JP4204816B2 - Table drive device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密な移動を要求されるテーブルに係り、特にネジ軸とボールナットを用いたテーブルの駆動機構および案内部分に起因するテーブルの三次元的運動誤差を抑制可能にしたテーブル駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のナノメートルオーダの移動および位置決め精度を要求されるテーブルにおいては、その案内を精密なV字形の案内溝とこの案内溝に沿って転動するころがり軸受とからなる案内手段を2つ平行に設けたいわゆるV−Vころがり案内で構成したり、空気静圧軸受による静圧案内で構成したりしているが、その案内の幾何学的形状誤差や、ネジ軸の回転に伴うボールナットのとも回りおよびネジ軸の振れ回りなどがテーブルの三次元的運動誤差を誘起していた。
【0003】
このテーブルの三次元的運動誤差を可級的に小さく抑えるため、従来、これらのテーブルの駆動機構の構成要素および案内部分の加工精度や組み付け精度を向上することにより対応されてきている。しかしながら、実際に要求される精度を充分満足させるものではなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、テーブルの移動精度の更なる向上を図るため、テーブル駆動機構の構成要素および案内部分の加工精度や組み付け精度の向上とは別に、駆動側の機械的移動誤差をテーブルへできるだけ伝達させない構成として、該テーブルの精密な移動を可能にするテーブル駆動装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によるテーブル駆動装置は、ベースに設けられた第一の案内手段にて所定方向へ移動可能に搭載された副テーブルと、前記第一の案内手段と平行に配置されて前記ベース側に回転可能に取付けられたネジ軸と、前記副テーブルに取付けられ前記ネジ軸に螺合するボールナットと、前記ネジ軸に回転を与える駆動源と、前記ベースに前記第一の案内手段と同一方向に向けて設けられた第二の案内手段にて前記副テーブルと同一の所定方向へ移動可能に搭載された主テーブルと、前記副テーブルと主テーブルの間に設けられ前記副テーブルの移動を前記主テーブルへ伝達する結合手段とからなり、同結合手段は、一端側が前記副テーブルに固定された軸部材と、同軸部材の他端に取付け固定され表裏に同一中心の部分球面を有する軸受円板と、前記主テーブルに固定され前記軸受円板の表裏の部分球面との間に静圧軸受を形成する支持部材とを備え、前記部分球面の中心が前記副テーブルの駆動に伴う三次元的運動誤差の起点近傍に設定されて構成される。
【0006】
この構成によれば、ネジ軸とボールナットにより駆動される副テーブルが三次元的運動誤差を生じても、前記副テーブルの三次元的運動誤差は、その起点近傍を中心とする部分球面を有する前記軸受円板が静圧軸受によって円滑に移動することにより吸収され、かつ前記所定方向の移動は、確実に副テーブルから主テーブルへ伝達される。これにより主テーブルは、駆動側の影響をほとんど受けずに精密に移動する。なお、部分球面の中心は、前記ボールナットの中央近傍または前記副テーブルの前記所定方向における中央近傍に設定されることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施の形態例について図1ないし図3を参照して詳細に説明する。図1は、本発明によるテーブル駆動装置の要部構成を示す。同図において、ベース10上には、それぞれ同一方向に向かって伸びる第一の案内手段12と第二の案内手段22を構成する第一、第二の案内部材12A、22Aがそれぞれ設けられている。第一の案内部材12Aの上には、第一の案内手段12を介して副テーブル20が移動可能に搭載され、第二の案内部材22A上には、ワークWを取付けて測定や加工等の作業を行うための主テーブル24が、第二の案内手段22を介して移動可能に搭載されている。
【0011】
図2は、図1のZ方向から見た側面図であり、第二の案内手段22の構成を示している。なお、第一の案内手段12も同一の構成である。第二の案内手段22を構成する第二の案内部材22Aの上面の左右には2つのV溝22Bが形成され、主テーブル24には、V溝22Bの2つの斜面にそれぞれ沿ってV溝22Bの長手方向に転動するローラまたはボールからなる転動体22Cが設けられ、主テーブル24をV溝22Bの長手方向に移動可能に支持している。なお、この第一、第二の案内手段12、22は、一例であり、静圧軸受等を用いた他の公知の種々の案内手段を用いることができる。
