JP4101634B2 - 摩擦駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動軸を回転させることによって移動体を進退させる摩擦駆動装置に係り、特に光ディスク原盤に対してトラックピッチを正確に露光する移動体であるスライドテーブルを具備する光ディスク原盤露光装置における移動体駆動部に適用される摩擦駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスク原盤露光用のスライドテーブル装置においては、高精度送りを実現するための発明が数多くなされている（特許文献１〜３）。
【０００３】
光ディスク原盤露光用のスライドテーブル装置では、静圧軸受を介してスライドテーブルを進退自在に設けたエアスライド式のスライドテーブル装置が用いられている。スライドテーブルの駆動は、ボイスコイル型のリニアモータが一般的に用いられ、位置検出器として干渉レーザ測長器あるいはリニアスケールを使用した閉ループ制御方式が採用されている。また、半導体検査装置等の静止状態を必要とするものでは、送り方向の剛性を必要とするためスライドテーブルの駆動にボールネジなどを用いる。
【０００４】
近年の光ディスクの高密度化に伴い、より高解像の露光を実現するために従来のレーザビームから電子線などを用いた露光法が登場し、それに伴い真空環境への対応、および、より高精度な送りが必要になってきている。
【０００５】
摩擦駆動機構のツイストローラ方式は、駆動軸と従動軸との間の交差角を微小にすることにより、他の機構では得られない小さなリードを実現することが可能になり、高い位置決め分解能が期待できることから、次世代の送り機構として特許文献，非特許文献に様々な機構が提案されている。
【０００６】
例えば特許文献４に記載の発明は、軸体と、この軸体を相対的に回転および進退自在に貫通させた進退部品とを備え、進退部品として進退部品本体内に軸体に転接する樽形のローラを周方向に並べて複数個設け、これらのローラを、両端面においてボールを介して進退部品本体と予圧板との間に回転自在に支持する構成であり、進退部品本体とローラ端面との少なくとも一方、および予圧板とローラ端面との少なくとも一方が、ボールが回転自在に嵌まる円錐面状のボール支持凹部でボールの支持を行わせる構成である。また、予圧板をローラ側へ付勢すると共に円周方向に付勢する弾性体を設けることにより、耐外乱性が高く、速度むらがなく、安定送りが行え、また駆動源において停止時における静止性能の向上を図れることができる装置としている。
【０００７】
特許文献５に記載の発明は、テーブルとなるスライド体を基台に対して静圧直動軸受で静圧支持し、基台に対してスライド体をスライド自在に駆動する摩擦進退駆動装置を設けるものであり、摩擦進退駆動装置は、回転駆動される主軸と、この主軸の周りに複数設けられて各々傾き角度を持って接するローラとを備え、このローラに主軸に対する予圧を与える予圧手段を設けて、速度むらが生じることなく、安定した送りが行え、外乱にも強く、分解能の向上を図り、これにより高密度の書き込みを可能にした光ディスクマスタリング装置用のスライドテーブル装置としている。
【０００８】
特許文献６に記載の発明は、主軸と、この主軸の外周に傾き角度をもって転がり接触するローラと、主軸の回転に伴いローラと共に移動するスライド体とを備えたものであり、モータの回転は減速機で減速して主軸に伝達し、この減速機を、第１，第２の駆動側軸から摩擦車への回転伝達で減速する構成にして、回転駆動源の回転むらの影響を少なくすると共に、回転伝達系における位相ずれを少なくし、精密な位置決めを可能としている。
【０００９】
特許文献７に記載の発明は、入力駆動軸と、駆動軸外周にころがり接触し、かつ駆動軸軸線に対して微小な交差角をもって傾斜した軸線をそれぞれ有する複数個の従動軸であるローラと、前記駆動軸に対してローラを外接支持し、かつ駆動軸の回転に起因してローラが発生させる摩擦力の軸方向分力によって軸方向に移動するようにされたハウジングとを有する摩擦駆動装置において、ローラをラジアルおよびスラストの各静圧軸受を介して前記ハウジングにて保持し、ハウジングのローラ端面に面するスラスト静圧軸受面を、駆動軸とローラの各軸線とを通る線に対して線対称な２個の半円部に分割し、各半円部に別個に供給される静圧圧力を調整して前記交差角を安定して保持させる構成としている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２５１２８号公報
【特許文献２】
特開２００２−９２９７３号公報
【特許文献３】
特開２００２−２７９７００号公報
【特許文献４】
特開平８−１８４３６０号公報
【特許文献５】
特開平１１−１９５２４７号公報
【特許文献６】
特開平１１−１９５２４８号公報
【特許文献７】
特公平６−２３５９８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献４に記載の発明の場合、ローラが駆動軸心に対して等角（１２０度）に配置される構成であるため、ローラ端面を支持している固定板および対向板に各々形成される円錐面状のボール支持凹部の機械的な位置誤差のために、各ローラ軸心と駆動軸とのなす角度にばらつきを生じやすい。
【００１２】
このことは、ローラ軸芯と駆動軸とがなす角度を大きく、言い換えるとリード（軸方向に進む距離）を比較的大きく取る場合（例えば数ｍｍ）には問題とならないが、ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度を小さく、言い換えるとリードを小さく取る場合（例えば数百μｍ）に、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度にばらつきがあると、駆動軸と従動軸のローラとの間においてリード誤差によるすべりを生じ、これが閉ループ制御の外乱となるため、制御上好ましくないと共に、光ディスク原盤露光などに適用するとトラックピッチ精度などが悪くなり、露光品質上好ましくないという問題がある。
【００１３】
また、従来のツイストローラ方式の摩擦駆動装置においては、従動軸が回転するために、その支持が問題となる。滑り接触による支持では隙間の存在が不可欠であり、さらに、転がり接触による支持では転動体を真円とすることが不可能であるため、微視的に言えばローラは振動しながら回転することになり、ローラの交差角を常時安定して保持することができないという問題がある。その問題を特許文献７に記載の発明では、ローラを静圧支持することにより安定化を図るようにしているが、構成要素が高価となる。
【００１４】
また、特許文献４に記載の発明では、予圧板をローラ側へ付勢すると共に円周方向に付勢する弾性体を設ける構成としており、ローラの軸体に対する予圧量の調整は、進退部品本体に設けたネジ部を有する孔部と予圧板に設けた孔部を連通させた位置として、その連通孔部に弾性体を設けて進退部品本体に設けたネジ部のイモネジを締めることによる弾性体の圧縮変形力を利用している。このような構成の場合、ローラの軸体に対する現在予圧量を定量的に確認することができないため、適正な予圧量にするために試行錯誤が必要となり、またローラあるいは軸体の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も困難となり、部品交換時の予圧量再現性もなく組立性が悪いという問題がある。
【００１５】
特許文献５に記載の発明では、ローラに主軸に対する予圧を与える予圧手段を設けているが、基台に固定される静圧直動軸受の固定部と摩擦進退駆動装置の主軸との間に真直性に誤差がある状態で組み立てされるおそれがある。この場合、スライド体が送り方向に動作すると、予圧をかけられて固定されているだけで、剛性が最も低いローラと主軸との間において、その真直誤差を吸収することになるため、ローラの主軸に対する予圧量が移動位置と共に変化する。
【００１６】
駆動軸と１つのローラ間に働く駆動軸方向の駆動力は、駆動軸外周とローラ間の動摩擦係数をμ、予圧をＮとするとＦ＝μＮとなる。したがって、各々のローラと駆動軸外周で発生する駆動力にもばらつきを生じ、これにより、各々の駆動力にもばらつきを生じるため、各ローラの軸心と駆動軸とがなす角度のばらつきと相乗して、駆動軸と従動軸のローラとの間ですべりを生じ、これが閉ループ制御の外乱となるため制御上好ましくなく、光ディスク原盤露光などに適用する場合には、トラックピッチ精度などが悪くなり、露光品質上好ましくない。
【００１７】
本発明は、前記従来の問題が生じることなく、高精度送りを実現することができる光ディスク原盤露光装置などに適用することを可能にした摩擦駆動装置を提供することを目的にする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、駆動軸とその外周にころがり接触し、かつ前記駆動軸の軸線に対して微小な交差角をもって傾斜した軸線を有する複数個の従動軸に設けられたローラと、前記駆動軸に対して前記ローラを外接支持し、かつ前記駆動軸の回転に起因して前記ローラが発生させる摩擦力の軸方向分力によって軸方向に移動されるハウジングと、このハウジングと共に移動する移動体と、この移動体を前記駆動軸の軸線方向に案内する案内機構と、前記移動体の送り位置を検出する位置検出手段とを備えた摩擦駆動装置において、前記従動軸の一端を前記ハウジングにより支持し、かつ他端を前記ローラが前記駆動軸の外周に押圧する方向に伸縮する第１の圧電素子および前記駆動軸の外周における接線方向に押圧する方向に伸縮する第２の圧電素子を介して前記ハウジングにより支持し、さらに前記第１の圧電素子への印加電圧を制御する第１の出力手段と、送りの設定リード量に対して前記従動軸の傾き角度を算出する角度算出手段と、算出された算出角度に相当する出力電圧を第２の圧電素子に印加する第２の出力手段と、前記駆動軸を回転駆動する送り駆動モータの回転角度を検出するロータリーエンコーダにおける１回転当たりの原点検出信号および前記位置検出手段の位置検出信号に基づいて現在リード量を算出する現在リード量算出手段と、現在リード量と設定リード量を比較して前記第２の圧電素子への印加電圧を増減する電圧補正手段とを具備した角度調整手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、加工，組み付け誤差などによる機械的な位置誤差のために生じる各従動軸と駆動軸とのなす交差角度のばらつきを補正することができるようにしているため、各ローラの軸心と駆動軸とのなす角度が精密に設定され、駆動軸と各従動軸のローラ間でリード誤差によるすべりが発生せず、安定した送り制御を実現することができ、送り精度の向上を図ることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置は、従動軸を弾性体と剛体との複合材料から構成したことを特徴とし、この構成によって、従動軸とローラの角度調整，取り付けを容易かつ確実に行うことができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の摩擦駆動装置において、ローラを、