JPS6162657A - 送りネジシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、駆動源の回転運動を直線運動に変換する目的
で使用される送りネジシステムに関し、特に、精密工作
機械やＮ密計側装置など精密な送り技術を必要とする装
ぼ、例えば半尋体製造装置の超精密位置決め用の試料移
送装置の送り機構を構成するのに好適な送りネジシステ
ムに関する。

［発明の背景］ 従来、精密工作機械や精密計８）す装置など精密な送り
技術を必要とする装置において用いられる送りネジ装置
は、第５図に示ずように、ナツト部を主ナツト１と副ナ
ツト２との２つに分割し、これらの主ナツト１と０１ナ
ツト２との間に所定厚さの円盤状スペーサ３を挟んで送
りネジｌＮ１４とナツト１．２との間のガタを小さくし
、これにより、送り軸方向のスラストガタを少なくする
方法をとっている。このダブルナツトの定すきま予圧方
式と呼ばれる方法は、送りネジ＠４とナツト１．２との
相互の弾性変形を利用して送りネジ軸４とナツト１．２
の製作誤差により生じるスラストガタを小さくできる利
点がある。しかし、一方で、送りネジ軸４にリード誤差
があると送りネジ軸４の回転トルクに変動を生じ、この
方式の送り機構を用いて精密位置決め用の試料移送装置
を構成した場合、精密な位置決め制御が困難となる欠点
があった。また、送りネジ＠４とナツト部（ナツト１゜
２およびスペーサ３）の剛性を高めた場合、スラストガ
タやバツクラツシなどを小さくおさえるために予圧■を
太き（すると、送りネジ軸４の回転トルクの絶対値およ
び回転トルクの変動値も大きくなってしまうという欠点
があったつ この方式の欠点を除去する目的で、＠６図に示Ｔように
、所定厚さの円盤状スペーサ３の代わりに皿バネ５を挟
んだ、いわゆる定圧予圧方式も考えられているが、この
場合、設定した予圧力以上の送り軸方向荷重を送りネジ
軸４あるいは主ナツト１に作用させるとバツクラツシが
大きくなるという欠点があった。

さらに、定すきま予圧および定圧予圧のいずれの方式に
おいても、第７図に示すように、送りネジ軸４の駆動に
際して回転初期における起動トルクが定常トルクに比べ
て非常に大きくなる欠点もあった。

［発明の目的１ 本発明の目的は、上述従来の定ずぎま予圧方式の欠点で
ある送り季ジ軸とナツトの製作誤差、特にリード誤差に
よって生じる送りネジ軸の回転トルクの変動を補償する
とともに、従来の定圧予圧方式の欠点である予圧力以上
の送り軸方向荷重作用時にもバックラツシのない送りネ
ジシステムを提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するため本発明の送りネジシステムでは
、ナツト部を２つのナツトに分割し、これらのナツトの
送り軸方向の相対的な間隔を保持するとともに、リード
誤差等による送りネジ軸の回転トルクもしくはその変動
を検出し、この検出出力に基づいて上記２つのナツトの
相対的な回転量を負帰還的に制御し、これによって上記
送りネジ軸の回転トルクおよびその変動を減少させ、か
つバックラツシをなくしている。

また、送りネジ軸の回転初期の起動トルクが定常トルク
に比べて大きくなるのは、静止状態から起動させる時は
静止ｆＭａ力が作用し、これが定常回転に達すると動摩
擦状態となるが、一般に動摩擦に比べて滑り始める瞬間
の最大静止摩擦力が犬きいことに基因するものと考えら
れる。このｌ！ｊ＋＝力は送りネジ軸とナツトの接触面
圧に関係するので、本発明では、回転初期においては、
上記２つのナツト間の相対的な回転量を変化させて両ナ
ツト間に加わる予圧力を小さくすることにより、回転初
期の静止摩擦力および回転トルクを減少させることを可
能にしている。

ざらに、本発明では、一方向に定常回転中には必要でな
い上記２つのナツト間の予圧を加えないように制御し、
回転方向が変化するような運転状態の時のみ、必要最小
限の予圧力を与えるようにすることも可能にしている。

