(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定されたベースと、該ベース側に回転自在に支持された駆動軸と、該駆動軸の外径位置に所定の傾斜角度をもって円周方向に等角配置された複数の従動軸と、該複数の従動軸により夫々回転自在に支持され且つ前記駆動軸の外周にころがり接触するローラと、前記駆動軸の回転に伴って駆動軸の軸方向に移動すると共に前記従動軸を支持する移動体と、該移動体の送り位置を検出する位置検出手段と、を備えた摩擦駆動装置であって、
前記複数の従動軸の内の少なくとも一つの従動軸は軸線方向に移動不能に前記ローラを支持し、他の従動軸はその軸線方向に移動可能に前記ローラを支持する移動手段及びその移動量を検出する移動量検出手段と、を備え、
前記各従動軸を回動自在に支持する軸受と、前記軸受の中心である回動支持点を支点として該従動軸の他端を駆動軸外周から離間させる方向に押圧する第１の弾性体及び前記駆動軸外周の接線方向に押圧する第２の弾性体とを備え、
前記回動支持点を挟んだ前記ローラと反対側の従動軸端部に対応する前記移動体部分に固定され、前記駆動軸の軸線と直交する方向且つ前記第１の弾性体の押圧力による前記回動支持点周りのモーメント力を相殺する方向に前記従動軸を押圧する第１の押圧手段と、
前記駆動軸外周の接線方向且つ前記第２の弾性体の押圧力による前記回動支持点周りのモーメント力を相殺する方向に前記従動軸を押圧する第２の押圧手段と、
前記各構成要素の制御を行う制御部と、
前記制御部の指令により前記第１の押圧手段を押圧／開放し、前記ローラを前記他の従動軸の軸線方向に移動／固定する第１の出力手段と、
前記駆動軸の１回転当たりの原点検出信号と前記ローラの移動量検出手段の出力信号に基づいて、前記他の従動軸に対する、前記少なくとも一つの従動軸の傾き角度誤差を算出する角度誤差算出手段と、
前記角度誤差算出手段により算出された角度誤差に相当する出力信号を現在の印加信号から増減した補正信号を前記第２の押圧手段に印加する第２の出力手段を有する角度調整手段と、を備えたことを特徴とする摩擦駆動装置。
【請求項２】
前記移動手段は、前記他の従動軸の外周に配置されると共に外周に軸受を介して前記ローラを備え、且つ該ローラの軸方向両端部の内周面と前記他の従動軸の外周面との間にすべり軸受を形成する移動リングと、
前記移動リングに外周部が固着され、且つ前記他の従動軸に内周部が固着された円盤状の弾性板と、
前記他の従動軸の軸線と直交する方向に設けられた少なくとも１つ以上の貫通穴内に嵌合する複数の鋼球と、
前記他の従動軸の一端面から軸線方向に同軸状に設けられ且つ前記貫通穴と連通する穴部と、
前記穴部内に軸方向移動可能に支持されて、テーパ状の先端部にて前記複数の鋼球と接する突き出しピンと、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦駆動装置。
【請求項３】
前記移動量検出手段は、前記円盤状の弾性板の内外周間での半径方向のひずみを検出するひずみゲージと、抵抗値変化を検出するブリッジ回路と、該ブリッジ回路の信号を増幅する増幅器と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦駆動装置。
【請求項４】
前記第１の出力手段は、一定電圧を発生する定電圧回路と、一方の端子を０Ｖとし且つ他方の端子に前記定電圧回路の出力信号が接続され外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチと、
前記第１の押圧手段に設けた第１の変形部に設けた第１の変形量測定手段と、
前記切換スイッチの出力信号である押圧伸縮設定信号と前記第１の変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ制御する第１のサーボ制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の摩擦駆動装置。
【請求項５】
前記第２の出力手段は、ＣＰＵからのデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、前記第２の押圧手段に設けた第２の変形部に設けた第２の変形量測定手段と、前記Ｄ／Ａ変換器の出力信号である押圧伸縮設定信号と前記第２の変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ動作を行う第２のサーボ制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の摩擦駆動装置。
【請求項６】
前記角度調整手段は、前記移動体に固定された第１の固定板と、第１の固定板に設けた第１の案内部に両側面が嵌合するよう設けられた第１の押圧板と、前記移動体に固定され且つ前記従動軸を押圧して位置調整するために前記第１の固定板に設けた第１の調整ネジ及び前記第１の押圧板に設けた雌ネジ部と、前記移動体に支持され且つ前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧すると共に前記第１の固定板に設けた第２の案内部に嵌合するよう設けられた第２の押圧板と、を備え、
前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧するために前記第１の固定板に設けた第２の調整ネジと、前記第２の押圧板の後端側面と、によって、前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧して位置調整可能となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦駆動装置。
【請求項７】
前記第１の出力手段は、電圧を変更可能とした構成の可変電圧回路と、一方の端子を０Ｖとし且つ他方の端子に前記可変電圧回路の出力信号が接続され外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチと、
前記第１の押圧板と前記回動支持点とローラ間にあって、前記従動軸の押圧方向への変形量を検出する第３の変形量測定手段と、
前記切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と前記第３の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第３のサーボ制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の摩擦駆動装置。
【請求項８】
前記第１の出力手段は、ＣＰＵからのデジタル信号をアナログ信号に変換する１つのＤ／Ａ変換器と、前記第３の変形量測定手段と、
前記１つのＤ／Ａ変換器の出力信号である押圧設定信号と第３の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第４のサーボ制御手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の摩擦駆動装置。
【請求項９】
前記第１の出力手段は、複数の圧電素子への押圧設定信号を独立に与えるためにＣＰＵからのデジタル信号をアナログ信号に変換する複数のＤ／Ａ変換器と、第３の変形量測定手段と、
前記複数のＤ／Ａ変換器の出力信号である押圧設定信号と前記第３の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第５のサーボ制御手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の摩擦駆動装置。
【請求項１０】
前記従動軸は、前記第１の押圧手段の押圧点と前記回動支持点間距離をＬ１、前記回動支持点とローラ間距離をＬ２とした時に、Ｌ２＞Ｌ１の条件を満足する第３の変形量測定手段変位拡大機構を形成していることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の摩擦駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦駆動装置に関し、さらに詳しくは、駆動軸を回転させることにより従動軸が固定された移動体を進退させる摩擦駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光ディスクの高密度化にともない、より高解像の露光を実現するために、マスタリング装置の光源として、従来のレーザービームに代えて電子線等を用いた露光装置が用いられるようになり、高解像度の露光を実現する露光装置への移行に伴って真空環境への対応やより高精度な送りが必要になってきている。従来、この送り機構として、光ディスク原盤露光用のスライドテーブル装置が用いられ、静圧軸受を介してテーブルを進退自在に設けたエアスライド式が多く用いられている。また、テーブルの駆動手段としては、ボイスコイル型のリニアモータが一般的に用いられ、位置検出器として干渉レーザ測長器やリニアスケールを使用した閉ループ制御方式が採用されている。また、半導体検査装置等の静止状態を必要とするものでは、送り方向の剛性を必要とするためテーブルの駆動にボールネジ等が用いられている。
