(57)【要約】【課題】軸受の外輪外周面や間座外周面がフレッティング磨耗するのを防止すること。【解決手段】ねじ軸５０を回転自在に支持する複数の軸受５８、６０と、軸受５８、６０と間座５６を介して直列に配置されて印加電圧に応じてねじ軸５０の軸方向に沿って伸縮する圧電素子５４と、軸受５８、６０と間座５６を収納するハウジング４８と、軸受５８、６０に対して、ねじ軸５０の軸方向に沿った予圧を付与するロックナット６６を備えた軸受ユニットにおいて、外輪５８ｂ、６０ｂの外周面と間座５６の外周面を処理対象として、各処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理を施してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源に連結されたねじ軸の軸方向に沿って配置されて前記ねじ軸を回転自在に支持する複数の軸受と、軸受内輪間に間座を有しており前記複数の軸受と前記間座を介して直列に配置されて印加電圧に応じて前記ねじ軸の軸方向に沿って伸縮する圧電素子と、前記複数の軸受と前記間座と前記圧電素子を収納するハウジングと、前記複数の軸受と前記圧電素子に対して、前記ねじ軸の軸方向における移動を規制するとともに、前記圧電素子と軸受に、前記ねじ軸の軸方向に沿った予圧を付与する規制部材とを備え、前記複数の軸受の外輪の外周面と前記間座の外周面は、前記ハウジングの内周面に嵌合している軸受ユニットにおいて、前記複数の軸受の外輪の外周面、前記間座の外周面または前記ハウジングの内周面のうち少なくとも一つを処理対象として、前記処理対象に、磨耗を防止するための表面処理を施してなる軸受ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の軸受ユニットにおいて、前記表面処理では、前記処理対象の表面に二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成してなる軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を有する軸受ユニットに係り、特に、微細な動作を要する位置決め装置として用いることができる軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、位置決め装置として、ねじ軸とナットを螺合させたボールねじ装置を用いて長ストロークの範囲を駆動する粗動機構と、圧電アクチュエータによる微動機構とを組み合わせて、粗動動作と微動動作を行うようにしたものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。この位置決め装置では、粗動テーブルと微動テーブルの間やボールねじ装置のナットと移動台の間に圧電アクチュエータを配置し、基台と微動テーブルや移動台との位置を圧電アクチュエータの伸縮により変化させて長ストロークの範囲でナノメータレベルの高精度な微細位置決めを行っている。
【非特許文献１】大塚二郎他１名著、「精密位置決め機構」、第２版、株式会社工業調査会、２００１年８月１５日、第１１８〜２０１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
位置決め装置に圧電アクチュエータを用い、ねじ軸を軸受で回転自在に支持し、圧電アクチュエータと軸受との間に間座を挿入する構成を採用した場合、圧電アクチュエータの駆動に伴って、外輪外周面や間座外周面が軸受ハウジング内周面と摺動することになる。ところが、従来技術では、外輪外周面や間座外周面に磨耗に関する表面処理を施すことについては配慮されていないので、圧電アクチュエータを連続して駆動したり、長期間に亘って駆動したりすると、軸受の外輪外周面や間座外周面にフレッティング磨耗が発生することが危惧される。
