(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直動気体軸受とその駆動用の送りねじ装置とが平行に併設されている直動気体軸受の駆動装置において、前記送りねじ装置のねじ軸に螺合されているナットを直線移動案内する直動案内装置を配設し、かつ前記直動気体軸受の固定体に案内されて直動する可動体と前記ナットとを連結する手段が、前記可動体又は前記ナットに固定され前記ねじ軸に対してほぼ垂直な左側面と右側面を有する一方の連結部材と、前記ナット又は前記可動体に固定され前記一方の連結部材の左側面に対向する第１の内側壁部と前記一方の連結部材の右側面に対向する第２の内側壁部を有する他方の連結部材と、前記一方の連結部材の左側面と前記第１の内側壁部との間に設けられた第１のボールと、前記一方の連結部材の右側面と前記第２の内側壁部との間に設けられた第２のボールと、この第２のボールを介して前記第１のボールを前記一方の連結部材の左側面に押圧するボール押圧部を有するボール押圧手段とを備えてなるナット変動吸収手段から構成され、前記ボール押圧手段は、前記ねじ軸の軸方向に沿って前記第２の内側壁部に貫通形成されたねじ孔と、このねじ孔に螺嵌されて前記ボール押圧部を介して前記第２のボールを押圧するねじとを備えてなることを特徴とする直動気体軸受の駆動装置。
【請求項２】
前記一方の連結部材の左側面および／又は右側面を前記ボールの曲率半径よりも大きな曲率半径で凹面状に形成したことを特徴とする請求項１記載の直動気体軸受の駆動装置。
【請求項３】
前記他方の連結部材および／又は前記ボール押圧部を前記ボールの曲率半径よりも大きな曲率半径で凹面状に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の直動気体軸受の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、各種精密測定装置等に利用される直動気体軸受の駆動装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の装置としては、例えば図７，図８に示すようなものが知られている。このものは、直動気体軸受１とその駆動用の送りねじ装置２とが、図外の基台に併設されている。直動気体軸受１の固定体３は基台に固定され、その固定体３に案内されて可動体（スライダ）４が直動する。一方、送りねじ装置２のねじ軸５は直動気体軸受の固定体３と平行に配置されて両端が回転自在に支持され、そのねじ軸５にボールねじナット６が螺合されている。
【０００３】
そして、直動気体軸受１の可動体４と、送りねじ装置２のボールねじナット６とが、それぞれにボルトＢで取り付けられた連結部材７を介して一体的に直動可能に固く連結されている。
いま、図外のモータで送りねじ装置２のねじ軸５を回転駆動させると、ボールねじナット６がねじ軸５の正逆の回転方向に応じて図で右または左方向に移動する。このナット６の移動と共に直動気体軸受１の可動体４が固定体３に沿って同方向に直線移動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の直動気体軸受の駆動装置にあっては、送りねじ装置２のボールねじナット６が、直動気体軸受１の可動体４に、連結部材７を介して一体的に固く連結されている。そのため、ボールねじの鋼球の転動及びナット内循環運動に伴う微細振動などにより、ナット６が振れ回ると、その動きが連結部材７を通して直動気体軸受１の可動体４にそのまま伝達されてしまい、その結果、可動体４の運動が影響されるという問題点がある。
【０００５】
具体例をあげると、例えばねじ軸５の駆動を正確に一定回転速度に制御することにより、直動気体軸受１の可動体４に速度変動の少ない安定した直線移動をさせようとしても、ねじ軸５の回転に伴うナット６の振れ回りがそのまま可動体４に伝達されるので、可動体４の安定した円滑で精度良い直線移動は得られないのである。
【０００６】
