WO1993009911A1 - Dispositif a vis de commande et systeme de commande de micro-mouvement a positionnement de precision - Google Patents

Description

明 細 書 送りねじ装置および精密位置決め微動送りシステム 技術分野

この発明は、 たとえば工作機械，ロボッ ト，測定装置等の、 精密な送り と位置決めを必要とする装置に多用される送りねじ装置、 および精密位 置決め微動送りシステムに関する。

近年、 半導体技術に代表されるように微細加工の高精度化の要求が 高まっている。 NC (数値制御） が開発されて以来、 位置制御により加工 精度は飛躍的に向上した。 このような位置制御を高精度にするために、 従 来は工作機械の剛性を上げることに力がそそがれてきた。

たとえば、 工作機械の直線案内装置に用いられるねじ送り装置にあ つては、 ナツ 卜と送りねじ軸間に介在されるボールに適切な予圧を付与 してその剛性を高め、 軸方向隙間をゼロにして軸方向荷重に対する弾性 変形量を小さく して位置決め精度を向上させている。

しカヽし、 工作機械の剛性を高めるといっても自ずと限界があり、 近 年の微細加工に要求される加工精度を得るのが困難になってきている。

一方、 機械加工においては、 力を測って機械， 工具， ワークの変形 量等を知り、 それによつてワークの加工精度のみならず、 ツールの形状 変化や異常検出、 外乱への対処、 さらには過大な力がワークあるいはツー ルにかかることの回避、 加工能率等を考慮することも必要になる。 力を モニタすると加工の状態を的確に把握できる。

自動化の技術が進んだ今日では、 工作機械や加工システムの無人化 や省力化はかなり進んでいるものの、 2 4時間完全無人化運転を実際に 行っているシステムはなかなか見当たらない。 その原因は、 実際の加工での予期せぬ工具の折損、 あるいは周囲環 境の変化により設定した条件とは異なったことが起きた時に、 それを検 出する有効な手段がないために対処できないからである。 また、 熟練加 ェ者が、 経験から加工時のワークに与えている力を判断し、 微妙に調整 して、 安全にそして精密に加工する技術が現行の工作機械に用いられる 送りねじ装置には欠落しているためである。

そこで、 従来の位置制御に欠けていた加工の重要な要素である力を 検出し、 力情報をフィードバックして工作機械を制御する必要性が生じ てきており、 高精度に軸力を検出する軸力検出センサを組み合わせた送 りねじ装置の開発が要請されている。 また、 従来から、 半導体産業ゃバ ィォ産業でより高密度で高精度の送り装置が要求されているが、 一般の 工作機械の加工精度でもミクロン単位の高精度化が望まれるようになり つつある。

従来の精密位置決めを行う場合の送り装置としては、 ボールねじ装 置が多用されている。 すなわち、 ねじ軸をパルスモータによって回転駆 動することにより、 ねじ軸に螺合したナツ トを直線運動させて、 ナツ ト に取りつけたテーブルの送りを制御するようになっている。

しかし、 従来のボールねじ装置の分解能は、 ねじ軸のリードとねじ 軸を回転させるモータの分解能 （パルス数/回転数） に依存し、 送り装 置の分解能を高めるためには小リ一ドのボールねじ、 高分解能のモータ が必要となる。

ところが、 ねじ軸のリ一ドを小さくする程加工誤差の影響が大きく なり、 リードを小さくすることが困難である。 また、 モータを高分解能 にするには、 エンコーダの高精度化と高分解能化が必要となる。 しかし、 エンコーダの高精度， 高分解能化を図るためには、 エンコーダのスリツ トを機械的により細かく切る必要があり、 加工精度上の限界がある。 また、 分解能を高めるために、 ハーモニックギヤを用いて駆動を制 御したり、 電気的に制御電流をより細かく区分して制御するマイクロス テツプ方式等もあるが、 ミ クロン， サブミ クロン単位の分解能が限界で めつ ₀

さらに、 電気的に高分解能化を図るためには高い発信周波数の指令 装置が必要となるという問題もあった。

—方、 ナノメータ単位の位置決めを行うために、 圧電素子， 電歪素 子等の微小変位手段を用いた送り装置も知られているが、 圧電素子等の 最大変位幅は非常に小さいので、 ス トロークが極端に短いという大きな 問題があった。

そこで、 微小変位手段のス トロークを長くするために、 インチヮー ム （尺取虫） 機構と呼ばれる送り装置が考え出され、 このようなインチ ワーム機構 1 1 0 0を用いた微動テーブル 1 1 0 1をボールねじ装置 1 1 0 2 を用いた粗動テーブル 1 1 0 3の上に組み付け、 粗動の位置決めをボ一 ルねじ装置 1 1 0 2で行い、 精密な位置決めをィンチワーム機構 1 1 0 0 で行う装置も提案されている （図 4 0 ( a ) 参照） 。

ィンチワーム機構 1 1 0 0とは、 図 4 0 ( b ) に示すように、 シ ャフ ト 1 1 0 4に嵌合される第 1 , 第 2， 第 3圧電シリ ンダ 1 1 0 5 , 1 1 0 6， 1 1 0 7から構成される。 そして、 第 1圧電シリ ンダ 1 1 0 5 に電圧を印加してシャフ ト 1 1 0 4にクランプした状態で第 2圧電シリ ンダ 1 1 0 6を伸長させ、 所定長さだけ第 3圧電シリ ンダ 1 1 0 7を図 中右側に送る。 次に第 1圧電シリ ンダ 1 1 0 5を自由状態にしてクラン プを解除し、 第 3圧電シリ ンダ 1 1 0 7に所定の電圧を印加してシャフ ト 1 1 0 4にクランプし、 第 2圧電シリ ンダ 1 1 0 6を収縮させて第 1 圧電シリ ンダ 1 1 0 5を図中右側に送る。 このように、 各第 1 , 第 2， 第 3圧電シリ ンダ 1 1 0 5 , 1 1 0 6 , 1 1 0 7を繰り返して動作させ ることにより直線方向に移動させるようにしたものである。

し力、し、 このような送り装置は、 ィンチワーム機構 1 1 0 0の微動 テーブル 1 1 0 Iをボールねじ装置 1 1 0 2を用いた粗動テーブル 1 1 0 3 の上に組み付けるために、 微動及び粗動テーブル 1 1 0 1， 1 1 0 3の 組み付けが困難である。

また、 ボールねじ装置 1 1 0 2の粗動テーブル 1 I 0 3の上にイン チワーム機構 1 1 0 0の微動テーブル 1 I 0 1を載せる構成なので、 装 置の背が高くなりコンパクトにできない。 このような問題は、 多軸のテー ブルを構成すると致命的となる。

さらに、 インチワーム機構 1 1 0 0の微動テーブル 1 1 0 1は第 1 , 第 3圧電シリンダ 1 1 0 5 , 1 1 0 7のクランプによって軸方向の位置 を支えるため、 軸方向に大きな荷重が受けられず、 また装置の背が高く なるのでモーメン卜荷重に対しても弱いという問題があった。

一方、 精密位置決めに関連して、 従来の送り装置では、 位置決めの 際に徼小振動が発生するという問題があった。 これは、 高速で位置決め した場合に、 テーブル等が慣性力により微小振動を起こす現象である。 このような微小振動が発生すると、 テーブルの位置決め完了時間が長く なり、 応答性が悪いという問題が生じる。 また、 従来から、 送りねじ装置で高精度に位置決めを行う場合には、 送りねじ装置に予圧を与えることにより、 軸方向隙間をゼロにすると共 に、 剛性を高めて軸方向荷重に対する弾性変位量を小さく している。

このような予圧を与える方法として、 ねじ軸に螺合した二個のナツ トの間に間座を挿入して予圧を与える方式のものがある。

しかし、 このような間座予圧方式の送りねじ装置では、 ねじ等の摩 耗， ねじのリードの加工誤差あるいは温度変化によって予圧状態に変化 が生じてしまうという問題があった。

そこで、 従来から、 間座を軸方向に伸縮させてナツ 卜間の間隔を変 化させ、 予圧を調整可能とした送りねじ装置が、 たとえば特開昭 6 1 - 6 5 9 5 8号公報等において提案されている。

これは、 予圧状態の変化によりねじ軸のトルク変動が生じることに 着目したもので、 ねじ軸に作用する トルクを検出し、 所定のトルクとな るように間座を所定量だけ伸縮させて予圧を調整し、 適正な トルクを得 るようにしたものである。

また、 この他に、 送りねじ装置の回転初期の起動トルクが定常トル クに比べて高いことに着目し、 回転数に応じて間座を伸縮させて予圧を 調整するものも提案されている （特開昭 6 4 - 6 4 7 4 7号公報参照） 。

しかし、 従来の間座予圧方式では、 両ナツ 卜が相対回転すると予圧 が変化するために、 両ナツ 卜の送りねじ軸方向の相対変位を許容しつつ 相対回転を規制するための回り止め手段を設ける必要がある。 この従来 の回り止め手段としては、 次のようなものがある。

① 両ナツ 卜の外面に設けられた軸方向のキー溝に平行キーを嵌合 して回り止めを図るもの

② 両ナツ 卜の外形断面を円形以外の形状とし、 両ナツ 卜の外形に合 わせて形成したスリーブを設け、 このスリーブを両ナツ 卜に被せた後、 —方のナツ トに固定して回り止めを図るもの

し力、し、 これらのキーやスリーブ等の回り止め手段は、 各ナツ ト間 にガタが生じないように嵌め込んであるので、 摩擦抵抗が大きく、 間座 の厚さを調整する際に摩擦抵抗以上の力が加わるまでナツ 卜が動き出さ ないいわゆる不感帯が生じ、 予圧調整の感度が悪く作動不良を起こすと いう問題があった。

—方、 従来の間座予圧方式のものは、 いずれも、 送りねじ軸の予圧 状態を直接検出するものではなく、 トルク変化により間接的に予圧状態 を推測しているにすぎず、 予圧状態を正確に知ることができなかった。

そのため、 予圧を調整するべく間座を軸方向に伸縮させたとしても、 実際に間座が正確に動作しているがどうかが不明であり、 また変化させ た予圧量を正確に検出できないことから予圧を正確に制御することがで きなかった。 本発明は上記したこれらの従来技術の課題を解決するためになされ たもので、 その目的とするところは、 送りねじ装置の力の伝達される部 分に弾性部材を配置することによって、 伝達される力を所定の大きさに 保ったり、 弾性部材の変形量から得られるカを検知したり、 逆に力を加 えることによって変位を発生させたりし得るねじ送り装置を提供するこ とにある。

具体的には、 機械内部に生ずる力および外部から加わる力を所定の 大きさに保ったり、 軸方向の力を高精度に検出して力の情報をモニタし 得る送りねじ装置を提供することにある。

