JPH05253784A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微動用のアクチュエータを用いて可動体を、
高精度に、かつ長ストロークにわたって連続移動させる
ことのできる駆動装置を提供する。 【構成】 レール１１に移動自在に取付けられたブロッ
ク１２に微動用のアクチュエータ１３を取付ける。アク
チュエータ１３によって駆動体１６をレール１１に沿っ
てその長手方向に往復動させる。駆動体１６の往行程又
は復行程中に接圧装置１９によって、駆動体１６を間欠
的にレール１１に接圧させることにより、アクチュエー
タ１３による駆動とブロック１２またはレール１１の貫
性とを利用して、ブロック１２又はレール１１を連続的
に移動させる。なお、アクチュエータ１３等を複数組設
けて順次作動させれば、貫性によることなく連続移動さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械，測定機のテ
ーブル，ツールヘッド又はセンサーヘッド等の高精度な
移送及び定位を必要とする可動体の駆動に適する駆動装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の可動体の駆動装置とし
て、ボールネジ，静油圧ネジ，転動摩擦ローラ並びにリ
ニアモータ等の粗動装置に、高低速比の転動摩擦ロー
ラ，微小ピッチネジ並びに電歪や磁歪等を利用した微動
装置を組合わせたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】粗動装置と微動装置を
組合わせたものは、移動行程中の局部における高精度な
移送及び定位は可能であるが、微動装置の駆動ストロー
クを超える長い範囲に渡って高精度な移送及び定位を連
続して行わせることができない。

【０００４】また、微動装置は、駆動ストロークが短
い。従来、この欠点を解決するため、微動駆動部材の両
端を交互に被駆動部材に固定することにより駆動ストロ
ークを長くするいわゆるインチワームモータが提案され
ているが、これは間欠駆動であって円滑な連続駆動が困
難であるため、適用可能な駆動対象が限定される。

【０００５】本発明は、微動装置により可動体を長スト
ロークにわたって円滑に連続駆動することができると同
時に高精度な移送及び定位が可能であり、さらに粗動装
置と組合わせて円滑な駆動を行わせることのできる駆動
装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、レールと、同レールに沿って同レールに対
し相対的に移動可能に設けられたブロックと、同ブロッ
クに取付けられた微動用のアクチュエータにより前記レ
ールに沿ってその長手方向に微小に往復動可能になされ
た駆動体と、同駆動体の往復動に同期して作動可能に構
成され駆動体の往行程又は復行程のいずれか一方を選択
して該行程中の少なくとも一部において前記駆動体を前
記レールに接圧させる接圧装置とからなる駆動装置にあ
る。

【０００７】なお、駆動体及び接圧装置は複数組設ける
ことが好ましく、また、複数組の駆動体及び接圧装置は
互いに時間をずらせて作動すべく構成することが好まし
い。さらにまた、レールとブロックは別に設けた粗動装
置によって移動可能に構成することが好ましい。

【０００８】

【作用】駆動体を往方向（又は復方向）へ変位させるそ
の変位開始時又は変位開始後に、接圧装置により駆動体
をレールに接圧する。この接圧により駆動体の変位がレ
ールに伝達され、駆動体が取付けられているブロックと
レールとの間に前記駆動体の変位による相対的な移動を
生じさせる。

【０００９】駆動体の前記往方向（又は復方向）の変位
途中又は終点でレールへの駆動体の接圧を解除し、駆動
体を復方向（又は往方向）へ変位すなわち元位置へ復帰
させる。次いで再び駆動体を往方向（又は復方向）へ変
位させると共に駆動体をレールに接圧してブロックとレ
ールとの間に相対的な移動を生じさせる。

【００１０】そこで、レールに対して駆動体を接圧し、
駆動体を所定量変位させれば、ブロックとレールの相対
的な移送及び定位を駆動体の変位制御精度に従った極め
て高精度なものとすることができる。また、駆動体を繰
返し変位させると共に変位途中の一部において駆動体を
レールへ接圧させれば、この接圧が解除された状態にお
いてもブロックとレールは貫性によって移動するため、
ブロックとレールとの相対的移動を連続して行わせるこ
とができる。さらにまた、粗動装置による駆動を解除し
て、駆動体による駆動速度に対応する速度まで減速した
ところで駆動体を作動させると共にレールへ接圧するこ
とにより粗動装置から駆動体による駆動への切換えを円
滑に行うことができる。

