JP4875287B2 - アクチュエータ及びテーブル装置 - Google Patents
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Description
また、仮に、リニアモータと独立した2本のリニアガイドブロック中央にリニアモータを配置した構成にして、モーメントによる影響を受けないようにしても、可動子やテーブル等の移動方向に対してガイド幅が大きくなってしまうので、ナローガイドに設計することができず、直進性が劣り、やはり精度良く移動させることが困難であった。なお、図23及び図24に示すように、ボールを利用したリニアガイドではなく、例えば、静圧ガイドを利用したリニアガイドの場合でも同様に、ナローガイドに設計することが難しく、精度良く移動させることが困難であった。
このように、全体的な小型化とナローガイドの設計とを両立させることが困難であった。
本発明のアクチュエータ(70)は、コイルがパイプの周囲に巻回された固定軸(3)と、該固定軸(3)を覆う永久磁石(4)及び該永久磁石(4)に固定された直方体状のブロック(44)を備え、固定軸(3)の延在方向に沿って移動可能な可動子(43)と、を有するリニアモータと、前記固定軸(3)の延在方向に平行して延在すると共に、固定軸(3)を挟んで対向する一対のガイド面を利用して前記可動子(43)のブロック(44)を内側に挟んでガイドし、且つ固定側とされたガイドレール(42)と、前記ガイドレール(42)のガイド面に対向する前記可動子(43)のブロック(44)の表面に形成され、前記ガイド面側のみに開口したリセス部(50)を有する一対の静圧パッド(51)と、前記一対の静圧パッド(51)の前記リセス部(50)にそれぞれ流体出口が開口する流路(52)と、該流路(52)を介して前記一対の静圧パッド(51)の前記リセス部(50)に所定の圧力で流体を供給し、該リセス部(50)に溜まった流体により前記可動子(43)を移動可能に支持させる供給手段と、を備え、前記一対の静圧パッド(51)は、前記固定軸(3)の延在方向及び一対の前記ガイド面が向かい合う方向の両方に対して直交する直交方向において、それぞれの前記リセス部(50)の中心と前記固定軸(3)の軸芯とが一致し、且つ、それぞれの前記リセス部(50)の開口が前記固定軸(3)の軸芯から前記一対のガイド面に向けて同距離離れるように配設され、前記一対の静圧パッド(51)が前記可動子(43)に設けられ、且つ、前記流路(52)が前記ガイドレール(42)に設けられ、前記可動子(43)と共に移動しないことを特徴とする。
この発明に係るテーブル装置においては、小型化及び軽量化が図れると共に、テーブルを高精度に移動させることができる。
はじめに、本発明に係るアクチュエータの参考例として、第1参考例、第2参考例及び第3参考例を説明し、最後に本発明に係るアクチュエータの実施形態について説明する。
<第1参考例>
以下、本発明に係るアクチュエータの第1参考例について図1から図6を参照して説明する。
本発明のアクチュエータ1は、図1から図5に示すように、所定の方向に延在するコイル2を有する固定子(固定軸)3と、該固定子3に沿って移動可能な永久磁石(磁石)4を有する可動子5とを有するリニアモータ6と、固定子3に平行して延在すると共に可動子5を内側に挟んでガイドするガイドレール7と、該ガイドレール7と可動子5との間に介在され、可動子5を移動可能に支持する一対の支持手段8とを備えている。
また、本第1参考例のアクチュエータ1は、一対の支持手段8の作用点と固定子3の軸芯とが一致するように、即ち、一方の支持手段8が可動子5に対して作用させる作用点と固定子3の軸芯との距離と、他方の支持手段8が可動子5に対して作用させる作用点と固定子3の軸芯との距離とが一致し、且つ、一対の支持手段8の両作用点を通る平面が固定子3の軸芯と一致するようになっている。これについては、後に詳細に説明する。
なお、本第1参考例のアクチュエータ1を構成する上記リニアモータ6は、直線方向に移動するロッドタイプとして説明する。