また、 超精密な分解能で送り可能で、 しかもコンパク 卜な構成でス ト ロークを大きくとり得る精密位置決め微動送り可能なねじ送り装置およ びシステムを実現することにある。

さらに、 微小振動の問題を解消して、 位置決め完了時間を大幅に短 縮し得る精密位置決め微動送り可能なねじ送り装置およびシステムを提 供することにある。

また、 ナツ ト自体に軸方向に伸縮する部分を設けることにより予圧 調整の感度が高く、 作動を安定させ得る送りねじ装置を提供することに あな。

また、 実際の予圧状態を直接検出して、 予圧をより正確に制御し得 る送りねじ装置を提供することにある。 発明の開示

上記目的を達成するために、 本発明にあっては、 固定部材と、 該固 定部材に回転自在に支持される送りねじ軸と、 該送りねじ軸に装着さ れるナツ 卜と、 を有し、 前記固定部材から軸およびナツ 卜を通って被 送り部材に力が伝達される送りねじ装置において、 当該送りねじ装置 の力が通る部分に軸方向に弾性変形可能な弾性部材を有することを特徴 とする。

このような構成とすれば、 力が作用すると力の大きさに応じて弾性部 材が弾性変形し、 機械内部に発生する力や外部から加わる力を所定の大 きさに調整することができ、 また弾性変形量から力の大きさが分かる。 また、 弾性部材にカを加えれば、 変位も発生させることができる。 弾性部材は軸方向に弾性変形可能でかつ回転方向および蚰と直交する 方向に剛な構成としたことを特徴とする。

弾性部材は軸方向に弾性変形可能な薄肉部を備えていることを特徴 とする。 弾性部材は、 送りねじ装置の力が通る部分の構造体の一部に 軸方向に弾性変形可能な部分を形成することによって構造体と一体構成 していることを特徵とする。

弾性部材は、 送りねじ装置の力が通る部分の構造体とは別体構成と し、 各構造体の間に接合したことを特徴とする。

弾性部材は固定部材， 送りねじ軸， ナッ トおよび被送り部材とナツ 卜の間に設けられていることを特徴とする。

弾性部材の弾性変形量を検出して力を検出する力検出手段を設けた ことを特徵とする。

また、 軸力検出手段は、 軸方向に弾性変形可能な弾性部材と、 該弾 性部材の釉方向荷重に応じて変化する変位、 力または歪みを電気信号に 変換して検出する変位または歪み検出手段と、 を具備してなることを特 徵とする。

軸力検出手段は、 ナツ 卜と被送り部材との間に設けてもよいし、 ナ ッ トを二つのナツ ト本体とナツ ト本体の間に介在される予圧付与用の間 座とから構成し、 該間座に力検出手段を設けるようにしてもよいし、 ま た送りねじ轴に設けてもよいし、 さらに、 送りねじ軸の固定部材の軸受 部位に設けてもよい。

弾性部材は、 舳方向に弾性変形可能でかつ回転方向に剛な構造とす ることが好適であり、 また、 軸方向に変位可能な薄肉部を備えているこ とが好ましい。

そして、 薄肉部に歪みゲージを貼着することが好適である。

上記構成の力検出手段付きのねじ送り装置にあっては、 ナツ 卜と被 送り部材間等の力作用部に設けた軸力検出手段によって、 送りねじ装置 に実際に作用している釉力の変化を直接検出することができる。

また、 轴力の変化に応じて弾性変形する弾性部材の変位または歪み を検出することによって、 轴カを精密に検出することができる。

さらに、 弾性部材を舳方向に弾性変形可能でかつ回転方向の剛な構 造としておくことによって、 弾性部材を回り止めとして機能させること ができる。

薄肉部に歪みゲージを貼着する構成とすることにより、 軸力をより 感度よく検出することができる。

また、 弾性部材に変位発生手段を並列に配置して軸方向に伸縮させ る舳方向伸縮部を設けたことを特徵とする。 この軸方向伸縮部に被送り部材を取付け、 被送り部材の粗動送りを送 りねじ軸により行うと共に、 微動送りを軸方向伸縮部により行うことを 特徵とする。

軸方向伸縮部は、 軸方向に弾性変形可能でかつ回転方向には剛な弾 性部材と、 軸方向に伸縮可能な変位発生手段と、 ナツ ト部に対する微動 送り量を検出する微動送り量検出手段と、 を具備することが好適である。

そして、 微動送り量検出手段によって検出された検出値に基づいて 微小変位手段の伸縮量を制御することが好ましい。

変位発生手段は指令値を与えると該指令値に比例して軸方向に変位 する手段であり、 たとえば、 圧電素子または電歪素子， 流体圧や熱膨張 を利用して伸縮するァクチユエ一夕， ボイスコイル， 磁歪素子等を利用 した各種ァクチユエ一夕を用いることができる。

また、 被送り部材として可動テーブルを用いる場合、 ナツ 卜部に可 動テーブルを取付け、 可動テーブルを直線運動案内機構を介して移動自 在に案内保持し、 送りねじ軸を回転駆動手段によって回転させて粗動送 りを行うように構成することが好ましい。

また、 軸方向伸縮部を送りねじ軸に設けて、 固定部材の支持剛性を調 整可能としたことを特徵とする。

また、 固定部材は転がり軸受を介して送りねじ軸を回転自在に支持し ており、 転がり軸受の転動体の予圧を調整可能としてなることを特徴と する。

また、 転動体の予圧を調整することにより、 送りねじ装置全体の動剛 性を調整可能としてなることを特徴とする。

また、 軸方向伸縮部を固定部材に設けて送りねじ軸全体を位置調整可 能としたことを特徵とする。

、 本発明の精密位置決め微動送りシステムは、 送りねじ軸と、 この送 りねじ軸に螺合されるナツ 卜部と、 ナツ ト部に対して軸方向に伸縮可能 に設けられる変位発生手段を有する軸方向伸縮部と、 所定の粗動制御目 標信号に基づいて送りねじ軸を所定量回転駆動することによってナツ 卜 部を送りねじ釉に対して所定ストロークだけ粗動送りさせる回転駆動手 段と、 前記軸方向伸縮部による微動送り量を検出する微動送り量検出手 段と、 この微動送り量検出手段の出力と所定の微動制御目標信号とに基 づいて上記変位発生手段を駆動制御する微動制御装置と、 前記回転駆動 手段に粗動制御目標信号を、 前記変位発生手段に微動制御目標信号を与 える指令装置と、 を備えてなることを特徴とする。

送りねじ軸に対するナッ ト部の粗動送り量を検出する粗動送り量検 出手段と、 該粗動送り量検出手段の出力と所定の粗動制御目標信号とに 基づいて前記回転駆動手段を駆動制御する粗動制御装置とを備えた構成 とすることが好ましい。

また、 指令装置から微動制御装置へ出力される微動制御目標信号を ディジタル信号からアナログ信号に変換する変換器を設け、 前記回転駆 動手段の制御はディジタル信号にて行い、 軸方向伸縮部の制御はアナ口 グ信号にて行うことが好適である。

上記構成の精密位置決め徵動送り装置にあっては、 送りねじ軸を回転

IS動することによってナツ ト部を所定量だけ直線運動させ、 ナツ 卜部に 対して軸方向伸縮部を介して取付けられる移動部材の粗動送りを行う。 さらに、 軸方向伸縮部を駆動することによって被送り部材をナツ ト部に 対して微動送りし、 超精密な分解能の送りを可能にする。 このように、 軸方向伸縮部のストロークは短いス卜ロークであっても、 送りねじ軸と 軸方向伸縮部を組み合わせることにより、 長いストローク間を精密位置 決めを高分解に移動させることができる。

また、 軸方向伸縮部をナツ ト部に設けるために、 従来のようにテー ブルを積み重ねるタイプの装置に比べて、 はるかにコンパク 卜にできる。 さらに、 従来のィンチワーム機構のように軸をクランプして軸方向 の位置を支えるものではなく、 軸方向伸縮部および送りねじ軸によって 位置決め支持するので、 従来のィンチワーム機構に比べて大きな軸方向 荷重を受けることができ、 また装置構成の背も低くできるので、 モーメ ント荷重に対しても強くなる。

また、 位置決め時の微小振動は、 たとえば軸方向伸縮部に交流を印 加して振動を打ち消すように動作させることにより解消することができ、 位置決め完了に要する時間を大幅に短縮することができる。

本発明の精密位置決め微動送りシステムにあっては、 指令装置に粗 動および微動制御目標値を入力する。 そして、 指令装置から出力される 粗動制御目標信号に基づいて回転駆動手段によって送りねじ軸が回転す る。 この送りねじ軸の回転に伴ってナツ ト部が直線運動し、 ナツ 卜部と 一体的に移動する軸方向伸縮部を介して被送り部材が粗動送りされ、 所 定の粗動制御目標位置に位置決めされる。

また、 微動送り検出手段の出力と所定の微動制御目標信号とに基づ いて微動制御装置により、 軸方向伸縮部の微小変位手段が伸縮駆動され て、 移動部材が所定の微動制御目標位置に位置決めされる。

一方、 送りねじ軸に対するナツ ト部の粗動送り量を検出する粗動送 り量検出手段を設け、 この粗動送り量検出手段の出力と所定の粗動制御 目標信号とに基づいて回転駆動手段を駆動制御するようにすれば、 より 精密に位置決め制御することができる。

さらに、 指令装置から微動制御装置へ出力される微動制御目標信号 をディジタル信号からアナログ信号に変換する変換器を設け、 回転駆動 手段の制御をディジタル制御にて行い、 軸方向伸縮部の制御をアナログ 制御にて行えば、 アナログ制御とディジタル制御の指令系統を一つの指 令装置で可能となる。

また、 微動送り制御をアナログ制御で行うために、 指令装置に微動 制御用の高周波発信回路が不要となり、 回路構成を単純化できる。

この軸方向伸縮部は、 軸方向に変位可能でかつ回転方向に剛な弾性 部材と、 該弾性部材を軸方向に伸縮させる微小変位手段と、 から構成さ れ 。

ナッ ト部と軸方向伸縮部の弾性部材がー体構造となっていることが 好適であるが、 ナツ ト部と軸方向伸縮部の弹性部材が別体構造となって いてもよい。

また、 ナツ ト部とねじ軸間に付与された軸方向予圧を検出する予圧 検出手段を備えたことを特徵とする。

そして、 予圧検出手段の検出値に基づいて前記軸方向伸縮部の伸縮 量を制御して予圧を調整可能に構成してなることを特徵とする。

予圧検出手段としては、 ナツ ト部間の軸方向変位から予圧を検出す るようにしてもよいし、 軸方向伸縮部に加わる軸方向荷重から予圧を検 出するようにしてもよい。

ナツ ト部間の軸方向変位の検出は、 弾性部材の歪みから検出するこ とが好適である。

微小変位手段は、 たとえば、 圧電素子または電歪素子， 流体圧や熱 膨張を利用したァクチユエ一夕， ボイスコイルゃ磁歪素子を用いたァク チュエータ等、 要するに指令値を与えると指令値に対応して軸方向に変 位する各種微小変位手段を用いることができる。

