JPS5945514A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はリニアモータを利用した高速かつ高精度な位置
決め装置に関する。

〔従来技術〕

第１図は本発明が適用され°る一例のタレ・ルＺンチプ
レスの概略を示す斜視図である。図において、Ｘ−Ｙテ
ーブル１が縦横方向に数値制御によって駆動され、この
Ｘ　−Ｙ　ｆ−プル１上にクランプされた例えばシート
メタル２を移動する。一方、タレット３は回転して加工
すべきノシンチ４を選択する。そこでシートメタル２が
加工されるべき位置に移動すると、選択されたノ；ンチ
４が下降して、打ち抜き加工等を行なう。第２図は従来
用いられている位置決め装置を利用したＸ−Ｙテーブル
の構成を例示する上面図である。第２図において土台５
上の回転モータ６が回転すると、ギア７とギア８を介し
てポールねじ９が回転する。一方、移動ユニット１０に
はポールねじナツト１１が固定されていて、移動ユニッ
ト１０はポールねじ９の回転に従ってＸ軸方向（図中に
点線で示す）の推進力が与えられ、土台５上の直線ガイ
ド１２に案内されてＸ軸方向に移動する。また移動ユニ
ット１０には回転モータ１３が搭載されておシ、回転モ
ータ１３が回転すると、これと連結されているポールね
じ１４が回転する。一方、ポールねじナツト１５が固定
されている位置決めユニット１６はポールねじ１４の回
転に従い移動ユニット１０上の直線ガイド１７に案内さ
れて、移動ユニット１０上をＹ軸方向（図中に点線で示
す）に移動する。かかる構成によシ、シートメタル２（
第１図）を保持するチャック１８を持った位置決めユニ
ット１６は回転モータ６および回転モータ１３の回転を
図示していない制御装置によシ数値制御することによっ
てＸ、Ｙ座標の任意の位置に位置決めされる。

上述の従来技術において、回転モータ６によυ駆動され
るポールねじ９により精密な位置決めを行なうのは比較
的容易であるが、移動ユニット１０を高速で移動させよ
うとすると大きな加速度を必要とする。そこで駆動する
回転モータ６にはトルク−慣性比の大きい低慣性サーボ
モータが一般に用いられている。しかし、現在開発され
ている回転モータは低慣性のものであってもトルク−慣
性比Ｔ　（’　Ｋｆ−ｔ：ｍ　）　／　、Ｔ　（Ｋｇ　
−Ｊ”　）　Ｉｄ１程度であり、仮にポールねじ９の慣
性を０と考えてみても、得られる角加速度は９８０ｒａ
ｄ　／θ２程度である。実際にはポールねじ９の慣性の
ほか、さらに移動ユニット１０の質量が回転モータ６の
負荷となるため、実現可能な角加速度はより小さくなシ
、高速な位置決めが困難となる欠点があった。なおポー
ルねじ１４および回転モータ１３についても同様のこと
が言える。

またトルク−慣性比のずっと大きな駆動源として油圧サ
ーボモータがあるが、これを用いるにけ油圧源が必要で
、かつ油圧サーボ弁が高価等の欠点がある。

さらに駆動用の回転モータおよびポールねじ等を用いず
に、リニアモータのロータまたはステータを移動ユニッ
トや位置決めユニットに搭載し、上記ロータまたはステ
ータと相対する位置に同リニアモータのステータまたは
ロータを設置することによって、移動ユニットや位置決
めユニットを駆動する方法も考えられる。とのさい位置
決め精度をあげるにはリニアパルスモークが利用できる
が、大きな推力を得に＜＜、位置決め速度が遅くなる欠
点がある。また推力の大きいリニアインダクションモー
タを用いると、高い精度で位置決めする制御が困難とな
る欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなくし、高加
速度特性を持ちかつ高精度な位置決め装置を提供するに
ある。

