(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部に対して垂直方向に直線移動をする移動部と、該移動部を駆動する駆動手段と、を備えた垂直直動装置において、
前記移動部に対向配置され、該移動部との重量バランスをとるためのバランスウェイトと、
前記移動部と前記バランスウェイトとの間を連結し、該移動部の直線移動に同期して該バランスウェイトを直線移動させる伝達手段と、
前記バランスウェイトの直線移動を規定の方向に導くガイドと、
前記移動部と前記バランスウェイトとの重量バランスがとれるように、前記基部に対し前記ガイドを角度変更自在に支持する支持手段と、
を備えたことを特徴とする垂直直動装置。
【請求項２】
請求項１記載の垂直直動装置において、
前記ガイドは、前記バランスウェイトの直線移動を面で規定の方向に導く案内面であり、該移動部の直線移動に同期して前記バランスウェイトを前記案内面上において直線移動させることを特徴とする垂直直動装置。
【請求項３】
請求項２記載の垂直直動装置において、
前記案内面は、該案内面と前記バランスウェイトとの間にエアー膜を形成するエアーベアリングを備えることを特徴とする垂直直動装置。
【請求項４】
請求項２記載の垂直直動装置において、
前記案内面は、該案内面と前記バランスウェイトとの間に所定の摩擦力を生じさせる摩擦面を備えることを特徴とする垂直直動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の垂直直動装置において、
前記支持手段を駆動し、前記基部に対する前記ガイドの角度を変更する角度変更手段を備えることを特徴とする垂直直動装置。
【請求項６】
請求項５記載の垂直直動装置において、
前記移動部の重量情報を得る重量センサと、
予め得ておいた前記移動部の重量情報、及び該移動部との重量バランスがとれる前記ガイド角度情報の関係を記憶している制御情報テーブルと、
前記重量センサにより得られた移動部の重量情報に対応する前記ガイドの角度情報を前記制御情報テーブルから得て、前記角度変更手段に該ガイドの角度変更を指示する角度制御手段と、
を備えたことを特徴とする垂直直動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は垂直直動装置、特に座標測定機のＺ軸のバランスウェイトのバランス機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば精密測定機器や精密加工装置では、垂直直動装置を備え、垂直方向に動くＺ軸に対して、モータ等の駆動手段の負担を軽くするため、カウンターバランス機構を備えている。
カウンターバランス機構では、バランスを取る対象となる重量に等価なバランスウェイトを負荷として取り付けることで、均衡を保っている（例えば特許文献１参照）。
ところで、従来のカウンターバランス機構では、バランスを取る対象の重量が変化した場合、例えばプローブの重さが変わった時、さらに、それに見合ったサブウェイトを増減することが常套手段となっていた。
また、バランスウェイトを移動部と同じ重さに作ったつもりでも、実際には異なる重さになってしまうことがあるので、バランスウェイトに増減するサブウェイトの微調整が必要なものもある。
【特許文献１】実開平６−４９９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来方式にあっても、頻繁にプローブを付け替える必要のあるシステムでは、微調整用のバランスウェイト(サブウェイト)を数種類用意する必要があり、その中から、適切なサブウェイトを選択するのは困難であった。このため調整の容易性は改善の余地が残されていた。
また、バランスウェイトに増減するサブウェイトの微調整を行っても、完全な均衡状態を達成することは難しく、バランス調整を正確に行うことは困難であった。このため調整の正確さも改善の余地が残されていた。
