JP4808590B2

JP4808590B2 - リテーナの位置ずれ防止装置

Info

Publication number: JP4808590B2
Application number: JP2006291015A
Authority: JP
Inventors: 山貴信秋
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: US20080101737A1; CN100548570C; TWI327627B; TW200909703A; KR20080037569A; US7855477B2; CN101168232A; JP2008106863A

Description

本発明は、工作機械において、テーブル等の移動体を案内するころがり案内として、リテーナーにより保持された有限コロを用いた案内装置に適用し、リテーナの位置ずれを防止する技術に関する。

従来、精密加工機では、テーブルやサドルなどの移動体の案内にころがり案内が利用されている。この種のころがり案内には、平面、Ｖ型面等の案内面にリテーナにより保持された複数の有限コロを使用したものがある。

有限コロの上に載せた移動体は、ボールねじで駆動されることにより、移動する。有限コロを用いた場合は、摩擦が少なく運動精度が高いので、超精密送りの案内として使用されている。

図３乃至図５は、有限コロをリテーナで保持したころがり案内上を移動体が移動していくときに生じる相対的位置の変化を示す。

このうち、図３はリテーナ１、２と移動体であるテーブル３との相対位置がずれていない状態で、テーブル３が全ストロークの中間位置にある場合を示す。リテーナ１、２は、テーブル３を中心に左右対称にベッド４の案内面５、６に配置されている。

ボールネジ７がサーボモータ８により回転駆動されると、図示しないボールネジナットが固定されているテーブル３は紙面上で左右方向に移動する。テーブル３が移動した場合、リテーナ１、２はテーブル３の移動量の半分を移動するという性質がある。（例えば、テーブル２が左に２００ｍｍ移動したとき、リテーナ１、２は左に１００ｍｍ移動する。）
テーブル３の移動を繰り返していくと、有限コロとの摩擦により僅かな滑りが発生し、リテーナ１、２は徐々にずれてくる。１回のテーブル３の移動でリテーナ１、２は約数μｍずれる。図４は、片側のリテーナ１が右方向にずれた状態を示している。

このようなずれは、テーブル３の移動を繰り返すにつれて次第に大きくなり、ストロークが長い場合は、リテーナ１あるいは２がテーブル３から外れてしまい、事故に繋がる危険性があった。テーブル３が重い場合には、リテーナ１、２は、ベッド４とテーブル３間で滑らず、座屈して破損してしまうこともあり、機械の修復に多大の時間を要していた。

そこで、従来は、テーブルの両側にセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを配置し、リテーナ１あるいは２がテーブル２から外れたことを検知している。そして、外れたリテーナ１あるい２の位置修正を図５に示すように行っている。

この図５は、テーブル３を右方向に移動させ、リテーナ１をストッパ１０に接触させてリテーナ１の位置を修正する状態を示す上面図である。図５に示すように、テーブル３を右方向に移動させると、ずれた側のリテーナ１は、ベッド４の前後に備えたストッパ１０に接触する。そして、接触した状態で、更にテーブル３を右方向に移動させるとリテーナ１は、テーブル３で滑り、これにより、ずれが修正される。

しかしながら、ずれたリテーナ１、２をストッパ１０にぶつけてずれ量を修正する方法では、リテーナ１、２が変形してしまい、機械の位置決め精度および真直度等に悪い影響を及ぼしていた。

また、テーブル３の移動を繰り返しているとリテーナ１、２が徐々にずれてくるので、定期的にリテーナ１、２をストッパ１０に接触させ位置修正を行っており、それが無駄な時間となっていた。そのうえ、リテーナ１、２のずれ方向は一定ではないので、リテーナ１、２の修正する方向をセンサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄで検知し、テーブル３の移動方向を決め、位置修正を行わなければならないという煩わしい問題があった。

そこで、本出願人は、テーブルが移動すると、リテーナはテーブル移動距離の半分を動くという特性を積極的に利用して、リテーナの位置ずれを防止する技術を提案している（特許文献１）。

この特許文献１では、テーブルを送るボールねじとは別に、もう１本ボールねじを用い、テーブルを送るボールねじの回転を１／２に減速してもう１本のボールねじに伝達し、減速されたボールねじによって、リテーナのずれ防止用のストッパを取り付けたケースを移動させている。
特開２００４−１１６５９２号公報