前記スライドテーブル装置の摩擦駆動機構には、駆動軸と従動軸の交差角度を鋭角とするツイストローラ方式と直角とするキャプスタン方式がある。ツイストローラ方式は、駆動軸と従動軸との間の交差角を微小にすることで、他の機構では得られない小さなリードを実現でき、高い位置決め分解能が期待できることから次世代の送り機構として期待され、文献、特許等が公開されている。
【０００３】
メカ機構として公開されている従来技術として、特開平８−１８４３６０号公報には、耐外乱性が高く、速度むらがなく、安定送りが行え、また駆動源の停止時の静止性能の向上が図れる高剛性進退装置について開示されている。これは、軸体と、この軸体を相対的に回転および進退自在に貫通させた進退部品とを備える。進退部品は、その本体内に、軸体に転接する樽形のローラを周方向に並べて複数個設ける。これらローラは、両端面でボールを介して進退部品本体と予圧板との間に回転自在に支持される。進退部品本体とローラ端面の少なくとも一方、および予圧板とローラ端面との少なくとも一方は、ボールが回転自在に嵌まる円すい面状のボール支持凹部でボールの支持を行わせる。また、予圧板をローラ側へ付勢すると共に円周方向に付勢する弾性体を設けている。
また、特開平１１−１９５２４７号公報による発明には、速度むらが生じることなく、安定した送りを行うことができ、外乱にも強く、分解能の向上が図れ、これにより高密度の書き込みを可能とした光ディスクマスタリング装置用スライドテーブル装置について開示されている。これによると、テーブルとなるスライド体を基台に対して静圧直動軸受で静圧支持し、基台に対してスライド体をスライド自在に駆動する摩擦進退駆動装置を設ける。摩擦進退駆動装置は、回転駆動される主軸と、この主軸の回りに複数個設けられて各々傾き角度を持って接するローラとを備える。そして、このローラに主軸に対する予圧を与える予圧手段を設けている。
【０００４】
また、特開平１１−１９５２４８号公報には、主軸およびこれに斜めに転接するローラを備えた摩擦進退駆動装置において、回転駆動源の回転むらの影響を少なくすると共に、回転伝達系における位相ずれを少なくし、精密な位置決めを可能とした摩擦進退駆動装置について開示されている。これは、主軸と、この主軸の外周にころがり接触しかつ主軸に対して傾き角度をもって傾斜したローラと、前記主軸の回転に起因して移動するローラと共に移動するスライド体とを有する摩擦進退駆動装置において、前記主軸を回転させる回転駆動源と、この回転駆動源の回転を駆動側軸から摩擦車への回転伝達で減速して主軸に伝達する減速機とを設けたことを特徴としている。この構成の摩擦進退駆動装置によると、主軸を回転させることにより、各ローラが主軸に対して傾き角度だけリード角を持って回転することになり、その接触部の摩擦力により、スライド体を軸方向に移動させる。この場合に、回転駆動源の回転は減速して主軸に伝達されるため、スライド体の位置決め精度に対する回転駆動源の回転むらの影響が小さくなる。また、回転駆動源の回転の伝達およびその減速は、駆動側軸と摩擦車との摩擦接触を介して行うようにしたため、バックラッシ等が生じず、これによっても精密な位置決めが行えるとしている。
また、文献；「ツイストローラ摩擦駆動装置を用いた超精密位置決めシステムの開発、著者水本他、１９９５年度精密工学会秋期大会論文集」には、空気静圧軸受により案内されたテーブルを、両端を空気静圧軸受にて支持された駆動軸と、その駆動軸線とわずかな交差角にて設けた従動軸に複数の玉軸受にて従動軸回りに回動支持されたローラを設けて、約７０μｍのリードで位置決め分解能２ｎｍを実現する旨が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特開平８−１８４３６０号公報記載の発明では、駆動軸心に対して等角（１２０度）で配置されローラ端面を支持している固定板及び対向板に各々形成される円すい面状のボール支持凹部の機械的な位置誤差のために、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度にばらつきが生じる。ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度を大きく確保する場合、つまりリードＬを比較的大きく（例えば、数ｍｍ）とる場合は問題とならないが、ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度（リードＬ）を小さくする場合、例えば、数百μｍに設定する場合は、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度にばらつきがあると、駆動軸と従動軸のローラ間でリード誤差によるすべりを生じ、これが閉ループ制御の外乱となるため制御上好ましくない。これを光ディスク原盤露光等に適用すると、トラックピッチ精度等が悪くなり露光品質に悪影響を与えるといった問題が生じる。
更に、本公報による発明によると、予圧板をローラ側へ付勢すると共に、円周方向に付勢する弾性体を設ける構成をとっているため、ローラの軸体に対する予圧量の調整は、進退部品本体に設けたネジ部を有する穴部と予圧板に設けた穴部を連通させた位置として、その連通穴部に弾性体を設けて進退部品本体に設けたネジ部のイモネジを締めることによる弾性体の圧縮変形力を利用している。この構成の場合、ローラの軸体に対する現在予圧量が定量的に確認できないので、適正な予圧量にするのに試行錯誤が必要となり、又、ローラや軸体の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も困難となり、部品交換時の予圧量再現性もなく組立性が悪くなる。
【０００６】
また、特開平１１−１９５２４７号公報では、基台に固定される静圧直動軸受固定部の真直と摩擦進退駆動装置主軸の真直との間に誤差を生じた状態で組み立てられた場合、スライド体が送り方向に動作すると、予圧をかけられて固定されているだけで剛性が最も低いローラと主軸間で、その真直誤差を吸収することになるので、ローラの主軸に対する予圧量が移動位置とともに変化してしまう。つまり、駆動軸と一つのローラ間に働く駆動軸方向の駆動力は、駆動軸外周とローラ間の動摩擦係数をμ、予圧をＮとすると、Ｆ＝μＮとなる。従って、各々のローラと駆動軸外周で発生する駆動力にもばらつきを生じ、更に各々の駆動力にもばらつきを生じるため、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度のばらつきと相乗して駆動軸と従動軸のローラ間ですべりを生じ、これが、閉ループ制御の外乱となるため、光ディスク原盤露光等に適用するとトラックピッチ精度等が悪くなり露光品質に悪影響を与えるといった問題がある。
更に、本公報によると、スライド体を基台に対して静圧直動軸受で静圧支持し、又、前記文献では、空気静圧軸受により案内されたテーブルを、両端を空気静圧軸受にて支持する構成としているが、このような静圧軸受は非常に高価であり装置コストが高くなるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、前記問題点を生じることなく、高精度送りを実現できる摩擦駆動装置、特に光ディスク原盤露光装置用送りステージを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、固定されたベースと、該ベース側に回転自在に支持された駆動軸と、該駆動軸の外径位置に所定の傾斜角度をもって円周方向に等角配置された複数の従動軸と、該複数の従動軸により夫々回転自在に支持され且つ前記駆動軸の外周にころがり接触するローラと、前記駆動軸の回転に伴って駆動軸の軸方向に移動すると共に前記従動軸を支持する移動体と、該移動体の送り位置を検出する位置検出手段と、を備えた摩擦駆動装置であって、前記複数の従動軸の内の少なくとも一つの従動軸は軸線方向に移動不能に前記ローラを支持し、他の従動軸はその軸線方向に移動可能に前記ローラを支持する移動手段及びその移動量を検出する移動量検出手段と、を備え、前記各従動軸を回動自在に支持する軸受と、前記軸受の中心である回動支持点を支点として該従動軸の他端を駆動軸外周から離間させる方向に押圧する第１の弾性体及び前記駆動軸外周の接線方向に押圧する第２の弾性体とを備え、前記回動支持点を挟んだ前記