上記永久磁石4は、図4(a)に示すように、固定子3の軸方向に所定の長さを有して該固定子3を覆うように円筒状に形成されている。また、上記可動子5は、この永久磁石4と、永久磁石4を覆うように該永久磁石4に固定された直方体状のブロック5aとから構成されている。このブロック5aは、上記ガイドレール7の内側、即ち、両壁部7bの間に嵌るように横幅寸法が設定されており、また、両壁部7bの上部から突出するように高さ寸法が設定されている。なお、図4(a)に示すように、可動子5の横幅方向の中心(軸芯)と固定子3の中心(軸芯)とが一致するようになっている。
また、本第1参考例においては、図4に示されるように、固定子3を挟んで右側が一方の支持手段8、左側が他方の支持手段8としている。また、固定子3及び一対の支持手段8の位置関係は、上述したように一方の支持手段8の作用点、即ち、ボール15が2点接触により案内溝5cを介して可動子5に作用させる力の合力である作用点と固定子3の軸芯との距離と、他方の支持手段8の作用点と固定子3の軸芯との距離とが一致するようになっている。つまり、固定子3は、横幅方向において、両側のボール15間の中間に軸芯が位置するようになっている。更に、一対の支持手段8の両作用点を通る平面が固定子3の軸芯と一致するようになっている。つまり、固定子3の軸芯と作用点の高さとが一致するようになっている。
制御部によりコイル2に通電を行うと、永久磁石4との間に作用する磁束により推進力を得て、該永久磁石4が固定子3の軸方向に沿って移動、即ち、可動子5が一対の支持手段8を介してガイドレール7に沿って移動する。なお、移動方向は、コイル2への通電方向により設定される。この際、本第1参考例のリニアモータ6は、ロッドタイプ、即ち、永久磁石4がコイル2の周囲を覆う構成であるので、磁束を効率良く推進力に変えることができる。
このように、可動子5は、リニアモータ6としての機能と、リニアガイドのような案内機構としての機能を有している。これにより、ガイドレール7が、可動子5自体のガイドを行えるので、従来のものと比較してコンパクトに設計でき、小型化及び軽量化を図ることができる。
また、ガイドレール7は、可動子5を内側に挟んでガイドするので、一対の支持手段8により可動子5を支持する横幅をできるだけ小さくすることができ、ナローガイドに設計することができる。従って、可動子5の直進性が向上し、高精度化を図ることができる。
更に、固定子3の軸芯と一対の支持手段8の作用点とが高さ方向に略同一になるように構成されているので、高さ方向のモーメントがなくなり、可動子5の姿勢変位が抑えられ真直度運動精度が高まる。
更に、横幅方向においても、両側のボール15間の中間に固定子3の軸芯が位置するようになっているので、リニアモータ6の推力による可動子5へのモーメント荷重の発生が抑えられ、可動子5の姿勢変位を抑えたまま移動させることができ、より真直度運動精度を高めることができる。
更に、コイル2が固定側であるので、コイル2の発熱対策も固定することができるので容易に発熱を抑えることができ、信頼性を向上することができる。特に、管路から固定子3のセンターパイプ3a内に、冷却用の流体を供給することで、コイル2の発熱をさらに抑えることができ、信頼性を向上することができる。
また、上記第1参考例においては、支持手段8が、可動子5の表面でガイドレール7に沿う方向に、転動体として複数のボール15を配したが、これに限らず転動体に、ころを使用しても良い。
また、転動体がエンドキャップ9から可動子5の貫通孔5dを通って再度可動子5の表面に送り込まれる転動体循環型の無限軌道タイプを採用したが、図6に示すように、転動体としてクロスローラチェーン20を設け、転動体を可動子内部に循環させない有限軌道タイプの構成にしても構わない。このクロスローラチェーン20は、プレートに、ガイドレール7に沿う方向に転動可能な円筒状のローラが、ガイドレール7に沿う方向に所定間隔を空けて複数取り付けられたものである。
また、上記実第1参考例においては、転動体の条数が2条であったが、これに限らず、4条や6条等の多数条にしても構わない。
