JP4113727B2 - Friction drive - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦駆動装置に関し、さらに詳しくは、駆動軸を回転させることにより従動軸が固定された移動体を進退させる摩擦駆動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の光ディスクの高密度化にともない、より高解像の露光を実現するために、マスタリング装置の光源として、従来のレーザービームに代えて電子線等を用いた露光装置が用いられるようになり、高解像度の露光を実現する露光装置への移行に伴って真空環境への対応やより高精度な送りが必要になってきている。従来、この送り機構として、光ディスク原盤露光用のスライドテーブル装置が用いられ、静圧軸受を介してテーブルを進退自在に設けたエアスライド式が多く用いられている。また、テーブルの駆動手段としては、ボイスコイル型のリニアモータが一般的に用いられ、位置検出器として干渉レーザ測長器やリニアスケールを使用した閉ループ制御方式が採用されている。また、半導体検査装置等の静止状態を必要とするものでは、送り方向の剛性を必要とするためテーブルの駆動にボールネジ等が用いられている。
前記スライドテーブル装置の摩擦駆動機構には、駆動軸と従動軸の交差角度を鋭角とするツイストローラ方式と直角とするキャプスタン方式がある。ツイストローラ方式は、駆動軸と従動軸との間の交差角を微小にすることで、他の機構では得られない小さなリードを実現でき、高い位置決め分解能が期待できることから次世代の送り機構として期待され、文献、特許等が公開されている。
【0003】
メカ機構として公開されている従来技術として、特開平8−184360号公報には、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高剛性進退装置について開示されている。これは、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る。進退部品は、その本体内に、軸体に転接する樽形のローラを周方向に並べて複数個設ける。これらローラは、両端面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される。進退部品本体とローラ端面の少なくとも一方、および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ている。
また、特開平11−195247号公報による発明には、速度むらが生じることなく、安定した送りを行うことができ、外乱にも強く、分解能の向上が図れ、これにより高密度の書き込みを可能とした光ディスクマスタリング装置用スライドテーブル装置について開示されている。これによると、テーブルとなるスライド体を基台に対して静圧直動軸受で静圧支持し、基台に対してスライド体をスライド自在に駆動する摩擦進退駆動装置を設ける。摩擦進退駆動装置は、回転駆動される主軸と、この主軸の回りに複数個設けられて各々傾き角度を持って接するローラとを備える。そして、このローラに主軸に対する予圧を与える予圧手段を設けている。
【0004】
また、特開平11−195248号公報には、主軸およびこれに斜めに転接するローラを備えた摩擦進退駆動装置において、回転駆動源の回転むらの影響を少なくすると共に、回転伝達系における位相ずれを少なくし、精密な位置決めを可能とした摩擦進退駆動装置について開示されている。これは、主軸と、この主軸の外周にころがり接触しかつ主軸に対して傾き角度をもって傾斜したローラと、前記主軸の回転に起因して移動するローラと共に移動するスライド体とを有する摩擦進退駆動装置において、前記主軸を回転させる回転駆動源と、この回転駆動源の回転を駆動側軸から摩擦車への回転伝達で減速して主軸に伝達する減速機とを設けたことを特徴としている。この構成の摩擦進退駆動装置によると、主軸を回転させることにより、各ローラが主軸に対して傾き角度だけリード角を持って回転することになり、その接触部の摩擦力により、スライド体を軸方向に移動させる。この場合に、回転駆動源の回転は減速して主軸に伝達されるため、スライド体の位置決め精度に対する回転駆動源の回転むらの影響が小さくなる。また、回転駆動源の回転の伝達およびその減速は、駆動側軸と摩擦車との摩擦接触を介して行うようにしたため、バックラッシ等が生じず、これによっても精密な位置決めが行えるとしている。
また、文献;「ツイストローラ摩擦駆動装置を用いた超精密位置決めシステムの開発、著者水本他、1995年度精密工学会秋期大会論文集」には、空気静圧軸受により案内されたテーブルを、両端を空気静圧軸受にて支持された駆動軸と、その駆動軸線とわずかな交差角にて設けた従動軸に複数の玉軸受にて従動軸回りに回動支持されたローラを設けて、約70μmのリードで位置決め分解能2nmを実現する旨が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特開平8−184360号公報記載の発明では、駆動軸心に対して等角(120度)で配置されローラ端面を支持している固定板及び対向板に各々形成される円すい面状のボール支持凹部の機械的な位置誤差のために、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度にばらつきが生じる。ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度を大きく確保する場合、つまりリードLを比較的大きく(例えば、数mm)とる場合は問題とならないが、ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度(リードL)を小さくする場合、例えば、数百μmに設定する場合は、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度にばらつきがあると、駆動軸と従動軸のローラ間でリード誤差によるすべりを生じ、これが閉ループ制御の外乱となるため制御上好ましくない。これを光ディスク原盤露光等に適用すると、トラックピッチ精度等が悪くなり露光品質に悪影響を与えるといった問題が生じる。
更に、本公報による発明によると、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構成をとっているため、ローラの軸体に対する予圧量の調整は、進退部品本体に設けたネジ部を有する穴部と予圧板に設けた穴部を連通させた位置として、その連通穴部に弾性体を設けて進退部品本体に設けたネジ部のイモネジを締めることによる弾性体の圧縮変形力を利用している。この構成の場合、ローラの軸体に対する現在予圧量が定量的に確認できないので、適正な予圧量にするのに試行錯誤が必要となり、又、ローラや軸体の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も困難となり、部品交換時の予圧量再現性もなく組立性が悪くなる。
【0006】
また、特開平11−195247号公報では、基台に固定される静圧直動軸受固定部の真直と摩擦進退駆動装置主軸の真直との間に誤差を生じた状態で組み立てられた場合、スライド体が送り方向に動作すると、予圧をかけられて固定されているだけで剛性が最も低いローラと主軸間で、その真直誤差を吸収することになるので、ローラの主軸に対する予圧量が移動位置とともに変化してしまう。つまり、駆動軸と一つのローラ間に働く駆動軸方向の駆動力は、駆動軸外周とローラ間の動摩擦係数をμ、予圧をNとすると、F=μNとなる。従って、各々のローラと駆動軸外周で発生する駆動力にもばらつきを生じ、更に各々の駆動力にもばらつきを生じるため、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度のばらつきと相乗して駆動軸と従動軸のローラ間ですべりを生じ、これが、閉ループ制御の外乱となるため、光ディスク原盤露光等に適用するとトラックピッチ精度等が悪くなり露光品質に悪影響を与えるといった問題がある。
更に、本公報によると、スライド体を基台に対して静圧直動軸受で静圧支持し、又、前記文献では、空気静圧軸受により案内されたテーブルを、両端を空気静圧軸受にて支持する構成としているが、このような静圧軸受は非常に高価であり装置コストが高くなるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、前記問題点を生じることなく、高精度送りを実現できる摩擦駆動装置、特に光ディスク原盤露光装置用送りステージを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項1は、固定されたベースと、該ベース側に回転自在に支持された駆動軸と、該駆動軸の外径位置に所定の傾斜角度をもって円周方向に等角配置された複数の従動軸と、該複数の従動軸により夫々回転自在に支持され且つ前記駆動軸の外周にころがり接触するローラと、前記駆動軸の回転に伴って駆動軸の軸方向に移動すると共に前記従動軸を支持する移動体と、該移動体の送り位置を検出する位置検出手段と、を備えた摩擦駆動装置であって、前記複数の従動軸の内の少なくとも一つの従動軸は軸線方向に移動不能に前記ローラを支持し、他の従動軸はその軸線方向に移動可能に前記ローラを支持する移動手段及びその移動量を検出する移動量検出手段と、を備え、前記各従動軸を回動自在に支持する軸受と、前記軸受の中心である回動支持点を支点として該従動軸の他端を駆動軸外周から離間させる方向に押圧する第1の弾性体及び前記駆動軸外周の接線方向に押圧する第2の弾性体とを備え、前記回動支持点を挟んだ前記ローラと反対側の従動軸端部に対応する前記移動体部分に固定され、前記駆動軸の軸線と直交する方向且つ前記第1の弾性体の押圧力による前記回動支持点周りのモーメント力を相殺する方向に前記従動軸を押圧する第1の押圧手段と、前記駆動軸外周の接線方向且つ前記第2の弾性体の押圧力による前記回動支持点周りのモーメント力を相殺する方向に前記従動軸を押圧する第2の押圧手段と、前記各構成要素の制御を行う制御部と、前記制御部の指令により前記第1の押圧手段を押圧/開放し、前記ローラを前記他の従動軸の軸線方向に移動/固定する第1の出力手段と、前記駆動軸の1回転当たりの原点検出信号と前記ローラの移動量検出手段の出力信号に基づいて、前記他の従動軸に対する、前記少なくとも一つの従動軸の傾き角度誤差を算出する角度誤差算出手段と、前記角度誤差算出手段により算出された角度誤差に相当する出力信号を現在の印加信号から増減した補正信号を前記第2の押圧手段に印加する第2の出力手段を有する角度調整手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明は、光ディスク原盤を露光する際に、光ディスク原盤を支持して回転させたり、径方向移動させるための光ディスク原盤露光装置用送りステージに用いられる摩擦駆動装置に関するものであり、高精度送りを実現できるものである。
この発明では、駆動軸の外周に複数の従動軸の一端を球面軸受にて支持すると共に他端を弾性体による自由支持とし、球面軸受の回動支持点を挟んでローラと反対側の従動軸の他端を第1の押圧手段により離間方向へ押圧し、且つ第2の圧電素子により駆動軸接線方向に押圧し、更に制御部により制御される第1の出力手段と、固定した従動軸に対する傾き角度誤差を算出する角度誤差算出手段と、角度調整手段と、を設けて、加工、組み付け誤差等による機械的な位置誤差のために生じる各従動軸と駆動軸とのなす交差角度のばらつきを補正できるようにしている。
かかる発明によれば、加工、組み付け誤差等による機械的な位置誤差のために生じる各従動軸と駆動軸とのなす交差角度のばらつきを補正できるようにしているので、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度が精密に設定され、駆動軸と各従動軸のローラ間でリード誤差によるすべりを発生せず、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上が図れる。
【0008】
請求項2は、請求項1において、前記移動手段は、前記他の従動軸の外周に配置されると共に外周に軸受を介して前記ローラを備え、且つ該ローラの軸方向両端部の内周面と前記他の従動軸の外周面との間にすべり軸受を形成する移動リングと、前記移動リングに外周部が固着され、且つ前記他の従動軸に内周部が固着された円盤状の弾性板と、前記他の従動軸の軸線と直交する方向に設けられた少なくとも1つ以上の貫通穴内に嵌合する複数の鋼球と、前記他の従動軸の一端面から軸線方向に同軸状に設けられ且つ前記貫通穴と連通する穴部と、前記穴部内に軸方向移動可能に支持されて、テーパ状の先端部にて前記複数の鋼球と接する突き出しピンと、を備えていることを特徴とする。
かかる発明によれば、移動手段は、外周にローラが設けられ、移動リングの一端と対向する従動軸の一端に内周部が固着された円盤状の弾性板と、従動軸に設けられた少なくとも1つ以上の貫通穴に嵌合し、先端部がテーパ状の突き出しピンのテーパ部に接触する複数の鋼球を設けた構成としており、単純な構成でローラの移動/固定とその移動量検出が可能となり装置コストが安価となる。
請求項3では、請求項1又は2において、前記移動量検出手段は、前記円盤状の弾性板の内外周間での半径方向のひずみを検出するひずみゲージと、抵抗値変化を検出するブリッジ回路と、該ブリッジ回路の信号を増幅する増幅器と、を備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、移動量検出手段は、ひずみを検出するひずみゲージとブリッジ回路と増幅器から構成しており、単純な構成でローラの移動/固定とその移動量検出が可能となり装置コストが安価となる。
【0009】