ローラと反対側の従動軸端部に対応する前記移動体部分に固定され、前記駆動軸の軸線と直交する方向且つ前記第１の弾性体の押圧力による前記回動支持点周りのモーメント力を相殺する方向に前記従動軸を押圧する第１の押圧手段と、前記駆動軸外周の接線方向且つ前記第２の弾性体の押圧力による前記回動支持点周りのモーメント力を相殺する方向に前記従動軸を押圧する第２の押圧手段と、前記各構成要素の制御を行う制御部と、前記制御部の指令により前記第１の押圧手段を押圧／開放し、前記ローラを前記他の従動軸の軸線方向に移動／固定する第１の出力手段と、前記駆動軸の１回転当たりの原点検出信号と前記ローラの移動量検出手段の出力信号に基づいて、前記他の従動軸に対する、前記少なくとも一つの従動軸の傾き角度誤差を算出する角度誤差算出手段と、前記角度誤差算出手段により算出された角度誤差に相当する出力信号を現在の印加信号から増減した補正信号を前記第２の押圧手段に印加する第２の出力手段を有する角度調整手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明は、光ディスク原盤を露光する際に、光ディスク原盤を支持して回転させたり、径方向移動させるための光ディスク原盤露光装置用送りステージに用いられる摩擦駆動装置に関するものであり、高精度送りを実現できるものである。
この発明では、駆動軸の外周に複数の従動軸の一端を球面軸受にて支持すると共に他端を弾性体による自由支持とし、球面軸受の回動支持点を挟んでローラと反対側の従動軸の他端を第１の押圧手段により離間方向へ押圧し、且つ第２の圧電素子により駆動軸接線方向に押圧し、更に制御部により制御される第１の出力手段と、固定した従動軸に対する傾き角度誤差を算出する角度誤差算出手段と、角度調整手段と、を設けて、加工、組み付け誤差等による機械的な位置誤差のために生じる各従動軸と駆動軸とのなす交差角度のばらつきを補正できるようにしている。
かかる発明によれば、加工、組み付け誤差等による機械的な位置誤差のために生じる各従動軸と駆動軸とのなす交差角度のばらつきを補正できるようにしているので、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度が精密に設定され、駆動軸と各従動軸のローラ間でリード誤差によるすべりを発生せず、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上が図れる。
【０００８】
請求項２は、請求項１において、前記移動手段は、前記他の従動軸の外周に配置されると共に外周に軸受を介して前記ローラを備え、且つ該ローラの軸方向両端部の内周面と前記他の従動軸の外周面との間にすべり軸受を形成する移動リングと、前記移動リングに外周部が固着され、且つ前記他の従動軸に内周部が固着された円盤状の弾性板と、前記他の従動軸の軸線と直交する方向に設けられた少なくとも１つ以上の貫通穴内に嵌合する複数の鋼球と、前記他の従動軸の一端面から軸線方向に同軸状に設けられ且つ前記貫通穴と連通する穴部と、前記穴部内に軸方向移動可能に支持されて、テーパ状の先端部にて前記複数の鋼球と接する突き出しピンと、を備えていることを特徴とする。
かかる発明によれば、移動手段は、外周にローラが設けられ、移動リングの一端と対向する従動軸の一端に内周部が固着された円盤状の弾性板と、従動軸に設けられた少なくとも１つ以上の貫通穴に嵌合し、先端部がテーパ状の突き出しピンのテーパ部に接触する複数の鋼球を設けた構成としており、単純な構成でローラの移動／固定とその移動量検出が可能となり装置コストが安価となる。
請求項３では、請求項１又は２において、前記移動量検出手段は、前記円盤状の弾性板の内外周間での半径方向のひずみを検出するひずみゲージと、抵抗値変化を検出するブリッジ回路と、該ブリッジ回路の信号を増幅する増幅器と、を備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、移動量検出手段は、ひずみを検出するひずみゲージとブリッジ回路と増幅器から構成しており、単純な構成でローラの移動／固定とその移動量検出が可能となり装置コストが安価となる。
【０００９】
請求項４は、前記第１の出力手段は、一定電圧を発生する定電圧回路と、一方の端子を０Ｖ、他方の端子に前記定電圧回路の出力信号が接続され外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチと、第１の押圧板の第１の変形部に設けた第１の変形量測定手段と、前記切換スイッチの出力信号である押圧伸縮設定信号と前記第１の変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ制御する第１のサーボ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、第１の出力手段を、定電圧回路と、外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチと、第１の押圧板に設けた第１の変形量測定手段と、切換スイッチの出力信号と第１の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第１のサーボ制御手段を設けたことにより、ローラの駆動軸外周への押圧（予圧）動作と各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるので、更に、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上がはかれる。
請求項５は、前記第２の出力手段は、ＣＰＵからのデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、前記第２の押圧手段に設けた第２の変形部に設けた第２の変形量測定手段と、前記Ｄ／Ａ変換器の出力信号である押圧伸縮設定信号と前記第２の変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ動作を行う第２のサーボ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、第２の出力手段は、Ｄ／Ａ変換器の出力信号と第２の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ動作を行う第２のサーボ制御手段を設けているので、ローラの駆動軸外周への押圧（予圧）動作と各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるので、更に、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上がはかれる。
【００１０】
請求項６は、前記角度調整手段は、前記移動体に固定された第１の固定板と、第１の固定板に設けた第１の案内部に両側面が嵌合するよう設けられた第１の押圧板と、前記移動体に固定され且つ前記従動軸を押圧して位置調整するために前記第１の固定板に設けた第１の調整ネジ及び前記第１の押圧板に設けた雌ネジ部と、前記移動体に支持され且つ前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧すると共に前記第１の固定板に設けた第２の案内部に嵌合するよう設けられた第２の押圧板と、を備え、前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧するために前記第１の固定板に設けた第２の調整ネジと、前記第２の押圧板の後端側面と、によって、前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧して位置調整可能となるように構成されていることを特徴とする。
かかる発明によれば、角度調整手段は、第１の固定板の第１の案内部に嵌合するよう設けられた第１の押圧板と、第１の固定板に設けた調整ネジと第１の押圧板に設けた雌ネジ部によって位置調整可能となるように設けられ、かつ、第１の固定板の第２の案内部に嵌合するよう設けられた第２の押圧板と、第１の固定板に設けた調整ネジと第２の押圧板によって従動軸を駆動軸外周の接線方向に押圧する方向に位置調整可能となるように設けて、大きな交差角度でも上記角度補正動作が行えるようにしているので、広いリード条件範囲において安定した送り制御が実現でき、送り構成要素としての汎用性を高くすることができる。
