ボールねじ軸の累積リード誤差測定装置及び測定方法
【課題】再現性の高い高精度の測定を、短時間で行える生産性に優れたボールねじ軸の累積リード誤差測定装置及び測定方法を提供する。
【解決手段】被測定ボールねじ軸Ｗを回転不動に固定する固定支持台１と、前記被測定ボールねじ軸Ｗのねじ溝に当接させるボール接触子５と、ボール接触子５を被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対し直交方向に往復移動させるとともにボール接触子５を所定の押し込み力で前記ねじ溝に当接させるボール接触子スライド手段と、ボール接触子スライド手段を軸心Ｌｚと平行に水平往復移動する位置検出スライド手段と、位置検出スライド手段を前記被測定ボールねじ軸Ｗのねじ部間で往復移動させる位置決め往復スライド手段２と、ボール接触子５の軸心Ｌｚ方向における位置を検出するリード位置測定手段６と、を備える。
【解決手段】被測定ボールねじ軸Ｗを回転不動に固定する固定支持台１と、前記被測定ボールねじ軸Ｗのねじ溝に当接させるボール接触子５と、ボール接触子５を被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対し直交方向に往復移動させるとともにボール接触子５を所定の押し込み力で前記ねじ溝に当接させるボール接触子スライド手段と、ボール接触子スライド手段を軸心Ｌｚと平行に水平往復移動する位置検出スライド手段と、位置検出スライド手段を前記被測定ボールねじ軸Ｗのねじ部間で往復移動させる位置決め往復スライド手段２と、ボール接触子５の軸心Ｌｚ方向における位置を検出するリード位置測定手段６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ軸の累積リード誤差を測定する装置及びその装置を用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ボールねじ軸のリード誤差を測定する装置として、例えば特許文献１に示す測定装置が知られている。この測定装置は、被測定ボールねじ軸に使用されるボールと同じ大きさの球体をボール接触子先端に接着し、このボール接触子２個を被測定ボールねじ軸の軸を中心にして１８０度位相をずらせた位置で被測定ボールねじ軸のねじ溝に挟み込んで、ねじ軸の半径方向に向かう方向に測定圧力を加えて、ねじ溝の両フランクに接触させた状態で、被測定ボールねじ軸を回転させながらボール接触子の移動距離をレーザー干渉測長器で測定し、被測定ボールねじ軸のねじの理論上の回転移動距離と該測定移動距離との累積移動誤差によって被測定ボールねじ軸のリード誤差を測定する。
【０００３】
一方、ねじ溝の中心位置を直接的に検出することで、より高精度に、かつ短時間にねじ溝の中心位置を測定することができるねじ溝検出装置として特許文献２がある。特許文献２のねじ溝検出装置では図１に示すようにボール接触子を被測定ねじ軸に交差するように被測定ねじ軸に押し付け、径側位置検出手段を用いてボール接触子がねじ溝に入ったことを検出し、リード側位置検出手段を用いてボール接触子におけるリード方向の位置を検出して、ねじ溝の位置を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−２６２０３号公報
【特許文献２】特開２０１０−３６３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の測定装置によれば、３次元方向でのねじリード誤差の把握は可能であるが、被測定ボールねじ軸を回転して測定する必要があるため、例えば被測定ボールねじ軸が大型の工作機械を構成するため１ｍ以上となる長尺の送りねじの場合では、回転軸間で自重たわみが発生するため回転芯振れが発生する。回転芯振れするとボール接触子が不安定な接触となることで振動することになり、リード誤差の管理最小単位である１μｍ以下での精度測定は困難であり、ゆっくり回転させて測定する必要があり、１回の測定に１０数分必要となる。
【０００６】
また、特許文献２の測定装置も被測定ねじ軸を回転して測定する必要があり、リード側の位置を検出する前に、まず、被測定ねじ軸をリード方向に往復運動させてボール接触子をねじ溝になじませる必要があり、被測定ねじ軸を正逆に回転するためのバックラッシュの影響で、測定誤差が生じる課題がある。
【０００７】
さらに、ボール接触子の支持機構は被測定ねじ軸の軸心方向及び前記軸心方向と直角方向に移動自在にすると共に旋回も自在となっており、リニアガイド軸受などが使われているが、摺動する軸受は数μｍレベルのクリアランスが生じており、拘束力がないフリー状態で使用する場合は数十μｍのバックラッシュの発生は避けがたく、自動での測定では測定の再現性にバラツキが大きく、データの信頼性に課題がある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、再現性の高い高精度の測定を、短時間で行える生産性に優れたボールねじ軸の累積リード誤差測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために本発明におけるボールねじ軸の累積リード誤差測定装置は、 被測定ボールねじ軸の軸心方向におけるねじ溝の位置を検出することによって累積リード誤差を測定するボールねじ軸の累積リード誤差測定装置であって、前記被測定ボールねじ軸を回転不動に固定する固定支持台と、前記固定支持台に固定された前記被測定ボールねじ軸のねじ溝に当接させる球体を備えたボール接触子と、前記ボール接触子を前記軸心に対して直交方向に往復移動させるとともに前記ボール接触子を所定の押し込み力で前記ねじ溝に当接させるボール接触子スライド手段と、前記ボール接触子スライド手段を載置し、該ボール接触子スライド手段を前記軸心と平行に水平往復移動する位置検出スライド手段と、前記位置検出スライド手段を載置し、前記位置検出スライド手段を前記被測定ボールねじ軸のねじ部間で往復移動させる位置決め往復スライド手段と、前記ボール接触子の前記軸心方向における位置を検出するリード位置測定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また上記の目的を達成するために本発明におけるボールねじ軸の累積リード誤差測定は、前記被測定ボールねじ軸を回転不動に静置して固定する固定支持台と、前記固定支持台に固定された前記被測定ボールねじ軸のねじ溝に当接させる球体を備えたボール接触子と、前記ボール接触子を前記軸心に対して直交方向に往復移動させるとともに前記ボール接触子を所定の押し込み力で前記ねじ溝に当接させるボール接触子スライド手段と、前記ボール接触子スライド手段を載置し、該ボール接触子スライド手段を前記軸心と平行に水平往復移動する位置検出スライド手段と、前記位置検出スライド手段を載置し、前記位置検出スライド手段を前記被測定ボールねじ軸のねじ部間で往復移動させる位置決め往復スライド手段と、前記ボール接触子の前記軸心方向における位置を検出するリード位置測定手段と、を備えたボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を用いて前記被測定ボールねじ軸の累積リード誤差を測定するボールねじ軸の累積リード誤差測定方法であって、前記固定支持台に前記ボール接触子を前記被測定ボールねじ軸の前記軸心に対して直交方向に往復移動させた時の前記球体の中心が前記軸心に直交する位置へ前記被測定ボールねじ軸を固定する固定支持工程と、前記ボール接触子を前記被測定ボールねじ軸の軸心方向に対して直交方向から所定の押し込み力でねじ溝に当接させるボール接触子押し込み工程と、前記ねじ溝に当接された前記ボール接触子の前記軸心方向における位置をレーザー干渉測長器で測定する測定工程と、前記ねじ溝に当接された前記ボール接触子を前記軸心方向に対して直交方向に退避させるボール接触子退避工程と、前記ボール接触子を前記軸心方向と平行に所定間隔に水平移動させるボール接触子移動工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ねじ溝の検出にねじのフランクに直接接触させるボール接触子を用いることで、より高精度にねじ溝の中心位置を求めることができる。そして、被測定ボールねじ軸の軸心方向におけるねじ溝の位置は、位置決め往復スライド手段に軸心方向の往復移動が可能な位置検出スライド手段を載置させ、さらに位置検出スライド手段に所定の押し込み力でねじ溝にボール接触子を押し込むボール接触子スライド手段を組み込むことでボール接触子が回転不動に固定されたボールねじ軸のねじ溝になじみやすくなり、リード側位置検出手段で再現性の高い精度で測定を短時間ですることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のねじ溝の中心の位置を測定する方法を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を示した説明平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視からの被測定ボールねじ軸と固定支持部を示した説明図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ矢視を示した拡大説明図である。
