JP2008002667A - 移動方法および移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の位置決めを高精度で安価に行う。
【解決手段】移動装置（１０）が、案内部（１４）を備えた移動装置本体（１１）と、該移動装置本体に配置されたボールネジユニット（２０）と、該ボールネジユニットを駆動する駆動手段（１２）と、前記ボールネジユニットのナット（２２）に連結されていて前記ボールネジユニットのネジ（２１）に沿って前記案内部に案内されつつ移動する移動体（２５）と、該移動体に固定された振動手段（３１、３２）とを具備する。本発明においては、前記ボールネジユニットによって前記移動体を前記ネジに沿った所望位置に位置決めするときに、前記振動手段を交互に通電して前記振動体を振動させる。前記振動手段（３１、３２）は圧電素子であるのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ワークを移動させる移動方法およびそのような方法を実施する移動装置に関する。

ボールネジユニットを備えた送り機構は広範囲に使用されている。例えば特許文献１にはボールネジユニットが組込まれた一軸テーブル送り装置が開示されている。この装置においては、ボールネジユニットのナットに連結されていてテーブルと一体的な移動体がボールネジユニットのネジに沿って移動するようになっている。
特開２００５−３２１１０６号公報

特許文献１に開示されるようなボールネジユニットが組込まれた装置においては、移動体が静止状態から移動開始するまでの間に作用する摩擦は静止摩擦であり、移動開始後に作用する摩擦は動摩擦である。そして、一般的に、静止摩擦係数は動摩擦係数よりも大きい。従って、移動体を移動させる際の摩擦抵抗も静止状態から移動終了までの間に大幅に変動することになる。このため、移動体を高精度で位置決めするのが困難になるという問題が存在していた。

このような問題を解決するために、大径のネジ、移動抵抗が変化しない静圧軸受またはリニアモータを採用することが考えられる。しかしながら、これらはいずれも高価であるので、無闇に採用できない場合も少なくない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、移動体の位置決めを高精度で行うことのできる移動方法およびそのような方法を実施する移動装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、案内部を備えた移動装置本体と、該移動装置本体に配置されたボールネジユニットと、該ボールネジユニットを駆動する駆動手段と、前記ボールネジユニットのナットに連結されていて前記ボールネジユニットのネジに沿って前記案内部に案内されつつ移動する移動体と、前記ネジの軸方向において前記移動体の両側に固定された振動手段とを具備し、前記振動手段を交互に通電して前記移動体を振動させた状態で、前記ボールネジユニットによって前記移動体を前記ネジに沿った所望位置まで移動させるようにした、移動装置が提供される。

すなわち１番目の発明においては、振動手段を交互に通電することによって、移動体が振動し、それにより、摩擦を動摩擦にした状態で移動体を移動させられる。このため、移動体の移動時には摩擦抵抗がほとんど変動しない。その結果、移動体の位置決めを安定して高精度で行うことができる。また、１番目の発明においては、高価な大径のネジなどを使用する必要性も排除でき、安価な移動装置を提供できる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記振動手段は圧電素子である。
すなわち２番目の発明においては、比較的簡易かつ安価な構成で振動手段を形成することができる。

３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記ボールネジユニットを停止させているときに、前記移動体の両側に設けられた前記振動手段のうちの一方を通電することによって前記移動体を前記ネジに沿って一方向に移動させるようにした。
すなわち３番目の発明においては、ボールネジユニットを使用することなしに、一方の振動手段の通電のみによって移動体をわずかに移動させられ、それにより、移動体の位置を微調整することができる。

４番目の発明によれば、案内部を備えた移動装置本体と、該移動装置本体に配置されたボールネジユニットと、該ボールネジユニットを駆動する駆動手段と、前記ボールネジユニットのナットに連結されていて前記ボールネジユニットのネジに沿って前記案内部に案内されつつ移動する移動体と、を具備する移動装置の前記移動体を移動させる移動方法において、前記ネジの軸方向において前記移動体の両側に固定された振動手段を交互に通電して前記移動体を振動させ、前記ボールネジユニットによって前記移動体を前記ネジに沿った所望位置まで移動させる、移動方法が提供される。

すなわち４番目の発明においては、振動手段を交互に通電することによって、移動体が振動し、それにより、摩擦を動摩擦にした状態で移動体を移動させられる。このため、移動体の移動時には摩擦抵抗がほとんど変動しない。その結果、移動体の位置決めを安定して高精度で行うことができる。また、５番目の発明においては、高価な大径のネジなどを使用する必要性も排除できる。