請求項７は、前記第１の出力手段は、電圧を変更可能とした構成の可変電圧回路と、一方の端子を０Ｖとし且つ他方の端子に前記可変電圧回路の出力信号が接続され外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチと、前記第１の押圧板と前記回動支持点とローラ間にあって、前記従動軸の押圧方向への変形量を検出する第３の変形量測定手段と、前記切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と前記第３の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第３のサーボ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、第１の出力手段は、可変電圧回路とグランドとを外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と第３の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第３のサーボ制御手段を設けているので、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボをしているので、適正な予圧条件に瞬時に設定でき、ローラや駆動軸の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も容易となり、部品交換時の予圧量再現性も良好となり組立性の向上が図れる。
【００１１】
請求項８は、前記第１の出力手段は、ＣＰＵからのデジタル信号をアナログ信号に変換する１つのＤ／Ａ変換器と、前記第３の変形量測定手段と、前記１つのＤ／Ａ変換器の出力信号である押圧設定信号と第３の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第４のサーボ制御手段と、を備えていることを特徴とする。
かかる発明によれば、第１の出力手段は、一つのＤ／Ａ変換器と、従動軸の外周部に従動軸の押圧方向の変形量を検出する第３の変形量測定手段と、Ｄ／Ａ変換器の出力信号と第３の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第４のサーボ制御手段を設けて、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボをしているので、適正な予圧条件に瞬時に設定でき、ローラや駆動軸の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も容易となり、部品交換時の予圧量再現性も良好となり組立性の向上が図れる。
請求項９は、前記第１の出力手段は、複数の圧電素子への押圧設定信号を独立に与えるためにＣＰＵからのデジタル信号をアナログ信号に変換する複数のＤ／Ａ変換器と、第３の変形量測定手段と、前記複数のＤ／Ａ変換器の出力信号である押圧設定信号と前記第３の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第５のサーボ制御手段と、を備えていることを特徴とする。
かかる発明によれば、第１の出力手段は、複数のＤ／Ａ変換器の出力信号と第３の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第５のサーボ制御手段を設けて、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボを行い、かつ各々の第１の押圧手段への押圧設定値を独立に与えるようにしているので、ベースに固定される案内機構の固定部である支柱の送り方向真直と駆動軸の送り方向真直に誤差を生じて組み立てが行われても、移動体が送り方向に動作した時の組立誤差による予圧変動を生じることがなく、各々のローラと駆動軸外周で発生する駆動力にもばらつきを発生しないので、長ストロークの駆動でも安定した送り動作が実現でき送り制御精度及び組立性の向上がはかれるとともに簡便な案内機構で構成できるので装置が安価となる。
請求項１０は、前記従動軸は、前記第１の押圧手段の押圧点と前記回動支持点間距離をＬ１、前記回動支持点とローラ間距離をＬ２とした時に、Ｌ２＞Ｌ１の条件を満足する第３の変形量測定手段変位拡大機構を形成していることを特徴とする。
かかる発明によれば、従動軸は、第１の押圧手段に用いる圧電素子の伸縮量が小さくても大きな押圧ストロークが得られるので、駆動軸回りに配置する機構を小さくでき、装置の小型化が図れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る摩擦駆動装置の制御系構成図である。図１（ａ）は、摩擦駆動装置の上面図であり、（ｂ）はその右側面図であり、（ｃ）は部分断面図である。この摩擦駆動装置は、例えば光ディスク用原盤露光装置に用いる送り装置に使用される。
図示しない除振機構、例えば、空気圧によるサーボマウンタ上に設けたベース９０上には、送り方向と直交する方向に離間配置されて基端部をベース９０に固定した支柱８９（８９ａ、８９ｂ）が立設されており、各支柱８９の上端部には、例えば球体、円筒ローラ等を送り方向に配置したころがり軸受１４（１４ａ、１４ｂ、案内機構）を介して移動体１３が送り方向へ移動可能に支持されている。
【００１３】
移動体１３には、上部に加工対象物のとしての光ディスク原盤を支持するターンテーブル１８を固定し、図示しない外部より供給される圧縮空気によりラジアル、スラスト方向に静圧浮上するエアスピンドル１９が内部に配置されており、エアスピンドル１９には回転駆動モータ２０を介して、その出力が一周（３６０度）を数千に等分割されたＡ相、Ｂ相パルスと、一周に１回発生するＺ相パルスとから構成される光学式ロータリーエンコーダ（１）２１が固定されており、図示しない外部からの回転駆動モータ２０への通電信号により回転自在に構成されている。
また、移動体１３の送り方向より見て左側端部の下部には、例えば、送り方向における所定の分解能を提供するＡ相、Ｂ相パルスから構成される光学式リニアエンコーダ等の送り方向の位置を計測する受光部１５ａと、スケール１５ｂとから構成される位置検出手段１６が設けられている。スケール１５ｂは取付板（１）１５ｃを介して移動体１３に固定されており、受光部１５ａは取付板（２）１７を介してベース９０側に固定されている。図１では、スケール１５ｂが移動体１３に固定され、受光部１５ａがベース９０に固定されているが、受光部１５ａを移動体１３に固定し、スケール１５ｂをベース９０に固定する構成としても構わない。
さらに移動体１３から送り方向へ突出する突出部１３ａの下部には、横方向へ延びる駆動軸１を支持する穴部２２ａ、２３ａを設けた第１の固定板２２及び第２の固定板２３の上端部が夫々固定的に支持されている。さらに駆動軸１の外周にころがり接触するローラ８ａ〜８ｃを、例えばアンギュラ軸受等を対向したころがり軸受（２）９ａ〜９ｃを介して同心状に設けた３つの従動軸７ａ〜７ｃが駆動軸１の軸線に対して円周方向に等角配置されている。
【００１４】
図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’断面を表し、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面を表し、（ｃ）はＣ−Ｃ’断面を表す。また、図２（ｄ）は弾性体部の詳細図である。各従動軸７ａ〜７ｃの右側端部は夫々、図２（ｂ）Ｂ−Ｂ’の断面図にも示すように、第２の固定板２３に周方向に所定のピッチにて設けた各凹部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ内に、夫々、駆動軸１の軸線に対して円周方向に等角となるように配置されて支持されている。更に、各従動軸７ａ〜７ｃの外周に対して夫々回転自在に軸支されたローラ８ａ〜８ｃを駆動軸１の外周から離間させる方向（離間方向）に押圧する球３５ｄ〜３５ｆをコイルスプリング等の３つの第１の弾性体３５ａ〜３５ｃ（押圧端部に配置される）により押圧する構成を備えた第３の押圧板３６ａ〜３６ｃと（図２（ｄ）参照）、各従動軸７ａ〜７ｃを駆動軸１の外周接線方向に押圧する球３８ｄ〜３８ｆをコイルスプリング等の３つの第２の弾性体３８ａ〜３８ｃ（押圧端部に配置される）により押圧する構成を備えた第４の押圧板４０ａ〜４０ｃと、が設けられている。このように、従動軸７ａ〜７ｃの右側端部を、弾性付勢された各球により自由支持する構成となっている。なお、本発明の実施形態では、第２の固定板２３と分離された第３の押圧板３６ａ〜３６ｃと第４の押圧板４０ａ〜４０ｃに夫々第１の弾性体３５ａ〜３５ｃ、第２の弾性体３８ａ〜３８ｃを設けているが、第２の固定板２３に各弾性体を直接設けてもかまわない。
【００１５】
