JPH0741501B2 - テーブルと駆動部の接続構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、テーブルと駆動部の接続構造に関する。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕

被加工物を載置するテーブルと該テーブルを移動させる
駆動部とを備えたナノメートルオーダーの加工精度や測
定精度を達成することが要求される工作機械や精密測定
器等においては、超精密移動テーブルと駆動部の接続部
にはテーブル駆動系（駆動部）の運動をより効率的にテ
ーブルに伝えるために、以下のような基本的な機能が要
求される。

テーブル上に負荷される荷重の大小や案内剛性の不
足によるスティックスリップなどを生じないように、駆
動方向に十分な剛性を有していること。

テーブル上の荷重変動や動的な負荷変動に依存せ
ず、駆動部の振れ回り、上下動、ピッチング、ヨーイン
グ、ローリングなどの外乱に起因する運動誤差を能率的
に除去、吸収し、テーブルに対して駆動力を正確に伝え
るため、高い運動誤差吸収性を有していること。

駆動部の発生する振動をテーブル側に伝えないと共
に逆に負荷変動や不安定現象に起因するテーブル側の振
動を駆動部や案内構造に伝えないために、高い減衰性を
有していること。

システム全体としての熱変形を抑制、最小化するた
め、少なくとも駆動部からテーブル、逆にテーブルから
駆動部への熱の流れを断熱、遮断できること、また駆動
部の発熱による熱伝導の影響によって、テーブル自体が
熱変形することのないこと。

駆動部とテーブルの接続部分という非常に限られた
空間内に容易に設置可能なように、構造としてコンパク
トであること。

しかしながら、従来の接続部はボルト接合等のようにつ
なぎとしての単一機能のものであって、上記〜に記
載の複合した機能を備えてはいなかった。

本発明の目的は、テーブルと駆動部の接続構造に於て、
「柔な構造」であると共に「剛な構造」といった機能的
に相矛盾した要求を同時にかつコンパクトな構造により
満足することにあり、複合の能動的機能を備えた高機能
性接合部を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するために、本発明に係る一のテーブ
ルと駆動部の接続構造は、ケーシングを駆動側に接続す
ると共に、該ケーシング内に遊嵌状に挿入されるロッド
を、該ケーシング外において従動側に接続し、かつ、該
ロッドに、上記ケーシング内において平板部を連設し、
該ケーシング内において該平板部を一対の第１・第２ク
ッション材にて挾持保持させ動力を伝達するテーブルと
駆動部の接続構造であって、上記ケーシングは、円筒体
と、該円筒体の両端の開口部を夫々閉じる第１・第２壁
と、からなり、上記第１ッション材は、ロッド挿通用の
中心孔を有する弾性変形可能な鼓型の袋部材内に、エア
配管系にてエアを注入してなり、上記第２クッション材
は、弾性変形可能な鼓型の袋部材内に、エア配管系にて
エアを注入してなり、上記袋部材の軸方向外方の外周端
縁を、上記ケーシングの第１・第２壁と円筒体との間の
内隅部に、当接させ、さらに、該袋部材の内端面を、上
記平板部の一面と他面に、夫々当接させたものである。

また、本発明に係る他のテーブルと駆動部の接続構造
は、ケーシングを従動側に接続すると共に、該ケーシン
グ内に遊嵌状に挿入されるロッドを、該ケーシング外に
おいて駆動側に接続し、かつ、該ロッドに、上記ケーシ
ング内において平板部を連設し、該ケーシング内におい
て該平板部を一対の第１・第２クッション材にて挾持保
持させ動力を伝達するテーブルと駆動部の接続構造であ
って、上記ケーシングは、円筒体と、該円筒体の両端の
開口部を夫々閉じる第１・第２壁と、からなり、上記第
１クッション材は、ロッド挿通用の中心孔を有する弾性
変形可能な鼓型の袋部材内に、エア配管系にてエアを注
入してなり、上記第２クッション材は、弾性変形可能な
鼓型の袋部材内に、エア配管系にてエアを注入してな
り、上記袋部材の軸方向外方の外周端縁を、上記ケーシ
ングの第１・第２壁と円筒体との間の内隅部に、当接さ
せ、さらに、該袋部材の内端面を、上記平板部の一面と
他面に、夫々当接させたものである。

