JPH09174368A - リニアモータおよびそれを使用したｘｙテーブル加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石の発生する磁束のうち推力発生に寄
与しない無駄な磁束を減らしてリニアモータの駆動効率
を高め、駆動手段としてリニアモータを組み込んだＸＹ
テーブル加工機の加工時間を短縮させる。 【解決手段】 コイル１を貫通するアッパーヨーク２
と、このアッパーヨーク２に対向させて平行に配置した
永久磁石３と、この永久磁石３を載置したアンダーヨー
ク４と、このアンダーヨーク４とアッパーヨーク２の長
手方向両端部どうしを連結したエンドヨーク５とで、環
状の磁束ループを形成し、アンダーヨーク４の幅寸法
を、永久磁石３の幅寸法と同等もしくはそれ以下に設定
するとともに、前記各ヨーク２，４，５の材料として、
鉄−コバルト系のヨーク材を用いる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気回路中に配置
したコイルに通電することにより該コイルを介して駆動
対象物を直線移動させるリニアモータと、上テーブルや
下テーブルの駆動手段としてリニアモータを使用したＸ
Ｙテーブル加工機とに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＸＹテーブル加工機は、吸着テーブル等
を介して被加工物が搭載されるＸテーブル（上テーブ
ル）と、このＸテーブルを摺動自在に支持するＸ軸レー
ル（上レール）と、このＸ軸レールに沿ってＸテーブル
を往復直線移動させる第１の駆動手段と、Ｘ軸レールを
載置したＹテーブル（下テーブル）と、Ｘ軸レールと直
交する方向に延びてＹテーブルを摺動自在に支持するＹ
軸レール（下レール）と、このＹ軸レールに沿ってＹテ
ーブルを往復直線移動させる第２の駆動手段とを備えて
概略構成されており、第１および第２の駆動手段として
は通常、リニアモータが使用されている。

【０００３】かかるリニアモータは、駆動対象物（Ｘテ
ーブルやＹテーブル）に一体化させたコイルを磁気回路
中に配置してなるもので、通電された該コイルがフレミ
ングの左手の法則に従って往復直線移動するようになっ
ている。そして、この種のリニアモータの従来品におい
ては、図４に示すように、コイル１を貫通して該コイル
１の移動方向（同図の紙面に直交する方向）に沿って延
びるアッパーヨーク２と、このアッパーヨーク２に対向
させて平行に配置した永久磁石３と、この永久磁石３を
収納状態で載置した凹状に延びるアンダーヨーク４と、
このアンダーヨーク４とアッパーヨーク２の長手方向両
端部どうしを連結しているエンドヨーク５とによって、
環状の磁束ループを形成する磁気回路が構成されてい
る。なお、この種のリニアモータのヨーク材としては、
通常、純鉄が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＸＹテーブ
ル加工機による加工時間を短縮するためには、Ｘテーブ
ルやＹテーブルの移動速度（加工速度）を増大させると
ともに、停止中の各テーブルが所定速度で移動するよう
になるまでの立上り時間や、移動中の各テーブルに逆向
きの力を付与して止めるまでの停止時間を短くする必要
があるが、実際には、ＸテーブルやＹテーブルの駆動源
であるリニアモータの推力不足から、所望の移動速度が
得にくく、立上り時間や停止時間も長引きやすいという
不具合があった。もちろん、大形のリニアモータを採用
すれば推力を向上させることは可能であるが、スペース
ファクタや重量の関係で、ＸＹテーブル加工機に組み込
めるリニアモータの大きさには制約がある。したがっ
て、限られた大きさのリニアモータの推力不足を改善す
るためには、所望の推力発生に寄与しない無駄な磁束を
極力減らしてリニアモータの駆動効率を高めることが望
ましい。

【０００５】しかるに、図４に示す従来のリニアモータ
は、同図に矢印で示すように、永久磁石３からアッパー
ヨーク２へ向かうべき磁束の一部を、該永久磁石３を幅
方向に挟んでいるアンダーヨーク４の起立壁部（サイド
ヨーク部）４ａに向かって逃がしているため、コイル１
を通過してアッパーヨーク２の下面へ向かうことにより
推力発生に寄与する磁束が、その分低減しており、これ
が推力を妨げる要因となっていた。