したがって、この種の分野では、移動部とバランスウェイトとのバランス調整を容易かつ正確に行うことのできる技術の開発が強く望まれていたが、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、移動部とバランスウェイトとの重量バランスを正確かつ容易に調整することのできる垂直直動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者が前記課題について鋭意検討を重ねた結果、移動部とバランスウェイトを対向配置し、かつバランスウェイトの懸垂角度を変更し、その分力を利用することで、サブウェイトを用いることなく、移動部とバランスウェイトとの重量バランスを正確かつ容易に調整することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかる垂直直動装置は、基部に対して垂直方向に直線移動する移動部と、該移動部を駆動する駆動手段と、を備えた垂直直動装置において、バランスウェイトと、伝達手段と、ガイドと、支持手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記バランスウェイトは、前記移動部に対向配置され、該移動部との重量バランスをとるためのものとする。
また、前記伝達手段は、前記移動部と前記バランスウェイトとの間を連結し、前記移動部の直線移動に同期して前記バランスウェイトを直線移動させる。
前記ガイドは、前記バランスウェイトの直線移動を既定の方向に導く。
前記支持手段は、前記移動部と前記バランスウェイトとの重量バランスがとれるように、前記基部に対し前記ガイドを角度変更自在に支持する。
【０００６】
なお、本発明においては、前記ガイドが、前記バランスウェイトの直線移動を面で既定の方向に導く案内面であり、該移動部の直線移動に同期して前記バランスウェイトを前記案内面上において往復直線移動させることが好適である。
【０００７】
また、本発明において、前記案内面は、該案内面と前記バランスウェイトとの間にエアー膜を形成するエアーベアリングを備えることが好適である。
【０００８】
本発明において、前記案内面は、該案内面と前記バランスウェイトとの間に所定の摩擦力を生じさせる摩擦面を備えることも好適である。
【０００９】
本発明においては、角度変更手段を備えることが好適である。
前記角度変更手段は、前記指示手段を駆動し、前記基部（垂直方向）に対する前記ガイドの角度を変更する。
本発明の角度変更手段としては、例えばパルスモータ等のモータ、電磁アクチュエータ等のアクチュエータが一例として挙げられる。
【００１０】
本発明においては、重量センサと、制御情報テーブルと、角度制御手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記重量センサは、前記移動部の重量情報を得る。
また、前記制御情報テーブルは、予め得ておいた前記移動部の重量情報、及び該移動部との重量バランスがとれる前記ガイド角度情報の関係を記憶している。
前記角度制御手段は、前記重量センサにより得られた移動部の重量情報に対応する前記ガイドの角度情報を前記制御情報テーブルから得て、前記角度変更手段に該ガイドの角度変更を指示する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる垂直直動装置によれば、移動部とバランスウェイトとを対向配置し、かつバランスウェイトの直線移動方向を変更自在なガイド及び支持手段を備えることとしたので、バランスウェイトの重量を変えることなく、移動部とバランスウェイトとの重量バランスを正確に調整することができる。
【００１２】
また、本発明においては、案内面上においてバランスウェイトを移動させることにより、移動部とバランスウェイトとの重量バランスを、より正確に調整することができる。
【００１３】
本発明においては、案内面がエアーベアリングを備えることにより、移動部とバランスウェイトとの重量バランスを、より正確に調整することができる。
本発明においては、案内面が摩擦面を備えることにより、移動部とバランスウェイトとの重量バランス調整を、より容易に行うことができる。
【００１４】
本発明においては、前記角度変更手段を備えることにより、移動部とバランスウェイトとの重量バランス調整を、より容易に行うことができる。
【００１５】
本発明においては、さらに、前記重量センサ、前記制御情報テーブル、前記角度制御手段を備えることにより、移動部とバランスウェイトとの重量バランスを自動に調整することができるので、移動部とバランスウェイトとの重量バランス調整を、より容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる垂直直動装置の概略構成が示されている。
