JPH01316145A - 摩擦送り機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は摩擦ローラを用いた摩擦送り機構に係り、測定
器や工作機械等のテーブルあるいはヘッド送り機構など
に利用できる。

〔従来の技術〕

従来より、三次元測定器や工作機械等においては、可動
方向ごとに送り機構を設け、ワークを載置するテーブル
や測定子あるいは工具を支持するヘッドの相対位置を調
整している。

このような送り機構には高精度が要求されるため、ボー
ルねし等の螺旋係合構造を用いて駆動軸の回転運動を軸
方向の往復運動に変換する方式が多用されている。しか
じ、駆動軸に形成するねじ形状を高精度に仕上げる必要
があり、製造コストが高くなるほか、送りピッチが固定
されるという問題がある。このため、粗調整時等の高速
送りとワーク近接時等の精密送りといった相反する要求
を満たすために、駆動軸とモータ等との間に変速機構や
クラッチ機構を設けたり、あるいは高速送り機構に微動
ユニットを付加したりといった構造上の複雑化が避けら
れなかった。

これに対し、駆動軸に対して所定のリード角で当接され
た摩擦ローラを駆動軸の周面に転動させ、駆動軸の回転
に伴って摩擦ローラに生じる駆動軸方向分力により送り
動作を行う摩擦送り機構が開発されている。このような
摩擦送り機構においては、駆動軸に螺旋状のねしを形成
する必要がなく、製造コストを低減できるとともに、摩
擦ローラのリード角（摩擦ローラの回転軸線と駆動軸の
回転軸線とがなす角度）に応して送りピッチを任意に設
定あるいは変更可能である。

〔発明が解決しようとするｔ！１ｕｌｌ）とこ、ろで、
前述のような摩擦送り機構においては、稼働中であって
もＦｊ擦クローラリード角および送りピッチを無段階に
調整可能であり、簡単な操作で高速送りと精密送りとを
切換えることが可能である。

しかし、摩擦ローラを可動式とする場合、摩擦ローラを
所望のり一ト角に正確に設定するために高精度に制御さ
れた角度調整手段が必要となるほか、調整後の摩擦ロー
ラを設定されたリード角に正確に固定する手段が必要と
なり、再び構造が複雑化するという問題があった。

本発明゛の目的は、複数の送りピッチの切換えを正確か
つ簡単に行えるとともに、構造を簡略化できる摩擦送り
機構を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、摩擦送り機構の送り動作が）摩擦ローラと駆
動軸の周面との摩擦転動に依存しており、摩擦ローラが
僅かでも駆動軸から離隔すれば当該摩擦ローラによる送
り動作が無効となることに着目してなされたものである
。すなわち、相対移動可能な二部材の一方に回転する駆
動軸を設け、他方の部材には各々前記駆動軸の周面に転
動可能かつ互いに異なるリード角で傾斜配置された複数
の摩擦ローラを設け、これらの摩擦ローラを各々独立し
た支持体に支持するとともに、各支持体には圧電素子の
変位により各１１ｊ擦ローラを駆動軸の周面に圧接可能
な離接手段を設け、これにより）？擦込りＲ構を構成し
たものである。

本発明の圧電素子としては、Ｐｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏｉ系
のセラミックス、あるいは水晶やＬｉＮｂ０＋等の結晶
といった圧電性材料を一対の電極で挟持したものが利用
できる。また、これらの圧電素子を積層して機械的な動
作量を拡張してもよく、あるいは回動アーム等を用いた
てこ式の動作量拡大機構を利用してもよい。

また、離接手段は駆動軸に向かって進退自在な支持体の
一部に圧電素子を介装して通電に伴う変位により駆動軸
に向かって支持体を進出させる構造、あるいは揺動自在
な支持体の一端に圧電素子を設けて他端に支持された摩
擦ローラを駆動軸に向かって回動させる構造等が利用で
きる。

一方、複数の摩擦ローラ、支持体および圧電素子を配置
するにあたっては、これらを駆動軸に沿って配置しても
よく、あるいは駆動軸の所定位置を囲むように周方向に
配列してもよい。

また、駆動軸の１怨み等を避けたい場合等には、同じリ
ード角を有する一対の摩擦ローラを駆動軸を挟んで対向
配置し、両側から略同し強さで同時に正接させてもよく
、あるいは駆動軸の反対側に撓み防止用の案内軸受を対
向配置してもよい。