【０００６】なお、かかる起立壁部４ａをアンダーヨー
ク４に突設している理由は、永久磁石３の発生する磁束
に比べて、アッパーヨーク２を経由する所定の磁束ルー
プへ導くことのできる飽和磁束の値がかなり小さく、多
量の漏れ磁束が発生していることから、この漏れ磁束が
近傍の導線等に悪影響を及ぼさないようにするため、予
め永久磁石３に隣接させて起立壁部４ａを設けておき、
そこへ意図的に磁束を導くためである。ちなみに、図４
に示す従来のリニアモータの場合、永久磁石３の発生す
る磁束が、０．３５Ｔ（磁束密度）×０．４１５ｍ（長
さ）×０．１ｍ（幅）＝０．０１４５Ｗｂであるのに対
し、所定の磁束ループへ導くことのできる飽和磁束の値
は、ヨーク材の種類（純鉄）や該磁束ループ中のヨーク
断面積の最小値から、１．５Ｔ（磁束密度）×０．０８
ｍ（幅）×０．０２５ｍ（厚さ）＝０．００３Ｗｂと小
さく、永久磁石３で発生する磁束の５分の４以上は所定
の磁束ループへ導かれない漏れ磁束となっている。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その第１の目的は、推力不足を改善した
リニアモータを提供することにあり、また、本発明の第
２の目的は、加工時間の短縮化が図れるＸＹテーブル加
工機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、アンダーヨー
クの幅寸法を永久磁石の幅寸法と同等もしくはそれ以下
に設定することとしている。このように、サイドヨーク
部を除去してアンダーヨークを幅狭に設定することによ
り、永久磁石の発生する磁束のうち推力発生に寄与しな
い無駄な磁束が減じられ、リニアモータの駆動効率を高
めることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のリニアモータでは、駆動
対象物に一体化されたコイルを貫通して該コイルの移動
方向に沿って延びるアッパーヨークと、このアッパーヨ
ークに対向させて平行に配置した永久磁石と、この永久
磁石を載置したアンダーヨークと、このアンダーヨーク
と前記アッパーヨークの長手方向両端部どうしを連結し
たエンドヨークとを備えて環状の磁束ループを形成し、
長手方向および厚さ方向に対して直交する方向を幅方向
としたとき、前記アンダーヨークの幅寸法を、前記永久
磁石の幅寸法と同等もしくはそれ以下に設定する構成と
した。したがって、このリニアモータは、従来品におけ
るアンダーヨークの起立壁部（サイドヨーク部）を除去
した構成になっている。また、かかる構成において、前
記アッパーヨーク、エンドヨークおよびアンダーヨーク
の材料として、鉄−コバルト系のヨーク材、例えばパー
メンジュール等を用いれば、より好ましい。

【００１０】すなわち、起立壁部（サイドヨーク部）を
除去してアンダーヨークの幅寸法を永久磁石と同等もし
くはそれ以下に設定しておけば、永久磁石の発生する磁
束が該起立壁部へ導かれなくなるので、その分、アッパ
ーヨークへ導かれて推力発生に寄与する磁束が増大し、
リニアモータの駆動効率が高まる。さらに、純鉄に比べ
て飽和磁束密度の大きい鉄−コバルト系のヨーク材を用
いれば、アッパーヨークを経由する所定の磁束ループへ
導くことのできる飽和磁束の値を高めることができるの
で、永久磁石の発生する磁束を比較的多く該磁束ループ
へ導くことができて漏れ磁束が低減し、それゆえ漏れ磁
束を起立壁部等へ意図的に導く必要がなくなる。

【００１１】また、本発明のＸＹテーブル加工機では、
被加工物が搭載される上テーブルと、この上テーブルを
摺動自在に支持する上レールと、この上レールに沿って
前記上テーブルを往復直線移動させる第１の駆動手段
と、前記上レールを載置した下テーブルと、前記上レー
ルと直交する方向に延びて前記下テーブルを摺動自在に
支持する下レールと、この下レールに沿って前記下テー
ブルを往復直線移動させる第２の駆動手段とを備え、前
記第１および第２の駆動手段のうち少なくともいずれか
一方に、上述した駆動効率の高いリニアモータを用いる
構成とした。その結果、このＸＹテーブル加工機は、加
工時間の短縮化が図れる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図３に基
づいて説明する。ここで、図１は本発明によるリニアモ
ータの一実施例を示す断面図、図２は図１に示すリニア
モータの全体構成を模式化した説明図、図３は図１，２
に示すリニアモータを組み込んだＸＹテーブル加工機の
部分断面図であり、従来技術の説明に用いた図４と対応
する部分には同一符号が付してある。