そこでこの発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、送りねじ装置の振れ回りが直動気体軸受の可動体に伝達されることを防止して、可動体の安定した円滑な直動が確保できる直動気体軸受の駆動装置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】
上記の目的を達成するこの発明は、直動気体軸受とその駆動用の送りねじ装置とが平行に併設されている直動気体軸受の駆動装置において、前記送りねじ装置のねじ軸に螺合されているナットを直線移動案内する直動案内装置を配設し、かつ前記直動気体軸受の固定体に案内されて直動する可動体と前記ナットとを連結する手段が、前記可動体又は前記ナットに固定され前記ねじ軸に対してほぼ垂直な左側面と右側面を有する一方の連結部材と、前記ナット又は前記可動体に固定され前記一方の連結部材の左側面に対向する第１の内側壁部と前記一方の連結部材の右側面に対向する第２の内側壁部を有する他方の連結部材と、前記一方の連結部材の左側面と前記第１の内側壁部との間に設けられた第１のボールと、前記一方の連結部材の右側面と前記第２の内側壁部との間に設けられた第２のボールと、この第２のボールを介して前記第１のボールを前記一方の連結部材の左側面に押圧するボール押圧部を有するボール押圧手段とを備えてなるナット変動吸収手段から構成され、前記ボール押圧手段は、前記ねじ軸の軸方向に沿って前記第２の内側壁部に貫通形成されたねじ孔と、このねじ孔に螺嵌されて前記ボール押圧部を介して前記第２のボールを押圧するねじとを備えてなることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
送りねじ装置のナットは、直動案内装置によって直線移動案内され、回転を阻止されている。したがって、送りねじ装置のねじ軸を回転駆動すると、そのねじ軸に螺合されているナットはねじ軸沿いに直動案内装置に案内されつつ直動する。このナットの直動により、一方および他方の連結部材を介して連結されている直動気体軸受の可動体が直動駆動される。
【０００９】
このとき、ナットが振れ回ると、連結部材のうちのナットに固定されている連結部材も共に振れ回る。この振れ回りが、ボールを介して可動体に固定されている連結部材の方へ伝達されれば、その可動体に固定されている連結部材も振れ回ることになるが、この場合、可動体に固定されている連結部材は直動気体軸受の可動体によって直動方向を除き動きを拘束されている。したがって、上記ナット及びナットに固定されている連結部材の振れ回りは、一方のボールと他方のボールとの回転（自転）運動として吸収されてしまい、可動体に固定されている連結部材の方へは伝達されない。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は一実施例の要部の正面図、図２は側面図である。なお、従来と同一または相当する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
まず、構成を説明すると、送りねじ装置２に接近して直動案内装置１０が配設されている。この直動案内装置１０は、タイプを限定する必要はなく、最も単純にはキーとキーみぞとを組み合わせて利用するタイプのもので良く、その他一般的な直動すべり案内装置、非循環式直動転がり案内装置、循環式直動転がり案内装置等のなかから適宜に選定することができる。要は、送りねじ装置２のナット６の回転を阻止し、その円滑な直動を案内できるものであれば良い。
【００１１】
図示のものは、循環式直動転がり案内装置であるリニアガイド装置を用いている。すなわち、固定部である角柱状の案内レール１１が、図外の基台にボルト止めして固定されている。その案内レール１１は、両側面に軸方向に延びる不図示のボール転動みぞを有して、送りねじ装置２のねじ軸５に平行に延長して設置されている。案内レール１１には、可動部であるコ字状の断面を有するスライダ１２が跨架されており、前記案内レール１１の側面のボール転動みぞ及びこれに対向してスライダ１２の内側面に形成されているボール転動みぞ内に多数のボールが装填されている。スライダ１２は、それら多数のボールが転動しつつスライダ１２内の循環路を経て循環を繰り返すことにより、案内レール１１に案内されて滑らかに移動するようになっている。
