(57)【要約】【課題】ねじ軸と該ねじ軸の回転に応じてねじ軸の軸線方向に移動する運動変換部とにより構成されたねじ構造の移動機構において運動変換部の等速性を向上させるようにした移動機構を提供する。【解決手段】非可動部材１１に回転自在に軸支されたねじ軸５とねじ軸に螺合されねじ軸の回転に応じてねじ軸の軸線方向に移動する運動変換部６により構成される移動機構１において、一端８ａが運動変換部の外面に係止され他端８ｂが非可動部材に係止されて運動変換部に対してねじ軸の軸線方向に付勢力を及ぼすようにばね部材８を設け、運動変換部の移動範囲において運動変換部に形成された雌ねじの一側面とねじ軸の雌ねじの一側面と対向する雄ねじの一側面が、運動変換部の移動中に付勢力が作用する方向に生じる押し付け力により、運動変換部の移動方向に拘わらずスライドユニットの走り精度が高く、常に良好な接触を保つように構成したものである。【選択図】図１
2008095862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非可動部材に回転自在に軸支されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合されかつ該ねじ軸の回転に応じて該ねじ軸の軸線方向に移動する運動変換部により構成される移動機構において、
一端が前記運動変換部の外面に係止され、他端が前記非可動部材に係止されて前記運動変換部に対してねじ軸の軸線方向に付勢力を及ぼすように配置されたばね部材を備え、
前記ばね部材は前記運動変換部の移動範囲において前記付勢力を保つことにより、前記運動変換部に形成された雌ねじの一側面と前記ねじ軸の前記雌ねじの一側面と対向する雄ねじの一側面が、前記運動変換部の移動中に前記付勢力が作用する方向に生じる押し付け力により前記運動変換部の移動方向に拘わらず常に良好な接触を保つようにしたことを特徴とする移動機構。
【請求項２】
前記ねじ軸は送りねじ軸又はボールねじ軸であることを特徴とする、請求項１に記載の移動機構。
【請求項３】
前記ばね部材は圧縮ばね又は引っ張りばねであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の移動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ軸と該ねじ軸の回転に応じてねじ軸の軸線方向に移動する運動変換部とにより構成されるねじ構造の移動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
送りねじ（滑りねじ）やボールねじ等のねじ構造を利用し、ねじ軸を回転させたときの回転運動を運動変換部（ナット）により変換して直線的な運動を得る移動機構が広く利用されている。このようなねじ構造においては、ねじ軸の雄ねじ（ねじ山）と運動変換部の雌ねじ（ねじ溝）とのかみ合いの状態により、バックラッシュという移動位置誤差要因が発生することが知られている。このバックラッシュという現象は、位置決め精度を要求されない機器では問題にならないが、工作機械、光学機器等において精密な位置決め、速度安定性を要求される場合は、低減しなければならない誤差要因になる。
【０００３】
図１１は、従来の予圧無し構造の移動機構における送りねじ軸３１と運動変換部（ナット）３２との間に発生するバックラッシュの説明図であり、送りねじ軸３１の回転運動を直線運動に変換する運動変換部３２に予圧を掛けないと、各部の加工精度のばらつきにより、同図（ａ）に示すように送りねじ軸３１の雄ねじ（ねじ山）３１ａの左側面に運動変換部３２の雌ねじ（ねじ溝）３２ａの雄ねじ３１ａの左側面と対向する右側面が接触する場合、又は同図（ｂ）に示すように雄ねじ３１ａの右側面に運動変換部３２の雌ねじ（ねじ溝）３２ａの雄ねじ３１ａの右側面と対向する左側面が接触する場合にバックラッシュが発生し、送りねじ軸３１に対し、運動変換部３２が不安定な接触を繰り返すことにより、等速性が低下する。尚、送りねじ軸３１は、一部のみ図示してある。
【０００４】