同図に示す垂直直動装置１０は、基部１２と、移動部１４と、駆動手段１６と、バランスウェイト１８と、伝達手段２０と、ガイド２２と、支持手段２４と、を備える。
ここで、移動部１４は、基部１２に対して垂直方向（図中、Ｚ軸方向）に直線移動する。
駆動手段１６は、移動部１４を駆動させる。
バランスウェイト１８は、移動部１４に対向配置され、移動部１４との重量バランスをとるためのものとする。
伝達手段１８は、移動部１４とバランスウェイト１８との間を連結し、移動部１４の直線移動に同期してバランスウェイト１８を直線移動させる。このために本実施形態においては、伝達手段１８が、移動部１４とバランスウェイト１８との間を連結するワイヤー２６と、ワイヤー２６を支持するプーリー２８とを備える。
ガイド２２は、バランスウェイト１８の直線移動を、垂直方向に対するガイド２２の角度θに基づき定められた既定の方向に導く。本実施形態においては、ガイド２２としてクロスローラガイドを用いている。
支持手段２４は、移動部１４とバランスウェイト１８との重量バランスがとれるように、基部１２（垂直方向）に対してガイド２２の角度θを変更自在に支持する。
【００１７】
本実施形態にかかる垂直直動装置１０は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
本実施形態においては、バランスウェイト１８の直線移動を既定の方向に導くためのガイド２２の角度θを、基部１２（垂直方向）に対し変更自在に支持している。
この結果、本実施形態においては、バランスを取る対象となる重量に等価なバランスウェイト１８を負荷として取り付けた後に、バランスを取る対象の重量が変化した場合、又は微妙な調整を行う場合であっても、移動部１４とバランスウェイト１８との重量バランスを正確に調整することができる。
すなわち、本実施形態においては、支持手段２４により、基部１２（垂直方向）に対するガイド２４の角度θを変更することにより、バランス荷重を変更することができる。つまり基部１２（垂直方向）に対するガイド２４の角度θを変更することにより、バランスウェイト（重量Ｗ´）の懸垂角度θを変更し、その分力（Ｗ´cosθ）を利用することで、サブウェイトを用いることなく、移動部（重量Ｗ）とバランスウェイト（重量Ｗ´）との重量バランス（Ｗ＝Ｗ´cosθ）を正確かつ容易に調整することができる。
【００１８】
以下、本実施形態にかかる垂直直動装置１０の適用例について、説明する。
図２，３は本実施形態にかかる垂直直動装置を、座標測定機のＺ軸に適用した例である。
なお、図２はガイドが垂直時の座標測定機の様子を示す。
同図（Ａ）は座標測定機を真上より見た図、同図（Ｂ）は同様の座標測定機を正面から見た図、同図（Ｃ）は同様の座標測定機を斜め上方から見た図、同図（Ｄ）は同様の座標測定機を側方から見た図である。
同図に示す座標測定機３０は、ベース３２と、ブリッジ３４と、Ｘ軸ビーム３６と、Ｚ軸スピンドル３８と、プローブ４０とを備える。
本実施形態においては、垂直直動装置１０を座標測定機３０のＺ軸に適用している。すなわち、本実施形態の移動部１４として座標測定機３０のＺ軸スピンドル３８及びプローブ４０を想定している。また、本実施形態の基部１０として、座標測定機３０のＸ軸ビーム３６を想定している。本実施形態のバランスウェイト１８、ガイド２２、及び支持手段２４は、座標測定機３０のＸ軸ビーム３６に設けられている。
【００１９】
この結果、座標測定機３０において、Ｚ軸に等価なバランスウェイト１８を負荷として取り付けた後に、プローブ４０の交換等によりＺ軸の重量が変化した場合、又はＺ軸の微妙な調整を行う場合であっても、図３に示されるようにガイド２２を傾斜させることができる。
なお、図３はガイド２２が傾斜時の座標測定機３０の様子を示す。
同図（Ａ）は同様の座標測定機３０を真上より見た図、同図（Ｂ）は同様の座標測定機３０を正面から見た図、同図（Ｃ）は同様の座標測定機３０を斜め上方から見た図、同図（Ｄ）は同様の座標測定機３０を側方から見た図である。
すなわち、座標測定機３０においては、ガイド２２の角度を変更することができるので、バランスウェイト１８によるバランス荷重を変更することができる。これにより、Ｚ軸の重量が変化した場合、又はＺ軸の微妙な調整を行う場合であっても、Ｚ軸とバランスウェイト１８との重量バランスを正確に調整することができる。本実施形態においては、Ｚ軸とバランスウェイト１８との重量バランス調整を、サブウェイトを用いることなく、正確に行うことができる。
