JP4113991B2

JP4113991B2 - １軸駆動装置を用いた表面形状測定装置

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Publication number: JP4113991B2
Application number: JP2003090613A
Authority: JP
Inventors: 洋宮本
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2008-07-09
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１軸駆動装置及び該装置を使用した表面形状測定装置に係り、特に、駆動部にリニアモータを使用した１軸駆動装置及び該装置を使用した表面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１軸駆動装置に使用できるリニアモータとしては、従来より各種の構成のものが知られている。このうちでも、棒状磁石である固定子と、固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、固定子に沿って直線移動が可能な環状部材である移動子とを有するリニアモータは、コギングが少ない、速度ムラが少ない、等の特徴を持っており、市場に出回りつつある（たとえば、ＧＭＣＨＩＬＬＳＴＯＮＥ社製、商品名：シャフトモーター。）。
【０００３】
また、このようなリニアモータの改良技術として、安定的に精度良く作動できるとする構成のものが提案されている（特許文献１、特許文献２等。）。
【０００４】
一方、従来より、表面形状測定装置としては、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置、真円度測定装置、三次元座標測定装置等が知られている。
【０００５】
これらの表面形状測定装置の多くは、接触式の触針（プローブ）を被測定物の表面に接触させながら、触針と被測定物とを相対移動させ、これにより被測定物の表面形状を測定している。
【０００６】
この触針と被測定物との相対移動は、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置、三次元座標測定装置等においては直線運動となるのが一般的であり、真円度測定装置においては円弧運動となるのが一般的である。また、真円度測定装置においても、触針のＺ軸移動（鉛直方向移動）は直線運動となるのが一般的である。
【０００７】
このような直線運動の駆動は、モータ、歯車及びねじの組み合わせ、又は、モータ、プーリ及びワイヤの組み合わせによる構成が一般的であった（特許文献３。）。
【０００８】
すなわち、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置、真円度測定装置においては、モータ、歯車及びねじの組み合わせによる直線駆動を行うとともに、高い真直度精度を有するすべりガイド面（又は静圧軸受面）で支持されながら、接触式の検出器が直線移動して、被測定物の表面粗さ、輪郭形状、真円度等の測定を行う。また、三次元座標測定装置においては、モータ、プーリ及びワイヤの組み合わせによる直線駆動を行うとともに、高い真直度精度を有する静圧軸受面で支持されながら、接触式の検出器が直線移動して、被測定物の形状及び寸法の測定を行う。
【０００９】
この場合、表面粗さ測定装置及び輪郭形状測定装置の直線駆動はＸ軸方向が、真円度測定装置の直線駆動はＲ軸及びＺ軸方向が、三次元座標測定装置の直線駆動はＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向が一般的である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−３３１８３４号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１１−１５０９７３号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開２００２−１３９３１７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１軸駆動装置に上記従来のリニアモータを適用した場合、リニアモータより発熱を生じ、この発熱により装置全体の寸法誤差を引き起こすという問題が指摘されている。
【００１４】
また、１軸駆動装置に上記従来のリニアモータを適用し、移動子の自重による駆動推力が変動を受ける状態で使用した場合、この駆動推力の変動を抑制しにくいという問題も指摘されている。
【００１５】
図１３〜図１５はこの現象を説明する概念図である。図１３において、リニアモータ１の断面が略示されている。Ｎ極とＳ極とが交互に直線状に配列されてなる棒状磁石である固定子２に、コイル部材を有する環状部材である移動子４が嵌装されている。そして、固定子２の磁束と移動子４のコイル部材に流される電流との相互作用により、フレミングの左手の法則によって、移動子４は固定子２に沿って直線移動する。なお、移動子４のコイル部材には図示しない駆動回路より電流が供給される。