〔発明の概要〕

本発明は、回転モータとこれに連結するポールねじおよ
びナツト等からなる回転−直進運動変換系とによる駆動
に、リニアモータによる駆動を併用させ、位置決めユニ
ットの移動の際必要な加速力・減速力をリニアモータに
分担させることによシ、高速かつ高精度な位置決めを可
能にしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第５図および第４図、第５図
によシ説明する。第３図は本発明による位置決め装置を
適用したＸ−Ｙテーブルの一実施例を示す上面図、第４
図と第５図は第３図のそれぞれＩ−Ｉ線断面図と■−■
線部分断面図で、図中の同一符号は同一または和尚部分
を示す。第３図および第４図、第５図において、土台５
に設けられた回転モータ６はギア７とギア８を介してポ
ールねじ９と連結している。一方、ポールねじナツト１
１は移動ユニット１０に固定されておシ、ポールねじ９
が回転すると移動ユニット１０は土台５に設けられた直
線ガイド１２に案内されてＸ軸方向（図中に点線で示す
）に移動する。さらに土台５にけリニアモータのステー
タ１９が固定されており、これと相対して移動ユニット
１０に取シ付けられたリニアモータのロータ２０が位置
している。従って、リニアモータのステータ１９を励磁
すると移動ユニット１０はＸ軸方向に′駆動力を与えら
れる。

また移動ユニット１０に搭載された回転モータ１３には
ボールねじ１４が連結されている。一方、ボールねじナ
ツト１５は位置決めユニット１６に固定されていて、ボ
ールねじ１４が回転すると位置決めユニット１６は位置
決めユニット１６に設けられた直線ガイド１７に案内さ
れてＹ軸方向（図中に点線で示す）に移動する。さらに
位置決めユニット１６にはリニアモータのステータ２１
が搭載され、これと相対する移動ユニット１０の部分に
は同リニアモータのロータ２２が固定して取シ付けられ
ている。従ってリニアモータのステータ２１が励磁され
ると位置決めユニット１６はＹ軸方向に駆動力を与えら
れる。

かかる構成によってシートメタル２（第１図）を保持す
るチャック１８を持った位置決めユニット１６は回転モ
ータ６およびリニアモータのステータ１９と、回転モー
タ１５およびリニアモータのステータ２１を制御するこ
とによってＸ、Ｙ座標の任意の位置に位置決めされる。

上述の本発明による実施例においては、回転モータとボ
ールねじ等による駆動にリニアモータによる駆動を併用
させ、位置決めユニットの移動の際に必要々加速力・減
速力をリニアモータに分担させているため、ボールねじ
にかかる負荷したがって回転モータにかかる負荷を軽減
することができ、高速かつ高精度の位置決めが得られる
。この場合、ボールねじにかかる負荷が軽減すれば、強
度的に必要カポールねじ径を小さくすることができ、そ
の結果さらに回転モータにかかる負荷を軽減することが
できる。

なお上記の実施例では移動ユニットおよび位置決めユニ
ットのそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向の両方の駆動に
リニアモータを併用しているが、片方のみリニアモータ
を併用しても相応の効果が得られる。また上記実施例は
二次元のＸ−Ｙテーブルの位置決めに本発明を適用した
ものであって、タレットパンチプレス（第１図）だけで
なく広く工作機械、組立機械等に応用可能であるが、な
お本発明は一次元や三次元等の位置決めにも同様に適用
される。したがって本実施例の移動ユニットと位置決め
ユニットの名称は一般には位置決めユニットの名称で代
表するものとする。なお上記実施例では回転モータと連
結する回転−直進運動変換系をボールねじとナツトで構
成しているが、ラックとビニオンで構成してもよい。

つぎに本発明による上記の回転モータおよびリニアモー
タを制御する制御装置の一例の制御ブロック図を第６図
に示す。、同図において、指令パルスによシ移動すべき
量および速度に対応した数および間隔のパルス列が位置
制御器２３に入力される。

