JPS62199334A - 工作機械のテ−ブルの親ねじ送り装置 - 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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は、球面、非球面の超精密部品の加工分野（ナノ
テクノロジー分野）に最適な工作機械のテーブルの親ね
じ送り装置に関するものである。

（ロ）従来の技術 従来の電子計算機数値制御工作機械（ＣＮＣ旋盤）のテ
ーブルの送り装置は、その−例として第４図に略示する
ように、数値制御されるサーボモータ１の回転によシ歯
車装置２を介して軸受３．４に軸支される親ねじ軸５を
回転し、親ねじに螺合するめねじナツト６を往復駆動し
てテーブル７を矢印下方向に往復動するようになってお
シ、制御装置として親ねじ軸５にはバルスコーダ８が取
り付けられている。

電子計算機数値制御指令（ＣＮＣ指令）とテ・−プル送
シ量とのフィードバック方式のあシ方は、テーブルの送
９ｔそのものをレーザ干渉装置を使用して検出し、それ
を電子計算機数値制御に帰えすクローズトループ方式と
、テーブル送シの親ねじの回転角疲をパルスコーダで検
出してそれを電子計算機数値制御に帰えすセミクローズ
トループ方式がある。

一般的には、テーブルそのものの動き量を検出するクロ
ーズトループ方式は、伝動要素の歯車、親ねじ軸受や親
ねじ等の誤差を含まないため有利な方法である。しかし
、サーボ系の振動が直接的に動きに影響して加工面の鏡
面度を阻害する働きもあシ、また、テーブル送シの案内
面の隙間が原因で発生する真直度誤差による影響はこれ
を補正するものではないので、この方法が超精密加工機
での決め手とはならないし、さらに、この方法は機械の
生産コストが高いだけでなく、機械の設置条件、すなわ
ち、温度、湿度、空気の流れ振動等の影響を受けると大
きな誤差を発生することになるためこれらを厳しく制限
される結果、運転コストの面でも高くなシ問題を残すこ
とになる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は、パルスコーダによるフィードバック方式のセ
ミクローズトループ方式を採用し、歯車、親ねじのジャ
ーナル軸受、親ねじ、めねじナツト等の伝動要素の誤差
をなくすための改善や隙間の極く小さい案内面を形成す
ることにより、プラスチックレンズやレーザミラーなど
の球面、非球面加工において、鏡面加工、加工品の形状
精度、寸法精度を向上させた工作機械のテーブルの親ね
じ送シ装置を提供することを目的とする。

に）問題点を解決するための手段 本発明の工作機械のテーブルの親ねじ送シ装置は、ハウ
ジングとボールベアリングとの間において、ベアリング
リテーナとボールベアリングとの間に、親ねじ軸に生ず
る軸方向の推力を吸収し、ベアリングリテーナとスラス
トプツシ−間の接触圧力を一定に保つとともにラジアル
方向の負荷に対してボールベアリングに予圧を与える皿
ばねを介在した軸受により、親ねじ軸を軸支した構成と
、軸方向断面で二つ割りとしためねじナットを親ねじに
螺合した構成とを特徴とし、皿ばねによりて、親ねじ軸
に生ずるラジアルモーシ冒ンやスラストプツシ嘗ンに起
因する加工誤差をなくすとともに、二つ割りナツトと親
ねじの螺合によって、ねじのバックラッシュに起因する
加工誤差をなくすことができ、テーブルの精密な送シを
することができる。

（ホ）実施例 本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図はジャーナル軸受の断面図である。

第２図（ａ）、　（ｂ）およびｔｅｌは二つ割りめねじ
ナツトを示し、第２図（ａＪはその側面図、第２図（ｂ
）はその正面図、第２図（ｃ）はその半裁正面図である
。第３図（、）および（ｂ）はおねじとめねじのはめあ
い状態図を示し、第３図（、）はバックラッシュあシの
状態、第３図（ｂ）はバックラッシェ零の状態である。

第４図は、テーブルの親ねじ送シ装置の概略説明図、第
５図はテーブルとめねじナツト部の拡大断面図である。

本発明は、ハウジング９とボールベアリング１０間にお
いて、ベアリングリテーナ１１とボールベアリング１０
との間に、親ねじ軸５に生ずる軸方向の推力を吸収し、
ベアリングリテーナ１１とスラストブツシュ１２間の接
触圧力を一定に保つとともにラジアル方向の負荷に対し
てボールベアリング１０に予圧を与える皿はね１３を介
在したジャーナル軸受３により、親ねじ軸５を軸支し、
軸方向断面で二つ割りとしためねじナット６を親ねじ５
ａに螺合して構成する。

二つ割、りめねじナツト６は、テーブル７にボルト１４
によシ固着された連結具１５の貫通孔１６に嵌合し、そ
のつば６ｄ、、６ｅを固定ボルト１７により連結具１５
に固定し、テーブル７、連結具１４、めねじナツト６を
一体として、めねじナツト６の往復動とともにテーブル
７が往復動するようになっている。