図１２は、従来の予圧無し構造の移動機構におけるボールねじ軸３３と運動変換部（ナット）３４との間に発生するバックラッシュの説明図であり、ボールねじ軸３３の回転運動を直線運動に変換する運動変換部３４に予圧を掛けないと、各部の加工精度のばらつきにより、同図（ａ）に示すようにボールねじ軸３３のＢ点に対して、運動変換部３４の雌ねじ（ねじ溝）３４ａが左にずれた場合のＡ１点の位置と、又は同図（ｂ）に示すようにボールねじ軸３３のＢ点に対して、運動変換部３４の雌ねじ（ねじ溝）３４ａが右にずれた場合のＡ２点の位置との差を生じ、バックラッシュとなる。この為、ボールねじ軸３３、ボール３５、運動変換部（ナット）３４の間で、不安定な接触を繰り返すことになり、等速性が低下する。尚、ボールねじ軸３３は、一部のみ図示してある。
【０００５】
そこで、上記構成の移動機構において等速性、即ち運動変換部の移動速度の安定性を要求される場合、通常運動変換部に予圧を与え、バックラッシュを抑制し機械的剛性を高めることで対応している。予圧を与える方法として、主に定位置予圧方式と定圧予圧方式の２種類があり、定位置予圧方式には、２個のナットの間に間座を介在させて予圧を与えるダブルナット方式、間座を使用せずにナットの溝ピッチを変えることにより予圧を与えるオフセット予圧方式がある。
【０００６】
また、定圧予圧方式には、ナットの略中央位置にばね構造（弾性体）を設け、ナットの中央での溝ピッチを変えることにより予圧を与える方式で、１個のボールねじナットの中央で左右のねじに位相を与え、軸方向隙間をゼロ以下（予圧状態）にしたシンプルナットオフセット予圧タイプ、２個のナット間に間座を入れるダブルナットオフセット予圧タイプ、ナット単体の隙間が負になるような寸法の剛球を使用して予圧を与えるオーバーサイズボール予圧タイプ等がある。バックラッシュに対する対応策について一般に使用されているボールねじは、代表的な方式として定圧予圧方式が採用されている。
【０００７】
また、移動機構として、テーブルにステッピングモータにより回転駆動されるリードスクリューと噛み合うねじ部が形成されたねじ孔（第１のナット）が一体形成され、このねじ孔と同軸状に形成されたナット収納孔にはリードスクリューと噛み合うナット（第２のナット）が軸線方向にのみ移動可能に差し込まれ、ナットは、コイルばねによってねじ孔から離れる方向に付勢されて運動変換部が形成されており、テーブルからリードスクリューが外れることなく、また、双方の部材のかみ合い部分にはバックラッシュがないので、テーブルの高速移動が及びテーブルの位置決めを高い精度で行うことを可能としたテーブル送り機構が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１４９４６７号公報（３―４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
運動変換部に予圧を掛けると等速性は確保できるが運動変換部の構造が複雑で形状が大きくなる。また、ボールねじ軸においてはボールの差動滑り、スピン現象により回転トルクが増大し、モータの負荷が増して効率が低下する。運動変換部接触面に常時過大な荷重が作用するため、短期間で、ナット、ねじ、ボールの摩耗が進行して、予圧量の減少、バックラッシュの増大、等速性の低下及び早期寿命となる。潤滑油は強いせん断を繰り返し受けることになり、摩耗粉混入により劣化が早期に進み、頻繁なメンテナンスが必要である等の問題があり、運動変換部予圧量（等速性）と摩耗量（寿命）は、相関関係にあり両立が難しい。
【０００９】
また、光学的な形状計測を行う例えば半導体デバイス装置における撮像機構としてねじ構造の移動機構が採用され、基準信号として運動変換部（テーブル）のスピード（移動速度）を使用する場合がある。この場合、運動変換部の移動速度の安定性（等速性）が最も重要になる。これは、停止位置における位置決め精度ではなく、定速移動時の速度が安定した一定値になるという意味での精度であるため、上記従来技術では移動速度の安定性（等速性）が不十分になることがある。
【００１０】