請求項4は、前記第1の出力手段は、一定電圧を発生する定電圧回路と、一方の端子を0V、他方の端子に前記定電圧回路の出力信号が接続され外部信号によりON/OFFする切換スイッチと、第1の押圧板の第1の変形部に設けた第1の変形量測定手段と、前記切換スイッチの出力信号である押圧伸縮設定信号と前記第1の変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ制御する第1のサーボ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、第1の出力手段を、定電圧回路と、外部信号によりON/OFFする切換スイッチと、第1の押圧板に設けた第1の変形量測定手段と、切換スイッチの出力信号と第1の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第1のサーボ制御手段を設けたことにより、ローラの駆動軸外周への押圧(予圧)動作と各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるので、更に、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上がはかれる。
請求項5は、前記第2の出力手段は、CPUからのデジタル信号をアナログ信号に変換するD/A変換器と、前記第2の押圧手段に設けた第2の変形部に設けた第2の変形量測定手段と、前記D/A変換器の出力信号である押圧伸縮設定信号と前記第2の変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ動作を行う第2のサーボ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、第2の出力手段は、D/A変換器の出力信号と第2の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ動作を行う第2のサーボ制御手段を設けているので、ローラの駆動軸外周への押圧(予圧)動作と各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるので、更に、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上がはかれる。
【0010】
請求項6は、前記角度調整手段は、前記移動体に固定された第1の固定板と、第1の固定板に設けた第1の案内部に両側面が嵌合するよう設けられた第1の押圧板と、前記移動体に固定され且つ前記従動軸を押圧して位置調整するために前記第1の固定板に設けた第1の調整ネジ及び前記第1の押圧板に設けた雌ネジ部と、前記移動体に支持され且つ前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧すると共に前記第1の固定板に設けた第2の案内部に嵌合するよう設けられた第2の押圧板と、を備え、前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧するために前記第1の固定板に設けた第2の調整ネジと、前記第2の押圧板の後端側面と、によって、前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧して位置調整可能となるように構成されていることを特徴とする。
かかる発明によれば、角度調整手段は、第1の固定板の第1の案内部に嵌合するよう設けられた第1の押圧板と、第1の固定板に設けた調整ネジと第1の押圧板に設けた雌ネジ部によって位置調整可能となるように設けられ、かつ、第1の固定板の第2の案内部に嵌合するよう設けられた第2の押圧板と、第1の固定板に設けた調整ネジと第2の押圧板によって従動軸を駆動軸外周の接線方向に押圧する方向に位置調整可能となるように設けて、大きな交差角度でも上記角度補正動作が行えるようにしているので、広いリード条件範囲において安定した送り制御が実現でき、送り構成要素としての汎用性を高くすることができる。
請求項7は、前記第1の出力手段は、電圧を変更可能とした構成の可変電圧回路と、一方の端子を0Vとし且つ他方の端子に前記可変電圧回路の出力信号が接続され外部信号によりON/OFFする切換スイッチと、前記第1の押圧板と前記回動支持点とローラ間にあって、前記従動軸の押圧方向への変形量を検出する第3の変形量測定手段と、前記切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と前記第3の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第3のサーボ制御手段と、を備えたことを特徴とする。
かかる発明によれば、第1の出力手段は、可変電圧回路とグランドとを外部信号によりON/OFFする切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と第3の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第3のサーボ制御手段を設けているので、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボをしているので、適正な予圧条件に瞬時に設定でき、ローラや駆動軸の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も容易となり、部品交換時の予圧量再現性も良好となり組立性の向上が図れる。
【0011】
請求項8は、前記第1の出力手段は、CPUからのデジタル信号をアナログ信号に変換する1つのD/A変換器と、前記第3の変形量測定手段と、前記1つのD/A変換器の出力信号である押圧設定信号と第3の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第4のサーボ制御手段と、を備えていることを特徴とする。
かかる発明によれば、第1の出力手段は、一つのD/A変換器と、従動軸の外周部に従動軸の押圧方向の変形量を検出する第3の変形量測定手段と、D/A変換器の出力信号と第3の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第4のサーボ制御手段を設けて、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボをしているので、適正な予圧条件に瞬時に設定でき、ローラや駆動軸の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も容易となり、部品交換時の予圧量再現性も良好となり組立性の向上が図れる。
請求項9は、前記第1の出力手段は、複数の圧電素子への押圧設定信号を独立に与えるためにCPUからのデジタル信号をアナログ信号に変換する複数のD/A変換器と、第3の変形量測定手段と、前記複数のD/A変換器の出力信号である押圧設定信号と前記第3の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第5のサーボ制御手段と、を備えていることを特徴とする。
かかる発明によれば、第1の出力手段は、複数のD/A変換器の出力信号と第3の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第5のサーボ制御手段を設けて、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボを行い、かつ各々の第1の押圧手段への押圧設定値を独立に与えるようにしているので、ベースに固定される案内機構の固定部である支柱の送り方向真直と駆動軸の送り方向真直に誤差を生じて組み立てが行われても、移動体が送り方向に動作した時の組立誤差による予圧変動を生じることがなく、各々のローラと駆動軸外周で発生する駆動力にもばらつきを発生しないので、長ストロークの駆動でも安定した送り動作が実現でき送り制御精度及び組立性の向上がはかれるとともに簡便な案内機構で構成できるので装置が安価となる。
請求項10は、前記従動軸は、前記第1の押圧手段の押圧点と前記回動支持点間距離をL1、前記回動支持点とローラ間距離をL2とした時に、L2>L1の条件を満足する第3の変形量測定手段変位拡大機構を形成していることを特徴とする。
かかる発明によれば、従動軸は、第1の押圧手段に用いる圧電素子の伸縮量が小さくても大きな押圧ストロークが得られるので、駆動軸回りに配置する機構を小さくでき、装置の小型化が図れる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る摩擦駆動装置の制御系構成図である。図1(a)は、摩擦駆動装置の上面図であり、(b)はその右側面図であり、(c)は部分断面図である。この摩擦駆動装置は、例えば光ディスク用原盤露光装置に用いる送り装置に使用される。
図示しない除振機構、例えば、空気圧によるサーボマウンタ上に設けたベース90上には、送り方向と直交する方向に離間配置されて基端部をベース90に固定した支柱89(89a、89b)が立設されており、各支柱89の上端部には、例えば球体、円筒ローラ等を送り方向に配置したころがり軸受14(14a、14b、案内機構)を介して移動体13が送り方向へ移動可能に支持されている。
【0013】
移動体13には、上部に加工対象物のとしての光ディスク原盤を支持するターンテーブル18を固定し、図示しない外部より供給される圧縮空気によりラジアル、スラスト方向に静圧浮上するエアスピンドル19が内部に配置されており、エアスピンドル19には回転駆動モータ20を介して、その出力が一周(360度)を数千に等分割されたA相、B相パルスと、一周に1回発生するZ相パルスとから構成される光学式ロータリーエンコーダ(1)21が固定されており、図示しない外部からの回転駆動モータ20への通電信号により回転自在に構成されている。
また、移動体13の送り方向より見て左側端部の下部には、例えば、送り方向における所定の分解能を提供するA相、B相パルスから構成される光学式リニアエンコーダ等の送り方向の位置を計測する受光部15aと、スケール15bとから構成される位置検出手段16が設けられている。スケール15bは取付板(1)15cを介して移動体13に固定されており、受光部15aは取付板(2)17を介してベース90側に固定されている。図1では、スケール15bが移動体13に固定され、受光部15aがベース90に固定されているが、受光部15aを移動体13に固定し、スケール15bをベース90に固定する構成としても構わない。
さらに移動体13から送り方向へ突出する突出部13aの下部には、横方向へ延びる駆動軸1を支持する穴部22a、23aを設けた第1の固定板22及び第2の固定板23の上端部が夫々固定的に支持されている。さらに駆動軸1の外周にころがり接触するローラ8a〜8cを、例えばアンギュラ軸受等を対向したころがり軸受(2)9a〜9cを介して同心状に設けた3つの従動軸7a〜7cが駆動軸1の軸線に対して円周方向に等角配置されている。
【0014】
図2(a)は図1のA−A’断面を表し、(b)はB−B’断面を表し、(c)はC−C’断面を表す。また、図2(d)は弾性体部の詳細図である。各従動軸7a〜7cの右側端部は夫々、図2(b)B−B’の断面図にも示すように、第2の固定板23に周方向に所定のピッチにて設けた各凹部23A、23B、23C内に、夫々、駆動軸1の軸線に対して円周方向に等角となるように配置されて支持されている。更に、各従動軸7a〜7cの外周に対して夫々回転自在に軸支されたローラ8a〜8cを駆動軸1の外周から離間させる方向(離間方向)に押圧する球35d〜35fをコイルスプリング等の3つの第1の弾性体35a〜35c(押圧端部に配置される)により押圧する構成を備えた第3の押圧板36a〜36cと(図2(d)参照)、各従動軸7a〜7cを駆動軸1の外周接線方向に押圧する球38d〜38fをコイルスプリング等の3つの第2の弾性体38a〜38c(押圧端部に配置される)により押圧する構成を備えた第4の押圧板40a〜40cと、が設けられている。このように、従動軸7a〜7cの右側端部を、弾性付勢された各球により自由支持する構成となっている。なお、本発明の実施形態では、第2の固定板23と分離された第3の押圧板36a〜36cと第4の押圧板40a〜40cに夫々第1の弾性体35a〜35c、第2の弾性体38a〜38cを設けているが、第2の固定板23に各弾性体を直接設けてもかまわない。
【0015】
また、第1の固定板22の右側面には、図1(c)の部分断面図、及び図2(a)、(c)の断面図に示すように、従動軸7a〜7cの左側端部外周とその内周が嵌合する球面軸受等の軸受26a〜26cが、駆動軸1の軸線に対して円周方向に等角配置されて固定されており、従動軸7a〜7cは、その軸受26a〜26cの回動支持点24a〜24cを含む平面内に回動可能な構成となっている。さらに、第1の固定板22の凹部22A、22B、22Cには、回動支持点24a〜24cを挟んだ各ローラ8a〜8cとは反対側に、図2(a)、図4(a)に示すような第1の圧電素子27a〜27cを伸縮方向に固定する。即ち、第1の押圧手段47a〜47cと第2の押圧手段48a〜48cが、駆動軸1の軸線に対して円周方向に等角配置されて固定されている。
即ち、第1の押圧手段47a〜47cは、駆動軸1の軸線と直角方向で第1の弾性体35a〜35cの押圧力による回動支持点24a〜24c周りのモーメント力を相殺する方向に、従動軸7a〜7cを押圧するための第1の圧電素子27a〜27cを伸縮方向に固定し、従動軸7a〜7cを押圧する側の固定端に第1の変形部28d〜28fを設けた構成を備えている。また、第2の押圧手段48a〜48cは、駆動軸1外周の接線方向で第2の弾性体38a〜38cの押圧力による回動支持点24a〜24c周りのモーメント力を相殺する方向に従動軸7a〜7cを押圧する図4(b)に示すような第2の圧電素子31a〜31cを伸縮方向に固定し、従動軸7a〜7cを押圧する側の固定端に第2の変形部32d〜32fを設けた構成を備えている。
【0016】
さらに駆動軸1の右側端部は第一の段付部1aになっており、その外周はベース90に固定され且つ上部に段付の貫通穴を設けたハウジング10の左側円筒穴部10a内に同心状にその外輪を固定されたアンギュラ軸受等の対向するころがり軸受32の内周部に嵌合しており、駆動軸1に設けたネジ部ところがり軸受32の内周部が軸受止め3にて固定されている。さらに、駆動軸1の第二の段付部1bの外周は、ハウジング10の右側円筒穴部に同心状に固定され、一般的にその出力が一周を数千等に分割したA相、B相パルスと一周に1回発生するZ相パルスから構成されるロータリーエンコーダ(2)6を固定した送り駆動モータ5の駆動軸とがオルダム式等のカップリング4により連結されている。さらに、駆動軸1の左側端部に位置する段付部1cの外周は、ベース90に固定され且つ上部に貫通穴が設けられ、その貫通穴と同心状に例えば、深溝玉軸受等のころがり軸受(4)12の外輪が軸心方向に移動可能となるように固定されたころがり軸受(4)12の内輪に嵌合する構成となっている。