上記構成の送りねじ装置にあっては、 ナツ ト部間に設けた軸方向伸 縮部を伸縮作動させることによって予圧を適切な値に調整する。

この軸方向伸縮部の弾性部材とナツ ト部を一体構造としておけば、 ナツ ト部と軸方向伸縮部の接合が不要であり、 接合部の接合誤差や接合 状態による予圧特性の変化がなく、 設計通りの特性を得ることができる。 また、 両ナッ ト部間の軸ずれや、 両ナッ ト部の軸同士が傾くようなこと も防止できる。

一方、 別体構造とすれば製作が容易である。

また、 軸方向伸縮部を弾性部材と微小変位手段とを組み合わせて構 成し、 弾性部材を軸方向に弾性変形可能で回転方向に剛な構成とするこ とにより、 ナツ ト部間の回り止めとして用いることができる。 したがつ て、 従来のように摩擦抵抗の大きいキー等が不要となり、 摩擦による不 感帯が無くなって予圧調整の際の応答性がよくなる。

さらに、 ナツ ト部間に予圧検出手段を設けることにより、 実際の予 圧を直接検出することができる。 また、 この検出値に基づいて軸方向伸 縮部を伸縮制御させれば、 常時ナツ ト部の予圧を適切に値に設定するこ とができる。

図面の簡単な説明

図 1 ( a ) は本発明の送りねじ装置の概念構成を示す図、 同図 （b ) は弾性部材のばね特性を示す図、 同図 （c ) は弾性部材の一例を示す断 面図、 同図 （d ) は弾性部材の平面図である。

図 2 ( a ) 〜 （） は弾性部材の変形例を示す図である。

図 3は本発明に係る軸力検出手段付き送りねじ装置の第 I実施例の 概念構成を示す図である。

図 4は本発明に係る軸力検出手段付き送りねじ装置の第 2実施例の 概念構成を示す図である。

図 5は本発明に係る軸力検出手段付き送りねじ装置の第 3実施例の 概念構成を示す図である。 図 6は本発明に係る軸力検出手段付き送りねじ装置の第 4実施例の 概念構成を示す図である。

図 7は本発明に係る軸力検出手段付き送りねじ装置の第 4実施例の 他の概念構成を示す図である。

図 8図は本発明の送りねじ装置の軸力検出手段の基本的な構成を模 式的に示す断面図である。

図 9 (a) 〜 （e) は、 第 3図の軸力検出手段の各種変形例を 示す概略断面図である。

図 1 0 (a) は軸力検出手段の弾性部材の一例を示す縦断面図、 同図 （b) 〜 （f) は弾性部材を構成する薄肉円環の各種変形例の 平面図、 同図 （g) , ( ) は弾性部材のさらに他の形状を示す新 面図である。

図 1 1 (a) は第 3図に示す第 1実施例をより具体化した断面図、 図 1 1 (b) , (c) は舳カ検出手段の拡大新面図である。

図 1 2は図 1 1の分割構成タイプの断面図である。

図 1 3は図 4に示す第 2実施例をより具体化した断面図である。 図 1 4は図 6に示す第 4実施例をより具体化した断面図である。 図 1 5 (a) は本発明の精密位置決め微動送り装置の概念構成を 示す図、 同図 （b) は同図 （a) の軸方向伸縮部の概念構成を示す 図、 同図 （c) , (d) は微小変位手段として流体圧ァクチユエ一 タを用いた例を示す軸方向伸縮部の構成図である。

図 I 6 (a) 〜 （e) は図 1 5の軸方向伸縮部の変位検出手段 の各種態様を示す構成図である。

図 1 7は本発明の精密位置決め微動送りシステムの構成図である。 図 1 8は本発明の精密位置決め微動送り装置をより具体化した実施 例を示すもので、 同図 （a) は全体縦断面図、 同図 （b) , (c) は同図 （a) の軸方向伸縮部の作動状態を説明するための要部断面 図である。

図 1 9 (a) 〜 （c) は第 1 8図の軸方向伸縮部の弾性部材の 各種変形例を示す平面図である。

図 20 (a) 〜 （c) は第 1 8図の軸方向伸縮部の弾性部材と 微小変位手段の各種配置例を示す図である。

図 2 1 (a) , (b) は第 1 8図の軸方向伸縮部の弾性部材の 変形例を示す要部断面図である。

図 22は本発明の精密位置決め微動送り装置の他の実施例を示すも ので、 同図 （a) は全体縦断面図、 同図 （b) は軸方向伸縮部の縦 断面図、 同図 （c) は軸方向伸縮部の弾性部材の変形状態を示す要部 拡大断面図である。

図 2 3 (a) は本発明の送りねじ装置の基本的な構成例を示す縦 断面図、 同図 （b) は引張り予圧状態を示す縦断面図、 同図 （ c ) は圧縮予圧状態を示す縦断面図である。

図 24 (a) は図 23の予圧検出手段として変位検出手段を用い た場合の軸方向伸縮部近傍の構成図、 同図 （b) は予圧検出手段とし て力検出手段を用いた場合の軸方向伸縮部近傍の構成図である。

図 25 (a) 〜 （g) は変位検出手段の各種態様を示す模式的 構成図である。

図 26 (a) は第 23図の軸方向伸縮部の基本構成を示す図、 同 図 （b) は座スリーブを用いた軸方向伸縮部の構成を示す図である。

図 2 7 (a) , (b) は軸方向伸縮部の微小変位手段として流 体圧シリンダを用いた場合の概略構成図である。

図 2 8 (a) , (b) は弾性部材の一例を示す要部断面図、 同 図 （c) 〜 （e) は弾性部材の平面図、 同図 （ f ) 〜 （h) は 弾性部材と微小変位手段の各種配置構成例を示す図、 同図 （ i ) ' ( J' ) は弾性部材の変形例を示す要部断面図である。

図 29 (a) は弓 ί張予圧， 変位検出方式の送りねじ装置の一例を 示す縦断面図、 同図 （b) , (c) は弾性部材の変形状態を示す要 部拡大断面図である。

図 30は図 29の装置の制御ブロック図である。

図 3 1は引張予圧， 変位検出方式の送りねじ装置の座スリーブを用 いた例を示す縦断面図である。

図 32は圧縮予圧， 変位検出方式の送りねじ装置の座スリーブを用 いた例を示す縦断面図である。

図 33 (a) は引張予圧， 力検出方式の送りねじ装置の一例を示 す縦断面図、 同図 （b) , (c) は軸方向伸縮部及び力検出手段の 変形状態を示す要部拡大断面図である。

図 34は圧縮予圧， 力検出方式の送りねじ装置の一例を示す縦断面 図である。 図 35は分割タイプの引張予圧， 変位検出方式の送り ねじ装置を示す縦断面図である。

図 36は分割タイプの引張予圧， 変位検出方式の送りねじ装置を示 す縦断面図である。

図 37は分割タイプの引張予圧， 変位検出方式の送りねじ装置を示す 縦断面図である。

図 38は分割タイプの弓 [張予圧， 力検出方式の送りねじ装置を示す縦 断面図である。

図 39は分割タイプの圧縮予圧， 力検出方式の送りねじ装置を示す 縱靳面図である。

図 40 (a) は従来の送り装置の概略斜視図、 同図 （b) は同 図 （a) のインチワーム機構の概略断面図である。 図 4 1は送りねじ軸に弾性部材を設ける場合の各種変形例を示す図で あ 発明を実施するための最良の形態

図 1 (a) は本発明の送りねじ装置の概念構成を示している。 すな わち、 この送りねじ装置 1は、 固定部材 2と、 この固定部材 2に回転自 在に支持される送りねじ軸 3と、 この送りねじ軸 3に装着されるナツ 卜 ' 4と、 ナッ ト 4に取り付けられる被送り部材 5とを有し、 固定部材 2か ら送りねじ軸 3およびナツ ト 4を通って被送り部材 5に力が伝達される。

そして、 この送りねじ装置の力が通る部位に軸方向に弾性変形可能 な弾性部材を設け、 弾性部材の変形状態から力を検出したり、 また弾性 部材をァクチユエ一夕によって弾性変形させることによって変位させる ようになっている。

この弾性部材は、 たとえば 1 00 [k g f ] で数 [ m] 程度の変 形をするもので、 ばね特性としては、 図 1 (b) に示すように荷重と変 位の関係が線形のものが好ましい。

弾性部材の設置箇所としては、 図中丸印で示すように、 固定部材 5， ナッ ト 4, 送りねじ軸 3またはナッ ト 4と被送り部材 5の間に配置する ことが可能である。

図 1 (c) (d) には、 弾性部材 6の一例を示している。 この弾性 部材 6は軸方向に対して直交する環状平板形状の薄肉部によって構成さ れぅ板ばねであり、 内外径端部が一対のリング部材 7， 8に一体的に連 結され、 軸方向に弾性変形可能で回転方向に剛な構造となっている。

図 2 (a) 〜 （d) には、 この弾性部材 6の平面形状を示すも ので、 各種形状の穴 9を開けた物である。

また、 弾性部材 6の形状としては、 図 1 (C) に示すような軸方 向に直交する環状平板形状である必要はなく、 たとえば、 同図 （g) に示すように軸方向と平行な薄肉円筒状としてもよく、 また同図 （h) に示すように軸方向に対して円錐状に傾斜する構造としてもよく、 要 するに軸方向に弾性変形可能であればよい。 次に、 本発明の力検出として軸力検出センサ付きの送りねじ装置に ついて説明する。

図 3, 図 4, 図 5, 図 6, 図 7は、 それぞれ本発明の第 1， 第 2, 第 3, 第 4実施例に係る舳カ検出センサ付き直線案内装置の概念的な構 成を示している。

これら第 1 , 第 2, 第 3, 第 4実施例は、 いずれも送りねじ装置の 基本的な構成が同一である。 すなわち、 送りねじ軸 1 0 1と、 この送り ねじ軸 1 0 1に多数ボール 1 02を介して装着されるナツ ト 1 03と、 このナッ ト 103に取り付けられる被送り部材としての可動テーブル 104 と、 を備えている。 送りねじ軸 1 0 1の両端は第 1, 第 2軸受台 1 05, 1 06に軸受としてのサポートベアリング 1 5 1, 1 6 1を介して回転 自在にかつ舳方向に固定状態に支持されており、 送りねじ軸 1 0 1の一 端、 この実施例では第 2軸受台 1 06側の端部が、 継ぎ手部 1 07を介 してモータ 1 08が作動連結されている。