【００１３】図１〜３において、符号６は本実施例に係
るリニアモータを総括的に示している。このリニアモー
タ６は、コイル１を貫通して該コイル１の移動方向に沿
って延びるアッパーヨーク２と、このアッパーヨーク２
の下面に対向させて平行に配置した永久磁石３と、この
永久磁石３を載置してアッパーヨーク２と平行に延びる
アンダーヨーク４と、このアンダーヨーク４とアッパー
ヨーク２の長手方向両端部どうしを連結しているエンド
ヨーク５とによって、環状の磁束ループを形成する磁気
回路を構成しており、この磁気回路中に配置されて駆動
対象物（Ｘテーブル８）に一体化されるコイル１に通電
することにより、フレミングの左手の法則に従って該コ
イル１が往復直線移動するようになっている。そして、
このリニアモータ６は、アンダーヨーク４の幅寸法が永
久磁石３と同等に設計してあり、従来品においてアンダ
ーヨークに突設されていた起立壁部（サイドヨーク部）
が省略されている。また、このリニアモータ６は、アッ
パーヨーク２、アンダーヨーク４およびエンドヨーク５
の材料であるヨーク材として、純鉄に比べ飽和磁束密度
の大きい鉄−コバルト系のヨーク材を用いている。

【００１４】このように、鉄−コバルト系のヨーク材を
用いているリニアモータ６は、アッパーヨーク２を経由
する環状の磁束ループへ導くことのできる飽和磁束の値
が大きく、永久磁石３の発生する磁束を比較的多く該磁
束ループへ導くことができて漏れ磁束が低減しているの
で、アンダーヨーク４に起立壁部（サイドヨーク部）を
設けなくとも、漏れ磁束が近傍の導線等に悪影響を及ぼ
す虞がない。そして、このように永久磁石３の両側面に
ヨークを隣接させない構成にしてあると、永久磁石３の
上面から発生する磁束の多くが、側方へ逃げることな
く、コイル１を通過してアッパーヨーク２の下面へと向
かうようになるので、推力発生に寄与する磁束の割合が
高まり、それゆえこのリニアモータ６は、従来品に比べ
て駆動効率が大幅に向上している。

【００１５】なお、このリニアモータ６の場合、永久磁
石３は図４に示した従来品と同等のものを使用している
ので、該永久磁石３の発生する磁束は、０．３５Ｔ（磁
束密度）×０．４１５ｍ（長さ）×０．１ｍ（幅）＝
０．０１４５Ｗｂであり、また所定の磁束ループへ導く
ことのできる飽和磁束の値は、ヨーク材の種類（鉄−コ
バルト系）や該磁束ループ中のヨーク断面積の最小値か
ら、２Ｔ（磁束密度）×０．０８ｍ（幅）×０．０４５
ｍ（厚さ）＝０．００７２Ｗｂとなっており、永久磁石
３で発生する磁束の半分近くを所定の磁束ループへ導け
るようになっている。

【００１６】次に、上述したリニアモータ６を駆動手段
として組み込んだＸＹテーブル加工機について説明す
る。

【００１７】このＸＹテーブル加工機は、図３に示すよ
うに、搭載した被加工物が吸着固定可能な吸着テーブル
７と、この吸着テーブル７を回動可能に支持するＸテー
ブル（上テーブル）８と、このＸテーブル８を摺動自在
に支持するＸ軸レール部９ａを両側部に設けた支持台９
と、この支持台９とＸテーブル８との間に設置され該Ｘ
テーブル８をＸ軸レール部９ａに沿って往復直線移動さ
せる前記リニアモータ６と、Ｘテーブル８の位置データ
を検出するリニアエンコーダ１０と、支持台９を載置し
たＹテーブル（下テーブル）１１と、Ｘ軸レール部９ａ
と直交する方向に延びてＹテーブル１１を摺動自在に支
持するＹ軸レール１２と、Ｙテーブル１１をＹ軸レール
１２に沿って往復直線移動させる図示せぬリニアモータ
と、Ｙテーブル１１の位置データを検出する図示せぬリ
ニアエンコーダとによって主に構成されており、加工機
全体が図示せぬ定盤に載置されている。