【０００４】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されてものであり、その目的は、軸受の外輪外周面や間座外周面がフレッティング磨耗するのを防止した軸受ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明は、駆動源に連結されたねじ軸の軸方向に沿って配置されて前記ねじ軸を回転自在に支持する複数の軸受と、軸受内輪間に間座を有しており、前記複数の軸受と前記間座を介して直列に配置されて印加電圧に応じて前記ねじ軸の軸方向に沿って伸縮する圧電素子と、前記複数の軸受と前記間座と前記圧電素子を収納するハウジングと、前記複数の軸受と前記圧電素子に対して、前記ねじ軸の軸方向における移動を規制するとともに、前記圧電素子と軸受に、前記ねじ軸の軸方向に沿った予圧を付与する規制部材とを備え、前記複数の軸受の外輪の外周面と前記間座の外周面は、前記ハウジングの内周面に嵌合している軸受ユニットにおいて、前記複数の軸受の外輪の外周面、前記間座の外周面または前記ハウジングの内周面のうち少なくとも一つを処理対象として、前記処理対象に、磨耗を防止するための表面処理を施してなることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明によれば、複数の軸受の外輪の外周面、間座の外周面またはハウジングの内周面のうち少なくとも一つを処理対象として、処理対象に、磨耗を防止するための表面処理を施すようにしたので、圧電素子を長期に亘って駆動したり、高速に駆動したりしても、処理対象表面のフレッティング磨耗を防止でき、軸受ユニットの延命化を実現することができる。
【０００７】
また、処理対象に表面処理を施すに際しては、処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成することが望ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軸受の外輪外周面や間座外周面がフレッティング磨耗するのを防止することができ、軸受ユニットの延命化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例を示す軸受ユニットの断面図である。図１において、軸受ユニットは、位置決め装置の微動機構４４の一要素として構成されている。微動機構４４は、圧電アクチュエータの本体を構成するハウジング４８を備えており、略円筒状に形成されたハウジング４８内には、ねじ軸５０が挿通されているとともに、円筒状の圧電素子５４、円筒状の間座５６がねじ軸５０の外周側に収納されており、スねじ軸５０の外周側には、軸受５８、６０が内輪間座６２を間にして収納されている。ねじ軸５０の軸方向一端側（右側）は、駆動源である駆動モータ（図示せず）に接続され、軸方向他端側（左側）は、支持軸受（図示せず）に回転自在に支持され、ねじ軸５０の途中は、ボールねじ装置を介して、位置決め装置の移動台（図示せず）に連結されている。
【００１０】
軸受５８、６０は、それぞれ内輪５８ａ、６０ａと、外輪５８ｂ、６０ｂと、内輪５８ａ、６０ａと外輪５８ｂ、６０ｂ間に挿入されたボール５８ｃ、６０ｃを備え、各内輪５８ａ、６０ａがねじ軸５０の外周面に嵌合され、各外輪５８ｂ、６０ｂがハウジング４８の内周面に嵌合され、ねじ軸５０を回転可能に支持するようになっている。軸受５８は、ハウジング４８の内周面に嵌合された間座５６とねじ軸の内輪係止部との当接により、ねじ軸５０の軸方向への移動が規制され、軸受６０はねじ軸に嵌合されたロックナット６６とハウジングの外輪係止部との当接により、ねじ軸５０の軸方向への移動が規制されるようになっている。
【００１１】
ハウジング４８の一端側には孔４８ａ、４８ｂが形成されているとともに、円環状の蓋６４が固定されている。
【００１２】
ここで、ハウジングあるいは間座の長さを調節し、ふたをしめることにより、軸受６０と非通電状態の圧電素子５４に、ねじ軸５０の軸方向に沿った押圧力として付与される。これにより、軸受５８、６０に所定の予圧が付与され、軸受５８、６０の外輪間に軸方向間距離としての間隙６３が形成される。さらに電圧素子にも与圧が付与される。
【００１３】
圧電素子５４は、孔４８ａ、４８ｂ内にそれぞれ挿入されたリード線７０、７２を介して制御回路（図示せず）に接続されており、制御回路からの電圧に応じてねじ軸５０の軸方向（長手方向）に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。例えば、圧電素子５４は、制御回路から微動用電圧が印加されたときには、この印加電圧に応答して、ねじ軸５０をその長手方向（軸方向）に沿って微動させて、移動台の位置を微調整するようになっている。
【００１４】