スラストプッシェ１２とベアリングリテーナ１１の間に
生ずる親ねじ回転中の接触圧力はボールベアリングｌＯ
を介して皿ばね１３で常時支配されておシ、テーブル移
動抵抗よりも大きいばね反力があれば移動方向の如何を
問わずスラストプツシ＋−１２とベアリングリテーナ１
１は常に接触を保つことになる。

また、テーブル移動中に切削抵抗等外力の変化が発生し
てスラストプツシ璽ンを起こす力が働いても皿ばね１３
に吸収されることになシスラストプツシ為１２とベアリ
ングリテーナ１１の間の接触状態に変化はない。

一方うジアルモーシ冒ンは、皿ばね１３のばね反力でボ
ールベアリング１０に予圧を与えているから、これを防
止することになる。

図面中、符号２２は締め付はナツト、２３はめねじナツ
トの親ねじ螺合孔、２４はめねじナツトのボルト孔、２
５は精密カップリングをそれぞれ示し、αはねじ山の角
度（３０°）である。

親ねじは回転中にラジアルモーションやスラストモーシ
ョンがあると、テーブル移動量は数値制御による指令値
と誤差を生ずることになシ、この誤差量が加工面に転写
されるので、これが加工面の形状誤差となる。

プラスチックレンズやレザーミラー等の超精密部品では
この形状誤差が０．３μｍ　も生ずるような親ねじ機構
では使用できないこともあるので、これらのモーシロン
を可能な限シ小さくする必要がある。

本発明の軸受によってこの誤差を０．１μｍ以下にする
ことができた。

超精密電子計算機数値制御旋盤（ＣＮＣ旋盤）に使用さ
れる親ねじは一般にボールねじとアク７ねじがある。

ボールねじは精度の高い物を生産することは可能である
が、ボールの循環の際軌道の出入口において微小なボー
ルの変形を伴うため、これがテーブル送シの円滑さを阻
害することとなり、加工面の凹凸現象が０．２〜０．３
μｍ程度あシ磨き等の後処理を必要とすることになる。

このため、本発明の実施例においては、アク７ねじを採
用するが、これは如何に注意深く製作しても曲り、ねじ
のよろめきやピッチ誤差等の精度を必要な０．１μｍ以
内にすることは不可能である。たとえば第３図（ＪＬ）
に示すように、おねじ５ｂの曲りがあるものとし、その
量を振れで９だけあるとすればおねじ５ｂの回転中のス
ラストプツシ鵞ンＥは最大値で、Ｅ　＝ｃ　−ｊａｎ１
５°　となる。

親ねじの曲シは一般に２〜３μｍ　くらいが普通である
ので、いま、）＝２μｍとすればＥ＋　０．５４　Ａｍ
となる。ｆ＝３μｍとすればＥ＝０．８４となる。

この数値は超精密加工機の条件として不合格である。ま
た、めねじ６ｃの製作の都合でバックラッシュＢは如何
に注意深く加工しても１〜２μｍがやっとである。さら
にねじのよろめきやピッチ誤差はそれぞれ０．３μｍ１
２μｍ程度の誤差のあるのは止むを得ないことであるが
、これらを本発明により解決した。

めねじナラ）６（６ｅ）を軸方向断面で二つ割Ｊ）６ａ
、６ｂとし、親ねじ５ａ（５ｂ）に対し、ラジアル方向
から締めるとバックラッシ３ＬＢが第３図（ｂ）に示す
ように零に近い状態となる。この状態のまま両者の間に
ラップ粉を入れ、相対運動によシ共シップすると、接触
圧力の大きい部分が磨耗するのでねじのはめあいにバッ
クラッシュを生ずるようになる。再びめねじ６Ｃをラジ
アル方向から締めこの作業を繰シ返すことによシねじの
よろめきやピッチ誤差が大幅に修正されることになる。

このようにめねじを軸方向断面で二つ割シとしておねじ
とめねじ両者の間の隙間を最小限にできるので運転状態
において親ねじの曲υも矯正されることになシ、前述の
親ねじの振れも殆んど零になるため、これに起因する誤
差がｏ、　ｉμｍ以下にでき超精密加工機としての必要
条件を満足できた。

親ねじの曲夛矯正による力は２　ｋｇｆ　　以下であり
、案内面の剛性が５０　ｋｇｆ／μｍ以上であることが
送り真直度を損うものではない。

工作機械の精度を向上するためには、本発明以外の構成
部分の精度も考慮する必要があることは当然であるが、
主軸（静圧空気軸受、−静圧油軸受採用）とテーブル送
りについて要求される条件の一例を述べると次のとおシ
である。