また、特許文献１に開示されている技術は、位置決め精度に対しては向上しているが、等速性（安定性）について考慮された内容ではなく、等速性の性能としては不十分である。即ち、等速性が不十分になるメカニズムは、精密に製造されたねじであっても、雄ねじと雌ねじのピッチが完全に一定になるわけではなく、微小な寸法誤差、接触状態の変化は避けられない。
【００１１】
しかも、特許文献１に開示されている技術は、実質的に２つに分割された構造体、即ちテーブルに一体に形成された第１のナットとリードスクリューと噛み合う第２のナットが、微小なピッチ誤差を含むねじ構造に対して特定の距離をもって異なる２箇所で噛み合う形になるため、双方の相対速度が微妙に変化し、接触面での引っ掛かりや不均等な摩耗を生じ、回転トルクに変動を与え、等速性が損なわれることになる。特にこの微小な変化がばねの弾性による振動現象として増幅されるような状態になると更に等速性に悪影響が現れる。更に、運動変換部の内部にばねが収容されている為、ねじの破損を容易に確認することも出来ない。
【００１２】
本発明の目的は、ねじ軸と該ねじ軸の回転に応じてねじ軸の軸線方向に移動する運動変換部とにより構成されたねじ構造の移動機構において運動変換部の等速性を向上させるようにした移動機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明に係る移動機構は、
非可動部材に回転自在に軸支されたねじ軸と、前記ねじ軸に螺合されかつ該ねじ軸の回転に応じて該ねじ軸の軸線方向に移動する運動変換部により構成される移動機構において、
一端が前記運動変換部の外面に係止され、他端が前記非可動部材に係止されて前記運動変換部に対してねじ軸の軸線方向に付勢力を及ぼすように配置されたばね部材を備え、
前記ばね部材は前記運動変換部の移動範囲において前記付勢力を保つことにより、前記運動変換部に形成された雌ねじの一側面と前記ねじ軸の前記雌ねじの一側面と対向する雄ねじの一側面が、前記運動変換部の移動中に前記付勢力が作用する方向に生じる押し付け力により前記運動変換部の移動方向に拘わらず常に良好な接触を保つようにしたことを特徴としている。
【００１４】
移動機構のねじ軸を軸支する非可動部材とねじ軸の回転に応じてねじ軸方向に移動する運動変換部との間に運動変換部に対してねじ軸方向に付勢力を及ぼすようにばね部材を設け、運動変換部の移動範囲において付勢力を保つことにより、運動変換部に形成された雌ねじの一側面とねじ軸の雌ねじの一側面と対向する雄ねじの一側面が、運動変換部の移動中に付勢力が作用する方向に生じる押し付け力により運動変換部の移動方向に拘わらず常に良好な接触を保つ。また、強固に固定された保持部材１３，１４によってばね部材を保持し、運動変換部に対してねじ軸方向に付勢力を与えることで、スライドユニット１６の走り精度が向上する。これらにより、ねじ軸の雄ねじと運動変換部の雌ねじとの間におけるバックラッシュの発生を防止して運動変換部の高い等速性を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の請求項２に記載の移動機構は、請求項１に記載の移動機構において、前記ねじ軸は送りねじ軸又はボールねじ軸であることを特徴としている。
【００１６】
ねじ軸として送りねじ軸又はボールねじ軸の何れを使用した場合でもねじ軸と運動変換部との間のバックラッシュ発生の防止とスライドユニットの走り精度を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の請求項３に記載の移動機構は、請求項１又は請求項２に記載の移動機構において、前記ばね部材は圧縮ばね又は引っ張りばねであることを特徴としている。
【００１８】
ばね部材として圧縮ばねを使用して運動変換部をねじ軸の移動方向に対して押し付けるように付勢力を付与しても良く、或いは引っ張りばねを使用して運動変換部をねじ軸の移動方向に対して引っ張る方向にばね力を付与するようにしても良い。何れの場合においてもねじ軸と運動変換部との間のバックラッシュの発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、移動機構のねじ軸を軸支する非可動部材とねじ軸の回転に応じてねじ軸方向に移動する運動変換部との間に運動変換部に対してねじ軸方向に付勢力を及ぼすようにばね部材を設けることで、ねじ軸と運動変換部との間のバックラッシュの発生を防止することができ、運動変換部の高い等速性を実現することができる。