【図５】図１のＣ−Ｃ矢視を示した拡大説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を示した側面説明図である。
【図７】本発明で使用する空気静圧軸受の一実施形態の断面説明図である。図７（Ｂ）はオリフィスの拡大説明図である。
【図８】図７の静圧パッド構造を示す平面説明図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面であり、通気溝及び排気溝の幅方向の断面形状を示す断面説明図である。
【図１０】本発明の第１実施形態のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を用いて測定した測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の第１実施形態のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置及びその装置を用いた測定方法について図面を参照して説明する。
図２は、本発明の第１実施形態にかかわるボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を示した説明平面図である。図３は、図１のＡ−Ａ矢印から見た被測定ボールねじ軸と固定支持部を示した説明図である。図４はＢ−Ｂ矢視を示した拡大説明図である。図５は、図１のＣ−Ｃ矢視を示した拡大説明図である。
まお、図２から５及び後述する図６において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は直交しており、Ｚ軸は被測定ボールねじ軸の軸心と同一の方向を示し、Ｘ軸はＺ軸に対して直交する水平方向を示し、Ｙ軸はＺ軸に対して直行する鉛直方向を示す。
なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
石定盤１００上に被測定ボールねじ軸Ｗを回転不動に静置して固定するための固定支持台１が配設されている。本実施形態では、固定支持台１は、図３に示すように被測定ボールねじ軸Ｗの両端とそのほぼ中間の３点で支持するように設置されている。
【００１５】
また、石定盤１００上には、固定支持台１に固定された被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対し平行方向に往復移動が可能な位置決め往復スライド手段２が配設されている。この位置決め往復スライド手段２は、被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに平行に設置されたガイド軸２１と、このガイド軸２１に沿って往復移動する移動テーブル２２とからなる空気静圧軸受２０を備えている。そして、この空気静圧軸受２０は、真直度が２μｍ／ｍ以下、姿勢精度が２秒以下の走行精度を有している。
姿勢精度とは、移動テーブル２２が走行中に姿勢変化するピッチング、ヨーイング、ローリングの精度のことで、傾き（度）で表される。また、走行精度とは、移動テーブル２２が被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対し平行方向に走行する真直度と姿勢精度を総合した精度をいう。真直度は、移動距離の変位の最大値をいう。
【００１６】
本発明における空気静圧軸受とは、固定体と移動体との摺動面間に軸受間隙を設け、当該軸受間隙に加圧気体を供給することにより前記移動体を前記固定体上で浮上させ、移動可能に構成された軸受のことをいう。
【００１７】
さらに、位置決め往復スライド手段２には、移動テーブル２２をガイド軸２１に沿って所定の測定位置に往復移動させる位置決め走行手段２５を備えている。本実施形態においては、移動テーブル２２に連結されたベルト２７を介したサーボモータ２６によって移動テーブル２２を移動させる位置決め走行手段２５を用いている。
また、位置決め往復スライド手段２には、位置検出スライド手段３が載置されている（図５）。
【００１８】
位置検出スライド手段３は、固定軸３１と、この固定軸３１に沿って移動が可能な受け台３２とからなる空気静圧軸受３０を備えている。そして固定軸３１は、位置決め往復スライド手段２に具備される空気静圧軸受２０の移動テーブル２２へ被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚと平行に固設されている。
【００１９】
また、空気静圧軸受３０は、固定軸３１の両端と受け台３２との間にそれぞれ中立位置保持弾性体３５、３５を備えている（図５）。ボール接触子５がボールねじ軸Ｗのねじ溝に当接していない時、つまり受け台３２にＺ軸方向の力が作用していない時は、受け台３２が固定軸３１のＺ軸方向の中立位置に保持される。また、ボール接触子５がボールねじ軸Ｗのねじ溝に当接する時、つまり受け台３２にＺ軸方向の力が作用した時は、中立位置保持弾性体３５、３５は伸縮し、受け台３２が固定軸３１に沿って往復移動する。なお、第１実施形態では、中立位置保持弾性体３５、３５としてスプリングを用いている。
さらにまた、位置検出スライド手段３には、ボール接触子スライド手段４が載置されている。
【００２０】
ボール接触子スライド手段４は、被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＸ軸方向の往復移動が可能な移動軸４２と、この移動軸４２を支持する固定支持体４１とから構成される空気静圧軸受４０を備えている。そして、固定支持体４１は、位置検出スライド手段３に具備される空気静圧軸受３０の受け台３２へ固設されている。
【００２１】
また、移動軸４２の被測定ボールねじ軸Ｗ側の先端には、被測定ボールねじ軸Ｗのねじ溝に当接させるボール接触子５が連接されている。そして、ねじ溝に当接するボール接触子５の先端には、被測定ボールねじ軸Ｗに使用されるボールと同じ径の球体５０が接着されている。また、ボール接触子５は、位置決め往復スライド手段２によって被測定ボールねじ軸Ｗのねじ部間を移動可能となっている。
【００２２】
一方、移動軸４２のボール接触子５が連接された端の反対側の端部には、押し込み力調整弾性体４３を介して伸縮手段４４が連接されている。この伸縮手段４４によって移動軸４２及びボール接触子５が往復直線移動させられる。また、押し込み力調整弾性体４３は、ボール接触子５がねじ溝に当接する際の衝突エネルギーを吸収するとともに、ボール接触子５をねじ溝に所定の押し込み力で押し当てて、保持する。
なお、本実施形態においては、押し込み力調整弾性体４３としてスプリングが、伸縮手段４４としてエアシリンダが用いられている。ただし、押し込み力調整弾性体４３や伸縮手段４４は前記のものに限られるものでない。
【００２３】
また、空気静圧軸受４０は、ボール接触子５をねじ溝に当接させる時のＺ軸方向への変形に耐えうる軸受剛性を有している。
【００２４】
さらに、本実施形態には、被測定ボールねじＷのねじ溝に当接されたボール接触子５の軸心Ｌｚ方向の位置を計測するためのリード位置測定手段６を備えている。本実施形態におけるリード位置測定手段６としては、市販のレーザー干渉測長器が用いられている。リード位置測定手段６は、μｍ単位の計測ができれば、特に限定されるものではない。
【００２５】
本実施形態のリード位置測定手段６に用いたレーザー干渉測長器の構成について図２に基づいて説明する。位置検出スライド手段３の受け台３２にレーザー光線を入射、反射するための直角反射鏡６２、６３が設置されている。この直角反射鏡６２、６３は被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚと直角をなす線上で、かつ、位置検出スライド手段３の固定軸３１のＺ軸方向の中心軸に対して左右対称をなす位置に配置されている。なお、直角反射鏡６２、６３は、ボール接触子スライド手段４の固定支持体４１に前述の配置関係と同様に設置してもよい。また、直角反射鏡６３のＺ軸線上には、直角反射鏡６３によって反射されたレーザー光線を入射、反射するためのコーナーキューブ６４が配置されている。そして、直角反射鏡６２のＺ軸線上には、レーザー光源と、レーザー光源からのレーザー光線を分割し、分割した一方のレーザー光線を直角反射鏡６２、６３、コーナーキューブ６４に入射させて得た反射光と、他方のレーザー光線を参照反射鏡に入射させて得た反射光とを干渉させ、反射鏡の移動に伴う干渉縞の変化に対応して変化する電気信号を生成するレーザー干渉ヘッド６１が配置されている。さらに、レーザー干渉ヘッド６１には、レーザー干渉ヘッド６１から出力される電気信号のサイクル数から移動距離を算出する本体部６０が接続されている。
そして、リード位置測定手段６により測定された測定値を演算処理する演算手段７及びそれらの結果を記録する記録計８が接続されている。
また、レーザー干渉測長器を用いた距離の測定においては、直角反射鏡６２、６３を省き、位置検出スライド手段３の受け台３２へコーナーキューブ６４を設けてもよい。
【００２６】