該ローラの半径方向に着磁された磁石の反発力により構成するラジアル磁気軸受と、該ローラの軸線方向に着磁された磁石の反発力により構成するスラスト磁気軸受とを介して従動軸に保持したことを特徴とし、この構成によって、ローラは、ラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受を介して従動軸に非接触で保持されているため、従来のようなアンギュラ軸受などで用いられる転動体で発生する振動などがなくなり、安定したリードが行え、安定した送り制御が可能となり、送り精度をさらに向上させることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の摩擦駆動装置において、ラジアル磁気軸受およびスラスト磁気軸受を構成する磁石として希土類永久磁石を用いたことを特徴とし、この構成によって、体積の小さい磁石で大きな反発力が得られることになるため、装置を小型に構成することができると共に安価に実現できる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１，３または４記載の摩擦駆動装置において、従動軸とローラと駆動軸とハウジングとを、非磁性材料にて構成したことを特徴とし、この構成によって、磁石による他部品への吸引力を防止することができるため、押圧制御および従動軸の角度制御への外乱をなくすことができ、よって、さらに送り精度の向上を図ることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、第１の出力手段を、定電圧回路と、この定電圧回路の出力信号が入力され、かつ外部信号によりオン／オフする切換スイッチと、第１の圧電素子に設けた変形量測定手段と、前記切換スイッチの出力信号である押圧伸縮設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とし、この構成によって、ローラの駆動軸外周への押圧(予圧)動作と、各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるため、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上を図ることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、ハウジングに第１の圧電素子を押圧可能に第１の調整板を設け、前記第１の調整板と前記第１の圧電素子を介して第１の調整ネジによって従動軸における駆動軸の外周方向に押圧する位置の調整を可能にし、さらに前記ハウジングに、第２の圧電素子を押圧可能に第２の調整板を設け、前記第２の調整板と前記第２の圧電素子を介して第２の調整ネジによって、前記駆動軸の外周における接線方向に押圧する方向の前記従動軸における位置を調整可能にしたことを特徴とし、この構成によって、大きな交差角度でも角度補正動作が行えることになるため、広いリード条件範囲において安定した送り制御を実現することができ、送り構成要素としての汎用性を高くすることができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、第１の出力手段を、可変電圧回路と、この可変電圧回路の出力信号が入力され、かつ外部信号によりオン／オフする切換スイッチと、前記従動軸の弾性体の外周部に該従動軸の押圧方向における変形量を検出する変形量測定手段を設け、前記切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とし、この構成によって、ローラの駆動軸に対する押圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボをするため、適正な押圧条件に瞬時に設定することができ、ローラあるいは駆動軸の磨耗による経年変化に伴う押圧の再調整が容易であり、部品交換時の押圧量再現性も良好になるなど、組立性の向上が図ることができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、第１の出力手段を、１つのデジタル／アナログ変換器と、変形量測定手段と、前記デジタル／アナログ変換器の出力信号である押圧設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とし、この構成によって、ローラの駆動軸に対する押圧量を従動軸の変形量に置換した信号で押圧サーボをするため、適正な押圧条件に瞬時に設定することができ、ローラあるいは駆動軸の磨耗による経年変化に伴う押圧の再調整が容易であり、部品交換時の押圧量再現性も良好になるなど、組立性の向上が図ることができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、第１の出力手段を、第１の圧電素子への押圧設定信号を独立に与える複数のデジタル／アナログ変換器と、変形量測定手段と、前記複数のデジタル／アナログ変換器の出力信号である押圧設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とし、この構成によって、ローラの駆動軸に対する押圧量を従動軸の変形量に置換した信号で押圧サーボを行い、かつ各押圧手段への押圧設定値を独立に与えるようにしているため、各ローラと駆動軸の外周で発生する駆動力にばらつきが発生せず、長ストロークの駆動でも安定した送り動作が実現でき、送り制御精度および組立性の向上を図ることができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、第２の出力手段を、デジタル／アナログ変換器と、第２の圧電素子に設けた変形量測定手段と、前記デジタル／アナログ変換器の出力信号である押圧伸縮設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ動作を行うサーボ制御手段から構成したことを特徴とし、この構成によって、ローラの駆動軸外周への押圧(予圧)動作と、各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるため、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上を図ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施形態１を説明するための摩擦駆動装置の平面図、図２は実施形態１の摩擦駆動装置の右側面図、図３は実施形態１の摩擦駆動装置の一部を断面して示す縦断面図、図４は実施形態１の図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【００３１】
図２に示すように、空気圧によるサーボマウンタなどからなる除振機構（図示せず）上に設けられたベース１には、送り方向に対して直交する方向に離間して下端をベース１に固定して複数の支柱２が立設されており、各支柱２の上端には、送り方向に配置したころがり軸受（例えば球体，円筒ローラなど）３を介して移動体４が固定されている。移動体４における左側端部の下部には、出力が任意の分解能のＡ相，Ｂ相パルスから構成される光学式リニアエンコーダなどからなる位置検出手段７が設けられている。
【００３２】
本例では位置検出手段７は、送り方向の位置を計測するため受光部５とスケール６から構成しており、スケール６は取付板８を介して移動体４に固定されており、また受光部５が取付板９を介してベース１に固定されている。なお、受光部５とスケール６との取り付け構造として、受光部５を移動体４に固定し、スケール６をベース１に固定する構造にしてもよい。
【００３３】
また図３，図４に示すように、移動体４において送り方向に延出する突出部４ａの下部には、駆動軸１０が貫挿される孔部１１ａを有するハウジング１１が、固定板１２を介して固定されている。駆動軸１０の外周には、ころがり接触する複数のローラ１３（本例では３個を例示している）を、対向したころがり軸受（例えばアンギュラ軸受など）１４を介して、図４に示すように、同心状にかつ駆動軸１０の中心軸線に対して円周方向に等角に配設している。各ローラ１３は、図３，図５に示すように、弾性体（例えばりん青銅棒など）１５ａと剛体１５ｂの複合材料からなる従動軸１６に保持されている。
【００３４】
従動軸１６の一端部（図３における右側端部）は、図４に示すように、ハウジング１１内において、ローラ１３が駆動軸１０の外周を押圧する方向に伸縮する複数（本例では３つを例示している）の第１の圧電素子１７と、ローラ１３を駆動軸１０の外周接線方向に押圧する方向に伸縮する複数（本例では３つを例示している）の第２の圧電素子１８とを介してハウジング１１に固定されている。
【００３５】
図３に示すように、駆動軸１０の右側端部は段付になっており、第１段１０ａの外周がころがり軸受２０の内周部に嵌合している。すなわち、第１段１０ａの外周は、ベース１に固定されかつ上部に段付の貫通孔１9ａが設けられた軸受ハウジング１９における貫通孔１9ａに同心状にその外輪を固定した一対のころがり軸受（例えばアンギュラ軸受など）２０の内周部に嵌合している。ころがり軸受２０の内周部と駆動軸１０に設けたネジ部とは軸受止め２１にて固定されている。
【００３６】
さらに、駆動軸１０の第２段１０ｂは、軸受ハウジング１９の右側円筒孔部に固定され、かつロータリーエンコーダ（例えば、その出力が一周を数千等分割したＡ相，Ｂ相パルスと一周に１回発生するＺ相パルスから構成される）２２を備えた送り駆動モータ２３の駆動軸に対して、カップリング（例えばオルダム式など）２４により連結されている。
【００３７】
一方、駆動軸１０における左側端部の段付部１０ｃの外周は、ベース１に固定された軸受ハウジング２５の上部に設けられた貫通孔２５ａに、同心状に固定されたころがり軸受（例えば深溝玉軸受など）２６の内輪に嵌合しており、ころがり軸受２６の外輪は軸心方向に移動可能な構成になっている。
【００３８】
前記構成の実施形態１において、第１の圧電素子１７と、第２の圧電素子１８の端末リード線（図示せず）から、適当な通電電圧を第２の圧電素子１８，第１の圧電素子１７の順に印加すると、図５の点線に示すように、ある角度θで交差した状態でローラ１３の外周と駆動軸１０の外周がころがり接触する。この状態で送り駆動モータ２３の端末（図示せず）から通電すれば、ローラ１３の外周と駆動軸１０の外周の接触点は螺旋状に移動して、移動体４が送り方向に移動自在となる。このとき従動軸１６自体は回転せず、ころがり軸受１４の外輪が回転する外輪回転となる。
【００３９】
また、駆動軸１０が１回転当たりに移動体４を移動させる移動量Ｌ（リード量）は、駆動軸１０の外形寸法をＤとすれば下式（数１）で表すことができる。
【００４０】
【数１】
Ｌ＝π・Ｄ・ｓｉｎθ≒π・Ｄ・θ
θ＝ｓｉｎ-1｛Ｌ／（π・Ｄ）｝
例えばＤ＝３０ｍｍとした場合の交差角度とリード量Ｌとの関係は、図６の両対数グラフに示すように線形となる。
【００４１】
次に，実施形態１の従動軸１６における角度調整を行うための制御系について図７のブロック図を参照して説明する。
【００４２】
