JPH05138484A

JPH05138484A - 精密位置決め微動送り装置およびシステム

Info

Publication number: JPH05138484A
Application number: JP32833591A
Authority: JP
Inventors: Yotaro Hatamura; 村洋太郎畑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-11-18
Filing date: 1991-11-18
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】分解能が高くかつ高速で送りストロークを大
きくとることができ、しかもコンパクトで、軸方向荷重
やモーメント荷重に強い精密位置決め微動送り装置およ
びシステムを提供する。また、位置決めの際の微小振動
の問題を解消する。【構成】送りねじ軸３に螺合されるナット部５に軸方
向伸縮部６を設け、粗動を送りねじ軸３とナット部５の
ねじ送り機構で行い、微動を軸方向伸縮部６により行う
ことを特徴とする。軸方向伸縮部６は、軸方向に弾性変
形可能でかつ回転方向には剛な弾性部材７と、軸方向に
伸縮可能な微小変位手段８と、弾性部材７の軸方向変位
を検出する検出手段９と、を具備し、検出手段９によっ
て検出された検出値に基づいて微小変位手段８のストロ
ークを制御してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば工作機械やロ
ボット等の、精密な送りと位置決めを必要とする精密位
置決め微動送り装置およびシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体産業やバイオ産業でよ
り高密度で高精度の送り装置が要求されているが、一般
の工作機械の加工精度でもミクロン単位の高精度化が望
まれるようになりつつある。

【０００３】従来の精密位置決めを行う場合の送り装置
としては、ボールねじ装置が多用されている。すなわ
ち、ねじ軸をパルスモータによって回転駆動することに
より、ねじ軸に螺合したナットを直線運動させて、ナッ
トに取りつけたテーブルの送りを制御するようになって
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のボール
ねじ装置の分解能は、ねじ軸のリードとねじ軸を回転さ
せるモータの分解能（パルス数／回転数）に依存し、送
り装置の分解能を高めるためには小リードのボールね
じ、高分解能のモータが必要となる。

【０００５】ところが、ねじ軸のリードを小さくする程
加工誤差の影響が大きくなり、リードを小さくすること
が困難である。また、モータを高分解能にするには、エ
ンコーダの高精度化と高分解能化が必要となる。しか
し、エンコーダの高精度，高分解能化を図るためには、
エンコーダのスリットを機械的により細かく切る必要が
あり、加工精度上の限界がある。

【０００６】また、分解能を高めるために、ハーモニッ
クギヤを用いて駆動を制御したり、電気的に制御電流を
より細かく区分して制御するマイクロステップ方式等も
あるが、ミクロン，サブミクロン単位の分解能が限界で
あった。

【０００７】さらに、電気的に高分解能化を図るために
は高い発信周波数の指令装置が必要となるという問題も
あった。

【０００８】一方、ナノメータ単位の位置決めを行うた
めに、圧電素子，電歪素子等の微小変位手段を用いた送
り装置も知られているが、圧電素子等の最大変位幅は非
常に小さいので、ストロークが極端に短いという大きな
問題があった。

【０００９】そこで、微小変位手段のストロークを長く
するために、インチワーム（尺取虫）機構と呼ばれる送
り装置が考え出され、このようなインチワーム機構１０
０を用いた微動テーブル１０１をボールねじ装置１０２
を用いた粗動テーブル１０３の上に組み付け、粗動の位
置決めをボールねじ装置１０２で行い、精密な位置決め
をインチワーム機構１００で行う装置も提案されている
（図９(a) 参照）。