【００１６】
この場合、固定子２と移動子４との間に摩擦が存在するとすれば通電による駆動をしない状態で図１４、図１５に示されるようになる。図１４は、リニアモータ１が水平に配された状態を示し、図１５はリニアモータ１が水平に対してΘの傾斜角度をもって配された状態を示す。なお、固定子２と移動子４との間の摩擦係数はμとする。
【００１７】
図１４において、移動子４に通電しない状態では固定子２と移動子４との相対運動はない。また、移動子４を右又は左に動かすには、移動子の自重Ｍによる摩擦力に打ち勝つべく、駆動力Ｆ＝μＭを要する。
【００１８】
一方、図１５においては、移動子４の自重による分力Ｍ・Sin Θが固定子２に沿った直線移動方向にかかる。また、移動子４の自重による分力Ｍ・Cos Θが固定子２に沿った直線移動方向に対し垂直にかかる。
【００１９】
この状態で、移動子４の自重による分力及び摩擦力に打ち勝って移動子４を左方に動かすには、同図（ａ）に示されるように、駆動力Ｆ＝Ｍ・Sin Θ＋μＭ・Cos Θを要する。一方、移動子４を右方に動かすには、同図（ｂ）に示されるように、駆動力Ｆ＝−Ｍ・Sin Θ＋μＭ・Cos Θを要する。このように、従来のこの種のリニアモータは、移動子４の自重により駆動推力が変動を受ける。
【００２０】
また、図１５のような状態でΘが大きいと、移動子４が自重により右方に移動（落下）する。これを抑制し、移動子４を現状位置に維持させるためには、移動子４に通電し、左方向きの駆動力を与えて釣り合わせる必要がある。ところが、移動子４に通電した状態を維持すると、移動子４に発熱を生じ、この発熱により装置全体の寸法誤差を引き起こすという問題をも生じる。
【００２１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、リニアモータの移動子の自重による駆動推力が変動を受けず、また、発熱等による寸法精度誤差を生じさせないリニアモータを使用した１軸駆動装置を提供することを目的とする。
【００２２】
一方、表面形状測定装置において、上記従来の直線駆動機構は、以下に述べるような問題点を有し、改善が求められていた。すなわち、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置、真円度測定装置、三次元座標測定装置は、検出器の移動速度が遅く、高速移動ができないという問題点を有している。
【００２３】
また、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置、真円度測定装置は、高速移動時の振動が大きいという問題点を有している。また、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置は、構造が複雑であり、また、高精度の歯車間ピッチ寸法が要求されるという問題点を有している。また、三次元座標測定装置は、ワイヤを使用するため、高加速度移動ができないという問題点を有している。
【００２４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、上記従来の各問題点を克服できる駆動機構を有する表面形状測定装置を提供することをも目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、装置本体に固定されるとともに、Ｎ極とＳ極とが交互に配列されてなる棒状磁石である固定子と、前記固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、前記固定子に沿って移動が可能な環状部材である移動子と、を有するリニアモータを使用した１軸駆動装置であって、前記装置本体に対し１軸方向に摺動自在に設けられる駆動部が、前記装置本体の一端部又は両端部の近傍に設けられる巻き掛け運動伝達支持部材を介して巻き掛け運動伝達部材により前記移動子に前記駆動部と釣り合うように固定されたバランスウェイトと連結されており、前記移動子は、前記駆動部と対向する前記バランスウェイトの平面に略直交する前記バランスウェイトの側面に固定されており、前記駆動部には検出部が設けられていることを特徴とする１軸駆動装置を用いた表面形状測定装置を提供する。
【００２６】
本発明によれば、装置本体に対し１軸方向に摺動自在に設けられる駆動部が、巻き掛け運動伝達部材を介してリニアモータにより駆動される。このような構成を採ることにより、駆動部とリニアモータとを所定距離だけ隔置することができ、その結果、リニアモータの発熱により装置全体の寸法誤差を引き起こすという問題が解消できる。
【００２７】
なお、「巻き掛け運動伝達部材」とは、機構学での巻き掛け伝達における機械要素で、一般的には、ベルト、チェーン、ワイヤ等が該当する。また、「巻き掛け運動伝達支持部材」とは、同じく巻き掛け伝達における機械要素で、一般的には、プーリ、ベルト車、スプロケット等が該当する。
【００２８】
本発明において、前記駆動部と釣り合うように、バランスウェイトが前記移動子に固定されていることが好ましい。駆動部が巻き掛け運動伝達部材を介してリニアモータにより駆動される場合、駆動部の自重と釣り合うように、バランスウェイトが移動子に固定されていれば、移動子の自重による駆動推力が変動を受けず、また、寸法精度誤差を生じさせないからである。