割り込み用信号としてロータリーエンコーダ２２の一周に１回発生するＺ相パルス信号２８と送り位置を検出する位置検出手段７のＡ相パルス信号２９とが入力されるＣＰＵ（中央演算処理部）３０には、動作プログラムが書き込まれたＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）３１とデータを記憶するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）３２と、Ｚ相パルス信号２８の立ち上がりをトリガー信号として位置検出手段７のＡ相パルス信号２９のパルス数をカウントするカウンタ（例えば同期型カウンタ）３３とが接続されている。
【００４３】
さらにＣＰＵ３０は、固定の定電圧を出力する定電圧回路３４の出力信号をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ３５の駆動信号を出力し、このスイッチ３５を介して各第１の圧電素子１７にそれぞれ接続された駆動アンプ３６に信号出力する。前記定電圧回路３４とスイッチ３５と駆動アンプ３６にて第１の出力手段３７を構成している。さらにＣＰＵ３０にはリード量データＬとその設定許容誤差データεを入力するデータ入力部３８が接続されている。
【００４４】
また、ＣＰＵ３０の出力信号は、デジタルデータをアナログ信号に変換するデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３９を介して各第２の圧電素子１８にそれぞれ接続された駆動アンプ４０に出力される。ここで、前記Ｄ／Ａ変換器３９と駆動アンプ４０にて第２の出力手段４１を構成している。
【００４５】
実施形態１では図７に示す前記構成全体で角度調整手段４２を構成している。
【００４６】
前記構成の実施形態１におけるＣＰＵ３０のコントロールに基づく動作フローを図８，図９に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４７】
ＣＰＵ３０は、予め入力されたリード量データＬと、それに対する設定許容誤差データεを読み込み（Ｓ１）、図示しない装置全体のホストコンピュータから指令信号４５ａを待ち（Ｓ２）、送り駆動モータ２３の回転開始後にホストコンピュータから指令信号４５ａを受けると、ＣＰＵ３０に具備させた機能である角度算出手段４６にて前記（数１）式に基づいて交差角度θの計算を行う（Ｓ３）。その後、スイッチ３５の駆動信号がＯＦＦされて各第１の圧電素子１７への信号がＯＦＦされ、駆動軸１０に対する押圧が開放される（Ｓ４）。
【００４８】
図９のフローに移行し、Ｄ／Ａ変換器３９に対して角度算出手段４６によって計算された交差角度θ（図５参照）に相当するデジタルデータが出力され（Ｓ５）、駆動アンプ４０を介して第２の圧電素子１８に対して、計算された交差角度θに相当する変位電圧が印加され、従動軸１６を駆動軸１０外周における接線方向に押圧し、その後、さらにスイッチ３５への駆動信号がＯＮされて第１の圧電素子１７に対して、適当な電圧に設定された定電圧回路３４の出力信号が駆動アンプ３６を介して出力され、従動軸１６を駆動軸１０方向に押圧する（Ｓ６）。
【００４９】
前記状態において、ＣＰＵ３０は、Ｚ相パルス信号２８の立ち上りをトリガー信号としてＡ相パルス信号２９のパルス数Ｎｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ：駆動アンプ３６，Ｄ／Ａ変換器３９の設置数）をカウントするカウンタ３３のカウント出力データを取り込み（Ｓ７）、位置検出手段７の出力パルス分解能に係るデータと乗算して、移動量を算出するＣＰＵ３０に具備させた機能である現在リード量算出手段４７にて現在リード量Ｌｉを求め（Ｓ８）、設定リードＬとの差分データΔＬｉを算出する（Ｓ９）。
【００５０】
前記差分データΔＬｉが、あらかじめ設定された設定許容誤差データε以下であれば（Ｓ１０のＹｅｓ）、その角度データθｉをＲＡＭ３２に記憶する（Ｓ１１）。また大きい場合（Ｓ１０のＮｏ）、差分データΔＬｉが０よりも大きい場合には、計算された角度データを例えばＤ／Ａ変換器３９の最小分解能などに設定された微少量Δθｈだけ逐次増加し（Ｓ１２）、また、ΔＬｉが０よりも小さい場合は計算された角度データを微少量Δθｈだけ逐次減少させる（Ｓ１３）。この動作をＣＰＵ３０に具備させた機能である電圧補正手段４８にて、ε≧ΔＬｉとなるまで繰り返して行う。
【００５１】
前記動作フローはサブルーチンになっており、前記動作が図７において各駆動アンプ３６，各Ｄ／Ａ変換器３９ごとに順に行われ、全てが完了するとスイッチ３５の駆動信号がＯＦＦされて、第１の圧電素子１７への信号がＯＦＦとなり開放される（Ｓ１４）。記憶された各角度データθに相当するデジタルデータがそれぞれＤ／Ａ変換器３９に出力され（Ｓ１５）、その後、スイッチ３５の駆動信号がＯＮされて第１の圧電素子１７への信号がＯＮされ、従動軸１６を押圧する（Ｓ１６）。
【００５２】
ここでＣＰＵ３０は、再度、Ｚ相パルス信号２８の立ち上がりをトリガー信号としてＡ相パルス信号２９のパルス数Ｎｋをカウントしたカウンタ３３のカウント出力データを取り込み（Ｓ１７）、位置検出手段７の出力パルス分解能と乗算して現在移動量Ｌｋを求め（Ｓ１８）、設定リードＬとの差分データΔＬｋを算出し（Ｓ１９）、その差分データΔＬｋがあらかじめ設定された設定許容誤差データε以下であることを確認し（Ｓ２０のＹｅｓ）、図示しないホストコンピュータに設定完了信号４５ｂをＯＮにして送出し、動作を完了する（Ｓ２１）。
【００５３】
実施形態１の構成によれば、加工，組み付け誤差などによる機械的な位置誤差のために各従動軸１６と駆動軸１０との軸心がなす交差角度にばらつきを生じても、各従動軸１６の角度位置を補正することが可能になる。
【００５４】
図１０は本発明の実施形態２における従動軸の軸受部分の構成を説明するための断面図である。なお、以下の説明において、既に説明した構成部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００５５】
図１０において、従動軸１６を構成する剛体１５ｂの中央外周部と、剛体１５ｂに嵌合するローラ１３の内周部とに、同軸状にその半径方向に着磁され、かつ同極同士が対向するように磁石５０ａ，５０ｂを設けて、微小すきまのラジアル磁気軸受５１を構成している。また、剛体１５ｂの一端部および剛体１５ｂの他端部にネジ固定される固定板５２と、それらに対向するローラ１３の両端部には、同軸状にローラ１３の軸線方向に着磁され、かつ同極同士が対向するように磁石５３ａ，５３ｂをそれぞれ設けて、微小すきまのスラスト磁気軸受５４を構成している。
【００５６】
前記軸受構造にて、磁石の反発力により従動軸１６に対してローラ１３がラジアル方向およびスラスト方向に非接触に保持されることになるため、ローラ１３が非接触にて保持され、アンギュラ軸受などで用いられる転動体において発生する振動などがなく、安定したリード駆動が安価に実現できる。
【００５７】
なお、実施形態２における磁石を希土類永久磁石にて構成すれば、希土類永久磁石は体積の小さい磁石で大きな反発力が得られるため、装置を小さく構成することができる。
【００５８】
また、実施形態２において、摩擦駆動部を構成する磁石以外の構成部品である従動軸１６の構成部材，ローラ１３，駆動軸１０，ハウジング１１を非磁性材料にて構成することにより、磁石による他部品への吸引力を防止することができ、押圧制御および従動軸１６の角度制御への外乱をなくすことができる。
【００５９】
図１１は本発明の実施形態３における駆動軸と従動軸との支持部分を説明するための図４と同様な断面状態を示す断面図である。
【００６０】
実施形態１の構成要素である第１の圧電素子１７の印加電圧に対する変位量の関係は図１２に示すように一般的に履歴特性をもっている。そのため第１の圧電素子１７への印加電圧が比較的小さい場合には、押圧開放時における残留変位量Ｄｐが非常に小さいので問題とならないが、印加電圧が比較的大きい場合、言い換えるとローラ１３の駆動軸１０に対する押圧量（これを一般的に予圧と呼ぶ）を大きくした場合には、残留変位量Ｄｐが大きくなるため、完全に開放できない場合が生じる。
【００６１】
そこで実施形態３では、図１１に示すように、各第１の圧電素子１７の伸縮方向側面に、例えば抵抗値の変化によって、その変形量を検出する歪みゲージなどの変形量測定手段５５を設け、変形量測定手段５５の出力信号と定電圧回路３４の設定電圧を比較してサーボ制御を行う構成としている。
【００６２】
図１３は実施形態３における各第１の圧電素子１７の変形量制御に係る制御系の構成を示すブロック図であり、定電圧回路３４の出力信号は、駆動信号がＣＰＵ３０から出力され、かつＯＮ時に定電圧回路３４の出力信号が入力し、またＯＦＦ時にＧＮＤ（０Ｖ）に接続するスイッチ５６を介して、差動アンプ５７に出力される。各変形量測定手段５５の出力信号は抵抗値変化を検出するブリッジ回路５８に入力し、その出力信号は微少信号を増幅する増幅器５９に入力し、その出力信号は差動アンプ５７に入力し、差動アンプ５７においてスイッチ５６に接続されている定電圧回路３４の出力信号と、回路の０Ｖボルト（ＧＮＤ）信号と乗算される。
【００６３】
さらに差動アンプ５７の出力信号は、補償回路６０とゲイン調整器６１とを介して駆動アンプ３６に入力され、スイッチ５６から駆動アンプ３６までの回路構成により第１のサーボ制御手段６２を構成しており、その出力信号は第１の圧電素子１７に出力される。
【００６４】
各駆動アンプ３６への入力信号に対する各第１の圧電素子１７における変位量の周波数特性は、図１４に示すように２次系であり、各補償回路６０を調整することにより、一般的なサーボ系の安定指標値である位相余裕４０度以上とゲイン余裕１５ｄＢ以上に設定している。
【００６５】
実施形態３の前記構成によれば、第１の圧電素子１７の印加電圧が比較的大きくても、言い換えるとローラ１３の駆動軸１０に対する押圧量が大きくても第１のサーボ制御手段６２が、目標値となる定電圧回路３４の出力信号と、回路の０Ｖ（ＧＮＤ）信号と、変形量測定手段５５からの出力信号とを比較して目標値に収束するため、図１２にて説明した残留変位量Ｄｐを生じなくなる。
【００６６】
同様の理由で第２の圧電素子１８にも履歴特性がある。そのため大きなリード量を設定した場合、実施形態１で説明した電圧補正手段４８による補正動作に時間がかかってしまう。
【００６７】
そこで、第２の圧電素子１８にも第１の圧電素子１７と同様に、図１１に示すように第２の圧電素子１８の伸縮方向側面に、抵抗値の変化によって、その変形量を検出する歪みゲージなどからなる第２の変形量測定手段６５を設け、図１５に示すように、Ｄ／Ａ変換器３９の出力信号を目標値とした図１３にて説明した構成と同様の構成とした第２のサーボ制御手段６７を設けている。構成の説明については、図１３に示す構成と同様であるので省略する。
【００６８】
図１５に示す構成では、図１３に示す構成と同様に、目標値となるＤ／Ａ変換器３９の出力信号と第２の変形量測定手段６５からの出力信号を比較して目標値に収束するため、図１２にて説明した残変位量Ｄｐが生じなくなる。