以上の構成により、図示しない第1の圧電素子27a〜27c、第2の圧電素子31a〜31cのリード線端末より適当な通電電圧を第2の圧電素子31a〜31c、第1の圧電素子27a〜27cの順に印加すると、図18の点線に示すように駆動軸1の軸心と従動軸7a〜7cの軸心はある角度θで交差した状態でローラ8a〜8cの外周と駆動軸1の外周がころがり接触する。この状態で、図示しない送り駆動モータ5の端末より通電すれば、ローラ8a〜8cの外周と駆動軸1の外周の接触点は螺旋状に移動し、移動体13が送り方向に移動自在となる。この時、従動軸7a〜7c自身は回転せず、ころがり軸受(2)9a〜9cの外輪が回転する外輪回転となる。又、駆動軸1が1回転当たりに移動体13を移動する移動量Lリード量は、駆動軸1の外形寸法をDとすれば、
L=π・D・tanθ −−−−−−−−(1)
θ=tan -1 {L/π・D}−−−−−−−(2)
で表され、例えば、D=30mm条件での交差角度とリード量Lの関係は図17の両対数グラフに示すように線形である。
【0017】
さらに図3に示すように一つの従動軸7aには、従動軸7aの軸線方向に移動不能に固定され且つ回転自在に支持されたローラ8aが設けられ、他の従動軸7b、7cには、軸方向両端部の内周面と従動軸7b、7cの外周面との間にすべり軸受98(98b、98c)を支持した移動リング91(91b、91c)が従動軸7b、7cと同心状に設けられている。更に、移動リング91の軸方向片端には、その外周部が固着され、且つその片端と対向する従動軸7b、7cの片端に内周部が固着された円盤状の弾性板92(92b、92c)が設けられて移動手段97(97b、97c)が構成されており、ローラ8b、8cが従動軸7b、7cの軸線方向に移動可能な構成としている。
さらに、各従動軸7b、7cには、その軸線と直交する方向に貫通穴99が設けられると共に、図中右端部より形成された同心状の穴部(軸穴)7b−1、7c−1が夫々貫通穴99に連通するように設けられている。この穴部内には、穴部の内壁と外周が略嵌合し(遊嵌し)且つ図示しないOリング等を外周に備え先端部がテーパ状の突き出しピン94(94b、94c)を、軸方向へ進退可能に支持する。そして、例えば圧縮コイルバネ96(96b、96c)により突き出しピン94を軸方向外側へ弾性付勢する。さらに貫通穴99に嵌合し、突き出しピン94の内側端部に位置するテーパ部に接触する複数の鋼球(ボールベアリング)95が設けられている。この構成にて、従動軸7b、7cの右端部から軸方向に形成した前記穴部の開口である給気口より、圧縮空気等を穴部内に供給すれば、突き出しピン94が従動軸7b、7cの軸線左方向に移動しテーパ部にて接触している鋼球95が従動軸7b、7cの軸線と直交する方向に移動して、従動軸を包囲する移動リング91の内周面を押圧し、移動リング91と従動軸7b、7cとが固定される。
さらに、円盤状の弾性板92の内外周間でその半径方向のひずみを検出するひずみゲージ93(93b、93c)が設けられており、各ひずみゲージの図示しないリード線端末は、図5に示すブリッジ回路101(101b、101c)に夫々接続されており、ブリッジ回路101の出力信号は増幅器102(102b、102c)に接続され、ローラ8b、8cの移動量を各弾性板92(92b、92c)の変形量として検出できるように構成されており、全体として移動量検出手段100を構成している。
【0018】
次に、従動軸7a〜7cの角度を調整する制御ブロック図について図5を用いて説明する。割り込み用信号としてロータリーエンコーダ26の一周毎に1回発生するZ相パルス信号49の信号線が接続されたCPU58には、その動作プログラムを書き込むROM60とデータを記憶するRAM61とが接続され、Z相パルス信号49の立ち上がりをトリガー信号として移動量検出手段100のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するA/D変換器103(103b、103c)が接続されている。又、その出力信号が第2の圧電素子31a〜31cの図示しない端末に接続される駆動アンプd57d、e57e、f57fに接続され、デジタルデータをアナログ信号に変換するD/A変換器a63a、b63b、c63cが接続されている。ここで、D/A変換器a63a、b63b、c63cと駆動アンプd57d、e57e、f57fにて第2の出力手段50を構成している。さらに、その出力信号が第1の圧電素子27a〜27cの図示しない端末に接続される駆動アンプa57a、b57b、c57cと、固定の定電圧を出力する定電圧回路55(55a、55b)の出力信号が外部信号によってON/OFFできるスイッチ1、2、3(56a〜56c)を介して駆動アンプa57a、b57b、c57cの入力信号として接続されて構成した第1の出力手段64のスイッチ1、2、3(56a〜56c)の駆動信号がCPU58に接続されており、又、その出力信号が電磁弁104(104b、104c)に接続され、入力に固定の定電圧を出力する定電圧回路55(55a、55b)の出力信号が外部信号によってON/OFFできるスイッチ4、5(56d、56e)の駆動信号が接続されている。さらに、リード量データLとその設定許容誤差データεを入力するデータ入力部59が接続されており、全体で角度調整手段51を構成している。
【0019】
以上の回路構成による動作を図6の動作フロー図にて説明する。予め入力されたリード量データLとその設定許容誤差データεを読み込んだ後(S1)、図示しない装置全体のホストコンピュータからの指令信号88aを待った後(S2)、ホストコンピュータからの指令信号88aがONされると、角度算出手段65にて上記式▲2▼にもとづいて交差角度θの計算が行われた後(S3)、スイッチ4、56d、スイッチ5、56eの駆動信号がONされて電磁弁104(104b、104c)が動作して従動軸7b、7cの各穴部7b−1、7c−1の右端開口部としての給気口より圧縮空気等が供給され突き出しピン94が移動して移動リング91と従動軸7b、7cが固定され、スイッチ1、2、3(56a〜56c)の駆動信号がOFFされて第1の圧電素子27a〜27cへの信号がOFFされて押圧手段(1)47a〜47cが開放される(S6)。つづいて、D/A変換器63に対して上記角度算出手段65によって計算された交差角度θに相当するデジタルデータが送出され(S7)、駆動アンプ57を介して圧電素子(2)31に計算された交差角度θに相当する変位電圧が印加され押圧手段(2)48が従動軸7を駆動軸1外周の接線方向に押圧し、その後、スイッチ(1)56aへの駆動信号がONされて圧電素子(1)27aへ適当な電圧に設定された定電圧回路55の出力信号が駆動アンプ57を介して通電され、押圧手段(1)47が従動軸7を押圧する(S8)。その後、スイッチ4、5(56d、56e)の駆動信号がOFFされて(S9)、移動リング91と従動軸7b、7cが開放され、この状態で、送り駆動モータ5が回転開始し(S10)、Z相パルス信号49の立ち上がりをトリガー信号としてローラ8bの移動量XbがA/D変換器103bにて取り込まれ(S11)、ここで、従動軸7aの設定リード量に対して従動軸7bの実リード量が大きい場合はXi>0、小さい場合Xi<0となる。その後、相対リード量を算出する相対リード量算出手段66にて相対リード量Lbが求められ、相対角度誤差Δθbを算出し、ローラ8bの移動量Xbが設定された設定許容誤差データε以下であればその角度データθbをRAM61に記憶し、大きい場合は、差分データΔθbが0よりも大きい場合は設定された角度データからΔθbを減じ、又、Δθbが0よりも小さい場合は設定された角度データにΔθbを加える電圧補正手段67にて逐次繰り返して行われ、ε≧Xiとなるまで行われる(S12)。
【0020】
上記フロー中のステップS5は、サブルーチン(SUB)になっており、上記の動作がb、cの順で行われ全てが完了するとスイッチ1、2、3(56a〜56c)の駆動信号がOFFされて圧電素子(1)27a〜27cへの信号がOFFされて第1の押圧手段47a〜47cが開放され、スイッチ4、5(56d、56e)の駆動信号がONされて電磁弁104(104b、104c)が動作して従動軸7b、7cの右端部に設けた給気口より圧縮空気等が供給され突き出しピン94が移動して移動リング91と従動軸7b、7cが固定され、記憶された角度データθa、θb、θcに相当するデジタルデータがそれぞれD/A変換器a63a、b63b、c63cに出力された後、スイッチ1、2、3(56a〜56c)の駆動信号がONされて圧電素子(1)27a〜27cへの信号がONされ第1の押圧手段47a〜47cが押圧し、スイッチ4、5(56d、56e)の駆動信号がOFFされて、移動リング91と従動軸7b、7cが開放され、再度Z相パルス信号49の立ち上がりをトリガー信号としてローラ8b、8cの移動量Xb、cがA/D変換器103にて取り込まれ、その相対誤差データである移動量Xb、cが設定された設定許容誤差データε以下であることを確認し、スイッチ4、5(56d、56e)の駆動信号がONされて電磁弁104が動作して従動軸7b、7cの右端部に設けた給気口より圧縮空気等が供給され突き出しピン94が移動して移動リング91と従動軸7b、7cが固定し、図示しないホストコンピュータへ設定完了信号88bをONにして動作完了する(S13)。
以上の構成によれば、加工、組み付け誤差等による機械的な位置誤差のために各従動軸心と駆動軸とのなす交差角度にばらつきを生じても各従動軸の角度位置を補正できる。
【0021】
次に、本発明の第2、3の実施形態について図7乃至図9に基づいて説明する。実施形態1と説明が重複する部分については、説明を省略する。実施形態1の構成要素である第1の圧電素子27a〜27cの印加電圧に対する変位量の関係は、圧電素子の印加電圧と変位量特性との関係を示す図14に示すように、一般的に履歴特性をもっている。つまり、印加電圧を上げるとそれに伴って変位量も増加するが、その状態から印加電圧を下げても元の軌跡を辿らないで、印加電圧0の状態で変位量Dpが残ってしまう。そのため第1の圧電素子27a〜27cへの印加電圧が比較的小さい場合は、第1の押圧手段47a〜47cの開放時の残変位量Dpは非常に小さいので問題とならないが、印加電圧が比較的大きい場合、言い換えるとローラ8a〜8cの駆動軸1に対する押圧量(これを一般的に予圧と呼ぶ)を大きくすると残変位量Dpが大きくなるため完全に開放できない場合を生じる。
そこで、実施形態2では、図7(a)に示すように、第1の押圧板28a〜28cの第1の変形部28d〜28fに例えば、抵抗値の変化によってその変形量を検出する歪みゲージ等の第1の変形量測定手段30a〜30cを設け、その第1の変形量測定手段30(30a〜30c)の出力信号と定電圧回路の設定電圧を比較してサーボ制御する構成としている。
【0022】
図8にそのブロック図を示す。定電圧回路55の出力信号は、駆動信号がCPU58に接続され、ON時に定電圧回路55の出力信号に接続し、OFF時に回路の0VGNDに接続するスイッチ4、5、6(68a〜68c)を介して差動アンプa68a、b68b、c68cに接続されており、又、第1の変形量測定手段30a〜30cの出力信号は抵抗値変化を検出するブリッジ回路a73a、b73b、c73cに接続され、その出力信号は微少信号を増幅する増幅器a72a、b72b、c72cに入力され、その出力信号は、上記差動アンプa68a、b68b、c68cに入力され、差動アンプa68a、b68b、c68cの内部でスイッチ4、5、6(68a〜68c)の端部に接続されている定電圧回路55の出力信号、回路の0VGND信号と引き算され、その出力信号は、補償回路a70a、b70b、c70c、ゲイン調整器a71a、b71b、c71cを介して駆動アンプa57a、b57b、c57cに入力されており、スイッチ4、5、6(68a〜68c)以降から駆動アンプa57a、b57b、c57cまでで第1のサーボ制御手段76を構成しており、その出力信号は第1の圧電素子27a〜27cに接続されている。駆動アンプa57a、b57b、c57cへの入力信号に対する第1の押圧手段47a〜47c変位量の間の周波数特性は、図19に示すように2次系であり、補償回路a70a、b70b、c70cを調整することにより一般的なサーボ系の安定指標値である位相余裕40度以上とゲイン余裕15dB以上に設けている。以上の構成によれば、第1の圧電素子27a〜27cの印加電圧が比較的大きくても、言い換えるとローラ8a〜8cの駆動軸1に対する押圧量が大きくても第1のサーボ制御手段76が目標値となる定電圧回路55の出力信号、回路の0VGND信号と第1の変形量測定手段30a〜30cからの出力信号を比較して目標値に収束するので残変位量Dpを生じなくなる。
【0023】
実施形態2で説明したのと同様の理由で、第2の圧電素子31a〜31cにも履歴特性がある。そのため大きなリード量を設定した場合、実施形態1の図6で説明した電圧補正手段67による補正動作の際に時間がかかってしまう。そこで、実施形態3では、図7(b)に示すように第2の押圧手段48a〜48cを構成する第2の押圧板32a〜32cの第2の変形部32d〜32fに実施形態2と同様に抵抗値の変化によってその変形量を検出する歪みゲージ等の第2の変形量測定手段34a〜34cを設け、図9に示すようなD/A変換器a63a、b63b、c63cの出力信号74d〜74fを目標値とした実施形態2と同様の構成とした第2のサーボ制御手段77を設けている。構成の説明については、実施形態2と重複するのでここでは省略する。
以上の構成では、実施形態2と同様に目標値となるD/A変換器a63a、b63b、c63cの出力信号と第2の変形量測定手段34a〜34cからの出力信号を比較して目標値に収束するので残変位量Dpを生じなくなる。