１、　主軸の回転精度が０．１μｍ以内であシ、かつ、
円滑なこと。

２、　主軸剛性は外力に対しラジアル、スラスト双方と
もに７　ｋｇｆ／ｐｒｎ以上であること。温度変化が小
さいこと。

３、　テーブル送りは指令に対する誤差が０．２μｍ以
内であること。

４、　テーブル送シの真直度は０．３μｍ以内であり、
かつ、円滑なこと。

５、　テーブル送りの案内面は隙間が小さく外力に対し
５０　ｋｇＣ／ｌｔｍ以上の剛性を有すること。

６、　テーブル送りの移動単位は０．１μＷ′パルス以
下のこと。

参考に案内面の仕上げ程度について、第６図を参照して
説明すると、従来、テーブル側７ａとベッド側７ｂの案
内面は、第６図（ａ）に示すように、両面ともきさげ加
工を施したが、この方法の場合は面形状のため当たり数
３０以上でも送シの円滑性には不具合を生じた。

第６図（ｂ）の場合は、きさげ加工と研削加工の場合を
示し、研削精度に支配され、案内面の真直度が不安定で
あった。第６図（ｃ）の場合は、きさげ加工と超仕上げ
加工の場合で、研削加工後セラミック定盤を基撫にして
超仕上加工を施している。案内面の隙間は０．８〜１μ
ｍとしてあり、この隙間に油膜を存在させである。この
ときの油膜強度は非常に太き（５０−１７μｍの剛性が
ある。

本発明に関して、理研超精密ＣＮＣ旋旋（ＵＰＬ−１）
Ｋついて、ｍ７図Ｖｃ示ｆｌｊＭ定装置遣を用いて実験
した結果、親ねじ曲シデータとして下記の測定値を得る
ことができた。

測定装置は親ねじ送シ装置本体１８にスラストモーシ目
ン検出Ｗ１９とラジアルモーシ四ン検出器２０を取り付
け、テーブル上面に固定し、親ねじ外周部に置いた非接
触式微少変位計（ＡＤＥマイクロセンサ）２１にこれら
の検出器をそれぞれ接続したもので、親ねじの曲シは、
親ねじ回転中の変位計２１の読みの最大差を測定する方
法【よシ知ることができる。

測定値 ラジアルモーション　　スラストモーシラン従来の旋旋
　　　　　３．２μｍ　　　０．３４μｍ＜本発明によ
る旋旋　　０．１１μｍ　　　０．０４μｍラジアルモ
ーシ１ンはめねじナツトを二つ割シとすることにより、
また、スラストモーシ四ノは親ねじジャーナル軸受の発
明によりこの好結果を得ることができた。

（へ）発明の効果 本発明は、上記のような構成であって、伝動要素の改善
や隙間の極く小さな案内面とすることで、クローズトル
ープ方式の問題点を解決したもので、プラスチックの球
面、非球面レンズやその金型、金属性非球面レーザミラ
ー等を切削するのみで、鏡面が得られ磨き等の後処理を
必要とせず、磨きによる形状精度の阻害や余分な工８を
省くことができる画期的なＣＮＣ超精密旋盤を構成する
ことができ、加工技術に大きな貢献をすることができる
。ボラゾンバイト、単結晶ダイヤモンドバイトなどバイ
トの品質が良好になれば加工精度はさらに向上する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はジャ−ナル軸受
の断面図、第２図（ａ）は二つ割多めねじ１ツトの側面
図、第２図（ｔ、ｌは第２図（ａ）の正面図、＠２図（
ｃ）は第２図（ａ）の半裁正面図、第３図（、）および
（ｂ）はおねじとめねじのはめあい状態図、第４図はテ
ーブルの親ねじ送り装置の概略説明図、第５図はテーブ
ルとめねじナツト部の拡大断面図、第６図（ｎ）、　（
ｂ）および（ｃ）は案内面の加工状態図、第７図は測定
装置の概略説明図をそれぞれ示す。 １・・・サーボモータ、２・・・歯車装置、３，４・・
・軸受、５・・・親ねじ軸、５ａ・・・親ねじ、５ｂ・
・・おねじ、６・・・めねじナツト、６ａ、６ｂ・・・
めねじナツトの二つ割り部分、６ｃ・・・めねじ、６ｄ
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウジングとボールベアリング間において、ベア
   リングリテーナとボールベアリングとの間に、親ねじ軸
   に生ずる軸方向の推力を吸収し、ベアリングリテーナと
   スラストブッシュ間の接触圧力を一定に保つとともにラ
   ジアル方向の負荷に対してボールベアリングに予圧を与
   える皿ばねを介在した軸受により、親ねじ軸を軸支した
   ことを特徴とする工作機械のテーブルの親ねじ送り装置
   。
2. （２）ハウジングとボールベアリング間において、ベア
   リングリテーナとボールベアリングとの間に、親ねじ軸
   に生ずる軸方向の推力を吸収し、ベアリングリテーナと
   スラストブッシュ間の接触圧力を一定に保つとともにラ
   ジアル方向の負荷に対してボールベアリングに予圧を与
   える皿ばねを介在した軸受により、親ねじ軸を軸支し、
   軸方向断面で二つ割りとしためねじナットを親ねじに螺
   合したことを特徴とする工作機械のテーブルの親ねじ送
   り装置。