【００２９】
ここで、「バランスウェイト」とは、「研削加工等において回転体の不釣合いを取り除くために付加するおもり。門型工作機械のクロスレールや中ぐり盤の主軸頭の自重と釣り合わせるのに用いるおもり。」（以上、切削・研削・研磨用語辞典、砥粒加工学会編、１９９５年、工業調査会出版）と説明されているが、本明細書においては、上記のうち、後者の意味で使用する。
【００３０】
また、本発明において、前記バランスウェイトと前記移動子との合計重量が前記駆動部の重量と略同一であることが好ましい。このような条件において、本発明の効果が発揮できるからである。
【００３１】
また、本発明において、前記バランスウェイトと前記移動子との合計重量が前記駆動部の重量に対し上下２０％の範囲内であることが好ましい。このような条件においても、本発明の効果が発揮できるからである。
【００３２】
また、本発明において、前記装置本体と前記駆動部との摺動面と略同一平面内において、前記駆動部に前記巻き掛け運動伝達部材の端部が固定されていることが好ましい。このような構成とすれば、駆動部の作用点にリニアモータからの駆動力が巻き掛け運動伝達部材を介して伝達される。したがって、駆動部の動作精度が確保できる。
【００３３】
また、本発明は、被測定物の表面に沿って検出部を相対移動させることにより該被測定物の表面形状の測定を行う表面形状測定装置において、前記の１軸駆動装置を使用し、前記駆動部に固定された検出部が相対移動されることを特徴とする表面形状測定装置を提供する。
【００３４】
本発明によれば、表面形状測定装置において、前記の１軸駆動装置により駆動がなされる。したがって、１軸駆動装置に使用されるリニアモータの特徴とする、メンテナンスが不用である、磨耗部分がない、低振動駆動が可能である、速度範囲を大きくとれる、高剛性である、構造が簡単である、バックラッシュがない、等の有利な効果が得られる。
【００３５】
なお、表面形状測定装置とは、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置、真円度測定装置、三次元座標測定装置等で代表される、被測定物の表面に沿って検出部を相対移動させることにより、この被測定物の表面形状の測定を行う装置を指し、物体の外表面のみならず、たとえば、円筒物の内周面等の測定を行う装置をも含むものである。
【００３６】
また、検出部とは、一般的には触針（プローブ）を被測定物の表面接触させながら測定する接触式の検出部が採用されるが、これに限られず、非接触式の検出部、たとえば、レーザ方式の検出部等も含むものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る１軸駆動装置の第１の実施の形態について詳説する。図１は、本発明に係る１軸駆動装置１０の全体構成図であり、斜視図で表示されている。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は、リニアモータ１２の要部拡大断面図である。
【００３８】
１軸駆動装置１０は、固定子１４及び移動子１６を主体としてなるリニアモータ１２と、各部材を固定する装置本体であるベース板１８と（図１では図示を略す）、固定子１４の両端部をベース板１８に固定する固定金具２０、２０と、移動子１６に給電を行うケーブルベア２２と、移動子１６の１軸方向位置を検出するエンコーダ２４及びエンコーダスケール２６と、固定子１４の両端部近傍に設けられ、移動子１６のエンドリミットを検知するリミットセンサ２８、２８と、ベース板１８（装置本体）に対し１軸方向に摺動自在に設けられる駆動部３０と、固定子１４の両端部近傍に設けられる巻き掛け運動伝達支持部材であるプーリ３４、３４と、ベース板１８に固定されプーリ３４を回動自在に軸支するプーリ軸３６、３６と、プーリ３４を介して移動子１６と駆動部３０とを連結する巻き掛け運動伝達部材であるワイヤ３２と、より構成される。
【００３９】
次に、図３等によりリニアモータ１２の詳細について説明する。リニアモータ１２は、いわゆるシャフト型のリニアモータである。リニアモータ１２は、前述のように界磁用のマグネットが形成されている直線棒状のシャフト部材である固定子１４と、コイル部材を主要部として有する環状部材である移動子１６がこれに嵌装されることにより構成されている。
【００４０】
固定子１４は、機械加工が可能で、着磁可能な材料、たとえば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系金属よりなり、断面が円形に形成されている。また、固定子１４は、その長手方向に沿って等ピッチの、好ましくは略矩形の磁束分布となるように着磁されている。これにより、固定子１４には、その長手方向に沿ってＮ極とＳ極とが同じ磁極幅Ｐで交互に並んだ駆動用着磁部が形成されており、これが界磁マグネットとなっている。この磁極幅Ｐは、たとえば３０ｍｍとすることができる。
【００４１】