実施形態1〜3では、従動軸7a〜7cと駆動軸1の押圧調整範囲及び交差角度調整範囲は、第1の押圧手段47a〜47c、第2の押圧手段48a〜48cに用いている第1の圧電素子27a〜27cと第2の圧電素子31a〜31cの最大伸縮量内に限定されるため例えば、大きなリード設定条件の時は対応できなくなる。そこで第4の実施形態では、大きなリード設定条件に対しても対応できる構成を説明する。
【0024】
次に、本発明の第4実施形態について図10(a)(b)(c)及び図11(a)乃至(d)(図10の各部断面図)にて説明する。なお、第1の実施形態に係る図1等を併せて参照しつつ説明する。実施形態1の説明と重複する部分の説明は省略する。図11(a)に示す第4実施形態では、第1の固定板22は、その両側面が、移動体13の送り方向への突出部13aの下部に固定されて、その凹部に従動軸7a〜7cを押圧する方向に案内部(1)22a〜22cを有している。更に、各案内部(1)22a〜22cに嵌合するよう設けられた第1の押圧板28a〜28cと、従動軸7a〜7cを押圧する方向に第1の固定板22を移動させるために第1の固定板22に設けた調整ネジ(1)29a〜29cと、第1の押圧板28a〜28cに設けた雌ネジ部によって従動軸7a〜7cを押圧する方向に位置調整可能となるように構成され、かつ、その両側面が、その凹部に従動軸7a〜7cを駆動軸1の接線方向に押圧する方向に第1の固定板22の案内部(2)22d〜22fに嵌合するよう設けられた第2の押圧板32a〜32cと、従動軸7a〜7cを駆動軸1外周の接線方向に押圧する方向に設けた第1の固定板22に設けた調整ネジ(2)33a〜33cと、を備え、第2の押圧板32a〜32cの後端側面によって、従動軸7a〜7cを駆動軸1外周の接線方向に押圧する方向に位置調整可能となるよう構成している。また、第1の押圧板28a〜28c、第2の押圧板32a〜32cの位置調整後は、図11(c)に示すように、それぞれ固定具(1)42a〜42c及び固定具(2)43a〜43cを取り付けて送り方向に固定する構成としている。
本発明の第4実施形態では、第2の固定板23の凹部についても、駆動軸1の軸線に対して円周方向に等角配置されて固定され、従動軸7a〜7cに設けたローラ8a〜8cを駆動軸1の外周から離間する方向に押圧するコイルスプリング等の3つの第1の弾性体35a〜35c(押圧端部に球35d〜35fを設けている)を備えた第3の押圧板36a〜36cと、駆動軸1の外周接線方向に押圧するコイルスプリング等の3つの第2の弾性体38a〜38c(押圧端部に球38d〜38fを設けている)を設けた第4の押圧板40a〜40cを設け、上記他の実施形態と同様な構成としているが、第1の弾性体35a〜35c、第2の弾性体38a〜38cの変形ストロークが十分に大きい場合はこれらの押圧板は必要ない。
以上の構成によれば、設定する大きなリード条件に対して上記実施形態1〜3で述べた角度補正動作を行う前に手動にて、第1の押圧板28a〜28cと第2の押圧板32a〜32cを調整ネジ(1)29a〜29c、調整ネジ(2)33a〜33cにより設定リード近傍に位置調整して第1の圧電素子27a〜27cと第2の圧電素子31a〜31cの最大伸縮量内に入るようにした後、角度補正動作を行う。
【0025】
実施形態1〜4では、ローラ8a〜8cの駆動軸1に対する押圧以降は予圧と称する力を直接制御せず、第1の圧電素子27a〜27cの伸縮量を指令値通りに設定する実施形態としてきた。この場合、問題点の2で説明したようにローラ8a〜8cの駆動軸1に対する現在予圧量が定量的に確認できない。そこで、実施形態5、6、7では、ローラ8a〜8cの駆動軸1に対する予圧を制御する構成を説明する。
まず、実施形態5について、図12の断面図と、図13の可変押圧制御手段の回路構成図を用いて説明する。第1の出力手段64は、可変電圧回路78と、一方の端子を0V、他方の端子に可変電圧回路78の出力信号が接続され外部信号によりON/OFFする切換スイッチ68(68a〜68c)と、第1の押圧板28a〜28cと回動支持点24a〜24cとローラ8a〜8c間にあって、従動軸7a〜7cの外周部における従動軸7a〜7cの押圧方向の変形量を検出する第3の変形量測定手段46a〜46cと、切換スイッチ68a〜68cの出力信号79a〜79cである押圧設定信号と第3の変形量測定手段46a〜46cの出力信号80a〜80cである現在押圧量とを比較してサーボ制御する第3のサーボ制御手段83から構成されている。この構成では、従動軸7a〜7cに設けたローラ8a〜8cの駆動軸1への予圧量を従動軸7a〜7cの押圧方向の変形量として検出している。この時、押圧は従動軸7a〜7cの弾性変形内で行われ、第1の圧電素子27a〜27cへの印加電圧に対する予圧量の関係は線形になることは言うまでもない。さらに、実施形態5では、可変電圧回路78の出力を予圧設定信号としているので予圧量を手動にて自在に設定できる構成となっている。
【0026】
又、実施形態6では、図15の押圧サーボ制御手段(1)の回路図に示すように、実施形態5の第1の出力手段64の構成における可変電圧回路78と一方の端子を0V、他方の端子に可変電圧回路78の出力信号が接続され、外部信号によりON/OFFする切換スイッチ68の部分をCPU58へ接続されたD/A変換器d84として、その出力信号85である押圧設定信号と第3の変形量測定手段46a〜46cの出力信号80a〜80cである現在押圧量とを比較してサーボ制御する第4のサーボ制御手段86から構成している。この構成では、角度調整時の押圧開放は、D/A変換器d84の出力が0Vとなるデジタルデータが出力される構成であり、又、実施形態1〜5で説明したCPU58からのスイッチ操作信号の構成はない。この構成では、例えば、適正な予圧設定条件データをROM60に格納されるプログラム内に定数として記述しておけば、適正な予圧を瞬時に設定でき、ローラや駆動軸の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整作業等を行わなくてよい。
実施形態6の構成では、第1の押圧手段47a〜47cの第1の圧電素子27a〜27cへの押圧設定信号が一つしか与えられないので、例えば、従動軸7a〜7cの加工ばらつき等により押圧時の変形量にばらつきが生じたり、ブリッジ回路や第3の変形量測定手段46a〜46cに用いている歪みゲージ等のばらつきがあると同一の予圧量が得られない場合がある。これを回避する構成を実施形態7にて説明する。
【0027】
実施形態7では、図16に示すように、第1の出力手段64は、複数の第1の圧電素子27a〜27cへの押圧設定信号を独立に与える複数のD/A変換器d84a、e84b、f84cと、第1の押圧板28a〜28cと、回動支持点24a〜24cとローラ8a〜8c間にあって、従動軸7a〜7cの外周部における従動軸7a〜7cの押圧方向の変形量を検出する第3の変形量測定手段46a〜46cと、複数のD/A変換器d84a、e84b、f84cの出力信号85a〜85cである押圧設定信号と、第3の変形量測定手段46a〜46cの出力信号80a〜80cである現在押圧量とを比較してサーボ制御する第5のサーボ制御手段87から構成されている。この構成では、例えば、従動軸7a〜7cの押圧量と変形量の関係を予めデータ取りして把握しておき、各々の異なる押圧設定信号を複数のD/A変換器d84a、e84b、f84cより出力する。
なお、実施形態1〜7では説明しなかったが、図20の従動軸の変位拡大機構図に示すように従動軸7a〜7cは、第1の押圧手段47a〜47cの押圧点と回動支持点24a〜24c間距離をL1、回動支持点24a〜24cとローラ8a〜8c間距離をL2とした時に、L2>L1となるような変位拡大機構を構成している。この構成によれば、第1の押圧手段47a〜47cに用いる第1の圧電素子27a〜27cの伸縮量が小さくてもローラ8a〜8cと駆動軸1とのころがり接触端では大きな押圧ストロークが得られるので駆動軸回りに配置する機構を小さく構成できることは言うまでもない。
【0028】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項1の発明によれば、加工、組み付け誤差等による機械的な位置誤差のために生じる各従動軸と駆動軸とのなす交差角度のばらつきを補正できるようにしているので、各ローラ軸芯と駆動軸とのなす角度が精密に設定され、駆動軸と各従動軸のローラ間でリード誤差によるすべりを発生せず、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上が図れる。
また請求項2では、移動手段は、外周にローラが設けられ、移動リングの一端と対向する従動軸の一端に内周部が固着された円盤状の弾性板と、従動軸に設けられた少なくとも1つ以上の貫通穴に嵌合し、先端部がテーパ状の突き出しピンのテーパ部に接触する複数の鋼球を設けた構成としており、単純な構成でローラの移動/固定とその移動量検出が可能となり装置コストが安価となる。
また請求項3では、移動量検出手段は、ひずみを検出するひずみゲージとブリッジ回路と増幅器から構成しており、単純な構成でローラの移動/固定とその移動量検出が可能となり装置コストが安価となる。
また請求項4では、第1の出力手段を、定電圧回路と、外部信号によりON/OFFする切換スイッチと、第1の押圧板に設けた第1の変形量測定手段と、切換スイッチの出力信号と第1の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第1のサーボ制御手段を設けたことにより、ローラの駆動軸外周への押圧(予圧)動作と各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるので、更に、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上が図れる。
また請求項5では、第2の出力手段は、D/A変換器の出力信号と第2の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ動作を行う第2のサーボ制御手段を設けているので、ローラの駆動軸外周への押圧(予圧)動作と各従動軸と駆動軸との交差角度を補正する角度補正動作を再現性よく行えるので、更に、安定した送り制御が実現でき、送り精度の向上が図れる。
【0029】
また請求項6では、角度調整手段は、第1の固定板の第1の案内部に嵌合するよう設けられた第1の押圧板と、第1の固定板に設けた調整ネジと第1の押圧板に設けた雌ネジ部によって位置調整可能となるように設けられ、かつ、第1の固定板の第2の案内部に嵌合するよう設けられた第2の押圧板と、第1の固定板に設けた調整ネジと第2の押圧板によって従動軸を駆動軸外周の接線方向に押圧する方向に位置調整可能となるように設けて、大きな交差角度でも上記角度補正動作が行えるようにしているので、広いリード条件範囲において安定した送り制御が実現でき、送り構成要素としての汎用性を高くすることができる。
また請求項7では、第1の出力手段は、可変電圧回路とグランドとを外部信号によりON/OFFする切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と第3の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第3のサーボ制御手段を設けているので、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボをしているので、適正な予圧条件に瞬時に設定でき、ローラや駆動軸の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も容易となり、部品交換時の予圧量再現性も良好となり組立性の向上が図れる。
【0030】
また請求項8では、第1の出力手段は、一つのD/A変換器と、従動軸の外周部に従動軸の押圧方向の変形量を検出する第3の変形量測定手段と、D/A変換器の出力信号と第3の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第4のサーボ制御手段を設けて、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボをしているので、適正な予圧条件に瞬時に設定でき、ローラや駆動軸の磨耗による経年変化に伴う予圧の再調整も容易となり、部品交換時の予圧量再現性も良好となり組立性の向上が図れる。
また請求項9では、第1の出力手段は、複数のD/A変換器の出力信号と第3の変形量測定手段の出力信号とを比較してサーボ制御する第5のサーボ制御手段を設けて、ローラの駆動軸に対する予圧量を従動軸の変形量に置換した信号で予圧サーボを行い、かつ各々の第1の押圧手段への押圧設定値を独立に与えるようにしているので、ベースに固定される案内機構の固定部である支柱の送り方向真直と駆動軸の送り方向真直に誤差を生じて組み立てが行われても、移動体が送り方向に動作した時の組立誤差による予圧変動を生じることがなく、各々のローラと駆動軸外周で発生する駆動力にもばらつきを発生しないので、長ストロークの駆動でも安定した送り動作が実現でき送り制御精度及び組立性の向上がはかれるとともに簡便な案内機構で構成できるので装置が安価となる。
また請求項10では、従動軸は、第1の押圧手段に用いる圧電素子の伸縮量が小さくても大きな押圧ストロークが得られるので、駆動軸回りに配置する機構を小さくでき、装置の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)(b)及び(c)は本発明の第1の実施形態に係る摩擦駆動装置の構成を示す上面図、右側面図、及び部分破断面図である。
【図2】(a)(b)(c)及び(d)は本発明の第1の実施形態のA−A’断面図、B−B’断面図、C−C’断面図、及び弾性体部の構成説明図である。
【図3】(a)及び(b)は図2の各部の断面図である。
【図4】(a)及び(b)は本発明の押圧手段の詳細図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る角度調整手段のブロック図である。
【図6】本発明の角度調整手段の動作を説明するフローチャートである。
【図7】(a)及び(b)は本発明の第2、第3実施形態に係る押圧手段の詳細図である。
【図8】本発明の第1のサーボ制御手段のブロック図である。