【００２０】
また、運動変換部の内部構造を変更する必要が無く、構造が単純で変更が容易かつ安価である。また、回転トルクへの影響を小さくすることができると共に運動変換部に適度な荷重を与えるため等速性が安定し、摩耗が少なく、長寿命となる。更に、潤滑油の劣化が少なくて済み、メンテナンスフリー又はメンテナンスを軽減することができるなど等速性と寿命（メンテナンス性）の両立が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る移動機構について図面に基づいて説明する。移動機構１は、図１及び図２に示すように、ベース２、ベース２の上面の左右両端部に垂設された保持部材３，４、ねじ軸５、移動体としての運動変換部６、レール７、ばね部材８、及び駆動用モータ９等により構成されている。そして、ベース２と保持部材３，４により非可動部材１１が構成されている。
【００２２】
ベース２は、図１及び図２に示すように、上面から見て横長の長方形状をなす厚肉の板体で上面の両端部に保持部材３，４の下面が載置されて垂直にかつ対向して固定されている。これらの保持部材３，４には上部略中央位置に点線で示すようにねじ軸保持部材１３，１４が同一直線上にかつ水平に対向して設けられている。また、ベース２の上面には保持部材３，４の間にかつ幅方向の中央位置に長手方向に沿ってレール７が設けられている。
【００２３】
ねじ軸５は、例えば送りねじ軸（滑りねじ軸）で一端部（先端部）５ａが保持部材３のねじ軸保持部材１３に回転自在に軸支され、他端部（基端部）５ｂが保持部材４のねじ軸保持部材１４に回転自在に軸支されかつ当該保持部材４から外側に突出している（以下「送りねじ軸５」という）。
【００２４】
運動変換部６は、例えば円筒状のナットで、真鍮等の厚肉金属円筒部材からなり、図３に示すように、外周面の上部及び下部（直径上の上部及び下側）が長手方向に沿って平面状に切り欠かれて平行な上側平面部６ａ、下側平面部６ｂとされ、内周面に送りねじ軸５の雄ねじ（ねじ山）５ｃと螺合する雌ねじ（ねじ溝）６ｃが刻設されている。そして、運動変換部６の上側平面部６ａに平板状のテーブル１５が載置されて図示しないねじで固定されている。
【００２５】
スライドユニット１６は、図２及び図３に示すように、厚肉の底板１６ａの両側部に側板１６ｂが長手方向に沿ってかつ上方に向けて垂設され、これらの側板１６ｂが運動変換部６の両側部を覆うように下方から装着されてその上端面がテーブル１５の下面に図示しないねじで固定されている。また、底板１６ａの下面中央位置に長手方向に沿ってレール７の上部と摺動自在に嵌合する嵌合凹部１６ｃが形成されている。そして、スライドユニット１６の左右両端部に端板１７，１８が図示しないねじで固定されている。これらの端板１７，１８には送りねじ軸５が僅かな隙間を存して回転自在に遊貫する孔１７ａ，１８ａが形成されている。
【００２６】
尚、テーブル１５は、単板１７、１８を一体に形成してブロック状に形成しても良い。また、テーブル１５の基本構成としては、ブロック、運動変換部、スライドユニットからなる構成とし、ブロックの一部を彫って、運動変換部をはめ込み固定、ブロックをスライドユニットに固定するようにしても良い。
【００２７】
この運動変換部６は、保持部材３，４の間に配置されて送りねじ軸５が螺合貫通し、かつスライドユニット１６の嵌合凹部１６ｃがレール７の上部に嵌合している。このスライドユニット１６は、運動変換部６が送りねじ軸５に沿って移動する際の回転及び横揺れを防止する。これにより、運動変換部６は、送りねじ軸５の回転に応じてスライドユニット１６を介してレール７上を長手方向に沿って水平かつ円滑に移動可能とされている。
【００２８】