また、第１の固定板２２の右側面には、図１（ｃ）の部分断面図、及び図２（ａ）、（ｃ）の断面図に示すように、従動軸７ａ〜７ｃの左側端部外周とその内周が嵌合する球面軸受等の軸受２６ａ〜２６ｃが、駆動軸１の軸線に対して円周方向に等角配置されて固定されており、従動軸７ａ〜７ｃは、その軸受２６ａ〜２６ｃの回動支持点２４ａ〜２４ｃを含む平面内に回動可能な構成となっている。さらに、第１の固定板２２の凹部２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃには、回動支持点２４ａ〜２４ｃを挟んだ各ローラ８ａ〜８ｃとは反対側に、図２（ａ）、図４（ａ）に示すような第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃを伸縮方向に固定する。即ち、第１の押圧手段４７ａ〜４７ｃと第２の押圧手段４８ａ〜４８ｃが、駆動軸１の軸線に対して円周方向に等角配置されて固定されている。
即ち、第１の押圧手段４７ａ〜４７ｃは、駆動軸１の軸線と直角方向で第１の弾性体３５ａ〜３５ｃの押圧力による回動支持点２４ａ〜２４ｃ周りのモーメント力を相殺する方向に、従動軸７ａ〜７ｃを押圧するための第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃを伸縮方向に固定し、従動軸７ａ〜７ｃを押圧する側の固定端に第１の変形部２８ｄ〜２８ｆを設けた構成を備えている。また、第２の押圧手段４８ａ〜４８ｃは、駆動軸１外周の接線方向で第２の弾性体３８ａ〜３８ｃの押圧力による回動支持点２４ａ〜２４ｃ周りのモーメント力を相殺する方向に従動軸７ａ〜７ｃを押圧する図４（ｂ）に示すような第２の圧電素子３１ａ〜３１ｃを伸縮方向に固定し、従動軸７ａ〜７ｃを押圧する側の固定端に第２の変形部３２ｄ〜３２ｆを設けた構成を備えている。
【００１６】
さらに駆動軸１の右側端部は第一の段付部１ａになっており、その外周はベース９０に固定され且つ上部に段付の貫通穴を設けたハウジング１０の左側円筒穴部１０ａ内に同心状にその外輪を固定されたアンギュラ軸受等の対向するころがり軸受３２の内周部に嵌合しており、駆動軸１に設けたネジ部ところがり軸受３２の内周部が軸受止め３にて固定されている。さらに、駆動軸１の第二の段付部１ｂの外周は、ハウジング１０の右側円筒穴部に同心状に固定され、一般的にその出力が一周を数千等に分割したＡ相、Ｂ相パルスと一周に１回発生するＺ相パルスから構成されるロータリーエンコーダ（２）６を固定した送り駆動モータ５の駆動軸とがオルダム式等のカップリング４により連結されている。さらに、駆動軸１の左側端部に位置する段付部１ｃの外周は、ベース９０に固定され且つ上部に貫通穴が設けられ、その貫通穴と同心状に例えば、深溝玉軸受等のころがり軸受（４）１２の外輪が軸心方向に移動可能となるように固定されたころがり軸受（４）１２の内輪に嵌合する構成となっている。
以上の構成により、図示しない第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃ、第２の圧電素子３１ａ〜３１ｃのリード線端末より適当な通電電圧を第２の圧電素子３１ａ〜３１ｃ、第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃの順に印加すると、図１８の点線に示すように駆動軸１の軸心と従動軸７ａ〜７ｃの軸心はある角度θで交差した状態でローラ８ａ〜８ｃの外周と駆動軸１の外周がころがり接触する。この状態で、図示しない送り駆動モータ５の端末より通電すれば、ローラ８ａ〜８ｃの外周と駆動軸１の外周の接触点は螺旋状に移動し、移動体１３が送り方向に移動自在となる。この時、従動軸７ａ〜７ｃ自身は回転せず、ころがり軸受（２）９ａ〜９ｃの外輪が回転する外輪回転となる。又、駆動軸１が１回転当たりに移動体１３を移動する移動量Ｌリード量は、駆動軸１の外形寸法をＤとすれば、
Ｌ＝π・Ｄ・ｔａｎθ    −−−−−−−−（１）
θ＝ｔａｎ-1｛Ｌ／π・Ｄ｝−−−−−−−（２）
で表され、例えば、Ｄ＝３０ｍｍ条件での交差角度とリード量Ｌの関係は図１７の両対数グラフに示すように線形である。
【００１７】
さらに図３に示すように一つの従動軸７ａには、従動軸７ａの軸線方向に移動不能に固定され且つ回転自在に支持されたローラ８ａが設けられ、他の従動軸７ｂ、７ｃには、軸方向両端部の内周面と従動軸７ｂ、７ｃの外周面との間にすべり軸受９８（９８ｂ、９８ｃ）を支持した移動リング９１（９１ｂ、９１ｃ）が従動軸７ｂ、７ｃと同心状に設けられている。更に、移動リング９１の軸方向片端には、その外周部が固着され、且つその片端と対向する従動軸７ｂ、７ｃの片端に内周部が固着された円盤状の弾性板９２（９２ｂ、９２ｃ）が設けられて移動手段９７（９７ｂ、９７ｃ）が構成されており、ローラ８ｂ、８ｃが従動軸７ｂ、７ｃの軸線方向に移動可能な構成としている。
さらに、各従動軸７ｂ、７ｃには、その軸線と直交する方向に貫通穴９９が設けられると共に、図中右端部より形成された同心状の穴部（軸穴）７ｂ−１、７ｃ−１が夫々貫通穴９９に連通するように設けられている。この穴部内には、穴部の内壁と外周が略嵌合し（遊嵌し）且つ図示しないＯリング等を外周に備え先端部がテーパ状の突き出しピン９４（９４ｂ、９４ｃ）を、軸方向へ進退可能に支持する。そして、例えば圧縮コイルバネ９６（９６ｂ、９６ｃ）により突き出しピン９４を軸方向外側へ弾性付勢する。さらに貫通穴９９に嵌合し、突き出しピン９４の内側端部に位置するテーパ部に接触する複数の鋼球（ボールベアリング）９５が設けられている。この構成にて、従動軸７ｂ、７ｃの右端部から軸方向に形成した前記穴部の開口である給気口より、圧縮空気等を穴部内に供給すれば、突き出しピン９４が従動軸７ｂ、７ｃの軸線左方向に移動しテーパ部にて接触している鋼球９５が従動軸７ｂ、７ｃの軸線と直交する方向に移動して、従動軸を包囲する移動リング９１の内周面を押圧し、移動リング９１と従動軸７ｂ、７ｃとが固定される。
さらに、円盤状の弾性板９２の内外周間でその半径方向のひずみを検出するひずみゲージ９３（９３ｂ、９３ｃ）が設けられており、各ひずみゲージの図示しないリード線端末は、図５に示すブリッジ回路１０１（１０１ｂ、１０１ｃ）に夫々接続されており、ブリッジ回路１０１の出力信号は増幅器１０２（１０２ｂ、１０２ｃ）に接続され、ローラ８ｂ、８ｃの移動量を各弾性板９２（９２ｂ、９２ｃ）の変形量として検出できるように構成されており、全体として移動量検出手段１００を構成している。
【００１８】
次に、従動軸７ａ〜７ｃの角度を調整する制御ブロック図について図５を用いて説明する。割り込み用信号としてロータリーエンコーダ２６の一周毎に１回発生するＺ相パルス信号４９の信号線が接続されたＣＰＵ５８には、その動作プログラムを書き込むＲＯＭ６０とデータを記憶するＲＡＭ６１とが接続され、Ｚ相パルス信号４９の立ち上がりをトリガー信号として移動量検出手段１００のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０３（１０３ｂ、１０３ｃ）が接続されている。又、その出力信号が第２の圧電素子３１ａ〜３１ｃの図示しない端末に接続される駆動アンプｄ５７ｄ、ｅ５７ｅ、ｆ５７ｆに接続され、デジタルデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器ａ６３ａ、ｂ６３ｂ、ｃ６３ｃが接続されている。ここで、Ｄ／Ａ変換器ａ６３ａ、ｂ６３ｂ、ｃ６３ｃと駆動アンプｄ５７ｄ、ｅ５７ｅ、ｆ５７ｆにて第２の出力手段５０を構成している。さらに、その出力信号が第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃの図示しない端末に接続される駆動アンプａ５７ａ、ｂ５７ｂ、ｃ５７ｃと、固定の定電圧を出力する定電圧回路５５（５５ａ、５５ｂ）の出力信号が外部信号によってＯＮ／ＯＦＦできるスイッチ１、２、３（５６ａ〜５６ｃ）を介して駆動アンプａ５７ａ、ｂ５７ｂ、ｃ５７ｃの入力信号として接続されて構成した第１の出力手段６４のスイッチ１、２、３（５６ａ〜５６ｃ）の駆動信号がＣＰＵ５８に接続されており、又、その出力信号が電磁弁１０４（１０４ｂ、１０４ｃ）に接続され、入力に固定の定電圧を出力する定電圧回路５５（５５ａ、５５ｂ）の出力信号が外部信号によってＯＮ／ＯＦＦできるスイッチ４、５（５６ｄ、５６ｅ）の駆動信号が接続されている。さらに、リード量データＬとその設定許容誤差データεを入力するデータ入力部５９が接続されており、全体で角度調整手段５１を構成している。
【００１９】