【図9】本発明の第2のサーボ制御手段のブロック図である。
【図10】(a)(b)及び(c)は本発明の第2の実施形態に係る摩擦駆動装置の構成を示す上面図、右側面図、及び部分断面図である。
【図11】(a)(b)(c)及び(d)は本発明の第2の実施形態の各部の断面図である。
【図12】本発明の第5の実施形態の構成を示す断面図である。
【図13】本発明の実施形態に係る可変押圧制御手段のブロック図である。
【図14】本発明の圧電素子の印加電圧と変位量特性との関係を示す図である。
【図15】本発明の第6の実施形態に係る第1の押圧サーボ制御手段の構成図である。
【図16】本発明の第7の実施形態に係る第2の押圧サーボ制御手段の構成図である。
【図17】本発明における交差角度とリードの関係を示す図である。
【図18】本発明における従動軸の交差図である。
【図19】本発明において駆動アンプに入力に対する変位量の伝達関数の説明図である。
【図20】本発明における従動軸の変位拡大機構図である。
【符号の説明】
1 駆動軸、7 従動軸、8 ローラ、9a ころがり軸受(2)、13 移動体、14 ころがり軸受、15a 受光部、15b スケール、16 位置検出手段、18 ターンテーブル、19 エアスピンドル、20 モータ、21 光学式ロータリーエンコーダ、22 第1の固定板、23 第2の固定板、89支柱、90 ベース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a friction drive device, and more particularly to a friction drive device that advances and retracts a moving body having a driven shaft fixed by rotating a drive shaft.
[0002]
[Prior art]
With the recent increase in the density of optical disks, in order to realize higher resolution exposure, an exposure apparatus using an electron beam or the like instead of a conventional laser beam has been used as a light source for a mastering apparatus. Accompanying the shift to an exposure apparatus that realizes high-resolution exposure, it is necessary to cope with a vacuum environment and feed with higher accuracy. Conventionally, as this feed mechanism, a slide table device for exposure of an optical disc master is used, and an air slide type in which a table is provided so as to be movable back and forth through a hydrostatic bearing is often used. As a table driving means, a voice coil type linear motor is generally used, and a closed loop control system using an interference laser length measuring device or a linear scale as a position detector is adopted. In addition, since a semiconductor inspection apparatus or the like that requires a stationary state requires rigidity in the feed direction, a ball screw or the like is used to drive the table.
As the friction drive mechanism of the slide table device, there are a twist roller method in which the intersecting angle between the drive shaft and the driven shaft is an acute angle and a capstan method in which the angle is a right angle. The twist roller method is expected as a next-generation feed mechanism because it can realize a small lead that cannot be obtained by other mechanisms by minimizing the crossing angle between the drive shaft and the driven shaft, and high positioning resolution can be expected. Documents, patents, etc. are published.
[0003]
As a conventional technique disclosed as a mechanical mechanism, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-184360 discloses high disturbance resistance, uniform speed, stable feed, and improvement in static performance when the drive source is stopped. A high-rigidity advance / retreat apparatus is disclosed. This includes a shaft body and an advancing / retreating part that penetrates the shaft body so as to be relatively rotatable and reciprocating. The advancing and retracting parts are provided with a plurality of barrel-shaped rollers arranged in the body in the circumferential direction. These rollers are rotatably supported between the advancing / retreating part main body and the preloading plate via balls on both end faces. At least one of the advancing / retreating part main body and the roller end surface, and at least one of the preloading plate and the roller end surface support the ball by a conical ball support concave portion into which the ball is rotatably fitted. In addition, an elastic body is provided that urges the preload plate toward the roller and urges the preload plate in the circumferential direction.
Further, the invention according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-195247 can perform stable feeding without causing unevenness of the speed, is resistant to disturbances, and can improve resolution, thereby enabling high-density writing. A slide table device for an optical disc mastering device is disclosed. According to this, a frictional advance / retreat drive device is provided that statically supports a slide body serving as a table with a static pressure linear bearing on a base, and drives the slide body slidably with respect to the base. The frictional advance / retreat drive device includes a main shaft that is rotationally driven and a plurality of rollers that are provided around the main shaft and that contact each other with an inclination angle. A preloading means for applying a preload to the main shaft to the roller is provided.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-195248 discloses a frictional advance / retreat drive device including a main shaft and a roller that is obliquely rolling with the main shaft. There is disclosed a friction advance / retreat drive apparatus that can reduce the number and position accurately. This is a friction advance / retreat drive device having a main shaft, a roller that is in rolling contact with the outer periphery of the main shaft and inclined with an inclination angle with respect to the main shaft, and a slide body that moves together with the roller that moves due to the rotation of the main shaft. The rotary drive source for rotating the main shaft and a speed reducer for reducing the rotation of the rotary drive source by transmitting the rotation from the drive side shaft to the friction wheel and transmitting the rotation to the main shaft are provided. According to the friction advancing / retreating drive device having this configuration, by rotating the main shaft, each roller rotates with a lead angle by an inclination angle with respect to the main shaft, and the sliding body is pivoted by the frictional force of the contact portion. Move in the direction. In this case, since the rotation of the rotation drive source is decelerated and transmitted to the main shaft, the influence of the rotation unevenness of the rotation drive source on the positioning accuracy of the slide body is reduced. In addition, transmission of rotation of the rotational drive source and deceleration thereof are performed through frictional contact between the drive side shaft and the friction wheel, so that backlash or the like does not occur and precise positioning can be performed by this.