なお、本実施形態で中立位置保持弾性体３５に用いられるスプリングのばね定数は、０．１〜３Ｎ／ｍｍ、好ましくは０．３〜１Ｎ／ｍｍである。中立位置保持弾性体３５のスプリングのばね定数が０．１Ｎ／ｍｍ未満では復元力が小さすぎて、受け台３２が復元不足となり、中立位置に戻らない恐れがあり、３Ｎ／ｍｍ以上では、ボール接触子スライド手段４に用いられる空気静圧軸受４０の軸受剛性が、ボール接触子５をねじ溝に押し込む際の変形に耐えられなくなる。０．３〜１Ｎ／ｍｍであれば、再現性の高い測定が可能となる。
なお、本実施形態の空気静圧軸受４０の軸受剛性は、６Ｎ／μｍである。
【００２７】
また、被測定ボールねじ軸Ｗのねじ溝へのボール接触子５の押し込み力は、０．５〜５Ｎ、好ましくは１〜３Ｎである。ボール接触子５をねじ溝へ押し込む押し込み力が０．５Ｎ未満では、押し込み不測となる恐れがあり、５Ｎ以上では押し込みによって被測定ボールねじ軸Ｗが変形して測定誤差に繋がる。１〜３Ｎであれば、再現性の高い測定が可能となる。
【００２８】
以下に、本実施形態のねじリード誤差測定装置を用いたねじリード誤差測定方法について説明する。
【００２９】
まず、被測定ボールねじ軸Ｗを３台の固定支持台１へ回転不動に静置して固定する。固定支持台１には図示しない高さ調整機構が具備されている。
本発明においては、ボール接触子５の球体５０の中心が被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに直交するようにボール接触子５を被測定ボールねじ軸のねじ溝に当接させる必要がある。そのため、前記の高さ調節機構で調節して石定盤１００表面から被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚの高さＨｙ１をボール接触子５の球体５０の中心高さＨｙ２に合わせ、位置決め往復スライド手段２の空気静圧軸受２０の走行精度の真直度以内となるように被測定ボールねじＷを固定する。
第１実施形態においては被測定ボールねじ軸の自重によるたわみを考慮して３点支持にて固定しているが、ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚが位置決め往復スライド手段２に備えられた空気静圧軸受２０の走行精度の真直度以内となれば、何点で支持してもよい。
【００３０】
そして、位置決めスライド手段２の位置決め走行手段２５を用いて、ボール接触子５を所定の測定開始位置に移動させる。
続いて、ボール接触子スライド手段４の伸縮手段４４を伸長させて移動軸４２及びボール接触子５を被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＸ軸方向から所定の押し込み力で被測定ボールねじ軸Ｗのねじ溝になじませながら当接させる。
【００３１】
ボール接触子５の被測定ボールねじ軸の軸心Ｌｚ方向に対する位置をリード位置測定手段６にて測定する。
【００３２】
その後、伸縮手段４４を収縮させて、被測定ボールねじ軸Ｗよりボール接触子５を退避させる。そして、続いて、ボール接触子５を位置決めスライド往復手段２の位置決め走行手段２５にて所定の距離を移動させる。
その後また、伸縮手段４４を伸長させてボール接触子５を被測定ボールねじ軸Ｗのねじ溝に当接させ、当接したボール接触子５の位置をリード位置測定手段６にて測定する。そして、ボール接触子５を退避させ、また、ボール接触子を所定の間隔で移動させる。以上のことを繰り返し行うことによって、実移動量が測定され、実移動量から代表移動量が求められる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置の第２実施形態について説明する。図６は第２実施形態を示した側面説明図である。基本的構成及び測定方法は、第１実施形態と同様のため省略する。
【００３４】
本実施形態が第１実施形態と相違する点は、第１実施形態においてはボール接触子５を被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＸ軸方向から当接させていたが、第２実施形態ではボール接触子５をボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＹ軸方向より当接させる点である。そのため、第２実施形態では、図６に示すようにボール接触子スライド手段４をＬ型ブラケット８０を介して位置検出スライド手段３に載置する構成としている。
【００３５】
本実施形態のようにボール接触子５をボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＹ軸方向より当接させることで、被測定ボールねじ軸Ｗの自重によるたわみ変形に影響されずに測定が可能となる。特に、長尺のボールねじ軸を測定する場合、自重によるたわみ変形は大きく、固定支持方法が測定誤差につながるため、作業が複雑となる。軸心Ｌｚの高さの許容差をねじ全長で±１μｍ以内にしなければ、１μｍ以内の測定の再現性が確保できない。
また、第１実施形態では、被測定ボールねじ軸Ｗの径を変更する度に、被測定ボールねじ軸Ｗの固定する高さをボール接触子５の中心高さと同一となるように固定支持台の高さと支持間隔を厳密に調節しなければならないが、第２実施形態であれば、その必要がなくなるという利点もある。
【００３６】
なお、本発明で使用される空気静圧軸受について詳細に説明する。本発明で使用される空気静圧軸受は、移動体６１に、加圧気体を供給する主配管６４と、摺動面６６に開口する主配管６４の吐出口６４ａに設けられ加圧気体を整流するオリフィス６５と、このオリフィス６５に連通しオリフィス６５から吐出された加圧気体を固定体６２との軸受間隙６７に分配して供給する通気溝６８が形成された静圧パッド６３を備えている（図７参照）。そしてこの通気溝６８は、オリフィス６５を囲み環状に形成された環状溝６８ｂと、オリフィス６５を中心に環状溝６８ｂに向かって放射状に延設され、この環状溝６８ｂとオリフィス６５とを連通する複数の分配溝６８ａとからなっている（図８参照）。さらに、通気溝６８は、移動体６１の移動方向に対して対称となるように形成されている。また、通気溝６８の幅方向の断面形状が摺動面６６から離れる方向に凸の曲線を形成している（図９参照）。
【００３７】
また、分配溝６８ａの幅方向の断面積の総和は、オリフィス６５の断面積以上であり、通気溝６８の表面粗さは、移動体６１の摺動面６６の表面粗さよりも小さくなるように形成されている。
【００３８】
さらに、移動体６１には、環状溝６８ｂを囲んで設けられ、通気溝６８から軸受間隙６７に供給された加圧気体を軸受間隙６７の外方に案内して排気する排気溝６９が、移動体６１の移動方向に対して対称となるように形成されている（図８参照）。また、排気溝６９は、幅方向の断面形状が摺動面から離れる方向に凸の曲線を形成しているとともに、断面積が環状溝６８ｂの断面積以上となっている。（図９参照）。
そして、移動体６１及び固定体６２はセラミックスにより形成されている。
【００３９】
以上のように構成された空気静圧軸受は、静圧パッド６３から軸受間隙６７へ吐出される加圧気体を圧力分布が一様な層流とすることができるので、振動の発生を防止できる高精度な空気静圧軸受となっている。
さらに、層流を安定して維持することができるため、加圧気体の給気圧力を上げることができるので、高剛性の空気静圧軸受となっている。
【００４０】
なお、図７、８、９に示す空気静圧軸受は、本発明に使用する空気静圧軸受の一実施形態であり、これに限られるものではない。
【００４１】
（実施例）
以下に、第１実施形態のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置の測定した例を示す。
軸径が４０ｍｍ、リードピッチが１０ｍｍ、全長が１４００ｍｍのＪＩＳ規格でＣ３級に相当する規格に合格したボールねじ軸（ＴＨＫ製）を、室温が２０℃±０．５℃に空調されたで室内で該ボールねじ軸の累積リード誤差を測定した。
まず、被測定ボールねじ軸を位置決めスライド往復手段２に備えられた空気静圧軸受のガイド軸に平行となるように３台の固定支持台に静置した。さらに、ボール接触子５の球体５０の中心高さに合わせて、被測定ボールねじ軸の軸心Ｌｚの高さが±１μｍ以内となるように固定支持台１を調節した。そして、被測定ボールねじ軸Ｗの先端から２００ｍｍの位置から１０ｍｍピッチの間隔で、ボール接触子５を被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＸ軸方向より押し込んだ。１リードピッチは５秒/ポイント間隔で、全長測定時間は５００秒/１００ポイントで測定した。なお、位置検出スライド手段２に備えられる中立位置保持弾性体３５のスプリングには、ばね定数０．３Ｎ／ｍｍのものを用いた。また、ボール接触子スライド手段４に備えられた押し込み力調整弾性体４３のスプリングには、ばね定数２．４Ｎ／ｍｍのものを用い、伸縮手段で押し込み力調整弾性体４３を１ｍｍ押し込むように設定した。
以上により測定した結果を図１０に示す。図１０より４回測定した累積リード誤差のバラツキは代表移動量誤差で１９〜２０μｍ、再現性が最大０．７μｍ以内で、高精度に再現性よく測定できることが見て取れる。
【００４２】