【0012】
図1中、符号DRVは、本発明における副テーブル20の駆動手段を示しており、同駆動手段DRVは、ベース10上に立設したフレーム14の右側面に取付け固定されたサーボモータ16、第一の案内手段12と平行に配置されてフレーム14に回転可能に取付けられサーボモータ16により回転されるネジ軸18および、副テーブル20内にその軸方向移動および回転を規制されて設けられネジ軸18と螺合するボールナット20Aとで構成されている。従って、サーボモータ16の駆動によりネジ軸18が回転すると副テーブル20は、第一の案内部材12A上で所定方向即ち、図1の左右方向に移動される。
【0013】
副テーブル20の図1において左側面には、軸部材32の右端部が取付けられている。さらに、同軸部材32の左端部には、軸受円板30が取付け固定されている。この軸受円板30は、図3に示すように円形をしており、図1において左側の表面と右側の裏面がそれぞれ部分球面に形成されている。この表裏両面の部分球面の中心位置は、共に前記ボールナット20Aの中央近傍の点Pの位置であり、各球面までの曲率半径はそれぞれR1、R2として示される。なお、前記球面中心位置Pは、ネジ軸18の振れ回りにより生ずる副テーブル20の揺動支点である。
【0014】
主テーブル24の図1において右側面には、軸受円板30の表面側の部分球面に対向する部分球面を有する多孔質体等からなる静圧軸受パッド34を備えた支持部材26が取付け固定され、この支持部材26には軸受円板30の裏面側の部分球面に対向する部分球面を有する多孔質体等からなる静圧軸受パッド36を備えた支持部材28が取付け固定され、静圧軸受パッド34、36には、高圧エアー供給部38から高圧エアーが供給され、軸受円板30と両支持部材26、28の間に静圧軸受Sを構成している。
【0015】
従って、軸受円板30および軸部材32は、副テーブル20と主テーブル24との間の静圧継ぎ手として機能する。静圧軸受Sからの排気は、支持部材26に設けた環状溝40、軸受円板30の外周空間42および軸部材32の外周空間から行われる。この場合、前記高圧エアーの代わりに油圧を用いることも可能であり、この油圧による場合は、支持部材28に環状溝40と同様の環状溝を設けて排油する。なお、前記支持部材26、28、軸受円板30、軸部材32、静圧軸受パッド34、36は、本発明における結合手段CPLを構成している。
【0016】
次いでこの装置の作用について説明する。サーボモータ16の駆動によりネジ軸18が回転すると、このネジ軸18に螺合しているボールナット20Aを介して副テーブル20が第一の案内手段12に沿って移動する。この副テーブル20の移動は、結合手段CPLを介して主テーブル24に伝達され、主テーブル24を第二の案内手段22に沿って移動させる。
【0017】
ところで、上記ネジ軸18の回転によりボールナット20Aを介して副テーブル20を移動させる際、ボールナット20Aにネジ軸18の回転に伴う回転力が作用し、副テーブル20をネジ軸18の回りで回転(とも回り)させようとする。また、ナノメートルオーダにおいては、ネジ軸18に曲がりが存在し、さらには駆動に伴って撓みを生じ、これらが振れ回りとしてボールナット20Aをネジ軸18の理想中心に対して偏心移動させる。
【0018】
上記のようなボールナット20Aの伴回りおよび偏心移動により、副テーブル20はボールナット20Aの中央近傍を起点として第一の案内手段12が伸びる方向と異なる方向の移動を生じ、いわゆる三次元的運動誤差を発生する。
【0019】
この副テーブル20の三次元的運動誤差は、結合手段CPLを介して主テーブル24に伝達されようとするが、本装置の結合手段CPLは、三次元的運動誤差の起点であるボールナット20Aの中央近傍の点Pを中心とする部分球面を有する軸受円板30と、その部分球面に対して設けられた静圧軸受Sを備えているため、上記三次元的運動誤差すなわちボールナット20Aの中央近傍を起点とする副テーブル20の傾きや振れがあると、軸受円板30が静圧軸受Sによって前記中心Pを中心に移動し、該傾きや振れを吸収する。このため、主テーブル24は、第一の案内手段12と同一の第二の案内手段22の方向への副テーブル20の移動のみを伝達され、精密な移動が行われる。
【0020】
前述したネジ軸18とボールナット20Aによる駆動手段では、上記のようにボールナット20Aの中央近傍を起点とする三次元的運動誤差を生じ易いため、軸受円板30の部分球面をボールナット20Aの中央近傍の点Pを中心とする球面の一部とした例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、部分球面の中心を、ネジ軸18上における副テーブル20の中央近傍としてもよいなど、副テーブルおよびその駆動手段の構成により左右される三次元的運動誤差の起点位置に応じて部分球面の中心を定めることが好ましい。