【００６９】
前記各実施形態では、従動軸１６と駆動軸１０の押圧調整範囲および交差角度調整範囲は、第１の圧電素子１７と第２の圧電素子１８の最大伸縮量内に限定されるため、例えば大きなリード設定条件の場合には対応できなくなる。
【００７０】
そこで、本発明の実施形態４では大きなリード設定条件に対しても対応できるようにした。実施形態４について図１６に基づいて説明する。
【００７１】
図１６に示すように、ハウジング１１における各第１の圧電素子１７近傍において、ハウジング１１の凹部に従動軸１６を押圧する方向に第１の案内部７０を設け、この第１の案内部７０に略クランク状の第１の調整板７１を嵌合し、この第１の調整板７１の一端部を第１の圧電素子１７に連結し、第１の調整板７１の他端部をハウジング１１に設けた第１の調整ネジ７２によって押圧可能にしており、この構成によって、従動軸１６を押圧する方向に螺入される第１の調整ネジ７２により、ローラ１３における駆動軸１０を押圧する方向に対する位置調整が可能になるようにしている。
【００７２】
また同様に、各第２の圧電素子１８近傍において、ハウジング１１の凹部に駆動軸１０外周の接線方向に押圧する方向に第２の案内部７３を設け、この第２の案内部７３に第２の調整板７４を嵌合し、この第２の調整板７４の一端部が第２の圧電素子１８に連結し、第２の調整板７４の他端部をハウジング１１に設けた第２の調整ネジ７５によって押圧可能にしており、この構成によって、駆動軸１０外周の接線方向に対する方向に螺入される第２の調整ネジ７５により、ローラ１３における駆動軸１０外周の接線方向に対する押圧位置を調整することが可能になるようにしている。
【００７３】
実施形態４の構成によれば、設定する大きなリード条件に対して実施形態１で説明した角度補正動作を行う前に、手動にて第１の調整板７１と第２の調整板７４とを、第１の調整ネジ７２と第２の調整ネジ７５とにより、設定リード近傍に位置調整して各第１の圧電素子１７と各第２の圧電素子１８との最大伸縮量内に入るようにした後に、角度補正動作を行うようにすることができる。
【００７４】
実施形態１〜４では、ローラ１３の駆動軸１０に対する押圧（以降は予圧と称する）力を直接制御せずに、第１の圧電素子１７の伸縮量を指令値通りに設定する構成であるが、ローラ１３の駆動軸１０に対する現在予圧量が定量的に確認することができない。そこで以下の実施形態では、ローラ１３の駆動軸１０に対する予圧に基づいて制御する構成について説明する。
【００７５】
まず、実施形態５について図１７，図１８に基づいて説明する。
【００７６】
第１の出力手段３７は、可変電圧回路７８と、一方の端子が０Ｖに接続され、他方の端子に可変電圧回路７８の出力信号が入力されて外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチ５６を備え、さらに図１７に示すように従動軸１６を構成する弾性体１５ａにおける回動支持点部とローラ１３の支持部間の外周部に設けられて、当該従動軸１６の押圧方向の変形量を検出する変形量測定手段（例えば抵抗値の変化によって、その変形量を検出する歪みゲージなど）７９と、切換スイッチ５６の出力信号である押圧設定信号と変形量測定手段７９の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段８０を備えた構成になっている。サーボ制御手段８０の基本構成は図１３にて説明した構成と同様のものである。
【００７７】
実施形態５では、各従動軸１６に設けたローラ１３の駆動軸１０への予圧量を、従動軸１６の押圧方向の変形量として検出している。この場合、押圧は従動軸１６の弾性体１５ａにおける弾性変形内で行われ、第１の圧電素子１７への印加電圧に対する予圧量の関係は線形になることはいうまでもない。
【００７８】
さらに実施形態６としては、図１９に示すように、第１の出力手段３７を、図１８に示す実施形態５における可変電圧回路７８と切換スイッチ５６とに替えて、ＣＰＵ３０（図７参照）に接続されたＤ／Ａ変換器８１をサーボ制御手段８０に接続した構成としたものであり、Ｄ／Ａ変換器８１の出力信号である押圧設定信号と変形量測定手段７９の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するようにしている。
【００７９】
実施形態６は、角度調整時の押圧開放が、Ｄ／Ａ変換器８１の出力が０Ｖとなるデジタルデータを出力する構成であり、例えば適正な予圧設定条件データをＲＯＭ３１（図７参照）に格納されるプログラム内に定数として記述しておけば、適正な予圧を瞬時に設定することができ、ローラ１３あるいは駆動軸１０の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整作業などを行わなくてよくなる。
【００８０】
実施形態６の構成では、各第１の圧電素子１７への押圧設定信号が１つしか与えられないため、例えば従動軸１６の加工ばらつきなどによって押圧時の変形量にばらつきが生じたり、ブリッジ回路あるいは変形量測定手段７９に用いる歪みゲージなどにばらつきがあると、同一の予圧量が得られない場合がある。
【００８１】
これを回避する構成として実施形態７を説明する。図２０に示す実施形態７の基本構成は図１９に示す実施形態６の構成と同様であって、第１の出力手段３７を、各第１の圧電素子１７への押圧設定信号を独立に与える複数のＤ／Ａ変換器８３と、各Ｄ／Ａ変換器８３の出力信号である押圧設定信号と各変形量測定手段７９の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段８０とを備えた構成にしている。
【００８２】
実施形態７では、例えば従動軸１６の押圧量と変形量の関係を予めデータ取りして把握しておき、各々の異なる押圧設定信号を複数のＤ／Ａ変換器８３より出力することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る摩擦駆動装置によれば、加工，組み付け誤差などによる機械的な位置誤差のために生じる各従動軸と駆動軸とのなす交差角度のばらつきを補正することができるようにしているため、各ローラの軸心と駆動軸とのなす角度が精密に設定され、駆動軸と各従動軸のローラ間でリード誤差によるすべりが発生せず、安定した送り制御を実現することができ、送り精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を説明するための摩擦駆動装置の平面図
【図２】実施形態１の摩擦駆動装置の右側面図
【図３】実施形態１の摩擦駆動装置の一部を断面して示す縦断面図
【図４】実施形態１の図３におけるＡ−Ａ断面図
【図５】本実施形態におけるローラと駆動軸との関係の説明図
【図６】本実施形態の駆動軸における交差角度とリード量との関係の説明図
【図７】実施形態１における角度調整を行うための制御系の構成を示すブロック図
【図８】実施形態１におけるＣＰＵのコントロールに基づく動作フローに係るフローチャート
【図９】図８の動作フローにおけるサブルーチンのフローチャート
【図１０】本発明の実施形態２における従動軸の軸受部分の構成を説明するための断面図
【図１１】本発明の実施形態３における駆動軸と従動軸との支持部分を説明するための断面図
【図１２】本実施形態に係る圧電素子の印加電圧と変位量との関係を示す図
【図１３】実施形態３における第１の圧電素子の変形量制御に係る制御系の構成を示すブロック図
【図１４】本実施形態に係る駆動アンプへの入力信号に対する圧電素子における変位量の周波数特性を示す図
【図１５】実施形態３における第２の圧電素子の変形量制御に係る制御系の構成を示すブロック図
【図１６】本発明の実施形態４における摩擦駆動装置の右側面図
【図１７】本発明の実施形態５の摩擦駆動装置における一部を断面して示す縦断面図
【図１８】実施形態５における角度調整を行うための制御系の構成を示すブロック図
【図１９】実施形態６における角度調整を行うための制御系の構成を示すブロック図
【図２０】実施形態７における角度調整を行うための制御系の構成を示すブロック図
【符号の説明】
４ 移動体
７ 位置検出手段
１０ 駆動軸
１１ ハウジング
１２ 固定板
１３ ローラ
１５ａ 弾性体
１５ｂ 剛体
１６ 従動軸
１７ 第１の圧電素子
１８ 第２の圧電素子
２２ ロータリーエンコーダ
２３ 送り駆動モータ
３０ ＣＰＵ
３７ 第１の出力手段
４１ 第２の出力手段
４２ 角度調整手段
４６ 角度算出手段
４７ 現在リード量算出手段
４８ 電圧補正手段
５１ ラジアル磁気軸受
５４ スラスト磁気軸受
５５，６５，７９ 変形量測定手段
７０ 第１の案内部
７１ 第１の調整板
７２ 第１の調整ネジ
７３ 第２の案内部
７４ 第２の調整板
７５ 第２の調整ネジ
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動軸を回転させることによって移動体を進退させる摩擦駆動装置に係り、特に光ディスク原盤に対してトラックピッチを正確に露光する移動体であるスライドテーブルを具備する光ディスク原盤露光装置における移動体駆動部に適用される摩擦駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスク原盤露光用のスライドテーブル装置においては、高精度送りを実現するための発明が数多くなされている（特許文献１〜３）。
【０００３】
光ディスク原盤露光用のスライドテーブル装置では、静圧軸受を介してスライドテーブルを進退自在に設けたエアスライド式のスライドテーブル装置が用いられている。スライドテーブルの駆動は、ボイスコイル型のリニアモータが一般的に用いられ、位置検出器として干渉レーザ測長器あるいはリニアスケールを使用した閉ループ制御方式が採用されている。また、半導体検査装置等の静止状態を必要とするものでは、送り方向の剛性を必要とするためスライドテーブルの駆動にボールネジなどを用いる。
【０００４】
近年の光ディスクの高密度化に伴い、より高解像の露光を実現するために従来のレーザビームから電子線などを用いた露光法が登場し、それに伴い真空環境への対応、および、より高精度な送りが必要になってきている。
【０００５】
摩擦駆動機構のツイストローラ方式は、駆動軸と従動軸との間の交差角を微小にすることにより、他の機構では得られない小さなリードを実現することが可能になり、高い位置決め分解能が期待できることから、次世代の送り機構として特許文献，非特許文献に様々な機構が提案されている。
【０００６】
例えば特許文献４に記載の発明は、軸体と、この軸体を相対的に回転および進退自在に貫通させた進退部品とを備え、進退部品として進退部品本体内に軸体に転接する樽形のローラを周方向に並べて複数個設け、これらのローラを、両端面においてボールを介して進退部品本体と予圧板との間に回転自在に支持する構成であり、進退部品本体とローラ端面との少なくとも一方、および予圧板とローラ端面との少なくとも一方が、ボールが回転自在に嵌まる円錐面状のボール支持凹部でボールの支持を行わせる構成である。また、予圧板をローラ側へ付勢すると共に円周方向に付勢する弾性体を設けることにより、耐外乱性が高く、速度むらがなく、安定送りが行え、また駆動源において停止時における静止性能の向上を図れることができる装置としている。