また、表１に本発明の実施例と従来の一般的な例の比較を示す。本発明は測定の再現性で１μｍ以下であり、高精度の測定が実現しており、さらに、測定時間が従来方法比べ、１／３の時間で達成できており、ボールねじ軸の検査時間を大幅に短縮することが可能である。
【００４３】
【表１】
【００４４】
以上のことから明らかなように本発明のねじリード誤差測定装置を用いれば、ねじ溝の検出にねじのフランクに直接接触させるボール接触子５を用いることで、より高精度にねじ溝の中心位置を求めることができる。そして、被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚ方向におけるねじ溝の位置は、位置決め往復スライド手段２にボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚと平行に水平往復移動する位置検出スライド手段３を載置させ、さらに位置検出スライド手段３に所定の押し込み力でねじ溝にボール接触子５を押し込むボール接触子スライド手段４を組み込むことでボール接触子５がねじ溝になじみやすくなり、そしてリード側位置検出手段６を用いることにより正確に検出することができる。
【００４５】
さらに、本発明のねじリード誤差測定装置においては、位置決め往復スライド手段２に真直度が２μｍ／ｍ以下、姿勢精度が２秒以下の走行精度を有するセラミックス製の空気静圧軸受２０を備えているので、ボール接触子５がボールねじ軸Ｗのねじ溝になじみやすく、再現性を高い精度で測定できる装置をコンパクトに構成することができる。
【００４６】
さらに、本発明のねじリード誤差測定装置においては、位置検出スライド手段３に摺動抵抗の極めて少ないセラミックス製の空気静圧軸受３０を備え、さらに、この空気静圧軸受３０の受け台３２と固定軸３１の間にＺ軸方向に対するずれ量に応じて受け台３２を固定軸３１の中立位置に戻す復元力を有した中立位置保持弾性体３５を備えているので、ねじ溝位置の検出誤差を小さくすることができる。
【００４７】
また、ボール接触子スライド手段４には、ボール接触子５をねじ溝に押し込んだ時にＺ軸方向の変形量に耐えうる軸剛性を有したセラミックス製の空気静圧軸受４０を備えているので、コンパクトで再現性の高い測定ができる。
【００４８】
さらに、ボール接触子スライド手段４にボール接触子５をねじ軸に押し込むための伸縮手段４４に押し込み力調整弾性体４３を連接させているので、ボール接触子５をねじ溝に押し込んだ時の衝突エネルギーを吸収し、ねじ溝の中心位置を検出する前のボール接触子５の押し込み力を一定に保持させることで、ボール接触子５を適切にねじ溝の中心位置に収めることができるので、ねじ溝位置の検出誤差を更に小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４９】
Ｗ ボールねじ軸
１ 固定支持台
２ 位置決め往復スライド手段
３ 位置検出スライド手段
４ ボール接触子スライド手段
５ ボール接触子
６ リード位置測定手段
２０ 空気静圧軸受
２１ ガイド軸
２２ 移動テーブル
２５ 位置決め走行手段
３０ 空気静圧軸受
３１ 固定軸
３２ 受け台
３５ 中立位置保持弾性体
４０ 空気静圧軸受
４１ 固定支持体
４２ 移動軸
４３ 押し込み力調整弾性体
４４ 伸縮手段
５０ 球体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ軸の累積リード誤差を測定する装置及びその装置を用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ボールねじ軸のリード誤差を測定する装置として、例えば特許文献１に示す測定装置が知られている。この測定装置は、被測定ボールねじ軸に使用されるボールと同じ大きさの球体をボール接触子先端に接着し、このボール接触子２個を被測定ボールねじ軸の軸を中心にして１８０度位相をずらせた位置で被測定ボールねじ軸のねじ溝に挟み込んで、ねじ軸の半径方向に向かう方向に測定圧力を加えて、ねじ溝の両フランクに接触させた状態で、被測定ボールねじ軸を回転させながらボール接触子の移動距離をレーザー干渉測長器で測定し、被測定ボールねじ軸のねじの理論上の回転移動距離と該測定移動距離との累積移動誤差によって被測定ボールねじ軸のリード誤差を測定する。
【０００３】
一方、ねじ溝の中心位置を直接的に検出することで、より高精度に、かつ短時間にねじ溝の中心位置を測定することができるねじ溝検出装置として特許文献２がある。特許文献２のねじ溝検出装置では図１に示すようにボール接触子を被測定ねじ軸に交差するように被測定ねじ軸に押し付け、径側位置検出手段を用いてボール接触子がねじ溝に入ったことを検出し、リード側位置検出手段を用いてボール接触子におけるリード方向の位置を検出して、ねじ溝の位置を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−２６２０３号公報
【特許文献２】特開２０１０−３６３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の測定装置によれば、３次元方向でのねじリード誤差の把握は可能であるが、被測定ボールねじ軸を回転して測定する必要があるため、例えば被測定ボールねじ軸が大型の工作機械を構成するため１ｍ以上となる長尺の送りねじの場合では、回転軸間で自重たわみが発生するため回転芯振れが発生する。回転芯振れするとボール接触子が不安定な接触となることで振動することになり、リード誤差の管理最小単位である１μｍ以下での精度測定は困難であり、ゆっくり回転させて測定する必要があり、１回の測定に１０数分必要となる。
【０００６】
また、特許文献２の測定装置も被測定ねじ軸を回転して測定する必要があり、リード側の位置を検出する前に、まず、被測定ねじ軸をリード方向に往復運動させてボール接触子をねじ溝になじませる必要があり、被測定ねじ軸を正逆に回転するためのバックラッシュの影響で、測定誤差が生じる課題がある。
【０００７】
さらに、ボール接触子の支持機構は被測定ねじ軸の軸心方向及び前記軸心方向と直角方向に移動自在にすると共に旋回も自在となっており、リニアガイド軸受などが使われているが、摺動する軸受は数μｍレベルのクリアランスが生じており、拘束力がないフリー状態で使用する場合は数十μｍのバックラッシュの発生は避けがたく、自動での測定では測定の再現性にバラツキが大きく、データの信頼性に課題がある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、再現性の高い高精度の測定を、短時間で行える生産性に優れたボールねじ軸の累積リード誤差測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために本発明におけるボールねじ軸の累積リード誤差測定装置は、 被測定ボールねじ軸の軸心方向におけるねじ溝の位置を検出することによって累積リード誤差を測定するボールねじ軸の累積リード誤差測定装置であって、前記被測定ボールねじ軸を回転不動に固定する固定支持台と、前記固定支持台に固定された前記被測定ボールねじ軸のねじ溝に当接させる球体を備えたボール接触子と、前記ボール接触子を前記軸心に対して直交方向に往復移動させるとともに前記ボール接触子を所定の押し込み力で前記ねじ溝に当接させるボール接触子スライド手段と、前記ボール接触子スライド手段を載置し、該ボール接触子スライド手段を前記軸心と平行に水平往復移動する位置検出スライド手段と、前記位置検出スライド手段を載置し、前記位置検出スライド手段を前記被測定ボールねじ軸のねじ部間で往復移動させる位置決め往復スライド手段と、前記ボール接触子の前記軸心方向における位置を検出するリード位置測定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また上記の目的を達成するために本発明におけるボールねじ軸の累積リード誤差測定は、前記被測定ボールねじ軸を回転不動に静置して固定する固定支持台と、前記固定支持台に固定された前記被測定ボールねじ軸のねじ溝に当接させる球体を備えたボール接触子と、前記ボール接触子を前記軸心に対して直交方向に往復移動させるとともに前記ボール接触子を所定の押し込み力で前記ねじ溝に当接させるボール接触子スライド手段と、前記ボール接触子スライド手段を載置し、該ボール接触子スライド手段を前記軸心と平行に水平往復移動する位置検出スライド手段と、前記位置検出スライド手段を載置し、前記位置検出スライド手段を前記被測定ボールねじ軸のねじ部間で往復移動させる位置決め往復スライド手段と、前記ボール接触子の前記軸心方向における位置を検出するリード位置測定手段と、を備えたボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を用いて前記被測定ボールねじ軸の累積リード誤差を測定するボールねじ軸の累積リード誤差測定方法であって、前記固定支持台に前記ボール接触子を前記被測定ボールねじ軸の前記軸心に対して直交方向に往復移動させた時の前記球体の中心が前記軸心に直交する位置へ前記被測定ボールねじ軸を固定する固定支持工程と、前記ボール接触子を前記被測定ボールねじ軸の軸心方向に対して直交方向から所定の押し込み力でねじ溝に当接させるボール接触子押し込み工程と、前記ねじ溝に当接された前記ボール接触子の前記軸心方向における位置をレーザー干渉測長器で測定する測定工程と、前記ねじ溝に当接された前記ボール接触子を前記軸心方向に対して直交方向に退避させるボール接触子退避工程と、前記ボール接触子を前記軸心方向と平行に所定間隔に水平移動させるボール接触子移動工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ねじ溝の検出にねじのフランクに直接接触させるボール接触子を用いることで、より高精度にねじ溝の中心位置を求めることができる。