(57)【要約】【課題】テーブル駆動機構の構成要素および案内部分の加工精度や組み付け精度の向上とは別に、駆動側の機械的移動誤差をテーブルへできるだけ伝達させない構成として、該テーブルの精密な移動を可能にする。【解決手段】副テーブル２０は、フレーム１４に取付けられたサーボモータ１６により回転されるネジ軸１８、ボールナット２０Ａにより第１の案内手段１２に沿って所定方向に移動される。このとき副テーブル２０は、ボールナット２０Ａの伴回りや振れ回りによりボールナット２０Ａの中央近傍の点Ｐを起点とする三次元的運動誤差を生じる。この動きは、軸受円板３０を収容する支持部材２６、２８に設けられた静圧軸受Ｓにより、ボールナット２０Ａの中央近傍の点Ｐを中心とする軸受円板３０の揺動によって吸収される。これにより副テーブル２０から主テーブル２４へは、第２の案内手段２２の方向のみの移動が伝達され、主テーブル２４は精密に移動する。【選択図】　　図１
2004037171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに設けられた第一の案内手段にて所定方向へ移動可能に搭載された副テーブルと、前記第一の案内手段と平行に配置されて前記ベース側に回転可能に取付けられたネジ軸と、前記副テーブルに取付けられ前記ネジ軸に螺合するボールナットと、前記ネジ軸に回転を与える駆動源と、前記ベースに前記第一の案内手段と同一方向に向けて設けられた第二の案内手段にて前記副テーブルと同一の所定方向へ移動可能に搭載された主テーブルと、前記副テーブルと主テーブルの間に設けられ前記副テーブルの移動を前記主テーブルへ伝達する結合手段とからなり、
同結合手段は、一端側が前記副テーブルに固定された軸部材と、同軸部材の他端に取付け固定され表裏に同一中心の部分球面を有する軸受円板と、前記主テーブルに固定され前記軸受円板の表裏の部分球面との間に静圧軸受を形成する支持部材とを備え、前記部分球面の中心が前記副テーブルの駆動に伴う三次元的運動誤差の起点近傍に設定されていることを特徴とするテーブル駆動装置。
【請求項２】
前記部分球面の中心は、前記ボールナットの中央近傍に設定されていることを特徴とする請求項１記載のテーブル駆動装置。
【請求項３】
前記部分球面の中心は、前記副テーブルの前記所定方向における中央近傍に設定されていることを特徴とする請求項１記載のテーブル駆動装置。
【請求項４】
ベースに設けられた第一の案内手段にて所定方向へ移動可能に搭載された副テーブルと、前記第一の案内手段と平行に配置されて前記ベース側に回転可能に取付けられたネジ軸と、前記副テーブルに取付けられ前記ネジ軸に螺合するボールナットと、前記ネジ軸に回転を与える駆動源と、前記ベースに前記第一の案内手段と同一方向に向けて設けられた第二の案内手段にて前記副テーブルと同一の所定方向へ移動可能に搭載された主テーブルと、前記副テーブルと主テーブルの間に設けられ前記副テーブルの移動を前記主テーブルへ伝達する結合手段とからなり、
同結合手段は、両端部にそれぞれ球体を取付け固定した結合軸と、前記副テーブルに固定され一方の前記球体の表面との間に静圧軸受を形成する第一の支持部材と、前記主テーブルに固定され他方の前記球体の表面との間に静圧軸受を形成する第二の支持部材とを備えたことを特徴とするテーブル駆動装置。
【請求項５】
前記静圧軸受は、空気静圧軸受であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のテーブル駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密な移動を要求されるテーブルに係り、特にネジ軸とボールナットを用いたテーブルの駆動機構および案内部分に起因するテーブルの三次元的運動誤差を抑制可能にしたテーブル駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のナノメートルオーダの移動および位置決め精度を要求されるテーブルにおいては、その案内を精密なＶ字形の案内溝とこの案内溝に沿って転動するころがり軸受とからなる案内手段を２つ平行に設けたいわゆるＶ−Ｖころがり案内で構成したり、空気静圧軸受による静圧案内で構成したりしているが、その案内の幾何学的形状誤差や、ネジ軸の回転に伴うボールナットのとも回りおよびネジ軸の振れ回りなどがテーブルの三次元的運動誤差を誘起していた。