【００１０】インチワーム機構１００とは、図９(b) に
示すように、シャフト１０４に嵌合される第１，第２，
第３圧電シリンダ１０５，１０６，１０７から構成され
る。そして、第１圧電シリンダ１０５に電圧を印加して
シャフト１０４にクランプした状態で第２圧電シリンダ
１０６を伸長させ、所定長さだけ第３圧電シリンダ１０
７を図中右側に送る。次に第１圧電シリンダ１０５を自
由状態にしてクランプを解除し、第３圧電シリンダ１０
７に所定の電圧を印加してシャフト１０４にクランプ
し、第２圧電シリンダ１０６を収縮させて第１圧電シリ
ンダ１０５を図中右側に送る。このように、各第１，第
２，第３圧電シリンダ１０５，１０６，１０７を繰り返
して動作させることにより直線方向に移動させるように
したものである。

【００１１】しかし、このような送り装置は、インチワ
ーム機構１００の微動テーブル１０１をボールねじ装置
１０２を用いた粗動テーブル１０３の上に組み付けるた
めに、微動及び粗動テーブル１０１，１０３の組み付け
が困難である。

【００１２】また、ボールねじ装置１０２の粗動テーブ
ル１０３の上にインチワーム機構１００の微動テーブル
１０１を載せる構成なので、装置の背が高くなりコンパ
クトにできない。このような問題は、多軸のテーブルを
構成すると致命的となる。

【００１３】さらに、インチワーム機構１００の微動テ
ーブル１０１は第１，第３圧電シリンダ１０５，１０７
のクランプによって軸方向の位置を支えるため、軸方向
に大きな荷重が受けられず、また装置の背が高くなるの
でモーメント荷重に対しても弱いという問題があった。

【００１４】一方、精密位置決めに関連して、従来の送
り装置では、位置決めの際に微小振動が発生するという
問題があった。これは、高速で位置決めした場合に、テ
ーブル等が慣性力により微小振動を起こす現象である。
このような微小振動が発生すると、テーブルの位置決め
完了時間が長くなり、応答性が悪いという問題が生じ
る。

【００１５】本発明は上記した従来技術の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、超
精密な分解能で送り可能で、しかもコンパクトな構成で
ストロークを大きくとり得る精密位置決め微動送り装置
およびシステムを実現することにある。

【００１６】さらに、微小振動の問題を解消して、位置
決め完了時間を大幅に短縮し得る精密位置決め微動送り
装置およびシステムを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、送りねじ軸に螺合され送りねじ
軸の回転によって送りねじ軸に対して直線運動するナッ
ト部に、該ナット部に対して送りねじ軸の軸方向に伸縮
可能の軸方向伸縮部を設け、この軸方向伸縮部に被送り
部材を取付け、被送り部材の粗動送りを送りねじ軸によ
り行うと共に、微動送りを軸方向伸縮部により行うこと
を特徴とする。

【００１８】軸方向伸縮部は、軸方向に弾性変形可能で
かつ回転方向には剛な弾性部材と、軸方向に伸縮可能な
微小変位手段と、ナット部に対する微動送り量を検出す
る微動送り量検出手段と、を具備することが好適であ
る。

【００１９】そして、微動送り量検出手段によって検出
された検出値に基づいて微小変位手段の伸縮量を制御す
ることが好ましい。

【００２０】微小変位手段は指令値を与えると該指令値
に比例して軸方向に変位する手段であり、たとえば、圧
電素子または電歪素子，流体圧や熱膨張を利用して伸縮
するアクチュエータ，ボイスコイル，磁歪素子等を利用
した各種アクチュエータを用いることができる。

【００２１】また、被送り部材として可動テーブルを用
いる場合、ナット部に可動テーブルを取付け、可動テー
ブルを直線運動案内機構を介して移動自在に案内保持
し、送りねじ軸を回転駆動手段によって回転させて粗動
送りを行うように構成することが好ましい。