５番目の発明によれば、４番目の発明において、さらに、前記振動手段のうちの一方を通電し、それにより、前記移動体を前記ネジに沿って一方向に移動させるようにした。
すなわち５番目の発明においては、一方の振動手段の通電のみによって移動体をわずかに移動させられ、それにより、移動体の位置を微調整することができる。

６番目の発明によれば、５番目の発明において、通電される前記振動手段のうちの一方は、前記移動体の初期位置および前記所望位置の間の距離と前記移動体の実際の移動距離との間の差の正負符号に基づいて定められる。
すなわち６番目の発明においては、通電すべき一方の振動体を正確に定めることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく移動装置の長手方向断面図である。図１に示されるように、本発明に基づく移動装置１０は、装置本体１１の長手方向に配置されたネジ２１を含んでいる。図示されるように、ネジ２１の一端は軸受１７ａを介して装置本体１１の端部１１ａに支持されている。ネジ２１の他端は他の軸受１７ｂを介して支持されていて装置本体１１の他の端部１１ｂから突出している。

装置本体１１の他の端部１１ｂには、駆動部、例えばアクチュエータ１２が設けられている。図示されるように、連結部１５によってアクチュエータ１２の出力軸とネジ２１の他端とが連結されている。これにより、アクチュエータ１２が駆動されると、ネジ２１は回転するようになる。

装置本体１１においては、ネジ２１にナット２２がネジ２１の軸方向に移動可能に螺合されている。ナット２２には移動体２５が連結されていてナット２２と一体的に移動するようになっている。これらナット２２およびネジ２１はいわゆるボールネジユニット２０を構成している。

図２は図１の線Ａ−Ａに沿ってみた断面図である。図２に示されるように、装置本体１１には長手方向に延びるチャネル１６が形成されている。チャネル１６の幅および深さは、移動体２５の幅および高さよりも大きく、従って、移動体２５はこのチャネル１６に沿って移動することができる。

図２に示されるように、チャネル１６の側壁を形成する装置本体１１の側壁１８ａ、１８ｂのそれぞれの上端から、支持案内部１４が互いに離間する方向に突出している。これら支持案内部１４は装置本体１１の長手方向に沿って延びている。また、これら支持案内部１４のそれぞれの上面１３は互いに同一平面として形成されている。

図１および図２から分かるように、テーブル４０が装置本体１１の上面１３上に配置されている。テーブル４０の両側部のそれぞれは略Ｕ字形状に形成されており、これらＵ字形状部分４２は装置本体１１の支持案内部１４に摺動可能に係合している。テーブル４０の上面４１には、移動されるべきワーク（図示しない）が配置される。また、図面には示さないものの、ワークを支持する留め具などがテーブル４０の上面４１に設けられていてもよい。

図３は本発明に基づく移動装置の一部を拡大して示す部分拡大図であり、図４は図３の線Ｂ−Ｂに沿ってみた断面図である。図３に示されるように、テーブル４０の下面４３には凹部４５が形成されている。また、移動体２５の上面には、凹部４５に挿入される突出部２６が形成されている。図３から分かるように、突出部２６の側面２６ａ、２６ｂは、ネジ２１の軸方向に対して垂直である。

本発明においては、二つの振動体３１、３２が突出部２６の側面２６ａ、２６ｂにそれぞれ固定されている。図示されるように、これら振動体３１、３２の一部分は凹部４５の内面から突出しており、残りの部分はテーブル４０内に埋込まれている。このような構成であるために、移動体２５がネジ２１に沿って移動するときには、テーブル４０も移動体２５と一体的に移動する。

振動体３１、３２はネジ２１の軸方向に対して平行な略円筒形状である。そのような場合には、図４に示されるように振動体３１、３２の周面は凹部４５の対向する内壁に当接して配置される。

好ましい実施形態においては、これら振動体３１、３２は圧電素子である。これら圧電素子から延びるケーブルは、テーブル４０内に予め形成された通路４６を通って、テーブル４０外部に位置する制御装置（図示しない）まで接続されている。以下においては、振動体３１、３２が圧電素子であるものとして説明する。なお、図１に示されるアクチュエータ１２も図示しない制御装置に接続されているものとする。