【０００７】
特許文献５に記載の発明は、テーブルとなるスライド体を基台に対して静圧直動軸受で静圧支持し、基台に対してスライド体をスライド自在に駆動する摩擦進退駆動装置を設けるものであり、摩擦進退駆動装置は、回転駆動される主軸と、この主軸の周りに複数設けられて各々傾き角度を持って接するローラとを備え、このローラに主軸に対する予圧を与える予圧手段を設けて、速度むらが生じることなく、安定した送りが行え、外乱にも強く、分解能の向上を図り、これにより高密度の書き込みを可能にした光ディスクマスタリング装置用のスライドテーブル装置としている。
【０００８】
特許文献６に記載の発明は、主軸と、この主軸の外周に傾き角度をもって転がり接触するローラと、主軸の回転に伴いローラと共に移動するスライド体とを備えたものであり、モータの回転は減速機で減速して主軸に伝達し、この減速機を、第１，第２の駆動側軸から摩擦車への回転伝達で減速する構成にして、回転駆動源の回転むらの影響を少なくすると共に、回転伝達系における位相ずれを少なくし、精密な位置決めを可能としている。
【０００９】
特許文献７に記載の発明は、入力駆動軸と、駆動軸外周にころがり接触し、かつ駆動軸軸線に対して微小な交差角をもって傾斜した軸線をそれぞれ有する複数個の従動軸であるローラと、前記駆動軸に対してローラを外接支持し、かつ駆動軸の回転に起因してローラが発生させる摩擦力の軸方向分力によって軸方向に移動するようにされたハウジングとを有する摩擦駆動装置において、ローラをラジアルおよびスラストの各静圧軸受を介して前記ハウジングにて保持し、ハウジングのローラ端面に面するスラスト静圧軸受面を、駆動軸とローラの各軸線とを通る線に対して線対称な２個の半円部に分割し、各半円部に別個に供給される静圧圧力を調整して前記交差角を安定して保持させる構成としている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２５１２８号公報
【特許文献２】
特開２００２−９２９７３号公報
【特許文献３】
特開２００２−２７９７００号公報
【特許文献４】
特開平８−１８４３６０号公報
【特許文献５】
特開平１１−１９５２４７号公報
【特許文献６】
特開平１１−１９５２４８号公報
【特許文献７】
特公平６−２３５９８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献４に記載の発明の場合、ローラが駆動軸心に対して等角（１２０度）に配置される構成であるため、ローラ端面を支持している固定板および対向板に各々形成される円錐面状のボール支持凹部の機械的な位置誤差のために、各ローラ軸心と駆動軸とのなす角度にばらつきを生じやすい。
【００１２】
このことは、ローラ軸芯と駆動軸とがなす角度を大きく、言い換えるとリード（軸方向に進む距離）を比較的大きく取る場合（例えば数ｍｍ）には問題とならないが、ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度を小さく、言い換えるとリードを小さく取る場合（例えば数百μｍ）に、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度にばらつきがあると、駆動軸と従動軸のローラとの間においてリード誤差によるすべりを生じ、これが閉ループ制御の外乱となるため、制御上好ましくないと共に、光ディスク原盤露光などに適用するとトラックピッチ精度などが悪くなり、露光品質上好ましくないという問題がある。
【００１３】
また、従来のツイストローラ方式の摩擦駆動装置においては、従動軸が回転するために、その支持が問題となる。滑り接触による支持では隙間の存在が不可欠であり、さらに、転がり接触による支持では転動体を真円とすることが不可能であるため、微視的に言えばローラは振動しながら回転することになり、ローラの交差角を常時安定して保持することができないという問題がある。その問題を特許文献７に記載の発明では、ローラを静圧支持することにより安定化を図るようにしているが、構成要素が高価となる。
【００１４】
また、特許文献４に記載の発明では、予圧板をローラ側へ付勢すると共に円周方向に付勢する弾性体を設ける構成としており、ローラの軸体に対する予圧量の調整は、進退部品本体に設けたネジ部を有する孔部と予圧板に設けた孔部を連通させた位置として、その連通孔部に弾性体を設けて進退部品本体に設けたネジ部のイモネジを締めることによる弾性体の圧縮変形力を利用している。このような構成の場合、ローラの軸体に対する現在予圧量を定量的に確認することができないため、適正な予圧量にするために試行錯誤が必要となり、またローラあるいは軸体の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も困難となり、部品交換時の予圧量再現性もなく組立性が悪いという問題がある。
【００１５】
特許文献５に記載の発明では、ローラに主軸に対する予圧を与える予圧手段を設けているが、基台に固定される静圧直動軸受の固定部と摩擦進退駆動装置の主軸との間に真直性に誤差がある状態で組み立てされるおそれがある。この場合、スライド体が送り方向に動作すると、予圧をかけられて固定されているだけで、剛性が最も低いローラと主軸との間において、その真直誤差を吸収することになるため、ローラの主軸に対する予圧量が移動位置と共に変化する。
【００１６】
駆動軸と１つのローラ間に働く駆動軸方向の駆動力は、駆動軸外周とローラ間の動摩擦係数をμ、予圧をＮとするとＦ＝μＮとなる。したがって、各々のローラと駆動軸外周で発生する駆動力にもばらつきを生じ、これにより、各々の駆動力にもばらつきを生じるため、各ローラの軸心と駆動軸とがなす角度のばらつきと相乗して、駆動軸と従動軸のローラとの間ですべりを生じ、これが閉ループ制御の外乱となるため制御上好ましくなく、光ディスク原盤露光などに適用する場合には、トラックピッチ精度などが悪くなり、露光品質上好ましくない。
【００１７】
本発明は、前記従来の問題が生じることなく、高精度送りを実現することができる光ディスク原盤露光装置などに適用することを可能にした摩擦駆動装置を提供することを目的にする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、駆動軸とその外周にころがり接触し、かつ前記駆動軸の軸線に対して微小な交差角をもって傾斜した軸線を有する複数個の従動軸に設けられたローラと、前記駆動軸に対して前記ローラを外接支持し、かつ前記駆動軸の回転に起因して前記ローラが発生させる摩擦力の軸方向分力によって軸方向に移動されるハウジングと、このハウジングと共に移動する移動体と、この移動体を前記駆動軸の軸線方向に案内する案内機構と、前記移動体の送り位置を検出する位置検出手段とを備えた摩擦駆動装置において、前記従動軸の一端を前記ハウジングにより支持し、かつ他端を前記ローラが前記駆動軸の外周に押圧する方向に伸縮する第１の圧電素子および前記駆動軸の外周における接線方向に押圧する方向に伸縮する第２の圧電素子を介して前記ハウジングにより支持し、さらに前記第１の圧電素子への印加電圧を制御する第１の出力手段と、送りの設定リード量に対して前記従動軸の傾き角度を算出する角度算出手段と、算出された算出角度に相当する出力電圧を第２の圧電素子に印加する第２の出力手段と、前記駆動軸を回転駆動する送り駆動モータの回転角度を検出するロータリーエンコーダにおける１回転当たりの原点検出信号および前記位置検出手段の位置検出信号に基づいて現在リード量を算出する現在リード量算出手段と、現在リード量と設定リード量を比較して前記第２の圧電素子への印加電圧を増減する電圧補正手段とを具備した角度調整手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、加工，組み付け誤差などによる機械的な位置誤差のために生じる各従動軸と駆動軸とのなす交差角度のばらつきを補正することができるようにしているため、各ローラの軸心と駆動軸とのなす角度が精密に設定され、駆動軸と各従動軸のローラ間でリード誤差によるすべりが発生せず、安定した送り制御を実現することができ、送り精度の向上を図ることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置は、従動軸を弾性体と剛体との複合材料から構成したことを特徴とし、この構成によって、従動軸とローラの角度調整，取り付けを容易かつ確実に行うことができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の摩擦駆動装置において、ローラを、該ローラの半径方向に着磁された磁石の反発力により構成するラジアル磁気軸受と、該ローラの軸線方向に着磁された磁石の反発力により構成するスラスト磁気軸受とを介して従動軸に保持したことを特徴とし、この構成によって、ローラは、ラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受を介して従動軸に非接触で保持されているため、従来のようなアンギュラ軸受などで用いられる転動体で発生する振動などがなくなり、安定したリードが行え、安定した送り制御が可能となり、送り精度をさらに向上させることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の摩擦駆動装置において、ラジアル磁気軸受およびスラスト磁気軸受を構成する磁石として希土類永久磁石を用いたことを特徴とし、この構成によって、体積の小さい磁石で大きな反発力が得られることになるため、装置を小型に構成することができると共に安価に実現できる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１，３または４記載の摩擦駆動装置において、従動軸とローラと駆動軸とハウジングとを、非磁性材料にて構成したことを特徴とし、この構成によって、磁石による他部品への吸引力を防止することができるため、押圧制御および従動軸の角度制御への外乱をなくすことができ、よって、さらに送り精度の向上を図ることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、第１の出力手段を、定電圧回路と、この定電圧回路の出力信号が入力され、かつ外部信号によりオン／オフする切換スイッチと、第１の圧電素子に設けた変形量測定手段と、前記切換スイッチの出力信号である押圧伸縮設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とし、この構成によって、ローラの駆動軸外周への押圧(予圧)動作と、各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるため、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上を図ることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、ハウジングに第１の圧電素子を押圧可能に