ばね部材８は、圧縮コイルばね（以下「圧縮ばね」という）で内径が送りねじ軸５の外径よりも僅かに大径をなし、送りねじ軸５の外側であって運動変換部６に固定されている端板１８と保持部材４との間に送りねじ軸５と同心となるように縮んだ状態で取り付けられている。そして、圧縮ばね８は、図３に示すように、一端部８ａが端板１８の外面に送りねじ軸５と同心となるように形成された円形状の凹部（以下「座ぐり」という）１８ｂに嵌合係止され、他端部８ｂが保持部材４の内側面４ａに送りねじ軸５と同心となるように形成された円形状の凹部（以下「座ぐり」という）４ｂに嵌合係止されている。
【００２９】
圧縮ばね８は、両端部８ａ，８ｂが座ぐり１８ｂ，４ｂに保持されることで、ばねの座りが安定化して中心ずれ、胴曲がりが防止される。この圧縮ばね８は、運動変換部６に常時図中左方向の軸方向にばね力（付勢力）を付与する。尚、端板１８、保持部材４の座ぐり１８ｂ，４ｂに代えてそれぞれ送りねじ軸５と同心的な円筒状のボス部を形成し、これらのボス部の外周に圧縮コイルばね８の両端部８ａ，８ｂを嵌合して係止するようにしても良い。
【００３０】
送りねじ軸５の保持部材４から突出した端部５ｂは、図１及び図２に示すように、軸継手１９を介して駆動用のモータ９のモータ軸１０に連結されている。そして、駆動用のモータ９の回転に伴い送りねじ軸５が回転し、該送りねじ軸５の回転に応じて運動変換部６がレール７上を送りねじ軸５の軸方向に沿って水平に移動する。このようにして移動機構１が構成されている。そして、テーブル１５には例えば特開２００４−１２５６５２号公報に示すようなモアレ縞を利用した被測定物の三次元計測等の光学的な形状計測を行う半導体デバイス装置等の図示しない撮像機構が取り付けられる。
【００３１】
このように、モータ９側の送りねじ軸５に圧縮ばね８を設置することで、モータ９方向へ適当な軸方向荷重が与えられ、かつ圧縮ばね８の中心軸がずれたり、胴曲がりや脱落することが防止される。そして、運動変換部６の予圧は無く、運動変換部６のストローク、ばねレート、自由長から最適な軸方向荷重を設定することができる。
【００３２】
図１に戻り、運動変換部６の−側移動限界点Ｐ1（mm）、＋側移動限界点Ｐ2（mm）、運動変換部６の端面位置Ｔ1，Ｔ2、−側最大ストロークでのＴ１位置Ｐ3（mm）、＋側最大ストロークでのＴ１位置Ｐ4（mm）、圧縮ばね８の許容最大撓み率Ｆw、圧縮ばね８の自由長Ｌf（mm）、端板１８の座ぐり１８ｂの深さＸ1、保持部材４の座ぐり４ｂの深さＸ2（mm）、圧縮ばね８のばね定数Ｃs（N/mm）、初期撓み量010Ｌw（mm）、運動変換部６の座標系原点をＰ1とすると、
モータ９側移動ストロークにおいて、式（Ｌf×Ｆw＜Ｐ3−Ｐ1＋Ｘ1＋Ｘ2）により圧縮ばね８の許容撓み率Ｆwを超えないことを確認する（以下「式１」という）。
【００３３】
反モータ９側移動ストロークにおいて、式（Ｌf＞Ｐ4−Ｐ1＋Ｘ1＋Ｘ2＋Ｌw）により初期撓み量Ｌwを確保するための圧縮ばね８の自由長Ｌfを確認する（以下「式２」という）。
【００３４】
圧縮ばね８が運動変換部６を押すことによって発生する送りねじ軸５方向のばね荷重Ｆb（N）は、式「Ｆb＝（Ｌf−（Ｔ１−Ｐ1＋Ｘ1＋Ｘ2）×Ｃs」により算出する（以下「式３」という）。
【００３５】
図４は、停止時の送りねじ軸５と運動変換部６の断面図で、運動変換部６の雌ねじ（ねじ溝）６ｃが送りねじ軸５の雄ねじ（ねじ山）５ｃを反モータ方向（保持部材３方向）にばね荷重Ｆbで押している状態を表している。尚、送りねじ軸５は、一部のみを図示している。図４において、接触面Ａ2では、雄ねじ（ねじ山）５ｃの摺動面と雌ねじ（ねじ溝）６ｃの摺動面が密着し、接触面Ａ1では雄ねじ（ねじ山）５ｃの摺動面と雌ねじ（ナット）６ｃの摺動面が離れている。ねじ５が回転し、雌ねじ（ナット）６ｃがＰ1方向へ定速で移動する場合、雌ねじ（ねじ溝）６ｃが雄ねじ（ねじ山）５ｃにＰ1方向に引かれるように動作するため、雄ねじ（ねじ）５ｃの右面と雌ねじ（ねじ溝）６ｃの左面が接触した状態で移動する。
【００３６】