図５は本発明に基づく移動装置の動作を説明するためのフローチャートである。以下、図５を参照しつつ、本発明の移動装置１０の動作について説明する。なお、図５に示されるフローチャートに関するプログラム１００は、図示しない制御装置のメモリなどに予め記憶されているものとする。

はじめに、ステップ１０１において、振動体３１、３２を所定の電圧で比較的高サイクルで交互に通電する。これにより、当初は静止状態にあった移動体２５がその位置で振動するようになる。移動体２５を振動させる振幅は移動装置１０の公差以下であるのが好ましい。移動体２５が振動されることによって、移動体２５に作用する摩擦は静止摩擦から動摩擦に変化する。

次いで、ステップ１０２において、アクチュエータ１２を駆動してボールネジユニット２０のネジ２１を回転させ、それにより、移動体２５をネジ２１に沿って所望の方向に移動させる。そして、所望の位置まで移動体２５を移動させた後で、移動体２５の初期位置からの実際の移動距離Ｘを算出する（ステップ１０３）。実際の移動距離Ｘはリニアスケールなどで求めてもよく、またネジ２１の回転数から算出してもよい。

次いで、ステップ１０４において、初期位置と所望の位置との間の距離Ｘ０と実際の移動距離Ｘとの間の偏差の絶対値｜Ｘ−Ｘ０｜を求め、次いで、この絶対値｜Ｘ−Ｘ０｜が所定値Ａ以下であるか否かを判定する。所定値Ａは制御装置（図示しない）のメモリなどに予め記憶された、零かまたは零よりもわずかに大きい正の数である。

本発明においては、静止摩擦から動摩擦に変化させた後で、ボールネジユニット２０によって移動体２５を移動させている。すなわち、本発明においては、摩擦を動摩擦にした状態で移動体２５を移動させられるので、移動体２５に掛かる摩擦抵抗は静止状態から移動終了までの間にほぼ一定である。それゆえ、本発明においては、移動体２５を所望の位置に高精度で位置決めすることが可能となる。

このような理由から、ステップ１０４において、絶対値｜Ｘ−Ｘ０｜が所定値Ａ以下であると判定されうる。このような場合には、移動体２５を所望の位置にほぼ位置決めできたと判断できるので、処理を終了する。

一方、何らかの理由により、ステップ１０４において絶対値｜Ｘ−Ｘ０｜が所定値Ａ以下でないと判定された場合が生じることもある。このような場合には、ステップ１０５に進んで、ボールネジユニット２０を停止させた状態で以下の処理を行う。なお、以下の処理は必ずしも必要でないことに留意されたい。

ステップ１０５においては、振動体３１、３２のうちの一方のみを通電する。具体的には、図１において移動体２５が所望の位置よりも例えば左方に位置する場合、つまり移動体２５を右方に移動させる必要がある場合には、左方の振動体３１のみを通電する。これにより、圧電素子である振動体３１のみにおいて応力変化が生じて、移動体２５がわずかな距離だけ右方に移動する。

同様に、移動体２５が所望の位置よりも右方に位置する場合、つまり移動体２５を左方に移動させる必要がある場合には、右方の振動体３２のみを通電し、それにより、移動体２５をわずかな距離だけ左方に移動させる。なお、移動体２５が所望の位置よりも左方または右方のいずれに位置するかについては、偏差（Ｘ−Ｘ０）の正負符号から判断すれば足りる。

次いで、ステップ１０６において初期位置からの移動体２５の実際の移動距離Ｘを算出した後、前述した絶対値｜Ｘ−Ｘ０｜が所定値Ａ以下であるかをステップ１０７において再び判定する。そして、絶対値｜Ｘ−Ｘ０｜が所定値Ａ以下であると判定された場合には、移動体２５が所望の位置にほぼ位置決めできたと判断できるので処理を終了する。

このように、本発明においては、一方の振動体のみを通電して移動体２５の位置を微調整できるので、ボールネジユニット２０によって移動体２５を所望の位置に位置決めできなかった場合であっても、移動体２５を所望の位置まで確実に移動させられる。

一方、絶対値｜Ｘ−Ｘ０｜が所定値Ａ以下でないと判定された場合にはステップ１０５に再び戻り、絶対値｜Ｘ−Ｘ０｜が所定値Ａ以下であると判定されるまで処理を繰返す。このとき、移動体２５の位置に応じて、はじめに通電した一方の振動体とは異なる他方の振動体が通電される場合があるのが分かるであろう。