以上の回路構成による動作を図６の動作フロー図にて説明する。予め入力されたリード量データＬとその設定許容誤差データεを読み込んだ後（Ｓ１）、図示しない装置全体のホストコンピュータからの指令信号８８ａを待った後（Ｓ２）、ホストコンピュータからの指令信号８８ａがＯＮされると、角度算出手段６５にて上記式▲２▼にもとづいて交差角度θの計算が行われた後（Ｓ３）、スイッチ４、５６ｄ、スイッチ５、５６ｅの駆動信号がＯＮされて電磁弁１０４（１０４ｂ、１０４ｃ）が動作して従動軸７ｂ、７ｃの各穴部７ｂ−１、７ｃ−１の右端開口部としての給気口より圧縮空気等が供給され突き出しピン９４が移動して移動リング９１と従動軸７ｂ、７ｃが固定され、スイッチ１、２、３（５６ａ〜５６ｃ）の駆動信号がＯＦＦされて第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃへの信号がＯＦＦされて押圧手段（１）４７ａ〜４７ｃが開放される（Ｓ６）。つづいて、Ｄ／Ａ変換器６３に対して上記角度算出手段６５によって計算された交差角度θに相当するデジタルデータが送出され（Ｓ７）、駆動アンプ５７を介して圧電素子（２）３１に計算された交差角度θに相当する変位電圧が印加され押圧手段（２）４８が従動軸７を駆動軸１外周の接線方向に押圧し、その後、スイッチ（１）５６ａへの駆動信号がＯＮされて圧電素子（１）２７ａへ適当な電圧に設定された定電圧回路５５の出力信号が駆動アンプ５７を介して通電され、押圧手段（１）４７が従動軸７を押圧する（Ｓ８）。その後、スイッチ４、５（５６ｄ、５６ｅ）の駆動信号がＯＦＦされて（Ｓ９）、移動リング９１と従動軸７ｂ、７ｃが開放され、この状態で、送り駆動モータ５が回転開始し（Ｓ１０）、Ｚ相パルス信号４９の立ち上がりをトリガー信号としてローラ８ｂの移動量ＸｂがＡ／Ｄ変換器１０３ｂにて取り込まれ（Ｓ１１）、ここで、従動軸７ａの設定リード量に対して従動軸７ｂの実リード量が大きい場合はＸｉ＞０、小さい場合Ｘｉ＜０となる。その後、相対リード量を算出する相対リード量算出手段６６にて相対リード量Ｌｂが求められ、相対角度誤差Δθｂを算出し、ローラ８ｂの移動量Ｘｂが設定された設定許容誤差データε以下であればその角度データθｂをＲＡＭ６１に記憶し、大きい場合は、差分データΔθｂが０よりも大きい場合は設定された角度データからΔθｂを減じ、又、Δθｂが０よりも小さい場合は設定された角度データにΔθｂを加える電圧補正手段６７にて逐次繰り返して行われ、ε≧Ｘｉとなるまで行われる（Ｓ１２）。
【００２０】
上記フロー中のステップＳ５は、サブルーチン（ＳＵＢ）になっており、上記の動作がｂ、ｃの順で行われ全てが完了するとスイッチ１、２、３（５６ａ〜５６ｃ）の駆動信号がＯＦＦされて圧電素子（１）２７ａ〜２７ｃへの信号がＯＦＦされて第１の押圧手段４７ａ〜４７ｃが開放され、スイッチ４、５（５６ｄ、５６ｅ）の駆動信号がＯＮされて電磁弁１０４（１０４ｂ、１０４ｃ）が動作して従動軸７ｂ、７ｃの右端部に設けた給気口より圧縮空気等が供給され突き出しピン９４が移動して移動リング９１と従動軸７ｂ、７ｃが固定され、記憶された角度データθａ、θｂ、θｃに相当するデジタルデータがそれぞれＤ／Ａ変換器ａ６３ａ、ｂ６３ｂ、ｃ６３ｃに出力された後、スイッチ１、２、３（５６ａ〜５６ｃ）の駆動信号がＯＮされて圧電素子（１）２７ａ〜２７ｃへの信号がＯＮされ第１の押圧手段４７ａ〜４７ｃが押圧し、スイッチ４、５（５６ｄ、５６ｅ）の駆動信号がＯＦＦされて、移動リング９１と従動軸７ｂ、７ｃが開放され、再度Ｚ相パルス信号４９の立ち上がりをトリガー信号としてローラ８ｂ、８ｃの移動量Ｘｂ、ｃがＡ／Ｄ変換器１０３にて取り込まれ、その相対誤差データである移動量Ｘｂ、ｃが設定された設定許容誤差データε以下であることを確認し、スイッチ４、５（５６ｄ、５６ｅ）の駆動信号がＯＮされて電磁弁１０４が動作して従動軸７ｂ、７ｃの右端部に設けた給気口より圧縮空気等が供給され突き出しピン９４が移動して移動リング９１と従動軸７ｂ、７ｃが固定し、図示しないホストコンピュータへ設定完了信号８８ｂをＯＮにして動作完了する（Ｓ１３）。
以上の構成によれば、加工、組み付け誤差等による機械的な位置誤差のために各従動軸心と駆動軸とのなす交差角度にばらつきを生じても各従動軸の角度位置を補正できる。
【００２１】
次に、本発明の第２、３の実施形態について図７乃至図９に基づいて説明する。実施形態１と説明が重複する部分については、説明を省略する。実施形態１の構成要素である第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃの印加電圧に対する変位量の関係は、圧電素子の印加電圧と変位量特性との関係を示す図１４に示すように、一般的に履歴特性をもっている。つまり、印加電圧を上げるとそれに伴って変位量も増加するが、その状態から印加電圧を下げても元の軌跡を辿らないで、印加電圧０の状態で変位量Ｄｐが残ってしまう。そのため第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃへの印加電圧が比較的小さい場合は、第１の押圧手段４７ａ〜４７ｃの開放時の残変位量Ｄｐは非常に小さいので問題とならないが、印加電圧が比較的大きい場合、言い換えるとローラ８ａ〜８ｃの駆動軸１に対する押圧量（これを一般的に予圧と呼ぶ）を大きくすると残変位量Ｄｐが大きくなるため完全に開放できない場合を生じる。
そこで、実施形態２では、図７（ａ）に示すように、第１の押圧板２８ａ〜２８ｃの第１の変形部２８ｄ〜２８ｆに例えば、抵抗値の変化によってその変形量を検出する歪みゲージ等の第１の変形量測定手段３０ａ〜３０ｃを設け、その第１の変形量測定手段３０（３０ａ〜３０ｃ）の出力信号と定電圧回路の設定電圧を比較してサーボ制御する構成としている。
【００２２】
図８にそのブロック図を示す。定電圧回路５５の出力信号は、駆動信号がＣＰＵ５８に接続され、ＯＮ時に定電圧回路５５の出力信号に接続し、ＯＦＦ時に回路の０ＶＧＮＤに接続するスイッチ４、５、６（６８ａ〜６８ｃ）を介して差動アンプａ６８ａ、ｂ６８ｂ、ｃ６８ｃに接続されており、又、第１の変形量測定手段３０ａ〜３０ｃの出力信号は抵抗値変化を検出するブリッジ回路ａ７３ａ、ｂ７３ｂ、ｃ７３ｃに接続され、その出力信号は微少信号を増幅する増幅器ａ７２ａ、ｂ７２ｂ、ｃ７２ｃに入力され、その出力信号は、上記差動アンプａ６８ａ、ｂ６８ｂ、ｃ６８ｃに入力され、差動アンプａ６８ａ、ｂ６８ｂ、ｃ６８ｃの内部でスイッチ４、５、６（６８ａ〜６８ｃ）の端部に接続されている定電圧回路５５の出力信号、回路の０ＶＧＮＤ信号と引き算され、その出力信号は、補償回路ａ７０ａ、ｂ７０ｂ、ｃ７０ｃ、ゲイン調整器ａ７１ａ、ｂ７１ｂ、ｃ７１ｃを介して駆動アンプａ５７ａ、ｂ５７ｂ、ｃ５７ｃに入力されており、スイッチ４、５、６（６８ａ〜６８ｃ）以降から駆動アンプａ５７ａ、ｂ５７ｂ、ｃ５７ｃまでで第１のサーボ制御手段７６を構成しており、その出力信号は第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃに接続されている。駆動アンプａ５７ａ、ｂ５７ｂ、ｃ５７ｃへの入力信号に対する第１の押圧手段４７ａ〜４７ｃ変位量の間の周波数特性は、図１９に示すように２次系であり、補償回路ａ７０ａ、ｂ７０ｂ、ｃ７０ｃを調整することにより一般的なサーボ系の安定指標値である位相余裕４０度以上とゲイン余裕１５ｄＢ以上に設けている。以上の構成によれば、第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃの印加電圧が比較的大きくても、言い換えるとローラ８ａ〜８ｃの駆動軸１に対する押圧量が大きくても第１のサーボ制御手段７６が目標値となる定電圧回路５５の出力信号、回路の０ＶＧＮＤ信号と第１の変形量測定手段３０ａ〜３０ｃからの出力信号を比較して目標値に収束するので残変位量Ｄｐを生じなくなる。
【００２３】
実施形態２で説明したのと同様の理由で、第２の圧電素子３１ａ〜３１ｃにも履歴特性がある。そのため大きなリード量を設定した場合、実施形態１の図６で説明した電圧補正手段６７による補正動作の際に時間がかかってしまう。そこで、実施形態３では、図７（ｂ）に示すように第２の押圧手段４８ａ〜４８ｃを構成する第２の押圧板３２ａ〜３２ｃの第２の変形部３２ｄ〜３２ｆに実施形態２と同様に抵抗値の変化によってその変形量を検出する歪みゲージ等の第２の変形量測定手段３４ａ〜３４ｃを設け、図９に示すようなＤ／Ａ変換器ａ６３ａ、ｂ６３ｂ、ｃ６３ｃの出力信号７４ｄ〜７４ｆを目標値とした実施形態２と同様の構成とした第２のサーボ制御手段７７を設けている。構成の説明については、実施形態２と重複するのでここでは省略する。
以上の構成では、実施形態２と同様に目標値となるＤ／Ａ変換器ａ６３ａ、ｂ６３ｂ、ｃ６３ｃの出力信号と第２の変形量測定手段３４ａ〜３４ｃからの出力信号を比較して目標値に収束するので残変位量Ｄｐを生じなくなる。
実施形態１〜３では、従動軸７ａ〜７ｃと駆動軸１の押圧調整範囲及び交差角度調整範囲は、第１の押圧手段４７ａ〜４７ｃ、第２の押圧手段４８ａ〜４８ｃに用いている第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃと第２の圧電素子３１ａ〜３１ｃの最大伸縮量内に限定されるため例えば、大きなリード設定条件の時は対応できなくなる。そこで第４の実施形態では、大きなリード設定条件に対しても対応できる構成を説明する。