【００２２】一方、本発明の精密位置決め微動送りシス
テムは、送りねじ軸と、この送りねじ軸に螺合されるナ
ット部と、ナット部に対して軸方向に伸縮可能に設けら
れる微小変位手段を有する軸方向伸縮部と、所定の粗動
制御目標信号に基づいて送りねじ軸を所定量回転駆動す
ることによってナット部を送りねじ軸に対して所定スト
ロークだけ粗動送りさせる回転駆動手段と、前記軸方向
伸縮部による微動送り量を検出する微動送り量検出手段
と、この微動送り量検出手段の出力と所定の微動制御目
標信号とに基づいて上記微小変位手段を駆動制御する微
動制御装置と、前記回転駆動手段に粗動制御目標信号
を、前記微小変位手段に微動制御目標信号を与える指令
装置と、を備えてなることを特徴とする。

【００２３】送りねじ軸に対するナット部の粗動送り量
を検出する粗動送り量検出手段と、該粗動送り量検出手
段の出力と所定の粗動制御目標信号とに基づいて前記回
転駆動手段を駆動制御する粗動制御装置とを備えた構成
とすることが好ましい。

【００２４】また、指令装置から微動制御装置へ出力さ
れる微動制御目標信号をディジタル信号からアナログ信
号に変換する変換器を設け、前記回転駆動手段の制御は
ディジタル信号にて行い、軸方向伸縮部の制御はアナロ
グ信号にて行うことが好適である。

【００２５】

【作用】上記構成の精密位置決め微動送り装置にあって
は、送りねじ軸を回転駆動することによってナット部を
所定量だけ直線運動させ、ナット部に対して軸方向伸縮
部を介して取付けられる移動部材の粗動送りを行う。さ
らに、軸方向伸縮部を駆動することによって被送り部材
をナット部に対して微動送りし、超精密な分解能の送り
を可能にする。このように、軸方向伸縮部のストローク
は短いストロークであっても、送りねじ軸と軸方向伸縮
部を組み合わせることにより、長いストローク間を高速
に移動させることができる。

【００２６】また、軸方向伸縮部をナット部に設けるた
めに、従来のようにテーブルを積み重ねるタイプの装置
に比べて、はるかにコンパクトにできる。

【００２７】さらに、従来のインチワーム機構のように
軸をクランプして軸方向の位置を支えるものではなく、
軸方向伸縮部および送りねじ軸によって位置決め支持す
るので、従来のインチワーム機構に比べて大きな軸方向
荷重を受けることができ、また装置構成の背も低くでき
るので、モーメント荷重に対しても強い。

【００２８】また、位置決め時の微小振動は、たとえば
軸方向伸縮部に交流を印加して振動を打ち消すように動
作させることにより解消することができ、位置決め完了
に要する時間を大幅に短縮することができる。

【００２９】本発明の精密位置決め微動送りシステムに
あっては、指令装置に粗動および微動制御目標値を入力
する。そして、指令装置から出力される粗動制御目標信
号に基づいて回転駆動手段によって送りねじ軸が回転す
る。この送りねじ軸の回転に伴ってナット部が直線運動
し、ナット部と一体的に移動する軸方向伸縮部を介して
被送り部材が粗動送りされ、所定の粗動制御目標位置に
位置決めされる。

【００３０】また、微動送り検出手段の出力と所定の微
動制御目標信号とに基づいて微動制御装置により、軸方
向伸縮部の微小変位手段が伸縮駆動されて、移動部材が
所定の微動制御目標位置に位置決めされる。

【００３１】一方、送りねじ軸に対するナット部の粗動
送り量を検出する粗動送り量検出手段を設け、この粗動
送り量検出手段の出力と所定の粗動制御目標信号とに基
づいて回転駆動手段を駆動制御するようにすれば、より
精密に位置決め制御することができる。

【００３２】さらに、指令装置から微動制御装置へ出力
される微動制御目標信号をディジタル信号からアナログ
信号に変換する変換器を設け、回転駆動手段の制御をデ
ィジタル制御にて行い、軸方向伸縮部の制御をアナログ
制御にて行えば、アナログ制御とディジタル制御の指令
系統を一つの指令装置で可能となる。