【0021】
図4は、参考例の結合手段CPLを示す図であって、副テーブル20に取付け固定された第一の支持部材50、52内に球体54が収容されている。同様に、主テーブル24に取付け固定された第二の支持部材56、58内に球体60が収容されている。これらの球体54、60は結合軸62により固定結合されている。第一および第二の支持部材50、52、56、58には、静圧軸受パッド34、36と同様の静圧軸受パッド64、66、68、70が設けられ、球体54、60を静圧軸受Sで支持する構成となっている。72、74は環状の排気溝、76、78は排気穴である。この図4の場合は、両方の静圧軸受S内での球体54、60の回転により機械的運動誤差が吸収されるため、第一の実施の形態例に比べ、副テーブル20の三次元的運動誤差がさらに確実に吸収される。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、副テーブルがネジ軸とボールナットからなる駆動手段によって所定方向に移動される際、駆動手段を含む副テーブル側の機械的運動誤差が、副テーブルと主テーブル間に形成される部分球面または球体からなる静圧軸受によって吸収されるので、主テーブルには副テーブル側の機械的運動誤差は伝達されず、副テーブルを駆動する駆動機構の各構成要素に関する加工精度や組み付け精度を必ずしも高精度にすることなく、主テーブルを精密に移動させることができ、製造コストの面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるテーブル駆動装置の第一の実施形態例の要部構成を示す一部破断正面図である。
【図2】図1のZ方向から見た側面図である。
【図3】図1のA−A線断面矢視図である。
【図4】参考例のテーブル駆動装置の結合手段を示す図である。
【符号の説明】
10 ベース
12 第一の案内手段
16 サーボモータ
18 ネジ軸
20 副テーブル
20A ボールナット
22 第二の案内手段
24 主テーブル
26 支持部材
28 支持部材
30 軸受円板
32 軸部材
34、36 静圧軸受パッド
50、52 第一の支持部材
56、58 第二の支持部材
54、60 球体
62 結合軸
64、66、68、70 静圧軸受パッド
CPL 結合手段
DRV 駆動手段
P 部分球面の中心
Q 球体中心
S 静圧軸受
W ワーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a table that requires precise movement, and more particularly to a table drive mechanism that uses a screw shaft and a ball nut and a table drive device that can suppress a three-dimensional motion error of the table caused by a guide portion. .
[0002]
[Prior art]
In a conventional table requiring nanometer-order movement and positioning accuracy, two guide means comprising a precise V-shaped guide groove and a rolling bearing rolling along the guide groove are arranged in parallel. It is composed of a so-called V-V rolling guide provided, or a static pressure guide using an aerostatic bearing. The geometrical error of the guide and the ball nut accompanying the rotation of the screw shaft The rotation and the run-out of the screw shaft induced the three-dimensional motion error of the table.