【００１２】
本発明にあっては、送りねじ装置２についてもタイプを限定する必要はないが、図示のものは例えば循環チューブ式ボールねじ装置を用いている。すなわち、図外の基台に両端部を回転自在に支持されたねじ軸５は外周面にボールねじみぞを有する。また、ボールねじナット６は、内周面にねじ軸５のボールねじみぞに対向したボールねじみぞを有している。それら両ボールねじみぞで形成される螺旋状のボール転動みぞ内に図示しない多数のボールが嵌合され、ねじ軸５の回転と共にそれらのボールがボール転動みぞ内を転動しつつボールねじナット６に設けた不図示の循環チューブを経由して循環するようになっている。
【００１３】
上記送りねじ装置２のボールねじナット６は、ナットに一体的に固定ないしは形成されている取付け部材６ａにボルトＢで固定されたリニアガイド連結部材１３を介して、直動案内装置１０のスライダ１２に一体的に連結されている。これにより、直動案内装置１０は、ボールねじナット６の回転を阻止し、ねじ軸５の回転駆動に応じて直動させる機能を果たすものである。
【００１４】
このようにして、ねじ軸５に沿い直動するようにされたボールねじナット６は、ナット変動吸収手段２０を介して直動気体軸受１の可動体４に連結されている。
ナット変動吸収手段２０は、可動体４にボルトＢで固定される一方の連結部材２１と、ボールねじナット６にボルトＢで固定される他方の連結部材２２と、前記一方の連結部材２１の両側面に当接される第１のボール（鋼球）２４と第２のボール（鋼球）２３とを少なくとも備えて構成されている。さらに、第２のボール２３を介して第１のボール２４をねじ軸５の軸方向に押圧するためのボール押圧手段２５が設けられている。この実施例の場合につき具体的に説明すると、一方の連結部材２１は直方体の板状であり、他方の連結部材２２には可動体４に面する側に凹部２６が形成されている。そして、この凹部２６内に、一方の連結部材２１の一端側とボール２３，２４とが収納配置され、その一方のボール２３を凹部２６の一方の内側壁２６ａから突出させたボール押圧手段２５でねじ軸５と平行に押圧することにより、他方のボール２４を凹部２６の他方の内側壁２６ｂに作用する反作用で他方の連結部材２４に押しつけるようにしている。
【００１５】
この実施例にあっては、上記のボール押圧手段２５はねじ２７と円筒ころ２８とで形成されている。そして、他方の連結部材２２の一方の内側壁２６ａ部に、ねじ２７が螺合するねじ孔２９が形成されると共に、円筒ころ２８が軸方向に摺動可能に嵌合する円筒状の案内孔３０がねじ軸５に平行に貫通して設けられている。これにより、円筒ころ２８とねじ軸５との平行度を確保するものである。
このようにして、ねじ軸５に沿い直動するようにされたボールねじナット６は、ナット変動吸収手段２０を介して直動気体軸受１の可動体４に連結されている。
【００１６】
上記円筒ころ２８を介在させる理由は、ねじ２７の端面を直接にボール２３に当てると、一般にねじ端面は平坦ではないから均一に押圧することが困難であり、且つねじ端面に突起があればボール２３を傷つけるおそれがあるためである。したがって、円筒ころ２８の両端面は軸と直角で且つ十分平滑な面であることが望ましい。
【００１７】
ここで、ナット変動吸収手段２０の組み付けにつき、図３を参照して説明する。
まず、図３（ａ），（ｂ）に示すように、他方の連結部材２２に凹部２６の底部の両側より突出する部分を貫通して二本の支持棒３１を取り付ける（支持棒取付け用の孔を予め加工しておく）。その二本の支持棒３１の上に、直動気体軸受１の可動体４に連結されていないフリーの状態の一方の連結部材２１と、一方のボール２３及び他方のボール２４とを乗せる。このとき、他方のボール２４は凹部２６の内側壁２６ｂと一方の連結部材２１とに当接させ、一方のボール２３は一方の連結部材２１に当接させる。すなわち、支持棒３１で、一方の連結部材２１と両ボール２３，２４とを図３（ａ）では上下及び前後方向に位置決めする。
