
【特許文献２】
特開２００３−１５７４号公報（第２−３頁，図２）
【特許文献３】
特開平６−２９４７１１号公報（第２−３頁，図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のこの種の駆動機構は、例えば特許文献１及び特許文献３に記載された如く移動体に雌螺子を有する雌螺子部材を固定して雄螺子としての螺子シャフトを単純に螺合させている。この様な構造では雌螺子の移動方向とガイドの案内方向とに微細な誤差が生じた場合に移動体の進退に少なからぬ影響があり、甚だしい場合には部分的に移動不能となる不都合が生じる場合がある。その原因として、例えば、螺子シャフトを移動する雌螺子の移動方向とガイド機構の移動方向の並行性に成形上の誤差が生じる等が挙げられる。従来は成形精度を上げる等によりこれらの不都合に対処しているが、その製造上の煩雑さ、コスト等に問題が生じる。
【０００８】
この様な状況に対応するために特許文献２に記載された如きボール螺子を用いた駆動機構を採用することが行われている。このボール螺子は、従来の雌螺子に代えて、雄螺子の螺子山間に一部を嵌合させた多数のボールを、螺旋状に且つ回動可能に多数配置した雌螺子部材を備え、この多数の螺旋状ボール群の存在により雌螺子部材に直進方向以外の微細な変位を可能な状況を与えるものであり、上記不都合を解消できるものである。
【０００９】
しかしながら、この様な構造ではボールの大きさに対応させた螺子のピッチを必要とするため螺子のピッチ，リードに多大な制限が加えられる不都合がある。この種の駆動機構を採用する装置には、その単位回転当たりの移動距離が小さければ小さい程好ましい微細移動の可能なものが要求されており、例えば０．２５ｍｍ／回転という微細リードを要求される場合があり、その様な場合にはボールの微小成形が比較的困難な状況を考慮すると従来のボール螺子には限界があった。
【００１０】
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、単位回転当たりの移動距離が極微小に行えるとともに、円滑な移動体の移動が可能であって進退が重くなったり、移動不能になったりする不都合を生じることがなく、しかも構造は特別複雑でなく容易に製造が可能な移動体の駆動機構を提案するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本請求項１発明の駆動機構は、上記課題を解決するため、移動体に固定した雌螺子と、該雌螺子に螺合させた雄螺子とを備え、雄螺子の回転により上記移動体を案内機構に従って直進方向へ移動させる駆動機構であって、上記移動体が備えた円筒状装着面内周に環状に遊嵌配置した多数のボールを介し且つ上記移動体側より延設した板バネにより支持して三次元的変位が可能に且つ軸心周囲の回転を防止して装着した筒体を設け、該筒体内周面に上記雌螺子を刻設したことを特徴とする移動体の駆動機構として構成した。
【００１２】
また、請求項２発明の駆動機構は、上記筒体が、内筒及び外筒よりなる二重筒間に上記多数のボールを環状に遊嵌配置した筒部材の内筒であり、上記装着面が、ブラケットを介して移動体に固定した上記外筒の内周面である請求項１記載の移動体の駆動機構として構成した。
【００１３】
また、請求項３発明の駆動機構は、上記筒体が、ボールベアリングの内筒と、該内筒内面に嵌合するとともに、内周面に上記雌螺子を刻設した雌螺子筒とで構成した筒体であり、上記装着面が、ブラケットを介して移動体に固定したボールベアリングの外筒内周面である請求項１記載の移動体の駆動機構として構成した。
【００１４】
また、請求項４発明の駆動機構は、上記雌螺子と雄螺子とのリードが０．１ｍｍ／回転〜０．５ｍｍ／回転である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体の駆動機構として構成した。
【００１５】