そして、 この直線案内装置の軸力作用部 Tに軸力検出手段 1 1 0が 設けられている。 軸力は、 可動テーブル 1 04からナッ ト 1 03を介し て送りねじ轴に 1に伝達され、 送りねじ軸 101を支持する左右のサポー トベアリング 1 51, 16 1を介して第 1, 第 2軸受台 1 05， 1 06 に伝達される。 この軸力が作用する軸力作用部 Tの適宜箇所に軸力検出 手段が設けられる。

図 3の第 1実施例では、 軸力検出手段 1 1 0がナッ ト 1 03と可動 テーブル 1 0 4の間に介在されている。

また、 図 4の第 2実施例では、 ナッ ト 1 0 3が二つのナツ ト本体 1 3 1， 1 3 2と、 ナツ ト本体 1 3 1 , 1 3 2の間に介在される予圧付与用の間 座 1 3 3とから構成し、 この間座 1 3 3に軸力検出手段 1 1 0を設けた ものである。

図 5に示す第 3実施例では、 軸力検出手段 1 1 0を、 送りねじ軸 1 自体に設けたものである。

さらに、 図 6および図 7に示す第 4実施例では、 軸力検出手段 1 1 0 を送りねじ軸 1 0 3の左右のサポートベアリ ング部 1 5 1 ， 1 6 1に設 けたもので、 図 7は、 第 1軸受部 1 0 5のサポートベアリング部 1 5 1 に、 図 6は第 2サポートベアリング 1 6 1に設けたものである。

そして、 上記第 1 , 第 2， 第 3及び第 4実施例共に、 各軸力検出手 段 1 1 0により検出された電気信号は、 ストレインアンプ 4 0 1によつ て増幅され、 さらに A Z D変換器 4 0 2によってディジタル信号に変換 され、 軸力情報としてコントロール部 4 0 3で処理判断される。 そして、 コントロール部 4 0 3にコンピュータ等を用いて軸力情報を記憶し、 加 ェに関する経験的知識を活用することで、 加工状態をモデル化できると 共に、 予測， 予知が可能になり、 補正をかけることが可能となる。

すなわち、 送りねじ軸 4 0 1の軸方向の力を検出することにより、 ツールの形状変化と異常検出及びワークの形状認識、 さらに予め設定し た値以上の力がワークやツールにかかった時の対処が可能となる。 たと えばマシニングセンタの Z軸に、 この軸力検出手段付きの直線案内装置 を使った場合、 ドリル等にかかる加工反力を検出することにより ドリル の折損防止が可能になる。

また、 ワークに与える力を情報とすることにより、 加工力によるヮ一 クの変形のモデル化が可能になる。 図 8は、 軸力検出手段の基本的な構成を示す模式図である。 すなわ ち、 この軸力検出手段 1 1 0は、 軸方向に弾性変形可能な弾性部材 1 1 1 と、 この弾性部材 1 1 1の軸方向変位または歪みを電気信号に変換して 検出する検出手段 I 1 2と、 を具備しており、 弾性部材 1 I 1は互いに 同軸的に配置される固定環 1 1 3と可動環 1 1 4の間に介在され、 固定 環 1 1 3と可動環 1 1 4を連結するようになっている。 そして、 軸力の 変化に応じて弾性部材 1 1 1が弾性変形し、 この弾性部材 1 1 1の歪み や変位が検出手段 1 1 2によって電気信号に変換されて軸力が検出され る。

図 9 (a) 〜（e) には、 上記軸力検出手段 1 1 0の検出手段 1 1 2の 各種変形例が示されている。

図 9 (a) に示すものは、 検出手段として歪みゲージ等の抵抗式セン サ 1 1 2 aを用いて弾性部材 1 1 1の歪みを検出するようにしたもので める。

図 9 (b) に示すものは、 検出手段として圧電素子ゃ電歪素子等を用 いて変位を電圧変化として検出する電圧式センサ 1 1 2 bを用いて弾性 部材 1 1 Iの変位を検出するようにしたものである。

図 9 (c) に示すものは、 検出手段として差動卜ランスやうず電流セ ンサ等の電磁誘導式センサ 1 1 2 cを利用して弾性部材 1 1 1の変位を 検出するようにしたものである。

図 9 (d) に示すものは、 検出手段として静電容量式ギャップセンサ 1 1 2 dを用い弾性部材 1 1 1の変位を電気容量に変換して検出するよ うにしたものである。

図 9 (e) に示すものは、 検出手段として光り干渉方式の光ファイバ 式センサ 1 1 2 eを利用して弾性部材 1 1 1の変位を検出するようにし たものである。 この他、 図示例のものに限られず、 弾性部材 1 1 1の変位を検出す るための各種センサを用いることができる。

図 1 0には、 本発明の軸力検出手段 1 1 0の弾性部材 1 1 1 の各種 変形例を示している。

図 1 0 (a) に示す例では、 弾性部材 1 1 1 Aは軸方向に対して直交 する環状平板形状の薄肉部によって構成されう板ばねであり、 形状的に 軸方向に弾性変形可能で回転方向に剛な構造となっている。 そして、 変 位検出手段としては抵抗式センサ 1 1 2 aが用いられ、 この抵抗式セン サ 1 1 2 aはもつとも歪みの大きい固定環 1 1 3あるいは可動環 1 1 4 との接合部近傍に貼着されている。

図 1 0 (b) 〜（ί) には、 この弾性部材 1 1 1 Αの平面形状を示すも ので、 同図（b) に示すように環状平板形状としてもよく、 同図（c) 〜（f) に示すように各種形状の穴 1 1 1 Bを開けた形成としてもよい。

また、 弾性部材 1 1 1 Aの形状としては、 図 1 0 (a) に示すような 軸方向に直交する環状平板形状である必要はなく、 たとえば、 同図 （g) に示すように軸方向と平行な薄肉円筒状としてもよく、 また同図（h) に 示すように軸方向に対して円錐状に傾斜する構造としてもよく、 要する に軸方向に弾性変形可能であればよい。

図 1 1は、 図 1に示されるモデル構成をより具体化した直線案内装 置を示すものである。 この直線案内装置は基本的には図 3に示す装置と 同様の構成で、 軸力検出手段 1 1 0の弾性部材 1 1 1 Aの構成として図 1 0 (a) に示す薄肉の環状平板形状のものを用い、 ナツ 卜 1 0 3と一体 構造としたものである。

しかして、 図 1 1 (b) , (c) に示すように、 軸方向荷重に応じて弾 性部材 1 1 1 Aがたわみ、 このたわみ量に応じて抵抗式センサ 1 1 2 a の抵抗値が変化し、 この抵抗値変化によつて軸力を検出するようになつ ている。

この実施例では軸力検出手段 1 1 0をナッ ト 1 0 3と一体構造とし ているが、 図 1 2に示すように、 軸力検出手段 1 1 0を別体構造とする こともできる。

図示例では、 ナッ ト 1 0 3を可動テーブル 1 0 4の固定ハウジング 1 4 1の装着穴 1 4 1 a内周に挿入し、 取付けフランジ 1 3 4と固定ハ ウジング 1 4 1端面との間に軸力検出手段 1 1 0を介在させたものであ る o

そして、 軸力検出手段 1 1 0は、 固定環 1 1 3と、 この固定環 1 1 3 と同軸的に配置される可動環 1 1 4と、 固定環 1 1 3と可動環 1 1 4を 連結する軸方向に弾性変形可能な弾性部材 1 1 1 Aと、 この弾性部材 1 1 1 A に取り付けられる検出手段としての抵抗式センサ 1 1 2 aと、 から構成 されている。

この軸力検出手段 1 1 0は概略円筒形状で、 内部に他の部品が入るこ とが可能である。 また、 引っ張り， 圧縮の力を受けるので、 両端の部材 である固定環 1 1 3と可動環 1 1 4とねじとを結合する。 そして、 力を 受ける面が軸方向に対して垂直な 2つの平面を有する。

図 1 3は、 軸力検出手段 1 1 0をナッ ト 1 0 3の間座 1 1 6と組み 合わせた図 4に記載のタイプのより具体的な構成例である。

すなわち、 ナッ ト 1 0 3は、 ナツ ト本体部 1 3 1 , 1 3 2と、 この ナツ ト本体部 1 3 1 , 1 3 2の間に介在され間座 1 1 6と、 を備えてお り、 一方のナツ 卜本体部 I 3 1が固定ハウジング 1 1 4に固定されてい る。 間座 1 1 6は、 一方のナツ ト本体部 1 3 2に固定される固定環 1 1 3 と、 他方のナツト本体部 1 3 1に固定される可動環 1 1 4と、 固定環 1 1 3 と可動環 I 1 4を互いに連結する薄肉の弾性部材 1 1 1 Aと、 弾性部材 1 1 1 Aの軸方向変位または歪みを検出する上記した歪みゲージ等の抵 抗式センサ 1 1 2 aとから構成されている。

このようにすると、 送りねじ軸 1 0 1に作用する軸方向荷重はボー ル 1 0 2を介してナツ ト本体部 1 3 1 ， 1 3 2に伝達される。 一方のナ ッ ト本体部 1 3 1は固定ハウジング 1 4 1に固定されているので、 可動 側のナツ ト本体部 1 1 3 2が軸方向に変位し、 弾性部材 1 1 Aが弾性変 形する。 この弾性部材 1 1 1 Aの軸方向の歪みを抵抗式センサ 1 1 2 a にて検出することにより、 送りねじ軸 1 0 1に作用する軸力を検出する ことができる。

図 1 4は図 6の軸力検出手段を送りねじ軸を回転自在に保持するサポー トベアリング 5 1に組み合わせた例を示している。

このサポートベアリング 5 1はアンギユラコンタク 卜タイプのベア リングで、 軸力検出手段 1 0を介して軸受台 5に取り付けられている。 この軸力検出手段 1 0は、 サポートベアリング 1 5 1外周に嵌合するベ ァリングハウジング 1 5 2と軸受台 1 0 5とを連結する軸方向に弾性変 形可能でかつ円周方向に剛な扳ばね状の弾性部材 1 1 1 Aと、 この弾性 部材 1 1 1 Aに貼着された抵抗式センサ 1 1 2 aとから構成される。

このように、 軸力作用部に軸力検出手段を設けることによって、 直 線案内装置に実際に作用する軸力を直接検出することができる。

また、 軸力の変化に応じて弾性変形する弾性部材の変位または歪み を検出することによって、 軸力を高精度に検出することができる。

さらに、 送りねじ軸のように軸力と共にトルクが作用する場合には 回り止め手段が必ず必要であり、 弾性部材を回転方向に剛な形状にして 回り止め手段を兼ねることが有効である。