【００１８】
次に、図３（ｃ）に示すように、ボール押圧手段２５のねじ２７を締めつけて円筒ころ２８を押し出し、凹部２６の内側壁２６ｂとの間で一方の連結部材２１，一方のボール２３，他方のボール２４を強く挟持する。
こうして、両端面が平行且つ平坦な円筒ころ２８を介して他方の連結部材２２との間にボール２３，２４及び連結部材２１を挟持することにより、ナット変動吸収手段２０の部材に一様な押圧力を作用させることができ、部材拘束力の安定性を向上させることが可能である。
【００１９】
その後、図３（ｄ）に示すように、直動気体軸受の可動体４に装着したボルトＢを、一方の連結部材２１の上端に形成されているねじ穴２１ｂに螺合して締めつけていくことにより、一方の連結部材２１を引っ張り上げながら可動体４に連結して固定させる。このとき、凹部２６の内側壁２６ｂとボール押圧手段２５の円筒ころ２８との間に、一方の連結部材２１を介して横方向に拘束されている一方のボール２３と他方のボール２４とは、一方の連結部材２１の上方への引上げにつれて互いに反対方向に多少回転しながら僅かに上方へ移動する。しかし、横方向の拘束力は維持される。その後、二本の支持棒３１を引き抜くが、支持棒３１は残しても良い。
【００２０】
このように、初めに一方の連結部材２１を可動体４から分離した状態でナット変動吸収手段２０を装着し、最後に一方の連結部材２１を引っ張りあげて可動体４に固定する理由は、次の通りである。
すなわち、初めに一方の連結部材２１を可動体４にボルトＢで連結し、その後一方の連結部材２１，一方のボール２３，他方のボール２４を支持棒３１に載せ、ボール押圧手段２５のねじ２７を締めつけてそれらの部材を拘束した場合は、一方の連結部材２１と他方の連結部材２２とが一方のボール２３，他方のボール２４のみでなく支持棒３１（この場合、固く拘束されて引き抜くことができない）を介して固定的に連結されてしまう。各ボール２３，２４も多面接触状態になり回転できない。その結果、ボールねじナット６の振れ回りを抑制できなくなる。
【００２１】
これに対して、可動体４と一方の連結部材２１の連結を最後に行い、その前に各ボール２３，２４と支持棒３１とを離すと、一方の連結部材２１と他方の連結部材２２とは回転可能な各ボール２３，２４を介してのみ接触することとなるから、ボールねじナット６の振れ回りを効果的に抑制できるものとなる。
なお、本発明の直動気体軸受１もタイプを限定する必要はないが、図示のものは例えば多孔質形静圧空気軸受を用いている。すなわち、図示しない基台に固定支持された角柱状の固定体３の四平面からなる外面が受面になっており、その固定体３を囲んで取り付けた四角の枠形の可動体４は、固定体の受面に軸受すき間を介して対向した四平面からなる内面が軸受面になっている。可動体４に取り付けた図示されない多孔質材が軸受面を構成し、可動体４に設けられている通気孔を経て供給される圧縮空気が多孔質材内の微細気孔を経て適宜の圧力に絞られた後に軸受面から軸受すき間に噴出して流体膜を形成し、これにより可動体４を固定体３に対し非接触で四面拘束して支持するものである。
【００２２】
次に作用を説明する。
送りねじ装置２のボールねじナット６は、直動案内装置１０によって直線移動案内され、回転を阻止されている。したがって、送りねじ装置２のねじ軸５を図示されないモータ等で回転駆動すると、そのねじ軸５に螺合されているボールねじナット６は直動案内装置１０に案内されつつねじ軸５に沿って直動する。このボールねじナット６の直動により、ナット変動吸収手段２０の一方の連結部材２１，他方の連結部材２２，一方のボール２３，他方のボール２４を介してボールねじナット６に連結されている直動気体軸受の可動体４が直動駆動される。