この入力信号は位置制御器２３によシアナログ電圧に変
換され、速度制御器２４およびＤｏモータドライバ２５
を経てＤＣモータ２６を駆動し、負荷２７を移動する。

ここでＤＣモータ２６は回転モータ６または回転モータ
１３（第３図）に相当し、負荷２７は移動ユニット１０
または位置決めユニット１６（第３図）に対応するモー
タ負荷を示す。ＤＣモータ２６の軸にはタコゼネレータ
２８とエンコーダ２９が直結されており、それぞれモー
タ軸の回転速度と回転用すなわち負荷２７の移動速度と
移動量を検出する。これらの検出した量はそれぞれ速度
制御器２４と位置制御器２３の入口部分にフィードバッ
クされる。さらに速度制御器２４の出力電圧ｅけ位相制
御器３０に入力され、この位相制御器３０の出力電流１
はリニアインダクションモータ３１のステータの励磁電
流として与ええられて、これにより制御されたリニアイ
ンダクションモータ３１は上記Ｄｏモータ２６と共に負
荷２７を移動する。

かかる構成において、負荷２７たとえば移動ユニット１
０（第３図）をＸ軸方向に移動して位置決めする際には
、位置制御器２３の入力に指令パルスとして移動量およ
び移動速度に対応した数および間隔のパルス列を与える
と、速度制御器２４の出力電圧θは第７図に例示するよ
うに変化する。この出力電圧ｅは図示のような加速部分
と減速部分を有する。このときＤＣモータ２６たとえば
回転モータ６はこの出力電圧ｅに比例してトルクが変化
する。

またリニアインダクションモータ３またとえばリニアモ
ータのステータ１９およびロータ２０（第３図）の推力
は、これを制御する位相制御器３０の特性によシ、上記
出力電圧θに対応した位相制御器３０の出力電流１に比
例して変化する。つぎに負荷２７たとえば位置決めユニ
ット１６（第３図）をＹ軸方向に移動して位置決めする
際も同様にして行なわれる。

本実施例の制御装置によれば、移動すべき量および速度
を指令パルスとして与えて、回転モータとリニアモータ
を制御する°ことによシ、高速かつ高精度の位置決め制
御ができる。

つぎに本実施例において、指令パルスまタハタコゼネレ
ータ２８やエンコーダ２９の検出出力等によシ、負荷２
７たとえば移動ユニット１０（第３図）がＸ軸方向の最
終所定位置まで到達する直前に、リニアインダクション
モータ３１のステータたとえばリニアモータのステータ
１９（第３図）の励磁電流１を０にしてこのリニアモー
タの推力が０になるように制御してもよい。このように
すれば、たとえば移動ユニット１０の位置決めの最終部
分はＤＣモータ２６たとえば回転モータ６（第３図）で
駆動されるボールねじ９（第３図）の回転だけで位置決
めされるため、それ自体の高い位置決め精度が容易に得
られる。位置決めユニット１６（第３図）のＹ軸方向の
位置決め制御についても同様である。