次に、本発明に係るアクチュエータの第2参考例を、図7及び図8を参照して説明する。なお、第2参考例において、第1参考例と同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略する。
第2参考例と第1参考例との異なる点は、第1参考例では、ガイドレール7が可動子5を間に挟むような断面略コ型形状に形成されていたのに対し、第2参考例のアクチュエータ30は、図8に示すように、可動子5が、ガイドレール31を間に挟むように断面略コ型形状に形成されたブロック32を有している点である。即ち、ガイドレール31は、可動子5に挟まれるように該可動子5の内側からガイドを行うようになっている。
本第2参考例のガイドレール31の両側面には、該ガイドレール31の軸方向に向けて溝31aが形成されており、これにより可動子5のブロック32に向けて突出すると共に、第1の斜面33a及び第2の斜面33bを有する突起部33が設けられている。なお、第1の斜面33aは、上方略45度の角度を向くように、第2の斜面33bは、下向き略45度の角度を向くように形成されている。
なお、本第2参考例においては、ボール15は、アンギュラコンタクト方式で支持されている。また、本第2参考例についても第1参考例と同様に、固定子3の軸芯と一対の支持手段35の作用点とが高さ方向に略同一になるように構成されている。
なお、上記第2参考例においては、ボール15の接触角度が略45度になるように構成したが、これに限定されず、可動子5を支持可能な角度であれば接触角度は何度でも構わない。また、上記第2参考例においては、ボール15の接触方式がアンギュラコンタクト方式であったが、ゴシックアーチ方式による4点接触方式でも構わない。
また、本第2参考例のアクチュエータ30は、第1参考例のアクチュエータ1と同様に、可動子5に図示しないテーブルを固定して本発明のテーブル装置とした場合には、テーブルを高精度に移動させることができる。
次に、本発明に係るアクチュエータの第3参考例を、図9から図15を参照して説明する。なお、第3参考例において、第1参考例と同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略する。
第3参考例と第1参考例との異なる点は、第1参考例では、支持手段8がボール15を利用して可動子5を移動可能に支持していたのに対し、第3参考例のアクチュエータ40は、支持手段41が流体を利用した静圧ガイドとされている点である。
なお、第3参考例のアクチュエータ40は、テーブル装置60を構成している一部である。
ガイドレール42は、外側に突出した突起部42aが上部側に形成されている。なお、本第3参考例のガイドレール42は、静圧ガイドの固定側として機能するようになっている。
可動子43は、ガイドレール42間に配され、略直方体状に形成されたブロック44を有している。なお、固定子3の中心と可動子43の中心とは、一致するようになっている。また、可動子43の上面には、上記テーブル61が固定されている。
また、テーブル61の側面には、リニアセンサ用スケール45が取り付けられており、該リニアセンサ用スケール45に対向するように、ベース62の側面に立設されたセンサ用架台65を介してリニアセンサ46が取り付けられている。
上記第1のリセス部50は、図14及び図15に示すように、可動子43の表面、即ち、ブロック44のガイドレール42との対向面に、ガイドレール42に沿う方向に伸びた略楕円状に形成されている。また、図14に示すように、第1のリセス部50以外の領域は、第1のランド部50aとされ、該第1のランド部50aと第1のリセス部50とで上記第1の静圧パッド51を構成している。なお、本第3参考例においては、第1の静圧パッド51は、片側に隣接して2つ、即ち、両側合計で4つ形成されている。
また、図14に示すように、第1の静圧パッド51間には、第1のランド部50aの表面(ランド面)より一段低い位置に、後述する回収路59に接続された回収溝59aが形成されている。これにより第1のランド部50aから溢れた流体を、回収溝59aを介して回収路59に流すことができるようになっている。