そして、被測定ボールねじ軸の軸心方向におけるねじ溝の位置は、位置決め往復スライド手段に軸心方向の往復移動が可能な位置検出スライド手段を載置させ、さらに位置検出スライド手段に所定の押し込み力でねじ溝にボール接触子を押し込むボール接触子スライド手段を組み込むことでボール接触子が回転不動に固定されたボールねじ軸のねじ溝になじみやすくなり、リード側位置検出手段で再現性の高い精度で測定を短時間ですることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のねじ溝の中心の位置を測定する方法を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を示した説明平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視からの被測定ボールねじ軸と固定支持部を示した説明図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ矢視を示した拡大説明図である。
【図５】図１のＣ−Ｃ矢視を示した拡大説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を示した側面説明図である。
【図７】本発明で使用する空気静圧軸受の一実施形態の断面説明図である。図７（Ｂ）はオリフィスの拡大説明図である。
【図８】図７の静圧パッド構造を示す平面説明図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面であり、通気溝及び排気溝の幅方向の断面形状を示す断面説明図である。
【図１０】本発明の第１実施形態のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を用いて測定した測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の第１実施形態のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置及びその装置を用いた測定方法について図面を参照して説明する。
図２は、本発明の第１実施形態にかかわるボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を示した説明平面図である。図３は、図１のＡ−Ａ矢印から見た被測定ボールねじ軸と固定支持部を示した説明図である。図４はＢ−Ｂ矢視を示した拡大説明図である。図５は、図１のＣ−Ｃ矢視を示した拡大説明図である。
まお、図２から５及び後述する図６において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は直交しており、Ｚ軸は被測定ボールねじ軸の軸心と同一の方向を示し、Ｘ軸はＺ軸に対して直交する水平方向を示し、Ｙ軸はＺ軸に対して直行する鉛直方向を示す。
なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
石定盤１００上に被測定ボールねじ軸Ｗを回転不動に静置して固定するための固定支持台１が配設されている。本実施形態では、固定支持台１は、図３に示すように被測定ボールねじ軸Ｗの両端とそのほぼ中間の３点で支持するように設置されている。
【００１５】
また、石定盤１００上には、固定支持台１に固定された被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対し平行方向に往復移動が可能な位置決め往復スライド手段２が配設されている。この位置決め往復スライド手段２は、被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに平行に設置されたガイド軸２１と、このガイド軸２１に沿って往復移動する移動テーブル２２とからなる空気静圧軸受２０を備えている。そして、この空気静圧軸受２０は、真直度が２μｍ／ｍ以下、姿勢精度が２秒以下の走行精度を有している。
姿勢精度とは、移動テーブル２２が走行中に姿勢変化するピッチング、ヨーイング、ローリングの精度のことで、傾き（度）で表される。また、走行精度とは、移動テーブル２２が被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対し平行方向に走行する真直度と姿勢精度を総合した精度をいう。真直度は、移動距離の変位の最大値をいう。
【００１６】
本発明における空気静圧軸受とは、固定体と移動体との摺動面間に軸受間隙を設け、当該軸受間隙に加圧気体を供給することにより前記移動体を前記固定体上で浮上させ、移動可能に構成された軸受のことをいう。
【００１７】
さらに、位置決め往復スライド手段２には、移動テーブル２２をガイド軸２１に沿って所定の測定位置に往復移動させる位置決め走行手段２５を備えている。本実施形態においては、移動テーブル２２に連結されたベルト２７を介したサーボモータ２６によって移動テーブル２２を移動させる位置決め走行手段２５を用いている。
また、位置決め往復スライド手段２には、位置検出スライド手段３が載置されている（図５）。
【００１８】
位置検出スライド手段３は、固定軸３１と、この固定軸３１に沿って移動が可能な受け台３２とからなる空気静圧軸受３０を備えている。そして固定軸３１は、位置決め往復スライド手段２に具備される空気静圧軸受２０の移動テーブル２２へ被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚと平行に固設されている。
【００１９】
また、空気静圧軸受３０は、固定軸３１の両端と受け台３２との間にそれぞれ中立位置保持弾性体３５、３５を備えている（図５）。ボール接触子５がボールねじ軸Ｗのねじ溝に当接していない時、つまり受け台３２にＺ軸方向の力が作用していない時は、受け台３２が固定軸３１のＺ軸方向の中立位置に保持される。また、ボール接触子５がボールねじ軸Ｗのねじ溝に当接する時、つまり受け台３２にＺ軸方向の力が作用した時は、中立位置保持弾性体３５、３５は伸縮し、受け台３２が固定軸３１に沿って往復移動する。なお、第１実施形態では、中立位置保持弾性体３５、３５としてスプリングを用いている。
さらにまた、位置検出スライド手段３には、ボール接触子スライド手段４が載置されている。
【００２０】
ボール接触子スライド手段４は、被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＸ軸方向の往復移動が可能な移動軸４２と、この移動軸４２を支持する固定支持体４１とから構成される空気静圧軸受４０を備えている。そして、固定支持体４１は、位置検出スライド手段３に具備される空気静圧軸受３０の受け台３２へ固設されている。
【００２１】
また、移動軸４２の被測定ボールねじ軸Ｗ側の先端には、被測定ボールねじ軸Ｗのねじ溝に当接させるボール接触子５が連接されている。そして、ねじ溝に当接するボール接触子５の先端には、被測定ボールねじ軸Ｗに使用されるボールと同じ径の球体５０が接着されている。また、ボール接触子５は、位置決め往復スライド手段２によって被測定ボールねじ軸Ｗのねじ部間を移動可能となっている。
【００２２】
一方、移動軸４２のボール接触子５が連接された端の反対側の端部には、押し込み力調整弾性体４３を介して伸縮手段４４が連接されている。この伸縮手段４４によって移動軸４２及びボール接触子５が往復直線移動させられる。また、押し込み力調整弾性体４３は、ボール接触子５がねじ溝に当接する際の衝突エネルギーを吸収するとともに、ボール接触子５をねじ溝に所定の押し込み力で押し当てて、保持する。
なお、本実施形態においては、押し込み力調整弾性体４３としてスプリングが、伸縮手段４４としてエアシリンダが用いられている。ただし、押し込み力調整弾性体４３や伸縮手段４４は前記のものに限られるものでない。
【００２３】
また、空気静圧軸受４０は、ボール接触子５をねじ溝に当接させる時のＺ軸方向への変形に耐えうる軸受剛性を有している。
【００２４】
さらに、本実施形態には、被測定ボールねじＷのねじ溝に当接されたボール接触子５の軸心Ｌｚ方向の位置を計測するためのリード位置測定手段６を備えている。本実施形態におけるリード位置測定手段６としては、市販のレーザー干渉測長器が用いられている。リード位置測定手段６は、μｍ単位の計測ができれば、特に限定されるものではない。
【００２５】