【００１１】駆動体及び接圧装置を複数組設ければ、駆
動力を適宜に大きくすることが可能であり、また、複数
組の駆動体及び接圧装置を互いに時間をずらせて作動さ
せれば、上記貫性によるブロックとレールの相対的移動
によらず、駆動体による駆動によってブロックとレール
を連続的に移動させることができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の第１の実施例である駆動装置
１０を示すもので、レール１１には、図示しないリニア
ガイド等の案内手段によってブロック１２が移動自在に
取付けられている。

【００１３】ブロック１２には、電歪効果によって伸縮
する電歪素子等からなる微動用のアクチュエータ１３の
元端側が端台１４及びボルト１５によって固定されてい
る。アクチュエータ１３はレール１１の長手方向すなわ
ちブロック１２の移動方向と平行に伸び、アクチュエー
タ１３の先端には駆動体１６が固着されている。

【００１４】駆動体１６は、レール１１の図１において
上方の側面に対しわずかな隙間を有するか若しくはわず
かな力で接触するように配置されている。レール１１を
挟んで駆動体１６と対向する位置にローラ１７が配置さ
れている。ローラ１７は、ピン１８によりブロック１２
に回転自在に取付けられ、レール１１の図１において下
方の側面に接触している。

【００１５】駆動体１６の図１において上方には接圧装
置１９が配置されている。接圧装置１９は、矢印Ａ方向
に伸縮する電歪素子等からなり、上方の元端側がピン２
０，ブラケット２１を介してボルト２２によりブロック
１２に揺動自在に取付けられ、先端の接圧ヘッド２３を
矢印Ｂで示す駆動体１６の往復動方向へ変位可能にして
いる。

【００１６】接圧ヘッド２３は、駆動体１６の図１にお
いて上面に当接可能になされ、接圧装置１９が矢印Ａ方
向に伸びるとき、駆動体１６をレール１１の側面に接圧
させて、レール１１をローラ１７と駆動体１６で挟圧
し、レール１１と駆動体１６との間に摩擦力による駆動
力を発生させ、レール１１の長手方向の動力伝達を可能
にするようになっている。

【００１７】検出装置２４は、ブロック１２の移動速度
及び移動量（位置）を検出し、制御装置２５へ入力する
ようになっており、また、センサ２６及び変換器２７
は、ブロック１２上における駆動体１６の変位速度及び
変位量を検出し、制御装置２５へ入力するようになって
いる。制御装置２５は、アクチュエータ１３と接圧装置
１９の操作装置２８，２９へ後述するようなタイミング
でそれぞれＯＮ，ＯＦＦ指令を与えると共に、アクチュ
エータ１３の操作装置２８に対しては、センサ２６，変
換器２７により検出された駆動体１６の変位量とその指
令値とを比較して変位量を指令値に一致させるための出
力制御をも行うようになっている。

【００１８】次いで本装置の作用について説明する。ま
ず、制御装置２５により操作装置２９を介して、図２に
示すように、接圧装置１９をＯＮさせ、接圧ヘッド２３
により駆動体１６をレール１１に接圧させ、この接圧に
より駆動体１６をレール１１に固定する。

【００１９】次いで、制御装置２５により操作装置２８
を介してアクチュエータ１３を、図２に示すように、伸
長させる。このとき、駆動体１６は接圧装置１９により
レール１１に固定されているため、端台１４が図１にお
いて左方へ変位し、端台１４を取付けているブロック１
２を左方へ移動させる。

【００２０】アクチュエータ１３の伸長速度すなわちブ
ロック１２上における駆動体１６の変位速度は、制御装
置２５又は操作装置２８により、図２に示すように、変
位開始時には適宜な勾配で次第に増加し、その後一定に
なるように制御することが好ましい。この速度制御は、
アクチュエータ１３が電歪素子の場合には、印加電圧の
制御により極めて高い応答性のもとで容易に高精度で制
御することができ、センサ２６，変換器２７によるフィ
ードバック制御を行えば、より高精度な制御が可能とな
る。