本発明における、２つのナツト間の相対的回転を自由に
して送り軸方向の相対的な間隔を保持する手段としては
、例えば滑り軸受けまたは転動体で構成したスラスト軸
受けを用いることができる。

２つのナツトの相対的な回転量を制御するための微小回
転機構としては、例えば空気圧や液体圧等の流体圧によ
り容積が変化するもの、圧電効果による厚み変化を応用
した圧電素子、または磁歪効果による厚み変化を応用し
た磁歪素子等を用いることができる。

送りネジ軸の回転トルクもしくはその変動を検出するた
めの手段としては、例えば送りネジ軸とこの送りネジ軸
の駆動源の出力軸との間に結合された動トルク計、ある
いは該駆動源への供給電力もしくはその変動を検出して
これをトルクに換算するもの等を用いればよい。

［実施例の説明コ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る送りネジシステムの
全体構成を示す。同図において、ベアリング入りハウジ
ング１１．１２によって軸支された送りネジ軸４には、
スラスト玉軸受け１４によって互いに相対回転自由でか
つ送り軸方向の間隔一定に、また、微小回転機構１５に
よって相対的回転量の制御可能に連結された主ナツト１
と副ナツト２とが螺合されており、主ナツト１は、移動
ガイド１８によって案内される可動テーブル１γに係合
されている。また、送りネジ軸４の一端にはカップリン
グ１９ａを介して動トルク計１６が連結され、さらに動
トルク計１６にはカップリング１９１）を介して駆動モ
ータ２１が連結されている。駆動モータ２１は、基台２
０に固定されている。

勅トルク計１６の出力は、トルク・変動検出装置２３に
与えられ、トルク・変動検出装［２３は、送りネジ＠４
の回転トルクもしくはその変動を検出してそのトルク値
またはトルク変動値を主制御装置２４に供給する。

指令装置２５には、図示しないキーボードまたはデータ
伝送装置等のデータ人力装置が設けられており、このデ
ータ入力装置を介して速度、速度変化パターン（速度の
変化のさぜ方）、移動量および移動方向などテーブル１
７の駆動に必要なデータならびに送りネジ系のバツクラ
ツシをなくするのに必要な予圧ｍデータ等の制御データ
が入力される。これらの制御データは、そのまま、また
は所望の制御信号に変換された（麦、主制御装置２４に
送出される。この場合、記憶装置２１は、必要に応じて
上記制御データを記憶する。

主制御装置２４は、トルク・変動検出装置２３および指
令装置２５から与えられる各データに基づきモータドラ
イバ２６および微小回転機構ドライバ２２を介して駆動
モータ２１および微小回転機構１５を駆動制御する。

次に、この送りネジシステムの動作を説明する。

指令装置２５へは、外部入力として、予め、オペレータ
のキー操作、またはこの送りネジシステムが適用されて
いる主装置の制御プログラムもしくは制御スケジュール
等にしたがって、テーブル１７の駆動データと予圧量デ
ータ等の制御データが入力される。指令装＠２５は、必
要があればこれらの制御データを記憶装置２７に転送し
ておく。

指令装＠２５は、次に外部入力としてテーブル駆動指令
が入力されると、主制御装置２４に前記の制御データを
送る。そして、主制御装置２４は、回転トルクもしくは
その変動を検出する動トルク計１６からの信号をトルク
・変動検出装置２３を介してモニタしながら微小回転機
構ドライバ２２を介して例えば圧電素子などからなる微
小回転ぼ構１５に電圧をか（プて土ナツト１と副ナツト
２の相対的な回転のを変化させてゆき、動トルク計１６
からの検出信号が指令装置２５からの予圧量データど一
致した時にモータドライバ２６を起動し、モータ２１を
駆動データに従って制御する。さらに、送りネジ＠４の
回転中に送りネジ軸４のリード誤差などによって動トル
ク３１１６からの検出信号が変化した時、すなりら送り
ネジ軸４に回転トルクの変動を生じた場合にも、主制御
装置２４は、微小回転（幾構ドライバ２２を介して微小
回転機構１５を駆動し、上記検出信号が常に指令装置２
５からの予圧量データに一致するようにフィードバック
制御を行なう。これによって送りネジシステムの回転ト
ルクの変動を著しく軽減することができる。