図 1 5 (a) は本発明の精密位置決め微動送り装置を工作機械等のテー ブル移送装置に適用した場合の概念構成を示している。

すなわち、 この精密位置決め微動送り装置 2 0 1は被送り部材とし ての可動テーブル 2 0 2を直線方向に移送するもので、 送りねじ軸 2 0 3 と、 この送りねじ軸 2 0 3にボール 2 0 4を介して螺合されるナツ ト部 2 0 5と、 このナツ 卜部 2 0 5に対して軸方向に伸縮可能な軸方向伸縮 部 2 0 6と、 を具備している。 軸方向伸縮部 2 0 6はナツ ト部 2 0 5の 一方の端面に一体的に設けられ、 この軸方向伸縮部 2 0 6に可動テープ ル 2 0 2が取りつけられている。

そして、 送りねじ軸 2 0 3の回転によってナツ ト部 2 0 5が軸方向 に所定量送られ、 テーブルは軸方向伸縮部 2 0 6を介してナツ 卜部 2 0 5 と一体的に移動して所定量粗動送りされる。 さらに、 軸方向伸縮部 6を 軸方向に伸縮させることによってテーブルの微動送りを行い精密な位置 決め行うようになっている。

図 1 5 (b) は舳方向伸縮部 6の概念的な構成を示している。 この軸 方向伸縮部 2 0 6は、 軸方向に弾性変形可能でかつ回転方向には剛な弾 性部材 2 0 7と、 軸方向に伸縮可能な圧電素子ゃ電歪素子等の微小変位 手段 2 0 8と、 軸方向伸縮部 2 0 6の軸方向の伸縮量、 すなわち微動送 り量を検出する微動送り量検出手段としての変位検出手段 2 0 9と、 を 具傭し、 変位検出手段 2 0 9によって検出された検出値に基づいて微小 変位手段 2 0 8のストロークを制御するようになっている。 - 微小変位手段としては、 圧電素子ゃ電歪素子の他に， 物体の熱膨張 を利用して伸縮させる熱ァクチユエ一夕や、 図 1 5 (c) , (d) に示すよ うな流体圧によって伸縮するァクチユエ一夕 2 0 8 a、 その他ボイスコ ィルゃ磁歪素子等、 要するに指令値に基づいて指令値に比例して伸縮す る各種ァクチユエ一夕を適用することができる。

また、 変位検出手段としては、 たとえば図 1 6 (a) に示すような歪 みゲージ等の抵抗式センサ 2 0 9 a、 同図（b) に示すような圧電素子を 用いて変位を電圧変化として検出するセンサ 2 0 9 b、 同図（c) に示す 装置 2 1 3に目標とする送り量が入力される。

この目標送り量に対応してモータ ドライバ 2 1 2に粗動制御目標と なる指令信号が出力され、 この指令信号に基づいて、 モータ 2 1 1が回 転駆動される。 このモータ 2 1 1の駆動によって送りねじ軸 2 0 3が回 転し、 送りねじ軸 2 0 3の回転に応じてナツ 卜部 2 0 5が直進し、 可動 テーブル 2 0 2が所定位置まで粗動送りされ停止する。

粗動送りの制御は、 粗動送り量検出手段としてのリニアスケール 2 1 0 を用いることにより、 可動テーブル 2 0 2の位置を常時モニタしながら モータ ドライバ 2 1 2にフィー ドバック し、 モータ ドライノく 2 1 2を粗 動制御手段として機能させて目標位置との偏差を補正するクローズドルー プ制御とすることもできる。

送りねじ軸 2 0 3の停止後、 軸方向伸縮部 2 0 6により可動テープ ル 2 0 2の微動送りを行う。 この微動送りは、 送りねじ軸 2 0 3による 粗動送りの分解能よりも精密な分解能で送るもので、 たとえば、 ミ クロ ン単位までの送りを粗動送りで行い、 ミ ク口ン単位以下の送りを軸方向 伸縮部 2 0 6で行うようになっている。

すなわち、 指令装置 2 1 3からの微動制御目標となる指令信号が D ZAコンバータ 2 1 6によりアナログ信号に変換されて微動制御装置 2 1 5 に入力される。 この指令信号に基づいて微小変位手段ドライバ 2 1 4に 駆動信号が出力され、 圧電素子等の微小変位手段 2 0 8が伸縮作動する。 この微小変位手段 2 0 8のストローク量は変位検出手段 2 0 9によって 常時検出されて微動制御装置 2 1 5にフィー ドバックされ、 可動テープ ル 2 0 2の位置が正確に決められる。 このように軸方向伸縮部 2 0 6を 用いることにより、 分解能はボールねじとは比較にならないナノメータ 単位の精密送りが可能になる。

また、 軸方向伸縮部 2 0 2は短いス トロークであっても、. 送りねじ — 25— ような差動トランスやうず電流センサ等の電磁誘導式センサ 2 0 9 c、 同図（d) に示すような静電容量式のセンサ、 同図（e) に示すような光フ アイバ等を用いた光干渉方式のセンサ 2 0 9 e等、 その他微小変位を検 出可能な種々のセンサを用いることができる。

図 I 7は本発明の精密位置決め微動送りシステムの制御構成を示し ている。

移送される可動テーブル 2 0 2は直線運動案内機構 2 1 7によって 直線方向に案内されるようになっており、 直線運動案内機構 2 1 7は、 軌道レール 2 1 7 aとこの軌道レール 2 1 7 aに転動体 2 1 7 bを介し て摺動自在に組み付けられる案内機構本体 2 1 7 cと、 から構成されて いる。

制御系は、 大別して送りねじ軸 2 0 3を駆動制御する粗動制御系と、 軸方向伸縮部 2 0 6を制御する教動制御系と、 から構成されている。

粗動制御系は、 可動テーブル 2 0 2の位置を検出するためのリニア スケール 2 1 0と、 送りねじ軸 2 0 3を回転駆動するための回転駆動手 段としてのモータ 2 1 Iと、 このモータ 2 1 1を駆動するためのモータ ドライバ 2 1 2と、 モータドライバ 2 1 2に粗動制御目標となる指令信 号を出力する指令装置 2 1 3と、 から構成されている。

—方、 微動制御系は、 微小変位手段 2 0 8を駆動するための微小変 位手段ドライバ 2 1 と、 微小変位手段 2 0 8の軸方向のストロークを 検出するための変位検出手段 2 0 9と、 この軸方向伸縮部 2 0 6の動き を制御するための微動制御装置 2 1 5と、 から構成されている。 この微 動制御装置 2 1 5には、 指令装置 2 1 3から微動制御目標としてのディ ジタルの指令信号が D /Aコンバータ 2 1 6を介してアナログ信号に変 換されて入力される。

上記構成の精密位置決め微動送りシステムにあっては、 まず、 指令 軸 2 0 3によって長いストローク間を高速に移動させることができる。 —方、 送りねじ軸 2 0 3のリードの加工誤差や温度変化による送り ねじ軸 2 0 3の熱膨張等によって、 入力された目標位置との間に誤差が あるものであるが、 この誤差を、 軸方向伸縮部 2 0 6を動作させること により補正し、 可動テーブル 2 0 2を正確に位置決めすることができる。

すなわち、 微動制御装置 2 1 5に予め送りねじ軸 2 0 3のリードの 加工誤差や温度変化による送りねじ軸 2 0 3の軸方向の熱膨張量等のデー タを入力し、 このデータと指令装置 2 1 3から入力された目標データか ら補正量を演算すればよい。 演算された補正量を微小変位手段ドライバ 2 1 4に入力し、 この補正量を目標値として圧電素子等の微小変位手段 2 0 8を駆動すれば、 可動テーブル 2 0 2を目標とする位置に精密に位 置決めすることができる。

また、 送りねじ軸 2 0 3の駆動モータ 2 1 1はパルスで制御し、 軸 方向伸縮部 2 0 6は別のアナログ指令値で制御する 2つの異なる制御系 で制御するために、 高分解能でありながら高周波発振の指令装置 2 1 3 でなくてもよく、 回路構成を簡略化でき有利である。

さらに、 精密位置決めに関連して位置決め時の微小振動の問題があ る。 これは高速で位置決めしても可動テーブル 2 0 2等が慣性力により 微小振動を起こす現象である。 このような微小振動の問題も、 軸方向伸 縮部 2 0 6を振動を打ち消すように動作させることにより解消でき、 位 置決め完了時間の大幅な短縮が可能となる。

図 1 8は本発明の精密位置決め微動送り装置のより具体的な実施例 を示すものである。

すなわち、 この実施例装置は、 送りねじ軸 2 3 2に螺合するナツ ト 部 2 2 5と、 軸方向伸縮部 2 2 6と、 可動テーブル 2 0 2が取付けられ るフランジ部 2 2 5 aと、 から構成されており、 ナッ ト部 2 2 5と軸方 向伸縮部 2 2 6とフランジ部 2 2 5 aとが一体構造となっている。 ナツ ト部 '2 5 1と送りねじ軸 2 0 3のねじ溝間には、 多数のボール 2 0 4が 転動自在に介装されている。

軸方向伸縮部 2 2 6は、 軸方向に弾性変形可能で回転方向に剛な弾 性部材 2 2 7と、 ナツ 卜部 2 2 5とフランジ部 2 2 5 aの対向面間に介 在される圧電素子等の微小変位手段 2 2 8と、 軸方向の変位を検出する 変位検出手段 2 2 9と、 から構成されている。

弾性部材 2 2 7は軸方向に対して直交する環状平板形状の薄肉部に よって構成される扳ばねで、 形状的に軸方向に弾性変形可能で回転方向 に剛な形状となっている。 弾性部材 2 2 7の外端はナツ 卜部 2 2 5に一 体的に接続され、 内端がフランジ部 2 2 5 aに一体的に接続されている。

そして、 変位検出手段 2 2 9としては歪みゲージが用いられて弾性 部材 2 2 7表面に貼着され、 変位に対応して弾性変形する弾性部材 2 2 7 の歪み量を検出することによって微動送り量を検出するようになってい る。 変位検出手段 2 2 9の貼着位置は、 図 1 8 (b) 及び (c) に示すよう に、 弾性部材 2 2 7のもっとも歪みの大きい部分、 この図示例では弾性 部材 2 2 7の接続端部近傍に貼着して感度を高めている。

弾性部材 2 2 7は、 図 1 9 (a) に示すような環状平板形状としても よく、 同図（b) , (c) に示すように、 適当な穴 2 2 7 aを設けた形状と してもよい。

また、 図 2 0 (a) 〜(c) には、 微小変位手段と弾性部材の配置構成 例を示している。

図 2 0 (a) は、 弾性部材 2 2 7と微小変位手段 2 2 8を共にリング 状に形成して同心的に配置した例である。

図 2 0 (b) は、 棒状の微小変位手段 2 2 8 aと、 リング状の弾性部 材 2 2 7を用いたもので、 棒状の微小変位手段 2 2 8 aを 3か所に配置 した例を示している。