【００２１】また、レール１１上におけるブロック１２
の移動量は、アクチュエータ１３が電歪素子である場合
には、これに印加する電圧の絶対値が予じめ定めた適宜
な値に達したところで、その値に止めるか、又はセンサ
２６，変換器２７によるフィードバック制御を行って制
御される。

【００２２】アクチュエータ１３が伸び切った後、繰り
返してブロック１２を移動させる場合には、ブロック１
２が停止した後、接圧装置１９をＯＦＦにしてアクチュ
エータ１３を縮め、再び上記と同様の動作を繰り返えし
てもよいが、本装置は、次に述べるように、ブロック１
２を連続して移動させることができる。

【００２３】すなわち、図２に示すように、アクチュエ
ータ１３が伸び切って縮みを開始する点ｂに達する若干
手前の点ａで、接圧装置１９をＯＦＦにする。これによ
り、ブロック１２はレール１１に対し自由になり、貫性
によって左方へ移動する。この間にアクチュエータ１３
を縮め、再び伸長させる。

【００２４】こうしてアクチュエータ１３の伸長速度が
一定に達した点ｃ又はそれより若干遅くれた時点で接圧
装置１９をＯＮさせる（点ｄ）。これにより、貫性で移
動していたブロック１２は再びアクチュエータ１３によ
って駆動され、以下同様の動作を繰り返すことにより、
ブロック１２はレール１１上をほぼ等しい速度で連続的
に移動する。

【００２５】ブロック１２の移動速度と位置は、検出装
置２４によって検知され、移動速度の検出値は必要に応
じて操作装置２８へフィードバックされ、また、位置の
検出値はブロック１２を所望の位置に停止させるために
使用される。

【００２６】また、ブロック１２を図１において右方へ
移動させる場合は、まずアクチュエータ１３を伸長させ
た後、駆動体１６を接圧装置１９によってレール１１に
固定し、その後アクチュエータ１３を所望の速度で縮め
ればよい。なお、本装置は、ブロック１２を固定してレ
ール１１を移動させるようにしてもよいことは言うまで
もない。

【００２７】図３及び図４は、本発明の第２の実施例を
示すもので、駆動装置１１０に２組のアクチュエータ１
１３Ａ，１１３Ｂ及び駆動体１１６Ａ，１１６Ｂを設
け、これらに対応して２組の接圧装置１１９Ａ，１１９
Ｂ及びローラ１１７Ａ，１１７Ｂを設けたものである。

【００２８】この第２の実施例は、図４に示すように、
アクチュエータ１１３Ａ及び接圧装置１１９Ａに対し、
アクチュエータ１１３Ｂ及び接圧装置１１９Ｂを１／２
周期ずらせて作動させるようになっている。これによ
り、ブロック１１２は、２組のアクチュエータ１１３
Ａ，１１３Ｂの少なくともいずれか一方によって常に駆
動される。

【００２９】そこで、この第２の実施例によれば、第１
の実施例と異なり、ブロック１１２を貫性によらずに連
続移動させることができる。このため、ブロック１１２
の移動を確実に制御できると共に、移動速度をより一定
に保つことができ、さらに上下方向の駆動にも適用可能
である。

【００３０】図５ないし図７は、本発明の第３の実施例
を示すものである。この第３の実施例は、本発明を高精
密工作機械のテーブル１００の駆動に適用した例であ
る。基台１０１上には、図５において紙面と垂直に伸び
る２組のリニアガイド１０２を介してテーブル１００が
移動自在に搭載されている。Ｗはワークである。

【００３１】テーブル１００の下面中央には、後述する
ように本発明による駆動装置２１０を構成するブロック
２１２が取付けられている。ブロック２１２の図５にお
いて左右両側面と、これらに対向する基台１０１の内側
面との間には、リニアガイド１０２と平行に伸びる２組
の直流又は交流のリニアモータ１０３が粗動装置として
取付けられ、テーブル１００をリニアガイド１０２に沿
って移動させるようになっている。また、テーブル１０
０と基台１０１との間には、基台１０１上におけるテー
ブル１００の位置（移動量）及び移動速度を高精度で検
出するセンサ２２４ａを有する検出装置２２４が設けら
れている。

