JPH1026203A

JPH1026203A - 摩擦駆動機構

Info

Publication number: JPH1026203A
Application number: JP18318896A
Authority: JP
Inventors: Hisayoshi Sakai; 久嘉境; Hirohisa Handa; 博久半田; Naoyuki Taketomi; 尚之武富; Yutaka Kuriyama; 豊栗山
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のバックアップローラに伴う課題をコス
ト的な面を含めて解決できる摩擦駆動機構を提供する。【解決手段】構造体２に、ブラケット６を介して、レ
ール１に接しかつ回転が付与される駆動ローラ３と、こ
の駆動ローラ３に回転を付与するモータ４と、レール１
を挟んで駆動ローラ３とは反対側面にそのレール１と所
定の軸受隙間を隔てて配置された少なくとも１個以上の
空気軸受１１とをそれぞれ設ける。空気軸受１１の軸受
面とレール１のガイド面とは、空気軸受から噴出された
空気膜を介して非接触であるから、構造体側に歪みを生
じさせたりすることがなく、ローラとレールとの間の微
小なすべり量に変動が生じるのを少なくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レールと構造体と
を、両者の摩擦力を利用して、レールの長手方向へ相対
移動させる摩擦駆動機構に関する。詳しくは、構造体に
駆動ローラを回転自在に支持し、この駆動ローラをレー
ルに押し当て、その接触部に生じる摩擦を利用して、レ
ールと構造体とをレールの長手方向へ相対移動させる摩
擦駆動機構に関する。

【０００２】

【背景技術】従来、モータなどの回転動力を駆動ローラ
に伝達し、その駆動ローラをレールに所定の接触力にて
押し当て、その接触部に生じる摩擦を利用して、駆動ロ
ーラの回転運動を駆動ローラを支持する構造体とレール
との間の相対的な直線運動に変換する摩擦駆動機構にお
いては、図１に示すように、レール１に対してガイドレ
ール（図示省略）を介して構造体２を移動自在に設け、
この構造体２に、駆動ローラ３と、この駆動ローラ３に
回転を付与するモータ４とを設けるとともに、レール１
を挟んで駆動ローラ３と対向する位置に、１個または複
数個のバックアップローラ５を配置し、これにより、駆
動ローラ３とレール１に接触力を与えるようにしてい
る。なお、６はローラ取付ブラケットである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構造で
は、次のような課題がある。１）駆動ローラ３の回転軸と、レール１を挟んで対向す
る位置に配置されたバックアップローラ５の回転軸と
が、平行でなかったり、捩じれの位置関係にあるなどア
ライメント誤差を含む場合、駆動ローラ３の進行方向と
バックアップローラ５の進行方向とにずれが生じ、双方
のローラ３，５を支持するブラケット６に歪みを生じさ
せたり、駆動ローラ３とレール１との間の微小なすべり
量に変動が生じるなど、駆動の直線運動性能（運動真直
度、速度変動、ヒステリシス、振動など）に悪影響を及
ぼす。

【０００４】２）駆動ローラ３とバックアップローラ５
とに挟まれたレール１に厚みむらがある場合、レール１
の厚みむらに対応して、駆動ローラ３とレール１との接
触力に変動が生じ、駆動ローラ３の回転にトルク変動、
さらには被駆動体である構造体２に速度変動が生じる要
因となる。

【０００５】３）また、レール１に厚みむらがないとし
た場合、駆動ローラ３とレール１との接触力は一定であ
る。この接触力が小さければ、高速、加減速などの移動
時に駆動ローラ３とレール１との接触部にすべりが生じ
やすく駆動効率を阻害し、また、駆動ローラ３とレール
１との摩耗の要因となる。逆に、接触力が大きければ、
すべりは生じにくいが、モータ４の回転トルクの増大、
駆動ローラ３とレール１との疲労の要因となる。

【０００６】ところで、精密測定機器や精密工作機械な
どの精度向上に関する課題の１つに、駆動の直線運動性
能（運動真直度、速度変動、ヒステリシス、振動など）
の向上が挙げられる。近年、高精度の精密測定機器や精
密工作機械などの駆動機構として、摩擦駆動機構の優位
性が実証されたことに伴い、摩擦駆動機構が採用される
ことが多くなっている。しかし、その採用にあたって
は、前記１）〜３）の課題を解消するため、摩擦駆動機
構を構成する各部品の加工精度を厳しく抑えることが前
提となり、コスト的にも問題となる。

