JPH08184360A - 摩擦進退駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 接触方式の高剛性進退装置とできて、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装置とする。光デ
ィスクマスタリング装置等の精密機器に使用される。 【構成】 軸体１と、この軸体１を相対的に回転および
進退自在に貫通させた進退部品２とを備える。進退部品
２は、その本体３内に、軸体１に転接する樽形のローラ
４を周方向に並べて複数個設ける。これらローラ４は、
両端面でボール８を介して進退部品本体３と予圧板５と
の間に回転自在に支持する。進退部品本体３とローラ端
面の少なくとも一方、および予圧板５とローラ端面との
少なくとも一方は、ボール８が回転自在に嵌まる円すい
面状のボール支持凹部９でボール８の支持を行わせる。
また、予圧板５をローラ４側へ付勢すると共に円周方向
に付勢する弾性体６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軸体を回転させるこ
とにより進退部品を進退させる摩擦進退駆動装置に関
し、例えば、光ディスクマスタリング装置、半導体検査
装置等の精密装置の位置決めユニット等として使用され
る高精度で高剛性の安定送りが可能な摩擦進退駆動装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、回
転運動を直線運動に変換する装置としてボールねじが一
般に使用されており、また高精度の進退駆動装置として
エアスライド装置がある。これらはその特性に応じて使
い分けられているが、高度に精密性を要求される機器に
おいては、次のように各種の性能面で満足できる性能が
得られていない。 ａ）光ディスクマスタリング装置の位置決めユニットの
場合。 光ディスクの原盤をマスタリングするためには、極めて
速度むらが小さく、位置決め精度が高い送り機構が必要
である。このため、案内にはエアスライド装置、駆動を
ボイスコイル型リニアモータ、位置検出器としてレーザ
干渉式測長器を用いた完全非接触型閉ループ制御方式を
採用している。 ｂ）半導体検査装置等に用いられる位置決めユニットの
場合。 高倍率の電子顕微鏡で半導体のパターンを観察するため
の位置決めユニットであり、真空中で高精度に送りが行
え、かつ一旦位置決めが終了した後にワークを観察する
ために静止状態を保つことが必要である。このため、ボ
ールねじ駆動とし、ワーク観察時にはモータの振動の影
響を抑えるために電源をオフにしている。

【０００３】しかし、上記ａ）のエアスライド装置で
は、完全非接触であるために、滑りがなく、また駆動抵
抗がないために高精度が実現できる反面、リニアモータ
の駆動推力が小さく、また機械的接触がないために、外
乱振動に対して弱い。光ディスクマスタリング装置の場
合、この外乱による影響がトラックピッチむらとして現
れる。また、上記ｂ）の場合に、ボールねじは、溝形状
あるいはボール径の誤差により、駆動モータの駆動停止
時にトルクが抜ける方向に微動することがある。また、
ボールの差動滑り等による発熱の影響で位置ずれを起こ
したり、あるいは発熱したものが徐冷されるときに、上
記と同様の問題を起こすことがある。さらに、ボールの
循環部をボールを出入りするときに、「ごり感」と言わ
れているように、振動しながら軸方向に動くような速度
むらが生じる。

【０００４】上記の他の進退駆動装置としては、図４に
示す摩擦駆動式のものが提案され、半導体製造装置等に
実用されている。これは、軸体５１を貫通させた進退部
品５２の前後端に、各々複数の円筒ころ軸受５３を傾斜
して取付けたものであり、軸体５１を回転させること
で、軸体５１と傾斜した円筒ころ軸受５３との間で推力
が与えられる。なお、ころ軸受５３の押し付けには、調
整ねじや弾性体等の調整部品（図示せず）を用いてい
る。しかし、同図の摩擦進退駆動装置は、多数のころ軸
受５３やその調整部品が必要なために、部品点数が多く
て構造が複雑であり、また位置決め精度の面でも満足で
きる精度の追求は難しいと思われる。

【０００５】この発明は、上記の課題を解消するもの
で、接触方式の高剛性進退装置とできて、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摩擦進退駆動装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の摩擦進退駆動
装置は、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、進退部品は次の構成
とする。すなわち、進退部品本体内に、前記軸体に転接
する樽形のローラを前記軸体の周方向に並べて複数個設
け、これらローラは、両端面のローラ軸心部でボールを
介して進退部品本体と予圧板との間に回転自在に支持す
る。進退部品本体とローラ端面の少なくとも一方、およ
び前記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る。