反対に、雌ねじ（ねじ溝）６ｃがＰ2方向へ定速で移動する場合、雌ねじ（ねじ溝）６ｃが雄ねじ（ねじ山）５ｃにＰ2方向に引かれるように動作する。接触面Ａ2では、雄ねじ（ねじ山）５ｃの摺動面と雌ねじ（ねじ溝）６ｃの摺動面が離れ、接触面Ａ1では雄ねじ（ねじ山）５ｃの摺動面と雌ねじ（ナット）６ｃの摺動面が密着し移動しようとするが、運動変換部６の雌ねじ（ねじ溝）６ｃを反モータ方向（保持部材３方向）にばね荷重Ｆbで押している為、接触面Ａ2では、雄ねじ（ねじ山）５ｃの摺動面と雌ねじ（ねじ溝）６ｃの摺動面が密着し、接触面Ａ1では雄ねじ（ねじ山）５ｃの摺動面と雌ねじ（ナット）６ｃの摺動面が離れた状態を保持する。
【００３７】
十分な等速性を得るためには、スライドユニット１６が一定速度で移動するときに、摩擦、抵抗等の外乱の影響を受けた場合においても、全ての接触面が常時図４の状態になっていることが重要である。
【００３８】
即ち、運動変換部６の雌ねじ（ねじ溝）６ｃの一側の面と、送りねじ軸５の雌ねじ６ｃと対向する雄ねじ（ねじ山）５ｃの摺動面が、運動変換部６の移動中に圧縮ばね８の付勢力が作用する方向に生じる押し付け力により運動変換部６の移動方向に拘わらず常に良好な接触を保つようにされている。
【００３９】
スライドユニット１６を水平往復させる場合、定速移動時の軸方向荷重Ｆaは、搬送重量ｍ（kg）、案内面（レール７との摺動面）の摩擦係数μ、重力加速度ｇ、案内面の抵抗（無負荷時）ｆ（N）、外乱荷重Ｎ(N)とすると、
Ｐ2方向定速時の軸方向荷重Ｆa2（N）は、（Ｆa2（N）＝μ×ｍ×ｇ＋ｆ＋Ｎ−Ｆb）で表される（以下「式４」という）。
【００４０】
Ｐ1方向定速時の軸方向荷重Ｆa1（N）は、（Ｆa1（N）＝−μ×ｍ×ｇ−ｆ＋Ｎ−Ｆb）で表される（以下「式５」という）。尚、外乱荷重Ｎは、振動や衝撃によって発生するランダムな荷重を想定している。
【００４１】
上記「式４」において、軸方向荷重Ｆa2≧０の条件で、軸方向荷重Ｆa2が小さく、摩擦、抵抗の変動や外乱荷重の影響を受けた場合、一時的に雄ねじ（ねじ山）５ｃの左面と雌ねじ（ねじ溝）６ｃの右面が接触し、図４の状態を連続的に維持できないことがある。この状態では十分な等速性を満たすことができない。これを防止するため、Ｐ2方向への移動に関してはＦbの設定は、Ｆa2＜０の場合、（μ×ｍ×ｇ＋ｆ＋Ｎ＜Ｆb）であることを条件とする（以下「式６」という）。
【００４２】
Ｐ1方向の移動でのＦbの設定は、Ｆa1＜０の場合、（−μ×ｍ×ｇ−ｆ＋Ｎ＜Ｆb）であることを条件とする（以下「式７」という）。Ｆa1は、雄ねじ（ねじ山）５ｃの右面と雌ねじ（ねじ溝）６ｃの左面が接触する方向の移動でＦa1を大きくするようにＦbが作用するため、異常な外乱荷重が入らない限り図４の状態を維持することが容易である。
【００４３】
また、運動変換部６（テーブル１５）の位置により、送りねじ軸方向ばね荷重Ｆb（N）は異なってくるため、最大ストローク（Ｐ3〜Ｐ4）内で、「式６」、「式７」を満たす必要がある。そして、必要最低限のねじ軸方向のばね荷重Ｆb（N）を設定することで、送りねじ軸５と運動変換部６、即ち雄ねじ（ねじ山）５ｃと雌ねじ（ねじ溝）６ｃの摩耗、摩擦抵抗の低減が可能となる。
【００４４】
図５は、上記構成の移動機構における等速性、即ち運動変換部６（テーブル１５）の位置（μｍ）と速度（μｍ／ｓ）との関係を表したグラフ、図６は、図１１に示す予圧無しの構造の移動機構における等速性、即ち運動変換部３２の位置（μｍ）と速度（μｍ／ｓ）との関係を表したグラフである。尚、何れの場合も指令速度は、１（ｍｍ／ｓ）である。
【００４５】
図１乃至図３に示した本発明に係る移動機構の構成では、図１１に示した従来構造の移動機構に比べて運動変換部６の速度変動（大きな波の振幅）が大幅に低減し、かつ運動変換部６の位置の僅かな変化量（短距離の移動時）における速度変動（トゲ状の細い波の振幅）も大幅に低減した。このような構成の移動機構は、小型で比較的短いストロークの移動機構に好適であり、前述したように半導体デバイス装置等の撮像機構を搭載する移動機構に好適である。
【００４６】