図 2 0 (c) は、 棒状の微小変位手段 2 2 8 aを用いると共に、 弾性 部材 2 2 7 bを棒状の微小変位手段 2 2 8 aを避けるように円周方向に 分割したものである。

また、 弾性部材 2 2 7の形状としては、 上記したような軸方向に直 交する薄肉の環状平板形状である必要はなく、 たとえば、 図 2 1 (a) に 示すように軸方向に対して円錐状に傾斜する構造としてもよく、 また図 2 1 (b) に示すように軸方向と平行な薄肉円筒形状としてもよく、 要す るに軸方向に弾性変形可能で円周方向には剛な形状を選択すればよい。

以上の実施例はナッ ト部と軸方向伸縮部が一体構造となっている場 合を示.したが、 場合によっては、 図 2 2に示すように別体構成としても よい。

すなわち、 軸方向伸縮部 2 3 6は、 弾性部材 2 3 7と圧電素子等の 微小変位手段 2 3 8とが、 互いに平行に対向配置される環状の第 1， 第 2ホルダ 2 3 6 a , 2 3 6 bの間に介在されている。 弾性部材 2 3 7は、 図 1 8に示した実施例と同様に環状平板状の薄肉部により構成される板 ばねであり、 その内端が第 1ホルダ 2 3 6 aに接合され、 外端が第 2ホ ルダ 2 3 6 bに接合されて一体構造となっている。 また、 変位検出手段 2 3 9についても歪みゲージ等の抵抗式センサが用いられ、 弾性部材 2 3 7 の表面に貼着されている。

この実施例では微小変位手段 2 3 8として棒状のものが用いられ、 弾性部材 2 3 7を一部切り欠き、 この切り欠き穴 2 3 7 aに微小変位手 段 3 8を装着するようになっている。

そして、 この軸方向伸縮部 2 3 6をナツ ト部 2 3 5の外周側に組み つけ、 第 1ホルダ 2 3 6 aをナツ ト部 2 3 5のフランジ 2 3 5 aに接合 し、 第 2ホルダ 2 3 6 bをテーブル 2 0 2に取付けている。 別の観点からすると、 この軸方向伸縮部 2 3 6は略円筒形状で内部に 他の部品が入ることが可能であり、 引っ張り， 圧縮を受けるので、 両端 部材である第 I， 第 2ホルダ 2 3 6 a， 2 3 6 bとねじとを結合する。 そして、 力を受ける面が軸に対して垂直な 2平面により構成されている。

このような分割タイプの場合は、 軸方向伸縮部 2 3 6とナツト部 2 3 5 の接合部で誤差が生じるために調整を要し、 また特性も接合状態で変化 するきらいがある。 この点、 一体構造の場合は接合部がないために設計 通りの特性を得ることができ有利である。 ただ、 分割タイプの場合は比 較的作り易い利点があり、 一体とするか分割タイプとするかは必要に応 じて選択すればよい。

なお、 図 1 9に示した弾性部材の形状、 図 2 0に示す弾性部材と微 小変位手段の配置構成、 図 2 1に示す弾性部材の変形例等については、 すべてこの分割タイプ実施例に適用できることはもちろんである。

以上説明したように、 送りねじ軸とナツ 卜部によって粗動送りを行 うと共に軸方向伸縮部により微動送りをするようにしたので、 分解能が 高く、 しかもストロークの長い精密位置決め微動送り装置を実現できる。

また、 $ί方向伸縮部をナツ ト部に設けるために、 従来のようにテー ブルを積み重ねるタイプの装置に比べて、 はるかにコンパク 卜にできる。

さらに、 従来のインチワーム機構のように、 クランプによって軸方 向の位置を支えるものではなく、 微小変位手段および送りねじ軸によつ て位置決め支持するので、 軸方向の大きな荷重を受けることができ、 ま た装置構成も低くできるのでモーメント荷重に対しても強い精密位置決 め微動送り装置を実現できる。

さらにまた、 位置決め時の微小振動の問題については、 軸方向伸縮 部を振動を打ち消すように動作させることにより解決することができ、 短時間で位置決めを完了することができる。 一方、 本発明の精密位置決め微動送りシステムによれば、 精密位置 決め及び微動送りを迅速かつ確実に行うことができる。

また、 指令装置から微動制御装置へ出力される微動制御目標信号を ディジタル信号からアナログ信号に変換する変換器を設けておけば、 微 動制御と粗動制御をの指令系統を一つの指令装置で行うことができる。

さらに、 微動送り制御をアナログ制御で行えば、 指令装置に微動制 御用の高周波発信回路が不要となり、 回路構成を単純化でき、 低コス ト 化を図ることができる。

なお、 上記実施例では、 軸方向伸縮部をナツ 卜と可動テーブル間に設 けているが、 固定部材に図 1 4に示すような弾性部材 1 1 1 と並行に圧 電素子等のァクチユエ—タを配置して軸方向伸縮部を構成することがで き、 送りねじ軸全体の位置調整が可能であり、 被送り部材の微小変位を させることが可能である （図示せず） 。

図 2 3 (a) は本発明の予圧圧調整機構を備えた送りねじ装置の基本 的な構成を示している。 すなわち、 3 0 1は送りねじ装置全体を示すも ので、 ねじ軸 3 0 2と、 このねじ軸 2にボール 3 0 3を介して螺合され る第 1 , 第 2ナッ ト部 3 0 4 , 3 0 5と、 第 1 , 第 2ナッ ト部 3 0 4 , 3 0 5間に介在される軸方向伸縮部 3 0 6と、 を備えている。

この軸方向伸縮部 3 0 6は軸方向に伸縮可能で、 第 1 , 第 2ナッ ト 部 3 0 4 , 3 0 5間の間隔を可変制御することにより予圧調整を行うよ うになつている。 さらに、 第 1， 第 2ナッ ト部 3 0 4 , 3 0 5間に予圧 を検出するための予圧検出手段 3 0 7が設けられ、 この予圧検出手段 3 0 7 の検出値に基づいて軸方向伸縮部 3 0 6の伸縮量を制御するようになつ ている。

この予圧付与方式は、 図 2 3 (b) に示すように軸方向伸縮部 3 0 6 を予圧分だけ伸長させて第 1 , 第 2ナッ ト部 3 0 4 ， 3 0 5を軸方向に 離間させる方向に押圧してねじ軸 3 0 2に引張り荷重を作用させる引張 り予圧方式と、 図 2 3 (c) に示すように軸方向伸縮部 3 0 6を予圧分だ け収縮させてねじ軸 3 0 2に圧縮荷重を作用させる圧縮予圧方式とがあ る

予圧検出手段 3 0 7としては、 図 2 4 (a) に示すように、 第 1 , 第 2ナッ ト部 3 0 4 , 3 0 5間の軸方向変位を検出する変位検出手段 3 0 8 を用い、 予圧に対応する軸方向変位から予圧を検出するものと、 図 2 4 (b) に示すように、 軸方向伸縮部 3 0 6に加わる軸方向荷重を検出する 力検出手段 3 0 9を用い、 予圧に対応する軸方向荷重から予圧を検出も のがある。

変位検出手段 3 0 8としては、 たとえば、 図 2 5 (a) に示すような ひずみゲージ等の抵抗式センサ 3 0 8 a、 同図（b) に示すような圧電素 子ゃ 素子等を用いて変位を ¾E変化として検出する ^EE式センサ 3 0 8 b . 同図（c) に示すような作動トランスやうず電流センサ等の電磁誘導式セ ンサ 3 0 8 c、 同図（d) に示すような静電容量式のセンサ 3 0 8 d、 同 図 ） に示すような光りファイバ等を用いた光干渉方式のセンサ 3 0 8 e 等、 微小変位を検出可能な公知の種々のセンサを用いることができる。

また、 図 2 5 (f) , (g)には力検出手段 9の一例を示している。 す なわち、 図 2 5 (f) に示すものは、 軸方向荷重に応じて軸方向に弾性変 形する弾性部材 3 0 9 bと、 この弾性部材 3 0 9 bの歪み量を検出する 歪みゲージ 3 0 9 aと、 から構成されており、 弾性部材 3 0 9 bの歪み 量の検出値から軸方向荷重を検出するものである。

図 2 5 (g)に示す例は、 弾性部材 3 0 9 bと、 この弾性部材 3 0 9 b と並べて配置される圧電素子 3 0 9 cとから構成したものである。

もちろん、 力検出手段としては、 この図示例の他種々の検出手段を 用いることができる。 図 2 6 (a) ， (b) は、 軸方向伸縮部 3 0 6の基本構成を示すもので、 いずれの例も、 軸方向に弾性変形可能でかつ回転方向には剛な弾性部材 3 1 0と、 この弾性部材 3 1 0を軸方向に伸縮させるための微小変位手 段 3 1 1 と、 を備えている。

図 2 6 (a) に示す例は、 弾性部材 3 1 0と微小変位手段 3 1 1を、 第 1 , 第 2ナッ ト部 3 0 4， 3 0 5間に互いに並べて介在させたもので

¾ Ό

図 2 6 (b) に示す例は、 第 1， 第 2ナッ ト部 3 0 4， 3 0 5の対向 面間には弾性部材 3 1 0のみを介在させ、 第 1， 第 2ナッ ト部 3 0 4， 3 0 5の対向端部に設けた第 1， 第 2フランジ部 3 0 4 a， 3 0 5 aに 係合する座スリーブ 3 1 2を用いたものである。 すなわち、 座スリーブ 3 1 2は第 1， 第 2ナッ ト部 3 0 4, 3 0 5を取り囲むように配置され るもので、 その両端に第 1， 第 2ナッ ト部 3 0 4， 3 0 5の第 1 , 第 2 フランジ部 304 a, 305 aと対向するように第 1, 第 2座部 3 1 2 a， 3 1 2 bが内向きに突出しており、 第 1 , 第 2座部 3 1 2 a, 3 1 2 b の内の一方の座部、 図示例では第 2座部 3 1 2 bを第 2フランジ部 5 a に固定し、 第 1座部 3 1 2 aと第 1フランジ部 3 0 4 aとの間に微小変 位手段 3 1 1を介在させている。 もちろん、 微小変位手段 3 1 1を第 2 座部 3 1 2 bと第 2フランジ部 3 0 5 a間に介在させる構成としてもよ い。

この微小変位手段 3 1 1は、 指令値を与えると指令値に比例して伸 縮する手段であり、 たとえば、 圧電素子または電歪素子の他に、 物体の 熱膨張を利用して伸縮される熱ァクチユエ一タゃ、 図 2 7 (a) ' (b) に 示すような流体圧によって伸縮するァクチユエ一夕 3 1 1 a、 その他ボ イスコイルゃ磁歪素子を用いたァクチユエ一夕等、 要するに指令値に基 づいて指令値に比例して伸縮する各種ァクチユエ一夕を適用することが できる。