〔作 用〕

第１・第２クッション材は、夫々、袋部材にエアを注入
してなるため、（圧力の増減制御によって）振動名を吸
収する柔な性質のみならず、高い接続部剛性をも得るこ
とができる。また、駆動部側からの微小運動誤差を、第
１・第２クッション材により、除去・吸収することがで
きる。さらに、駆動部からの振動、あるいはテーブル側
からの振動をクッション材において吸収することができ
る。特に、第１・第２クッション材の袋部材が鼓型であ
り、その軸方向外方の外周端縁が、ケーシングの第１・
第２壁と円筒体との間の内隅部に、当接するため、袋部
材をケーシング内に位置ずれしないように保持できると
共に、袋部材の内端部の動きの自由度が高くなり、あら
ゆる方向の運動誤差や振動等を吸収することができる。
しかも、クッション材には、常に同じ温度の空気を供給
することができて、該クッション材内の空気温度を一定
に保持することができる。また、第１・第２クッション
材のエア圧力を微妙に調整することにより、第１・第２
クッション材の剛性、振動等の減衰能を微妙に変化させ
ることができる。

〔実施例〕

以下、実施例を示す図面に基づいて本発明を詳説する。

第３図と第４図は本発明に係るテーブルと駆動部の接続
構造が使用される工作機械のモデルを示し、このモデル
は、被加工物（図示省略）が載置されるテーブル１と、
該テーブル１を長手方向に沿って矢印A,Bの如く往復動
させる駆動部２と、を備えている。

ここで、駆動部２とは、ボールねじ３と、該ボールねじ
３に螺進退自在として螺合されるナット部材４と、該ボ
ールねじ３を軸心廻りに回転させるモータ５と、等を備
えたものであり、ボールねじ３はその両側部が夫々支持
部材6a,6bに回転自在に枢支され、一方の端部にはカッ
プリング７を介してモータ５の出力軸が接続されてい
る。従って、モータ５が駆動して出力軸が回転すれば、
ボールねじ３は軸心廻りに回転し、ナット部材４が矢印
A,Bの如く往復動する。

ところで、第５図に示すように、矢印Ｘ方向に沿ってナ
ット部材４が進行している場合、水平方向つまり矢印Ｙ
方向にずれたり、垂直方向つまり矢印Ｚ方向にずれた
り、矢印ａの如き矢印Ｘ方向廻りの回動（ローリン
グ）、矢印ｂの如き矢印Ｙ方向廻りの回動（ピッチン
グ）、矢印ｃの如き矢印Ｚ方向廻りの回動（ヨーイン
グ）等の運動誤差が生じる。

即ち、上述の運動誤差を吸収するために、テーブル１と
駆動部２とを本発明に係る接続構造にて接続している。

しかして、第３図と第４図に示す工作機械モデルにおい
ては、テーブル１は、平行に配設されるガイドバー45a,
45bに沿って往復動するものであって、該ガイドバー45
a,45bは、夫々、両端部が保持体46…に保持され、ガイ
ドバー45a,45bには夫々、リニアボールベアリング等の
軸受47を備えたスライド体48が外嵌され、該スライド体
48にはテーブル１が載置保持されている。そして、テー
ブル１とナット部材４との間には、第１図に示す接続構
造が介装されている。

即ち、この接続構造は、所定間隔をもって略平行に配設
される第１・第２壁8,9を有する中空状のケーシング10
と、該第１壁８と第２壁９との間に介装される第１・第
２クッション材11,12と、を備えたものであり、該第１
壁８には、貫通孔13が貫設され、該貫通孔13にはロッド
14が遊嵌状に挿通されている。また、このロッド14の基
端には第１壁８と第２壁９との間に略平行に配設される
平板部15が連設され、該ロッド14の先端には、第１壁８
と略平行に配設される取付板部16が連設されている。そ
して、取付板部16を、従動側つまりテーブル１に取付
け、ケーシング10を駆動側つまりナット部材４に取付け
ている。また、ケーシング10は、円筒体17と、該円筒体
17の両端の開口部を夫々閉じる第１・第２壁8,9と、か
らなる。

ここで、第１クッション材11は、ロッド14挿通用の中心
孔43を有する弾性変形可能な鼓型の袋部材18内に、エア
配管系50にてエアを注入してなる。該袋部材18は、ポリ
ウレタン樹脂、ゴム等からなり、ケーシング10の第１壁
８と平板部15との間に介装される。また、この袋部材18
は軸方向外方へ開口状とされ、その開口部19に、第１壁
８に設けられたエア流路20が連通され、袋部材18の内壁
21の内端面21aが平板部15の一面に当接し、袋部材18の
外端面が第１壁８に当接している。さらに、袋部材18の
軸方向外方の外周端縁22を、ケーシング10の第１壁８と
円筒体17との間の内隅部60に、当接させる。そして、エ
ア流路20から袋部材18内にエアが注入される。これによ
り、袋部材18をケーシング10内に位置ずれしないように
保持できると共に、該袋部材18の内端部の動きの自由度
が高くなり、あらゆる方向の運動誤差や振動等を吸収す
ることができる。