この共通配管路54は、図9から図11に示すように、テーブル61の上面に、油や水、空気等の流体を供給する流体供給源に接続可能な接続口55に接続されている。また、第1の配管路52には、例えば、流体の流量を絞るテーパ絞り等の静圧絞り56が介在されており、流体を所定の圧力及び流量で第1の静圧パッド51に供給できるようになっている。これら接続口55、流体供給源及び静圧絞り56は、上記供給手段53を構成している。
なお、上記第1の配管路52及び供給手段53は、各第1の静圧パッド51にそれぞれ設けられている。また、本第3参考例についても第1参考例と同様に、ガイドレール42は可動子43を内側に挟んでガイドしていると共に、一方の支持手段41の作用点、即ち、第1の静圧パッド51がガイドレール42のガイド面に対して作用する作用面と固定子3の軸芯との距離と、他方の支持手段41の作用点と固定子3の軸芯との距離とが一致するようになっている。つまり、固定子3は、横幅方向において、両支持手段41の中間に軸芯が位置するようになっている。更に、第1参考例と同様に、固定子3の軸芯と支持手段41の中心、即ち、第1の静圧パッド51の中心とが一致するようになっている。
第2の静圧パッド57は、図13に示すように、第1の静圧パッド51と同様にガイドレール42に沿う方向に伸びた略楕円状に形成された第2のリセス部57aと第2のランド部57bとから構成されている。同様に、第3の静圧パッド58も同様に、図15に示すように、ガイドレール42に沿う方向に伸びた略楕円状に形成された第3のリセス部58aと図示しない第3のランド部とから構成されている。
なお、第2の静圧パッド57及び第3の静圧パッド58は、第1の静圧パッド51と同様にそれぞれ片側に隣接して2つ、即ち、両側合計で4つ形成されている。また、図13に示すように、第2の静圧パッド57間には、第2のランド部57bの表面(ランド面)より一段低い位置に、後述する回収路59に接続された回収溝59bが形成されており、第2のランド部57bから溢れた流体を、回収溝59bを介して回収路59に流すことができるようになっている。第3の静圧パッド58間にも同様に図示しない回収溝が形成されており、第3のランド部から溢れた流体を、回収溝を介して回収路59に流すことができるようになっている。
また、上記第1の静圧パッド51と同様に、第2の配管路57c及び静圧絞り56は各第2の静圧パッド57にそれぞれ設けられており、第3の配管路58c及び静圧絞り56は各第3の静圧パッド58にそれぞれ設けられている。
なお、上述した各配管路52、57c、58cは、それぞれ隣接して配されている。また、ベース62内には、図12に示すように各静圧パッド51、57、58から溢れた流体を図示しない回収タンクに導く回収路59が形成されている。
また、各配管路52、57c、58cは、可動側に設けられているので、可動子43の移動に伴って同時に移動を行い、可動子43の移動量(ストローク)に関係なく常にガイドレール42のガイド面を支持する。従って、ストロークを気にせずに設計できるので、設計の自由度を向上することができる。
次に、本発明に係るアクチュエータの実施形態を、図16から図22を参照して説明する。なお、本実施形態において、第3参考例と同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態と第3参考例との異なる点は、第3参考例では、各配管路52、57c、58cが可動子43側に設けられていたのに対し、本実施形態のアクチュエータ70は、配管路52、57c、58cが、ガイドレール43側に設けられている点である。
なお、本実施形態のアクチュエータ70は、第3参考例と同様に、本発明のテーブル装置80を構成している一部である。
また、本実施形態においては、テーブル61の移動範囲は、各配管路52、57c、58cの流体出口(各静圧パッド51、57、58へ流体を供給する流体出口)が各静圧パッド51、57、58に形成されているリセスの範囲から外れない位置になるように設定されている。