【００３３】また、微動送り制御をアナログ制御で行う
ために、指令装置に微動制御用の高周波発信回路が不要
となり、回路構成を単純化できる。

【００３４】

【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。

【００３５】図１(a) は本発明の精密位置決め微動送り
装置を工作機械等のテーブル移送装置に適用した場合の
概念構成を示している。

【００３６】すなわち、この精密位置決め微動送り装置
１は被送り部材としての可動テーブル２を直線方向に移
送するもので、送りねじ軸３と、この送りねじ軸３にボ
ール４を介して螺合されるナット部５と、このナット部
５に対して軸方向に伸縮可能な軸方向伸縮部６と、を具
備している。軸方向伸縮部６はナット部５の一方の端面
に一体的に設けられ、この軸方向伸縮部６に可動テーブ
ル２が取りつけられている。

【００３７】そして、送りねじ軸３の回転によってナッ
ト部５が軸方向に所定量送られ、テーブルは軸方向伸縮
部６を介してナット部５と一体的に移動して所定量粗動
送りされる。さらに、軸方向伸縮部６を軸方向に伸縮さ
せることによってテーブルの微動送りを行い精密な位置
決め行うようになっている。

【００３８】図１(b) は軸方向伸縮部６の概念的な構成
を示している。この軸方向伸縮部６は、軸方向に弾性変
形可能でかつ回転方向には剛な弾性部材７と、軸方向に
伸縮可能な圧電素子や電歪素子等の微小変位手段８と、
軸方向伸縮部６の軸方向の伸縮量、すなわち微動送り量
を検出する微動送り量検出手段としての変位検出手段９
と、を具備し、変位検出手段９によって検出された検出
値に基づいて微小変位手段８のストロークを制御するよ
うになっている。

【００３９】微小変位手段としては、圧電素子や電歪素
子の他に，物体の熱膨張を利用して伸縮させる熱アクチ
ュエータや、図１(c) ，(d) に示すような流体圧によっ
て伸縮するアクチュエータ８ａ、その他ボイスコイルや
磁歪素子等、要するに指令値に基づいて指令値に比例し
て伸縮する各種アクチュエータを適用することができ
る。

【００４０】また、変位検出手段としては、たとえば図
２(a) に示すような歪みゲージ等の抵抗式センサ９ａ、
同図(b) に示すような圧電素子を用いて変位を電圧変化
として検出するセンサ９ｂ、同図(c) に示すような差動
トランスやうず電流センサ等の電磁誘導式センサ９ｃ、
同図(d) に示すような静電容量式のセンサ、同図(e)に
示すような光ファイバ等を用いた光干渉方式のセンサ９
ｅ等、その他微小変位を検出可能な種々のセンサを用い
ることができる。

【００４１】図３は本発明の精密位置決め微動送りシス
テムの制御構成を示している。

【００４２】移送される可動テーブル２は直線運動案内
機構１７によって直線方向に案内されるようになってお
り、直線運動案内機構１７は、軌道レール１７ａとこの
軌道レール１７ａに転動体１７ｂを介して摺動自在に組
み付けられる案内機構本体１７ｃと、から構成されてい
る。

【００４３】制御系は、大別して送りねじ軸３を駆動制
御する粗動制御系と、軸方向伸縮部６を制御する微動制
御系と、から構成されている。

【００４４】粗動制御系は、可動テーブル２の位置を検
出するためのリニアスケール１０と、送りねじ軸３を回
転駆動するための回転駆動手段としてのモータ１１と、
このモータ１１を駆動するためのモータドライバ１２
と、モータドライバ１２に粗動制御目標となる指令信号
を出力する指令装置１３と、から構成されている。

【００４５】一方、微動制御系は、微小変位手段８を駆
動するための微小変位手段ドライバ１４と、微小変位手
段８の軸方向のストロークを検出するための変位検出手
段９と、この軸方向伸縮部６の動きを制御するための微
動制御装置１５と、から構成されている。この微動制御
装置１５には、指令装置１３から微動制御目標としての
ディジタルの指令信号がＤ／Ａコンバータ１６を介して
アナログ信号に変換されて入力される。