本実施形態のリード位置測定手段６に用いたレーザー干渉測長器の構成について図２に基づいて説明する。位置検出スライド手段３の受け台３２にレーザー光線を入射、反射するための直角反射鏡６２、６３が設置されている。この直角反射鏡６２、６３は被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚと直角をなす線上で、かつ、位置検出スライド手段３の固定軸３１のＺ軸方向の中心軸に対して左右対称をなす位置に配置されている。なお、直角反射鏡６２、６３は、ボール接触子スライド手段４の固定支持体４１に前述の配置関係と同様に設置してもよい。また、直角反射鏡６３のＺ軸線上には、直角反射鏡６３によって反射されたレーザー光線を入射、反射するためのコーナーキューブ６４が配置されている。そして、直角反射鏡６２のＺ軸線上には、レーザー光源と、レーザー光源からのレーザー光線を分割し、分割した一方のレーザー光線を直角反射鏡６２、６３、コーナーキューブ６４に入射させて得た反射光と、他方のレーザー光線を参照反射鏡に入射させて得た反射光とを干渉させ、反射鏡の移動に伴う干渉縞の変化に対応して変化する電気信号を生成するレーザー干渉ヘッド６１が配置されている。さらに、レーザー干渉ヘッド６１には、レーザー干渉ヘッド６１から出力される電気信号のサイクル数から移動距離を算出する本体部６０が接続されている。
そして、リード位置測定手段６により測定された測定値を演算処理する演算手段７及びそれらの結果を記録する記録計８が接続されている。
また、レーザー干渉測長器を用いた距離の測定においては、直角反射鏡６２、６３を省き、位置検出スライド手段３の受け台３２へコーナーキューブ６４を設けてもよい。
【００２６】
なお、本実施形態で中立位置保持弾性体３５に用いられるスプリングのばね定数は、０．１〜３Ｎ／ｍｍ、好ましくは０．３〜１Ｎ／ｍｍである。中立位置保持弾性体３５のスプリングのばね定数が０．１Ｎ／ｍｍ未満では復元力が小さすぎて、受け台３２が復元不足となり、中立位置に戻らない恐れがあり、３Ｎ／ｍｍ以上では、ボール接触子スライド手段４に用いられる空気静圧軸受４０の軸受剛性が、ボール接触子５をねじ溝に押し込む際の変形に耐えられなくなる。０．３〜１Ｎ／ｍｍであれば、再現性の高い測定が可能となる。
なお、本実施形態の空気静圧軸受４０の軸受剛性は、６Ｎ／μｍである。
【００２７】
また、被測定ボールねじ軸Ｗのねじ溝へのボール接触子５の押し込み力は、０．５〜５Ｎ、好ましくは１〜３Ｎである。ボール接触子５をねじ溝へ押し込む押し込み力が０．５Ｎ未満では、押し込み不測となる恐れがあり、５Ｎ以上では押し込みによって被測定ボールねじ軸Ｗが変形して測定誤差に繋がる。１〜３Ｎであれば、再現性の高い測定が可能となる。
【００２８】
以下に、本実施形態のねじリード誤差測定装置を用いたねじリード誤差測定方法について説明する。
【００２９】
まず、被測定ボールねじ軸Ｗを３台の固定支持台１へ回転不動に静置して固定する。固定支持台１には図示しない高さ調整機構が具備されている。
本発明においては、ボール接触子５の球体５０の中心が被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに直交するようにボール接触子５を被測定ボールねじ軸のねじ溝に当接させる必要がある。そのため、前記の高さ調節機構で調節して石定盤１００表面から被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚの高さＨｙ１をボール接触子５の球体５０の中心高さＨｙ２に合わせ、位置決め往復スライド手段２の空気静圧軸受２０の走行精度の真直度以内となるように被測定ボールねじＷを固定する。
第１実施形態においては被測定ボールねじ軸の自重によるたわみを考慮して３点支持にて固定しているが、ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚが位置決め往復スライド手段２に備えられた空気静圧軸受２０の走行精度の真直度以内となれば、何点で支持してもよい。
【００３０】
そして、位置決めスライド手段２の位置決め走行手段２５を用いて、ボール接触子５を所定の測定開始位置に移動させる。
続いて、ボール接触子スライド手段４の伸縮手段４４を伸長させて移動軸４２及びボール接触子５を被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＸ軸方向から所定の押し込み力で被測定ボールねじ軸Ｗのねじ溝になじませながら当接させる。
【００３１】
ボール接触子５の被測定ボールねじ軸の軸心Ｌｚ方向に対する位置をリード位置測定手段６にて測定する。
【００３２】
その後、伸縮手段４４を収縮させて、被測定ボールねじ軸Ｗよりボール接触子５を退避させる。そして、続いて、ボール接触子５を位置決めスライド往復手段２の位置決め走行手段２５にて所定の距離を移動させる。
その後また、伸縮手段４４を伸長させてボール接触子５を被測定ボールねじ軸Ｗのねじ溝に当接させ、当接したボール接触子５の位置をリード位置測定手段６にて測定する。そして、ボール接触子５を退避させ、また、ボール接触子を所定の間隔で移動させる。以上のことを繰り返し行うことによって、実移動量が測定され、実移動量から代表移動量が求められる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置の第２実施形態について説明する。図６は第２実施形態を示した側面説明図である。基本的構成及び測定方法は、第１実施形態と同様のため省略する。
【００３４】
本実施形態が第１実施形態と相違する点は、第１実施形態においてはボール接触子５を被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＸ軸方向から当接させていたが、第２実施形態ではボール接触子５をボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＹ軸方向より当接させる点である。そのため、第２実施形態では、図６に示すようにボール接触子スライド手段４をＬ型ブラケット８０を介して位置検出スライド手段３に載置する構成としている。
【００３５】
本実施形態のようにボール接触子５をボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＹ軸方向より当接させることで、被測定ボールねじ軸Ｗの自重によるたわみ変形に影響されずに測定が可能となる。特に、長尺のボールねじ軸を測定する場合、自重によるたわみ変形は大きく、固定支持方法が測定誤差につながるため、作業が複雑となる。軸心Ｌｚの高さの許容差をねじ全長で±１μｍ以内にしなければ、１μｍ以内の測定の再現性が確保できない。
また、第１実施形態では、被測定ボールねじ軸Ｗの径を変更する度に、被測定ボールねじ軸Ｗの固定する高さをボール接触子５の中心高さと同一となるように固定支持台の高さと支持間隔を厳密に調節しなければならないが、第２実施形態であれば、その必要がなくなるという利点もある。
【００３６】
なお、本発明で使用される空気静圧軸受について詳細に説明する。本発明で使用される空気静圧軸受は、移動体６１に、加圧気体を供給する主配管６４と、摺動面６６に開口する主配管６４の吐出口６４ａに設けられ加圧気体を整流するオリフィス６５と、このオリフィス６５に連通しオリフィス６５から吐出された加圧気体を固定体６２との軸受間隙６７に分配して供給する通気溝６８が形成された静圧パッド６３を備えている（図７参照）。そしてこの通気溝６８は、オリフィス６５を囲み環状に形成された環状溝６８ｂと、オリフィス６５を中心に環状溝６８ｂに向かって放射状に延設され、この環状溝６８ｂとオリフィス６５とを連通する複数の分配溝６８ａとからなっている（図８参照）。さらに、通気溝６８は、移動体６１の移動方向に対して対称となるように形成されている。また、通気溝６８の幅方向の断面形状が摺動面６６から離れる方向に凸の曲線を形成している（図９参照）。
【００３７】
また、分配溝６８ａの幅方向の断面積の総和は、オリフィス６５の断面積以上であり、通気溝６８の表面粗さは、移動体６１の摺動面６６の表面粗さよりも小さくなるように形成されている。
【００３８】
さらに、移動体６１には、環状溝６８ｂを囲んで設けられ、通気溝６８から軸受間隙６７に供給された加圧気体を軸受間隙６７の外方に案内して排気する排気溝６９が、移動体６１の移動方向に対して対称となるように形成されている（図８参照）。また、排気溝６９は、幅方向の断面形状が摺動面から離れる方向に凸の曲線を形成しているとともに、断面積が環状溝６８ｂの断面積以上となっている。（図９参照）。
そして、移動体６１及び固定体６２はセラミックスにより形成されている。
【００３９】
以上のように構成された空気静圧軸受は、静圧パッド６３から軸受間隙６７へ吐出される加圧気体を圧力分布が一様な層流とすることができるので、振動の発生を防止できる高精度な空気静圧軸受となっている。
さらに、層流を安定して維持することができるため、加圧気体の給気圧力を上げることができるので、高剛性の空気静圧軸受となっている。
【００４０】
なお、図７、８、９に示す空気静圧軸受は、本発明に使用する空気静圧軸受の一実施形態であり、これに限られるものではない。
【００４１】
（実施例）
以下に、第１実施形態のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置の測定した例を示す。