前述したように、本発明においては、大径のネジ、静圧軸受またはリニアモータを採用する必要がなく、振動体３１、３２として圧電素子を採用すれば足りる。このため、本発明においては、比較的安価に移動体の位置決めを行うことが可能である。

また、図示しない実施形態においては、前述した所定の電圧とは異なる電圧で且つ比較的低サイクルで、振動体３１、３２を交互に通電するようにしてもよい。これにより、移動体２５を微少なストロークで往復運動させられる。このような往復運動は、移動体２５に予め取付た研磨体（図示しない）によって前記ストロークに対応する開口部を研磨するのに有利であるのが分かるであろう。

さらに、ボールネジユニット２０などを使用することなしに、振動体３１、３２を振動させることのみによって、移動体２５を移動させるようにした移動方法、およびそのような移動方法を実施する移動装置が本発明の範囲に含まれるのは明らかであろう。また、当然のことながら、ボールネジユニット２０以外のユニットによって、移動体２５を移動させるようにしてもよい。

本発明に基づく移動装置の長手方向断面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿ってみた断面図である。 本発明に基づく移動装置の一部を拡大して示す部分拡大図である。 図３の線Ｂ−Ｂに沿ってみた断面図である。 本発明に基づく移動装置の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 移動装置
１１ 装置本体
１１ａ、１１ｂ 端部
１２ アクチュエータ
１３ 上面
１４ 支持案内部
１５ 連結部
１６ チャネル
１７ａ、１７ｂ 軸受
１８ａ、１８ｂ 側壁
２０ ボールネジユニット
２１ ネジ
２２ ナット
２５ 移動体
２６ 突出部
２６ａ、２６ｂ 側面
３１、３２ 振動体
４０ テーブル
４１ 上面
４２ Ｕ字形状部分
４３ 下面
４５ 凹部

Claims (6)

1. 案内部（１４）を備えた移動装置本体（１１）と、
   該移動装置本体（１１）に配置されたボールネジユニット（２０）と、
   該ボールネジユニット（２０）を駆動する駆動手段（１２）と、
   前記ボールネジユニット（２０）のナット（２２）に連結されていて前記ボールネジユニット（２０）のネジ（２１）に沿って前記案内部（１４）に案内されつつ移動する移動体（２５）と、
   前記ネジ（２１）の軸方向において前記移動体（２５）の両側に固定された振動手段（３１、３２）とを具備し、
   前記振動手段（３１、３２）を交互に通電して前記移動体（２５）を振動させた状態で、前記ボールネジユニット（２０）によって前記移動体（２５）を前記ネジ（２１）に沿った所望位置まで移動させるようにした、移動装置。
2. 前記振動手段（３１、３２）は圧電素子である請求項１に記載の移動装置。
3. 前記ボールネジユニット（２０）を停止させているときに、前記移動体（２５）の両側に設けられた前記振動手段（３１、３２）のうちの一方を通電することによって前記移動体（２５）を前記ネジ（２１）に沿って一方向に移動させるようにした請求項１または２に記載の移動装置。
4. 案内部（１４）を備えた移動装置本体（１１）と、該移動装置本体（１１）に配置されたボールネジユニット（２０）と、該ボールネジユニット（２０）を駆動する駆動手段（１２）と、前記ボールネジユニット（２０）のナット（２２）に連結されていて前記ボールネジユニット（２０）のネジ（２１）に沿って前記案内部（１４）に案内されつつ移動する移動体（２５）と、を具備する移動装置（１０）の前記移動体（２５）を移動させる移動方法において、
   前記ネジ（２１）の軸方向において前記移動体（２５）の両側に固定された振動手段（３１、３２）を交互に通電して前記移動体（２５）を振動させ、
   前記ボールネジユニット（２０）によって前記移動体（２５）を前記ネジ（２１）に沿った所望位置まで移動させる、移動方法。
5. さらに、前記振動手段（３１、３２）のうちの一方を通電し、それにより、前記移動体（２５）を前記ネジ（２１）に沿って一方向に移動させるようにした、請求項４に記載の移動方法。
6. 通電される前記振動手段（３１、３２）のうちの一方は、前記移動体の初期位置および前記所望位置の間の距離と前記移動体の実際の移動距離との間の差の正負符号に基づいて定められる請求項５に記載の移動方法。

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