【００３２】基台１０１には、ブロック２１２のほぼ中
央を貫通してリニアガイド１０２と平行に伸びるレール
２１１が取付けられている。このレール２１１は、図１
及び図３に示すレール１１に相当し、ブロック２１２
は、図１及び図３に示すブロック１２，１１２に相当
し、検出装置２２４は、図１に示す検出装置２４に相当
している。

【００３３】図６に示すように、ブロック２１２には、
レール２１１を挟んでそれぞれ２組ずつのアクチュエー
タ２１３Ａないし２１３Ｄと駆動体２１６Ａないし２１
６Ｄが取付けられている。駆動体２１６Ａないし２１６
Ｄにそれぞれ対応して設けられた接圧装置２１９Ａない
し２１９Ｄには、流体作動式のベローズ２１９ａないし
２１９ｄを用いている。

【００３４】レール２１１を挟んで対向し、図６におい
て左方に位置するアクチュエータ２１３Ａ，２１３Ｃ及
び接圧装置２１９Ａ，２１９Ｃは、図７に示すように、
制御装置２２５によって制御される操作装置２２８によ
りそれぞれ対をなして同時に作動し、また、図６におい
て右方に位置するアクチュエータ２１３Ｂ，２１３Ｄ及
び接圧装置２１９Ｂ，２１９Ｄもそれぞれ対をなして同
時に作動するが、左右の各組は図３及び図４に示す第２
の実施例と同様に互いに時間をずらせて作動するように
構成されている。

【００３５】この第３の実施例によれば、それぞれ２組
のアクチュエータ２１３Ａ，２１３Ｃと２１３Ｂ，２１
３Ｄとによって駆動力が与えられるため、より大きな駆
動力を得ることができ、また、接圧装置２１９Ａないし
２１９Ｄに流体圧を用いることにより、接圧力を高めて
大きな駆動力を伝達することが可能になる。

【００３６】また、この第３の実施例は、テーブル１０
０をリニアモータ１０３によって高速移動させた後、テ
ーブル１００が完全に停止した状態、又は停止する若干
手前のアクチュエータ２１３Ａないし２１３Ｄの変位速
度と等しい速度まで、検出装置２２４によって検出され
るテーブル１００の移動速度が減速した状態で、アクチ
ュエータ２１３Ａないし２１３Ｄ及び接圧装置２１９Ａ
ないし２１９Ｄを作動させ、これらによる駆動に切換え
て使用される。

【００３７】テーブル１００がアクチュエータ２１３Ａ
ないし２１３Ｄの変位速度と等しい速度で移動している
状態で、アクチュエータ２１３Ａないし２１３Ｄによる
駆動を開始する場合は、図２及び図４による駆動開始時
とは異なり、まず、アクチュエータ２１３Ａ，２１３Ｃ
を作動させ、これにより駆動体２１６Ａ，２１６Ｃの変
位速度が所定速度に達した後に、接圧装置２１９Ａ，２
１９Ｃを作動させる。これにより、リニアモータ１０３
による駆動から駆動装置２１０による駆動への切換えを
迅速かつ円滑に行うことができる。なお、このような使
用方法は、図１及び図３に示した第１，第２の実施例に
おいても可能であることは言うまでもない。

【００３８】図８は、前述した本発明による駆動装置２
１０等を大形高精度テーブル装置に適用した第４の実施
例を示すもので、３００はテーブル，３０１は基台であ
る。テーブル３００は、平行に設けられた２組のリニア
ガイド３０２とリニアモータ３０３によって基台３０１
上を図８において左右へ移動可能に搭載されている。

【００３９】テーブル３００の両側面には、本発明によ
る駆動装置２１０がそれぞれ取付けられ、そのレール２
１１が基台３０１に取付けられている。両駆動装置２１
０の側面には、それぞれ位置及び移動速度を検出するた
めのセンサ２２４ａが取付けられ、基台３０１にはこれ
らのセンサ２２４ａにそれぞれ対応するスケール３０４
が取付けられている。