また、請求項５発明の駆動機構は、上記板バネが、上記筒体端面側方の上記移動体側に基端部を固定した並行する一対のアーチ状をなすとともに、各先端部を上記筒体端面の対向位置に嵌着固定した板バネである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体の駆動機構として構成した。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明駆動機構を備えた位置決め装置の一例を示す概略図であり、本発明の移動体の駆動機構は、図示例の如く、移動体２を案内機構３に従って直進方向へ移動させるためのものであり、移動体２に固定した雌螺子４と、該雌螺子４に螺合させた雄螺子５とを備え、雄螺子５の回転により移動体２の上記移動を行うものである。
【００１８】
移動体２の形態は種々のものが採用でき、観察用の載置物を載置するための載置台を備えたもの、或いはマイクロマニピュレータ用微小器具を備えたものなど、特に限定はない。但し、螺子のリードが例えば０．１ｍｍ／回転〜０．５ｍｍ／回転というような単位回転当たりの進行幅の極めて小さい移動に好適に使用できる。
【００１９】
また、移動体２を誘導する案内機構も種々の形態のものを採用でき、例えば、一般的なガイドレールに移動体をスライド可能に嵌合させたものや、移動体から突設した嵌合突起を凹溝にスライド可能に嵌合させることにより直進方向へ移動が可能に構成したもの等が挙げられ、その具体的形態は種々選択できる。
【００２０】
図１に於いて移動体２は支持基板６上に敷設した案内機構としてのガイドレール３ａに下面部をスライド可能に嵌合させた移動基板７を有し、この移動基板７上に載置台８を固定する。雌螺子４は移動基板７の下面より垂設したブラケット９内に設けている。また、雄螺子５は上記ガイドレール３ａと並行に設けられたシャフト１０外周に刻設されたもので、このシャフト１０をモーター１１で回転させることにより螺合する雌螺子４が移動し、ひいては移動体２が移動する如く構成している。具体的には、支持基板６前縁より立設した支持壁１２に回動可能に軸支したシャフト１０を上記ガイドレール３ａと並行に後方へ突設し、その外周の雄螺子５を上記雌螺子４と螺合させている。シャフト１０の一端は支持基板６上に固定したモーター１１とベルト１３を介して連動させている。
【００２１】
本発明では、上記雌螺子４を筒体１４の内周面に刻設している。この筒体１４は、上記移動体２に備えた円筒状装着面ａ内周に環状に遊嵌配置した多数のボール１５を介し且つ上記移動体側より延設した板バネ１６により支持して三次元変位が可能に且つ軸心周囲の回転を防止して装着している。上記円筒状装着面ａは、上記移動体２に一体に形成しても良く、或いは円筒状装着面を備えた別部材を移動体に固定しても良い。
【００２２】
上記装着面ａへの筒体１４の装着形態として具体的な一例を挙げれば、図２に示す如く、円筒状装着面ａに断面円弧状をなす第１凹溝１７を周設するとともに、円筒状の筒体１４の外周面に断面円弧状をなす第２凹溝１８を周設し、第１凹溝１７及び第２凹溝１８を対向させてその両溝間に多数のボール１５を隙間をもって環状に遊嵌配置することにより装着している。
【００２３】
上記各ボール１５は、図３（ａ）に示す如き軸心であるｘ軸に対するｙ軸及びｚ軸方向の変位を補正するラジアル隙間δ_Ｒ ［図２（ａ） ］と、ｘ軸の誤差及び図３（ｂ） に示す如きθｙ軸（ピッチ角）とθｚ軸（ヨー角）の変位を補正するアキシャル隙間δ_Ａ１，δ_Ａ２［図２（ｂ） ，（ｃ） ］とを備えており、ラジアル隙間とアキシャル隙間とで装着面ａと筒体１４とに発生する変位（雄螺子の一回転内での回転角に対する雌螺子の軸方向の進め量の差）を吸収し、ひいては雄螺子５と移動体２とに発生する変位を吸収する。
【００２４】