軸径が４０ｍｍ、リードピッチが１０ｍｍ、全長が１４００ｍｍのＪＩＳ規格でＣ３級に相当する規格に合格したボールねじ軸（ＴＨＫ製）を、室温が２０℃±０．５℃に空調されたで室内で該ボールねじ軸の累積リード誤差を測定した。
まず、被測定ボールねじ軸を位置決めスライド往復手段２に備えられた空気静圧軸受のガイド軸に平行となるように３台の固定支持台に静置した。さらに、ボール接触子５の球体５０の中心高さに合わせて、被測定ボールねじ軸の軸心Ｌｚの高さが±１μｍ以内となるように固定支持台１を調節した。そして、被測定ボールねじ軸Ｗの先端から２００ｍｍの位置から１０ｍｍピッチの間隔で、ボール接触子５を被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚに対して直交するＸ軸方向より押し込んだ。１リードピッチは５秒/ポイント間隔で、全長測定時間は５００秒/１００ポイントで測定した。なお、位置検出スライド手段２に備えられる中立位置保持弾性体３５のスプリングには、ばね定数０．３Ｎ／ｍｍのものを用いた。また、ボール接触子スライド手段４に備えられた押し込み力調整弾性体４３のスプリングには、ばね定数２．４Ｎ／ｍｍのものを用い、伸縮手段で押し込み力調整弾性体４３を１ｍｍ押し込むように設定した。
以上により測定した結果を図１０に示す。図１０より４回測定した累積リード誤差のバラツキは代表移動量誤差で１９〜２０μｍ、再現性が最大０．７μｍ以内で、高精度に再現性よく測定できることが見て取れる。
【００４２】
また、表１に本発明の実施例と従来の一般的な例の比較を示す。本発明は測定の再現性で１μｍ以下であり、高精度の測定が実現しており、さらに、測定時間が従来方法比べ、１／３の時間で達成できており、ボールねじ軸の検査時間を大幅に短縮することが可能である。
【００４３】
【表１】
【００４４】
以上のことから明らかなように本発明のねじリード誤差測定装置を用いれば、ねじ溝の検出にねじのフランクに直接接触させるボール接触子５を用いることで、より高精度にねじ溝の中心位置を求めることができる。そして、被測定ボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚ方向におけるねじ溝の位置は、位置決め往復スライド手段２にボールねじ軸Ｗの軸心Ｌｚと平行に水平往復移動する位置検出スライド手段３を載置させ、さらに位置検出スライド手段３に所定の押し込み力でねじ溝にボール接触子５を押し込むボール接触子スライド手段４を組み込むことでボール接触子５がねじ溝になじみやすくなり、そしてリード側位置検出手段６を用いることにより正確に検出することができる。
【００４５】
さらに、本発明のねじリード誤差測定装置においては、位置決め往復スライド手段２に真直度が２μｍ／ｍ以下、姿勢精度が２秒以下の走行精度を有するセラミックス製の空気静圧軸受２０を備えているので、ボール接触子５がボールねじ軸Ｗのねじ溝になじみやすく、再現性を高い精度で測定できる装置をコンパクトに構成することができる。
【００４６】
さらに、本発明のねじリード誤差測定装置においては、位置検出スライド手段３に摺動抵抗の極めて少ないセラミックス製の空気静圧軸受３０を備え、さらに、この空気静圧軸受３０の受け台３２と固定軸３１の間にＺ軸方向に対するずれ量に応じて受け台３２を固定軸３１の中立位置に戻す復元力を有した中立位置保持弾性体３５を備えているので、ねじ溝位置の検出誤差を小さくすることができる。
【００４７】
また、ボール接触子スライド手段４には、ボール接触子５をねじ溝に押し込んだ時にＺ軸方向の変形量に耐えうる軸剛性を有したセラミックス製の空気静圧軸受４０を備えているので、コンパクトで再現性の高い測定ができる。
【００４８】
さらに、ボール接触子スライド手段４にボール接触子５をねじ軸に押し込むための伸縮手段４４に押し込み力調整弾性体４３を連接させているので、ボール接触子５をねじ溝に押し込んだ時の衝突エネルギーを吸収し、ねじ溝の中心位置を検出する前のボール接触子５の押し込み力を一定に保持させることで、ボール接触子５を適切にねじ溝の中心位置に収めることができるので、ねじ溝位置の検出誤差を更に小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４９】
Ｗ ボールねじ軸
１ 固定支持台
２ 位置決め往復スライド手段
３ 位置検出スライド手段
４ ボール接触子スライド手段
５ ボール接触子
６ リード位置測定手段
２０ 空気静圧軸受
２１ ガイド軸
２２ 移動テーブル
２５ 位置決め走行手段
３０ 空気静圧軸受
３１ 固定軸
３２ 受け台
３５ 中立位置保持弾性体
４０ 空気静圧軸受
４１ 固定支持体
４２ 移動軸
４３ 押し込み力調整弾性体
４４ 伸縮手段
５０ 球体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ボールねじ軸の軸心方向におけるねじ溝の位置を検出することによって累積リード誤差を測定するボールねじ軸の累積リード誤差測定装置であって、
前記被測定ボールねじ軸を回転不動に固定する固定支持台と、
前記固定支持台に固定された前記被測定ボールねじ軸のねじ溝に当接させる球体を備えたボール接触子と、
前記ボール接触子を前記軸心に対して直交方向に往復移動させるとともに前記ボール接触子を所定の押し込み力で前記ねじ溝に当接させるボール接触子スライド手段と、
前記ボール接触子スライド手段を載置し、該ボール接触子スライド手段を前記軸心と平行に水平往復移動する位置検出スライド手段と、
前記位置検出スライド手段を載置し、前記位置検出スライド手段を前記被測定ボールねじ軸のねじ部間で往復移動させる位置決め往復スライド手段と、
前記ボール接触子の前記軸心方向における位置を検出するリード位置測定手段と、
を備えたことを特徴とするボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項２】
前記ボール接触子スライド手段が、前記ボール接触子を前記軸心に対して鉛直または水平の直交方向に往復移動させることを特徴とする請求項１記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項３】
前記ボール接触子スライド手段が、前記被測定ボールねじ軸側の一端に前記ボール接触子が連結された移動軸と、該移動軸を支持する固定支持体とからなる空気静圧軸受であることを特徴とする請求項１または２記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項４】
前記ボール接触子スライド手段が、前記移動軸の他端に前記ボール接触子の押し込み力を調整するための押し込み力調整弾性体を介して伸縮手段をさらに具備していることを特徴とする請求項１、２または３に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項５】
前記ボール接触子スライド手段が、前記ボール接触子を前記ねじ溝に０．５〜５Ｎの押し込み力で押し込むことを特徴とする請求項４に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項６】
前記ボール接触子スライド手段が、前記ボール接触子を前記ねじ溝に１〜３Ｎの押し込み力で押し込むことを特徴とする請求項４に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項７】
前記位置検出スライド手段が、前記軸心と平行に設けられた固定軸と、該固定軸に沿って移動可能で前記ボール接触子スライド手段が載置される受け台と、からなる空気静圧軸受であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項８】
前記位置検出スライド手段は、前記受け台と固定軸の両端との間に前記受け台を前記ボール接触子が前記ねじ溝に当接していない状態の前記軸心方向と平行な中立位置に戻す復元力を有する中立位置保持弾性体を、さらに備えることを特徴とする請求項７に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項９】
前記中立位置保持弾性体が、０．１〜３Ｎ／ｍｍのばね定数を有するスプリングであることを特徴とする請求項８に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項１０】
前記中立位置保持弾性体が、０．３〜１Ｎ／ｍｍのばね定数を有するスプリングであることを特徴とする請求項８に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項１１】
前記位置決め往復スライド手段が、前記軸心に平行に設けられたガイド軸と、該ガイド軸に沿って移動する移動テーブルとからなり、真直度が２μｍ／ｍ以下、姿勢精度が２秒以下の走行精度を有する空気静圧軸受であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項１２】
前記位置決め往復スライド手段が、前記移動テーブルを前記ガイド軸に沿って所定の位置へ移動させる位置決め走行手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項１３】