第１の調整板を設け、前記第１の調整板と前記第１の圧電素子を介して第１の調整ネジによって従動軸における駆動軸の外周方向に押圧する位置の調整を可能にし、さらに前記ハウジングに、第２の圧電素子を押圧可能に第２の調整板を設け、前記第２の調整板と前記第２の圧電素子を介して第２の調整ネジによって、前記駆動軸の外周における接線方向に押圧する方向の前記従動軸における位置を調整可能にしたことを特徴とし、この構成によって、大きな交差角度でも角度補正動作が行えることになるため、広いリード条件範囲において安定した送り制御を実現することができ、送り構成要素としての汎用性を高くすることができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、第１の出力手段を、可変電圧回路と、この可変電圧回路の出力信号が入力され、かつ外部信号によりオン／オフする切換スイッチと、前記従動軸の弾性体の外周部に該従動軸の押圧方向における変形量を検出する変形量測定手段を設け、前記切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とし、この構成によって、ローラの駆動軸に対する押圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボをするため、適正な押圧条件に瞬時に設定することができ、ローラあるいは駆動軸の磨耗による経年変化に伴う押圧の再調整が容易であり、部品交換時の押圧量再現性も良好になるなど、組立性の向上が図ることができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、第１の出力手段を、１つのデジタル／アナログ変換器と、変形量測定手段と、前記デジタル／アナログ変換器の出力信号である押圧設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とし、この構成によって、ローラの駆動軸に対する押圧量を従動軸の変形量に置換した信号で押圧サーボをするため、適正な押圧条件に瞬時に設定することができ、ローラあるいは駆動軸の磨耗による経年変化に伴う押圧の再調整が容易であり、部品交換時の押圧量再現性も良好になるなど、組立性の向上が図ることができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、第１の出力手段を、第１の圧電素子への押圧設定信号を独立に与える複数のデジタル／アナログ変換器と、変形量測定手段と、前記複数のデジタル／アナログ変換器の出力信号である押圧設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とし、この構成によって、ローラの駆動軸に対する押圧量を従動軸の変形量に置換した信号で押圧サーボを行い、かつ各押圧手段への押圧設定値を独立に与えるようにしているため、各ローラと駆動軸の外周で発生する駆動力にばらつきが発生せず、長ストロークの駆動でも安定した送り動作が実現でき、送り制御精度および組立性の向上を図ることができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１記載の摩擦駆動装置において、第２の出力手段を、デジタル／アナログ変換器と、第２の圧電素子に設けた変形量測定手段と、前記デジタル／アナログ変換器の出力信号である押圧伸縮設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ動作を行うサーボ制御手段から構成したことを特徴とし、この構成によって、ローラの駆動軸外周への押圧(予圧)動作と、各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるため、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上を図ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施形態１を説明するための摩擦駆動装置の平面図、図２は実施形態１の摩擦駆動装置の右側面図、図３は実施形態１の摩擦駆動装置の一部を断面して示す縦断面図、図４は実施形態１の図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【００３１】
図２に示すように、空気圧によるサーボマウンタなどからなる除振機構（図示せず）上に設けられたベース１には、送り方向に対して直交する方向に離間して下端をベース１に固定して複数の支柱２が立設されており、各支柱２の上端には、送り方向に配置したころがり軸受（例えば球体，円筒ローラなど）３を介して移動体４が固定されている。移動体４における左側端部の下部には、出力が任意の分解能のＡ相，Ｂ相パルスから構成される光学式リニアエンコーダなどからなる位置検出手段７が設けられている。
【００３２】
本例では位置検出手段７は、送り方向の位置を計測するため受光部５とスケール６から構成しており、スケール６は取付板８を介して移動体４に固定されており、また受光部５が取付板９を介してベース１に固定されている。なお、受光部５とスケール６との取り付け構造として、受光部５を移動体４に固定し、スケール６をベース１に固定する構造にしてもよい。
【００３３】
また図３，図４に示すように、移動体４において送り方向に延出する突出部４ａの下部には、駆動軸１０が貫挿される孔部１１ａを有するハウジング１１が、固定板１２を介して固定されている。駆動軸１０の外周には、ころがり接触する複数のローラ１３（本例では３個を例示している）を、対向したころがり軸受（例えばアンギュラ軸受など）１４を介して、図４に示すように、同心状にかつ駆動軸１０の中心軸線に対して円周方向に等角に配設している。各ローラ１３は、図３，図５に示すように、弾性体（例えばりん青銅棒など）１５ａと剛体１５ｂの複合材料からなる従動軸１６に保持されている。
【００３４】
従動軸１６の一端部（図３における右側端部）は、図４に示すように、ハウジング１１内において、ローラ１３が駆動軸１０の外周を押圧する方向に伸縮する複数（本例では３つを例示している）の第１の圧電素子１７と、ローラ１３を駆動軸１０の外周接線方向に押圧する方向に伸縮する複数（本例では３つを例示している）の第２の圧電素子１８とを介してハウジング１１に固定されている。
【００３５】
図３に示すように、駆動軸１０の右側端部は段付になっており、第１段１０ａの外周がころがり軸受２０の内周部に嵌合している。すなわち、第１段１０ａの外周は、ベース１に固定されかつ上部に段付の貫通孔１9ａが設けられた軸受ハウジング１９における貫通孔１9ａに同心状にその外輪を固定した一対のころがり軸受（例えばアンギュラ軸受など）２０の内周部に嵌合している。ころがり軸受２０の内周部と駆動軸１０に設けたネジ部とは軸受止め２１にて固定されている。
【００３６】
さらに、駆動軸１０の第２段１０ｂは、軸受ハウジング１９の右側円筒孔部に固定され、かつロータリーエンコーダ（例えば、その出力が一周を数千等分割したＡ相，Ｂ相パルスと一周に１回発生するＺ相パルスから構成される）２２を備えた送り駆動モータ２３の駆動軸に対して、カップリング（例えばオルダム式など）２４により連結されている。
【００３７】
一方、駆動軸１０における左側端部の段付部１０ｃの外周は、ベース１に固定された軸受ハウジング２５の上部に設けられた貫通孔２５ａに、同心状に固定されたころがり軸受（例えば深溝玉軸受など）２６の内輪に嵌合しており、ころがり軸受２６の外輪は軸心方向に移動可能な構成になっている。
【００３８】
前記構成の実施形態１において、第１の圧電素子１７と、第２の圧電素子１８の端末リード線（図示せず）から、適当な通電電圧を第２の圧電素子１８，第１の圧電素子１７の順に印加すると、図５の点線に示すように、ある角度θで交差した状態でローラ１３の外周と駆動軸１０の外周がころがり接触する。この状態で送り駆動モータ２３の端末（図示せず）から通電すれば、ローラ１３の外周と駆動軸１０の外周の接触点は螺旋状に移動して、移動体４が送り方向に移動自在となる。このとき従動軸１６自体は回転せず、ころがり軸受１４の外輪が回転する外輪回転となる。
【００３９】
また、駆動軸１０が１回転当たりに移動体４を移動させる移動量Ｌ（リード量）は、駆動軸１０の外形寸法をＤとすれば下式（数１）で表すことができる。
【００４０】
【数１】
Ｌ＝π・Ｄ・ｓｉｎθ≒π・Ｄ・θ
θ＝ｓｉｎ-1｛Ｌ／（π・Ｄ）｝
例えばＤ＝３０ｍｍとした場合の交差角度とリード量Ｌとの関係は、図６の両対数グラフに示すように線形となる。
【００４１】
次に，実施形態１の従動軸１６における角度調整を行うための制御系について図７のブロック図を参照して説明する。
【００４２】
割り込み用信号としてロータリーエンコーダ２２の一周に１回発生するＺ相パルス信号２８と送り位置を検出する位置検出手段７のＡ相パルス信号２９とが入力されるＣＰＵ（中央演算処理部）３０には、動作プログラムが書き込まれたＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）３１とデータを記憶するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）３２と、Ｚ相パルス信号２８の立ち上がりをトリガー信号として位置検出手段７のＡ相パルス信号２９のパルス数をカウントするカウンタ（例えば同期型カウンタ）３３とが接続されている。
【００４３】
さらにＣＰＵ３０は、固定の定電圧を出力する定電圧回路３４の出力信号をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ３５の駆動信号を出力し、このスイッチ３５を介して各第１の圧電素子１７にそれぞれ接続された駆動アンプ３６に信号出力する。前記定電圧回路３４とスイッチ３５と駆動アンプ３６にて第１の出力手段３７を構成している。さらにＣＰＵ３０にはリード量データＬとその設定許容誤差データεを入力するデータ入力部３８が接続されている。
【００４４】
また、ＣＰＵ３０の出力信号は、デジタルデータをアナログ信号に変換するデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３９を介して各第２の圧電素子１８にそれぞれ接続された駆動アンプ４０に出力される。ここで、前記Ｄ／Ａ変換器３９と駆動アンプ４０にて第２の出力手段４１を構成している。
【００４５】
実施形態１では図７に示す前記構成全体で角度調整手段４２を構成している。
【００４６】
前記構成の実施形態１におけるＣＰＵ３０のコントロールに基づく動作フローを図８，図９に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４７】
ＣＰＵ３０は、予め入力されたリード量データＬと、それに対する設定許容誤差データεを読み込み（Ｓ１）、図示しない装置全体のホストコンピュータから指令信号４５ａを待ち（Ｓ２）、送り駆動モータ２３の回転開始後にホストコンピュータから指令信号４５ａを受けると、ＣＰＵ３０に具備させた機能である角度算出手段４６にて前記（数１）式に基づいて交差角度θの計算を行う（Ｓ３）。その後、スイッチ３５の駆動信号がＯＦＦされて各第１の圧電素子１７への信号がＯＦＦされ、駆動軸１０に対する押圧が開放される（Ｓ４）。