In the literature: "Development of ultra-precision positioning system using twist roller friction drive device, author Mizumoto et al., Proceedings of Autumn Meeting of Precision Engineering Society of 1995", a table guided by aerostatic bearings A drive shaft supported by an aerostatic bearing, a driven shaft provided at a slight crossing angle with the drive axis, and a roller rotatably supported around the driven shaft by a plurality of ball bearings. It is disclosed that a positioning resolution of 2 nm is realized with a 70 μm lead.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-184360, the conical surface formed on the fixed plate and the opposing plate, which are arranged at an equal angle (120 degrees) with respect to the drive shaft center and support the roller end surface, respectively. Due to the mechanical position error of the ball support recess, the angle formed by each roller shaft core and the drive shaft varies. When a large angle is formed between the roller shaft core and the drive shaft, that is, when the lead L is relatively large (for example, several mm), there is no problem, but the angle formed between the roller shaft core and the drive shaft (lead L ), For example, when setting to several hundred μm, if there is a variation in the angle between each roller shaft core and the drive shaft, a slip due to a lead error occurs between the rollers of the drive shaft and the driven shaft, Since this becomes a disturbance of closed loop control, it is not preferable in terms of control. If this is applied to optical disk master exposure, etc., there arises a problem that the track pitch accuracy is deteriorated and the exposure quality is adversely affected.
Furthermore, according to the invention according to this publication, the preloading plate is biased toward the roller side, and an elastic body that biases the roller in the circumferential direction is provided. By connecting the hole part with the screw part provided in the component body and the hole part provided in the preload plate, by providing an elastic body in the communication hole part and tightening the thread screw of the screw part provided in the advancing and retracting part body The compressive deformation force of the elastic body is used. In this configuration, since the current preload amount for the roller shaft body cannot be quantitatively confirmed, trial and error is necessary to obtain an appropriate preload amount, and the preload associated with aging due to wear of the roller and shaft body is required. Re-adjustment becomes difficult and there is no reproducibility of preload when replacing parts, resulting in poor assembly.
[0006]
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-195247, when assembled in a state where an error occurs between the straightness of the static pressure linear motion bearing fixing portion fixed to the base and the straightness of the frictional advance / retreat drive device main shaft, When the body moves in the feed direction, the straightness error is absorbed between the roller and the spindle with the lowest rigidity just by applying preload and fixing, so the amount of preload on the spindle along with the moving position It will change. That is, the driving force in the driving shaft direction acting between the driving shaft and one roller is F = μN, where μ is the dynamic friction coefficient between the outer periphery of the driving shaft and the roller, and N is the preload. Therefore, the driving force generated on the outer periphery of each roller and the drive shaft also varies, and further, the driving force also varies. Therefore, driving is performed in synergy with the variation of the angle between each roller shaft core and the drive shaft. Since slip occurs between the shaft and driven shaft rollers, and this causes disturbance in closed loop control, there is a problem that, when applied to optical disk master exposure or the like, the track pitch accuracy deteriorates and the exposure quality is adversely affected.
Further, according to this publication, the slide body is statically supported by the hydrostatic linear bearing on the base, and in the above document, the table guided by the air hydrostatic bearing is used as both ends of the air hydrostatic bearing. However, there is a problem that such a hydrostatic bearing is very expensive and the cost of the apparatus becomes high.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a friction drive device that can realize high-precision feeding without causing the above-described problems, particularly a feed stage for an optical disc master exposure apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the present invention provides a fixed base, a drive shaft rotatably supported on the base side, and a circular with a predetermined inclination angle at an outer diameter position of the drive shaft. A plurality of driven shafts arranged equiangularly in the circumferential direction, a roller that is rotatably supported by the plurality of driven shafts and is in rolling contact with the outer periphery of the drive shaft, and a drive shaft that rotates along with the rotation of the drive shaft. A friction drive apparatus comprising: a moving body that moves in the axial direction and supports the driven shaft; and a position detection means that detects a feed position of the moving body, wherein the friction drive device includes at least one of the plurality of driven shafts. One driven shaft supports the roller so as not to move in the axial direction, and the other driven shaft includes moving means for supporting the roller so as to be movable in the axial direction, and a moving amount detecting means for detecting the moving amount. , Each driven shaft is rotatably supported And a first elastic body that presses the other end of the driven shaft away from the outer periphery of the drive shaft, and a tangential direction of the outer periphery of the drive shaft. A second elastic body, fixed to the moving body portion corresponding to the driven shaft end opposite to the roller across the rotation support point, and in a direction perpendicular to the axis of the drive shaft and the first A first pressing means that presses the driven shaft in a direction that cancels out the moment force around the rotation support point caused by the pressing force of the first elastic body, a tangential direction of the outer periphery of the drive shaft, and the second elastic body A second pressing unit that presses the driven shaft in a direction that cancels out the moment force around the rotation support point caused by the pressing force; a control unit that controls each of the constituent elements; The pressing
The present invention relates to a friction drive device used in a feed stage for an optical disc master exposure apparatus for supporting and rotating the optical disc master and moving it in the radial direction when exposing the optical disc master, and provides high-precision feeding. It can be realized.
In this invention, one end of a plurality of driven shafts is supported on the outer periphery of the drive shaft by a spherical bearing and the other end is free supported by an elastic body, and the driven shaft on the opposite side of the roller is sandwiched by the rotation support point of the spherical bearing. The other end of the first presser is pressed in the separating direction by the first pressing unit, and the second piezoelectric element is pressed in the tangential direction of the drive shaft. Further, the first output unit controlled by the control unit and the fixed driven shaft An angle error calculating means for calculating an inclination angle error and an angle adjusting means are provided, and the variation in the crossing angle between each driven shaft and the drive shaft that occurs due to a mechanical position error due to processing, assembly error, etc. It can be corrected.
According to this invention, it is possible to correct the variation in the crossing angle between each driven shaft and the drive shaft caused by a mechanical position error due to processing, assembly error, etc. Is precisely set, slippage due to a lead error does not occur between the drive shaft and each driven shaft roller, stable feed control can be realized, and feed accuracy can be improved.
[0008]
A second aspect of the present invention is the first aspect of the present invention, wherein the moving means is disposed on the outer periphery of the other driven shaft and includes the roller via a bearing on the outer periphery, and inner peripheral surfaces of both axial ends of the roller. And a moving ring forming a sliding bearing between the outer peripheral surface of the other driven shaft and a disc-shaped elastic member having an outer peripheral portion fixed to the moving ring and an inner peripheral portion fixed to the other driven shaft. A plate, a plurality of steel balls fitted in at least one through hole provided in a direction orthogonal to the axis of the other driven shaft, and coaxially in the axial direction from one end surface of the other driven shaft A hole portion that is provided and communicates with the through-hole, and a protruding pin that is supported in the hole portion so as to be movable in the axial direction and that contacts the plurality of steel balls at a tapered tip portion. And
According to this invention, the moving means includes a disc-shaped elastic plate having a roller provided on the outer periphery and an inner peripheral portion fixed to one end of the driven shaft facing the one end of the moving ring, and at least provided on the driven shaft. It is configured to have a plurality of steel balls that fit into one or more through-holes and the tip part contacts the taper part of the taper-shaped protruding pin, and moves / fixes the roller with a simple structure and detects its movement amount And the cost of the apparatus is reduced.
In
According to this invention, the moving amount detecting means is composed of a strain gauge for detecting strain, a bridge circuit, and an amplifier, and it is possible to move / fix the roller and detect the moving amount with a simple configuration, and the apparatus cost is low. It becomes.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, the first output means includes a constant voltage circuit for generating a constant voltage, one terminal at 0 V, and the other terminal connected to the output signal of the constant voltage circuit, and is turned on / off by an external signal. A changeover switch, a first deformation amount measuring means provided in a first deformation portion of the first pressing plate, a press expansion / contraction setting signal which is an output signal of the changeover switch, and an output of the first deformation amount measuring means. And a first servo control means for performing servo control by comparing a current pressing expansion / contraction amount as a signal.
According to this invention, the first output means includes a constant voltage circuit, a changeover switch that is turned on / off by an external signal, the first deformation amount measuring means provided on the first pressing plate, and the output of the changeover switch. By providing the first servo control means for servo-control by comparing the signal and the output signal of the first deformation amount measuring means, the pressing (preload) operation of the roller to the outer periphery of the drive shaft and the driving of each driven shaft Since the angle correction operation for correcting the crossing angle with the axis can be performed with high reproducibility, further stable feed control can be realized and feed accuracy can be improved.
According to a fifth aspect of the present invention, the second output unit includes a D / A converter that converts a digital signal from the CPU into an analog signal, and a second deforming unit provided in the second pressing unit. The deformation amount measuring means, a press expansion / contraction setting signal that is an output signal of the D / A converter, and a current pressing expansion / contraction amount that is an output signal of the second deformation amount measuring means are compared to perform a servo operation. 2 servo control means.
According to this invention, the second output means includes the second servo control means for performing a servo operation by comparing the output signal of the D / A converter and the output signal of the second deformation amount measuring means. As a result, the roller can be pressed (preload) to the outer periphery of the drive shaft and the angle correction operation to correct the crossing angle between each driven shaft and the drive shaft can be performed with high reproducibility. Accuracy can be improved.
[0010]
According to a sixth aspect of the present invention, the angle adjusting means includes theMoving bodyA first fixing plate fixed to the first fixing plate, a first pressing plate provided so that both side surfaces are fitted to a first guide portion provided on the first fixing plate, fixed to the moving body and the A first adjusting screw provided on the first fixing plate and a female screw portion provided on the first pressing plate for adjusting the position by pressing the driven shaft, and the driven shaft supported by the movable body And a second pressing plate provided so as to be fitted to a second guide portion provided on the first fixing plate and pressing the driven shaft on the drive side. The driven shaft is tangent to the outer periphery of the drive shaft by a second adjustment screw provided on the first fixing plate for pressing in the tangential direction of the outer periphery of the shaft and a rear end side surface of the second pressing plate. It is configured so that the position can be adjusted by pressing in the direction.
According to this invention, the angle adjusting means includes the first pressing plate provided to fit in the first guide portion of the first fixing plate, the adjusting screw provided on the first fixing plate, and the first A second pressing plate provided so as to be position-adjustable by a female screw portion provided on the pressing plate, and fitted to the second guide portion of the first fixing plate; The adjustment screw provided on the fixed plate and the second pressing plate are provided so that the position of the driven shaft can be adjusted in the direction tangential to the outer periphery of the drive shaft so that the angle correction operation can be performed even at a large crossing angle. Therefore, stable feed control can be realized in a wide range of lead conditions, and versatility as a feed component can be enhanced.
According to a seventh aspect of the present invention, the first output means includes a variable voltage circuit configured such that the voltage can be changed, one terminal is set to 0 V, and the output signal of the variable voltage circuit is connected to the other terminal. ON / OFF changeover switch, third deformation amount measuring means for detecting the deformation amount in the pressing direction of the driven shaft between the first pressing plate, the rotation support point and the roller, and the changeover switch And a third servo control means for servo-controlling the press setting signal, which is an output signal of the second, and the current press amount, which is an output signal of the third deformation amount measuring means,.