移動子１６のコイル部材４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルを１組とするコイル群の２組（第１組のコイル群及び第２組のコイル群）よりなる。第１組のコイル群は、コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１からなり、この順に固定子１４の長手方向に配置されている。第２組のコイル群は、コイルＵ２、Ｖ２、Ｗ２からなり、この順に固定子１４の長手方向に配置されている。これらのコイルは、いずれも磁極幅Ｐの１／３の幅に形成されている。
【００４２】
移動子１６のコイル部材４０を構成するこれら各コイルは、その外周面を接着剤によってコーティングするようにして固着され一体化されている。そして、コイル部材４０は、中空直方体状の移動子フレーム４２の中空部分に内蔵されており、かつ、移動子フレーム４２の内周面に一体化して支持されている。
【００４３】
移動子１６の移動子フレーム４２の左右両端部分には、固定子１４に嵌装され、固定子１４に摺動可能な軸受け部４４、４４が設けられている。この軸受け部４４、４４の作用により、移動子１６は固定子１４に沿って滑らかに移動できる。
【００４４】
そして、固定子１４の磁束と移動子１６のコイル部材４０に流される電流との相互作用により、フレミングの左手の法則によって、移動子１６は固定子１４に沿って直線移動する。なお、移動子１６のコイル部材４０には図示しない駆動回路よりケーブルベア２２を介して電流が供給される。
【００４５】
図１、図２に示される駆動部３０は、ベース板１８（装置本体）に対し１軸方向に摺動自在に設けられている。駆動部３０をベース板１８に対し摺動させる直動ガイド２７としては、ころがり案内（ボール、コロ等による）、すべり案内等の各種の機構が採用できる。このような直動ガイド２７としては、たとえば、ＴＨＫ社製、商品名：ＬＭガイドが使用できる。なお、直動ガイド２７を使用せず、ベース板１８に直接駆動部３０を、１軸方向に摺動自在に支持する構成を採用してもよい。
【００４６】
図１、図２に示される駆動部３０としては、移動子１６と釣り合うような重量のものを選択することが好ましい。すなわち、移動子１６に他の構成部材を取り付けて使用する場合には、移動子１６と当該構成部材との重量を加算したものと略同様の重量の駆動部３０とするのが好ましい。また、移動子１６に他の構成部材を取り付けて使用しない場合、又は、移動子１６に他の構成部材を取り付けて使用するが、当該構成部材の重量が僅かな場合等には、移動子１６と略同様の重量の駆動部３０とするのが好ましい。
【００４７】
更に、移動子１６に取り付ける他の構成部材によって、駆動部３０の重量を増減できるような構成を採用することもできる。
【００４８】
移動子１６と駆動部３０との連結は、図１、図２に示されるように、ワイヤ３２により無端環状に構成し、このワイヤ３２をプーリ３４、３４に巻き掛けて支持すればよい。
【００４９】
その他、１軸駆動装置１０の他の構成（ベース板１８、固定金具２０、ケーブルベア２２、エンコーダ２４、エンコーダスケール２６、リミットセンサ２８）については、いずれも公知のものであることより、その説明は省略する。
【００５０】
次に、１軸駆動装置１０の作用について説明する。１軸駆動装置１０（リニアモータ１）が水平に配された状態（図１４）において、移動子１６に通電しない状態では、固定子１４と移動子１６との相対運動はない。また、１軸駆動装置１０（リニアモータ１）が水平に対して所定傾斜角度をもって配された状態（図６）であっても、駆動部３０の釣り合いの効果により、固定子１４と移動子１６との相対運動はない。したがって、移動子１６に通電しておく必要はなく、発熱等による寸法精度誤差を生じさせない。
【００５１】
１軸駆動装置１０（リニアモータ１）の移動子１６に通電し駆動した場合、１軸駆動装置１０（リニアモータ１）が水平に対して所定傾斜角度をもって配された状態（図１５）であっても、駆動部３０の釣り合いの効果により、固定子１４と移動子１６とはバランスがとれている。したがって、移動子の自重等による影響はなく、駆動推力が変動を受けることはない。
【００５２】
次に、添付図面に従って、本発明に係る１軸駆動装置を使用した表面形状測定装置の一例である表面粗さ測定装置の好ましい実施の形態（第２の実施の形態）について詳説する。図４は、実施の形態の表面粗さ測定装置１００の全体を示す斜視図であり、図５は、図４に示した表面粗さ測定装置１００の構成を示すブロック図である。
【００５３】
表面粗さ測定装置１００は、測定部（データ出力手段）１１２、データ処理装置１１４、入力装置（例えばキーボード、マウス：測定領域指定手段、設定手段）１１６、モニタ１１８、及び粗さ出力手段１３６から構成される。測定部１１２は、測定台１２０上に載置された図５のワークＷの表面粗さを測定するピックアップ１２２を有し、このピックアップ１２２は駆動装置１２４のホルダ１２４Ａに支持されている。
【００５４】
ピックアップ１２２は、先端に触針１２６を有し、この触針１２６の変位量が駆動装置１２４に内蔵された不図示の差動トランスによって電圧に変換される。そして、この電圧値はＡ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換され、データ処理装置１１４のＣＰＵ（測定データ取得手段、算出手段、制御手段、比較手段）１２８に出力される。これにより、ＣＰＵ１２８によってワークＷの表面粗さを示す測定データが取得される。