〔作用〕

このように構成された本発明においては、各摩擦ローラ
のリード角をそれぞれ所望の送りピンチを与えるように
正確に設定しておき、離接手段により任意の摩擦ローラ
を選択して駆動軸の周面に圧接させることにより、送り
ピンチの切換えを簡単に行い、切換え時にリード角を変
更しないようにして各摩擦ローラの送りピッチを正確に
維持する。また、摩擦ローラを圧接させるために圧電素
子を採用することにより、操作の容易性および構造の簡
略化を実現し、これにより前記目的を達成する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図において、本実施例のテーブル送り
装置は、相対移動する二部材であるベツドＩＯおよびテ
ーブル２０を備え、このテーブル２０はベツド１０の上
面に形成された案内機構２により案内されるとともに、
本発明に基づく摩擦送り機構１により駆動されて往復移
動可能である。

ヘッドｌＯには案内機構２に沿って駆動軸１１が設けら
れている。この駆動軸１１は、周面を平滑に形成されて
いるとともに、両端近傍をそれぞれベアリング１２．１
３により回転自在かつ軸方向に移動不可能に支持され、
カンブリング１４を介して接続されたモータ１５により
回転駆動されるように構成されている。

テーブル２０は断面略門型に形成され、その上面の裏側
には駆動軸１１の長手方向に沿って２つの支持体２１．
２２が設けられ、各々は駆動軸１１に向かって進退自在
に取付けられている。これら支持体２１゜２２の先端に
はそれぞれ摩擦ローラ２３．２４が回転自在に取付けら
れており、支持体２１．２２はそれぞれの摩擦ローラ２
３．２４のＵ転軸線が駆動軸１１の回転佃１線に対して
それぞれリード角ＡＩおよびリード角Ａ２　（Ａ２＜Ａ
Ｉ）をなすように傾斜されている。

これらの支持体２Ｌ　２２とテーブル２０との間にはそ
れぞれ表裏に電極を有する積層型の圧電素子２５゜２６
が介装されており、各圧電素子２５．２６は電極に接続
された操作装置２７から印加される電圧に応して変位し
、支持体２１．２２および摩擦ローラ２３．２４を駆動
軸１１に向けて進退さセることが可能である。

ここで、各圧電素子２５．２６は通常時には各摩擦ロー
ラ２３．２４を吊上げて駆動軸１１の周面との間に間隔
をおいて保持するが、通電に伴う最大変位時には摩擦ロ
ーラ２３．２４を駆動軸１１の周面に充分な当接圧力で
圧接させるように設定されている。

なお、操作装置２７は、各圧電素子２ｓ、　２６に電圧
　。

を印加するにあたって各圧電素子２５．２６のうら唯一
つを選択可能とされ、複数の摩擦ローラ２３．２４が同
時に駆動軸１１に圧接することを防止されており、これ
らの圧電素子２５．２６および操作装置２７により各摩
擦ローラ２３．２４ごとの離接手段２８．２９が構成さ
れている。

このように構成された本実施例においては、次に示すよ
うな手順により高速送りおよび精密送りを連続的に実行
する。

まず、テーブル２０を目標位置近傍まで移動させるため
に、離接手段２８を選択して高速送りを行う。

すなわち、操作装置２７により圧電素子２５に電圧を印
加し、その変位により支持体２１を下降させ、摩擦ロー
ラ２３を駆動軸１１の周面に圧接させる。ここで、モー
タ１５により駆動軸１１を回転させると、摩）察ローラ
２３は駆動軸１１の回転に追従して周面を転動するとと
もに、リード角ＡＩに応じた送りピッチＰｉ　＝　πｄ
　ｔａｎ（Ａｌ）　　（ｄは駆動軸１１の直径）で駆動
軸】１の軸方向に移動し、ヘッド１０に対してテーブル
２０を送りピッチＰ１で高速に送る。

一方、テーブル２０が目標位置近傍まで達したならば、
モータ１５を停止させて駆動軸１１の回転を止め、離接
手段２８に代えて離接手段２９を選択して精密送り動作
を行う。すなわち、操作装置２７からの電圧印加を圧電
素子２５から圧電素子２６に切換え、摩擦ローラ２３を
駆動軸１１から離隔させるとともに、代わりに支持体２
２を下降させて摩擦ローラ２４を駆動軸１１に圧接させ
る。ここで、モータ１５による駆動軸１１の回転を再開
させると、摩擦ローラ２４はリード角Ａ２に応じた送り
ピッチＰ２＝　ｒｔ　ｄ　ｔａｎ（Ａ２）（Ｐ２＜ＰＩ
）で駆動軸１１の軸方向に移動し、ベツドＩＯに対して
テーブル２０を送りピッチＰ２で精密に送る。

このように構成された本実施例によれば以下に示すよう
な効果を得ることができる。

すなわち、高速送りおよび精密送りに各々専用の摩擦ロ
ーラ２３．２４を設け、各々のリード角ＡＩ。

八２を変化させることにより、駆動軸１１の回転数が同
じでもテーブル２０をベツド１０に対して異なる送りピ
ッチＰＩ、　Ｐ２で送ることができる。

このため、送り速度を切り換えるために駆動軸１１の回
転速度を変化させる変速機構等は必要なく、変速機構等
を用いていた従来の送り機構に比べて構造の大幅な簡略
化が可能である。