前記リード位置測定手段が、レーザー干渉測長器を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項１４】
前記被測定ボールねじ軸を回転不動に静置して固定する固定支持台と、
前記固定支持台に固定された前記被測定ボールねじ軸のねじ溝に当接させる球体を備えたボール接触子と、
前記ボール接触子を前記軸心に対して直交方向に往復移動させるとともに前記ボール接触子を所定の押し込み力で前記ねじ溝に当接させるボール接触子スライド手段と、
前記ボール接触子スライド手段を載置し、該ボール接触子スライド手段を前記軸心と平行に水平往復移動する位置検出スライド手段と、
前記位置検出スライド手段を載置し、前記位置検出スライド手段を前記被測定ボールねじ軸のねじ部間で往復移動させる位置決め往復スライド手段と、
前記ボール接触子の前記軸心方向における位置を検出するリード位置測定手段と、
を備えたボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を用いて前記被測定ボールねじ軸の累積リード誤差を測定するボールねじ軸の累積リード誤差測定方法であって、
前記固定支持台に前記ボール接触子を前記被測定ボールねじ軸の前記軸心に対して直交方向に往復移動させた時の前記球体の中心が前記軸心に直交する位置へ前記被測定ボールねじ軸を固定する固定支持工程と、
前記ボール接触子を前記被測定ボールねじ軸の軸心方向に対して直交方向から所定の押し込み力でねじ溝に当接させるボール接触子押し込み工程と、
前記ねじ溝に当接された前記ボール接触子の前記軸心方向における位置を前記リード位置測定手段で測定する測定工程と、
前記ねじ溝に当接された前記ボール接触子を前記軸心方向に対して直交方向に退避させるボール接触子退避工程と、
前記ボール接触子を前記軸心方向と平行に所定間隔に水平移動させるボール接触子移動工程と、
を備えたことを特徴とするねじリード誤差測定方法。
【請求項１】
被測定ボールねじ軸の軸心方向におけるねじ溝の位置を検出することによって累積リード誤差を測定するボールねじ軸の累積リード誤差測定装置であって、
前記被測定ボールねじ軸を回転不動に固定する固定支持台と、
前記固定支持台に固定された前記被測定ボールねじ軸のねじ溝に当接させる球体を備えたボール接触子と、
前記ボール接触子を前記軸心に対して直交方向に往復移動させるとともに前記ボール接触子を所定の押し込み力で前記ねじ溝に当接させるボール接触子スライド手段と、
前記ボール接触子スライド手段を載置し、該ボール接触子スライド手段を前記軸心と平行に水平往復移動する位置検出スライド手段と、
前記位置検出スライド手段を載置し、前記位置検出スライド手段を前記被測定ボールねじ軸のねじ部間で往復移動させる位置決め往復スライド手段と、
前記ボール接触子の前記軸心方向における位置を検出するリード位置測定手段と、
を備えたことを特徴とするボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項２】
前記ボール接触子スライド手段が、前記ボール接触子を前記軸心に対して鉛直または水平の直交方向に往復移動させることを特徴とする請求項１記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項３】
前記ボール接触子スライド手段が、前記被測定ボールねじ軸側の一端に前記ボール接触子が連結された移動軸と、該移動軸を支持する固定支持体とからなる空気静圧軸受であることを特徴とする請求項１または２記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項４】
前記ボール接触子スライド手段が、前記移動軸の他端に前記ボール接触子の押し込み力を調整するための押し込み力調整弾性体を介して伸縮手段をさらに具備していることを特徴とする請求項１、２または３に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項５】
前記ボール接触子スライド手段が、前記ボール接触子を前記ねじ溝に０．５〜５Ｎの押し込み力で押し込むことを特徴とする請求項４に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項６】
前記ボール接触子スライド手段が、前記ボール接触子を前記ねじ溝に１〜３Ｎの押し込み力で押し込むことを特徴とする請求項４に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項７】
前記位置検出スライド手段が、前記軸心と平行に設けられた固定軸と、該固定軸に沿って移動可能で前記ボール接触子スライド手段が載置される受け台と、からなる空気静圧軸受であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項８】
前記位置検出スライド手段は、前記受け台と固定軸の両端との間に前記受け台を前記ボール接触子が前記ねじ溝に当接していない状態の前記軸心方向と平行な中立位置に戻す復元力を有する中立位置保持弾性体を、さらに備えることを特徴とする請求項７に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項９】
前記中立位置保持弾性体が、０．１〜３Ｎ／ｍｍのばね定数を有するスプリングであることを特徴とする請求項８に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項１０】
前記中立位置保持弾性体が、０．３〜１Ｎ／ｍｍのばね定数を有するスプリングであることを特徴とする請求項８に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項１１】
前記位置決め往復スライド手段が、前記軸心に平行に設けられたガイド軸と、該ガイド軸に沿って移動する移動テーブルとからなり、真直度が２μｍ／ｍ以下、姿勢精度が２秒以下の走行精度を有する空気静圧軸受であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項１２】
前記位置決め往復スライド手段が、前記移動テーブルを前記ガイド軸に沿って所定の位置へ移動させる位置決め走行手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項１３】
前記リード位置測定手段が、レーザー干渉測長器を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のボールねじ軸の累積リード誤差測定装置。
【請求項１４】
前記被測定ボールねじ軸を回転不動に静置して固定する固定支持台と、
前記固定支持台に固定された前記被測定ボールねじ軸のねじ溝に当接させる球体を備えたボール接触子と、
前記ボール接触子を前記軸心に対して直交方向に往復移動させるとともに前記ボール接触子を所定の押し込み力で前記ねじ溝に当接させるボール接触子スライド手段と、
前記ボール接触子スライド手段を載置し、該ボール接触子スライド手段を前記軸心と平行に水平往復移動する位置検出スライド手段と、
前記位置検出スライド手段を載置し、前記位置検出スライド手段を前記被測定ボールねじ軸のねじ部間で往復移動させる位置決め往復スライド手段と、
前記ボール接触子の前記軸心方向における位置を検出するリード位置測定手段と、
を備えたボールねじ軸の累積リード誤差測定装置を用いて前記被測定ボールねじ軸の累積リード誤差を測定するボールねじ軸の累積リード誤差測定方法であって、
前記固定支持台に前記ボール接触子を前記被測定ボールねじ軸の前記軸心に対して直交方向に往復移動させた時の前記球体の中心が前記軸心に直交する位置へ前記被測定ボールねじ軸を固定する固定支持工程と、
前記ボール接触子を前記被測定ボールねじ軸の軸心方向に対して直交方向から所定の押し込み力でねじ溝に当接させるボール接触子押し込み工程と、
前記ねじ溝に当接された前記ボール接触子の前記軸心方向における位置を前記リード位置測定手段で測定する測定工程と、
前記ねじ溝に当接された前記ボール接触子を前記軸心方向に対して直交方向に退避させるボール接触子退避工程と、
前記ボール接触子を前記軸心方向と平行に所定間隔に水平移動させるボール接触子移動工程と、
を備えたことを特徴とするねじリード誤差測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２４７３６２（Ｐ２０１２−２４７３６２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２０７００（Ｐ２０１１−１２０７００）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００１９１００９）新東工業株式会社 (474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００１９１００９）新東工業株式会社 (474)
【Ｆターム（参考）】
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