【００２４】
次に、本発明の第４実施形態について図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図１１（ａ）乃至（ｄ）（図１０の各部断面図）にて説明する。なお、第１の実施形態に係る図１等を併せて参照しつつ説明する。実施形態１の説明と重複する部分の説明は省略する。図１１（ａ）に示す第４実施形態では、第１の固定板２２は、その両側面が、移動体１３の送り方向への突出部１３ａの下部に固定されて、その凹部に従動軸７ａ〜７ｃを押圧する方向に案内部（１）２２ａ〜２２ｃを有している。更に、各案内部（１）２２ａ〜２２ｃに嵌合するよう設けられた第１の押圧板２８ａ〜２８ｃと、従動軸７ａ〜７ｃを押圧する方向に第１の固定板２２を移動させるために第１の固定板２２に設けた調整ネジ（１）２９ａ〜２９ｃと、第１の押圧板２８ａ〜２８ｃに設けた雌ネジ部によって従動軸７ａ〜７ｃを押圧する方向に位置調整可能となるように構成され、かつ、その両側面が、その凹部に従動軸７ａ〜７ｃを駆動軸１の接線方向に押圧する方向に第１の固定板２２の案内部（２）２２ｄ〜２２ｆに嵌合するよう設けられた第２の押圧板３２ａ〜３２ｃと、従動軸７ａ〜７ｃを駆動軸１外周の接線方向に押圧する方向に設けた第１の固定板２２に設けた調整ネジ（２）３３ａ〜３３ｃと、を備え、第２の押圧板３２ａ〜３２ｃの後端側面によって、従動軸７ａ〜７ｃを駆動軸１外周の接線方向に押圧する方向に位置調整可能となるよう構成している。また、第１の押圧板２８ａ〜２８ｃ、第２の押圧板３２ａ〜３２ｃの位置調整後は、図１１（ｃ）に示すように、それぞれ固定具（１）４２ａ〜４２ｃ及び固定具（２）４３ａ〜４３ｃを取り付けて送り方向に固定する構成としている。
本発明の第４実施形態では、第２の固定板２３の凹部についても、駆動軸１の軸線に対して円周方向に等角配置されて固定され、従動軸７ａ〜７ｃに設けたローラ８ａ〜８ｃを駆動軸１の外周から離間する方向に押圧するコイルスプリング等の３つの第１の弾性体３５ａ〜３５ｃ（押圧端部に球３５ｄ〜３５ｆを設けている）を備えた第３の押圧板３６ａ〜３６ｃと、駆動軸１の外周接線方向に押圧するコイルスプリング等の３つの第２の弾性体３８ａ〜３８ｃ（押圧端部に球３８ｄ〜３８ｆを設けている）を設けた第４の押圧板４０ａ〜４０ｃを設け、上記他の実施形態と同様な構成としているが、第１の弾性体３５ａ〜３５ｃ、第２の弾性体３８ａ〜３８ｃの変形ストロークが十分に大きい場合はこれらの押圧板は必要ない。
以上の構成によれば、設定する大きなリード条件に対して上記実施形態１〜３で述べた角度補正動作を行う前に手動にて、第１の押圧板２８ａ〜２８ｃと第２の押圧板３２ａ〜３２ｃを調整ネジ（１）２９ａ〜２９ｃ、調整ネジ（２）３３ａ〜３３ｃにより設定リード近傍に位置調整して第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃと第２の圧電素子３１ａ〜３１ｃの最大伸縮量内に入るようにした後、角度補正動作を行う。
【００２５】
実施形態１〜４では、ローラ８ａ〜８ｃの駆動軸１に対する押圧以降は予圧と称する力を直接制御せず、第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃの伸縮量を指令値通りに設定する実施形態としてきた。この場合、問題点の２で説明したようにローラ８ａ〜８ｃの駆動軸１に対する現在予圧量が定量的に確認できない。そこで、実施形態５、６、７では、ローラ８ａ〜８ｃの駆動軸１に対する予圧を制御する構成を説明する。
まず、実施形態５について、図１２の断面図と、図１３の可変押圧制御手段の回路構成図を用いて説明する。第１の出力手段６４は、可変電圧回路７８と、一方の端子を０Ｖ、他方の端子に可変電圧回路７８の出力信号が接続され外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチ６８（６８ａ〜６８ｃ）と、第１の押圧板２８ａ〜２８ｃと回動支持点２４ａ〜２４ｃとローラ８ａ〜８ｃ間にあって、従動軸７ａ〜７ｃの外周部における従動軸７ａ〜７ｃの押圧方向の変形量を検出する第３の変形量測定手段４６ａ〜４６ｃと、切換スイッチ６８ａ〜６８ｃの出力信号７９ａ〜７９ｃである押圧設定信号と第３の変形量測定手段４６ａ〜４６ｃの出力信号８０ａ〜８０ｃである現在押圧量とを比較してサーボ制御する第３のサーボ制御手段８３から構成されている。この構成では、従動軸７ａ〜７ｃに設けたローラ８ａ〜８ｃの駆動軸１への予圧量を従動軸７ａ〜７ｃの押圧方向の変形量として検出している。この時、押圧は従動軸７ａ〜７ｃの弾性変形内で行われ、第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃへの印加電圧に対する予圧量の関係は線形になることは言うまでもない。さらに、実施形態５では、可変電圧回路７８の出力を予圧設定信号としているので予圧量を手動にて自在に設定できる構成となっている。
【００２６】
又、実施形態６では、図１５の押圧サーボ制御手段（１）の回路図に示すように、実施形態５の第１の出力手段６４の構成における可変電圧回路７８と一方の端子を０Ｖ、他方の端子に可変電圧回路７８の出力信号が接続され、外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチ６８の部分をＣＰＵ５８へ接続されたＤ／Ａ変換器ｄ８４として、その出力信号８５である押圧設定信号と第３の変形量測定手段４６ａ〜４６ｃの出力信号８０ａ〜８０ｃである現在押圧量とを比較してサーボ制御する第４のサーボ制御手段８６から構成している。この構成では、角度調整時の押圧開放は、Ｄ／Ａ変換器ｄ８４の出力が０Ｖとなるデジタルデータが出力される構成であり、又、実施形態１〜５で説明したＣＰＵ５８からのスイッチ操作信号の構成はない。この構成では、例えば、適正な予圧設定条件データをＲＯＭ６０に格納されるプログラム内に定数として記述しておけば、適正な予圧を瞬時に設定でき、ローラや駆動軸の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整作業等を行わなくてよい。
実施形態６の構成では、第１の押圧手段４７ａ〜４７ｃの第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃへの押圧設定信号が一つしか与えられないので、例えば、従動軸７ａ〜７ｃの加工ばらつき等により押圧時の変形量にばらつきが生じたり、ブリッジ回路や第３の変形量測定手段４６ａ〜４６ｃに用いている歪みゲージ等のばらつきがあると同一の予圧量が得られない場合がある。これを回避する構成を実施形態７にて説明する。
【００２７】
実施形態７では、図１６に示すように、第１の出力手段６４は、複数の第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃへの押圧設定信号を独立に与える複数のＤ／Ａ変換器ｄ８４ａ、ｅ８４ｂ、ｆ８４ｃと、第１の押圧板２８ａ〜２８ｃと、回動支持点２４ａ〜２４ｃとローラ８ａ〜８ｃ間にあって、従動軸７ａ〜７ｃの外周部における従動軸７ａ〜７ｃの押圧方向の変形量を検出する第３の変形量測定手段４６ａ〜４６ｃと、複数のＤ／Ａ変換器ｄ８４ａ、ｅ８４ｂ、ｆ８４ｃの出力信号８５ａ〜８５ｃである押圧設定信号と、第３の変形量測定手段４６ａ〜４６ｃの出力信号８０ａ〜８０ｃである現在押圧量とを比較してサーボ制御する第５のサーボ制御手段８７から構成されている。この構成では、例えば、従動軸７ａ〜７ｃの押圧量と変形量の関係を予めデータ取りして把握しておき、各々の異なる押圧設定信号を複数のＤ／Ａ変換器ｄ８４ａ、ｅ８４ｂ、ｆ８４ｃより出力する。
なお、実施形態１〜７では説明しなかったが、図２０の従動軸の変位拡大機構図に示すように従動軸７ａ〜７ｃは、第１の押圧手段４７ａ〜４７ｃの押圧点と回動支持点２４ａ〜２４ｃ間距離をＬ１、回動支持点２４ａ〜２４ｃとローラ８ａ〜８ｃ間距離をＬ２とした時に、Ｌ２＞Ｌ１となるような変位拡大機構を構成している。この構成によれば、第１の押圧手段４７ａ〜４７ｃに用いる第１の圧電素子２７ａ〜２７ｃの伸縮量が小さくてもローラ８ａ〜８ｃと駆動軸１とのころがり接触端では大きな押圧ストロークが得られるので駆動軸回りに配置する機構を小さく構成できることは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、加工、組み付け誤差等による機械的な位置誤差のために生じる各従動軸と駆動軸とのなす交差角度のばらつきを補正できるようにしているので、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度が精密に設定され、駆動軸と各従動軸のローラ間でリード誤差によるすべりを発生せず、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上が図れる。