なあ、上述においては、予圧量データをこのシステムに
よる可動テーブル１７の駆動に先立って設定するように
しているが、可動テーブル１７による送り軸方向加重の
変化が少ない場合、上記予圧０データを所望の一定値に
固定しておくことができる。この場合、例えば指令装置
２５は上記一定の予圧量データに対応する制御信号を発
生する基準電圧源または可変抵抗で、また主制御装置２
４の予圧または回転トルク制御部分は上記制御信号と回
転トルク・変動検出装置２３の検出出力との差に応じた
出力を発生する誤差増幅器で構成することができる。

ざらに、精密位置決めを行なう場合を考えると、通常は
、可動テーブル１７の位置を検出する手段、例えば磁気
スケール、光学式スケール、ジー１１干渉計またはホロ
グラムスケールなどによって位置計測を行ない、駆動モ
ータ２１としても直流あるいは交流のサーボモータを使
用することが多い。このような場合には、ｈＦＪ述の送
りネジシステムのバックラッシを減少させる目的よりも
、起動トルクの減少と位置決め制願時の送りネジシステ
ムの剛性を高めることの方が宇目的となる。このような
時、本発明の送りネジシステムにおいては、起動時はナ
ツト１．２の予圧〕を零に設定し、速度制御によって所
定の位置決め位百近くまで可動テーブル１７を移動し、
位置決め制御に入った時点で微小回転ＦＡ構ドライバ２
２を介して微小回転機構１５を制御することによりナツ
ト１，２に予圧をかける。

これは、例えば指令装置２５から上記各時点で零または
必￥Ｃωの予圧ロデータを主制御装置２４に与えること
により行なうことができる。そして、予圧をかけた以降
は、上述のように、送りネジ軸４の回転トルクの変動を
？＋ｌｉ償するように動トルク計１６で回転トルクまた
はその変動を検出しながらフィードバック制御を行ない
、回転トルクの変動を小さくする。以上のような制御を
行なうことによって、高速かつ嘉精度の位置決めを行な
うことができる。

第２図は、本発明における分割された２つのナツトの送
り軸方向の相対的間隔を一定に渫ち、両ナツトの＋１］
対的回転を自由にする手段の一実施例で、１は主ナツト
、２は副ナツト、４は送りネジ軸、１４は主ナツト１と
副ナツト２の送り軸方向の相対的間隔を保ら、両ナツト
の相対的回転を自由にするためのスラスト玉軸受（プ、
３１はスラスト玉軸受け１４の回転のための座金である
。

“第３図は、主ナツト１と副ナツト２の相対的回転を生
じさせるための微小回転機構１５の一実施例を示す正面
図（ａ）および側面図（ｂ）で、３３は副ナツト２に固
定されたレバー、３４．３５は圧電素子を利用した微小
変位素子、３６．３７は微小変位素子３４．３５を主ナ
ツト１に固定するための構造体である。なお、この微小
回転機構１５においては、微小変位素子３４への印加電
圧を低く、微小変位素子３５への印加電圧を高くずれば
、副ナツト２は主ナツト１に対して第３図（ａ）上で反
時計方向に回転し、印加電圧の関係が逆であれば時計方
向に回転する。

第４図は、本発明の他の実施例に係る送りネジシステム
の構成図であり、第１図のシステムとの差異は、トルク
検出部分にある。すなわら、この例では、ｖＪ＋−ルク
計１６を用いておらず、代わりにモータ２１／＼の供給
電力もしくはその変動を検出する電力・変動検出装置５
１が配設され、この電力検出装置５１の出力をトルク・
変動検出装置２３によって回転トルクもしくは回転トル
ク変動に換偉して主ｐＨｌ　御装置２４に与えるように
なっている。その池は第１図の例と同様であるのでこれ
以上の説明は省、〕８７ｉる。