【００５５】
図４に示されるように、駆動装置１２４は測定台１２０に立設されたコラム１３０に取り付けられている。そして、図５のＣＰＵ１２８からの指示に従って、上下（Ｚ方向）移動用のモータ（図示略）が駆動されることにより、駆動装置１２４全体がコラム１３０に沿って上下に移動される。また、ＣＰＵ１２８からの指示に従って、左右（Ｘ方向）移動用のリニアモータ（説明は後述する）が駆動されることにより、ホルダ１２４Ａが左右に移動される。なお、測定台１２０の前面に装着されたジョイスティック１３２によって、駆動装置１２４を操作することもできる。
【００５６】
また、図５に示されるように、データ処理装置１１４には、ハードディスク又は電気的消去書き込み可能な読み出し専用メモリであるＥＥＰＲＯＭ等の補助記憶装置１３４が内蔵される。
【００５７】
次に、本発明の特徴部分である駆動装置１２４の詳細について説明する。図６は、駆動装置１２４の詳細を示す正断面図であり、図７は、同じく図６のＢ−Ｂ線断面図である。駆動装置１２４の内部の大半の部分は、本発明に係る１軸駆動装置１０が占める。なお、図１〜図３に示される１軸駆動装置１０と同一、類似の部材については、同様の符号を附し、その説明を省略する。
【００５８】
本実施の形態において、第１の実施の形態の１軸駆動装置１０と相違する点は、駆動部３０と釣り合うように、バランスウェイト３１が移動子１６に固定されている構成である。そして、バランスウェイト３１はベース板１８にも直動ガイド３３により支持され、ベース板１８に対し摺動自在となっている。直動ガイド３３の構成は、既述の直動ガイド２７と同様であることより、説明を省略する。
【００５９】
また、駆動部３０は、直動ガイド２７、２７により支持され、ベース板１８に対し摺動自在となっているテーブル部３０Ａと、テーブル部３０Ａに垂設されるとともに、下端部近傍に検出部（ピックアップ１２２等）を固定する垂直部３０Ｂとより構成される。両者はボルト部材３０Ｃ、３０Ｃにより一体化されている。
【００６０】
また、１軸方向位置を検出するエンコーダ２４及びエンコーダスケール２６の組み合わせの設置位置が、第１の実施の形態と異なり、エンコーダ２４のヘッドが駆動部３０に固定され、エンコーダスケール２６がベース板１８に固定されている。このような組み合わせでも、駆動部３０の１軸方向位置を正確に検出することができる。
【００６１】
上記の構成において、バランスウェイト３１と移動子１６との合計重量が駆動部３０の重量に対し上下２０％の範囲内であることが好ましく、バランスウェイト３１と移動子１６との合計重量が駆動部３０の重量と略同一であることがより好ましい。このようなバランスウェイト３１の重量とすることにより、既述のように、本発明の効果が一層発揮できるからである。
【００６２】
また、上記の構成において、ベース板１８（装置本体）と駆動部３０との摺動面（図７では、直動ガイド２７、２７）と略同一平面内において、駆動部３０にワイヤ３２（巻き掛け運動伝達部材）の端部が固定されている。このような構成とすることにより、駆動部３０の作用点にリニアモータ１２からの駆動力がワイヤ３２を介して伝達される。したがって、直動ガイド２７、２７の上下方向のがたつきを生じない構成となり、駆動部３０の動作精度が確保できる。
【００６３】
また、上記の構成において、リニアモータ１２と駆動部３０とが所定距離だけ隔置されている。これにより、リニアモータ１２の発熱により装置全体の寸法誤差を引き起こすという問題が解消されている。
【００６４】
更に、上記の構成において、駆動部３０とバランスウェイト３１とが、ベース板１８を中間に挟んで上下に相対する構成となっている。これにより、装置全体の重量バランスを良好とできるのみならず、装置全体をコンパクトにできる効果が得られる。
【００６５】
以上に述べた、本発明の表面形状測定装置の特徴部分である駆動装置１２４の各種の効果を、他の構成を採用する駆動部と比較して説明する。図８は、本発明とは異なる１軸駆動装置を使用した表面粗さ測定装置の駆動装置３２４の詳細を示す断面図であり、図９は、図８のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図６及び図７に示される駆動装置１２４と同一、類似の部材については、同様の符号を附し、その説明を省略する。
【００６６】
図８及び図９に示される駆動装置３２４においては、本発明の駆動装置１２４と相違し、リニアモータ１２の移動子１６に駆動部３０が固定されている。そして、この駆動部３０がベース板１８（記装置本体）の両端部の近傍に設けられるプーリ３４、３４を介してワイヤ３２によりバランスウェイト３１と連結されている。
【００６７】
このような構成の駆動装置３２４においては、ベース板１８（装置本体）と駆動部３０との摺動面（図９では、直動ガイド２７、２７）と略同一平面内において、駆動部３０にワイヤ３２の端部が固定されている構成ではない。したがって、直動ガイド２７、２７の上下方向のがたつきを生じる懸念があり、駆動部３０の動作精度を確保しにくい。