図 2 8 (a) は、 弾性部材の一例を示している。 この弾性部材 3 1 0 A は軸方向に対して直交する環状平板形状の薄肉部によって構成される板 ばねであり、 形状的に軸方向に弾性変形可能で回転方向に剛な構造にな つている。 図示例はこの薄肉の弾性部材 3 1 O Aを形成するために、 第 1 , 第 2ナッ ト部 3 0 4 , 3 0 5と一体的な円筒状素材の内外周を削り 出して一体構造としたもので、 薄肉の弾性部材 3 1 O Aの軸方向両側に 新面矩形状の溝 3 I 0 aを設けているが、 図 2 8 (b) に示すように弾性 部材 3 1 0 Aの軸方向両側に断面三角形状の溝 3 1 O bを設けるように してもよい。

図 2 8 (c) 〜（e) はこの弾性部材 3 1 O Aの平面形状を示すもので、 同図（c) に示すように環状平扳形状としてもよく、 また同図（d) , (e) に示すような適当な穴 3 1 0 cを設けた形状としてもよい。

図 2 8 (f) 〜(！ 1) は、 微小変位手段 3 1 1と弾性部材 3 1 O Aの配 置構成例を示している。

図 2 8 (ί) は、 弾性部材 3 1 0 Αと微小変位手段 3 1 1を共にリン グ状に形成して同心的に配置した例である。

図 2 8 (g)は、 棒状の微小変位手段 3 1 1と、 リング状の弾性部材 3 1 O Aを用いたもので、 棒状の微小変位手段 3 1 1を 3か所に配置し た例を示している。

図 2 8 (h) は、 棒状の微小変位手段 3 1 1を用いると共に、 弾性部 材 3 1 0 Bを棒状の微小変位手段 3 1 1をさけるように円周方向に分割 構成したものである。

また、 弾性部材 3 1 0 Aの形状としては、 図 2 8 (a) ， (b) に示し たような軸方向に直交する薄肉の環状平板形状である必要はなく、 たと えば、 同図（i) に示すように軸方向に対して円錐状に傾斜する構造とし てもよく、 また同図 （j)に示すように軸方向と平行な薄肉円筒形状とし てもよく、 要するに軸方向に弾性変形可能で円周方向には剛な形状を選 択すればよい。

次に、 本発明の送りねじ装置のより具体的な実施例について説明す る

この本発明の予圧可変型の送りねじ装置にあっては、 ①引張り予圧， 変位検出方式、 ②圧縮予圧， 変位検出方式、 ③引張り予圧. 力検出方式、 ④圧縮予圧， 力検出方式、 の 4タイプがあり、 以下タイプ別に説明する。

① [引張り予圧， 変位検出方式]

図 2 9は、 引っ張り予圧. 変位検出方式の送りねじ装置の一例を示 し、 基本的には、 ねじ軸 3 0 2と、 このねじ軸 3 0 2と螺合される第 1 , 第 2ナッ ト部 3 0 4 , 3 0 5と、 この第 1 , 第 2ナッ ト部 3 0 4 , 3 0 5 間に介在される軸方向伸縮部 3 0 6とから構成される。

軸方向伸縮部 3 0 6としては、 上記した図 2 8 (a) に示す構成が用 いられ、 弾性部材 3 1 O Aと、 微小変位手段 3 1 1 とから構成される。

そして、 第 1 , 第 2ナッ ト部 3 0 4， 3 0 5間には予圧検出手段が 設けられるが、 図示例では予圧量に対応する弾性部材 3 1 O Aの歪み量 を電気抵抗変化に変換して検出する歪みゲージ等の抵抗式センサ 3 0 8 a が用いられ、 抵抗式センサ 3 0 8 aを弾性部材 3 1 0 Aに貼着して、 第 1， 第 2ナッ ト部 3 0 4 , 3 0 5間の間隔の変化に応じてたわむ弾性部 材 3 1 O Aの歪みを検出することによって、 予圧量が検出される。

この抵抗式センサ 3 0 8 aは、 図 7 (b) ， (c) に示すように、 その 応答性を向上させるために、 弾性部材 3 1 O Aの最も歪みの大きい部位、 この実施例では弾性部材 3 1 0 Aの接続端部付近に貼着されている。

図 3 0は、 図 2 9の装置の制御プロック図を示している。 すなわち、 圧電素子等の微小変位手段 3 1 1を動作させるため、 指令値をアナログ 信号に変換する D/Aコンバータ 500と、 この信号を増幅する ドライ ブアンプ 501と、 弾性部材 31 OAに貼り付けられた抵抗式センサ 308 a の抵抗値を読むためのストレインアンプ 502と、 ストレインアンプ 502 から出力されたアナログの検出値をディジタル信号に変換する AZDコ ンバータ 503と、 それを処理しコントロールする演算回路 504と、 から構成されている。 そして、 抵抗式変位センサ 3 08 aによって検出 された予圧状態を常時検出して演算回路 504にフィードバックし、 適 切な予圧状態となるよう圧電素子等の微小変位手段 3 1 1を制御して逐 次予圧が調整される。

これによつて、 送りねじ装置の予圧を剛性が必要な時は与え、 必要 ない時には剛性を下げることにより不必要なトルクを減少させ、 送りね じ装置の高速運転， 高精度な位置決めを行い、 不必要トルクを減らし、 長寿命化を図り、 発熱を抑えることが可能になる。

また、 位置決め時に発生する微小振動を、 軸方向伸縮部 306の剛 性を変化させて装置の共振周波数を変えることにより止めることができ る。 これにより位置決め完了時間の短縮を図ることができる。

そして、 第 1， 第 2ナッ ト部 304, 305と軸方向伸縮部 306 の弾性部材 3 1 OAとが一体構造となっているので第 1, 第 2ナツ ト部 304, 305と弹性部材 320との接合が不要であり、 接合部の接合 誤差や接合状態による予圧特性の変化がなく、 設計通りの特性を得るこ とができる。 また、 第 1， 第 2ナッ ト部 304, 305間の軸ずれや、 両ナッ ト部 304, 305の 4由同士が傾くようなことも防止できる。 図 31は、 引張り予圧， 変位検出方式の第 2の実施例を示すもので、 図 26 (b) に示したような軸方向伸縮部 306に座スリーブ 3 1 2を用い、 弾 性部材 3 1 OAとして図 28 (a) に示すような扳ばね構造を適用し、 第 1, 第 2ナツト部 304, 305と弾性部材 3 1 O Aとを一体構造とし たものである。

② [圧縮予圧. 変位検出方式]

図 3 2には、 圧縮予圧， 変位検出方式の送りねじ装置を示している。 この実施例は、 基本的な構成は、 図 3 1の構成と全く同一であり、 予圧量分だけ微小変位手段 3 1 1を軸方向に伸長させて第 1， 第 2ナツ ト部 3 0 4 , 3 0 5間の間隔を狭める方向に移動させ、 予圧を付与する ようになっている。

③ [引張り予圧， 力検出方式]

図 3 3 (a) には、 引張り予圧， 力検出方式の送りねじ装置を示して いる。

この実施例は、 軸方向伸縮部 3 0 6と直列に力検出手段 3 0 9を設 けたもので、 軸方向伸縮部 3 0 6に作用する軸方向荷重を検出するよう になっている。

この実施例では、 力検出手段 3 0 9としては、 図 2 5 (f) に示すよ うな荷重に対応して変形する弾性部材のひずみを抵抗式センサ 3 0 9 a に検出する方式のものが用いられている。 弾性部材 3 0 9 bとしては、 軸方向伸縮部 3 0 6の弾性部材 1 O Aと同様に、 軸方向に弾性変形可能 でかつ円周方向には剛な薄肉の環状平板形状の板ばねが用いられ、 第 1， 第 2ナツ ト部 3 0 4 , 3 0 5及び軸方向伸縮部 3 0 6と一体構造となつ ている。 そして、 図 3 3 (b) ， (c) に示すように、 軸方向伸縮部 3 0 6 を所定量伸長させるとその分予圧量が増大し、 予圧量の増大分に応じて 力検出手段 3 0 9の弾性部材 3 0 9 bがたわみ、 そのたわみ量を抵抗式 センサ 3 0 9 aにて電気抵抗変化として検出するようになっている。

④ [圧縮予圧， 力検出方式]

図 3 4は、 圧縮予圧， 力検出方式の送りねじ装置を示している。 この実施例は、 基本的には座スリーブ 3 1 2を用いた軸方向伸縮部 306と、 この軸方向伸縮部 306と直列に配置される力検出手段 309 とから構成されている。 力検出手段としては、 図 3 3に示す構成と全く 同一の構成である。

以上の 5つの実施例は、 いずれも第 1， 第 2ナッ ト部 304, 305 と軸方向伸縮部 306とが一体構造の場合を例示しているが、 一体構造 でなく別体構造とすることもできる。

以下別体構造の例を簡単に説明すると、 図 35, 図 36, 図 37に 示す例は、 図 29に示した [引張り予圧， 変位検出方式] に対応する分 割タイプの構成例である。

この軸方向伸縮部 306 'は、 弾性部材 3 1 OAと、 この弾性部材 3 1 OAを軸方向に伸縮させるための微小変位手段 3 1 1とから構成さ れ、 これらの弾性部材 3 1 OAと微小変位手段 3 1 1は、 互いに平行に 対向して設けられる環状の第 I, 第 2 リング部 36 1， 362間に設け られている。 弾性部材 3 1 OAは薄肉の環状平板形状で、 その外端が第 2リング部 362に接合され、 内端が第 1 リング部 36 1に接合されて いる。 この第 1, 第 2リング部 36 1 , 36 2がそれぞれ第 1, 第 2ナ ッ ト部 304, 305に接合される。

図 35に示す例は、 別体構造の基本構成例であり、 別体構成の軸方 向伸縮部 306 'を第 1, 第 2ナッ ト部 304, 305間に介在させた ものである。 このような構成とすると、 第 1, 第 2ナツ ト部 304， 305 間の回り止め機構が必要であり、 図 3 6は第 1， 第 2ナツ ト部 304, 305間をキー 3 I 3によって回り止めを図ったものである。

また、 図 37に示す例は、 軸方向伸縮部 306 'の第 1 , 第 2リン グ部 36 1, 362に軸方向に伸びるキー部 3 1 4, 3 1 5を設け、 第 1 , 第 2ナッ ト部 304, 305のキー溝 3 1 a, 3 1 5 aに嵌合さ せている。 この場合、 キー部 3 1 4, 3 1 5は回転方向の規制をするも のではなく、 回転方向の規制はあくまでも弾性部材 3 1 O Aの円周方向 の剛性によって行い、 軸方向の相対移動についても弾性部材 3 1 O Aの 軸方向の弾性変形によって行っている。