図７は、ねじ軸として送りねじ軸５に代えてボールねじ軸３３を使用した場合の運動変換部３４の断面図である。ボールねじ軸３３も基本的な考え方は送りねじ軸５の場合と同じで、前記「式１」から「式７」を適用することが可能である。また、作用・効果も送りねじ軸５の場合と同様である。また、何れの場合においてもばね８は、圧縮ばねに代えて引っ張りばねを使用しても良い。
【００４７】
上述したように運動変換部６の外側（外部）に同心となるように圧縮ばね８を配置し、当該圧縮ばね８の一端部８ａを運動変換部６の外面に、他端部８ｂを非可動部としての保持部材４に夫々係止又は固定する構成としたことにより、送りねじ軸５のねじ部が外側から目視できる箇所に配置することができ、ねじ部の破損が容易に確認できる。また、送りねじ軸５の外側に同心となるように圧縮ばね８を配置することで、当該圧縮ばね８の破損時にばねが脱落しないようにすることができる。
【００４８】
更に、特許文献１に開示されている構造に比べて圧縮ばね８の交換が容易である。そして、バックラッシュを十分に低減し、かつねじ部の摩擦を低く抑えるばねを概算設計した後に数種類のばねを試験的に交換しながら、より適当なばねを選択することの手間が大幅に低減されるので、運動変換部６の等速性が安定しかつ摩耗が少なくなるような機構を実現することが容易になる。
【００４９】
図８乃至図１０は、本発明に係る移動機構の第２の実施形態を示す。尚、図１及び図２に示す部材と同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。移動機構２１は、図８及び図９に示すように、送りねじ軸５のモータと反対側にばねガイド２４を介してばね部材としての圧縮ばね２５を設置した構造とされている。即ち、移動機構２１は、ベース２の上面一側（図中左側）端部にストッパ部材（保持部材）２３が保持部材４と対向して垂設されており、保持部材４のねじ軸保持部材１４と対向して当該ねじ軸保持部材１４よりも大径の孔２３ａが形成されている。送りねじ軸５は、片持ち構造とされ図１０に点線で示すように一端部（先端部）５ａ側がばねガイド２４に挿入され、他端部（基端部）５ｂがねじ軸保持部材１４により回転自在に軸支されている。
【００５０】
図１０に示すようにばねガイド２４は、有底円筒形状をなし、筒部２４ａの内径が送りねじ軸５の外径よりも僅かに大径とされ、開口端部にばね座としてのフランジ２４ｂが全周に亘り形成されている。このばねガイド２４は、送りねじ軸５の先端部側に被された状態で装着され、フランジ２４ｂがスライドユニット１６の左側端部に固定されている端板１７に当接し、先端部側がストッパ部材２３の孔２３ａに挿通されている。そして、送りねじ軸５がばねガイド２４内を僅かな隙間を存して回転可能とされている。
【００５１】
圧縮ばね２５は、内径がばねガイド２４の外径よりも僅かに大径とされており、ストッパ部材２３とばねガイド２４のフランジ２４ｂとの間にかつ当該ばねガイド２４の外側に同心をなして縮んだ状態で配置され、一端部２５ａがストッパ部材２３に係止され、他端部２５ｂがばねガイド２４のフランジ２４ｂに係止されている。ばねガイド２４は、圧縮ばね２５の中心ずれや胴曲がりを防止するためのものである。
【００５２】
このように、送りねじ軸５のモータと反対側に圧縮ばね２５を設置することで、モータ９方向へ適当な軸方向荷重が与えられ、かつばねガイド２４により圧縮ばね２５の中心軸がずれたり、胴曲がりや脱落することが防止される。そして、運動変換部６の予圧は無く、運動変換部６のストローク、ばねレート、自由長から最適な軸方向荷重を設定することができる。そして、作用・効果は、前述した第１の実施形態の場合と同様である。
【００５３】
尚、圧縮ばね２５の適用条件は、前記第１の実施形態における圧縮ばね８の場合と同様に考えることができる。また、この場合ばね２５は、圧縮ばねに限るものではなく引っ張りばねを使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る移動機構の第１の実施形態を示す上面図である。
【図２】図１に示した移動機構の正面図である。