【０００７】

【作用】各ローラは、円すい面状ボール支持凹部にボー
ルを介して支持され、弾性体により予圧板を介して軸体
の円周方向に予圧が掛けられているため、軸体に対して
ローラ軸心が若干傾いた姿勢で押し付けられる。そのた
め、軸体を回転させると、ローラはその傾斜角度に相当
するリード角を持って回転することになり、その押し付
け部の摩擦力のために、進退部品が軸方向に移動する。
なお、進退部品は、適宜の案内により、軸体と平行に進
退自在なように支持し、軸体に対する回転止め状態で使
用する。このように摩擦接触で駆動されるが、ボールね
じの循環部のような接触圧の変化部分がなく、一定状態
で接するため、速度むらがない。また、ボールと円すい
面状ボール支持凹部を介してローラを押し付けるため、
予圧板が軸体の軸心に対する自由度を持つ。そのため、
進退部品の案内と軸体とのミスアライメントがあっても
吸収できる。また、軸体とローラは単純形状をしてお
り、精度を出し易いため、ボールねじのように駆動源の
出力停止時に微動することがない。ローラおよびボール
支持凹部等のローラ支持部分が摩耗しても、弾性体によ
る予圧により、予圧抜けの問題は発生しない。さらに、
ローラの差動滑りがないため、ボールねじに比べて発熱
が小さい。

【０００８】

【実施例】この発明の一実施例を図１ないし図３と共に
説明する。図１は図２のＩ−Ｉ線断面図である。この摩
擦進退駆動装置は、円形断面の軸体１と、この軸体１を
貫通させた進退部品２とでなる。進退部品２は、進退部
品本体３内に、軸体１の外周面に各々転接する複数のロ
ーラ４と、予圧板５と、予圧用の弾性体６とを設けて構
成される。進退部品本体３は、中心部に軸体１が貫通す
る遊嵌孔を各々有する円形の固定板３ａと対抗板３ｂと
の間に円筒状の周壁部材３ｃを組付けた丸形の箱状に形
成される。固定板３ａには周壁部材３ｃから突出するフ
ランジ部分に、進退部品２を可動テーブル等の被駆動体
に取付ける取付孔７が設けてある。周壁部材３ｃは、固
定板３ａと対抗板３ｂの外周に形成された外向き段面３
ａａ，３ｂａに各々嵌合させ、ビス１０で対抗板３ｂに
固定してある。周壁部材３ｃの内径面の周方向複数箇所
には、各ローラ４が各々遊嵌する円弧状断面の軸方向溝
からなるローラ遊嵌凹部１１が形成されている。

【０００９】ローラ４は、外形面を球面状のクラウニン
グ形状とした樽形ものであり、両端面の軸心部に、鋼球
等のボール８，８を一部嵌め込み状態に設けてある。ボ
ール８，８のローラ端面から突出した部分は、固定板３
ａおよび対抗板３ｂに各々形成された円すい面状のボー
ル支持凹部９，９に嵌まって支持される。ローラ４に形
成されたボール嵌込み凹部１２は円柱孔状としてある
が、任意の孔形状で良い。また、ボール８は、ローラ４
のボール嵌込み凹部１２内に圧入状態に固定している
が、この凹部１２内で回転自在としても良い。なお、円
すい面状のボール支持凹部９は、固定板３ａおよび予圧
板３ｂ側に設ける代わりに、ローラ４に設け、固定板３
ａおよび予圧板３ｂにボール嵌込み凹部１２を設けても
良い。

【００１０】予圧用の弾性体６は、予圧板５をローラ４
側に付勢する軸方向予圧用弾性体６Ａと、予圧板５を円
周方向に付勢する円周方向予圧用弾性体６Ｂとでなる。
軸方向予圧用弾性体６Ａおよび円周方向予圧用弾性体６
Ｂは各々圧縮コイルばねからなり、これら弾性体６Ａ，
６Ｂは、各々軸体１の円周方向の複数箇所に設けてあ
る。軸方向予圧用弾性体６Ａは、進退部品本体３の対抗
板３ｂに貫通して設けた軸方向孔１３と、予圧板５に設
けた底付きの軸方向孔１４とに渡って挿入し、前記軸方
向孔１３の雌ねじ部に螺合したねじ部材１５で抜け止め
してある。円周方向予圧用弾性体６Ｂは、図２のよう
に、進退部品本体３の周壁部材３ｃに貫通して設けた斜
め方向孔１６と、予圧板５に設けた底付きの斜め方向孔
１７とに渡って挿入し、前記斜め方向孔１６の雌ねじ部
に螺合したねじ部材１８で抜け止めしてある。各斜め方
向孔１６，１７は、軸体１の半径方向に対して円周方向
へ互いに同じ向きに傾けてある。