【００２３】
このとき、ボールねじナット６が振れ回ると、ボールねじナット６の方に固定されている他方の連結部材２２も共に振れ回る。しかし、その振れ回りは、一方のボール２３と他方のボール２４との回転（自転）運動として吸収されてしまい、一方の連結部材２１には伝達されない。
このナット変動吸収手段２０の各ボール２３，２４による振れ回り吸収作用を、図４により具体的に説明する。
【００２４】
一方の連結部材２１は、直動気体軸受１の可動体４に一端部が固定されているために直動気体軸受の固定体３に沿った直動方向への動き以外の動きが拘束されている。そこで、ボールねじナット６の振れ回りとともにナット変動吸収手段２０の他方の連結部材２２が図４（ｂ）のように振れ動いても（図はボールねじナット６がピッチングした場合である）、一方のボール２３と他方のボール２４とが回転して他方の連結部材２２の振れを吸収してしまう。その結果、一方の連結部材２１及びこれに固定した可動体４には振れ回りは伝達されず、可動体４の安定した円滑な直動が行われる。
【００２５】
図５及び図６に、上記実施例におけるナット変動吸収手段２０の変形例を示す。
図５に示すものは、一方の連結部材２１のボール２３，２４との接触面を、当該ボールの曲率半径より大きな曲率半径を有する凹球面の曲面２１Ｒにしている。図示のものは転結部材２１の両面すなわちボール２３との接触面及びボール２４との接触面をそれぞれ曲面２１Ｒとしているが、どちらか一方のボールとの接触面である片面側のみを曲面２１Ｒとしても良い。他方の連結部材２２のボール２４との接触面２６ｂは平面のままである。また、ボール２３と接触するボール押圧手段２５の円筒ころ２８の端面２８ａも平面のままである。
【００２６】
図６に示すものは、他方の連結部材２２のボール２４との接触面を、当該ボールの曲率半径より大きな曲率半径を有する凹球面の曲面２２Ｒとすると共に、ボール２３と接触するボール押圧手段２５の円筒ころ２８の端面も同様の曲率半径を有する凹球面の曲面２８Ｒとしている。この場合も、どちらか一方のボールとの接触面のみ、すなわち他方の連結部材２２のボール２４と接触する接触面２２Ｒのみ又はボール２３と接触する円筒ころ２８の接触面２８Ｒのみを球面状の曲面にしても良い。
【００２７】
更に、図示は省略するが、図５で説明した曲面２１Ｒと図６で説明した曲面２２Ｒ，２８Ｒとの併用タイプとすることもできる。
このように、ボールと接触する部材の接触面をボールの曲率半径より大きな曲率半径を有する曲面にすると、直動気体軸受の駆動装置が駆動されたとき、一方の転結部材２１と他方の連結部材２２との間に拘束保持されているボール２３，２４が動き回り、拘束状態から外れて両連結部材の間から転げ落ちてしまう現象を効果的に防止することができる利点がある。また、ボール２３，２４と曲面２１Ｒ，２２Ｒ，２８Ｒとの接触面積が大きいのでボール２３，２４と曲面２１Ｒ，２２Ｒ，２８Ｒとは軸方向押圧力によって変形しにくいと共に押圧力を大きくできる。
【００２８】
なお、上記各実施例におけるボールの挙動を仔細に観察すると、ボールねじナット６の振れ回りを吸収してボール自体が速い速度で微小運動をしている。このボールの運動は方向が安定せず、かといってボール自体が大きく回転するものでもないので、ボール自体に相当のストレスが掛かる。その結果、ボールの球面性が損なわれて楕円になったり又は打痕のような傷跡がつくとボールの円滑な運動が出来なくなってボールねじの振れ回りを吸収することが不可能になってしまう。そこで、そのような大きなストレスの発生が考えられる場合には、ボールの材質としては、鋼材より硬くて外部ストレスに対し変形しない高硬度のセラミックスにするのが良い。また、一方の連結部材２１，他方の連結部材２２及び円筒ころ２８のボール２３，２４との接触面をセラミックスにしても良い。
【００２９】
また、上記実施例では、ボール押圧手段２５をねじ２７と円筒ころ２８とで構成した場合を説明したが、ボールを安定した状態でねじ軸５と平行に押圧できるものであれば良く、したがってねじ２７の端面の直角度，平面度，凹球面度等が保証される場合には、円筒ころ２８を省くことも可能である。