【図３】図２に示した移動機構の運動変換部の拡大断面図である。
【図４】図１に示した移動機構の動作時におけるねじ軸と運動変換部との関係を示す説明図である。
【図５】図１に示した移動機構の運動変換部の位置と速度（等速性）との関係の一例を示す特性図である。
【図６】図１１に示した従来の予圧無し構造の移動機構における運動変換部の位置と速度（等速性）との関係の一例を示す特性図である。
【図７】図１に示した移動機構において送りねじ軸に代えてボールねじ軸を使用した場合の動作時におけるボールねじ軸と運動変換部との関係を示す説明図である。
【図８】本発明に係る移動機構の第２の実施形態を示す上面図である。
【図９】図８に示した移動機構の正面図である。
【図１０】図８に示した移動機構の運動変換部とばねとの関係を示す要部拡大図である。
【図１１】従来の予圧無し構造の移動機構における送りねじと運動変換部との間に発生するバックラッシュの説明図であり、図１１（ａ）は、送りねじ軸の雄ねじの左面に運動変換部の雌ねじが接触する場合を示す説明図、図１１（ｂ）は、送りねじ軸の雄ねじの右面に運動変換部の雌ねじが接触する場合を示す説明図である。
【図１２】従来の予圧無し構造の移動機構におけるボールねじ軸と運動変換部との間に発生するバックラッシュの説明図であり、図１２（ａ）は、ボールねじ軸に対して運動変換部の雌ねじが左にずれる場合を示す説明図、図１２（ｂ）は、ボールねじ軸に対して運動変換部の雌ねじが右にずれる場合を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    移動機構
２    ベース
３    保持部材
４    保持部材
４ａ    内側面
４ｂ    座ぐり
５    送りねじ軸（ねじ軸）
５ａ    一端部（先端部）
５ｂ    他端部（基端部）
５ｃ    雄ねじ（ねじ山）
６    運動変換部
６ａ    上側平面部
６ｂ    下側平面部
６ｃ    雌ねじ（ねじ溝）
７    レール
８    圧縮ばね（ばね部材）
８ａ    一端部
８ｂ    他端部
９    駆動用モータ
１０    モータ軸
１１    非可動部材
１３，１４    ねじ軸保持部材
１５    テーブル
１６    スライドユニット
１６ａ    底板
１６ｂ    側板
１６ｃ    嵌合凹部
１７    端板
１７ａ    孔
１８    端板
１８ａ    孔
１８ｂ    座ぐり
１９    軸継手
２１    移動機構
２３    ストッパ部材（保持部材）
２３ａ    孔
２４    ばねガイド
２４ａ    筒部
２４ｂ    フランジ（ばね座）
２５    圧縮ばね
２５ａ    一端部
２５ｂ    他端部
３１    送りねじ軸
３１ａ    雄ねじ（ねじ山）
３２    運動変換部（ナット）
３２ａ    雌ねじ（ねじ溝）
３３    ボールねじ軸
３４    運動変換部（ナット）
３４ａ    雌ねじ（ねじ溝）
３５    ボール
Ｐ1    −側移動限界点
Ｐ2    ＋側移動限界点
Ｐ3    −側最大ストロークでのＴ１位置
Ｐ4    ＋側最大ストロークでのＴ１位置
Ｆw    圧縮ばねの許容最大撓み率
Ｌf    圧縮ばねの自由長
Ｘ1    端板の座ぐりの深さ
Ｘ2    保持部材の座ぐりの深さ
Ｃs    圧縮ばねのばね定数
Ｌw    圧縮ばねの初期撓み量
Ｆa    定速移動時の軸方向荷重
Ｆb    ねじ軸方向のばね荷重
ｍ    搬送重量
μ    案内面の摩擦係数
ｇ    重力加速度
ｆ    案内面の抵抗（無負荷時）
Ｎ    外乱荷重
Ｆa1    Ｐ1方向定速時の軸方向荷重
Ｆa2    Ｐ2方向定速時の軸方向荷重
Ａ1    接触面
Ａ2    接触面
Ｔ1    運動変換部の端面位置
Ｔ2    運動変換部の端面位置
│Ａ−Ｂ│    バックラッシュ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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