一方、圧電素子５４が伸縮する過程では、軸受５８、６０の各外輪５８ｂ、６０ｂの外周面と間座５６の外周面がハウジング４８の内周面と摺動するので、本実施例では、外輪５８ｂ、６０ｂの外周面と間座５６の外周面を処理対象として、各処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理を施すこととしている。
【００１５】
上記構成において、位置決め装置によって粗動駆動が実行されているときには、微動機構４４の圧電素子５４に初期設定電圧Ｖｓが印加されているだけであり、圧電素子５４は、軸受５８、６０の予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態にある。位置決め装置による粗動駆動が終了し、位置決め装置による微動駆動が開始されると、微動機構４４の圧電素子５４には、微動指令に従った微動用電圧Ｖ０が印加され、微動機構４４のねじ軸５０がその長手方向に沿って微動するとともに、移動台が微動する。
【００１６】
この場合、微動機構４４では、軸受５８、６０のうち軸受５８の内輪と外輪の変位量であって、圧電素子５４の変位の半分の変位量が移動台の微動変位量に設定されていることから、圧電素子５４には、微動変位量の２倍の変位を与えるための制御電圧と初期設定電圧Ｖｓとを加算した微動用電圧Ｖ０が印加されることになる。
【００１７】
このとき、例えば、圧電素子５４に２ｘの伸びが生じたときには、この伸びによる押圧力は微動制御を行う前の予圧荷重に加えて軸受６０の外輪６０ｂを押圧し、軸受５８の外輪５８ｂを軸方向（図１の右方向）に移動させ、軸受５８、６０の各外輪５８ｂ、６０ｂ間の間隙６３が２ｘ分更に狭くなって圧電素子５４の軸方向の伸びを吸収する。
【００１８】
この間隙６３の変位は、弾性変形に伴って軸受５８、６０がそれぞれ軸方向にｘずつ変位し、軸受５８の外輪５８ｂが軸方向に合わせて２ｘ変位することにより生じる。
【００１９】
逆に、圧電素子５４が２ｘ縮むと押圧力が減少し、軸受５８、６０の弾性変形がそれぞれｘずつ減少し、間隙６３が拡がる方向に、軸受５８の外輪５８ｂが軸方向に合わせて２ｘ変位することになり、圧電素子５４の縮み分を吸収する。
【００２０】
このように、間隙６３の変位２ｘを軸受５８、６０がｘずつ分けて吸収するので、軸受５８、６０を互いに押圧する力がバランスしたときに、スペーサ５２に嵌合している軸受５８、６０の内輪５８ａ、６０ａがスペーサ５２とねじ軸５０とともに軸方向にｘ変位する。これにより、ねじ軸５０に連結されている移動台が軸方向にｘだけ変位する。つまり、圧電素子５４の２ｘの変位の半分の変位量が移動台の微動変位量となって、移動台が位置決めされる。
【００２１】
圧電素子５４に電圧を印加して移動台を微動させる過程では、軸受５８、６０の各外輪５８ｂ、６０ｂの外周面と間座５６の外周面はハウジング４８の内周面と摺動するが、外輪５８ｂ、６０ｂの外周面と間座５６の外周面を処理対象として、各処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理が施されているので、微動機構４４を長期に亘って駆動したり、高速に駆動したりしても、外輪５８ｂ、６０ｂの外周面と間座５６の外周面のフレッティング磨耗を防止でき、微動機構４４の延命化を実現することができる。
【００２２】
なお、外輪５８ｂ、６０ｂの外周面と間座５６の外周面を処理対象とする代わりに、ハウジング４８の内周面を処理対象として、この処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理を施すこともできる。また、外輪５８ｂ、６０ｂの外周面と間座５６の外周面およびハウジング４８の内周面を処理対象として、これら処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理を施すこともできる。さらに、各処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成する代わりに、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を塗布するための表面処理を施すこともできる。
【００２３】