【００６８】
また、上記の構成の駆動装置３２４においては、リニアモータ１２と駆動部３０とが隣接している。これにより、リニアモータ１２の発熱により装置全体の寸法誤差を引き起こすという懸念がある。
【００６９】
更に、上記の構成の駆動装置３２４においては、駆動部３０とバランスウェイト３１とが、ベース板１８を中間に挟んで斜め上下方向に相対する構成となっている。これにより、装置全体の重量バランスが悪いのみならず、装置全体をコンパクトにしにくい。
【００７０】
以上に説明した、本発明の駆動装置１２４の効果に加え、更に、本発明の構成の表面粗さ測定装置によれば、リニアモータ１２の特徴とする、メンテナンスが不用である、磨耗部分がない、低振動駆動が可能である、速度範囲を大きくとれる、高剛性である、構造が簡単である、バックラッシュがない、等の有利な効果が得られる。
【００７１】
次に、添付図面に従って、本発明に係る表面形状測定装置の他の一例である真円度測定装置の好ましい実施の形態（第３の実施の形態）について詳説する。図１０は、真円度測定装置の全体構成図である。真円度測定装置２１０は、装置本体２１２、装置本体２１２の右側上面に設けられるＺ方向移動手段２１４、Ｚ方向移動手段２１４に支持されるＸ方向移動手段２１６、Ｘ方向移動手段２１６の左端部に支持されるとともに、Ｘ軸を中心に回動自在となっている検出器ホルダ２２２、検出器ホルダ２２２の先端部に回動自在に支持される検出器２２４、装置本体２１２の略中央上面に設けられるワークテーブル２１８、及び、装置本体２１２の左側上面に設けられる操作パネル２２０とで構成される。なお、検出器２２４の先端にはプローブＰが設けられている。
【００７２】
図１１は、被測定物Ｗの測定箇所を説明する概念図であり、左上の円筒状被測定物Ｗの内周部及び外周部に検出器２２４のプローブＰが押し当てられている状態、及び、右下の被測定物Ｗの円錐部、円柱外面、フランジ部上面及びフランジ部下面に検出器２２４のプローブＰが押し当てられている状態をそれぞれ示している。
【００７３】
このような各状態での各種の測定（同軸度、円筒度、等）に対応できるように、検出器２２４及びプローブＰが自動的に位置決めできるように構成されている。
【００７４】
以下、各構成部分の概略について説明する。Ｚ方向移動手段２１４は、装置本体２１２の右側上面に設けられ、Ｚ方向テーブルを備えるスタンド２３０と、Ｚ方向テーブルに沿って上下動する測定ステージ２３２との組み合わせで構成される。測定ステージ２３２の上下動（Ｚ方向移動）は手動（たとえば、ボタン操作、ジョイスティック操作等）でも行なえるし、被測定物Ｗの形状、寸法、測定種別（同軸度、円筒度、等）等を操作パネル２２０に入力することにより自動で行なえる方式にもできる。
【００７５】
Ｘ方向移動手段２１６は、Ｚ方向移動手段２１４に支持されており、測定ステージ２３２と、測定ステージ２３２を貫通して設けられ、測定ステージ２３２に対し左右方向（Ｘ方向）に移動可能な水平腕２３４との組み合わせで構成される。水平腕２３４の左右移動（Ｘ方向移動）は手動（たとえば、ボタン操作、ジョイスティック操作等）でも行なえるし、被測定物Ｗの形状、寸法、測定種別（同軸度、円筒度、等）等を操作パネル２２０に入力することにより自動で行なえる方式にもできる。
【００７６】
ワークテーブル２１８は、装置本体２１２の略中央上面に設けられており、円盤状に形成され、回転駆動できるようになっている。回転数は段階的に変更できるようにしてもよく、無段階で可変とする構成としてもよい。なお、必要に応じてセンタリング調整やチルチング調整ができるようにしてもよく、また、自動偏心補正機能、自動傾斜補正機能を付与することもできる。
【００７７】
操作パネル２２０は、装置本体２１２の左側上面に設けられており、測定情報（被測定物Ｗの形状情報も含む）の入力、装置の各種操作及び測定結果等の出力ができるように構成されている。図示の操作パネル２２０にはパソコンが使用されており、入力作業は主にキーボードより行い、出力はディスプレ（液晶パネル）及びプリンタにより行なわれる。なお、操作パネル２２０に内蔵のＣＰＵにより真円度測定装置２１０の各種制御が行われる。低価格機種では、操作パネル２２０にパソコンを使用せず、装置専用のパネルを採用することもできる。
【００７８】
検出器２２４としては、変位検出に差動トランスを使用し、かつ、プローブＰを被測定物Ｗに押圧させる方式のレバー式プローブタイプのものが採用されている。なお、これ以外の各種方式のものの採用を排除するものではない。プローブＰを被測定物Ｗに押圧させる力、いわゆる測定力は、単一に固定（たとえば７０ｍＮ）とする検出器２２４であってもよいし、被測定物Ｗの形状、寸法、測定種別（同軸度、円筒度、等）等に応じて可変（たとえば３０〜１００ｍＮ）とする構成であってもよい。
【００７９】