According to this invention, the first output means is a pressing setting signal which is an output signal of a changeover switch for turning on / off the variable voltage circuit and the ground by an external signal, and an output signal of the third deformation amount measuring means. Since there is a third servo control means that performs servo control by comparing the current pressing amount, preload servo is performed with a signal that replaces the preload amount for the drive shaft of the roller with the deformation amount of the driven shaft. The preload conditions can be set instantly, the preload can be readjusted with the passage of time due to wear of the rollers and the drive shaft, and the reproducibility of the preload at the time of parts replacement can be improved and the assemblability can be improved.
[0011]
According to an eighth aspect of the present invention, the first output means includes one D / A converter that converts a digital signal from the CPU into an analog signal, the third deformation amount measuring means, and the one D / A conversion. And a fourth servo control means for servo-controlling the press setting signal, which is an output signal of the device, and the current press quantity, which is the output signal of the third deformation amount measuring means, .
According to this invention, the first output means includes one D / A converter, the third deformation amount measuring means for detecting the deformation amount of the driven shaft in the pressing direction, and the D / A converter. A fourth servo control means for servo-controlling the output signal of the A converter and the output signal of the third deformation amount measuring means is provided, and the preload amount for the driving shaft of the roller is replaced with the deformation amount of the driven shaft. Since the preload servo is performed with the selected signal, the appropriate preload condition can be set instantaneously, the preload can be readjusted due to aging due to wear of the roller and drive shaft, and the reproducibility of the preload when replacing parts is also good. As a result, the assembly can be improved.
According to a ninth aspect of the present invention, the first output means includes a plurality of D / A converters that convert digital signals from the CPU into analog signals in order to independently provide pressing setting signals to the plurality of piezoelectric elements; And a servo control by comparing a pressing setting signal which is an output signal of the plurality of D / A converters with a current pressing amount which is an output signal of the third deformation amount measuring means. Servo control means.
According to this invention, the first output means includes the fifth servo control means for performing servo control by comparing the output signals of the plurality of D / A converters with the output signals of the third deformation amount measuring means. Thus, the preload servo is performed with a signal obtained by replacing the preload amount with respect to the driving shaft of the roller with the deformation amount of the driven shaft, and the pressure setting value for each first pressing means is independently given. Even if assembly is performed with an error in the feed direction straightness of the column, which is the fixed part of the fixed guide mechanism, and the drive shaft feed direction straightness, the preload fluctuation due to the assembly error when the moving body operates in the feed direction Since there is no variation in the driving force generated on the outer periphery of each roller and the drive shaft, stable feed operation can be realized even with long stroke drive, and feed control accuracy and assemblability can be improved and simple. guide Can be constructed in a configuration device is inexpensive.
According to a tenth aspect of the present invention, the driven shaft has a condition of L2> L1 when the distance between the pressing point of the first pressing means and the rotation support point is L1, and the distance between the rotation support point and the roller is L2. A third deformation amount measuring means displacement enlarging mechanism that satisfies the above is formed.
According to this invention, since the driven shaft can obtain a large pressing stroke even if the expansion and contraction amount of the piezoelectric element used for the first pressing means is small, the mechanism disposed around the drive shaft can be reduced, and the apparatus can be downsized. I can plan.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
FIG. 1 is a control system configuration diagram of a friction drive apparatus according to a first embodiment of the present invention. 1A is a top view of the friction drive device, FIG. 1B is a right side view thereof, and FIG. 1C is a partial cross-sectional view thereof. This friction drive device is used, for example, in a feeding device used in an optical disc master exposure apparatus.
On a base 90 provided on an anti-vibration mechanism (not shown), for example, a pneumatic servo mounter, columns 89 (89a, 89b) that are spaced apart in a direction orthogonal to the feed direction and have a base end fixed to the base 90 are provided. The
[0013]
A
Further, at the lower part of the left end portion when viewed from the feed direction of the moving
Further, the
[0014]
2A shows the A-A ′ cross section of FIG. 1, FIG. 2B shows the B-B ′ cross section, and FIG. 2C shows the C-C ′ cross section. FIG. 2D is a detailed view of the elastic body portion. The right end portions of the driven
[0015]
Further, on the right side surface of the
That is, the first
[0016]
Further, the right end portion of the
With the above configuration, appropriate energization voltages are applied to the second
L = π · D · tan θ -------- (1)
θ = tan -1 {L / π · D}------- (2)
For example, the relationship between the crossing angle and the lead amount L under the condition of D = 30 mm is linear as shown in the log-log graph of FIG.
[0017]
Further, as shown in FIG. 3, one driven
Further, each driven
Further, strain gauges 93 (93b, 93c) for detecting the radial strain between the inner and outer peripheries of the disk-shaped elastic plate 92 are provided, and lead terminals (not shown) of the respective strain gauges are shown in FIG. The bridge circuit 101 (101b, 101c) is connected to each other, and the output signal of the bridge circuit 101 is connected to the amplifier 102 (102b, 102c), and the movement amount of the
[0018]
Next, a control block diagram for adjusting the angles of the driven
[0019]
The operation of the above circuit configuration will be described with reference to the operation flowchart of FIG. After reading in advance the read amount data L and its set allowable error data ε (S1), after waiting for a command signal 88a from the host computer of the entire apparatus (not shown) (S2), the command signal 88a from the host computer is When turned on, the angle calculation means 65 calculates the intersection angle θ based on the above equation (2) (S3), and then the drive signals of the
[0020]
Step S5 in the above flow is a subroutine (SUB). When the above operations are performed in the order of b and c and all are completed, the drive signals of the
According to the above configuration, the angular position of each driven shaft can be corrected even if the crossing angle formed by each driven shaft center and the drive shaft varies due to mechanical position errors due to processing, assembly errors, and the like.
[0021]
Next, second and third embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. A description of the same parts as those in the first embodiment is omitted. As shown in FIG. 14 which shows the relationship between the applied voltage of the piezoelectric element and the displacement amount characteristic, the relationship of the displacement amount with respect to the applied voltage of the first
Therefore, in the second embodiment, as illustrated in FIG. 7A, for example, a strain gauge that detects the deformation amount by changing the resistance value in the
[0022]
FIG. 8 shows a block diagram thereof. As for the output signal of the
[0023]
For the same reason as described in the second embodiment, the second
In the above configuration, the output signals of the D / A converters a63a, b63b, and c63c, which are target values, as in the second embodiment, are compared with the output signals from the second deformation
In the first to third embodiments, the pressing adjustment range and the crossing angle adjustment range of the driven
[0024]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 (a), (b), and (c) and FIGS. 11 (a) to 11 (d) (cross-sectional views of each part in FIG. 10). The description will be made with reference to FIG. 1 according to the first embodiment. A description of the same parts as those in the first embodiment is omitted. In 4th Embodiment shown to Fig.11 (a), as for the
In the fourth embodiment of the present invention, the concave portion of the
According to the above configuration, the first
[0025]
In the first to fourth embodiments, after the pressure of the
First,
[0026]
Further, in the sixth embodiment, as shown in the circuit diagram of the pressing servo control means (1) in FIG. 15, the
In the configuration of the sixth embodiment, since only one pressing setting signal is given to the first
[0027]
In the seventh embodiment, as shown in FIG. 16, the first output means 64 includes a plurality of D / A converters d84a, e84b, which independently provide pressing setting signals to the plurality of first
Although not described in the first to seventh embodiments, the driven
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention of
According to a second aspect of the present invention, the moving means includes a disc-shaped elastic plate having a roller provided on the outer periphery, an inner peripheral portion fixed to one end of the driven shaft facing one end of the moving ring, and at least the driven shaft. It is configured to have a plurality of steel balls that fit into one or more through-holes and the tip part contacts the taper part of the taper-shaped protruding pin, and moves / fixes the roller with a simple structure and detects its movement amount And the cost of the apparatus is reduced.
According to the third aspect of the present invention, the moving amount detecting means is composed of a strain gauge for detecting strain, a bridge circuit, and an amplifier, and it is possible to move / fix the roller and detect the moving amount with a simple configuration, so that the apparatus cost is low. It becomes.
According to a fourth aspect of the present invention, the first output means includes a constant voltage circuit, a change-over switch that is turned ON / OFF by an external signal, a first deformation amount measuring means provided on the first pressing plate, and an output of the change-over switch. By providing the first servo control means for servo-control by comparing the signal and the output signal of the first deformation amount measuring means, the pressing (preload) operation of the roller to the outer periphery of the drive shaft and the driving of each driven shaft Since the angle correction operation for correcting the intersection angle with the axis can be performed with high reproducibility, stable feed control can be realized and feed accuracy can be improved.
According to a fifth aspect of the present invention, the second output means includes second servo control means for performing a servo operation by comparing the output signal of the D / A converter and the output signal of the second deformation amount measuring means. As a result, the roller can be pressed (preload) to the outer periphery of the drive shaft and the angle correction operation to correct the crossing angle between each driven shaft and the drive shaft can be performed with high reproducibility. The accuracy can be improved.
[0029]
According to a sixth aspect of the present invention, the angle adjusting means includes a first pressing plate provided so as to be fitted to the first guide portion of the first fixing plate, an adjusting screw provided on the first fixing plate, and a first screw. A second pressing plate provided so as to be position-adjustable by a female screw portion provided on the pressing plate, and fitted to the second guide portion of the first fixing plate; The adjustment screw provided on the fixed plate and the second pressing plate are provided so that the position of the driven shaft can be adjusted in the direction tangential to the outer periphery of the drive shaft so that the angle correction operation can be performed even at a large crossing angle. Therefore, stable feed control can be realized in a wide range of lead conditions, and versatility as a feed component can be enhanced.
According to a seventh aspect of the present invention, the first output means is a pressing setting signal which is an output signal of a changeover switch for turning on / off the variable voltage circuit and the ground by an external signal, and an output signal of the third deformation amount measuring means. Since there is a third servo control means that performs servo control by comparing the current pressing amount, preload servo is performed with a signal that replaces the preload amount for the drive shaft of the roller with the deformation amount of the driven shaft. The preload conditions can be set instantly, the preload can be readjusted with the passage of time due to wear of the rollers and the drive shaft, and the reproducibility of the preload at the time of parts replacement can be improved and the assemblability can be improved.
[0030]
Further, in claim 8, the first output means includes one D / A converter, third deformation amount measuring means for detecting the deformation amount in the pressing direction of the driven shaft on the outer peripheral portion of the driven shaft, and D / A fourth servo control means for servo-controlling the output signal of the A converter and the output signal of the third deformation amount measuring means is provided, and the preload amount for the driving shaft of the roller is replaced with the deformation amount of the driven shaft. Since the preload servo is performed with the selected signal, the appropriate preload condition can be set instantaneously, the preload can be readjusted due to aging due to wear of the roller and drive shaft, and the reproducibility of the preload when replacing parts is also good. Therefore, the assemblability can be improved.