また、上記板バネ１６は、上記各ボールに起因する上記装着面ａに対する筒体１４の三次元的変位を許容し、且つ、軸心周囲の回転を阻止するものであり、その形態は種々採用できる。具体的一例として、筒体１４端面側方の移動体に基端部を固定した並行する一対のアーチ状をなすとともに、各先端部を上記筒体端面の対向位置に嵌着固定したものが挙げられる。
【００２５】
図４はこの位置決め装置に採用される駆動機構の一例を示し、本実施例では、上記筒体１４が、ボールベアリングＡの内筒２０と、該内筒２０内面に嵌合するとともに、内周面に上記雌螺子４を刻設した雌螺子筒２１とで構成した筒体１４であり、上記装着面ａが、ブラケット９を介して上記移動体２に固定したボールベアリングＡの外筒２２内周面として構成している。
【００２６】
更に具体的には、このボールベアリングＡは内筒２０の外周に上記した如き多数のボール１５を介して外筒２２を嵌合したものが使用でき、図示例では外筒２２外周一端部より外方へフランジ２３を突設している。また、雌螺子筒２１は先端部外周にフランジ状突部２４を突設しており、この突部２４をボールベアリング内筒２０端面に当接係止させて嵌着している。更に、上記内筒２０より突出した部分の雌螺子筒２１外周にはナット２５を螺着させている。また、この雌螺子筒２１を装着したボールベアリングＡを移動体２とは別体のブラケット９の貫通孔に、外筒２２のフランジ２３をその端面に当接係止させて嵌合している。また、ブラケット９の一端面側にはリング板状の押え部材２６をボルト２７で固定して上記フランジ２３をブラケット９との間に挟持固定している。また、上記ボルト２７により押え部材２６の表面に基端部２８を固定したバネ部材２９を設けている。このバネ部材２９は、基端部２８より一対の円弧板状をなす上記板バネ１６を延設し、各板バネ１６の先端部を筒体１４の端面（具体的には雌螺子筒２１の端面）上下に凹設した嵌合溝内にそれぞれ嵌着固定しいる。
【００２７】
図６は図１の位置決め装置に採用される駆動機構の他の一例を示すものであり、上記装着面ａは、移動体２の移動基板７下面より垂設したブラケット９を貫通して形成されている。また、筒体１４は円弧状装着面ａの径より所定幅小さい円筒状をなしており、その内周面に雌螺子４を刻設している。また、上記実施例と同様のバネ部材２９により支持されるとともに、上記図２で説明した如き構成を介して装着面ａに嵌合させている。上記バネ部材２９は、ブラケット９の端面に基端部２８をボルト２７により固定し、この基端部より延設した一対の円弧板状をなす板バネ１６の先端部を筒体１４の端面上下にそれぞれ同様に嵌着固定している。
【００２８】
図７は図１の位置決め装置に採用される駆動機構の更に他の一例を示すものであり、上記装着面ａ及び雌螺子４を、ブラケット９を介して移動体に固定した二重筒状の筒部材Ｂに形成した例を示すもので、上記筒体１４が、内筒２０ａ 及び外筒２２ａ よりなる二重筒間に上記多数のボール１５を環状に遊嵌配置した筒部材Ｂの内筒２０ａ であり、上記装着面ａが、ブラケット９を介して移動体２に固定した上記外筒２２ａ の内周面である如く構成している。
【００２９】
具体的には、筒部材Ｂは、円筒状の内筒２０ａ と円筒状の外筒２２ａ との間に上記多数のボール１５を環状に遊嵌配置しており、外筒２２ａ の外周先端より外方へフランジ２３ａ を突設している。そして、筒体１４である内筒２０ａ の内周面に上記雌螺子４を刻設している。また、この筒部材Ｂをブラケット９の貫通孔内に嵌合し、上記図４の実施例と同様に押え部材２６により挟持固定している。更に、上記実施例と同様形態のバネ部材２９を、その板バネ１６の先端が内筒２０ａ 端面の上下に同様に嵌着固定している。
【００３０】
上記の如く構成した位置決め装置は、制御装置からの信号で作動するモーター１１の回転をベルト１３を介してシャフト１０伝達し、このシャフト１０の回転により螺合している雌螺子４が可動してガイドレール３ａに沿って移動体２が移動する。この際ガイドレール３ａと移動基板７下面との嵌合による移動体２の進行方向と、シャフト１０軸心との並行性に微細なズレが生じても、筒体１４が装着面ａと相対的に適正方向に傾き或いは変位し、円滑な螺動運動が進行する。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明の駆動機構は、既述構成としたことにより、円滑な移動体の移動が可能であって、進退が重くなったり移動不能となったりする不都合を生じることがなく、しかも、回転単位当たりの移動距離が極めて微小に行えるものである。