【００４８】
図９のフローに移行し、Ｄ／Ａ変換器３９に対して角度算出手段４６によって計算された交差角度θ（図５参照）に相当するデジタルデータが出力され（Ｓ５）、駆動アンプ４０を介して第２の圧電素子１８に対して、計算された交差角度θに相当する変位電圧が印加され、従動軸１６を駆動軸１０外周における接線方向に押圧し、その後、さらにスイッチ３５への駆動信号がＯＮされて第１の圧電素子１７に対して、適当な電圧に設定された定電圧回路３４の出力信号が駆動アンプ３６を介して出力され、従動軸１６を駆動軸１０方向に押圧する（Ｓ６）。
【００４９】
前記状態において、ＣＰＵ３０は、Ｚ相パルス信号２８の立ち上りをトリガー信号としてＡ相パルス信号２９のパルス数Ｎｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ：駆動アンプ３６，Ｄ／Ａ変換器３９の設置数）をカウントするカウンタ３３のカウント出力データを取り込み（Ｓ７）、位置検出手段７の出力パルス分解能に係るデータと乗算して、移動量を算出するＣＰＵ３０に具備させた機能である現在リード量算出手段４７にて現在リード量Ｌｉを求め（Ｓ８）、設定リードＬとの差分データΔＬｉを算出する（Ｓ９）。
【００５０】
前記差分データΔＬｉが、あらかじめ設定された設定許容誤差データε以下であれば（Ｓ１０のＹｅｓ）、その角度データθｉをＲＡＭ３２に記憶する（Ｓ１１）。また大きい場合（Ｓ１０のＮｏ）、差分データΔＬｉが０よりも大きい場合には、計算された角度データを例えばＤ／Ａ変換器３９の最小分解能などに設定された微少量Δθｈだけ逐次増加し（Ｓ１２）、また、ΔＬｉが０よりも小さい場合は計算された角度データを微少量Δθｈだけ逐次減少させる（Ｓ１３）。この動作をＣＰＵ３０に具備させた機能である電圧補正手段４８にて、ε≧ΔＬｉとなるまで繰り返して行う。
【００５１】
前記動作フローはサブルーチンになっており、前記動作が図７において各駆動アンプ３６，各Ｄ／Ａ変換器３９ごとに順に行われ、全てが完了するとスイッチ３５の駆動信号がＯＦＦされて、第１の圧電素子１７への信号がＯＦＦとなり開放される（Ｓ１４）。記憶された各角度データθに相当するデジタルデータがそれぞれＤ／Ａ変換器３９に出力され（Ｓ１５）、その後、スイッチ３５の駆動信号がＯＮされて第１の圧電素子１７への信号がＯＮされ、従動軸１６を押圧する（Ｓ１６）。
【００５２】
ここでＣＰＵ３０は、再度、Ｚ相パルス信号２８の立ち上がりをトリガー信号としてＡ相パルス信号２９のパルス数Ｎｋをカウントしたカウンタ３３のカウント出力データを取り込み（Ｓ１７）、位置検出手段７の出力パルス分解能と乗算して現在移動量Ｌｋを求め（Ｓ１８）、設定リードＬとの差分データΔＬｋを算出し（Ｓ１９）、その差分データΔＬｋがあらかじめ設定された設定許容誤差データε以下であることを確認し（Ｓ２０のＹｅｓ）、図示しないホストコンピュータに設定完了信号４５ｂをＯＮにして送出し、動作を完了する（Ｓ２１）。
【００５３】
実施形態１の構成によれば、加工，組み付け誤差などによる機械的な位置誤差のために各従動軸１６と駆動軸１０との軸心がなす交差角度にばらつきを生じても、各従動軸１６の角度位置を補正することが可能になる。
【００５４】
図１０は本発明の実施形態２における従動軸の軸受部分の構成を説明するための断面図である。なお、以下の説明において、既に説明した構成部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００５５】
図１０において、従動軸１６を構成する剛体１５ｂの中央外周部と、剛体１５ｂに嵌合するローラ１３の内周部とに、同軸状にその半径方向に着磁され、かつ同極同士が対向するように磁石５０ａ，５０ｂを設けて、微小すきまのラジアル磁気軸受５１を構成している。また、剛体１５ｂの一端部および剛体１５ｂの他端部にネジ固定される固定板５２と、それらに対向するローラ１３の両端部には、同軸状にローラ１３の軸線方向に着磁され、かつ同極同士が対向するように磁石５３ａ，５３ｂをそれぞれ設けて、微小すきまのスラスト磁気軸受５４を構成している。
【００５６】
前記軸受構造にて、磁石の反発力により従動軸１６に対してローラ１３がラジアル方向およびスラスト方向に非接触に保持されることになるため、ローラ１３が非接触にて保持され、アンギュラ軸受などで用いられる転動体において発生する振動などがなく、安定したリード駆動が安価に実現できる。
【００５７】
なお、実施形態２における磁石を希土類永久磁石にて構成すれば、希土類永久磁石は体積の小さい磁石で大きな反発力が得られるため、装置を小さく構成することができる。
【００５８】
また、実施形態２において、摩擦駆動部を構成する磁石以外の構成部品である従動軸１６の構成部材，ローラ１３，駆動軸１０，ハウジング１１を非磁性材料にて構成することにより、磁石による他部品への吸引力を防止することができ、押圧制御および従動軸１６の角度制御への外乱をなくすことができる。
【００５９】
図１１は本発明の実施形態３における駆動軸と従動軸との支持部分を説明するための図４と同様な断面状態を示す断面図である。
【００６０】
実施形態１の構成要素である第１の圧電素子１７の印加電圧に対する変位量の関係は図１２に示すように一般的に履歴特性をもっている。そのため第１の圧電素子１７への印加電圧が比較的小さい場合には、押圧開放時における残留変位量Ｄｐが非常に小さいので問題とならないが、印加電圧が比較的大きい場合、言い換えるとローラ１３の駆動軸１０に対する押圧量（これを一般的に予圧と呼ぶ）を大きくした場合には、残留変位量Ｄｐが大きくなるため、完全に開放できない場合が生じる。
【００６１】
そこで実施形態３では、図１１に示すように、各第１の圧電素子１７の伸縮方向側面に、例えば抵抗値の変化によって、その変形量を検出する歪みゲージなどの変形量測定手段５５を設け、変形量測定手段５５の出力信号と定電圧回路３４の設定電圧を比較してサーボ制御を行う構成としている。
【００６２】
図１３は実施形態３における各第１の圧電素子１７の変形量制御に係る制御系の構成を示すブロック図であり、定電圧回路３４の出力信号は、駆動信号がＣＰＵ３０から出力され、かつＯＮ時に定電圧回路３４の出力信号が入力し、またＯＦＦ時にＧＮＤ（０Ｖ）に接続するスイッチ５６を介して、差動アンプ５７に出力される。各変形量測定手段５５の出力信号は抵抗値変化を検出するブリッジ回路５８に入力し、その出力信号は微少信号を増幅する増幅器５９に入力し、その出力信号は差動アンプ５７に入力し、差動アンプ５７においてスイッチ５６に接続されている定電圧回路３４の出力信号と、回路の０Ｖボルト（ＧＮＤ）信号と乗算される。
【００６３】
さらに差動アンプ５７の出力信号は、補償回路６０とゲイン調整器６１とを介して駆動アンプ３６に入力され、スイッチ５６から駆動アンプ３６までの回路構成により第１のサーボ制御手段６２を構成しており、その出力信号は第１の圧電素子１７に出力される。
【００６４】
各駆動アンプ３６への入力信号に対する各第１の圧電素子１７における変位量の周波数特性は、図１４に示すように２次系であり、各補償回路６０を調整することにより、一般的なサーボ系の安定指標値である位相余裕４０度以上とゲイン余裕１５ｄＢ以上に設定している。
【００６５】
実施形態３の前記構成によれば、第１の圧電素子１７の印加電圧が比較的大きくても、言い換えるとローラ１３の駆動軸１０に対する押圧量が大きくても第１のサーボ制御手段６２が、目標値となる定電圧回路３４の出力信号と、回路の０Ｖ（ＧＮＤ）信号と、変形量測定手段５５からの出力信号とを比較して目標値に収束するため、図１２にて説明した残留変位量Ｄｐを生じなくなる。
【００６６】
同様の理由で第２の圧電素子１８にも履歴特性がある。そのため大きなリード量を設定した場合、実施形態１で説明した電圧補正手段４８による補正動作に時間がかかってしまう。
【００６７】
そこで、第２の圧電素子１８にも第１の圧電素子１７と同様に、図１１に示すように第２の圧電素子１８の伸縮方向側面に、抵抗値の変化によって、その変形量を検出する歪みゲージなどからなる第２の変形量測定手段６５を設け、図１５に示すように、Ｄ／Ａ変換器３９の出力信号を目標値とした図１３にて説明した構成と同様の構成とした第２のサーボ制御手段６７を設けている。構成の説明については、図１３に示す構成と同様であるので省略する。
【００６８】
図１５に示す構成では、図１３に示す構成と同様に、目標値となるＤ／Ａ変換器３９の出力信号と第２の変形量測定手段６５からの出力信号を比較して目標値に収束するため、図１２にて説明した残変位量Ｄｐが生じなくなる。
【００６９】
前記各実施形態では、従動軸１６と駆動軸１０の押圧調整範囲および交差角度調整範囲は、第１の圧電素子１７と第２の圧電素子１８の最大伸縮量内に限定されるため、例えば大きなリード設定条件の場合には対応できなくなる。
【００７０】
そこで、本発明の実施形態４では大きなリード設定条件に対しても対応できるようにした。実施形態４について図１６に基づいて説明する。
【００７１】
図１６に示すように、ハウジング１１における各第１の圧電素子１７近傍において、ハウジング１１の凹部に従動軸１６を押圧する方向に第１の案内部７０を設け、この第１の案内部７０に略クランク状の第１の調整板７１を嵌合し、この第１の調整板７１の一端部を第１の圧電素子１７に連結し、第１の調整板７１の他端部をハウジング１１に設けた第１の調整ネジ７２によって押圧可能にしており、この構成によって、従動軸１６を押圧する方向に螺入される第１の調整ネジ７２により、ローラ１３における駆動軸１０を押圧する方向に対する位置調整が可能になるようにしている。
【００７２】
また同様に、各第２の圧電素子１８近傍において、ハウジング１１の凹部に駆動軸１０外周の接線方向に押圧する方向に第２の案内部７３を設け、この第２の案内部７３に第２の調整板７４を嵌合し、この第２の調整板７４の一端部が第２の圧電素子１８に連結し、第２の調整板７４の他端部をハウジング１１に設けた第２の調整ネジ７５によって押圧可能にしており、この構成によって、駆動軸１０外周の接線方向に対する方向に螺入される第２の調整ネジ７５により、ローラ１３における駆動軸１０外周の接線方向に対する押圧位置を調整することが可能になるようにしている。
【００７３】
実施形態４の構成によれば、設定する大きなリード条件に対して実施形態１で説明した角度補正動作を行う前に、手動にて第１の調整板７１と第２の調整板７４とを、第１の調整ネジ７２と第２の調整ネジ７５とにより、設定リード近傍に位置調整して各第１の圧電素子１７と各第２の圧電素子１８との最大伸縮量内に入るようにした後に、角度補正動作を行うようにすることができる。
【００７４】
実施形態１〜４では、ローラ１３の駆動軸１０に対する押圧（以降は予圧と称する）力を直接制御せずに、第１の圧電素子１７の伸縮量を指令値通りに設定する構成であるが、ローラ１３の駆動軸１０に対する現在予圧量が定量的に確認することができない。そこで以下の実施形態では、ローラ１３の駆動軸１０に対する予圧に基づいて制御する構成について説明する。