【０００７】本発明の目的は、前述した従来の課題をコ
スト的な面を含めて解決できる摩擦駆動機構を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の摩擦駆動機構
は、レールと構造体とを、両者の摩擦力を利用して、レ
ールの長手方向へ相対移動させる摩擦駆動機構におい
て、前記構造体に、前記レールに接しかつ回転が付与さ
れる駆動ローラと、前記レールを挟んで前記駆動ローラ
とは反対側面にそのレールと所定の軸受隙間を隔てて配
置された少なくとも１個以上の空気軸受とをそれぞれ設
けたことを特徴とする。

【０００９】このような構成によれば、空気軸受の軸受
面とレールのガイド面とは、空気軸受から噴出された空
気膜を介して非接触であるから、上記１）の課題を解消
できる。つまり、バックアップローラを設ける必要がな
いから、駆動ローラの進行方向とバックアップローラの
進行方向とにずれが生じて、双方のローラを支持するブ
ラケットに歪みを生じさせたりすることもなく、ローラ
とレールとの間の微小なすべり量に変動が生じることも
少なくできる。また、バックアップローラ側の回転に伴
う抵抗および接触に伴う摩擦が無視できるから、駆動効
率の向上がはかれる。

【００１０】また、本発明の摩擦駆動機構は、レールと
構造体とを、両者の摩擦力を利用して、レールの長手方
向へ相対移動させる摩擦駆動機構において、前記構造体
に、前記レールに接しかつ回転が付与される駆動ローラ
と、前記レールを挟んで前記駆動ローラとは反対側面に
そのレールと所定の軸受隙間を隔てて配置された少なく
とも１個以上の空気軸受とをそれぞれ設け、前記空気軸
受と前記構造体との間に、前記軸受隙間が一定に保たれ
るように前記空気軸受を前記レールに対して接近、離間
する方向へ変位させるシリンダ装置を設けたことを特徴
とする。

【００１１】このような構成によれば、上記１）の課題
を解消できるとともに、レールに厚みむらがある場合で
も、レールの厚みむらに応じてシリンダ内をピストンが
摺動して、軸受隙間が一定に保たれるから、レールと駆
動ローラとの接触力を一定に保ことができる。従って、
上記２）の課題を解消できかる。つまり、駆動ローラの
トルク変動や構造体の速度変動を抑えることができる。

【００１２】ここで、前記シリンダ装置は、前記構造体
に設けられたシリンダと、前記シリンダ内に摺動自在か
つ前記レールに対して接近、離間する方向へ変位可能に
収納され前記空気軸受を有するピストンと、このピスト
ンに形成されかつそのピストンとシリンダとによって区
画された室内に供給される空気を前記空気軸受の空気噴
出口に供給する通路とを含むことが望ましい。このよう
にすれば、シリンダとピストンとから構成されるシリン
ダ装置内に供給される空気を空気軸受にも利用している
から、空気配管が単純化できとともに、構造的にも単純
化できる。

【００１３】また、本発明の他の摩擦駆動機構は、レー
ルと構造体とを、両者の摩擦力を利用して、レールの長
手方向へ相対移動させる摩擦駆動機構において、前記構
造体に、前記レールに接する駆動ローラと、この駆動ロ
ーラに回転を付与するモータと、前記レールを挟んで前
記駆動ローラとは反対側面にそのレールと所定の軸受隙
間を隔てて配置された少なくとも１個以上の空気軸受と
をそれぞれ設け、前記空気軸受と前記構造体との間に、
前記軸受隙間内の圧力を変化させる圧力調整手段を設け
るとともに、前記モータの電流を検出する電流検出手段
を設け、この電流検出手段より得られた電流信号に応じ
て前記圧力調整手段を制御し軸受隙間内の圧力を変化さ
せる制御手段を設けたことを特徴とする。

【００１４】このような構成によれば、電流検出手段よ
り得られた電流信号、つまり、モータの負荷に応じて圧
力調整手段が制御され、軸受隙間内の圧力が変化される
から、駆動ローラとレールとの接触力を最適値に維持す
ることができる。従って、上記３）の問題を解消でき
る。つまり、高速、加減速などの移動時に駆動ローラと
レールとのすべりや摩耗を少なくできるとともに、モー
タの回転トルクの増大、ローラとレールとの疲労などの
要因を少なくできる。

