JPH0623598B2 - 摩擦駆動装置 - Google Patents

摩擦駆動装置

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JPH0623598B2
JPH0623598B2 JP2248683A JP24868390A JPH0623598B2 JP H0623598 B2 JPH0623598 B2 JP H0623598B2 JP 2248683 A JP2248683 A JP 2248683A JP 24868390 A JP24868390 A JP 24868390A JP H0623598 B2 JPH0623598 B2 JP H0623598B2
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良夫 牧本
巨光 金井
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、測定機械の送り装置や光学機械の移動装置等
に使用されるツイストローラ方式の摩擦駆動装置の改良
に関する。
(従来の技術) この種の駆動軸の回転によって従動軸を直線移動させる
摩擦駆動装置は、ロストモーションが少ないことにより
3次元測定機の送りシステムなどに採用されているが、
これまでに実用されている摩擦駆動装置の多くは例えば
第10図(a)に示すように、駆動軸11と従動軸12の
軸線11′,12′が直交した、ラック・アンド・ピニ
オン形式であり、リード(駆動軸1回転による従動軸の
移動量)は数十ミリになった。したがって、送りの最小
設定単位を0.1μmとするには数十万分の一回転で駆
動軸を制御する必要があり実現不可能であった。一方、
より細密な送りを行なうツイストローラ方式の摩擦駆動
装置は、例えば第10図(c)(d)に示すように、駆動軸2
1と従動軸22を微小な交差角θ,θ′で交差させ、駆
動軸21の回転により従動軸22に生じる摩擦力の軸方
向分力を利用して、第10図の矢印23,24で示す送
り動作を行うもので、機構的にはねじ送りに相当する。
したがって、理論的には駆動軸21の軸径をD、交差角
をθとすればリードはπDθとなり、θを10-4rad 程
度にすることでリードを20〜50μmとすることがで
き、数万分の一回転でナノメータ(10-9m)単位の微
小送りが可能となる計算である。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、従来のツイストローラ方式の摩擦駆動装
置では、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、また転がり接触による支持では転動体を真円とする
ことは不可能なので、微視的にい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θを常時安定
して保持することができない。そのため、サブミクロン
単位の高精度の送り装置には使用することができなかっ
た。
本発明の目的は、かかる従来製品の課題を解決するもの
であって、ツイストローラ方式摩擦駆動装置において、
微小な交差角θを安定して高精度に保持することがで
き、さらに、前記交差角θを可変に設定可能な、ナノメ
ータ単位の送りを実現する摩擦駆動装置を提供すること
にある。
(課題を解決するための手段) このため、本発明は、特許請求の範囲記載の摩擦駆動装
置を提供することによって、上述した従来製品の課題を
解決した。
(実施例) 次に本発明の実施例につき図面を参照して説明する。第
2図は本発明の実施例装置全体を示す概略縦断面図で、
第1図のI−I線に沿った断面図である。ベース13上
に、フレーム14,15で軸受部16,17にパルスモ
ータ1とカップリング2で連結された入力駆動軸10が
支持されており、駆動軸10外周ところがり接触する3
個の従動軸であるローラ5が、駆動軸軸線18に対して
微小な交差角(第6図θ)をもって傾斜した軸線19を
有するように配置され、さらに駆動軸10に対してロー
ラ5を外接支持しかつ駆動軸10の回転に起因してロー
ラ5が発生させる摩擦力の軸方向分力によって矢印25
の方向に移動されるハウジング20を有する。第2図で
みて、ローラ5は駆動軸10上方で断面で示され、静圧
ラジアル軸受6(第3図)は、上方では断面で、そして
下方では側面図で示される。そして、第1図で示す軸方
向静圧案内軸受4及び案内軸3は駆動軸10の両側に一
対設けられているが、第2図では奥側部分(第1図で上
側)は、駆動軸10とハウジング20の後方になり表わ
れていない。第1図は本考案の実施例の摩擦駆動装置の
上方(第2図のI矢印方向)から見た平面図である。実
施例では、駆動軸10は直径32mmでパルスモータ1に
より駆動される。この駆動軸10を直径36mm長さ50
mmの3個のローラ5が120゜間隔で押さえるように配
置されて従動軸となる(この従動軸ローラはねじ送りの
場合のナット部に相当する)。各ローラ5は第3図でみ
てよく判るように静圧ラジアル軸受6とフランジ7内の
第5図に示す静圧スラスト軸受31,31′により支持
される。駆動軸10とローラ5は軸受鋼を熱処理後、研
削仕上げされた。従動軸ローラ5は2枚のサイドプレー
ト8により挟持された静圧案内軸受4と結合されて移動
テーブルを構成する。案内軸受4はフレーム14,15
に支持された直径40mmの軸3により軸方向に案内さ
れ、ローラ5の作用による運動を軸方向運動とするよう
に案内する。
第3図は本発明のハウジング20とローラ5との間に介
した静圧軸受のうち、ラジアル方向でローラ5を支持す
る静圧ラジアル軸受6を示し、第2図のIII−III線に沿
った部分断面図である。ラジアル軸受6の駆動軸10側
は27で示すように切り欠かれており、切り欠き部27