本実施例によれば、外輪５８ｂ、６０ｂの外周面と間座５６の外周面を処理対象として、各処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理を施すようにしたため、微動機構４４を長期に亘って駆動したり、高速に駆動したりしても、外輪５８ｂ、６０ｂの外周面と間座５６の外周面のフレッティング磨耗を防止でき、微動機構４４の延命化を実現することができる。
【００２４】
次に、本発明の第２実施例を図２に従って説明する。本実施例における軸受ユニットは、位置決め装置微動機構４６の一要素として構成されている。
【００２５】
微動機構４６は、圧電アクチュエータの本体を構成するハウジング７４を備えており、略円筒状に形成されたハウジング７４内には、駆動源（駆動モータ）に連結されたねじ軸７６の軸方向一端側と、圧電素子８０、間座８２、軸受８４、８６が収納されている。圧電素子８０は、ねじ軸７６の延長線上に、間座８２を介してねじ軸７６と直列になって配置されており、間座８２は、ねじ軸７６の軸方向端部に噛合されたロックナット８８を囲むように配置されている。軸受８４と軸受８６は内輪間座９０を間にしてねじ軸の外周側に配置されている。
【００２６】
軸受８４、８６は、それぞれ内輪８４ａ、８６ａと、外輪８４ｂ、８６ｂと、内輪８４ａ、８６ａと外輪８４ｂ、８６ｂ間に挿入されたボール８４ｃ、８６ｃを備え、各内輪８４ａ、８６ａがねじ軸の外周面に嵌合され、各外輪８４ｂ、８６ｂがハウジング７４の内周面に嵌合され、ねじ軸７６を回転可能に支持するようになっている。軸受８４は、ハウジング７４の外輪係止部１００とねじ部の内輪係止部１０２の当接により、ねじ軸７６の軸方向への移動が規制され、軸受８６は、ねじ軸７６の頭部に嵌合されたロックナット８８と間座との当接により、ねじ軸７６の軸方向への移動が規制されるようになっている。
【００２７】
ハウジング７４の一端側には、軸受と圧電素子８０に対して、ねじ軸７６の軸方向への移動を規制する蓋９４が固定されている。蓋９４には凹部９４ａが形成されているとともに、孔９４ｂ、９４ｃが形成されており、蓋９４の凹部９４ａと間座８２の凹部８２ａとの間に圧電素子８０が挿入されている。
【００２８】
ここで、ハウジングあるいは間座の長さを調節し、ふたをしめることにより、軸受８６軸方向に沿った押圧力として付与されるとともに、間座８８を介して、非通電状態の圧電素子８０に、ねじ軸７６の軸方向に沿った押圧力として付与される。これにより、軸受８４、８６に所定の予圧が付与され、軸受８４、８６の外輪間に軸方向間距離としての間隙９３が形成されさらに圧電素子にも与圧付与される。この場合、蓋９４は、軸受８４、８６と圧電素子８０に対して、ねじ軸７６の軸方向における移動を規制するとともに、圧電素子８０の非通電時に、ねじ軸７６の軸方向に沿った予圧を付与する規制部材として機能する。
【００２９】
圧電素子８０は、蓋９４の孔９４ｂ、９４ｃ内にそれぞれ挿入されたリード線９６、９８を介して制御回路（図示せず）に接続されており、制御回路からの電圧に応じてねじ軸７６の長手方向（軸方向）に沿って伸縮する圧電アクチュエータとして構成されている。圧電素子８０は、制御回路から微動用電圧が印加されたときには、この印加電圧に応答して、ねじ軸７６をその長手方向（軸方向）に沿って微動させて、移動台の位置を微調整するようになっている。
【００３０】
一方、圧電素子８０が伸縮する過程では、軸受８４、８６の各外輪８４ｂ、８６ｂの外周面と間座８２の外周面がハウジング７４の内周面と摺動するので、本実施例では、外輪８４ｂ、８６ｂの外周面と間座８２の外周面を処理対象として、各処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理を施すこととしている。
【００３１】
上記構成において、位置決め装置によって粗動駆動が実行されているときには、微動機構４６の圧電素子８０に初期設定電圧Ｖｓが印加されているだけであり、圧電素子８０は、軸受８４、８６の予圧の反力による圧縮荷重が作用した状態にある。位置決め装置による粗動駆動が終了し、位置決め装置による微動駆動が開始されると、微動機構４６の圧電素子８０には、微動指令に従った微動用電圧Ｖ０が印加され、微動機構４６のねじ軸７６がその長手方向に沿って微動するとともに、移動台が微動する。
【００３２】