【００１１】上記構成の作用を説明する。各ローラ４
は、円すい面状ボール支持凹部９にボール８を介して支
持され、弾性体６により予圧板５を介して軸体１の円周
方向に予圧が掛けられているため、図３に傾きを強調し
て示すように、軸体１の軸心Ｏに対してローラ軸心Ｌが
若干傾いた姿勢で押し付けられる。そのため、軸体１を
回転させると、ローラ４はその傾斜角度に相当するリー
ド角θを持って回転することになり、その押付け点Ｐで
生じる摩擦力のために、進退部品２が軸方向に移動す
る。換言すれば、押付け点Ｐは、リード角θで軸体１の
外径面を螺旋状に移動することになる。なお、進退部品
２は、この進退部品２を取付けた被駆動体を介して、ガ
イド軸やガイドレール等の適宜の案内により、軸体１と
平行に進退自在なように支持し、軸体１に対する回転止
め状態で使用する。

【００１２】この摩擦進退駆動装置は、このように摩擦
接触で駆動されるが、ボールねじの循環部のような接触
圧の変化部分がなく、一定状態で接するため、速度むら
がない。また、ボール８と円すい面状ボール支持凹部９
を介してローラ４を押し付けるため、予圧板５が軸体２
の軸心Ｏに対する自由度を持つ。そのため、進退部品２
の案内と軸体１とのミスアライメントがあっても吸収で
きる。また、軸体１とローラ４は単純形状をしており、
精度を出し易いため、ボールねじのように駆動源の出力
停止時に微動することがない。ローラ４およびボール支
持凹部９等のローラ支持部分が摩耗しても、弾性体６に
よる予圧のため、予圧抜けの問題は発生しない。軸方向
のバックラッシも、零に近い。さらに、ローラ４の差動
滑りがないため、ボールねじに比べて発熱が小さい。

【００１３】上記のようにミスアライメントが吸収でき
ることは、光ディスクマスタリング装置の位置決めユニ
ットとして使用した場合に効果的であり、また前記の出
力停止時の微動がないことや発熱が少ないことは、半導
体検査装置の位置決めユニットに使用した場合に効果的
である。また、この摩擦進退駆動装置は、ローラ４を軸
体１の軸方向につき１か所に設ければ良いため、部品点
数が少なく、構造が簡単で、安価に製造できる。

【００１４】なお、前記実施例では軸方向予圧用弾性体
６Ａと円周方向予圧用弾性体６Ｂとを設けたが、一つの
弾性体で軸方向と円周方向の両方向に付勢するようにし
ても良い。また、予圧用の弾性体は板ばねやゴム状弾性
体であっても良い。

【００１５】

【発明の効果】この発明の摩擦進退駆動装置は、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、進退部品の本体内に、前記軸体に
転接する樽形のローラを前記軸体の周方向に並べて複数
個設け、これらローラを円すい面状のボール支持凹部と
ボールとを介して進退部品本体と予圧板との間に支持
し、前記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たため、接触方式の高剛性進退装
置とできて、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。しかも、発熱も少なく、軸体と案内のミスアライメ
ントの吸収も行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の破断側面図である。

【図２】図１のII-II 線断面図である。

【図３】作用説明図である。

【図４】従来例の正面図および側面図である。

【符号の説明】

１…軸体、２…進退部品、３…進退部品本体、３ａ…固
定板、４…ローラ、５…予圧板、６…弾性体、６Ａ…軸
方向予圧用弾性体、６Ｂ…円周方向予圧用弾性体、８…
ボール、９…ボール支持凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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た摩擦進退駆動
   装置であって、前記進退部品の本体内に、前記軸体に転
   接する樽形のローラを前記軸体の周方向に並べて複数個
   設け、これらローラを両端面のローラ軸心部でボールを
   介して進退部品本体と予圧板との間に回転自在に支持
   し、前記進退部品本体とローラ端面の少なくとも一方、
   および前記予圧板とローラ端面との少なくとも一方は、
   前記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、前記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た摩擦
   進退駆動装置。