本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、テーブルの移動距離の半分をリテーナが動くという特性を積極的に利用して、リテーナの位置ずれを防止する技術をさらに改良し、移動体からリテーナから外れるのを確実に防止できるようにした新しいリテーナの位置ずれ防止装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、リテーナにより保持された複数の有限コロを有し、工作機械の移動体の移動をベッドまたはテーブルの案内面に沿って案内するころがり案内機構と、前記移動体を送るリニアモータ送り機構と、を備えた移動体送り案内装置におけるリテーナの位置ずれ防止装置であって、前記リテーナの位置を規制するストッパを有し、前記移動体の移動に連動して移動可能な位置ずれ規制体と、前記移動体のリニアモータ送り機構を構成し、前記案内面と平行に配列された移動体駆動用のリニアモータの磁石板列と、前記位置ずれ規制体を前記移動体の移動と同じ方向に移動させるリニアモータ機構と、前記移動体の移動と同期させてその１／２の速度で前記位置ずれ規制体を移動させるリニアモータ制御部と、を具備したことを特徴とするものである。

本発明によれば、位置ずれ規制体をテーブルの移動速度との半分の速度で移動させることができるので、ストッパでリテーナを規制した状態を保ったまま移動体とリテーナとの相対位置は不変となり、リテーナのずれを確実に防止できる。

以下、本発明によるリテーナの位置ずれ防止装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明を工作機械のテーブルの送り案内装置に適用したリテーナの位置ずれ防止装置の一実施形態を示す平面図である。
図１において、参照番号４はベッドであり、参照番号１１はテーブルを示す。ベッド４には、長手方向にテーブル１１の移動を案内する案内面１２、１３が設けられている。案内面１２には、ころがり案内を構成するリテーナ１４が、案内面１３にはリテーナ１５が載っている。

図２に示すように、この実施形態では、案内面１２、１３には、Ｖ溝が用いられれており、Ｖ溝の傾斜した両側がコロ１６が転動する転動面になっている。リテーナ１４、１５はそれぞれ多数のコロ１６をＶ溝に対応したＶ字型の配列で保持するための保持器である。
テーブル１１は、リテーナ１４、１５により保持されたコロ１６の上に載せられており、テーブル１１は、Ｖ溝の転動面を転動するコロ１６の上を移動するようになっている。この場合、リテーナ１４、１５全体ではテーブル１１の移動距離の半分の距離を同方向に移動することになる。

なお、案内面１２、１３の転動面は、この実施形態では、Ｖ型面になっているが、これに限らず、平面、若しくはＶ−Ｖ型面であってもよい。また、案内面１２、１３において、コロ１２の転動面はラッピング加工またはキサゲ加工が施されていることが好ましい。

次に、テーブル１１を送るリニアモータ送り機構について説明する。

図１において、ベッド４の上面中心には、長手方向に磁石板２０が配設されており、これらの磁石板２０を配設した磁石板列は、リニアモータの固定子を構成している。テーブル１１の下面には、リニアモータの可動子２１が取り付けられている。

次に、図１において、参照番号２２ａ乃至２２ｄは、リテーナ１４、１５の位置を規制するストッパを示す。これらのストッパ２２ａ乃至２２ｄは、テーブル１１の移動と同期して移動する位置ずれ規制体２４に取り付けられている。

この実施形態では、位置ずれ規制体２４は、それぞれテーブル１１の前後に配置された前移動台２５、後移動台２６を備え、これら前移動台２５と後移動台２６は、細長い連結部材２７ａ、２７ｂで連結されている。