この場合、微動機構４６では、軸受８４、８６のうち軸受８６の内輪と外輪の変位量であって、圧電素子８０の変位の半分の変位量が移動台の微動変位量に設定されていることから、圧電素子８０には、微動変位量の２倍の変位を与えるための制御電圧と初期設定電圧Ｖｓとを加算した微動用電圧Ｖ０が印加されることになる。
【００３３】
このとき、例えば、圧電素子８０に２ｘの伸びが生じたときには、この伸びによる押圧力は微動制御を行う前の予圧荷重に加えて軸受８６の外輪８６ｂを押圧し、軸受８４の外輪８４ｂを軸方向（図２の右方向）に移動させ、軸受８４、８６の各外輪８４ｂ、８６ｂ間の間隙９３が２ｘ分更に狭くなって圧電素子８０の軸方向の伸びを吸収する。
【００３４】
この間隙９３の変位は、弾性変形に伴って軸受８４、８６がそれぞれ軸方向にｘずつ変位し、軸受８６の外輪８６ｂが軸方向に合わせて２ｘ変位することにより生じる。
【００３５】
逆に、圧電素子８０が２ｘ縮むと押圧力が減少し、軸受８４、８６の弾性変形がそれぞれｘずつ減少し、間隙９３が拡がる方向に、軸受８４の外輪８４ｂが軸方向に合わせて２ｘ変位することになり、圧電素子８０の縮み分を吸収する。
【００３６】
このように、間隙９３の変位２ｘを軸受８４、８６がｘずつ分けて吸収するので、軸受８４、８６を互いに押圧する力がバランスしたときに、ねじ軸に嵌合している軸受８４、８６の内輪８４ａ、８６ａがねじ軸７６とともに軸方向にｘ変位する。これにより、ねじ軸７６に、ボールねじ装置を介して連結されている移動台が軸方向にｘだけ変位する。つまり、圧電素子８０の２ｘの変位の半分の変位量が移動台の微動変位量となって、移動台が位置決めされる。
【００３７】
圧電素子８０に電圧を印加して移動台を微動させる過程では、軸受８４、８６の各外輪８４ｂ、８６ｂの外周面と間座８２の外周面はハウジング７４の内周面と摺動するが、外輪８４ｂ、８６ｂの外周面と間座８２の外周面を処理対象として、各処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理が施されているので、微動機構４６を長期に亘って駆動したり、高速に駆動したりしても、外輪８４ｂ、８６ｂの外周面と間座８２の外周面のフレッティング磨耗を防止でき、微動機構４６の延命化を実現することができる。
【００３８】
なお、外輪８４ｂ、８６ｂの外周面と間座８２の外周面を処理対象とする代わりに、ハウジング７４の内周面を処理対象として、この処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理を施すこともできる。また、外輪８４ｂ、８６ｂの外周面と間座８２の外周面およびハウジング７４の内周面を処理対象として、これら処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理を施すこともできる。さらに、各処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成する代わりに、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を塗布するための表面処理を施すこともできる。
【００３９】
本実施例によれば、外輪８４ｂ、８６ｂの外周面と間座８２の外周面を処理対象として、各処理対象の表面に、二硫化モリブテン被膜またはリン酸鉄被膜を形成するための表面処理を施すようにしたため、微動機構４６を長期に亘って駆動したり、高速に駆動したりしても、外輪８４ｂ、８６ｂの外周面と間座８２の外周面のフレッティング磨耗を防止でき、微動機構４６の延命化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施例を示す軸受ユニットの断面図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す軸受ユニットの断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
４４、４６  微動機構
４８、７４  ハウジング
５０、７６  ねじ軸
５４、８０  圧電素子
５６、８２  間座
５８、６０、８４、８６  軸受
５８ａ、６０ａ、８４ａ、８６ａ  内輪
５８ｂ、６０ｂ、８４ｂ、８６ｂ  外輪
【図１】
2008164120.tif 000003
【図２】
2008164120.tif 000004