また、第２クッション材12は、弾性変形可能な鼓型の袋
部材23内に、エア配管系51にてエアを注入してなる。該
袋部材23は、ポリウレタン樹脂、ゴム等からなり、ケー
シング10の第２壁９と平板部15との間に介装される。ま
た、この袋部材23の内壁24の内端面24aが平板部15の他
面に当接し、袋部材24の外端面が第２壁９に当接してい
る。さらに、袋部材23の軸方向外方の外周端縁25を、ケ
ーシング10の第２壁９と円筒体17との間の内隅部61に、
当接させる。そして、第２壁９に設けられたエア流路26
を介して下方開口部27の袋部材23内にエアが注入され
る。これにより、袋部材23をケーシング10内にて位置ず
れしないように保持できると共に、該袋部材23の内端部
の動きの自由度が高くなり、あらゆる方向の運動誤差や
振動等を吸収することができる。

しかして、エア流路20,26は、夫々、第２図に示すよう
に、圧力調整弁28,28を備えた分岐管29,30が連通連結さ
れ、該分岐管29,30は、連結管31を介してエアタンク32
に連通連結され、エアタンク32は連結管33を介してコン
プレッサ34に連通連結される。即ち、第１・第２クッシ
ョン材11,12にはエア配管系50,51が設けられることにな
る。

従って、個別の配管系50,51の夫々の圧力調整弁28,28を
調整することにより、袋部材18,23に注入するエアのエ
ア圧を夫々個別に調整することができ、各クッション材
11,12の剛性を個別に変化させることができる。

しかして、平板部15は、例えば、円盤体からなり、第１
図に示すように、その軸心部にねじ孔35が設けられ、該
ねじ孔35に、ロッド14の基端に設けられたねじ部36が螺
着されて、該ロッド14と一体状とされている。また、取
付板部16は、その軸心部にねじ孔37が設けられ、該ねじ
孔37に、ロッド14の先端面に設けられたねじ孔38に螺着
されるボルト39が螺着され、ロッド14と一体状とされて
いる。そして、ロッド14の外径寸法は貫通孔13の孔径よ
り小とされ、ロッド14の外周面40と、貫通孔13の内周面
41との間に隙間部42が形成される。また、ロッド14は第
１クッション材11の中心孔43に挿通されている。即ち、
ロッド14及び平板部15は一対の第１・第２クッション材
11,12にて挾持保持される。

従って、モータ５を駆動させてボールねじ３を回転させ
れば、ナット部材４はねじ３の軸心方向に沿って往復動
して、ケーシング10が軸心方向に沿って往復動し、それ
にともなって、ロッド14の取付板部16に取付けられたテ
ーブル１は往復動する。

しかして、この場合、取付板部16が、ケーシング10の軸
心Ｏと直交する平面に対して傾いた状態等になった場合
においても、第１・第２クッション材11,12が、夫々、
弾性変形自在であるので、ロッド14の変動による平板部
15の変動を十分に吸収することができる。即ち、第４図
に示したピッチング、ヨーイング、ローリング、振れ回
り等の駆動部２からの数多くの外乱をこの接続構造によ
って除去、吸収することができる。また、駆動部２から
の振動、あるいはテーブル１側からの振動を吸収するこ
とができ、しかも、その減衰能を第１・第２クッション
11,12エア圧調整により、調整することも可能である。
さらに、各クッション材11,12のエアは一定温度に保持
されるため、テーブル１から駆動部２へ、逆に、駆動部
２からテーブル１への熱の流れが無くなる。そして、第
１・第２クッション材11,12のフレキシビリティによ
り、駆動部２からの熱、あるいはテーブル１側からの熱
を接続部において熱放散あるいは遮断することができ、
駆動部２側の発熱によっても、テーブル１が熱変形する
ことがない。また、第１・第２クッション材11,12はケ
ーシング10内に収納されるため、全体構造としてはコン
パクトなものとなる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されず、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で設計変更自由であり、例えば、従
動側−即ちテーブル１−へロッド14を直接に接続して
も、図示の実施例のように取付板部16、あるいはブロッ
ク体やその他の各種部材を介して、間接に接続するも、
自由である。また、駆動部側へケーシング10を接続する
場合に、第２壁９以外の部分−即ち円筒体10や第１壁８
の部位−を接続しても良い。さらに、第１・第２壁8,9
をテーブル１側に取付けると共に、取付板部16を駆動部
２側に取付けるも自由である。つまり、ケーシング10を
従動側に接続すると共に、ロッド14を、ケーシング10外
において駆動側に接続してもよい。