さらに本実施例において、リニアインダクンヨンモータ
３１を制御する位相制御器３００特性に第８図に例示す
るような入力電圧ｅが８１〜θ２間で出力電流１すなわ
ちリニアインダクションモータ３１の励磁電流１が０に
なる不感帯を持たせてもよい、このようにすれば、負荷
２７たとえば移動コーニツト１０（第３図）をＸ軸方向
に移動して位置決めする際には、位置制御器２５に指令
パルスとｌ−で移動におよび移動速度に対応するパルス
列を力えると、速度制御器２４の出力電圧θは第７図と
同じく第９図に例示するように変化し、ＤＣモータ２６
たとえば回転モータ６はこの出力電圧θに比例してトル
クが変化するが、リニアインダクションモータ３１のス
テータたとえばりニアモータのステータ１９を駆動する
位相制御器３０が第８図に例示したような不感帯を持っ
ているので、リニアインダクションモータ３１のステー
タたとえばりニアモータのステータ１９の励磁電流１は
第９図に例示するように変化シ、す＝フインダクション
モータ３またとえばステータ１９を持つリニアモータの
推力は励磁電流１に比例して第９図に例示するように変
化する。す力わち加速力・減速力が最も必要とされる移
動部分だけりニアモータが駆動される。また位置決めの
最終部分においては速度制御器２４の出力電圧ｅの値が
小さく々るのでたとえばりニアモータのステータ１９の
励磁電流１は０になり、したがってたとえば回転モータ
６で駆動されるボールねじ９の回転だけで位置決めされ
る。この際の移動ユニット１０の移動に必要なエネルギ
をリニアインダクションモータ３またとえばステータ１
９のリニアモータとＤＣモータ２６たとえばボールねじ
９駆動用の回転モータ６とが分坦する様子を第１０図に
示す。このようにすれば、移動に加速力・減速力が最も
必要とされる部分にリニアモータを分坦させると共に、
位置決めの最終部分は回転モータで駆動されるボールね
じの回転だけで位置決めされるから、高速かつ高精度の
位置決めが容易かつ有効に行なわれる。負荷２７たとえ
ば位置決めユニット１６（第３図）をＹ軸方向に移動し
て位置決めする際も同様である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、リニアモータの併
用によシ回転モータにかかる負荷を著しく減少させるこ
とができるため高角加速度で回転させることが可能とな
シ高速な位置決めができ、かつ回転モータで駆動され′
るボールねじ等の回転−直進運動変換系によるそれ自体
の高い位置決め精度を持つことができ、またリニアノく
ルスモータ単体だけで位置決めする場合に比しても制御
が容易で高速高精度の位置決めが可能であって、広く工
作機械や組立機械等の位置決め装置として利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される一例のタレットパンチプレ
スの概略斜視図、第２図は従来の位置決め装置を用いた
Ｘ−Ｙテーブルを例示する上面図、第３図は本発明によ
る位置決め装置を適用したＸ−Ｙテーブルの一実施例を
示す上面図、第４図は第３図のＩ−Ｉ線断面図、第５図
は第３図のｎ−■線断面図、第６図は本発明による位置
決め装置の制御装置の一実施例を示す制御ブロック図、
第７図は第６図の速度制御器２４の移動位置決め時の出
力電圧ｅを例示する説明図、第８図は第６図の位相制御
器３０に不感帯を持たせた場合の一特性図、第９図は第
８図の特性を持たせた場合の第６図のリニアインダクシ
ョンモータ３１の励磁電流１および推力を例示する説明
図、第１０図は同じくリニアインダクションモータ３１
．！：ＤＯモータ２６のエネルギ分担の様子を例示する
説明図である。 ６・・・回転モータ、９・・・ボールねじ、１０・・・
移動ユニット、１１・・・ボールねじナツト、１４・・
・ボールねじ、１５・・・ボールねじナツト、１６・・
・位置決めユニット、１９・・・リニアモータのステー
タ、２０・・・同リニアモータのロータ、２１・・・リ
ニアモータのステータ、２２・・・同リニアモータのロ
ータ、２３・・・位置制御器、２４・・・速度制御器、
２５・・・ＤＣドライバ、２６・・・ＤＣモータ、２７
・・・負荷、２Ｂ・・・タコゼネレータ、２９・・・エ
ンコーダ、３０・・・位相制御器、３１・・・リニアイ
ンダクションモータ。 代理人　弁理士秋　木　正　実 第３図 第４図 ９ 第５図 第７図 第８図 出 雫 ・引 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、位置決めユニットと固定部間に回転−直進運動変換
   系を介して回転モータを設け、この回転モータの駆動に
   よシ上記回転−直進運動変換系を介して上記位置決めユ
   ニットに推進力を作用させると共に、上記位置決めユニ
   ットにリニアモータのステータ（またはロータ）を搭載
   する一方このステータ（またはロータ）に対向する上記
   固定部にこのリニアモータのロータ（またはステータ）
   を配置し、このリニアモータの駆動により上記位置決め
   ユニットを移動させる加速力・減速力を与え、上記回転
   モータとリニアモータを制御する制御装置によシ上記位
   置決めユニットを所定位置に移動させ位置決めを行なう
   と共にとのさい上記リニアモータの駆動を上記位置決め
   ユニットが上記所定位置に到達する直前で停止させこの
   あとの最終部分を上記回転モータの駆動のみで行なうよ
   うにした位置決め装置。 ２、上記リニアモータの駆動を上記位置決と）ユニット
   を移動させる加速力　減速力が所定値以下の部分で停止
   させ、この所定値以下の部分を上記回転モータの駆動の
   みで行々うようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の位置決め装置。