また、円筒ころ２８のかわりに直方体を使用するようにすることもできる。
【００３０】
また、ボール押圧手段２５の構成に、コイルばね或いはウレタンゴム製等の強い弾性部材を組み入れることもできる。
また、上記実施例では、他方の連結部材２２をボールねじナット６に固定し、一方の連結部材２１を直動気体軸受の可動体４に固定するようにしたものを示したが、これに限らず、一方の連結部材２１の方をボールねじナット６に固定し、他方の連結部材２２を直動気体軸受の可動体４に固定するようにしても良い。その場合、一方の連結部材２１と他方の連結部材２２とを備えるナット変動吸収手段２０及びボール押圧手段２５の構成は上記同様であって良い。
【００３１】
また、送りねじ装置２は、循環チューブ式ボールねじ装置の他に、ボールナットのボール循環路をナット両端に取り付けたエンドキャップに設けてあるエンドキャップ式ボールねじ装置でも、循環こまをナット胴部に埋設したこま式ボールねじ装置でも良い。あるいはボールを用いない送りねじ装置であっても良い。
また、直動気体軸受１は、多孔質絞りに限らずその他、オリフィス絞りや自成絞りの多数孔形直動気体軸受でも、軸受面に設けた細くて浅い多数のみぞに圧縮空気を導きそのみぞの周辺と軸受すき間との間の絞り作用を利用する表面絞り形直動気体軸受でも良い。
【００３２】
直動案内装置１０のタイプについては、先に述べた通りである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の直動気体軸受の駆動装置によれば、送りねじ装置のナットを直動案内装置で案内すると共に、そのナットと直動気体軸受の固定体に案内される可動体とをナット変動吸収手段である一方の連結部材，他方の連結部材，一方のボール，他方のボールを介して連結し、その一方のボールをねじ軸と平行に一方の連結部材へボール押圧手段により押圧して他方のボールを他方の連結部材に押圧するものとしたため、送りねじ装置の駆動によるナットの振れ回りがナット変動吸収手段で吸収されて、その結果、直動気体軸受の可動体の直動への悪影響が殆ど皆無にできるという効果を奏する。
【００３４】
また、上記構成において、ボール押圧手段による一方のボールの押圧を、ねじ軸と平行に装着された円筒状ころ部材の端面を介して行うと、一様な押圧力を加えることができてボール拘束力の安定性を向上させ得るという効果を奏する。
更に、ナット変動吸収手段における連結部材や円筒状ころ部材の端面等のボールとの接触面を、ボールの曲率半径より大きな曲率半径を有する曲面形状にすることにより、ナットの振れ回りを吸収して高速度で微小運動するボールの脱落を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の要部の正面図である。
【図２】図１に示したものの側面図である。
【図３】実施例の組み立て手順を説明する図である。
【図４】実施例のナット振れ回り吸収作用の説明図である。
【図５】実施例のナット変動吸収手段の一変形例の説明図である。
【図６】実施例のナット変動吸収手段の他の変形例の説明図である。
【図７】従来の直動気体軸受の駆動装置の正面図である。
【図８】図７に示したものの側面図である。
【符号の説明】
１    直動気体軸受
２    送りねじ装置
３    固定体
４    可動体
５    ねじ軸
６    （ボールねじ）ナット６
１０    直動案内装置
２０    ナット変動吸収手段
２１    一方の連結部材
２２    他方の連結部材
２３    一方のボール
２４    他方のボール
２５    ボール押圧手段
【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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