前移動台２５と後移動台２６とは、連結部材２７ａ、２７ｂによって平行に保たれ、その間隔はリテーナ１４、１５とほぼ同じ長さである。前移動台２５の左右側面には、それぞれブラケット２８ａ、２８ｂを介してストッパ２２ａ、２２ｂが取り付けられている。これらのストッパ２２ａ、２２ｂは、それぞれリテーナ１４、１５の前端に当接しこれらを規制している。同様に、後移動台板２６の左右測面には、それぞれブラケット２８ｃ、２８ｄを介してストッパ２２ｃ、２２ｄが取り付けられている。これらのストッパ２２ｃ、２２ｄは、それぞれリテーナ１４、１５の後端に当接してこれらを規制している。
このような位置ずれ規制体２４は、テーブル１１の案内面１２、１３と平行なリニアガイド２９ａ、２９ｂによって案内される。そして、位置ずれ規制体２４の移動を駆動する機構としては、リニアモータが用いられている。リニアモータを構成する固定子としては、テーブル１１を駆動するリニアモータの固定子を構成する磁石板２０の配列をテーブル１１と共用するようになっている。リニアモータの可動子３０は、前移動台２５の下面に取り付けられている。

次に、位置ずれ規制体２４をテーブル１１の移動と同期させて移動させる制御部について説明する。
図１において、参照番号４０は、リニアモータの制御部を示す。

テーブル１１には、テーブル１１の位置を検出するリニアエンコーダ４１が設けられており、このリニアエンコーダ４１から出力される位置検出信号は、制御部４０に導入される。制御部４０には、図示しないＮＣ装置から位置指令信号が入力され、制御部４０は、この位置指令とリニアエンコーダ４１からのフィードバックとを比較し、両者の偏差が０になるように指令をテーブル用の第１サーボアンプ４２に出力し、これにより、テーブル１１を駆動するリニアモータの可動子２１が制御される。

他方、位置ずれ規制体２４にもリニアエンコーダ４４が設けられ、このリニアエンコーダ４４から出力される位置検出信号は、制御部４０に導入される。制御部４０は、位置ずれ規制体２４のリニアモータを駆動する第２サーボアンプ４３に対しては、位置ずれ規制体２４の移動距離をテーブル１１の移動距離の１／２にするため、位置ずれ規制体２４がテーブル１１の速度の１／２になるようにパラメータを設定して、テーブル１１のリニアモータと同期制御をする。これにより、常に、テーブル１１の移動と同期して、位置ずれ規制体２４は、テーブル１１の１／２の速度で移動し、テーブル１１の移動距離の半分を移動することができるようになっている。

本実施形態によるリテーナの位置ずれ防止装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
テーブル１１は、リニアモータによって駆動されて紙面上で左右方向に移動する。テーブル１１が移動すると、左右のリテーナ１４、１５は、リテーナ１４、１５に保持されたコロ１６の回転移動によりテーブル１１の移動量の半分だけ移動する。

このテーブル１１の移動と同時に、位置ずれ規制体２４は、テーブル１１の１／２の送り速度でテーブル１１と同方向に移動し、その結果、必ず、テーブル１１の移動量の半分を移動する。

従って、位置ずれ規制体２４を構成する前移動台２５にブラケット２８ａ、２８ｂを介して取り付けられたストッパ２２ａ、２２ｂは、左右のリテーナ１４、１５の前端を規制しながらリテーナ１４、１５と同速度で同じ方向に移動するので、相対位置は変わることがない。同様に後移動台２６に取り付けられたストッパ２２ｃ、２２ｄは、左右のリテーナ１４、１５を規制しながら相対位置は不変である。

このように相対位置が不変であるため、ストッパ２２ａおよび２２ｃは、それぞれリテーナ１４の前後両端を挟み込むようにしてリテーナ１４の位置を規制し、またストッパ２２ｃおよび２２ｄは、リテーナ１５の前後両端を挟み込むようにしてリテーナ１５の位置を規制するので、リテーナ１４、１５のテーブル１１に対する相対位置は常に変わることがない。このため、リテーナ１４、１５が位置ずれすることはなく、従来のように、いったん運転を中断して位置修正を行う必要はなくなる。なお、リテーナ１４、１５は、一回のテーブル１１の移動での数μmのずれ分の抵抗しか受けないために変形することはない。

また、本実施形態によれば、テーブル１１の送りを駆動するモータにリニアモータを用いるとともに、位置ずれ規制体２４をテーブル１１の半分の速度で送る駆動機構をリニアモータによって構成しているので、従来のサーボモータで駆動するボールねじ送り機構を用いたものと較べて、減速機構が不要となる上に次にのような効果が得られる。