【０００３】
このテーブルの三次元的運動誤差を可級的に小さく抑えるため、従来、これらのテーブルの駆動機構の構成要素および案内部分の加工精度や組み付け精度を向上することにより対応されてきている。しかしながら、実際に要求される精度を充分満足させるものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、テーブルの移動精度の更なる向上を図るため、テーブル駆動機構の構成要素および案内部分の加工精度や組み付け精度の向上とは別に、駆動側の機械的移動誤差をテーブルへできるだけ伝達させない構成として、該テーブルの精密な移動を可能にするテーブル駆動装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によるテーブル駆動装置は、ベースに設けられた第一の案内手段にて所定方向へ移動可能に搭載された副テーブルと、前記第一の案内手段と平行に配置されて前記ベース側に回転可能に取付けられたネジ軸と、前記副テーブルに取付けられ前記ネジ軸に螺合するボールナットと、前記ネジ軸に回転を与える駆動源と、前記ベースに前記第一の案内手段と同一方向に向けて設けられた第二の案内手段にて前記副テーブルと同一の所定方向へ移動可能に搭載された主テーブルと、前記副テーブルと主テーブルの間に設けられ前記副テーブルの移動を前記主テーブルへ伝達する結合手段とからなり、同結合手段は、一端側が前記副テーブルに固定された軸部材と、同軸部材の他端に取付け固定され表裏に同一中心の部分球面を有する軸受円板と、前記主テーブルに固定され前記軸受円板の表裏の部分球面との間に静圧軸受を形成する支持部材とを備え、前記部分球面の中心が前記副テーブルの駆動に伴う三次元的運動誤差の起点近傍に設定されて構成される。
【０００６】
この構成によれば、ネジ軸とボールナットにより駆動される副テーブルが三次元的運動誤差を生じても、前記副テーブルの三次元的運動誤差は、その起点近傍を中心とする部分球面を有する前記軸受円板が静圧軸受によって円滑に移動することにより吸収され、かつ前記所定方向の移動は、確実に副テーブルから主テーブルへ伝達される。これにより主テーブルは、駆動側の影響をほとんど受けずに精密に移動する。なお、部分球面の中心は、前記ボールナットの中央近傍または前記副テーブルの前記所定方向における中央近傍に設定されることが好ましい。
【０００７】
また、本発明によるテーブル駆動装置は、ベースに設けられた第一の案内手段にて所定方向へ移動可能に搭載された副テーブルと、前記第一の案内手段と平行に配置されて前記ベース側に回転可能に取付けられたネジ軸と、前記副テーブルに取付けられ前記ネジ軸に螺合するボールナットと、前記ネジ軸に回転を与える駆動源と、前記ベースに前記第一の案内手段と同一方向に向けて設けられた第二の案内手段にて前記副テーブルと同一の所定方向へ移動可能に搭載された主テーブルと、前記副テーブルと主テーブルの間に設けられ前記副テーブルの移動を前記主テーブルへ伝達する結合手段とからなり、同結合手段は、両端部にそれぞれ球体を取付け固定した結合軸と、前記副テーブルに固定され一方の前記球体の表面との間に静圧軸受を形成する第一の支持部材と、前記主テーブルに固定され他方の前記球体の表面との間に静圧軸受を形成する第二の支持部材とを備えて構成されることができる。
【０００８】
この構成によれば、副テーブルの前記所定方向と異なる方向の移動誤差は、結合軸の両端に取付けられた球体を含む静圧軸受により確実に吸収され、主テーブルは、駆動側の影響をほとんど完全に受けることなく精密に移動する。
【０００９】
なお、前記静圧軸受としては、空気静圧軸受を用いることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施の形態例について図１ないし図３を参照して詳細に説明する。図１は、本発明によるテーブル駆動装置の要部構成を示す。同図において、ベース１０上には、それぞれ同一方向に向かって伸びる第一の案内手段１２と第二の案内手段２２を構成する第一、第二の案内部材１２Ａ、２２Ａがそれぞれ設けられている。第一の案内部材１２Ａの上には、第一の案内手段１２を介して副テーブル２０が移動可能に搭載され、第二の案内部材２２Ａ上には、ワークＷを取付けて測定や加工等の作業を行うための主テーブル２４が、第二の案内手段２２を介して移動可能に搭載されている。