また、各摩擦ローラ２３．２４のリード角Ａｌ、　Ａ２
の選択は任意であり、高速用の送りピンチＰｉおよび精
密用の送りピッチＰ２といった設定を自由に行うことが
できるとともに、ピッチの加減に限らず、各１２擦ロー
ラ２３．２４を互いに逆向きに設定すれば。

モータ１５の回転方向を一定のままテーブル２０送り方
向の正逆切換えに利用することもできる。

さらに、各摩擦ローラ２３．２４はそれぞれのリード角
ＡＩ、　Ａ２を独立して設定でき、変更にあたって他の
摩擦ローラの角度に影響を与えることがないため、設定
時および変更時の調整作業を容易にすることができる。

一方、摩擦送り機構１における各送り速度の選択および
解除は駆動軸１１に対する摩擦ローラ２３゜２４の離接
により行われるため、各送り動作の切換えを極めて円滑
にできる。

また、各ＦＪ擦フローラ３．２４の離接動作は各々に対
応する圧電素子２５．２６によって行うとしたため、送
り速度の切換えは操作装置２７から通電する圧電素子２
５．２６を選択することにより極めて簡単に行えるとと
もに、その操作自体も単純なスインチングであるため自
動化も容易である。

さらに、各摩擦ローラ２３．２４を解除しておくために
駆動軸１１との間に保持しておく間隔は僅かなものでよ
いため、各支持体２１．２２の変位はさほど大きくする
必要はなく、積層型の各圧電素子２５゜２６の厚み方向
の変位により充分な切換え動作が可能である。

また、圧電素子２５．２６自体の剛性を利用し、各圧電
素子２５．２６を支持体２１．２２とテーブル２０との
間に介在させて構造材としての機能を持たせることによ
り、Ｆ！Ｊ！擦ロークローラ２３４を支持する構造をさ
らに簡略化することができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
次に示すような変形をも含むものである。

すなわち、摩擦送り機構ｌに設ける摩擦ローラの数は２
個に限らず、必要な送り速度の段数等に応じて適宜増減
すればよく、各々に設定するリード角も高速送り用や精
密送り用に限らず、適宜調節すればよい。

また、摩擦ローラの配置は前記実施例のように駆動軸１
１に沿った配列に限らず、実施にあたって適宜変更して
よい。

例えば、第３図に示す実施例においては、駆ｆ）＋軸１
１の両側に摩擦ローラ２３．２４を対向配置し、各々が
圧電素子２５．２６により交互に駆動軸１１に圧接する
ように構成したものである。なお、本実施例において、
前記第１図の実施例と同様のものについては同じ符号を
附し、簡略化のため説明を省略する。

このような配置によれば、テーブル２０の上面高さを低
くできるとともに、駆動軸１１の軸方向の寸法を短くで
き、テーブル２０のコンパクト化が可能である。

なお、摩擦ローラの配置は対向する２位置に限らず任意
の角度位置であってもよく、あるいは駆動軸の所定位置
のまわりに３個以上の摩擦ローラを周方向に配列しても
よく、多数の摩擦ローラを用いる場合でも駆動軸の軸方
向の寸法を短くできる。

また、軸方向の配列と周方向の配列とを組み合わせても
よく、例えば駆動軸に沿って２個づつの摩擦ローラを周
方向に３列といったような配置を採用することにより、
コンパクト化に加えて設計上の自由度を高めることがで
きる。

さらに、第３図の実施例において、駆動軸を挟んで対向
配置された摩擦ローラを複数組配置するとともに、対向
する各月の摩擦ローラのリード角を互いに一敗させてお
き、駆動軸の両側から同時に圧接させてもよい。

このような場合、摩擦ローラの圧接による駆動軸の撓み
等を互いに相殺させることができ、高荷重下での送り動
作等、摩擦ローラの駆動軸に対する圧接力が要求される
場合に有効である。

一方、支持体の構造は実施にあたって適宜選択すればよ
いが、圧電素子の変位に応じて円滑に動作でき、かつ座
屈や不必要な変形が生じないように適当な強度を持たせ
ることが好ましく、少なくとも摩擦ローラのリード角を
正確に維持できるように構成することが望ましい。