【００１５】ここで、前記圧力調整手段は、前記空気軸
受の空気噴出口に供給される空気圧を絞る絞り隙間を変
化させるダイヤフラムと、このダイヤフラムを変位させ
る駆動素子とを含み構成されていることが望ましい。こ
のようにすれば、駆動素子を介してダイヤフラムを変位
させるだけで、軸受隙間内の圧力を変化させることがで
きるから、軸受隙間内の圧力を精度よく最適値に制御で
きる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図を参
照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明にあたっ
て、図１と同一構成要件については、同一符号を付し、
その説明を省略もしくは簡略化する。

【００１７】〔第１実施形態〕図２に第１実施形態の摩
擦駆動機構Ａの斜視図を、図３にその断面をそれぞれ示
す。これらの図に示すように、前記構造体２には、ブラ
ケット６を介して、前記レール１に接しかつ回転が付与
される駆動ローラ３と、この駆動ローラ３に回転を付与
するモータ４と、前記レール１を挟んで前記駆動ローラ
３とは反対側面にそのレール１と所定の軸受隙間を隔て
て配置された２個の空気軸受１１とがそれぞれ設けられ
ている。

【００１８】前記各空気軸受１１は、前記レール１と対
向する面に空気を噴出する空気噴出口（図示省略）を有
し、かつ、これとは反対側面が前記ブラケット６に調整
ねじ１３を介して支持されている。調整ねじ１３と各空
気軸受１１との間にはピポット軸受を構成する鋼球１４
が介装されている。これにより、調整ねじ１３の調整に
よりレール１と各空気軸受１１との軸受隙間が変化する
ので、軸受隙間に応じてレール１に対する駆動ローラ３
の接触力を調整することができる。

【００１９】従って、第１実施形態によれば、各空気軸
受１１の軸受面とレール１のガイド面とは、空気軸受１
１から噴出された空気膜を介して非接触であるから、上
記１）の課題を解消できる。また、バックアップローラ
側の回転に伴う抵抗および接触に伴う摩擦が無視できる
から、駆動効率の向上がはかれる。

【００２０】〔第２実施形態〕図４に第２実施形態の摩
擦駆動機構Ｂの斜視図を、図５にその断面をそれぞれ示
す。これらの図に示すように、本実施形態における摩擦
駆動機構Ｂでは、前記第１実施形態における空気軸受１
１と前記ブラケット６（構造体２）との間に、前記軸受
隙間が一定に保たれるように前記空気軸受１１を前記レ
ール１に対して接近、離間する方向へ変位させるシリン
ダ装置２１が設けられている。

【００２１】前記シリンダ装置２１は、図６に示すよう
に、前記ブラケット６に前記調整ねじ１３および鋼球１
４を介して支持されたシリンダ２２と、このシリンダ２
２内に摺動自在かつ前記レール１に対して接近、離間す
る方向へ変位可能に収納されたピストン２５とを含んで
構成されている。

【００２２】前記シリンダ２２には、そのシリンダ２２
とピストン２５とによって区画された室２３内に圧縮空
気を供給する給気路２４が形成されている。なお、室２
３内での圧力よりも空気軸受１１の軸受隙間内の圧力の
方が大きくなるように予め設定されている。前記ピスト
ン２５には、前記空気軸受１１が一体的に形成されてい
るとともに、この空気軸受１１の空気噴出口１２に室２
３内の空気を供給する給気路２６が形成されている。な
お、２７はピストンリングである。

【００２３】従って、第２実施形態によれば、第１実施
形態で述べた効果のほかに、室２３内への供給空気圧が
一定であれば、レール１に厚みむらがある場合でも、レ
ール１の厚みむらに応じてシリンダ２２内をピストン２
５が摺動して、軸受隙間が一定に保たれるから、レール
１と駆動ローラ３との接触力を一定に保ことができる。
従って、駆動ローラ３のトルク変動や構造体２の速度変
動を抑えることができる。また、シリンダ２２とピスト
ン２５とから構成されるシリンダ装置２１内に供給され
る空気を空気軸受１１にも利用しているから、空気配管
が単純化できとともに、構造的にも単純化できる。

【００２４】なお、上記実施形態では、ピストン２５と
空気軸受１１とを一体的に形成したが、これらは別体で
あってもよい。また、シリンダ装置２１への空気圧と空
気軸受１１への空気圧とをそれぞれ別々に供給するよう
にしてもよい。

【００２５】〔第３実施形態〕図７に第３実施形態の摩
擦駆動機構Ｃの斜視図を、図８にその断面をそれぞれ示
す。これらの図に示すように、本実施形態における摩擦
駆動機構Ｃでは、前記第１実施形態における摩擦駆動機
構Ａに、前記軸受隙間内の圧力を変化させる圧力調整手
段３１と、前記モータ４の電流を検出する電流検出手段
４１と、この電流検出手段４１より得られた電流信号に
応じて前記圧力調整手段３１を制御し軸受隙間内の圧力
を変化させる制御手段５１とがそれぞれ付加されてい
る。