【００１１】
図２は、図１のＺ方向から見た側面図であり、第二の案内手段２２の構成を示している。なお、第一の案内手段１２も同一の構成である。第二の案内手段２２を構成する第二の案内部材２２Ａの上面の左右には２つのＶ溝２２Ｂが形成され、主テーブル２４には、Ｖ溝２２Ｂの２つの斜面にそれぞれ沿ってＶ溝２２Ｂの長手方向に転動するローラまたはボールからなる転動体２２Ｃが設けられ、主テーブル２４をＶ溝２２Ｂの長手方向に移動可能に支持している。なお、この第一、第二の案内手段１２、２２は、一例であり、静圧軸受等を用いた他の公知の種々の案内手段を用いることができる。
【００１２】
図１中、符号ＤＲＶは、本発明における副テーブル２０の駆動手段を示しており、同駆動手段ＤＲＶは、ベース１０上に立設したフレーム１４の右側面に取付け固定されたサーボモータ１６、第一の案内手段１２と平行に配置されてフレーム１４に回転可能に取付けられサーボモータ１６により回転されるネジ軸１８および、副テーブル２０内にその軸方向移動および回転を規制されて設けられネジ軸１８と螺合するボールナット２０Ａとで構成されている。従って、サーボモータ１６の駆動によりネジ軸１８が回転すると副テーブル２０は、第一の案内部材１２Ａ上で所定方向即ち、図１の左右方向に移動される。
【００１３】
副テーブル２０の図１において左側面には、軸部材３２の右端部が取付けられている。さらに、同軸部材３２の左端部には、軸受円板３０が取付け固定されている。この軸受円板３０は、図３に示すように円形をしており、図１において左側の表面と右側の裏面がそれぞれ部分球面に形成されている。この表裏両面の部分球面の中心位置は、共に前記ボールナット２０Ａの中央近傍の点Ｐの位置であり、各球面までの曲率半径はそれぞれＲ１、Ｒ２として示される。なお、前記球面中心位置Ｐは、ネジ軸１８の振れ回りにより生ずる副テーブル２０の揺動支点である。
【００１４】
主テーブル２４の図１において右側面には、軸受円板３０の表面側の部分球面に対向する部分球面を有する多孔質体等からなる静圧軸受パッド３４を備えた支持部材２６が取付け固定され、この支持部材２６には軸受円板３０の裏面側の部分球面に対向する部分球面を有する多孔質体等からなる静圧軸受パッド３６を備えた支持部材２８が取付け固定され、静圧軸受パッド３４、３６には、高圧エアー供給部３８から高圧エアーが供給され、軸受円板３０と両支持部材２６、２８の間に静圧軸受Ｓを構成している。
【００１５】
従って、軸受円板３０および軸部材３２は、副テーブル２０と主テーブル２４との間の静圧継ぎ手として機能する。静圧軸受Ｓからの排気は、支持部材２６に設けた環状溝４０、軸受円板３０の外周空間４２および軸部材３２の外周空間から行われる。この場合、前記高圧エアーの代わりに油圧を用いることも可能であり、この油圧による場合は、支持部材２８に環状溝４０と同様の環状溝を設けて排油する。なお、前記支持部材２６、２８、軸受円板３０、軸部材３２、静圧軸受パッド３４、３６は、本発明における結合手段ＣＰＬを構成している。
【００１６】
次いでこの装置の作用について説明する。サーボモータ１６の駆動によりネジ軸１８が回転すると、このネジ軸１８に螺合しているボールナット２０Ａを介して副テーブル２０が第一の案内手段１２に沿って移動する。この副テーブル２０の移動は、結合手段ＣＰＬを介して主テーブル２４に伝達され、主テーブル２４を第二の案内手段２２に沿って移動させる。
【００１７】
ところで、上記ネジ軸１８の回転によりボールナット２０Ａを介して副テーブル２０を移動させる際、ボールナット２０Ａにネジ軸１８の回転に伴う回転力が作用し、副テーブル２０をネジ軸１８の回りで回転（とも回り）させようとする。また、ナノメートルオーダにおいては、ネジ軸１８に曲がりが存在し、さらには駆動に伴って撓みを生じ、これらが振れ回りとしてボールナット２０Ａをネジ軸１８の理想中心に対して偏心移動させる。
【００１８】