【００４６】上記構成の精密位置決め微動送りシステム
にあっては、まず、指令装置１３に目標とする送り量が
入力される。

【００４７】この目標送り量に対応してモータドライバ
１２に粗動制御目標となる指令信号が出力され、この指
令信号に基づいて、モータ１１が回転駆動される。この
モータ１１の駆動によって送りねじ軸３が回転し、送り
ねじ軸３の回転に応じてナット部５が直進し、可動テー
ブル２が所定位置まで粗動送りされ停止する。

【００４８】粗動送りの制御は、粗動送り量検出手段と
してのリニアスケール１０を用いることにより、可動テ
ーブル２の位置を常時モニタしながらモータドライバ１
２にフィードバックし、モータドライバ１２を粗動制御
手段として機能させて目標位置との偏差を補正するクロ
ーズドループ制御とすることもできる。

【００４９】送りねじ軸３の停止後、軸方向伸縮部６に
より可動テーブル２の微動送りを行う。この微動送り
は、送りねじ軸３による粗動送りの分解能よりも精密な
分解能で送るもので、たとえば、ミクロン単位までの送
りを粗動送りで行い、ミクロン単位以下の送りを軸方向
伸縮部６で行うようになっている。

【００５０】すなわち、指令装置１３からの微動制御目
標となる指令信号がＤ／Ａコンバータ１６によりアナロ
グ信号に変換されて微動制御装置１５に入力される。こ
の指令信号に基づいて微小変位手段ドライバ１４に駆動
信号が出力され、圧電素子等の微小変位手段８が伸縮作
動する。この微小変位手段８のストローク量は変位検出
手段９によって常時検出されて微動制御装置１５にフィ
ードバックされ、可動テーブル２の位置が正確に決めら
れる。このように軸方向伸縮部６を用いることにより、
分解能はボールねじとは比較にならないナノメータ単位
の精密送りが可能になる。

【００５１】また、軸方向伸縮部６は短いストロークで
あっても、送りねじ軸３によって長いストローク間を高
速に移動させることができる。

【００５２】一方、送りねじ軸３のリードの加工誤差や
温度変化による送りねじ軸３の熱膨張等によって、入力
された目標位置との間に誤差があるものであるが、この
誤差を、軸方向伸縮部６を動作させることにより補正
し、可動テーブル２を正確に位置決めすることができ
る。

【００５３】すなわち、微動制御装置１５に予め送りね
じ軸３のリードの加工誤差や温度変化による送りねじ軸
３の軸方向の熱膨張量等のデータを入力し、このデータ
と指令装置１３から入力された目標データから補正量を
演算すればよい。演算された補正量を微小変位手段ドラ
イバ１４に入力し、この補正量を目標値として圧電素子
等の微小変位手段８を駆動すれば、可動テーブル２を目
標とする位置に精密に位置決めすることができる。

【００５４】また、送りねじ軸３の駆動モータ１１はパ
ルスで制御し、軸方向伸縮部６は別のアナログ指令値で
制御する２つの異なる制御系で制御するために、高分解
能でありながら高周波発振の指令装置１３でなくてもよ
く、回路構成を簡略化でき有利である。

【００５５】さらに、精密位置決めに関連して位置決め
時の微小振動の問題がある。これは高速で位置決めして
も可動テーブル２等が慣性力により微小振動を起こす現
象である。このような微小振動の問題も、軸方向伸縮部
６を振動を打ち消すように動作させることにより解消で
き、位置決め完了時間の大幅な短縮が可能となる。