【００２６】前記圧力調整手段３１は、前記空気軸受１
１と前記ブラケット６との間に設けられている。具体的
には、前記ブラケット６に前記調整ねじ１３および鋼球
１４を介して設けられたハウジング３２と、このハウジ
ング３２と前記空気軸受１１との間に設けられたダイヤ
フラム３３と、このダイヤフラム３３の中央と前記ハウ
ジング３２との間に鋼球３４を介して設けられダイヤフ
ラム３３を変位させる圧電素子からなる駆動素子３５と
を含み構成されている。前記ダイヤフラム３３と空気軸
受１１の間には、圧縮空気を前記空気軸受１１の空気噴
出口１２に供給する室３６が形成されているとともに、
この空気噴出口１２に対向するダイヤフラム３３の中央
部分には絞り隙間３７を形成する突起３８が設けられて
いる。

【００２７】従って、第３実施形態によれば、電流検出
手段４１より得られた電流信号に応じて圧力調整手段３
１が制御され、軸受隙間内の圧力が変化されるから、駆
動ローラ３とレール１との接触力を最適値に維持するこ
とができる。従って、上記３）の問題を解消できる。つ
まり、高速、加減速などの移動時に駆動ローラ３とレー
ル１とのすべりや摩耗を少なくできるとともに、モータ
４の回転トルクの増大、ローラ３とレール１との疲労な
どの要因を少なくできる。

【００２８】また、圧力調整手段３１を、ハウジング３
２と、このハウジング３２と空気軸受１１との間に設け
られ前記空気軸受１１の空気噴出口１２に供給される空
気圧を絞る絞り隙間３７を変化させるダイヤフラム３３
と、このダイヤフラム３３を変位させる駆動素子３５と
を含み構成したので、軸受隙間内の圧力を精度よく最適
値に制御できる。

【００２９】なお、上記実施形態において、駆動素子３
５としては、圧電素子に限らず、たとえば、磁歪素子、
電磁ソレノイド、リニアモータなどを用いることができ
る。また、制御手段５１についても、駆動素子の性質に
応じて適宜選ぶことができる。

【００３０】以上の各実施形態においては、２つの空気
軸受１１を備えていたが、空気軸受１１は１個、あるい
は、３個以上でもよい。また、上記実施形態において
は、レール１に対して構造体２が移動する構成であった
が、構造体２に対してレール１が移動する構造であって
もよい。

【００３１】

【実施例】図９は、本発明の摩擦駆動機構を用いた１軸
の直動テーブル装置を示している。同図に示すように、
ベース６１上には、ガイドレール６２と空気軸受（図示
省略）とからなる案内機構を介して構造体としてのテー
ブル６３がガイドレール６２の長手方向へ移動自在に設
けられているとともに、ガイドレール６２の間に前記レ
ール１と、テーブル６３の移動位置を検出するスケール
６４とがそれぞれ設けられている。テーブル６３には、
ジョイン６５を介して前記第２実施形態の摩擦駆動機構
Ｂが取り付けられている。

【００３２】図１０は摩擦駆動機構Ｂの詳細を示してい
る。前記駆動ローラ３の軸３Ａは、ローラ取付ブラケッ
ト６にラジアルベアリング７１を介して回転自在に支持
されているとともに、前記モータ４に直結されている。
また、前記空気軸受１１およびシリンダ装置２１は、ピ
ポット軸受を構成する鋼球１４および調整ボルト１３を
介して前記ローラ取付ブラケット６に支持されている。
なお、ジョイン６５は、テーブル６３の移動方向に対し
て垂直な面内において変位可能で、ガイドレール６２と
レール１とのアライメント誤差などに起因する外乱、つ
まり、テーブル６３の運動方向への推力以外の外乱を吸
収することができるようになっている。