例えば、上記第1参考例及び第2参考例では、可動子を固定子に沿って直線的に移動させたが、直線移動に限られず、固定子が所定の方向に向けて曲線状に延在しても構わない。また、各参考例において、固定子がコイルを有し、可動子が永久磁石を有した構成にしたが、固定子が永久磁石を有し、可動子がコイルを有しても構わない。また、磁石は、永久磁石に限られるものではない。また、磁石及びコイルを円筒状に形成したが、この形状に限られるものではない。例えば、平板状や角型状に形成しても構わない。
更に、各静圧パッドは、片側2つ毎の合計4つ設けた構成にしたが、これに限らず、片側1つ毎の合計2つ設けた構成でも、片側3つ以上毎の合計6つ以上設けた構成でも構わない。
また、リセス部をガイドレールの長手方向に伸びた楕円形状としたが、楕円形状に限らず、円でも真四角でも構わないし、長手方向に短くても良く、ガイドレールのガイド面を支持する構成であれば良い。なお、エア静圧を採用する場合には、多孔質の静圧パッドを用いても良い。
また、第1参考例及び第2参考例のアクチュエータを有するようにテーブル装置を構成しても構わない。更に、このテーブル装置を有するように、軸受加工装置を構成すると良い。こうすることで、軸受加工装置全体の小型化及び軽量化が図れると共に、高精度に作動するテーブル装置を使用することができる。
2 コイル
3 固定子(固定軸)
4 永久磁石(磁石)
5、43 可動子
6 リニアモータ
7、31、42 ガイドレール
8、35、41 支持手段
15 ボール(転動体)
20 クロスローラチェーン(転動体)
51 第1の静圧パッド(静圧パッド)
52 第1の配管路(流路)
53 供給手段
57 第2の静圧パッド(静圧パッド)
57c 第2の配管路(流路)
58 第3の静圧パッド(静圧パッド)
58c 第3の配管路(流路)
60、80 テーブル装置
61 テーブル
Claims (2)
- コイルがパイプの周囲に巻回された固定軸(3)と、該固定軸(3)を覆う永久磁石(4)及び該永久磁石(4)に固定された直方体状のブロック(44)を備え、固定軸(3)の延在方向に沿って移動可能な可動子(43)と、を有するリニアモータと、
前記固定軸(3)の延在方向に平行して延在すると共に、固定軸(3)を挟んで対向する一対のガイド面を利用して前記可動子(43)のブロック(44)を内側に挟んでガイドし、且つ固定側とされたガイドレール(42)と、
前記ガイドレール(42)のガイド面に対向する前記可動子(43)のブロック(44)の表面に形成され、前記ガイド面側のみに開口したリセス部(50)を有する一対の静圧パッド(51)と、
前記一対の静圧パッド(51)の前記リセス部(50)にそれぞれ流体出口が開口する流路(52)と、
該流路(52)を介して前記一対の静圧パッド(51)の前記リセス部(50)に所定の圧力で流体を供給し、該リセス部(50)に溜まった流体により前記可動子(43)を移動可能に支持させる供給手段と、を備え、
前記一対の静圧パッド(51)は、
前記固定軸(3)の延在方向及び一対の前記ガイド面が向かい合う方向の両方に対して直交する直交方向において、それぞれの前記リセス部(50)の中心と前記固定軸(3)の軸芯とが一致し、且つ、それぞれの前記リセス部(50)の開口が前記固定軸(3)の軸芯から前記一対のガイド面に向けて同距離離れるように配設され、
前記一対の静圧パッド(51)が前記可動子(43)に設けられ、且つ、前記流路(52)が前記ガイドレール(42)に設けられ、前記可動子(43)と共に移動しないことを特徴とするアクチュエータ(70)。 - 請求項1に記載のアクチェエータ(70)と、
上面に前記ガイドレール(42)を固定させるベース(62)と、
前記可動子(43)の上面に固定され、前記ガイドレール(42)の上方に位置するテーブル(61)と、を備え、
前記流路(52)は、前記ガイドレール(42)及び前記ベース(62)の内部を通るように配設されていることを特徴とするテーブル装置(80)。
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