[0003]
In order to keep the three-dimensional motion error of the table as small as possible, conventionally, the table has been dealt with by improving the processing accuracy and assembly accuracy of the drive mechanism components and guide portions. However, it did not fully satisfy the accuracy actually required.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to further improve the movement accuracy of the table, the present invention does not transmit the mechanical movement error on the drive side to the table as much as possible, apart from the improvement of the processing accuracy and assembly accuracy of the components and guide parts of the table drive mechanism. The object of the present invention is to provide a table driving device that enables precise movement of the table.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a table driving device according to the present invention is arranged in parallel with the first guide means and a sub table mounted so as to be movable in a predetermined direction by the first guide means provided on the base. A screw shaft rotatably attached to the base side, a ball nut attached to the sub-table and screwed to the screw shaft, a drive source for rotating the screw shaft, and the base to the first A main table mounted so as to be movable in the same predetermined direction as the sub table by a second guide means provided in the same direction as the guide means, and provided between the sub table and the main table. The coupling means transmits the movement of the sub table to the main table. The coupling means is attached to the other end of the coaxial member with one end side fixed to the sub table and fixed to the other end of the coaxial member. A bearing disk having a spherical surface, and a support member that forms a hydrostatic bearing between the front and back partial spherical surfaces of the bearing disk that are fixed to the main table, the center of the partial spherical surface of the sub table It is configured to be set in the vicinity of the starting point of a three-dimensional motion error accompanying driving.
[0006]
According to this configuration, even if the sub table driven by the screw shaft and the ball nut generates a three-dimensional motion error, the three-dimensional motion error of the sub table has a partial spherical surface centered around the starting point. The bearing disk is absorbed by the smooth movement of the hydrostatic bearing, and the movement in the predetermined direction is reliably transmitted from the sub table to the main table. As a result, the main table moves precisely with little influence from the drive side. The center of the partial spherical surface is preferably set near the center of the ball nut or near the center of the sub table in the predetermined direction.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 shows a main configuration of a table driving apparatus according to the present invention. In the drawing, first and
[0011]
FIG. 2 is a side view seen from the Z direction in FIG. 1 and shows the configuration of the second guide means 22. The first guiding means 12 has the same configuration. Two
[0012]
In FIG. 1, symbol DRV indicates driving means of the sub table 20 in the present invention. The driving means DRV includes a
[0013]
The right end portion of the
[0014]
A
[0015]
Therefore, the
[0016]
Next, the operation of this apparatus will be described. When the
[0017]
By the way, when the auxiliary table 20 is moved via the
[0018]
Due to the accompanying rotation and eccentric movement of the
[0019]
The three-dimensional motion error of the sub-table 20 tends to be transmitted to the main table 24 through the coupling means CPL. The coupling means CPL of the present apparatus uses the
[0020]
The drive means using the
[0021]
FIG. 4 is a view showing the coupling means CPL of the reference example , and a
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the sub table is moved in a predetermined direction by the driving means including the screw shaft and the ball nut, a mechanical motion error on the sub table side including the driving means is formed between the sub table and the main table. The mechanical motion error on the side of the secondary table is not transmitted to the main table, and machining accuracy and assembly accuracy for each component of the drive mechanism that drives the secondary table The main table can be moved with high accuracy without necessarily increasing the accuracy, which is advantageous in terms of manufacturing cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway front view showing a main configuration of a first embodiment of a table driving apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a side view as seen from the Z direction in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1;
FIG. 4 is a view showing a coupling means of a table driving device of a reference example .
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
同結合手段は、一端側が前記副テーブルに固定された軸部材と、同軸部材の他端に取付け固定され表裏に同一中心の部分球面を有する軸受円板と、前記主テーブルに固定され前記軸受円板の表裏の部分球面との間に静圧軸受を形成する支持部材とを備え、前記部分球面の中心が前記副テーブルの駆動に伴う三次元的運動誤差の起点近傍に設定されていることを特徴とするテーブル駆動装置。A sub-table mounted so as to be movable in a predetermined direction by a first guide means provided on the base, and a screw shaft disposed in parallel with the first guide means and rotatably attached to the base side A ball nut attached to the sub table and screwed into the screw shaft; a drive source for rotating the screw shaft; and a second provided on the base in the same direction as the first guide means. A main table mounted by a guide means so as to be movable in the same predetermined direction as the sub table; and a coupling means provided between the sub table and the main table and transmitting the movement of the sub table to the main table. Become
The coupling means includes a shaft member having one end fixed to the sub-table, a bearing disc attached and fixed to the other end of the coaxial member and having partial spherical surfaces having the same center on the front and back, and the bearing circle fixed to the main table. A support member that forms a hydrostatic bearing between the front and back partial spherical surfaces of the plate, and the center of the partial spherical surface is set in the vicinity of the starting point of the three-dimensional motion error associated with the driving of the sub table. Table drive device characterized.
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