【００３３】

【発明の効果】本発明の摩擦駆動機構によれば、構造体
に、駆動ローラと、レールを挟んで駆動ローラとは反対
側面にそのレールと所定の軸受隙間を隔てて配置された
少なくとも１個以上の空気軸受とを設けたので、従来の
バックアップローラに伴う課題を解消できる。従って、
構造体側に歪みを生じさせたりすることもなく、ローラ
とレールとの間の微小なすべり量に変動が生じることも
少なくできる。また、空気軸受と構造体との間に、軸受
隙間が一定に保たれるように空気軸受をレールに対して
接近、離間する方向へ変位させるシリンダ装置を設けた
ので、レールに厚みむらがある場合でも、軸受隙間が一
定に保たれるから、レールと駆動ローラとの接触力を一
定に保ことができる。また、軸受隙間内の圧力を変化さ
せる圧力調整手段、モータの電流を検出する電流検出手
段およびこの電流検出手段より得られた電流信号に応じ
て圧力調整手段を制御し軸受隙間内の圧力を変化させる
制御手段を設けたので、高速、加減速などの移動時に駆
動ローラとレールとのすべりや摩耗を少なくできるとと
もに、モータの回転トルクの増大、ローラとレールとの
疲労などの要因を少なくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の摩擦駆動機構を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１実施形態にかかる摩擦駆動機構を
示す斜視図である。

【図３】同上実施形態の一部を切り欠いた正面図であ
る。

【図４】本発明の第２実施形態にかかる摩擦駆動機構を
示す斜視図である。

【図５】同上実施形態の一部を切り欠いた正面図であ
る。

【図６】同上実施形態の断面図である。

【図７】本発明の第３実施形態にかかる摩擦駆動機構を
示す斜視図である。

【図８】同上実施形態の断面図である。

【図９】本発明の摩擦駆動機構をテーブルの駆動機構に
適用した実施例を示す斜視図である。

【図１０】同上実施例の要部拡大斜視図である。

【符号の説明】

１レール２構造体３駆動ローラ４モータ１１空気軸受１２空気噴出口２１シリンダ装置２２シリンダ２３室２５ピストン２６給気孔３１圧力調整手段３３ダイヤフラム３５駆動素子３７絞り隙間４１電流検出手段５１制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者栗山豊茨城県つくば市上横場430−１株式会社ミツトヨ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レールと構造体とを、両者の摩擦力を利
用して、レールの長手方向へ相対移動させる摩擦駆動機
構において、前記構造体に、前記レールに接しかつ回転が付与される
駆動ローラと、前記レールを挟んで前記駆動ローラとは
反対側面にそのレールと所定の軸受隙間を隔てて配置さ
れた少なくとも１個以上の空気軸受とをそれぞれ設けた
ことを特徴とする摩擦駆動機構。
【請求項２】レールと構造体とを、両者の摩擦力を利
用して、レールの長手方向へ相対移動させる摩擦駆動機
構において、前記構造体に、前記レールに接しかつ回転が付与される
駆動ローラと、前記レールを挟んで前記駆動ローラとは
反対側面にそのレールと所定の軸受隙間を隔てて配置さ
れた少なくとも１個以上の空気軸受とをそれぞれ設け、前記空気軸受と前記構造体との間に、前記軸受隙間が一
定に保たれるように前記空気軸受を前記レールに対して
接近、離間する方向へ変位させるシリンダ装置を設けた
ことを特徴とする摩擦駆動機構。
【請求項３】請求項２に記載の摩擦駆動機構におい
て、前記シリンダ装置は、前記構造体に設けられたシリ
ンダと、前記シリンダ内に摺動自在かつ前記レールに対
して接近、離間する方向へ変位可能に収納され前記空気
軸受を有するピストンと、このピストンに形成されかつ
そのピストンとシリンダとによって区画された室内に供
給される空気を前記空気軸受の空気噴出口に供給する給
気孔とを含むことを特徴とする摩擦駆動機構。
【請求項４】レールと構造体とを、両者の摩擦力を利
用して、レールの長手方向へ相対移動させる摩擦駆動機
構において、前記構造体に、前記レールに接する駆動ローラと、この
駆動ローラに回転を付与するモータと、前記レールを挟
んで前記駆動ローラとは反対側面にそのレールと所定の
軸受隙間を隔てて配置された少なくとも１個以上の空気
軸受とをそれぞれ設け、前記空気軸受と前記構造体との間に、前記軸受隙間内の
圧力を変化させる圧力調整手段を設けるとともに、前記モータの電流を検出する電流検出手段を設け、この電流検出手段より得られた電流信号に応じて前記圧
力調整手段を制御し軸受隙間内の圧力を変化させる制御
手段を設けたことを特徴とする摩擦駆動機構。
【請求項５】請求項４に記載の摩擦駆動機構におい
て、前記圧力調整手段は、前記空気軸受の空気噴出口に
供給される空気圧を絞る絞り隙間を変化させるダイヤフ
ラムと、このダイヤフラムを変位させる駆動素子とを含
み構成されていることを特徴とする摩擦駆動機構。