【００３２】
また、請求項２発明の駆動機構は、上記効果に加えて組み付け操作が容器である利点を兼ね備えている。
【００３３】
また、請求項３発明の駆動機構は、上記効果に加えて既存のボールベアリングを使用できるため、ボール嵌合部分の複雑な組み付けを省略することかでき、製造時間の短縮等を図れるものである。
【００３４】
また、請求項４発明の駆動機構は、従来この種の駆動機構では不可能であった領域の微小進退動が可能である。
【００３５】
また、請求項５発明の駆動機構は、板バネの構造が簡単で、その装着も容易に行える利点を兼ね備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の駆動機構を備えた移動装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の装着表面と筒材との連繋を説明する説明図である。
【図３】本発明に於ける作用を説明するための説明補助図である。
【図４】本発明の駆動機構の一例を示す横断面図である。
【図５】同実施例の板バネ部分からの正面図である。
【図６】本発明の駆動機構の他の一例を示す横断面図である。
【図７】本発明の駆動機構の更に他の一例を示す横断面図である。
【符号の説明】
２…移動体，３…案内機構，３ａ…ガイドレール，４…雌螺子，５…雄螺子，
６…支持基板，７…移動基板，８…載置台，９…ブラケット，１０…シャフト，
１１…モーター，１２…支持壁，１３…ベルト，１４…筒体，１５…ボール，
１６…板バネ，１７…第１凹溝，１８…第２凹溝，２０，２０ａ …内筒，２１…雌螺子筒，
２２，２２ａ …外筒，２３…フランジ，２４…フランジ状突部，２５…ナット，
２６…押え部材，２７…ボルト，２８…基端部，２９…バネ部材，ａ…円筒状装着面，
Ａ…ボールベアリング，Ｂ…筒部材

Claims (5)

1. 移動体に固定した雌螺子と、該雌螺子に螺合させた雄螺子とを備え、雄螺子の回転により上記移動体を案内機構に従って直進方向へ移動させる駆動機構であって、上記移動体が備えた円筒状装着面内周に環状に遊嵌配置した多数のボールを介し且つ上記移動体側より延設した板バネにより支持して三次元的変位が可能に且つ軸心周囲の回転を防止して装着した筒体を設け、該筒体内周面に上記雌螺子を刻設したことを特徴とする移動体の駆動機構。
2. 上記筒体が、内筒及び外筒よりなる二重筒間に上記多数のボールを環状に遊嵌配置した筒部材の内筒であり、上記装着面が、ブラケットを介して移動体に固定した上記外筒の内周面である請求項１記載の移動体の駆動機構。
3. 上記筒体が、ボールベアリングの内筒と、該内筒内面に嵌合するとともに、内周面に上記雌螺子を刻設した雌螺子筒とで構成した筒体であり、上記装着面が、ブラケットを介して移動体に固定したボールベアリングの外筒内周面である請求項１記載の移動体の駆動機構。
4. 上記雌螺子と雄螺子とのリードが０．１ｍｍ／回転〜０．５ｍｍ／回転である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体の駆動機構。
5. 上記板バネが、上記筒体端面側方の上記移動体側に基端部を固定した並行する一対のアーチ状をなすとともに、各先端部を上記筒体端面の対向位置に嵌着固定した板バネである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体の駆動機構。

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