［発明の〃）果］ 以上述べたように本発明によれば、送りネジ１１１１ｂ
とカットの予圧量を送りネジ軸の回転（−ルクもしくは
回転トルク変動として検出するとともに、この子圧値を
可変制御できるようにしているため、定常回転時のトル
ク変動を小さく押えることができ、また、回転開始時の
起動トルクをｊｙ少さぼることができる。また、必要以
上の予圧■を常時加えておかなくても済むことから、回
転時の発熱を減少さセ、ネジ寿命が延長し、駆動電力も
少ないなどの効果を秦し１ｑる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る送りネジシステムの
全体構成図、 第２図は、本発明における２つのナツトの送り軸方向の
相対的間隔を現制し相対的回転を自由にする手段の一実
施例を示す図、 第３図は、本発明の微小回転Ｂ　（：’ＪのＩＭ成例を
示す図、 第４図は、本発明の他の実施例に係る送りネジシステム
の全体（（°４成図、 第５図は、従来例の定すきま予圧方式の縦断面図、 第６図は、従来例の定圧予圧方式の縦断面図、第７図は
、従来例の定すきま予圧方式の回転トルク特性例を示す
グラフである。 １・・・主ナツト、２・・・ｉＭＩナツト、４・・・送
りネジ軸、１４・・・スラスト玉軸受け、１５・・・微
小回転別構、１６・・・動トルク計、１７・・・可動テ
ーブル、１８・・・ガイド、２１・・・駆動モータ、２
４・・・主制御７ＩＩ装置、２５・・・指令装置、３４
、３５・・・微小変位素子、５１・・・電力・変動検出
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、駆動源の回転運動を直線運動に変換する目的で使用
   される送りネジシステムにおいて、送りネジ軸に係合す
   るナットを２分割し、第１のナットと第２のナットとの
   相対的間隔を保ちかつ両ナットの相対的回転を自由にす
   る手段、第１のナットと第２のナットとの相対的な回転
   量を可変制御する微小回転機構、送りネジ軸の回転トル
   クもしくは回転トルク変動を検出する手段、該検出手段
   の出力と所定の制御信号とに基づいて上記微小回転機構
   を駆動制御する制御装置、および該制御装置に該制御信
   号を与える指令装置を設けたことを特徴とする送りネジ
   システム。 ２、前記指令装置が、データ入力装置を備え、該入力装
   置を介して外部から入力されるデータに基づき作成した
   前記制御信号を前記制御装置に与えることにより、前記
   第１のナットと第２のナットの相対的回転量を上記指令
   装置を介して外部から制御可能にしている特許請求の範
   囲第１項記載の送りネジシステム。 ３、前記指令装置から前記制御装置に与えられる制御信
   号が所定の一定値であり、上記制御装置が、前記回転ト
   ルクもしくは回転トルク変動を検出する手段からの信号
   に応じて前記第１のナットと第２のナットの相対的回転
   量を自動的に制御する特許請求の範囲第１項記載の送り
   ネジシステム。 ４、前記第１のナットと第２のナットとを、滑り軸受け
   または転動体で構成したスラスト軸受けを介して対向さ
   せることにより、これら２つのナットの送り軸方向の相
   対的間隔を保つようにしている特許請求の範囲第１〜３
   項のいずれか１つに記載の送りネジシステム。 ５、前記微小回転機構が、流体圧を利用するものである
   特許請求の範囲第１〜４項のいずれか１つに記載の送り
   ネジシステム。 ６、前記微小回転機構が、圧電素子または磁歪素子を組
   込んだものである特許請求の範囲第１〜４項のいずれか
   １つに記載の送りネジシステム。 ７、前記送りネジ軸の回転トルクもしくは回転トルク変
   動を検出する手段が、該送りネジ軸と前記駆動源の出力
   軸との間に結合された動トルク計である特許請求の範囲
   第１〜６項のいずれか１つに記載の送りネジシステム。 ８、前記送りネジ軸の回転トルクもしくは回転トルク変
   動を検出する手段が、前記駆動源に供給される電力もし
   くはその変動を検出する電力計と、該電力計の出力を送
   りネジ軸の回転トルクもしくは回転トルク変動値に変換
   するトルク検出装置を含んでいる特許請求の範囲第１〜
   ６項のいずれか１つに記載の送りネジシステム。