図１２は、スタンド２３０の概略断面図（右側断面図）であり、Ｚ方向移動手段２１４の構成を説明するものである。第２の実施形態の表面粗さ測定装置１００の例（図４〜図６参照）では、駆動部３０が、リニアモータ１２の両端部の近傍に設けられるプーリ３４、３４を介してワイヤ３２により移動子１６と連結される構成が採用されているが、本実施形態の例では、プーリ３４、３４をリニアモータ１２の上端部の近傍に設け、これにワイヤ３２を巻き掛けて、移動子１６及びバランスウェイト３１と駆動部３０との釣り合いを取る構成が採用されている。
【００８０】
すなわち、スタンド２３０の内部後方（図１２では、右方）には、リニアモータ１２が鉛直に配設されており、リニアモータ１２の移動子１６とバランスウェイト３１とが固定されている。また、スタンド２３０の外部前方（図１２では、左方）には、ガイド軸３７が鉛直に配設されている。そして、駆動部３０はガイド軸３７に沿って上下方向に摺動自在となっている。また、駆動部３０にはＸ方向移動手段２１６（図では想像線で表示）を支持するＺ方向テーブル２３１が固着されている。
【００８１】
移動子１６の重量と相俟って、駆動部３０、Ｚ方向テーブル２３１及びＸ方向移動手段２１６の合計重量と釣り合う重量のバランスウェイト３１は、鉛直に配設された軸３５に貫通され上下移動が可能な状態で、リニアモータ１２の上端部の近傍に設けられるプーリ３４、３４を介してワイヤ３２により駆動部３０と連結されている。
【００８２】
このような構成によれば、駆動部３０の自重及び駆動部３０に取り付けられている他の構成部材（本例ではＺ方向テーブル２３１及びＸ方向移動手段２１６）の合計重量と略同一重量の移動子１６とバランスウェイト３１により釣り合いがとれる。したがって、移動子１６又は駆動部３０等の自重等による影響はなく、駆動推力が変動を受けず、また、発熱等による寸法精度誤差を生じさせない。
【００８３】
以上、本発明に係る１軸駆動装置及び該装置を使用した表面形状測定装置の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００８４】
たとえば、実施形態の１軸駆動装置１０の例では、駆動部３０が、リニアモータ１２の両端部の近傍に設けられる巻き掛け運動伝達支持部材（プーリ３４、３４）を介して巻き掛け運動伝達部材（ワイヤ３２）により移動子１６と連結される構成が採用されているが、巻き掛け運動伝達支持部材（プーリ３４）がリニアモータ１２一端部の近傍に設けられる、図１２に示されるような構成も採用できる。
【００８５】
たとえば、１軸駆動装置１０を使用して鉛直方向の動作をさせる場合には、巻き掛け運動伝達支持部材（プーリ３４）をリニアモータ１２の上端部の近傍に設け、これに巻き掛け運動伝達部材（ワイヤ３２）を巻き掛けて、移動子１６と駆動部３０との釣り合いを取る構成が採用できる。
【００８６】
また、巻き掛け運動伝達支持部材（プーリ３４）と巻き掛け運動伝達部材（ワイヤ３２）との組み合わせ以外の構成でも、駆動部３０が移動子１６と釣り合うように配されている構成であれば、各種構成が採用できる。
【００８７】
たとえば、１軸駆動装置１０を使用して鉛直方向の動作をさせる場合に、マノメータ（連通管）を介して駆動部３０と移動子１６との釣り合いを取る構成である。この場合、たとえば、両端のマノメータ内の水銀のヘッド（上端）を塞ぐ上下移動可能な蓋材を設け、この両端の蓋材で駆動部３０と移動子１６のそれぞれの自重を受ければよい。
【００８８】
また、実施形態の表面形状測定装置の例では、駆動部３０が、リニアモータ１２の両端部又は一端部の近傍に設けられる巻き掛け運動伝達支持部材（プーリ３４）を介して巻き掛け運動伝達部材（ワイヤ３２）により移動子１６と連結される構成が採用されているが、巻き掛け運動伝達支持部材（プーリ３４）と巻き掛け運動伝達部材（ワイヤ３２）との組み合わせ以外の構成でも、駆動部３０が移動子１６と釣り合うように配されている構成であれば、各種構成が採用できる。
【００８９】
また、リニアモータ１２周縁の部分が磁性材料である金属材料で構成されていると、リニアモータ１２の磁力が周縁の磁性材料の影響を受け、その結果、リニアモータ１２の駆動推力が変動し易いと言う懸念を生じる場合もあり得る。このような場合には、以下の構成を採り得る。
【００９０】
すなわち、Ｎ極とＳ極とが交互に直線状に配列されてなる棒状磁石である固定子と、前記固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、前記固定子に沿って直線移動が可能な環状部材である移動子とを有するリニアモータと、装置本体と、該装置本体に対し１軸方向に摺動自在に支持されてなる移動テーブルと、を有し、前記固定子又は移動子の一方が前記装置本体に固定され、前記固定子又は移動子の他方が前記移動テーブルに固定されてなる１軸駆動装置であって、前記装置本体及び移動テーブルのうち、少なくとも前記リニアモータ周縁の部分が非磁性材料で構成されていることを特徴とする１軸駆動装置を組み込んだ構成の表面形状測定装置である。
【００９１】
この構成によれば、リニアモータ周縁の部分が非磁性材料で構成されているので、リニアモータの磁力が周縁の磁性材料（金属材料等）の影響を受けることはなく、その結果、リニアモータの駆動推力が変動しにくい。
【００９２】