【００２０】
このように本実施形態にかかる垂直直動装置１０をＣＭＭなどのＺ軸バランス機構に適用することにより、ＣＭＭなどのＺ軸バランス機構で、取り付けるプローブ４０の重量が変更された場合に、サブウェイトの増減なく、バランス調整を行うことができる。
本実施形態により、サブウェイトでは調整不可能な微妙なバランス調整を行うことができるので、高度な制御や高精度化を達成することができる。すなわち、従来方式、つまりサブウェイトの増減による調整は、用意したサブウェイトの重さに応じたピッチでしか調整できないので、より細かいバランス調整が困難であった。これに対し、本実施形態は、ガイド２２の角度θの変更によりバランス調整を行うので、実質的に無段階調整が行える。これにより本実施形態は、サブウェイトの増減では不可能な微妙なバランス調整であっても、これを容易に及び正確に行うことができる。
【００２１】
例えば、本実施形態の垂直直動装置１０は、座標測定機の組立時、メンテナンス時の作業性を大幅に向上させることができる。
すなわち、座標測定機の組立時、モータ等の駆動手段１６の電源を切っているので、Ｚ軸の落下を確実に防止する必要がある。
組立の開始時はプローブ４０等がＺ軸に取り付けられていないので、組立完成時に比較し軽い。組立てが進むにつれ、Ｚ軸が次第に重くなる。このため通常は、組立の進行具合に応じて、サブウェイトを増減するが、作業性が悪い。これに対し、本実施形態では、組立の進行具合に応じて、ガイド２２の角度を変えるだけで、カウンターウェイト１８によりＺ軸との重量バランスを容易にとることができるので、組立作業を容易に行うことができる。
また、メンテナンス時も、プローブ４０を着けたり外したりするが、これにより、Ｚ軸の重量が変わる。このため通常は、メンテナンスの進行具合に応じて、サブウェイトを増減するが、作業性が悪い。これに対し、本実施形態では、メンテナンスの進行具合に応じて、ガイド２２の角度を変えるだけで、カウンターウェイト１８によりＺ軸との重量バランスを容易にとることができるので、メンテナンス作業を容易に行うことができる。
このように、本実施形態は、組立時、メンテナンス時に、サブウェイトの増減を行うものに比較し、組立作業、メンテナンス作業を、容易に行うことができる。
＜案内面＞
また、本実施形態においては、バランス調整を、より正確に行うためには、バランスウェイトと案内面との接触面の考慮も非常に重要である。
【００２２】
＜エアーベアリング＞
すなわち、垂直直動装置を用いた装置の中には、高精度化のために、バランスウェイトと案内面間の摩擦を積極的になくすことが重要なシステムがあったり、減衰性を制御するためにバランスウェイトと案内面間の摩擦を積極的に利用することが重要なシステムもある。
このために本実施形態においては、高精度化のためにバランスウェイト１８と案内面２２間の摩擦を積極的になくすことが重要なシステムの場合は、図４に示されるように、案内面２２に、案内面２２とバランスウェイト１８との間にエアー膜を形成するエアーベアリング５０を設け、また、エアー供給手段５１を備えることが好適である。
この結果、バランスウェイト１８と案内面２２間の摩擦を積極的になくすことができるので、高精度化を図ることができる。
【００２３】
＜摩擦＞
また、本実施形態においては、減衰性を制御するために、バランスウェイト１８と案内面２２間の摩擦を積極的に利用することが重要なシステムの場合は、図５（Ａ）に示されるように、案内面２２に、案内面２２とバランスウェイト１８との間に所定の摩擦力を生じさせる摩擦面５２を備えることも好適である。この結果、バランスウェイト１８による移動部に対する重量バランスの調整幅が広がる。
また、通常は、モータ（駆動手段）の電源を切っても、移動部とバランスウェイトとの重量バランスがとれるように、ガイドの角度θを決めているので、移動部、バランスウェイトの落下は生じないが、案内面とバランスウェイト間の摩擦を積極的に利用することで、より確実に、移動部、バランスウェイトの落下を防止することができる。
【００２４】
なお、案内面２２の全面に摩擦面５２を設けることも好ましいが、同図（Ｂ）に示されるように、案内面２２においては、摩擦の大きい高摩擦面５２ａと摩擦の少ない低摩擦面５２ｂとに分けることも非常に好ましい。