また、支持体は圧電素子を介して取付けられて進退自在
な構造に限らず、−点を回動自在に支持された揺動アー
ム状あるいはてこ式のものであってもよい。

例えば、第４図に示す実施例においては、棒状の支持体
３１．３２の略中間をテーブル２０の内側面に回動自在
に支持し、各々の下端には駆動軸１１を挟んで対向配置
されたｌ￥！　ｔ９０−ラ３３．３４を等しいリード角
で支持するとともに、各支持体３１．３２の上端を略柱
状に形成されて長手方向に変位可能な圧電素子３５の両
端に回動連結し、これらにより１ｍの離接手段３０を形
成したものである。なお、この離接手段３０は、図示し
ないが駆動軸１１に沿って複数組配列されており、各組
の摩擦ローラ３３．３４のリード角は互いに異なる角度
に設定されている。

また、本実施例のその他の部分において、前記第１図の
実施例と同様のものについては同し符号を附し、簡略化
のため説明を省略する。

このような配置によれば、圧電素子３５の変位により各
支持体３１．３２を回動させ、一対の摩擦ローラ３３．
３４で駆動軸１１を挟持することにより駆動軸１１に圧
接し、各々のリード角に基づく送り動作を行うことがで
きる。また、圧電素子３５で発生される圧接力は両ＦＪ
擦ローラ３３．３４に均等に分配されるため、互いの圧
接力に起因する駆動軸１１の撓み等を確実に相殺させる
ことができる。

ところで、摩擦送り機構１の駆動軸１１は一定回転数で
駆動されるものに限らず、回転数可変式の　　−モータ
１５により回転駆動されるものであってもよく、簡単な
構造のまま−Ｎ幅広い送り速度変化を得ることができる
。

一例として、前記実施例において、モータ１５に４相ハ
イプリント型ステンプモータを用いた場合について説明
する。

このモータ１５は、定電流チゴンパ駆動時には最高速度
２０回転／秒程度の高速回転を行い、定電圧ミニステン
プ駆動時には最小分解能１００００パルス／回転程度の
精密回転を実現可能である。ここで、摩擦ローラ２３．
２４のリード角Ａｌ、　Ａ２の設定を、駆動軸１１の一
回転あたりの送りピッチＰ１が５ｍｍ、送りピッチＰ２
がＩＩとなるように調整しておくとすると、モータ１５
の高速回転時に摩擦ローラ２３．２４を選択することに
より最高速度を１００ｍｍ／ｓｅｅまたは２０ｍｍ／ｓ
ｅｃのいずれかに切換え可能であり、モータ１５の精密
回転時には最小分解能を０．５μｍ／パルスまたは０．
１μｍ／パルスのいずれかを切換え可能となる。従って
、モータ１５自体の切換えに加えて摩擦ローラ２３．２
４の選択により、高速および中速のネ■調整動作および
中精密送り、高精密送りの２通りの精密位置合わせ動作
が行え、状況に応じた多様な設定が可能となる。

また、前記実施例においては、送り速度の切換え毎に駆
動軸１１を停止させていたが、摩擦ローラ２３、２４の
いずれも駆動軸１１に圧接されない状態ではテーブル２
０の送り動作も解除されるため、切換え時に駆動軸１１
を停止させな（でもよい。この場合、モータ１５は常時
回転され続けるため、一定回転を正確に維持すればよい
、回転数制御が容易であるとともに、回転の再開時等の
回転安定待ち時間が不要となり、送り動作の切換えをス
ピーデイに行うことができる。また、各摩擦ローラ２３
．２４は駆動軸１１に摩擦接触するものであるため、一
定回転している駆動軸１１と接触する際には適宜スリッ
プして衝撃的な動作を緩和でき、テーブル２０に与える
ショックや各構造部分にかかる無理な力を低く抑えるこ
とができる。

さらに、摩擦送り機構１が適用される相対移動する二部
材はヘッド１０およびテーブル２０に限らず、例えば工
作機械のコラムとヘッド等であってもよく、本発明は多
様な送り動作部分に適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の摩擦送り機構によれば
、複数の送りピッチの切換えを正確かつ簡単に行えると
ともに、構ｊｈを簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側面図、第２図は前記
実施例の上面図、第３図および第４回は本発明のそれぞ
れ異なる実施例を示す断面図である。 １・・・摩擦送り機構、２・・・案内機構、ｔｏ、　２
０・・・相対移動する二部材であるベツドおよびテーブ
ル、１１・・・駆動軸、２１．２２．３１．３２・・・
支持体、２３．２４゜３３、３４・・・摩擦ローラ、２
５．２６．３５・・・圧電素子、２７・・・操作装置、
２８．２９．３０・・・離接手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対移動可能な二部材の一方に回転する駆動軸を
   設け、他方の部材には各々前記駆動軸の周面に転動可能
   かつ互いに異なるリード角で傾斜配置された複数の摩擦
   ローラを設け、これらの摩擦ローラを各々独立した支持
   体に支持するとともに、各支持体には圧電素子の変位に
   より各摩擦ローラを駆動軸の周面に圧接可能な離接手段
   を設けたことを特徴とする摩擦送り機構。