【００７５】
まず、実施形態５について図１７，図１８に基づいて説明する。
【００７６】
第１の出力手段３７は、可変電圧回路７８と、一方の端子が０Ｖに接続され、他方の端子に可変電圧回路７８の出力信号が入力されて外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチ５６を備え、さらに図１７に示すように従動軸１６を構成する弾性体１５ａにおける回動支持点部とローラ１３の支持部間の外周部に設けられて、当該従動軸１６の押圧方向の変形量を検出する変形量測定手段（例えば抵抗値の変化によって、その変形量を検出する歪みゲージなど）７９と、切換スイッチ５６の出力信号である押圧設定信号と変形量測定手段７９の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段８０を備えた構成になっている。サーボ制御手段８０の基本構成は図１３にて説明した構成と同様のものである。
【００７７】
実施形態５では、各従動軸１６に設けたローラ１３の駆動軸１０への予圧量を、従動軸１６の押圧方向の変形量として検出している。この場合、押圧は従動軸１６の弾性体１５ａにおける弾性変形内で行われ、第１の圧電素子１７への印加電圧に対する予圧量の関係は線形になることはいうまでもない。
【００７８】
さらに実施形態６としては、図１９に示すように、第１の出力手段３７を、図１８に示す実施形態５における可変電圧回路７８と切換スイッチ５６とに替えて、ＣＰＵ３０（図７参照）に接続されたＤ／Ａ変換器８１をサーボ制御手段８０に接続した構成としたものであり、Ｄ／Ａ変換器８１の出力信号である押圧設定信号と変形量測定手段７９の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するようにしている。
【００７９】
実施形態６は、角度調整時の押圧開放が、Ｄ／Ａ変換器８１の出力が０Ｖとなるデジタルデータを出力する構成であり、例えば適正な予圧設定条件データをＲＯＭ３１（図７参照）に格納されるプログラム内に定数として記述しておけば、適正な予圧を瞬時に設定することができ、ローラ１３あるいは駆動軸１０の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整作業などを行わなくてよくなる。
【００８０】
実施形態６の構成では、各第１の圧電素子１７への押圧設定信号が１つしか与えられないため、例えば従動軸１６の加工ばらつきなどによって押圧時の変形量にばらつきが生じたり、ブリッジ回路あるいは変形量測定手段７９に用いる歪みゲージなどにばらつきがあると、同一の予圧量が得られない場合がある。
【００８１】
これを回避する構成として実施形態７を説明する。図２０に示す実施形態７の基本構成は図１９に示す実施形態６の構成と同様であって、第１の出力手段３７を、各第１の圧電素子１７への押圧設定信号を独立に与える複数のＤ／Ａ変換器８３と、各Ｄ／Ａ変換器８３の出力信号である押圧設定信号と各変形量測定手段７９の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段８０とを備えた構成にしている。
【００８２】
実施形態７では、例えば従動軸１６の押圧量と変形量の関係を予めデータ取りして把握しておき、各々の異なる押圧設定信号を複数のＤ／Ａ変換器８３より出力することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る摩擦駆動装置によれば、加工，組み付け誤差などによる機械的な位置誤差のために生じる各従動軸と駆動軸とのなす交差角度のばらつきを補正することができるようにしているため、各ローラの軸心と駆動軸とのなす角度が精密に設定され、駆動軸と各従動軸のローラ間でリード誤差によるすべりが発生せず、安定した送り制御を実現することができ、送り精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を説明するための摩擦駆動装置の平面図
【図２】実施形態１の摩擦駆動装置の右側面図
【図３】実施形態１の摩擦駆動装置の一部を断面して示す縦断面図
【図４】実施形態１の図３におけるＡ−Ａ断面図
【図５】本実施形態におけるローラと駆動軸との関係の説明図
【図６】本実施形態の駆動軸における交差角度とリード量との関係の説明図
【図７】実施形態１における角度調整を行うための制御系の構成を示すブロック図
【図８】実施形態１におけるＣＰＵのコントロールに基づく動作フローに係るフローチャート
【図９】図８の動作フローにおけるサブルーチンのフローチャート
【図１０】本発明の実施形態２における従動軸の軸受部分の構成を説明するための断面図
【図１１】本発明の実施形態３における駆動軸と従動軸との支持部分を説明するための断面図
【図１２】本実施形態に係る圧電素子の印加電圧と変位量との関係を示す図
【図１３】実施形態３における第１の圧電素子の変形量制御に係る制御系の構成を示すブロック図
【図１４】本実施形態に係る駆動アンプへの入力信号に対する圧電素子における変位量の周波数特性を示す図
【図１５】実施形態３における第２の圧電素子の変形量制御に係る制御系の構成を示すブロック図
【図１６】本発明の実施形態４における摩擦駆動装置の右側面図
【図１７】本発明の実施形態５の摩擦駆動装置における一部を断面して示す縦断面図
【図１８】実施形態５における角度調整を行うための制御系の構成を示すブロック図
【図１９】実施形態６における角度調整を行うための制御系の構成を示すブロック図
【図２０】実施形態７における角度調整を行うための制御系の構成を示すブロック図
【符号の説明】
４ 移動体
７ 位置検出手段
１０ 駆動軸
１１ ハウジング
１２ 固定板
１３ ローラ
１５ａ 弾性体
１５ｂ 剛体
１６ 従動軸
１７ 第１の圧電素子
１８ 第２の圧電素子
２２ ロータリーエンコーダ
２３ 送り駆動モータ
３０ ＣＰＵ
３７ 第１の出力手段
４１ 第２の出力手段
４２ 角度調整手段
４６ 角度算出手段
４７ 現在リード量算出手段
４８ 電圧補正手段
５１ ラジアル磁気軸受
５４ スラスト磁気軸受
５５，６５，７９ 変形量測定手段
７０ 第１の案内部
７１ 第１の調整板
７２ 第１の調整ネジ
７３ 第２の案内部
７４ 第２の調整板
７５ 第２の調整ネジ
Claims (11)
- 駆動軸とその外周にころがり接触し、かつ前記駆動軸の軸線に対して微小な交差角をもって傾斜した軸線を有する複数個の従動軸に設けられたローラと、前記駆動軸に対して前記ローラを外接支持し、かつ前記駆動軸の回転に起因して前記ローラが発生させる摩擦力の軸方向分力によって軸方向に移動されるハウジングと、このハウジングと共に移動する移動体と、この移動体を前記駆動軸の軸線方向に案内する案内機構と、前記移動体の送り位置を検出する位置検出手段とを備えた摩擦駆動装置において、
前記従動軸の一端を前記ハウジングにより支持し、かつ他端を前記ローラが前記駆動軸の外周に押圧する方向に伸縮する第１の圧電素子および前記駆動軸の外周における接線方向に押圧する方向に伸縮する第２の圧電素子を介して前記ハウジングにより支持し、さらに前記第１の圧電素子への印加電圧を制御する第１の出力手段と、送りの設定リード量に対して前記従動軸の傾き角度を算出する角度算出手段と、算出された算出角度に相当する出力電圧を第２の圧電素子に印加する第２の出力手段と、前記駆動軸を回転駆動する送り駆動モータの回転角度を検出するロータリーエンコーダにおける１回転当たりの原点検出信号および前記位置検出手段の位置検出信号に基づいて現在リード量を算出する現在リード量算出手段と、現在リード量と設定リード量を比較して前記第２の圧電素子への印加電圧を増減する電圧補正手段とを具備した角度調整手段を備えたことを特徴とする摩擦駆動装置。 - 前記従動軸を弾性体と剛体との複合材料から構成したことを特徴とする請求項１記載の摩擦駆動装置。
- 前記ローラを、該ローラの半径方向に着磁された磁石の反発力により構成するラジアル磁気軸受と、該ローラの軸線方向に着磁された磁石の反発力により構成するスラスト磁気軸受とを介して前記従動軸に保持したことを特徴とする請求項１または２記載の摩擦駆動装置。
- 前記ラジアル磁気軸受および前記スラスト磁気軸受を構成する磁石として希土類永久磁石を用いたことを特徴とする請求項３記載の摩擦駆動装置。
- 前記従動軸と前記ローラと前記駆動軸と前記ハウジングとを、非磁性材料にて構成したことを特徴とする請求項１，３または４記載の摩擦駆動装置。
- 前記第１の出力手段を、定電圧回路と、この定電圧回路の出力信号が入力され、かつ外部信号によりオン／オフする切換スイッチと、前記第１の圧電素子に設けた変形量測定手段と、前記切換スイッチの出力信号である押圧伸縮設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とする請求項１記載の摩擦駆動装置。
- 前記ハウジングに前記第１の圧電素子を押圧可能に第１の調整板を設け、前記第１の調整板と前記第１の圧電素子を介して第１の調整ネジによって前記従動軸における前記駆動軸の外周方向に押圧する位置の調整を可能にし、さらに前記ハウジングに、前記第２の圧電素子を押圧可能に第２の調整板を設け、前記第２の調整板と前記第２の圧電素子を介して第２の調整ネジによって、前記駆動軸の外周における接線方向に押圧する方向の前記従動軸における位置を調整可能にしたことを特徴とする請求項１記載の摩擦駆動装置。
- 前記第１の出力手段を、可変電圧回路と、この可変電圧回路の出力信号が入力され、かつ外部信号によりオン／オフする切換スイッチと、前記従動軸の弾性体の外周部に該従動軸の押圧方向における変形量を検出する変形量測定手段を設け、前記切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とする請求項１記載の摩擦駆動装置。
- 前記第１の出力手段を、１つのデジタル／アナログ変換器と、変形量測定手段と、前記デジタル／アナログ変換器の出力信号である押圧設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とする請求項１記載の摩擦駆動装置。
- 前記第１の出力手段を、前記第１の圧電素子への押圧設定信号を独立に与える複数のデジタル／アナログ変換器と、変形量測定手段と、前記複数のデジタル／アナログ変換器の出力信号である押圧設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御するサーボ制御手段から構成したことを特徴とする請求項１記載の摩擦駆動装置。
- 前記第２の出力手段を、デジタル／アナログ変換器と、前記第２の圧電素子に設けた変形量測定手段と、前記デジタル／アナログ変換器の出力信号である押圧伸縮設定信号と前記変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ動作を行うサーボ制御手段から構成したことを特徴とする請求項１記載の摩擦駆動装置。
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