【００５６】図４は本発明の精密位置決め微動送り装置
のより具体的な実施例を示すものである。

【００５７】すなわち、この実施例装置は、送りねじ軸
３２に螺合するナット部２５と、軸方向伸縮部２６と、
可動テーブル２が取付けられるフランジ部２５ａと、か
ら構成されており、ナット部２５と軸方向伸縮部２６と
フランジ部２５ａとが一体構造となっている。ナット部
５１と送りねじ軸３のねじ溝間には、多数のボール４が
転動自在に介装されている。

【００５８】軸方向伸縮部２６は、軸方向に弾性変形可
能で回転方向に剛な弾性部材２７と、ナット部２５とフ
ランジ部２５ａの対向面間に介在される圧電素子等の微
小変位手段２８と、軸方向の変位を検出する変位検出手
段２９と、から構成されている。

【００５９】弾性部材２７は軸方向に対して直交する環
状平板形状の薄肉部によって構成される板ばねで、形状
的に軸方向に弾性変形可能で回転方向に剛な形状となっ
ている。弾性部材２７の外端はナット部２５に一体的に
接続され、内端がフランジ部２５ａに一体的に接続され
ている。

【００６０】そして、変位検出手段２９としては歪みゲ
ージが用いられて弾性部材２７表面に貼着され、変位に
対応して弾性変形する弾性部材２７の歪み量を検出する
ことによって微動送り量を検出するようになっている。
変位検出手段２９の貼着位置は、図４(b) 及び(c) に示
すように、弾性部材２７のもっとも歪みの大きい部分、
この図示例では弾性部材２７の接続端部近傍に貼着して
感度を高めている。

【００６１】弾性部材２７は、図５(a) に示すような環
状平板形状としてもよく、同図(b)，(c) に示すよう
に、適当な穴２７ａを設けた形状としてもよい。

【００６２】また、図６(a) 〜(c) には、微小変位手段
と弾性部材の配置構成例を示している。

【００６３】図６(a) は、弾性部材２７と微小変位手段
２８を共にリング状に形成して同心的に配置した例であ
る。

【００６４】図６(b) は、棒状の微小変位手段２８ａ
と、リング状の弾性部材２７を用いたもので、棒状の微
小変位手段２８ａを３か所に配置した例を示している。

【００６５】図６(c) は、棒状の微小変位手段２８ａを
用いると共に、弾性部材２７ｂを棒状の微小変位手段２
８ａを避けるように円周方向に分割したものである。

【００６６】また、弾性部材２７の形状としては、上記
したような軸方向に直交する薄肉の環状平板形状である
必要はなく、たとえば、図７(a) に示すように軸方向に
対して円錐状に傾斜する構造としてもよく、また図７
(b) に示すように軸方向と平行な薄肉円筒形状としても
よく、要するに軸方向に弾性変形可能で円周方向には剛
な形状を選択すればよい。

【００６７】以上の実施例はナット部と軸方向伸縮部が
一体構造となっている場合を示したが、場合によって
は、図８に示すように別体構成としてもよい。

【００６８】すなわち、軸方向伸縮部３６は、弾性部材
３７と圧電素子等の微小変位手段３８とが、互いに平行
に対向配置される環状の第１，第２ホルダ３６ａ，３６
ｂの間に介在されている。弾性部材３７は、図４に示し
た実施例と同様に環状平板状の薄肉部により構成される
板ばねであり、その内端が第１ホルダ３６ａに接合さ
れ、外端が第２ホルダ３６ｂに接合されて一体構造とな
っている。また、変位検出手段３９についても歪みゲー
ジ等の抵抗式センサが用いられ、弾性部材３７の表面に
貼着されている。

【００６９】この実施例では微小変位手段３８として棒
状のものが用いられ、弾性部材３７を一部切り欠き、こ
の切り欠き穴３７ａに微小変位手段３８を装着するよう
になっている。

【００７０】そして、この軸方向伸縮部３６をナット部
３５の外周側に組みつけ、第１ホルダ３６ａをナット部
３５のフランジ３５ａに接合し、第２ホルダ３６ｂをテ
ーブル２に取付けている。