上記のようなボールナット２０Ａの伴回りおよび偏心移動により、副テーブル２０はボールナット２０Ａの中央近傍を起点として第一の案内手段１２が伸びる方向と異なる方向の移動を生じ、いわゆる三次元的運動誤差を発生する。
【００１９】
この副テーブル２０の三次元的運動誤差は、結合手段ＣＰＬを介して主テーブル２４に伝達されようとするが、本装置の結合手段ＣＰＬは、三次元的運動誤差の起点であるボールナット２０Ａの中央近傍の点Ｐを中心とする部分球面を有する軸受円板３０と、その部分球面に対して設けられた静圧軸受Ｓを備えているため、上記三次元的運動誤差すなわちボールナット２０Ａの中央近傍を起点とする副テーブル２０の傾きや振れがあると、軸受円板３０が静圧軸受Ｓによって前記中心Ｐを中心に移動し、該傾きや振れを吸収する。このため、主テーブル２４は、第一の案内手段１２と同一の第二の案内手段２２の方向への副テーブル２０の移動のみを伝達され、精密な移動が行われる。
【００２０】
前述したネジ軸１８とボールナット２０Ａによる駆動手段では、上記のようにボールナット２０Ａの中央近傍を起点とする三次元的運動誤差を生じ易いため、軸受円板３０の部分球面をボールナット２０Ａの中央近傍の点Ｐを中心とする球面の一部とした例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、部分球面の中心を、ネジ軸１８上における副テーブル２０の中央近傍としてもよいなど、副テーブルおよびその駆動手段の構成により左右される三次元的運動誤差の起点位置に応じて部分球面の中心を定めることが好ましい。
【００２１】
図４は、本発明の第二の実施の形態例における結合手段ＣＰＬを示す図であって、副テーブル２０に取付け固定された第一の支持部材５０、５２内に球体５４が収容されている。同様に、主テーブル２４に取付け固定された第二の支持部材５６、５８内に球体６０が収容されている。これらの球体５４、６０は結合軸６２により固定結合されている。第一および第二の支持部材５０、５２、５６、５８には、静圧軸受パッド３４、３６と同様の静圧軸受パッド６４、６６、６８、７０が設けられ、球体５４、６０を静圧軸受Ｓで支持する構成となっている。７２、７４は環状の排気溝、７６、７８は排気穴である。この図４の場合は、両方の静圧軸受Ｓ内での球体５４、６０の回転により機械的運動誤差が吸収されるため、第一の実施の形態例に比べ、副テーブル２０の三次元的運動誤差がさらに確実に吸収される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、副テーブルがネジ軸とボールナットからなる駆動手段によって所定方向に移動される際、駆動手段を含む副テーブル側の機械的運動誤差が、副テーブルと主テーブル間に形成される部分球面または球体からなる静圧軸受によって吸収されるので、主テーブルには副テーブル側の機械的運動誤差は伝達されず、副テーブルを駆動する駆動機構の各構成要素に関する加工精度や組み付け精度を必ずしも高精度にすることなく、主テーブルを精密に移動させることができ、製造コストの面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるテーブル駆動装置の第一の実施形態例の要部構成を示す一部破断正面図である。
【図２】図１のＺ方向から見た側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図４】本発明によるテーブル駆動装置の第二の実施形態例の結合手段を示す図である。
【符号の説明】
１０　ベース
１２　第一の案内手段
１６　サーボモータ
１８　ネジ軸
２０　副テーブル
２０Ａ　ボールナット
２２　第二の案内手段
２４　主テーブル
２６　支持部材
２８　支持部材
３０　軸受円板
３２　軸部材
３４、３６　静圧軸受パッド
５０、５２　第一の支持部材
５６、５８　第二の支持部材
５４、６０　球体
６２　結合軸
６４、６６、６８、７０　静圧軸受パッド
ＣＰＬ　結合手段
ＤＲＶ　駆動手段
Ｐ　部分球面の中心
Ｑ　球体中心
Ｓ　静圧軸受
Ｗ　ワーク
【図１】
2004037171.tif 000003
【図２】
2004037171.tif 000004
【図３】
2004037171.tif 000005
【図４】
2004037171.tif 000006