すなわち、ボールねじ送り機構では、ボールねじがばね系を形成し、テーブルの運動精度を低下させるが、リニアモータでは高精度の運動精度が得られるので、上述したように、テーブル１１の移動量に対して位置決め規制体２４の移動量を半分にする制御を高精度に実現できる。

また、ボールねじ機構では潤滑油が必須で、その潤滑油が案内面１２、１３まで飛散して、コロの転動面に必要以上に付着し、その油膜の厚さによって精度が低下するという不都合がある。これに対して、リニアモータでは、精度を高めるために案内面１２、１３の転動面をラップ仕上げや、キサゲ加工を施し、案内面１２、１３の精度を高めた場合でも、潤滑油の付着による精度の低下の懸念がないので、キサゲ加工面を活用して超精密加工機に最適の有限コロによるころがり案内を実現できる。

さらに、本実施形態では、リニアモータの固定子となる磁石板列をテーブル１１と位置ずれ規制体２４とで共用できるので、省スペースおよび製作コストの低減になる利点がある。

以上、本発明について、移動体がテーブルである実施形態を挙げて説明したが、本発明は、テーブルの上を移動するサドルの案内についても同様に適用可能である。

本発明によるリテーナの位置ずれ防止装置の一実施例を示す平面図。同リテーナの位置ずれ防止装置が適用される案内面を示す図。ころがり案内のリテーナと、テーブルの相対位置を示す図で、リテーナの位置ずれがない場合を示す図。ころがり案内のリテーナと、テーブルの相対位置を示す図で、リテーナの位置ずれが生じた場合を示す図。ころがり案内のリテーナと、テーブルの相対位置を示す図で、リテーナの位置ずれが生じた場合のずれ修正の動作を示す図。

符号の説明

４ベッド
１１テーブル
１２案内面
１３案内面
１４リテーナ
１５リテーナ
１６コロ
２０磁石板
２１可動子
２２ａ〜２２ｄストッパ
２４位置ずれ規制体
２５前移動台
２６後移動台
２９ａ、２９ｂリニアガイド
３０可動子
４０制御部
４１リニアエンコーダ

Claims

リテーナにより保持された複数の有限コロを有し、工作機械の移動体の移動をベッドまたはテーブルの案内面に沿って案内するころがり案内機構と、前記移動体を送るリニアモータ送り機構と、を備えた移動体送り案内装置におけるリテーナの位置ずれ防止装置であって、
前記リテーナの位置を規制するストッパを有し、前記移動体の移動に連動して移動可能な位置ずれ規制体と、
前記移動体のリニアモータ送り機構を構成し、前記案内面と平行に配列された移動体駆動用のリニアモータの磁石板列と、
前記位置ずれ規制体を前記移動体の移動と同じ方向に移動させるリニアモータ機構と、
前記移動体の移動と同期させてその１／２の速度で前記位置ずれ規制体を移動させるリニアモータ制御部と、
を具備したことを特徴とするリテーナの位置ずれ防止装置。
前記リニアモータ機構は、前記移動体駆動用のリニアモータとその磁石板列を共用することを特徴とする請求項１に記載のリテーナの位置ずれ防止装置。
前記位置ずれ規制体は、前記ベッドまたはサドルの左右の案内面に配置された左右のリテーナのそれぞれの前端部、後端部にそれぞれ当接するストッパと、これらのストッパを保持するストッパ保持部材と、左右の各リテーナについて前記ストッパの間隔を当該リテーナの長さとほぼ同一の間隔に保持するとともに、これらのストッパを左右対称に支持する構造体と、からなることを特徴とする請求項１に記載のリテーナの位置ずれ防止装置。
前記位置ずれ規制体を前記案内面と平行に案内するリニアガイドをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリテーナの位置ずれ防止装置。
前記案内面において、有限コロが転動する転動面は、平面、Ｖ型面、若しくはＶ−Ｖ型面であることを特徴とする請求項１に記載のリテーナの位置ずれ防止装置。
前記案内面において、有限コロが転動する転動面はラッピング加工またはキサゲ加工が施されたことを特徴とする請求項５に記載のリテーナの位置ずれ防止装置。