【００７１】このような分割タイプの場合は、軸方向伸
縮部３６とナット部３５の接合部で誤差が生じるために
調整を要し、また特性も接合状態で変化するきらいがあ
る。この点、一体構造の場合は接合部がないために設計
通りの特性を得ることができ有利である。ただ、分割タ
イプの場合は比較的作り易い利点があり、一体とするか
分割タイプとするかは必要に応じて選択すればよい。

【００７２】なお、図５に示した弾性部材の形状、図６
に示す弾性部材と微小変位手段の配置構成、図７に示す
弾性部材の変形例等については、すべてこの分割タイプ
実施例に適用できることはもちろんである。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、送りね
じ軸とナット部によって粗動送りを行うと共に軸方向伸
縮部により微動送りをするようにしたので、分解能が高
く、しかもストロークの長い精密位置決め微動送り装置
を実現できる。

【００７４】また、軸方向伸縮部をナット部に設けるた
めに、従来のようにテーブルを積み重ねるタイプの装置
に比べて、はるかにコンパクトにできる。

【００７５】さらに、従来のインチワーム機構のよう
に、クランプによって軸方向の位置を支えるものではな
く、微小変位手段および送りねじ軸によって位置決め支
持するので、軸方向の大きな荷重を受けることができ、
また装置構成も低くできるのでモーメント荷重に対して
も強い精密位置決め微動送り装置を実現できる。

【００７６】さらにまた、位置決め時の微小振動の問題
については、軸方向伸縮部を振動を打ち消すように動作
させることにより解決することができ、短時間で位置決
めを完了することができる。

【００７７】一方、本発明の精密位置決め微動送りシス
テムによれば、精密位置決め及び微動送りを迅速かつ確
実に行うことができる。

【００７８】また、指令装置から微動制御装置へ出力さ
れる微動制御目標信号をディジタル信号からアナログ信
号に変換する変換器を設けておけば、微動制御と粗動制
御をの指令系統を一つの指令装置で行うことができる。

【００７９】さらに、微動送り制御をアナログ制御で行
えば、指令装置に微動制御用の高周波発信回路が不要と
なり、回路構成を単純化でき、低コスト化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(a) は本発明の精密位置決め微動送り装置
の概念構成を示す図、同図(b)は同図(a) の軸方向伸縮
部の概念構成を示す図、同図(c) ，(d) は微小変位手段
として流体圧アクチュエータを用いた例を示す軸方向伸
縮部の構成図である。

【図２】図２(a) 〜(e) は図１の軸方向伸縮部の変位検
出手段の各種態様を示す構成図である。

【図３】図３は本発明の精密位置決め微動送りシステム
の構成図である。

【図４】図４は本発明の精密位置決め微動送り装置をよ
り具体化した実施例を示すもので、同図(a) は全体縦断
面図、同図(b) ，(c) は同図(a) の軸方向伸縮部の作動
状態を説明するための要部断面図である。

【図５】図５(a) 〜(c) は図４の軸方向伸縮部の弾性部
材の各種変形例を示す平面図である。

【図６】図６(a) 〜(c) は図４の軸方向伸縮部の弾性部
材と微小変位手段の各種配置例を示す図である。

【図７】図７(a) ，(b) は図４の軸方向伸縮部の弾性部
材の変形例を示す要部断面図である。

【図８】図８は本発明の精密位置決め微動送り装置の他
の実施例を示すもので、同図(a) は全体縦断面図、同図
(b) は軸方向伸縮部の縦断面図、同図(c) は軸方向伸縮
部の弾性部材の変形状態を示す要部拡大断面図である。