また、Ｎ極とＳ極とが交互に直線状に配列されてなる棒状磁石である固定子と、前記固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、前記固定子に沿って直線移動が可能な環状部材である移動子とを有するリニアモータと、装置本体と、該装置本体に対し１軸方向に摺動自在に支持されてなる移動テーブルと、を有し、前記固定子又は移動子の一方が前記装置本体に固定され、前記固定子又は移動子の他方が前記移動テーブルに固定されてなる１軸駆動装置であって、前記装置本体と前記移動テーブルとの摺動面と、前記リニアモータの固定子の軸心とが略同一平面内に配され、かつ、前記装置本体及び移動テーブルの摺動面と前記リニアモータとが所定距離隔置されていることを特徴とする１軸駆動装置を組み込んだ構成の表面形状測定装置も採用し得る。
【００９３】
この構成によれば、装置本体及び移動テーブルの摺動面とリニアモータとが所定距離隔置されている。したがって、リニアモータの磁力が周縁の磁性材料（金属材料等）の影響を受けることはなく、その結果、リニアモータの駆動推力が変動しにくい。また、装置本体と移動テーブルとの摺動面と、リニアモータの固定子の軸心とが略同一平面内に配されている。したがって、ローリングやピッチングの影響は受けにくい。また、ヨーイングの影響を多少受けることがあっても、装置本体と移動テーブルとの摺動面長さを所定長とれば、これを軽減できる。
【００９４】
また、装置本体及び移動テーブルの摺動面とリニアモータとが所定距離隔置されているので、リニアモータからの発熱が装置全体に及びにくい。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、装置本体に対し１軸方向に摺動自在に設けられる駆動部が、巻き掛け運動伝達部材を介してリニアモータにより駆動される。このような構成を採ることにより、駆動部とリニアモータとを所定距離だけ隔置することができ、その結果、リニアモータの発熱により装置全体の寸法誤差を引き起こすという問題が解消できる。
【００９６】
また、本発明によれば、表面形状測定装置において、前記の１軸駆動装置により駆動がなされる。したがって、１軸駆動装置に使用されるリニアモータの特徴とする、メンテナンスが不用である、磨耗部分がない、低振動駆動が可能である、速度範囲を大きくとれる、高剛性である、構造が簡単である、バックラッシュがない、等の有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る１軸駆動装置の全体構成図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】リニアモータの要部拡大断面図
【図４】実施の形態の表面粗さ測定装置の全体を示す斜視図
【図５】図４に示した表面粗さ測定装置の構成を示すブロック図
【図６】表面粗さ測定装置における駆動装置の詳細を示す断面図
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図
【図８】本発明とは異なる１軸駆動装置を使用した表面粗さ測定装置における駆動装置の詳細を示す断面図
【図９】図８のＣ−Ｃ線断面図
【図１０】実施の形態の真円度測定装置の全体を示す斜視図
【図１１】被測定物の測定箇所を説明する概念図
【図１２】真円度測定装置のスタンドの概略断面図
【図１３】リニアモータの概要を示す断面図
【図１４】従来のリニアモータにおける問題点を説明する概念図
【図１５】従来のリニアモータにおける問題点を説明する概念図
【符号の説明】
１０…１軸駆動装置、１２…リニアモータ、１４…固定子、１６…移動子、１８…ベース板、２０…固定金具、２２…ケーブルベア、２４…エンコーダ、２６…エンコーダスケール、２８…リミットセンサ、３０…駆動部、３１…バランスウェイト、３２…ワイヤ、３４…プーリ、３６…プーリ軸

Claims

装置本体に固定されるとともに、Ｎ極とＳ極とが交互に配列されてなる棒状磁石である固定子と、
前記固定子に嵌装されるとともに、コイル部材を有し、前記固定子に沿って移動が可能な環状部材である移動子と、を有するリニアモータを使用した１軸駆動装置であって、
前記装置本体に対し１軸方向に摺動自在に設けられる駆動部が、前記装置本体の一端部又は両端部の近傍に設けられる巻き掛け運動伝達支持部材を介して巻き掛け運動伝達部材により前記移動子に前記駆動部と釣り合うように固定されたバランスウェイトと連結されており、
前記移動子は、前記駆動部と対向する前記バランスウェイトの平面に略直交する前記バランスウェイトの側面に固定されており、
前記駆動部には検出部が設けられていることを特徴とする１軸駆動装置を用いた表面形状測定装置。
前記バランスウェイトと前記移動子との合計重量が前記駆動部の重量と略同一である請求項１に記載の１軸駆動装置を用いた表面形状測定装置。
前記バランスウェイトと前記移動子との合計重量が前記駆動部の重量に対し上下２０％の範囲内である請求項１に記載の１軸駆動装置を用いた表面形状測定装置。
前記装置本体と前記駆動部との摺動面と略同一平面内において、前記駆動部に前記巻き掛け運動伝達部材の端部が固定されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の１軸駆動装置を用いた表面形状測定装置。