【００４０】この装置は、センサ２２４ａ及びスケール
３０４からなる２組の検出装置によってテーブル３００
の図８において左右方向の傾き（蛇行による傾き）を検
出し、２組の駆動装置２１０を各別に作動させ、テーブ
ル３００を上記傾きの補正を含め極めて高精度に移動及
び位置決めを可能にしたものである。

【００４１】図９は、本発明の第５の実施例を示すもの
で、アクチュエータ４１３として油圧式又は空圧式サー
ボモータを用い、これを操作装置としてのサーボバルブ
４２８で制御するようにしたものである。なお、その他
の構成は図１と同様である。この実施例によれば、アク
チュエータ４１３の１回の往行程又は復行程における変
位量を比較的大きくとることができ、かつ比較的大きな
駆動力を与えることができるため、大形装置の駆動装置
として適している。

【００４２】前述した実施例は、直線状のレール１１，
１１１，２１１を用いた例を示したが、ブロック１２，
１１２，２１２と相対移動可能なものであればよく、円
環状又は円板の外周部等の種々のものをレールとして用
いることができ、また、微小駆動用のアクチュエータと
しては、電歪素子，油圧式又は空圧式サーボモータに限
らず、磁歪素子等の種々のアクチュエータを用いること
ができ、さらに粗動装置としては、リニアモータ１０
３，３０３に限らず、例えば、転動摩擦ローラ駆動方式
のような、ブロック又はテーブル等の可動体に対し駆動
のための機械的係合関係を容易に解除することができる
ものであればよい。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、間欠
駆動による高精度な定位を行い得ることはもちろん、可
動体を長ストロークにわたって円滑に連続移動させるこ
とができると同時に高精度な移送及び定位が可能であ
り、特に可動体を低速度で高精度に連続して長距離移送
することができるため、超精密加工用の工作機械，測定
機のテーブルや工具又は測定ヘッド移動用の駆動装置等
に適用して大きな効果を発揮し、また、粗動装置と組合
わせたときの粗・微動の切換えを迅速かつ円滑に行うこ
とができる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】図１に示した装置の作動の一例を示す図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図４】図３に示した装置の作動の一例を示す図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線による部分断面図である。

【図７】図５及び図６に示した装置の制御用のブロック
図である。

【図８】本発明の第４の実施例を示す図である。

【図９】本発明の第５の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１０，１１０，２１０ 駆動装置 １１，１１１，２１１ レール １２，１１２，２１２ ブロック １３，１１３Ａ，１１３Ｂ，２１３Ａないし２１３Ｄ，
４１３ アクチュエータ １６，１１６Ａ，１１６Ｂ，２１６Ａないし２１６Ｄ
駆動体 １９，１１９Ａ，１１９Ｂ，２１９Ａないし２１９Ｄ
接圧装置 ２４，２２４ 検出装置 ２５，２２５ 制御装置 ２６，２２４ａ センサ ２７ 変換器 ２８，２９，４２８ 操作装置 １００，３００ テーブル １０１，３０１ 基台 １０３，３０３ リニアモータ（粗動装置） ３０４ スケール

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レールと、同レールに沿って同レールに
   対し相対的に移動可能に設けられたブロックと、同ブロ
   ックに取付けられた微動用のアクチュエータにより前記
   レールに沿ってその長手方向に微小に往復動可能になさ
   れた駆動体と、同駆動体の往復動に同期して作動可能に
   構成され駆動体の往行程又は復行程のいずれか一方を選
   択して該行程中の少なくとも一部において前記駆動体を
   前記レールに接圧させる接圧装置とからなる駆動装置。
2. 【請求項２】 駆動体及び接圧装置が複数組設けられて
   いることを特徴とする請求項１の駆動装置。
3. 【請求項３】 複数組の駆動体及び接圧装置が互いに時
   間をずらせて作動すべく構成されていることを特徴とす
   る請求項２の駆動装置。
4. 【請求項４】 レールとブロックが別に設けた粗動装置
   によって移動可能に構成されていることを特徴とする請
   求項１，２又は３の駆動装置。