According to a ninth aspect of the present invention, the first output means includes fifth servo control means for performing servo control by comparing the output signals of the plurality of D / A converters with the output signals of the third deformation amount measuring means. Thus, the preload servo is performed with a signal obtained by replacing the preload amount with respect to the driving shaft of the roller with the deformation amount of the driven shaft, and the pressure setting value for each first pressing means is independently given. Even if assembly is performed with an error in the feed direction straightness of the column, which is the fixed part of the fixed guide mechanism, and the drive shaft feed direction straightness, the preload fluctuation due to the assembly error when the moving body operates in the feed direction Since there is no variation in the driving force generated on the outer periphery of each roller and the drive shaft, stable feed operation can be realized even with long stroke drive, and feed control accuracy and assemblability can be improved and simple. Guide machine Device is inexpensive in can be constructed.
According to the tenth aspect of the present invention, since the driven shaft can obtain a large pressing stroke even when the expansion and contraction amount of the piezoelectric element used for the first pressing means is small, the mechanism disposed around the drive shaft can be reduced, and the apparatus can be downsized. I can plan.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B, and 1C are a top view, a right side view, and a partially broken sectional view showing a configuration of a friction drive device according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D are sectional views taken along lines AA ′, BB ′, CC ′, and elasticity of the first embodiment of the present invention, respectively. It is structure explanatory drawing of a body part.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views of the respective parts in FIG.
FIGS. 4A and 4B are detailed views of the pressing means of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of angle adjustment means according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the angle adjusting means of the present invention.
7A and 7B are detailed views of pressing means according to second and third embodiments of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram of first servo control means of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of second servo control means of the present invention.
FIGS. 10A, 10B, and 10C are a top view, a right side view, and a partial cross-sectional view showing a configuration of a friction drive device according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 11A, 11B, 11C, and 11D are cross-sectional views of parts of a second embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram of variable pressing control means according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the applied voltage and displacement characteristics of the piezoelectric element of the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram of first pressing servo control means according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a configuration diagram of second pressing servo control means according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the crossing angle and leads in the present invention.
FIG. 18 is a cross-sectional view of the driven shaft in the present invention.
FIG. 19 is an explanatory diagram of a transfer function of a displacement amount with respect to an input to a drive amplifier in the present invention.
FIG. 20 is a displacement enlargement mechanism diagram of a driven shaft in the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記複数の従動軸の内の少なくとも一つの従動軸は軸線方向に移動不能に前記ローラを支持し、他の従動軸はその軸線方向に移動可能に前記ローラを支持する移動手段及びその移動量を検出する移動量検出手段と、を備え、
前記各従動軸を回動自在に支持する軸受と、前記軸受の中心である回動支持点を支点として該従動軸の他端を駆動軸外周から離間させる方向に押圧する第1の弾性体及び前記駆動軸外周の接線方向に押圧する第2の弾性体とを備え、
前記回動支持点を挟んだ前記ローラと反対側の従動軸端部に対応する前記移動体部分に固定され、前記駆動軸の軸線と直交する方向且つ前記第1の弾性体の押圧力による前記回動支持点周りのモーメント力を相殺する方向に前記従動軸を押圧する第1の押圧手段と、
前記駆動軸外周の接線方向且つ前記第2の弾性体の押圧力による前記回動支持点周りのモーメント力を相殺する方向に前記従動軸を押圧する第2の押圧手段と、
前記各構成要素の制御を行う制御部と、
前記制御部の指令により前記第1の押圧手段を押圧/開放し、前記ローラを前記他の従動軸の軸線方向に移動/固定する第1の出力手段と、
前記駆動軸の1回転当たりの原点検出信号と前記ローラの移動量検出手段の出力信号に基づいて、前記他の従動軸に対する、前記少なくとも一つの従動軸の傾き角度誤差を算出する角度誤差算出手段と、
前記角度誤差算出手段により算出された角度誤差に相当する出力信号を現在の印加信号から増減した補正信号を前記第2の押圧手段に印加する第2の出力手段を有する角度調整手段と、を備えたことを特徴とする摩擦駆動装置。A fixed base, a drive shaft rotatably supported on the base side, a plurality of driven shafts arranged equiangularly in a circumferential direction at a predetermined inclination angle at an outer diameter position of the drive shaft, and the plurality A roller that is rotatably supported by the driven shaft of each of the rollers and that is in rolling contact with the outer periphery of the drive shaft, a moving body that moves in the axial direction of the drive shaft as the drive shaft rotates, and supports the driven shaft; A position detecting means for detecting a feed position of the moving body, and a friction drive device comprising:
At least one driven shaft of the plurality of driven shafts supports the roller so that it cannot move in the axial direction, and the other driven shaft supports moving means for moving the roller in the axial direction, and a moving amount thereof. A movement amount detection means for detecting,
A bearing that rotatably supports each driven shaft, and a first elastic body that presses the other end of the driven shaft away from the outer periphery of the drive shaft with a rotation support point that is the center of the bearing as a fulcrum; A second elastic body that presses in the tangential direction of the outer periphery of the drive shaft,
It is fixed to the moving body portion corresponding to the driven shaft end opposite to the roller across the rotation support point, and the direction is perpendicular to the axis of the drive shaft and the pressing force of the first elastic body. First pressing means for pressing the driven shaft in a direction to cancel the moment force around the rotation support point;
Second pressing means for pressing the driven shaft in a direction tangential to the outer periphery of the drive shaft and in a direction that cancels the moment force around the rotation support point due to the pressing force of the second elastic body;
A control unit that controls each of the components;
First output means for pressing / releasing the first pressing means according to a command from the control unit, and moving / fixing the roller in the axial direction of the other driven shaft;
Angle error calculating means for calculating an inclination angle error of the at least one driven shaft with respect to the other driven shaft based on an origin detection signal per rotation of the drive shaft and an output signal of the roller movement amount detecting means. When,
Angle adjusting means having second output means for applying a correction signal obtained by increasing or decreasing an output signal corresponding to the angle error calculated by the angle error calculating means to the second pressing means. A friction drive device characterized by that.
前記移動リングに外周部が固着され、且つ前記他の従動軸に内周部が固着された円盤状の弾性板と、
前記他の従動軸の軸線と直交する方向に設けられた少なくとも1つ以上の貫通穴内に嵌合する複数の鋼球と、
前記他の従動軸の一端面から軸線方向に同軸状に設けられ且つ前記貫通穴と連通する穴部と、
前記穴部内に軸方向移動可能に支持されて、テーパ状の先端部にて前記複数の鋼球と接する突き出しピンと、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の摩擦駆動装置。The moving means is disposed on the outer periphery of the other driven shaft and includes the roller via a bearing on the outer periphery, and an inner peripheral surface at both axial ends of the roller and an outer peripheral surface of the other driven shaft. A moving ring forming a sliding bearing between
A disc-shaped elastic plate having an outer peripheral portion fixed to the moving ring and an inner peripheral portion fixed to the other driven shaft;
A plurality of steel balls fitted in at least one or more through holes provided in a direction orthogonal to the axis of the other driven shaft;
A hole provided coaxially in the axial direction from one end surface of the other driven shaft and communicating with the through hole;
A protruding pin that is supported in the hole so as to be movable in the axial direction, and is in contact with the plurality of steel balls at a tapered tip,
The friction drive device according to claim 1, further comprising:
前記第1の押圧手段に設けた第1の変形部に設けた第1の変形量測定手段と、
前記切換スイッチの出力信号である押圧伸縮設定信号と前記第1の変形量測定手段の出力信号である現在押圧伸縮量とを比較してサーボ制御する第1のサーボ制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の摩擦駆動装置。The first output means includes a constant voltage circuit that generates a constant voltage, a change-over switch that has one terminal set to 0 V and the other terminal is connected to the output signal of the constant voltage circuit and is turned ON / OFF by an external signal;
First deformation amount measuring means provided in a first deformation portion provided in the first pressing means;
First servo control means for performing servo control by comparing a pressing expansion / contraction setting signal that is an output signal of the changeover switch and a current pressing expansion / contraction amount that is an output signal of the first deformation amount measuring means;
The friction drive device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の摩擦駆動装置。The second output means includes a D / A converter that converts a digital signal from the CPU into an analog signal, and a second deformation amount measuring means provided in a second deformation portion provided in the second pressing means. And a second servo control means for performing a servo operation by comparing a pressing expansion / contraction setting signal which is an output signal of the D / A converter and a current pressing expansion / contraction amount which is an output signal of the second deformation amount measuring means. When,
The friction drive apparatus according to claim 1, further comprising:
前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧するために前記第1の固定板に設けた第2の調整ネジと、前記第2の押圧板の後端側面と、によって、前記従動軸を前記駆動軸外周の接線方向に押圧して位置調整可能となるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の摩擦駆動装置。The angle adjusting means includes a first fixing plate fixed to the moving body , a first pressing plate provided so that both side surfaces are fitted to a first guide portion provided on the first fixing plate, A first adjusting screw provided on the first fixing plate and a female screw portion provided on the first pressing plate for adjusting the position by pressing the driven shaft and being fixed to the movable body, A second pressing plate that is supported by a moving body and that presses the driven shaft in a tangential direction of the outer periphery of the driving shaft and is fitted to a second guide portion provided on the first fixed plate; With
The second adjusting screw provided on the first fixing plate for pressing the driven shaft in the tangential direction of the outer periphery of the drive shaft, and the rear end side surface of the second pressing plate, the driven shaft is 2. The friction drive device according to claim 1, wherein the friction drive device is configured so that the position can be adjusted by pressing in a tangential direction of the outer periphery of the drive shaft.
前記第1の押圧板と前記回動支持点とローラ間にあって、前記従動軸の押圧方向への変形量を検出する第3の変形量測定手段と、
前記切換スイッチの出力信号である押圧設定信号と前記第3の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第3のサーボ制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の摩擦駆動装置。The first output means includes a variable voltage circuit configured to be able to change the voltage, and a switching in which one terminal is set to 0 V and the output signal of the variable voltage circuit is connected to the other terminal and is turned ON / OFF by an external signal. A switch,
A third deformation amount measuring unit which is between the first pressing plate, the rotation support point, and the roller and detects a deformation amount in the pressing direction of the driven shaft;
Third servo control means for performing servo control by comparing a pressing setting signal that is an output signal of the changeover switch with a current pressing amount that is an output signal of the third deformation amount measuring means;
The friction drive device according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記1つのD/A変換器の出力信号である押圧設定信号と第3の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第4のサーボ制御手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の摩擦駆動装置。The first output means includes one D / A converter for converting a digital signal from the CPU into an analog signal, the third deformation amount measuring means,
A fourth servo control means for performing servo control by comparing a press setting signal that is an output signal of the one D / A converter and a current press amount that is an output signal of the third deformation amount measuring means;
5. The friction drive device according to claim 1, wherein the friction drive device is provided.
前記複数のD/A変換器の出力信号である押圧設定信号と前記第3の変形量測定手段の出力信号である現在押圧量とを比較してサーボ制御する第5のサーボ制御手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の摩擦駆動装置。The first output means includes a plurality of D / A converters for converting a digital signal from the CPU into an analog signal in order to independently provide pressing setting signals to the plurality of piezoelectric elements, and a third deformation amount measuring means. When,
A fifth servo control means for performing servo control by comparing a pressing setting signal that is an output signal of the plurality of D / A converters with a current pressing amount that is an output signal of the third deformation amount measuring means;
5. The friction drive device according to claim 1, wherein the friction drive device is provided.
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