次に、 図 3 8に示す例は、 [引張り予圧， 変位検出方式] の図 3 1 に対応する座スリーブ 3 1 2を用いる場合の別体構造の例である。 すな わち、 軸方向伸縮部 3 0 6 'を別体構成として第 1 , 第 2ナッ ト部 3 0 4 , 3 0 5の第 1 , 第 2フランジ部間 3 0 4 a , 3 0 5 aに介在させている。

また、 図 3 9に示す例は、 [圧縮予圧. 力検出方式] の図 3 3に対 応する場合の別体構造の例を示すものである。

すなわち、 軸方向伸縮部 3 0 6 '及び力検出手段 3 0 9 を一体物 とし、 第 1， 第 2ナッ ト部 3 0 4 , 3 0 5間に介在させたものである。 尚、 上記図 3 3と図 3 9に示す例は、 軸方向伸縮部 3 0 6と力検出手 段 3 0 9を直列配置したものであり、 力検出手段 3 0 6の変形量に応じ て軸方向伸縮部 3 0 6を変形させれば、 変位量をゼロにすることができ、 まったく変位させないで力を検出するセンサとして用いることも可能で ある。

尚、 この実施例ではナツ トに予圧を与える構成としているが、 軸方向 伸縮部を送りねじ軸に設けることにより （図示せず） 、 送りねじ軸を支 持する固定部材の転がり軸受の転動体に予圧を付与することができる。 特に、 送りねじ軸がせいぜい 2回転程度しか回転しない場合に有効であ る o

以上説明したように、 本発明はナツ ト部間の軸方向伸縮部を伸縮さ せるようにしたので、 従来のような間座を用いることなく予圧を適切な 値に調整することができる。

また、 軸方向伸縮部を弾性部材と微小変位手段とを組み合わせて構 成し、 弾性部材を軸方向に伸縮可能で且つ回転方向に剛な構成とすれば、 軸方向伸縮部をナツト部間の回り止めとして用いることができ、 従来の ように摩擦抵抗の大きいキー等の回り止め手段が不要となり、 摩擦によ るいわゆる不感帯が無くなつて予圧調整の際の応答性が格段によくなる。 さらに、 軸方向伸縮部とナツ ト部間を一体構造としておけば、 軸方向伸 縮部とナツ ト部間の接合誤差や接合状態による特性の変化がなく、 設計 通りの特性を得ることができる。

一方、 予圧検出手段を設けて予圧を直接検出し、 軸方向伸縮部を伸 縮させて予圧を調整することにより、 予圧状態を正確に制御することが できる。

産業上の利用可能性

以上のように、 本発明にかかる送りねじ装置および精密位置決め微 動送りシステムは、 工作機械， ロボッ ト、 測定装置等の送り装置として 有用である。

Claims

請求の範囲

1.固定部材と、

該固定部材に回転自在に支持される送りねじ軸と、

該送りねじ軸に装着されるナツ 卜と、

該ナツ トに取り付けられる被送り部材と、 を有し、

前記固定部材から軸およびナッ トを通って被送り部材に力が伝達さ れる送りねじ装置において、

当該送りねじ装置の力が通る部分に軸方向に弾性変形可能な弾性部 材を有することを特徵とする送りねじ装置。

2.弾性部材は軸方向に弾性変形可能でかつ回転方向および軸と直交す る方向に剛な構成とした請求の範囲第 1項に記載の送りねじ装置。

3.弾性部材は軸方向に弾性変形可能な薄肉部を備えている請求の範囲 第 1項記載の送りねじ装置。

4.弾性部材は、 送りねじ装置の力が通る部分の構造体の一部に軸方向 に弾性変形可能な部分を形成することによって構造体と一体構成してい ることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の送りねじ装置。

5.弾性部材は、 送りねじ装置の力が通る部分の構造体とは別体構成と し、 各構造体の間に接合した請求の範囲第 1項に記載の送りねじ装置。

6.弾性部材は固定部材に設けられている請求の範囲第 1項に記載の送 りねじ装置。

7.弾性部材は送りねじ軸に設けられている請求の範囲第 1項に記載の 送りねじ装置。

8·弾性部材はナツ 卜に設けられている請求の範囲第 1項に記載の送り ねじ装置。

9·弾性部材は被送り部材とナツ 卜の間に設けられている請求の範囲第 1項に記載の送りねじ装置。

10.弾性部材の弾性変形量を検出して力を検出する力検出手段を有す る請求の範囲第 1項に記載の送りねじ装置。

11.力検出手段は、 弾性部材と、 該弾性部材の軸方向荷重に応じて変 化する変位または歪を電気信号に変換して検出する変位または歪を電気 信号に変換して検出する変位または歪検出手段と、 を具備してなること を特徵とする請求の範囲第 10項に記載の送りねじ装置。

12.軸力検出手段を、 ナツ トと披送り部材との間に設けた請求の範囲 第 10項に記載の送りねじ装置。

13.力検出手段を、 送りねじ軸に設けた請求の範囲第 10項に記載の 送りねじ装置。

13.力検出手段を、 送りねじ軸の固定部材の軸受部位に設けた請求項 10に記載の送りねじ装置。

14.弾性部材は、 軸方向に弾性変形可能でかつ軸方向に対して直交す る方向および回転方向には剛な構造とした請求の範囲第 10項に記載の送 りねじ装置。

15.弾性部材は、 軸方向に変形可能な薄肉部を備えている請求の範囲 第 10項に記載の送りねじ装置。

16.薄肉部に歪ゲージを貼着してなる請求の範囲第 15項に記載の送 りねじ装置。

17.弾性部材に変位発生手段を並列に配置して、 轴方向に変形させる 軸方向伸縮部を設けた請求の範囲第 1項に記載の送りねじ装置。

18.軸方向伸縮部をナッ トと被送り部材間に配置して被送り部材を位 置調整可能とした請求の範囲第 17項に記載の送りねじ装置。

19.軸方向伸縮部を固定部材に設けて送りねじ軸全体を位置調整可能 とした請求の範囲第 17項に記載の送りねじ装置。

20.被送り部材の粗動送りを送りねじ軸により行うと共に微動送りを 軸方向伸縮部により行うことを特徴とする請求の範囲第 17項に記載の送 りねじ装置。

21.軸方向伸縮部の微小変位量を検出する変位検出手段を設けた請求 の範囲第 17項に記載の送りねじ装置。

22.変位検出手段の検出値に基づいて軸方向伸縮部の変位発生手段の 変位発生量を制御してなる請求の範囲第 17項に記載の送りねじ装置。

23.変位発生手段は、 指令値を与えると該指令値に比例して軸方向に 変位する手段である請求の範囲第 17項に記載の送りねじ装置。

24.軸方向伸縮部を 2つのナツ ト部の間に設けて予圧を調整可能とし てなる請求の範囲第 17項に記載の送りねじ装置。

25.ナツ ト部と送りねじ軸間に付与された軸方向予圧を検出する予圧 検出手段を備えている請求の範囲第 項に記載の送りねじ装置。

26.予圧検出手段の検出値に基づいて軸方向伸縮部の伸縮量を制御し て予圧を調整可能としてなる請求の範囲第 25項に記載の送りねじ装置。

27.予圧検出手段は、 ナツ ト部間の軸方向変位に固着され、 ナツ 卜部 間の間隔の変化に応じた歪から検出するものである請求の範囲第 25項に 記載の送りねじ装置。

28.予圧検出手段は軸方向伸縮部に加わる軸方向荷重から予圧を検出 するものである請求の範囲第 25項に記載の送りねじ装置。

29.変位発生手段は指令値に対応して軸方向に変位する手段である請 求の範囲第 25,項に記載の送りねじ装置。

30.軸方向伸縮部を送りねじ軸に設けて、 固定部材の支持剛性を調整 可能とした請求の範囲第 17項に記載の送りねじ装置。

31.固定部材は転がり軸受を介して送りねじ軸を回転自在に支持して おり、 転がり軸受の転動体の予圧を調整可能としてなる請求の範囲第 30 項に記載の送りねじ装置。

32.転動体の予圧を調整することにより送りねじ装置全体の動剛性を 調整可能としてなる請求の範囲第 31項に記載の送りねじ装置。

33.軸方向伸縮部と力検出手段を直列配置したことを特徵とする請求 の範囲第 17項に記載の送りねじ装置。

34.固定部材と、

該固定部材に回転自在に支持される送りねじ軸と、

該送りねじ軸に装着されるナツ 卜と、

該ナツ 卜に取り付けられる被送り部材と、

被送り部材とナツ トの間に介在する軸方向に伸縮可能な変位発生手 , 段を有する軸方向伸縮部と

所定の粗動制御目標信号に基づいて送りねじ軸を所定量回転駆動 することによってナツ ト部を送りねじ軸に対して所定ストロークだけ粗 動送りさせる回転駆動手段と、

前記軸方向伸縮部による微動送り量を検出する微動送り量検出手段 と、

該黴動送り量検出手段の出力と所定の微動制御目標信号とに基づい て上記軸方向伸縮部の微小変位手段を微動制御目標信号を与える指令装 置と、 を備えてなることを特徵とする精密位置決め微動送りシステム。

35.送りねじ軸に対するナッ トの粗動送り量を検出する粗動送り量検 出手段と、 該粗動送り量検出手段の出力と所定の粗動制御目標信号とに 基づいて前記回転駆動手段を駆動制御する粗動制御装置と、 を備えて成 る請求の範囲第 34項に記載の精密位置決め微動送りシステム。

36.指令装置から微動制御装置へ出力される微動制御目標信号をデジ タル信号からアナログ信号に変換する変換器を設け、 回転駆動手段の制 御はデジタル信号にて行い、 軸方向伸縮部の制御はアナログ信号にて行 う請求の範囲第 33項に記載の精密位置決め微動送りシステム-。

37. 変位発生手段は圧電素子または電歪素子により構成される請求の 範囲第 17,23または 24項に記載の送りねじ装置。

38.変位発生手段は流体圧を利用して伸縮するァクチユエ一夕である 請求の範囲第 17,23または 24 項に記載の送りねじ装置。

39.変位発生手段は熱膨張を利用して伸縮するァクチユエ一夕である 請求の範囲第 17,23または 24 項に記載の送りねじ装置。

40.変位発生手段はボイスコイルを利用したァクチユエ一夕である請 ' 求の範囲第 17,23または 24 項に記載の送りねじ装置。

41.変位発生手段は磁歪素子を利用したァクチユエ一夕である請求の 範囲第 17,23または 24 項に記載の送りねじ装置。