しかして、本発明に係る接続構造は、工作機械に限ら
ず、精密機器、計測機器等の種々のものに使用すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明は、上述のように構成されているため、以下に記
載する顕著な効果を奏し、特にナノメートルオーダーの
加工精度や測定精度が要求される超精度工作機械或いは
超精密計測器のための高機能化されたテーブルと駆動部
の接合部が実現される。

駆動系と従動系との接続部剛性を高めることがで
き、十分な静剛性を実現できる。

袋部材18,23内のエア圧の微妙な調整により、第１
・第２クッション材11,12の剛性を微妙に変化させるこ
とができる。

（エア圧の増減によって）ピッチング、ヨーイン
グ、ローリング、振れ回り等の駆動系からの外乱を吸収
・除去する柔な性質と、駆動側と従動側とを十分な剛性
をもって接続する剛な性質とを、兼ね備えることができ
る。

駆動系からの外乱を吸収・除去する性質、駆動系と
従動系との接続部剛性、及び、駆動系と従動系からの振
動を吸収する性質等を、微妙に調整することができ、種
々の特性を合理的に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
全体の簡略図、第３図は工作機械の平面図、第４図は同
側面図、第５図は駆動部の簡略図である。 10……ケーシング、11……第１クッション材、12……第
２クッション材、14……ロッド、15……平板部、50,51
……エア配管系。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング10を駆動側に接続すると共に、
   該ケーシング10内に遊嵌状に挿入されるロッド14を、該
   ケーシング10外において従動側に接続し、かつ、該ロッ
   ド14に、上記ケーシング10内において平板部15を連設
   し、該ケーシング10内において該平板部15を一対の第１
   ・第２クッション材11,12にて挾持保持させ動力を伝達
   するテーブルと駆動部の接続構造であって、上記ケーシ
   ング10は、円筒体17と、該円筒体17の両端の開口部を夫
   々閉じる第１・第２壁8,9と、からなり、上記第１クッ
   ション材11は、ロッド14挿通用の中心孔43を有する弾性
   変形可能な鼓型の袋部材18内に、エア配管系50にてエア
   を注入してなり、上記第２クッション材12は、弾性変形
   可能な鼓型の袋部材23内に、エア配管系51にてエアを注
   入してなり、上記袋部材18,23の軸方向外方の外周端縁2
   2,25を、上記ケーシング10の第１・第２壁8,9と円筒体1
   7との間の内隅部60,61に、当接させ、さらに、該袋部材
   18,23の内端面21a,24aを、上記平板部15の一面と他面
   に、夫々当接させたことを特徴とするテーブルと駆動部
   の接続構造。
2. 【請求項２】ケーシング10を従動側に接続すると共に、
   該ケーシング10内に遊嵌状に挿入されるロッド14を、該
   ケーシング10外において駆動側に接続し、かつ、該ロッ
   ド14に、上記ケーシング10内において平板部15を連設
   し、該ケーシング10内において該平板部15を一対の第１
   ・第２クッション材11,12にて挾持保持させ動力を伝達
   するテーブルと駆動部の接続構造であって、上記ケーシ
   ング10は、円筒体17と、該円筒体17の両端の開口部を夫
   々閉じる第１・第２壁8,9と、からなり、上記第１クッ
   ション材11は、ロッド14挿通用の中心孔43を有する弾性
   変形可能な鼓型の袋部材18内に、エア配管系50にてエア
   を注入してなり、上記第２クッション材12は、弾性変形
   可能な鼓型の袋部材23内に、エア配管系51にてエアを注
   入してなり、上記袋部材18,23の軸方向外方の外周端縁2
   2,25を、上記ケーシング10の第１・第２癖8,9と円筒体1
   7との間の内隅部60,61に、当接させ、さらに、該袋部材
   18,23の内端面21a,24aを、上記平板部15の一面と他面
   に、夫々当接させたことを特徴とするテーブルと駆動部
   の接続構造。