を除いて円周7カ所、2列に給油孔28が設けられ、毛
細管絞り29(第4図)が組み込まれている。30,3
0′は油路である。このようにローラ5を静圧支持する
ことで駆動軸10との片当たりを防ぐとともに、接触圧
力の調節を容易とすることができる。一方、スラスト軸
受13,31′(第4図)の面は第5図に示すように、
駆動軸10の軸線18とローラ5の軸線19を通る線で
対称に左右2つに分かれており、それぞれのポケット2
6,26′にテーブル外部に設置された毛細管絞りを経
て圧力油が供給されており、この絞りにより左右のポケ
ット圧P1,Pを調整することでローラ5と駆動軸10
との交差角θを変えることができる。なお静圧軸受の無
偏心時の油膜厚さはラジアル軸受6、スラスト軸受3
1,31′ともに40μmである。この原理を第6図に
示す。第6図(a)に示すように、各ポケット26,2
6′,26a,26a′の圧力Pを同じにすると、ロ
ーラ5の軸線19は駆動軸10の軸線18と平行にな
る。しかしながら、第6図(b)に示すように、ポケッ
ト26,26a′の圧力Pをそのままにしてポケット
26′,26aの圧力をPからPに上げると、ロー
ラ5の軸線18は交差角θでもって駆動軸10の軸線1
8に対して傾斜し、圧力Pを上げると交差角θは大き
くなる。さらにラジアル軸受6の圧力を小さくして、駆
動軸10とローラ5とのころがり接触を切り離し、図示
しない別に設けた高速送り用の別のアクチュエータで、
ハウジング20全体を早送りすることができる。
第7図は第1図乃至第5図に示すスラスト軸受31,3
1′のポケット26,26′への各供給圧力比P1/P0
によるリード即ち回転当りの移動量の変化を測定した結
果を示すグラフである。CWは時計方向、CCWは半時
計方向のそれぞれ駆動軸10の回転方向を示す。
第7図ではパルスモータ1回転の分割数を12800 とした
ときの400パルス当たり(つまり1/32回転)の移
動量が示されている。移動量の制御はオープンループ制
御となる。圧力比P1/P0を変えることで±3μm(リ
ードでは±100μm)の範囲での調節が可能であるこ
とがわかる。つぎに圧力比を0.69として、モータ分
割数を変えたときの1/32回転当たりの移動量を第8
図に示すが、どの分割数の場合も1.8μm程度で安定
していた。したがって1パルス当たりの送り量を計算す
ると第9図のようになり、数万分の一回転でナノメータ
単位の微小送りの可能なことがわかる。ただし、第8図
に示したように、1.8μmの送りに対して標準偏差が
0.1〜0.3μmあり、サブミクロンの位置決めを行
うにはクローズドループとする必要がある。そこでテー
ブル変位をフィードバックしたクローズドループ制御に
より0.5μmステップの位置決め操作を行ったとこ
ろ、標準偏差は0.05μm程度に減少した。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明では、ツィストローラ方式
摩擦駆動装置において、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
たハウジングと各ローラとの間には、ラジアル及びスラ
ストの各静圧軸受が介されており、さらに、ローラの端
面支持面に介された静圧スラスト軸受は2個の半円部に
分割され、各半円部への供給圧力を変えることができる
ので極めて微小な交差角を高精度に保持することができ
る。また、各半円部への供給圧力を可変にして交差角を
任意の角度に制御して、ハウジングの移動量をナノメー
タ単位で精密に制御することができるものとなった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例である摩擦駆動装置の平面図、
第2図は第1図のII−II線に沿った縦断面図、第3図は
第2図のIII−III線に沿った部分横断面図、第4図は第
3図のIV−IV線に沿った部分縦断面図、第5図は第2図
のV−V線に沿った部分断面図、第6図は第5図の静圧
スラスト軸受の作動を示す説明図である。第7図は第1
図乃至第5図に示すスラスト軸受のポケットへの供給圧
力比による駆動軸回転当りのハウジング移動量を示すグ
ラフ、第8図及び第9図は同回転当り移動量と一回転当
りパルス数との関係をそれぞれ示すグラフである。第1
0図は従来の摩擦駆動装置を示す説明図である。 5……ローラ(従動軸)、6……静圧ラジアル軸受(静
圧軸受)、10……駆動軸、18……駆動軸軸線、19
……ローラ軸線、20……ハウジング、26,26′…
…ポケット、31,31′……静圧スラスト軸受(静圧
軸受)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−4960(JP,A) 特開 平2−154852(JP,A) 実開 昭62−121463(JP,U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力駆動軸と、前記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、前記ローラはラジア
    ル及びスラストの各静圧軸受を介して前記ハウジングに
    保持されており、前記ハウジングの前記ローラ端面に面
    するスラスト静圧軸受面は、前記駆動軸とローラの各軸
    線を通る線に対して線対称な2個の半円部に分割され、
    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ことを特徴とする摩擦駆動装
    置。
  2. 【請求項2】前記2個の半円部にそれぞれ供給される静
    圧圧力は可変にされ、それにより前記交差角を可変にし
    た請求項1記載の摩擦駆動装置。
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