【図９】図９(a) は従来の送り装置の概略斜視図、同図
(b) は同図(a) のインチワーム機構の概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１精密位置決め微動送り装置２テーブル（被送り部材）３送りねじ軸４ボール５，２５，３５ナット部６，２６，３６軸方向伸縮部７，２７，３７弾性部材８，２８，３８微小変位手段９，２８，３８変位検出手段１１モータ（回転駆動手段）１３指令装置１４微小変位手段ドライバ１５微動制御装置１６ディジタル，アナログ変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送りねじ軸に螺合され送りねじ軸の回転
によって直線運動するナット部に、該ナット部に対して
送りねじ軸の軸方向に伸縮可能の軸方向伸縮部を設け、
該軸方向伸縮部に被送り部材を取付け、該被送り部材の
粗動送りを送りねじ軸により行うと共に、微動送りを軸
方向伸縮部により行うことを特徴とする精密位置決め微
動送り装置。
【請求項２】軸方向伸縮部は、軸方向に弾性変形可能
でかつ回転方向には剛な弾性部材と、軸方向に伸縮可能
な微小変位手段と、ナット部に対する微動送り量を検出
する微動送り量検出手段と、を具備してなる請求項１に
記載の精密位置決め微動送り装置。
【請求項３】微動送り量検出手段によって検出された
検出値に基づいて微小変位手段の伸縮量を制御してなる
ことを特徴とする請求項２に記載の精密位置決め微動送
り装置。
【請求項４】微小変位手段は、指令値を与えると該指
令値に比例して軸方向に変位する手段である請求項２ま
たは３に記載の精密位置決め微動送り装置。
【請求項５】微小変位手段は圧電素子または電歪素子
により構成される請求項４に記載の精密位置決め微動送
り装置。
【請求項６】微小変位手段が流体圧を利用して伸縮する
アクチュエータである請求項４に記載の精密位置決め微
動送り装置。
【請求項７】微小変位手段が熱膨張を利用して伸縮す
るアクチュエータである請求項４に記載の精密位置決め
微動送り装置。
【請求項８】微小変位手段がボイスコイルを利用した
アクチュエータである請求項４に記載の精密位置決め微
動送り装置。
【請求項９】微小変位手段が磁歪素子を利用したアク
チュエータである請求項４に記載の精密位置決め微動送
り装置。
【請求項１０】ナット部に被送り部材としての可動テ
ーブルが取付けられ、該可動テーブルを直線運動案内機
構を介して移動自在に案内保持し、送りねじ軸を回転駆
動手段によって回転させて粗動送りを行う請求項１，
２，３，４，５，６または７に記載の精密位置決め微動
送り装置。
【請求項１１】送りねじ軸と、該送りねじ軸に螺合されるナット部と、該ナット部に対して軸方向に伸縮可能に設けられる微小
変位手段を有する軸方向伸縮部と、所定の粗動制御目標信号に基づいて送りねじ軸を所定量
回転駆動することによってナット部を送りねじ軸に対し
て所定ストロークだけ粗動送りさせる回転駆動手段と、前記軸方向伸縮部による微動送り量を検出する微動送り
量検出手段と、該微動送り量検出手段の出力と所定の微動制御目標信号
とに基づいて上記微小変位手段を駆動制御する微動制御
装置と、前記回転駆動手段に粗動制御目標信号を、前記微小変位
手段に微動制御目標信号を与える指令装置と、を備えて
なることを特徴とする精密位置決め微動送りシステム。
【請求項１２】送りねじ軸に対するナット部の粗動送
り量を検出する粗動送り量検出手段と、該粗動送り量検
出手段の出力と所定の粗動制御目標信号とに基づいて前
記回転駆動手段を駆動制御する粗動制御装置とを備えて
なる請求項１１記載の精密位置決め微動送りシステム。
【請求項１３】指令装置から微動制御装置へ出力され
る微動制御目標信号をディジタル信号からアナログ信号
に変換する変換器を設け、回転駆動手段の制御はディジ
タル信号にて行い、軸方向伸縮部の制御はアナログ信号
にて行う請求項１１または１２に記載の精密位置決め微
動送りシステム。