また請求項２では、移動手段は、外周にローラが設けられ、移動リングの一端と対向する従動軸の一端に内周部が固着された円盤状の弾性板と、従動軸に設けられた少なくとも１つ以上の貫通穴に嵌合し、先端部がテーパ状の突き出しピンのテーパ部に接触する複数の鋼球を設けた構成としており、単純な構成でローラの移動／固定とその移動量検出が可能となり装置コストが安価となる。
また請求項３では、移動量検出手段は、ひずみを検出するひずみゲージとブリッジ回路と増幅器から構成しており、単純な構成でローラの移動／固定とその移動量検出が可能となり装置コストが安価となる。
また請求項４では、第１の出力手段を、定電圧回路と、外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチと、第１の押圧板に設けた第１の変形量測定手段と、切換スイッチの出力信号と第１の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第１のサーボ制御手段を設けたことにより、ローラの駆動軸外周への押圧（予圧）動作と各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるので、更に、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上が図れる。
また請求項５では、第２の出力手段は、Ｄ／Ａ変換器の出力信号と第２の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ動作を行う第２のサーボ制御手段を設けているので、ローラの駆動軸外周への押圧（予圧）動作と各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるので、更に、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上が図れる。
【００２９】
また請求項６では、角度調整手段は、第１の固定板の第１の案内部に嵌合するよう設けられた第１の押圧板と、第１の固定板に設けた調整ネジと第１の押圧板に設けた雌ネジ部によって位置調整可能となるように設けられ、かつ、第１の固定板の第２の案内部に嵌合するよう設けられた第２の押圧板と、第１の固定板に設けた調整ネジと第２の押圧板によって従動軸を駆動軸外周の接線方向に押圧する方向に位置調整可能となるように設けて、大きな交差角度でも上記角度補正動作が行えるようにしているので、広いリード条件範囲において安定した送り制御が実現でき、送り構成要素としての汎用性を高くすることができる。
また請求項７では、第１の出力手段は、可変電圧回路とグランドとを外部信号によりＯＮ／ＯＦＦする切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と第３の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第３のサーボ制御手段を設けているので、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボをしているので、適正な予圧条件に瞬時に設定でき、ローラや駆動軸の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も容易となり、部品交換時の予圧量再現性も良好となり組立性の向上が図れる。
【００３０】
また請求項８では、第１の出力手段は、一つのＤ／Ａ変換器と、従動軸の外周部に従動軸の押圧方向の変形量を検出する第３の変形量測定手段と、Ｄ／Ａ変換器の出力信号と第３の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第４のサーボ制御手段を設けて、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボをしているので、適正な予圧条件に瞬時に設定でき、ローラや駆動軸の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も容易となり、部品交換時の予圧量再現性も良好となり組立性の向上が図れる。
また請求項９では、第１の出力手段は、複数のＤ／Ａ変換器の出力信号と第３の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第５のサーボ制御手段を設けて、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボを行い、かつ各々の第１の押圧手段への押圧設定値を独立に与えるようにしているので、ベースに固定される案内機構の固定部である支柱の送り方向真直と駆動軸の送り方向真直に誤差を生じて組み立てが行われても、移動体が送り方向に動作した時の組立誤差による予圧変動を生じることがなく、各々のローラと駆動軸外周で発生する駆動力にもばらつきを発生しないので、長ストロークの駆動でも安定した送り動作が実現でき送り制御精度及び組立性の向上がはかれるとともに簡便な案内機構で構成できるので装置が安価となる。
また請求項１０では、従動軸は、第１の押圧手段に用いる圧電素子の伸縮量が小さくても大きな押圧ストロークが得られるので、駆動軸回りに配置する機構を小さくでき、装置の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る摩擦駆動装置の構成を示す上面図、右側面図、及び部分破断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は本発明の第１の実施形態のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図、Ｃ−Ｃ’断面図、及び弾性体部の構成説明図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は図２の各部の断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の押圧手段の詳細図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る角度調整手段のブロック図である。
【図６】本発明の角度調整手段の動作を説明するフローチャートである。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２、第３実施形態に係る押圧手段の詳細図である。
【図８】本発明の第１のサーボ制御手段のブロック図である。
【図９】本発明の第２のサーボ制御手段のブロック図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る摩擦駆動装置の構成を示す上面図、右側面図、及び部分断面図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は本発明の第２の実施形態の各部の断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る可変押圧制御手段のブロック図である。
【図１４】本発明の圧電素子の印加電圧と変位量特性との関係を示す図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る第１の押圧サーボ制御手段の構成図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態に係る第２の押圧サーボ制御手段の構成図である。
【図１７】本発明における交差角度とリードの関係を示す図である。
【図１８】本発明における従動軸の交差図である。
【図１９】本発明において駆動アンプに入力に対する変位量の伝達関数の説明図である。
【図２０】本発明における従動軸の変位拡大機構図である。
【符号の説明】
１  駆動軸、７  従動軸、８  ローラ、９ａ  ころがり軸受（２）、１３  移動体、１４  ころがり軸受、１５ａ  受光部、１５ｂ  スケール、１６  位置検出手段、１８  ターンテーブル、１９  エアスピンドル、２０  モータ、２１  光学式ロータリーエンコーダ、２２  第１の固定板、２３  第２の固定板、８９支柱、９０  ベース
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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