この結果、低摩擦面５２ｂを精度を稼ぐ可動部分として用い、高摩擦面５２ａをバランスウェイト１８のストッパ部分として利用することができる。これにより、使用中は、バランスウェイト１８が低摩擦面５２ｂを使うことにより高い精度を得ることができるし、また、駆動手段の電源を切っても、バランスウェイト１８が高摩擦面５２ａを使うために、高いストップ効果を得ることができる。このように、案内面２２において、高摩擦面５２ａと低摩擦面５２ｂとに分けて使用することにより、使用中の摩擦低減、及び電源を切った際の落下防止という相反する性能を確実に得ることができる。
【００２５】
＜角度変更手段＞
ガイドの傾斜は手動で行うこともできるが、前記バランス調整を、より容易に行うため、モータ、アクチュエータ等の動力を用いることも可能である。
このために本実施形態においては、図６に示されるような角度変更手段５４を備えることが好適である。
角度変更手段５４は、支持手段２４を駆動し、ガイド２２の角度θを変更する。
本発明の角度変更手段５４としては、例えばパルスモータ等のモータ、電磁アクチュエータ等のアクチュエータが一例として挙げられる。このような角度変更手段５４への指令値から、ガイド２２の角度θに関する情報を得ることができる。
このようにガイド２２の角度変更をモータ、アクチュエータ等の動力を用いて行うことにより、ガイド２２の角度変更を手動で行うものに比較し、バランス調整を、より容易に行うことができる。
【００２６】
＜角度制御＞
ガイド２２の角度変更の駆動に角度変更手段５４を用いた際は、調整を、より容易に行うため、自動化することも好ましい。
このために本実施形態においては、同図に示されるような重量センサ５６と、制御情報テーブル５８と、角度制御手段６０と、を備えることが好適である。
ここで、重量センサ５６は、移動部１４の重量情報を得る。
また、制御情報テーブル５８は、予め得ておいた、移動部１４の重量情報、及び該移動部１４との重量バランスがとれるガイド２２の傾斜角度θ情報の関係を記憶している。
角度制御手段６０は、重量センサ５６により得られた移動部１４の重量情報に対応する、ガイド２２の傾斜角度情報を、制御情報テーブル５８から得て、該得られたガイド２２の傾斜角度情報に基づいて、角度変更手段５４に、支持手段２４によるガイド２２の角度θの変更を指示する。
【００２７】
このようにガイド２２の角度変更を完全に自動化することにより、ガイド２２の角度変更を人手で行うものに比較し、バランス調整を、より容易に行うことができる。
【００２８】
なお、本発明は、特に座標測定機のＺ軸のバランスウェイトのバランス機構に適用することが好適である。また、本発明は、工作機械のＺ軸のバランスウェイトのバランス機構にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる垂直直動装置の概略構成の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる垂直直動装置を座標測定機のＺ軸駆動機構に適用した際のバランスウェイト垂直案内時の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる垂直直動装置を座標測定機のＺ軸駆動機構に適用した際のバランスウェイト傾斜案内時の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる垂直直動装置において好適なエアーベアリングの説明図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる垂直直動装置において好適な摩擦面の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる垂直直動装置において好適な角度変更手段の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  垂直直動装置
１２  基部
１４  移動部
１６  駆動手段
１８  バランスウェイト
２０  伝達手段
２２  ガイド
２４  支持手段
【図１】
0004879107.tif 000002
【図２】
0004879107.tif 000003
【図３】
0004879107.tif 000004
【図４】
0004879107.tif 000005
【図５】
0004879107.tif 000006
【図６】
0004879107.tif 000007