【００１８】すなわち、図３に示すリニアモータ６は、
支持台９上に固定したアンダーヨーク４上にほぼ同幅の
永久磁石３が接着等の手法で載置してあるとともに、こ
の永久磁石３の上方で平行に延びるアッパーヨーク２
と、アンダーヨーク４と、一対のエンドヨーク５とで、
図２に示す如き長方形を形づくっており、かつ、アッパ
ーヨーク２に対して移動自在に外嵌せしめたコイル１
を、Ｘテーブル８の下面中央部に一体化させている。し
たがって、コイル１に通電することにより、このコイル
１を介して、駆動対象物であるＸテーブル８をアッパー
ヨーク２の長手方向（図３の紙面に直交する方向）に沿
って往復移動できるようになっている。そして、このリ
ニアモータ６は前述したように、飽和磁束密度の高いヨ
ーク材を用いているとともに、永久磁石３から側方へ磁
束が逃げないようにアンダーヨーク４の起立壁部（サイ
ドヨーク部）を除去しているので、駆動効率が高く、Ｘ
テーブル８に対して大きな推力を付与することができ
る。

【００１９】それゆえ、このＸＹテーブル加工機は、Ｘ
テーブル８を、毎秒５００ｍｍ以上の高速度で移動させ
ることができ、かつ立上り時間や停止時間を０．５秒以
下に抑えることができて、同規模の従来の加工機と比べ
た場合、加工速度が大幅に短縮されている。なお、Ｙテ
ーブル１１をＹ軸レール１２に沿って移動させるために
組み込まれている図示せぬリニアモータの構成も、前記
リニアモータ６と基本的には同等なので、このＸＹテー
ブル加工機はＹテーブル１１に対しても大きな推力が付
与できるようになっている。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるリニ
アモータは、起立壁部（サイドヨーク部）を除去してア
ンダーヨークの幅寸法を永久磁石と同等もしくはそれ以
下に設定することにより、アッパーヨークへ導かれて推
力発生に寄与する磁束を増大させているので、駆動効率
が高まって推力不足が改善できるという優れた効果を奏
する。また、このリニアモータのヨーク材として、純鉄
に比べて飽和磁束密度の大きい鉄−コバルト系のものを
用いれば、永久磁石の発生する磁束を比較的多く所定の
磁束ループへ導くことができて漏れ磁束が低減するの
で、漏れ磁束を起立壁部等へ意図的に導く必要がなくな
る。

【００２１】また、このように駆動効率の高いリニアモ
ータをＸテーブルやＹテーブルの駆動手段として組み込
んだＸＹテーブル加工機は、加工時間が大幅に短縮でき
るので、生産性の向上や加工コストの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるリニアモータの一実施例を示す断
面図である。

【図２】図１に示すリニアモータの全体構成を模式化し
た説明図である。

【図３】図１，２に示すリニアモータを組み込んだＸＹ
テーブル加工機の部分断面図である。

【図４】リニアモータの従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ コイル ２ アッパーヨーク ３ 永久磁石 ４ アンダーヨーク ５ エンドヨーク ６ リニアモータ ７ 吸着テーブル ８ Ｘテーブル（上テーブル） ９ａ Ｘ軸レール部（上レール） １１ Ｙテーブル（下テーブル） １２ Ｙ軸レール（下レール）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動対象物に一体化されたコイルを貫通
   して該コイルの移動方向に沿って延びるアッパーヨーク
   と、このアッパーヨークに対向させて平行に配置した永
   久磁石と、この永久磁石を載置したアンダーヨークと、
   このアンダーヨークと前記アッパーヨークの長手方向両
   端部どうしを連結したエンドヨークとを備えて環状の磁
   束ループを形成し、長手方向および厚さ方向に対して直
   交する方向を幅方向としたとき、前記アンダーヨークの
   幅寸法を、前記永久磁石の幅寸法と同等もしくはそれ以
   下に設定したことを特徴とするリニアモータ。
2. 【請求項２】 前記アッパーヨーク、エンドヨークおよ
   びアンダーヨークの材料として、鉄−コバルト系のヨー
   ク材を用いたことを特徴とする請求項１記載のリニアモ
   ータ。
3. 【請求項３】 被加工物が搭載される上テーブルと、こ
   の上テーブルを摺動自在に支持する上レールと、この上
   レールに沿って前記上テーブルを往復直線移動させる第
   １の駆動手段と、前記上レールを載置した下テーブル
   と、前記上レールと直交する方向に延びて前記下テーブ
   ルを摺動自在に支持する下レールと、この下レールに沿
   って前記下テーブルを往復直線移動させる第２の駆動手
   段とを備え、前記第１および第２の駆動手段のうち少な
   くともいずれか一方に、請求項１または２記載のリニア
   モータを用いたことを特徴とするＸＹテーブル加工機。